TWI226032B - Device for driving luminescent element and electronic apparatus with luminescent element - Google Patents

Description

1226032 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種對LED(發光二極體）等以高電壓 加以驅動之發光元件進行驅動之發光元件驅動裝置，以及 具備發光元件之電子裝置。 【先前技術】 LED等發光元件’除了用於作為本身之顯示元件之 外，亦使用於LCD(液晶顯示裝置）之背光用光源等方面 上。所使用之數量，乃是根據顯示之形態、需要之光量等 加以決定。 第4圖係使用LED作為瘀氺；杜办丨丄/ 户与^光兀件，例如行動電話等之 電子裝置之LED之習知構成夕+音岡 傳风之不思圖，係由驅動裝置3 〇 與顯示裝置40所構成。 $、、員示裝置40中’具備有為了顯示部而串聯設置有2 個LED41、LED42之第1菸水；从彡以 ^ 力1 I先το件糸列、串聯設置有2個 LED43、LED44 之第 2 發伞；乂4* 么： s光7L件系列、以及串聯設置有2 個LED45、LED46之第3菸伞务从么u _ L , t 力·3 \光tl件糸列。這些發光元件系 列數以及LED之串聯數只早留μ , ty ^ 干 /、疋早純之不例，係根據顯示之形 態、所需之光量加以決定。 另一方面，在驅動裝置3〇中，將鋰電池等之電源裝 置之電源電壓Vdd(例如’ 4V)作為控制電路32之控制基 準，並透過加壓型開關電源電路31加以加壓，以輸出比電 源电壓Vdd更rij之加壓電壓Vh。將此加壓電壓vh作為檢 、lJ包壓Vdet回授至控制電路32。在控制電路32中，將基 6 314649 1226032 準電壓（未圖示）與檢測電壓Vdet進行比較’使加磨電壓成 為一定值而對加塵型開關電源電路31進行定電流控制。 由於此加壓電壓Vh係以白色或藍色之lED進行發 光，所以每一個大約需要4V程度之電壓，故在此情^下 為9V。加壓電壓Vh係由驅動裝置30之插腳P31經由顯 示裝置40之插腳P41施加到LED4i至LEm6。又，驅動 器33、驅動器34以及驅動器35中，LED為定電流動作元 件，係由定電流驅動器加以構成。該等定電流驅動器刊 至35與LED之串聯連接數並無關係，導通時會流入—定 之電流Π，關斷時會將電流切斷。然後，根據指令信號μ 至S3分別導通、關斷，並對LED41至Led46進行顯二 m 〇 …、 但是，雖然用以使LED發光之定電流u在流動但 由於LED特性之參差，在相同電流值時之led之電壓降 T會參差。此電壓降係以白色LED之情形為例，例如1電 流Π為2〇mA時，電壓會在3.4乂至4 〇v程度之範圍内。 另一方面，定電流驅動器33至35—般係由電晶體電 路所構成，其定電流動作係在電晶體之活性領域内進行。 因此，如第5圖所示般，在集極-射極之間之電壓（以下稱 為電晶體電壓）必須要在Vce0以上之電壓。又， 冉 ^ ^ ^ ± 两黾日日 且之集極電流。在僅能施加比預定之電晶體電壓小 之電壓時’由於會進入飽和領域（圖中，vce2)，因而無法 、准持定電流動作。此時，所需要之定電流〗丨無法流入 led，因此led無法發光，而不能發揮顯示裝置之功护。 314649 7 !226〇32 為了避免如此之事態，除了考慮led之電壓表差之上 限值（2X 4V)與電晶體電壓Vce0之外，更考慮若干緩衝， 將加壓電壓Vh設定在例如9V。 但是，在實際動作中，在定電流驅動器3 3至3 5上， 施加有加壓電壓Vh以及與LED之電壓降之差分之電壓。 此差分之電壓在第5圖中係以電晶體電壓vcel加以%表" 示。例如在單一個LED之電壓降為3 4¥時，此差分i電 壓為2.2V之電壓。在LED之串聯連接數較多之情況下， 此電壓會變得更大。 列時，同樣地必須要考 高之值。因此，無論如 以上之電壓。 又，在驅動複數個發光元件系 慮參差且將加壓電壓Vh設定為較 何’定電流驅動器上必須施加所需 貫際施加之電晶體電壓Vcel與定電流動作所必須之 電晶體電壓Vce0之差距α，會成為定電流驅動器：至乃 之損耗。因此，必須將定電流驅動器33至35設定 之物件，且其電力效率會降低。 … 因此，本發明係以提供一 數’隨時將施加於插腳之電壓 下’而能夠使用低耐壓之1C， 動發光元件之發光元件驅動裝 子裝置為目的。 種無關於發光元件之串聯 设定在較低之電源電壓以 並且降少電力損耗之用以驅 置，以及具有發光元件之電 又，本發明係以提供 ^ , 驅動複數個發光元 牛乐列之讀個定電流驅動器之電壓，自動地調整到定電 4作所需之大小，錢於發光元件料之以，持續進 314649 8 1226032 行定電流驅動，以減少電力損耗之發光元件驅動裝置，以 及具有發光元件之電子裝置為目的。 【發明内容】 本發明之發光元件驅動裝置， 、— 係具備有·稷數個發夬 元件之一端分別連接於複數個端 ^ 、 而于根據各指令信號而導 通關fa/f ’流入用以使對應導捐# 了愿V通8^之珂述發光元件發光之 流之複數個驅動器；輸入右竑^ μ、， 有％加於前述驅動器之電壓，遴 擇該等電壓中最低之電壓，作+ r 作為檢測電壓加以輸出之 電路；以及比較檢測電壓與基準電壓，根據該比較牡果以 電Π述基準電壓相等之方式，將產生;:加於 :2 w U之電源電路之控制信號輸出到控制作 號輸出端子之控制電路。复 具兔先7L件係發光二極體。 本發明之具備發光元件 裝置，其具有根據於計2 傷有：顯示 輸出…=: 將電源電麼變換為其他數值之 輸出電壓之電源電路、以 雷巧 π ^ 碥七、給有此電源電路之輸出 電壓，且另一端分別與不 ^ ^ ^ α^ ^ ^ 门而子相連接之複數個發光元件 示幻，以及發先兀件驅動 件之八sl、s4i 勤4置，其具有前述複數個發光元 牛之^刀別連接於複數個端子，柄祕々4t入__ 、、 H9 ^ 根據各4日令信號而導诵 關斷，且流入用以使對應 夺逍 電/之葙I Μ ^ …於V通蚪之前述發光元件發光之 电々丨L之複數個驅動器、銓 ,|| 4.^ ^ ^ ^入有轭加於前述驅動器之電壓， 璉擇忒4電壓中最低之 選擇電路、以及比Π、/、 測電壓加以輸出之 較钍果以义 Λ ^檢測電昼與基準電壓，根據該比 平乂、，、口果以則述檢測電壓鱼 電源電路之控制"# 电壓相寺般之方式，將前述 二。h %出到控制信號輸出端子之控制電 314649 9 1226032 路。其發光元件係發光二極體。 由此根據各驅動為之導通•關斷而控制所對應之發 光元件系列之鲞光•不發光，同時使檢測電壓成為定電流 驅動器可進行定電流動作之低電壓（也就是基準電壓），自 動地控制電源電路之輸出電壓。因此， 發光元件特性之參差，也能夠使發光元件充分發有光， 可降低驅動器之損耗。 又’具備有分別與複數個驅動器並聯連接，且當所對 應之驅動g關斷時，用以使不會使發光元件發光之電流流 動之稷數個旁路機構。由此，即使在驅動器關斷時，亦只 有低電壓施加於連接有所對應之發光元件系』之端子上。 因此，所需之電壓與發光元件系列之發光無關，發光元件 驅動裝置能夠使用低耐壓設計之ic。 。又，驅動器係在導通時使定電流流動之定電流驅動 月）述旁路機構係定電流源。由此，能夠將流入驅動器 關斷時所對應之旁路機構之電流設定在預定值。因此，在 驅動器關斷之發光元件系列上，有微弱之定電流流動，因 而可維持在穩定不發光之狀態。 【實施方式】 以下，將參照圖面，針對使用LED作為發光元件之本 發明之電子裝置之實施形態加以說明。 第1圖係本發明之實施形態之具有發光元件之電子裝 之正體構成圖。第2圖係選擇所輸入之複數個電壓中最 低電壓並加以輸出之選擇電路之具體構成例之示意圖。第 10 314649 1226032 3圖 圖。 係、作為發光元件 之LED的電流_電壓特性例之示意 第1圖中’電子I置係具備有驅動裝置Μ以及顯示 叙置20。 ’、、、員不竑置2〇係使用於行動電話等之電子裝置之顯示 口^，且由1C晶片所構成。 在顯示裝置20中，設置有作為第1發光元件系列之 咖21、咖22,作為第2發光元件系列之LED23、LED24, 以及作為第3發光元件系列之咖25、融26。在此情況 t光元件系列數N為3。透過前述各發光元件系列之 D可使複數個部位M(例如兩處位置）獨立發光。 ★ LED21至26巾’為了獲得預定之發光量而流動有所 規疋之電流if。此時，施加於各LED2l至26之電壓， 其數值會因各個LED而產生參差。在白色㈣或是藍色 LED之情況下，每一 LED巾，例如以在3 4V至4 〇v之範 圍内參差的情形較多。 在串聯使用2個LED時，考慮參差上限之8V、驅動 控制用之電壓等，係準備9V程度之加壓電壓vh。 加壓開關電源電路27會將電源電壓vdd( = 4v)加壓， 以後得供應LED用之加壓電壓vh(例如9V)。電源電路27 係在電壓vdd之電源間連接線圈L27與作為控制開關之n 型MOS電晶體Q27。由此連接點，經由電壓降較少之短路 鍵二極體D27，將輪出電容器C27充電至加壓電壓Vh。 為了產生加壓電壓vh，係經由插腳p21接收由驅動裝 π 314649 !226032 置 1 0所輪+ 之開關控制信號Cont，並對電晶體Q27進行 等通關斷控岳丨| 由此，將所產生之加壓電壓Vh供應到各 %无元件η '、 之一端（在此情況下為LED21、LED23、 LED25) 〇 驅動努罢 ^ 係用以驅動顯示裝置20者，亦是由ic 曰曰片所構成。 電路丨^動羞置1 〇中，具備有產生各種控制信號之控制 於驅動器=LED21至26之驅動器12至14、並聯連接 以 1 4之作為旁路機構之定電流源1 5至1 7、 選擇複數個輸入電屢中之最低電麼，以作為 以以加以輪出之選擇電路18。 1 :制電路U中’輸入有檢測電…，並對此檢測

Hi ^與内部之基準電壓（未圖示）進行比較。根據其比 ’以檢測電壓心與基準電壓相等之方式，經由插 將開關控制信號C〇nt供應到電源電路27之電晶體 :之閘極。依據該控制信號c_從電源電路 壓電壓Vh。 ς又，控制電路11會對驅動器12至14輸出指令信號 S3驅動益12至14係連接在連接於各發光元件系 1之另-端（在此情況下為LED22、LED24、led26)與接 :間。然後’根據指令信號S1至S3之H位準化位準進行 準通或關斷。以下’當供給指令信號時’係意味其為Η位 由於L E D係根據電流值決定發光量之電流動作元 314649 ]2 Ϊ226032 件，因此驅動器12至1 4係在導 _ 電流驅動器。該定電流驅動器12至Η仃疋電流動作之定 晶體之一般之定電流電路所構成，透二由使用電 :至S3使定電流電路進行導通或關斷二據 構成。 A月匕夠谷易i也 定電流源15至17係分別並聯連接於 至14之定電流電路。此定電流源。至η 机驅動器12 凌驅動器12至14導通時，會有微弱之定電：：應之定電 乃意味定電流源15至17為旁路機構。定電：:泉動。此 驅動器12至14導通時之定電心相比較：下 =數值。因此，定電流源15至17所產 耗微 因而所造成之損耗的增加非常小月非吊小， 電流b流過發光元件21至26之方+ 過使微少之定 持在穩定作^ =㈣光元件維 微少之電流流動即可時，亦可#w 構方面，在僅有 電流源15至17。 了使用電阻等其他4取代定 之·；擇電路18輸入有施加於定電流驅動器12、13、14 电i V12、V13、Vl4。然後，選擇電路 電壓V12、V13、V14中之最低電^為^^動選擇 回授到控制電路11。 、 det ’ 第2圖係選擇電路18之具體構成例之示意圖。如第2 圖所不，並聯連接有M〇s電晶體（以下稱 體）Q182、P型電晶艚η , 土电日日 玉日日版Q183 、Ρ型電晶體Ql84，分別對豆 問極施加有供應於定電流驅動器12、"、U之電屋V1/、、 314649 13 1226032 V13、V14。在電源電壓Vdd與接地之間，經由^電流源 串聯連接有p型電晶體Q184、N型M〇s電晶體（以 下稱N型電晶體）q186，或串聯連接有p型電晶體卩181、 N型電晶體Q185。心電晶體Q185、Qi86之基極係互相 連接—起，而該基極係連接於電晶體Q185之汲極。 又，在電源電壓Vdd與接地之間’串聯連接有定電流 182與N型電晶體Ql87。其連接點與p型電晶體QiH之 閘極連接的同時，亦被拉出作為檢測電壓vdet之輸出用。 又，N型電晶體q187之閘極連接於N型電晶體Qi86之汲 極0 第2圖之選擇電路18係選擇電壓V12、V13、V14中 之最低電壓，#由使用運算放大器之電麗跟隨器輸出檢測 電壓Vdet以對所選擇之電壓進行動作。因此，能夠使電壓 V12' Vi3、Vl4中之最低電壓穩定化，以作為檢測電壓 Vdet ° 以下係芩照第1圖以及第3圖之LED之電流_電壓 特性，說明本發明之電子裝置之動作。 首先針對使第1至第3發光元件系列同時發光之情 形加以說明。在此情形下，最初控制電路11會開始產生開 關控制信號C0nt，並將該信號供應給電源電路27。在電源 電路27中，電晶體Q27係透過控制信號。加而進行導通 關斷控制’其結果，使輸出電容器C27充電至加壓電壓 vh。又，將該加壓電壓vh供應到發光元件系列上。 同時，指令信號S1至S3係由控制電路」}供應到定 314649 14 1226032 電流驅動器12至14。由此，各定電流驅動器12至i4將 導通，開始定電流動作，將定電流n流入所有之發光元件 系列之LED21至26。 第3圖係顯不白色LED之電流If_電壓特性之例。 此圖中，橫軸為以對數表示之電流If，縱軸為電壓vf。此 led係在電流1£為2〇11^至丨5mA之範圍内發光，在第2 圖中電流If係使用20mA。此時，在各LED上係如圖中A 點所示般，以電流20mA、電壓3.4V加以動作。 因此’在定電流驅動器12至14中，為了獲得預定之 發光量，係將定電流η設定為LED之動作電流2〇mA。但 是’每個LED之特性並不一致，即使是相同電流偏， 其電壓亦會有3.4V至4.0V程度範圍之參差。 此時，在電源電流27所產生之電壓¥11為習知般之一 定值之9V，而各LED之電壓Vf為3 4V砗，#丄 ’4 v日才，施加於定電 流驅動器12至Μ之電壓，會由『Vh_2x Vf』而成為2 2v。 又，LED之電壓Vf在參差上限之4.〇v時，浐士从— v吟，靶加於定電流 驅動器12至14之電壓會成為κον。定電流驅動器^至 14只要有其使用之電晶體之飽和電壓（約〇 3v)以上之電 壓，夠進行定電流動作。因此’ LED之電壓”即使 具有參差，也不會對定電流驅動器1 2 至14之動作造成障 礙0 M T，超過能夠進行 電流動作之電晶體之飽和電壓（約〇·3ν)部分之電壓，會 為在其内部之損耗部分（也就是，損耗係電壓χ電流）。曰 314649 15 Ϊ226032 14之電壓為2·2V時，其多 如，施加於定電流驅動器丨2至 餘之部分1.9V會成為損耗。 隹异有禝數個發光 ^ ^ y,., — ’、 〜旧〆几「，無論哪一個菸 κ 牛糸列在其上限端具有參差，， :系歹!進…流動作為優先。因此， 光元件系列作為對象採取對策。因此，以往，會二= 之特性麥差，將施加於定電流 心 地加以設定。 m至Η之電壓充裕 在本發明中，將施加於各定電流驅動器12至14之雷 = =V14輸人至選擇電路18,在選擇電路18中選擇 厂H 2至Vl4中之最低電壓。’然後，將所選擇之最低電 反作為檢測電壓Vdet，回授到控制電路u。 抚制加壓電壓Vh之大小，因此檢測電壓會等於基準 電壓。 在控制電路11中，會將内部之基準電塵與檢測電壓 Vdet進行比較’使檢測電壓編與基準電壓相等，而產 生控制信號C〇nt。在電源電路27中會根據控制信號c〇nt 月J述基準電壓係設定為各定電流驅動器1 2至1 4確實 "比疋笔机11 ’並且儘可能不施加額外之電壓的數值。因 此’如第5圖所示，係為在定電流驅動器12至14之電晶 體由飽和領域進入活性領域之電壓VceO具有若干充裕部 分；3之電壓Vces(將基準電壓設定）。 由此’電源電路之輸出電壓Vh會以施加於各定電流 驅動器12至14之電壓V12至V14中之最低電壓與基準電 16 314649 1226032 壓Vces相等之方式，自動地受到控制。因此，即使led21 至26之特性具有參差，亦能夠使各1LED充分發光，而且 能夠減低定電流驅動器12至14之損耗。 接著’針對在第1至第3發光元件系列中，任一個發 光兀件系列例如第3發光元件系列（LED25、LE]D26)未發光 之情形加以說明。 在此情形下，指令信號S3並未由控制電路丨丨加以供 應’且定電流驅動器丨4會關斷。其結果，第3發光元件系 之LED25、LED26不發光。 此時’僅僅只是將定電流驅動器1 4關斷，在LED25、 LED26並未有電流流動，因此電源電路27之加壓電壓vh 施加到驅動裝置1 〇之插腳p丨4。 但是’在本發明中，在各定電流驅動器1 2至1 4並聯 連接有作為旁路機構之定電流源1 5至1 7。因此，即使定 電流驅動器1 4為關斷狀態，亦藉由定電流源1 7，有微少 之疋電I b流入L E D 2 5、L E D 2 6。由此，僅有比加壓電壓 V h低之電壓會施加到驅動裝置1 〇之插腳p 1 4。 也就是說，再次參照第3圖，LED之電流If-電壓Vf 特性中，即使電流If比使LED發光之電流（2〇mA至1.5mA) 明顯地小，電壓Vf亦不會明顯地降低，在此例中，微少 之電流lb係使用1 〇 A。在此情形下，在各LED上係如 圖中B點所示般，施加之電流If為1 〇 # a、電壓Vf為 2.45V。電流ifpiO/z A)不至於使LED發光，為無法確認 發光狀態之不發光狀態。 17 314649 1226032 此時，當LED25、LED26之電壓vf為2.45V時，施 加於定電源流17之電壓由『νΐι·2χ vf』而成為41V。當 L E D之電壓V f向參差上限變化時，前述數值會變得更低。 施加於定電源流17之電壓卜41V)足夠進行定電流動 作。又，此電壓係比驅動裝置10之耐電壓（約6 〇v至6·5ν) 低之數值。在施加於插腳P14之電壓不超過驅動裝置1Q 之耐電壓之範圍内，能夠使定電流Ib之數值更加以減少。 在現實上，定電流lb係以設定在1〇// a程度為最佳 定電流Ib不會有助於LED發光而成為損耗，比起使 LED發光之定電流n，其數值非常小（2位數至3位數）， 故可忽視其損耗。 在以上之實施形態中，雖係將發光元件系列以2個 LED串聯連接，並將該發光元件作為3系列加以說明，但 本發明同樣可適用於任意之串聯數、以及任意之系列數 中。 【產業利用之可能性】 如以上所述，本發明之發光元件驅動裝置及具備發光 元件之電子裝置，係適用在將LED等發光元件使用於 LCD(液晶顯示裝置）之背光用光源等行動電話等之電子裝 置、或是使用於該電子裝置的驅動裝置。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之實施形態之具有發光元件之電子裝 置之整體構成圖。 314649 18 1226032 第2圖係第1圖之選擇電路之具體構成例之示意圖。 第3圖係作為發光元件之LED的電流-電壓特性例之 示意圖。 第4圖係用以驅動行動電話等之LED之習知構造的示 意圖。 第5圖係說明定電流驅動器之動作特性之示意圖。 10、30 驅動裝置 11、32 控制電路 12、13、14 定電流驅動器 15、16、181定電流源 18 選擇電路 20、40 顯示裝置 21至26、41至46 發光元件（LED) 27 電源電路 33、34、35 定電流驅動器 C27 輸出電容器 D27 短路鍵二極體 SI、S2、S3 指令信號 PU、P12、P13、14、P2 卜 P22 P41、P42、P43、P44 插腳 Q27 電晶體 Q185、Q186、Q187 N 型電晶體 Vdet 檢測電壓 31 加壓型開關電源電路 182、lb、II定電流 Cont 控制信號 L27 線圈 P23、P24、P3 卜 P32、P33、P34、 Q182、Q183、Q184 P 型電晶體 V12、V13、V14 電壓 Vh 加壓電壓 19 314649

Claims (1)

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第92H2094號專利申請案 申請專利範圍修正本 1. -種發光元件驅動裝置’其特徵為具備：複數個驅動 器，複數個發光元件之-端分別連接於複數個端子，根 據各指令信號而導通關斷’流入用以使對應於導通時之 發光元件發光之電流； 々選擇電路，輸入有施加於前述驅動器之電壓，選擇 該等電壓中最低之電壓，以作為檢測電壓加以輸出； ▲控制電路，比較前述檢測電壓與基準電壓，根據該 比較結果以檢測電壓與基準電壓相等之方式，將產生施 加於前述發光元件之電壓之電源電路之控制信號輸出' 到控制信號輸出端子。 士申”月專利範圍第1項之發光元件驅動裝置，其中，前 述發光元件係發光二極體。 3·如申請專利範圍第！項或第2項之發光元件驅動裝置， 其中，具備有分別與前述複數個驅動器並聯連接，當所 對應之驅動器關閉時用以使不會使前述發光元件發光 之電流流動之複數個旁路機構。 4·如申請專利範圍第3項之發光元件驅動裝置，其中，前 述驅動器係在導通時使定電流流動之定電流驅動器，前 述旁路機構係定電流源。 5· 一種具備發光元件之電子装置，其特徵為具備有：顯示 裝置’其具有根據控制信號將電源電壓變換為其他數值 3] 4649修正本

1226032 之輪出電壓之电源電路、以及在一端租仏士 而供給有此電源電路 之輪出電壓’且另一端分別與不同端子加 U啼于相連接之複數個 發光元件系列； 發光元件驅動裝置，其具有前述複數個發光元件之 7端分別連接於複數個端子，根據各指令㈣而導通關 斷，流入用以使對應於導通時之前述發光元件系列發光 之電流之複數個驅動器、輸入有施加於前述驅動哭之電 壓’選擇該等電壓中最低之職，以作為檢測電壓加以 輪出之選擇電路、以及比較前述檢測電壓與基準電壓， 根據该比較結果以前述檢測電壓與基準電壓相等之方 式，將前述電源電路之控制信號輸出到控制信號輸出端 子之控制電路。 申明專利範圍第5項之具有發光元件之電子裝置，其 中，前述電源電路係將電源電壓加以加壓之加壓型電源 電路，則述其他數值之輸出電壓係比電源電壓高。 汝申明專利範圍第6項之具有發光元件之電子裝置，其 中則述發光元件系列係由發光二極體所構成。 士申吻專利範圍第6項或第7項之具有發光元件之電子 裳置，JL中，« ^ . 〃 T 具備有分別與前述複數個驅動器並聯連 j妾，戶斤毋；!·座 應之驅動器關斷時用以使不會使前述發光元 件系列挤决β i ^ x九之電流流動之複數個旁路機構。 申:專利範圍第8項之具有發光元件之電子裝置，其 中’前述驅氣# # + $ 〇〇 ^ ^在導通時使定電流流動之定電流驅動 。。則述旁路機構係定電流源。 2 314649修正本