(57)【要約】【課題】発光素子の輝度を所定値に維持することができる発光素子用駆動装置、この駆動装置を搭載した発光装置、及びその駆動方法を提供すること【解決手段】タイミング制御部４がパルス発生部に対し所定のタイミング信号を供給することで、パルス発生部６はパルス信号を発生する。このパルス信号には歪みが含まれる場合もあり、タイミング制御部４は、この歪みを避けるタイミングでサンプリング部７により、点Ａの電圧値をサンプリングさせる。サンプリング部７でサンプリングされた電圧値は、演算部３に入力される。演算部３は、その電圧値に基づき、所定の演算を行い、駆動電圧／電流供給部２に対して、発光素子群１５の輝度が一定となるようなフィードバック信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を駆動する駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記駆動信号によって前記発光素子が駆動されるときの、前記発光素子に印加される駆動電流値、駆動電圧値、または当該発光素子の輝度に応じた信号を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された測定信号をサンプリングするサンプリング手段と、
前記測定信号の波形に応じて、少なくとも前記サンプリングのタイミングを制御する制御手段と
を具備することを特徴とする発光素子用駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子用駆動装置であって、
前記駆動信号発生手段は、パルス信号を駆動信号として発生し、
前記制御手段は、前記パルス信号の、パルスの立上りのタイミング及び立下りのタイミングを制御することを特徴とする発光素子用駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発光素子用駆動装置であって、
前記制御手段は、前記測定信号が安定している部分をサンプリングするように制御することを特徴とする発光素子用駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発光素子用駆動装置であって、
前記制御手段は、前記測定信号の安定している部分の期間が、前記サンプリング手段による最小サンプリング期間より短い場合には、前記サンプリングをしないように制御することを特徴とする発光素子用駆動装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発光素子用駆動装置であって、
前記制御手段は、前記サンプリングのサンプリング回数をさらに制御することを特徴とする発光素子用駆動装置。
【請求項６】
請求項１に記載の発光素子用駆動装置であって、
前記制御手段は、さらに、前記サンプリングのサンプリング期間を可変に制御することを特徴とする発光素子用駆動装置。
【請求項７】
請求項２に記載の発光素子用駆動装置であって、
前記駆動信号発生手段による駆動信号は、ＰＷＭ信号であることを特徴とする発光素子用駆動装置。
【請求項８】
請求項１に記載の発光素子用駆動装置であって、
前記サンプリング手段による前記測定信号のサンプル値に基づき、前記発光素子に供給する電流または電圧を制御する電圧／電流制御手段をさらに具備することを特徴とする発光素子用駆動装置。
【請求項９】
請求項１に記載の発光素子用駆動装置であって、
前記測定手段は、前記輝度を測定するフォトセンサであることを特徴とする発光素子用駆動装置。
【請求項１０】
発光素子と、
前記発光素子を駆動する駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記駆動信号によって前記発光素子が駆動されるときの、前記発光素子に印加される駆動電流値、駆動電圧値、または当該発光素子の輝度に応じた信号を測定する測定手段と、
前記測定された測定信号をサンプリングするサンプリング手段と、
前記測定信号の波形に応じて、少なくとも前記サンプリングのタイミングを制御する制御手段と
を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項１１】
発光素子を駆動する駆動信号を発生するステップと、
前記駆動信号によって前記発光素子が駆動されるときの、前記発光素子に印加される駆動電流値、駆動電圧値、または当該発光素子の輝度に応じた信号を測定するステップと、
前記測定された測定信号の波形に応じて、該測定信号をサンプリングするときのタイミングを制御するステップと、
前記制御されたタイミングで前記測定信号をサンプリングするステップと
を具備することを特徴とする発光素子用駆動装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を駆動する駆動装置、この駆動装置を搭載した発光装置、及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）の光強度を一定に制御する制御装置では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により駆動する方法が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。ＰＷＭはデジタル回路との親和性があり、線形性の精度が良いことが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載のＬＥＤの制御方法では、電流調整回路（１０４）内のアンプが、入力ノード（１０６）が発生するパルス電圧と、ＬＥＤアレイ（１０２）の電流値が抵抗（Ｒ２０等）によって変換されて生じる電圧とを比較する。すなわち、入力ノード（１０６）からのＰＷＭ制御信号と、電流調整素子（Ｑ２）のエミッタ電流（上記変換された電圧）とに応答して、電流調整回路（１０４）は素子（Ｑ２）のベース電流を制御することによって、素子（Ｑ２）のコレクタ電流、つまりＬＥＤアレイ（１０２）の電流を調整する。
【特許文献１】特開２００４−２５３８０４号公報（段落[００１６]、図１、２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、扱われる信号の高ビット化、処理速度の高周波数化に伴って、短い時間に電流や電圧等の測定値を精度良くサンプリングする必要が出てきた。例えば上記した抵抗（センス抵抗）端に発生する電圧の波形に、オーバーシュート、アンダーシュート、リンギング等の、波形の歪みがある場合には、その測定値（センス抵抗による電圧等）を精度良くサンプリングすることができない。この場合、フィルタが用いられたとしてもＳ／Ｎ比を上げることは難しい。
【０００５】
また、安定した測定値を得るための十分なサンプリング時間が、ＰＷＭのオン時間と比較して短い場合には、正確な測定値が得られない。
【０００６】
このように、測定値が正確に得られないと、発光素子に加えられる電流を所定値に維持することが困難になり、所望の輝度を得ることが困難になる。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、発光素子の輝度を所定値に維持することができる発光素子用駆動装置、この駆動装置を搭載した発光装置、及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る発光素子用駆動装置は、発光素子を駆動する駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記駆動信号によって前記発光素子が駆動されるときの前記発光素子に印加される駆動電流値、駆動電圧値、または当該発光素子の輝度に応じた信号を測定する測定手段と、前記測定された測定信号をサンプリングするサンプリング手段と、前記測定信号の波形に応じて、少なくとも前記サンプリングのタイミングを制御する制御手段とを具備する。
【０００９】
本発明では、測定信号の波形に応じてサンプリングのタイミングが制御されるので、所望の測定信号の波形を選んでサンプリングすることが可能になる。これにより、測定信号が精度良くサンプリングされ、発光素子の輝度を所定値に維持することができる。
【００１０】
制御手段は、測定信号の波形に応じて、その波形を動的に解析してサンプリングのタイミングを制御してもよいし、次の発明のように、制御手段が予め測定信号の波形を認識している上で、サンプリングのタイミングを制御してもよい。
【００１１】
本発明において、前記駆動信号発生手段は、パルス信号を駆動信号として発生し、前記制御手段は、前記パルス信号の、パルスの立上りのタイミング及び立下りのタイミングを制御する。これにより、制御手段が、駆動信号の立上り及び立下りのタイミングを認識することができるので、制御手段は測定信号のタイミングを認識することができる。したがって、制御手段は、測定信号の波形に応じて、確実にサンプリングのタイミングを制御することができる。
【００１２】
ここでいう「パルス信号」は、例えば矩形波、三角波、または台形波が挙げられるが、これらに限られず、信号波形の立上り及び立下りが繰り返されるような信号であれば何でもよい。また、ここでいう「パルス信号」は、立下がった最終的な信号値が、必ずしもゼロにならなくてもよい。
【００１３】
本発明において、前記制御手段は、前記測定信号が安定している部分をサンプリングするように制御する。「安定している部分」とは、測定信号が実質的に一定値になっている部分を意味する。
【００１４】
本発明において、前記制御手段は、前記測定信号の安定している部分の期間が、前記サンプリング手段による最小サンプリング期間より短い場合には、前記サンプリングをしないように制御する。本発明では、無意味なサンプリングがされないので、効率的な処理が可能となる。
【００１５】
本発明において、制御手段は、前記サンプリングのサンプリング回数をさらに制御する。例えば、制御手段は、測定信号のうち所望する信号波形が継続する時間が短ければ、それに合わせてサンプリング回数を少なく設定すればよいし、所望する信号波形が継続する時間が長ければ、それに合わせてサンプリング回数を多く設定することができる。すなわち、制御手段は、サンプリング回数を適宜変化させることにより、正確な測定値を得ることができる。
【００１６】
本発明において、前記制御手段は、さらに、前記サンプリングのサンプリング期間を可変に制御する。これにより、例えば、制御手段は、測定信号のうち所望する信号波形が継続する時間が短ければ、それに合わせてサンプリング期間を短く設定すればよいし、所望する信号波形が継続する時間が長ければ、それに合わせてサンプリング期間を長く設定することができる。すなわち、制御手段は、サンプリング期間を適宜変化させることにより、正確な測定値を得ることができる。
【００１７】
「サンプリング期間」とは、発行素子用駆動装置の回路設計等で予め定められた、上記「最小サンプリング期間」とは異なる概念であり、サンプリング手段によりサンプリングしようとする期間であり、制御手段が可変に制御することができるという意味での「サンプリング期間」である。
【００１８】
本発明において、前記駆動信号発生手段による駆動信号は、ＰＷＭ信号である。
【００１９】
本発明において、発光素子用駆動装置は、前記サンプリング手段による前記測定信号のサンプル値に基づき、前記発光素子に供給する電流または電圧を制御する電圧／電流制御手段をさらに具備する。
【００２０】
「サンプリング手段による前記測定信号のサンプル値に基づき」の「基づき」とは、電圧／電流制御手段が、当該サンプル値の平均化処理、中央値抽出処理、あるいは最頻値抽出処理等、各種の演算処理を行うことを意味する。
【００２１】
本発明において、前記測定手段は、前記輝度を測定するフォトセンサである。これにより、直接、輝度が監視されるので、輝度を所定値に維持するための、より正確な測定値を得ることができる。
【００２２】
本発明に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子を駆動する駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記駆動信号によって前記発光素子が駆動されるときの、前記発光素子に印加される駆動電流値、駆動電圧値、または当該発光素子の輝度に応じた信号を測定する測定手段と、前記測定された測定信号をサンプリングするサンプリング手段と、前記測定信号の波形に応じて、少なくとも前記サンプリングのタイミングを制御する制御手段とを具備する。
【００２３】
本発明に係る発光装置は、上記した発光素子用駆動装置の各構成要素に、「発光素子」をさらに備えた装置である。
【００２４】
本発明に係る発光素子用駆動装置の駆動方法は、発光素子を駆動する駆動信号を発生するステップと、前記駆動信号によって前記発光素子が駆動されるときの、前記発光素子に印加される駆動電流値、駆動電圧値、または当該発光素子の輝度に応じた信号を測定するステップと、前記測定された測定信号の波形に応じて、該測定信号をサンプリングするときのタイミングを制御するステップと、前記制御されたタイミングで前記測定信号をサンプリングするステップとを具備する。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明によれば、発光素子の輝度を、確実に所定値に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る発光装置の構成を示すブロック図である。
【００２８】
発光装置１００は、例えば複数の発光素子（以下、発光素子群１５という場合もある。）と、発光素子用駆動装置１０とを備えている。
【００２９】
発光素子は、例えばＬＥＤでなり、これらのＬＥＤは、直列に接続されている。発光素子は、ＬＥＤの代わりに、ＥＬ（Electro-Luminescence）素子が用いられてもよい。ＥＬ素子の場合、有機または無機のいずれでもよい。ＬＥＤの数は、図１では、例えば４つとなっているが、３つ以下でもよいし、５つ以上でもよく、数は限定されない。発光素子群１５は、例えばディスプレイのバックライトとして用いられる。発光素子がバックライトとして用いられる場合、白色、赤色、緑色あるいは青色を発する発光素子が用いられる。あるいはこれらが組み合わされて配列された複数の発光素子が用いられればよい。バックライト用に限られず、例えば発光素子の輝度を所望の値で維持するような発光装置であれば何でもよい。
【００３０】
発光素子用駆動装置１０は、発光素子群１５に電流または電圧を供給する駆動電圧／電流供給部２を備えている。
【００３１】
駆動電圧／電流供給部２は、例えば一次電源から供給される電源を取り込み、一定の電流または電圧を発光素子群１５に供給する。駆動電圧／電流供給部２として、例えばスイッチングレギュレータが用いられる。
【００３２】
発光素子用駆動装置１０は、電流量制御素子８、センス抵抗９、パルス発生部６、サンプリング部７、及び発光素子用駆動装置１０の全体を制御する全体動作制御部５をさらに備えている。
【００３３】
電流量制御素子８は、発光素子群１５の電流の出力側に接続され、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。電流量制御素子８は、ＦＥＴに限らずバイポーラトランジスタであってもよい。
【００３４】
センス抵抗９は、その一端が電流量制御素子８のソースに接続されるとともに、他端が接地される。これにより、点Ａにおける電流値、つまり発光素子群１５に流れる電流が電圧値に変換される。すなわち、センス抵抗９により、発光素子１５の駆動電流値に応じた信号である当該電圧値が測定される。この電圧値（測定信号）がサンプリング部７により、所定のタイミングでサンプリングされる。なお、発光素子１５が電圧駆動タイプの発光素子の場合、その駆動電圧値そのものが測定対象の電圧値となる。
【００３５】
パルス発生部６は、電流量制御素子８の電流量を制御するための制御信号を電流量制御素子８のゲートに出力する。パルス発生部６及び電流量制御素子８により、発光素子群１５の「駆動信号発生手段」が構成される。パルス発生部６が発生する制御信号としては、例えばＰＷＭ、またはＰＤＭ（Pulse Density Modulation）等によるパルス信号が挙げられる。ＰＷＭの場合、パルスのデューティ比を変化させることで、時間平均の電圧が変えられ、これにより発光素子の輝度が可変となる。
【００３６】
なお、ＬＥＤは、駆動電流と輝度との関係が非線形であるので、例えば、駆動電流を５０％にしても、輝度は５０％にはならないという特徴がある。そこで、５０％の輝度を得るためには電流を流す時間を５０％にする、つまり、デューティ比が５０％のＰＷＭ駆動を行うのが一般的な手法である。これにより輝度を５０％とすることができる。
【００３７】
全体動作制御部５は、タイミング制御部４及び演算部３を有している。タイミング制御部４は、パルス発生部６に、パルスを発生するためのタイミング信号を供給する。全体動作制御部５は、パルス発生部６がどのようなパルスを発生するかを設定する。つまり、パルス間隔、パルス幅、パルスの大きさ等を設定する。また、タイミング制御部４は、サンプリング部７に、サンプリングを開始するためのタイミング信号を供給する。演算部３は、サンプリング部７でサンプリングされた上記電圧値に基づき、所定の演算を行い、発光素子群１５に加える電流または電圧をどうのように変化させるかといったフィードバック信号を、駆動電圧／電流供給部２に出力する。つまり、全体動作制御部５は、上記測定された点Ａにおける電圧値を監視し、これが一定となるように、駆動電圧／電流供給部２を制御するようになっている。演算部３及び駆動電圧／電流供給部２により「電圧／電流制御手段」が構成される。
【００３８】
以上のように構成された発光素子用駆動装置１０の動作について説明する。図２は、その動作を説明するための各種の信号の例を示す図である。
【００３９】
タイミング制御部４がパルス発生部に対し所定のタイミング信号を供給することで、パルス発生部６は、例えば図２（Ａ）に示すような、各種のパルス幅を有するパルス信号１６を発生する。なお、パルスａ、ｂ、ｃは、必ずしもこのような時間的順序で発生するわけではない。動作の説明をわかりやすくするため、パルス幅の異なる３種類のパルスを単に示したものである。電流量制御素子８は、このパルス信号の電圧に応じた電流を放出する。これにより、発光素子群１５は、電流量に応じた輝度で発光する。
【００４０】
ここで、図２（Ｂ）は、点Ａで発生する電圧値を表しており、当然、図２（Ａ）のパルスに同期して発生する。図２（Ａ）に示す、例えばパルスａの立上り及び立下りに対応するタイミングで、図２（Ｂ）の電圧波形１７がオーバーシュート及びアンダーシュート等の歪みが発生している。このような歪みは、除去することが難しい。
【００４１】
図２（Ｃ）は、タイミング制御部４から供給されるサンプリングパルスを示している。タイミング制御部４は、電圧波形１７に上記歪みがないときに、すなわち、電圧値１７が実質的に一定値となっている期間に、サンプリングパルスを出力（信号１８をＯＮとする）するようにする。サンプリング部７は、このタイミングで当該電圧値１７をサンプリングする。この例では、パルスａの場合、２回サンプリングされ、パルスｂの場合、１回サンプリングされる。パルスｃの場合、図２（Ｃ）に示す最小サンプリング期間ｔより、電圧値１７が一定となる期間が短いので、この場合はサンプリングされない。
【００４２】
パルスａ、ｂ、ｃにおいて、歪みの発生する期間は、予め回路設計によって、全体動作制御部５が認識している。したがって、タイミング制御部４は、その歪みが発生する期間を避けて、サンプリングパルスを発生させることができる。また、全体動作制御部５は、上記したようにパルス発生部６がどのようなパルス信号１６を発生するかを認識しているので、点Ａの電圧波形１７がどのような波形であるのか、また、その電圧波形１７の発生のタイミング等認識することができる。したがって、タイミング制御部４は、パルス発生部６で発生するパルス信号の波形、例えば図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すパルス幅に応じて、確実にサンプリングのタイミングを制御することが可能となる。
【００４３】
サンプリング部７でサンプリングされた電圧値は、演算部３に入力される。演算部３は、その電圧値に基づき、所定の演算を行い、駆動電圧／電流供給部２に対して、発光素子群１５の輝度が一定となるようなフィードバック信号を出力する。具体的には、全体動作制御部５は、サンプリングされた電圧値１７と、所望の基準電圧値と比較し、その比較により得られる偏差信号が所定の値、あるいはゼロとなるように、駆動電圧／電流供給部２を制御する。これは、アナログ回路によっても、あるいはデジタル回路によっても自由に実現可能である。
【００４４】
そのほか、全体動作制御部５は、サンプリングされた電圧値のうちどの電圧値を用いて演算部３で演算させるべきか、どのようなアルゴリズムで演算させるべきか、あるいは、上記のようにサンプリングされた電圧値と基準電圧値とが比較される場合に、基準電圧値をどれくらいに設定するか等の様々な設定を行うことも可能である。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係る発光素子用駆動装置１０では、電圧波形１７に応じてサンプリングのタイミングが制御されるので、所望の電圧波形１７を選んでサンプリングすることが可能になる。これにより、電圧値が精度良くサンプリングされ、発光素子群１５の輝度を所定値に維持することができる。特に、図２に示したように、電圧値１７が安定している期間、つまり実質的に電圧値１７が一定になっている期間にサンプリングされることで、確実に発光素子群１５の輝度を所定値に維持できる。
【００４６】
本実施の形態では、パルス発生部６によるパルス信号１６がゼロ（電流量制御素子８のＯＮの時間がゼロ）、あるいはパルスｃのように極端に短い場合は、無意味なサンプリングをしないので、演算部３により効率的な処理が可能となる。
【００４７】
本実施の形態では、全体動作制御部５は、点Ａの電圧波形１７のうち所望する波形が継続する時間が短ければ、それに合わせてサンプリング回数を少なく設定し、所望する波形が継続する時間が長ければ、それに合わせてサンプリング回数を多く設定している。このように全体動作制御部５は、サンプリング回数を適宜変化させることにより、正確な電圧値を得ることができる。所望する波形とは、例えば上記したように歪みがなく実質的に電圧値１７が一定になる波形である。
【００４８】
本実施の形態では、サンプリングのタイミングや回数だけでなく、全体動作制御部５は、サンプリング期間を可変に制御していもよい。これにより、例えば、全体動作制御部５は、点Ａの電圧波形１７のうち上記所望する波形が継続する時間が短ければ、それに合わせてサンプリング期間を短くすればよいし、所望する波形が継続する時間が長ければ、それに合わせてサンプリング期間を長くすることができる。すなわち、全体動作制御部５は、サンプリング期間を適宜変化させることにより、正確な電圧値１７を得ることができる。
【００４９】
なお、ここでいう「サンプリング期間」とは、上記「最小サンプリング期間ｔ」とは異なる概念であり、サンプリング部７によりサンプリングしようとする期間であり、全体動作制御部５が可変に制御することができるという意味での「サンプリング期間」である。最小サンプリング期間ｔは、予め回路設計により決まる値である。
【００５０】
本実施の形態では、サンプリング部７によるサンプリング後に用いられる煩雑なフィルタ（ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ等）（図示を省略）による測定誤差を低減することができる。また、そのサンプリング後に用いるフィルタの構成を簡略化することができる。
【００５１】
図３は、本発明の他の実施の形態に係る発光装置の構成を示すブロック図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施の形態に係る発光装置１００、発光素子用駆動装置１０の素子や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００５２】
この発光素子用駆動装置２０は、発光素子群１５の輝度を検出するフォトセンサ１１を備えている。フォトセンサとしては、例えばフォトダイオード等が用いられる。フォトセンサ１１は、光強度を電気信号に変換し、その電圧値をサンプリング部が所定のタイミングでサンプリングする。上記した発光素子用駆動装置１０と同様に、全体動作制御部５のタイミング制御部４が、そのサンプリングのタイミングを制御する。全体動作制御部５は、その電圧値、つまり輝度を監視し、この輝度が所定値になるように、駆動電圧／電流供給部にフィードバック信号を出力する。本実施の形態においても、全体動作制御部５は、フォトセンサの出力電圧値のうち所望の波形を選択してサンプリングさせるようにすればよい。
【００５３】
上記発光素子用駆動装置１０では、全体動作制御部５は、発光素子群１５の電流値を一定にすることで輝度を一定に維持していた。しかし、発光素子に半導体が用いられる場合、温度変化によって輝度が変化する場合がある。このような問題に対し、本実施の形態に係る全体動作制御部５は、直接、発光素子群１５の輝度を監視することができるので、輝度を一定に維持するための、より正確な電圧値を得ることができる。
【００５４】
図４は、ＬＥＤバックライト装置の一部を示す斜視図である。上記発光素子がＬＥＤの場合、上記発光装置１００は、このようなＬＥＤバックライト装置５０に搭載される。ＬＥＤ群１５は、光学シート類５１の裏側に複数配列されることによりＬＥＤバックライト装置５０が構成される。ＬＥＤ群１５の周囲には、反射板５２が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る発光装置の構成を示すブロック図である。
【図２】発光素子用駆動装置の動作を説明するための各種の信号の例を示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る発光素子用駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図４】上記発光素子用駆動装置等を搭載したＬＥＤバックライト装置の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
２…駆動電圧／電流供給部
３…演算部
４…タイミング制御部
５…全体動作制御部
６…パルス発生部
７…サンプリング部
８…電流量制御素子
９…センス抵抗
１０、２０…発光素子用駆動装置
１１…フォトセンサ
１５…発光素子群
１００…発光装置
【図１】
2007287964.tif 000003
【図２】
2007287964.tif 000004
【図３】
2007287964.tif 000005
【図４】
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