(57)【要約】【課題】高輝度を確保しつつ、低輝度では高分解能な輝度設定が可能であり、しかも、低コストで製造可能な発光素子の輝度調整装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ５０の動作をオンオフする第１トランジスタＴｒ１と、第１トランジスタＴｒ１のオンオフ状態をパルス幅変調によって制御するパルス幅変調回路（２０、１２）と、第１トランジスタＴｒ１がオン状態のときにＬＥＤ５０に流れる電流値を低電流値とそれよりも高い高電流値との間で切り替える電流値制御回路（１２、Ｔｒ２）とを備える。ＬＥＤ５０に流れる電流値を高電流値に制御した状態で、パルス幅変調回路によってデューティ比を１００％にすれば高輝度が得られる。一方、ＬＥＤ５０に流れる電流値を低電流値に制御した状態において、デューティ比を０〜１００％の範囲で変化させれば、低輝度範囲において多くのデューティ比を設定できることになるので、輝度分解能が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の輝度調整装置であって、
前記発光素子の動作をオンオフするスイッチング素子と、
そのスイッチング素子のオンオフ状態をパルス幅変調によって制御するパルス幅変調回路と、
前記スイッチング素子がオン状態のときに前記発光素子に流れる電流値を所定の低電流値とその低電流値よりも高い所定の高電流値との間で切り替える電流値制御回路と
を含むことを特徴とする発光素子の輝度調整装置。
【請求項２】
前記発光素子が車両用ディスプレイのバックライトに用いられるものであって、
前記電流値制御回路は、前記発光素子に流れる電流値を、夜画用の輝度設定においては前記低電流値とし、昼画用の輝度設定においては前記高電流値とすることを特徴とする請求項１に記載の発光素子の輝度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の輝度調整装置に関し、特に、発光素子の輝度分解能を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードのような発光素子の輝度を調整する手段として、発光素子に流す電流値を増減させる手段が知られている。たとえば、特許文献１に記載の装置がそれである。特許文献１に記載の装置は、発光ダイオードを液晶ディスプレイのバックライトに用いた装置である。
【０００３】
この特許文献１に記載の装置は、周囲の明るさを検出する素子を備えており、周囲が明るいほどバックライト（すなわち発光ダイオード）を明るく発光させている。また、使用者が発光量を手動で調整できるようにもなっている。いずれの場合にも、発光ダイオードに流す電流値を増減させることにより、発光量を制御している。
【０００４】
それに対して、発光素子の輝度を調整する別の手段として、発光素子に流す電流をパルス幅変調制御（以下、ＰＷＭ制御という）によって調整する手段が知られている。ＰＷＭ制御によって発光素子の輝度を調整している装置としては、たとえば、特許文献２に記載の装置がある。特許文献２に記載の装置では、ＰＷＭ制御に加えて周期制御も行っている。ＰＷＭ制御による輝度調整だけによって高い輝度分解能を得ようとすると、パルス幅ステップを小さくしなければならないが、特許文献２に記載の装置のように、ＰＷＭ制御に加えて調光周期も制御するようにすれば、高い輝度分解能が必要な場合には、調光周期を長くすることにより、パルス幅ステップを小さくすることなく高い輝度分解能を得ることができる。
【０００５】
ところで、車両用のディスプレイのバックライトとして発光素子が用いられる場合、バックライトの輝度は、昼画用と夜画用とで異ならせる必要がある。すなわち、夜画用の輝度は昼画用の輝度よりも暗くする必要がある。また、それら昼画用および夜画用の輝度は、ユーザによって微調整できるようになっていることが一般的である。
【０００６】
輝度調整の手段としては、前述のように、電流値を制御する手段およびＰＷＭ制御（またはそれに加えて周期制御）による手段の２つの手段が考えられる。しかし、発光ダイオードなどの発光素子は、電流値の変化によって色度が変化してしまうので、電流値を制御する手段では、色度を保持しつつ輝度を調整することが困難であった。一方、ＰＷＭ制御によって輝度を調整する場合には、輝度変化に伴う色度の変化はない。そこで、従来は、電流値は一定として、ＰＷＭ制御によって昼画および夜画の輝度を調整していた。
【０００７】
図３は、電流値は一定として、ＰＷＭ制御のみによって昼画および夜画の輝度を調整する場合の輝度調整可能範囲を示す図である。図３に示すように、電流値を一定としている場合、輝度はデューティ比の大きさに対応して直線的に変化する。
【０００８】
昼画の輝度は夜画の輝度よりも高くする必要があることから、相対的に高いデューティ比範囲を昼画用のデューティ比範囲として設定し、相対的に低いデューティ比範囲を夜画用のデューティ比範囲として設定している。そして、昼画および夜画の輝度とも、予め設定されたデューティ比範囲内で輝度を調整可能としている。なお、図３では、昼画用のデューティ比範囲と夜画用のデューティ比範囲とが一部重複しているが、これが重複していない場合もある。
【特許文献１】特開２００４−２８１９２２号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
人間の目は暗いほど輝度変化に敏感であることから、昼画に対して相対的に暗い夜画には、より細かな輝度設定、すなわち、高分解能な輝度設定が望まれる。
【００１０】
ここで、ＰＷＭ制御のみによって輝度調整をする場合において、夜画の輝度を細かく設定できるようにするには、夜画用のデューティ比範囲内において多くのデューティ比を取り得るようにする必要があり、そのためには、パルス幅ステップを小さくする必要がある。しかしながら、パルス幅ステップを小さくしようとすると、高性能なＣＰＵが必要となるなど、装置のコストアップを招いてしまう。
【００１１】
また、特許文献２のように、ＰＷＭ制御に加えて周期制御も行うようにすれば、低輝度領域での高分解能が可能となる。この場合においてユーザによって輝度設定を可能とすると、ユーザによる設定値に応じて調光周期を変化させることとなるが、調光周期を変化させてしまうと、場合によっては、バックライトの前面の画面表示周期と調光周期が不整合となってしまい、画面にノイズが出るように見えてしまう恐れがある。
【００１２】
また、電流値を低くすれば輝度変化範囲が狭くなることから、１パルス幅ステップの輝度変化幅が小さくなる。従って、高分解能な輝度設定が可能となる。しかし、この場合、最高輝度が低くなってしまうので、昼画に対して十分な輝度が得られなくなってしまう。
【００１３】
このような問題は、車両用のバックライトに発光素子を用いる場合に限らず、高輝度と、低輝度範囲における高分解能な輝度設定が必要とされる装置において共通に存在する問題である。
【００１４】
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、高輝度を確保しつつ、低輝度では高分解能な輝度設定が可能であり、しかも、低コストで製造可能な発光素子の輝度調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
その目的を達成するための請求項１記載の発明は、発光素子の輝度調整装置であって、前記発光素子の動作をオンオフするスイッチング素子と、そのスイッチング素子のオンオフ状態をパルス幅変調によって制御するパルス幅変調回路と、前記スイッチング素子がオン状態のときに前記発光素子に流れる電流値を所定の低電流値とその低電流値よりも高い所定の高電流値との間で切り替える電流値制御回路とを含むことを特徴とする。
【００１６】
このようにすれば、電流値制御回路により、スイッチング素子がオン状態のときに発光素子に流れる電流値を高電流値に制御した状態で、パルス幅変調回路によってデューティ比を高くすれば高輝度が得られる。一方、電流値制御回路により、スイッチング素子がオン状態のときに発光素子に流れる電流値を低電流値に制御した状態において、パルス幅変調回路によってデューティ比を広い範囲で変化させれば、狭い輝度範囲において多くのデューティ比を設定できることになるので、低輝度領域における輝度分解能が向上する。しかも、電流値を一定としてパルス幅変調回路のみによって輝度分解能を向上させる場合に比較してパルス幅ステップが大きくて済むので、装置が低コストで製造できる。
【００１７】
ここで、請求項２記載のように、前記発光素子の輝度調整装置は、前記発光素子が車両用ディスプレイのバックライトに用いられるものであって、前記電流値制御回路は、前記発光素子に流れる電流値を、夜画用の輝度設定においては前記低電流値とし、昼画用の輝度設定においては前記高電流値とする場合に好適である。
【００１８】
請求項１に記載の発光素子の輝度調整装置は、電流値制御回路によって発光素子に流す電流値を変化させていることから、電流値の変化によって発光素子に色度変化が生じてしまう。しかしながら、車両用ディスプレイのバックライトの場合、昼画の色と夜画の色とはもともと色が異なっていることから、色度の変化が問題とならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された輝度調整装置１０の構成を示すブロック図である。この輝度調整装置１０は、互いに直列に接続された複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）５０の輝度を調整する装置である。このＬＥＤ５０は、車両用ディスプレイのバックライトとして用いられる。なお、ＬＥＤ５０の配列は、直列接続のみに限らず、一部が互いに並列に接続されていてもよい。
【００２０】
輝度調整装置１０は、第１トランジスタＴｒ１、第２トランジスタＴｒ２、マイクロコンピュータ１２、および駆動回路２０を備えている。第１トランジスタＴｒ１はスイッチング素子として機能しており、ここではノーマリオフ型のＰ型ＭＯＳＦＥＴであり、ソース端子が車載バッテリ５２に接続され、ドレイン端子がＬＥＤ５０に接続されている。
【００２１】
第２トランジスタＴｒ２はバイポーラ型であり、コレクタ端子がＬＥＤ５０に接続され、エミッタ端子がグランドに接続され、ベース端子が抵抗Ｒ１を介してマイクロコンピュータ１２に接続されている。
【００２２】
駆動回路２０は、バイポーラ型の第３トランジスタＴｒ３と、その第３トランジスタＴｒ３のベース端子とマイクロコンピュータ１２とに接続された抵抗Ｒ２と、一端がその抵抗Ｒ２と第３トランジスタＴｒ３のベース端子との間に接続され、他端が第３トランジスタＴｒ３のエミッタ端子とグランドとの間に接続された抵抗Ｒ３とから構成されている。
【００２３】
上記第３トランジスタＴｒ３のコレクタ端子は、抵抗Ｒ４を介して第１トランジスタＴｒ１のゲート端子と接続されている。また、その抵抗Ｒ４と第１トランジスタＴｒ１のゲート端子との間には抵抗Ｒ５の一端が接続されている。この抵抗Ｒ５の他端は、第１トランジスタＴｒ１のソース端子と車載バッテリ５２とに接続されている。
【００２４】
マイクロコンピュータ１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート（いずれも図示せず）およびＡ／Ｄ変換回路１４を内部に備えている。また、マイクロコンピュータ１２には、車両のライトが点灯しているか否かを示すライト信号ＳＬ、および、ユーザによる輝度設定値を示す輝度設定信号ＳＢが供給される。
【００２５】
このマイクロコンピュータ１２は、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムを実行することにより、Ａ／Ｄ変換回路１４から所定の信号を駆動回路２０および第２トランジスタＴｒ２に出力して、ＬＥＤ５０の輝度調整を行う。
【００２６】
次に、このように構成された輝度調整装置１０の作動を説明する。マイクロコンピュータ１２は、ライト信号ＳＬに基づいてライトが点灯しているか否かを判断し、ライトが点灯している場合には、ＬＥＤ５０に流す電流値を所定の低電流値ＣＬとするための信号を第２トランジスタＴｒ２のベース端子に入力する。一方、ライトが点灯していない場合には、ＬＥＤ５０に流す電流値を所定の高電流値ＣＨ（＞ＣＬ）とするための信号を第２トランジスタＴｒ２のベース端子に入力する。このようにしてＬＥＤ５０に流す電流値が高電流値ＣＨまたは低電流値ＣＬに制御されるので、マイクロコンピュータ１２および第２トランジスタＴｒ２によって電流値制御回路が構成される。
【００２７】
なお、ＬＥＤ５０は電流値によって色度が異なるという特性を持っていることから、高電流値ＣＨである場合（すなわち昼画の場合）と低電流値ＣＬである場合（すなわち夜画の場合）とではＬＥＤ５０の色度が異なってしまうが、昼画と夜画とではもともと色設定が異なるので、電流値の違いによる色度の変化は問題とはならない。
【００２８】
また、マイクロコンピュータ１２は、輝度設定信号ＳＢに基づいてＬＥＤ５０を所定の輝度とするためのデューティ比を決定して、そのデューティ比に対応したパルス信号を駆動回路２０へ出力する。駆動回路２０は、ＣＰＵ１２からのパルス信号を第１トランジスタＴｒ１を駆動できるレベルまで増幅し、その増幅した信号を第１トランジスタＴｒ１のゲート端子に入力する。ゲート端子にパルス信号が入力されると、第１トランジスタＴｒ１は、パルス信号がＨｉのときにオンし、パルス信号がＬｏのときにオフする。なお、マイクロコンピュータ１２および駆動回路２０によってパルス幅変調回路が構成される。
【００２９】
図２は、上記輝度調整装置１０によるＬＥＤ５０の輝度調整可能範囲を示す図である。前述のように、ライトが点灯していない昼画の場合には、第２トランジスタＴｒ２に流す電流値は、ライトが点灯している夜画の場合の電流値である低電流値ＣＬよりも大きい所定の高電流値ＣＨとされることから、昼画の最高輝度ＢＤｍａｘは夜画の最高輝度ＢＮｍａｘよりも高くなっている。なお、昼画の最高輝度ＢＤｍａｘおよび夜画の最高輝度ＢＮｍａｘは、従来と同様の輝度になるように設定される。
【００３０】
また、図２に示すように、夜画のデューティ比範囲は０〜１００％の範囲となっている。そのため、マイクロコンピュータ１２の能力によって定まるパルス幅ステップが従来と同一であるとしても、従来のように、０〜１００％の範囲の一部（たとえば０〜６０％）を夜画用のデューティ比範囲とする場合に比較して、取り得るデューティ比の数が多くなるので、細かな輝度調整が可能となる。なお、本実施形態では、昼画のデューティ比範囲は従来と同様の範囲になっている。
【００３１】
以上、説明した本実施形態によれば、電流値制御回路（マイクロコンピュータ１２、第２トランジスタＴｒ２）により、第１トランジスタＴｒ１がオン状態のときにＬＥＤ５０に流れる電流値を高電流値ＣＨに制御した状態で、パルス幅変調回路（マイクロコンピュータ１２、駆動回路２０）によってデューティ比を１００％にすれば高輝度が得られる。一方、電流値制御回路１２、Ｔｒ２により、第１トランジスタＴｒ１がオン状態のときにＬＥＤ５０に流れる電流値を低電流値ＣＬに制御した状態において、パルス幅変調回路１２、２０、Ｔｒ１によってデューティ比を０〜１００％の範囲で変化させれば、輝度０〜ＢＮｍａｘまでの狭い輝度範囲において多くのデューティ比を設定できることになるので、夜画における輝度分解能が向上する。しかも、電流値を一定としてパルス幅変調回路１２、２０のみによって輝度分解能を向上させる場合に比較してパルス幅ステップが大きくて済むことから、マイクロコンピュータ１２に高い能力のものを使用する必要がない。従って、輝度調整装置１０が低コストで製造できる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３３】
たとえば、前述の実施形態では、昼画内または夜画内の輝度調整はユーザによって行われるようになっていたが、それに代えて、またはそれに加えて、周囲の明るさを検出して自動的に輝度調整をするようになっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明が適用された輝度調整装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の輝度調整装置１０によるＬＥＤ５０の輝度調整可能範囲を示す図である。
【図３】電流値は一定として、ＰＷＭ制御のみによって昼画および夜画の輝度を調整する場合の輝度調整可能範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０：輝度調整装置
１２：マイクロコンピュータ
１４：Ａ／Ｄ変換回路
２０：駆動回路
５０：発光ダイオード(発光素子)
Ｔｒ１：第１トランジスタ（スイッチング素子）
Ｔｒ２：第２トランジスタ
Ｔｒ３：第３トランジスタ
【図１】
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【図２】
2007149752.tif 000004
【図３】
2007149752.tif 000005