用于发光二极管元件的驱动装置、光源装置和显示器的制作方法
专利名称：用于发光二极管元件的驱动装置、光源装置和显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于驱动发光二极管元件的驱动装置，包括用于发光二极管元件的这种驱动电路的光源装置，以及包括这样的光源装置的显示器。
背景技术：
相关申请的交叉引用本发明包含2006年6月1日向日本专利局提出的日本专利申请JP2006-153791的主题，其全部内容在此引入作为参考。
作为显示器，应用了液晶面板的液晶显示器广泛流行。众所周知，液晶面板面不是自发光面板，而是通过基于视频信号调制从光源装置发射的白光来显示图像，该光源装置被称为所谓的背光。
目前，冷阴极荧光灯广泛用作液晶显示器的光源。然而，近年来，由于发光二极管(LED)元件(以下简称为“发光二极管”)的发光效率的提高，使用发光二极管作为其光源的液晶显示器也被大家所知。发光二极管比冷阴极荧光灯具有以下优点发光二极管对环境更好，因为其不使用水银作为材料；发光二极管可以由更低电压驱动；以及发光二极管具有更加有利的温度特性和响应特性，以及更长的寿命。因此，预料将来发光二极管光源将广泛流行。
涉及上面描述的应用发光二极管作为液晶显示器光源的光源装置(照明装置)的发明，在例如日本专利特开No.2001-210122中已经公开。该专利文件(参考图10)示出了驱动发光二极管使其发光的结构。在该结构中，恒定电流从供电单元(DC-DC变换器)施加到串联电路(LED行)，该串联电路由多个发光二极管的串联连接产生。另外，由FET形成的开关元件被进一步串联连接到发光二极管的串联连接电路，并且该开关元件通过脉宽调制(PWM)信号进行开关，从而用于LED的变暗控制。
如上所述，用于驱动作为光源的发光二极管的一定水平的主要技术配置已经日益普及。然而，当考虑以驱动系统为代表的一些种类的条件和在实际的液晶面板中图像显示的各种规范时，用于驱动发光二极管使其发光的配置在性能和可靠性上的改善仍然存在很大空间。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种具有下述结构的、用于发光二极管元件的驱动装置。
特别是，该驱动装置包括发光二极管元件电路部分，其配置成基于预定的连接形式、通过连接至少一个发光二极管元件而形成；以及供电单元，其产生用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件以使所述发光二极管元件发光的DC电源电压，并将该DC电源电压施加于该发光二极管元件电路部分。该驱动装置进一步包括电源施加开/关单元，其配置成用于对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其配置成使其操作被切换，以便当DC电源电压的施加处于接通状态时，执行恒定电流操作，以及在DC电源电压的施加处于关闭状态时执行电压保持操作。恒定电流操作通过放大的输出电压来实现驱动电流的量的变化控制，其中该放大的输出电压取决于根据驱动电流的量检测的电压检测值和预定参考电压值之差。所述电压保持操作保持该放大的输出电压在一预定值，该预定值与参考电压值的差在一预定范围内。
在上述结构中，由电源单元产生的DC电源电压被施加到发光二极管元件电路部分，从而使发光二极管元件电路部分中的发光二极管元件发光。另外，施加到发光二极管元件电路部分的DC电源电压被电源施加开/关单元开/关。DC电源电压的这种开/关控制允许发光二极管元件电路部分的发光二极管元件的发光/不发光的控制。另外，在本发明实施例中，当DC电源电压处于接通状态时，电流控制电路部分执行恒定电流操作用来保持驱动电流量的恒定，该驱动电流从DC电源电压流过发光二极管元件电路部分。该操作允许发光二极管元件电路部分中的发光二极管元件稳定地发射具有恒定亮度的光。在本发明的实施例中的电流控制电路部分的恒定电流操作中，基于驱动电流量改变的电压值(检测到的电压值)被检测到，并且驱动电流量的变化控制通过放大的输出电压来实现，该放大的输出电压取决于检测到的电压值和参考电压值之间的差。
另外，在本发明实施例的这种结构中，当DC电源电压处于关断状态时，电流控制电路部分的操作切换到电压保持操作，由此放大的输出电压被保持在预定值，而不必考虑例如检测到的电压值。当DC电源电压处于关断状态时，如果电流控制电路部分还执行恒定电流操作，则放大的输出电压值达到可变范围内的最大值的状态将可能发生，因为检测到的电压值基本为零。该状态将导致以响应速度降低为代表的缺点，直到放大的输出电压在DC电源电压转变到接通状态之后稳定在稳定值。相反，如果通过电压保持操作将放大的输出电压保持在预定值，放大的输出电压达到可变范围内的最大值的状态被避免，那么这些缺点都可以避免。
如上所述，本发明的实施例有利于这样的结构，其中发光二极管元件的发光/不发光可以通过DC电源电压的开/关来控制，并且当DC电源电压处于关断状态时，防止放大的输出电压达到可变范围内的最大值。因此，本发明的实施例可以提供这样的优势，即消除由放大的输出电压升到最大值引起的缺点。
图1是示出了作为本发明实施例的液晶显示器的结构实例的方块图；图2A和2B是示出了包括在所述实施例中的背光面板中的LED单元和LED单元组的结构实例的图；图3是示出了该实施例中背光面板中的LED单元组的排列图形的实例的图；图4示出了一个结构示例，其中图3中所示的背光面板被分成多个背光单元；图5是示出了根据实施例的用于背光单元中的发光二极管的驱动电路的结构实例的图；图6是示出了作为驱动电路可用的结构的实例的图，其中驱动电路用于图5的背光单元中的一个LED串联电路；图7是示出了根据本实施例的用于LED串联电路的驱动电路的结构实例的图；图8A和8B示出了波形图，用于比较图6的驱动电路的操作和图7的驱动电路的操作；图9是示出了根据本实施例用于一个LED串联电路的驱动电路的修改的图；图10是示出了与本实施例比较的用于一个LED串联电路的已知驱动电路的结构实例的图。
具体实施例方式
下面描述一实施例，其中用于执行本发明的最好模式(下文中，称为实施例)被应用到液晶显示器上，所述液晶显示器配置为基于有源矩阵系统显示图像。
图1是示出了本实施例的液晶显示器的全部结构实例的方块图。
在该显示器中，作为待显示的图像的源的图像信号(视频信号)，作为例如数字信号格式信号，从输入端11输入到图像处理器12。对该输入图像信号，图像处理器12执行信号处理来进行各种图像质量调整，例如转换成适于在实际的显示面板(液晶面板部分)上显示的信号格式的处理，和转换成适合显示面板上水平/垂直像素数的分辨率的处理。另外，基于这种处理过的信号，图像处理器12生成将被垂直扫描驱动器13和数据驱动器14用来进行显示驱动的输入信号。从图像处理器12到垂直扫描驱动器13的输入信号是例如定时信号，用于根据帧周期指示垂直方向上的水平线(栅线)扫描的时序。到数据驱动器14的输入信号是将被应用到与栅线的扫描时序相关联的一条水平线的像素(数据线)的数据。
显示面板17由液晶面板部分15和背光部分16形成，背光部分16被提供在液晶面板部分15的背面上。
众所周知，液晶面板部分15通过在玻璃基板之间封闭液晶层，以及在例如半导体基板上根据预定分辨率将像素单元(像素单元驱动电路)排列成矩阵而形成。也就是，液晶面板部分15具有用于有源矩阵系统的结构。
在该液晶显示器中，背光部分16通过将预定数量的作为光源的发光二极管排列成预定排列图形而形成。由发光二极管的照明产生的白光，在例如被散射之后，从液晶面板15的背面向其前面发射。作为通过使用发光二极管获得白光的方法，例如使用白光发射二极管的方法是可用的。另外，也可使用其它已知技术，其中具有与RGB三原色或更多颜色对应的颜色的发光二极管发射光，并且作为所发射光的合成光获得白光。
背光驱动器19输出的DC电源电压Vcc被施加到包含在背光部分16中的发光二极管，以使这些发光二极管被驱动而发光。
用于使背光部分16的发光二极管发光的DC电源电压Vcc，由包含在背光驱动器19中的背光-驱动电源20生成。背光驱动器19将这样生成的DC电源电压Vcc施加到背光部分16的发光二极管上，并且还包括一恒定电流电路，其响应DC电源电压Vcc的施加而实施控制，以使流过发光二极管的电流量可以保持恒定。另外，本实施例的背光驱动器19配置成，根据控制器18的控制，开/关(执行/停止)DC电源电压Vcc向发光二极管的施加。
图1还示出了逻辑电源21。
逻辑电源21生成一预定电源电压，其应当被提供给被称为逻辑电路等并用作控制器18的电路部分，例如CPU、ROM和RAM。在本实施例中，由逻辑电源21生成的电源电压也被提供给背光驱动器19。背光驱动器19使用来自逻辑电源21的电源电压作为例如后面将要描述的恒定电流控制电路中的参考电压。
液晶面板部分15中的像素单元被排列在对应于交叉点的位置上，所述交叉点是从垂直扫描驱动器13引出的栅线G1至Gm和从数据驱动器14引出的数据线D1至Dn的交叉点。垂直扫描驱动器13和数据驱动器14以例如已知的预定时序驱动栅线和数据线。这种驱动改变了对应于像素单元的液晶层的极化方向，所述极化方向调制从液晶面板部分15的后面传递到其前面的光。结果，图像被显示在液晶面板部分15的屏幕上。
控制器18实现液晶显示器中各种控制，并且被配置为包括上述CPU和RAM的微型计算机。在该液晶显示器中，控制器18实现了对图像信号处理器12的控制，和对背光驱动器19的控制。在图1中，控制信号cnt1和cnt2作为通过控制器18控制背光驱动器19的信号被示出。基于这些信号进行控制的详细情况将在下文中进行描述。
下面将描述在本实施例中背光部分16的结构，和用于驱动发光二极管使其发光的背光驱动器19的结构实例。
在本实施例中，使用了发射分别具有红(R)、绿(G)和蓝(B)的三原色的光的发光二极管。尤其是，为了获得白光，基于相加合成，对通过使各个颜色R、G和B的发光二极管发射光而获得的光进行光学颜色混合。
图2A和2B示出了当对应于三原色R、G和B的发光二极管如上述使用时，背光部分16的基本结构实例。
如图2A所示，发光二极管(LED)单元100被定义为背光部分16的组件的最小单元。为了形成LED单元100，准备预定数量的预定色的发光二极管，并且在基板等上的预定位置排列这些发光二极管。另外，所排列的发光二极管基于预定模式互相电连接。对于图2A中的每一个LED单元100，准备了对应于红色(R)的两个红光发射二极管DL-R，对应于绿色(G)的两个绿光发射二极管DL-G，以及对应于蓝色(B)的两个蓝光发射二极管DL-B，也就是，总共六个发光二极管。如图所示，这些发光二极管从左到右按照蓝-绿-红-蓝-绿-红的顺序排列。另外，每种颜色的发光二极管以相同极性顺序互相串联连接。
如图2A所示，这样形成的LED单元100可以通过各颜色R、G和B的串联连接的发光二极管的阳极端和阴极端，连接到其它相同类型的LED单元100。当LED单元100的连接以这种方式进一步前进时，R、G、B中每种颜色的串联连接的发光二极管的数量取决于连接的LED单元的数量增加。
由需要的数量的LED单元100的连接产生的组件被定义为一个组。作为一特定的实例，图2B示出了通过连接三个LED单元100形成的一个组。该组在下文中被称为LED单元组101。由于一个LED单元100包括R、G和B中每一种颜色的两个发光二极管，作为LED单元100的光发射源的发光二极管的数量在下文中将被表示为(2R，2G，2B)。在图2B的实例中，LED单元组101由三个LED单元100组成，因此在一个LED单元组101中的发光二极管的数量可以表示为3(2G，2R，2B)＝(6G，6R，6B)。
发光二极管以平面方式排列在以上述方式形成的LED单元组101的组中，从而组建了具有例如背光功能的面板。图3示出了由图2B中所示的LED单元组101形成的背光面板110的实例。
在图3的实例中，背光面板110通过将LED单元组101排列成6行乘4列的矩阵形成，也就是，行g1到g6乘列m1到m4。
在背光面板110中，红光发光二极管DL-R的数量是6×6×4＝144。类似的，绿光发射二极管DL-G和蓝光发射二极管DL-B的数量也是144。因此，背光面板110总共包括432(＝144×3)个发光二极管。
在本实施例中，这样形成的背光面板110包括在背光部分16中。
应当注意，在图2A和2B和3中描述的背光部分16(LED单元100，LED单元组101，背光面板110)的结构只是一个实例。下面的因素可以被充分地改变包含在LED单元100中的R、G和B的发光二极管的数量和排列形式；LED单元组101中的LED单元100的数量和连接形式；以及背光面板110中的LED单元组101的数量和排列形式。
图4示出了用于驱动具有图2A、2B和3中所示的结构的背光部分16(背光面板110)中的发光二极管的电源单元的连接形式的实例。
在图4中，示出了图3的背光面板110。为了驱动背光面板110中的发光二极管，本图中由多个背光单元300示出，背光面板110被分成组，每一组都包括垂直两个乘水平两个的四个LED单元组101。在该背光面板110中，24个LED单元组101被排列在行g1到g6和列m1到m4上。因此，背光面板110被分成3行乘2列的六个背光单元300。
另外，背光单元电源单元20a被分配给由这种划分得到的每一个背光单元300。通过由背光单元电源20a输出的DC电源电压Vcc，包含在每一个背光单元300中的发光二极管被驱动发射光。
图1中示出的背光驱动电源20是包含多个背光单元电源20a的部分，每一个背光单元电源20a分别对应于背光单元300中的相应一个。每一个背光单元电源20a都被供给商业交流电源电压AC，以便产生和输出DC电源电压Vcc。
在一背光单元300中的LED单元组101的排列形式不限于图4所示的排列，而是可以根据实际背光面板中的各种条件充分地改变。作为其它排列形式，例如背光单元300可以由整个一行或整个一列LED单元组101形成。
图5示出了用于驱动图4中示出的一背光单元300中的LED单元组101中的发光二极管的电路形式的实例。另外，图5示出了背光单元电源20a的内部结构实例。
背光单元电源20a通过电源电路201被提供商业交流电源电压AC，并且产生预定的DC电压。出于此目的，电源电路201包括变压器211和平滑电路212。商业交流电源电压AC被输入到变压器211的初级端。变压器211输出AC电压到其次级端，该AC电压具有取决于初级端和次级端之间的绕组比的电压值。该AC电压通过平滑电路转换为DC电压，平滑电路例如由整流器元件和平滑电容器形成，并具有预定的形式。如此获得的DC电压被作为DC电源电压Vcc施加到发光二极管。应当注意，在本实施中该DC电源电压Vcc是通过一电源通/断(on/off)开关202施加的。
电源通/断开关202被控制器18输出的控制信号cnt1接通/关断。当电源通/断开关202处于接通状态时，DC电源电压Vcc被施加到下述的LED串联电路130。当开关202处于关断状态时，不施加电压Vcc。电源通/断开关202的转换的必要性，和转换控制的形式将在下面进行描述。作为电源通/断开关202，选择了例如FET(场效应晶体管)的晶体管元件。
如上述通过电源通/断开关202输出的DC电源电压Vcc，基于下面将要描述的连接形式，施加到背光单元300中的发光二极管。
在图5中，在背光单元300中的2行、2列的四个LED单元组101中，位于上行和左列，上行和右列，下行和左列，以及下行和右列的单元组分别被表示为LED单元组101-11、101-12、101-21和101-22。如果图5的背光单元300由例如图4中的行g1和g2以及列m1和m2上的LED单元组101形成，则LED单元组101-11、101-12、101-21和101-22分别等效于位于坐标(g1，m1)，(g1，m2)，(g2，m1)，和(g2，m2)的图4中的LED单元组。
在图5的实例中，跨过上行的LED单元组101-11和101-12，形成了R、G和B中每种颜色的发光二极管(DL-R，DL-G，DL-B)的串联连接电路。也就是，形成了三个LED串联电路(发光二极管元件电路部分)130，每个对应于R、G和B中相应的一个颜色。类似的，跨过下行的LED单元组101-21和101-22，也形成了三个LED串联电路130，每个对应于R、G和B中相应的一个颜色。因此，在图5的实例中，在一个背光单元300中形成了六个LED串联电路130。
这六个LED串联电路130的阳极端连接到，从背光单元电源20a输出的DC电源电压Vcc。也就是，一个DC电源电压Vcc被并行的施加到六个LED串联电路130。
另外，为六个LED串联电路130的每一个都提供了恒定电流电路220。
图6示出了通过从图5的结构中提取与一个LED串联电路130相关的部件而获得的结构。在图6中，图5中示出的恒定电流电路220的大概合理的内部结构实例作为恒定电流电路220-1被示出。
从背光单元电源20a输出的DC电源电压Vcc的线连接到LED串联电路130的阳极端。虽然没有在图中示出，DC电源电压Vcc的这条线被分支并且还连接到其它剩余的五个LED串联电路130的阳极端。
在LED串联电路130的阴极端和地之间提供了恒定电流电路220-1。
在图6中示出的恒定电流电路220-1中，NPN晶体管Q21(放大器元件)的集电极连接到LED串联电路130的阴极端，同时其发射极通过驱动电流检测电阻器R1连接到地。晶体管Q21的基极连接到运算放大器221的输出端。参考电压Vref被输入到运算放大器221的非反相输入端。该参考电压Vref通过使用从图1中所示的逻辑电源21输出的DC电源电压而产生。运算放大器221的反相输入端耦合到晶体管Q21的发射极和驱动电流检测电阻器R1之间的连接节点。对于运算放大器221的电源，也使用了从逻辑电源21输出的DC电源电压。
基于上述结构，驱动LED串联电路130中的发光二极管DL，以使其发光的操作，将在下面与恒定电流电路220-1的操作一起进行描述。
当背光单元电源20a中的电源通/断开关202被保持在接通状态，并因此DC电源电压Vcc被有效地施加到LED串联电路130时，DC电源电压Vcc用作电流源，从而驱动电流ILED流经LED串联电路130。由于该电流流动，LED串联电路130的发光二极管DL被驱动发射光。该驱动电流ILED作为检测电流IF经晶体管Q21的集电极和发射极流动到驱动电流检测电阻器R1。驱动电流检测电阻器R1上的电压值被输入到运算放大器221的反相输入端。驱动电流检测电阻器R1上的电压根据检测到的电流If变化。也就是，电压变化取决于驱动电流ILED的电流量。
差分放大器电路根据该实例中恒定电流电路220-1的连接形式工作。因此，该实例中的运算放大器221，从它的输出端输出取决于驱动电流检测电阻器R1上的电压和参考电压Vref之间的误差的电压值，从而实现控制，以使驱动电流检测电阻器R1上的电压和参考电压Vref可以相等。晶体管Q21根据运算放大器221的输出电压改变集电极电流，从而控制驱动电流ILED(检测电流IF)，以使其以预定量保持恒定。也就是，恒定电流控制被实施。另外，该操作通过由作为检测电流的、运算放大器221控制的驱动电流ILED的反馈而执行。因此，恒定电流电路220-1可以认为是实现电流反馈控制的单元。
该恒定电流控制允许LED串联电路130中的发光二极管DL以这样的方式发射光，即，恒定地保持预先设计的预定亮度。保持发光二极管的亮度恒定可以提供统一亮度，而没有例如整个背光面板110上的不匀性。通常，在颜色R、G和B之间，发光二极管的光发射效率是不同的。因此，对于所有颜色使用相同的驱动电流量导致在各颜色之间发射亮度的差异，这样就难以获得合适的白光。为了解决该问题，例如，分别为了每种颜色R、G和B调节和设计恒定电流电路220-1中的参考电压Vref，这使得R、G和B每种颜色的LED串联电路130(发光二极管)的亮度设计成可以获得合适的白光。
在本实施例中用于驱动发光二极管的结构中，通过提供图5和6中的电源通/断开关202，允许施加到LED串联电路130上的DC电源电压Vcc的开/关控制。在本实施例中，DC电源电压Vcc的开/关控制功能被提供以满足下面的需要。
众所周知，在当今的液晶显示器中，对应于显示屏区域的背光的整个平面通常不被恒定驱动发光，而是应用所谓的局部光发射驱动。在局部光发射驱动中，设置背光结构使得，对于基于预定图形划分对应于显示屏的背光的整个平面的得到的每个分割区域，光发射可以被独立开/关。另外，每一分割区域的光发射都根据需要在合适的时间被开/关。
例如，执行这样的局部光发射驱动以增加黑色亮度，目的是例如提高图像对比度。尤其是，当黑色图像部分出现在显示的图像中时，相应于黑色图像部分的分割区域的光发射临时停止。这种控制可以阻止光从对应该分割区域的显示屏部分中的背光的泄漏和透射，这使再现的图像具有更加真实的黑色。
另外，当显示驱动基于线性序列系统，并因此在帧周期中出现其中并不实际执行显示而由此显现黑色的部分时，用于该非显示部分的局部光发射驱动的执行缩短了光发射驱动的总累积时间，从而可以提供例如减少功耗的效应。另外，被称为黑色图像插入的方案是已知的。在该方案中，为了消除运动引起的模糊，黑色被有意的在帧周期中显示。而且，当为一图像区域(其中显示黑色图像以消除运动模糊)执行局部光发射驱动时，可以类似地获得减少能耗的效应。而且，还预期进一步增强运动模糊抑制效应。
为了允许上述的局部光发射驱动，本实施例的液晶显示器还应用了一种结构，其中例如如图4所示，与整个显示屏区域对应的一个背光面板110被分为多个(在图4中为六个)背光单元300，并且背光单元电源20a被分配给每一个背光单元。另外，电源通/断开关202被提供在每一个背光单元电源20a中，并且控制器18输出控制信号cnt1到开关202。这允许了DC电源电压Vcc的开/关控制。同样如上所述，当电源通/断开关202被控制在处于接通状态时，DC电源电压Vcc被有效的施加，以便在LED串联电路130中的发光二极管被驱动发光。当电源通/断开关202被控制在处于关断状态时，DC电源电压Vcc的施加停止，从而LED串联电路130中的发光二极管被控制为不发光。以这种方式，本实施例配置成使得局部光发射驱动可以为作为背光单元300的每一个分割区域独立执行。
如上所述，在本实施例中，为了例如局部光发射驱动，电源通/断开关202被提供在每一个背光单元电源20a中，用于DC电源电压Vcc的开/关控制。然而，图6中所示的，用于DC电源电压Vcc的开/关控制的结构和恒定电流电路220-1的结构的组合，导致了以下的缺点。同样如上所述，当其与不涉及开关操作的电源(即，所谓的线性电源，类似本实施例的背光单元电源20a)组合时，图6的恒定电流电路220-1的结构将认为是可能非常合理的结构之一。
在图6中示出的电路结构中，恒定电流电路220-1恒定地工作，而不管响应于电源通/断开关202的开/关、DC电源电压Vcc的施加的开/关。尤其是，来自逻辑电源21的电源电压恒定地提供给运算放大器221。另外，通过使用来自逻辑电源21的电源电压恒定地产生参考电压Vref，以便将其输入到非反相输入端。
当电源通/断开关202处于接通状态，并因此DC电源电压Vcc施加在如图6所示的电路中时，LED串联电路130的发光二极管被驱动发光，并且恒定电流电路220-1执行如上所述的恒定电流操作。
在这种状态下，当电源通/断开关202基于控制器18的控制从接通状态转换到关断状态，从而DC电源电压Vcc的施加停止时，源自DC电源电压Vcc的驱动电流ILED不流经LED串联电路130，从而发光二极管的光发射也停止。
然而，因为驱动电流ILED被这样停止，所检测的电流IF的流动也被停止，因此所检测的电压Vr作为跨过驱动电流检测电阻器R1的电压变为零。这种结构中的运算放大器221作为差分放大器电路运行来进行恒定电流控制它根据输入到非反相输入端的电压值和输入到反相输入端的电压值之间的差，通过无穷大的放大率，放大电压，并输出该放大的电压。运算放大器221的操作被持续，而不管如上所述的DC电源电压Vcc的开/关。因此，当跨过驱动电流检测电阻器R1的电压为零时，在最大输出值饱和的电压从运算放大器221的输出端输出。也就是，当电源通/断开关202处于关断状态，从而DC电源电压Vcc没有被施加时，在运算放大器221的输出端的电位Vb上升到运算放大器221的最大输出值。
下面将描述这样的情况，其中基于控制器18的控制，电源通/断开关202从关断状态转换到接通状态，从而开始DC电源电压Vcc的施加。图8A示出了检测到的电压Vr(作为跨过驱动电流检测电阻器R1的电压)的波形，在运算放大器221的输出端的电位Vb的波形，以及DC电源电压Vcc(在LED串联电路130的阳极端获得的电位)的波形，涉及DC电源电压Vcc的施加开始的时刻。
在图8A中，在时刻t0，电源通/断开关202从关断状态转换到接通状态。响应这种接通，DC电源电压Vcc从零电平升到时刻t0的预定值。
同样如上所述，在时刻t0之前，运算放大器221的输出端的电位Vb取运算放大器221的最大输出值Lv12。因此，当DC电源电压Vcc的施加开始，并且晶体管Q21在时刻t0导通时，过量的驱动电流ILED流动。在图8A中时刻t0所检测的电压Vr急剧上升到远远高于稳定值Lv1的值(Lv11)，反映了具有有问题的过度的量的驱动电流ILED(所检测的电流If)的流动。
时刻t0之后，运算放大器221通过其反相输入端被提供了急剧上升的检测电压Vr，并且作为差分放大器电路运行。具体而言，运算放大器221运行，以从最大输出值Lv12作为电位Vb被从输出端输出的状态改变，并稳定在与目标驱动电流ILED(检测电流If)对应的目标电压值Lv2被输出的状态。
在图8A中，时刻t0之后电位Vb被稳定在目标电压值Lv2并且恒定电流控制进入稳定状态的时刻，被指示为时刻t2。也就是，从最大输出值Lv12变化之后，直到运算放大器221的输出(电位Vb)被稳定在目标电压值Lv2的时间段，等于从时刻t0到时刻t2的时间段T2。
下文中，从DC电源电压Vcc接通的时刻t0，直到稳定在目标电压值Lv2的时间段的时间长度，也将被称为恒定电流响应时间。图8A中的时刻t2(也就是恒定电流响应时间的结束时间)后，驱动电流ILED在其目标值被保持恒定的状态被维持。在时刻t2之后作为检测电压Vr获得的电压值Lv1反映了驱动电流ILED(检测电流If)作为目标值电流流动的状态。
作为时间段T2的实际的恒定电流响应时间是例如约5到7微秒。然而，当电源通/断开关202的通/断是为了例如上述的局部光发射驱动的目的时，可能需要更短的恒定电流响应时间。
尤其是，为了如上所述确保黑色亮度、通过停止非显示区域的光发射来减少功耗等，执行局部光发射驱动。出于这些目的，发光二极管的发光状态和非发光状态必须响应例如帧切换时间而立刻进行切换。另外，为了该立刻的切换，等于恒定电流响应时间的不稳定的发射状态的时间段，需要在发光状态和非发光状态之间的状态转换中尽可能的短。在恒定电流响应时间期间，没有获得稳定值作为驱动电流ILED，从而LED串联电路130中的发光二极管的发光亮度是不稳定的。因此，恒定电流响应时间越长，反映发光亮度的不稳定的图像就越容易识别。另外，发光二极管(背光单元)的发光状态和非发光状态之间的转换时序可能不跟随逐帧图像改变的时序。这些因素都破坏图像质量。
已经发现恒定电流响应时间必须缩短到例如约2微秒，以允许例如对应于本实施例的液晶显示器在发光二极管的发光状态和非发光状态之间进行即时切换，来进行视觉识别。
然而，运算放大器具有转换速度恒定的特性。运算放大器221的转换速度由图8A中的电位Vb的波形的斜率指示，该斜率在从时刻t0到时刻t2的时间段内获得。对于图6的恒定电流电路220-1的操作，电位Vb(运算放大器221的输出电压)的最大输出值Lv12和目标电压值Lv2之间的电位差如图8中所示相当大。因此，运算放大器221的输出(电位Vb)在从最大输出值Lv12改变之后稳定在目标电压值Lv2，需要约5到7微秒。这个时间相当长。运算放大器可能不能以比作为其转换速度的每单元时间的改变率更高速的响应，改变输出电压值。因此，对于图6的恒定电流电路220-1的结构，很难提供短于约5到7微秒的恒定电流响应时间。
另外，对于液晶显示器，还提出了一种称为高帧频驱动的显示驱动方案，其中帧图像以短于通常的帧周期的周期被显示。当使用具有通常的帧周期的显示驱动时，即使具有图8A的恒定电流响应时间的显示器也可以执行局部光发射驱动，当使用高帧频显示驱动时，显示器可能不能执行局部光发射驱动。因此，在例如局部光发射驱动方面，优选DC电源电压Vcc的响应速度尽可能的增加。
因此，为了避免上述缺点，本实施例使用了如图7所示的恒定电流电路220-2的结构，代替图6中的恒定电流电路220-1。图7中和图6中相同的部分使用相同的数字，并且其描述将被省略。
图7所示的恒定电流电路220-2被提供了一电路转变开关222。该电路转变开关222允许端子tm1选择性地连接到端子tm2和tm3中的任一个。端子tm1连接到运算放大器221的反相输入端，端子tm2连接到运算放大器221的输出端。端子tm3耦合到晶体管Q21的发射极和驱动电流检测电阻器R1之间的连接节点。
电路转换开关222的切换基于由控制器18输出的控制信号cnt2执行。也就是，电路转换开关222的切换被控制器18控制。作为一实际的开关222，使用例如半导体元件形成的模拟开关。
下面描述了图7中示出的电路的操作。
在图7所示的结构中，除了电源通/断开关202的通/断控制之外，控制器18实现电路转换开关222的切换控制。类似于上面的描述，为了例如局部光发射驱动，电源通/断开关202根据显示驱动时序和显示图像的内容，在适当的时刻被开/关。除此之外，电路转换开关222被切换以便可以在电源通/断开关202处于接通状态时，将端子tm1连接到端子tm3，以及当电源通/断开关202处于关断状态时，将端子tm1连接到端子tm2。也就是，电路转换开关222与电源通/断开关202的开/关相关联地执行端子连接的切换。
在图7的电路中，当电源通/断开关202处于接通状态，并因此DC电源电压Vcc被有效地施加到LED串联电路130时，端子tm1连接到电路转换开关222中的端子tm3。因此，运算放大器221的反相输入端耦合到晶体管Q21的发射极和电流检测电阻器R1之间的连接节点。因此，恒定电流电路220-2形成与图6的恒定电流电路220-1相同的电路结构。也就是，运算放大器221作为一差分放大器电路工作，并且实现恒定电流控制。
当处于这种状态时，电源通/断开关202被转到关断状态，以停止DC电源电压Vcc的施加，电路转换开关222也响应这种从端子tm1和tm3互相连接的状态到端子tm1和tm2互相连接的状态的转变而被切换。
由于电路转换开关222的端子tm1和tm2的连接，运算放大器221的反相输入端以短路的方式连接到输出端。根据这种电路结构，运算放大器221作为电压跟随器工作。也就是，与输入到非反相输入端的参考电压Vref相同电平的电压从输出端输出。
在图6的电路中，当DC电源电压Vcc的施加处于关断状态时，运算放大器221的输出(电位Vb)增加到运算放大器221的最大输出值。相反，在图7的电路中，参考电压Vref从运算放大器221输出。当具有稳定值的驱动电流ILED被施加时，运算放大器221的输出电压值(电位Vb)等于参考电压Vref与晶体管Q21的基极和发射极之间的电压相加的电压值。因此，在图7的电路中，当DC电源电压Vcc的施加处于关断状态时，可以获得可以认为等于或稍低于稳定状态的电位Vb的电位Vb。也就是，与图6的电路相比，出现了足够更低的电位Vb。
下面将描述电源通/断开关202从关断状态转到接通状态，并从而开始施加DC电源电压Vcc的情况。图8B示出了所检测的电压Vr、电位Vb以及DC电源电压Vcc的波形，涉及电源通/断开关202从关断状态到接通状态的转换。
同样在图8B中，类似于图8A，电源通/断开关202在时刻t0从关断状态转到接通状态。在时刻t0，电路转换开关222从端子tm1连接到端子tm2的状态切换到端子tm1连接到端子tm3的状态，从而形成了差分放大器电路，并且因此开始了恒定电流控制操作。在该时刻，电位Vb保持等于参考电压Vref。在图8B中，等于参考电压Vref的电位Vb的电压值表示为Lv13。
作为时刻t0之后的恒定电流控制操作，运算放大器221的输出从等于参考电压Vref的电压值Lv13改变，以便可以稳定在等于稳定值的电压值Lv2。同样如上所述，电压值Lv13和Lv2之间的差基本等于晶体管Q21的基极和发射极之间的电压Vbe。该差显著小于图8A中示出的最大输出值LV12和稳定电压值LV2之间的差。同样在图8B示出的操作中，在作为运算放大器221的输出的电位Vb从电压值Lv13转变为电压值Lv2期间，电位Vb沿着取决于运算放大器221的转换速度的斜率变化。然而，因为电位差小，在电位Vb从电压值Lv13改变后，直到其达到电压值Lv2的时间，也就是，恒定电流响应时间，等于图8B中的从时刻t0到时刻t1的时间段T1。该时间段T1比时间段T2短得多，时间段T2为图8A中示出的恒定电流响应时间。
图8B中示出的作为时间段T1的实际的恒定电流响应时间是例如约1.5微秒。如上所述，为了例如局部光发射驱动，可能需要恒定电流响应时间为大约2微秒。因此，该恒定电流响应时间充分满足该需要。也就是，本实施例使用了在实际应用中允许局部光发射驱动的结构。
在图7的结构中，一电源通/断开关202被共同提供给包含在相应的背光单元300中的多个LED串联电路130。相反，电路转换开关222被提供给每一个LED串联电路130，因为其被提供在恒定电流电路220-2中。因此，以背光单元为基础的实际局部光发射驱动中，当控制器18为某一背光单元300实现电源通/断开关202的通/断控制时，控制器18同时控制多个电路转接开关222的切换，其中每个电路转换开关222对应于在同一个背光单元300中的多个LED串联电路130中相应的一个。
图9示出了图7中示出的电路结构的一种改变。图9和图7中相同的部分使用相同的数字，并且在此省略对其的描述。
在图7中，电源通/断开关202被包括在背光单元电源20a中。相反，在图9的实例中，电源通/断开关202被从背光单元电源20a中移除，并且来自电源电路201的DC电源电压Vcc的输出线直接连接到LED串联电路130。另外，电源通/断开关202被提供在LED串联电路130的阴极端和晶体管Q21的集电极之间的线上。也就是，在该结构中，给每一个驱动电路提供电源通/断开关202，每一个驱动电路对应于LED串联电路130中相应的一个，LED串联电路130并联连接到DC电源电压Vcc。因此，在该结构中，与LED串联电路130的数量相同的数量的电源通/断开关202应该被提供在一个背光单元300中。
当应用图9中的结构时，流经每一电源通/断开关202的电流量小于图7的结构的电流量，其中电源通/断开关202被共同提供给多个LED串联电路130。简言之，当在背光单元300中的LED串联电路130的数量被定义为n时，与图7的结构相比，电流量被减到1/n。流经电源通/断开关202的电流量的减小产生这样的优势，即实际被选择作为电源通/断开关202的元件的电流容量可以很低。因此，期望例如增强电源通/断开关202的开/关响应性能。另外，更低的电流容量还导致每个开关更低的成本。因此，结果是，有可能总成本低于在图7的结构中被共同提供给多个LED串联电路130的电源通/断开关202的成本。另外，还有可能每一电源通/断开关202的大小被减小，并且因此可以将整个显示器小型化。
作为类似本实施例中使用了发光二极管作为背光的液晶显示器中的用于发光驱动的结构之一，图10中的结构是已知的。图10还示出了类似于例如图7中用于对发光二极管的一个串联连接电路(LED串联电路130)进行光发射驱动的结构。
图10的结构包括DC-DC转换器120，其作为产生并输出DC电源电压Vcc的单元。DC-DC转换器120被提供DC电压，并且实施切换操作，从而DC电压被转换为AC电压然后进一步被转换为预定DC电压。因此获得的DC电压作为DC电源电压Vcc输出。
DC电源电压Vcc通过电阻器R42被施加到由发光二极管的串联连接形成的LED串联电路130的阳极端。这导致了驱动电流ILED流经LED串联电路130中的发光二极管DL。
另外，DC-DC转换器120被配置为实施恒定电流控制，使得通过在预定时刻相对于预定DC电源电压Vcc的设定检测跨过电阻器R42的压降，具有恒定量的驱动电流ILED可以流动。也就是，恒定电流控制在DC-DC转换器端实现。为了这种恒定电流控制，增加了电阻器R41、电容器C41、开关晶体管Q12、以及采样时序生成/开关驱动电路131。采样时序生成/开关驱动电路131基于通过AND门132输入的PWM信号(矩形波信号)产生采样/保持时序，从而实现在采样/保持时刻用作采样/保持开关的晶体管Q12的开/关控制。因此，DC-DC转换器120根据采样/保持时序检测跨过电阻器R42的压降。DC-DC转换器120根据所检测的电压降水平，实现了对将作为DC电源电压Vcc提供的电能进行恒定电流控制。
另外，通过从PWM驱动电路132提供的PWM信号，晶体管Q11随着PWM信号的周期被开关，从而驱动电流ILED的导通和不导通得到控制。通过这种控制，每单位时间的驱动电流ILED的导通时间根据一个周期内PWM信号的脉冲宽度被控制。这种导通时间控制允许发光二极管的光发射量的变化控制。也就是，允许变暗控制。作为PWM信号周期，使用了与大约20kHz到30kHz的频率对应的时间。
下面将比较本实施例中图10示出的结构和图7(或者图9)示出的结构。两种结构都可以认为包括用于如下电路的、可以通/断DC电源电压Vcc的施加的开关(图7中的电源通/断开关202和图10的晶体管Q11)，所述电路中DC电源电压Vcc的输出源(图7中的电源电路201和图10中的DC-DC转换器120)连接到LED串联电路130的电路。
然而，类似于图10的结构的结构的实际操作如下，其中该结构包括具有恒定电流控制功能的DC-DC转换器120和用于开/关晶体管Q11的结构之间的组合。尤其是，响应晶体管的开/关，从DC-DC转换器120输出的DC电源电压Vcc在某一变化范围内变化，但是基本连续地施加到LED串联电路130。这导致了流经LED串联电路130的驱动电流ILED的量响应于晶体管Q11的开/关而增加和减少的状态。如果对晶体管Q11的开/关周期实施PWM控制，则每单位时间流经LED串联电路130的驱动电流量可以取决于变化的开/关时间段而改变，这可以实现变暗控制。对于这样的变暗控制，响应于晶体管Q11的开/关的DC电源电压Vcc的开/关响应速度并不需要很高。图10中的结构中的DC电源电压Vcc的低响应速度的因素包括，DC-DC转换器120的稳定性控制和恒定电流控制的响应速度，晶体管Q11的开/关周期等等。因此，难以基于图10的结构提高DC电源电压Vcc的响应速度。这一事实也意味着对于图10示出的结构，难以提供允许例如局部光发射驱动的高速响应操作。
相反，在本实施例中，使用了线性电源作为电源电路201，它是DC电源电压Vcc的生成源。另外，恒定电流电路220-2被从电源电路侧分离并且被提供在LED串联电路130的阴极侧。根据这样的结构，作为DC电源电压Vcc的生成源的电源电路201并不一定需要有用于恒定电压控制和恒定电流控制的结构。这允许DC电源电压Vcc响应电源通/断开关202的开/关时序被开/关。也就是，DC电源电压Vcc的开/关响应速度被提高，这允许了局部光发射驱动。因此，就DC电源电压Vcc的开/关控制的响应速度的提高而言，图10的结构非常不同于图7(或者图9)中示出的本实施例的结构。
应当注意本发明不限于上面实施例中描述的结构。
例如，根据图7或9中的描述，当DC电源电压Vcc的施加处于关断状态时，运算放大器221作为电压跟随器工作，以便等于参考电压Vref的电压从运算放大器221中输出。然而，当DC电源电压Vcc的施加处于关断状态时，从运算放大器221输出的电压值可被任意地改变到任何值，只要必要的恒定电流响应时间可以根据例如局部光发射驱动这样的特定目的而被设计。也就是，在本发明的一个实施例中，有必要设置一电压值，考虑到所需恒定电流响应时间的获得，其与参考电压Vref之差在一预定范围内。
另外，对于运算放大器221的输出电压的设定值的改变，可以采用不同于电压跟随器的电路形式。
在上述的实施例中，DC电源电压Vcc在执行局部光发射驱动的前提下被开/关。然而，本发明还可以为了其它目的而进行的DC电源电压Vcc的开/关。
而且，，包括根据本实施例的用于驱动发光二极管的结构的光源装置，还可用作除了背光之外的光源。例如，有可能使用该光源装置作为用于在屏幕上投影图像的投影机装置的光源。另外，除了用于这样的显示器的光源，该光源装置还可以在一些情况下用作正常的照明装置。
本领域技术人员应当理解在附属权利要求或者其等效的范围内依据设计需要和其它因素的各种改变、组合、子组合和替代都可以发生。
权利要求
1.一种用于发光二极管元件的驱动装置，该装置包括发光二极管元件电路部分，配置成通过基于预定连接形式连接至少一个发光二极管元件而形成；电源单元，其配置成生成直流(DC)电源电压，并且将该DC电源电压施加到发光二极管元件电路部分，该直流(DC)电源电压用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件使发光二极管元件发光；电源施加开/关单元，配置成用来对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其配置成被引起切换其操作，以便当DC电源电压的施加处于接通状态时执行恒定电流操作，当DC电源电压的施加处于关断状态时执行电压保持操作，所述恒定电流操作通过放大的输出电压实现对流经发光二极管元件电路部分的驱动电流的量的变化控制，其中该放大的输出电压取决于根据驱动电流的量检测的电压检测值和预定参考电压值之差，所述电压保持操作保持该放大的输出电压在一预定值，该预定值与参考电压值的差在一预定范围内。
2.根据权利要求1的用于发光二极管元件的驱动装置，其中所述电流控制电路部分包括电流检测电阻器，其被提供用于检测流经所述发光二极管元件电路部分的电流；运算放大器，其具有非反相输入端，所述参考电压值被输入到该非反相输入端；放大器元件，其具有控制输入端，运算放大器的放大的输出电压被施加到该控制输入端，并且该放大器元件被提供用于改变流经所述发光二极管元件电路部分的电流的量；以及路径转换单元，其实施切换，以便在DC电源电压的施加处于接通状态时，将跨过电流检测电阻器的电压作为所述电压检测值输入到运算放大器的反相输入端，并且在DC电源电压的施加处于关断状态时将所述反相输入端连接到运算放大器的输出端。
3.根据权利要求1的用于发光二极管元件的驱动装置，其中所述电源单元具有以如下方式生成DC电源电压的结构，所述方式即获得短于某一时间的时间作为响应时间，直到响应于DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加从关断状态切换到接通状态，DC电源电压的电压值从在关断状态出现的电压值到应当在接通状态获得的电压值的转变完成。
4.一种光源装置，包括发光二极管元件电路部分，配置成通过基于预定连接形式连接至少一个用作光源的发光二极管元件而形成；电源单元，其配置成生成直流(DC)电源电压，并且将该DC电源电压施加到所述发光二极管元件电路部分，该DC电源电压用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件使所述发光二极管元件发光；电源施加开/关单元，其配置成用于对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其配置成被引起切换其操作，以便在DC电源电压的施加处于接通状态时执行恒定电流操作，以及在DC电源电压的施加处于关断状态时执行电压保持操作，所述恒定电流操作通过放大的输出电压实现对流经发光二极管元件电路部分的驱动电流的量的变化控制，其中该放大的输出电压取决于根据驱动电流的量检测的电压检测值和预定参考电压值之差，所述电压保持操作保持该放大的输出电压在一预定值，该预定值与参考电压值的差在一预定范围内。
5.一种显示器，包括光源装置；以及图像显示面板，其配置成使用从光源装置发射的光显示图像；其中该光源装置包括发光二极管元件电路部分，其通过基于预定连接形式连接至少一个用作光源的发光二极管元件而形成；电源单元，其产生直流(DC)电源电压，并且将该DC电源电压施加到所述发光二极管元件电路部分，该DC电源电压用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件使所述发光二极管元件发光；电源施加开/关单元，其用于对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其被引起切换其操作，以便在DC电源电压的施加处于接通状态时执行恒定电流操作，以及在DC电源电压的施加处于关断状态时执行电压保持操作，所述恒定电流操作通过放大的输出电压实现对流经发光二极管元件电路部分的驱动电流的量的变化控制，其中该放大的输出电压取决于根据驱动电流的量检测的电压检测值和预定参考电压值之差，所述电压保持操作保持该放大的输出电压在一预定值，该预定值与参考电压值的差在一预定范围内。
6.根据权利要求5的显示器，其中所述光源装置包括对应于图像显示面板二维排列的多个发光二极管元件，并且由多个单元部分形成，所述单元部分包括所述排列的发光二极管元件中的预定发光二极管元件，每一个所述单元部分包括所述发光二极管元件电路部分、所述电源单元、所述电源施加开/关单元、以及所述电流控制电路部分，以及显示器中的控制器，其为每个所述单元部分独立地实施电源施加开/关单元的开/关控制、和电流控制电路部分的操作切换控制。
全文摘要
用于发光二极管元件的驱动装置、光源装置和显示器。该驱动装置包括发光二极管元件电路部分，其配置成通过基于预定连接形式连接至少一发光二极管元件形成；电源单元，其配置成用于产生直流(DC)电源电压并且将该DC电源电压施加到发光二极管元件电路部分，该DC电源电压用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件使所述发光二极管元件发光；电源施加开/关单元，其配置成用于对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其配置成被引起切换其操作，使得当DC电源电压的施加处于接通状态时执行恒定电流操作，当DC电源电压的施加处于关断状态时执行电压保持操作。
文档编号G09G3/20GK101083860SQ20071012922
公开日2007年12月5日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者冈部充 申请人:索尼株式会社
技术领域：
本发明涉及一种用于驱动发光二极管元件的驱动装置，包括用于发光二极管元件的这种驱动电路的光源装置，以及包括这样的光源装置的显示器。
背景技术：
相关申请的交叉引用本发明包含2006年6月1日向日本专利局提出的日本专利申请JP2006-153791的主题，其全部内容在此引入作为参考。
作为显示器，应用了液晶面板的液晶显示器广泛流行。众所周知，液晶面板面不是自发光面板，而是通过基于视频信号调制从光源装置发射的白光来显示图像，该光源装置被称为所谓的背光。
目前，冷阴极荧光灯广泛用作液晶显示器的光源。然而，近年来，由于发光二极管(LED)元件(以下简称为“发光二极管”)的发光效率的提高，使用发光二极管作为其光源的液晶显示器也被大家所知。发光二极管比冷阴极荧光灯具有以下优点发光二极管对环境更好，因为其不使用水银作为材料；发光二极管可以由更低电压驱动；以及发光二极管具有更加有利的温度特性和响应特性，以及更长的寿命。因此，预料将来发光二极管光源将广泛流行。
涉及上面描述的应用发光二极管作为液晶显示器光源的光源装置(照明装置)的发明，在例如日本专利特开No.2001-210122中已经公开。该专利文件(参考图10)示出了驱动发光二极管使其发光的结构。在该结构中，恒定电流从供电单元(DC-DC变换器)施加到串联电路(LED行)，该串联电路由多个发光二极管的串联连接产生。另外，由FET形成的开关元件被进一步串联连接到发光二极管的串联连接电路，并且该开关元件通过脉宽调制(PWM)信号进行开关，从而用于LED的变暗控制。
如上所述，用于驱动作为光源的发光二极管的一定水平的主要技术配置已经日益普及。然而，当考虑以驱动系统为代表的一些种类的条件和在实际的液晶面板中图像显示的各种规范时，用于驱动发光二极管使其发光的配置在性能和可靠性上的改善仍然存在很大空间。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种具有下述结构的、用于发光二极管元件的驱动装置。
特别是，该驱动装置包括发光二极管元件电路部分，其配置成基于预定的连接形式、通过连接至少一个发光二极管元件而形成；以及供电单元，其产生用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件以使所述发光二极管元件发光的DC电源电压，并将该DC电源电压施加于该发光二极管元件电路部分。该驱动装置进一步包括电源施加开/关单元，其配置成用于对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其配置成使其操作被切换，以便当DC电源电压的施加处于接通状态时，执行恒定电流操作，以及在DC电源电压的施加处于关闭状态时执行电压保持操作。恒定电流操作通过放大的输出电压来实现驱动电流的量的变化控制，其中该放大的输出电压取决于根据驱动电流的量检测的电压检测值和预定参考电压值之差。所述电压保持操作保持该放大的输出电压在一预定值，该预定值与参考电压值的差在一预定范围内。
在上述结构中，由电源单元产生的DC电源电压被施加到发光二极管元件电路部分，从而使发光二极管元件电路部分中的发光二极管元件发光。另外，施加到发光二极管元件电路部分的DC电源电压被电源施加开/关单元开/关。DC电源电压的这种开/关控制允许发光二极管元件电路部分的发光二极管元件的发光/不发光的控制。另外，在本发明实施例中，当DC电源电压处于接通状态时，电流控制电路部分执行恒定电流操作用来保持驱动电流量的恒定，该驱动电流从DC电源电压流过发光二极管元件电路部分。该操作允许发光二极管元件电路部分中的发光二极管元件稳定地发射具有恒定亮度的光。在本发明的实施例中的电流控制电路部分的恒定电流操作中，基于驱动电流量改变的电压值(检测到的电压值)被检测到，并且驱动电流量的变化控制通过放大的输出电压来实现，该放大的输出电压取决于检测到的电压值和参考电压值之间的差。
另外，在本发明实施例的这种结构中，当DC电源电压处于关断状态时，电流控制电路部分的操作切换到电压保持操作，由此放大的输出电压被保持在预定值，而不必考虑例如检测到的电压值。当DC电源电压处于关断状态时，如果电流控制电路部分还执行恒定电流操作，则放大的输出电压值达到可变范围内的最大值的状态将可能发生，因为检测到的电压值基本为零。该状态将导致以响应速度降低为代表的缺点，直到放大的输出电压在DC电源电压转变到接通状态之后稳定在稳定值。相反，如果通过电压保持操作将放大的输出电压保持在预定值，放大的输出电压达到可变范围内的最大值的状态被避免，那么这些缺点都可以避免。
如上所述，本发明的实施例有利于这样的结构，其中发光二极管元件的发光/不发光可以通过DC电源电压的开/关来控制，并且当DC电源电压处于关断状态时，防止放大的输出电压达到可变范围内的最大值。因此，本发明的实施例可以提供这样的优势，即消除由放大的输出电压升到最大值引起的缺点。
图1是示出了作为本发明实施例的液晶显示器的结构实例的方块图；图2A和2B是示出了包括在所述实施例中的背光面板中的LED单元和LED单元组的结构实例的图；图3是示出了该实施例中背光面板中的LED单元组的排列图形的实例的图；图4示出了一个结构示例，其中图3中所示的背光面板被分成多个背光单元；图5是示出了根据实施例的用于背光单元中的发光二极管的驱动电路的结构实例的图；图6是示出了作为驱动电路可用的结构的实例的图，其中驱动电路用于图5的背光单元中的一个LED串联电路；图7是示出了根据本实施例的用于LED串联电路的驱动电路的结构实例的图；图8A和8B示出了波形图，用于比较图6的驱动电路的操作和图7的驱动电路的操作；图9是示出了根据本实施例用于一个LED串联电路的驱动电路的修改的图；图10是示出了与本实施例比较的用于一个LED串联电路的已知驱动电路的结构实例的图。
具体实施例方式
下面描述一实施例，其中用于执行本发明的最好模式(下文中，称为实施例)被应用到液晶显示器上，所述液晶显示器配置为基于有源矩阵系统显示图像。
图1是示出了本实施例的液晶显示器的全部结构实例的方块图。
在该显示器中，作为待显示的图像的源的图像信号(视频信号)，作为例如数字信号格式信号，从输入端11输入到图像处理器12。对该输入图像信号，图像处理器12执行信号处理来进行各种图像质量调整，例如转换成适于在实际的显示面板(液晶面板部分)上显示的信号格式的处理，和转换成适合显示面板上水平/垂直像素数的分辨率的处理。另外，基于这种处理过的信号，图像处理器12生成将被垂直扫描驱动器13和数据驱动器14用来进行显示驱动的输入信号。从图像处理器12到垂直扫描驱动器13的输入信号是例如定时信号，用于根据帧周期指示垂直方向上的水平线(栅线)扫描的时序。到数据驱动器14的输入信号是将被应用到与栅线的扫描时序相关联的一条水平线的像素(数据线)的数据。
显示面板17由液晶面板部分15和背光部分16形成，背光部分16被提供在液晶面板部分15的背面上。
众所周知，液晶面板部分15通过在玻璃基板之间封闭液晶层，以及在例如半导体基板上根据预定分辨率将像素单元(像素单元驱动电路)排列成矩阵而形成。也就是，液晶面板部分15具有用于有源矩阵系统的结构。
在该液晶显示器中，背光部分16通过将预定数量的作为光源的发光二极管排列成预定排列图形而形成。由发光二极管的照明产生的白光，在例如被散射之后，从液晶面板15的背面向其前面发射。作为通过使用发光二极管获得白光的方法，例如使用白光发射二极管的方法是可用的。另外，也可使用其它已知技术，其中具有与RGB三原色或更多颜色对应的颜色的发光二极管发射光，并且作为所发射光的合成光获得白光。
背光驱动器19输出的DC电源电压Vcc被施加到包含在背光部分16中的发光二极管，以使这些发光二极管被驱动而发光。
用于使背光部分16的发光二极管发光的DC电源电压Vcc，由包含在背光驱动器19中的背光-驱动电源20生成。背光驱动器19将这样生成的DC电源电压Vcc施加到背光部分16的发光二极管上，并且还包括一恒定电流电路，其响应DC电源电压Vcc的施加而实施控制，以使流过发光二极管的电流量可以保持恒定。另外，本实施例的背光驱动器19配置成，根据控制器18的控制，开/关(执行/停止)DC电源电压Vcc向发光二极管的施加。
图1还示出了逻辑电源21。
逻辑电源21生成一预定电源电压，其应当被提供给被称为逻辑电路等并用作控制器18的电路部分，例如CPU、ROM和RAM。在本实施例中，由逻辑电源21生成的电源电压也被提供给背光驱动器19。背光驱动器19使用来自逻辑电源21的电源电压作为例如后面将要描述的恒定电流控制电路中的参考电压。
液晶面板部分15中的像素单元被排列在对应于交叉点的位置上，所述交叉点是从垂直扫描驱动器13引出的栅线G1至Gm和从数据驱动器14引出的数据线D1至Dn的交叉点。垂直扫描驱动器13和数据驱动器14以例如已知的预定时序驱动栅线和数据线。这种驱动改变了对应于像素单元的液晶层的极化方向，所述极化方向调制从液晶面板部分15的后面传递到其前面的光。结果，图像被显示在液晶面板部分15的屏幕上。
控制器18实现液晶显示器中各种控制，并且被配置为包括上述CPU和RAM的微型计算机。在该液晶显示器中，控制器18实现了对图像信号处理器12的控制，和对背光驱动器19的控制。在图1中，控制信号cnt1和cnt2作为通过控制器18控制背光驱动器19的信号被示出。基于这些信号进行控制的详细情况将在下文中进行描述。
下面将描述在本实施例中背光部分16的结构，和用于驱动发光二极管使其发光的背光驱动器19的结构实例。
在本实施例中，使用了发射分别具有红(R)、绿(G)和蓝(B)的三原色的光的发光二极管。尤其是，为了获得白光，基于相加合成，对通过使各个颜色R、G和B的发光二极管发射光而获得的光进行光学颜色混合。
图2A和2B示出了当对应于三原色R、G和B的发光二极管如上述使用时，背光部分16的基本结构实例。
如图2A所示，发光二极管(LED)单元100被定义为背光部分16的组件的最小单元。为了形成LED单元100，准备预定数量的预定色的发光二极管，并且在基板等上的预定位置排列这些发光二极管。另外，所排列的发光二极管基于预定模式互相电连接。对于图2A中的每一个LED单元100，准备了对应于红色(R)的两个红光发射二极管DL-R，对应于绿色(G)的两个绿光发射二极管DL-G，以及对应于蓝色(B)的两个蓝光发射二极管DL-B，也就是，总共六个发光二极管。如图所示，这些发光二极管从左到右按照蓝-绿-红-蓝-绿-红的顺序排列。另外，每种颜色的发光二极管以相同极性顺序互相串联连接。
如图2A所示，这样形成的LED单元100可以通过各颜色R、G和B的串联连接的发光二极管的阳极端和阴极端，连接到其它相同类型的LED单元100。当LED单元100的连接以这种方式进一步前进时，R、G、B中每种颜色的串联连接的发光二极管的数量取决于连接的LED单元的数量增加。
由需要的数量的LED单元100的连接产生的组件被定义为一个组。作为一特定的实例，图2B示出了通过连接三个LED单元100形成的一个组。该组在下文中被称为LED单元组101。由于一个LED单元100包括R、G和B中每一种颜色的两个发光二极管，作为LED单元100的光发射源的发光二极管的数量在下文中将被表示为(2R，2G，2B)。在图2B的实例中，LED单元组101由三个LED单元100组成，因此在一个LED单元组101中的发光二极管的数量可以表示为3(2G，2R，2B)＝(6G，6R，6B)。
发光二极管以平面方式排列在以上述方式形成的LED单元组101的组中，从而组建了具有例如背光功能的面板。图3示出了由图2B中所示的LED单元组101形成的背光面板110的实例。
在图3的实例中，背光面板110通过将LED单元组101排列成6行乘4列的矩阵形成，也就是，行g1到g6乘列m1到m4。
在背光面板110中，红光发光二极管DL-R的数量是6×6×4＝144。类似的，绿光发射二极管DL-G和蓝光发射二极管DL-B的数量也是144。因此，背光面板110总共包括432(＝144×3)个发光二极管。
在本实施例中，这样形成的背光面板110包括在背光部分16中。
应当注意，在图2A和2B和3中描述的背光部分16(LED单元100，LED单元组101，背光面板110)的结构只是一个实例。下面的因素可以被充分地改变包含在LED单元100中的R、G和B的发光二极管的数量和排列形式；LED单元组101中的LED单元100的数量和连接形式；以及背光面板110中的LED单元组101的数量和排列形式。
图4示出了用于驱动具有图2A、2B和3中所示的结构的背光部分16(背光面板110)中的发光二极管的电源单元的连接形式的实例。
在图4中，示出了图3的背光面板110。为了驱动背光面板110中的发光二极管，本图中由多个背光单元300示出，背光面板110被分成组，每一组都包括垂直两个乘水平两个的四个LED单元组101。在该背光面板110中，24个LED单元组101被排列在行g1到g6和列m1到m4上。因此，背光面板110被分成3行乘2列的六个背光单元300。
另外，背光单元电源单元20a被分配给由这种划分得到的每一个背光单元300。通过由背光单元电源20a输出的DC电源电压Vcc，包含在每一个背光单元300中的发光二极管被驱动发射光。
图1中示出的背光驱动电源20是包含多个背光单元电源20a的部分，每一个背光单元电源20a分别对应于背光单元300中的相应一个。每一个背光单元电源20a都被供给商业交流电源电压AC，以便产生和输出DC电源电压Vcc。
在一背光单元300中的LED单元组101的排列形式不限于图4所示的排列，而是可以根据实际背光面板中的各种条件充分地改变。作为其它排列形式，例如背光单元300可以由整个一行或整个一列LED单元组101形成。
图5示出了用于驱动图4中示出的一背光单元300中的LED单元组101中的发光二极管的电路形式的实例。另外，图5示出了背光单元电源20a的内部结构实例。
背光单元电源20a通过电源电路201被提供商业交流电源电压AC，并且产生预定的DC电压。出于此目的，电源电路201包括变压器211和平滑电路212。商业交流电源电压AC被输入到变压器211的初级端。变压器211输出AC电压到其次级端，该AC电压具有取决于初级端和次级端之间的绕组比的电压值。该AC电压通过平滑电路转换为DC电压，平滑电路例如由整流器元件和平滑电容器形成，并具有预定的形式。如此获得的DC电压被作为DC电源电压Vcc施加到发光二极管。应当注意，在本实施中该DC电源电压Vcc是通过一电源通/断(on/off)开关202施加的。
电源通/断开关202被控制器18输出的控制信号cnt1接通/关断。当电源通/断开关202处于接通状态时，DC电源电压Vcc被施加到下述的LED串联电路130。当开关202处于关断状态时，不施加电压Vcc。电源通/断开关202的转换的必要性，和转换控制的形式将在下面进行描述。作为电源通/断开关202，选择了例如FET(场效应晶体管)的晶体管元件。
如上述通过电源通/断开关202输出的DC电源电压Vcc，基于下面将要描述的连接形式，施加到背光单元300中的发光二极管。
在图5中，在背光单元300中的2行、2列的四个LED单元组101中，位于上行和左列，上行和右列，下行和左列，以及下行和右列的单元组分别被表示为LED单元组101-11、101-12、101-21和101-22。如果图5的背光单元300由例如图4中的行g1和g2以及列m1和m2上的LED单元组101形成，则LED单元组101-11、101-12、101-21和101-22分别等效于位于坐标(g1，m1)，(g1，m2)，(g2，m1)，和(g2，m2)的图4中的LED单元组。
在图5的实例中，跨过上行的LED单元组101-11和101-12，形成了R、G和B中每种颜色的发光二极管(DL-R，DL-G，DL-B)的串联连接电路。也就是，形成了三个LED串联电路(发光二极管元件电路部分)130，每个对应于R、G和B中相应的一个颜色。类似的，跨过下行的LED单元组101-21和101-22，也形成了三个LED串联电路130，每个对应于R、G和B中相应的一个颜色。因此，在图5的实例中，在一个背光单元300中形成了六个LED串联电路130。
这六个LED串联电路130的阳极端连接到，从背光单元电源20a输出的DC电源电压Vcc。也就是，一个DC电源电压Vcc被并行的施加到六个LED串联电路130。
另外，为六个LED串联电路130的每一个都提供了恒定电流电路220。
图6示出了通过从图5的结构中提取与一个LED串联电路130相关的部件而获得的结构。在图6中，图5中示出的恒定电流电路220的大概合理的内部结构实例作为恒定电流电路220-1被示出。
从背光单元电源20a输出的DC电源电压Vcc的线连接到LED串联电路130的阳极端。虽然没有在图中示出，DC电源电压Vcc的这条线被分支并且还连接到其它剩余的五个LED串联电路130的阳极端。
在LED串联电路130的阴极端和地之间提供了恒定电流电路220-1。
在图6中示出的恒定电流电路220-1中，NPN晶体管Q21(放大器元件)的集电极连接到LED串联电路130的阴极端，同时其发射极通过驱动电流检测电阻器R1连接到地。晶体管Q21的基极连接到运算放大器221的输出端。参考电压Vref被输入到运算放大器221的非反相输入端。该参考电压Vref通过使用从图1中所示的逻辑电源21输出的DC电源电压而产生。运算放大器221的反相输入端耦合到晶体管Q21的发射极和驱动电流检测电阻器R1之间的连接节点。对于运算放大器221的电源，也使用了从逻辑电源21输出的DC电源电压。
基于上述结构，驱动LED串联电路130中的发光二极管DL，以使其发光的操作，将在下面与恒定电流电路220-1的操作一起进行描述。
当背光单元电源20a中的电源通/断开关202被保持在接通状态，并因此DC电源电压Vcc被有效地施加到LED串联电路130时，DC电源电压Vcc用作电流源，从而驱动电流ILED流经LED串联电路130。由于该电流流动，LED串联电路130的发光二极管DL被驱动发射光。该驱动电流ILED作为检测电流IF经晶体管Q21的集电极和发射极流动到驱动电流检测电阻器R1。驱动电流检测电阻器R1上的电压值被输入到运算放大器221的反相输入端。驱动电流检测电阻器R1上的电压根据检测到的电流If变化。也就是，电压变化取决于驱动电流ILED的电流量。
差分放大器电路根据该实例中恒定电流电路220-1的连接形式工作。因此，该实例中的运算放大器221，从它的输出端输出取决于驱动电流检测电阻器R1上的电压和参考电压Vref之间的误差的电压值，从而实现控制，以使驱动电流检测电阻器R1上的电压和参考电压Vref可以相等。晶体管Q21根据运算放大器221的输出电压改变集电极电流，从而控制驱动电流ILED(检测电流IF)，以使其以预定量保持恒定。也就是，恒定电流控制被实施。另外，该操作通过由作为检测电流的、运算放大器221控制的驱动电流ILED的反馈而执行。因此，恒定电流电路220-1可以认为是实现电流反馈控制的单元。
该恒定电流控制允许LED串联电路130中的发光二极管DL以这样的方式发射光，即，恒定地保持预先设计的预定亮度。保持发光二极管的亮度恒定可以提供统一亮度，而没有例如整个背光面板110上的不匀性。通常，在颜色R、G和B之间，发光二极管的光发射效率是不同的。因此，对于所有颜色使用相同的驱动电流量导致在各颜色之间发射亮度的差异，这样就难以获得合适的白光。为了解决该问题，例如，分别为了每种颜色R、G和B调节和设计恒定电流电路220-1中的参考电压Vref，这使得R、G和B每种颜色的LED串联电路130(发光二极管)的亮度设计成可以获得合适的白光。
在本实施例中用于驱动发光二极管的结构中，通过提供图5和6中的电源通/断开关202，允许施加到LED串联电路130上的DC电源电压Vcc的开/关控制。在本实施例中，DC电源电压Vcc的开/关控制功能被提供以满足下面的需要。
众所周知，在当今的液晶显示器中，对应于显示屏区域的背光的整个平面通常不被恒定驱动发光，而是应用所谓的局部光发射驱动。在局部光发射驱动中，设置背光结构使得，对于基于预定图形划分对应于显示屏的背光的整个平面的得到的每个分割区域，光发射可以被独立开/关。另外，每一分割区域的光发射都根据需要在合适的时间被开/关。
例如，执行这样的局部光发射驱动以增加黑色亮度，目的是例如提高图像对比度。尤其是，当黑色图像部分出现在显示的图像中时，相应于黑色图像部分的分割区域的光发射临时停止。这种控制可以阻止光从对应该分割区域的显示屏部分中的背光的泄漏和透射，这使再现的图像具有更加真实的黑色。
另外，当显示驱动基于线性序列系统，并因此在帧周期中出现其中并不实际执行显示而由此显现黑色的部分时，用于该非显示部分的局部光发射驱动的执行缩短了光发射驱动的总累积时间，从而可以提供例如减少功耗的效应。另外，被称为黑色图像插入的方案是已知的。在该方案中，为了消除运动引起的模糊，黑色被有意的在帧周期中显示。而且，当为一图像区域(其中显示黑色图像以消除运动模糊)执行局部光发射驱动时，可以类似地获得减少能耗的效应。而且，还预期进一步增强运动模糊抑制效应。
为了允许上述的局部光发射驱动，本实施例的液晶显示器还应用了一种结构，其中例如如图4所示，与整个显示屏区域对应的一个背光面板110被分为多个(在图4中为六个)背光单元300，并且背光单元电源20a被分配给每一个背光单元。另外，电源通/断开关202被提供在每一个背光单元电源20a中，并且控制器18输出控制信号cnt1到开关202。这允许了DC电源电压Vcc的开/关控制。同样如上所述，当电源通/断开关202被控制在处于接通状态时，DC电源电压Vcc被有效的施加，以便在LED串联电路130中的发光二极管被驱动发光。当电源通/断开关202被控制在处于关断状态时，DC电源电压Vcc的施加停止，从而LED串联电路130中的发光二极管被控制为不发光。以这种方式，本实施例配置成使得局部光发射驱动可以为作为背光单元300的每一个分割区域独立执行。
如上所述，在本实施例中，为了例如局部光发射驱动，电源通/断开关202被提供在每一个背光单元电源20a中，用于DC电源电压Vcc的开/关控制。然而，图6中所示的，用于DC电源电压Vcc的开/关控制的结构和恒定电流电路220-1的结构的组合，导致了以下的缺点。同样如上所述，当其与不涉及开关操作的电源(即，所谓的线性电源，类似本实施例的背光单元电源20a)组合时，图6的恒定电流电路220-1的结构将认为是可能非常合理的结构之一。
在图6中示出的电路结构中，恒定电流电路220-1恒定地工作，而不管响应于电源通/断开关202的开/关、DC电源电压Vcc的施加的开/关。尤其是，来自逻辑电源21的电源电压恒定地提供给运算放大器221。另外，通过使用来自逻辑电源21的电源电压恒定地产生参考电压Vref，以便将其输入到非反相输入端。
当电源通/断开关202处于接通状态，并因此DC电源电压Vcc施加在如图6所示的电路中时，LED串联电路130的发光二极管被驱动发光，并且恒定电流电路220-1执行如上所述的恒定电流操作。
在这种状态下，当电源通/断开关202基于控制器18的控制从接通状态转换到关断状态，从而DC电源电压Vcc的施加停止时，源自DC电源电压Vcc的驱动电流ILED不流经LED串联电路130，从而发光二极管的光发射也停止。
然而，因为驱动电流ILED被这样停止，所检测的电流IF的流动也被停止，因此所检测的电压Vr作为跨过驱动电流检测电阻器R1的电压变为零。这种结构中的运算放大器221作为差分放大器电路运行来进行恒定电流控制它根据输入到非反相输入端的电压值和输入到反相输入端的电压值之间的差，通过无穷大的放大率，放大电压，并输出该放大的电压。运算放大器221的操作被持续，而不管如上所述的DC电源电压Vcc的开/关。因此，当跨过驱动电流检测电阻器R1的电压为零时，在最大输出值饱和的电压从运算放大器221的输出端输出。也就是，当电源通/断开关202处于关断状态，从而DC电源电压Vcc没有被施加时，在运算放大器221的输出端的电位Vb上升到运算放大器221的最大输出值。
下面将描述这样的情况，其中基于控制器18的控制，电源通/断开关202从关断状态转换到接通状态，从而开始DC电源电压Vcc的施加。图8A示出了检测到的电压Vr(作为跨过驱动电流检测电阻器R1的电压)的波形，在运算放大器221的输出端的电位Vb的波形，以及DC电源电压Vcc(在LED串联电路130的阳极端获得的电位)的波形，涉及DC电源电压Vcc的施加开始的时刻。
在图8A中，在时刻t0，电源通/断开关202从关断状态转换到接通状态。响应这种接通，DC电源电压Vcc从零电平升到时刻t0的预定值。
同样如上所述，在时刻t0之前，运算放大器221的输出端的电位Vb取运算放大器221的最大输出值Lv12。因此，当DC电源电压Vcc的施加开始，并且晶体管Q21在时刻t0导通时，过量的驱动电流ILED流动。在图8A中时刻t0所检测的电压Vr急剧上升到远远高于稳定值Lv1的值(Lv11)，反映了具有有问题的过度的量的驱动电流ILED(所检测的电流If)的流动。
时刻t0之后，运算放大器221通过其反相输入端被提供了急剧上升的检测电压Vr，并且作为差分放大器电路运行。具体而言，运算放大器221运行，以从最大输出值Lv12作为电位Vb被从输出端输出的状态改变，并稳定在与目标驱动电流ILED(检测电流If)对应的目标电压值Lv2被输出的状态。
在图8A中，时刻t0之后电位Vb被稳定在目标电压值Lv2并且恒定电流控制进入稳定状态的时刻，被指示为时刻t2。也就是，从最大输出值Lv12变化之后，直到运算放大器221的输出(电位Vb)被稳定在目标电压值Lv2的时间段，等于从时刻t0到时刻t2的时间段T2。
下文中，从DC电源电压Vcc接通的时刻t0，直到稳定在目标电压值Lv2的时间段的时间长度，也将被称为恒定电流响应时间。图8A中的时刻t2(也就是恒定电流响应时间的结束时间)后，驱动电流ILED在其目标值被保持恒定的状态被维持。在时刻t2之后作为检测电压Vr获得的电压值Lv1反映了驱动电流ILED(检测电流If)作为目标值电流流动的状态。
作为时间段T2的实际的恒定电流响应时间是例如约5到7微秒。然而，当电源通/断开关202的通/断是为了例如上述的局部光发射驱动的目的时，可能需要更短的恒定电流响应时间。
尤其是，为了如上所述确保黑色亮度、通过停止非显示区域的光发射来减少功耗等，执行局部光发射驱动。出于这些目的，发光二极管的发光状态和非发光状态必须响应例如帧切换时间而立刻进行切换。另外，为了该立刻的切换，等于恒定电流响应时间的不稳定的发射状态的时间段，需要在发光状态和非发光状态之间的状态转换中尽可能的短。在恒定电流响应时间期间，没有获得稳定值作为驱动电流ILED，从而LED串联电路130中的发光二极管的发光亮度是不稳定的。因此，恒定电流响应时间越长，反映发光亮度的不稳定的图像就越容易识别。另外，发光二极管(背光单元)的发光状态和非发光状态之间的转换时序可能不跟随逐帧图像改变的时序。这些因素都破坏图像质量。
已经发现恒定电流响应时间必须缩短到例如约2微秒，以允许例如对应于本实施例的液晶显示器在发光二极管的发光状态和非发光状态之间进行即时切换，来进行视觉识别。
然而，运算放大器具有转换速度恒定的特性。运算放大器221的转换速度由图8A中的电位Vb的波形的斜率指示，该斜率在从时刻t0到时刻t2的时间段内获得。对于图6的恒定电流电路220-1的操作，电位Vb(运算放大器221的输出电压)的最大输出值Lv12和目标电压值Lv2之间的电位差如图8中所示相当大。因此，运算放大器221的输出(电位Vb)在从最大输出值Lv12改变之后稳定在目标电压值Lv2，需要约5到7微秒。这个时间相当长。运算放大器可能不能以比作为其转换速度的每单元时间的改变率更高速的响应，改变输出电压值。因此，对于图6的恒定电流电路220-1的结构，很难提供短于约5到7微秒的恒定电流响应时间。
另外，对于液晶显示器，还提出了一种称为高帧频驱动的显示驱动方案，其中帧图像以短于通常的帧周期的周期被显示。当使用具有通常的帧周期的显示驱动时，即使具有图8A的恒定电流响应时间的显示器也可以执行局部光发射驱动，当使用高帧频显示驱动时，显示器可能不能执行局部光发射驱动。因此，在例如局部光发射驱动方面，优选DC电源电压Vcc的响应速度尽可能的增加。
因此，为了避免上述缺点，本实施例使用了如图7所示的恒定电流电路220-2的结构，代替图6中的恒定电流电路220-1。图7中和图6中相同的部分使用相同的数字，并且其描述将被省略。
图7所示的恒定电流电路220-2被提供了一电路转变开关222。该电路转变开关222允许端子tm1选择性地连接到端子tm2和tm3中的任一个。端子tm1连接到运算放大器221的反相输入端，端子tm2连接到运算放大器221的输出端。端子tm3耦合到晶体管Q21的发射极和驱动电流检测电阻器R1之间的连接节点。
电路转换开关222的切换基于由控制器18输出的控制信号cnt2执行。也就是，电路转换开关222的切换被控制器18控制。作为一实际的开关222，使用例如半导体元件形成的模拟开关。
下面描述了图7中示出的电路的操作。
在图7所示的结构中，除了电源通/断开关202的通/断控制之外，控制器18实现电路转换开关222的切换控制。类似于上面的描述，为了例如局部光发射驱动，电源通/断开关202根据显示驱动时序和显示图像的内容，在适当的时刻被开/关。除此之外，电路转换开关222被切换以便可以在电源通/断开关202处于接通状态时，将端子tm1连接到端子tm3，以及当电源通/断开关202处于关断状态时，将端子tm1连接到端子tm2。也就是，电路转换开关222与电源通/断开关202的开/关相关联地执行端子连接的切换。
在图7的电路中，当电源通/断开关202处于接通状态，并因此DC电源电压Vcc被有效地施加到LED串联电路130时，端子tm1连接到电路转换开关222中的端子tm3。因此，运算放大器221的反相输入端耦合到晶体管Q21的发射极和电流检测电阻器R1之间的连接节点。因此，恒定电流电路220-2形成与图6的恒定电流电路220-1相同的电路结构。也就是，运算放大器221作为一差分放大器电路工作，并且实现恒定电流控制。
当处于这种状态时，电源通/断开关202被转到关断状态，以停止DC电源电压Vcc的施加，电路转换开关222也响应这种从端子tm1和tm3互相连接的状态到端子tm1和tm2互相连接的状态的转变而被切换。
由于电路转换开关222的端子tm1和tm2的连接，运算放大器221的反相输入端以短路的方式连接到输出端。根据这种电路结构，运算放大器221作为电压跟随器工作。也就是，与输入到非反相输入端的参考电压Vref相同电平的电压从输出端输出。
在图6的电路中，当DC电源电压Vcc的施加处于关断状态时，运算放大器221的输出(电位Vb)增加到运算放大器221的最大输出值。相反，在图7的电路中，参考电压Vref从运算放大器221输出。当具有稳定值的驱动电流ILED被施加时，运算放大器221的输出电压值(电位Vb)等于参考电压Vref与晶体管Q21的基极和发射极之间的电压相加的电压值。因此，在图7的电路中，当DC电源电压Vcc的施加处于关断状态时，可以获得可以认为等于或稍低于稳定状态的电位Vb的电位Vb。也就是，与图6的电路相比，出现了足够更低的电位Vb。
下面将描述电源通/断开关202从关断状态转到接通状态，并从而开始施加DC电源电压Vcc的情况。图8B示出了所检测的电压Vr、电位Vb以及DC电源电压Vcc的波形，涉及电源通/断开关202从关断状态到接通状态的转换。
同样在图8B中，类似于图8A，电源通/断开关202在时刻t0从关断状态转到接通状态。在时刻t0，电路转换开关222从端子tm1连接到端子tm2的状态切换到端子tm1连接到端子tm3的状态，从而形成了差分放大器电路，并且因此开始了恒定电流控制操作。在该时刻，电位Vb保持等于参考电压Vref。在图8B中，等于参考电压Vref的电位Vb的电压值表示为Lv13。
作为时刻t0之后的恒定电流控制操作，运算放大器221的输出从等于参考电压Vref的电压值Lv13改变，以便可以稳定在等于稳定值的电压值Lv2。同样如上所述，电压值Lv13和Lv2之间的差基本等于晶体管Q21的基极和发射极之间的电压Vbe。该差显著小于图8A中示出的最大输出值LV12和稳定电压值LV2之间的差。同样在图8B示出的操作中，在作为运算放大器221的输出的电位Vb从电压值Lv13转变为电压值Lv2期间，电位Vb沿着取决于运算放大器221的转换速度的斜率变化。然而，因为电位差小，在电位Vb从电压值Lv13改变后，直到其达到电压值Lv2的时间，也就是，恒定电流响应时间，等于图8B中的从时刻t0到时刻t1的时间段T1。该时间段T1比时间段T2短得多，时间段T2为图8A中示出的恒定电流响应时间。
图8B中示出的作为时间段T1的实际的恒定电流响应时间是例如约1.5微秒。如上所述，为了例如局部光发射驱动，可能需要恒定电流响应时间为大约2微秒。因此，该恒定电流响应时间充分满足该需要。也就是，本实施例使用了在实际应用中允许局部光发射驱动的结构。
在图7的结构中，一电源通/断开关202被共同提供给包含在相应的背光单元300中的多个LED串联电路130。相反，电路转换开关222被提供给每一个LED串联电路130，因为其被提供在恒定电流电路220-2中。因此，以背光单元为基础的实际局部光发射驱动中，当控制器18为某一背光单元300实现电源通/断开关202的通/断控制时，控制器18同时控制多个电路转接开关222的切换，其中每个电路转换开关222对应于在同一个背光单元300中的多个LED串联电路130中相应的一个。
图9示出了图7中示出的电路结构的一种改变。图9和图7中相同的部分使用相同的数字，并且在此省略对其的描述。
在图7中，电源通/断开关202被包括在背光单元电源20a中。相反，在图9的实例中，电源通/断开关202被从背光单元电源20a中移除，并且来自电源电路201的DC电源电压Vcc的输出线直接连接到LED串联电路130。另外，电源通/断开关202被提供在LED串联电路130的阴极端和晶体管Q21的集电极之间的线上。也就是，在该结构中，给每一个驱动电路提供电源通/断开关202，每一个驱动电路对应于LED串联电路130中相应的一个，LED串联电路130并联连接到DC电源电压Vcc。因此，在该结构中，与LED串联电路130的数量相同的数量的电源通/断开关202应该被提供在一个背光单元300中。
当应用图9中的结构时，流经每一电源通/断开关202的电流量小于图7的结构的电流量，其中电源通/断开关202被共同提供给多个LED串联电路130。简言之，当在背光单元300中的LED串联电路130的数量被定义为n时，与图7的结构相比，电流量被减到1/n。流经电源通/断开关202的电流量的减小产生这样的优势，即实际被选择作为电源通/断开关202的元件的电流容量可以很低。因此，期望例如增强电源通/断开关202的开/关响应性能。另外，更低的电流容量还导致每个开关更低的成本。因此，结果是，有可能总成本低于在图7的结构中被共同提供给多个LED串联电路130的电源通/断开关202的成本。另外，还有可能每一电源通/断开关202的大小被减小，并且因此可以将整个显示器小型化。
作为类似本实施例中使用了发光二极管作为背光的液晶显示器中的用于发光驱动的结构之一，图10中的结构是已知的。图10还示出了类似于例如图7中用于对发光二极管的一个串联连接电路(LED串联电路130)进行光发射驱动的结构。
图10的结构包括DC-DC转换器120，其作为产生并输出DC电源电压Vcc的单元。DC-DC转换器120被提供DC电压，并且实施切换操作，从而DC电压被转换为AC电压然后进一步被转换为预定DC电压。因此获得的DC电压作为DC电源电压Vcc输出。
DC电源电压Vcc通过电阻器R42被施加到由发光二极管的串联连接形成的LED串联电路130的阳极端。这导致了驱动电流ILED流经LED串联电路130中的发光二极管DL。
另外，DC-DC转换器120被配置为实施恒定电流控制，使得通过在预定时刻相对于预定DC电源电压Vcc的设定检测跨过电阻器R42的压降，具有恒定量的驱动电流ILED可以流动。也就是，恒定电流控制在DC-DC转换器端实现。为了这种恒定电流控制，增加了电阻器R41、电容器C41、开关晶体管Q12、以及采样时序生成/开关驱动电路131。采样时序生成/开关驱动电路131基于通过AND门132输入的PWM信号(矩形波信号)产生采样/保持时序，从而实现在采样/保持时刻用作采样/保持开关的晶体管Q12的开/关控制。因此，DC-DC转换器120根据采样/保持时序检测跨过电阻器R42的压降。DC-DC转换器120根据所检测的电压降水平，实现了对将作为DC电源电压Vcc提供的电能进行恒定电流控制。
另外，通过从PWM驱动电路132提供的PWM信号，晶体管Q11随着PWM信号的周期被开关，从而驱动电流ILED的导通和不导通得到控制。通过这种控制，每单位时间的驱动电流ILED的导通时间根据一个周期内PWM信号的脉冲宽度被控制。这种导通时间控制允许发光二极管的光发射量的变化控制。也就是，允许变暗控制。作为PWM信号周期，使用了与大约20kHz到30kHz的频率对应的时间。
下面将比较本实施例中图10示出的结构和图7(或者图9)示出的结构。两种结构都可以认为包括用于如下电路的、可以通/断DC电源电压Vcc的施加的开关(图7中的电源通/断开关202和图10的晶体管Q11)，所述电路中DC电源电压Vcc的输出源(图7中的电源电路201和图10中的DC-DC转换器120)连接到LED串联电路130的电路。
然而，类似于图10的结构的结构的实际操作如下，其中该结构包括具有恒定电流控制功能的DC-DC转换器120和用于开/关晶体管Q11的结构之间的组合。尤其是，响应晶体管的开/关，从DC-DC转换器120输出的DC电源电压Vcc在某一变化范围内变化，但是基本连续地施加到LED串联电路130。这导致了流经LED串联电路130的驱动电流ILED的量响应于晶体管Q11的开/关而增加和减少的状态。如果对晶体管Q11的开/关周期实施PWM控制，则每单位时间流经LED串联电路130的驱动电流量可以取决于变化的开/关时间段而改变，这可以实现变暗控制。对于这样的变暗控制，响应于晶体管Q11的开/关的DC电源电压Vcc的开/关响应速度并不需要很高。图10中的结构中的DC电源电压Vcc的低响应速度的因素包括，DC-DC转换器120的稳定性控制和恒定电流控制的响应速度，晶体管Q11的开/关周期等等。因此，难以基于图10的结构提高DC电源电压Vcc的响应速度。这一事实也意味着对于图10示出的结构，难以提供允许例如局部光发射驱动的高速响应操作。
相反，在本实施例中，使用了线性电源作为电源电路201，它是DC电源电压Vcc的生成源。另外，恒定电流电路220-2被从电源电路侧分离并且被提供在LED串联电路130的阴极侧。根据这样的结构，作为DC电源电压Vcc的生成源的电源电路201并不一定需要有用于恒定电压控制和恒定电流控制的结构。这允许DC电源电压Vcc响应电源通/断开关202的开/关时序被开/关。也就是，DC电源电压Vcc的开/关响应速度被提高，这允许了局部光发射驱动。因此，就DC电源电压Vcc的开/关控制的响应速度的提高而言，图10的结构非常不同于图7(或者图9)中示出的本实施例的结构。
应当注意本发明不限于上面实施例中描述的结构。
例如，根据图7或9中的描述，当DC电源电压Vcc的施加处于关断状态时，运算放大器221作为电压跟随器工作，以便等于参考电压Vref的电压从运算放大器221中输出。然而，当DC电源电压Vcc的施加处于关断状态时，从运算放大器221输出的电压值可被任意地改变到任何值，只要必要的恒定电流响应时间可以根据例如局部光发射驱动这样的特定目的而被设计。也就是，在本发明的一个实施例中，有必要设置一电压值，考虑到所需恒定电流响应时间的获得，其与参考电压Vref之差在一预定范围内。
另外，对于运算放大器221的输出电压的设定值的改变，可以采用不同于电压跟随器的电路形式。
在上述的实施例中，DC电源电压Vcc在执行局部光发射驱动的前提下被开/关。然而，本发明还可以为了其它目的而进行的DC电源电压Vcc的开/关。
而且，，包括根据本实施例的用于驱动发光二极管的结构的光源装置，还可用作除了背光之外的光源。例如，有可能使用该光源装置作为用于在屏幕上投影图像的投影机装置的光源。另外，除了用于这样的显示器的光源，该光源装置还可以在一些情况下用作正常的照明装置。
本领域技术人员应当理解在附属权利要求或者其等效的范围内依据设计需要和其它因素的各种改变、组合、子组合和替代都可以发生。
权利要求
1.一种用于发光二极管元件的驱动装置，该装置包括发光二极管元件电路部分，配置成通过基于预定连接形式连接至少一个发光二极管元件而形成；电源单元，其配置成生成直流(DC)电源电压，并且将该DC电源电压施加到发光二极管元件电路部分，该直流(DC)电源电压用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件使发光二极管元件发光；电源施加开/关单元，配置成用来对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其配置成被引起切换其操作，以便当DC电源电压的施加处于接通状态时执行恒定电流操作，当DC电源电压的施加处于关断状态时执行电压保持操作，所述恒定电流操作通过放大的输出电压实现对流经发光二极管元件电路部分的驱动电流的量的变化控制，其中该放大的输出电压取决于根据驱动电流的量检测的电压检测值和预定参考电压值之差，所述电压保持操作保持该放大的输出电压在一预定值，该预定值与参考电压值的差在一预定范围内。
2.根据权利要求1的用于发光二极管元件的驱动装置，其中所述电流控制电路部分包括电流检测电阻器，其被提供用于检测流经所述发光二极管元件电路部分的电流；运算放大器，其具有非反相输入端，所述参考电压值被输入到该非反相输入端；放大器元件，其具有控制输入端，运算放大器的放大的输出电压被施加到该控制输入端，并且该放大器元件被提供用于改变流经所述发光二极管元件电路部分的电流的量；以及路径转换单元，其实施切换，以便在DC电源电压的施加处于接通状态时，将跨过电流检测电阻器的电压作为所述电压检测值输入到运算放大器的反相输入端，并且在DC电源电压的施加处于关断状态时将所述反相输入端连接到运算放大器的输出端。
3.根据权利要求1的用于发光二极管元件的驱动装置，其中所述电源单元具有以如下方式生成DC电源电压的结构，所述方式即获得短于某一时间的时间作为响应时间，直到响应于DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加从关断状态切换到接通状态，DC电源电压的电压值从在关断状态出现的电压值到应当在接通状态获得的电压值的转变完成。
4.一种光源装置，包括发光二极管元件电路部分，配置成通过基于预定连接形式连接至少一个用作光源的发光二极管元件而形成；电源单元，其配置成生成直流(DC)电源电压，并且将该DC电源电压施加到所述发光二极管元件电路部分，该DC电源电压用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件使所述发光二极管元件发光；电源施加开/关单元，其配置成用于对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其配置成被引起切换其操作，以便在DC电源电压的施加处于接通状态时执行恒定电流操作，以及在DC电源电压的施加处于关断状态时执行电压保持操作，所述恒定电流操作通过放大的输出电压实现对流经发光二极管元件电路部分的驱动电流的量的变化控制，其中该放大的输出电压取决于根据驱动电流的量检测的电压检测值和预定参考电压值之差，所述电压保持操作保持该放大的输出电压在一预定值，该预定值与参考电压值的差在一预定范围内。
5.一种显示器，包括光源装置；以及图像显示面板，其配置成使用从光源装置发射的光显示图像；其中该光源装置包括发光二极管元件电路部分，其通过基于预定连接形式连接至少一个用作光源的发光二极管元件而形成；电源单元，其产生直流(DC)电源电压，并且将该DC电源电压施加到所述发光二极管元件电路部分，该DC电源电压用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件使所述发光二极管元件发光；电源施加开/关单元，其用于对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其被引起切换其操作，以便在DC电源电压的施加处于接通状态时执行恒定电流操作，以及在DC电源电压的施加处于关断状态时执行电压保持操作，所述恒定电流操作通过放大的输出电压实现对流经发光二极管元件电路部分的驱动电流的量的变化控制，其中该放大的输出电压取决于根据驱动电流的量检测的电压检测值和预定参考电压值之差，所述电压保持操作保持该放大的输出电压在一预定值，该预定值与参考电压值的差在一预定范围内。
6.根据权利要求5的显示器，其中所述光源装置包括对应于图像显示面板二维排列的多个发光二极管元件，并且由多个单元部分形成，所述单元部分包括所述排列的发光二极管元件中的预定发光二极管元件，每一个所述单元部分包括所述发光二极管元件电路部分、所述电源单元、所述电源施加开/关单元、以及所述电流控制电路部分，以及显示器中的控制器，其为每个所述单元部分独立地实施电源施加开/关单元的开/关控制、和电流控制电路部分的操作切换控制。
全文摘要
用于发光二极管元件的驱动装置、光源装置和显示器。该驱动装置包括发光二极管元件电路部分，其配置成通过基于预定连接形式连接至少一发光二极管元件形成；电源单元，其配置成用于产生直流(DC)电源电压并且将该DC电源电压施加到发光二极管元件电路部分，该DC电源电压用于驱动发光二极管元件电路部分的发光二极管元件使所述发光二极管元件发光；电源施加开/关单元，其配置成用于对DC电源电压向发光二极管元件电路部分的施加进行开/关；以及电流控制电路部分，其配置成被引起切换其操作，使得当DC电源电压的施加处于接通状态时执行恒定电流操作，当DC电源电压的施加处于关断状态时执行电压保持操作。
文档编号G09G3/20GK101083860SQ20071012922
公开日2007年12月5日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者冈部充 申请人:索尼株式会社
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