JP4450019B2

JP4450019B2 - 制御装置および制御方法、並びに、面状光源装置および面状光源装置の制御方法

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Publication number: JP4450019B2
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Description

本発明は、制御装置および制御方法、並びに、面状光源装置および面状光源装置の制御方法に関し、特に、ＬＥＤを駆動させる場合に用いて好適な、制御装置および制御方法、並びに、面状光源装置および面状光源装置の制御方法に関する。

従来、電流駆動でＬＥＤ（Light Emitting Diode）を制御する技術が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３１０９９９号公報

例えば、図１に示されるようなバックコンバータを用いたＬＥＤ駆動回路１により、ＬＥＤへの供給電力の制御が実行される。このようなバックコンバータはすでに市販されており、それ自体は、ＬＥＤの駆動に限らず、幅広く使われている。

図１に示されるＬＥＤ駆動回路１におけるＬＥＤ１１の駆動は、抵抗２１による電流値の検出と、電流制御用ＰＷＭ（Current Control PWM（Pulse Width Modulation））３１によるＰＷＭ制御により実行される。また、ＬＥＤ１１の輝度を制御するためのＬＥＤ電力制御、すなわち、電流制御用ＰＷＭ３１がＯＮである場合にＬＥＤ１１へ供給される電力の制御は、輝度制御用ＰＷＭ（Bright Control PWM）３２により実行される。なお、ＬＥＤ１１は、電流制御により電力制御（輝度制御）することが可能であるのは、言うまでもない。

ＯＳＣ（oscillator：発振器）３３は、基本周波数の信号を発信し、電流制御用ＰＷＭ３１および輝度制御用ＰＷＭ３２に供給する。

電流制御用ＰＷＭ３１は、コンパレータ（comp）３４から供給される、抵抗２１の端子間に発生する電圧値と、電流制御電圧供給ＤＡＣ（Current DAC（digital to analog converter））３６が発生する基準電圧との比較結果に基づいて、ＦＥＴ１２のＯＮ/ＯＦＦを制御する。

図２は、ＦＥＴ１２のゲート電流波形、すなわち、ＦＥＴ１２のスイッチング動作と、ＬＥＤ１１へ流れる電流波形の一般的な例である。

ＦＥＴ１２がＯＮであるとき、すなわち、ＦＥＴ１２のゲート電流が流れているとき、ＶＤＤ１からリアクタンス１３を介して、ＬＥＤ１１、ＦＥＴ１２、および、抵抗２１に電流Ｉ１が流れる。ＦＥＴ１２がＯＮである期間ｔ１の間に、リアクタンス１３に電荷が蓄積される。コンデンサ１４は電源平滑用である。

コンパレータ（comp）３４は、抵抗２１の端子間に発生する電圧値と、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧との比較結果を電流制御用ＰＷＭ３１に供給する。電流制御用ＰＷＭ３１は、１スイッチング周期の開始時に、ＦＥＴ１２を制御してＯＮにし、抵抗２１の端子間に発生する電圧値が、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧以下である間、ＦＥＴ１２のＯＮ状態を維持し、抵抗２１の端子間に発生する電圧値が、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧以上になったとき、ＦＥＴ１２を制御してＯＦＦする。

ＦＥＴ１２がＯＦＦである期間ｔ２において、リアクタンス１３に蓄積された電荷が放出され、ダイオード１５の作用により電流Ｉ２が発生するので、ＬＥＤ１１には、蓄積された分の電流が流れる。この一連の動作により、ＬＥＤ１１への電流は平衡状態に保たれる。

そして、輝度制御用ＰＷＭ３２は、ＰＷＭ調整値取得部３５により、図示しない操作入力部から、または、外部の機器などから取得されたｎビットのＰＷＭ調整値に基づいて、ＰＷＭ制御のＯＮデューティを求め、ＦＥＴ１２のＯＮ/ＯＦＦを制御するための信号を出力する。

具体的には、図３のＬＥＤ電流波形に示されるように、ｎビット制御（例えば、ｎ＝１０なら１０２４ステップの階調制御）が行われる場合、輝度制御用ＰＷＭ３２は、所定のステップ分だけ、図２を用いて説明したようなＦＥＴ１２のＯＮ動作が実行されるように、ＦＥＴ１２のＯＮ/ＯＦＦを制御するための信号を出力する。例えば、１０ビット階調、すなわち、１０２４ステップのうちの８００ステップ目までは、抵抗２１による電流値の検出結果に基づいて、期間ｔ１の間、ＦＥＴ１２がＯＮされる動作が繰り返されるが、残りの２２４ステップにおいては、ＦＥＴ１２はＯＮされないように制御される。

具体的には、輝度制御用ＰＷＭ３２は、上述したように、例えば、１０２４階調のうちの８００ステップに対応する期間、すなわち、ＰＷＭ周期の１０２４ステップのうちの８００ステップの間、論理回路（論理和）３７にＯＮ信号(１)を供給して、残り２２４ステップにはＯＦＦ信号（０）を供給する。そして、電流制御用ＰＷＭ３１は、コンパレータ３４から出力される信号に基づいて、それぞれの１ステップのうちの期間ｔ１の間、論理回路３７にＯＮ信号(１)を供給し、残りの期間ｔ２の間、ＯＦＦ信号（０）を供給する。する。そして、電流制御用ＰＷＭ３１および輝度制御用ＰＷＭ３２のいずれもＯＮ（１）を出力しているときのみ、ＦＥＴ１２はＯＮされる。

ここで、図１に示されるようなＬＥＤ駆動回路１におけるＰＷＭ制御の精度を高めたい場合、単純には、ＰＷＭのビット階調を上げる、すなわち、ｎビット制御におけるｎの値を大きくしてステップ数を増やせばよいが、このＬＥＤ駆動回路１において、ＰＷＭ制御は、バックコンバータのスイッチング周期を数えて行なうように、つまり、１ＰＷＭ周期に対するＯＮ時間の比率（所謂、ＯＮデューティ）で制御するようになされているので、ＰＷＭのビット階調を上げるとＰＷＭ周期が長くなってしまい、応答性が損なわれてしまうため、ＬＥＤの輝度制御を高速で行なうことが出来なくなってしまう。

なお、nビット制御におけるｎの値を大きくしてステップ数を増やすのではなく、電流制御での調光、すなわち、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧を調整することにより、図２を用いて説明した期間ｔ１を高い階調数で調整して調光することは可能だが、ＬＥＤは電流値によって発光波長変動があるため、例えば、テレビジョン受像機などの表示装置におけるバックライト光源として用いる場合、電流制御での調光を行うことは好ましくない。

また、ｎビット制御におけるｎの値を大きくしてステップ数を増やすとともに、ＰＷＭ周期を短くする目的で、バックコンバータのスイッチング速度を高めることも考えられるが、スイッチング動作の高速化には限界があり、また、スイッチング速度が極めて高いバックコンバータを含んだ製品は、スイッチングノイズによる不要輻射が発生してしまう可能性が高くなってしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、応答性を損なうことなく、ＰＷＭ制御の精度を高めることができるようにするものである。

本発明の一側面の制御装置は、ＬＥＤの駆動を制御する制御装置であって、スイッチング素子を含んで構成される、前記ＬＥＤを駆動するための駆動手段と、ｎ＋ｍビットの制御値を取得する制御値取得手段と、前記制御値取得手段により取得されたｎ＋ｍビットの制御値に基づいて、前記スイッチング素子の所定期間におけるＯＮ回数を上位ｎビットの制御値で制御するとともに、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間となるように、前記駆動手段による前記ＬＥＤの駆動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比でＯＮ信号を発生する第１のＯＮ信号発生手段と、前記ＬＥＤに流れる電流値を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果と所定の値を比較する比較手段と、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、前記下位ｍビットの制御値を供給する制御値供給手段と、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、基準値を供給する基準値供給手段と、前記比較手段に供給する値として、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値と、前記基準値供給手段により供給される前記基準値とを切換える切換え手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、ＯＮ信号を発生する第２のＯＮ信号発生手段と、前記第１のＯＮ信号発生手段および前記第２のＯＮ信号発生手段によりいずれもＯＮ信号が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給するスイッチング素子制御手段とを備え、前記第１のＯＮ信号発生手段は、前記切換え手段における前記制御値と前記基準値の切換えも制御し、前記切換え手段は、前記第１のＯＮ信号発生手段の制御によって、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値を前記比較手段に供給し、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値供給手段により供給される前記基準値を前記比較手段に供給する。

前記所定の時間は、前記スイッチング素子のスイッチング周期のｎビット分に対応する時間であるものとすることができる。

本発明の一側面の制御方法は、ＬＥＤの駆動を制御する制御装置の制御方法であって、ｎ＋ｍビットの制御値を取得し、前記ＬＥＤを駆動するための駆動回路に含まれるスイッチング素子の、所定期間におけるＯＮ回数を、取得されたｎ＋ｍビットの制御値のうちの上位ｎビットの制御値で制御し、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間となるように制御し、前記ＯＮ時間の制御においては、前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比で第１のＯＮ信号を発生し、前記ＬＥＤに流れる電流値を検出し、前記電流値の検出結果を、前記下位ｍビットの制御値または基準値と比較し、前記電流値の検出結果と比較される、前記下位ｍビットの制御値と基準値とを切換え、比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、第２のＯＮ信号を発生し、前記第１のＯＮ信号と前記第２のＯＮ信号の両方が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給し、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記下位ｍビットの制御値が前記電流値の検出結果と比較され、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値が前記電流値の検出結果と比較されるように、前記第１のＯＮ信号を発生する手段が、前記下位ｍビットの制御値と前記基準値の切換えも制御するステップを含む。

本発明の一側面の面状光源装置は、ＬＥＤにより発光する面状光源装置であって、ＬＥＤと、スイッチング素子を含んで構成される、前記ＬＥＤを駆動するための駆動手段と、ｎ＋ｍビットの制御値を取得する制御値取得手段と、前記制御値取得手段により取得されたｎ＋ｍビットの制御値に基づいて、前記スイッチング素子の所定期間におけるＯＮ回数を上位ｎビットの制御値で制御するとともに、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間となるように、前記駆動手段による前記ＬＥＤの駆動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比でＯＮ信号を発生する第１のＯＮ信号発生手段と、前記ＬＥＤに流れる電流値を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果と所定の値を比較する比較手段と、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、前記下位ｍビットの制御値を供給する制御値供給手段と、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、基準値を供給する基準値供給手段と、前記比較手段に供給する値として、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値と、前記基準値供給手段により供給される前記基準値とを切換える切換え手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、ＯＮ信号を発生する第２のＯＮ信号発生手段と、前記第１のＯＮ信号発生手段および前記第２のＯＮ信号発生手段によりいずれもＯＮ信号が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給するスイッチング素子制御手段とを備え、前記第１のＯＮ信号発生手段は、前記切換え手段における前記制御値と前記基準値の切換えも制御し、前記切換え手段は、前記第１のＯＮ信号発生手段の制御によって、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値を前記比較手段に供給し、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値供給手段により供給される前記基準値を前記比較手段に供給する。

本発明の一側面の面状光源装置の制御方法は、ＬＥＤにより発光する面状光源の制御方法であって、ｎ＋ｍビットの制御値を取得し、前記ＬＥＤを駆動するための駆動回路に含まれるスイッチング素子の、所定期間におけるＯＮ回数を、取得されたｎ＋ｍビットの制御値のうちの上位ｎビットの制御値で制御し、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間となるように制御し、前記ＯＮ時間の制御においては、前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比で第１のＯＮ信号を発生し、前記ＬＥＤに流れる電流値を検出し、前記電流値の検出結果を、前記下位ｍビットの制御値または基準値と比較し、前記電流値の検出結果と比較される、前記下位ｍビットの制御値と基準値とを切換え、比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、第２のＯＮ信号を発生し、前記第１のＯＮ信号と前記第２のＯＮ信号の両方が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給し、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記下位ｍビットの制御値が前記電流値の検出結果と比較され、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値が前記電流値の検出結果と比較されるように、前記第１のＯＮ信号を発生する手段が、前記下位ｍビットの制御値と前記基準値の切換えも制御するステップを含む。

本発明の一側面においては、ｎ＋ｍビットの制御値が取得され、ＬＥＤを駆動するための駆動回路に含まれるスイッチング素子の、所定期間におけるＯＮ回数が、取得されたｎ＋ｍビットの制御値のうちの上位ｎビットの制御値で制御され、スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間が下位ｍビットの制御値で制御され、その１回を除くスイッチング素子のＯＮ時間が所定の時間となるように制御される。このＯＮ時間の制御においては、所定の時間を１周期として、上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比で第１のＯＮ信号が発生され、ＬＥＤに流れる電流値が検出され、その検出結果が、下位ｍビットの制御値または基準値と比較される。比較結果に基づいて、スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、ＬＥＤに流れる電流値が所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、第２のＯＮ信号が発生され、第１のＯＮ信号と第２のＯＮ信号の両方が発生されている場合のみ、スイッチング素子にＯＮ信号が供給される。上位ｎビットで回数が制御されるスイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、下位ｍビットの制御値が電流値の検出結果と比較され、スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、基準値が電流値の検出結果と比較されるように、下位ｍビットの制御値と基準値の切換えが、第１のＯＮ信号を発生する手段によって制御される。

制御装置は、独立した装置であっても良いし、情報処理装置やテレビジョン受像機、または、液晶表示装置などにおけるＬＥＤの駆動制御処理を行うブロックであっても良い。

以上のように、本発明の一側面によれば、ＬＥＤを駆動することができ、特に、所定期間におけるＯＮ回数が、取得されたｎ＋ｍビットの制御値のうちの上位ｎビットの制御値で制御され、スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間が下位ｍビットの制御値で制御され、その１回を除くスイッチング素子のＯＮ時間が所定の時間となるように制御されるので、応答性を損なうことなく、制御の階調を増加することができる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書または図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書または図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書または図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

本発明の一側面の制御装置は、ＬＥＤの駆動を制御する制御装置（例えば、図４のＬＥＤ駆動回路５１）であって、スイッチング素子（例えば、図４のＦＥＴ１２）を含んで構成される、前記ＬＥＤを駆動するための駆動手段（例えば、図４に示されるバックコンバータ回路）と、ｎ＋ｍ（ｎおよびｍはいずれも正の整数）ビットの制御値を取得する制御値取得手段（例えば、図４のＰＷＭ調整値取得部６１）と、前記制御値取得手段により取得されたｎ＋ｍビットの制御値に基づいて、前記スイッチング素子の所定期間（例えば、１ＰＷＭ周期）におけるＯＮ回数を上位ｎビットの制御値で制御するとともに、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間（例えば、図５のｔ１´）を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間（例えば、図５のｔ１）となるように、前記駆動手段による前記ＬＥＤの駆動を制御する制御手段（例えば、図４の抵抗２１、電流制御用ＰＷＭ３１、コンパレータ３４、論理回路３７、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６、輝度制御用ＰＷＭ６２、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３、スイッチ６４）とを備え、前記制御手段は、前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比でＯＮ信号を発生する第１のＯＮ信号発生手段（例えば、図４の輝度制御用ＰＷＭ６２）と、前記ＬＥＤに流れる電流値を検出する検出手段（例えば、図４の抵抗２１）と、前記検出手段による検出結果と所定の値を比較する比較手段（例えば、図４のコンパレータ３４）と、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、前記下位ｍビットの制御値を供給する制御値供給手段（例えば、図４のＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３）と、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、基準値を供給する基準値供給手段（例えば、図４の電流制御電圧供給ＤＡＣ３６）と、前記比較手段に供給する値として、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値と、前記基準値供給手段により供給される前記基準値とを切換える切換え手段（例えば、図４のスイッチ６４）と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、ＯＮ信号を発生する第２のＯＮ信号発生手段（例えば、図４の電流制御用ＰＷＭ３１）と、前記第１のＯＮ信号発生手段および前記第２のＯＮ信号発生手段によりいずれもＯＮ信号が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給するスイッチング素子制御手段（例えば、図４の論理回路３７）とを備え、前記第１のＯＮ信号発生手段は、前記切換え手段における前記制御値と前記基準値の切換えも制御し、前記切換え手段は、前記第１のＯＮ信号発生手段の制御によって、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値を前記比較手段に供給し、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値供給手段により供給される前記基準値を前記比較手段に供給する。

前記制御手段は、前記所定の時間を１周期として、前記制御値取得手段により取得されたｎ＋ｍビットの制御値のうちの上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比でＯＮ信号を発生する第１のＯＮ信号発生手段（例えば、図４の輝度制御用ＰＷＭ６２）と、前記ＬＥＤに流れる電流値を検出する検出手段（例えば、図４の抵抗２１）と、前記検出手段による検出結果と所定の値を比較する比較手段（例えば、図４のコンパレータ３４）と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、ＯＮ信号を発生する第２のＯＮ信号発生手段（例えば、図４の電流制御用ＰＷＭ３１）と、前記第１のＯＮ信号発生手段および前記第２のＯＮ信号発生手段によりいずれもＯＮ信号が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給するスイッチング素子制御手段（例えば、図４の論理回路３７）とを更に備えることができ、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値は、上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいて下位ｍビットで制御された制御値となり、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては基準値となるものとすることができる。

前記制御手段は、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、下位ｍビットで制御された前記制御値を供給する制御値供給手段（例えば、図４のＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３）と、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、前記基準値を供給する基準値供給手段（例えば、図４の電流制御電圧供給ＤＡＣ３６）と、前記制御値供給手段により供給される前記制御値と、前記基準値供給手段により供給される前記基準値とのうち、前記比較手段に供給する値を切換える切換え手段（例えば、図４のスイッチ６４）とを更に備えることができ、前記切換え手段は、上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいて、前記比較手段に前記制御値供給手段により供給される前記制御値を供給し、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記比較手段に前記基準値供給手段により供給される前記基準値を供給することができる。

本発明の一側面の制御方法は、ＬＥＤの駆動を制御する制御装置（例えば、図４のＬＥＤ駆動回路５１）の制御方法であって、ｎ＋ｍ（ｎおよびｍはいずれも正の整数）ビットの制御値を取得し（例えば、図７のステップＳ１の処理）、前記ＬＥＤを駆動するための駆動回路（例えば、図４に示されるバックコンバータ回路）に含まれるスイッチング素子（例えば、図４のＦＥＴ１２）の、所定期間（例えば、１ＰＷＭ周期）におけるＯＮ回数を、取得されたｎ＋ｍビットの制御値のうちの上位ｎビットの制御値で制御し（例えば、図７のステップＳ２の処理）、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間（例えば、図５のｔ１´）を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間（例えば、図５のｔ１）となるように制御し（例えば、図７のステップＳ３乃至ステップＳ６の処理）、前記ＯＮ時間の制御においては、前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比で第１のＯＮ信号を発生し、前記ＬＥＤに流れる電流値を検出し、前記電流値の検出結果を、前記下位ｍビットの制御値または基準値と比較し、前記電流値の検出結果と比較される、前記下位ｍビットの制御値と基準値とを切換え、比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、第２のＯＮ信号を発生し、前記第１のＯＮ信号と前記第２のＯＮ信号の両方が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給し、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記下位ｍビットの制御値が前記電流値の検出結果と比較され、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値が前記電流値の検出結果と比較されるように、前記第１のＯＮ信号を発生する手段が、前記下位ｍビットの制御値と前記基準値の切換えも制御するステップを含む。

本発明の一側面の面状光源装置は、ＬＥＤにより発光する面状光源装置（例えば、図８のバックライト１１２および光源制御部１３２）であって、ＬＥＤ（例えば、図４のＬＥＤ１１）と、スイッチング素子（例えば、図４のＦＥＴ１２）を含んで構成される、前記ＬＥＤを駆動するための駆動手段（例えば、図４に示されるバックコンバータ回路）と、ｎ＋ｍ（ｎおよびｍはいずれも正の整数）ビットの制御値を取得する制御値取得手段（例えば、図４のＰＷＭ調整値取得部６１）と、前記制御値取得手段により取得されたｎ＋ｍビットの制御値に基づいて、前記スイッチング素子の所定期間（例えば、１ＰＷＭ周期）におけるＯＮ回数を上位ｎビットの制御値で制御するとともに、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間（例えば、図５のｔ１´）を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間（例えば、図５のｔ１）となるように、前記駆動手段による前記ＬＥＤの駆動を制御する制御手段（例えば、図４の抵抗２１、電流制御用ＰＷＭ３１、コンパレータ３４、論理回路３７、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６、輝度制御用ＰＷＭ６２、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３、スイッチ６４）とを備え、前記制御手段は、前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比でＯＮ信号を発生する第１のＯＮ信号発生手段（例えば、図４の輝度制御用ＰＷＭ６２）と、前記ＬＥＤに流れる電流値を検出する検出手段（例えば、図４の抵抗２１）と、前記検出手段による検出結果と所定の値を比較する比較手段（例えば、図４のコンパレータ３４）と、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、前記下位ｍビットの制御値を供給する制御値供給手段（例えば、図４のＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３）と、前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、基準値を供給する基準値供給手段（例えば、図４の電流制御電圧供給ＤＡＣ３６）と、前記比較手段に供給する値として、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値と、前記基準値供給手段により供給される前記基準値とを切換える切換え手段（例えば、図４のスイッチ６４）と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、ＯＮ信号を発生する第２のＯＮ信号発生手段（例えば、図４の電流制御用ＰＷＭ３１）と、前記第１のＯＮ信号発生手段および前記第２のＯＮ信号発生手段によりいずれもＯＮ信号が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給するスイッチング素子制御手段（例えば、図４の論理回路３７）とを備え、前記第１のＯＮ信号発生手段は、前記切換え手段における前記制御値と前記基準値の切換えも制御し、前記切換え手段は、前記第１のＯＮ信号発生手段の制御によって、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値を前記比較手段に供給し、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値供給手段により供給される前記基準値を前記比較手段に供給する。

前記ＬＥＤ、前記駆動手段、前記制御値取得手段、および、前記制御手段は、それぞれ、複数備えるものとすることができ、前記ＬＥＤを面状に配列することができ、複数の前記制御手段は、複数の前記制御値取得手段によって異なる制御値を得ることができ、異なる制御値に基づいて、前記駆動手段による前記ＬＥＤの駆動をそれぞれ制御し、複数の前記ＬＥＤを異なる輝度で発光させることができる。

本発明の一側面の面状光源のＬＥＤにより発光する面状光源（例えば、図８のバックライト１１２および光源制御部１３２）の制御方法であって、ｎ＋ｍ（ｎおよびｍはいずれも正の整数）ビットの制御値を取得し（例えば、図７のステップＳ１の処理）、前記ＬＥＤを駆動するための駆動回路（例えば、図４に示されるバックコンバータ回路）に含まれるスイッチング素子（例えば、図４のＦＥＴ１２）の、所定期間（例えば、１ＰＷＭ周期）におけるＯＮ回数を、取得されたｎ＋ｍビットの制御値のうちの上位ｎビットの制御値で制御し（例えば、図７のステップＳ２の処理）、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間（例えば、図５のｔ１´）を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間（例えば、図５のｔ１）となるように制御し（例えば、図７のステップＳ３乃至ステップＳ６の処理）、前記ＯＮ時間の制御においては、前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比で第１のＯＮ信号を発生し、前記ＬＥＤに流れる電流値を検出し、前記電流値の検出結果を、前記下位ｍビットの制御値または基準値と比較し、前記電流値の検出結果と比較される、前記下位ｍビットの制御値と基準値とを切換え、比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、第２のＯＮ信号を発生し、前記第１のＯＮ信号と前記第２のＯＮ信号の両方が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給し、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記下位ｍビットの制御値が前記電流値の検出結果と比較され、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値が前記電流値の検出結果と比較されるように、前記第１のＯＮ信号を発生する手段が、前記下位ｍビットの制御値と前記基準値の切換えも制御するステップを含む。

以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

なお、従来の場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

すなわち、図４のＬＥＤ駆動回路５１は、ＰＷＭ調整値取得部３５に代わってＰＷＭ調整値取得部６１が備えられ、輝度制御用ＰＷＭ３２に代わって輝度制御用ＰＷＭ（Bright Control PWM）６２が設けられ、新たに、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ（ＰＷＭＤＡＣ）６３およびスイッチ６４が設けられている以外は、図１を用いて説明したＬＥＤ駆動回路１と基本的に同様の構成を有している。

ＰＷＭ調整値取得部６１は、図示しない操作入力部から、または、外部の機器などから、（ｎ＋ｍ）ビットのＰＷＭ調整値を取得し、上位ｎビットは、輝度制御用ＰＷＭ６２に供給し、下位ｍビットは、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３に供給する。

輝度制御用ＰＷＭ６２は、ＰＷＭ調整値取得部６１から供給されたｎビットのＰＷＭ調整値に基づいて、ＰＷＭ制御のＯＮデューティを求め、ＦＥＴ１２のＯＮ/ＯＦＦを制御するための信号を出力するとともに、スイッチ６４を制御して、上位ｎビットの制御値に対応するパルス発生数が所定の値に達するまでは、コンパレータ３４に電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧を供給させ、上位ｎビットの制御値に対応するパルス発生数が所定の値に達したとき、コンパレータ３４にＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３から供給される制御電圧値を供給させる。

ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３は、ＰＷＭ調整値取得部６１から供給されたｍビットのＰＷＭ調整値に基づいて、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧とは独立して設定される基準電圧以下の電圧値である制御電圧値を設定し、スイッチ６４に供給する。

スイッチ６４は、輝度制御用ＰＷＭ６２の制御に基づいて、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧、または、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３から供給される制御電圧値のいずれかを、コンパレータ３４に供給する。

ＦＥＴ１２がＯＮであるとき、ＶＤＤ１からリアクタンス１３を介して、ＬＥＤ１１、ＦＥＴ１２、および、抵抗２１に電流Ｉ１が流れる。ＦＥＴ１２がＯＮである期間に、リアクタンス１３に電荷が蓄積される。コンデンサ１４は電源平滑用である。

コンパレータ（comp）３４は、抵抗２１の端子間に発生する電圧値と、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧、または、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３が発生する制御電圧とを比較し、比較結果を電流制御用ＰＷＭ３１に供給する。電流制御用ＰＷＭ３１は、１スイッチング周期の開始時に、ＦＥＴ１２を制御してＯＮにし、抵抗２１の端子間に発生する電圧値が、基準電圧または制御電圧以下である間、ＦＥＴ１２のＯＮ状態を維持し、抵抗２１の端子間に発生する電圧値が、基準電圧または制御電圧以上になったとき、ＦＥＴ１２を制御してＯＦＦする。

輝度制御用ＰＷＭ６２は、（ｎ＋ｍ）ビットのうちの上位ｎビット分の階調制御（例えば、ｎ＝１０なら１０２４ステップの階調制御）に対応して、所定のステップ分だけ、図２を用いて説明したようなＦＥＴ１２のＯＮ動作が実行されるように、ＦＥＴ１２のＯＮ/ＯＦＦを制御するための信号を論理回路３７に出力する。また、輝度制御用ＰＷＭ６２は、上位ｎビット分の階調制御に対応するＦＥＴ１２のＯＮのうちのいずれか１ステップ、例えば、最後のステップにおいて、スイッチ６４を制御して、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３から供給される制御電圧値をコンパレータ３４に供給させる。具体的には、例えば、（ｎ＋ｍ）ビットのうちの上位ｎビットが１０ビットであって、１０２４ステップの階調制御のうち、８００ステップがＯＮとなるような階調制御を行うためのＰＷＭ調整値をＰＷＭ調整値取得部６１から供給されたとき、輝度制御用ＰＷＭ６２は、７９９ステップまでは、スイッチ６４を制御して、コンパレータ３４に電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧を供給させ、８００ステップ目において、スイッチ６４を制御して、コンパレータ３４にＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３から供給される制御電圧値を供給させる。

図５は、ＬＥＤ駆動回路５１におけるＦＥＴ１２のゲート電流波形、すなわち、ＦＥＴ１２のスイッチング動作と、ＬＥＤ１１へ流れる電流波形の一般例である。

電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧がスイッチ６４からコンパレータ３４に供給されているとき、ＦＥＴ１２は、基準電圧値に基づいて、期間ｔ１の間ＯＮになる。そして、ＦＥＴ１２がＯＦＦである期間ｔ２において、リアクタンス１３に蓄積された電荷が放出され、ダイオード１５の作用により電流Ｉ２が発生するので、ＬＥＤ１１には、蓄積された分の電流が流れる。すなわち、図５における点線ａが、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧がスイッチ６４からコンパレータ３４に供給されているときにＬＥＤ１１へ流れる電流の波形となる。

これに対して、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３が発生する制御電圧がスイッチ６４からコンパレータ３４に供給されているとき、ＦＥＴ１２は、ｍビットの制御信号に基づいて発生される制御電圧値に基づいて、期間ｔ１´の間ＯＮになる。例えば、ｍ＝８であるとき、制御電圧値によって決まる期間ｔ１´の長さは、２５６階調で制御される。そして、ＦＥＴ１２がＯＦＦである期間ｔ２´において、リアクタンス１３に蓄積された電荷が放出され、ダイオード１５の作用により電流Ｉ２が発生するので、ＬＥＤ１１には、蓄積された分の電流が流れる。すなわち、図５における一点差線ｂが、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３が発生する制御電圧がスイッチ６４からコンパレータ３４に供給されているときにＬＥＤ１１へ流れる電流の波形となり、この１ステップにおいてＬＥＤ１１に供給される電力は、図５における一点差線ｂの積分値となる。

このようにして、上位ｎビット分の制御値によって決まるＦＥＴ１２のＯＮの最後の１パルスにおいて、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３からｍビットで制御される制御電圧値をコンパレータ３４に供給させることにより、その１パルスにおけるバックコンバータでのＬＥＤ駆動電流をｍビットの分解能で制御することができる。

すなわち、図６のＬＥＤ電流波形に示されるように、ＬＥＤ駆動回路５１においては、ｎビットの制御が可能なＰＷＭ周期内のＦＥＴ１２のＯＮの回数が、（ｎ＋ｍ）ビットの制御値のうちの上位ｎビットによって決まり、ＦＥＴ１２のＯＮの最後の１パルスにおいてのみ、制御値のうちの下位ｍビットによって決まる電流値による電流調光が行われる。

なお、ＬＥＤ駆動回路５１においては、１ＰＷＭ周期中、上位ｎビット分の制御値によって決まるＯＮ区間内の最後の１パルス以外のいずれの１パルスにおいて、ｍビットの電流制御を行なっても良いことは言うまでもない。

このようにすることにより、ＬＥＤ駆動回路５１においては、輝度制御用ＰＷＭ６２の制御におけるｎビットの階調精度に加え、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３から供給される制御電圧値に基づいて、ｍビットの階調精度を有する電流制御を行うことができるので、ＬＥＤ１１の輝度は、(ｎ＋ｍ)ビットの制御精度、すなわち、ｎ×ｍ階調の階調精度を得ることができる。

また、ＬＥＤ駆動回路５１においては、(ｎ＋ｍ)ビットの制御精度でＬＥＤ電力制御を行うことができるのに対して、１ＰＷＭ周期はバックコンバータの基本周期に２のｎ乗を乗じた値（基本周期×ｎビット）である。この１ＰＷＭ周期は、ＰＷＭ制御の精度を高めるために単純にＰＷＭのビット階調を（ｎ＋ｍ）に増加した場合と比較して、バックコンバータの基本周期に２のｍ乗を乗じた値だけ短くなる。すなわち、ＬＥＤ駆動回路５１においては、従来のｎビットの階調精度でＰＷＭ制御が行われている場合と同様のステップ数でｎ×ｍ階調の階調精度でのＰＷＭ制御を行うことができる。したがって、ＬＥＤ駆動回路５１においては、制御の応答性を損なうことなく、また、バックコンバータのスイッチング周波数の設定を高くすることなく、ＰＷＭ制御の精度を高めることができる。

換言すれば、ＬＥＤ駆動回路５１においては、従来における場合と同等のＰＷＭ周期、かつ、バックコンバータのスイッチング速度において、従来における場合よりも精度の高い階調数で、バックコンバータの電流制御を行うことができるようになされている。

なお、図４を用いて説明したＬＥＤ駆動回路５１においては、輝度制御用ＰＷＭ６２がスイッチ６４を制御するものとして説明したが、輝度制御用ＰＷＭとしては、従来における場合と同様の輝度制御用ＰＷＭ３２を備えさせ、スイッチ６４の制御は、異なるブロックが行うものとしても良い。

また、図４を用いて説明したＬＥＤ駆動回路５１においては、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３は、ＰＷＭ調整値取得部６１から供給されたｍビットのＰＷＭ調整値に基づいて、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧とは異なる制御電圧値を設定し、スイッチ６４に供給するものとして説明したが、例えば、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３およびスイッチ６４を設けることなく、ＰＷＭ調整値取得部６１から供給されたｍビットのＰＷＭ調整値を、ただ１つ設けられている電流制御電圧供給ＤＡＣに供給するとともに、スイッチ６４の切り替えを制御していた制御信号も電流制御電圧供給ＤＡＣに供給するようにして、電流制御電圧供給ＤＡＣが、コンパレータ３４に、上述した場合と同様の基準電圧値および制御電圧値を切換えて供給することができるようにしても良い。

しかしながら、１つのＤＡＣの出力値をあるタイミングに基づいて高速に切換えるよりも、２つのＤＡＣ（ここでは、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３と電流制御電圧供給ＤＡＣ３６）の出力を、スイッチを用いて切換えるほうが、高速な制御を実行するための応答性に優れており、好適である。

以上説明したように、図４を用いて説明したＬＥＤ駆動回路５１においては、１ＰＷＭ周期のうちのＦＥＴ１２のＯＮの回数を上位ｎビットで制御し、ＦＥＴ１２のＯＮのうちのいずれか１回において、コンパレータ３４に対して供給される比較用の電圧値をｍビットで制御することにより、バックコンバータをｎ＋ｍｂｉｔの階調で制御することが可能となる。

なお、ＬＥＤは電流値によって発光波長変動があるが、ＬＥＤ駆動回路５１においては、ｎビットの１ＰＷＭ周期に対しに対し１パルスのみを電流制御するので、相対的に影響度は小さく問題とはならない。

次に、図７のフローチャートを参照して、ＬＥＤ駆動回路５１において実行される制御処理について説明する。

ステップＳ１において、ＰＷＭ調整値取得部６１は、図示しない操作入力部から、または、外部の機器などから、ｎ＋ｍビットの制御値を取得し、上位ｎビットは、輝度制御用ＰＷＭ６２に供給し、下位ｍビットは、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３に供給する。このとき、輝度制御用ＰＷＭ６２は、スイッチ６４を制御して、コンパレータ３４に電流制御電圧供給ＤＡＣ（Current DAC）３６の出力値である基準電圧を供給させている。

ステップＳ２において、輝度制御用ＰＷＭ６２は、論理回路３７に、ＯＮ信号（１）を供給するとともに、上位ｎビットの制御値に対応するパルス発生数のカウントを開始する。

ステップＳ３において、輝度制御用ＰＷＭ６２は、上位ｎビットの制御値に対応するパルス発生数が所定の値に達したか否かを判断する。

ステップＳ３において、上位ｎビットの制御値に対応するパルス発生数が所定の値に達していないと判断された場合、ステップＳ４において、輝度制御用ＰＷＭ６２は、スイッチ６４を制御して、コンパレータ３４への電流制御電圧供給ＤＡＣ（Current DAC）３６の出力値である基準電圧の供給を維持し、処理は、ステップＳ３に戻り、それ以降の処理が繰り返される。

ステップＳ４の処理が実行されているとき、コンパレータ３４は、抵抗２１の端子間に発生する電圧値と、電流制御電圧供給ＤＡＣ３６が発生する基準電圧とを比較し、比較結果を電流制御用ＰＷＭ３１に供給する。電流制御用ＰＷＭ３１は、１スイッチング周期の開始時に、ＦＥＴ１２をＯＮにし、抵抗２１の端子間に発生する電圧値が、基準電圧以下である間、ＦＥＴ１２のＯＮ状態を維持し、抵抗２１の端子間に発生する電圧値が、基準電圧以上になったとき、ＦＥＴ１２をＯＦＦする。すなわち、ステップＳ４の処理が実行されているとき、図５における点線ａが、ＬＥＤ１１に供給される電流の波形となる。

ステップＳ３において、上位ｎビットの制御値に対応するパルス発生数が所定の値に達したと判断された場合、ステップＳ５において、輝度制御用ＰＷＭ６２は、スイッチ６４を制御して、コンパレータ３４に、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ（PWM DAC）６３から、下位ｍビットの制御値に対応する出力値である制御電圧値を供給させる。

ステップＳ５の処理が実行されているとき、コンパレータ３４は、抵抗２１の端子間に発生する電圧値と、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３が発生する制御電圧とを比較し、比較結果を電流制御用ＰＷＭ３１に供給する。電流制御用ＰＷＭ３１は、１スイッチング周期の開始時に、ＦＥＴ１２を制御してＯＮにし、抵抗２１の端子間に発生する電圧値が制御電圧以下である間、ＦＥＴ１２のＯＮ状態を維持し、抵抗２１の端子間に発生する電圧値が制御電圧以上になったとき、ＦＥＴ１２を制御してＯＦＦする。すなわち、ステップＳ５の処理が実行されているとき、図５における一点差線ｂが、ＬＥＤ１１に供給される電流の波形となる。

また、ステップＳ５において、図５における一点差線ｂで示される電流が１パルス発生した後、輝度制御用ＰＷＭ６２は、上位ｎビットの制御値に対応するパルス発生数が所定の値に達したため、論理回路３７に、ＯＦＦ信号（０）を供給する。

そして、ステップＳ６において、輝度制御用ＰＷＭ６２は、ＰＷＭ周期が１周期経過したか否かを判断する。

ステップＳ６において、ＰＷＭ周期が１周期経過していないと判断された場合、ＰＷＭ周期が１周期経過したと判断されるまで、ステップＳ６の処理が繰り返される。すなわち、ステップＳ６の処理が実行されている間、輝度制御用ＰＷＭ６２は、論理回路３７にＯＦＦ信号（０）を供給しているので、ＦＥＴ１２のＯＦＦ状態が維持される。

なお、ステップＳ５において、スイッチ６４は、ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ６３からの出力をコンパレータ３４に供給するように制御されているが、輝度制御用ＰＷＭ６２は、ステップＳ６において、ＰＷＭ周期が１周期経過したと判断されるまでの間に、スイッチ６４を制御して、コンパレータ３４に電流制御電圧供給ＤＡＣ３６の出力値である基準電圧を供給させる。

ステップＳ６において、ＰＷＭ周期が１周期経過したと判断された場合、処理は、ステップＳ１に戻り、それ以降の処理が繰り返される。

このような処理により、ＬＥＤ駆動回路５１においては、従来における場合と同等のＰＷＭ周期、かつ、バックコンバータのスイッチング速度において、従来における場合よりも精度の高い階調数で、バックコンバータの電力制御を行うことができる。

すなわち、ＬＥＤ駆動回路５１は、バックコンバータのスイッチング周期の整数倍（ｎビット倍）を単位とするＰＷＭ周期に基づいて制御され、バックコンバータのスイッチング周期とＰＷＭ周期は同期しており、ＰＷＭ制御のＯＮ期間に発生されるパルスのうちいずれか１パルスにおいてｍビットで電力制御が行われているので、応答性を損なわず、スイッチングノイズによる不要輻射の発生を抑えて、ｎ＋ｍｂｉｔの階調でＬＥＤ１１の輝度制御を実行することができるようになされている。

このようなＬＥＤ駆動回路５１は、例えば、テレビジョン受像機などに用いられる、ＬＥＤ１１をバックライト光源とするＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）ユニットのＬＥＤ輝度制御において用いると好適である。特に、このようなＬＥＤ駆動回路５１は、輝度制御の制御速度を下げることなく、ＬＥＤの発光波長変動を発生させることなく、また、スイッチングノイズによる不要輻射の発生を防止して、個々のＬＥＤ輝度を高精度に制御する手段として好適である。

特に、このようなＬＥＤ駆動回路５１は、テレビジョン受像機などの表示装置においてバックライトとして用いられるＬＥＤを高精度に制御したい場合、例えば、表示される画像のそれぞれのフレームを複数の領域に分割し、各フレームの輝度分布から、領域ごとに必要な表示輝度を算出して、領域ごとに備えられた複数のバックライト光源の輝度を制御するようになされている場合などにおいて、各領域のバックライト光源であるＬＥＤ輝度を高精度に制御するために用いると好適である。

図８は、上述したＬＥＤ駆動回路５１を適用して好適な、液晶表示装置の一実施の形態の構成例を示している。

図８の液晶表示装置１０１は、赤、緑、および青の着色がされているカラーフィルタ基板、液晶層などを有する液晶パネル１１１、その背面側に配置されるバックライト１１２、液晶パネル１１１およびバックライト１１２を制御する制御部１１３、並びに、電源供給部１１４により構成される。

液晶表示装置１０１は、画像信号に対応する原画像を所定の表示領域（液晶パネル１１１の表示部１２１に対応する領域）に表示する。なお、液晶表示装置１０１に入力される入力画像信号は、例えば、６０Hzのフレームレートの画像（以下、フレーム画像という）に対応する。

液晶パネル１１１は、バックライト１１２からの白色光を透過させる開口部が複数配列されている表示部１２１、並びに、表示部１２１の開口部それぞれに設けられている不図示のトランジスタ（TFT：Thin Film Transistor）に駆動信号を送出するソースドライバ１２２およびゲートドライバ１２３により構成される。

表示部１２１の開口部を通過した白色光は、図示せぬカラーフィルタ基板上に形成されているカラーフィルタによって赤色、緑色、または青色の光に変換される。この赤色、緑色、および青色の光を発する３つの開口部からなる組が表示部１２１の１画素に対応する。

バックライト１１２は、表示部１２１に対応する発光領域において白色光を発する。バックライト１１２の発光領域は、図８に示されるように、複数のブロック（領域）BLに分割されており、分割された複数のブロックBLそれぞれについて個別に点灯が制御される。

各ブロックBLには、赤色、緑色、または青色の光を発する発光素子であるＬＥＤ（図４のＬＥＤ１１に対応する）それぞれが１以上配置されており、各ブロックBL内に配置された赤、緑、または青のＬＥＤ全体で光源LTを構成する。光源LTは、赤色、緑色、および青色の光の混合により、白色光を発光する。

なお、図８では、バックライト１１２が２４個のブロックBLに分割されている例が示されているが、ブロックBLの分割数は、これに限定されるものではない。また、ブロックBLは、バックライト１１２の発光領域を、仕切り板等を用いて物理的に分割したものではなく、仮想的に分割したものである。従って、ブロックBL内に配置された発光素子から出射された光は、不図示の拡散板によって拡散されて、ブロックBLの前方だけでなく、その周辺ブロックの前方に対しても照射される。

制御部１１３は、表示輝度算出部１３１、光源制御部１３２、および液晶パネル制御部１３３により構成される。制御部１１３の光源制御部１３２は、バックライト１１２とともにバックライト装置を構成する。

表示輝度算出部１３１には、各フレーム画像に対応する画像信号が他の装置から供給される。表示輝度算出部１３１は、供給された画像信号からフレーム画像の輝度分布を求め、さらにフレーム画像の輝度分布から、ブロックBLごとに、必要な表示輝度を算出する。算出された表示輝度は、光源制御部１３２および液晶パネル制御部１３３に供給される。

光源制御部１３２は、表示輝度算出部１３１から供給された各ブロックBLの表示輝度に基づいて、各ブロックBLの発光輝度を演算する。そして、光源制御部１３２は、演算された発光輝度となるようにバックライト１１２の各ブロックBLの光源LTを可変制御する。従って、液晶表示装置１０１では、各ブロックBLの発光輝度がフレーム画像の輝度分布に応じて適応制御されるバックライト分割制御が実行される。なお、各ブロックBLの発光輝度がいくつに設定されるかを表す情報は、液晶パネル制御部１３３に供給される。また、発光輝度の調整には、上述したようにして、パルス信号のパルス幅を可変することにより制御するＰＷＭ駆動制御が採用される。

光源制御部１３２は、また、バックライト１１２の各ブロックBL内に配置されたＲＧＢそれぞれのカラーセンサからの受光信号に基づいて、赤色、緑色、および青色の光の混合からなる光の白色度（ホワイトバランス）も調整する。

液晶パネル制御部１３３は、表示輝度算出部１３１から供給されるブロックBLごとの表示輝度と、光源制御部１３２から供給されるブロックBLごとの発光輝度に基づいて、表示部１２１の各画素の液晶開口率を算出する。そして、液晶パネル制御部１３３は、算出された液晶開口率となるように、液晶パネル１１１のソースドライバ１２２およびゲートドライバ１２３に駆動信号を供給し、表示部１２１の各画素のＴＦＴを駆動制御する。

電源供給部１１４は、液晶表示装置１０１の各部に所定の電源を供給する。

このような液晶表示装置１０１においては、ブロックBLごとのバックライトの発光輝度の制御を精度よく行う必要がある。そこで、光源制御部１３２に、上述したＬＥＤ駆動回路５１を適用することにより、輝度制御の制御速度を下げることなく、ＬＥＤの発光波長変動を発生させることなく、また、スイッチングノイズによる不要輻射の発生を防止して、個々のＬＥＤ輝度を高精度に制御することができ、好適である。

なお、ＬＥＤ駆動回路５１は、液晶表示装置のバックライト以外のＬＥＤを駆動可能であることはいうまでもない。

また、ＬＥＤ駆動回路５１と同様の回路構成により、バックコンバータを制御するためのＰＷＭ制御の階調数を増やすことができるので、応答性を損なうことなく、ＰＷＭ制御の精度を高めることが可能となる。すなわち、ＬＥＤ駆動回路５１と同様の回路構成により、ＬＥＤ以外の負荷を駆動することが可能である。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

従来のＬＥＤ駆動回路を説明するための図である。図１のＬＥＤ駆動回路におけるＦＥＴのゲート電流波形を示す図である。図１のＬＥＤ駆動回路におけるＰＷＭ制御のＯＮデューティについて説明するための図である。本発明を適用したＬＥＤ駆動回路を説明するための図である。図４のＬＥＤ駆動回路におけるＦＥＴのゲート電流波形を示す図である。図４のＬＥＤ駆動回路におけるＰＷＭ制御のＯＮデューティおよび電流制御について説明するための図である。制御処理について悦名するためのフローチャートである。図４のＬＥＤ駆動回路の適用例である液晶表示装置を説明するための図である。

符号の説明

１１ＬＥＤ，１２ＦＥＴ，１３リアクタンス，１４コンデンサ，１５ダイオード，２１抵抗，３１電流制御用ＰＷＭ，３４コンパレータ，３６電流制御電圧供給ＤＡＣ，５１ＬＥＤ駆動回路，６１ＰＷＭ調整値取得部，６２輝度制御用ＰＷＭ，６３ＰＷＭ制御電圧供給ＤＡＣ，６４スイッチ，１０１液晶表示装置，１１１液晶パネル，１１２バックライト，１１３制御部，１３１表示機度算出部，１３２光源制御部

Claims

ＬＥＤの駆動を制御する制御装置において、
スイッチング素子を含んで構成される、前記ＬＥＤを駆動するための駆動手段と、
ｎ＋ｍビットの制御値を取得する制御値取得手段と、
前記制御値取得手段により取得されたｎ＋ｍビットの制御値に基づいて、前記スイッチング素子の所定期間におけるＯＮ回数を上位ｎビットの制御値で制御するとともに、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間となるように、前記駆動手段による前記ＬＥＤの駆動を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比でＯＮ信号を発生する第１のＯＮ信号発生手段と、
前記ＬＥＤに流れる電流値を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果と所定の値を比較する比較手段と、
前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、前記下位ｍビットの制御値を供給する制御値供給手段と、
前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、基準値を供給する基準値供給手段と、
前記比較手段に供給する値として、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値と、前記基準値供給手段により供給される前記基準値とを切換える切換え手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、ＯＮ信号を発生する第２のＯＮ信号発生手段と、
前記第１のＯＮ信号発生手段および前記第２のＯＮ信号発生手段によりいずれもＯＮ信号が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給するスイッチング素子制御手段と
を備え、
前記第１のＯＮ信号発生手段は、前記切換え手段における前記制御値と前記基準値の切換えも制御し、
前記切換え手段は、前記第１のＯＮ信号発生手段の制御によって、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値を前記比較手段に供給し、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値供給手段により供給される前記基準値を前記比較手段に供給する
制御装置。
前記所定の時間は、前記スイッチング素子のスイッチング周期のｎビット分に対応する時間である
請求項１に記載の制御装置。
ＬＥＤの駆動を制御する制御装置の制御方法において、
ｎ＋ｍビットの制御値を取得し、
前記ＬＥＤを駆動するための駆動回路に含まれるスイッチング素子の、所定期間におけるＯＮ回数を、取得されたｎ＋ｍビットの制御値のうちの上位ｎビットの制御値で制御し、
前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間となるように制御し、
前記ＯＮ時間の制御においては、
前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比で第１のＯＮ信号を発生し、
前記ＬＥＤに流れる電流値を検出し、
前記電流値の検出結果を、前記下位ｍビットの制御値または基準値と比較し、
前記電流値の検出結果と比較される、前記下位ｍビットの制御値と基準値とを切換え、
比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、第２のＯＮ信号を発生し、
前記第１のＯＮ信号と前記第２のＯＮ信号の両方が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給し、
前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記下位ｍビットの制御値が前記電流値の検出結果と比較され、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値が前記電流値の検出結果と比較されるように、前記第１のＯＮ信号を発生する手段が、前記下位ｍビットの制御値と前記基準値の切換えも制御する
ステップを含む制御方法。
ＬＥＤにより発光する面状光源装置において、
ＬＥＤと、
スイッチング素子を含んで構成される、前記ＬＥＤを駆動するための駆動手段と、
ｎ＋ｍビットの制御値を取得する制御値取得手段と、
前記制御値取得手段により取得されたｎ＋ｍビットの制御値に基づいて、前記スイッチング素子の所定期間におけるＯＮ回数を上位ｎビットの制御値で制御するとともに、前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間となるように、前記駆動手段による前記ＬＥＤの駆動を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比でＯＮ信号を発生する第１のＯＮ信号発生手段と、
前記ＬＥＤに流れる電流値を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果と所定の値を比較する比較手段と、
前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、前記下位ｍビットの制御値を供給する制御値供給手段と、
前記比較手段において前記検出手段による検出結果と比較される前記所定の値として、基準値を供給する基準値供給手段と、
前記比較手段に供給する値として、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値と、前記基準値供給手段により供給される前記基準値とを切換える切換え手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、ＯＮ信号を発生する第２のＯＮ信号発生手段と、
前記第１のＯＮ信号発生手段および前記第２のＯＮ信号発生手段によりいずれもＯＮ信号が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給するスイッチング素子制御手段と
を備え、
前記第１のＯＮ信号発生手段は、前記切換え手段における前記制御値と前記基準値の切換えも制御し、
前記切換え手段は、前記第１のＯＮ信号発生手段の制御によって、前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記制御値供給手段により供給される前記下位ｍビットの制御値を前記比較手段に供給し、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値供給手段により供給される前記基準値を前記比較手段に供給する
面状光源装置。
前記ＬＥＤ、前記駆動手段、前記制御値取得手段、および、前記制御手段は、それぞれ、複数備えられ、
前記ＬＥＤは面状に配列され、
複数の前記制御手段は、複数の前記制御値取得手段によって異なる制御値を得ることができ、異なる制御値に基づいて、前記駆動手段による前記ＬＥＤの駆動をそれぞれ制御し、複数の前記ＬＥＤを異なる輝度で発光させる
請求項４に記載の面状光源装置。
ＬＥＤにより発光する面状光源装置の制御方法において、
ｎ＋ｍビットの制御値を取得し、
前記ＬＥＤを駆動するための駆動回路に含まれるスイッチング素子の、所定期間におけるＯＮ回数を、取得されたｎ＋ｍビットの制御値のうちの上位ｎビットの制御値で制御し、
前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回のＯＮ時間を下位ｍビットの制御値で制御し、その１回を除く前記スイッチング素子のＯＮ時間は所定の時間となるように制御し、
前記ＯＮ時間の制御においては、
前記所定の時間を１周期として、前記上位ｎビットの制御値に基づくデューティ比で第１のＯＮ信号を発生し、
前記ＬＥＤに流れる電流値を検出し、
前記電流値の検出結果を、前記下位ｍビットの制御値または基準値と比較し、
前記電流値の検出結果と比較される、前記下位ｍビットの制御値と基準値とを切換え、
比較結果に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周期の開始から、前記ＬＥＤに流れる電流値が前記所定の値によって決まる電流値に達するまでの期間、第２のＯＮ信号を発生し、
前記第１のＯＮ信号と前記第２のＯＮ信号の両方が発生されている場合のみ、前記スイッチング素子にＯＮ信号を供給し、
前記上位ｎビットで回数が制御される前記スイッチング素子のＯＮのうちのいずれか１回に対応するタイミングにおいては、前記下位ｍビットの制御値が前記電流値の検出結果と比較され、前記スイッチング素子のＯＮのうちの他のタイミングにおいては、前記基準値が前記電流値の検出結果と比較されるように、前記第１のＯＮ信号を発生する手段が、前記下位ｍビットの制御値と前記基準値の切換えも制御する
ステップを含む面状光源装置の制御方法。