JP2006237382A - 電流駆動回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の電流発生素子に供給する電流を均一にして、各電流発生素子の輝度を全て均一にすること。
【解決手段】 電流発生素子に電流を流す電流駆動回路を並列に複数有し、各電流駆動回路は、定電流発生回路に流れる電流IREFからミラーされた基準電流を流す一方のトランジスタ素子のドレイン・ソース間電圧(Vds)と基準電流を任意の比で電流を流す他方のトランジスタ素子のドレイン・ソース間電圧(Vds)とを同一にするための差動増幅回路を有することにより、複数のMOSトランジスタに均一な電流をミラーでき、各電流駆動回路の電流発生素子の輝度を全て均一にする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えば、カラー液晶ディスプレイのバックライトとして使用される複数の白色LEDを、全て均一に発光するように駆動制御する電流駆動回路に関する。
従来、電流駆動回路としては、例えば、図5、図6に示すようなLED駆動回路が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
図5に示すLED駆動回路は、複数のLED44,54,64のアノードが入力直流電圧源10に接続され、カソードがグランドに接続する抵抗45,55,65に接続されている。そして、それぞれのLEDに流れる電流は、下記の(1)式で与えられる。
Figure 2006237382
図6に示すLED駆動回路は、入力直流電圧源10に接続され、基準電圧発生回路20が発生する電圧と抵抗36で決定される基準電流を発生する基準電流発生回路30と、基準電流が流れるMOSトランジスタ32からLEDを駆動するMOSトランジスタ37,38,39に任意の倍率で電流ミラーする回路から構成される。
特開2002−319707号公報 特開2003−187988号公報
しかし、上記のような従来のLED駆動回路では、複数のLEDに均一な電流を供給することができないという問題がある。
特に、カラー液晶ディスプレイのバックライトの光源として使用するためには、複数の白色LEDに流れる電流のばらつきの精度が高くないために、複数の白色LEDの輝度がばらつき、カラー液晶ディスプレイ全面を均一な明るさにすることが難しい。
問題を引き起こす大きな原因としては、白色LEDの順方向電圧(VF)のばらつきが3〜4Vと大きくばらつくことが考えられる。
また、白色LEDドライバ回路がフレキシブル基板を介してカラー液晶ディスプレイに接続するような場合は、接続部分の接触抵抗など配線に付く抵抗成分が数十Ωになることがあり、この抵抗成分もそれぞれの白色LED間で異なるということも原因の一つである。
従来回路である図5のLED駆動回路では、白色LEDの順方向電圧(VF)が大きくばらつくために、(1)式より、それぞれの白色LED44,54,64に流れる電流は大きくばらつく。
従来回路である図6のLED駆動回路では、基準電流をミラーするために、図5の白色LED駆動回路よりは複数の白色LEDに流れる電流のばらつきは少なくなるが、白色LEDの順方向電圧(VF)のばらつきにより、MOSトランジスタ37,38,39のドレイン・ソース間電圧(Vds)もばらつくため、MOSトランジスタ37,38,39の図7に示すようなチャネル長変調効果の影響により、複数の白色LED44,54,64間で流れる電流がばらつく。
そこで、本発明の目的は、LED等の複数の電流発生素子が並列接続された構成において、該複数の電流発生素子に流す電流を均一にすることにより、該各電流発生素子の輝度を全て均一にすることが可能な電流駆動回路を提供することにある。
本発明は、基準電流を発生する基準電流発生手段と、電流発生素子と、該電流発生素子からの電流および前記基準電流発生手段からの基準電流が供給される差動増幅手段とを有し、互いに並列接続された複数の電流駆動手段とを具え、前記各電流駆動手段を構成する前記差動増幅手段は、前記基準電流発生手段に接続される第1の入力端子と、前記電流発生素子に接続される第2の入力端子と、出力端子とを有する増幅器と、前記増幅器の出力端子に接続される制御端子を有する一対のトランジスタ素子からなるトランジスタ回路とを含み、前記増幅器の第1の入力端子は、前記基準電流発生手段から基準電流が供給される前記トランジスタ回路の一方のトランジスタ素子の入力端子に接続され、前記増幅器の第2の入力端子は、前記電流発生素子から電流が供給される前記トランジスタ回路の他方のトランジスタ素子の入力端子に接続され、前記第1の入力端子に供給される基準電流に対して、前記第2の入力端子から供給される電流を所定の比で流すことによって、電流駆動回路を構成する。
前記基準電流発生手段から基準電流が供給される前記トランジスタ回路を構成する前記一方のトランジスタ素子の入力端子が、前記増幅器の前記第1の入力端子と接続される接続部を第1の接続点とし、前記電流発生素子から電流が供給される前記トランジスタ回路を構成する前記他方のトランジスタ素子の入力端子が、前記増幅器の前記他方の第2の入力端子と接続される接続部を第2の接続点とし、前記増幅器の前記出力端子が、前記トランジスタ回路を構成する前記一対のトランジスタ素子の前記制御端子と接続される接続部を第3の接続点とし、前記基準電流発生手段から前記第1の接続点を介して前記第1の入力端子に供給される基準電流に対して、前記電流発生素子から前記第2の接続点を介して前記第2の入力端子に供給される電流を所定の比で流すように、前記第3の接続点に当たる前記一対のトランジスタ素子の前記制御端子の電位を調整して、前記第1の入力端子の接続部での電位と前記第2の入力端子の接続部での電位とが同一の電位となるように設定することにより、前記並列接続された各電流駆動手段を構成する前記各電流発生素子に流れる電流量が全て等しくなるようにしてもよい。
前記各電流駆動手段を構成する前記差動増幅手段は、前記電流発生素子としての発光ダイオードと、前記基準電流発生手段が接続される前記第1の入力端子と、前記発光ダイオードのアノード又はカソードに接続される前記第2の入力端子と、前記出力端子とを有する差動アンプと、前記差動アンプの前記出力端子に共通して接続される前記制御端子としてのゲート端子を有する一対のMOSトランジスタからなるトランジスタ回路とを具えてもよい。
本発明は、上記電流駆動回路を、カラー液晶ディスプレイのバックライト用の白色発光ダイオード駆動回路とすることによって、電流駆動回路を構成する。
本発明によれば、互いに並列接続された複数の電流駆動手段を有する電流駆動回路において、各電流駆動手段を構成する差動増幅手段を、基準電流発生手段に接続される第1の入力端子と電流発生素子に接続される第2の入力端子と出力端子とを有する増幅器と、増幅器の出力端子に共通して接続される制御端子を有する一対のトランジスタ素子からなるミラー回路とによって構成し、一方のトランジスタ素子の入力端子に接続された増幅器の第1の入力端子に供給される基準電流に対して、他方のトランジスタ素子の入力端子に接続された増幅器の第2の入力端子に供給される電流を所定の比で流すようにしたので、第1の入力端子の接続位置での電位と第2の入力端子の接続位置での電位とが同一の電位となるように設定することができ、これにより、並列接続された各電流駆動手段を構成する各電流発生素子に流れる電流量を全て等しくすることができ、例えば、各電流発生素子としてLEDを用いた場合、LEDの順方向電圧(VF)の差および配線に基づく抵抗成分による電圧降下に依存することなく、複数のLEDに対して全て均一な電流を供給することができるようになり、複数のLEDの輝度を全て均一にすることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
[第1の例]
本発明の第1の実施の形態を、図1〜図3に基づいて説明する。
(構成)
図1は、本発明に係る電流駆動回路の構成を示す。
本回路は、入力直流電圧源10と、基準電圧発生回路20と、定電流発生回路30と、複数の電流駆動回路40,50,60とから構成される。
定電流発生回路30は、誤差増幅アンプ31、バイアス抵抗36と、MOSトランジスタ32,33,34,35とからなる。
電流駆動回路40,50,60は、LED44,54,64と、差動増幅回路41,51,61とからなる。差動増幅回路41,51,61は、増幅アンプ41a,51a,61aと、一対のMOSトランジスタ42,43、MOSトランジスタ52,53、MOSトランジスタ62,63とからなる。
電流駆動回路40,50,60は、入力直流電圧源10にLED(Light Emitting Diode)44,54,64のアノードが接続され、LED44,54,64のカソードはMOSトランジスタ43,53、63のドレインに接続され、これにより、LED44,54,64からの電流(IF1,IF2,IF3)はMOSトランジスタ43,53、63を介してグランドに流れる。
定電流発生回路30は、MOSトランジスタ32,33,34,35で構成されるカレントミラー回路を通して、複数の電流駆動回路40,50,60に基準電流を入力する。
カレントミラー回路は、ミラー精度を高めるためにカスコード構成にすることもある。
各電流駆動回路40,50,60は、差動増幅回路41,51,61の増幅アンプ41a,51a,61aの一方の入力端子が定電流発生回路30からミラーされる基準電流が流れるMOSトランジスタ33,34,35のドレインに接続され、増幅アンプ41a,51a,61aの他方の入力端子が基準電流と任意の比の電流を流すMOSトランジスタ33,34,35のドレインに接続されている。
差動増幅回路41,51,61の増幅アンプ41a,51a,61aの出力端子は、一対のMOSトランジスタ42,43、52,53、62,63のゲートにそれぞれ接続され、これら一対のMOSトランジスタのソースはグランドにそれぞれ接続されている。
(回路動作)
次に、本回路の動作について説明する。
各電流駆動回路40,50,60の差動増幅回路41,51,61は、基準電流が流れるMOSトランジスタ42,52,62のドレイン・ソース間電圧(Vds=Vn1,Vn2,Vn3)と、基準電流に対して任意の比の電流を流すMOSトランジスタ43,53,63のドレイン・ソース間電圧(Vds=Vp1,Vp2,Vp3)がそれぞれ同じになるように、基準電流が流れるMOSトランジスタ42,52,62と、基準電流に対して任意の比の電流を流すMOSトランジスタ43,53,63とが共通して接続されたゲート端子におけるゲート・ソース間電圧(Vgs=Vg1,Vg2,Vg3)を個別に調整する。
従って、基準電流に対して任意の比の電流を流すMOSトランジスタ43,53,63のIF−Vp特性は、図7のようなチャネル長変調効果の影響を受けることなく、図2に示すようなVdsの変動に依存しないIF−Vp特性を示すことになる。
その結果、基準電流と任意の同じ比の電流を流すMOSトランジスタ43,53,63のドレイン電圧に依存することなく、基準電流回路30に流れる基準電流に対して、任意の比の電流を流す複数のMOSトランジスタ43,53,63に均一な電流をミラーすることが可能となる。
すなわち、本回路は、複数の電流駆動回路40,50,60間でのLED44,54,64の順方向電圧(VF)の差や配線に基づく抵抗成分による電圧降下の差に依存することのない電流レギュレータとして動作させることができる。
以下、本回路の動作をさらに詳細に説明する。
複数の電流駆動回路40,50,60が複数の順方向電圧(VF1≠VF2≠VF3)のばらつきが大きい白色LED44,54,64を駆動するために、NMOSトランジスタ43,53,63に基準電流をα倍した電流を流す場合、電流駆動回路40,50,60において、差動増幅回路41,51,61は、制御端子としてのゲート端子の電位Vg1,Vg2,Vg3を、以下に示すように、Vn1=Vp1、Vn2=Vp2、Vn3=Vp3となるように、各々個別に制御する。
電流駆動回路40は、基準電流が流れるNMOSトランジスタ42のドレイン電圧Vn1を、基準電流がα倍流れるNMOSトランジスタ43のドレイン電圧Vp1に追従させるようにVg1を制御する。
電流駆動回路50は、基準電流が流れるNMOSトランジスタ52のドレイン電圧Vn2を、基準電流がα倍流れるNMOSトランジスタ53のドレイン電圧Vp2に追従させるようにVg2を制御する。
電流駆動回路60は、基準電流が流れるNMOSトランジスタ62のドレイン電圧Vn3を、基準電流がα倍流れるNMOSトランジスタ63のドレイン電圧Vp3に追従させるようVg3を制御する。
従って、それぞれの基準電流がα倍流れるNMOSトランジスタ43,53,63は、図2に示すように駆動電流IFがドレイン・ソース間電圧(Vds)の変動には依存しないIF−Vp特性を示し、高い精度で複数のNMOSトランジスタ43,53,63に基準電流IREFをα倍した電流を流すことができるために、複数の順方向電圧(VF1≠VF2≠VF3)のばらつきが大きい白色LED(44,54,64)の輝度を均一にすることができる。
また、本回路は、白色LEDの順方向電圧(VF)と同様に、入力直流電圧源から白色LEDまでの配線に付く抵抗成分と白色LEDから電流駆動回路までの配線に基づく抵抗成分による電圧降下も補正するため、配線の引き回しが大きい回路にも対応可能である(IF1=IF2=IF3=αIREF)。
以上説明したように、LED44,54,64に電流を流す電流駆動回路40,50,60を並列に複数有し、各電流駆動回路は、定電流発生回路30に流れる電流IREFからミラーされた基準電流を流すMOSトランジスタ42,52,62のドレイン・ソース間電圧(Vds)と、基準電流を任意の比で電流を流すMOSトランジスタ43,53,63のドレイン・ソース間電圧(Vds)とを同一にするための差動増幅回路41,51,61を有することにより、各対のMOSトランジスタ42,43、52,53、62,63に均一な電流をミラーできるため、複数のLED44,54,64の輝度を全て均一にすることが可能となる。
(各駆動電流の均一化)
図3は、LED44,54,64の順方向電圧がVF1<VF2<VF3の条件において、駆動電流を変化させた場合のVp、Vn、Vg、IREF、IFの時間応答を示す。
時刻t1に駆動電流を減少させ、時刻t2に駆動電流を増加させる。この場合、電流の増減は、基準電圧発生回路20が電圧値を変化させることで実現できる。また、抵抗36を変化させることにより、電流を増減させてもよい。
1つの電流駆動回路40に注目して説明する。
時刻t1においては、Vg(Vg1,Vg2,Vg3)が下降し、IF(IF1,IF2,IF3)を減少させる。IFが減少すると、ダイオードの電流−電圧特性よりVFが減少するので、相対的にVp(Vp1,Vp2,Vp3)は上昇する。Vn(Vn1,Vn2,Vn3)はアンプの負帰還によりVpに追従する。
時刻t2においては、Vgが上昇し、IFを増加させる。IFが増加すると、VFも増加するので、Vpは下降する。同様に、VnはVpに追従する。
均一な電流を供給する電流駆動回路として見た場合、それぞれの電流駆動回路が、VF1≠VF2≠VF3の条件であってもIF1=IF2=IF3を満たすために、個々にVgを制御できる。
なお、図3の例では、VF1<VF2<VF3であるため、Vp3<Vp2<Vp1となる。
[第2の例]
本発明の第2の実施の形態を、図4に基づいて説明する。なお、前述した第1の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
(構成)
図4は、本発明に係る電流駆動回路の構成を示す。
本回路は、入力直流電圧源10と、基準電圧発生回路20と、定電流発生回路100と、複数の電流駆動回路70,80,90とから構成される。
定電流発生回路100は、誤差増幅アンプ101、バイアス抵抗106と、MOSトランジスタ103,104,105とからなる。
電流駆動回路70,80,90は、LED74,84,94と、差動増幅回路71,81,91とからなる。差動増幅回路71,81,91は、増幅アンプ71a,81a,91aと、一対のPMOSトランジスタ72,73、PMOSトランジスタ82,83、PMOSトランジスタ92,93とからなる。
(回路動作)
次に、本回路の動作について説明する。
複数の電流駆動回路70,80,90が複数の順方向電圧(VF4≠VF5≠VF6)のばらつきが大きい白色LED74,84,94を駆動するために、PMOSトランジスタ73,83,93に基準電流をα倍した電流を流す場合、電流駆動回路70,80,90において、差動増幅回路71,81,91は、制御端子としてのゲート端子の電位Vg4,Vg5,Vg6を、以下に示すように、Vn4=Vp4、Vn5=Vp5、Vn6=Vp6となるように、各々個別に制御する。
電流駆動回路70は、基準電流が流れるPMOSトランジスタ72のドレイン電圧Vn4を、基準電流がα倍流れるPMOSトランジスタ(73)のドレイン電圧Vp4に追従させるようにVg4を制御する。
電流駆動回路80は、基準電流が流れるPMOSトランジスタ82のドレイン電圧Vn5を、基準電流がα倍流れるPMOSトランジスタ83のドレイン電圧Vp5に追従させるようにVg5を制御する。
電流駆動回路90は、基準電流が流れるPMOSトランジスタ92のドレイン電圧Vn6を、基準電流がα倍流れるPMOSトランジスタ93のドレイン電圧Vp6に追従させるようVg6を制御する。
従って、それぞれの基準電流がα倍流れるPMOSトランジスタ73,83,93は、図2に示したように駆動電流IFがドレイン・ソース間電圧(Vds)の変動には依存しないIF−Vp特性を示し、高い精度で複数のPMOSトランジスタ73,83,93に基準電流IREFをα倍した電流を流すことができるために、複数の順方向電圧(VF4≠VF5≠VF6)のばらつきが大きい白色LED74,84,94の輝度を全て均一にすることができる(IF4=IF5=IF6=αIREF)。
本発明は、直流電圧源に並列接続された負荷に対し均一な電流を供給することが可能であるため、低電圧で駆動されるカラー液晶ディスプレイのバックライト用白色LED駆動回路として好適である。
本発明の第1の実施の形態における、電流駆動回路の構成を示す回路図である。 LED駆動用MOSトランジスタのIF−Vp特性を示す説明図である。 LED駆動回路の各部位での電流、電圧の経時的変化を示す説明図である。 本発明の第2の実施の形態における、電流駆動回路の構成を示す回路図である。 従来のLED駆動回路の説明図である。 従来のLED駆動回路の説明図である。 従来のLED駆動用MOSトランジスタのIF−Vp特性を示す説明図である。
符号の説明
10 入力直流電圧源
20 基準電圧発生回路
30 定電流発生回路
31 誤差増幅アンプ(電圧制御手段)
32 PMOSトランジスタ
33,34,35 PMOSトランジスタ
36 抵抗
40,50,60 LEDを駆動する電流駆動回路
41,51,61 差動増幅回路(電圧制御手段)
42,52,62 NMOSトランジスタ
43,53,63 NMOSトランジスタ
44,54,64 LED
70,80,90 電流駆動回路
71,81,91 差動増幅回路(電圧制御手段)
72,82,92 PMOSトランジスタ
73,83,93 PMOSトランジスタ
74,84,94 LED
100 定電流発生回路
101 誤差増幅アンプ(電圧制御手段)
102 NMOSトランジスタ
103,104,105 NMOSトランジスタ
α 任意の倍率

Claims (4)

  1. 基準電流を発生する基準電流発生手段と、
    電流発生素子と、該電流発生素子からの電流および前記基準電流発生手段からの基準電流が供給される差動増幅手段とを有し、互いに並列接続された複数の電流駆動手段と
    を具え、
    前記各電流駆動手段を構成する前記差動増幅手段は、
    前記基準電流発生手段に接続される第1の入力端子と、前記電流発生素子に接続される第2の入力端子と、出力端子とを有する増幅器と、
    前記増幅器の出力端子に接続される制御端子を有する一対のトランジスタ素子からなるトランジスタ回路と
    を含み、
    前記増幅器の第1の入力端子は、前記基準電流発生手段から基準電流が供給される前記トランジスタ回路の一方のトランジスタ素子の入力端子に接続され、
    前記増幅器の第2の入力端子は、前記電流発生素子から電流が供給される前記トランジスタ回路の他方のトランジスタ素子の入力端子に接続され、
    前記第1の入力端子に供給される基準電流に対して、前記第2の入力端子から供給される電流を所定の比で流すことを特徴とする電流駆動回路。
  2. 前記基準電流発生手段から基準電流が供給される前記トランジスタ回路を構成する前記一方のトランジスタ素子の入力端子が、前記増幅器の前記第1の入力端子と接続される接続部を第1の接続点とし、
    前記電流発生素子から電流が供給される前記トランジスタ回路を構成する前記他方のトランジスタ素子の入力端子が、前記増幅器の前記他方の第2の入力端子と接続される接続部を第2の接続点とし、
    前記増幅器の前記出力端子が、前記トランジスタ回路を構成する前記一対のトランジスタ素子の前記制御端子と接続される接続部を第3の接続点とし、
    前記基準電流発生手段から前記第1の接続点を介して前記第1の入力端子に供給される基準電流に対して、前記電流発生素子から前記第2の接続点を介して前記第2の入力端子に供給される電流を所定の比で流すように、前記第3の接続点に当たる前記一対のトランジスタ素子の前記制御端子の電位を調整して、前記第1の入力端子の接続部での電位と前記第2の入力端子の接続部での電位とが同一の電位となるように設定することにより、前記並列接続された各電流駆動手段を構成する前記各電流発生素子に流れる電流量が全て等しくなるようにしたことを特徴とする請求項1記載の電流駆動回路。
  3. 前記各電流駆動手段を構成する前記差動増幅手段は、
    前記電流発生素子としての発光ダイオードと、
    前記基準電流発生手段が接続される前記第1の入力端子と、前記発光ダイオードのアノード又はカソードに接続される前記第2の入力端子と、前記出力端子とを有する差動アンプと、
    前記差動アンプの前記出力端子に共通して接続される前記制御端子としてのゲート端子を有する一対のMOSトランジスタからなるトランジスタ回路と
    を具えたことを特徴とする請求項1又は2記載の電流駆動回路。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載された電流駆動回路を、
    カラー液晶ディスプレイのバックライト用の白色発光ダイオード駆動回路として構成したことを特徴とする電流駆動回路。
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