JPH0997925A - 発光素子の駆動回路 - Google Patents
発光素子の駆動回路Info
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Abstract
場合でも発光素子を安定に駆動することのできる、電源
効率に優れた発光素子の駆動回路を提供すること。 【解決手段】 駆動用電源1と発光素子2の間にスイッ
チドキャパシタ回路10を接続する。スイッチドキャパ
シタ回路10のコンデンサ9は、スイッチ7,8が充電
側たるa端子側に切り替えられた時に電源電圧Vccまで
充電される。そして、スイッチ7,8が放電側たるb端
子側に切り替えられた時に駆動用電源1とコンデンサ9
が直列に接続され、この直列接続された駆動用電源1と
コンデンサ9によって発光素子2に駆動電流を供給す
る。スイッチ7,8の切換回数を変えることにより、発
光素子2に送り込まれる駆動電流の値を変えることがで
きる。
Description
に係り、特に、発光素子に流し込まれる駆動電流と発光
輝度とが相関を持つタイプの発光素子、例えば、LED
(発光ダイオード)や有機EL(エレクトロルミネッセ
ンス)などに用いて好適な発光素子の駆動回路に関す
る。
合、素子に流れ込む駆動電流が変化するとその発光輝度
が変わってしまう。このため、素子に流れ込む駆動電流
が一定になるように制御してやる必要がある。図10は
従来の駆動回路の第1の例を示すもので、発光素子の駆
動用電源1から発光素子2に供給される駆動電流を定電
流源3によって定電流化し、駆動電流が一定になるよう
にしたものである。なお、発光素子2は、スイッチ4が
実線のように開かれているときに発光し、点線のように
閉じられたときに発光を停止する。
もので、発光素子の駆動用電源1と発光素子2の間に高
抵抗5を直列に挿入し、この高抵抗5によって発光素子
2に流れる駆動電流を一定にしたものである。なお、発
光素子2はスイッチ6が実線の位置にあるときに発光
し、点線の位置に切り替えられたときに発光を停止す
る。
路の場合、いずれも、発光素子の駆動用電源1としては
発光素子2の順方向電圧Vf よりも高い電源電圧Vccを
必要とする。したがって、電源電圧が発光素子の順方向
電圧よりも低い場合には使用することができないという
問題があった。
りも高くすると、この順方向電圧V f よりも高い電圧の
分だけ無駄な電力を消費し、電源効率が悪くなるという
問題もあった。特に、発光素子の駆動用電源として乾電
池やバッテリーなどを用いる携帯用や車載用の機器では
大きな問題となる。
向電圧Vf は+1.5V〜+2V程度と低く、しかも比
較的安定しているが、有機ELの場合には、順方向電圧
Vfは+6V〜+12Vと高い上に、そのときの輝度や
温度,経時変化による変動が大きい。したがって、例え
ば有機ELをカーステレオの表示器として用いた場合な
どには、発光素子の駆動用電源1としては車載のバッテ
リーを利用せざるを得ないため、場合によっては電源電
圧を昇圧しないと発光素子を駆動できない、というよう
なことも起こり得る。
めになされたもので、その目的とするところは、スイッ
チドキャパシタ回路を利用することにより、発光素子の
駆動用電源の電源電圧が発光素子の順方向電圧よりも低
い場合でも発光素子を安定に駆動することのできる、電
源効率に優れた駆動回路を提供することである。
に、本発明では次のような手段を採用した。すなわち、
請求項1記載の発明は、発光素子の駆動用電源と発光素
子の間にスイッチドキャパシタ回路を接続することによ
り構成したものである。このような構成とした場合、電
源電圧が発光素子の順方向電圧よりも低くても発光素子
を駆動して発光させることができる。
チドキャパシタ回路のコンデンサとアース間にのこぎり
波発生回路を直列接続することにより構成したものであ
る。このような構成とした場合、スイッチドキャパシタ
回路のコンデンサの放電により失われる電荷をのこぎり
波発生回路によって補給することができるので、発光素
子に流れ込む駆動電流を一定に保つことができる。
チドキャパシタ回路を複数段縦続接続することにより構
成したものである。このような構成とした場合、発光素
子の順方向電圧が電源電圧よりも2倍以上高い場合で
も、発光素子を駆動することができる。
駆動用電源に最も近い初段のスイッチドキャパシタ回路
のコンデンサとアース間にのこぎり波発生回路を直列接
続することにより構成した。このような構成とした場
合、スイッチドキャパシタ回路のコンデンサの放電によ
り失われる電荷をのこぎり波発生回路によって補給する
ことができるので、発光素子の順方向電圧が電源電圧よ
りも2倍以上高い場合でも、発光素子に流れ込む駆動電
流を一定に保つことができる。
ッチドキャパシタ回路の充放電回数を発光素子に流した
い駆動電流に応じて変えるように構成したものである。
このような構成とした場合、発光素子の発光輝度を自在
に変えることができる。
に基づいて説明する。図1に、本発明に係る駆動回路の
第1の例を示す。なお、図において、従来例と同一部分
には同一の符号を付して示した。
と発光素子2の間に、スイッチ7,8およびコンデンサ
9から構成されたスイッチドキャパシタ回路10を接続
したものである。すなわち、発光素子の駆動用電源1の
正極をスイッチ7のa端子とスイッチ8のb端子にそれ
ぞれ接続するとともに、スイッチ7のc端子を発光素子
2の陽極に接続し、さらに、スイッチ7のc端子とスイ
ッチ8のc端子の間に所定容量からなるコンデンサ9を
接続したものである。なお、スイッチ7のb端子は開放
とされ、スイッチ8のa端子はアースに接地されてい
る。
見して通常の昇圧回路のように見えるが、以下に詳述す
るところから明らかなように、負荷に対して電源電圧V
ccの二倍の電圧2Vccを供給する通常の昇圧回路として
作用するというよりも、発光用の電荷を一旦駆動用電源
1からコンデンサ9に溜め込み、この溜め込んだ電荷を
発光素子2に注入してやるための電荷注入回路として作
用するものである。
お、前提条件として、Vcc<Vf <2Vcc、すなわち、
発光素子2の順方向電圧Vf が電源電圧Vccよりも大き
く、電源電圧Vccの2倍よりも小さいものとする。した
がって、図1のスイッチドキャパシタ回路10を取り除
いて駆動用電源1を発光素子2に直接接続したとして
も、発光素子2は発光できない。
10内の2つのスイッチ7,8が、それぞれ実線で示す
ようにa端子側に切り替えられたものとする。このa端
子側に切り替えられた状態(以下、これを「充電状態」
という)では、コンデンサ9は駆動用電源1の正極、ス
イッチ7のa−c端子、コンデンサ9、スイッチ8のc
−a端子、アースの経路によって、電源電圧Vccに充電
される。したがって、コンデンサ9の静電容量をC1 と
すると、コンデンサ9には、 Q=C1 ×Vcc の電荷が蓄積される。
スイッチ7,8を、それぞれ点線で示すようにb端子側
に切り替える。このb端子側に切り替えられた状態(以
下、これを「放電状態」という)では、コンデンサ9
は、駆動用電源1の正極、スイッチ8のb−c端子、コ
ンデンサ9、発光素子2、アースの経路によって、駆動
用電源1と直列に接続される。
イッチ8側のP1位置の電位VP1は電源電圧Vccに向かっ
て上昇し、これに伴ってコンデンサ9の発光素子2側の
P2位置の電圧VP2も同じように平衡移動しながら2Vcc
に向かって上昇する。ところが、P2点には発光素子2が
負荷として接続されているため、P2位置の電圧VP2が発
光素子2の順方向電圧Vf に達した時点で、コンデンサ
9から発光素子2に向かって電荷が流れ出し、発光素子
2の発光が開始される。したがって、P2位置の電圧VP2
は発光素子2の順方向電圧Vf 以上には上昇しない。そ
して、所定時間の経過の後、2つのスイッチ7,8は再
びa端子側(充電状態側)に切り替えられる。この1回
の放電動作で発光素子2に向かって流れ出す電荷Qは、 Q=C1 ×Vd ──────── ただし、Vd =2Vcc−Vfとなる。
9)するように、他のたくさんの発光素子とともにマト
リックス状に配置され、各交点位置の発光素子に順次駆
動電圧を印加していくことにより発光させるいわゆるマ
トリックス方式で駆動制御されるのが普通である。そこ
で、いまこのマトリックス状に配置された1つの発光素
子に割り当てられる駆動時間をTd とするとき、この駆
動時間Td 内にスイッチ7,8をN回切り替え、前記し
た充放電動作をN回行なわせたものとすると、この時に
発光素子2に流れる駆動電流の平均値Iは、 I=(Q×N)/Td =(C1 ×Vd ×N)/Td ────── で与えられる。
の切り替え回数Nを制御してやれば、発光素子2に流れ
る駆動電流の平均値Iを変えることができる。したがっ
て、スイッチ7,8の切り替え回数Nを制御することに
より発光素子2の発光輝度を変えることができ、前記ス
イッチドキャパシタ回路10を利用した駆動回路におい
ても従来の駆動回路と同じ発光輝度を得ることができ
る。
位置の電圧VP2の波形図を示す。P1位置の電圧VP1は、
0V(アース)と電源電圧Vccの間を往復する。この電
圧V P1の波形は、回路のスルーレートを考慮して台形状
に描いてある。一方、P2位置の電圧VP2は、スイッチ
7,8がa端子側に切り替えられている充電時には電源
電圧Vccに落ち着いている。
替えられて放電状態になると、P2位置の電圧VP2は、図
2中に点線で示すように、2Vccに向かって電圧VP1と
平行移動する形で上昇していくが、電圧VP2が発光素子
2の順方向電圧Vf に達した時点でコンデンサ9から発
光素子2に向けて電荷が流れ出し、電圧の上昇はこの時
点で止まる。この電荷の放電開始により、発光素子2は
発光を開始する。
電圧Vccまで達すると、それ以後はコンデンサ9の放電
が進むに従ってP2位置の電圧VP2は段々と低下してい
く。したがって、この時点で2を発光させるに充分な電
荷が放電されなくなり、P1位置の電圧VP1が電源電圧V
ccに達した時点で発光素子2の発光もほぼ停止する。そ
して、そしてコンデンサ9の放電はされに進み、P2位置
の電圧VP2はさらに電源電圧Vccに向かって低下してい
く。なお、このときの放電電荷の量は小さいため、発光
素子2を発光させるには到らない。
7,8が再びa端子側に切り替えられて充電状態になる
と、コンデンサ9は再び駆動用電源1の電源電圧Vccに
よって充電され、次の放電動作に備える。以上の充放電
動作を繰り返すことにより、発光素子2は所定の輝度で
発光されるものである。
キャパシタ回路10をC−MOSを用いてIC化した場
合の回路例である。図では、コンデンサ9はIC化され
ていないように見えるが、実際の回路ではこのコンデン
サ9もC−MOSのICプロセスで基板上に一体に構成
することができる。したがって、本発明の駆動回路は、
スイッチドドキャパシタ回路10の全回路をIC化して
1チップ化することができる。このため、本発明の駆動
回路は大量生産に向くとともに、回路の小型化を図るこ
とができる。なお、図中、符号11で示した部分は、ス
イッチ7をON・OFFするためのクロック位相反転回
路である。
を示す。この第2の例は、図1の駆動回路の変形例であ
って、図1の駆動回路ではスイッチ7のc端子を発光素
子2に接続していたが、図4の駆動回路ではスイッチ7
のb端子を発光素子2に接続したものである。このよう
な接続とした場合、スイッチ7,8がa端子側に切り替
えらえた充電状態時に発光素子2に対して電源電圧Vcc
がまったく印加されないので、充電時の電荷の漏れを無
くすことができる。
を示す。この第3の例は、駆動用電源1と発光素子2の
間に、2つのスイッチドキャパシタ回路101 ,102
を縦続接続したものである。この駆動回路は、2Vcc<
Vf <3Vcc、すなわち、発光素子2の順方向電圧Vf
が電源電圧Vccの2倍よりも大きく、電源電圧Vccの3
倍よりも小さい場合に適している。
ッチ7,8と、スイッチドキャパシタ回路102 内のス
イッチ7,8は同期して切り替えられるもので、a端子
側に切り替えられている状態(充電状態)では、それぞ
れの回路内のコンデンサ9は電源電圧Vccに充電されて
いる。そして、2つの回路のスイッチ7,8がb端子側
(放電状態)に切り替えられると、駆動用電源1に対し
て2つのコンデンサ9,9が直列に接続され、P3位置の
電圧VP3は3Vccに向かって上昇する。そして、P3位置
の電圧VP3が発光素子2の順方向電圧Vf に達した時点
で発光が開始されるものである。
サ9,9の静電容量を同じ値C1 とした場合、放電時に
直列接続された時の合成静電容量C0 はC0 =C1 /2
となる。したがって、図5の駆動回路において1回の放
電動作で発光素子2に向かって流れ出す電荷Qは、 Q=C0 ×Vd ──────── ただし、Vd =3Vcc−Vfとなり、この時に発光素子
2に流れる駆動電流の平均値Iは、 I=(Q×N)/Td =(C0 ×Vd ×N)/Td ────── で与えられる。
の場合も、前述した図1の回路と同様に、スイッチ7,
8の切り替え回数Nを制御することにより、発光素子2
の発光輝度を変えることができる。なお、2つのスイッ
チドキャパシタ回路101 ,102 内のコンデンサ9,
9は異なる静電容量値としてもよいことは勿論である。
を示す。この第4の例は、図4の駆動回路おいて、スイ
ッチ8に代えて、コンデンサ9とアースとの間にのこぎ
り波発生回路12を接続したものである。
に供給される駆動電流の平均値Iは前述した式や式
で与えられるが、これはあくまでも或る時間内の平均値
であって、コンデンサ9から発光素子2に流れ出す瞬時
電流i0 はコンデンサ9の放電が進むに従って徐々に小
さくなっていく。このように発光素子2に流れ出す駆動
電流が変化するということは、発光素子2の発光輝度も
それに従って変化しているということであり、図1や図
4の回路の場合、発光素子2は平均輝度として設定輝度
を満足していることになる。したがって、コンデンサ9
の放電期間中、瞬時電流i0 を一定にすることができれ
ば、発光素子2の発光輝度も一定とすることができ、発
光素子の有する絶対最大電流を越えないようにするのが
容易になるとともに、P3点に発生する瞬時最大電圧を低
くすることができる。
9とアース間にのこぎり波発生回路12を接続したもの
で、スイッチ8がb端子側に切り替えられたとき、コン
デンサ9の放電進行に合わせてのこぎり波発生回路12
から図7のようなのこぎり波電圧を出力し、こののこぎ
り波電圧によって放電によるコンデンサ9の電圧降下分
を補償してやることにより、放電期間中、発光素子2に
流れ込む駆動電流の瞬時値i0 が一定となるようにした
ものである。
力されるのこぎり波電圧をVi とすると、放電状態時に
コンデンサ9から発光素子2に流れ出す瞬時電流i
0 は、 i0 =C1 ×(dVi /dt) ──────── で与えられる。のこぎり波電圧Vi の傾きは一定である
から、式中の(dVi/dt)は一定値となり、この
結果、i0 は一定となる。
を示す。この第5の例は、図5の駆動回路おいて、駆動
用電源1に最も近い第1のスイッチドキャパシタ回路1
01 のスイッチ8に代えて、コンデンサ9とアース間に
前記のこぎり波発生回路12を接続したものである。こ
の場合も、前記図7の駆動回路と同様に、発光素子2に
流れ出す瞬時電流i0 を一定とすることができる。
パシタ回路10の接続段数を2段までとしたが、電源電
圧Vccと発光素子の順方向電圧Vf の関係に応じて3段
以上に接続してもよいことは勿論である。また、前記の
例では、駆動電圧としてプラス電位を出力する場合につ
いて例示したが、マイナス電位を出力するように構成す
ることもできる。この場合には、各駆動回路における各
素子の正負の極性を逆にすればよい。
て構成した単純マトリックス式表示システムの一例を示
す。この例は、9個の発光素子21 〜29 をマトリック
ス状に配置して駆動制御するようにしたもので、各発光
素子21 〜29 は陰極走査線151 〜153 と陽極駆動
線161 〜163 の交点位置にそれぞれ接続されてい
る。陰極走査線151〜153 は陰極走査部17によっ
て順次走査されるとともに、陽極駆動線161〜163
は陽極駆動部18によって同時に駆動され、各陽極駆動
線161 〜16 3 毎に設けた本発明の駆動回路191 〜
193 から駆動パルスを同時並列に送出するように構成
したものである。なお、前記駆動回路191 〜193 と
しては、システム仕様に応じて、前述した図1,図4,
図5,図6あるいは図8のいずれかの回路が用いられ
る。
21のクロックを基に、陰極走査線151 〜153 を所
定の時間間隔Tで順次選択するための走査パルスを発生
する回路である。発光データ発生部22は、発光させる
べき素子のスイッチ切り替え回数Nを指定するための回
路である。カウンタ23は、スイッチ切り替えパルスを
生成して出力する回路であり、クロック発生部21から
送られてくるクロックを発光データ発生部22から送ら
れてくるスイッチ切り替え回数Nによって分周すること
により各発光素子のためのスイッチ切り替えパルスを作
成し、これらのスイッチ切り替えパルスをシリアル信号
としてシリアル・パラレル変換部24に送出するもので
ある。
タ23から送られてくるシリアル信号として送られてく
る各発光素子のためのスイッチ切り替えパルスを各発光
素子毎に分離し、その時間軸を伸長した上で、陽極駆動
部18内の対応する駆動回路191 〜193 に対して同
時並列に送出する回路である。
の発光素子25 を発光させる場合を例に採って説明す
る。陰極走査部17は所定の時間間隔T毎に各陰極走査
線151 〜153 を順次選択していく。この選択の際、
選択した陰極走査線に対しては0V(アース)を接続す
るとともに、選択されていない他の陰極走査線に対して
は駆動回路191 〜193 の電源電圧Vccに等しい電圧
Vccを接続する。したがって、いま陰極走査線152 が
選択されると、図7中に示すように、陰極走査線151
に0V(アース)が接続され、他の陰極走査線151 ,
153 にはVccが接続された状態となる。
図9中に示すように、Td =1/3・Tの周期で各発光
素子のためのスイッチ切り替えパルスがシリアル
信号として出力される。この例の場合、選択された陰極
走査線152 上の3つの発光素子24 ,25 ,26 のう
ち、発光素子25 のみを発光するから、この発光素子2
5 に対応する第2のタイミング位置でのみ、スイッチ
切り替えパルスが出力される。
生回路22から送れてくるスイッチ切り替え回数Nの指
示データに基づいてクロック発生部21のクロックを分
周し、位置の駆動時間Td 内においてN個のスイッチ
切り替えパルスを発生し、これをシリアル・パラレル変
換部24に送る。
タ23からシリアル信号として送られてくるの信
号を分離し、それぞれの信号の時間軸を3倍して3・T
d =Tに時間伸長した上で、この時間伸長したの
各信号を対応する駆動回路191 〜193 に同時並列に
送出する。
対してのみ時間伸長されたのスイッチ切り替えパルス
が入力される。したがって、このスイッチ切り替えパル
スを受けた駆動回路192 は、前述したように駆動回
路192 内のスイッチドキャパシタ回路10(もしくは
101 ,102 )のスイッチ7,8を該スイッチ切り替
えパルスにしたがって切り替える。
て、駆動回路192 からはその切換回数Nに対応した駆
動電流が陽極駆動線162 に向けて送出される。この駆
動電流は、陽極駆動線162 、発光素子25 、陰極走査
線152 、0V(アース)の経路で発光素子25 に流
れ、発光素子25 は当該駆動電流の値に応じた輝度で発
光する。
り、発光素子25 は発光を繰り返す。したがって、この
周期Tが30ms以下になるように設定しておけば、残
像現象により、人間の目には発光素子25 が連続発光し
ているものとして視認される。
明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、
その発明の主旨に沿った各種の変形が可能である。
明によるときは、発光素子の駆動用電源と発光素子の間
にスイッチドキャパシタ回路を接続したので、電源電圧
が発光素子の順方向電圧よりも低くても発光素子を駆動
して発光させることができる。このため、電源効率に優
れ、例えば、電圧変動の激しい車載のバッテリーなどに
対しても安定に使用することができる。
前記スイッチドキャパシタ回路のコンデンサとアース間
にのこぎり波発生回路を直列接続したので、発光素子に
流れ込む駆動電流を一定に保つことができ、発光素子の
有する絶対最大電流を越えないようにするのが容易にな
るとともに、出力点の瞬時最大電圧を低くでき、駆動I
Cの耐圧を越えないようにすることができる。
前記スイッチドキャパシタ回路を複数段縦続接続したの
で、発光素子の順方向電圧が電源電圧よりも2倍以上高
い場合でも、発光素子を駆動することができる。このた
め、適用範囲を大幅に拡げることができる。
発光素子の駆動用電源に最も近い初段のスイッチドキャ
パシタ回路のコンデンサとアース間にのこぎり波発生回
路を直列接続したので、発光素子の順方向電圧が電源電
圧よりも2倍以上高い場合でも、発光素子に流れ込む駆
動電流を一定に保つことができ、発光素子の有する絶対
最大電流を越えないようにするのが容易になるととも
に、出力点の瞬時最大電圧を低くでき、駆動ICの耐圧
を越えないようにすることができる。
は、前記スイッチドキャパシタ回路の充放電回数を発光
素子に流したい駆動電流に応じて変えるようにしたの
で、発光素子の発光輝度を自在に変えることができ、発
光素子の面積に応じて発光輝度を自由に設定したり、階
調を表現したりできる。
である。
である。
である。
である。
出力するのこぎり波電圧の波形図である。
である。
ックス式表示システムの一例を示すブロック図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 発光素子の駆動用電源と発光素子の間に
スイッチドキャパシタ回路を接続したことを特徴とする
発光素子の駆動回路。 - 【請求項2】 前記スイッチドキャパシタ回路のコンデ
ンサとアース間にのこぎり波発生回路を直列接続したこ
とを特徴とする請求項1記載の発光素子の駆動回路。 - 【請求項3】 前記スイッチドキャパシタ回路を複数段
縦続接続したことを特徴とする請求項1記載の発光素子
の駆動回路。 - 【請求項4】 発光素子の駆動用電源に最も近い初段の
スイッチドキャパシタ回路のコンデンサとアース間にの
こぎり波発生回路を直列接続したことを特徴とする請求
項3記載の発光素子の駆動回路。 - 【請求項5】 前記スイッチドキャパシタ回路の充放電
回数を発光素子に流したい駆動電流に応じて変えること
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の発光素子
の駆動回路。
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