(57)【要約】【課題】広範囲の調光が可能である発光ダイオード駆動調光回路、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードバックライト装置、及び液晶表示装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ列９が点灯している期間に、ＬＥＤ列９に印加されている出力電圧Ｖ１を分圧して、比較基準電圧として保持し、ＬＥＤ列９が消灯している期間に、上記比較基準電圧に基づき、出力電圧Ｖ１を定電圧とする定電圧制御を行う。これにより、ＬＥＤ列９が再度点灯したときに、ＬＥＤ列９が点灯していた点灯期間Ｔ１の電圧を、ＬＥＤ列９に印加することが出来る。よって、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦが、設定電流ＩＦ’に達するまでの遅延時間を最小に出来る。このため、調光ＰＷＭ信号のデューティー比を小さくした場合においても、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦが設定電流ＩＦ’の状態でＬＥＤ駆動調光回路１を動作させることが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個の発光ダイオードで構成されているか、または、複数個の発光ダイオードが直列に接続されて構成されている発光ダイオード列に流す電流をパルス幅変調し、上記発光ダイオード列の明るさを調整する発光ダイオード駆動調光回路であって、
上記発光ダイオード列が点灯している期間に、上記発光ダイオード列に印加されている印加直流電圧を分圧して、比較基準電圧として保持し、
上記発光ダイオード列が消灯している期間に、上記比較基準電圧に基づき、上記印加直流電圧を定電圧とする定電圧制御を行うことを特徴とする発光ダイオード駆動調光回路。
【請求項２】
上記発光ダイオード駆動調光回路を駆動するための駆動直流電圧を出力する電源手段と、
上記駆動直流電圧を、上記印加直流電圧に変換する直流−直流変換手段と、
外部から入力されるパルス信号に応じて、上記電流を流して上記発光ダイオード列を点灯させるか、または、上記電流を遮断して上記発光ダイオード列を消灯させるスイッチング素子と、
上記発光ダイオード列が点灯している期間に、上記発光ダイオード列に流れる電流が一定となるように制御を行う定電流帰還手段と、
上記発光ダイオード列が消灯している期間に、上記直流−直流変換手段に対して、上記発光ダイオード列が点灯している期間の上記印加直流電圧を維持させる上記定電圧制御を行う定電圧帰還手段と、
上記発光ダイオード列が点灯している期間に上記定電流帰還手段に上記制御を行わせ、上記発光ダイオード列が消灯している期間に上記定電圧帰還手段に上記定電圧制御を行わせる動作切替手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード駆動調光回路。
【請求項３】
上記発光ダイオード列を複数備え、
上記電流を、複数の上記発光ダイオード列に分けて流す分流手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード駆動調光回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動調光回路を備えることを特徴とする発光ダイオード照明装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動調光回路を備えることを特徴とする発光ダイオードバックライト装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発光ダイオードバックライト装置と、液晶パネルとを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード列に流す電流をパルス幅変調し、上記発光ダイオード列の明るさを調整する発光ダイオード駆動調光回路、発光ダイオードバックライト装置、及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置のバックライトや照明機器に使用されるＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）光源は、従来の冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp:CCFL)に比べ、省エネ、長寿命、水銀レスといった特長があり、さらに明るさを容易に変えることが出来る、即ち調光が容易であるという特長も有している。
【０００３】
上記ＬＥＤ光源について、ＬＥＤの明るさを調整する（調光する）回路として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御回路が良く知られている。
【０００４】
図１０は、従来のＰＷＭ制御回路１０１の回路図である。図１０において、ＰＷＭ制御回路１０１は、ＤＣ電源１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３、１個または複数個のＬＥＤを直列接続したＬＥＤ列１０４（負荷）、及び、ＬＥＤ列１０４に流れる電流を測定するセンサ抵抗Ｒ１０１を備えている。ＤＣ電源１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３へ入力電圧Ｖｉｎを供給する。ＬＥＤ列１０４の両端電圧はＶＦである。
【０００５】
なお、入力電圧Ｖｉｎとして、ＤＣ電源１０２とは別のＡＣ電源から出力された交流電圧を整流した電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３へ供給してもよい。
【０００６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３が有している制御ＩＣ１０５は、スイッチング素子Ｑ１０１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０１のスイッチング周波数、または、スイッチング素子Ｑ１０１から出力されるスイッチングパルスのパルス幅（スイッチングパルス幅）を変えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の出力電圧Ｖ１０１の電圧値を変更している。
【０００７】
図１０の従来のＰＷＭ制御回路１０１は、定電流帰還回路１０６をさらに備えており、定電流帰還回路１０６には、調光ＰＷＭ信号（矩形波）が入力される。定電流帰還回路１０６は、オペアンプＩＣ１０１，トランジスタＱ１０２，Ｑ１０３、及び、抵抗Ｒ１０２〜Ｒ１０８を有している。
【０００８】
定電流帰還回路１０６は、調光ＰＷＭ信号（矩形波）のＯＮ期間だけスイッチング素子Ｑ１０１を発振させる。スイッチング素子Ｑ１０１のＯＮ／ＯＦＦにより、入力電圧Ｖｉｎから矩形波電圧Ｖａを得る。この矩形波電圧Ｖａを、平滑コンデンサＣ１０１で平滑化することにより、電圧Ｖ１０１（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の出力電圧）が得られる。
【０００９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、チョークコイルＬ１０１を有する、昇圧型のチョッパレギュレータである。よって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の出力電圧Ｖ１０１は、入力電圧Ｖｉｎより高くすることが出来る。ＰＷＭ制御回路１０１では、センサ抵抗Ｒ１０１の出力が一定になるように、スイッチング素子Ｑ１０１の発振周波数またはスイッチングのパルス幅を制御して電圧Ｖ１０１を制御し、ＬＥＤ列１０４に流れる電流ＩＦを一定にしている（定電流帰還動作）。
【００１０】
なお、図１０の符合Ｄ１０１が示す部材は、逆流防止ダイオードであり、平滑コンデンサＣ１０１に蓄えられたチャージ（電荷）がＤＣ電源１０２側に戻らないようにする。
【００１１】
ＰＷＭ制御では、ＬＥＤに電流ＩＦを流す時間の割合を制御する。図１０のＰＷＭ制御回路１０１では、パルスである調光ＰＷＭ信号のデューティー比（１周期のうち、パルスがＨｉになっている期間の割合）を変えることにより、ＬＥＤ列１０４の明るさを制御する。
【００１２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３が有しているスイッチング素子Ｑ１０１のスイッチング周波数は、数１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内である（通常のＤＣ／ＤＣコンバータと同じ範囲内である）。
【００１３】
一方、調光ＰＷＭ信号の周波数は、１００Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲内である。以後、「周波数」とは「調光ＰＷＭ信号の周波数」のことを示す。なお、調光ＰＷＭ信号の周波数を１００Ｈｚよりも低くすると、ＬＥＤ列１０４のＬＥＤの点滅が視認される。逆に、調光ＰＷＭ信号の周波数を５００Ｈｚよりも高くすると、調光ＭＩＮのＯＮ時間（ＬＥＤ列１０４の明るさが最も暗い状態におけるＯＮ時間）が一定となる。この為、周波数を高くしすぎると、結果として調光範囲を広くできなくなる。
【００１４】
例えば、調光ＭＩＮ時のＯＮ時間が、ｔｏｎ＝０．２ｍＳまでしか短くならないとする。調光ＰＷＭ信号の周波数が５００Ｈｚの場合は、調光ＰＷＭ信号の周期Ｔｃ＝２ｍＳとなり、ｔｏｎ／Ｔｃ＝１０％となる。また、調光ＰＷＭ信号の周波数が１ｋＨｚの場合は、調光ＰＷＭ信号の周期Ｔｃ＝１ｍＳとなり、ｔｏｎ／Ｔｃ＝２０％となる。前者と後者とを比較すると、調光ＰＷＭ信号の周波数が高い後者の方が、調光幅が小さくなる。
【００１５】
ＬＥＤの発光波長は、ＬＥＤを流れる電流のピーク値により変化する。このため、ＬＥＤの駆動にＰＷＭ変調を用いることにより、ＬＥＤに流れる電流のピーク値を変化させることなく、ＬＥＤに流れる電流量を変化させている。ＬＥＤの明るさは、ＬＥＤに流れる電流量により決まり、調光ＰＷＭ信号のデューティー比が大きいほど明るくなる。
【００１６】
ＰＷＭ制御では、調光ＰＷＭ信号のデューティー比が０％〜１００％の間で、リニアにＬＥＤの明るさを制御出来る事が一般的に理想とされている。ＰＷＭ制御を用いたＬＥＤの調光動作にあたり、調光ＰＷＭ信号のデューティー比に応じてＬＥＤの明るさを調整する（調光する）機能が必要になる。
【００１７】
図１０のＰＷＭ制御回路１０１において、ＬＥＤに流す電流ＩＦの大きさは、センサ抵抗Ｒ１によって測定される。ＰＷＭ制御回路１０１では、制御ＩＣ１０５が、スイッチング素子Ｑ１０１のスイッチング周波数またはスイッチングパルス幅を変えることにより、電流ＩＦの制御を行っている。
【００１８】
調光ＰＷＭ信号がＨｉである期間がＬＥＤ点灯期間になり、ＬＯＷである期間がＬＥＤ消灯期間になる。
【００１９】
（点灯期間）
調光ＰＷＭ信号がＨｉであるため、トランジスタＱ１０３のベースの電位がＨｉとなり、トランジスタＱ１０３がＯＮする。これにより、トランジスタＱ１０３のエミッタ−ベース間が電気的に接地され、トランジスタＱ１０２のベースの電位がＬＯＷとなるので、トランジスタＱ１０２がＯＦＦする。
【００２０】
トランジスタＱ１０２がＯＦＦするので、オペアンプＩＣ１０１は、基準電圧Ｖｒｅｆを、抵抗Ｒ１０２，Ｒ１０３で分圧した基準電圧と、ＬＥＤに流れる電流ＩＦが流れるセンサ抵抗Ｒ１０１の両端電圧とを比較し、比較結果に応じて、ＬＥＤに印加される電圧Ｖ１０１の増減を行うことにより、ＬＥＤに流れる電流ＩＦが一定（設定電流ＩＦ’、図１１（ａ）参照）となるように動作する（即ち、定電流帰還動作する）。
【００２１】
（消灯期間）
調光ＰＷＭ信号がＬＯＷであるため、トランジスタＱ１０３のベースの電位がＬＯＷとなり、トランジスタＱ１０３がＯＦＦする。これにより、トランジスタＱ１０３のエミッタ−ベース間が開放、トランジスタＱ１０２のベースの電位がＨｉとなるので、トランジスタＱ１０２がＯＮする。
【００２２】
トランジスタＱ１０２がＯＮするので、基準電圧Ｖｒｅｆを、抵抗Ｒ１０２，Ｒ１０３で分圧した基準電圧が０Ｖになる。従って、オペアンプＩＣ１０１は、ＬＥＤに流れる電流ＩＦを０にする、即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３が電圧Ｖ１０１を供給することを停止させる。
【００２３】
ここで、図１０のＰＷＭ制御回路１０１と同様にＬＥＤの調光機能を有するものとして、特許文献１の実施形態３には、電流フィードバック制御回路１１と電圧フィードバック制御回路１２との両方を備えているＬＥＤ調光装置が開示されている。高輝度では、定電圧制御において電圧を増減し、ＬＥＤの明るさ（ＬＥＤに流す電流量）を制御する。低輝度では、定電流制御（ＰＷＭ制御）により、ＬＥＤの明るさ（電流量）を制御する。
【００２４】
次に、特許文献２に係る発明では、外部定電圧電源を用いてＬＥＤの輝度をＰＷＭ方式で制御するＩＣが開示されている。特許文献２の図４のＮチャネル型電界効果トランジスタＮ１が、図１０のスイッチング素子Ｑ１０１に対応する。
【００２５】
さらに、特許文献３では、図１０のＰＷＭ制御回路１０１を用いた発光制御回路が開示されている。
【００２６】
そして、特許文献４では、並列された複数のＬＥＤ回路に等しい電流を流すことの出来るＬＥＤ駆動回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２００９−１２３６８１号公報（２００９年６月４日公開）
【特許文献２】特開２００９−３３０９０号公報（２００９年２月１２日公開）
【特許文献３】特開２００５−９３５６６号公報（２００５年４月７日公開）
【特許文献４】特開２００６−３１９２２１号公報（２００６年１１月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
図１１（ａ）は、図１０のＰＷＭ制御回路１０１における各波形を示す波形図である。図１１（ａ）において、実線が示す波形は、調光ＰＷＭ信号がＯＮである期間がより長い時の波形であり、破線が示す波形は、調光ＰＷＭ信号がＯＮである期間がより短い時の波形である。図１１（ｂ）は、図１０のＰＷＭ制御回路１０１において用いられるＬＥＤ列１０４のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。図１０のＰＷＭ制御回路１０１のＬＥＤに流れる電流ＩＦは、電圧Ｖ１０１がＬＥＤの立ち上がり電圧Ｖ１０１’よりも高くなると流れる。よって、電流ＩＦは、スイッチング素子Ｑ１０１が発振している場合に流れる。
【００２９】
しかし、パルス信号である調光ＰＷＭ信号の立ち上がりの時点から、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３から出力される電圧Ｖ１０１が、設定電流ＩＦ’を流すことが出来る電圧Ｖ１０１’’に達するまでの時間は、０ではない。このため、設定電流ＩＦ’が流れるまで、パルス信号である調光ＰＷＭ信号の立ち上がりから遅延時間が発生するので、矩形の調光ＰＷＭ信号を入力しても、ＬＥＤに流れる電流ＩＦの波形は、矩形状にならず、台形状になり、図１１（ａ）に示すようなソフトスタート波形となる。
【００３０】
即ち、ＬＥＤを点灯させるときは、パルス信号である調光ＰＷＭ信号が立ち上がってからＤＣ／ＤＣコンバータ１０３のスイッチング素子Ｑ１０１がスイッチング動作して、チョークコイルＬ１０１の働きで昇圧される時間と、平滑コンデンサＣ１０１に電荷を蓄積する時間とによる遅延が発生する。
【００３１】
一方、ＬＥＤを消灯させるときは、スイッチング素子Ｑ１０１のスイッチング動作が停止してから、電解コンデンサである平滑コンデンサＣ１０１に充電されている電荷がＬＥＤを通して放電される時間（下降時間）の間中ずっと、ＬＥＤに電流ＩＦが流れ続ける。
【００３２】
このため、調光ＰＷＭ信号が矩形波であってもＬＥＤに流れる電流ＩＦの波形は台形状となる。よって、ＬＥＤに流れる電流量は、調光ＰＷＭ信号のデューティー比に正確には比例しない特性（リニアリティーがない特性）となる。従って、ＬＥＤに流れる電流量に比例するＬＥＤの明るさも、調光ＰＷＭ信号のデューティー比に比例しなくなってしまう。
【００３３】
広範囲の調光を行うためには、調光ＰＷＭ信号のデューティー比をどこまで小さく出来るか（即ち、調光ＰＷＭ信号のＯＮの時間をどこまで短く出来るか）が課題となる。デューティー比を小さくしていくと、調光ＰＷＭ信号が立ち上がってから電圧Ｖ１が上昇し、電流ＩＦが設定電流ＩＦ’に達する前に、調光ＰＷＭ信号パルスがＯＦＦになってしまう。
【００３４】
点灯期間における電流ＩＦのピークは、ＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性が変化すると変動するが、ＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性が温度に対して敏感であることと、ＬＥＤの明るさがＬＥＤに流れる電流量に比例することから、電流のピーク値ＩＦが設定電流ピーク値ＩＦ’に達する前に調光ＰＷＭ信号がＯＦＦになってしまうと、所定の明るさが得られない。
【００３５】
ここで、デューティー比を小さくしていくと、ＬＥＤにおいてチラツキが生じる理由を、図１１〜図１３を参照しながらもう少し詳しく説明する。
【００３６】
図１１（ａ）において、点灯期間（即ち、パルス信号である調光ＰＷＭ信号がＯＮである期間）は、更に、過渡期間Ｔ１０３及び定常期間Ｔ１０４に分けることが出来る。図１１（ａ）では、消灯期間はＴ１０２である。
【００３７】
過渡期間Ｔ１０３では、電圧Ｖ１０１が、設定電流ピーク値ＩＦ’（以下「設定電流ＩＦ’」と記載）を流すことが出来る電圧Ｖ１０１’’に達していないため、電圧Ｖ１０１を上昇させている過渡期の状態である。過渡期間Ｔ１０３では、ＬＥＤに流れる電流ピーク値ＩＦ（以下「電流ＩＦ」と記載）に対して定電流制御を行っておらず、電圧Ｖ１０１とＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性とによりＬＥＤの電流値が決まっている。従って、過渡期間Ｔ１０３は、ＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性の温度特性に応じてＬＥＤの電流値が変わる期間である。
【００３８】
定常期間Ｔ１０４は、電圧Ｖ１０１が、設定電流ＩＦ’を流すことが出来る電圧Ｖ１０１’’に達しており、ＬＥＤに流れる電流を、一定（設定電流ＩＦ’）に保つように電圧Ｖ１０１を帰還制御している状態である。
【００３９】
図１２は、ＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。図１２（ｂ）は、定電流制御を行っていない状態における、ＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。図１２（ｂ）は、過渡期間Ｔ１０３における状態を示し、電圧Ｖ１０１に対応する電流ＩＦが、温度で変わる（ばらつく）状態を示す。図１２（ｂ）に示す状態の時は、ＬＥＤに流れる電流ＩＦの変化により、ＬＥＤにおいてチラツキが視認される。
【００４０】
図１２（ａ）は、定電流制御を行っている状態における、ＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。図１２（ａ）は、定常期間Ｔ１０４における状態を示し、電圧Ｖ１０１を可変して（帰還制御して）、電圧Ｖ１０１に対応する電流ＩＦを一定にしている状態を示す。電圧Ｖ１０１を可変して電圧Ｖ１０１に対応する電流ＩＦを一定にしているので、ＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性が温度に応じて変化することの影響を受けない。
【００４１】
過渡期間Ｔ１０３では、ＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性が温度に応じて変化することによりＬＥＤに流れる電流ＩＦが変化（変動）する。一方、定常期間Ｔ１０４では、ＬＥＤに流れる電流ＩＦが一定になるように定電流制御を行う。
【００４２】
よって、過渡期間Ｔ１０３に比較して定常期間Ｔ１０４が長い場合は、過渡期間Ｔ１０３においてＬＥＤに流れる電流ＩＦが変化しても、点灯期間Ｔ１０１における電流ＩＦの変化としては小さく、ＬＥＤにおけるチラツキ等は生じにくい。
【００４３】
一方、図１３は、ＰＷＭ制御回路において調光ＰＷＭ信号のデューティー比を小さくし、定常期間がなくなり過渡期間のみで調光している状態の説明図である。図１３（ａ）の波形図に示すように、図１０のＰＷＭ制御回路１０１において調光ＰＷＭ信号のデューティー比を小さくし、定常期間がなくなり過渡期間Ｔ１０３’のみで調光している状態では、点灯期間Ｔ１０１’における電流ＩＦの変化が大きくなるため、ＬＥＤにおいてチラツキが生じやすくなる。なお、点灯期間Ｔ１０１’において定電流制御が行われていないので、点灯期間Ｔ１０１’における電流ＩＦは、設定電流ＩＦ’に達しない。
【００４４】
なお、図１３（ａ）では、消灯期間はＴ１０２’である。また、図１３（ｂ）は、図１０のＰＷＭ制御回路１０１において調光ＰＷＭ信号のデューティー比を小さくし、定常期間がなくなり過渡期間Ｔ１０３’のみで調光している状態で用いられるＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。
【００４５】
以上のことから、ＬＥＤに流れる電流が設定値（定電流制御の目標値）に達するまでの遅延時間の制約で、調光ＰＷＭ信号の最小デューティー比の下限が制限されるために、広範囲の調光を実現するのが困難であった。特に、ＬＥＤのＶＦ−ＩＦ特性が温度に応じて変化しやすいため、ＬＥＤの明るさが温度に応じて変化したり、同じ設定電流でも過渡期間の長さが変わったりするので、ＬＥＤの明るさが変化してチラツキが生じる原因となる。
【００４６】
また、特許文献１に係る発明では、定電圧制御の場合、ＬＥＤに流れる電流ピーク値を変化させることで明るさを変化させているが、ＬＥＤは流れる電流ピーク値によって色（発光波長）が変化するので好ましくない。単なる着信表示に用いる場合であれば問題ないが、色合いが問題となる照明装置や液晶バックライトに用いる場合は好ましくない。
【００４７】
さらに、特許文献２に係る発明では、ＬＥＤ消灯時にはＬＥＤ駆動電圧が０となるので、ＬＥＤ点灯時にＬＥＤ駆動電圧を所定の値まで上昇させる過渡時間が長くなって調光範囲が狭くなる。
【００４８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、広範囲の調光が可能である発光ダイオード駆動調光回路、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードバックライト装置、及び液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
本発明の発光ダイオード駆動調光回路は、上記課題を解決するために、１個の発光ダイオードで構成されているか、または、複数個の発光ダイオードが直列に接続されて構成されている発光ダイオード列に流す電流をパルス幅変調し、上記発光ダイオード列の明るさを調整する発光ダイオード駆動調光回路であって、上記発光ダイオード列が点灯している期間に、上記発光ダイオード列に印加されている印加直流電圧を分圧して、比較基準電圧として保持し、上記発光ダイオード列が消灯している期間に、上記比較基準電圧に基づき、上記印加直流電圧を定電圧とする定電圧制御を行うことを特徴とする。
【００５０】
上記発明によれば、上記発光ダイオード列が消灯している期間に、上記比較基準電圧に基づき定電圧制御を行う。これにより、上記発光ダイオード列が再度点灯したときに、上記発光ダイオード列が点灯していた期間の電圧を、上記発光ダイオード列に印加することが出来る。
【００５１】
よって、上記発光ダイオード列に流れる電流が定電流設定値に達するまでの遅延時間を、最小にすることが出来る。このため、上記パルス幅変調におけるパルス信号のデューティー比を小さくした場合においても、上記発光ダイオード列に流れる電流が上記定電流設定値の状態で上記発光ダイオード駆動調光回路を動作させることが可能である。従って、従来の回路では困難であった広範囲の調光（デューティー比の最小化）が可能である発光ダイオード駆動調光回路、発光ダイオードバックライト装置、及び液晶表示装置を提供出来る。
【００５２】
上記発光ダイオード駆動調光回路では、従来のＰＷＭ制御回路において発生していた、上記発光ダイオード列に印加されている電圧が上昇する過渡期間を最小にすることが出来る。よって、上記パルス幅変調におけるパルス信号のデューティー比を小さくしても、点灯期間が、上記発光ダイオード列に印加されている電圧が一定である期間のみで構成された状態で、上記発光ダイオード駆動調光回路を動作させることが出来る。従って、上記発光ダイオード列の明るさが温度に応じて変化したり、上記発光ダイオード列においてチラツキが生じたりすることがなくなる。
【００５３】
また、上記発光ダイオード駆動調光回路では、従来のＰＷＭ制御回路よりも、上記発光ダイオード列に印加されている電圧の変化が小さい。このため、省エネルギーの観点から見ても、従来の回路に比べて有利である。
【００５４】
さらに、上記発光ダイオード駆動調光回路では、上記発光ダイオード列の消灯期間において、上記発光ダイオード列の消灯期間の直前に設けられた点灯期間における出力電圧を、保持（ピークサンプリング）する。これにより、上記発光ダイオード列の点灯期間が始まる時に、上記発光ダイオード列に上記定電流設定値の電流を流すことが出来る。よって、上記発光ダイオード列に流れる電流の波形におけるソフトスタートを最小にして、頭部が上記定電流設定値である矩形波の電流波形を実現することが出来る。従って、上記発光ダイオード列に流れる電流量と、上記パルス幅変調におけるパルス信号のデューティー比とが比例した特性（リニアリティーがある特性）を有した状態で上記発光ダイオード列の明るさを調整する（調光する）ことが可能となる。
【００５５】
上記発光ダイオード駆動調光回路では、上記発光ダイオード駆動調光回路を駆動するための駆動直流電圧を出力する電源手段と、上記駆動直流電圧を、上記印加直流電圧に変換する直流−直流変換手段と、外部から入力されるパルス信号に応じて、上記電流を流して上記発光ダイオード列を点灯させるか、または、上記電流を遮断して上記発光ダイオード列を消灯させるスイッチング素子と、上記発光ダイオード列が点灯している期間に、上記発光ダイオード列に流れる電流が一定となるように制御を行う定電流帰還手段と、上記発光ダイオード列が消灯している期間に、上記直流−直流変換手段に対して、上記発光ダイオード列が点灯している期間の上記印加直流電圧を維持させる上記定電圧制御を行う定電圧帰還手段と、上記発光ダイオード列が点灯している期間に上記定電流帰還手段に上記制御を行わせ、上記発光ダイオード列が消灯している期間に上記定電圧帰還手段に上記定電圧制御を行わせる動作切替手段とを備えていてもよい。これにより、上記発光ダイオード列が消灯している期間に、上記比較基準電圧に基づき定電圧制御を行うことが出来る。
【００５６】
上記いずれかの発光ダイオード駆動調光回路では、上記発光ダイオード列を複数備え、
上記電流を、複数の上記発光ダイオード列に分けて流す分流手段をさらに備えてもよい。上記分流手段を備えることにより、各発光ダイオード列について個別に定電流制御する場合よりも部品点数を減らすことが出来る。
【００５７】
本発明の発光ダイオード照明装置は、上記いずれかの発光ダイオード駆動調光回路を備えているので、広範囲でチラツキのない調光が可能である。
【００５８】
また、本発明の発光ダイオードバックライト装置は、上記いずれかの発光ダイオード駆動調光回路を備えているので、広範囲でチラツキのない調光が可能である。
【００５９】
本発明の液晶表示装置は、上記発光ダイオードバックライト装置と、液晶パネルとを備えている。
【００６０】
従って、上記発光ダイオードバックライト装置の明るさを下げることで暗い画像を表現することができ、従って、高いコントラストで画像を再現することができる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明の発光ダイオード駆動調光回路は、以上のように、発光ダイオード列が点灯している期間に、上記発光ダイオード列に印加されている印加直流電圧を分圧して、比較基準電圧として保持し、上記発光ダイオード列が消灯している期間に、上記比較基準電圧に基づき、上記印加直流電圧を定電圧とする定電圧制御を行うものである。
【００６２】
それゆえ、広範囲の調光が可能である発光ダイオード駆動調光回路、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードバックライト装置、及び液晶表示装置を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例に係るＬＥＤ駆動調光回路の回路図である。
【図２】（ａ）は図１のＬＥＤ駆動調光回路における各波形を示す波形図であり、（ｂ）は、図１のＬＥＤ駆動調光回路において用いるＬＥＤ列のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。
【図３】本発明の他の実施例に係るＬＥＤ駆動調光回路の回路図である。
【図４】（ａ）は図３のＬＥＤ駆動調光回路における各波形を示す波形図であり、（ｂ）は、図３のＬＥＤ駆動調光回路において用いるＬＥＤ列のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施例に係る多石式絶縁型コンバータの回路図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る非絶縁コンバータの回路図である。
【図７】本発明の実施例に係る他のＬＥＤ駆動調光回路の回路図である。
【図８】本発明の実施形態に係るＬＥＤバックライト装置を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る液晶ＴＶを示す図である。
【図１０】従来のＰＷＭ制御回路の回路図である。
【図１１】（ａ）は、図１０のＰＷＭ制御回路における各波形を示す波形図であり、（ｂ）は、図１０のＰＷＭ制御回路において用いるＬＥＤ列のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。
【図１２】ＬＥＤ列のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフであり、（ａ）は定電流制御を行っている状態におけるＬＥＤ列のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフであり、（ｂ）は定電流制御を行っていない状態におけるＬＥＤ列のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。
【図１３】ＰＷＭ制御回路において調光ＰＷＭ信号のデューティー比を小さくし、定常期間がなくなり過渡期間のみで調光している状態の説明図であり、（ａ）は、図１０のＰＷＭ制御回路において調光ＰＷＭ信号のデューティー比を小さくし、定常期間がなくなり過渡期間のみで調光している状態を示す波形図であり、（ｂ）は、図１０のＰＷＭ制御回路において調光ＰＷＭ信号のデューティー比を小さくし、定常期間がなくなり過渡期間のみで調光している状態で用いられるＬＥＤ列のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
本発明の一実施形態について図１、図２、及び、図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。まずは本発明の一実施例について図１及び図２に基づいて説明する。
【００６５】
〔実施例１〕
図１は、本実施例１に係るＬＥＤ駆動調光回路１（発光ダイオード駆動調光回路）の回路図である。ＬＥＤ駆動調光回路とは、後述するＬＥＤ列９（発光ダイオード列）に流す電流をＰＷＭ変調（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）し、ＬＥＤ列９の明るさを調整する（調光する）回路である。
【００６６】
図１において、ＬＥＤ駆動調光回路１は、大略的には、ＤＣ電源２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３、ＬＥＤ調光部４、定電圧帰還回路５（定電圧帰還手段）、定電流帰還回路６（定電流帰還手段）、及び、スイッチ制御回路１０（動作切替手段）を備えている。
【００６７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、スイッチング素子Ｑ１、制御ＩＣ７、ＩＣ電源８、チョークコイルＬ１、逆流防止ダイオードＤ１、及び、平滑コンデンサＣ１を有している。
【００６８】
ＬＥＤ調光部４は、ＬＥＤ列９と、スイッチング素子Ｑ２（スイッチング素子）とを有している。ＬＥＤ列９は、１個のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）で構成されているか、または、複数個のＬＥＤが直列に接続されて構成されている。また、ＬＥＤ列９の両端電圧はＶＦである。さらに、ＬＥＤ調光部４がスイッチング素子Ｑ２を有していることにより、点灯時間の制御が可能となる。
【００６９】
定電圧帰還回路５は、オペアンプＩＣ１、スイッチＳＷ１，ＳＷ２（動作切替手段）、コンデンサＣ２、及び、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を有している。
【００７０】
定電流帰還回路６は、オペアンプＩＣ２、スイッチＳＷ３（動作切替手段）、基準電源１１、及び、抵抗Ｒ４を有している。
【００７１】
図１のＬＥＤ駆動調光回路１において、ＤＣ電源２の出力は、チョークコイルＬ１の一端に接続されている。チョークコイルＬ１の他端は、スイッチング素子Ｑ１のドレインと、逆流防止ダイオードＤ１のアノードとに接続されている。制御ＩＣ７の出力は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。ＩＣ電源８の出力は、制御ＩＣ７の電源入力に接続されている。
【００７２】
逆流防止ダイオードＤ１のカソードは、平滑コンデンサＣ１の一端と、ＬＥＤ列９の入力と、抵抗Ｒ１の一端とに接続されている。ＬＥＤ列９の出力は、スイッチング素子Ｑ２のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｑ２のゲートには、パルス信号である調光ＰＷＭ信号が入力される。スイッチング素子Ｑ２のソースは、抵抗Ｒ４の一端と、オペアンプＩＣ２の第１の入力とに接続されている。基準電源１１の出力は、オペアンプＩＣ２の第２の入力に接続されている。オペアンプＩＣ２の出力は、スイッチＳＷ３の一端に接続されている。
【００７３】
抵抗Ｒ１の他端は、オペアンプＩＣ１の第１の入力と、抵抗Ｒ２の一端と、スイッチＳＷ２の一端とに接続されている。スイッチＳＷ２の他端（Ａ点）は、オペアンプＩＣ１の第２の入力と、抵抗Ｒ３の一端と、コンデンサＣ２の一端とに接続されている。オペアンプＩＣ１の出力は、スイッチＳＷ１の一端に接続されている。
【００７４】
スイッチＳＷ１の他端と、スイッチＳＷ３の他端とは、制御ＩＣ７の第１制御入力に接続されている。
【００７５】
スイッチ制御回路１０の第１〜第３の出力は、それぞれ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の制御入力に接続されている。
【００７６】
そして、ＤＣ電源２の入力と、制御ＩＣ７のＧＮＤ入力と、スイッチング素子Ｑ１のソースと、平滑コンデンサＣ１の他端と、抵抗Ｒ４の他端とは互いに接続されており、基準電源１１の入力と、抵抗Ｒ２，Ｒ３の他端と、コンデンサＣ２の他端とは、電気的に接地されている。
【００７７】
図１のＬＥＤ駆動調光回路１において、ＤＣ電源２（電源手段）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３へ入力電圧Ｖｉｎ（駆動直流電圧）を供給する。なお、入力電圧Ｖｉｎとして、ＤＣ電源２とは別のＡＣ電源から出力された交流電圧を整流した電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３へ供給してもよい。ＩＣ電源８は、制御ＩＣ７へ、例えば５Ｖの電圧を出力する。
【００７８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３が有している制御ＩＣ７は、スイッチング素子Ｑ１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。これにより、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数、または、スイッチング素子Ｑ１から出力されるスイッチングパルスのパルス幅（スイッチングパルス幅）を変えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３（直流−直流変換手段）の出力電圧Ｖ１（印加直流電圧）の電圧値を変更している。
【００７９】
定電流帰還回路６は、調光ＰＷＭ信号（矩形波）のＯＮ期間にスイッチング素子Ｑ１のデューティーを制御して、入力電圧Ｖｉｎから矩形波電圧Ｖａを得る。この矩形波電圧Ｖａを、平滑コンデンサＣ１で平滑化することにより、電圧Ｖ１（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の出力電圧）が得られる。
【００８０】
図１のＬＥＤ駆動調光回路１において、ＰＷＭ制御を用いた調光動作における、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１（点灯している期間）とＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２（消灯している期間）との切り替えは、調光ＰＷＭ信号が入力されるスイッチング素子Ｑ２で行う。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が有しているスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は、数１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内である（通常のＤＣ／ＤＣコンバータと同じ範囲内である）。一方、調光ＰＷＭ信号の周波数は、１００Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲内である。よって、スイッチング素子Ｑ２は、スイッチング素子Ｑ１と異なり、ゆっくりとしたスイッチングを行う素子である。スイッチング素子Ｑ２による制御では、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１に、ＬＥＤ列９のＬＥＤに電流ＩＦを流す。これに対して、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２には、ＬＥＤ列９のＬＥＤに電流ＩＦを流さない。以下の記載では、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１及びＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２について、それぞれ説明する。
【００８１】
（ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１の動作）
ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１では、定電圧帰還回路５のスイッチＳＷ１を開いておき、定電流帰還回路６のスイッチＳＷ３を閉じて、定電流帰還回路６でＤＣ／ＤＣコンバータ３に対して定電流制御を行う。即ち、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦが一定（設定電流ＩＦ’、図２（ａ）参照）となるように動作する。
【００８２】
上記定電流制御では、定電流帰還回路６が有し、ＬＥＤ列９と同一の電流ＩＦが流れる抵抗Ｒ４の両端電圧と、基準電圧Ｖｒｅｆとを、オペアンプＩＣ２で比較する。比較結果に応じて、ＬＥＤ列９に印加する電圧Ｖ１の増減を行うことにより、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦが一定となるように動作する。
【００８３】
ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１において、定電圧帰還回路５では、スイッチＳＷ２を閉じておく。これにより、Ａ点の電圧を、比較基準電圧として保持する。比較基準電圧は、ＬＥＤ列９が点灯している時の出力電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧である。出力電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧でコンデンサＣ２が充電されることにより、定電圧帰還回路５のコンデンサＣ２の両端電圧は、出力電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧になる。
【００８４】
（ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２の動作）
次に、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２では、定電圧帰還回路５において、スイッチＳＷ１を閉じてスイッチＳＷ２を開く。また、定電流帰還回路６において、スイッチＳＷ３も開く。
【００８５】
ここで、Ａ点の電圧は、ＬＥＤ列９が消灯するタイミング（ＬＥＤ列９が消灯する直前）の出力電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧に保持されている。抵抗Ｒ３の抵抗値ｒ３は、抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１、及び、抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２と比較して非常に大きい値に設定されている（ｒ３＞＞ｒ１、ｒ３＞＞ｒ２）。この理由は、平滑コンデンサＣ１に蓄積した電荷で、調光ＰＷＭ信号がＯＦＦの期間、Ａ点の電圧を維持するためであり、平滑コンデンサＣ１に蓄積された電荷が、調光ＰＷＭ信号中の１つのパルスがＯＮである時間の間に、抵抗Ｒ３を通じて放電してしまわない程度に高い抵抗値ｒ３の抵抗Ｒ３を用いている。
【００８６】
ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２では、出力電圧Ｖ１を、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１の出力電圧に維持するように、定電圧帰還回路５が定電圧制御を行う。具体的には、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２では、定電流帰還回路６のスイッチＳＷ３を開いておき、定電圧帰還回路５が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に対して定電圧制御を行う。
【００８７】
上記定電圧制御では、定電圧帰還回路５が有しており電圧Ｖ１が印加される抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで分圧した電圧と、平滑コンデンサＣ１の電圧とを、オペアンプＩＣ１で比較する。比較結果に応じて、スイッチングのデューティー比を制御して電圧Ｖ１の増減を行うことにより、電圧Ｖ１が一定となるように動作する。
【００８８】
以上のように、図１のＬＥＤ駆動調光回路１では、ＬＥＤ列９が消灯するタイミングの出力電圧Ｖ１（ＬＥＤ列９が点灯しているときの出力電圧）を、比較基準電圧としてピークサンプリング（コンデンサＣ２の両端電圧として保持）し、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２に、上記比較基準電圧に基づき、定電圧帰還回路５が定電圧制御を行う。
【００８９】
これにより、次にＬＥＤ列９が点灯するタイミングでは、出力電圧Ｖ１が、ＬＥＤ列９が点灯していたときの出力電圧である状態でＬＥＤ駆動調光回路１を起動させることが可能となり、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦが、定電流設定値（設定電流ＩＦ’、図２参照）に達するまでの遅延時間を最小にすることが出来る。このため、調光ＰＷＭ信号のデューティー比（パルス幅変調におけるパルス信号のデューティー比）を小さくした場合においても、ＬＥＤ列９に流れる電流が設定電流ＩＦ’の状態でＬＥＤ駆動調光回路１を動作させることが可能になり、従来の回路では困難であった広範囲の調光（デューティー比の最小化）が可能になる。
【００９０】
図１のＬＥＤ駆動調光回路１を用いると、従来技術を用いた回路における課題が解決出来ることを、図２を用いて以下に説明する。図２（ａ）は、図１のＬＥＤ駆動調光回路１における各波形を示す波形図である。図２（ｂ）は、図１のＬＥＤ駆動調光回路１において用いられるＬＥＤ列９のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。
【００９１】
従来技術を用いた回路における課題は、以下の通りである。即ち、従来技術を用いた回路では、調光ＰＷＭ信号のデューティー比を小さくしていくと、ＬＥＤ列の点灯期間に、ＬＥＤ列に流れる電流が定電流設定値（設定電流ＩＦ’）に達しなくなる。このため、ＬＥＤ列の点灯期間においてＬＥＤ列に流れる電流のピークが、ＬＥＤ列のＶＦ−ＩＦ特性が温度に応じて変化する影響を受ける。従って、ＬＥＤ列の明るさが温度に応じて変化したり、ＬＥＤ列においてチラツキが生じたりする。
【００９２】
図１のＬＥＤ駆動調光回路１では、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２において、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２の直前に設けられた点灯期間Ｔ１における出力電圧を、ピークサンプリングする。これにより、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１が始まる時に、出力電圧Ｖ１が、ＬＥＤ列９に設定電流ＩＦ’を流すために必要な出力電圧である状態で、ＬＥＤ駆動調光回路１を動作させることが出来る。
【００９３】
このため、図１のＬＥＤ駆動調光回路１では、従来の図１０のＰＷＭ制御回路１０１において発生していた図１１（ａ）の過渡期間Ｔ１０３（出力電圧Ｖ１が上昇する過渡期間）を最小にすることが出来る。よって、調光ＰＷＭ信号のデューティー比を小さくしても、点灯期間Ｔ１が定常期間（出力電圧Ｖ１が一定である期間）のみで構成された状態で、ＬＥＤ駆動調光回路１を動作させることが出来る。従って、ＬＥＤ列９の明るさが温度に応じて変化したり、ＬＥＤ列９においてチラツキが生じたりすることがなくなる。
【００９４】
また、図１のＬＥＤ駆動調光回路１では、図１０のＰＷＭ制御回路１０１よりも、出力電圧Ｖ１の変化が小さい。このため、省エネルギーの観点から見ても、従来の回路に比べて有利である。
【００９５】
さらに、図１のＬＥＤ駆動調光回路１では、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２において、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２の直前に設けられた点灯期間Ｔ１における出力電圧を、ピークサンプリングする。これにより、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１が始まる時に、ＬＥＤ列９に設定電流ＩＦ’を流すことが出来る。よって、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦの波形におけるソフトスタートを最小にして、頭部が設定電流ＩＦ’である矩形波の電流波形を実現することが出来る。従って、ＬＥＤ列９に流れる電流量と、調光ＰＷＭ信号のデューティー比とが比例した特性（リニアリティーがある特性）を有した状態でＬＥＤ列９の明るさを調整する（調光する）ことが可能となる。
【００９６】
なお、図１のＬＥＤ駆動調光回路１では、ＬＥＤ調光部４が有するＬＥＤ列９が１列であるが、複数のＬＥＤ列９を有する場合も同様に実現することが出来る。図７は、本実施例１に係る他のＬＥＤ駆動調光回路３１（発光ダイオード駆動調光回路）の回路図である。
【００９７】
図７のＬＥＤ駆動調光回路３１は、電流バランス回路３３（分流手段）を備えている。電流バランス回路３３としては、例えば特許文献４の分流回路を用いることが出来る。
【００９８】
また、図７のＬＥＤ駆動調光回路３１において、ＬＥＤ調光部３２は、ＬＥＤ列９を２列有している。電流バランス回路３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３から出力された電流ＩＦを等分し、２つのＬＥＤ列９にそれぞれＩＦ／２のＬＥＤ電流を流す。これにより、特許文献４の図１１や特許文献３の図２に示されるように、各ＬＥＤ列について個別に定電流制御を行う場合よりも部品点数を減らすことが出来る。
【００９９】
なお、上記説明において、電流バランス回路３３が電流ＩＦを等分しているのは、ＬＥＤ調光部３２の２列のＬＥＤ列９が同一の構成である（例えば、同一のＬＥＤを同じ個数用いている）ためである。しかし、本発明はこれに限定されず、電流バランス回路３３は、例えば複数のＬＥＤ列のＶＦ−ＩＦ特性が異なる場合に、複数のＬＥＤ列に異なる電流を流してもよい。それぞれのＬＥＤ列に流す電流や、それぞれのＬＥＤ列に印加する電圧に応じて、複数のＬＥＤ列に流す電流を適宜変更することにより、それぞれのＬＥＤ列における明るさを異ならせることが出来る。
【０１００】
ＬＥＤ駆動調光回路１では、ＬＥＤ駆動調光回路１を駆動するための入力電圧Ｖｉｎを出力するＤＣ電源２と、入力電圧Ｖｉｎを、出力電圧Ｖ１に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ３と、外部から入力される調光ＰＷＭ信号に応じて、電流ＩＦを流してＬＥＤ列９を点灯させるか、または、電流ＩＦを遮断してＬＥＤ列９を消灯させるスイッチング素子Ｑ２と、ＬＥＤ列９が点灯している点灯期間Ｔ１に、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦが一定となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に対して、出力電圧Ｖ１を増減させる定電流制御を行う定電流帰還回路６と、ＬＥＤ列９が消灯している期間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に対して、ＬＥＤ列９が点灯している点灯期間Ｔ１の出力電圧Ｖ１を維持させる上記定電圧制御を行う定電圧帰還回路５と、ＬＥＤ列９が点灯している点灯期間Ｔ１に定電流帰還回路６に上記定電流制御を行わせ、ＬＥＤ列９が消灯している消灯期間Ｔ２に定電圧帰還回路５に上記定電圧制御を行わせるスイッチ制御回路１０及びスイッチＳＷ１〜ＳＷ３とを備えていてもよい。これにより、ＬＥＤ列９が消灯している消灯期間Ｔ２に、上記比較基準電圧に基づき定電圧制御を行うことが出来る。
【０１０１】
ＬＥＤ駆動調光回路３１では、ＬＥＤ列９を複数備え、
電流ＩＦを、複数のＬＥＤ列９に分けて流す電流バランス回路３３をさらに備えてもよい。電流バランス回路３３を備えることにより、各ＬＥＤ列９について個別に定電流制御を行う場合よりも部品点数を減らすことが出来る。
【０１０２】
〔実施例２〕
本発明の他の実施例について図３〜図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施例２において説明すること以外の構成は、前記実施例１と同じである。また、説明の便宜上、前記実施例１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０３】
図３は、本実施例２に係るＬＥＤ駆動調光回路１２（発光ダイオード駆動調光回路）の回路図である。図３において、ＬＥＤ駆動調光回路１２は、大略的には、ＡＣ電源１３（電源手段）、ダイオードブリッジ１４（電源手段）、絶縁型昇圧コンバータ１５（直流−直流変換手段）、ＬＥＤ調光部１６、定電圧帰還回路１７（定電圧帰還手段）、定電流帰還回路１８（定電流帰還手段）、及び、絶縁フォトカプラ１９を備えている。ダイオードブリッジ１４は、ＡＣ電源１３から出力される交流電流を全波整流する。また、ＬＥＤ駆動調光回路１２は、トランジスタ電源２０、トランジスタＱ５、及び、抵抗Ｒ４，Ｒ１７を有している。
【０１０４】
絶縁型昇圧コンバータ１５は、スイッチング素子Ｑ１、制御ＩＣ７、ＩＣ電源８、絶縁トランスＴ、逆流防止ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ１、及び、抵抗Ｒ５を有している。絶縁トランスＴは、１次巻線Ｎ１及び２次巻線Ｎ２を有している。
【０１０５】
ＬＥＤ調光部１６は、ＬＥＤ列９と、スイッチング素子Ｑ２とを有している。ＬＥＤ列９は、１個のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）で構成されているか、または、複数個のＬＥＤが直列に接続されて構成されている。
【０１０６】
定電圧帰還回路１７は、オペアンプＯＰ２，ＯＰ３、トランジスタＱ４，Ｑ６〜Ｑ８、コンデンサＣ３，Ｃ４、及び、抵抗Ｒ６〜Ｒ１６を有している。
【０１０７】
定電流帰還回路１８は、オペアンプＯＰ１、トランジスタＱ３、コンデンサＣ５、及び、抵抗Ｒ１８，Ｒ１９を有している。
【０１０８】
図３のＬＥＤ駆動調光回路１２において、ＡＣ電源１３の一方の出力は、ダイオードブリッジ１４の一方の入力に接続されている。ＡＣ電源１３の他方の出力は、ダイオードブリッジ１４の他方の入力に接続されている。ダイオードブリッジ１４の一方の出力は、絶縁トランスＴの１次巻線Ｎ１の一端に接続されている。
【０１０９】
絶縁トランスＴの１次巻線Ｎ１の他端は、スイッチング素子Ｑ１のドレインに接続されている。制御ＩＣ７の出力は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されている。ＩＣ電源８の出力は、制御ＩＣ７の電源入力に接続されている。
【０１１０】
スイッチング素子Ｑ１のソースは、抵抗Ｒ５の一端と、制御ＩＣ７の第２制御入力とに接続されている。抵抗Ｒ５の他端は、ダイオードブリッジ１４の他方の出力に接続されている。
【０１１１】
絶縁トランスＴの２次巻線Ｎ２の一端は、逆流防止ダイオードＤ１のアノードに接続されている。逆流防止ダイオードＤ１のカソードは、平滑コンデンサＣ１の一端と、ＬＥＤ列９の入力と、抵抗Ｒ６の一端とに接続されている。ＬＥＤ列９の出力は、スイッチング素子Ｑ２のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｑ２のゲートには、パルス信号である調光ＰＷＭ信号が入力される。スイッチング素子Ｑ２のソースは、抵抗Ｒ４の一端と、抵抗Ｒ１９の一端とに接続されている。
【０１１２】
抵抗Ｒ６の他端は、抵抗Ｒ７の一端と、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子（＋）とに接続されている。オペアンプＯＰ３の反転入力端子（−）は、オペアンプＯＰ３の出力と、抵抗Ｒ８の一端と、抵抗Ｒ１０の一端と、トランジスタＱ８のドレインとに接続されている。抵抗Ｒ８の他端は、抵抗Ｒ９の一端と、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子（＋）と、トランジスタＱ６のコレクタと、抵抗Ｒ１６の一端と、コンデンサＣ４の一端とに接続されている。
【０１１３】
抵抗Ｒ１０の他端は、トランジスタＱ８のゲートと、トランジスタＱ７のコレクタとに接続されている。トランジスタＱ８のソースは、コンデンサＣ３の一端と、抵抗Ｒ１３の一端と、オペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）とに接続されている。
【０１１４】
抵抗Ｒ１１の一端と、抵抗Ｒ１４の一端とには、調光ＰＷＭ信号が入力される。抵抗Ｒ１１の他端は、抵抗Ｒ１２の一端と、トランジスタＱ７のベースとに接続されている。抵抗Ｒ１４の他端は、抵抗Ｒ１５の一端と、トランジスタＱ６のベースとに接続されている。
【０１１５】
オペアンプＯＰ２の出力は、トランジスタＱ４のベースに接続されている。トランジスタ電源２０の出力は、トランジスタＱ４のコレクタと、トランジスタＱ３のコレクタとに接続されている。トランジスタＱ４のエミッタは、トランジスタＱ３のエミッタと、抵抗Ｒ１７の一端と、トランジスタＱ５のベースとに接続されている。
【０１１６】
抵抗Ｒ１６の他端と、コンデンサＣ４の他端とは、トランジスタＱ５のコレクタと、抵抗Ｒ１８の一端と、コンデンサＣ５の一端と、絶縁フォトカプラ１９の入力とに接続されている。絶縁フォトカプラ１９の出力は、制御ＩＣ７の第１制御入力に接続されている。
【０１１７】
抵抗Ｒ１８の他端と、コンデンサＣ５の他端とは、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）と、抵抗Ｒ１９の他端とに接続されている。
【０１１８】
オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）には、後述する調光ＤＩＭ信号が入力される。オペアンプＯＰ１の出力は、トランジスタＱ３のベースに接続されている。
【０１１９】
そして、抵抗Ｒ７の他端と、抵抗Ｒ９の他端と、トランジスタＱ７のエミッタと、抵抗Ｒ１２の他端と、抵抗Ｒ１３の他端と、コンデンサＣ３の他端と、トランジスタＱ６のエミッタと、抵抗Ｒ１５の他端と、抵抗Ｒ１７の他端と、トランジスタＱ５のエミッタと、抵抗Ｒ４の他端と、平滑コンデンサＣ１の他端と、絶縁トランスＴの２次巻線Ｎ２の他端とは、互いに接続されている。
【０１２０】
ＬＥＤ駆動調光回路１２において、ＩＣ電源８は、制御ＩＣ７へ、例えば５Ｖの電圧を出力する。また、トランジスタ電源２０は、トランジスタＱ４のコレクタと、トランジスタＱ３のコレクタとに、例えば１３Ｖの電圧を出力する。
【０１２１】
また、ＬＥＤ駆動調光回路１２における絶縁型昇圧コンバータ１５の帰還回路は、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１に動作する定電流帰還回路１８と、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２に動作する定電圧帰還回路１７と、点灯期間に、定電流帰還回路１８による定電流制御を行い、消灯期間に、定電圧帰還回路１７による定電圧制御を行うためのＯＲ回路Ｑ５と、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦをＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子Ｑ２と、絶縁フォトカプラ１９とで構成されている。
【０１２２】
上記帰還回路に関して、定電流帰還回路１８は、オペアンプＯＰ１（図１のオペアンプＩＣ２に相当）および周辺回路で構成されており、定電圧帰還回路１７は、オペアンプＯＰ２（図１のオペアンプＩＣ１に相当）および周辺回路で構成されている。
【０１２３】
ＬＥＤ駆動調光回路１２の動作について、以下に説明する。スイッチング素子Ｑ２は、ゲートに入力される調光ＰＷＭ信号に基づき、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１にＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦをＯＮし、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２にＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦをＯＦＦすることにより、ＬＥＤ列９の明るさを調整する調光動作を行う。
【０１２４】
定電流帰還回路１８のオペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）には、調光ＤＩＭ信号を入力して、調光ＤＩＭ信号のＤＣ電圧レベルを可変することにより、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦの波高値を設定することが出来る。図３のＬＥＤ駆動調光回路１２における絶縁型昇圧コンバータ１５の帰還回路は、あくまで一例であり、コンバータの種類に関係なく応用することが出来る。
【０１２５】
ＬＥＤ列９に印加される電圧Ｖ１は、抵抗Ｒ６，Ｒ７で分圧され、オペアンプＯＰ３で電圧バッファ出力される。ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１においては、Ｈｉである調光ＰＷＭ信号によりトランジスタＱ７がＯＮし、トランジスタＱ８のゲートがＬＯＷとなるのでトランジスタＱ８がＯＮする。これにより、オペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）に、オペアンプＯＰ３の出力電圧が印加される。
【０１２６】
図３のトランジスタＱ４，Ｑ６は、図１のスイッチＳＷ１の機能を果たす。同様に、図３のトランジスタＱ７，Ｑ８は、図１のスイッチＳＷ２の機能を果たし、図３のトランジスタＱ３は、図１のスイッチＳＷ３の機能を果たす。
【０１２７】
ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１においては、トランジスタＱ６も調光ＰＷＭ信号によりＯＮし、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子（＋）の電位が、ＧＮＤレベルに維持される。
【０１２８】
このため、ＬＥＤ列９の点灯期間において、オペアンプＯＰ２の出力はＬＯＷレベルに維持され、トランジスタＱ４のベース電位がＬＯＷになるので、トランジスタＱ４が動作しない（ＯＦＦする）。従って、定電圧帰還回路１７が、絶縁型昇圧コンバータ１５の帰還制御に関与しなくなる。
【０１２９】
ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２においては、調光ＰＷＭ信号によりトランジスタＱ７がＯＦＦし、トランジスタＱ８がＯＦＦする。よって、オペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）には、Ｃ４によって保持された、トランジスタＱ８がＯＦＦする直前のオペアンプＯＰ３の出力電圧が印加される。
【０１３０】
ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２においては、トランジスタＱ６もＯＦＦし、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子（＋）には、オペアンプＯＰ３の出力電圧を抵抗Ｒ８，Ｒ９で分圧した電圧が印加される。
【０１３１】
この結果、オペアンプＯＰ２と、トランジスタＱ４，Ｑ５とにより、定電圧制御が行われる。定電圧制御の基準電圧となる、オペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）の電圧は、Ｃ４によって保持された、トランジスタＱ８がＯＦＦする直前のオペアンプＯＰ３の出力電圧である。これにより、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２の出力電圧が、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１の出力電圧となるように、定電圧制御を行うことが出来る。
【０１３２】
上述した調光動作における、点灯期間Ｔ１の波形及び消灯期間Ｔ２の波形を、図４（ａ）に示す。図４（ａ）は、図３のＬＥＤ駆動調光回路１２における各波形を示す波形図である。図４（ｂ）は、図３のＬＥＤ駆動調光回路１２において用いられるＬＥＤ列９のＶＦ−ＩＦ特性を示すグラフである。
【０１３３】
本実施例２に係るＬＥＤ駆動調光回路１２では、上述した帰還制御を行うことにより、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２において、ＬＥＤ列９の消灯期間Ｔ２の直前に設けられた点灯期間Ｔ１における出力電圧を、ピークサンプリングする。これにより、ＬＥＤ列９の点灯期間Ｔ１が始まる時の出力電圧Ｖ１を、設定電流ＩＦ’を流すために必要な電圧とすることが出来る。よって、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦの波形におけるソフトスタートを最小にして、頭部が設定電流ＩＦ’である矩形波の電流波形を実現することが出来る。従って、ＬＥＤ列９に流れる電流量と、調光ＰＷＭ信号のデューティー比とが比例した特性（リニアリティーがある特性）を有した状態でＬＥＤ列９の明るさを調整する（調光する）ことが可能となる。
【０１３４】
なお、図３の抵抗Ｒ６は、図１において出力電圧Ｖ１を分圧する抵抗Ｒ１に相当する。同様に、図３の抵抗Ｒ７は、図１において出力電圧Ｖ１を分圧する抵抗Ｒ２に相当する。
【０１３５】
また、図３では、オペアンプＯＰ３の出力電圧を抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９とで分圧した電圧が、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子（＋）に入力されているが、抵抗Ｒ９の抵抗値ｒ９は、抵抗Ｒ８の抵抗値ｒ８と比較してかなり大きな抵抗値とし（ｒ９＞＞ｒ８）、オペアンプＯＰ３の出力電圧とほぼ等しい電圧が、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子（＋）に入力される。
【０１３６】
さらに、図３のコンデンサＣ３が図１のコンデンサＣ２に相当し、図３の抵抗Ｒ１３が図１の抵抗Ｒ３に相当する。
【０１３７】
本実施例２に係るＬＥＤ駆動調光回路１２では、１石式絶縁型コンバータである絶縁型昇圧コンバータ１５を用いているが、絶縁型昇圧コンバータ１５に代えて、図５に示す多石式絶縁型コンバータ４１（直流−直流変換手段）を用いてもよく、図６に示す非絶縁コンバータ４２（直流−直流変換手段）を用いても良い。多石式絶縁型コンバータ４１は、スイッチング素子Ｑ９及びコンデンサＣ６を有している。また、本実施例２に係るＬＥＤ駆動調光回路１２は、一列のＬＥＤ列９を有しているが、図７に示す複数のＬＥＤ列９に対しても、ＬＥＤ駆動調光回路１２は適用することが出来る。
【０１３８】
本発明の特徴は、ＬＥＤ列９に流れる電流ＩＦをＰＷＭ制御して調光する回路において、ＬＥＤ列９に印加される電圧Ｖ１を非調光時（ＬＥＤ列９の消灯時）に定電圧制御を行うことであり、電源回路がＤＣ／ＤＣコンバータに限定されるものではなく、直列に接続されたＬＥＤの数やＬＥＤ列の数に限定されるものでもない。
【０１３９】
〔ＬＥＤ駆動調光回路の用途〕
本実施形態に係るＬＥＤ駆動調光回路は、例えば図９に示すような液晶ＴＶ（液晶表示装置）６１の電源や、図８に示すような液晶表示装置用のＬＥＤバックライト装置５１（発光ダイオードバックライト装置）の電源や、ＬＥＤ照明装置（発光ダイオード照明装置）に用いることができ、ＬＥＤバックライト装置５１の明るさを下げた暗い画面でもチラツキの無い画像を得ることが出来る。
【０１４０】
図８のＬＥＤバックライト装置５１は、ＬＥＤ５２と、明るさを均一にする光学シート５３と、枠（フレーム）５４とを備えており、表面に液晶パネル６２を取り付けることにより、図９に示す液晶ＴＶ６１となる。
【０１４１】
本実施形態に係るＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ駆動調光回路１，１２，３１のいずれか１つを備えているので、広範囲でチラツキの無い調光が可能である。
【０１４２】
また、本実施形態に係るＬＥＤバックライト装置５１は、ＬＥＤ駆動調光回路１，１２，３１のいずれか１つを備えているので、広範囲でチラツキの無い調光が可能である。
【０１４３】
本実施形態に係る液晶ＴＶ６１は、ＬＥＤバックライト装置５１と、液晶パネル６２とを備えている。
【０１４４】
従って、上記発光ダイオードバックライト装置の明るさを下げることで暗い画像を表現することができ、従って、高いコントラストで画像を再現することができる。
【０１４５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明の発光ダイオード駆動調光回路は、広範囲の調光が可能であるので、液晶ＴＶ、モニター、インフォメーションディスプレイ等の液晶バックライト、ＬＥＤ照明機器、及びＬＥＤ応用商品に好適に用いることが出来る。
【符号の説明】
【０１４７】
１，１２，３１  ＬＥＤ駆動調光回路（発光ダイオード駆動調光回路）
２  ＤＣ電源（電源手段）
３  ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流−直流変換手段）
４，１６，３２  ＬＥＤ調光部
５，１７  定電圧帰還回路（定電圧帰還手段）
６，１８  定電流帰還回路（定電流帰還手段）
７  制御ＩＣ
８  ＩＣ電源
９  ＬＥＤ列（発光ダイオード列）
１０  スイッチ制御回路（動作切替手段）
１１  基準電源
１３  ＡＣ電源（電源手段）
１４  ダイオードブリッジ（電源手段）
１５  絶縁型昇圧コンバータ（直流−直流変換手段）
１９  絶縁フォトカプラ
２０  トランジスタ電源
３３  電流バランス回路（分流手段）
４１  多石式絶縁型コンバータ（直流−直流変換手段）
４２  非絶縁コンバータ（直流−直流変換手段）
５１  ＬＥＤバックライト装置（発光ダイオードバックライト装置）
５２  ＬＥＤ
５３  光学シート
６１  液晶ＴＶ（液晶表示装置）
６２  液晶パネル
Ｃ１  平滑コンデンサ
Ｃ２〜Ｃ６  コンデンサ
Ｄ１  逆流防止ダイオード
ＩＣ１，ＩＣ２，ＯＰ１〜ＯＰ３  オペアンプ
ＩＦ  電流
ＩＦ’  設定電流
Ｌ１  チョークコイル
Ｎ１  １次巻線
Ｎ２  ２次巻線
Ｑ１，Ｑ９  スイッチング素子
Ｑ２  スイッチング素子（スイッチング素子）
Ｑ３〜Ｑ８  トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ１９  抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ３  スイッチ（動作切替手段）
Ｔ  絶縁トランス
Ｔ１  点灯期間（点灯している期間）
Ｔ２  消灯期間（消灯している期間）
Ｖ１  出力電圧（印加直流電圧）
Ｖａ  矩形波電圧
Ｖｉｎ  入力電圧（駆動直流電圧）
Ｖｒｅｆ  基準電圧
ｒ１〜ｒ３，ｒ８，ｒ９  抵抗値
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図８】
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【図９】
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