JP2010062327A - Light emitting element drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子のドライブ回路に関する。 The present invention relates to a drive circuit for a light emitting element.
発光素子、なかでもLED(Light Emitting Diode)を用いた表示装置は、低消費電力、長寿命である特徴を生かして、主に屋外用表示装置として盛んに使用されている。
LED表示装置は、複数のLEDをそれぞれ定電流で駆動する電流制御回路と、LEDの故障を検知する故障検出回路を備えている(例えば、特許文献1参照。)。
Display devices using light emitting elements, especially LEDs (Light Emitting Diodes), are actively used mainly as outdoor display devices, taking advantage of their low power consumption and long life.
The LED display device includes a current control circuit that drives each of the plurality of LEDs with a constant current, and a failure detection circuit that detects a failure of the LED (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されたLED表示装置は、複数の発光素子が配列された発光素子ユニットの各発光素子の発光と非発光によって任意のパターンを表示する表示器と、表示器に表示するパターンを制御する表示制御手段から成り、表示器は、複数の発光素子が配列された発光素子ユニットと、表示制御手段から送信されるパターン情報に従って発光素子ユニットの各発光素子の発光と非発光を制御する発光素子制御手段と、表示制御手段からのパターン情報を発光素子制御手段に送信する通信制御手段と、発光素子ユニットの電源ラインに流れる電流値により発光素子ユニットの故障を検知する故障検知手段を具備している。
The LED display device disclosed in
故障検知手段による発光素子ユニットの故障検知は、発光素子制御手段によって特定のパターンの発光を行ったときの電源ラインに流れる電流値を所定値と比較することにより行なっている。 Failure detection of the light emitting element unit by the failure detection means is performed by comparing the current value flowing through the power supply line when a specific pattern of light is emitted by the light emission element control means with a predetermined value.
然しながら、特許文献1に開示されたLED表示装置は、LEDの故障を検出するに際して、LEDにパターンを表示するときと同じ電流でLEDを駆動している。
そのため、LEDの故障を検出するに足る電流より、はるかに多くの電流が流れるので、ムダな電力が消費されるという問題がある。
However, the LED display device disclosed in
Therefore, since much more current flows than the current sufficient to detect a failure of the LED, there is a problem that wasteful power is consumed.
特に、一部の不灯LEDを検出するために、全LEDを同時点灯させると、LEDの発熱によりLEDの信頼性が損なわれる恐れがある。
本発明は、少ない消費電流で故障検出が行える動作モードを有する発光素子のドライブ回路を提供する。 The present invention provides a drive circuit for a light emitting element having an operation mode in which failure detection can be performed with low current consumption.
本発明の一態様の発光素子のドライブ回路は、外部電源と出力端子との間に接続される発光素子を駆動する電流を制御する電流制御回路と、前記出力端子の電圧をモニターして、前記発光素子の不点灯状態を検出し、前記検出結果を外部に出力する故障検出回路と、を具備し、前記電流制御回路は、前記発光素子をオンおよびオフしてパターンを表示する第1動作モードのときに、前記発光素子を第1の電流で駆動し、前記発光素子の故障検出を行う第2動作モードのときに、前記発光素子を前記第1の電流より小さい第2の電流で駆動することを特徴としている。 A drive circuit for a light-emitting element according to one embodiment of the present invention includes a current control circuit that controls a current that drives a light-emitting element connected between an external power supply and an output terminal, and monitors the voltage of the output terminal, A failure detection circuit for detecting a non-lighting state of the light emitting element and outputting the detection result to the outside, wherein the current control circuit displays a pattern by turning on and off the light emitting element. In this case, the light emitting element is driven with a first current, and the light emitting element is driven with a second current smaller than the first current in the second operation mode in which failure detection of the light emitting element is performed. It is characterized by that.
本発明によれば、少ない消費電流で故障検出が行える動作モードを有する発光素子のドライブ回路が得られる。 According to the present invention, a drive circuit for a light emitting element having an operation mode capable of detecting a failure with a small current consumption can be obtained.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例について、図1を用いて説明する。図1は本実施例の発光素子のドライブ回路を示すブロック図である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a drive circuit of the light emitting device of this embodiment.
図1に示すように、本実施例の発光素子のドライブ回路10は、電流を吸い込むタイプ(シンクタイプ)の定電流出力を有するドライブ回路であり、外部電源11と出力端子12との間に接続される発光素子13を駆動する電流Icを制御する電流制御回路14と、出力端子12の電圧をモニターして、発光素子13の不点灯状態を検出し、検出結果を外部に出力する故障検出回路15と、を具備している。
As shown in FIG. 1, the
電流制御回路14は、発光素子13をオンおよびオフしてパターンを表示する第1動作モードのときに、発光素子13を第1の電流Ic1で駆動し、発光素子13の故障検出を行う第2動作モードのときに、発光素子13を第1の電流Ic1より小さい第2の電流Ic2で駆動する。
The current control circuit 14 drives the
更に、発光素子のドライブ回路10は、第1動作モードと、第2動作モードとに応じて、電流制御回路14および故障検出回路15の動作を制御する表示制御部16と、を具備している。
Furthermore, the
発光素子のドライブ回路10は、複数、例えば16個の出力端子12を有している。各出力端子12には、発光素子13のカソードがそれぞれ接続されている。各発光素子13のアノードは、外部電源11に共通接続されている。
The light emitting
外部電源11は、各発光素子13に駆動電流Icを供給する電源で、LED電源とも呼ばれている。
発光素子13は、例えばInGaAlP系、GaN系の材料を発光層とする可視LEDである。
The
The
電流制御回路14は、差動増幅器17と、差動増幅器17の帰還ループに組み込まれたMOSトランジスタ18と、MOSトランジスタ18の電流に応じた電流を各発光素子13に流す定電流回路19と、を具備している。
The current control circuit 14 includes a
電流制御回路14は、MOSトランジスタ18の電流を基準抵抗Rrefに流して得られる帰還電圧Vfbが、基準電圧Vrefに等しくなるように帰還制御するとともに、動作モードに応じて基準電圧Vrefを可変し、第1の電流Ic1または第2の電流Ic2を設定する。
The current control circuit 14 performs feedback control so that the feedback voltage Vfb obtained by flowing the current of the
基準電圧Vrefは、第1の電流Ic1を設定するための第1電圧V1と、第2の電流Ic2を設定するための第1電圧V1より低い第2電圧V2とから成り、動作モードに応じて、第1電圧V1または第2電圧V2が選択される。第1電圧V1または第2電圧V2の選択は、スイッチ20により行う。
The reference voltage Vref includes a first voltage V1 for setting the first current Ic1 and a second voltage V2 lower than the first voltage V1 for setting the second current Ic2, and depends on the operation mode. The first voltage V1 or the second voltage V2 is selected. Selection of the first voltage V1 or the second voltage V2 is performed by the
基準電圧Vrefの第1電圧V1および第2電圧V2は、例えばPN接合ダイオード、またはツェナーダイオードの定電圧特性を利用して得ることができる。第2電圧V2は、第1電圧V1を抵抗分割して得ることもできる。
スイッチ20は、例えば並列接続された2つのMOSトランジスタを交互にオン・オフして得られる双投単極スイッチ回路である。
The first voltage V1 and the second voltage V2 of the reference voltage Vref can be obtained using, for example, constant voltage characteristics of a PN junction diode or a Zener diode. The second voltage V2 can also be obtained by dividing the first voltage V1 by resistance.
The
基準抵抗Rrefに流れる電流をIc0とすると、帰還電圧VfbはIc0×Rrefで表わされる。
差動増幅器17は帰還電圧Vfbが基準電圧Vrefに等しくなるように動作するので、Ic0=Vref/Rrefとなる。
When the current flowing through the reference resistor Rref is Ic0, the feedback voltage Vfb is expressed by Ic0 × Rref.
Since the
定電流回路19はMOSトランジスタ18の電流Ic0を増強する回路で、例えばMOSトランジスタ18の電流Ic0で駆動されるカレントミラー回路である。カレントミラー回路は出力端子12の数だけ内蔵されている。
各カレントミラー回路の2次側にはIc0に応じた電流が流れ、各発光素子13の駆動電流Icとなる。
The constant
A current corresponding to Ic0 flows on the secondary side of each current mirror circuit, and becomes a drive current Ic of each light emitting
基準電圧Vrefが第1電圧V1のとき、発光素子13の駆動電流Icが第1の電流Ic1に設定され、基準電圧Vrefが第2電圧V2のとき、発光素子13の駆動電流Icが第2の電流Ic2に設定される。
When the reference voltage Vref is the first voltage V1, the driving current Ic of the
第1動作モードのとき、第1の電流Ic1は通常20〜50mA程度であるが、第2動作モードのとき、第2の電流Ic2は、順方向電流が僅かに流れる程度で良いので、1mA程度で問題ない。 In the first operation mode, the first current Ic1 is normally about 20 to 50 mA. However, in the second operation mode, the second current Ic2 is about 1 mA because the forward current may flow slightly. No problem.
故障検出回路15は、発光素子13のオープン状態を検出するオープン検出回路21(OOD:Output Open Detector)と、発光素子13のショート状態を検出するショート検出回路22(OSD:Output Short Detector)と、オープン検出回路21の検出結果およびショート検出回路22の検出結果を取り込み、検査モードに応じた検査結果を出力するマルチプレクサ23と、を具備している。
The
オープン検出回路21は、例えば正入力端子が出力端子12に接続され、負入力端子がオープン検出電圧に接続されたコンパレータを具備している。
発光素子13がオープン状態になると、定電流回路19に流れ込む電流が停止するので、出力端子12の電位はほぼ0Vになる。コンパレータはオープン検出電圧、例えば0.3Vと比較し、出力端子12の電位がオープン検出電圧より低いときに、“H”レベルを出力する。
The
When the
ショート検出回路22は、例えば正入力端子が出力端子12に接続され、負入力端子がショート検出電圧に接続されたコンパレータを具備している。
発光素子13がショート状態になると、発光素子13の順方向電圧(2〜4V程度)に応じた電圧降下がなくなるので、出力端子12の電位がその分高くなる。コンパレータはショート検出電圧、例えば3.0Vと比較し、出力端子12の電位がショート検出電圧より高いときに、“H”レベルを出力する。
The
When the
即ち、故障検出回路15は、出力端子12の電位がオープン検出電圧より大きく、ショート検出電圧より小さいときは、発光素子13は正常動作と判定し、オープン検出回路21およびショート検出回路22は、“L”レベルを出力する。
That is, the
出力端子12の電位がオープン検出電圧より低くなると、オープン検出回路21は“H”レベルを出力する。
出力端子12の電位がショート検出電圧より高くなると、ショート検出回路22は“H”レベルを出力する。
When the potential of the
When the potential of the
マルチプレクサ23は、オープン検出回路21の検出結果およびショート検出回路22の検出結果を、それぞれ16ビットのパラレル信号として取り込み、検査モードに応じた検査結果を16ビットのシリアル信号として出力する。
The
表示制御部16は、例えば各発光素子13をオン・オフするパターンを記憶するラッチ24と、各発光素子13をオン・オフするシリアルデータ、および検査結果を取り込むシフトレジスタ24と、シフトレジスタ24、ラッチ25の動作を制御する制御回路26とを具備している。
The
制御回路26は、定電流出力イネーブル信号Qeが第1動作モードになると、電流制御回路14のスイッチ20に指令を送出して、基準信号Vrefとして第1電圧V1を選択する。これにより、発光素子13は第1の電流Ic1で駆動される。
When the constant current output enable signal Qe enters the first operation mode, the
次に、制御回路26は、マルチプレクサ23、シフトレジスタ24に指令を送出し、シフトレジスタ25はシリアルデータ伝送クロックSckに応じて各発光素子13をオン・オフするシリアルデータSinを取り込み、ラッチ回路24はラッチ信号Slatに応じて各発光素子13をオン・オフするパターンとして記憶する。ラッチ回路24に記憶されたパターンに従って、各発光素子13がオンまたはオフする。
Next, the
制御回路26は、定電流出力イネーブル信号Qeが第2動作モードになると、電流制御回路14のスイッチ20に指令を送出して、基準信号Vrefとして第2電圧V2を選択する。これにより、発光素子13は第2の電流Ic2で駆動される。
When the constant current output enable signal Qe enters the second operation mode, the
次に、制御回路26は、マルチプレクサ23、シフトレジスタ24に指令を送出し、マルチプレクサ23からオープン検出結果およびショート検出結果を、シフトレジスタ25を介してシリアルデータSoutとして外部に出力する。
Next, the
これにより、発光素子13をオン・オフしてパターンを表示する第1動作モードのときに、発光素子13を第1の電流Ic1で駆動し、発光素子13の故障検出を行う第2動作モードのときに、発光素子13を第1の電流Ic1より小さい第2の電流Ic2で駆動することが可能である。
Thus, in the first operation mode in which the
図2は発光素子のドライブ回路10を内蔵した半導体集積装置(ドライバIC)を示す図である。
図2に示すように、半導体集積装置30は、電流制御回路14と、故障検出回路15と、表示制御部16とが、半導体基板31にモノリシックに形成されている。
FIG. 2 is a diagram showing a semiconductor integrated device (driver IC) incorporating a
As shown in FIG. 2, in the semiconductor integrated
半導体集積装置30は、定電流出力イネーブル信号が入力される定電流出力イネーブル信号端子(Oe)と、複数の発光素子12のいずれをオンにし、いずれをオフにするかを示すシリアルデータが入力されるシリアルデータ入力端子(Sin)と、ラッチ信号が入力されるラッチ信号入力端子(Slat)と、シリアルデータ転送クロック信号が入力されるクロック信号入力端子(Sck)、シリアルデータが出力されるシリアルデータ出力端子(Sout)と、電源入力端子(Vdd)と、グランド端子(GND)と、抵抗外付け端子(Rext)と、を具備している。
The semiconductor integrated
電流制御回路14の基準抵抗Rrefは、抵抗外付け端子(Rext)を介して外付けされている。これにより、ユーザは発光素子13に要求する明るさに応じて、第1の電流Ic1を自由に設定することができる。
The reference resistance Rref of the current control circuit 14 is externally connected via a resistance external terminal (Rext). Thereby, the user can freely set the first current Ic1 according to the brightness required for the
以上説明したように、本実施例の発光素子のドライブ回路10の電流制御回路14は、第1の電流Ic1を設定するための第1電圧V1と、第2の電流Ic2を設定するための第1電圧V1より低い電圧の第2電圧V2と、動作モードに応じて、第1電圧V1または第2電圧V2を選択するスイッチ20を具備している。
As described above, the current control circuit 14 of the
その結果、第1動作モードのときに、発光素子13を第1の電流Ic1で駆動し、第2動作モードのときに、発光素子13を第1の電流Ic1より小さい第2の電流Ic2で駆動することができる。
従って、少ない消費電流で故障検出が行える動作モードを有する発光素子のドライブ回路が得られる。
As a result, the
Accordingly, a drive circuit for a light emitting element having an operation mode capable of detecting a failure with a small current consumption can be obtained.
特に、多数の発光素子13が組み込まれたLEDパネルの出荷検査、またはLEDパネル設置後のメンテナンスを夜間に行なう場合は、眩し過ぎるなどの弊害が生じるのを防止することができる。
In particular, when shipping inspection of an LED panel in which a large number of
ここでは、発光素子13がLEDである場合について説明したが、OLED(Organic Light Emitting Diode)であっても構わない。
トランジスタがMOSトランジスタ18である場合について説明したが、バイポーラトランジスタとすることもできる。
Although the case where the
Although the case where the transistor is the
図3は本発明の実施例2に係る発光素子のドライブ回路の要部を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
本実施例が実施例1と異なる点は、第2動作モードにおいて、第2の電流を設定するための第2電圧を可変できるようにしたことにある。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the main part of the drive circuit of the light emitting element according to Example 2 of the present invention. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described.
The difference of the present embodiment from the first embodiment is that the second voltage for setting the second current can be varied in the second operation mode.
即ち、本実施例の発光素子のドライブ回路40の電流制御回路41は、第2の電流Ic2に応じたデジタル信号Dinをアナログ電圧に変換し、第2電圧V2として出力するデジタル・アナログ変換器42を具備している。
第2の電流Ic2に応じたデジタル信号Dinは、例えば外部からデジタル・アナログ変換器42に入力される。
That is, the current control circuit 41 of the drive circuit 40 of the light emitting element of this embodiment converts the digital signal Din corresponding to the second current Ic2 into an analog voltage and outputs it as the second voltage V2. It has.
The digital signal Din corresponding to the second current Ic2 is input to the digital /
デジタル・アナログ変換器42は、例えば8ビットのデジタル・アナログ変換器で、256ステップで第2の電流Ic2を微調整できる。
発光素子13の種類によるI−V特性差、およびI−V特性変動に応じて第2の電流Ic2を微調整することにより、ノイズなどの影響を受けずに発光素子13の故障を検出することが可能である。
The digital /
By detecting the failure of the
以上説明したように、本実施例の発光素子のドライブ回路40の電流制御回路41は、第2の電流Ic2に応じたデジタル信号Dinをアナログ電圧に変換し、第2電圧V2として出力するデジタル・アナログ変換器42を具備している。
これにより、発光素子13の種類によるI−V特性差、およびI−V特性変動に応じて第2の電流Ic2を微調整することができるので、ノイズなどの影響を受けずに発光素子13の故障を検出できる利点がある。
As described above, the current control circuit 41 of the drive circuit 40 of the light emitting element of the present embodiment converts the digital signal Din corresponding to the second current Ic2 into an analog voltage and outputs it as the second voltage V2. An
Accordingly, the second current Ic2 can be finely adjusted according to the IV characteristic difference and the IV characteristic variation depending on the type of the
ここでは、デジタル・アナログ変換器42により第2電圧V2を発生させる場合について説明したが、発光素子13の階調をPWM(Pulse Width Modulation)調光する場合は、第1電圧V1のPWM波形を生成するためのデジタル・アナログ変換器を利用して第2電圧V2を発生させることもできる。その場合、スイッチ20は不要になる。
Here, the case where the second voltage V2 is generated by the digital-
図4は本発明の実施例3に係る発光素子のドライブ回路を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
本実施例が実施例1と異なる点は、基準抵抗を動作モードに応じて可変するようにしたことにある。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a drive circuit of a light emitting device according to Example 3 of the present invention. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described.
This embodiment differs from the first embodiment in that the reference resistance is made variable according to the operation mode.
即ち、本実施例の発光素子のドライブ回路50の電流制御回路51は、基準抵抗Rrefとして、第1の電流Ic1を設定するための第1抵抗R1と、第2の電流Ic2を設定するための第1抵抗R1より高い抵抗値を有する第2抵抗R2と、動作モードに応じて第1抵抗R1または第2抵抗R2を選択するスイッチ52と、を具備している。
That is, the
これにより、第1動作モードのときに、基準抵抗Rrefとして第1抵抗R1が選択され、第2に動作モードのときに、基準抵抗Rrefとして第2抵抗R2が選択される。 Thus, the first resistor R1 is selected as the reference resistor Rref in the first operation mode, and the second resistor R2 is selected as the reference resistor Rref in the second operation mode.
以上説明したように、本実施例の発光素子のドライブ回路50の電流制御回路51は、基準抵抗Rrefとして第1抵抗R1と、第1抵抗R1より高い抵抗値を有する第2抵抗R2と、を具備し、動作モードに応じて第1抵抗R1または第2抵抗R2を選択している。
As described above, the
これにより、第2電圧V2が不要となり、第2電圧V2を発生させる回路の消費電流を削減できる利点がある。 This eliminates the need for the second voltage V2 and has an advantage of reducing the current consumption of the circuit that generates the second voltage V2.
10、40、50 ドライブ回路
11 外部電源
12 出力端子
13 発光素子(LED)
14、41、51 電流制御回路
15 故障検出回路
16 表示制御部
17 差動増幅器
18 MOSトランジスタ
19 定電流回路
20、52 スイッチ
21 オープン検出回路
22 ショート検出回路
23 マルチプレクサ
24 ラッチ
25 シフトレジスタ
26 制御回路
30 半導体集積装置
31 半導体基板
42 DA変換器
Ic1 第1の電流
Ic2 第2の電流
Vref 基準電圧
Vfb 帰還電圧
V1 第1電圧
V2 第2電圧
Rref 基準抵抗
R1 第1抵抗
R2 第2抵抗
10, 40, 50
14, 41, 51
Claims (5)
前記出力端子の電圧をモニターして、前記発光素子の不点灯状態を検出し、前記検出結果を外部に出力する故障検出回路と、
を具備し、
前記電流制御回路は、前記発光素子をオンおよびオフしてパターンを表示する第1動作モードのときに、前記発光素子を第1の電流で駆動し、前記発光素子の故障検出を行う第2動作モードのときに、前記発光素子を前記第1の電流より小さい第2の電流で駆動することを特徴とする発光素子のドライブ回路。 A current control circuit for controlling a current for driving a light emitting element connected between the external power supply and the output terminal;
A failure detection circuit that monitors the voltage of the output terminal, detects a non-lighting state of the light emitting element, and outputs the detection result to the outside;
Comprising
The current control circuit drives the light emitting element with a first current and detects a failure of the light emitting element in a first operation mode in which the light emitting element is turned on and off to display a pattern. A drive circuit for a light emitting element, wherein the light emitting element is driven with a second current smaller than the first current in the mode.
前記トランジスタの電流を基準抵抗に流して得られる帰還電圧が、基準電圧に等しくなるように帰還制御するとともに、前記動作モードに応じて、前記基準電圧または前記基準抵抗を可変し、前記第1の電流または前記第2の電流を設定することを特徴とする請求項1に記載の発光素子のドライブ回路。 The current control circuit includes a differential amplifier, a transistor incorporated in a feedback loop of the differential amplifier, and a constant current circuit that flows a current corresponding to the current of the transistor to the light emitting element,
The feedback voltage obtained by causing the current of the transistor to flow through the reference resistor is feedback-controlled so as to be equal to the reference voltage, and the reference voltage or the reference resistor is varied according to the operation mode, and the first voltage is changed. The drive circuit of the light emitting element according to claim 1, wherein a current or the second current is set.
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