JP4017643B2 - 電源回路およびこれを備える電子機器 - Google Patents

電源回路およびこれを備える電子機器

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    • H05B33/0827Structural details of the circuit in the load stage with an active control inside the LED load configuration organized essentially in parallel configuration

Description

本発明は、電源回路に関し、特にLEDを安定的に駆動するために設けられる駆動用電源回路に関するものである。

近年、カラー液晶搭載の携帯電話が普及してきている。そして、この液晶ディスプレイのバックライトとして白色LEDが利用されており、このLEDを駆動するための電源回路が従来より提供されている(例えば特許文献1参照)。

図8は、従来技術を用いた上記電源回路を備える液晶ディスプレイの一部構成を示したものである。液晶ディスプレイ900は、直流電圧を供給する電源供給部901と、電源供給部901から出力される電圧を昇圧する昇圧回路902と、電流が流れると流れる電流量に応じた強度で所定色の光を発するLED903、904と、LED903およびLED904それぞれのアノード・カソード間に流れる電流の電流値を制御する電流制御部905と、LED903およびLED904に流れる電流の電流値を設定して電流制御部905に指示を与える電流設定部906とで構成される。なお、電流制御部905が上記電源回路に相当する。

なお、図8ではLEDを2個として表記しているが、この数は2に限られるものではなく3個以上の複数個としても同様である。

図8において、LED903およびLED904それぞれのアノード・カソード間に流れる電流量は、電流設定部906で予め設定された電流値となるように電流制御部905によって制御される。電流制御部905は、電流値を変更できる定電流源と、定電流源から出力される電流値に依存して流れる電流値が指定されるトランジスタとで構成されるとしてもよい。このとき、第1のトランジスタがLED903のカソードに接続され、第2のトランジスタがLED904のカソードに接続される。

図9は、上記電流制御部905を詳細に示した一例である。MOSトランジスタQ911のドレイン電極には抵抗R911を介して直流電圧Vccが印加されており、ドレイン電極とゲート電極とが接続されており、ソース電極は接地されている。

また、MOSトランジスタQ912のドレイン電極は、LED903のカソードに接続され、ゲート電極がMOSトランジスタQ911のゲート電極と接続され、ソース電極が接地されている。

同様に、MOSトランジスタQ913のドレイン電極は、LED904のカソードに接続され、ゲート電極がMOSトランジスタQ911、Q912のゲート電極と接続され、ソース電極が接地されている。

このように構成されるとき、抵抗R911の大きさを変化させることで、MOSトランジスタQ911のドレイン電流Id911が制御できる一方、MOSトランジスタQ911と、MOSトランジスタQ912及びMOSトランジスタQ913とがそれぞれカレントミラーを形成しているため、直流電圧Vccが十分大きい値の場合には、それぞれのドレイン電流Id912およびId913も、Id911と同一の電流が流れる構成である。

図8に示すように、電源回路900には昇圧回路902が設けられており、これによってLED903およびLED904の各アノード電極には十分大きな電圧が印加されることになり、LED903およびLED904の端子間電圧による電圧降下を考慮しても、MOSトランジスタQ912、Q913のドレイン・ソース間電圧は、Id911と同一のドレイン電流を流すのに必要な電圧を満足する値を実現することができる。
特開2004−166342号公報

しかしながら、上述に示したように、特許文献1に記載のような電源回路の場合、昇圧回路を必要とするため、電源回路全体のチップサイズが大きくなるという問題がある。また、昇圧回路を実現するためにコイルなどの素子を必要とするため、スイッチングノイズが大きくなるという問題がある。

一方、図8に示した電源回路から昇圧回路902を取り除いた場合、電源供給部901からの出力電圧の低下に伴って、各LED903、904を流れる電流値に差異が生じるという問題が発生する。以下にこれを説明する。

図10は、MOSトランジスタQ912およびQ913の、ドレイン・ソース間電圧VDSと、ドレイン電流IDとの関係を示すグラフである。MOSトランジスタQ912とQ913は、ほぼ同一の特性を示すトランジスタで構成されるものとする。

MOSトランジスタのドレイン電流は、ゲート・ソース間電圧VGSが一定の下では、VDSが閾値より大きい範囲では一定値を示す特性を持つ。例えば、VGS=Vgs1の場合、VDSがVds1の値より大きい場合にはドレイン電流ID=Id1を示しており、Vds1の値より小さい範囲では、ドレイン電流はId1を維持できずVGSの大きさが小さくなるほど電流値は減少する。

ところで、一般的にLED素子は、同一値の電流が流れている状態の下でも、アノード・カソード間の順方向電圧VFが各素子によってばらつくことが多い。例えば、LED903およびLED904に設定電流値20mAを流している場合に、LED903の順方向電圧VFが3.3Vで、LED904の順方向電圧VFが3.5Vであるという場合が起こりうる。この場合でも、両LED素子には同一値の電流が流れているため、電流値に応じた輝度で光を発生するLEDの特性上、LED903とLED904とからは同一の明るさの光が放射されることになる。

昇圧回路902を備えない場合、MOSトランジスタQ912とQ913のドレイン・ソース間電圧VDSは、電源電圧とLEDの順方向電圧Vの差で表される。電源供給部901がリチウムイオン電池などで構成される場合、電源供給部901の出力電圧は利用とともに満充電状態から徐々に低下していく。

この構成の下で、LED903,LED904ともに電流値Id2(図10参照)が流れるように設定されていたとする。MOSトランジスタQ912,Q913のゲート・ソース間電圧VGSがVgs2となるように、抵抗Rの値が設定される。満充電状態から徐々に電源電圧が低下すると、抵抗Rの値を変化させることでゲート・ソース間電圧VGSをVgs2に維持する制御を行う。

ここで、LED903の順方向電圧VF903と比較してLED904の順方向電圧VF904が大きい場合、電源電圧が低下してくるにつれて、各トランジスタQ912とQ913のドレイン・ソース間電圧VDSの値が減少する。そして、電源電圧が所定の値を下回った時点で、順方向電圧の大きいLED904に接続されているトランジスタQ913のドレイン・ソース間電圧Vds913が閾値電圧Vds2を下回る状況が発生する。一方、MOSトランジスタQ912については、LED903の順方向電圧VF903がVF904より小さいため、ドレイン・ソース間電圧Vds912は閾値電圧Vds2より大きい値を保っている。

そして、これより電源電圧が低下していくと、MOSトランジスタQ912についてはドレイン電流を一定値に維持することができる飽和領域A92を満たすことができる一方、MOSトランジスタQ913は、ドレイン・ソース間電圧Vdsが閾値電圧Vds2を下回っており、ドレイン電流を一定値に維持できない非飽和領域A91に位置することになる。すなわち、MOSトランジスタQ912のドレイン電極に接続されているLED903は、電流Id2の値に応じた明るさの光を発する一方、MOSトランジスタQ913のドレイン電極に接続されているLED904は、流れる電流値がId2より小さくなり、これによってLED903よりも輝度の小さい光を発することになる。

すなわち、LED903とLED904とで発する光の明るさが異なるため、液晶画面においては、例えば右の画面が左の画面より明るいという状態(明るさむら)が発生してしまう。

そして、このような問題を回避すべく、上記の例ではLED904に流れる電流値がVds2を下回る前にLEDをOFFする制御が従来においてはされていたが、この方法では電源電圧の利用可能範囲が狭くなってしまう。

本発明は、上記の問題点に鑑みて、昇圧回路を設けることなく電源電圧の利用可能範囲を大きくしたLED駆動用電源回路を提供することを目的とする。また、本発明は、このような電源回路を備える電子機器を提供することを別の目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の電源回路は、並列に接続された複数の第1のLEDと、前記複数の第1のLEDそれぞれに電圧を供給する電源供給部と、第1電極、第2電極、及び制御電極を備えるとともに前記複数の第1のLEDそれぞれの一端に第1電極が接続された複数のトランジスタそれぞれの制御電極が接続されて構成されるカレントミラー回路を有し、当該カレントミラー回路を構成する前記複数のトランジスタそれぞれの制御電極と第2電極との間の電圧を制御することにより前記第1のLEDそれぞれに与える電流を所定の電流値に制御する第1の電流制御部と、前記第1の電流制御部に対して前記第1のLEDそれぞれに流す電流の値の設定を行う第1の電流設定部と、前記第1の電流設定部によって設定された電流値の電流を前記第1のLEDそれぞれに対して流すことが可能か否かの判別を行う判別部と、を備え、前記判別部が、前記第1のLEDそれぞれに対して、前記第1のLEDの一端又は他端にかかる電圧値と前記第1のLEDを流れる電流値との関係を記憶するとともに、前記第1のLEDそれぞれの一端又は他端にかかる電圧値を測定し、前記第1のLEDそれぞれに対して、記憶した電圧値及び電流値の関係と測定した電圧値とによる演算に基づいて、前記第1の電流設定部によって設定された設定電流値の電流を前記第1のLEDに流すことができるか否かの判断を行い、前記複数の第1のLEDのうちの少なくとも一つの前記第1のLEDに対して前記第1の電流設定部による前記設定電流値の電流を流すことができないと判断を行うと、前記第1の電流設定部に対してその旨の信号を出力し、当該信号を受信した前記第1の電流設定部が、前記設定電流値を前記複数の第1のLEDすべてに対して流すことのできる電流値に変更する指示を前記第1の電流制御部に対して行うことを特徴とする。

このように構成されるとき、少なくとも一つのLEDに対して設定された電流値を流すことができなくなった時点においてこのLEDに対して流すことのできる電流値に変更することで、すべてのLEDに対して同一値の電流を流す制御を行うことができるため、昇圧回路を備えずに輝度のばらつきを防止することができる。

なお、第1の電流設定部は、電源回路の内部に内蔵されているとしても構わないし、電源回路の外部に備えられているものとしても構わない。

また、例えば、前記複数個のLEDと並列に接続されるとともに、前記第1の電流制御部によって流れる電流が制御されない少なくとも一つ以上のLEDで構成されるサブLEDと、前記サブLEDに与える電流を所定の電流値に制御する第2の電流制御部と、前記第2の電流制御部に対して前記サブLEDに流す電流の値を設定する第2の電流設定部と、を備え、前記サブLEDが、前記判別部における前記複数個のLEDに対して前記第1の電流設定部によって設定された電流値の電流を流すことが可能か否かの判別結果にかかわらず、前記第2の電流制御部によってに対して前記第2の電流設定部で設定された電流値の電流が与えられる制御が行われる構成としても構わない。

このように構成されることで、一様な輝度を要求される箇所に備えられるLED(例えば液晶バックライト用LED)と、輝度のばらつきよりも輝度そのものの大きさが重視される箇所に備えられるLED(例えばサブ液晶用LED、あるいはフラッシュライト用LED)とで異なる制御を行うことができるため、制御の自由度が向上する。

また、例えば、前記判別部が、前記複数個のLEDに流れる電流値と前記第1の電流設定部で設定されている電流値との比較を行い、少なくとも一つのLEDに流れる電流値が前記第1の電流設定部で設定されている電流値を下回った時点で、設定された電流値の電流を前記複数個のLEDに対して流すことができないと判断する構成としても構わない。

また、例えば、前記第1の電流制御部によって制御される前記複数個のLEDに対して流す電流の値の制御可能範囲が、前記電源供給部からの出力電圧値に応じて決定され、前記判別部が、前記電源供給部の出力電圧値を確認し、前記第1の電流設定部で設定された電流値が前記第1の電流制御部の制御可能範囲内に属しているか否かの判別を行うことで、前記第1の電流設定部によって設定された電流値の電流を前記複数個のLEDに対して流すことが可能か否かの判別を行う構成としても構わない。

このように構成されることで、LEDに流れる電流を実際に測定する必要がないため、電流測定用の抵抗を備える必要がなく、電力損失を低減することができる。また、出力電圧の低下速度が予め分かっている場合には、電源回路の駆動時間を確認することで、第1の電流設定部で設定された電流値が制御可能範囲内に属しているか否かを判断するものとしてもよい。

また、例えば、前記判別部が、前記第1のLEDの一端にかかる電圧値と前記第1のLEDを流れる電流値との関係として、前記トランジスタの第1電極と第2電極との間の電圧と当該トランジスタを流れることができる最大電流値との関係によるトランジスタ特性を記憶しており、前記トランジスタそれぞれの第1電極と第2電極との間の電圧を測定して、測定した電圧に応じた前記最大電流値を前記トランジスタ特性より判定し、判定した前記トランジスタそれぞれの前記最大電流値全てが前記第1の電流設定部による設定電流値よりも上回っていることを確認したとき、前記複数の第1のLEDに対して前記第1の電流設定部による設定電流値を流すことが可能であるものと判別する構成としても構わない。

このように構成されることで、指定された電流値の電流をLEDに流す制御を簡単な回路によって実現することができる。

このとき、判別部が、各トランジスタの第1電極と第2電極との間の電圧と、当該トランジスタに接続されているLEDに対して制御可能な最大電流値との関係を電子回路によってアナログ的に記憶しているものとしても構わないし、メモリなどを備えることでデジタル的に記憶しているものとしても構わない。

なお、このとき用いられるトランジスタは、バイポーラトランジスタでもMOSトランジスタでも構わない。MOSトランジスタを利用する場合、MOSトランジスタのドレイン・ソース間電圧とドレイン電流の関係が記憶されているものとして良い。

また、例えば、前記判別部が、前記第1の電流設定部より与えられる前記設定電流値が、前記トランジスタそれぞれの第1電極と第2電極との間の電圧に基づいて判定した複数の前記最大電流値のうちの少なくとも1つの値を上回ったことを確認すると、前記第1の電流設定部に対して前記設定電流値の変更指示を行う構成としても構わない。

また、例えば、前記判別部が、各列の前記第1のLEDに対して、前記第1のLEDの他端にかかる電圧値と前記第1のLEDを流れる電流値との関係として、前記電源供給部の出力電圧と前記トランジスタに接続されている前記第1のLEDに流すことが可能な最大電流値との関係による特性を記憶しており、前記電源供給部の出力電圧を測定して、測定した電圧に応じた前記最大電流値を記憶した前記特性より判定し、判定した前記第1のLEDそれぞれに対する前記最大電流値全てが前記第1の電流設定部による設定電流値よりも上回っていることを確認したとき、前記複数の第1のLEDに対して前記第1の電流設定部による設定電流値を流すことが可能であるものと判別する構成としても構わない。

また、例えば、前記判別部が、前記第1の電流設定部より与えられる前記設定電流値が、前記電源供給部の出力電圧に基づいて判定した複数の前記最大電流値のうちの少なくとも1つの値を上回ったことを確認すると、前記第1の電流設定部に対して前記設定電流値の変更指示を行う構成としても構わない。

また、例えば、前記判別部が、少なくとも一つのLEDに対して前記第1の電流設定部によって設定された値の電流を流すことができないと判断すると、設定された値の電流を流すことができないと判断されたLEDの制御可能な最大電流値に設定電流値を変更する指示を前記第1の電流設定部に与える構成としても構わない。

また、例えば、前記判別部が、少なくとも一つのLEDに対して前記第1の電流設定部によって設定された値の電流を流すことができないと判断すると、現在の設定電流値に所定の値を乗じた新たな設定電流値を前記電流制御部に与える構成としても構わない。

このように構成されることで、電流値の再設定を行う上での制御内容が簡素化される。なお、再設定を行う際に乗じる所定の値を、例えば1/2や1/3といった簡易な分数としても構わない。また、電流値に応じて、この乗じる所定値を変化させるものとしても構わない。

また、例えば、前記複数個のLEDを複数のグループに分けるとともに、同一グループに属するLEDに対しては同一電流を流すとともに、異なるグループ間では所定の電流比を維持するように第1の電流制御部が制御を行う構成としても構わない。

このように、各LEDに流れる電流比を一定に保つことで、例えばRGBの3色LEDのように色調維持のために電流比を一定に保つ必要があるような用途に利用することができる。3色LEDはピクチャーライトと呼ばれるカメラ付携帯電話の補助光源やイルミネーション光源、液晶テレビのバックライト用などに用いられており、これらに対して適用することができる。

なお、電流比率を一定に維持する方法として、カレントミラーを用いる場合においては、各トランジスタに接続される抵抗の大きさを変化させることで、各LEDに流す電流値を変化させるものとしても構わない。

また、本発明の電子機器は、一つ以上のLEDを備える電子機器であって、前記LEDを駆動するための駆動用電源回路として上記の電源回路を備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、、少なくとも一つのLEDに対して指定された電流値の電流を流すことができないと判断された時点で、設定電流が自動的に変更されて、いずれのLEDに対しても同一値の電流が流れ、これによってLED間での輝度差が生じることがない。すなわち、電源電圧が低下してきた場合においても、昇圧回路を設けることなく各LEDを同一輝度で発光させることが可能である。

<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の電源回路を備える液晶ディスプレイの一部構成を示したものである。

図1に示す液晶ディスプレイ1は、直流電圧を供給する電源供給部2と、電流が流れると流れる電流量に応じた強度で所定色の光を発するLED3、LED4と、LED3およびLED4それぞれのアノード・カソード間に流れる電流の電流値を制御する電流制御部5と、LED3およびLED4に流れる電流の電流値を設定して電流制御部5に指示を与える電流設定部6と、電流設定部6で設定される電流値をLED3、LED4に流すことができるかどうかを判別するとともにこの判別結果を電流設定部6に出力する判別部7と、で構成される。

そして、この電流制御部5および判別部7によって電源回路10が構成される。これらの動作内容については後述する。

なお、図1ではLEDを2個として表記しているが、この数は2に限られるものではなく並列に接続された3個以上の複数個としても同様である。

図1において、LED3およびLED4それぞれのアノード・カソード間に流れる電流量は、電流設定部6で予め設定された電流値となるように電流制御部5によって制御される。

電流制御部5は、電流値を変更できる定電流源と、定電流源から出力される電流値に依存して流れる電流値が指定されるトランジスタとで構成されるとしてもよい。このとき、第1のトランジスタがLED3のカソードに接続され、第2のトランジスタがLED4のカソードに接続される。なお、各LEDに指定された電流量の電流を流すことのできる機構を備えていればよく、このような構成に限られるものではない。

図2は、上記電流制御部5を詳細に示した一例である。MOSトランジスタQ11のドレイン電極には抵抗R11を介して直流電圧Vccが印加されており、ドレイン電極とゲート電極とが接続されており、ソース電極は接地されている。なお、この直流電圧Vccが電源供給部2から出力される直流電圧であるとしてよい。

また、MOSトランジスタQ12のドレイン電極は、LED3のカソードに接続され、ゲート電極がMOSトランジスタQ11のゲート電極と接続され、ソース電極が接地されている。

同様に、MOSトランジスタQ13のドレイン電極は、LED4のカソードに接続され、ゲート電極がMOSトランジスタQ11、Q12のゲート電極と接続され、ソース電極が接地されている。

なお、MOSトランジスタQ12とMOSトランジスタQ13とは、ほぼ同一の特性を示すトランジスタで構成されるものとする。このMOSトランジスタQ12およびQ13のドレイン・ソース間電圧VDSと、ドレイン電流IDとの関係を示すグラフを図3に示す。

MOSトランジスタのドレイン電流は、ゲート・ソース間電圧VGSが一定の下では、VDSが閾値より大きい範囲では一定値を示す特性を持つ。例えば、VGS=Vgs1の場合、VDSがVds1の値より大きい場合にはドレイン電流ID=Id1を示しており、Vds1の値より小さい範囲では、ドレイン電流はId1を維持できずVGSの大きさが小さくなるほど電流値は減少する。

したがって、VGS=Vgs1の状態の下で、電流設定部6によって電流制御部5に対して電流Id1を流す指示が与えられた場合、LED3、LED4のいずれかのドレイン・ソース間電圧VDSがVds1を下回っている場合は、VDSがVds1を下回っている側のLEDに対しては電流Id1を流すことができない。

判別部7は、各MOSトランジスタのゲート・ソース間電圧VGS、ドレイン・ソース間電圧VDS、及び各LEDのアノード電極に印加される直流電圧値を測定する電圧測定部と、各MOSトランジスタの特性(VDS−ID特性)および各LEDの順方向電圧特性が予め測定されて記憶されているメモリと、電圧測定部で測定された電圧値と保存されているメモリとから、電流設定部6によって指定された電流値を各LEDに流すことができるかどうかの判別を行う。そしてこの判別結果を電流設定部6に出力する。なお、判別部7に電源電圧VCCの値が逐次与えられる構成であるものとしてもよい。

このとき、判別部7は、電流設定部6によって予め指定されている電流値を流すことができる場合には当該電流値を電流設定部6に出力する一方、少なくとも一つのLEDに対して流すことができない電流値であった場合には、メモリに記憶されているMOSトランジスタの特性に基づいてすべてのLEDに対して流すことのできる電流値を算出し、この電流値を電流設定部6に対して出力する。なお、この算出方法については別途後述する。

このように構成されることで、LED3とLED4の順方向電圧の違いからトランジスタQ12とQ13のドレイン・ソース間電圧VDSに相違が発生し、電源電圧VCCの低下に伴って飽和領域を維持できなくなった場合に、すべてのLEDに同一値の電流を流すことのできる値に自動的に変更され、これによってLED間に明るさムラが生じるということが回避される。

以下に、判別部7によって電流値が再設定される流れについて、図3のトランジスタ特性を参照しながら説明を行う。

電流設定部6によって、予めLED3及びLED4には電流値Id3の電流を流す設定がされているものとする。なお、電流設定部6が利用者によって操作できる構成であり、利用者が操作することで液晶ディスプレイ1の表示輝度の調整が行えるものとしても構わない。

また、LED3とLED4とは、一定電流が流れている場合においてもアノード・カソード間順方向電圧VFに相違が生じるものとする。たとえば、LED3とLED4に対して電流Id3を流した場合、LED3の順方向電圧VF3=Vf33、LED4の順方向電圧VF4=Vf43であって、Vf33<Vf43であるとする。

電流設定部6は、電流値Id3の電流を各LEDに流す指示を判別部7に与える。判別部7は、図2に示すトランジスタQ12、Q13のVGS、VDSおよびトランジスタ特性より、電流値Id3をLEDに流すことができるかどうかの判定を行う。

電流値Id3を流す指示が与えられると、電流設定部6はメモリより各トランジスタの特性を参照し、一定電流Id3がドレイン電流となるVGSを導く。また、同時にメモリよりLEDの順方向電圧特性を参照し、電流値Id3の下での順方向電圧VFを読み出すとともに、各LEDのアノード電極に印加される直流電圧(もしくは電源電圧VCC)と各LEDのVFとから、各トランジスタのVDSを算出する。

このとき、算出されたVDSが、いずれのトランジスタについても閾値を上回る値であれば、指定された電流を流すことができるため、流すことが可能である旨の信号を判別部7が電流設定部6に返すとともに、電流設定部6は、この信号を受けて電流制御部5に対して実際に電流値Id3を各LEDに流す指示を与える。電流制御部5は、電流値Id3を各LEDに流すべくVGS=Vgs3を満足する抵抗R11の値を決定する。

一方、算出されたVDSが少なくとも一つのトランジスタの閾値を下回る場合、該当するトランジスタが接続されているLEDに対しては指定された電流を流すことができない。このとき、指定された電流を流すことができない旨の信号を判別部7が電流設定部6に返すとともに、電流設定部6によって指定電流の再設定が行われる。なお、電流設定部6が外部CPUからのPWM信号のデューティ比や照度センサの出力信号などの設定手段に応じて電流値の調整を行う構成であるとしてもよい。

例えば、Q12のVDSがVds12=Vdsbであって、Q13のVDSがVds13=Vdsaである場合、トランジスタQ12についてはVGS=Vgs3とすることでドレイン電流Id=Id3を満足することができるが、Q13については、すでに非飽和領域に位置しているためVGS=Vgs3としてもドレイン電流IdがId3を維持することができない。

このような場合に、判別部7は設定電流値をId3からId2に変更を行う指示を電流設定部6に与える。このId2の値は、LEDの逆方向電圧とLEDのアノード電極印加電圧とより、一定電流を流すことのできる値を判別部7が算出して得られる値である。

たとえば、電流Id2とすることによって、トランジスタQ12のVDSがVds12=Vdsb'、Q13のVDSがVds13=Vdsa'となることが分かっており、この場合VGS=Vgs2を満足するように抵抗Rを調整すれば、いずれのLEDに対してもId2を流すことが可能である。電流設定部6は、設定電流をId2とするように電流制御部5に指示を与え、電流制御部5は電流設定部ID2を各LEDに流すべく抵抗R11の値を変更する。

このような判別処理を所定のタイミングで逐次行うことで、少なくとも一つのトランジスタが非飽和領域に到達した時点で、設定電流が自動的に変更されて、いずれのLEDに対しても同一値の電流が流れ、これによってLED間での輝度差が生じることがない。すなわち、電源電圧が低下してきた場合においても、昇圧回路を設けることなく各LEDを同一輝度で発光させることが可能である。

なお、上述において、電源供給部2は、利用を続けるのに応じて出力電圧が低下するリチウムイオン電池などのバッテリーを想定しているが、これに限られず、電圧の変動する電源一般に適用して構わない。

上述では、判別部7がVGS,VDSおよびLEDに印加される直流電圧を測定するとともに、MOSトランジスタの特性とLEDの順方向特性とより、指定された電流を流すことができるかどうかを判別していたが、各LEDの順方向特性とLEDに接続されているMOSトランジスタの特性とより各LEDに対して流すことができる閾値電流(制御可能な電流値)とLEDアノード電極印加電圧との関係とが予め算出されてメモリに記憶されており、このデータに基づいて電流値の変更を行う構成としても構わない。なお、以下において、LEDに対して流すことのできる制御可能な電流値のことを電流制御能力と称する。

図4は、LEDアノード電極印加電圧とLED3およびLED4の電流制御能力との関係を示すグラフである。例えば、アノード電極に電圧Vaが印加されている場合、LED3においては電流Ia3までの大きさの電流であれば流すことが可能であり、LED4においては電流Ia4までの大きさの電流であれば流すことが可能であるということを表している。

図4のような特性を示す状態の下で、設定電流値がIb1である場合、アノード電極印加電圧がVb以上の範囲であればLED3及びLED4に対して電流Ib1を流すことが可能である一方、Vb以下であればLED4に対しては電流Ib1を流すことができない。

このような場合に、設定電流値Ib1で液晶ディスプレイ1を駆動しておきながら、LED4のアノード電極印加電圧がVbを下回ったことを判別部7が確認した時点で、判別部7は電流設定部6に対して設定電流をIb1より少ないIb2に変更する。

設定電流値Ib2である場合、アノード電圧印加電圧がVb以下であっても、所定の電圧以上の範囲内であればLED4に対して当該電流値Ib2を流すことが可能であるため、LED3およびLED4の両方のLEDに対して同一値の電流を流すことができる。これによってLED間に輝度差が生じるという問題が回避できる。

なお、再設定される電流値は、予め所定の間隔ごとに定められた値を用いるものとしても構わない。この場合、再設定された電流値を維持できる最大のアノード電極印加電圧を下回った時点で、判別部7が電流設定部6に対して次の設定電流値に設定変更指示を行うものとしても構わないし、設定された電流値を維持できる最大のアノード電極印加電圧を下回る前に設定変更指示を行うものとしても構わない。

なお、上述では、LEDアノード電極印加電圧が所定の値を下回った時点で設定電流値の変更指示を行うものとしたが、電源供給部2の出力電圧が所定の値を下回った時点で設定電流値の変更指示を行う構成としても構わない。さらにこのとき、電源供給部2の電圧低下速度(利用時間と出力電圧との関係)が予め把握できている場合においては、起動後所定時間経過した時点で判別部7が電流設定部6に対して設定電流値の変更指示を行う構成としても構わない。

また、各LEDに流れる電流を検知するための抵抗が接続されており、判定部7がこの抵抗に流れる電流の電流値を測定することで、電流設定部6で設定されている電流値を下回った時点で電流設定部6に対して再設定指示を行う構成としても構わない。

また、再設定される電流値を、現時点で設定されている電流値に応じた値(例えば設定値の1/4倍した電流値)とするデジタル的設定を行うものとしても構わない。このようにすることで、予め高精度に設定できるため設計の自由度が向上する。さらに全体的にディスプレイ1の輝度が低下するため、利用者に対して電源供給部2の電圧が低下していることを視覚的に通知することができるという効果がある。

また、図4のような特性が予め分かっている場合には、同一電圧がアノード電極に印加される状態の下で電流制御能力が最も小さいLEDの特性に応じて再設定電流値を電流設定部6に指示するアナログ的設定を行うものとしても構わない。

図5は、上記アナログ的設定を行う場合の設定電流値とアノード電極印加電圧との関係を示すグラフである。アノード電極印加電圧に応じてLED4の電流制御能力ぎりぎりの電流値に設定することで、LED3およびLED4いずれにも同一値の電流を流すことができる。たとえば、図5に示すように、初期の設定電流値がIa4である場合、アノード電極印加電圧がV2a以上の範囲においては設定電流値はIa4を保ち、アノード電極印加電圧がV2aを下回ると、電流設定部6がLED4の電流制御能力ぎりぎりの電流値に設定する指示を電流制御部5に与える。

このように制御することで、電源供給部2の出力電圧が低下しても急激にLEDの輝度を落とすことなく、連続的に低下させていくことができ、ディスプレイ1の明るさが急激に低下するということがない。携帯機器の液晶バックライト用に用いられる白色LEDは、電源供給部2の出力電圧によらずLED電流を一定に保つことが理想的であるため、この制御方法が有効である。

なお、上述では電流設定部6が電源回路10の外部に備えられている構成としたが、電源回路10の内部構成としても構わない。このようにすることで、外部信号のプログラムが不要になるとともに信号出力のポートを確保する必要がなくなるため、周辺回路設計の簡素化が図れる。

また、LED3、LED4は、上述では同一値の電流が流される制御が行われるとしたが、同一値ではなく、例えば同一比率の電流が流される制御が行われるとしても良い。

図6は、同一比率の電流が流される制御が行われる電流制御部5の一例である。トランジスタQ11のソース電極に抵抗R11aを設け、トランジスタQ12、Q13のソース電極に接続されている可変抵抗R12、R13の大きさを変化させることで、LED3、LED4の電流値を変化させることができる構成である。

すなわち、R12およびR13をR11aの大きさと比較して予め定められた比率の抵抗値にしておくことで、LED3及びLED4に流れる電流値を予め定められた比率を維持した状態で制御することができる。

このように各LEDに流れる電流比を一定に保つことで、例えばRGBの3色LEDのように色調維持のために電流比を一定に保つ必要があるような用途に利用することができる。3色LEDはピクチャーライトと呼ばれるカメラ付携帯電話の補助光源やイルミネーション光源、液晶テレビのバックライト用などに用いられており、これらに対して適用することができる。

なお、上述ではR12、R13の値を調整して電流比率を変化させるものとしたが、これに限られず、電流比率が一定の電流を各LEDに流す構成を持つ電源回路であれば、どのような構成であっても構わない。

また、電流制御部5は、図2に示される構成に限られず、指定された電流値の電流を各LEDに対して流すことのできる構成であれば、どのような構成であっても構わない。

なお、上述において、特性を記憶する手段としてメモリと記載したが、この記憶手段はメモリに限られるものではなく、他の記憶手段(例えば電子回路でアナログ的に実現するなど)を用いるものとしても構わない。

また上述では、判別部7が、トランジスタおよびLEDの特性を記憶しておくとともに、この特性より基準となる電流の閾値あるいは電圧の閾値を算出する構成としたが、トランジスタおよびLEDの特性より基準となる電流の閾値あるいは電圧の閾値を予め算出しておいて、この基準値を出力する基準出力部を判別部が備える構成としても構わない。この基準出力部は、アナログ電子回路で構成しても構わないし、デジタル的に構成しても構わない。

このとき、判別部7は、基準出力部から出力される電流の閾値と、電流設定部6で設定された電流値を比較することで、上述と同様の判別を行う構成とすることができる。また、同様に電圧値を比較する場合においても、基準出力部から出力される電圧の閾値と、トランジスタのドレイン・ソース間電圧あるいは電源供給部2の出力電圧とを比較して上述と同様の判別を行う構成とすることができる。

<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態について、図面を参照して説明する。なお第1の実施形態と同一の部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図7は、本実施形態の電源回路を備える液晶ディスプレイの一部構成を示したものである。本実施形態は、第1の実施形態と比較して、電流設定部6とは異なる電流設定部11と、電流設定部11によって設定された電流を流す制御を行う電流制御部12と、この電流制御部12によって制御される電流値が流されるLED13とを更に備えることを特徴とするものである。なお、図7は、電流設定部6と電流設定部11が電源回路10内部に備えられる構成としているが、これは電源回路10外部に備えられるものとしても構わない。

なお電流制御部12は、電流制御部5とは異なり、判別部7の判別結果によらず電流設定部11で設定された電流値をLED13に流す制御を行う。

第1の実施形態で説明したように、判別部7は、電流設定部6によってLED3およびLED4に対して予め指定されている電流値を流すことができる場合には当該電流値を電流設定部6に出力する一方、これらのLEDのうちの少なくとも一つのLEDに対して流すことができない電流値であった場合には、メモリに記憶されているMOSトランジスタの特性に基づいてすべてのLEDに対して流すことのできる電流値を算出し、この電流値を電流設定部6に対して出力する。そして、この算出された電流値の電流がLED3、およびLED4に与えられる。

一方で、LED13に対しては、電流設定部12で指定された電流値を流し続けられる構成である。すなわち、このように構成されることで、LED13は、輝度のばらつきよりも輝度の大きさを重視する箇所に用いられるLEDとして利用することで、LED3、LED4と異なった制御をさせることができ、制御の自由度が向上する。例えば、LED3、LED4は一様な輝度が求められる液晶バックライト用LEDに適用し、一方でLED13は、ばらつきよりも輝度そのものの大きさを重視するサブ液晶用LED、あるいはフラッシュライト用LEDとして適用することができる。

なお、本実施形態の電源回路は、前述の第1の実施形態の構成と組み合わせて実現されるものとしても構わない。例えば、電流制御部5がLED3とLED4とを同一比率の電流値に制御する構成としてもよい。

本発明は、昇圧回路を設けることなく電源電圧の利用可能範囲を大きくしたLED駆動用電源回路を提供することを目的とするものであるが、昇圧回路がすでに備えられている電源回路に適用することで、電源効率を向上させる効果を得ることもできる。

また、昇圧回路のかわりに降圧回路を設けることで、電源電圧が高い場合には、従来はすべて電流制御部5で損失させていた電力を降圧スイッチングレギュレータや降圧チャージポンプを使用して高効率で降圧させることが可能なため、電源回路の効率を向上させることができる。なお、昇降圧回路を設けることで、より広範囲の電源電圧が利用可能となり、電源効率を向上させることができる。

本発明の電源回路は、白色LEDをバックライト用光源とするカラー液晶画面を搭載し、Liイオン電池などのバッテリーを電源として動作する携帯電話、デジタルカメラ、携帯型ゲーム機、携帯オーディオプレイヤー、PDA(Personal Digital Assistant)などに備えられるLED駆動用電源回路として好適に利用され得る。

は、本発明の電源回路を備える液晶ディスプレイの一部構成を示したものである。 は、図1における電流制御部5を詳細に示した一例である。 は、図2におけるMOSトランジスタのドレイン・ソース間電圧VDSと、ドレイン電流IDとの関係を示すグラフである。 は、図2におけるLEDアノード電極印加電圧とLED3およびLED4の電流制御能力との関係を示すグラフである。 は、アナログ的設定を行う場合の設定電流値とアノード電極印加電圧との関係を示すグラフである。 は、同一比率の電流が流される制御が行われる電流制御部5の一例である。 は、本発明の電源回路を備える液晶ディスプレイの別の一部構成を示したものである。 は、従来技術を用いた電源回路を備える液晶ディスプレイの一部構成を示したものである。 は、図8における電流制御部905を詳細に示した一例である。 は、図9におけるMOSトランジスタの、ドレイン・ソース間電圧VDSと、ドレイン電流IDとの関係を示すグラフである。

符号の説明

1 液晶ディスプレイ
2 電源供給部
3、4、13 LED
5、11 電流制御部
6、12 電流設定部
7 判別部
10 電源回路

Claims (14)

  1. 並列に接続された複数の第1のLEDと、
    前記複数の第1のLEDそれぞれに電圧を供給する電源供給部と、
    第1電極、第2電極、及び制御電極を備えるとともに前記複数の第1のLEDそれぞれの一端に第1電極が接続された複数のトランジスタそれぞれの制御電極が接続されて構成されるカレントミラー回路を有し、当該カレントミラー回路を構成する前記複数のトランジスタそれぞれの制御電極と第2電極との間の電圧を制御することにより前記第1のLEDそれぞれに与える電流を所定の電流値に制御する第1の電流制御部と、
    前記第1の電流制御部に対して前記第1のLEDそれぞれに流す電流の値の設定を行う第1の電流設定部と、
    前記第1の電流設定部によって設定された電流値の電流を前記第1のLEDそれぞれに対して流すことが可能か否かの判別を行う判別部と、を備え、
    前記判別部が、
    前記第1のLEDそれぞれに対して、前記第1のLEDの一端又は他端にかかる電圧値と前記第1のLEDを流れる電流値との関係を記憶するとともに、
    前記第1のLEDそれぞれの一端又は他端にかかる電圧値を測定し、
    前記第1のLEDそれぞれに対して、記憶した電圧値及び電流値の関係と測定した電圧値とによる演算に基づいて、前記第1の電流設定部によって設定された設定電流値の電流を前記第1のLEDに流すことができるか否かの判断を行い、
    前記複数の第1のLEDのうちの少なくとも一つの前記第1のLEDに対して前記第1の電流設定部による前記設定電流値の電流を流すことができないと判断を行うと、前記第1の電流設定部に対してその旨の信号を出力し、当該信号を受信した前記第1の電流設定部が、前記設定電流値を前記複数の第1のLEDすべてに対して流すことのできる電流値に変更する指示を前記第1の電流制御部に対して行うことを特徴とする電源回路。
  2. 前記第1のLEDと並列に接続されるとともに、前記第1の電流制御部によって流れる電流が制御されない少なくとも一つ以上の第2のLEDで構成されるサブLEDと、
    前記サブLEDに与える電流を所定の電流値に制御する第2の電流制御部と、
    前記第2の電流制御部に対して前記サブLEDに流す電流の値を設定する第2の電流設定部と、を備え、
    前記サブLEDが、前記判別部における前記第1のLEDに対して前記第1の電流設定部によって設定された電流値の電流を流すことが可能か否かの判別結果にかかわらず、前記第2の電流制御部によって前記第2の電流設定部で設定された電流値の電流が与えられる制御が行われることを特徴とする請求項1に記載の電源回路。
  3. 前記判別部が、
    前記第1のLEDの一端にかかる電圧値と前記第1のLEDを流れる電流値との関係として、前記トランジスタの第1電極と第2電極との間の電圧と当該トランジスタを流れることができる最大電流値との関係によるトランジスタ特性を記憶しており、
    前記トランジスタそれぞれの第1電極と第2電極との間の電圧を測定して、測定した電圧に応じた前記最大電流値を前記トランジスタ特性より判定し、
    判定した前記トランジスタそれぞれの前記最大電流値全てが前記第1の電流設定部による設定電流値よりも上回っていることを確認したとき、前記複数の第1のLEDに対して前記第1の電流設定部による設定電流値を流すことが可能であるものと判別することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電源回路。
  4. 前記判別部が、前記第1の電流設定部より与えられる前記設定電流値が、前記トランジスタそれぞれの第1電極と第2電極との間の電圧に基づいて判定した複数の前記最大電流値のうちの少なくとも1つの値を上回ったことを確認すると、前記第1の電流設定部に対して前記設定電流値の変更指示を行うことを特徴とする請求項3に記載の電源回路。
  5. 前記判別部が、
    前記第1のLEDそれぞれに対して、前記第1のLEDを流れる電流値と前記第1のLEDの順方向電圧との関係を示す順方向電圧特性を記憶し、
    前記第1のLEDの他端に印加される直流電圧を測定し、測定した当該直流電圧と、前記順方向電圧特性を参照することで前記第1の電流設定部より与えられる電流値より導かれる前記第1のLEDの順方向電圧とによって、前記トランジスタそれぞれの第1電極と第2電極との間の電圧を求めることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の電源回路。
  6. 測定した前記トランジスタそれぞれの第1電極と第2電極との間の電圧が、前記トランジスタ特性における飽和領域と非飽和領域との境界となる閾値電圧よりも上回っているか否かを確認することで、前記トランジスタそれぞれの前記最大電流値が前記第1の電流設定部による設定電流値よりも上回っているか否かを確認することを特徴とする請求項3〜請求項5のいずれかに記載の電源回路。
  7. 前記判別部が、
    各列の前記第1のLEDに対して、前記第1のLEDの他端にかかる電圧値と前記第1のLEDを流れる電流値との関係として、前記電源供給部の出力電圧と前記トランジスタに接続されている前記第1のLEDに流すことが可能な最大電流値との関係による特性を記憶しており、
    前記電源供給部の出力電圧を測定して、測定した電圧に応じた前記最大電流値を記憶した前記特性より判定し、
    判定した前記第1のLEDそれぞれに対する前記最大電流値全てが前記第1の電流設定部による設定電流値よりも上回っていることを確認したとき、前記複数の第1のLEDに対して前記第1の電流設定部による設定電流値を流すことが可能であるものと判別することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電源回路。
  8. 前記判別部が、前記第1の電流設定部より与えられる前記設定電流値が、前記電源供給部の出力電圧に基づいて判定した複数の前記最大電流値のうちの少なくとも1つの値を上回ったことを確認すると、前記第1の電流設定部に対して前記設定電流値の変更指示を行うことを特徴とする請求項7に記載の電源回路。
  9. 前記第1の電流制御部が、
    前記カレントミラー回路を構成する前記トランジスタの制御電極に制御電極及び第1電極が接続された電流設定用トランジスタと、
    前記電流設定用トランジスタの第1電極に一端が接続されるとともに、他端が前記第1のLEDそれぞれの他端に接続された可変抵抗と、
    を備え、
    前記可変抵抗の抵抗値を切り換えることによって、前記第1のLEDに対して流す電流値を設定することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の電源回路。
  10. 前記判別部が、
    少なくとも一つの前記第1のLEDに対して前記第1の電流設定部によって設定された値の電流を流すことができないと判断すると、設定された値の電流を流すことができないと判断された前記第1のLEDに対して流すことができる最大電流値に設定電流値を変更する指示を前記第1の電流設定部に与えることを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれかに記載の電源回路。
  11. 前記判別部が、
    少なくとも一つの前記第1のLEDに対して前記第1の電流設定部によって設定された値の電流を流すことができないと判断すると、現在の設定電流値に1未満の値を乗じた新たな設定電流値を前記電流制御部に与えることを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれかに記載の電源回路。
  12. 前記複数個の第1のLEDを複数のグループに分けるとともに、同一グループに属する前記第1のLEDに対して同一電流を流すように第1の電流制御部が制御を行うことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれかに記載の電源回路。
  13. 前記複数個の第1のLEDに接続された前記トランジスタの第2電極に一端が接続された抵抗を備え、当該抵抗の抵抗値に基づいて、前記複数のグループそれぞれの前記第1のLEDに流れる電流値を設定することを特徴とする請求項12に記載の電源回路。
  14. 一つ以上のLEDを備える電子機器であって、
    前記LEDを駆動するための駆動用電源回路として請求項1〜請求項13のいずれかの電源回路を備えることを特徴とする電子機器。
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