JP2006314168A - 液晶表示装置の電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＣＤ表示装置において白色ＬＥＤ照明源の輝度ムラを低減し、かつ、白色ＬＥＤ照明源の点灯及び消灯にかかわらず安定動作する液晶駆動用電源回路を提供する。
【解決手段】 直流電源と前記直流電源により駆動される定電圧電源部と前記直流電源により駆動される定電流電源部と前記定電圧電源部の定電圧手段と前記定電流電源部によって共用される昇圧制御部とを有する電源回路において、前記昇圧制御部は前記定電流電源部の負荷状態により制御動作を行い、前記定電流電源部の動作停止時には前記定電圧電源部の負荷状態により制御動作を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置の電源回路に関する。

従来の一般的な液晶表示装置では、液晶駆動に必要なゲートドライバ電圧として、例えば＋１５Ｖ及び−１５Ｖ、ソースドライバ電圧として５Ｖ、制御回路のロジック電圧として３．３Ｖを、定電圧駆動源によりそれぞれ供給している。これらの定電圧駆動源としては、それぞれの電圧に設定されたスイッチングレギュレータを用いた電源ブロックを並列接続する構成がとられている例が多い。
一方、白色ＬＥＤは照明輝度が供給電流に強く依存するため、白色ＬＥＤの照明輝度変動を避けるために定電流電源により電源供給するのが一般的であり、
下記の特許文献１には、ＬＥＤ駆動電圧のバラツキや変動、ＬＥＤの製品ごとの順電圧のバラツキなどにかかわらず、ＬＥＤバックライトの輝度を一定に保つために、ＬＥＤバックライトを定電流回路にて駆動することが記載されている。

以下、従来の技術について、図面を参照して説明する。図２は従来の液晶表示装置のＬＥＤ照明源及び駆動電源回路の構成を示すブロック図である。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

この図において、定電流駆動を必要とする第一の負荷である白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）２２に流れる電流は、スイッチングレギュレータコントローラ１２のレギュレーション機能により定電流化されている。また、定電圧駆動を必要とする第二の負荷である液晶表示装置７３に印加される電圧は、スイッチングレギュレータコントローラ１３のレギュレーション機能により定電圧化されている。
特開平１１−３０５１９８公報

近年、携帯機器（携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、など）の表示はカラー液晶（ＬＣＤ）が主流となっているが、ＬＣＤはそれ自身では発光しないため、裏面から光を当てる（バックライト）、あるいは表面から光を当てる（フロントライト）など、照明源を必要としている。ＬＣＤ表示装置の照明源として、近来、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）の使用例が増加しているが、ＬＣＤ表示装置に白色ＬＥＤ照明を適用するには、電源装置の面で次の課題があった。
１．液晶表示装置は前記の各種定電圧電源（駆動電源）を備えているが、白色ＬＥＤ照明には、これら定電圧電源とは別に白色ＬＥＤ用の定電流電源（照明電源）が必要である。
２．白色ＬＥＤ用スイッチングレギュレータ（照明用レギュレータ）とＬＣＤ駆動電源の複数のスイッチングレギュレータ（駆動用レギュレータ）が独立した回路部品であるため、動作周波数が同期していない。このため、ＬＣＤ画面に干渉縞が表示される可能性がある。また、複数のスイッチングレギュレータから発生するスイッチングノイズがＬＣＤ画面に重畳表示される可能性がある。従って、表示映像が劣化する可能性がある。
３．回路簡略化のための駆動用レギュレータを白色ＬＥＤと並列に接続した場合、白色ＬＥＤ消灯時には駆動用レギュレータの動作条件が変動し、安定した電圧を得ることができない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的はＬＣＤ表示装置において白色ＬＥＤ照明源の輝度ムラを低減し、かつ、白色ＬＥＤ照明源の点灯及び消灯にかかわらず安定動作する液晶駆動用電源回路を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電源回路は、直流電源と、前記直流電源により駆動される定電圧電源部と、前記直流電源により駆動される定電流電源部と、前記定電圧電源部の定電圧手段と前記定電流電源部によって共用される昇圧制御部と、を有する電源回路において、前記昇圧制御部は、前記定電流電源部の負荷状態により制御動作を行うことを特徴とする。
また、本発明の電源回路は、前記昇圧制御部は前記定電流電源部の動作停止時に前記定電圧電源部の負荷状態により制御動作を行うことを特徴とする。
また、本発明の電源回路は、前記定電圧電源の負荷が液晶表示手段の液晶駆動用ドライバーであり、前記定電流電源部の負荷が前記液晶表示手段を照明する発光ダイオードであり、前記定電圧手段が前記定電流電源部に接続されたシリーズレギュレータである液晶表示装置の電源回路であることを特徴とする。そして、本発明は、液晶表示手段と、液晶表示の画面照明を行う照明手段と、を有する液晶表示装置において、上記の電源回路により電源供給を行うことを特徴とする。

本発明によれば、ＬＣＤ照明光源としての白色発光ダイオードを定電流負荷とする昇圧制御回路を、ＬＣＤ液晶駆動用の各種定電圧電源の定電圧を必要とする負荷と共用することで回路の簡易化及び電源回路のスイッチングノイズの低減が可能となる。また、スイッチングレギュレータコントローラの制御動作を定電流制御と定電圧制御に切り替える機能を有することで、ＬＥＤ照明源を消した消灯制御時においても液晶駆動用の各種定電圧負荷に安定した電源の供給が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。図１は本発明によるＬＣＤ表示装置の白色ＬＥＤ照明源及びＬＣＤ駆動電源回路の構成を示すブロック図である。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

この図において、１は直流電源、２１は定電流駆動を必要とする第一の負荷である白色ＬＥＤ、７１は定電圧駆動を必要とする第二の負荷であるＬＣＤ表示装置である。

説明のため、直流電源１として公称電圧１．５Ｖの蓄電池を、第一の負荷白色ＬＥＤ２１として順方向電圧降下３．５Ｖの白色ＬＥＤを６個直列に接続し定格２０ｍＡの定電流駆動を行うランプモジュールを仮定し、さらに、第二の負荷ＬＣＤ表示装置７１の電源電圧Ｖ５として＋１５Ｖを、基準電圧源回路電圧１６１の基準電圧として１．２Ｖを、白色ＬＥＤ２１消灯時の負荷端子電圧Ｖ２として＋１７Ｖを、スイッチングトランジスタ９１のオン時コレクタ・エミッタ間電圧降下を０．５Ｖとそれぞれ仮定する。

白色ＬＥＤ２１の点灯及び消灯の制御は制御電圧Ｖ３で行う。制御電圧Ｖ３がＨｉｇｈレベルの場合、論理反転素子９２で制御信号はＬｏｗレベルに変換されるため、トランジスタスイッチ９１がＯＮすることで白色ＬＥＤ２１に電流が給電され点灯動作となる。この時、トランジスタスイッチ９３はＯＦＦ状態のため抵抗８１には電流が流れない。

一方、制御電圧Ｖ３がＬｏｗレベルの場合、論理反転素子９２で制御信号はＨｉｇｈレベルに変換されるため、トランジスタスイッチ９１がＯＦＦすることで白色ＬＥＤ２１への電流供給が遮断され消灯動作となる。この時、トランジスタスイッチ９３はＯＮ状態のため負荷電流Ｉ１は抵抗８１を通じて抵抗６１に流れる事になる。

白色ＬＥＤ２１の点灯制御時には、第一の負荷である白色ＬＥＤ２１に流れる電流は、誤差検出用コンパレータ１４１の反転入力端子とＧＮＤ端子の間に抵抗６１を接続することにより設定できる。電流設定用抵抗６１の値は、基準電圧１．２Ｖを設定電流２０ｍＡで除することで求めることができ、この例では６０Ωとなる。

さらに、白色ＬＥＤ２１の点灯制御時は、負荷電流Ｉ１はスイッチングレギュレータコントローラ１１のレギュレーション機能により定電流化され、その動作は以下のとおりである。

誤差検出用コンパレータ１４１の反転入力端子電圧Ｖ４が、誤差検出用コンパレータ１４１の非反転入力端子に印加される基準電圧１．２Ｖ以上のとき、負荷電流Ｉ１は出力側コンデンサ１０１から供給される。同時に、シリーズレギュレータである３端子レギュレータ１０を介して負荷抵抗７１に流れる電流も出力側コンデンサ１０１から供給される。Ｖ４電圧が基準電圧１．２Ｖ以下になると、内蔵ＭＯＳトランジスタスイッチ１２１がオンされ、コイル３１に電流が流れ始める。

この電流は抵抗１７１の電圧降下として昇圧制御回路１３１で監視されており、例えば設定値である３５０ｍＡに達すると、昇圧制御回路１３１からリセット信号が出力され、内蔵ＭＯＳトランジスタスイッチ１２１がオフされる。その結果、コイル３１に逆起電力が発生し、ダイオード４１を介して、白色ＬＥＤ２１に電流が供給される。同時に、３端子レギュレータ１０を介して負荷抵抗７１に流れる電流も供給される。Ｉ１が設定値である２０ｍＡに達するまでこのサイクルが繰り返されることで、Ｉ１が一定に維持されるので輝度にムラの無い白色ＬＥＤ点灯動作が行われる。

定電圧ダイオード５１は白色ＬＥＤ２１が外れた時及び、トランジスタスイッチ９１とトランジスタスイッチ９３が同時にオフ状態の時にオープン状態となって昇圧出力が上昇し、スイッチングレギュレータコントローラ１１の耐圧を超える電圧が印可されることを防止するため、オープン保護回路として正常時の昇圧出力Ｖ２の約２１Ｖより大きい２５Ｖの定電圧で動作する製品を接続する。

一方、白色ＬＥＤ２１の消灯制御時には、定電圧駆動電圧Ｖ２は、誤差検出用コンパレータ１４３の反転入力端子とＧＮＤ端子の間に接続されている抵抗６１と抵抗８１の抵抗分圧値により設定できる。定電流駆動を兼ねた抵抗６１と定電圧駆動設定用抵抗８１の値は、負荷設定電圧１７Ｖの抵抗分圧値が基準電圧１．２Ｖとなる１：１２．７５の比例組み合わせで求めることができ、この例では抵抗６１が６０Ω、抵抗８１が７６５Ωとなる。
白色ＬＥＤ２１の消灯制御時には、負荷電圧Ｖ２はスイッチングレギュレータコントローラ１１のレギュレーション機能により定電圧化され、その動作は以下のとおりとなる。

誤差検出用コンパレータ１４１の反転入力端子電圧Ｖ４が、誤差検出用コンパレータ１４１の非反転入力端子に印加される基準電圧１．２Ｖ以上のとき、３端子レギュレータ１０を介して負荷抵抗７１に流れる電流は出力側コンデンサ１０１から供給される。Ｖ４電圧が基準電圧１．２Ｖ以下になると、内蔵ＭＯＳトランジスタスイッチ１２１がオンされ、コイル３１に電流が流れ始める。

この電流は抵抗１７１の電圧降下として昇圧制御回路１３１で監視されており、例えば設定値である３５０ｍＡに達すると、昇圧制御回路１３１からリセット信号が出力され、内蔵ＭＯＳトランジスタスイッチ１２１がオフ制御される。その結果、コイル３１に逆起電力が発生し、ダイオード４１を介して、負荷抵抗７１に電流が供給される。負荷端子電圧Ｖ２が設定値である１７Ｖに達するまでこのサイクルが繰り返されることで、負荷電圧Ｖ２が一定に維持される。
また、スイッチングレギュレータコントローラ１１の動作電圧はバイアス回路１１１より給電される。

一方、第一の定電流負荷である白色ＬＥＤ２１接続部電圧Ｖ２は、白色ＬＥＤ２１の点灯時は約２１．５Ｖ、消灯時は約１７Ｖなので、Ｖ２点に３端子レギュレータ１０を接続することにより、第二の負荷である抵抗７１には常に１５Ｖの安定した定電圧給電が行われる。

以上説明したように、白色ＬＥＤ２１の点灯または消灯にかかわらず、シャットダウン回路１５１の制御電圧には直流入力電圧Ｖ１が給電され、常時アクティブ状態に設定されているので、スイッチングレギュレータコントローラ１１は常時スイッチング動作を継続し、第二の負荷である液晶表示装置にたいして安定した定電圧駆動電圧を提供することができる。

今回開示された実施の形態は説明を簡単とするため、第二の負荷である液晶駆動用電源として１５Ｖのみを生成しているが、Ｖ２電圧点に１５Ｖ用３端子レギュレータ１０と同様に３．３Ｖ用及び５Ｖ用及び−１５Ｖを生成する３端子レギュレータを接続する事により、１つのスイッチングレギュレータコントローラにより液晶駆動に必要な各種電圧の生成を行う事が出来る。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態である電源回路の構成を模式的に示す図である。 従来のＬＥＤ照明源駆動回路を中心とした液晶パネル電源回路の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１ ３．３Ｖ直流電源
１１，１２，１３ スイッチングレギュレータコントローラ
２１，２２ ２０ｍＡの定電流を必要とする液晶照明源ＬＥＤ
７１，７３ １５Ｖの定電圧を必要とする液晶パネル内制御回路
１０ ３端子レギュレータ
６１，６２，６３、８１、８３，１７２，１７３ 抵抗
９１，９３ トランジスタ
５１，５２ 定電圧ダイオード
４１，４２，４３ 整流ダイオード
９２ 論理反転素子
３１，３２，３３ インダクタ
１２１，１２２，１２３ ＭＯＳトランジスタ
１４１，１４２，１４３ 誤差検出用コンパレータ
１０１，１０２，１０３ コンデンサ

Claims (4)

1. 直流電源と、
   前記直流電源により駆動される定電圧電源部と、
   前記直流電源により駆動される定電流電源部と、
   前記定電圧電源部の定電圧手段と前記定電流電源部によって共用される昇圧制御部と、
   を有する電源回路において、
   前記昇圧制御部は、前記定電流電源部の負荷状態により制御動作を行うことを特徴とする電源回路。
2. 請求項１記載の電源回路において、
   前記昇圧制御部は前記定電流電源部の動作停止時に前記定電圧電源部の負荷状態により制御動作を行うことを特徴とする電源回路。
3. 請求項２記載の電源回路において、
   前記定電圧電源の負荷が液晶表示手段の液晶駆動用ドライバーであり、前記定電流電源部の負荷が前記液晶表示手段を照明する発光ダイオードであり、前記定電圧手段が前記定電流電源部に接続されたシリーズレギュレータであることを特徴とする液晶表示装置の電源回路。
4. 液晶表示手段と、
   前記液晶表示の画面照明を行う照明手段と、
   を有する液晶表示装置において、
   請求項１乃至３記載の電源回路により電源供給を行う液晶表示装置。

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