JP2009016685A - 発光素子の駆動回路および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】効率を改善する。
【解決手段】複数のＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃは複数のＬＥＤ２ａ〜２ｃごとに設けられ、対応するＬＥＤ２のアノードが接続される。昇圧回路１０は入力電圧Ｖｂａｔを昇圧する。複数の定電流源１２a〜１２ｃは、複数のＬＥＤ２ａ〜２ｃごとに設けられ、一端がＬＥＤ端子１０６a〜１０６ｃを介して対応するＬＥＤ２ａ〜２ｃに接続される。複数のスイッチ１４ａ〜１４ｃは、複数の定電流源１２ａ〜１２ｃごとに設けられ、対応する定電流源１２に対して、入力電圧Ｖｂａｔと昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔのいずれかを選択的に出力する。制御回路２０は、複数のＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃの電圧Ｖｌｅｄ＿ａ〜Ｖｌｅｄ＿ｃを個別に監視し、各電圧にもとづいて、対応するスイッチ１４の接続状態を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光素子を駆動するための駆動回路に関する。

携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの電池駆動型の電子機器には、液晶のバックライトに用いられるＬＥＤ（Light Emitting Diode）のように、電池の出力電圧よりも高い電圧を必要とするデバイスが搭載される。例えば、これらの電子機器にはＬｉイオン電池が多く用いられ、その出力電圧は通常３．５Ｖ程度、満充電時においても４．２Ｖ程度である。一方、ＬＥＤはその駆動電圧として電池電圧よりも高い電圧を必要とする。このように、電池電圧よりも高い電圧が必要とされる場合、スイッチングレギュレータやチャージポンプ回路を用いて電池電圧を昇圧し、ＬＥＤなどの負荷回路を駆動するために必要な電圧を得ている。特許文献１には関連技術が開示される。
特開２００５−２６０１１０号公報

特許文献１の回路では、ＲＧＢ３色のＬＥＤのうち、ＧおよびＢについては、昇圧された電圧で駆動し、Ｒについては、電池電圧と昇圧された電圧を切りかえて駆動する。

本発明はこうした状況下においてなされたものであり、その目的は、複数の発光素子を高効率で駆動可能な駆動回路の提供にある。

本発明のある態様は、複数の発光素子を駆動する駆動回路に関する。この駆動回路は、複数の発光素子ごとに設けられ、対応する発光素子のアノードが接続されるべき複数の駆動端子と、入力電圧を昇圧する昇圧回路と、複数の発光素子ごとに設けられ、一端が対応する駆動端子に接続された複数の定電流源と、複数の定電流源ごとに設けられ、対応する定電流源に対して、入力電圧と昇圧回路の出力電圧のいずれかを選択的に出力する複数のスイッチと、複数の駆動端子の電圧を個別に監視し、各駆動端子の電圧にもとづいて、対応するスイッチの接続状態を制御する制御回路と、を備え、ひとつの半導体基板上に集積化される。

この態様によると、発光素子ごとに、電池電圧と昇圧回路の出力電圧とを切りかえて駆動できるため、効率を高めることが可能となる。さらに、発光素子を駆動するための定電流源を、発光素子のアノード側に設けることにより、端子の数の増加を抑制でき、回路面積の増大を抑制できる。

制御回路は、各駆動端子に接続される定電流源の両端間の電圧にもとづいて、その定電流源に対応するスイッチの接続状態を制御してもよい。

制御回路は、複数の駆動端子ごとに設けられ、対応する定電流源の両端間の電圧を所定のしきい値電圧と比較する複数のコンパレータを含んでもよい。制御回路は、各コンパレータの出力にもとづいて、対応するスイッチの接続状態を切りかえてもよい。

制御回路は、複数の駆動端子ごとに設けられた複数のコンパレータを含み、各コンパレータの出力にもとづいて、対応するスイッチの接続状態を切りかえてもよい。各コンパレータは、駆動端子に対応するスイッチが入力電圧を出力するとき、駆動端子の電圧と入力電圧の電位差を、所定の第１しきい値電圧と比較し、駆動端子に対応するスイッチが昇圧回路の出力電圧を出力するとき、駆動端子の電圧と昇圧回路の出力電圧の電位差を、所定の第２しきい値電圧と比較してもよい。

各コンパレータは、対応するスイッチが入力電圧を出力するとき、対応する駆動端子の電圧を、入力電圧から第１しきい値電圧だけ降下した電圧と比較し、対応するスイッチが昇圧回路の出力電圧を出力するとき、対応する駆動端子の電圧を、昇圧回路の出力電圧から第２しきい値電圧だけ降下した電圧と比較してもよい。
この場合、スイッチの接続状態にかかわらず、スイッチおよび定電流源に発生する電圧降下を、しきい値電圧と比較することができる。

昇圧回路は、複数の昇圧率が切りかえ可能なチャージポンプ回路であって、制御回路はさらに、複数の駆動端子の電圧にもとづいて、チャージポンプ回路の昇圧率を切りかえてもよい。

昇圧回路は、スイッチングレギュレータであって、制御回路はさらに、複数の駆動端子の電圧にもとづいて、フィードバックによりスイッチングレギュレータの出力電圧を調節してもよい。

本発明の別の態様は、電子機器である。この電子機器は、電池と、複数の発光素子と、電池の電圧を入力電圧として受け、複数の発光素子を駆動する上述のいずれかの駆動回路と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る駆動回路によれば、発光素子を高効率に駆動できる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａと部材Ｂが接続」された状態とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ａと部材Ｂの間に部材Ｃが設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図１は、本発明の実施形態に係る発光装置２００を示す回路図である。発光装置２００は、携帯電話端末やＰＤＡなどの電子機器に搭載され、液晶パネルのバックライトや照明、着信表示用のイルミネーションとして利用される。発光装置２００は、発光素子として複数のＬＥＤ２ａ〜２ｃ（以下、必要に応じてＬＥＤ２と総称する）と、ＬＥＤを駆動するための駆動回路１００と、電源としての電池１１２と、を備える。電池１１２は二次電池であり、充電状態に応じて値の変化する電池電圧Ｖｂａｔを出力する。駆動回路１００は、電池電圧Ｖｂａｔを電源として受け、ＬＥＤ２ａ〜２ｃを駆動する。以下、ＬＥＤ２ａ〜２ｃが、順方向電圧がＶｆ＝３．４Ｖ程度の白色ＬＥＤであり、電池１１２が、３Ｖ〜４．２Ｖ程度の電池電圧Ｖｂａｔを出力するリチウムイオン電池ものとして説明する。

駆動回路１００は、その主要部がひとつの半導体基板上に集積化されている。駆動回路１００は、入力端子１０２と、出力端子１０４と、複数のＬＥＤ駆動端子（以下、ＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃといい、必要に応じてＬＥＤ端子１０６と総称する）と、を備える。入力端子１０２には、電池電圧Ｖｂａｔが入力電圧として供給される。出力端子１０４には、出力キャパシタＣ１が接続されており、電池電圧Ｖｂａｔを昇圧して得られる昇圧電圧Ｖｏｕｔが現れる。ＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃは、複数のＬＥＤ２ａ〜２ｃごとに設けられる。ＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃそれぞれには、対応するＬＥＤ２ａ〜２ｃのアノードが接続される。

駆動回路１００は、昇圧回路１０、定電流源１２ａ〜１２ｃ、スイッチ１４ａ〜１４ｃ、制御回路２０を備える。昇圧回路１０は、入力電圧Ｖｂａｔを昇圧する回路であり、チャージポンプ回路やスイッチングレギュレータが好適に利用できる。以下、昇圧回路１０は昇圧率が１．５倍のチャージポンプ回路であるとする。なお、ＬＥＤ２およびそれに対応する定電流源１２、スイッチ１４の数は３個に限定されず、任意であってよい。

定電流源１２ａ〜１２ｃ（以下、必要に応じて定電流源１２と総称する）は、複数のＬＥＤ２ａ〜２ｃごとに設けられる。定電流源１２ａ〜１２ｃそれぞれは、その一端が対応するＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃを介して、ＬＥＤ２ａ〜２ｃと接続される。

複数のスイッチ１４ａ〜１４ｃは、複数の定電流源１２ａ〜１２ｃごとに設けられる。スイッチ１４ａ〜１４ｃは、対応する定電流源１２ａ〜１２ｃに対して、入力電圧Ｖｂａｔと昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔのいずれかを選択的に出力する。スイッチ１４ａ〜１４ｃの接続状態は、個別に制御可能となっている。以下、スイッチ１４が入力電圧Ｖｂａｔ側にオンした状態を、第１状態φ１といい、出力電圧Ｖｏｕｔ側にオンした状態を、第２状態φ２という。

制御回路２０は、複数のＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃの電圧（以下、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａ〜Ｖｌｅｄ＿ｃという）を個別に監視し、各ＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃのＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａ〜Ｖｌｅｄ＿ｃにもとづいて、対応するスイッチ１４ａ〜１４ｃの接続状態を制御する。

制御回路２０によるスイッチ１４の制御について説明する。制御回路２０は、初期状態において、すべてのスイッチ１４ａ〜１４ｃを第１状態φ１にセットし、入力電圧Ｖｂａｔ側にオンさせる。

ＬＥＤ２を所望の輝度で発光させるためには、その輝度に対応する電流を供給する必要がある。定電流源１２がその輝度に対応する定電流を安定に供給するためには、定電流源１２内部の電流経路上に設けられたトランジスタが、定電流領域で動作する必要がある。つまり、定電流源１２の両端間の電圧（つまり電圧降下）ΔＶが、あるしきい値電圧Ｖｔｈ以上確保されている必要がある。定電流領域とは、ドレイン電流（コレクタ電流）がドレインソース間電圧（コレクタエミッタ間電圧）に依存しない領域を意味し、電界効果トランジスタの飽和領域、バイポーラトランジスタの活性領域に相当する。定電流源１２が安定動作する電圧は、定電流回路の形式や使用するトランジスタの種類、サイズに依存するが、ここでは両端間の電圧ΔＶが、Ｖｔｈ（＝０．２Ｖ）以上のときに安定した定電流を生成可能であるとする。

制御回路２０は、ＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃのＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａ〜Ｖｌｅｄ＿ｃをモニタして、定電流源１２ａ〜１２ｃそれぞれに、Ｖｔｈ（＝０．２Ｖ）以上の電圧降下が発生しているかをチェックする。電池１１２が満充電状態（Ｖｂａｔ＞〜４Ｖ）であれば、ＬＥＤ２の順方向電圧Ｖｆは３．４Ｖであるから、スイッチ１４による電圧降下を無視した場合、定電流源１２ｃ〜１２ｃの両端間の電圧ΔＶは０．６Ｖ程度となり、いずれもしきい値電圧Ｖｔｈ（＝０．２Ｖ）より大きくなる。実際には、オン抵抗に起因するスイッチ１４の電圧降下を差し引いた電圧が、定電流源１２の両端間の電圧ΔＶとなる。以下、説明の簡略化のため、スイッチ１４のオン抵抗は無視する。

入力電圧Ｖｂａｔが３．６Ｖを下回り、その結果たとえば、定電流源１２ｃの両端間の電圧ΔＶがしきい値電圧Ｖｔｈ（＝０．２Ｖ）を下回った場合、その定電流源１２ｃに対応するスイッチ１４ｃの接続状態を第２状態φ２とし、昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔ側に切りかえる。入力電圧Ｖｂａｔが３．６Ｖのとき、昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔは５．４Ｖとなるから、定電流源１２ｃの両端間の電圧ΔＶは、再び０．２Ｖ以上となり、安定した定電流をＬＥＤ２ｃに供給できる。

本実施の形態によれば、ＬＥＤ２ごとに、入力電圧Ｖｂａｔまたは昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔを切りかえて駆動するため、高効率を実現することができる。

具体的な数値を用いて、実施の形態の効率改善について説明する。同じ白色ＬＥＤであっても、順方向電圧Ｖｆにはばらつきが存在し、均一ではない。たとえば、同じ電流が流れた状態で、ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃの順方向電圧Ｖｆはそれぞれ、３．２Ｖ、３．４Ｖ、３．６Ｖとなるかもしれない。このとき電池電圧Ｖｂａｔが３．６Ｖとすると、定電流源１２ａ、１２ｂ、１２ｃの両端間の電圧ΔＶはそれぞれ、０．４Ｖ、０．２Ｖ、０Ｖであるから、ＬＥＤ２ｃは駆動できないが、ＬＥＤ２ａ、２ｂは駆動可能である。この場合に、本実施の形態に係る駆動回路１００によれば、ＬＥＤ２ｃのみを昇圧回路１０で駆動し、ＬＥＤ２ａ、２ｂは入力電圧Ｖｂａｔで駆動することができる。

ＬＥＤ２ａ〜２ｃに流れる電流をそれぞれＩｏ１、Ｉｏ２、Ｉｏ３とすると、電池１１２から入力端子１０２に流れ込む入力電流Ｉｉｎは、
Ｉｉｎ＝Ｉｏ１×１．０＋Ｉｏ２×１．０＋Ｉｏ３×１．５
となる。Ｉｏ３のみ１．５が乗算されているのは、チャージポンプ回路の昇圧率が１．５倍だからである。Ｉｏ１＝Ｉｏ２＝Ｉｏ３＝２０ｍＡとすれば、入力電流Ｉｉｎは、７０ｍＡとなる。

もし仮に、複数のスイッチ１４ａ〜１４ｃを設けずに、単一のスイッチを設けて、すべての定電流源１２ａ〜１２ｃに対して、入力電圧Ｖｂａｔまたは出力電圧Ｖｏｕｔを、一括して切りかえて供給した場合を考える。この場合、すべてのＬＥＤをチャージポンプ回路の出力電圧Ｖｏｕｔで駆動する必要があるから、入力電流Ｉｉｎは、
Ｉｉｎ＝Ｉｏ１×１．５＋Ｉｏ２×１．５＋Ｉｏ３×１．５
となる。Ｉｏ１＝Ｉｏ２＝Ｉｏ３＝２０ｍＡとすれば、入力電流Ｉｉｎは、９０ｍＡである。本実施の形態では、入力電流Ｉｉｎは７０ｍＡであったから、２０ｍＡもの電流を削減することが可能となる。チャージポンプ回路の昇圧率がさらに高ければ、この効果はより一層顕著となる。

また本実施の形態によれば、定電流源１２ａ〜１２ｃの電圧降下を小さくすることができる。つまり、単一のスイッチしか設けない場合、定電流源１２ａ、１２ｂ、１２ｃの電圧降下はそれぞれ、２．２Ｖ、２．０Ｖ、１．８Ｖとなって、無駄な電力が消費されることになる。一方、本実施の形態では、ＬＥＤ２ｃのみが昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔで駆動されるから、定電流源１２ａ、１２ｂ、１２ｃの電圧降下はそれぞれ、０．４Ｖ、０．２Ｖ、１．８Ｖとなり、消費電力が低減される。

このように本実施の形態に係る駆動回路１００によれば、ＬＥＤ２ごとにスイッチ１４を設け、すべての定電流源１２の両端間の電圧ΔＶを個別に監視することにより、消費電流を低減して高効率駆動が可能となる。

さらに、本実施の形態では、定電流源１２ａ〜１２ｃをＬＥＤ２ａ〜２ｃのアノード側に設けている。その結果、複数のスイッチ１４ａ〜１４ｃを設けた場合でも、端子数の増加を抑制することができる。

もし定電流源１２をＬＥＤ２のカソード側に設けた場合、ＬＥＤ２ａ〜２ｃそれぞれのカソードを、駆動回路１００内部の定電流源１２ａ〜１２ｃに接続するために、３つの端子を新たに追加する必要がある。つまり駆動回路１００には、入力端子１０２、出力端子１０４に加えて、３つのアノード用端子と３つのカソード用端子の計８個の端子が必要とされる。これに対して、図１の回路では、定電流源１２をＬＥＤ２のアノード側に設けるため、計５個の端子を設ければよく、３個の端子を削減することが可能となる。ＬＥＤがｎ個（ｎは整数）設けられている場合、ｎ個の端子が削減できることは容易に理解でき、したがってＬＥＤ２の個数が多いほど、回路面積の増大を抑制することができる。

図２（ａ）、（ｂ）は、制御回路２０の構成例を示す回路図である。図２（ａ）の制御回路２０ａは、コンパレータ２２ａ、抵抗Ｒ１ａ、電流源２４ａを含む。制御回路２０ａは、ＬＥＤ２ａを駆動する定電流源１２ａの両端間の電圧ΔＶを監視する回路であり、同様の回路が、ＬＥＤ２ｂ、２ｃにも設けられている。

抵抗Ｒ１ａの一端は、スイッチ１４aの一端と接続される。すなわち、抵抗Ｒ１ａの一端には、スイッチ１４ａの接続状態に応じて、入力電圧Ｖｂａｔまたは昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔのいずれか一方が印加される。抵抗Ｒ１ａの他端と接地端子間には、定電流Ｉｃ１を生成する電流源２４ａが設けられる。定電流Ｉｃ１によって、抵抗Ｒ１ａには、電圧降下Ｖｔｈ（＝Ｒ１ａ×Ｉｃ１）が発生する。Ｖｔｈ＝０．２Ｖとなるように、抵抗Ｒ１ａおよび定電流Ｉｃ１を調節する。コンパレータ２２は、抵抗Ｒ１ａの他端と、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａを比較する。

すなわち、コンパレータ２２は、定電流源１２aの両端間の電圧ΔＶと、抵抗Ｒ１ａの電圧降下Ｖｔｈ（＝０．２Ｖ）を比較し、ΔＶ≧Ｖｔｈのとき、スイッチ１４ａを入力電圧Ｖｂａｔ側に接続し、ΔＶ＜Ｖｔｈのとき、スイッチ１４ａを昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔ側に接続する。

図２（ａ）の制御回路２０ａによれば、定電流源１２ａの両端間の電圧ΔＶにもとづいて、スイッチ１４ａの接続状態を好適に制御することができる。

図２（ｂ）の制御回路２０ｂは、第１抵抗Ｒ２、第２抵抗Ｒ３、第１電流源２８、第２電流源２９、３入力コンパレータ２６ａ〜２６ｃ（３入力コンパレータ２６と総称する）、を含む。

３入力コンパレータ２６は、ＬＥＤ端子１０６に対応するスイッチ１４が入力電圧Ｖｂａｔを出力するとき、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄと入力電圧Ｖｂａｔの電位差ΔＶ’を、所定の第１しきい値電圧Ｖｔｈ２と比較する。また、ＬＥＤ端子１０６に対応するスイッチ１４が昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔを出力するとき、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄと昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔの電位差ΔＶ’を、所定の第２しきい値電圧Ｖｔｈ３と比較する。

３入力コンパレータ２６は、対応するスイッチ１４が入力電圧Ｖｂａｔを出力するとき、対応するＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄを、入力電圧Ｖｂａｔから第１しきい値電圧Ｖｔｈ２だけ降下した電圧Ｖｘ２と比較する。また、３入力コンパレータ２６は、対応するスイッチ１４が昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔを出力するとき、対応するＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄを、昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔから第２しきい値電圧Ｖｔｈ３だけ降下した電圧Ｖｘ３と比較する。

具体的には、第１抵抗Ｒ２の一端は入力端子１０２に接続されて、入力電圧Ｖｂａｔが印加されている。第１定電流Ｉｃ２を生成する第１電流源２８は第１抵抗Ｒ２の他端と接地端子間に設けられている。第１抵抗Ｒ２には、電圧降下Ｖｔｈ２（＝Ｉｃ２×Ｒ２）が発生する。したがって、第１抵抗Ｒ２と第１電流源２８の接続ノードの電圧Ｖｘ２は、（Ｖｂａｔ−Ｖｔｈ２）となる。

一方、第２抵抗Ｒ３の一端は出力端子１０４に接続されて、昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔが印加されている。第２定電流Ｉｃ３を生成する第２電流源２９は第２抵抗Ｒ３の他端と接地端子間に設けられている。第２抵抗Ｒ３には、電圧降下Ｖｔｈ３（＝Ｉｃ３×Ｒ３）が発生する。したがって、第２抵抗Ｒ３と第２電流源２９の接続ノードの電圧Ｖｘ３は、（Ｖｏｕｔ−Ｖｔｈ３）となる。

３入力コンパレータ２６ａ〜２６ｃは、２つの反転入力端子と、１つの非反転入力端子を備える。３入力コンパレータ２６ａ〜２６ｃは、２つの反転入力端子のうち、選択された一方の端子の電圧と、非反転入力端子の電圧を比較する回路である。３入力コンパレータ２６ａの２つの反転入力端子には、電圧（Ｖｂａｔ−Ｖｔｈ２）と、電圧（Ｖｏｕｔ−Ｖｔｈ３）が入力される。３入力コンパレータ２６ｂ、２６ｃも同様である。３入力コンパレータ２６ａ〜２６ｃそれぞれの非反転入力端子には、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａ〜Ｖｌｅｄ＿ｃが印加されている。

スイッチ１４ａが入力電圧Ｖｂａｔ側にオンしているとき、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａは、
Ｖｌｅｄ＿ａ＝Ｖｂａｔ−ΔＶ’
で与えられる。ここでΔＶ’は、スイッチ１４ａおよび定電流源１２ａの両端間の電圧であり、スイッチ１４ａの電圧降下と、定電流源１２ａの電圧降下の和となっている。

また、スイッチ１４ａが昇圧回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔ側にオンしているとき、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａは、
Ｖｌｅｄ＿ａ＝Ｖｏｕｔ−ΔＶ’
で与えられる。

３入力コンパレータ２６は、スイッチ１４ａの接続状態に応じて、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａを、いずれの反転入力端子の電圧と比較するかを切りかえる。すなわち、スイッチ１４ａが入力電圧Ｖｂａｔ側にオンする第１状態φ１においては、入力電圧Ｖｂａｔを基準として生成される電圧（Ｖｂａｔ−Ｖｔｈ２）を選択して、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａと比較する。逆に、スイッチ１４ａが出力電圧Ｖｏｕｔ側にオンする第２状態φ２においては、出力電圧Ｖｏｕｔを基準として生成される電圧（Ｖｏｕｔ−Ｖｔｈ２）を選択して、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ＿ａと比較する。

その結果、第１状態φ１においては、電圧（Ｖｂａｔ−ΔＶ’）と、電圧（Ｖｂａｔ−Ｖｔｈ２）が比較され、結果として、電圧降下ΔＶ’としきい値電圧Ｖｔｈ２を比較することができる。同様に、第２状態φ２においては、電圧（Ｖｏｕｔ−ΔＶ’）と、電圧（Ｖｏｕｔ−Ｖｔｈ３）が比較され、結果として、電圧降下ΔＶ’としきい値電圧Ｖｔｈ３を比較することができる。

オン抵抗に起因してスイッチ１４ａに生ずる電圧降下を、Ｖｏｎとする。このとき、Ｖｔｈ２＝Ｖｔｈ３＝（Ｖｏｎ＋Ｖｔｈ）となるように設定することによって、定電流源１２ａの両端間の電圧ΔＶを、しきい値電圧Ｖｔｈと比較することができる。たとえば、Ｖｏｎ＝０．２Ｖ、Ｖｔｈ＝０．２Ｖであれば、Ｖｔｈ２＝Ｖｔｈ３＝０．４Ｖに設定すればよい。

３入力コンパレータ２６ｂ、２６ｃについても、３入力コンパレータ２６ａと同様に動作する。

図２（ａ）の回路では、ＬＥＤごとに電流源２４および抵抗Ｒ１を設ける必要があるため、ＬＥＤがｎ個の場合、抵抗Ｒ１がｎ個、電流源２４がｎ個必要となる。これに対して、図２（ｂ）の回路によれば、ＬＥＤの個数が増加しても、第１抵抗Ｒ２、第２抵抗Ｒ３、第１電流源２８、第２電流源２９を設ければよいため、回路面積を削減できる。

次に図１に戻り、昇圧回路１０が、昇圧率αが切りかえ可能なチャージポンプ回路である場合について説明する。この場合、制御回路２０はさらに、複数のＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄにもとづいて、チャージポンプ回路の昇圧率αを切りかえる。ここでは、昇圧率αは１倍、１．５倍、２倍で切りかえられるものとする。図３は、発光装置２００の第１の動作シーケンスを示すフローチャートである。なお、図３および後述の図４のフローチャートにおいて、各処理の順序は適宜変更しても構わない。

まず、回路が起動すると、チャージポンプ回路の昇圧率αを最低値（１倍）に設定し、すべてのスイッチ１４を、第１状態φ１に設定する（Ｓ１００）。続いて、ＬＥＤ２ａ〜２ｃを駆動した状態で、各スイッチ１４の両端間の電圧ΔＶを監視する。監視の結果、ΔＶ＞Ｖｔｈの場合（Ｓ１０２のＮ）、監視を継続する。

いずれかの定電流源１２において、ΔＶ＜Ｖｔｈとなると（Ｓ１０２のＹ）、その定電流源１２に接続されるスイッチ１４の状態をチェックする（Ｓ１０４）。チェックの結果、そのスイッチ１４が第１状態φ１であれば（Ｓ１０４のＹ）、第２状態φ２に設定し（Ｓ１０６）、ステップＳ１０２に戻る。

もし、ステップＳ１０４において、スイッチが第２状態φ２であれば（Ｓ１０４のＮ）、チャージポンプ回路の昇圧率αを、１段階上昇させる（Ｓ１０８）。つまり、それまでの昇圧率αを保持しておき、１倍であれば１．５倍に、１．５倍であれば２倍に変更する。以上の制御は、制御回路２０にステートマシンの機能を設けることにより実現可能である。

次に、昇圧回路１０がスイッチングレギュレータである場合について説明する。スイッチングレギュレータの場合、制御回路２０は複数の定電流源１２のうち、両端間の電圧ΔＶが最小のものが、所定の目標値Ｖｒｅｆと一致するようにフィードバックによりスイッチングを制御する。この目標値は、しきい値電圧Ｖｔｈと同値、あるいはそれより大きな値に設定する。

図３のフローチャートにもとづいた処理によれば、チャージポンプ回路の昇圧率αの切りかえ制御と、各スイッチ１４の制御を好適に実行できる。

図４は、発光装置２００の第２の動作シーケンスを示すフローチャートである。図４のフローチャートのステップＳ１２０、Ｓ１２２、Ｓ１２４、Ｓ１２６は、図３のフローチャートのＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６にそれぞれ対応するため説明を省略する。

ステップＳ１２４において、スイッチが第１状態φ１であった場合（Ｓ１２４のＹ）、スイッチを第２状態φ２に切りかえる（Ｓ１２６）。ステップＳ１２４において、スイッチが第２状態φ２であった場合（Ｓ１２４のＮ）、第２状態に設定されるスイッチ１４に対応する定電流源１２の両端間の電圧ΔＶが目標値Ｖｒｅｆに一致するよう、フィードバックによりスイッチングレギュレータを制御する（Ｓ１２８、Ｓ１３０）。

具体的には、まず、第２状態φ２に設定されるスイッチ１４が複数あった場合、それらのスイッチ１４に対応する定電流源１２の両端間の電圧ΔＶのうち、最小のものを選択する（Ｓ１２８）。この処理は最小値回路を利用すればよい。

そして、選択された両端間の電圧ΔＶをフィードバック電圧として、パルス幅変調やパルス周波数変調を利用して、電圧ΔＶが目標値Ｖｒｅｆに一致するようにスイッチングレギュレータを制御する（Ｓ１３０）。なお、スイッチングレギュレータの制御回路の構成は公知であるため、詳しい説明を省略する。

図４のフローチャートにもとづいた処理によれば、スイッチングレギュレータのフィードバック制御と、各スイッチ１４の制御を好適に実行できる。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

実施の形態では、ＬＥＤ２ａ〜２ｃがいずれも白色ＬＥＤの場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、それぞれ異なる色のＬＥＤを用いてもよい。異なる色のＬＥＤを用いる場合、順方向電圧Ｖｆの値がさらに異なるため、本発明の効果をさらに享受できる。
また、発光素子はＬＥＤに限定されず、有機ＥＬ素子や半導体レーザなどであってもよい。

実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

本発明の実施形態に係る発光装置を示す回路図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、制御回路の構成例を示す回路図である。 発光装置の第１の動作シーケンスを示すフローチャートである。 発光装置の第２の動作シーケンスを示すフローチャートである。

符号の説明

２…ＬＥＤ、１０…昇圧回路、１２…定電流源、１４…スイッチ、２０…制御回路、２２…コンパレータ、２４…電流源、Ｒ１…抵抗、２６…３入力コンパレータ、Ｒ２…第１抵抗、Ｒ３…第２抵抗、２８…第１電流源、２９…第２電流源、１００…駆動回路、１０２…入力端子、１０４…出力端子、１０６…ＬＥＤ端子、１１２…電池、２００…発光装置、Ｃ１…出力キャパシタ。

Claims (8)

1. 複数の発光素子を駆動する駆動回路であって、
   前記複数の発光素子ごとに設けられ、対応する発光素子のアノードが接続されるべき複数の駆動端子と、
   入力電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記複数の発光素子ごとに設けられ、一端が前記駆動端子を介して対応する前記発光素子に接続される複数の定電流源と、
   前記複数の定電流源ごとに設けられ、対応する定電流源に対して、前記入力電圧と前記昇圧回路の出力電圧のいずれかを選択的に出力する複数のスイッチと、
   前記複数の駆動端子の電圧を個別に監視し、各駆動端子の電圧にもとづいて、対応する前記スイッチの接続状態を制御する制御回路と、
   を備え、ひとつの半導体基板上に集積化されることを特徴とする駆動回路。
2. 前記制御回路は、前記各駆動端子に接続される定電流源の両端間の電圧にもとづいて、その定電流源に対応する前記スイッチの接続状態を制御することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
3. 前記制御回路は、前記複数の駆動端子ごとに設けられ、対応する定電流源の両端間の電圧を所定のしきい値電圧と比較する複数のコンパレータを含み、各コンパレータの出力にもとづいて、対応するスイッチの接続状態を切りかえることを特徴とする請求項２に記載の駆動回路。
4. 前記制御回路は、前記複数の駆動端子ごとに設けられた複数のコンパレータを含み、各コンパレータの出力にもとづいて、対応するスイッチの接続状態を切りかえ、
   各コンパレータは、駆動端子に対応するスイッチが前記入力電圧を出力するとき、駆動端子の電圧と前記入力電圧の電位差を、所定の第１しきい値電圧と比較し、駆動端子に対応するスイッチが前記昇圧回路の出力電圧を出力するとき、駆動端子の電圧と前記昇圧回路の出力電圧の電位差を、所定の第２しきい値電圧と比較することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
5. 各コンパレータは、対応するスイッチが前記入力電圧を出力するとき、対応する駆動端子の電圧を、前記入力電圧から前記第１しきい値電圧だけ降下した電圧と比較し、対応するスイッチが前記昇圧回路の出力電圧を出力するとき、対応する駆動端子の電圧を、前記昇圧回路の出力電圧から前記第２しきい値電圧だけ降下した電圧と比較することを特徴とする請求項４に記載の駆動回路。
6. 前記昇圧回路は、複数の昇圧率が切りかえ可能なチャージポンプ回路であって、
   前記制御回路はさらに、前記複数の駆動端子の電圧にもとづいて、前記チャージポンプ回路の昇圧率を切りかえることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の駆動回路。
7. 前記昇圧回路は、スイッチングレギュレータであって、
   前記制御回路はさらに、前記複数の駆動端子の電圧にもとづいて、フィードバックにより前記スイッチングレギュレータの出力電圧を調節することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の駆動回路。
8. 電池と、
   複数の発光素子と、
   前記電池の電圧を入力電圧として受け、前記複数の発光素子を駆動する請求項１から５のいずれかに記載の駆動回路と、
   を備えることを特徴とする電子機器。

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