JP4017643B2

JP4017643B2 - 電源回路およびこれを備える電子機器

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Publication number: JP4017643B2
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Inventors: 努佐藤
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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Ｖ_cc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Ｉ_d911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Ｖ_ccが十分大きい値の場合には、それぞれのドレイン電流Ｉ_d912およびＩ_d913も、Ｉ_d911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、Ｉ_d911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Ｖ_DSと、ドレイン電流Ｉ_D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Ｖ_GSが一定の下では、Ｖ_DS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、Ｖ_GS＝Ｖ_gs1の場合、Ｖ_DSがＶ_ds1の値より大きい場合にはドレイン電流Ｉ_D＝Ｉ_d1を示しており、Ｖ_ds1の値より小さい範囲では、ドレイン電流はＩ_d1を維持できずＶ_GS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Ｖ_F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Ｖ_Fが３．３Ｖで、ＬＥＤ９０４の順方向電圧Ｖ_F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Ｖ_ＤＳは、電源電圧とＬＥＤの順方向電圧Ｖ_Ｆ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Ｉ_d2（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Ｖ_GSがＶ_gs2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Ｖ_GSをＶ_gs2に維持する制御を行う。

ここで、ＬＥＤ９０３の順方向電圧Ｖ_F903と比較してＬＥＤ９０４の順方向電圧Ｖ_F904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Ｖ_DS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Ｖ_ds913が閾値電圧Ｖ_ds2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Ｖ_F903がＶ_F904より小さいため、ドレイン・ソース間電圧Ｖ_ds912は閾値電圧Ｖ_ds2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Ｖ_dsが閾値電圧Ｖ_ds2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Ｉ_d2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Ｉ_d2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Ｖ_ds2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Ｖ_cc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Ｖ_cc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Ｖ_DSと、ドレイン電流Ｉ_Dとの関係を示すグラフを図３に示す。

したがって、Ｖ_GS＝Ｖ_gs1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Ｉ_d1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Ｖ_DSがＶ_ds1を下回っている場合は、Ｖ_DSがＶ_ds1を下回っている側のＬＥＤに対しては電流Ｉ_d1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Ｖ_GS、ドレイン・ソース間電圧Ｖ_DS、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（Ｖ_DS−Ｉ_D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Ｖ_CC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Ｖ_DSに相違が発生し、電源電圧Ｖ_CC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Ｉ_d3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Ｖ_F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Ｉ_d3を流した場合、ＬＥＤ３の順方向電圧Ｖ_F3＝Ｖ_f33、ＬＥＤ４の順方向電圧Ｖ_F4＝Ｖ_f43であって、Ｖ_f33＜Ｖ_f43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Ｖ_GS、Ｖ_DSおよびトランジスタ特性より、電流値Ｉ_d3をＬＥＤに流すことができるかどうかの判定を行う。

電流値Ｉ_d3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Ｉ_d3がドレイン電流となるＶ_GS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Ｉ_d3の下での順方向電圧Ｖ_F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Ｖ_CC）と各ＬＥＤのＶ_Fとから、各トランジスタのＶ_DSを算出する。

このとき、算出されたＶ_DS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Ｉ_d3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Ｖ_GS＝Ｖ_gs3を満足する抵抗Ｒ１１の値を決定する。

一方、算出されたＶ_DS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Ｖ_DSがＶ_ds12＝Ｖ_dsbであって、Ｑ１３のＶ_DSがＶ_ds13＝Ｖ_dsaである場合、トランジスタＱ１２についてはＶ_GS＝Ｖ_gs3とすることでドレイン電流Ｉ_d＝Ｉ_d3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Ｖ_GS＝Ｖ_gs3としてもドレイン電流Ｉ_dがＩ_d3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Ｉ_d3からＩ_d2に変更を行う指示を電流設定部６に与える。このＩ_d2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Ｉ_d2とすることによって、トランジスタＱ１２のＶ_DSがＶ_ds12＝Ｖ_dsb'、Ｑ１３のＶ_DSがＶ_ds13＝Ｖ_dsa'となることが分かっており、この場合Ｖ_GS＝Ｖ_gs2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Ｉ_d2を流すことが可能である。電流設定部６は、設定電流をＩ_d2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Ｉ_D2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Ｖ_GS，Ｖ_DS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Ｖ_aが印加されている場合、ＬＥＤ３においては電流Ｉ_a3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Ｉ_a4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Ｉ_b1である場合、アノード電極印加電圧がＶ_b以上の範囲であればＬＥＤ３及びＬＥＤ４に対して電流Ｉ_b1を流すことが可能である一方、Ｖ_b以下であればＬＥＤ４に対しては電流Ｉ_b1を流すことができない。

このような場合に、設定電流値Ｉ_b1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Ｖ_b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Ｉ_b1より少ないＩ_b2に変更する。

設定電流値Ｉ_b2である場合、アノード電圧印加電圧がＶ_b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Ｉ_b2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Ｉ_a4である場合、アノード電極印加電圧がＶ_2a以上の範囲においては設定電流値はＩ_a4を保ち、アノード電極印加電圧がＶ_2a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Ｖ_DSと、ドレイン電流Ｉ_D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Ｖ_DSと、ドレイン電流Ｉ_D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、１３ＬＥＤ
５、１１電流制御部
６、１２電流設定部
７判別部
１０電源回路

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。