JP4983319B2 - 発光ダイオード駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は発光ダイオード駆動回路に関し、配列された複数の発光ダイオードそれぞれを駆動する発光ダイオード駆動回路に関する。

プリンタ等において感光体を感光させる手段として、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）をリニアに配列したＬＥＤアレイを用いたものがある。このようなＬＥＤアレイの各ＬＥＤを駆動する駆動回路としては、例えば特許文献１，２等に記載されているものがある。

図６は、従来の発光ダイオード駆動回路の一例の回路構成図を示す。この駆動回路は半導体集積回路化されている。

同図中、演算増幅器１０の反転入力端子には基準電圧源１１より基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。演算増幅器１０の出力端子はｐチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下、単に「ＭＯＳトランジスタ」という）Ｍ０のゲートに接続されると共に、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ１のゲートに接続され、また、アナログスイッチ等のスイッチ１２，１３を介してｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３のソースは電源Ｖｄｄ１に接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ０，Ｍ１はカレントミラー回路を構成し、スイッチ１２，１３のオン時にＭＯＳトランジスタＭ０はＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍ３と共にカレントミラー回路を構成する。

ＭＯＳトランジスタＭ０のドレインは演算増幅器１０の非反転入力端子に接続されると共に、抵抗Ｒ１を介して接地されている。ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２，Ｍ３のドレインはｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ４のドレインに共通接続されている。スイッチ１２，１３は端子１４ａ，１４ｂそれぞれから供給される輝度調整用のスイッチ制御信号に応じてオン／オフを切り換える。

ＭＯＳトランジスタＭ４のドレインはｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ４，Ｍ５のゲートに共通接続され、ＭＯＳトランジスタＭ４，Ｍ５のソースは接地されており、ＭＯＳトランジスタＭ４，Ｍ５はカレントミラー回路を構成している。

ＭＯＳトランジスタＭ５のドレインはｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ６のゲートとドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ６のゲートはアナログスイッチ等のスイッチ１５，１６それぞれを介してｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ７，Ｍ８のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ６，Ｍ７，Ｍ８のソースは電源Ｖｄｄ２に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ７，Ｍ８のドレインはＬＥＤ（発光ダイオード）１８のアノードに接続され、ＬＥＤ１８のカソードは接地されている。

スイッチ１５，１６は、端子１７ａ，１７ｂそれぞれから供給される階調制御用のスイッチ制御信号に応じてオン／オフを切り換える。ＭＯＳトランジスタＭ７，Ｍ８はスイッチ１５，１６がオンのときにＭＯＳトランジスタＭ６とカレントミラー回路を構成する。スイッチ１５はＬＥＤ１８を発光させるタイミングでオンとなり、スイッチ１６はＬＥＤ１８の発光輝度を増大させて階調表現を行う場合にオンとなる。

演算増幅器１０は基準電圧Ｖｒｅｆと抵抗Ｒ１により、（１）式で表わされる基準電流ＩｒｅｆをＭＯＳトランジスタＭ０のドレインに流し、ＭＯＳトランジスタＭ０，Ｍ１のゲート面積比が１：Ａであれば、ＭＯＳトランジスタＭ４のドレインに電流Ａ×Ｉｒｅｆが流れる（スイッチ１２，１３がオフの状態）。

Ｉｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ／Ｒ１ …（１）
ＭＯＳトランジスタＭ１とＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３のゲート面積比が１０：１である場合、スイッチ１２をオンとしてＭＯＳトランジスタＭ２をオンすると、ＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流にＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電流が加算されてＭＯＳトランジスタＭ４のドレイン電流（１．１×Ａ×Ｉｒｅｆ）となる。また、スイッチ１２，１３をオンとしてＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３をオンすると、ＭＯＳトランジスタＭ１のドレイン電流にＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３のドレイン電流が加算されてＭＯＳトランジスタＭ４のドレイン電流（１．２×Ａ×Ｉｒｅｆ）となる。このＭＯＳトランジスタＭ４のドレイン電流が基準電流となってＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ６のドレイン電流を決定するため、階調表現にかかわらず、ＬＥＤ１８に流れる電流はスイッチ１２のオンにより１．１倍となってＬＥＤ１８の発光輝度を約１．１倍とし、スイッチ１２，１３のオンにより１．２倍となってＬＥＤ１８の発光輝度を約１．２倍とする。

なお、特許文献３には出力電流の直線性を保ちながら高速な立ち上がり時間、立ち下がり時間を得る発光素子駆動回路が記載されている。
特許第３２９６８８２号公報 特許第２５１６２３６号公報 特開２００５−１９１０３６号公報

従来の発光ダイオード駆動回路では、ＭＯＳトランジスタＭ１と並列に、スイッチ１２，１３及びＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３を設け、スイッチ１２，１３のオン／オフ制御を行うことで、ＬＥＤ１８の発光輝度を調整している。

この場合、ＬＥＤ１８の発光輝度をより細かに調整しようとすると、ＭＯＳトランジスタＭ１と並列に設けるスイッチ及びＭＯＳトランジスタの段数を１０数段から数１０段と増加させなければならず、回路規模が大きくなるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、回路規模の増大を抑えて発光ダイオードの発光輝度を高精度に調整することができ、かつ、階調制御を行ったときの発光ダイオード駆動電流の立ち上がり及び立ち下がりの特性を改善できる発光ダイオード駆動回路を提供することを目的とする。

本発明の発光ダイオード駆動回路は、基準電流を異なる値に切り替えて生成する基準電流部（３３）と、複数系統のスイッチ（３６，３８，４０）をオン／オフ制御して前記基準電流に比例した複数系統の駆動電流を生成し発光ダイオード（４５_１〜４５ｍ）に供給する電流出力部（４４_１〜４４ｍ）からなる発光ダイオード駆動回路であって、
前記電流出力部（４４_１〜４４ｍ）は、
前記基準電流部の一部と共に構成され前記基準電流に基づく第１、第２の電流を生成する第１のカレントミラー回路（Ｍ１６，Ｍ１８，Ｍ３６〜Ｍ３９，４２）と、
前記複数系統のスイッチ（３６，３８，４０）のうちオンとなったスイッチに対応してゲートに前記第１の電流を供給されて前記第１の電流に比例した電流を流す複数系統の上段トランジスタ（Ｍ２３，Ｍ２５，Ｍ２７）と、前記複数系統の上段トランジスタ（Ｍ２３，Ｍ２５，Ｍ２７）にカスケード接続されると共にゲートに前記第２の電流に基づく電圧を印加されており前記発光ダイオード（４５_１〜４５ｍ）に電流を供給する複数系統の下段トランジスタ（Ｍ２４，Ｍ２６，Ｍ２８）とからなる第２のカレントミラー回路（３６，３８，４０，Ｍ２１〜Ｍ２８）とを有し、
前記第１のカレントミラー回路（Ｍ１６，Ｍ１８，Ｍ３６〜Ｍ３９，４２）は、前記基準電流が所定値未満のときと所定値以上のときとで前記第２の電流を可変する電流可変回路（Ｍ３８，Ｍ３９，４２）を有することにより、回路規模の増大を抑えて発光ダイオードの発光輝度を高精度に調整することができ、かつ、階調制御を行ったときの発光ダイオード駆動電流の立ち上がり及び立ち下がりの特性を改善できる。

前記発光ダイオード駆動回路において、
前記電流可変回路は、前記基準電流が所定値未満のとき前記第２の電流を増大させる構成とすることができる。

前記発光ダイオード駆動回路において、
前記電流可変回路（Ｍ３８，Ｍ３９，４２）は、前記基準電流が所定値未満のときオンするスイッチ（４２）と、前記第１のカレントミラー回路を構成するトランジスタ（Ｍ３８，Ｍ３９）からなる構成とすることができる。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、回路規模の増大を抑えて発光ダイオードの発光輝度を高精度に調整することができ、かつ、階調制御を行ったときの発光ダイオード駆動電流の立ち上がり及び立ち下がりの特性を改善できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

<ＬＥＤアレイ駆動回路の構成>
図１は、本発明の発光ダイオード駆動回路を用いたＬＥＤアレイ装置の一実施形態のブロック構成図を示す。このＬＥＤアレイ装置は例えば４８チャネル構成である。

同図中、シフトレジスタ２０には１チャネルについて例えば６ビットの発光時間データが４８チャネル分時系列で供給され、シフトレジスタ２０で順次シフトされてラッチされたのち、パルス幅変調回路２２に供給される。パルス幅変調回路２２は、チャネル毎に発光時間データで指示されるパルス幅の発光パルスを生成し、４８チャネル分の発光パルスをＬＥＤアレイ駆動回路２６に供給する。

シフトレジスタ２４には１チャネルについて例えば６ビットの発光輝度データが４８チャネル分時系列で供給され、シフトレジスタ２４で順次シフトされてラッチされたのち、ＬＥＤアレイ駆動回路２６に供給される。ＬＥＤアレイ駆動回路２６は、チャネル毎に発光輝度データをデコードしてｎ系統の階調制御用のスイッチ制御信号を生成し、チャネル毎に発光パルスでオンさせるＭＯＳトランジスタを上記ｎ系統の階調制御用のスイッチ制御信号によって決定する。ＬＥＤアレイ駆動回路２６はＬＥＤアレイ２８を構成する４８チャネルのＬＥＤをチャネル単位に駆動する。

<発光ダイオード駆動回路の構成>
図２は、本発明の発光ダイオード駆動回路の一実施形態の回路構成図を示す。この駆動回路は半導体集積回路化されている。

同図中、演算増幅器３０の反転入力端子にはレギュレータ３１より基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。演算増幅器３０の出力端子はｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２それぞれのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２それぞれのソースは抵抗Ｒ１１，Ｒ１２それぞれを介して電源Ｖｄｄ１に接続されてカレントミラー回路を構成している。ＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２それぞれのドレインはｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ１３，Ｍ１４それぞれのソースに接続されている。

ＭＯＳトランジスタＭ１３，Ｍ１４のゲートはＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインに共通接続されてカレントミラー回路を構成しており、ＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは演算増幅器３０の非反転入力端子に接続されると共に、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６それぞれの一端に接続されている。抵抗Ｒ１３の他端は接地されている。

ＭＯＳトランジスタＭ１１〜Ｍ１４はカレントミラー回路がカスケード接続された構成とすることにより、ＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２のドレイン電位が略同一となり、ゲート面積が同一の場合ＭＯＳトランジスタＭ１３，Ｍ１４のドレイン電流は略同一となる。

抵抗Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６それぞれの他端にはｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ３１，Ｍ３２，Ｍ３３のドレインが接続され、ＭＯＳトランジスタＭ３１，Ｍ３２，Ｍ３３のソースは接地されている。ＭＯＳトランジスタＭ３１，Ｍ３２，Ｍ３３のゲートには端子３２ａ，３２ｂ，３２ｃから輝度調整用のスイッチ制御信号（第２の制御信号）が供給される。

なお、抵抗Ｒ１３の他端及びＭＯＳトランジスタＭ３１〜Ｍ３３のソースと接地点との間に順方向にダイオードを入れても同様の動作を行うことができる。このダイオードを設けることにより、０．４％／°Ｃの温度特性を持たせることができる。これにより、後述するＬＥＤ４５_１〜４５ｍの電流補正を行うことができ、ＬＥＤ４５_１〜４５ｍの輝度の温度による変化を抑えることができる。

ＭＯＳトランジスタＭ１４のドレインはｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ１５のゲートとドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１５のゲートはｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ１６のゲートと接続されてカレントミラー回路を構成している。

ＭＯＳトランジスタＭ１５，Ｍ１６それぞれのソースはｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ１７，Ｍ１８それぞれのドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１７，Ｍ１８のゲートはＭＯＳトランジスタＭ１５のゲートとドレインに共通接続されてカレントミラー回路を構成し、ＭＯＳトランジスタＭ１７，Ｍ１８のソースは抵抗Ｒ１７，Ｒ１８を介して接地されている。

ＭＯＳトランジスタＭ１５〜Ｍ１８はカレントミラー回路がカスケード接続された構成となっており、ＭＯＳトランジスタＭ１５，Ｍ１６のソース電位が略同一となり、ゲート面積が同一の場合ＭＯＳトランジスタＭ１５，Ｍ１６のドレイン電流は略同一となる。

上記の演算増幅器３０，レギュレータ３１，ＭＯＳトランジスタＭ１１〜Ｍ１５，Ｍ１７及び抵抗Ｒ１７は基準電流部３３を構成している。演算増幅器３０は、ＭＯＳトランジスタＭ１３のドレイン電流が抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６を流れることにより生じるＭＯＳトランジスタＭ１３のドレイン電圧をレギュレータ３１からの基準電圧Ｖｒｅｆと差動増幅して、両者が同一となるようにＭＯＳトランジスタＭ１１のドレイン電流を制御してＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインに一定の基準電流Ｉｒｅｆを流す。また、カレントミラー回路によってＭＯＳトランジスタＭ１６のドレインに基準電流Ｉｒｅｆに比例した基準電流Ｉｒｅｆ１が流れる。

ＭＯＳトランジスタＭ１６のドレインはｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ２２のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ２２のソースはｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ２１のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ２１のソースは抵抗Ｒ２０を介して電源Ｖｄｄ２に接続されている。

ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲートはＭＯＳトランジスタＭ２２のドレインに接続されると共に、アナログスイッチ等のスイッチ３６，３８，４０それぞれを介してｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７のゲートに接続されている。スイッチ３６，３８，４０がオンするとＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７のゲート電位をＭＯＳトランジスタＭ２１のゲート電圧と同一にしてＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７をオンし、スイッチ３６，３８，４０がオフするとＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７のゲート電位を電源電圧Ｖｄｄ２としてＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７をオフする。

ＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７それぞれのソースは抵抗Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３それぞれを介して電源Ｖｄｄ２に接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７はスイッチ３６，３８，４０がオンのときにＭＯＳトランジスタＭ２１とカレントミラー回路を構成する。

ＭＯＳトランジスタＭ２２のゲートはｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ２４，Ｍ２６，Ｍ２８のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７それぞれのドレインはＭＯＳトランジスタＭ２４，Ｍ２６，Ｍ２８のソースに接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ２２，Ｍ２４，Ｍ２６，Ｍ２８はカレントミラー回路を構成している。

ＭＯＳトランジスタＭ２１〜Ｍ２８はカレントミラー回路がカスケード接続された構成となることにより、ＭＯＳトランジスタＭ２１，Ｍ２３，Ｍ２５，Ｍ２７のドレイン電位が略同一となり、ゲート面積が同一の場合ＭＯＳトランジスタＭ２２，Ｍ２４，Ｍ２６，Ｍ２８のドレイン電流は略同一となる。ここでは、階調表現を行うために、例えばＭＯＳトランジスタＭ２１，Ｍ２２のゲート面積に対して、ＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２４のゲート面積は６倍、ＭＯＳトランジスタＭ２５，Ｍ２６のゲート面積は３倍、ＭＯＳトランジスタＭ２７，Ｍ２８のゲート面積は２倍というように、ゲート面積をそれぞれ異ならせている。

ＭＯＳトランジスタＭ２２，Ｍ２４，Ｍ２６，Ｍ２８それぞれのゲートが共通接続された接続点Ａは、抵抗Ｒ４０を介してｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ３５のゲート及びドレインに接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ３５のソースは電源Ｖｄｄ２に接続されている。

また、接続点ＡはｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ３６，Ｍ３８のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ３６，Ｍ３８のソースはｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ３７，Ｍ３９のドレインに接続され、ＭＯＳトランジスタＭ３７，Ｍ３９のソースは抵抗Ｒ４１を介して接地されている。ＭＯＳトランジスタＭ３６，Ｍ３７のゲートはＭＯＳトランジスタＭ１６のゲートに接続され、ＭＯＳトランジスタＭ３８，Ｍ３９のゲートはスイッチ４２を介してＭＯＳトランジスタＭ１６のゲートに接続されている。即ち、ＭＯＳトランジスタＭ３６，Ｍ３７はＭＯＳトランジスタＭ１６，Ｍ１７と共にカレントミラー回路を構成し、ＭＯＳトランジスタＭ３８，Ｍ３９はスイッチ４２がオンのときＭＯＳトランジスタＭ１６，Ｍ１７と共にカレントミラー回路を構成する。

スイッチ４２は端子４３から輝度調整用のスイッチ制御信号（第１の制御信号）を供給されており、スイッチ４２はスイッチ制御信号がローレベルのときオン（導通）し、ハイレベルのときオフする。なお、ＭＯＳトランジスタＭ１５とＭ１７のゲート面積，Ｍ１６とＭ１８のゲート面積，Ｍ３６とＭ３７のゲート面積，Ｍ３８とＭ３９のゲート面積の比は例えば２：２：１：１とされている。

スイッチ４２がオフのとき、ＭＯＳトランジスタＭ３６のドレイン電流である電流Ｉｂが抵抗Ｒ４０を流れ、スイッチ４２がオンのとき、ＭＯＳトランジスタＭ３６，Ｍ３８のドレイン電流である電流Ｉｂが抵抗Ｒ４０を流れ、これによって、接続点Ａ即ちＭＯＳトランジスタＭ２２，Ｍ２４，Ｍ２６，Ｍ２８のソース電圧が決定される。

スイッチ３６，３８，４０それぞれは端子３７，３９，４１それぞれから供給されるｎ（ここではｎ＝３）系統の階調制御用のスイッチ制御信号に応じてオン／オフを切り換える。なお、ｎは３に限らない。ＭＯＳトランジスタＭ２４，Ｍ２６，Ｍ２８のドレインはＬＥＤ４５_１のアノードに接続され、ＬＥＤ４５_１のカソードは接地されている。

ここで、スイッチ３６，３８，４０がオフのときＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７はオフしＬＥＤ４５_１に電流は流れない。スイッチ３６がオンするとＭＯＳトランジスタＭ２３のドレイン電流がＬＥＤ４５_１に流れ、スイッチ３６，３８がオンするとＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５のドレイン電流の和がＬＥＤ４５_１に流れ、スイッチ３６，３８，４０がオンするとＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２５，Ｍ２７のドレイン電流の和がＬＥＤ４５_１に流れ、ＬＥＤ４５_１は流れる電流が大きくなるほど発光輝度が大となる。

上記のスイッチ３６，３８，４０，ＭＯＳトランジスタＭ１６，Ｍ１８〜Ｍ２８，抵抗Ｒ１８〜Ｒ２３が１チャネル分の電流出力部４４_１を構成しており、ｍ（例えばｍ＝４８）チャネル分の同一構成の電流出力部４４_１〜４４ｍが基準電流部３３に接続されている。各チャネルの電流出力部４４_１〜４４ｍはそれぞれに接続されているＬＥＤアレイ２８のＬＥＤ４５_１〜４５ｍを駆動する。

<レギュレータの構成>
図３は、レギュレータ３１の詳細な回路構成図を示す。同図中、演算増幅器５０の反転入力端子には基準電圧源５１より基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されている。演算増幅器５０の出力端子はｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ４０のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ４０のソースは電源Ｖｄｄ１に接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ４０のドレインは出力端子５２に接続されると共に、直列接続された抵抗Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ３４を介して接地されている。

抵抗Ｒ３２，Ｒ３３の接続点即ち分圧点は演算増幅器５０の非反転入力端子に接続されており、抵抗Ｒ３２と並列にスイッチとしてのトランスミッションゲート５３が接続され、抵抗Ｒ３３と並列にスイッチとしてのトランスミッションゲート５４が接続されている。

演算増幅器５０は、ＭＯＳトランジスタＭ４０のドレイン電流が抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４を流れることにより生じる出力端子５２の出力電圧を分圧点である抵抗Ｒ３２，Ｒ３３の接続点から取り出し、この分圧点の電圧を基準電圧源５１よりの基準電圧Ｖｒｅｆ１と差動増幅して、両者が同一となるようにＭＯＳトランジスタＭ４０のドレイン電流を制御している。

端子５５には輝度調整用のスイッチ制御信号（第１の制御信号）が供給され、縦続接続されたインバータ５６，５７で反転される。インバータ５６の出力する反転スイッチ制御信号はトランスミッションゲート５３の制御端子に供給され、インバータ５７の出力する非反転スイッチ制御信号はトランスミッションゲート５４の制御端子に供給される。

トランスミッションゲート５３，５４それぞれは制御端子にローレベルのスイッチ制御信号を供給されるとオフ（遮断）し、ハイレベルのスイッチ制御信号を供給されるとオン（導通）する。トランスミッションゲート５３はオンすると抵抗Ｒ３２の両端間を短絡し、オフすると抵抗Ｒ３２の両端間を開放する。トランスミッションゲート５４はオンすると抵抗Ｒ３３の両端間を短絡し、オフすると抵抗Ｒ３３の両端間を開放する。

<発光ダイオードの輝度調整>
ここで、図２に示す抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６それぞれの抵抗値の比は、例えば１：２：４：８とされている。端子３２ａ〜３２ｃからのスイッチ制御信号が総てローレベルのときＭＯＳトランジスタＭ３１〜Ｍ３３はオフしてＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは抵抗Ｒ１３を介して接地される。

端子３２ａからのスイッチ制御信号がハイレベルのときＭＯＳトランジスタＭ３１がオンしてＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４の並列接続を介して接地される。同様に、端子３２ｂからのスイッチ制御信号がハイレベルのときＭＯＳトランジスタＭ３２がオンしてＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１５の並列接続を介して接地され、端子３２ｃからのスイッチ制御信号がハイレベルのときＭＯＳトランジスタＭ３３がオンしてＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１６の並列接続を介して接地される。

また、端子３２ａ，３２ｂからのスイッチ制御信号がハイレベルのときＭＯＳトランジスタＭ３１，Ｍ３２がオンしてＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４とＲ１５の並列接続を介して接地され、端子３２ｂ，３２ｃからのスイッチ制御信号がハイレベルのときＭＯＳトランジスタＭ３２，Ｍ３３がオンしてＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６の並列接続を介して接地され、端子３２ａ，３２ｃからのスイッチ制御信号がハイレベルのときＭＯＳトランジスタＭ３１，Ｍ３３がオンしてＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４と抵抗Ｒ１６の並列接続を介して接地され、端子３２ａ，３２ｂ，３２ｃからのスイッチ制御信号がハイレベルのときＭＯＳトランジスタＭ３１，Ｍ３２，Ｍ３３がオンしてＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４と抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６の並列接続を介して接地される。

つまり、ＭＯＳトランジスタＭ１３のドレイン抵抗を最大で抵抗Ｒ１３とし、最小で（Ｒ１３／／Ｒ１４／／Ｒ１５／／Ｒ１６）とすることができる。なお、Ｒ１３／／Ｒ１４／／Ｒ１５／／Ｒ１６は抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６の並列接続の合成抵抗を表す。

これによって、ＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインを流れる基準電流Ｉｒｅｆの最小値Ｉｒｅｆ（ｍｉｎ）が（２）式で表わされ、最大値Ｉｒｅｆ（ｍａｘ）が（３）式で表される。

Ｉｒｅｆ（ｍｉｎ）＝Ｖｒｅｆ／Ｒ１３ …（２）
Ｉｒｅｆ（ｍａｘ）＝Ｖｒｅｆ／（Ｒ１３／／Ｒ１４／／Ｒ１５／／Ｒ１６）…（３）
本発明では、ＬＥＤ４５_１の発光輝度が所望の値となるように、端子３２ａ〜３２ｃからのスイッチ制御信号によりＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインに流れる基準電流Ｉｒｅｆを調整する。

更に、図３に示す端子５５のスイッチ制御信号がハイレベルのとき、出力端子５２の出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｈ）は（４）式で表される。また、端子５５のスイッチ制御信号がローレベルのとき、出力端子５２の出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｌ）は（５）式で表される。

Ｖｏｕｔ（Ｈ）＝Ｖｒｅｆ×（Ｒ３１＋Ｒ３２＋Ｒ３４）／Ｒ３４ …（４）
Ｖｏｕｔ（Ｌ）＝Ｖｒｅｆ×（Ｒ３１＋Ｒ３３＋Ｒ３４）／（Ｒ３３＋Ｒ３４）
…（５）
このため、例えばＲ３１＝Ｒ３２＝Ｒ３３＝Ｒ３４とすると、スイッチ制御信号がハイレベルのときのＶｏｕｔ（Ｈ）は、スイッチ制御信号がローレベルのときのＶｏｕｔ（Ｌ）の２倍となる。図３の出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｈ），Ｖｏｕｔ（Ｌ）は、即ち図２における基準電圧Ｖｒｅｆであり、基準電圧Ｖｒｅｆが２倍になると、基準電流Ｉｒｅｆは２倍となる。

図４に輝度調整による発光輝度データとＬＥＤ４５_１に流れる電流の関係を示す。同図中、実線Ｌ１はＶｏｕｔ（Ｌ）でのＩｒｅｆ（ｍｉｎ）における発光輝度データとＬＥＤ４５_１に流れる電流の関係を示し、実線Ｌ２はＶｏｕｔ（Ｌ）でのＩｒｅｆ（ｍａｘ）における発光輝度データとＬＥＤ４５_１に流れる電流の関係を示す。

また、実線Ｌ３はＶｏｕｔ（Ｈ）でのＩｒｅｆ（ｍｉｎ）における発光輝度データとＬＥＤ４５_１に流れる電流の関係を示し、実線Ｌ４はＶｏｕｔ（Ｈ）でのＩｒｅｆ（ｍａｘ）における発光輝度データとＬＥＤ４５_１に流れる電流の関係を示す。なお、Ｖｏｕｔ（Ｌ）でのＩｒｅｆ（ｍｉｎ）は例えば２００μＡであり、Ｖｏｕｔ（Ｈ）でのＩｒｅｆ（ｍａｘ）は例えば１．３２ｍＡである。

従来は、ＬＥＤ１８の発光輝度をより細かに調整しようとすると、ＭＯＳトランジスタＭ１と並列に設けるスイッチ及びＭＯＳトランジスタの段数を１０数段から数１０段と増加させなければならなかったが、本発明ではＭＯＳトランジスタＭ３１，Ｍ３２，Ｍ３３と抵抗Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６の簡単な構成で、輝度調整を行うことができる。更に、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４とトランスミッションゲート５３，５４の簡単な構成で、１ビットのスイッチ制御信号で基準電流Ｉｒｅｆを切り替えて輝度調整を行うことができる。本実施形態では、スイッチ制御信号のビット数をＮとすると２^Ｎ通りの輝度調整を行うことができる。

ところで、基準電流Ｉｒｅｆの可変幅を大きくすると、基準電流Ｉｒｅｆ１の可変幅も大きくなり、例えば基準電流Ｉｒｅｆ１の最大値は基準電流Ｉｒｅｆ１の最小値の３倍以上となる。

ここで、スイッチ３６，３８，４０をオン／オフしてＭＯＳトランジスタＭ２４，Ｍ２６，Ｍ２８がオン／オフを切り替えるときＭＯＳトランジスタＭ２４，Ｍ２６，Ｍ２８のゲート・ソース間容量に電流が流れるため、ＭＯＳトランジスタＭ２４，Ｍ２６，Ｍ２８を高速にスイッチングするためには電流Ｉｂを大きくした方が良いが、電流Ｉｂを常時大きくすると消費電流が大きくなる。

図５に、電流Ｉｂを各種設定し、階調制御用のスイッチ３６をオフからオン、その後、オフした場合にＬＥＤ４５_１に流れる電流の波形を示す。電流Ｉｂが１００μＡと最小の場合は、実線Ｊ１に示すように電流の波形の立ち上がりが遅くなり、立ち下がりにオーバーシュートを生じている。また、電流Ｉｂが１５０μＡの場合は、破線Ｊ２に示すように立ち上がり及び立ち下がりにオーバーシュートを生じている。これに対し、電流Ｉｂが３００μＡの場合は一点鎖線Ｊ３に示すように立ち上がり及び立ち下がりにオーバーシュートを生じていない。立ち上がりの遅れや立ち上がり及び立ち下がりにオーバーシュートが生じるのは、電流Ｉｂが過少であると、スイッチ３６のオン／オフ時に接続点Ａの電位が変動するためである。

本実施形態では、基準電流Ｉｒｅｆ１及び電流Ｉｂが小さくなる輝度調整用のスイッチ制御信号（第１の制御信号）のローレベル時に、この輝度調整用のスイッチ制御信号（第１の制御信号）によってスイッチ４２をオンすることで、ＭＯＳトランジスタＭ３６と並列にＭＯＳトランジスタＭ３８をオンして電流Ｉｂを増大させて、立ち上がりの遅れや立ち上がり及び立ち下がりのオーバーシュートの発生を抑制して立ち上がり及び立ち下がりの特性を改善している。

本発明の発光ダイオード駆動回路を用いたＬＥＤアレイ装置の一実施形態のブロック構成図である。 本発明の発光ダイオード駆動回路の一実施形態の回路構成図である。 レギュレータの詳細な回路構成図である。 輝度調整による発光輝度データとＬＥＤに流れる電流の関係を示す図である。 電流Ｉｂを可変しスイッチをオフ／オンした際にＬＥＤに流れる電流の波形を示す図である。 従来の発光ダイオード駆動回路の一例の回路構成図である。

符号の説明

３０，５０ 演算増幅器
３１ レギュレータ
３３ 基準電流部
３６，３８，４０ スイッチ
４４_１〜４４ｍ 電流出力部
４５_１〜４５ｍ ＬＥＤ
５３，５４ トランスミッションゲート
５６，５７ インバータ
Ｍ１１〜Ｍ４０ ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１１〜Ｒ４１ 抵抗
Ｖｄｄ１，Ｖｄｄ２ 電源

Claims (3)

1. 基準電流を異なる値に切り替えて生成する基準電流部と、複数系統のスイッチをオン／オフ制御して前記基準電流に比例した複数系統の駆動電流を生成し発光ダイオードに供給する電流出力部からなる発光ダイオード駆動回路であって、
   前記電流出力部は、
   前記基準電流部の一部と共に構成され前記基準電流に基づく第１、第２の電流を生成する第１のカレントミラー回路と、
   前記複数系統のスイッチのうちオンとなったスイッチに対応してゲートに前記第１の電流を供給されて前記第１の電流に比例した電流を流す複数系統の上段トランジスタと、前記複数系統の上段トランジスタにカスケード接続されると共にゲートに前記第２の電流に基づく電圧を印加されており前記発光ダイオードに電流を供給する複数系統の下段トランジスタとからなる第２のカレントミラー回路とを有し、
   前記第１のカレントミラー回路は、前記基準電流が所定値未満のときと所定値以上のときとで前記第２の電流を可変する電流可変回路を有する
   ことを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
2. 請求項１記載の発光ダイオード駆動回路において、
   前記電流可変回路は、前記基準電流が所定値未満のとき前記第２の電流を増大させることを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
3. 請求項２記載の発光ダイオード駆動回路において、
   前記電流可変回路は、前記基準電流が所定値未満のときオンするスイッチと、前記第１のカレントミラー回路を構成するトランジスタからなることを特徴とする発光ダイオード駆動回路。

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