KR101480201B1

KR101480201B1 - 발광 소자의 구동 회로 및 전자 기기

Info

Publication number: KR101480201B1
Application number: KR1020097013881A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 기타가와; 구니히로 고미야
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2015-01-07
Also published as: CN101578713B; US8305011B2; CN102316642B; WO2009008141A1; US20100194294A1; CN101578713A; JP5091567B2; KR20100028013A; JP2009016685A; CN102316642A

Abstract

복수의 LED 단자(106a~106c)는 복수의 LED(2a~2c)마다 설치되고, 대응하는 LED(2)의 애노드가 접속된다. 승압 회로(10)는 입력 전압(Vbat)을 승압한다. 복수의 정전류원(12a~12c)은, 복수의 LED(2a~2c)마다 설치되고, 일단이 LED 단자(106a~106c)를 통해 대응하는 LED(2a~2c)에 접속된다. 복수의 스위치(14a~14c)는, 복수의 정전류원(12a~12c)마다 설치되고, 대응하는 정전류원(12)에 대해, 입력 전압(Vbat)과 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)의 어느 쪽을 선택적으로 출력한다. 제어 회로(20)는, 복수의 LED 단자(106a~106c)의 전압(Vled＿a~Vled＿c)을 개별적으로 감시해, 각 전압에 의거하여, 대응하는 스위치(14)의 접속 상태를 제어한다.

Description

발광 소자의 구동 회로 및 전자 기기{DRIVING CIRCUIT FOR LIGHT EMITTING ELEMENT, AND ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은, 복수의 발광 소자를 구동하기 위한 구동 회로에 관한 것이다.

휴대 전화, PDA(Personal Digital Assistants) 등의 전지 구동형의 전자 기기에는, 액정의 백라이트에 이용되는 LED(Light Emitting Diode)와 같이, 전지의 출력 전압보다 높은 전압을 필요로 하는 디바이스가 탑재된다. 예를 들면, 이러한 전자 기기에는 Li이온 전지가 많이 이용되고, 그 출력 전압은 통상 3.5V 정도, 만충전시에서도 4.2V 정도이다. 한편, LED는 그 구동 전압으로서 전지 전압보다 높은 전압을 필요로 한다. 이와 같이, 전지 전압보다 높은 전압이 필요하게 될 경우, 스위칭 레귤레이터나 차지 펌프 회로를 이용해 전지 전압을 승압하고, LED 등의 부하 회로를 구동하기 위해 필요한 전압을 얻는다. 특허 문헌 1에는 관련 기술이 개시된다.

[특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 2005－260110호 공보]

[발명이 해결하려고 하는 과제]

특허 문헌 1의 회로에서는, RGB 3색의 LED 중, G 및 B에 대해서는, 승압된 전압으로 구동하고, R에 대해서는, 전지 전압과 승압된 전압을 전환하여 구동한다.

본 발명은 이러한 상황하에서 이루어지게 된 것으로서, 그 목적은, 복수의 발광 소자를 고효율로 구동 가능한 구동 회로의 제공에 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명의 어떤 형태는, 복수의 발광 소자를 구동하는 구동 회로에 관한 것이다. 이 구동 회로는, 복수의 발광 소자마다 설치되고, 대응하는 발광 소자의 애노드가 접속되어야 할 복수의 구동 단자와, 입력 전압을 승압하는 승압 회로와, 복수의 발광 소자마다 설치되고, 일단이 대응하는 구동 단자에 접속된 복수의 정전류원과, 복수의 정전류원마다 설치되어 대응하는 정전류원에 대해, 입력 전압과 승압 회로의 출력 전압의 어느 하나를 선택적으로 출력하는 복수의 스위치와, 복수의 구동 단자의 전압을 개별적으로 감시해, 각 구동 단자의 전압에 의거하여 대응하는 스위치의 접속 상태를 제어하는 제어 회로를 구비하여 하나의 반도체 기판 상에 집적화된다.

이 형태에 의하면, 발광 소자마다, 전지 전압과 승압 회로의 출력 전압을 전환하여 구동할 수 있기 때문에, 효율을 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 발광 소자를 구동하기 위한 정전류원을 발광 소자의 애노드측에 설치함으로써 단자수의 증가를 억제할 수 있고, 회로 면적의 증대를 억제할 수 있다.

제어 회로는, 각 구동 단자에 접속되는 정전류원의 양단간의 전압에 의거하고, 그 정전류원에 대응하는 스위치의 접속 상태를 제어해도 된다.

제어 회로는, 복수의 구동 단자마다 설치되고 대응하는 정전류원의 양단간의 전압을 소정의 임계값 전압과 비교하는 복수의 콤퍼레이터를 포함해도 된다. 제어 회로는, 각 콤퍼레이터의 출력에 의거하여, 대응하는 스위치의 접속 상태를 전환해도 된다.

제어 회로는, 복수의 구동 단자마다 설치된 복수의 콤퍼레이터를 포함하고, 각 콤퍼레이터의 출력에 의거해, 대응하는 스위치의 접속 상태를 전환해도 된다. 각 콤퍼레이터는, 구동 단자에 대응하는 스위치가 입력 전압을 출력할 때, 구동 단자의 전압과 입력 전압의 전위차를, 소정의 제1 임계값 전압과 비교해, 구동 단자에 대응하는 스위치가 승압 회로의 출력 전압을 출력할 때, 구동 단자의 전압과 승압 회로의 출력 전압의 전위차를, 소정의 제2 임계값 전압과 비교해도 된다.

각 콤퍼레이터는, 대응하는 스위치가 입력 전압을 출력할 때, 대응하는 구동 단자의 전압을, 입력 전압으로부터 제1 임계값 전압만큼 강하한 전압과 비교해, 대응하는 스위치가 승압 회로의 출력 전압을 출력할 때, 대응하는 구동 단자의 전압을, 승압 회로의 출력 전압으로부터 제2 임계값 전압만큼 강하한 전압과 비교해도 된다.

이 경우, 스위치의 접속 상태에 상관없이, 스위치 및 정전류원에 발생하는 전압 강하를, 임계값 전압과 비교할 수 있다.

승압 회로는, 복수의 승압율이 전환 가능한 차지 펌프 회로이고, 제어 회로는 또한, 복수의 구동 단자의 전압에 의거해, 차지 펌프 회로의 승압율을 전환해도 된다.

승압 회로는, 스위칭 레귤레이터이고, 제어 회로는 또한, 복수의 구동 단자의 전압에 의거해, 피드백에 의해 스위칭 레귤레이터의 출력 전압을 조절해도 된다.

본 발명의 다른 형태는, 전자 기기이다. 이 전자 기기는, 전지와, 복수의 발광 소자와, 전지의 전압을 입력 전압으로서 받아 복수의 발광 소자를 구동하는 상술의 어느 구동 회로를 구비한다.

또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 형태로서 유효하다.

[발명의 효과]

본 발명에 관련되는 구동 회로에 의하면, 발광 소자를 고효율로 구동할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관련되는 발광 장치를 나타내는 회로도이다.

도 2(a), (b)는, 제어 회로의 구성예를 나타내는 회로도이다.

도 3은 발광 장치의 제1 동작 시퀀스를 나타내는 플로차트이다.

도 4는 발광 장치의 제2 동작 시퀀스를 나타내는 플로차트이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

2 : LED 10 : 승압 회로

12 : 정전류원 14 : 스위치

20 : 제어 회로 22 : 콤퍼레이터

24 : 전류원 R1 : 저항

26 : 3입력 콤퍼레이터 R2 : 제1 저항

R3 : 제2 저항 28 : 제1 전류원

29 : 제2 전류원 100 : 구동 회로

102 : 입력 단자 104 : 출력 단자

106 : LED 단자 112 : 전지

200 : 발광 장치 C1 : 출력 커패시터

이하, 본 발명을 적합한 실시 형태에 의거하여 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 나타나는 동일 또는 동등한 구성 요소, 부재, 처리에는, 동일한 부호를 부여함으로써, 적절히 중복되는 설명은 생략한다. 또, 실시 형태는, 발명을 한정하는 것은 아니고 예시이며, 실시 형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것임으로 할 수 없다.

본 명세서에서, 「부재 A가 부재 B에 접속된 상태」란, 부재 A와 부재 B가 물리적으로 직접적으로 접속될 경우나, 부재 A와 부재 B가, 전기적 접속 상태에 영향을 미치지 않는 다른 부재를 통해 간접적으로 접속될 경우도 포함한다.

마찬가지로 「부재 C가, 부재 A와 부재 B 사이에 설치된 상태」란, 부재 A와 부재 C, 혹은 부재 B와 부재 C가 직접적으로 접속될 경우 외, 전기적 접속 상태에 영향을 미치지 않는 다른 부재를 통해 간접적으로 접속될 경우도 포함한다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관련되는 발광 장치(200)를 나타내는 회로도 이다. 발광 장치(200)는, 휴대 전화 단말이나 PDA 등의 전자 기기에 탑재되고, 액정 파넬의 백라이트나 조명, 착신 표시용의 일루미네이션으로서 이용된다. 발광 장치(200)는, 발광 소자로서 복수의 LED(2a~2c)(이하, 필요에 따라 LED(2)로 총칭함)와, LED를 구동하기 위한 구동 회로(100)와, 전원으로서의 전지(112)를 구비한다. 전지(112)는 2차 전지이고, 충전 상태에 따라 값이 변화되는 전지 전압(Vbat)을 출력한다. 구동 회로(100)는, 전지 전압(Vbat)을 전원으로서 받아 LED(2a~2c)를 구동한다. 이하, LED(2a~2c)가, 순 방향 전압이 Vf=3.4V 정도의 백색 LED이고, 전지(112)가, 3V~4.2V 정도의 전지 전압(Vbat)을 출력하는 리튬 이온 전지의 것으로 설명한다.

구동 회로(100)는, 그 주요부가 하나의 반도체 기판 상에 집적화되어 있다. 구동 회로(100)는, 입력 단자(102)와, 출력 단자(104)와, 복수의 LED 구동 단자(이하, LED 단자(106a~106c)라고 하고, 필요에 따라 LED 단자(106)로 총칭함)를 구비한다. 입력 단자(102)에는, 전지 전압(Vbat)이 입력 전압으로서 공급된다. 출력 단자(104)에는, 출력 커패시터(C1)가 접속되어 있고, 전지 전압(Vbat)을 승압하여 얻어지는 승압 전압(Vout)이 나타난다. LED 단자(106a~106c)는, 복수의 LED(2a~2c)마다 설치된다. LED 단자(106a~106c) 각각은, 대응하는 LED(2a~2c)의 애노드가 접속된다.

구동 회로(100)는, 승압 회로(10), 정전류원(12a~12c), 스위치(14a~14c), 제어 회로(20)를 구비한다. 승압 회로(10)는, 입력 전압(Vbat)을 승압하는 회로이고, 차지 펌프 회로나 스위칭 레귤레이터가 적합하게 이용할 수 있다. 이하, 승압 회로(10)는 승압율이 1.5배의 차지 펌프 회로로 한다. 또한, LED(2) 및 그에 대응하는 정전류원(12), 스위치(14)의 수는 3개로 한정되지 않고, 임의로 해도 좋다.

정전류원(12a~12c)(이하, 필요에 따라 정전류원(12)으로 총칭함)은, 복수의 LED(2a~2c)마다 설치된다. 정전류원(12a~12c) 각각은, 그 일단이 대응하는 LED 단자(106a~106c)를 통해, LED(2a~2c)와 접속된다.

복수의 스위치(14a~14c)는, 복수의 정전류원(12a~12c)마다 설치된다. 스위치(14a~14c)는, 대응하는 정전류원(12a~12c)에 대해, 입력 전압(Vbat)과 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)의 어느 것을 선택적으로 출력한다. 스위치(14a~14c)의 접속 상태는, 개별적으로 제어 가능하게 되어 있다. 이하, 스위치(14)가 입력 전압(Vbat)측에 온 한 상태를, 제1 상태 φ1이라고 하고, 출력 전압(Vout)측에 온 한 상태를, 제2 상태 φ2라고 한다.

제어 회로(20)는, 복수의 LED 단자(106a~106c)의 전압(이하, LED 전압(Vled＿a~Vled＿c)이라고 함)을 개별적으로 감시하고, 각 LED 단자(106a~106c)의 LED 전압(Vled＿a~Vled＿c)에 의거하여, 대응하는 스위치(14a~14c)의 접속 상태를 제어한다.

제어 회로(20)에 의한 스위치(14)의 제어에 대해 설명한다. 제어 회로(20)는, 초기 상태에서, 모든 스위치(14a~14c)를 제1 상태 φ1로 세트하고, 입력 전압(Vbat)측에 온 시킨다.

LED(2)를 원하는 휘도로 발광시키기 위해서는, 그 휘도에 대응하는 전류를 공급할 필요가 있다. 정전류원(12)이 그 휘도에 대응하는 정전류를 안정적으로 공 급하기 위해서는, 정전류원(12) 내부의 전류 경로 상에 설치된 트랜지스터가, 정전류 영역에서 동작할 필요가 있다. 즉, 정전류원(12)의 양단간의 전압(즉 전압 강하)ΔV가, 어떤 임계값 전압(Vth) 이상 확보되어 있을 필요가 있다. 정전류 영역이란, 드레인 전류(컬렉터 전류)가 드레인 소스간 전압(컬렉터 이미터간 전압)에 의존하지 않는 영역을 의미하고, 전계 효과 트랜지스터의 포화 영역, 바이폴라 트랜지스터의 활성 영역에 상당한다. 정전류원(12)이 안정 동작하는 전압은, 정전류 회로의 형식이나 사용하는 트랜지스터의 종류, 사이즈에 의존하지만, 여기에서는 양단간의 전압ΔV가, Vth(=0.2V) 이상일 때 안정된 정전류를 생성 가능하다고 한다.

제어 회로(20)는, LED 단자(106a~106c)의 LED 전압(Vled＿a~Vled＿c)을 모니터링하고, 정전류원(12a~12c) 각각, Vth(=0.2V) 이상의 전압 강하가 발생하고 있는지를 체크한다. 전지(112)가 만충전 상태(Vbat＞~4V)이면, LED(2)의 순 방향 전압(Vf)은 3.4V이기 때문에, 스위치(14)에 의한 전압 강하를 무시했을 경우, 정전류원(12c~12c)의 양단간 전압ΔV는 0.6V 정도가 되고, 모두 임계값 전압(Vth)(=0.2V)보다 커진다. 실제로는, 온 저항에 기인하는 스위치(14)의 전압 강하를 제외한 전압이, 정전류원(12)의 양단간의 전압ΔV가 된다. 이하, 설명의 간략화를 위해, 스위치(14)의 온 저항은 무시한다.

입력 전압(Vbat)이 3.6V를 하회하며, 그 결과 예를 들어, 정전류원(12c)의 양단간의 전압ΔV가 임계값 전압(Vth)(=0.2V)을 하회했을 경우, 그 정전류원(12c)에 대응하는 스위치(14c)의 접속 상태를 제2 상태 φ2로 하고, 승압 회로(10)의 출 력 전압(Vout)측으로 전환한다. 입력 전압(Vbat)이 3.6V일 때, 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)은 5.4V가 되기 때문에, 정전류원(12c)의 양단간의 전압ΔV는, 다시 0.2V 이상이 되고, 안정된 정전류를 LED(2c)에 공급할 수 있다.

본 실시 형태에 의하면, LED(2)마다, 입력 전압(Vbat) 또는 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)을 전환하고 구동하기 때문에, 고효율로 실현할 수 있다.

구체적인 수치를 이용해, 실시 형태의 효율 개선에 대해 설명한다. 같은 백색 LED에서도, 순 방향 전압(Vf)에는 격차가 존재하여 균일하지 않다. 예를 들어, 같은 전류가 흐른 상태에서, LED(2a, 2b, 2c)의 순 방향 전압(Vf)은 각각, 3.2V, 3.4V, 3.6V가 될지도 모른다. 이때 전지 전압(Vbat)이 3.6V로 하면, 정전류원(12a, 12b, 12c)의 양단간 전압ΔV는 각각, 0.4V, 0.2V, 0V이기 때문에, LED(2c)는 구동할 수 없지만, LED(2a, 2b)는 구동 가능하다. 이 경우에, 본 실시 형태에 관련되는 구동 회로(100)에 의하면, LED(2c)만을 승압 회로(10)로 구동하고, LED(2a, 2b)는 입력 전압(Vbat)으로 구동할 수 있다.

LED(2a~2c)에 흐르는 전류를 각각 Io1, Io2, Io3으로 하면, 전지(112)로부터 입력 단자(102)에 흘러 들어가는 입력 전류(Iin)는,

Iin=Io1×1.0＋Io2×1.0＋Io3×1.5

가 된다. Io3만 1.5가 곱셈된 것은, 차지 펌프 회로의 승압율이 1.5배이기 때문이다. Io1=Io2=Io3=20㎃로 하면, 입력 전류(Iin)는, 70㎃가 된다.

만일, 복수의 스위치(14a~14c)를 설치하지 않고, 단일 스위치를 설치해, 모든 정전류원(12a~12c)에 대해, 입력 전압(Vbat) 또는 출력 전압(Vout)을, 일괄 전 환하여 공급했을 경우를 생각한다. 이 경우, 모든 LED를 차지 펌프 회로의 출력 전압(Vout)으로 구동할 필요가 있기 때문에, 입력 전류(Iin)는,

Iin=Io1×1.5＋Io2×1.5＋Io3×1.5

가 된다. Io1=Io2=Io3=20㎃로 하면, 입력 전류(Iin)는, 90㎃이다. 본 실시 형태에서는, 입력 전류(Iin)는 70㎃였기 때문에, 20㎃의 전류를 삭감하는 것이 가능해진다. 차지 펌프 회로의 승압율이 더 높으면, 이 효과는 더 현저하게 된다.

또 본 실시 형태에 의하면, 정전류원(12a~12c)의 전압 강하를 작게 할 수 있다. 즉, 단일 스위치 외에 설치하지 않을 경우, 정전류원(12a, 12b, 12c)의 전압 강하는 각각, 2.2V, 2.0V, 1.8V가 되고, 쓸데없는 전력이 소비되게 된다. 한편, 본 실시 형태에서는, LED(2c)만이 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)으로 구동되기 때문에, 정전류원(12a, 12b, 12c)의 전압 강하는 각각, 0.4V, 0.2V, 1.8V가 되고, 소비 전력이 저감된다.

이와 같이 본 실시 형태에 관련되는 구동 회로(100)에 의하면, LED(2)마다 스위치(14)를 설치해 모든 정전류원(12)의 양단간의 전압ΔV를 개별적으로 감시함으로써, 소비 전류를 저감해 고효율 구동이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 정전류원(12a~12c)을 LED(2a~2c)의 애노드측에 설치되어 있다. 그 결과, 복수의 스위치(14a~14c)를 설치했을 경우에도, 단자수의 증가를 억제할 수 있다.

만약 정전류원(12)을 LED(2)의 캐소드측에 설치했을 경우, LED(2a~2c) 각각의 캐소드를, 구동 회로(100) 내부의 정전류원(12a~12c)에 접속하기 위해, 3개의 단자를 새롭게 추가할 필요가 있다. 즉 구동 회로(100)에는, 입력 단자(102), 출력 단자(104)에 더해, 3개의 애노드용 단자와 3개의 캐소드용 단자의 합계 8개의 단자가 필요하게 된다. 이에 대해, 도 1의 회로에서는, 정전류원(12)을 LED(2)의 애노드측에 설치하기 때문에 합계 5개의 단자를 설치하면 되고, 3개의 단자를 삭감할 수 있게 된다. LED가 n개(n는 정수) 설치될 경우, n개의 단자를 삭감할 수 있는 것은 용이하게 이해할 수 있고, 따라서 LED(2)의 개수가 많을수록, 회로 면적의 증대를 억제할 수 있다.

도 2(a), (b)는, 제어 회로(20)의 구성예를 나타내는 회로도이다. 도 2(a)의 제어 회로(20a)는, 콤퍼레이터(22a), 저항(R1a), 전류원(24a)을 포함한다. 제어 회로(20a)는, LED(2a)를 구동하는 정전류원(12a)의 양단간의 전압 ΔV를 감시하는 회로이며, 같은 회로가, LED(2b, 2c)에도 설치되어 있다.

저항(R1a)의 일단은, 스위치(14a)의 일단과 접속된다. 즉, 저항(R1a)의 일단에는, 스위치(14a)의 접속 상태에 따라, 입력 전압(Vbat) 또는 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)의 어느 한쪽이 인가된다. 저항(R1a)의 타단과 접지 단자간에는, 정전류(Ic1)를 생성하는 전류원(24a)이 설치된다. 정전류(Ic1)에 의해, 저항(R1a)에는, 전압 강하(Vth)(=R1a×Ic1)가 발생한다. Vth=0.2V가 되도록, 저항(R1a) 및 정전류(Ic1)를 조절한다. 콤퍼레이터(22)는, 저항(R1a)의 타단과, LED 전압(Vled＿a)을 비교한다.

즉, 콤퍼레이터(22)는, 정전류원(12a)의 양단간의 전압ΔV와, 저항(R1a)의 전압 강하(Vth)(=0.2V)를 비교해, ΔV≥Vth일 때, 스위치(14a)를 입력 전압(Vbat) 측에 접속하고, ΔV＜Vth일 때, 스위치(14a)를 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)측에 접속한다.

도 2(a)의 제어 회로(20a)에 의하면, 정전류원(12a)의 양단간의 전압ΔV에 의거해, 스위치(14a)의 접속 상태를 적합하게 제어할 수 있다.

도 2(b)의 제어 회로(20b)는, 제1 저항(R2), 제2 저항(R3), 제1 전류원(28), 제2 전류원(29), 3입력 콤퍼레이터(26a~26c)(3입력 콤퍼레이터(26)로 총칭함)를 포함한다.

3입력 콤퍼레이터(26)는, LED 단자(106)에 대응하는 스위치(14)가 입력 전압(Vbat)을 출력할 때, LED 전압(Vled)과 입력 전압(Vbat)의 전위차 ΔV'를, 소정의 제1 임계값 전압(Vth2)과 비교한다. 또, LED 단자(106)에 대응하는 스위치(14)가 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)을 출력할 때, LED 전압(Vled)과 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)의 전위차 ΔV'를, 소정의 제2 임계값 전압(Vth3)과 비교한다.

3입력 콤퍼레이터(26)는, 대응하는 스위치(14)가 입력 전압(Vbat)을 출력할 때, 대응하는 LED 전압(Vled)을, 입력 전압(Vbat)으로부터 제1 임계값 전압(Vth2)만큼 강하한 전압(Vx2)과 비교한다. 또, 3입력 콤퍼레이터(26)는, 대응하는 스위치(14)가 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)을 출력할 때, 대응하는 LED 전압(Vled)을, 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)으로부터 제2 임계값 전압(Vth3)만큼 강하한 전압(Vx3)과 비교한다.

구체적으로는, 제1 저항(R2)의 일단은 입력 단자(102)에 접속되고, 입력 전 압(Vbat)이 인가되어 있다. 제1 정전류(Ic2)를 생성하는 제1 전류원(28)은 제1 저항(R2)의 타단과 접지 단자 사이에 설치되어 있다. 제1 저항(R2)에는, 전압 강하(Vth2)(=Ic2×R2)가 발생한다. 따라서, 제1 저항(R2)과 제1 전류원(28)의 접속 노드의 전압(Vx2)은, (Vbat－Vth2)가 된다.

한편, 제2 저항(R3)의 일단은 출력 단자(104)에 접속되고, 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)이 인가되어 있다. 제2 정전류(Ic3)를 생성하는 제2 전류원(29)은 제2 저항(R3)의 타단과 접지 단자 사이에 설치되어 있다. 제2 저항(R3)에는, 전압 강하(Vth3)(=Ic3×R3)가 발생한다. 따라서, 제2 저항(R3)과 제2 전류원(29)의 접속 노드의 전압(Vx3)은, (Vout－Vth3)이 된다.

3입력 콤퍼레이터(26a~26c)는, 2개의 반전 입력 단자와, 1개의 비반전 입력 단자를 구비한다. 3입력 콤퍼레이터(26a~26c)는, 2개의 반전 입력 단자 중, 선택된 한쪽 단자의 전압과, 비반전 입력 단자의 전압을 비교하는 회로이다. 3입력 콤퍼레이터(26a)의 2개의 반전 입력 단자에는, 전압(Vbat－Vth2)과, 전압(Vout－Vth3)이 입력된다. 3입력 콤퍼레이터(26b, 26c)도 마찬가지이다. 3입력 콤퍼레이터(26a~26c) 각각의 비반전 입력 단자에는, LED 전압(Vled＿a~Vled＿c)이 인가되어 있다.

스위치(14a)가 입력 전압(Vbat)측에 온 하고 있을 때, LED 전압(Vled＿a)은,

Vled＿a=Vbat－ΔV'

으로 주어진다. 여기에서 ΔV'은, 스위치(14a) 및 정전류원(12a)의 양단간의 전압이고, 스위치(14a)의 전압 강하와, 정전류원(12a)의 전압 강하의 합으로 되 어 있다.

또, 스위치(14a)가 승압 회로(10)의 출력 전압(Vout)측에 온 하고 있을 때, LED 전압(Vled＿a)은,

Vled＿a=Vout－ΔV'

으로 주어진다.

3입력 콤퍼레이터(26)는, 스위치(14a)의 접속 상태에 따라, LED 전압(Vled＿a)을, 어느 반전 입력 단자의 전압과 비교할지를 전환한다. 즉, 스위치(14a)가 입력 전압(Vbat)측에 온 하는 제1 상태 φ1에서는, 입력 전압(Vbat)을 기준으로서 생성되는 전압(Vbat－Vth2)을 선택해, LED 전압(Vled＿a)과 비교한다. 반대로, 스위치(14a)가 출력 전압(Vout)측에 온 하는 제2 상태 φ2에서는, 출력 전압(Vout)을 기준으로서 생성되는 전압(Vout－Vth2)을 선택해, LED 전압(Vled＿a)과 비교한다.

그 결과, 제1 상태 φ1에서는, 전압(Vbat－ΔV')과, 전압(Vbat－Vth2)이 비교되어 결과적으로, 전압 강하 ΔV'과 임계값 전압(Vth2)을 비교할 수 있다. 마찬가지로 제2 상태 φ2에서는, 전압(Vout－ΔV')과, 전압(Vout－Vth3)이 비교되어 결과적으로, 전압 강하 ΔV'과 임계값 전압(Vth3)을 비교할 수 있다.

온 저항에 기인하여 스위치(14a)에 발생하는 전압 강하를, Von으로 한다. 이 때, Vth2=Vth3=(Von＋Vth)가 되도록 설정함으로써, 정전류원(12a)의 양단간의 전압 ΔV를, 임계값 전압(Vth)과 비교할 수 있다. 예를 들어, Von=0.2V, Vth=0.2V이면, Vth2=Vth3=0.4V로 설정하면 된다.

3입력 콤퍼레이터(26b, 26c)에 대해서도, 3입력 콤퍼레이터(26a)와 같이 동 작한다.

도 2(a)의 회로에서는, LED마다 전류원(24) 및 저항(R1)을 설치할 필요가 있기 때문에, LED가 n개일 경우, 저항(R1)이 n개, 전류원(24)이 n개가 필요하다. 이에 대해서, 도 2(b)의 회로에 의하면, LED의 개수가 증가해도, 제1 저항(R2), 제2 저항(R3), 제1 전류원(28), 제2 전류원(29)을 설치하면 되기 때문에, 회로 면적을 삭감할 수 있다.

다음에 도 1에 돌아와, 승압 회로(10)가, 승압율α가 전환 가능한 차지 펌프 회로일 경우에 대해 설명한다. 이 경우, 제어 회로(20)는 또한, 복수의 LED 전압(Vled)에 의거해, 차지 펌프 회로의 승압율α를 전환한다. 여기에서는, 승압율α는 1배, 1.5배, 2배로 전환할 수 있는 것으로 한다. 도 3은, 발광 장치(200)의 제1 동작 시퀀스를 나타내는 플로차트이다. 또한, 도 3 및 후술하는 도 4의 플로차트에서, 각 처리의 순서는 적절히 변경해도 상관없다.

우선, 회로가 기동하면, 차지 펌프 회로의 승압율α를 최저값(1배)으로 설정해, 모든 스위치(14)를, 제1 상태 φ1로 설정한다(S100). 계속해서, LED(2a~2c)를 구동한 상태로, 각 스위치(14)의 양단간의 전압 ΔV를 감시한다. 감시의 결과, ΔV＞Vth일 경우(S102의 N), 감시를 계속한다.

어느 정전류원(12)에서, ΔV＜Vth가 되면(S102의 Y), 그 정전류원(12)에 접속되는 스위치(14) 상태를 체크한다(S104). 체크의 결과, 그 스위치(14)가 제1 상태 φ1이면(S104의 Y), 제2 상태 φ2로 설정해(S106), 단계 S102로 돌아온다.

만일, 단계 S104에서, 스위치가 제2 상태 φ2이면(S104의 N), 차지 펌프 회 로의 승압율α를, 1단계 상승시킨다(S108). 즉, 지금까지의 승압율α를 유지해 두고, 1배이면 1.5배로, 1.5배이면 2배로 변경한다. 이상의 제어는, 제어 회로(20)에 스테이트 머신의 기능을 설치함으로써 실현 가능하다.

다음에, 승압 회로(10)가 스위칭 레귤레이터일 경우에 대해 설명한다. 스위칭 레귤레이터일 경우, 제어 회로(20)는 복수의 정전류원(12) 중, 양단간의 전압 ΔV가 최소의 것이, 소정의 목표값(Vref)과 일치하도록 피드백에 의해 스위칭을 제어한다. 이 목표값은, 임계값 전압(Vth)과 같은 값, 혹은 그것보다 큰 값으로 설정한다.

도 3의 플로차트에 의거한 처리에 의하면, 차지 펌프 회로의 승압율α의 전환 제어와, 각 스위치(14)의 제어를 적합하게 실행할 수 있다.

도 4는, 발광 장치(200)의 제2 동작 시퀀스를 나타내는 플로차트이다. 도 4의 플로차트의 단계 S120, S122, S124, S126은, 도 3의 플로차트의 S100, S102, S104, S106에 각각 대응하기 때문에 설명을 생략한다.

단계 S124에서, 스위치가 제1 상태 φ1었을 경우(S124의 Y), 스위치를 제2 상태 φ2로 전환한다(S126). 단계 S124에서, 스위치가 제2 상태 φ2였을 경우(S124의 N), 제2 상태로 설정되는 스위치(14)에 대응하는 정전류원(12)의 양단간의 전압 ΔV가 목표값 Vref에 일치하도록, 피드백에 의해 스위칭 레귤레이터를 제어한다(S128, S130).

구체적으로는, 우선, 제2 상태 φ2로 설정될 스위치(14)가 복수 있었을 경우, 그러한 스위치(14)에 대응하는 정전류원(12)의 양단간의 전압 ΔV 중, 최소의 것을 선택한다(S128). 이 처리는 최소값 회로를 이용하면 된다.

그리고, 선택된 양단간의 전압 ΔV를 피드백 전압으로서 펄스폭 변조나 펄스 주파수 변조를 이용해, 전압 ΔV가 목표값(Vref)에 일치하도록 스위칭 레귤레이터를 제어한다(S130). 또한, 스위칭 레귤레이터의 제어 회로의 구성은 공지이기 때문에, 자세한 설명을 생략한다.

도 4의 플로차트에 의거한 처리에 의하면, 스위칭 레귤레이터의 피드백 제어와, 각 스위치(14)의 제어를 적합하게 실행할 수 있다.

상기 실시 형태는 예시이며, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 여러 가지 변형예가 있을 수 있는 것, 또는 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에 이해되는 바이다. 이하, 이러한 변형예에 대해 설명한다.

실시 형태에서는, LED(2a~2c)가 모두 백색 LED일 경우를 설명했지만, 본 발명은 이로 한정되지 않고, 각각 다른 색의 LED를 이용해도 된다. 다른 색의 LED를 이용할 경우, 순 방향 전압(Vf)의 값이 더 다르기 때문에, 본 발명의 효과를 더 향수할 수 있다.

또, 발광 소자는 LED로 한정되지 않고, 유기 EL소자나 반도체 레이저 등도 괜찮다.

실시 형태에 의거하여, 특정의 어구를 이용해 본 발명을 설명했지만, 실시 형태는, 본 발명의 원리, 응용을 나타낸 것에 불과하고, 실시 형태에는, 청구 범위에 규정된 본 발명의 사상을 이탈하지 않는 범위에서, 많은 변형예나 배치의 변경이 가능하다.

본 발명은 LED 등의 발광 소자의 구동 기술에 이용할 수 있다.

Claims

복수의 발광 소자를 구동하는 구동 회로로서,

상기 복수의 발광 소자마다 설치되고, 대응하는 발광 소자의 애노드가 접속되어야 할 복수의 구동 단자와,

입력 전압을 승압하는 승압 회로와,

상기 복수의 발광 소자마다 설치되고, 일단이 상기 구동 단자를 통해 대응하는 상기 발광 소자에 접속되는 복수의 정전류원과,

상기 복수의 정전류원마다 설치되고 대응하는 정전류원에 대해, 상기 입력 전압과 상기 승압 회로의 출력 전압의 어느 하나를 선택적으로 출력하는 복수의 스위치와,

상기 복수의 구동 단자의 전압을 개별적으로 감시해, 각 구동 단자의 전압에 의거하여, 대응하는 상기 스위치의 접속 상태를 제어하는 제어 회로를 구비하여, 하나의 반도체 기판 상에 집적화되는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
청구항 1에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 각 구동 단자에 접속되는 정전류원의 양단 사이의 전압에 의거하여, 그 정전류원에 대응하는 상기 스위치의 접속 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
청구항 2에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 복수의 구동 단자마다 설치되고, 대응하는 정전류원의 양단 사이의 전압을 소정의 임계값 전압과 비교하는 복수의 콤퍼레이터를 포함하고, 각 콤퍼레이터의 출력에 의거하여, 대응하는 스위치의 접속 상태를 전환하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
청구항 1에 있어서,

상기 제어 회로는, 상기 복수의 구동 단자마다 설치된 복수의 콤퍼레이터를 포함하고, 각 콤퍼레이터의 출력에 의거하여, 대응하는 스위치의 접속 상태를 전환하고,

각 콤퍼레이터는, 구동 단자에 대응하는 스위치가 상기 입력 전압을 출력할 때, 구동 단자의 전압과 상기 입력 전압의 전위차를, 소정의 제1 임계값 전압과 비교하고, 구동 단자에 대응하는 스위치가 상기 승압 회로의 출력 전압을 출력할 때, 구동 단자의 전압과 상기 승압 회로의 출력 전압의 전위차를, 소정의 제2 임계값 전압과 비교하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
청구항 4에 있어서,

각 콤퍼레이터는, 대응하는 스위치가 상기 입력 전압을 출력할 때, 대응하는 구동 단자의 전압을, 상기 입력 전압으로부터 상기 제1 임계값 전압만큼 강하한 전압과 비교하고, 대응하는 스위치가 상기 승압 회로의 출력 전압을 출력할 때, 대응 하는 구동 단자의 전압을, 상기 승압 회로의 출력 전압으로부터 상기 제2 임계값 전압만큼 강하한 전압과 비교하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,

상기 승압 회로는, 복수의 승압율이 전환 가능한 차지 펌프 회로이고,

상기 제어 회로는 또한 상기 복수의 구동 단자의 전압에 의거하여, 상기 차지 펌프 회로의 승압율을 전환하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,

상기 승압 회로는, 스위칭 레귤레이터이고,

상기 제어 회로는 또한 상기 복수의 구동 단자의 전압에 의거하여, 피드백에 의해 상기 스위칭 레귤레이터의 출력 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
전지와,

복수의 발광 소자와,

상기 전지의 전압을 입력 전압으로서 받아 상기 복수의 발광 소자를 구동하는 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 구동 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.