JP2010067750A - 発光素子駆動回路及び携帯電話 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧回路を効率よく動作させる発光素子駆動回路及びその発光素子駆動回路を提供することである。
【解決手段】発光素子駆動回路１０は、発光モード設定情報を出力するとともに発光モード変化情報を出力する発光モード設定部６０と、発光モード設定部６０からの発光モード設定情報に応じた電流値の電流で発光素子を駆動する発光素子駆動部４０と、発光素子の端子電圧と所定の電圧との比較を行う検出比較部５０と、発光モード変化情報に基づいて発光素子の端子電圧を昇圧するか否かを判定する昇圧判定部３０と、昇圧すると判定されたときに発光素子の端子電圧の昇圧を行い、昇圧しないと判定されたときに発光素子の端子電圧の昇圧を行なわない昇圧回路部２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子駆動回路及び携帯電話に係り、特に、発光素子の輝度を可変する発光素子駆動回路及びその発光素子駆動回路を含む携帯電話に関する。

近年、携帯電話にはメイン液晶画面が設けられており、メイン液晶画面を見る際に、携帯電話のキーボタン等を操作すると、バックライトが高輝度（ノーマルモード）になって明るい画面になるが、何の操作もしないで放置している状態が続くと自動で低輝度（微灯モード）になって暗い画面になり、消費電流を抑制している。特許文献１には発光素子の輝度調整を行う駆動回路が記載されている。

特開２００５−３１０８５４号公報

しかし、ノーマルモード時は高輝度であり、バックライトの輝度を上げるためにバックライトに流れる電流値が大きくなるとバックライトの順方向電圧（Ｖｆ）が大きくなるため、バックライトを構成するＬＥＤのカソード端子の端子電圧が下がる。このカソード端子の端子電圧が設定電圧よりも小さくなれば、昇圧回路を動作させてアノード端子の端子電圧を昇圧するが一旦昇圧を行った後に、例えば微灯モード（低輝度）になった時にバックライトの輝度を下げるためにバックライトに流れる電流値が小さくなってバックライトの順方向電圧（Ｖｆ）が小さくなることもある。このような場合にＬＥＤのカソード端子の端子電圧が上がっても昇圧回路が動作状態にあると無駄な消費電流が発生してしまうという問題がある。

本発明の目的は、昇圧回路を効率よく動作させる発光素子駆動回路及びその発光素子駆動回路を含む携帯電話を提供することである。

本発明に係る発光素子駆動回路は、中央演算処理装置からの発光モード信号に基づいて発光素子の発光モードの設定を行い、発光モード設定情報を出力するとともに発光モード変化情報を出力する発光モード設定部と、発光モード設定部からの発光モード設定情報に応じた電流値の電流で発光素子を駆動する発光素子駆動部と、発光素子の一方側端子の端子電圧を検出し、所定の電圧との比較を行う検出比較部と、発光モード変化情報と検出比較部の出力に基づいて、発光素子の他方側端子の端子電圧を昇圧するか否かを判定する昇圧判定部と、昇圧判定部によって昇圧すると判定されたときに発光素子の他方側端子の端子電圧の昇圧を行い、昇圧判定部によって昇圧しないと判定されたときに発光素子の他方側端子の端子電圧の昇圧を行なわない昇圧回路部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る発光素子駆動回路において、昇圧回路部は、電源回路により駆動され、発光素子の他方側端子の端子電圧の昇圧を行う昇圧回路と、電源回路と発光素子の他方側端子とを接続可能とするスルー接続信号線と、昇圧判定部によって昇圧すると判定されたときに昇圧回路を機能させるとともにスルー接続信号線によって電源回路と発光素子の他方側端子とを接続させず、昇圧判定部によって昇圧しないと判定されたときにスルー接続信号線によって電源回路と発光素子の他方側端子とを接続させるとともに昇圧回路を機能させない切替回路を有することが好ましい。

また、本発明に係る発光素子駆動回路において、発光モード変化情報が発光素子を強く発光する強発光モードから発光素子を弱く発光する弱発光モードへと変化した情報であるとき、昇圧判定部は、発光素子の他方側端子の端子電圧を昇圧しないと判定し、切替回路は、スルー接続信号線によって電源回路と発光素子の他方側端子とを接続させるとともに昇圧回路を機能させず、その後、検出比較部の出力に基づいて発光の他方側端子の端子電圧を昇圧するか否かを判定することが好ましい。

本発明に係る携帯電話は、上記いずれか１に記載の発光素子駆動回路と、発光素子駆動回路によって駆動される発光素子と、発光素子によって照明される画像表示装置と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る発光素子駆動回路及び携帯電話によれば、発光モード変化情報と検出比較部の出力に基づいて、昇圧を行ったり、昇圧を行わなかったりする。これにより、昇圧回路を効率よく動作させることができる。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。また、この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本発明の一実施形態の発光素子駆動回路１０を含む液晶バックライト輝度変更システム８を示す図である。液晶バックライト輝度変更システム８は、液晶部９０と、ＣＰＵ（中央演算処理装置）７０と、発光素子駆動回路１０とを含んで構成される。液晶バックライト輝度変更システム８は、液晶部９０のバックライト９２の輝度を発光モードに応じて変更する機能を有する。なお、発光素子駆動回路１０を含んだ液晶バックライト輝度変更システム８は、携帯電話に搭載されているが、携帯電話以外の液晶部９０を有する端末に搭載されるものであってもよい。また、ＣＰＵ７０は、発光素子駆動回路１０に含まれないものとしているが、ＣＰＵ７０が発光素子駆動回路１０に含まれるものであってもよい。

液晶部９０は、液晶の素子を組み込んだ画像表示装置である。液晶部９０は、バックライト９２と、図示していない液晶素子と偏光フィルタと、を含んで構成される。液晶部９０は、バックライト９２の光源により発せられた光をさえぎったり透過させたりすることによって表示をする。

バックライト９２は、カソード端子（陰極）に対し、アノード端子（陽極）に順方向に電圧を加えた際に発光する発光素子である。バックライト９２の順方向電圧（Ｖｆ）としては、通常は３．６ｖ付近であるが、この順方向電圧（Ｖｆ）はプロセスバラツキや電流値等によって変動する。また、バックライト９２に流れる電流値を変更することで輝度を変化させることができる。

ＣＰＵ７０は、携帯電話の全体の機能を制御するマイクロコンピュータである。ＣＰＵ７０は、例えば携帯電話のキーボタン等を操作するとバックライト９２が高輝度であるノーマルモード（バックライト９２の強発光モード）信号を発光モード設定部６０に対して送信することができ、所定の時間、何の操作もしないで放置している状態が続くと低輝度である微灯モード（バックライト９２の弱発光モード）信号を発光モード設定部６０に対して送信する機能を有する。

発光素子駆動回路１０は、発光モード設定部６０と、発光素子駆動部４０と、昇圧判定部３０と、検出比較部５０と、昇圧回路部２０とを含んで構成される。図２は、発光モード設定部６０のブロック図である。発光モード設定部６０は、モード選択部６０１とモード変化解析部６０２とを含んで構成される。モード選択部６０１は、ＣＰＵ７０から発光モード信号の入力を受けて、強発光モードあるいは弱発光モードに対応する輝度を選択し、その選択された輝度に対応する電圧を発光モード設定情報として発光素子駆動部４０に対して出力する機能を有する。

モード変化解析部６０２は、モード選択部６０１が受け取った発光モードを記憶し、前回の発光モードと今回の発光モードの変化を求めて、発光モード変化情報を後述する昇圧判定部３０に対して出力する機能を有する。ここで、発光モード変化情報は、デジタル信号であり、通常は０に設定されているが、前回の発光モードが強発光モードと今回の発光モードが弱発光モードへと変化したことを検出した場合には１に設定される。

図３は、発光素子駆動部４０の各要素を示す図である。発光素子駆動部４０は、電流回路部４２と、電流値設定回路部４６とを含んで構成される駆動回路である。発光素子駆動部４０は、発光モード設定部６０によって設定された輝度に応じて発光素子に流れる電流が所定の目標値となるように制御する機能を有する。

電流回路部４２は、後述する電流値設定回路部４６によって設定される電流値をバックライト９２に流すカレントミラー回路であり、左側トランジスタ４２ａに流れる電流と右側トランジスタ４２ｂに流れる電流とが同じ値となる。電流回路部４２は、一端がバックライト９２のカソード端子に電気的に接続され、他端が電流値設定回路部４６に電気的に接続されている。

電流値設定回路部４６は、発光モード設定部６０によって出力された電圧に基づいた電流値を求め、電流回路部４２に対して電流値の設定を行う機能を有する。電流値設定回路部４６は、Ｄ／Ａ回路４６６と、基準電流源４６８とを含んで構成される。

基準電流源４６８は、所定の電流値の電流を流す電流源である。基準電流源４６８は、一端が所定の電圧を供給する電圧源に接続され、他端がＤ／Ａ回路に電気的に接続されている。Ｄ／Ａ回路４６６は、デジタル信号をアナログ信号に変換する回路である。Ｄ／Ａ回路４６６は、基準電流源４６８によって流される基準電流値と発光モード設定部６０によって出力された電圧を入力として受けてアナログ信号に変換し、電流回路部４２にそのアナログ信号を入力する。

図４は、検出比較部５０と昇圧判定部３０と昇圧回路部２０の要素等を示す図である。検出比較部５０は、バックライト９２のカソード端子の端子電圧を検出し、所定の電圧との比較を行う機能を有する。検出比較部５０は、コンパレータ５０１と、第１フリップフロップ５０３と、第２フリップフロップ５０４と、第３フリップフロップ５０５と、アンド回路５０６とを含んで構成される。

コンパレータ５０１は、二つの入力電圧の大きさを比較する回路である。コンパレータ５０１の一方側の入力端子に入力される基準の電圧は、例えば０．２ｖの電位を有する基準電源５０２によって供給される。コンパレータ５０１の他方側の入力端子は、バックライト９２のカソード端子と接続される。コンパレータ５０１は、バックライト９２のカソード端子の端子電圧と基準の電圧との比較を行う。コンパレータ５０１は、バックライト９２のカソード端子の端子電圧が基準の電圧よりも低い電圧のときに１を出力し、バックライト９２のカソード端子の端子電圧が基準の電圧よりも高い電圧のときに０を出力する。

第１フリップフロップ５０３は、所定の周波数のＣＬＫ（クロック）で動作し、コンパレータ５０１の出力を入力として受ける。第１フリップフロップ５０３の出力は、第２フリップフロップ５０４の入力とアンド回路５０６の入力に接続される。

第２フリップフロップ５０４は、所定の周波数のＣＬＫ（クロック）で動作し、第１フリップフロップ５０３の出力を入力として受ける。第２フリップフロップ５０４の出力は、第３フリップフロップ５０５の入力とアンド回路５０６の入力に接続される。

第３フリップフロップ５０５は、所定の周波数のＣＬＫ（クロック）で動作し、第２フリップフロップ５０４の出力を入力として受ける。第３フリップフロップ５０５の出力は、アンド回路５０６の入力に接続される。なお、第１フリップフロップ５０３と第２フリップフロップ５０４と第３フリップフロップ５０５のリセット端子は、昇圧判定部３０によって制御される。

アンド回路５０６は、論理積回路であり、第１フリップフロップ５０３と第２フリップフロップ５０４と第３フリップフロップ５０５の出力が全て１の場合は１を出力し、それ以外の場合は０を出力する。

昇圧判定部３０は、アンド回路５０６の出力が１の時は、昇圧回路部２０のスイッチ２０１をオンし、昇圧回路部２０のスイッチ２０２をオフする制御を行う。昇圧判定部３０は、アンド回路５０６の出力が０の時は、昇圧回路部２０のスイッチ２０１をオフし、昇圧回路部２０のスイッチ２０２をオンする制御を行う。昇圧判定部３０は、発光モード設定部６０からの発光モード変化情報の信号が１であるときに、第１フリップフロップ５０３と第２フリップフロップ５０４と第３フリップフロップ５０５にリセットをかけるためにリセット端子にリセット信号を送る機能を有する。

昇圧回路部２０は、昇圧用コンパレータ２２と、昇圧用ＰＷＭ回路２４と、昇圧用トランジスタ２５と、昇圧用コイル２６と、昇圧用ダイオード２７と、昇圧用コンデンサ２８と、昇圧用電源２９とを含んで昇圧回路として構成される。

昇圧用コンパレータ２２は、二つの入力電圧の大きさを比較し、その入力電圧の差を増幅して出力する回路である。昇圧用コンパレータ２２の一方側の入力端子に入力される基準の電圧は、例えば４．２ｖの電位を有する基準電源２１によって供給される。昇圧用コンパレータ２２の他方側の入力端子は、バックライト９２のアノード端子と接続される。昇圧用コンパレータ２２は、バックライト９２のアノード端子の端子電圧と基準の電圧との比較を行う。また、昇圧用コンパレータ２２の出力は、昇圧用ＰＷＭ回路２４に入力される。

スイッチ２０１は、昇圧用コンパレータ２２と昇圧用ＰＷＭ回路２４との間に取り付けられる。スイッチ２０１がオン状態の時は、昇圧用コンパレータ２２と昇圧用ＰＷＭ回路２４とを接続し、スイッチ２０１がオフ状態の時は、昇圧用コンパレータ２２と昇圧用ＰＷＭ回路２４とを接続しない状態とする。スイッチ２０１は昇圧判定部３０によって制御される。スイッチ２０２については、後述する。

昇圧用ＰＷＭ回路２４は、変調方法の一つであり、パルス波のデューティー比を変化させて変調する回路である。具体的には、昇圧用コンパレータ２２による比較結果を入力として受け、その比較結果に基づいてパルス波のデューティー比を変更する。そして、比較結果に基づいたパルス波によって、昇圧用トランジスタ２５のスイッチング制御を行う機能を有する。

昇圧用トランジスタ２５は、ゲート端子に電圧をかけ、チャネルの電界により電子または正孔の流れに関門（ゲート）を設ける原理で、ソース・ドレイン端子間の電流を制御するＭＯＳトランジスタである。昇圧用トランジスタ２５は、昇圧用ＰＷＭ回路２４から出されるパルス波がゲート端子に印加されてスイッチング制御がなされる。昇圧用トランジスタ２５は、ゲート端子が昇圧用ＰＷＭ回路２４の出力と電気的に接続され、ドレイン端子が昇圧用コイル２６および昇圧用ダイオード２７のアノード端子と電気的に接続され、ソース端子が接地されている。

昇圧用コイル２６は、一端が昇圧用電源２９に接続され、他端が昇圧用トランジスタ２５のドレイン端子と、昇圧用ダイオード２７のアノード端子に接続されている。昇圧用コイル２６は、昇圧用トランジスタ２５がオン状態となったときに昇圧用電源２９からの電圧が印加される状態となりエネルギが蓄積される。

昇圧用ダイオード２７は、整流作用（電流を一定方向にしか流さない作用）を持つ回路素子である。昇圧用ダイオード２７は、昇圧用トランジスタ２５がオフ状態となったときにエネルギが蓄積された昇圧用コイル２６から昇圧用ダイオード２７を経由して負荷に電流が流される。昇圧用ダイオード２７は、アノード端子が昇圧用コイル２６および昇圧用トランジスタ２５と電気的に接続されている。

昇圧用コンデンサ２８は、静電容量により電荷（電気エネルギ）を蓄えたり、放出したりする回路素子である。昇圧用コンデンサ２８は、昇圧用トランジスタ２５がオフ状態となったときに、昇圧用コイル２６から流れてくる電荷を蓄積する機能を有する。昇圧用コンデンサ２８は、一端側が昇圧用ダイオード２７のカソード端子およびバックライト９２のアノード端子と電気的に接続され、他端側が接地される。

スイッチ２０２は、昇圧用電源２９とバックライト９２のアノード端子との間のスルー信号線２００上に取り付けられる。スイッチ２０２がオン状態の時は、昇圧用電源２９とバックライト９２のアノード端子とを電気的に接続し、スイッチ２０２がオフ状態の時は、昇圧用電源２９とバックライト９２のアノード端子とを電気的に接続しない状態とする。スイッチ２０２は、昇圧判定部３０によって制御される。

続いて、上記構成からなる発光素子駆動回路１０の動作について図１〜図４を参照して説明する。バックライト９２のカソード端子の端子電圧が基準電源５０２から供給される基準の電圧以下になるとコンパレータ５０１の出力が１となる。そして、次のＣＬＫ（クロック）の立ち上がりエッジで、コンパレータ５０１の出力の値である１が第１フリップフロップ５０３に入力として取り込まれ、第１フリップフロップ５０３が１を出力する。その次のＣＬＫ（クロック）の立ち上がりエッジで、第１フリップフロップ５０３の出力の値である１が第２フリップフロップ５０４に入力として取り込まれ、第２フリップフロップ５０４が１を出力する。その次のＣＬＫ（クロック）の立ち上がりエッジで、その第２フリップフロップ５０４の出力の値である１が第３フリップフロップ５０５に入力として取り込まれ、第３フリップフロップ５０５が１を出力する。アンド回路５０６は、第１フリップフロップ５０３と第２フリップフロップ５０４と第３フリップフロップ５０５の出力が全て１のときに、バックライト９２のアノード端子を昇圧する必要があるとして１を出力する。

昇圧判定部３０は、アンド回路５０６の出力が１の時は、昇圧回路部２０のスイッチ２０１をオンし、昇圧回路部２０のスイッチ２０２をオフする制御を行う。このとき、昇圧回路部２０の昇圧用コンパレータ２２は、バックライト９２のアノード端子の端子電圧と基準電源２１から供給される基準の電圧とを比較してその差を出力し、昇圧用ＰＷＭ回路２４は、その出力に応じた昇圧用のＰＷＭ信号である昇圧用ＰＷＭ信号を生成する。

昇圧用トランジスタ２５は、昇圧用ＰＷＭ信号に応じてオンオフ制御がなされ、昇圧用トランジスタ２５がオン状態の場合には、昇圧用コイル２６にエネルギが蓄積される。そして、そのあと昇圧用トランジスタ２５がオフ状態となった場合には、昇圧用コイル２６に蓄積されたエネルギが昇圧用ダイオード２７を介して昇圧用コンデンサ２８に充電され、ひいては、バックライト９２のアノード側の端子電圧を昇圧することができる。

なお、上記において昇圧回路部２０は、昇圧用コンパレータ２２と、昇圧用ＰＷＭ回路２４と、昇圧用トランジスタ２５と、昇圧用コイル２６と、昇圧用ダイオード２７と、昇圧用コンデンサ２８と、昇圧用電源２９とを含んで構成されるものとして説明したが、その他に昇圧機能を有する回路、例えばチャージポンプ回路を用いてもよい。

ＣＰＵ７０からの発光モードの信号が強発光モードから弱発光モードへと変化する場合には、発光モード設定部６０からは、発光モードが強発光モードから弱発光モードへと変化した発光モード変化情報の信号として１が出力される。なお、このとき発光モード設定部６０によって設定される輝度は低い値が設定されることになるから、発光素子駆動部４０によって設定されるバックライト９２の電流値が低い値となる。これにより、バックライト９２の順方向電圧（Ｖｆ）が低くなるためカソード電圧が大きくなり昇圧を行う必要がなくなる場合がある。

昇圧判定部３０は、発光モード設定部６０からの発光モード変化情報の信号が１の時に第１フリップフロップ５０３と第２フリップフロップ５０４と第３フリップフロップ５０５のリセット端子をリセットする信号が伝達されるから、アンド回路５０６の出力は０となる。

昇圧判定部３０は、アンド回路５０６の出力が０であるときは、昇圧回路部２０のスイッチ２０１をオフとし、昇圧回路部２０のスイッチ２０２をオンとする制御を行う。このとき、昇圧用電源２９とバックライト９２のアノード端子は直結されるが、スイッチ２０１がオフの状態となるため昇圧回路の動作は停止する。このように発光モード変化情報に応じて昇圧の必要が無い場合に昇圧回路の動作を停止することで、無駄な消費電流の増加を防止することができる。なお、第１フリップフロップ５０３と第２フリップフロップ５０４と第３フリップフロップ５０５のリセット端子によってリセットを行った後は、再びコンパレータ５０１からの出力結果によって昇圧を行うか否かの検索が行われることとなる。

本発明の一実施形態の発光素子駆動回路を含む液晶バックライト輝度変更システムを示す図である。 本発明の一実施形態の発光素子駆動回路の発光モード設定部のブロック図である。 本発明の一実施形態の発光素子駆動回路の発光素子駆動部の各要素を示す図である。 本発明の一実施形態の発光素子駆動回路の検出比較部と昇圧判定部と昇圧回路部の要素等を示す図である。

符号の説明

８ 液晶バックライト輝度変更システム、１０ 発光素子駆動回路、２０ 昇圧回路部、２１ 基準電源、２２ 昇圧用コンパレータ、２４ 昇圧用ＰＷＭ回路、２５ 昇圧用トランジスタ、２６ 昇圧用コイル、２７ 昇圧用ダイオード、２８ 昇圧用コンデンサ、２９ 昇圧用電源、３０ 昇圧判定部、４０ 発光素子駆動部、４２ 電流回路部、４２ａ 左側トランジスタ、４２ｂ 右側トランジスタ、４６ 電流値設定回路部、５０ 検出比較部、６０ 発光モード設定部、７０ ＣＰＵ、９０ 液晶部、９２ バックライト、２００ スルー信号線、２０１，２０２ スイッチ、４６６ Ｄ／Ａ回路、４６８ 基準電流源、５０１ コンパレータ、５０２ 基準電源、５０３ 第１フリップフロップ、５０４ 第２フリップフロップ、５０５ 第３フリップフロップ、５０６ アンド回路、６０１ モード選択部、６０２ モード変化解析部。

Claims (4)

1. 中央演算処理装置からの発光モード信号に基づいて発光素子の発光モードの設定を行い、発光モード設定情報を出力するとともに発光モード変化情報を出力する発光モード設定部と、
   発光モード設定部からの発光モード設定情報に応じた電流値の電流で発光素子を駆動する発光素子駆動部と、
   発光素子の一方側端子の端子電圧を検出し、所定の電圧との比較を行う検出比較部と、
   発光モード変化情報と検出比較部の出力に基づいて、発光素子の他方側端子の端子電圧を昇圧するか否かを判定する昇圧判定部と、
   昇圧判定部によって昇圧すると判定されたときに発光素子の他方側端子の端子電圧の昇圧を行い、昇圧判定部によって昇圧しないと判定されたときに発光素子の他方側端子の端子電圧の昇圧を行なわない昇圧回路部と、
   を備えることを特徴とする発光素子駆動回路。
2. 請求項１に記載の発光素子駆動回路において、
   昇圧回路部は、
   電源回路により駆動され、発光素子の他方側端子の端子電圧の昇圧を行う昇圧回路と、
   電源回路と発光素子の他方側端子とを接続可能とするスルー接続信号線と、
   昇圧判定部によって昇圧すると判定されたときに昇圧回路を機能させるとともにスルー接続信号線によって電源回路と発光素子の他方側端子とを接続させず、昇圧判定部によって昇圧しないと判定されたときにスルー接続信号線によって電源回路と発光素子の他方側端子とを接続させるとともに昇圧回路を機能させない切替回路を有することを特徴とする発光素子駆動回路。
3. 請求項２に記載の発光素子駆動回路において、
   発光モード変化情報が発光素子を強く発光する強発光モードから発光素子を弱く発光する弱発光モードへと変化した情報であるとき、
   昇圧判定部は、発光素子の他方側端子の端子電圧を昇圧しないと判定し、
   切替回路は、スルー接続信号線によって電源回路と発光素子の他方側端子とを接続させるとともに昇圧回路を機能させず、その後、検出比較部の出力に基づいて発光の他方側端子の端子電圧を昇圧するか否かを判定することを特徴とする発光素子駆動回路。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１に記載の発光素子駆動回路と、
   発光素子駆動回路によって駆動される発光素子と、
   発光素子によって照明される画像表示装置と、
   を備えることを特徴とする携帯電話。

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