(57)【要約】ＬＥＤの明るさを安定して絞ることができるＬＥＤ駆動装置を提供する。タイミング信号に応じて第１の駆動電圧と第２の駆動電圧とを切り替える駆動電圧切替手段（Ｑ１００８）と、前記第１の駆動電圧又は前記第２の駆動電圧を印加され、ＬＥＤに流れる電流を決定するフィードバック回路（Ｑ１００１〜Ｑ１００５）とを備え、前記フィードバック回路は、前記タイミング信号に応じてＬＥＤに流れる電流を決定する抵抗（Ｒ１００１，Ｒ１００２，Ｒ２００１）を切り替える抵抗切替手段（Ｑ２００１）とを備えることを特徴とする。
2008047862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイミング信号に応じて第１の駆動電圧と第２の駆動電圧とを切り替える駆動電圧切替手段と、
前記第１の駆動電圧又は前記第２の駆動電圧を印加され、ＬＥＤに流れる電流を決定するフィードバック回路とを備え、
前記フィードバック回路は、前記タイミング信号に応じてＬＥＤに流れる電流を制御する電流制御手段を備えることを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記電流制御手段は、前記タイミング信号に応じてＬＥＤに流れる電流を決定する対向を切り替える抵抗切替手段であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＬＥＤ駆動装置と、
前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動されるＬＥＤとを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載のＬＥＤ駆動装置と、
前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動される緑色ＬＥＤと、
赤色ＬＥＤと、
青色ＬＥＤと、
前記緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを切り替えて発光させる制御手段と、
前記制御手段によって前記緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び青色ＲＧＢの発光と同期して制御され、前記緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び青色ＲＧＢによって発光された光を変調する反射型デバイスと、
前記反射型デバイスによって反射された光を投影する投影光学系とを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１又は２記載のＬＥＤ駆動装置と、
前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動されるＬＥＤの駆動電流を切り替えて発光させる制御手段と、バックライトの組み合わせで、エリアアクティブを備える事を特徴とする直視型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）駆動装置と、ＬＥＤを光源として用いる照明装置および投影型表示装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
投影型表示装置として、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）を時分割表示してカラー画像を形成するフィールドシーケンシャル方式の表示装置がある。代表的なＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタでは、光源として高圧水銀ランプなどを用い、光源からの白色光をカラーホイールによって色分離し、色分離された光をＤＭＤ（Digital Micromirror Device）のような反射型デバイスによって変調し、投影光学系を経てスクリーンに投影してカラー画像を形成している。【０００３】
このような反射型デバイスを用いた表示装置では、明るさを表現する場合に低輝度での量子化ノイズが問題になる。これを解決するために、従来の高圧水銀ランプなどのランプを用いた表示装置では、カラーホイールのセグメントに輝度を１０％程度まで落とすＮＤ（Neutral Density）フィルタを設けて、低輝度での見かけ上のビット数を上げることによって量子化ノイズを減らすことが実施されている。【０００４】
フィールドシーケンシャル方式の表示装置としては、白色ランプ光源とカラーホイールを用いる代わりに、光源としてＲＧＢ各色のＬＥＤを用い、これらを時分割でそれぞれ発光させて反射型デバイスに入射させて変調し、投影光学系を経てスクリーンに投影してカラー画像を形成するものもある。この場合、各ＬＥＤの発光オン／オフはパルス発光状態になっている。【０００５】
一方、直視型表示装置として、液晶があるが、こちらは蛍光管から固体照明(ＬＥＤ)に切り替わりつつある。このＬＥＤを複数個用い、液晶の映像に合わせ、ＬＥＤの輝度をブロック毎に変化させる技術(エリアアクティブ)を利用して、視覚上のダイナミックレンジを変え、性能向上を果たしている。
【特許文献１】特開２００１−３１３４２３号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３９８８号公報
【特許文献３】特開２００４−２７４８７２号公報
【特許文献４】特開２００５−１４２１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなＬＥＤ光源の表示装置においても、上述したような低輝度での量子化ノイズの問題が生じる。この場合、カラーホイールは用いられていないので、従来のランプ光源の表示装置の場合のようにＮＤフィルタを設けるといったような対策をすることはできない。【０００７】
ＮＤフィルタと同様の効果を出すためには、ＬＥＤの発光量を減らせばよい。ＬＥＤの発光量を減らす１つの方法は、パルス調光を行うことである。しかしながら、フィールドシーケンシャルの表示装置においては、ＬＥＤはすでにパルス発光状態になっているため、パルス調光を行うことはできない。【０００８】
ＬＥＤの発光量を減らす他の方法は、ＬＥＤに流す電流量を減らすことである。電流量を変化させることによる調光において問題となるのは、電力を絞る場合である。この場合、検出電流を電圧変換して帰還させるが、電流が小さくなると帰還電圧も低くなり、制御が難しくなるという問題がある。【０００９】
特許文献１にはスイッチング回路ベースでの発光ダイオード駆動装置が記載されているが、電流検出方法は抵抗１個での制御であり、微小電流の対応はできていない。また、比較器のオフセットも問題になる回路構成である。【００１０】
特許文献２に記載されている発光素子駆動回路は、尖頭値検出で効率を上げた構成になってはいるが、大電流から微小電流の定電流調整には不向きである。【００１１】
特許文献３にもスイッチング回路ベースでの発光ダイオード駆動装置が記載されているが、電流検出方法は抵抗１個での制御であり、微小電流の対応はできていない。また、比較器のオフセットも問題になる回路構成である。【００１２】
特許文献４に記載の発光ダイオード駆動装置は、調光方式がスイッチングであり、フィールドシーケンシャルモデルには使用できない。また、スイッチングさせる事で、ノイズの影響が発生しやすくなる。【００１３】
上述したことを鑑み、本発明は、投射型表示装置においては、ＮＤフィルタと同様の効果が得られるまでＬＥＤの明るさを安定して絞ることができ、直視型表示装置においては、エリアアクティブの駆動として、パルス調光では無く、電流調光による制御が可能なＬＥＤ駆動装置を提供する。本発明は、さらに、このようなＬＥＤ光源を用い、ノイズの発生を抑えた照明装置および表示装置も提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のＬＥＤ駆動装置は、タイミング信号に応じて第１の駆動電圧と第２の駆動電圧とを切り替える駆動電圧切替手段と、前記第１の駆動電圧又は前記第２の駆動電圧を印加され、ＬＥＤに流れる電流を決定するフィードバック回路とを備え、前記フィードバック回路は、前記タイミング信号に応じてＬＥＤに流れる電流を制御する電流制御手段を備えることを特徴とする。【００１５】
前記電流制御手段は、前記タイミング信号に応じてＬＥＤに流れる電流を決定する対向を切り替える抵抗切替手段であってもよい。【００１６】
本発明の照明装置は、このようなＬＥＤ駆動装置と、このようなＬＥＤ駆動装置によって駆動されるＬＥＤとを備える。【００１７】
本発明の表示装置は、このようなＬＥＤ駆動装置と、このようなＬＥＤ駆動装置によって駆動される緑色ＬＥＤと、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと、前記緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを切り替えて発光させる制御手段と、前記制御手段によって前記緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び青色ＲＧＢの発光と同期して制御され、前記緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び青色ＲＧＢによって発光された光を変調する反射型デバイスと、前記反射型デバイスによって反射された光を投影する投影光学系とを備えることを特徴とする。【００１８】
また、直視型表示装置では、このようなＬＥＤ駆動装置と、このようなＬＥＤ駆動装置によって駆動される緑色ＬＥＤと、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤをＯＮ/ＯＦＦのパルス調光では無く、駆動電流を変えて電流調光させる事で、エリアアクティブを可能にし、広ダイナミックレンジのバックライトを備える事を特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＮＤフィルタと同様の効果が得られるまでＬＥＤの明るさを安定して絞ることができるＬＥＤ駆動装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】カラーホイールを用いるＤＬＰシステムの構成を示す図である。
【図２】ＬＥＤ光源を用いるＤＬＰシステムの構成を示す図である。
【図３】カラーホイールを用いるＤＬＰシステムとＬＥＤ光源のＤＬＰシステムとにおける各色の発光のタイミングを比較する図である。
【図４】従来のＬＥＤ駆動回路を示す回路図である。
【図５】本発明のＬＥＤ駆動回路を示す回路図(投射型表示装置用)である。
【図６】本発明のＬＥＤ駆動装置を適用した液晶ＴＶのバックライトの状態を示す図である。
【図７】図４に示す従来のＬＥＤ駆動装置における代表特性を示すグラフである。
【図８】図５に示す本発明のＬＥＤ駆動装置における代表特性を示すグラフである。
【図９】ＬＥＤの明るさとＬＥＤに流す電流の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明のＬＥＤ駆動回路を示す回路図(反射型表示装置用)である。
【図１１】本発明のＬＥＤ駆動装置を適用するＬＥＤ表示装置の概念図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  光源
２  ライトパイプ
３、１２  カラーホイール
４、１３  制御部
５、１４  反射型デバイス
６、１５  投射レンズ
７、１６  投射スクリーン
１１  ＬＥＤ光源
Ｑ１００１〜Ｑ１０１０、Ｑ２００１  トランジスタ
Ｒ１００１〜Ｒ１０１５、Ｒ２００１  抵抗
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、従来の光源として高圧水銀ランプを使用するフィールドシーケンシャル方式のＤＬＰシステムの構成を示すブロック図である。光源１は、高圧水銀ランプである。このシステムは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）及びＮＤ（グレイ）のセグメントを有するカラーホイール３を備える。ＮＤのセグメントは濃い緑であってもよい。光源１から放射された光は、ライトパイプ２によってカラーホイール３に導かれ、カラーホイール３の各セグメントを通過し、時分割でＲ、Ｇ、Ｂ及びＮＤの光が生成される。このようにして生成されたＲ、Ｇ、Ｂ及びＮＤの光は、制御部４によってカラーホイール３の回転と同期して制御されるＤＭＤなどの反射型デバイス５によって反射され、投射レンズ６を経て投射スクリーン７に投射され、映像が映し出される。【００２３】
図２は、光源としてＬＥＤを使用するフィールドシーケンシャル方式のＤＬＰシステムの構成を示すブロック図である。光源１は、ＲＧＢ各色のＬＥＤである。光源１から放射された光は、制御部１３によってＬＥＤ１のＲＧＢ各色の発光と同期して制御されるＤＭＤなどの反射型デバイス１４にライトパイプ１２によって導かれて反射され、投射レンズ１５を経て投射スクリーン１６に投射され、映像が映し出される。【００２４】
図２のＬＥＤ光源のＤＬＰシステムにおいて図１のカラーホイールを用いるＤＬＰシステムにおけるＮＤと同様の効果を得るためには、ＬＥＤに流す電流量を減らして、ＬＥＤの発光量を減らせばよい。図３は、カラーホイールを用いるＤＬＰシステムとＬＥＤ光源のＤＬＰシステムとにおける各色の発光のタイミングを比較する図である。カラーホイールのＮＤのセグメントを濃い緑にするのに対応して、ＬＥＤ光源のシステムでは、Ｇ（緑）のＬＥＤの発光量を減らしてＮＤの光を発生する。【００２５】
図４は、従来のＬＥＤ駆動装置を示す回路図である。このＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤに流す電流を２段階で変化させることによってＬＥＤの発光量を２段階に変えることができる。したがって、緑色ＬＥＤにおいて、通常の緑色光としての通常発光と、ＮＤとして使用する場合のＮＤ発光とで切り替えるのに使用することができる。【００２６】
Ｒ１００１〜Ｒ１０１５は抵抗、Ｑ１００１〜Ｑ１０１０はトランジスタである。図４の右上に示すＬＥＤ＿ＶＣＣはＬＥＤの大電力駆動用の電源であり、ＬＥＤ＿ＧＮＤはそのグランドである。右下に示すのは、マイコンとＤＡＣに接続されるコネクタである。ＶＣＣ＋３．３Ｖは制御回路用の３．３Ｖの電源である。ＬＥＤ  ＯＮはＤＡＣによって供給されるＬＥＤを通常発光させるためのタイミングパルスであり、この信号がハイになるとＬＥＤは通常発光する。ＮＤ１はＤＡＣによって供給されるＬＥＤをＮＤ発光させるためのタイミングパルスであり、この信号がハイになるとＬＥＤはＮＤ発光する。ＧＮＤはこの回路の基準グランドである。ＤＡＣ  ＩＮは、基本的に２５６の諧調でＧＮＤレベルからＶＣＣレベルまでの範囲で設定（調整）される固定値であり、この電位を変える事でＬＥＤに流す電流を変えることができる。【００２７】
点線で囲まれた部分はレギュレータ部である。図４に示すＬＥＤ駆動装置は、シリーズレギュレータ構成を使用しているが、スイッチングレギュレータ構成でもフィードバックのところの考え方は同じである。【００２８】
ＬＥＤ用の駆動電圧ＬＥＤ  ＯＮは、ＤＡＣによって供給されるＬＥＤ−ＯＮとＮＤが入力されるトランジスタＱ１００９およびＱ１０１０から成るａｎｄ回路を経て、トランジスタＱ１００８でスイッチされる。トランジスタＱ１００３は、スイッチされた駆動電圧をレギュレーションしている。【００２９】
図４に示すＬＥＤ駆動装置では、トランジスタＱ１００２およびＱ１００４が差動回路を構成している。トランジスタＱ１００１およびＱ１００５は、この差動回路に信号を入力するためのインタフェース回路を構成する。ＬＥＤを流れる電流は、抵抗Ｒ１００１、Ｒ１００２で構成される抵抗網に流れる。ＬＥＤに流れる電流がこの抵抗網に流れる事でこの抵抗網のＧＮＤとＬＥＤのカソード間に電圧が発生する。この発生した電圧はトランジスタＱ１００１を経由してトランジスタＱ１００２に戻る。トランジスタＱ１００４のベースに印加される電圧とトランジスタＱ１００２のベース電圧が同じになる様に、トランジスタＱ１００２およびＱ１００４の差動回路はトランジスタＱ１００３のベース電流を制御する。これにより、抵抗Ｒ１００１およびＲ１００２で構成される抵抗網に印加される電位は固定され、固定値である抵抗網に流れる電流を一意的に決めることができるようになる。したがって、ＬＥＤに流れる電流が一定になる。【００３０】
しかしながら、このような電流−電圧変換を伴うフィードバック経路で電流をコントロールするシステムでは、微小電流の制御が難しい。Ｑ１００５のベース電位をゼロにしても、暗電流（漏れ電流）が発生するため、Ｑ１００１のベース電圧はゼロにならない。この場合、ＮＤフィルタのように光量を１０％程度まで絞ることが困難になる。【００３１】
図５は、本発明によるＬＥＤ駆動装置を示す回路図である。Ｒ１００１〜Ｒ１０１５、Ｒ２００１は抵抗、Ｑ１００１〜Ｑ１０１０、Ｑ２００１はトランジスタである。図５の右上に示すＬＥＤ＿ＶＣＣはＬＥＤの大電力駆動用の電源であり、ＬＥＤ＿ＧＮＤはそのグランドである。右下に示すのは、マイコンとＤＡＣに接続されるコネクタである。ＶＣＣ＋３．３Ｖは制御回路用の３．３Ｖの電源である。ＬＥＤ  ＯＮはＤＡＣによって供給されるＬＥＤを通常発光させるためのタイミングパルスであり、この信号がハイになるとＬＥＤは通常発光する。ＮＤ１はＤＡＣによって供給されるＬＥＤをＮＤ発光させるためのタイミングパルスであり、この信号がハイになるとＬＥＤはＮＤ発光する。ＧＮＤはこの回路の基準グランドである。ＤＡＣ  ＩＮは、基本的に２５６の諧調でＧＮＤレベルからＶＣＣレベルまでの範囲で設定（調整）される固定値であり、この電位を変える事でＬＥＤに流す電流を変えることができる。【００３２】
点線で囲まれた部分はレギュレータ部である。図５に示すＬＥＤ駆動装置も、シリーズレギュレータ構成を使用しているが、スイッチングレギュレータ構成でもフィードバックのところの考え方は同じである。【００３３】
ＬＥＤ用の駆動電圧ＬＥＤ  ＯＮは、ＤＡＣによって供給されるＬＥＤ−ＯＮとＮＤが入力されるトランジスタＱ１００９およびＱ１０１０から成るａｎｄ回路を経て、トランジスタＱ１００８でスイッチされる。トランジスタＱ１００３は、スイッチされた駆動電圧をレギュレーションしている。【００３４】
図５に示すＬＥＤ駆動装置では、トランジスタＱ１００２およびＱ１００４が差動回路を構成している。トランジスタＱ１００１およびＱ１００５は、この差動回路に信号を入力するためのインタフェース回路を構成する。ＬＥＤを流れる電流は、抵抗Ｒ１００１、Ｒ１００２、Ｒ２００１で構成される抵抗網に流れる。ＬＥＤに流れる電流がこの抵抗網に流れる事でこの抵抗網のＧＮＤとＬＥＤのカソード間に電圧が発生する。この発生した電圧はトランジスタＱ１００１を経由してトランジスタＱ１００２に戻る。トランジスタＱ１００４のベースに印加される電圧とトランジスタＱ１００２のベース電圧が同じになる様に、トランジスタＱ１００２およびＱ１００４の差動回路はトランジスタＱ１００３のベース電流を制御する。これにより、前記抵抗網に印加される電位は固定され、固定値である抵抗網に流れる電流を一意的に決めることができるようになる。したがって、ＬＥＤに流れる電流が一定になる。【００３５】
しかしながら、上述したように、このような電流−電圧変換を伴うフィードバック経路で電流をコントロールするシステムでは、微小電流の制御が難しい。Ｑ１００５のベース電位をゼロにしても、暗電流（漏れ電流）が発生するため、Ｑ１００１のベース電圧はゼロにならない。【００３６】
図５に記載の本発明のＬＥＤ駆動装置では、以下に説明するようにトランジスタＱ２００１によってフィードバック経路の電流値をＬＥＤの駆動電流に応じて切り替えることにより、通常発光以外では駆動電流が減るように構成し、従来の図４に示すようなフィードバック構成では得られなかった微小電流の制御を可能にした。【００３７】
トランジスタＱ２００１のゲートは、ＬＥＤ  ＯＮで制御される。ＬＥＤのＮＤ発光時、すなわち、ＬＥＤ  ＯＮがハイの場合、トランジスタＱ２００１が動作し、回路としては抵抗Ｒ２００１がグランドと等価になる。したがってこの場合、ＬＥＤに流れる電流は、抵抗Ｒ１００１およびＲ１００２の２つの抵抗で構成される合成抵抗値によって決定される。【００３８】
ＬＥＤのＮＤ発光時、すなわち、ＬＥＤ  ＯＮがローの場合、Ｑ２００１は動作せず、Ｑ２００１が無い状態と等価になる。したがってこの場合、ＬＥＤに流れる電流は、Ｒ１００１、Ｒ１００２、Ｒ２００１の３つの抵抗で構成される合成抵抗値によって決定される。【００３９】
このように、本発明のＬＥＤ駆動装置では、ＤＡＣ電圧の切り替えで電流を制御すると共に、フィードバック経路で電流値を切り替えることにより、微小電流の制御が可能になり、表示装置に用いた場合、従来のカラーホイールを用いたシステムのＮＤフィルタと同様の効果を得ることが可能になり、量子化ノイズを抑えた映像表現が可能になる。【００４０】
上記実施の形態では、光源としてＬＥＤを使用するフィールドシーケンシャル方式のＤＬＰシステムを例にとり、本発明のＬＥＤ駆動装置を用いて緑色ＬＥＤを通常発光とＮＤ発光とに駆動する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の用途にも適用可能である。例えば、本発明を、ＬＥＤを光源とする照明装置として実施し、光量を調節できるようにすることもできる。【００４１】
本発明のＬＥＤ駆動装置を、液晶バックライト（ＬＥＤ駆動）のエリアアクティブ回路に適用することもできる。現在、液晶のバックライトにはＣＣＦＬ（Cold-Cathode fluorescent lamp：冷陰極蛍光灯）とＬＥＤを用いた光源があり、ＬＥＤについては液晶ディスプレイの色域拡大に伴って、ＲＧＢのＬＥＤを使用するものも登場してきている。液晶ディスプレイの弱点の中に黒浮があり、黒の階調表現の甘さが指摘されている。これを改善する手段の一つにバックライトをいくつかのブロックに分け、その分けたブロックごとの光源の発光量を映像信号に同期させ制御させる方法に、エリアアクティブによる制御がある。本発明のＬＥＤ駆動装置におけるエリアアクティブ回路は、発光させる光量をリニアに変えることが可能であり、発光量のダイナミックレンジを広くすることが可能である。【００４２】
図６は、本発明のＬＥＤ駆動装置を適用した液晶ＴＶのバックライトの状態を示す図である。バックライトに仕込まれているＬＥＤは各ブロックごとに分けられ、表示する映像の輝度情報に合わせて、その明るさを変えることで、液晶ＴＶの弱点の一つである黒浮を改善している。【００４３】
図７は、図４に示す従来のＬＥＤ駆動装置における代表特性である。横軸が電流を制御する電圧で、縦軸がＬＥＤに流れる電流を表している。図８は、図５に示す本発明のＬＥＤ駆動装置における代表特性である。図７と同様に横軸が電流を制御する電圧で、縦軸がＬＥＤに流れる電流を表している。図８に示すように、本発明のＬＥＤ駆動回路は、２つのモードによる特性を有しており、これらのモード（図５中のＮＤ端子）を切り替えることによって、広い範囲において、ＬＥＤに流れる電流を制御している。このことから、図９に示すようにＬＥＤの明るさとＬＥＤに流す電流の関係は確定され、本発明のＬＥＤ駆動装置で飛躍的なダイナミックレンジが可能になる。したがって、本発明のＬＥＤ駆動装置を適用した液晶ＴＶのバックライトにおいて、上述したような黒浮の改善の効果が得られる。【００４４】
図４に示す従来のＬＥＤ駆動装置では、直視型表示装置のバックライトに用いる場合、Ｑ１０１０を実装しない回路で形成される。このＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤに流す電流を２段階で変化させることによってＬＥＤの発光量を２段階に変えることができる仕様で設計してある。したがって、ＤＡＣの制御範囲を２段階で切り替えて使用することができる。【００４５】
Ｒ１００１〜Ｒ１０１５は抵抗、Ｑ１００１〜Ｑ１０１０はトランジスタである。図４の右上に示すＬＥＤ＿ＶＣＣはＬＥＤの大電力駆動用の電源であり、ＬＥＤ＿ＧＮＤはそのグランドである。右下に示すのは、マイコンとＤＡＣに接続されるコネクタである。ＶＣＣ＋３．３Ｖは制御回路用の３．３Ｖの電源である。ＬＥＤ  ＯＮはバックライトを点灯させる時にハイになる信号である。ＧＮＤはこの回路の基準グランドである。ＤＡＣ  ＩＮは、映像信号の入力で基本的にＧＮＤレベルからＶＣＣレベルまでの範囲で変化する値であり、この信号によって、ＬＥＤに流す電流を変えることができる。【００４６】
点線で囲まれた部分はレギュレータ部である。図４に示すＬＥＤ駆動装置は、シリーズレギュレータ構成を使用しているが、スイッチングレギュレータ構成でもフィードバックのところの考え方は同じである。【００４７】
ＬＥＤ用の駆動電圧ＬＥＤ  ＯＮは、トランジスタＱ１００９(Ｑ１０１０は実装しない)で、トランジスタＱ１００８をスイッチする。トランジスタＱ１００３は、スイッチされた駆動電圧をレギュレーションしている。【００４８】
図４に示すＬＥＤ駆動装置では、トランジスタＱ１００２およびＱ１００４が差動回路を構成している。トランジスタＱ１００１およびＱ１００５は、この差動回路に信号を入力するためのインタフェース回路を構成する。ＬＥＤを流れる電流は、抵抗Ｒ１００１、Ｒ１００２で構成される抵抗網に流れる。ＬＥＤに流れる電流がこの抵抗網に流れる事でこの抵抗網のＧＮＤとＬＥＤのカソード間に電圧が発生する。この発生した電圧はトランジスタＱ１００１を経由してトランジスタＱ１００２に戻る。トランジスタＱ１００４のベースに印加される電圧とトランジスタＱ１００２のベース電圧が同じになる様に、トランジスタＱ１００２およびＱ１００４の差動回路はトランジスタＱ１００３のベース電流を制御する。これにより、抵抗Ｒ１００１およびＲ１００２で構成される抵抗網に印加される電位はＤＡＣＩＮの変化に応じて変化し、ＬＥＤに流れる電流は映像にダイレクトに応じて変わる。【００４９】
しかしながら、このような電流−電圧変換を伴うフィードバック経路で電流をコントロールするシステムでは、微小電流の制御が難しい。Ｑ１００５のベース電位をゼロにしても、暗電流（漏れ電流）が発生するため、Ｑ１００１のベース電圧はゼロにならない。この場合、光量を絞ることが困難になる。【００５０】
図１０は、本発明によるＬＥＤ駆動装置を示す回路図である。Ｒ１００１〜Ｒ１０１５、Ｒ２００１は抵抗、Ｑ１００１〜Ｑ１０１０、Ｑ２００１はトランジスタである。図１０の右上に示すＬＥＤ＿ＶＣＣはＬＥＤの大電力駆動用の電源であり、ＬＥＤ＿ＧＮＤはそのグランドである。右下に示すのは、マイコンとＤＡＣに接続されるコネクタである。ＶＣＣ＋３．３Ｖは制御回路用の３．３Ｖの電源である。【００５１】
ＬＥＤ  ＯＮはバックライトを点灯させる時にハイになる信号である。ＧＮＤはこの回路の基準グランドである。ＤＡＣ  ＩＮは、映像信号の入力で基本的にＧＮＤレベルからＶＣＣレベルまでの範囲で変化する値であり、この信号によって、ＬＥＤに流す電流を変えることができる。【００５２】
点線で囲まれた部分はレギュレータ部である。図１０に示すＬＥＤ駆動装置も、シリーズレギュレータ構成を使用しているが、スイッチングレギュレータ構成でもフィードバックのところの考え方は同じである。【００５３】
ＬＥＤ用の駆動電圧ＬＥＤ  ＯＮは、トランジスタＱ１００９(Ｑ１０１０は実装しない)で、トランジスタＱ１００８をスイッチする。トランジスタＱ１００３は、スイッチされた駆動電圧をレギュレーションしている。【００５４】
図１０に示すＬＥＤ駆動装置では、トランジスタＱ１００２およびＱ１００４が差動回路を構成している。トランジスタＱ１００１およびＱ１００５は、この差動回路に信号を入力するためのインタフェース回路を構成する。ＬＥＤを流れる電流は、抵抗Ｒ１００１、Ｒ１００２、Ｒ２００１で構成される抵抗網に流れる。ＬＥＤに流れる電流がこの抵抗網に流れる事でこの抵抗網のＧＮＤとＬＥＤのカソード間に電圧が発生する。この発生した電圧はトランジスタＱ１００１を経由してトランジスタＱ１００２に戻る。トランジスタＱ１００４のベースに印加される電圧とトランジスタＱ１００２のベース電圧が同じになる様に、トランジスタＱ１００２およびＱ１００４の差動回路はトランジスタＱ１００３のベース電流を制御する。これにより、抵抗Ｒ１００１およびＲ１００２で構成される抵抗網に印加される電位はＤＡＣＩＮの変化に応じて変化し、ＬＥＤに流れる電流は映像にダイレクトに応じて変わる。【００５５】
しかしながら、上述したように、このような電流−電圧変換を伴うフィードバック経路で電流をコントロールするシステムでは、微小電流の制御が難しい。Ｑ１００５のベース電位をゼロにしても、暗電流（漏れ電流）が発生するため、Ｑ１００１のベース電圧はゼロにならない。【００５６】
図１０に記載の本発明のＬＥＤ駆動装置では、以下に説明するようにトランジスタＱ２００１によってフィードバック経路の電流値をＬＥＤの駆動電流に応じて切り替えることにより、通常発光以外では駆動電流が減るように構成し、従来の図４に示すようなフィードバック構成では得られなかった微小電流の制御を可能にした。【００５７】
トランジスタＱ２００１のゲートは、ＮＤの反転信号で制御される。ＬＥＤをＮＤで発光させない時、トランジスタＱ２００１が動作し、回路としては抵抗Ｒ２００１がグランドと等価になる。したがってこの場合、ＬＥＤに流れる電流は、抵抗Ｒ１００１およびＲ１００２の２つの抵抗で構成される合成抵抗値によって決定される。【００５８】
ＬＥＤのＮＤ発光時、すなわち、Ｑ２００１のゲート電圧がローの場合、Ｑ２００１は動作せず、Ｑ２００１が無い状態と等価になる。したがってこの場合、ＬＥＤに流れる電流は、Ｒ１００１、Ｒ１００２、Ｒ２００１の３つの抵抗で構成される合成抵抗値によって決定される。【００５９】
このように、本発明のＬＥＤ駆動装置では、ＤＡＣＩＮに印加される映像によって、駆動電流を制御すると共に、フィードバック経路で電流値を切り替えることにより、微小電流の制御を可能にしている。直視型表示装置に用いた場合、従来のパルス発光での調光と同様の効果を得ることが可能になり、スイッチングノイズを抑える事が可能になる。【００６０】
上記実施の形態では、光源としてＬＥＤを使用したバックライト方式の液晶システムを例にとり、２例目を説明したが、本発明はこれに限定されず、他の用途にも適用可能である。例えば、本発明を、ＬＥＤを光源とする照明装置として実施し、光量を調節できるようにすることもできる。【００６１】
本発明のＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤを表示装置として使用する場合の駆動装置にも適用可能である。従来、電光掲示板などに使用されるディスプレイにはＬＥＤが使用されてきており、簡単な文字等を表現しているのが主流である。パチンコ店等の電光掲示板には一部アニメーション等も登場はしているが、その映像の品位は、残念ながら液晶ディスプレイのレベルには至っていない。【００６２】
本発明のＬＥＤ駆動装置を使用すれば、駆動するＬＥＤの駆動電流をダイナミックに変更ができるため、従来のＲＧＢそれぞれのＯＮ／ＯＦＦによる組み合わせだけでなく、多彩な色まで表現が可能になる。【００６３】
図８を参照して説明したように、図５／図１０に示す本発明のＬＥＤ駆動装置は、２つのモードによる特性を有しており、これらのモードを切り替えることによって、広い範囲において、ＬＥＤに流れる電流を制御している。したがって、図９に示すようにＬＥＤの明るさとＬＥＤに流す電流の関係は確定され、本発明のＬＥＤ駆動装置で飛躍的なダイナミックレンジが可能になる。これにより、ＲＧＢに分解された映像信号に必要な輝度の変化に見合う制御が可能になり、多くの色をＲＧＢ個別の明るさを変えることで、表現できるようになる。【００６４】
図１１は、本発明のＬＥＤ駆動装置を適用するＬＥＤ表示装置の概念図である。ＲＧＢで１パッケージとしたＬＥＤを複数個有し、各ＬＥＤを本発明のＬＥＤ駆動装置で駆動することにより、きめ細かい輝度のレベルを表現することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明はＬＥＤ駆動装置に利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月15日(2009.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイミング信号に応じて第１の駆動電圧と第２の駆動電圧とを切り替える駆動電圧切替手段と、
前記第１の駆動電圧又は前記第２の駆動電圧を印加され、ＬＥＤに流れる電流を決定するフィードバック回路とを備え、
前記フィードバック回路は、前記タイミング信号に応じてＬＥＤに流れる電流を制御する電流制御手段を備えることを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記電流制御手段は、前記タイミング信号に応じてＬＥＤに流れる電流を決定する抵抗を切り替える抵抗切替手段であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＬＥＤ駆動装置と、
前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動されるＬＥＤとを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載のＬＥＤ駆動装置と、
前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動される緑色ＬＥＤと、
赤色ＬＥＤと、
青色ＬＥＤと、
前記緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを切り替えて発光させる制御手段と、
前記制御手段によって前記緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び青色ＲＧＢの発光と同期して制御され、前記緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ及び青色ＲＧＢによって発光された光を変調する反射型デバイスと、
前記反射型デバイスによって反射された光を投影する投影光学系とを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１又は２記載のＬＥＤ駆動装置と、
前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動されるＬＥＤの駆動電流を切り替えて発光させる制御手段と、バックライトの組み合わせで、エリアアクティブを備える事を特徴とする直視型表示装置。
【国際調査報告】
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