液晶表示装置及びそれに用いられるバックライト装置、及びバックライトの光強度制御方法
【課題】 本発明は、ＬＥＤを光源として用いる液晶表示装置用のバックライトにおいて、突入電流を抑制しつつコスト、消費電力を低減するのに好適な技術を提供するものである。
【解決手段】
本発明は、光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）と、該ＬＥＤに駆動電流としてのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を供給するＬＥＤドライバとを備えた液晶表示装置用のバックライトにおいて、前記ＬＥＤドライバは、前記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きが制御可能に構成されていることを特徴とする。上記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きは、ＬＥＤの調光率に応じて制御可能であり、例えば、調光率が所定値以上のときは突入電流が生じ易くなるため立ち上がりを緩やかにし、調光率が所定値よりも小さいときは立ち上がりを急峻にする。
【解決手段】
本発明は、光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）と、該ＬＥＤに駆動電流としてのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を供給するＬＥＤドライバとを備えた液晶表示装置用のバックライトにおいて、前記ＬＥＤドライバは、前記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きが制御可能に構成されていることを特徴とする。上記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きは、ＬＥＤの調光率に応じて制御可能であり、例えば、調光率が所定値以上のときは突入電流が生じ易くなるため立ち上がりを緩やかにし、調光率が所定値よりも小さいときは立ち上がりを急峻にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に使用されるバックライトの光源を点灯或いは光源の光強度を制御する際の突入電流を抑制するのに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置のバックライトの光源として、近年では、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）やＥＥＦＬ（External Electrode Fluorescent Lamp）等の蛍光管に代えて、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」と呼ぶ）が用いられつつある。
【０００３】
ＬＥＤを例えば消灯状態から点灯状態にするときに、瞬間的にＬＥＤに向けて大きな電流が流れる場合がある。この電流は突入電流と呼ばれ、瞬時的に動作した場合には、不要なノイズの発生やＬＥＤ等の部品の最大定格を越え、最悪は素子の破損の要因となる場合もある。
【０００４】
かかる突入電流を防止するための従来技術として、例えば特許文献１には、積分回路によってＬＥＤへの通電電流を定電流までに徐々に増加させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８２８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤは、蛍光管に比べて応答性が高いので、バックライトの光強度（輝度）を例えば映像信号に応じて局所的（部分的）に動的に制御する、いわゆるエリア制御（ローカルディミングとも呼ばれる）に有利である。
【０００７】
ところが、上記特許文献１のように積分回路等によってＬＥＤの駆動電流を徐々に立ち上がるようにすると、ＬＥＤの応答性の高さが活かされず、エリア制御における映像に応じた光強度制御の追従性が低下してしまう。
【０００８】
また、突入電流を抑制するために、上記特許文献１のようにＬＥＤへの電流経路に積分回路等の回路（以下抑制回路と称する）を追加する場合は、当該抑制回路が突入電流のような大きな電流でも正常に動作する必要がある。すなわち、抑制回路がより大きな電流下での動作を確保するために、回路部品の定格、部品形状及び／または抑制回路の基板形状を大きくする必要が生じ、コストの増加や回路設置面積の増大に繋がる。また抑制回路は、バックライトが光を照射する通常動作時においては常に通電されており、定格が大きい回路部品（すなわち大きな電流容量を有する部品）を用いると、抑制回路における消費電力が大きくなる課題もある。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、ＬＥＤを光源として用いる液晶表示装置用のバックライトにおいて、突入電流を抑制しつつコスト、消費電力を低減するのに好適な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）と、該ＬＥＤに駆動電流としてのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を供給するＬＥＤドライバとを備えた液晶表示装置用のバックライトにおいて、前記ＬＥＤドライバは、前記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きが制御可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きは、第１時点でのＬＥＤの輝度とそれに連続する第１時点でのＬＥＤの輝度との比率である調光率に応じて制御可能である。例えば、調光率が所定値以上のときは突入電流が生じ易くなるため立ち上がりを緩やかにし、調光率が所定値よりも小さいときは立ち上がりを急峻にするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＰＷＭ信号を出力するＬＥＤドライバにおいて、予めパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きを制御するようにしているので、突入電流を抑制しつつコスト、消費電力を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用されるバックライト装置の一例を示す図
【図２】本発明が適用される液晶表示装置の回路ブロックの一例を示す図
【図３】エリア制御回路２３とＬＥＤドライバＩＣとの関係を示す図
【図４】本発明の第１実施例に係るＬＥＤドライバＩＣの回路構成を示す図
【図５】第１実施例による波形を示す図
【図６】第１実施例に用いられるシリアル通信データとの一例を示す図。
【図７】第１実施例における波形制御情報の一例を示す図。
【図８】第１実施例による傾きの切換の様子を示す図
【図９】本発明の第２実施例に係るＬＥＤドライバＩＣの回路構成を示す図
【図１０】本発明の第２実施例の変形例を示す図
【図１１】本発明の第３実施例を示す図
【図１２】本発明の第３実施例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。尚、全図において、共通な構成或いは機能、作用を有する要素には同一符号を付して示し、一度説明したものについては、説明の煩雑さを避けるため重複した説明を省略するものとする。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態が適用される液晶表示装置のバックライト装置の一構成例を示している。図１において、光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）１は、複数個直列に接続されており、この複数のＬＥＤ１に半導体回路で構成されたＬＥＤドライバＩＣ２が接続される。ここで、ＬＥＤ１は、白色光を放出するＬＥＤであるものとする。ＬＥＤドライバＩＣ２は、直列接続された複数のＬＥＤ１に対して、ＬＥＤ１の駆動信号であるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を供給する。すなわち、本実施例では複数のＬＥＤ１を１つのＬＥＤドライバＩＣ２で駆動するように構成している。
【００１６】
ＬＥＤ１は、ＬＥＤドライバＩＣ２からのＰＷＭ信号のデューティ比に略比例した強度の光を放出する。ＬＥＤ１から放出された光は、透明な樹脂或いはガラスで構成された平板状の導光板３の側面から導光板３内部に入射される。導光板３に入射された光は導光板３内部で反射を繰り返しながら出射面（液晶表示器６側の面）から出射される。また導光板３の底面側には反射板４が配置されており、導光板３の底面を透過して外部に出射した光は、例えば白色の樹脂により構成された反射板４に反射されて再び導光板３に戻り、導光板３の出射面から出射される。
【００１７】
導光板３の出射面から出射された光は、例えば透明な樹脂により構成された拡散板５により空間的な輝度が均一化されて液晶表示器６に供給される。液晶表示器６は、入力される映像信号に基づき画素単位で拡散板５からの光を空間的に変調し入力映像信号に対応した光学的な映像を形成する。
【００１８】
この例では、拡散板５で空間的な輝度を均一化しているが、導光板３の出射面、底面及び／または反射板４の反射面（導光板３の底面と対向する面）に拡散加工または所定の光学パターンを形成して更なる空間的な輝度均一化をしてもよい。
【００１９】
またこの例では１つの導光板３を図示しているが、この導光板３を液晶表示器６側から見て縦方向及び横方向に複数の領域に分割し、各分割領域（エリア）毎に個別に制御可能なＬＥＤを設けることにより、エリア毎に光の強度を制御する、いわゆるエリア制御を行うようにしてもよい。このエリア制御は、例えば、各エリアに対応する液晶表示器６の領域(表示領域)における映像信号の平均輝度及び／または最大輝度情報を検出し、この検出した輝度情報に応じて当該エリアに対応するＬＥＤの光強度を制御することにより行われる。
【００２０】
続いて、実施形態が適用される液晶表示装置の回路構成の一例、及びエリア制御の一具体例について図２を参照して説明する。
【００２１】
図２において、例えばテレビジョン放送信号のような入力映像信号は、輝度検出回路２１において、上記導光板３のエリアに対応する表示領域毎に、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）、最大輝度レベル、及び／または、複数の階調範囲毎に当該階調範囲に属する画素の個数（すなわち輝度分布）を示す輝度ヒストグラム等を検出する。ここでは、例として輝度ヒストグラムから最大輝度を検出するものとする。この最大輝度の検出は、例えば、所定個数の画素数を有する階調範囲のうち、最も高い階調範囲を当該表示領域の最大輝度とすることで行われる。
【００２２】
輝度検出回路２１で検出された各エリアの最大輝度は輝度制御回路２２に入力され、ここで、ある表示領域において検出した最大輝度から当該表示領域に対応するエリアの調光値（当該エリアに対応するＬＥＤ１の光強度を決めるデータ）と、当該表示領域に供給される映像信号に対する補正データを算出する。例えば、液晶表示器６が８ビットで最大２５５階調表現可能であるとすると、表示領域毎に、その表現可能な最大階調と検出した最大輝度との比率により調光値が算出される。例えばある表示領域の最大輝度が１２７であったとすると、その値は表現可能な最大階調（２５５）の１／２なので、当該表示領域に対応するエリアのＬＥＤの光源の光強度を、そのＬＥＤが出力できる最大の光強度の１／２とする。また表示領域の最大輝度が６４の場合は光源の光強度を１／４とする。例えばＬＥＤを最大輝度で光らせる場合に「２５５」のデータをＬＥＤに出力する場合は、前者の例では、「１２７」を出力し、後者の例では「６３」を出力する。このようにして調光値が求められる。また、上記調光値を以下では減光率と呼ぶこともある。
【００２３】
光強度を減少させたままでは、映像信号が本来持っている映像の明るさを表現できないので、それを補償するように、映像信号に補正データとしての増幅度を乗算する。この増幅度は減光率の逆数を求めることで算出される。例えば減光率が１／２の場合は、増幅度は２（倍）、減光率が１／４の場合は、増幅度は４（倍）となる。
【００２４】
輝度制御回路２２で算出された調光値はエリア制御回路２３に出力され、補正データは映像信号処理回路２５へ出力される。
【００２５】
エリア制御回路２３では、輝度制御回路２２からの調光値に基づいて、各エリアに対応するＬＥＤ１の光強度を制御するための制御信号をエリア毎に生成する。エリア制御回路２３は、図示しないフィルタ回路を有しており、エリア間の光学的影響を考慮するために、あるエリアとその周囲のエリアの調光値を参照して各エリアの制御信号を求める。例えば、あるエリアの光強度を１００％で光らせる場合、その周囲エリアに対応する表示領域の映像が黒（調光値０）であっても、当該周囲エリアを例えば２０％光らせる。またエリア制御は映像のフレーム毎に行われるが、フレーム毎の明るさの変化が急激にならないように、フィルタ回路は、現在表示しようとする映像フレームの前のフレームにおいて求められた当該エリアの調光値を参照し（例えば現フレームの調光値と前フレームの調光値との加重平均を求めて）当該エリアの制御信号を求める。
【００２６】
このようにして求められた制御信号は光源回路２４へ出力される。光源回路２４は、例えば１つのエリア或いは複数のエリアに対応して設けられており、上述したＬＥＤドライバＩＣ２と直列接続された複数のＬＥＤ１を含んでいる。ＬＥＤドライバＩＣ２は、エリア制御回路２３からの制御信号に応じたデューティを持つＰＷＭ信号を生成し、１つのエリアに対応して設けられたＬＥＤ１を駆動する。これによって、エリアの光強度が映像信号に応じて個別に制御される。
【００２７】
一方、映像信号処理回路２５は、各エリアに対応する表示領域の映像信号を増幅するコントラスト制御回路２５１と、このコントラスト制御回路２５１で増幅された信号に対しガンマ補正を行うガンマ補正回路２５２を含んでいる。コントラスト制御回路２５１は、輝度制御回路２２からの補正データに従って各エリアに対応する表示領域の映像信号を増幅し、当該エリアに対応するＬＥＤの調光値（減光率）によって低下された光を補償する。ガンマ補正回路２５２は、この増幅された映像信号に対し、例えば液晶表示器６の入力電圧−透過率特性に基づくガンマ補正を行い、ＬＣＤパネルコントローラ２６へ出力する。
【００２８】
ＬＣＤパネルコントローラ２６は、液晶表示器６の走査電極を選択するためのＬＣＤドライバ（行）２７、及び液晶表示器６に映像信号に対応するデータ信号を供給するためのＬＣＤドライバ（列）２８をそれぞれ制御して液晶表示器６を駆動し、液晶表示器６の各画素に対応する液晶素子の透過率を制御する。
【００２９】
この結果、バックライト装置からの光は液晶表示器６によって画素毎に空間的に変調され、映像信号に応じた映像が形成される。
【００３０】
上記の例における、エリア制御回路２３とＬＥＤドライバＩＣ２との通信形態の一例について図３を参照して説明する。
【００３１】
本実施例においては図３に示されるように、ＬＥＤドライバＩＣ２は、ＩＣ−１、ＩＣ−２…ＩＣ−ｎのｎ個有しており、それぞれがエリア制御回路２３とシリアル通信バス２９を介して接続されている。これらＬＥＤドライバＩＣ−１〜ｎは、それぞれ固有のアドレス（アドレスａ、アドレスｂ…アドレスｎ）が付されているものとする。
【００３２】
エリア制御回路２３はシリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２３１を含んでおり、該シリアルＩ／Ｆ２３１からシリアル通信バス２９を介して、上記制御信号としてのシリアル通信データ（ＳＤ）、クロック信号（ＣＬＫ）及び同期信号（Ｓｙｃ）が各ＬＥＤドライバＩＣ−１〜ｎへ出力される。各ＬＥＤドライバＩＣ−１〜ｎは、それぞれ、制御信号としてのシリアル通信データＳＤをパラレル信号に変換するシリアル−パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２１０を有しており、かつ複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ直列回路１０１が接続されている。Ｓ／Ｐ２１０は、シリアル通信データＳＤをクロック信号ＣＬＫ及びパケット通信用の垂直同期の同期信号ＳＹＣにより定まるタイミングで分離し、該分離された各データに基づきＬＥＤ駆動用のＰＷＭ信号を生成して出力し、ＬＥＤ直列回路１０１を駆動、制御する。
【００３３】
ここでは、１つのＬＥＤドライバＩＣに対し例えば最大８チャンネルのＬＥＤ直列回路１１０が接続可能であるものとする。ここで、例えば、１つのチャンネルのＬＥＤ直列回路１１０のＬＥＤの個数を５個、つまりＬＥＤドライバＩＣの１個で４０個のＬＥＤを駆動し、ＬＥＤドライバＩＣの数（ｎの数）を８個とした場合は、図３のシステム全体では、４０個ｘ８個＝３２０個のＬＥＤを駆動することになる。
【００３４】
また導光板は各エリア毎に個別に設ける必要はなく、１つの導光板の側面に例えば８つのＬＥＤ直列回路１１０を一列に配列し、これらＬＥＤ直列回路１１０により光を供給するようにしてもよい。このようにすれば、１つの導光板を光学的に８つのエリアに分割し、それぞれのエリアの輝度を個別に制御することが可能となる。
【００３５】
上記図３に示された構成における、本実施例の特徴的構成、すなわちＰＷＭ信号におけるパルス波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の傾斜を制御する構成について図４〜９を参照して説明する。
【００３６】
図４は、本実施例に係るＬＥＤドライバＩＣ２の一構成例を示している。図４において、ＬＥＤドライバＩＣ２の負荷接続端子８と電源端子１０との間には、Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（以降「ＰＭＯＳ」と称する）３１が接続され、またＬＥＤドライバＩＣ２のＰＷＭ信号の出力端子１３とＧＮＤ端子１１との間には、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（以降「ＮＭＯＳ」と称する）３２が接続されている。負荷接続端子８と出力端子１３との間には、ＬＥＤ直列回路１０１が接続されている。上記ＰＭＯＳ３１及びＮＭＯＳ３２のゲート端子は、出力タイミングを制御するためのタイミングコントローラ１２が接続されている。
【００３７】
タイミングコントローラ１２は、出力するＰＷＭ信号に係る時定数、すなわちＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がりの傾き（立上げ時間ｔＲ）を切り換えるための第１時定数切換ブロック１２１と、立ち下がりの傾き（立下げ時間ｔＦ）を切り換えるための第２時定数切換ブロック１２２とを含んでいる。第１時定数切換ブロック１２１は、ＰＷＭ信号のパルスの立上げ時間の切換えを行うためのスイッチＳＷ１と、互いに抵抗値が異なる２つの抵抗Ｒａ１及びＲａ２を有し、また第２時定数切換ブロック１２２は、立ち下げ時間の切換えを行うスイッチＳＷ２と、２つの抵抗Ｒａ２及びＲｂ２を有している。ここで、Ｒａ１＞Ｒｂ１、Ｒａ２＞Ｒｂ２であるものとする。また、第１時定数切換ブロック１２１の抵抗Ｒａ１とＲｂ１との接続部、及び第２時定数切換ブロック１２２の抵抗Ｒａ２とＲｂ２との接続部には、Ｓ／Ｐ２３１の出力端子が接続されている。
【００３８】
上述のようにＬＥＤドライバＩＣ２には最大８個のＬＥＤ直列回路１０１が接続可能であるため、実際にはＰＭＯＳ３１、ＮＭＯＳ３２、及びタイミングコントローラ１２をそれぞれ８個ずつ設ける必要があるが、ここでは図示及び説明の簡略化のためにＰＭＯＳ３１、ＮＭＯＳ３２、及びタイミングコントローラ１２は１つのみ示している。また各時定数ブロックの抵抗は、ここでは２つのみとしたが、これより多くてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
上記図４の構成における立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦの制御について、図５も併用して説明する。図５の（ａ）はＬＥＤドライバＩＣ２の内部で生成されるＰＷＭ信号の波形（概念）を示しており、図５（ａ）に示された波形のパルスＡの前の期間は、装置の立ち上がり或いはあるエリアが消灯している期間であるものとする。この期間は輝度０であり、これからパルスＡで当該エリアの輝度を１００％にする場合、ＬＥＤ直列回路１０１に流れる電流は急激に変化するため、パルスＡの立ち上がり／立ち下がりのタイミングに同期した大電流、すなわち突入電流が流れる。この突入電流が生じるとノイズやＬＥＤ等の要素の破損が生じる可能性がある。
【００４０】
そこで本実施例では、このように電流が大きく変化するタイミング、すなわち低輝度から高輝度に急激に変化させるためのパルスを出力する場合は、当該パルス（ここではパルスＡ）の立上げ時間（すなわちパルスのＬレベルからＨレベルに到達するまでの時間）、及び立下げ時間（パルスのＨレベルからＬレベルに到達するまでの時間）を長くする。そのために、パルスＡを発生する場合は、第１時定数切換ブロック１２１のＳＷ１は、抵抗値が大きい抵抗Ｒａ１を選択し、ＰＭＯＳ３１によってパルスＡの立ち上がりを制御する。これと同時に第２時定数切換ブロック１２２のＳＷ２は、抵抗値が大きい抵抗Ｒａ２を選択し、ＮＭＯＳ３２によってパルスＡの立ち下りを制御する。これによってＬＥＤ直列回路１０１を含む系の時定数が大きくなり、立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦが長くなる。立上げ時間及び立下げ時間を長くした波形は図５（ｂ）に示される。図５（ｂ）はＬＥＤドライバＩＣ２の出力端子１３（図４参照）からＬＥＤ直列回路１０１に出力されるＰＷＭ信号の波形を示しており、これに示されるように、パルスＡの立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦは長くされており、これによってパルスＡの立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きが緩やかに（すなわち鈍化）される。その結果、図５（ｃ）に示されるように、緩やかに変化する波形をもつ電流がＬＥＤ直列回路１０１に流れることとなる。このようにすることによって、上述の突入電流の発生が防止される。
【００４１】
また図５（ａ）のパルスＢも低輝度から高輝度に制御する際のパルスを示しており、この場合も図５（ｂ）のように立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦを長くし、立ち上がり及び立ち下がりの傾きを緩やかにする。パルスＢを発生する場合の動作はパルスＡを発生する動作と同じである。
【００４２】
一方、図５（ａ）のパルスＣのように、例えば０％輝度から１０％輝度へ変化させる場合のように大きく輝度を変化させない場合は、上述した突入電流は発生しづらいため、制御の応答性を高めたほうが好ましい。この場合、すなわちパルスＣを発生する場合、第１時定数切換ブロック１２１のＳＷ１は抵抗値が小さい抵抗Ｒｂ１を選択し、ＰＭＯＳ３１によってパルスＡの立ち上がりを制御する。これと同時に第２時定数切換ブロック１２２のＳＷ２は抵抗値が小さい抵抗Ｒｂ２を選択し、ＮＭＯＳ３２によってパルスＣの立ち下りを制御する。これによってＬＥＤ直列回路１０１を含む系の時定数が小さくなり、立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦが図５（ｂ）に示されるようにパルスＡ及びＢのときに比べ短くなる。その結果、パルスの立ち上がり及び立ち下がりの傾きが急峻になり、図５（ｃ）に示されるように急に変化する波形をもつ電流がＬＥＤ直列回路１０１に流れることとなる、しかしながら、図示されるようにその電流レベルは低く、突入電流は発生しない。
【００４３】
本実施例において、立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦの切換、すなわち抵抗Ｒａ１とＲｂ１、Ｒａ２とＲｂ２の切換は、本実施例では調光率に応じて制御される。ここで調光率とは、あるエリアの前フレームでの輝度（調光値）とそれに連続する現フレームでの輝度（調光値）との差分であり、最大値が１００、最小値は０であるものとする。この調光率が所定値よりも大きい場合、例えば５０よりも大きい場合は立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦを長くするために抵抗Ｒａ１及びＲａ２を選択し、一方５０以下の場合は立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦを短くするためにＲｂ１とＲｂ２を選択する。
【００４４】
上記抵抗の切換制御は、図３にて説明したエリア制御回路２３からの制御信号であるシリアル通信データＳＤに基づいて行われる。このシリアル通信データに基づく制御について図６〜図８を参照しつつ、図３、４を併用しながら説明する。
【００４５】
図６（ａ）はシリアル通信データのパケット構成を示す図であり、図示されるように、シリアル通信データは、制御対象となるＬＥＤドライバＩＣ及びそれに接続されるＬＥＤ直列回路の一つを指定するためのアドレス情報（ビット０〜４）、ＰＷＭ信号のパルスの立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦを指定するための波形制御情報（ビット５〜７）、ＰＷＭ信号のパルス列の、立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦを制御するためのパルスの範囲を指定するための波形位置情報（ビット８〜９）、及びＰＷＭ信号による調光値のデータを示す調光値情報（ビット１０〜Ｎ）から構成されている。
【００４６】
このようなパケット構成のシリアル通信データＳＤは、エリア制御回路２３のシリアルＩ／Ｆ２３１からシリアル通信バス２９を介して各ＬＥＤドライバＩＣ−１〜ｎのＳ／Ｐ２１０に入力される。Ｓ／Ｐ２１０では、図６（ｂ）に示されるタイミング、すなわち同期信号Ｓｙｃのパルスの立ち下がりのタイミングで、シリアル通信データＳＤのアドレス情報に記述されているアドレス（例えば図３のアドレスａ、ｂ…ｎ）に対応するＬＥＤドライバＩＣのＳ／Ｐ２１０に取り込まれる。更にＳ／Ｐ２１０は、ビット１０〜Ｎに記述された調光値情報をデコードしてその内部のレジスタ（図示せず）に格納する。そして、ＬＥＤドライバＩＣに接続されている複数のＬＥＤ直列回路１０１のうち、アドレス情報に記述されたアドレスに対応するＬＥＤ直列回路１０１を判別し、該判別されたＬＥＤ直列回路１０１に対し、上記レジスタに格納された調光値情報に基づくＰＷＭ信号をタイミングコントローラ１２（図４参照）を介して供給する。
【００４７】
またＳ／Ｐ２１０は、入力されたシリアル通信データＳＤから、波形制御のコマンドであるビット５〜７に記述された波形制御情報と、ビット８〜９に記述された波形位置情報とを分離・抽出し、これをデコードしてその内部のラッチ回路（図示せず）に保持し、タイミングコントローラ１２内の第１時定数切換ブロック１２１及び第２時定数切換ブロック１２２（スイッチＳＷ１、ＳＷ２）の制御信号として出力する。
【００４８】
波形制御情報の一例について図７を参照して説明する。図７は、ビット５〜７のビット値に対応する波形制御の内容を示す表であり、例えばビット５〜７が“０，０，０”はパルスの立上げ時間を制御しないコマンドである。この場合は、タイミングコントローラ１２は、第１時定数切換ブロック１２１のＳＷ１が抵抗Ｒｂ１を選択するように制御する。このときのパルスの立ち上がり波形は、図８の波形Ｗｆ１のように傾きが急峻となっている。また“０，０，１”はパルスの立上げ時間ｔＲを＋１００ｎｓ長くするコマンドであり、この場合、タイミングコントローラ１２は、第１時定数切換ブロック１２１のＳＷ１が抵抗値の大きい抵抗Ｒａ１を選択するように制御する。このときのパルスの立ち上がり波形は、図８の波形Ｗｆ２に示されるように、波形Ｗｆ１に比べて傾きが緩やかになっている。
【００４９】
また、“１，０，０”はパルスの立下げ時間を制御しないコマンドである。この場合は、タイミングコントローラ１２は、第２時定数切換ブロック１２２のＳＷ２が抵抗Ｒｂ２を選択するように制御する。このときのパルスの立ち下がり波形は、図８の波形Ｗｒ１のように傾きが急峻となっている。“１，０，１”はパルスの立下げ時間ｔＲを＋１００ｎｓ長くするコマンドであり、この場合、タイミングコントローラ１２は、第２時定数切換ブロック１２２のＳＷ２が抵抗値の大きい抵抗Ｒａ２を選択するように制御する。このときのパルスの立ち下がり波形は、図８の波形Ｗｒ２に示されるように、波形Ｗｒ１に比べて傾きが緩やかになっている。
【００５０】
尚、この例では２つの抵抗を切り替えて時定数を制御しているため、図中ビット５〜７のビット値が“０，１，０”“０，１，１”“１，１，０”“１，１，１”は使用されない。しかしながら、各時定数切換ブロックにおいて、３つ又は４つの抵抗を切り替えて時定数を制御する場合はこれらの値を使用してもよい。
【００５１】
上述した例において、ビット５〜７のビット値は、各エリアの上述した調光率に応じてエリア制御回路２３において書き換えられる。例えば、調光率が５０よりも大きい場合はビット５〜７の値を“０，０，１”または“１，０，１”とし、５０以下の場合は“０，０，０”または“１，０，０”とする。
【００５２】
波形位置情報（ビット８〜９）は、ＰＷＭ信号におけるパルス列のうち、上記波形制御情報による立ち上がり／立ち下り波形の制御を開始するパルス、または波形の制御を行うパルスの範囲を指定するものである。このビット値は任意に設定することができるし、また上述した調光率に応じて設定するようにしてもよい。また、この波形位置情報を使用しなくてもよい。
【００５３】
上記図７の例では、一つのビット値でＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり及び立ち下りのいずれか一方の傾きを制御するようにしたが、一つのビット値で両方を制御するようにしてもよい。
【００５４】
このように、本実施例に係る液晶表示装は、ＬＥＤ直列回路と、このＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバＩＣとを有しており、ＬＥＤドライバＩＣは、ＬＥＤ直列回路駆動用のＰＭＯＳ及びＮＭＯＳと、ＰＭＯＳ及びＮＭＯＳのゲート端子に接続され、ＬＥＤ駆動用のＰＷＭ信号を供給するタイミングコントローラを内蔵し、ＬＥＤドライバＩＣに入力されるコマンド（調光値情報）によって、タイミングコントローラによりＬＥＤ駆動用のＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり、立ち下り波形を制御するように構成されている。
【００５５】
すなわち、本実施例は、半導体集積回路であるＬＥＤドライバＩＣの内部にＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり／立ち下がりの傾きを制御するための回路を組み込んでおり、これによって、ＬＥＤドライバＩＣの出力信号であるＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり／立ち下がりの傾きを制御している。また、パルスの立ち上がり／立ち下がりの傾きがエリア制御回路からのシリアル通信データに含まれるコマンドにより制御可能に構成されている。このコマンドが、調光率に応じて設定可能にされている。
【００５６】
このため、エリア制御の応答性のよさを維持しつつ、突入電流防止のための抑制回路などの新たな回路要素を追加することなく、簡単な構成で突入電流を抑制することができる。また、ＬＥＤドライバＩＣの周辺部品点数を少なくし、あるいは大きな定格の部品の追加や変更などを行うことが無いため、小型化、信頼性の向上、低コスト化が可能となる効果がある。
【実施例２】
【００５７】
本発明の第２実施例について図９〜図１０を参照しつつ説明する。図９の構成において、図４に示した第１実施例の構成と異なる点は、第１時定数切換ブロック１２１の抵抗Ｒａ１及びＲｂ１と列に、グランド端子９１を介して第１コンデンサＣ１を接続し、第２時定数切換ブロック１２２の抵抗Ｒａ２とＲｂ２と並列に、グランド端子９２を介して第２コンデンサＣ２を接続したことにある。
【００５８】
上記のようにコンデンサＣ１、Ｃ２を付加することによって、パルスの立ち上がり及び／または立ち下りの傾きを大きく制御することが可能となる。また、図１０の第２実施例の変形例に示すように、第１コンデンサＣ１と抵抗Ｒａ１及びＲｂ１との間に第１接続切換スイッチＳＷ３を、更に第２コンデンサＣ２と抵抗Ｒａ２とＲｂ２との間に第２接続切換スイッチＳＷ４を設け、これらを上記タイミングコントローラ１２からの波形制御情報に基づく制御信号により切り替えて各時定数切換ブロック内の抵抗と接続すれば、パルスの立ち上がり及び立ち下りを、それぞれ４種類の傾きのいずれかに制御することができる。
【００５９】
このように構成すれば、よりきめ細かくパルスの立ち上がり及び立ち下りの傾きを制御することができる。
【実施例３】
【００６０】
上記の実施例では傾きは直線状とされてるが、図１１のように多段階に制御すしてもよい。この例では、傾きは２段階に制御される。これを実現するための、シリアル通信データに含まれるコマンド（波形制御情報）の一例を図１２に示す。このように波形制御情報を設定することにより、調光率に応じた傾きをより適切に制御することが可能となる。また、２段階に限らず、３段階以上に制御するようにしてもよい。
【００６１】
上記のように本実施形態によれば、液晶表示装置のバックライトの調光率が決定されたときに、その調光率によってパルスの立ち上げ及び／または立ち下がりの傾き（時定数）を選択して制御できるので、例えば調光率が大きいときは傾きを大きく、低いときは傾きを小さくすることによって、エリア制御における応答性のよさを維持しつつ突入電流発生の防止を行うことができる。また、突入電流に対応したより大きな定格の部品の追加や変更などを行う必要が無く、ＬＥＤドライバ等の周辺部品の小型化、信頼性の向上、回路部品のコスト低減などが図れる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ＬＥＤを光源として使用したバックライトを備えた液晶表示装置に利用可能であり、特に、ＬＥＤを点灯時などにおける突入電流の抑制に用いて好適である。
【符号の説明】
【００６３】
１…ＬＥＤ（発光ダイオード）、２…ＬＥＤドライバＩＣ、３…導光板、４…反射板、５…拡散板、６…液晶表示器、８…負荷接続端子、１０…電源端子、１２…タイミングコントローラ、１３…出力端子、２１…輝度検出回路、２２…輝度制御回路、２３…エリア制御回路、２３１…シリアルＩ／Ｆ回路、２４…光源回路、２５…映像信号処理回路、２５１…コントラスト制御回路、２５２…ガンマ補正回路、２６…ＬＣＤパネルコントローラ、２７…ＬＣＤドライバ（行）、２８…ＬＣＤドライバ（列）、３１…ＰＭＯＳＦＥＴ、３２…ＮＭＯＳＦＥＴ、１２１…第１時定数切換ブロック、１２２…第１時定数切換ブロック、２１０…シリアル／パラレル変換回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に使用されるバックライトの光源を点灯或いは光源の光強度を制御する際の突入電流を抑制するのに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置のバックライトの光源として、近年では、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）やＥＥＦＬ（External Electrode Fluorescent Lamp）等の蛍光管に代えて、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」と呼ぶ）が用いられつつある。
【０００３】
ＬＥＤを例えば消灯状態から点灯状態にするときに、瞬間的にＬＥＤに向けて大きな電流が流れる場合がある。この電流は突入電流と呼ばれ、瞬時的に動作した場合には、不要なノイズの発生やＬＥＤ等の部品の最大定格を越え、最悪は素子の破損の要因となる場合もある。
【０００４】
かかる突入電流を防止するための従来技術として、例えば特許文献１には、積分回路によってＬＥＤへの通電電流を定電流までに徐々に増加させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８２８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤは、蛍光管に比べて応答性が高いので、バックライトの光強度（輝度）を例えば映像信号に応じて局所的（部分的）に動的に制御する、いわゆるエリア制御（ローカルディミングとも呼ばれる）に有利である。
【０００７】
ところが、上記特許文献１のように積分回路等によってＬＥＤの駆動電流を徐々に立ち上がるようにすると、ＬＥＤの応答性の高さが活かされず、エリア制御における映像に応じた光強度制御の追従性が低下してしまう。
【０００８】
また、突入電流を抑制するために、上記特許文献１のようにＬＥＤへの電流経路に積分回路等の回路（以下抑制回路と称する）を追加する場合は、当該抑制回路が突入電流のような大きな電流でも正常に動作する必要がある。すなわち、抑制回路がより大きな電流下での動作を確保するために、回路部品の定格、部品形状及び／または抑制回路の基板形状を大きくする必要が生じ、コストの増加や回路設置面積の増大に繋がる。また抑制回路は、バックライトが光を照射する通常動作時においては常に通電されており、定格が大きい回路部品（すなわち大きな電流容量を有する部品）を用いると、抑制回路における消費電力が大きくなる課題もある。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、ＬＥＤを光源として用いる液晶表示装置用のバックライトにおいて、突入電流を抑制しつつコスト、消費電力を低減するのに好適な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）と、該ＬＥＤに駆動電流としてのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を供給するＬＥＤドライバとを備えた液晶表示装置用のバックライトにおいて、前記ＬＥＤドライバは、前記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きが制御可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きは、第１時点でのＬＥＤの輝度とそれに連続する第１時点でのＬＥＤの輝度との比率である調光率に応じて制御可能である。例えば、調光率が所定値以上のときは突入電流が生じ易くなるため立ち上がりを緩やかにし、調光率が所定値よりも小さいときは立ち上がりを急峻にするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＰＷＭ信号を出力するＬＥＤドライバにおいて、予めパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きを制御するようにしているので、突入電流を抑制しつつコスト、消費電力を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用されるバックライト装置の一例を示す図
【図２】本発明が適用される液晶表示装置の回路ブロックの一例を示す図
【図３】エリア制御回路２３とＬＥＤドライバＩＣとの関係を示す図
【図４】本発明の第１実施例に係るＬＥＤドライバＩＣの回路構成を示す図
【図５】第１実施例による波形を示す図
【図６】第１実施例に用いられるシリアル通信データとの一例を示す図。
【図７】第１実施例における波形制御情報の一例を示す図。
【図８】第１実施例による傾きの切換の様子を示す図
【図９】本発明の第２実施例に係るＬＥＤドライバＩＣの回路構成を示す図
【図１０】本発明の第２実施例の変形例を示す図
【図１１】本発明の第３実施例を示す図
【図１２】本発明の第３実施例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。尚、全図において、共通な構成或いは機能、作用を有する要素には同一符号を付して示し、一度説明したものについては、説明の煩雑さを避けるため重複した説明を省略するものとする。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態が適用される液晶表示装置のバックライト装置の一構成例を示している。図１において、光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）１は、複数個直列に接続されており、この複数のＬＥＤ１に半導体回路で構成されたＬＥＤドライバＩＣ２が接続される。ここで、ＬＥＤ１は、白色光を放出するＬＥＤであるものとする。ＬＥＤドライバＩＣ２は、直列接続された複数のＬＥＤ１に対して、ＬＥＤ１の駆動信号であるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を供給する。すなわち、本実施例では複数のＬＥＤ１を１つのＬＥＤドライバＩＣ２で駆動するように構成している。
【００１６】
ＬＥＤ１は、ＬＥＤドライバＩＣ２からのＰＷＭ信号のデューティ比に略比例した強度の光を放出する。ＬＥＤ１から放出された光は、透明な樹脂或いはガラスで構成された平板状の導光板３の側面から導光板３内部に入射される。導光板３に入射された光は導光板３内部で反射を繰り返しながら出射面（液晶表示器６側の面）から出射される。また導光板３の底面側には反射板４が配置されており、導光板３の底面を透過して外部に出射した光は、例えば白色の樹脂により構成された反射板４に反射されて再び導光板３に戻り、導光板３の出射面から出射される。
【００１７】
導光板３の出射面から出射された光は、例えば透明な樹脂により構成された拡散板５により空間的な輝度が均一化されて液晶表示器６に供給される。液晶表示器６は、入力される映像信号に基づき画素単位で拡散板５からの光を空間的に変調し入力映像信号に対応した光学的な映像を形成する。
【００１８】
この例では、拡散板５で空間的な輝度を均一化しているが、導光板３の出射面、底面及び／または反射板４の反射面（導光板３の底面と対向する面）に拡散加工または所定の光学パターンを形成して更なる空間的な輝度均一化をしてもよい。
【００１９】
またこの例では１つの導光板３を図示しているが、この導光板３を液晶表示器６側から見て縦方向及び横方向に複数の領域に分割し、各分割領域（エリア）毎に個別に制御可能なＬＥＤを設けることにより、エリア毎に光の強度を制御する、いわゆるエリア制御を行うようにしてもよい。このエリア制御は、例えば、各エリアに対応する液晶表示器６の領域(表示領域)における映像信号の平均輝度及び／または最大輝度情報を検出し、この検出した輝度情報に応じて当該エリアに対応するＬＥＤの光強度を制御することにより行われる。
【００２０】
続いて、実施形態が適用される液晶表示装置の回路構成の一例、及びエリア制御の一具体例について図２を参照して説明する。
【００２１】
図２において、例えばテレビジョン放送信号のような入力映像信号は、輝度検出回路２１において、上記導光板３のエリアに対応する表示領域毎に、入力映像信号の平均輝度レベル（ＡＰＬ）、最大輝度レベル、及び／または、複数の階調範囲毎に当該階調範囲に属する画素の個数（すなわち輝度分布）を示す輝度ヒストグラム等を検出する。ここでは、例として輝度ヒストグラムから最大輝度を検出するものとする。この最大輝度の検出は、例えば、所定個数の画素数を有する階調範囲のうち、最も高い階調範囲を当該表示領域の最大輝度とすることで行われる。
【００２２】
輝度検出回路２１で検出された各エリアの最大輝度は輝度制御回路２２に入力され、ここで、ある表示領域において検出した最大輝度から当該表示領域に対応するエリアの調光値（当該エリアに対応するＬＥＤ１の光強度を決めるデータ）と、当該表示領域に供給される映像信号に対する補正データを算出する。例えば、液晶表示器６が８ビットで最大２５５階調表現可能であるとすると、表示領域毎に、その表現可能な最大階調と検出した最大輝度との比率により調光値が算出される。例えばある表示領域の最大輝度が１２７であったとすると、その値は表現可能な最大階調（２５５）の１／２なので、当該表示領域に対応するエリアのＬＥＤの光源の光強度を、そのＬＥＤが出力できる最大の光強度の１／２とする。また表示領域の最大輝度が６４の場合は光源の光強度を１／４とする。例えばＬＥＤを最大輝度で光らせる場合に「２５５」のデータをＬＥＤに出力する場合は、前者の例では、「１２７」を出力し、後者の例では「６３」を出力する。このようにして調光値が求められる。また、上記調光値を以下では減光率と呼ぶこともある。
【００２３】
光強度を減少させたままでは、映像信号が本来持っている映像の明るさを表現できないので、それを補償するように、映像信号に補正データとしての増幅度を乗算する。この増幅度は減光率の逆数を求めることで算出される。例えば減光率が１／２の場合は、増幅度は２（倍）、減光率が１／４の場合は、増幅度は４（倍）となる。
【００２４】
輝度制御回路２２で算出された調光値はエリア制御回路２３に出力され、補正データは映像信号処理回路２５へ出力される。
【００２５】
エリア制御回路２３では、輝度制御回路２２からの調光値に基づいて、各エリアに対応するＬＥＤ１の光強度を制御するための制御信号をエリア毎に生成する。エリア制御回路２３は、図示しないフィルタ回路を有しており、エリア間の光学的影響を考慮するために、あるエリアとその周囲のエリアの調光値を参照して各エリアの制御信号を求める。例えば、あるエリアの光強度を１００％で光らせる場合、その周囲エリアに対応する表示領域の映像が黒（調光値０）であっても、当該周囲エリアを例えば２０％光らせる。またエリア制御は映像のフレーム毎に行われるが、フレーム毎の明るさの変化が急激にならないように、フィルタ回路は、現在表示しようとする映像フレームの前のフレームにおいて求められた当該エリアの調光値を参照し（例えば現フレームの調光値と前フレームの調光値との加重平均を求めて）当該エリアの制御信号を求める。
【００２６】
このようにして求められた制御信号は光源回路２４へ出力される。光源回路２４は、例えば１つのエリア或いは複数のエリアに対応して設けられており、上述したＬＥＤドライバＩＣ２と直列接続された複数のＬＥＤ１を含んでいる。ＬＥＤドライバＩＣ２は、エリア制御回路２３からの制御信号に応じたデューティを持つＰＷＭ信号を生成し、１つのエリアに対応して設けられたＬＥＤ１を駆動する。これによって、エリアの光強度が映像信号に応じて個別に制御される。
【００２７】
一方、映像信号処理回路２５は、各エリアに対応する表示領域の映像信号を増幅するコントラスト制御回路２５１と、このコントラスト制御回路２５１で増幅された信号に対しガンマ補正を行うガンマ補正回路２５２を含んでいる。コントラスト制御回路２５１は、輝度制御回路２２からの補正データに従って各エリアに対応する表示領域の映像信号を増幅し、当該エリアに対応するＬＥＤの調光値（減光率）によって低下された光を補償する。ガンマ補正回路２５２は、この増幅された映像信号に対し、例えば液晶表示器６の入力電圧−透過率特性に基づくガンマ補正を行い、ＬＣＤパネルコントローラ２６へ出力する。
【００２８】
ＬＣＤパネルコントローラ２６は、液晶表示器６の走査電極を選択するためのＬＣＤドライバ（行）２７、及び液晶表示器６に映像信号に対応するデータ信号を供給するためのＬＣＤドライバ（列）２８をそれぞれ制御して液晶表示器６を駆動し、液晶表示器６の各画素に対応する液晶素子の透過率を制御する。
【００２９】
この結果、バックライト装置からの光は液晶表示器６によって画素毎に空間的に変調され、映像信号に応じた映像が形成される。
【００３０】
上記の例における、エリア制御回路２３とＬＥＤドライバＩＣ２との通信形態の一例について図３を参照して説明する。
【００３１】
本実施例においては図３に示されるように、ＬＥＤドライバＩＣ２は、ＩＣ−１、ＩＣ−２…ＩＣ−ｎのｎ個有しており、それぞれがエリア制御回路２３とシリアル通信バス２９を介して接続されている。これらＬＥＤドライバＩＣ−１〜ｎは、それぞれ固有のアドレス（アドレスａ、アドレスｂ…アドレスｎ）が付されているものとする。
【００３２】
エリア制御回路２３はシリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２３１を含んでおり、該シリアルＩ／Ｆ２３１からシリアル通信バス２９を介して、上記制御信号としてのシリアル通信データ（ＳＤ）、クロック信号（ＣＬＫ）及び同期信号（Ｓｙｃ）が各ＬＥＤドライバＩＣ−１〜ｎへ出力される。各ＬＥＤドライバＩＣ−１〜ｎは、それぞれ、制御信号としてのシリアル通信データＳＤをパラレル信号に変換するシリアル−パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）２１０を有しており、かつ複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ直列回路１０１が接続されている。Ｓ／Ｐ２１０は、シリアル通信データＳＤをクロック信号ＣＬＫ及びパケット通信用の垂直同期の同期信号ＳＹＣにより定まるタイミングで分離し、該分離された各データに基づきＬＥＤ駆動用のＰＷＭ信号を生成して出力し、ＬＥＤ直列回路１０１を駆動、制御する。
【００３３】
ここでは、１つのＬＥＤドライバＩＣに対し例えば最大８チャンネルのＬＥＤ直列回路１１０が接続可能であるものとする。ここで、例えば、１つのチャンネルのＬＥＤ直列回路１１０のＬＥＤの個数を５個、つまりＬＥＤドライバＩＣの１個で４０個のＬＥＤを駆動し、ＬＥＤドライバＩＣの数（ｎの数）を８個とした場合は、図３のシステム全体では、４０個ｘ８個＝３２０個のＬＥＤを駆動することになる。
【００３４】
また導光板は各エリア毎に個別に設ける必要はなく、１つの導光板の側面に例えば８つのＬＥＤ直列回路１１０を一列に配列し、これらＬＥＤ直列回路１１０により光を供給するようにしてもよい。このようにすれば、１つの導光板を光学的に８つのエリアに分割し、それぞれのエリアの輝度を個別に制御することが可能となる。
【００３５】
上記図３に示された構成における、本実施例の特徴的構成、すなわちＰＷＭ信号におけるパルス波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の傾斜を制御する構成について図４〜９を参照して説明する。
【００３６】
図４は、本実施例に係るＬＥＤドライバＩＣ２の一構成例を示している。図４において、ＬＥＤドライバＩＣ２の負荷接続端子８と電源端子１０との間には、Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（以降「ＰＭＯＳ」と称する）３１が接続され、またＬＥＤドライバＩＣ２のＰＷＭ信号の出力端子１３とＧＮＤ端子１１との間には、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（以降「ＮＭＯＳ」と称する）３２が接続されている。負荷接続端子８と出力端子１３との間には、ＬＥＤ直列回路１０１が接続されている。上記ＰＭＯＳ３１及びＮＭＯＳ３２のゲート端子は、出力タイミングを制御するためのタイミングコントローラ１２が接続されている。
【００３７】
タイミングコントローラ１２は、出力するＰＷＭ信号に係る時定数、すなわちＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がりの傾き（立上げ時間ｔＲ）を切り換えるための第１時定数切換ブロック１２１と、立ち下がりの傾き（立下げ時間ｔＦ）を切り換えるための第２時定数切換ブロック１２２とを含んでいる。第１時定数切換ブロック１２１は、ＰＷＭ信号のパルスの立上げ時間の切換えを行うためのスイッチＳＷ１と、互いに抵抗値が異なる２つの抵抗Ｒａ１及びＲａ２を有し、また第２時定数切換ブロック１２２は、立ち下げ時間の切換えを行うスイッチＳＷ２と、２つの抵抗Ｒａ２及びＲｂ２を有している。ここで、Ｒａ１＞Ｒｂ１、Ｒａ２＞Ｒｂ２であるものとする。また、第１時定数切換ブロック１２１の抵抗Ｒａ１とＲｂ１との接続部、及び第２時定数切換ブロック１２２の抵抗Ｒａ２とＲｂ２との接続部には、Ｓ／Ｐ２３１の出力端子が接続されている。
【００３８】
上述のようにＬＥＤドライバＩＣ２には最大８個のＬＥＤ直列回路１０１が接続可能であるため、実際にはＰＭＯＳ３１、ＮＭＯＳ３２、及びタイミングコントローラ１２をそれぞれ８個ずつ設ける必要があるが、ここでは図示及び説明の簡略化のためにＰＭＯＳ３１、ＮＭＯＳ３２、及びタイミングコントローラ１２は１つのみ示している。また各時定数ブロックの抵抗は、ここでは２つのみとしたが、これより多くてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
上記図４の構成における立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦの制御について、図５も併用して説明する。図５の（ａ）はＬＥＤドライバＩＣ２の内部で生成されるＰＷＭ信号の波形（概念）を示しており、図５（ａ）に示された波形のパルスＡの前の期間は、装置の立ち上がり或いはあるエリアが消灯している期間であるものとする。この期間は輝度０であり、これからパルスＡで当該エリアの輝度を１００％にする場合、ＬＥＤ直列回路１０１に流れる電流は急激に変化するため、パルスＡの立ち上がり／立ち下がりのタイミングに同期した大電流、すなわち突入電流が流れる。この突入電流が生じるとノイズやＬＥＤ等の要素の破損が生じる可能性がある。
【００４０】
そこで本実施例では、このように電流が大きく変化するタイミング、すなわち低輝度から高輝度に急激に変化させるためのパルスを出力する場合は、当該パルス（ここではパルスＡ）の立上げ時間（すなわちパルスのＬレベルからＨレベルに到達するまでの時間）、及び立下げ時間（パルスのＨレベルからＬレベルに到達するまでの時間）を長くする。そのために、パルスＡを発生する場合は、第１時定数切換ブロック１２１のＳＷ１は、抵抗値が大きい抵抗Ｒａ１を選択し、ＰＭＯＳ３１によってパルスＡの立ち上がりを制御する。これと同時に第２時定数切換ブロック１２２のＳＷ２は、抵抗値が大きい抵抗Ｒａ２を選択し、ＮＭＯＳ３２によってパルスＡの立ち下りを制御する。これによってＬＥＤ直列回路１０１を含む系の時定数が大きくなり、立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦが長くなる。立上げ時間及び立下げ時間を長くした波形は図５（ｂ）に示される。図５（ｂ）はＬＥＤドライバＩＣ２の出力端子１３（図４参照）からＬＥＤ直列回路１０１に出力されるＰＷＭ信号の波形を示しており、これに示されるように、パルスＡの立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦは長くされており、これによってパルスＡの立ち上がりの傾きと立ち下がりの傾きが緩やかに（すなわち鈍化）される。その結果、図５（ｃ）に示されるように、緩やかに変化する波形をもつ電流がＬＥＤ直列回路１０１に流れることとなる。このようにすることによって、上述の突入電流の発生が防止される。
【００４１】
また図５（ａ）のパルスＢも低輝度から高輝度に制御する際のパルスを示しており、この場合も図５（ｂ）のように立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦを長くし、立ち上がり及び立ち下がりの傾きを緩やかにする。パルスＢを発生する場合の動作はパルスＡを発生する動作と同じである。
【００４２】
一方、図５（ａ）のパルスＣのように、例えば０％輝度から１０％輝度へ変化させる場合のように大きく輝度を変化させない場合は、上述した突入電流は発生しづらいため、制御の応答性を高めたほうが好ましい。この場合、すなわちパルスＣを発生する場合、第１時定数切換ブロック１２１のＳＷ１は抵抗値が小さい抵抗Ｒｂ１を選択し、ＰＭＯＳ３１によってパルスＡの立ち上がりを制御する。これと同時に第２時定数切換ブロック１２２のＳＷ２は抵抗値が小さい抵抗Ｒｂ２を選択し、ＮＭＯＳ３２によってパルスＣの立ち下りを制御する。これによってＬＥＤ直列回路１０１を含む系の時定数が小さくなり、立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦが図５（ｂ）に示されるようにパルスＡ及びＢのときに比べ短くなる。その結果、パルスの立ち上がり及び立ち下がりの傾きが急峻になり、図５（ｃ）に示されるように急に変化する波形をもつ電流がＬＥＤ直列回路１０１に流れることとなる、しかしながら、図示されるようにその電流レベルは低く、突入電流は発生しない。
【００４３】
本実施例において、立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦの切換、すなわち抵抗Ｒａ１とＲｂ１、Ｒａ２とＲｂ２の切換は、本実施例では調光率に応じて制御される。ここで調光率とは、あるエリアの前フレームでの輝度（調光値）とそれに連続する現フレームでの輝度（調光値）との差分であり、最大値が１００、最小値は０であるものとする。この調光率が所定値よりも大きい場合、例えば５０よりも大きい場合は立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦを長くするために抵抗Ｒａ１及びＲａ２を選択し、一方５０以下の場合は立上げ時間ｔＲ及び立ち下げ時間ｔＦを短くするためにＲｂ１とＲｂ２を選択する。
【００４４】
上記抵抗の切換制御は、図３にて説明したエリア制御回路２３からの制御信号であるシリアル通信データＳＤに基づいて行われる。このシリアル通信データに基づく制御について図６〜図８を参照しつつ、図３、４を併用しながら説明する。
【００４５】
図６（ａ）はシリアル通信データのパケット構成を示す図であり、図示されるように、シリアル通信データは、制御対象となるＬＥＤドライバＩＣ及びそれに接続されるＬＥＤ直列回路の一つを指定するためのアドレス情報（ビット０〜４）、ＰＷＭ信号のパルスの立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦを指定するための波形制御情報（ビット５〜７）、ＰＷＭ信号のパルス列の、立上げ時間ｔＲ及び立下げ時間ｔＦを制御するためのパルスの範囲を指定するための波形位置情報（ビット８〜９）、及びＰＷＭ信号による調光値のデータを示す調光値情報（ビット１０〜Ｎ）から構成されている。
【００４６】
このようなパケット構成のシリアル通信データＳＤは、エリア制御回路２３のシリアルＩ／Ｆ２３１からシリアル通信バス２９を介して各ＬＥＤドライバＩＣ−１〜ｎのＳ／Ｐ２１０に入力される。Ｓ／Ｐ２１０では、図６（ｂ）に示されるタイミング、すなわち同期信号Ｓｙｃのパルスの立ち下がりのタイミングで、シリアル通信データＳＤのアドレス情報に記述されているアドレス（例えば図３のアドレスａ、ｂ…ｎ）に対応するＬＥＤドライバＩＣのＳ／Ｐ２１０に取り込まれる。更にＳ／Ｐ２１０は、ビット１０〜Ｎに記述された調光値情報をデコードしてその内部のレジスタ（図示せず）に格納する。そして、ＬＥＤドライバＩＣに接続されている複数のＬＥＤ直列回路１０１のうち、アドレス情報に記述されたアドレスに対応するＬＥＤ直列回路１０１を判別し、該判別されたＬＥＤ直列回路１０１に対し、上記レジスタに格納された調光値情報に基づくＰＷＭ信号をタイミングコントローラ１２（図４参照）を介して供給する。
【００４７】
またＳ／Ｐ２１０は、入力されたシリアル通信データＳＤから、波形制御のコマンドであるビット５〜７に記述された波形制御情報と、ビット８〜９に記述された波形位置情報とを分離・抽出し、これをデコードしてその内部のラッチ回路（図示せず）に保持し、タイミングコントローラ１２内の第１時定数切換ブロック１２１及び第２時定数切換ブロック１２２（スイッチＳＷ１、ＳＷ２）の制御信号として出力する。
【００４８】
波形制御情報の一例について図７を参照して説明する。図７は、ビット５〜７のビット値に対応する波形制御の内容を示す表であり、例えばビット５〜７が“０，０，０”はパルスの立上げ時間を制御しないコマンドである。この場合は、タイミングコントローラ１２は、第１時定数切換ブロック１２１のＳＷ１が抵抗Ｒｂ１を選択するように制御する。このときのパルスの立ち上がり波形は、図８の波形Ｗｆ１のように傾きが急峻となっている。また“０，０，１”はパルスの立上げ時間ｔＲを＋１００ｎｓ長くするコマンドであり、この場合、タイミングコントローラ１２は、第１時定数切換ブロック１２１のＳＷ１が抵抗値の大きい抵抗Ｒａ１を選択するように制御する。このときのパルスの立ち上がり波形は、図８の波形Ｗｆ２に示されるように、波形Ｗｆ１に比べて傾きが緩やかになっている。
【００４９】
また、“１，０，０”はパルスの立下げ時間を制御しないコマンドである。この場合は、タイミングコントローラ１２は、第２時定数切換ブロック１２２のＳＷ２が抵抗Ｒｂ２を選択するように制御する。このときのパルスの立ち下がり波形は、図８の波形Ｗｒ１のように傾きが急峻となっている。“１，０，１”はパルスの立下げ時間ｔＲを＋１００ｎｓ長くするコマンドであり、この場合、タイミングコントローラ１２は、第２時定数切換ブロック１２２のＳＷ２が抵抗値の大きい抵抗Ｒａ２を選択するように制御する。このときのパルスの立ち下がり波形は、図８の波形Ｗｒ２に示されるように、波形Ｗｒ１に比べて傾きが緩やかになっている。
【００５０】
尚、この例では２つの抵抗を切り替えて時定数を制御しているため、図中ビット５〜７のビット値が“０，１，０”“０，１，１”“１，１，０”“１，１，１”は使用されない。しかしながら、各時定数切換ブロックにおいて、３つ又は４つの抵抗を切り替えて時定数を制御する場合はこれらの値を使用してもよい。
【００５１】
上述した例において、ビット５〜７のビット値は、各エリアの上述した調光率に応じてエリア制御回路２３において書き換えられる。例えば、調光率が５０よりも大きい場合はビット５〜７の値を“０，０，１”または“１，０，１”とし、５０以下の場合は“０，０，０”または“１，０，０”とする。
【００５２】
波形位置情報（ビット８〜９）は、ＰＷＭ信号におけるパルス列のうち、上記波形制御情報による立ち上がり／立ち下り波形の制御を開始するパルス、または波形の制御を行うパルスの範囲を指定するものである。このビット値は任意に設定することができるし、また上述した調光率に応じて設定するようにしてもよい。また、この波形位置情報を使用しなくてもよい。
【００５３】
上記図７の例では、一つのビット値でＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり及び立ち下りのいずれか一方の傾きを制御するようにしたが、一つのビット値で両方を制御するようにしてもよい。
【００５４】
このように、本実施例に係る液晶表示装は、ＬＥＤ直列回路と、このＬＥＤを駆動するＬＥＤドライバＩＣとを有しており、ＬＥＤドライバＩＣは、ＬＥＤ直列回路駆動用のＰＭＯＳ及びＮＭＯＳと、ＰＭＯＳ及びＮＭＯＳのゲート端子に接続され、ＬＥＤ駆動用のＰＷＭ信号を供給するタイミングコントローラを内蔵し、ＬＥＤドライバＩＣに入力されるコマンド（調光値情報）によって、タイミングコントローラによりＬＥＤ駆動用のＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり、立ち下り波形を制御するように構成されている。
【００５５】
すなわち、本実施例は、半導体集積回路であるＬＥＤドライバＩＣの内部にＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり／立ち下がりの傾きを制御するための回路を組み込んでおり、これによって、ＬＥＤドライバＩＣの出力信号であるＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり／立ち下がりの傾きを制御している。また、パルスの立ち上がり／立ち下がりの傾きがエリア制御回路からのシリアル通信データに含まれるコマンドにより制御可能に構成されている。このコマンドが、調光率に応じて設定可能にされている。
【００５６】
このため、エリア制御の応答性のよさを維持しつつ、突入電流防止のための抑制回路などの新たな回路要素を追加することなく、簡単な構成で突入電流を抑制することができる。また、ＬＥＤドライバＩＣの周辺部品点数を少なくし、あるいは大きな定格の部品の追加や変更などを行うことが無いため、小型化、信頼性の向上、低コスト化が可能となる効果がある。
【実施例２】
【００５７】
本発明の第２実施例について図９〜図１０を参照しつつ説明する。図９の構成において、図４に示した第１実施例の構成と異なる点は、第１時定数切換ブロック１２１の抵抗Ｒａ１及びＲｂ１と列に、グランド端子９１を介して第１コンデンサＣ１を接続し、第２時定数切換ブロック１２２の抵抗Ｒａ２とＲｂ２と並列に、グランド端子９２を介して第２コンデンサＣ２を接続したことにある。
【００５８】
上記のようにコンデンサＣ１、Ｃ２を付加することによって、パルスの立ち上がり及び／または立ち下りの傾きを大きく制御することが可能となる。また、図１０の第２実施例の変形例に示すように、第１コンデンサＣ１と抵抗Ｒａ１及びＲｂ１との間に第１接続切換スイッチＳＷ３を、更に第２コンデンサＣ２と抵抗Ｒａ２とＲｂ２との間に第２接続切換スイッチＳＷ４を設け、これらを上記タイミングコントローラ１２からの波形制御情報に基づく制御信号により切り替えて各時定数切換ブロック内の抵抗と接続すれば、パルスの立ち上がり及び立ち下りを、それぞれ４種類の傾きのいずれかに制御することができる。
【００５９】
このように構成すれば、よりきめ細かくパルスの立ち上がり及び立ち下りの傾きを制御することができる。
【実施例３】
【００６０】
上記の実施例では傾きは直線状とされてるが、図１１のように多段階に制御すしてもよい。この例では、傾きは２段階に制御される。これを実現するための、シリアル通信データに含まれるコマンド（波形制御情報）の一例を図１２に示す。このように波形制御情報を設定することにより、調光率に応じた傾きをより適切に制御することが可能となる。また、２段階に限らず、３段階以上に制御するようにしてもよい。
【００６１】
上記のように本実施形態によれば、液晶表示装置のバックライトの調光率が決定されたときに、その調光率によってパルスの立ち上げ及び／または立ち下がりの傾き（時定数）を選択して制御できるので、例えば調光率が大きいときは傾きを大きく、低いときは傾きを小さくすることによって、エリア制御における応答性のよさを維持しつつ突入電流発生の防止を行うことができる。また、突入電流に対応したより大きな定格の部品の追加や変更などを行う必要が無く、ＬＥＤドライバ等の周辺部品の小型化、信頼性の向上、回路部品のコスト低減などが図れる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ＬＥＤを光源として使用したバックライトを備えた液晶表示装置に利用可能であり、特に、ＬＥＤを点灯時などにおける突入電流の抑制に用いて好適である。
【符号の説明】
【００６３】
１…ＬＥＤ（発光ダイオード）、２…ＬＥＤドライバＩＣ、３…導光板、４…反射板、５…拡散板、６…液晶表示器、８…負荷接続端子、１０…電源端子、１２…タイミングコントローラ、１３…出力端子、２１…輝度検出回路、２２…輝度制御回路、２３…エリア制御回路、２３１…シリアルＩ／Ｆ回路、２４…光源回路、２５…映像信号処理回路、２５１…コントラスト制御回路、２５２…ガンマ補正回路、２６…ＬＣＤパネルコントローラ、２７…ＬＣＤドライバ（行）、２８…ＬＣＤドライバ（列）、３１…ＰＭＯＳＦＥＴ、３２…ＮＭＯＳＦＥＴ、１２１…第１時定数切換ブロック、１２２…第１時定数切換ブロック、２１０…シリアル／パラレル変換回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源としての発光ダイオードと、該発光ダイオードに駆動電流としてのＰＷＭ信号を供給するＬＥＤドライバとを備えた液晶表示装置用のバックライト装置において、
前記ＬＥＤドライバは、前記ＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きが制御可能に構成されていることを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバックライト装置において、前記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きは、第１時点での前記発光ダイオードの輝度とそれに連続する第２時点での前記発光ダイオードの輝度との比率である調光率に応じて制御可能であることを特徴とするバックライト装置。
【請求項３】
請求項２に記載のバックライト装置において、前記調光率が所定値よりも大きいときは、所定値以下のときに比べて前記パルスの立ち上がりの傾きを緩やかにすることを特徴とするバックライト装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のバックライト装置を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
光源としての発光ダイオードと、該発光ダイオードに駆動電流としてのＰＷＭ信号を供給するＬＥＤドライバとを備えた液晶表示装置用のバックライト装置において、
前記ＬＥＤドライバは、前記ＰＷＭ信号におけるパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きが制御可能に構成されていることを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバックライト装置において、前記ＰＷＭ信号のパルスの立ち上がり及び／または立下りの傾きは、第１時点での前記発光ダイオードの輝度とそれに連続する第２時点での前記発光ダイオードの輝度との比率である調光率に応じて制御可能であることを特徴とするバックライト装置。
【請求項３】
請求項２に記載のバックライト装置において、前記調光率が所定値よりも大きいときは、所定値以下のときに比べて前記パルスの立ち上がりの傾きを緩やかにすることを特徴とするバックライト装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のバックライト装置を有することを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１３９００（Ｐ２０１２−１１３９００Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０７６１（Ｐ２０１０−２６０７６１）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（５０９１８９４４４）日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（５０９１８９４４４）日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Ｆターム（参考）】
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