JP6672321B2 - 駆動器における、および、駆動器に関する改良 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体デバイスを発光させるための駆動器に関する。特に、排他的ではないが、本発明は、ディスプレイパネルまたはプロジェクタ等のディスプレイシステムにおけるＬＥＤ用の駆動器に関する。

ディスプレイパネルおよびプロジェクタの色順次式発行は、画像担持光の光源としてＬＥＤを使用することができる。画像は、ディスプレイパネルの中のＬＥＤのアレイ内のＬＥＤの選択されたパターンからパターン化された光の短いパルスを用いて形成される。カラー画像を表示するために、ＬＥＤのアレイは、短いパルスの速い連続で、繰り返し、所望のパターンを生成するように制御されなければならない。これは、ディスプレイパネルが、３つの色成分値（例えば、赤、緑、青）の各々の１つで所望のパターンを表示することを許容する。順次式表示の効果は、視覚的に言えば、フルカラーで所望のパターンを表示することである。もちろん、所望のパターンは、静止画像であってもよいし、または、動画像の１つのフレームに対応してもよい。

高品質画像を達成するために、ＬＥＤからの光出力は、理想的には、ＬＥＤが「オン」状態にあるときの時間にわたって均一であるべきである。理想的には、各ＬＥＤが、有意な遅延なく、「オン」と「オフ」との間で素早く変化するように、ＬＥＤは、ディスプレイパネルの切り替えと良好に同期されるべきである。

これらの望ましい特性を達成することは、ＬＥＤが、低輝度レベルで、従って、低電流レベルで駆動される場合に有意な寄生電流シンク（sink：受け手）となるＬＥＤの固有接合静電容量によって問題にされる。影響は、ＬＥＤの輝度出力を、ＬＥＤの動作の間に時間においてスキュー（skew）されるようにさせることである。具体的には、理想的に、順次式ディスプレイにおけるＬＥＤによる光出力のパルスの輝度プロファイルは、図１に示されるように、実質的に正方形であるべきである。これは、図２に概略的に示されているように、理想的なダイオードと理想的なダイオードを横断して並列に接続された寄生静電容量としてモデル化することができるＬＥＤの接合静電容量に因り、実際に達成するのは困難である。

電流の方形パルスがＬＥＤに入力された場合、寄生静電容量は、入力電流パルスの初期のオンになる間に入力電流のいくらかを取り込み、自身を充電し始める。これは、電流の流れに依存するＬＥＤ内の発光プロセスから電流を取り去り、そうすることで、ＬＥＤからの光出力の増加率が減らされる。特に、発光出力の急峻で／素早い立ち上がりは、充電寄生静電容量への電流の分流により抑えられる。逆に、駆動電流パルスが終了し、入力電流がゼロに落ちる場合、寄生キャパシタは、放電を開始し、それによって、−落下する電流にもかかわらず−ＬＥＤを通る電流を維持する。この放電電流は、何も望まれていないときに、ＬＥＤからの光出力を維持する。その結果は、発光出力の急峻で／素早い落下が、放電寄生静電容量からの電流の供給によって抑えられることである。これの概略的な例が、図３の電流と輝度タイミング図に示される。

例えば、ＬＥＤにおける寄生接合静電容量は、ナノファラッド（nanoFarrad）のオーダ（例えば、Ｃ＝４ｎＦ（ナノファラッド））のものであってよい。高出力ＬＥＤの閾値電圧は、数ボルト（volt）のオーダ（例えば、Ｖ＝３ボルト（volt））であってよい。このようなＬＥＤが、「オフ」状態でのゼロボルトの初期電位から、Ｉ＝１ｍＡ（ミリアンペア）の電流で駆動される場合、３Ｖ（ボルト）の閾値電圧に達するのに必要とされる時間（ｔ）は、約１２マイクロ秒（micro-second）（ｔ＝ＣＶ／Ｉ）になる。これは、約１マイクロ秒の輝度整定時間を必要とするディスプレイシステムでは受け入れられない。

本発明は、ディスプレイシステムで使用するためのＬＥＤ用の改良された駆動器を提供することを目的とする。

その態様の第１において、本発明は、ディスプレイのための光を生成するために、発光ダイオード（light-emitting diode：ＬＥＤ）を非発光状態と発光状態との間で切り替えるためのＬＥＤディスプレイ用の駆動回路を提供し得、この駆動回路は、 ＬＥＤと； ＬＥＤを通る駆動電流流路を選択的に開閉し、それによってＬＥＤを非発光状態と発光状態との間で選択的に切り替えるよう構成された駆動電流制御器と； ＬＥＤの接合静電容量によってＬＥＤの中に電荷を保持するために、ＬＥＤの中に電荷を入力するための電荷注入器ユニットと； 駆動電流流路の開と同時にＬＥＤの中に電荷を入力するために電荷注入器ユニットを制御するよう構成された制御ユニットとを備える。

駆動電流制御器は、好ましくは、電流流路を可逆的に形成するために、ＬＥＤのカソードまたはアノードを駆動電圧源に選択的に電気的に接続および切断するように構成される。カソードおよびアノードは、異なる電位に選択的に接続されてもよい。

電荷注入器ユニットは、ＬＥＤのカソードに電気的に接続され得る。

電荷注入器ユニットは、所定の大きさの電流を、所定の持続期間の時間間隔の間にＬＥＤに流れるようにさせ、それによって、その大きさとその期間の積に応じて所定量の電荷をＬＥＤに入力するように構成され得る。

持続期間は、好ましくは、１（壱）マイクロ秒（micro-second）より少なく、より好ましくは、９００ｎｓ（ナノ秒）より少なく、更により好ましくは、８００ｎｓより少なく、更により好ましくは、７００ｎｓより少なく、更により好ましくは、５００ｎｓまたはそれより少ないなど、６００ｎｓよりも少ない。

電荷注入器ユニットは、ＬＥＤの順方向閾値電圧の値とＬＥＤの接合静電容量の値の積によって決定される値に応じた所定量の電荷をＬＥＤに入力するように構成され得る。より一般的には、ＬＥＤが、それを横断する、ゼロでない閾値下（サブスレッシュヨルド：sub-threshold）電圧を有する場合、注入されるべき電荷の量は、ＬＥＤの順方向閾値電圧と閾値下電圧との差の値と、その接合静電容量の値との積に応じて決定され得る。好ましくは、コントローラは、以下のように、その中に注入する電荷の適切な値を計算するために、ＬＥＤの接合静電容量（Ｃ）の値を計算するのに以下のステップを実装する、または、制御するように構成され得る。

（１）ＬＥＤの接合静電容量（Ｃ）内の既存の保持された電荷を放電する。

（２）接合静電容量を再充電することを開始するために、ＬＥＤから実質的に一定の電流（Ｉ）を引き出す。

（３）接合静電容量が再充電する場合に所定の時間間隔（ｄｔ）に生じるＬＥＤの両端間の電圧の変化（ｄｖ）を決定する。

（４）Ｃ＝Ｉ（ｄｔ／ｄＶ） として、接合静電容量の値を決定する。

制御ユニットは、 Δｔ＝Ｃ（Ｖ_Ｔｈ−Ｖ_ｐｃ）／Ｉ_{ｉｎｊｅｃｔ} として規定された時間間隔を決定する（例えば、計算する）よう構成され得る。ここで、Ｖ_Ｔｈは、ＬＥＤの順方向閾値電圧であり、Ｖ_ｐｃは、ゼロでない、閾値下の値に事前設定され得るＬＥＤの両端間の前もって存在する（事前チャージ（pre-charge））電圧である。制御ユニットは、好ましくは、時間間隔Δｔを決定し（例えば、計算し）、それに応じて電荷注入を実現するために、電荷注入器ユニットに制御信号を発行するように構成され得る。従って、制御ユニットは、ＬＥＤの接合静電容量を再充電するよう、時間間隔に等しい期間にわたって、実質的に固定された電流（Ｉ_{ｉｎｊｅｃｔ}）をＬＥＤに注入するように電荷注入器ユニットを制御し得る。

駆動回路は、前述の電流流路上で、ＬＥＤに直列に電気的に接続されたトランジスタを備え得、ここにおいて、駆動電流制御器は、駆動電流流路を選択的に開閉するために、トランジスタの導電性を制御するように構成される。

駆動電流制御器は、開のときに駆動電流流路において実質的に一定の駆動電流を維持するために、トランジスタの導電性を制御するように構成され得る。

駆動回路は、駆動電流流路に沿って流れる電流の値を監視し、それを示す電流モニタ信号を駆動電流制御器に出力するよう構成された電流モニタユニットを含み得、ここにおいて、駆動電流制御器は、前述の実質的に一定の駆動電流を維持するようにトランジスタの導電性を制御するために電流モニタ信号に応答する。

駆動回路は、ＬＥＤの閾値電圧より小さい、ＬＥＤへの所定の閾値下の順方向電圧を適用するよう構成された電圧制御ユニットを含み得、ここにおいて、制御ユニットは、駆動電流流路の閉と同時に、ＬＥＤに前述の閾値下の順方向電圧を与えるように、電圧制御ユニットを制御するよう構成される。

本発明は、第２の態様では、上述したように、駆動回路を備えるディスプレイを提供することができる。

第３の態様において、本発明は、ディスプレイのための光を生成するために、非発光状態と発光状態との間を切り替えるように発光ダイオード（light-emitting diode：ＬＥＤ）を駆動するための方法を提供することができ、この方法は、ＬＥＤを提供することと； ＬＥＤを通じる駆動電流流路を選択的に開閉し、それによって、ＬＥＤを非発光状態と発光状態との間で選択的に切り替えることと； ＬＥＤの接合静電容量によってＬＥＤの中に電荷を保持するためにＬＥＤの中に電荷を入力することと； 駆動電流流路の開と同時に、ＬＥＤに前述の電荷を入力するように電荷注入器ユニットを制御することと； を備える。

方法は、電流流路を可逆的に形成するために、ＬＥＤのカソードまたはアノードを、駆動電圧源に選択的に電気的に接続し、切断することを含み得る。

電荷は、ＬＥＤのカソードに入力されてもよい。

方法は、所定の大きさの電流を、所定の持続期間の時間の間隔の間にＬＥＤに流れさせ、それによって、前述の大きさと前述の持続期間との積に応じて所定量の電荷をＬＥＤに入力することを含んでもよい。

持続期間は、好ましくは、１（壱）マイクロ秒（micro-second）より小さい。

方法は、ＬＥＤの順方向閾値電圧の値とＬＥＤの接合静電容量の値の積の値に応じて、所定量の電荷をＬＥＤに入力することを含み得る。より一般的には、ＬＥＤが、それの両端の間にゼロでない閾値下電圧を有する場合、方法は、ＬＥＤの順方向閾値電圧と閾値下電圧との差の値とＬＥＤの接合静電容量の値の積に応じて、注入されるべき電荷の量を決定することを含み得る。方法は、以下のように、その中に注入する電荷の適切な値を計算するために、ＬＥＤの接合静電容量（Ｃ）の値を計算することを含み得る。

（１）ＬＥＤの接合静電容量（Ｃ）内の既存の保存された電荷を放電する。

（２）接合静電容量の再充電を開始するために、ＬＥＤから、実質的に一定の電流（Ｉ）を引き出す。

（３）接合静電容量が再充電されるときに所定の時間間隔（ｄｔ）内で生じるＬＥＤの両端間の電圧の変化（ｄＶ）を決定する。

（４）Ｃ＝Ｉ（ｄｔ／ｄＶ）として、接合静電容量の値を決定する。

方法は、 Δｔ＝Ｃ（ＶＴ_ｎ−Ｖ_ｐｃ）／Ｉ_{ｉｎｊｅｃｔ} として規定される時間間隔を決定することを含み得る。ここで、ＶＴ_ｎは、ＬＥＤの順方向閾値電圧であり、Ｖ_ｐｃは、ゼロでない閾値下の値に事前設定され得る、ＬＥＤの両端間の任意の事前に存在する（事前チャージ）電圧である。方法は、ＬＥＤの接合静電容量を再充電するように、その時間間隔に等しい期間にわたって、実質的に固定された電流（Ｉ_{ｉｎｊｅｃｔ}）をＬＥＤに注入することを含み得る。

方法は、前述の電流流路上でＬＥＤに直列に電気的に接続されたトランジスタを提供することを含み得、ここで、その方法は、駆動電流流路を選択的に開閉するためにトランジスタの導電性を制御することを含む。

方法は、開の時に駆動電流流路において実質的に一定の駆動電流を維持するために、トランジスタの導電性を制御することを含み得る。

方法は、駆動電流流路に沿って流れる電流の値をモニタすることと、前述の実質的に一定の駆動電流を維持するように、トランジスタの導電性を制御することとを含み得る。

方法は、ＬＥＤの閾値電圧より少ない、所定の閾値下順方向電圧をＬＥＤに印加することと、駆動電流流路の閉鎖と同時に、前述の閾値下順方向電圧をＬＥＤに印加することとを含み得る。

図１は、ＬＥＤが「オフ」状態から「オン」状態になり「オフ」に戻る遷移をする場合の、ＬＥＤの理想的な発光出力を示すグラフを示す。 図２は、ＬＥＤの等価な回路構成部分について、ＬＥＤの接合静電容量を概略的に示す。 図３は、ＬＥＤが「オフ状態」から「オン」状態になり「オフ」状態に戻る場合の、ＬＥＤへの駆動電流入力の時間展開と、接合静電容量を有するＬＥＤの結果として生じる発光出力とを示すグラフを概略的に示す。 図４は、本発明の実施形態に係るＬＥＤ用の駆動回路を示す。 図５は、本発明の実施形態の駆動回路に従って駆動される場合に、ＬＥＤが「オフ」状態から「オン」状態になって「オフ」に戻る遷移をするときの、ＬＥＤへの駆動電流入力の時間展開と、接合静電容量を有するＬＥＤの結果として生じる発光出力とを示すグラフを概略的に示す。 図６は、本発明の実施形態に係るＬＥＤ用の駆動回路を示す。

詳細な説明

図面では、同様な項目は、同様な参照符号がふられる。

図４を参照すると、駆動回路１は、ディスプレイにおけるＬＥＤを駆動するために、非発光（オフ）状態と発光（オン）状態との間でＬＥＤを切り替えるように構成される。駆動回路は、ＬＥＤのアノードとカソードとの両方に並列に電気的に接続された、静電容量３の等価回路コンポーネントによって図１に表された接合静電容量を有するＬＥＤ２を含む。

ＬＥＤのアノードは、ＬＥＤのカソードと供給電圧源５との間の電気的なやり取りを制御可能に開閉する（接続および切断する）スイッチングトランジスタ４（ここではＦＥＴ）を介して、供給電圧源５（接地に対して電圧Ｖ）に接続される。トランジスタのゲート端子はＬＥＤ電圧制御ユニット６に電気的に接続され、トランジスタのドレインとソース端子は、供給電圧源５とＬＥＤのアノードに電気的に接続される。電圧制御ユニット６は、結果としてＬＥＤのアノードを供給電圧源５に電気的に接続する／切断するために、電圧制御ユニット６によってゲート端子に印加される制御電圧に応じて、スイッチングトランジスタ４の導電性を制御するように構成される。

同様に、ＬＥＤのカソードは、電気的に接地される端子７（０ボルト（volt））で終端する電流流路に沿って、電流検出抵抗９と直列に接続された電流制御用トランジスタ８（ここではＦＥＴ）に接続される。電流制御トランジスタのドレインとソース端子は、それぞれ、ＬＥＤのカソードと電流検出抵抗９に接続される。トランジスタのゲートは、トランジスタを線形／オーミック（Ohmic）領域で動作させ、それによって、トランジスタの導電性（ドレイン電流）がトランジスタを通るドレインからソースへの電圧降下に応じて可変である（即ち、可変抵抗の態様で）ように、トランジスタ８の閾値電圧より低い電圧をゲート端子に印加するよう構成された駆動電流制御ユニット１０に接続される。

導電性であるように駆動電流制御ユニットにより制御されるとき、電流制御トランジスタ８は、電流が、電流検出抵抗９を介して、接地された端子７への電流流路に沿ってＬＥＤ２のカソードから流れることを許容する。そうすることにおいて、電圧は、電流検出抵抗を通して降下され、この電圧は、この目的のために、当技術分野で容易に利用手可能であるような電圧モニタを備える電流モニタユニット１１によって検出される。検出された電圧信号値（Ｖ_{ｄｅｔｅｃｔｅｄ}）は、電流モニタ１１により、検出抵抗の抵抗値（Ｒ）によるオームの法則（Ｉ_{ｄｅｔｅｃｔｅｄ}＝Ｖ_{ｄｅｔｅｃｔｅｄ}／Ｒ）によって、検出された電流信号値（Ｉ_{ｄｅｔｅｃｔｅｄ}）に変換される。このようにして、電流モニタは、ＬＥＤが「オフ」である場合に何らかの電流の流れがないことを簡単に検出し、また、ＬＥＤが「オン」である場合に電流流路に存在する任意の駆動電流の値を提供することを可能にする。

電流モニタが、「オフ」状態（即ち、電流が検出されない）から「オン」状態（即ち、駆動電流が検出される）になる遷移を検出すると、それは、それに動作可能に接続された制御ユニット１２に「充電要求（charge demand）」信号２１を発行する。更に、検出された電流の値は、電流モニタユニット１１によって、「電流フィードバック」信号２０として、駆動電流制御ユニット１０に送られる。駆動電流制御ユニットは、受け取られた検出された電流値を、「設定ポイント（set-point）」電流値（Ｉ_ＳＰ）と比較し、検出された電流の値を設定ポイント電流値に接近させる必要に応じてトランジスタの導電性を増加または減少させるために、電流制御用トランジスタ８のゲートに印加される電圧の値を変化させるように構成される。従って、フィードバックループが形成され、電流流路を通じて流れる電流が所望の一定値に維持されることを可能にする。

制御ユニット１２は、制御信号バス４４を介して、電荷注入器ユニット１３に電荷注入信号１６を発行することにより、電流モニタからの「充電要求」信号２１に応答するように構成される。電荷注入器ユニットは、ＬＥＤの接合静電容量３を充電するように、制御された量の電荷をＬＥＤに入力するために、電荷注入信号に応答する。これを達成するために、電荷注入器ユニットは、電荷注入経路１５を介して直接に（即ち、電流制御トランジスタ８とは独立に）、ＬＥＤのカソードに電気的に接続される。ここで説明される電荷注入器ユニット１３は、以下に図６を参照してより詳細に示される電荷注入器ユニットと同じである。これは、高速スイッチ４６を用いる電荷注入経路を介して、それ自体が制御可能にＬＥＤのカソードに接続可能な電流源４５（図６参照）を備える。高速スイッチは、開状態から閉状態に切り替えるために電荷注入信号１６に応答し、それにより、電流源をＬＥＤのカソードとの電気的接続状態に置き、電荷が前者から後者に流れることを可能にする。

駆動電流が検出された即座のそのような電荷の注入の結果は、さもなければ、ＬＥＤの「点灯（turn-on）」の初期段階におけるＬＥＤの接合静電容量の充電に因り生じたであろう電流損失を補償するのに十分な量だけ、駆動電流値が最初に幾分か増進されることである。この電流の増進は、図５における追加の電流ピーク３０として概略的に示され、ＬＥＤの結果としての輝度は、「点灯（turn-on）」時、および、それ以降も実質的に一定である。駆動電流は、上記の電流フィードバックループ（信号２０）の作用により、ＬＥＤの発光期間の間、引き続いて実質的に一定の値に維持される。

ＬＥＤのカソードに注入される電荷の量は、電流源が高速スイッチ４６によってＬＥＤのカソードに電気的に接続される時間間隔（Δｔ）の間に実質的に一定の電流を提供するように電流源（項目４５； 図６）を制御することによって制御される。これは、所定の大きさの電流が、所定の期間の時間の間隔（Δｔ）の間、ＬＥＤに流れるようにさせ、それによって、電流（Ｉ_{ｉｎｊｅｃｔ}）とそれが流れる時間の持続期間（Δｔ）との積に応じた所定量の電荷（Ｑ）をＬＥＤに入力する。持続期間は、好ましくは、約５００ｎｓ（ナノ秒）など、１（壱）マイクロ秒（microsecond）より少ない。

注入されるべき電荷の量は、既知であるＬＥＤの順方向閾値電圧の値と、ＬＥＤの接合静電容量の値との積に従って決定され得る。より一般的には、ＬＥＤがＬＥＤの両端間にゼロでない閾値下電圧を有する場合（この中に記載のように、有利であり得る）、ＬＥＤの順方向閾値電圧と閾値下電圧との間の差の値、既知である、と、ＬＥＤの接合静電容量の値との積に従って決定され得る。特に、ＬＥＤがオンに切り替えられたときに十分に充電するように、ＬＥＤに注入するための電荷の好適な値を計算し、それを実装するために制御信号を電荷注入器ユニットに対して生成するために、ＬＥＤの接合静電容量（Ｃ）の値を能動的かつ同時に計算することにおいて、以下の手順が有効であることが見出された。その方法は以下の通りである：
（１）ＬＥＤの接合静電容量（Ｃ）内の既存の保持された電荷を放電する。これは、一時的に、ＬＥＤの両端間で硬化される電位がないようにすることによって行われ得る。例えば、事前チャージユニット１７（図４、図６）内のスイッチ４３は、電圧源１９（Ｖ ボルト（volt））をＬＥＤのカソードに接続するために「閉」状態に切り替えられ得る。これは、ＬＥＤの電極間の電位差をゼロにする。そして、事前チャージユニット１７（図４、図６）内のスイッチ４３は、電圧源１９（Ｖ ボルト（volt））をＬＥＤのカソードから切断するために「開」状態に切り替えられ得る。これは、ＬＥＤの両端間の電位差がほぼ０（ゼロ）ボルト（volt）であることを保証する。スイッチ（４３）を開くことは、ＬＥＤのカソードをフロート（浮動）にし、そうして、ＬＥＤの両端間に電位差がないことを維持する。従って、スイッチが開かれた後、カソードは、電圧源１９の電圧レベルのままになる。電圧（ｄｖ）の変化をモニタするステップ（以下）と、結果的に、これは、落下する電圧である。制御ユニット１２は、制御信号バス４４を介して送られるそれぞれの制御信号によって、これらの切り替え動作の各々を実装するように構成される。

（２）接合静電容量を再充電することを開始するために、ＬＥＤから実質的に一定の電流（Ｉ）を引き出す。これは、好ましくは、ゼロでない閾値下電圧がＬＥＤの両端間に再印加された後で行われる。現在の一定性は、上述の方法で、電流制御ユニット１０によって制御され得る。電流制御ユニットは、「電流要求」制御信号線によって、これに関して、制御ユニット１２によって制御されるように構成される。

（３）接合静電容量が充電されるとき、ＬＥＤの両端間で、時間期間（ｄｔ）にわたる電圧（ｄＶ）の変化（例えば、落下）を測定する。この電圧は、ＬＥＤのカソードにおける電圧をモニタするように、および、制御ユニット１にその結果を入力するように構成されるカソード電圧モニタユニット４０によってモニタされる。制御ユニット、または、カソード電圧モニタ４０は、所与の時間間隔（ｄｔ）後に起こった、測定された電圧変化（ｄＶ）の値を決定し、または、計算するよう構成される。

（４）接合静電容量の値を、 Ｃ＝Ｉ（ｄｔ／ｄＶ） として計算する。この計算は、制御ユニット１２によって行われ得る。計算は、単純に、時間間隔ｄｔの後に起こった測定された電圧変化（例えば、落下）（ｄＶ）の比を計算し、その結果を、測定された電流値（Ｉ）と乗算することにより行われ得る。例えば、ＬＥＤのカソードにおいて ｄＶ＝１ｖ（ボルト） の電圧変化が起こる期間である ｄｔ＝１００μｓ（マイクロ秒） にわたって印加される Ｉ＝１００μＡ（マイクロアンペア） の電流は、 １００ｘ１００ｘ１０^−１２／１＝１０ｎＦ（ナノファラッド）に対応する。

（５）ＬＥＤの接合静電容量源を十分に充電するように、 Δｔ＝Ｃ（Ｖ_Ｔｈ−Ｖ_ｐｃ）／Ｉ_{ｉｎｊｅｃｔ} として規定された時間間隔の間、実質的に固定された電流（Ｉ_{ｉｎｊｅｃｔ}）をＬＥＤに注入する。ここで、ＶＴｈは、ＬＥＤの順方向閾値電圧であり、Ｖｐｃは、ゼロでない、閾値下の値に事前設定され得る、ＬＥＤの両端間に事前に存在する（事前チャージ）電圧である。好ましくは、電流制御ユニット１０は、時間間隔Δｔを計算するように構成され、時間間隔Δｔの間高速スイッチ４６を閉じ、それによって一定電流源４５をＬＥＤのカソードに接続し、従って接合静電容量に電荷を注入することによって電荷注入を実現するために、制御信号１６を電荷注入器ユニット１３（図４； より詳細には図６）に対して発行するように構成され得る。本例において、カソードにおける電圧を言及する場合、好ましくは、電圧は、値において落下する。しかし、ＬＥＤの両端間の電圧に言及すると、好ましくは、電圧は、値において、増加する、または、上昇する（ramping）。このように、ＬＥＤの両端間の電圧を、時間をかけて線形的に増加する（徐々に上げる）ことによって、固定された接合静電容量が、ＬＥＤから引き出される一定電流を生成する。従って、ＬＥＤに印加される電圧を上昇させる間に、ＬＥＤから引き出される電流を測定することによって、ＬＥＤの両端間のバイアス電圧上の静電容量を決定し、電荷注入器１３によってＬＥＤに注入されるのに必要とされる電荷の量を決定し得ることが見出された。好ましくは、ＬＥＤの両端間に印加される線形的に上昇される電圧は、ＬＥＤから引き出されるほぼ全ての電流がＬＥＤの中の接合静電容量から引き出されるように、ＬＥＤが非導電状態のままであることを確実にするために、ＬＥＤの閾値電圧以下に制限される。これは、ＬＥＤの接合静電容量から放電される電荷と、結果として電流を生成することに因るものである。ＬＥＤへの電流増加（ブースト）のこの注意深く測定された印加の結果は、図５において付加的な電流ピーク３０として概略的に示され、結果としてのＬＥＤの輝度は、ＬＥＤの「点灯（turn-on）」時およびそれ以降に、実質的に一定である。図５では、電流パルスの終了は、落ち込み（dip）３１を有する。これは、ＬＥＤの接合静電容量から放電される電流に起因する。「オン」状態から「オフ」状態へのＬＥＤの出力輝度における急速な変化を達成するために、電荷ステア（steer）ユニット１７が、ＬＥＤのカソードに直接に（即ち、電流制御トランジスタ８を介さずに）電気的に接続される。電荷ステアユニットは、ＬＥＤのカソードとアノードとの間の電位差を、ＬＥＤの閾値電圧以下であるように減少させるのに十分である電圧を、ＬＥＤのカソードに印加するように構成される。結果的に、ＬＥＤは、非発光となることにより応答し、図５（項目３１）に示されるように、急速に放電することを可能にする。

電荷ステアユニットによって印加される電圧は、ＬＥＤのアノードに接続された電圧源５によって供給される電圧（Ｖ）に値が等しくてもよい。電荷ステアユニット１７によりＬＥＤのカソードに印加される場合、ＬＥＤの両端間の電位差はほぼゼロとなり、ＬＥＤは非発光となる。これは、上述された事前チャージ電流注入方法のステップ（１）を実装し得る。代替的に、または、続いて、電荷ステアユニット１７によってＬＥＤのカソードに印加される電圧は、ＬＥＤのアノードに印加される電源電圧５の値（Ｖ）よりも則なくてよいが、ＬＥＤの電極間の電位差がＬＥＤの閾値電圧より下であるのに十分に大きくあってよい。これは、また、上述した事前チャージ電流注入方法のステップ（２）の一部を形成してもよい。

例えば、図４に示され、図６により詳細に示されたように、電荷ステアユニット１７は、ソースとドレイン端子が、それぞれ、電源１９（電圧 Ｖ）とＬＥＤのカソードに電気的に接続された、ＦＥＴなどのトランジスタスイッチ４３を備え得る。スイッチ４３のゲート端子は、制御ユニット１２からの制御信号を受けるために、信号バス線４４に接続される。制御ユニットは、オーミック（Ohmic）領域でトランジスタを動作させ、それにより、ＬＥＤのカソードに可変の電圧信号を供給するように、制御信号をスイッチ４３に供給するように構成され得る。代替的に、図６に示されるように、電荷ステアユニット１７は、信号バス線４４を介した制御ユニット１２からの充電制御信号２２に応答して開／閉するように動作可能な高速スイッチを介してＬＥＤのカソードに接続される事前チャージキャパシタ４９を備え得る。高速スイッチ４７を閉じることで、事前チャージキャパシタ４９に保持された電圧をＬＥＤのカソードに印加する。

電荷ステアユニット１７のトランジスタ４３を導電状態に切り替えることにより、ＬＥＤの両端間の任意の電位差を除き得、または、事前チャージキャパシタ４９をＬＥＤのカソードに接続するように高速スイッチ４７を切り替えることにより、ＬＥＤの両端間の電位差を事前チャージ状態に変化させ得る。

ＬＥＤの「オフ」段階の間、それは、ＬＥＤを発光より下の状態（sub-luminous state）に維持するが、限りのある電圧であるゼロでない（閾値下）電圧に保持される。この限りのある電圧は、典型的には、値で、約１（壱）ボルト（volt）である。これは、ＦＥＴが、発光していないで、まだ事実上「オフ」であり、発光の「オン」状態を達成するのに必要とされる閾値電圧の近くにある「用意ができた（ready to go）」状態に維持されることを意味する。結果的に、ＬＥＤの両端間の電圧は、発光していない状態から発光状態に遷移するために、ゼロボルト（volt）から閾値電圧までと同じように大きな範囲となることを要求されない。これは、高速のスイッチオン時間を達成するのを助ける。

これは、キャパシタを所望の電圧に事前チャージするために、事前チャージキャパシタ４９に接続された電圧源を備える電荷ステアユニット１７によって達成される。高速スイッチユニット４７は、ＬＥＤが、導通でなく、発光していない「オフ」の状態にあるとき、ＬＥＤのアノードとカソードとの間の所望の閾値下電位差を達成するように、事前チャージキャパシタを、ＬＥＤのカソードに制御可能に接続／切断するように構成される。電荷ステアユニットは、ＬＥＤが発光より下（sub-luminous）の「オフ」状態に維持されるべきである場合に制御信号バス４４を介して発行される、制御ユニット１２からの電圧制御信号２２に応答して、この切り替え、および、電圧印加を行うように構成される。電荷ステアユニットは、ＬＥＤが発光の「オン」状態に入るべきときにＬＥＤのカソードから事前チャージキャパシタ４９を切断するために、その中の高速スイッチ４７を開くように、制御ユニットからの制御信号に応答する。

この目的のために、事前チャージキャパシタ４９によりＬＥＤに印加される事前チャージ電圧が、ＬＥＤのカソードとアノードとの間の電位差を閾値より上（above-threshold）のレベルまで上げるために接地（０ｖ（ボルト））＿電圧７によって置き換えられるときに、ＬＥＤへの電荷の注入が起こり得るように、制御ユニット１２は、電荷注入器ユニット１３における高速スイッチを閉じるための制御信号とほぼ同時に、電荷ステアユニットにおけるスイッチを開にするための信号を発行するように構成される。事前チャージ可変電圧源４８は、安定化フィードバック増幅器ユニット（５０、５１）を介して事前チャージキャパシタ４９と電気的なやり取りをする事前チャージ／チャージステアユニット１７の中に設けられる。事前チャージ可変電圧源によって供給される電圧は、２つ（制御ユニット１２と事前チャージ可変電圧源４８）を接続する制御信号バス４４に沿って事前チャージ可変電圧源４８に対して発行された制御信号により、制御ユニット１２によって制御される。
以下に、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
ディスプレイのための光を生成するために、発光しない状態と発光状態との間で発光ダイオード（ＬＥＤ）を切り替えるためのＬＥＤディスプレイのための駆動回路であって、
ＬＥＤと；
発光しない状態と発光状態との間で前記ＬＥＤを選択的に切り替えるために、前記ＬＥＤを通じる駆動電流流路を選択的に開／閉するよう構成された駆動電流制御器と、
接合静電容量によって前記ＬＥＤの中に電荷を保持するために、前記ＬＥＤに電荷を入力するための電荷注入器ユニットと、
前記駆動電流流路を開にすることと同時に、前記電荷を前記ＬＥＤに入力するように、前記電荷注入器ユニットを制御するよう構成された制御ユニットと、
を備える駆動回路。
［Ｃ２］
前記駆動電流制御器は、前記駆動電流流路を可逆的に形成するために、駆動電圧源を通じて前記ＬＥＤを選択的に電気的に接続し、切断するように構成された［Ｃ１］に記載の駆動回路。
［Ｃ３］
前記電荷注入器ユニットは、前記ＬＥＤのカソードに電気的に接続される、［Ｃ１］ないし［Ｃ２］のいずれか一項に記載の駆動回路。
［Ｃ４］
前記電荷注入器ユニットは、所定の大きさの電流が、所定の持続期間の時間間隔の間、前記ＬＥＤに流れるようにされ、それによって、前記大きさと前記持続期間との積に応じた所定の量の電荷を前記ＬＥＤに入力するように構成される、［Ｃ１］ないし［Ｃ３］のいずれか一項に記載の駆動回路。
［Ｃ５］
前記持続期間は、１（壱）マイクロ秒より少ない、［Ｃ４］に記載の駆動回路。
［Ｃ６］
前記電荷注入器ユニットは、前記ＬＥＤの順方向閾値電圧の値と前記ＬＥＤの接合静電容量の値との積によって決定される値に応じた所定の量の電荷を、前記ＬＥＤに入力するように構成される、［Ｃ１］ないし［Ｃ５］のいずれか一項に記載の駆動回路。
［Ｃ７］
前記駆動電流流路の上で前記ＬＥＤに直列に電気的に接続されたトランジスタを備え、
前記駆動電流制御器は、前記駆動電流流路を選択的に開／閉するように前記トランジスタの導電性を制御するように構成される、
［Ｃ１］ないし［Ｃ６］のいずれか一項に記載の駆動回路。
［Ｃ８］
前記駆動電流制御器は、開の時に、前記駆動電流流路において実質的に一定の駆動電流を維持するように、前記トランジスタの導電性を制御するように構成される、［Ｃ７］に記載の駆動回路。
［Ｃ９］
前記駆動電流流路に沿って流れる電流の値をモニタするように、および、その値を示す電流モニタ信号を前記駆動電流制御器に出力するように構成された電流モニタユニットを含み、
前記駆動電流制御器は、ほぼ一定の前記駆動電流を維持するように前記トランジスタの導電性を制御するために、前記電流モニタ信号に応答する、
［Ｃ８に記載の駆動回路。
［Ｃ１０］
前記ＬＥＤの閾値電圧より小さい、所定の閾値下順方向電圧を前記ＬＥＤに印加するように構成された電圧制御ユニットを含み、
制御ユニットは、前記駆動電流流路の閉と同時に、前記閾値下順方向電圧を前記ＬＥＤに印加するように前記電圧制御ユニットを制御するように構成される、
［Ｃ１］ないし［Ｃ９］のいずれか一項に記載の駆動回路。
［Ｃ１１］
［Ｃ１］ないし［Ｃ１０］のいずれか一項に記載の駆動回路を備えるディスプレイ。
［Ｃ１２］
発光ダイオード（ＬＥＤ）を、ディスプレイのための光を生成するために、発光しない状態と発光状態との間で切り替えるように駆動する方法であって、
発光しない状態と発光状態との間で前記ＬＥＤを選択的に切り替えるために、前記ＬＥＤを通じる駆動電流流路を選択的に開／閉し、
前記ＬＥＤの接合静電容量によって前記ＬＥＤの中に電荷を保持するために、前記ＬＥＤに電荷を入力し、
前記駆動電流流路を開にすることと同時に、前記電荷を前記ＬＥＤに入力するように、電荷注入器ユニットを制御する、
方法。
［Ｃ１３］
前記駆動電流流路を可逆的に形成するために、駆動電圧を通じて前記ＬＥＤを選択的に電気的に接続し、切断することを含む、［Ｃ１２］に記載の方法。
［Ｃ１４］
前記電荷は、前記ＬＥＤのカソードに入力される、［Ｃ１２または［Ｃ１３］のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ１５］
所定の大きさの電流を、所定の持続期間の時間間隔の間、前記ＬＥＤに流れるようにさせ、それによって、前記大きさと前記持続期間との積に応じた所定の量の電荷を前記ＬＥＤに入力することを含む、［Ｃ１２］ないし［Ｃ１４］のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ１６］
前記持続期間は、１（壱）マイクロ秒より少ない、［Ｃ１５］に記載の方法。
［Ｃ１７］
前記ＬＥＤの順方向閾値電圧の値と前記ＬＥＤの接合静電容量の値との積によって決定される値に応じた所定の量の電荷を前記ＬＥＤに入力することを含む、［Ｃ１２］ないし［Ｃ１６］のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ１８］
前記駆動電流流路の上で前記ＬＥＤに直列に電気的に接続されたトランジスタを設けることを含み、
前記方法は、前記駆動電流流路を選択的に開／閉するように前記トランジスタの導電性を制御することを含む、
［Ｃ１２］ないし［Ｃ１７］のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ１９］
開の時に、前記駆動電流流路において実質的に一定の駆動電流を維持するように、前記トランジスタの導電性を制御することを含む、［Ｃ１８］に記載の方法。
［Ｃ２０］
前記駆動電流流路に沿って流れる電流の値をモニタすることと、
ほぼ一定の前記駆動電流を維持するように前記トランジスタの導電性を制御することと、
を含む、［Ｃ１９］に記載の方法。
［Ｃ２１］
前記ＬＥＤの閾値電圧より小さい、所定の閾値下順方向電圧を前記ＬＥＤに印加することと、
前記駆動電流流路の閉と同時に、前記閾値下順方向電圧を前記ＬＥＤに印加することと、
を含む、［Ｃ１２］ないし［Ｃ２０］のいずれか一項に記載の方法。
［Ｃ２２］
本願の明細書に記載の任意の実施形態において、添付の図面の１つまたは複数を参照して、実質的に開示された駆動回路。
［Ｃ２３］
本願の明細書における任意の実施形態に関連して記載された、ＬＥＤを駆動するための方法。

Claims (21)

1. ディスプレイのための光を生成するために、発光しない状態と発光状態との間で発光ダイオード（ＬＥＤ）を切り替えるためのＬＥＤディスプレイのための駆動回路であって、 ＬＥＤと；
   発光しない状態と発光状態との間で前記ＬＥＤを選択的に切り替えるために、前記ＬＥＤを通る駆動電流流路を、「オフ」状態と「オン」状態との間で選択的に切り替えるよう構成された電圧制御ユニット又は電流制御ユニットと、
   前記駆動電流流路の前記「オフ」状態と前記「オン」状態との間の切り替えを検出するために、前記駆動電流流路を通って流れる電流をモニタし、前記駆動電流流路の切り替えを表す充電要求信号を生成するよう構成された電流モニタユニットと、
   前記ＬＥＤの接合静電容量によって前記ＬＥＤの中に電荷を保持するために、前記ＬＥＤに電荷を入力するための電荷注入器ユニットと、
   前記駆動電流流路の前記「オン」状態への切り替えを表す前記充電要求信号に応じて、前記電荷を前記ＬＥＤに入力するように前記電荷注入器ユニットを制御するよう構成された電荷注入制御ユニットと、
   を備える駆動回路。
2. スイッチングトランジスタを備え、
   前記電圧制御ユニットは、駆動電圧源に前記ＬＥＤを選択的に電気的に接続し、切断するよう前記スイッチングトランジスタを制御するように構成された電圧コントローラを備える、請求項１に記載の駆動回路。
3. 前記電荷注入器ユニットは、前記ＬＥＤのカソードに電気的に接続される、請求項１ないし請求項２のいずれか一項に記載の駆動回路。
4. 前記電荷注入器ユニットは、所定の大きさの電流が、所定の持続期間の時間間隔の間、前記ＬＥＤに流れるようにされ、それによって、前記大きさと前記持続期間との積に応じた所定の量の電荷を前記ＬＥＤに入力するように構成される、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の駆動回路。
5. 前記持続期間は、１（壱）マイクロ秒より少ない、請求項４に記載の駆動回路。
6. 前記電荷注入器ユニットは、前記ＬＥＤの順方向閾値電圧の値と前記ＬＥＤの接合静電容量の値との積によって決定される値に応じた所定の量の電荷を、前記ＬＥＤに入力するように構成される、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の駆動回路。
7. 前記駆動電流流路の上で前記ＬＥＤに直列に電気的に接続された電流制御用トランジスタを備え、
   前記電流制御ユニットは、前記駆動電流流路に沿った電流を許すように前記電流制御用トランジスタの導電性を制御するように構成された駆動電流コントローラを備える、
   請求項１に記載の駆動回路。
8. 前記駆動電流コントローラは、前記電流制御用トランジスタが導通である時に、前記駆動電流流路において実質的に一定の駆動電流を維持するように、前記電流制御用トランジスタの導電性を制御するように構成される、請求項７に記載の駆動回路。
9. 前記駆動電流流路に沿って流れる電流の値をモニタするように、および、その値を示す電流モニタ信号を前記駆動電流コントローラに出力するように構成された電流モニタユニットを含み、
   前記駆動電流コントローラは、ほぼ一定の前記駆動電流を維持するように前記電流制御用トランジスタの導電性を制御するために、前記電流モニタ信号に応答する、
   請求項８に記載の駆動回路。
10. 前記ＬＥＤを渡る電位差を、前記ＬＥＤの閾値電圧より小さい、前記ＬＥＤへの所定の閾値下順方向電圧まで減らすために、前記ＬＥＤに電圧を印加するように構成された電荷ステアユニットを含み、
    前記電荷注入制御ユニットは、前記駆動電流流路の前記「オフ」状態への切り替えと同時に、前記電圧を前記ＬＥＤに印加するように前記電荷ステアユニットを制御するように更に構成される、
    請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の駆動回路。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の駆動回路を備えるディスプレイ。
12. 発光ダイオード（ＬＥＤ）を、ディスプレイのための光を生成するために、発光しない状態と発光状態との間で切り替えるように駆動する方法であって、
    前記ＬＥＤを通る駆動電流流路を「オフ」状態と「オン」状態の間で選択的に切り替え、それによって、発光しない状態と発光状態との間で前記ＬＥＤを選択的に切り替え、 前記駆動電流流路の前記「オフ」状態と前記「オン」状態との間の切り替えを検出するために、前記駆動電流流路を通って流れる電流をモニタし、前記駆動電流流路の切り替えを表す充電要求信号を生成し、
    前記駆動電流流路の前記「オン」状態への切り替えを表す前記充電要求信号に応じて、前記ＬＥＤに電荷を入力し、前記ＬＥＤの接合静電容量によって前記ＬＥＤの中に前記電荷を保持する、
    方法。
13. スイッチングトランジスタを設けることを含み、
    前記駆動電流流路を「オフ」状態と「オン」状態との間で選択的に切り替えることは、前記ＬＥＤを駆動電圧に選択的に電気的に接続し、切断するように前記スイッチングトランジスタを制御することを含む、
    請求項１２に記載の方法。
14. 前記電荷は、前記ＬＥＤのカソードに入力される、請求項１２または請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 所定の大きさの電流を、所定の持続期間の時間間隔の間、前記ＬＥＤに流れるようにさせ、それによって、前記大きさと前記持続期間との積に応じた所定の量の電荷を前記ＬＥＤに入力することを含む、請求項１２ないし請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記持続期間は、１（壱）マイクロ秒より少ない、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ＬＥＤの順方向閾値電圧の値と前記ＬＥＤの接合静電容量の値との積によって決定される値に応じた所定の量の電荷を前記ＬＥＤに入力することを含む、請求項１２ないし請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記駆動電流流路の上で前記ＬＥＤに直列に電気的に接続された電流制御用トランジスタを設けることを含み、
    前記駆動電流流路を「オフ」状態と「オン」状態との間で選択的に切り替えることは、前記駆動電流流路に沿った電流を許すように前記電流制御用トランジスタの導電性を制御することを含む、
    請求項１２ないし請求項１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記電流制御用トランジスタが導通である時に、前記駆動電流流路において実質的に一定の駆動電流を維持するように、前記電流制御用トランジスタの導電性を制御することを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記駆動電流流路に沿って流れる電流の値をモニタすることと、
    ほぼ一定の前記駆動電流を維持するように前記電流制御用トランジスタの導電性を制御することと、
    を含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記ＬＥＤを渡る電位差を、前記ＬＥＤの閾値電圧より小さい、前記ＬＥＤへの所定の閾値下順方向電圧に減らすために、前記ＬＥＤに電圧を印加することと、
    前記駆動電流流路の前記「オフ」状態への切り替えと同時に、前記電圧を前記ＬＥＤに印加することと、
    を含む、請求項１２ないし請求項２０のいずれか一項に記載の方法。

Images