发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器的制作方法
专利名称：发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及驱动LED(发光二极管)等用高电压驱动的发光元件的发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器。
背景技术：
LED等发光元件，除了本身作为显示元件使用以外，也应用于LCD(液晶显示装置)的背光装置用光源等中。其使用的数目根据显示的形式和所需光量来决定。
图4是表示驱动使用LED作为发光元件的例如移动电话等电子仪器的LED用的现有构成的图，由驱动装置(device)30与显示装置40构成。
显示装置40，为了显示部，具备串联设置2个LED41、LED42的第1发光元件系列、串联设置2个LED43、LED44的第2发光元件系列和串联设置2个LED45、LED46的第3发光元件系列。这些发光元件系列数及LED的串联数，只是简单的示例，是根据所需光量来决定的。
另一方面，在驱动装置30中，根据控制电路32的控制，由升压型开关电源电路31将锂电池等电池装置的电源电压Vdd(例如4V)升压，输出比电源电压Vdd更高的升压电压Vh。将该升压电压Vh作为检测电压Vdet反馈到控制电路32。在控制电路32中，将基准电压(图中未示出)与检测电压Vdet进行比较，以使升压电压Vh为恒值的方式恒压控制升压型开关电源电路31。
该升压电压Vh，由于在白色或蓝色LED中为了发光，每个大约需要4V左右的电压，故这种情况下为9V。该升压电压Vh从驱动装置30的引脚P31，通过显示装置40的引脚P41，向LED41～LED46施加。
另外，驱动器33、驱动器34及驱动器35，由于LED是恒流动作元件，故通常构成为恒流驱动器。这些恒流驱动器33～35，与LED的串联数无关，在接通时流过规定电流I1，断开时断开电流。而且，根据指令信号S1～S3，分别被驱动为接通·断开，显示控制LED41～LED46。
然而，虽然为了使LED发光而通过恒流I1，但由于LED的特性的偏差，相同电流值时的LED的电压降也有差异。该电压降，若以白色LED为例，则恒流I1例如在20mA时分散分布在3.4V～4.0V左右的范围内。
另外，恒流驱动器33～35，通常由晶体管电路构成，其恒流动作在晶体管的工作区中进行。因此，如图5所示，需要规定的集电极—发射极间电压(以下称为晶体管电压)Vce0以上的电压。而且，Ic为晶体管的集电极电流。在只施加比该规定的晶体管电压Vce0小的电压的情况下，由于进入饱和区(图中Vce2)，故不能维持恒流动作。在这种情况下，由于LED中没有流过所需要的恒流I1，所以LED不发光，不能作为显示装置的功能。
为了避免这种情况，升压电压Vh，考虑LED的电压偏差的上限值(2×4V)与晶体管电压Vce0以及多少一些余量，例如设定为9V。
然而，在实际的动作中，在恒流驱动器33～35中，施加升压电压Vh与LED的电压降之间的差电压。该差电压，在图5中被表示为晶体管电压Vce1。该差电压，例如，在1个LED的电压降为3.4V的情况下，成为2.2V。在LED的串联数多的情况下，该电压进一步增大。
另外，在驱动多个发光元件系列的情况下，仍然考虑偏差，必须将升压电压Vh设定得高。因此，总之在恒流驱动器上，施加必要以上的电压。
实际施加的电压Vce1与恒流动作所需晶体管电压Vce0之α成为恒流驱动器33～35中的损耗。因此，有必要将恒流驱动器33～35做成大型的装置，另外功率效率降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种与发光元件的串联数无关，施加在引脚上的电压始终在低电源电压以下，可以使用低耐压设计的IC，且减少了功率损耗的，驱动发光元件的发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器。
另外，本发明的目的在于，提供一种将施加在驱动多个发光元件系列的多个恒流驱动器上的电压自动调整为恒流动作所需大小，与发光元件的特性偏差无关，在进行恒流驱动的同时减小了功率损耗的发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器。
本发明的发光元件驱动装置具备一端与分别连接多个发光元件的多个端子连接，根据各指令信号接通·断开，接通时流过使上述发光元件发光的电流的多个驱动器；输入施加在这些驱动器上的电压，选择这些电压中最低的电压作为检测电压输出的选择电路；和比较上述检测电压与基准电压，根据该比较结果，以使上述检测电压与上述基准电压相等的方式，向控制信号输出端子输出对产生施加在上述发光元件上的电压的电源电路的控制信号的控制电路。其发光元件为发光二极管。
本发明的具备发光元件的电子仪器包括具有根据控制信号将电源电压变换为其他值的输出电压的电源电路；及向一端供给该电源电路的输出电压且另一端与分别不同的端子连接的多个发光元件系列的显示装置；和具有一端与连接上述多个发光元件系列的另一端的多个端子连接，根据各指令信号接通·断开，接通时流过使对应的上述发光元件系列发光的电流的多个驱动器；输入施加在这些驱动器上的电压，选择这些电压中最低的电压作为检测电压输出的选择电路；及比较上述检测电压与基准电压，根据该比较结果，以使上述检测电压与上述基准电压相等的方式，向控制信号输出端子输出对上述电源电路的控制信号的控制电路的发光元件驱动装置。其发光元件为发光二极管。
由此，根据各驱动器的接通·断开，控制对应的发光元件系列的发光·不发光，同时，以使检测电压成为恒流驱动器可进行恒流动作的低电压(即基准电压)的方式自动控制电源电路的输出电压。因此，即使LED等发光元件的特性有偏差，也可以使发光元件充分地发光，可以降低驱动器的损耗。
另外，具备与多个驱动器分别并联，且在对应的驱动器断开时流过不导致上述发光元件发光的电流的多个旁路部件。由此，即使在驱动器断开时也只向与对应的发光元件连接的端子施加低的电压。因此，发光元件驱动装置与发光元件系列的发光所需的电压无关，可以使用低耐压设计的IC。
再有，驱动器，是在接通时流过恒流的恒流驱动器，上述旁路部件是恒流源。由此，可以将驱动器断开时在对应的旁路部件中通过的电流设定为规定值。因此，在驱动器被断开的发光元件系列中，由于流过微弱的恒流，故可以稳定地保持不发光状态。
图1是表示本发明的实施方式的具备发光元件的电子仪器的整体构成的图。
图2是表示图1的选择电路的具体构成例的图。
图3是表示作为发光元件的LED的电流—电压特性的图。
图4是驱动现有的移动电话等的LED用的构成的图。
图5是表示恒流驱动器的动作特性的图。
具体实施例方式
以下，参照附图，说明作为发光元件使用LED的有关本发明的电子仪器的实施方式。
图1是有关本发明的实施方式的具备发光元件的电子仪器的整体构成图。另外，图2是选择所输入的多个电压中最低的电压并输出的选择电路的具体例的图。另外，图3是表示作为发光元件的LED的电流—电压特性的图。
在图1中，该电子仪器构成为具备驱动装置(以下称为驱动设备)10与显示装置(以下称为显示设备)20。
显示设备20，是使用于移动电话等电子仪器的显示部上的装置，构成为IC芯片(chip)。
在显示设备20中，设置作为第1发光元件系列的LED21、22；作为第2发光元件系列的LED23、24及作为第3发光元件系列的LED25、26。这种情况下，发光元件系列数N为3。由这些发光元件系列的LED使M个场所(例如2个场所)独立点亮。
在这些LED21～26中，为了得到规定的发光量，通过规定的电流If。此时，施加在各LED21～26上的电压Vf，根据每个LED的不同，其值有偏差。在白色LED或蓝色LED的情况下，每个LED的电压大多在例如3.4V～4.0V的范围内分散分布。
在将该LED两个串联使用的情况下，在分散上限的8V的基础上，也考虑驱动控制用的电压等，因而准备了9V左右的升压电压Vh。
升压开关电源回路27，将电源电压Vdd(＝4V)升压，得到向LED供给用的升压电压Vh(＝9V)。该电源回路27，在电源电压Vdd的电源间连接线圈L27与属于控制开关的N型MOS晶体管Q27。从该接点开始，通过电压降小的肖特基二极管(Schottky diode)D27，将输出电容器C27充电为升压电压Vh。
为了产生该升压电压Vh，从驱动设备10通过引脚P21接收开关控制信号Cont，控制晶体管Q27的接通、断开。由此，将产生的升压电压Vh向各发光元件系列的各一端(这种情况下为LED21、LED23、LED25)供给。
驱动设备10，是驱动显示设备20的装置，仍然构成为IC芯片。
驱动设备10具有产生各种控制信号的控制电路11、驱动LED21～26的驱动器12～14、属于与这些驱动器12～14并联的旁路部件的恒流源15～17及选择多个输入电压中的最低电压并作为检测电压Vdet输出的选择电路18。
控制电路11，输入检测电压Vdet，将该检测电压Vdet与内部的基准电压(图中未示出)进行比较。根据该比较结果，以使检测电压Vdet与基准电压相等的方式，将开关控制信号Cont通过引脚P11向电源电路27的晶体管Q27的栅极供给。根据该控制信号Cont，从电源电路27输出升压电压Vh。
另外，控制电路11，输出对驱动器12～14的指令信号S1～S3。驱动器12～14，在与各发光元件系列的另一端(这种情况下为LED22、LED24、LED26)连接的引脚P12～P14与地线之间连接。而且，根据指令信号S1～S3的H电平/L电平，被接通或被断开。以下，所谓的供给指令信号，指的是H电平。
该驱动器12～14，由于LED是根据电流值确定发光量的电流动作元件，故是在接通时进行恒流动作的恒流驱动器。该恒流驱动器12～14，例如，由使用了晶体管的通常的恒流电路构成，通过使该恒流电路根据指令信号S1～S3分别接通或断开，可以容易地构成。
恒流源15～17，是分别与恒流驱动器12～14并联的恒流电路。该恒流源15～17，在对应的驱动器12～14被断开的情况下通过微弱的恒流Ib。意思是恒流源15～17是旁路部件。该恒流Ib与恒流驱动器12～14接通时的恒流I1比较，是极小的值。因此，由于恒流源15～17引起的损耗极小，故可以忽略由此导致的损耗的增加。进而，通过在发光元件21～26中通过微弱的恒流Ib，可以稳定发光元件，维持不发光状态。而且，作为旁路部件，在只要流过微弱电流即可的情况下，取代恒流源15～17，可以使用电阻等其他元件。
选择电路18，输入加在恒流驱动器12、13、14上的电压V12、V13、V14。而且，选择电路18，自动选择这些电压V12、V13、V14中最低的电压，作为检测电压Vdet，反馈到控制电路11。
图2是表示选择电路18的具体构成例的图。如图2所示，并联连接P型MOS晶体管(以下为P型晶体管)Q182、P型晶体管Q1 83、P型晶体管Q184，在这些的栅极上分别施加恒流驱动器12、13、14上的电压V12、V13、V14。在电源电压Vdd与地线之间，通过恒流源181，串联连接P型晶体管Q184、N型MOS晶体管(以下称为N型晶体管)Q186，另外，串联P型晶体管Q181与N型晶体管Q185。N型晶体管Q185、Q186的基极互相连接，其基极连接在N型晶体管Q185的漏极上。
另外，恒流源182与N型晶体管Q187串联在电源电压Vdd与地线之间。其连接点与P型晶体管Q181的栅极连接，同时，作为检测电压Vdet的输出用被引出。再有，N型晶体管Q187的栅极与N型晶体管Q186的漏极连接。
本图2的选择电路18，选择电压V12、V13、V14中最低的电压，将该被选择的电压通过采用运算放大器的电压跟随器，以输出检测电压Vdet的方式动作。因此，可以稳定检测电压V12、V13、V14中最低的电压并作为检测电压Vdet得到。
以下，图1及图3的LED的电流—电压特性说明本发明的电子仪器的动作。
首先，对使第1～第3发光元件系列同时发光的情况进行说明。在这种情况下，最初，控制部11开始产生开关控制信号Cont，向电源电路27供给。在电源电路27中，由控制信号Cont对控制开关Q27进行接通·断开控制，其结果是，输出电容器C27被充电为升压电压Vh。另外，向发光元件系列供给该升压电压Vh。
同时，从控制电路11向恒流驱动器12～14供给指令信号S1～S3。由此，各恒流驱动器12～14被接通，开始恒流动作，恒流I1流过发光元件系列的全部LED21～26。
白色LED的电流If-电压Vf特性的示例在图3中表示。该图，横轴为对数表示的电流If，纵轴为电压Vf。该LED虽然在电流If为20mA～1.5mA的范围内发光，但在图2中是在电流If为20mA时使用的。这种情况下，在各LED中，如用本图中的A点表示的，在电流为20mA、电压为3.4V时动作。
因此，在恒流驱动器12～14中，为了得到所需要的发光量，将恒流I1设定为属于LED的动作电流的20mA。然而，每个LED的特性不一致，即使在相同电流20mA下，其电压也例如在3.4V～4.0V的范围内分散分布。
此时，电源电路27中产生的电压Vh若如以往地是恒值9V，则各LED的电压是3.4V时，加在恒流驱动器12～14上的电压，根据(Vh-2×Vf)，成为2.2V。另外，在LED的电压Vf偏离的上限为4.0V的情况下，加在恒流驱动器12～14上的电压，成为1.0V。恒流驱动器12～14，若存在其中使用的晶体管的饱和电压(约为0.3V)以上的电压，则可以恒流动作。因此，即使LED的电压Vf具有偏差，对恒流驱动器12～14的动作也没有妨碍。
然而，在恒流驱动器12～14中，超过可进行恒流动作的晶体管的饱和电压(约0.3V)部分的电压，成为其内部的损耗(即损耗为电压×电流)。例如，在加在恒流驱动器12～14上的电压为2.2V的情况下，多余部分的1.9V成为损耗。
在具有多个发光元件系列的情况下，即使任意一个发光元件系列在上限侧都存在偏差，但优先使全部的发光元件系列进行恒流动作。因此，不能将任意一个发光元件系列作为对象来采取措施。因此，在以往，考虑LED的特性存在偏差的情况，将加在恒流驱动器12～14上的电压设定为具有余量。
在本发明中，向选择电路18输入加在各恒流驱动器12～14上的各电压V12～V14，利用选择电路18选择该电压V12～V14中最低的电压。而且，将被选择的最低电压作为检测电压Vdet，向控制电路11反馈。
在控制电路11中，将内部基准电压与检测电压Vdet比较，以使检测电压Vdet与基准电压相等的方式产生控制信号Cont。由于在电源电路27中根据控制信号Cont控制升压电压Vh的大小，故检测电压Vdet与基准电压相等。
该基准电压，设定为各恒流驱动器12～14确实通过恒流I1且尽可能不施加多余的电压值。由此，如图5所示，将基准电压设定为在恒流驱动器12～14的晶体管从饱和区进入工作区的电压Vce0中具有多少一些余量部分β的电压Vces。
由此，电源电路的输出电压Vh，以使各恒流驱动器12～14上的电压V12～V14中最低的电压与基准电压Vces相等的方式，被自动控制。因此，即使LED21～26中存在特性的偏差，也使LED充分发光，同时可以降低恒流驱动器12～14的损耗。
接着，说明第1～第3发光元件系列中任意一个发光元件系列，例如第3发光元件系列(LED25、LED26)不发光的情况。
在这种情况下，从控制电路11不供给指令信号S3，恒流驱动器14被断开。其结果是，第3发光元件系列的LED25、LED26不发光。
这种情况下，由于只断开恒流驱动器14，在LED25、LED26中不通过电流，故驱动设备10的引脚P14上被施加电源电路27的升压电压Vh。
然而，在本发明中，在各恒流驱动器12～14中，恒流源15～17作为旁路部件并联。因此，即使在断开恒流驱动器14的状态中，由恒流源17，微弱的电流Ib流过LED25、LED26。由此，驱动设备10的引脚P14上只施加比升压电压Vh低的电压。
即，若再参照图3，则LED的电流If-电压Vf的特性，即使电流If比使LED发光的电流(20mA～1.5mA)显著减小，电压Vf也不会有大的降低。在该示例中，使用10μA的微弱电流Ib。这种情况下，在各LED中，如用本图中的B点表示的，作为电流If通过的是10μA，作为电压Vf施加的是2.45V。在该电流If(＝10μA)下，LED不导致发光，是不能辨认发光状态的不发光状态。
此时，恒流源17上施加的电压，若LED25、LED26的电压Vf为2.45V，则根据(Vh-2×Vf)，成为4.1V。在LED的电压Vf向偏差上限的方向变化的情况下，该值变得更低。
施加在该恒流源17上的电压(4.1V)，在进行恒流动作方面是足够的。另外，该电压，是比驱动设备10的耐电压(约为6.0V～6.5V)还低的值。在施加在引脚P14上的电压不超过驱动设备10的耐电压的范围内可以进一步减小该恒流Ib的值。现实地讲，作为恒流Ib可以设定为1.0μA。
该恒流Ib，虽然由于对LED的发光没有帮助而成为损耗，但由于与使LED发光的恒流I1相比极小(2个数量级～3个数量级以上)，可以忽略其损耗。
在以上的实施方式中，虽然说明了串联2个LED形成发光元件系列，该发光元件系列为3系列的情况，但对任意串联数及任意系列数的情况也同样可以适用。
(工业上利用的可能性)如上所述，本发明的发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器，适用于将LED等发光元件使用于LCD(液晶显示装置)的背光用光源的移动电话等电子仪器或这些中使用的驱动装置。
权利要求
1.一种发光元件驱动装置，其特征在于，具备一端与分别连接多个发光元件的多个端子连接，根据各指令信号接通·断开，接通时流过使所述发光元件发光的电流的多个驱动器；输入施加在这些驱动器上的电压，选择这些电压中最低的电压作为检测电压输出的选择电路；和比较所述检测电压与基准电压，根据该比较结果，以使所述检测电压与所述基准电压相等的方式，向控制信号输出端子输出对产生施加在所述发光元件上的电压的电源电路的控制信号的控制电路。
2.根据权利要求1所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。
3.根据权利要求1或者2所述的发光元件驱动装置，其特征在于，具备多个与所述多个驱动器分别并联，对应的驱动器断开时流过不导致所述发光元件发光的电流的旁路部件。
4.根据权利要求3所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述驱动器是在接通时流过恒流的恒流驱动器，所述旁路部件是恒流源。
5.一种具备发光元件的电子仪器，其特征在于，包括具有根据控制信号将电源电压变换为其他值的输出电压的电源电路；及向一端供给该电源电路的输出电压且另一端与分别不同的端子连接的多个发光元件系列的显示装置；和具有一端与连接所述多个发光元件系列的另一端的多个端子连接，根据各指令信号接通·断开，接通时流过使对应的所述发光元件系列发光的电流的多个驱动器；输入施加在这些驱动器上的电压，选择这些电压中最低的电压作为检测电压输出的选择电路；及比较所述检测电压与基准电压，根据该比较结果，以使所述检测电压与所述基准电压相等的方式，向控制信号输出端子输出对所述电源电路的控制信号的控制电路的发光元件驱动装置。
6.根据权利要求5所述的具备发光元件的电子仪器，其特征在于，所述电压电路是将电源电压升压的升压型电源电路，所述其他值的输出电压比电源电压高。
7.根据权利要求6所述的具备发光元件的电子仪器，其特征在于，所述发光元件系列由发光二极管构成。
8.根据权利要求6或7所述的具备发光元件的电子仪器，其特征在于，具备多个与所述多个驱动器分别并联，且在对应的驱动器断开时流过不导致所述发光元件发光的电流的旁路部件。
9.根据权利要求8所述的具备发光元件的电子仪器，其特征在于，所述驱动器是在接通时流过恒流的恒流驱动器，所述旁路部件是恒流源。
全文摘要
一种具备LED等用高电压驱动的发光元件(21～26)的电子仪器。具备具有多个向一端供给比电源电压(Vdd)高的输出电压(Vh)的发光元件系列的显示装置20；一端与连接多个发光元件系列的另一端的各端子连接，根据指令信号(S1～S3)接通·断开，接通时流过使对应的发光元件系列发光的电流的多个驱动器(12～14)；选择施加在这些驱动器上的电压中最低的电压作为检测电压的选择电路(18)；和以使该检测电压成为恒流驱动器可以进行恒流动作的低电压(即基准电压)的方式，自动地控制电源电路的输出电压的控制电路(11)。这样，可以使发光元件充分发光，同时减少驱动器的损耗。
文档编号H01L33/00GK1522472SQ03800398
公开日2004年8月18日 申请日期2003年5月1日 优先权日2002年5月7日
发明者堀内幸人, 星野健, 山本勋 申请人:罗姆股份有限公司
技术领域：
本发明涉及驱动LED(发光二极管)等用高电压驱动的发光元件的发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器。
背景技术：
LED等发光元件，除了本身作为显示元件使用以外，也应用于LCD(液晶显示装置)的背光装置用光源等中。其使用的数目根据显示的形式和所需光量来决定。
图4是表示驱动使用LED作为发光元件的例如移动电话等电子仪器的LED用的现有构成的图，由驱动装置(device)30与显示装置40构成。
显示装置40，为了显示部，具备串联设置2个LED41、LED42的第1发光元件系列、串联设置2个LED43、LED44的第2发光元件系列和串联设置2个LED45、LED46的第3发光元件系列。这些发光元件系列数及LED的串联数，只是简单的示例，是根据所需光量来决定的。
另一方面，在驱动装置30中，根据控制电路32的控制，由升压型开关电源电路31将锂电池等电池装置的电源电压Vdd(例如4V)升压，输出比电源电压Vdd更高的升压电压Vh。将该升压电压Vh作为检测电压Vdet反馈到控制电路32。在控制电路32中，将基准电压(图中未示出)与检测电压Vdet进行比较，以使升压电压Vh为恒值的方式恒压控制升压型开关电源电路31。
该升压电压Vh，由于在白色或蓝色LED中为了发光，每个大约需要4V左右的电压，故这种情况下为9V。该升压电压Vh从驱动装置30的引脚P31，通过显示装置40的引脚P41，向LED41～LED46施加。
另外，驱动器33、驱动器34及驱动器35，由于LED是恒流动作元件，故通常构成为恒流驱动器。这些恒流驱动器33～35，与LED的串联数无关，在接通时流过规定电流I1，断开时断开电流。而且，根据指令信号S1～S3，分别被驱动为接通·断开，显示控制LED41～LED46。
然而，虽然为了使LED发光而通过恒流I1，但由于LED的特性的偏差，相同电流值时的LED的电压降也有差异。该电压降，若以白色LED为例，则恒流I1例如在20mA时分散分布在3.4V～4.0V左右的范围内。
另外，恒流驱动器33～35，通常由晶体管电路构成，其恒流动作在晶体管的工作区中进行。因此，如图5所示，需要规定的集电极—发射极间电压(以下称为晶体管电压)Vce0以上的电压。而且，Ic为晶体管的集电极电流。在只施加比该规定的晶体管电压Vce0小的电压的情况下，由于进入饱和区(图中Vce2)，故不能维持恒流动作。在这种情况下，由于LED中没有流过所需要的恒流I1，所以LED不发光，不能作为显示装置的功能。
为了避免这种情况，升压电压Vh，考虑LED的电压偏差的上限值(2×4V)与晶体管电压Vce0以及多少一些余量，例如设定为9V。
然而，在实际的动作中，在恒流驱动器33～35中，施加升压电压Vh与LED的电压降之间的差电压。该差电压，在图5中被表示为晶体管电压Vce1。该差电压，例如，在1个LED的电压降为3.4V的情况下，成为2.2V。在LED的串联数多的情况下，该电压进一步增大。
另外，在驱动多个发光元件系列的情况下，仍然考虑偏差，必须将升压电压Vh设定得高。因此，总之在恒流驱动器上，施加必要以上的电压。
实际施加的电压Vce1与恒流动作所需晶体管电压Vce0之α成为恒流驱动器33～35中的损耗。因此，有必要将恒流驱动器33～35做成大型的装置，另外功率效率降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种与发光元件的串联数无关，施加在引脚上的电压始终在低电源电压以下，可以使用低耐压设计的IC，且减少了功率损耗的，驱动发光元件的发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器。
另外，本发明的目的在于，提供一种将施加在驱动多个发光元件系列的多个恒流驱动器上的电压自动调整为恒流动作所需大小，与发光元件的特性偏差无关，在进行恒流驱动的同时减小了功率损耗的发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器。
本发明的发光元件驱动装置具备一端与分别连接多个发光元件的多个端子连接，根据各指令信号接通·断开，接通时流过使上述发光元件发光的电流的多个驱动器；输入施加在这些驱动器上的电压，选择这些电压中最低的电压作为检测电压输出的选择电路；和比较上述检测电压与基准电压，根据该比较结果，以使上述检测电压与上述基准电压相等的方式，向控制信号输出端子输出对产生施加在上述发光元件上的电压的电源电路的控制信号的控制电路。其发光元件为发光二极管。
本发明的具备发光元件的电子仪器包括具有根据控制信号将电源电压变换为其他值的输出电压的电源电路；及向一端供给该电源电路的输出电压且另一端与分别不同的端子连接的多个发光元件系列的显示装置；和具有一端与连接上述多个发光元件系列的另一端的多个端子连接，根据各指令信号接通·断开，接通时流过使对应的上述发光元件系列发光的电流的多个驱动器；输入施加在这些驱动器上的电压，选择这些电压中最低的电压作为检测电压输出的选择电路；及比较上述检测电压与基准电压，根据该比较结果，以使上述检测电压与上述基准电压相等的方式，向控制信号输出端子输出对上述电源电路的控制信号的控制电路的发光元件驱动装置。其发光元件为发光二极管。
由此，根据各驱动器的接通·断开，控制对应的发光元件系列的发光·不发光，同时，以使检测电压成为恒流驱动器可进行恒流动作的低电压(即基准电压)的方式自动控制电源电路的输出电压。因此，即使LED等发光元件的特性有偏差，也可以使发光元件充分地发光，可以降低驱动器的损耗。
另外，具备与多个驱动器分别并联，且在对应的驱动器断开时流过不导致上述发光元件发光的电流的多个旁路部件。由此，即使在驱动器断开时也只向与对应的发光元件连接的端子施加低的电压。因此，发光元件驱动装置与发光元件系列的发光所需的电压无关，可以使用低耐压设计的IC。
再有，驱动器，是在接通时流过恒流的恒流驱动器，上述旁路部件是恒流源。由此，可以将驱动器断开时在对应的旁路部件中通过的电流设定为规定值。因此，在驱动器被断开的发光元件系列中，由于流过微弱的恒流，故可以稳定地保持不发光状态。
图1是表示本发明的实施方式的具备发光元件的电子仪器的整体构成的图。
图2是表示图1的选择电路的具体构成例的图。
图3是表示作为发光元件的LED的电流—电压特性的图。
图4是驱动现有的移动电话等的LED用的构成的图。
图5是表示恒流驱动器的动作特性的图。
具体实施例方式
以下，参照附图，说明作为发光元件使用LED的有关本发明的电子仪器的实施方式。
图1是有关本发明的实施方式的具备发光元件的电子仪器的整体构成图。另外，图2是选择所输入的多个电压中最低的电压并输出的选择电路的具体例的图。另外，图3是表示作为发光元件的LED的电流—电压特性的图。
在图1中，该电子仪器构成为具备驱动装置(以下称为驱动设备)10与显示装置(以下称为显示设备)20。
显示设备20，是使用于移动电话等电子仪器的显示部上的装置，构成为IC芯片(chip)。
在显示设备20中，设置作为第1发光元件系列的LED21、22；作为第2发光元件系列的LED23、24及作为第3发光元件系列的LED25、26。这种情况下，发光元件系列数N为3。由这些发光元件系列的LED使M个场所(例如2个场所)独立点亮。
在这些LED21～26中，为了得到规定的发光量，通过规定的电流If。此时，施加在各LED21～26上的电压Vf，根据每个LED的不同，其值有偏差。在白色LED或蓝色LED的情况下，每个LED的电压大多在例如3.4V～4.0V的范围内分散分布。
在将该LED两个串联使用的情况下，在分散上限的8V的基础上，也考虑驱动控制用的电压等，因而准备了9V左右的升压电压Vh。
升压开关电源回路27，将电源电压Vdd(＝4V)升压，得到向LED供给用的升压电压Vh(＝9V)。该电源回路27，在电源电压Vdd的电源间连接线圈L27与属于控制开关的N型MOS晶体管Q27。从该接点开始，通过电压降小的肖特基二极管(Schottky diode)D27，将输出电容器C27充电为升压电压Vh。
为了产生该升压电压Vh，从驱动设备10通过引脚P21接收开关控制信号Cont，控制晶体管Q27的接通、断开。由此，将产生的升压电压Vh向各发光元件系列的各一端(这种情况下为LED21、LED23、LED25)供给。
驱动设备10，是驱动显示设备20的装置，仍然构成为IC芯片。
驱动设备10具有产生各种控制信号的控制电路11、驱动LED21～26的驱动器12～14、属于与这些驱动器12～14并联的旁路部件的恒流源15～17及选择多个输入电压中的最低电压并作为检测电压Vdet输出的选择电路18。
控制电路11，输入检测电压Vdet，将该检测电压Vdet与内部的基准电压(图中未示出)进行比较。根据该比较结果，以使检测电压Vdet与基准电压相等的方式，将开关控制信号Cont通过引脚P11向电源电路27的晶体管Q27的栅极供给。根据该控制信号Cont，从电源电路27输出升压电压Vh。
另外，控制电路11，输出对驱动器12～14的指令信号S1～S3。驱动器12～14，在与各发光元件系列的另一端(这种情况下为LED22、LED24、LED26)连接的引脚P12～P14与地线之间连接。而且，根据指令信号S1～S3的H电平/L电平，被接通或被断开。以下，所谓的供给指令信号，指的是H电平。
该驱动器12～14，由于LED是根据电流值确定发光量的电流动作元件，故是在接通时进行恒流动作的恒流驱动器。该恒流驱动器12～14，例如，由使用了晶体管的通常的恒流电路构成，通过使该恒流电路根据指令信号S1～S3分别接通或断开，可以容易地构成。
恒流源15～17，是分别与恒流驱动器12～14并联的恒流电路。该恒流源15～17，在对应的驱动器12～14被断开的情况下通过微弱的恒流Ib。意思是恒流源15～17是旁路部件。该恒流Ib与恒流驱动器12～14接通时的恒流I1比较，是极小的值。因此，由于恒流源15～17引起的损耗极小，故可以忽略由此导致的损耗的增加。进而，通过在发光元件21～26中通过微弱的恒流Ib，可以稳定发光元件，维持不发光状态。而且，作为旁路部件，在只要流过微弱电流即可的情况下，取代恒流源15～17，可以使用电阻等其他元件。
选择电路18，输入加在恒流驱动器12、13、14上的电压V12、V13、V14。而且，选择电路18，自动选择这些电压V12、V13、V14中最低的电压，作为检测电压Vdet，反馈到控制电路11。
图2是表示选择电路18的具体构成例的图。如图2所示，并联连接P型MOS晶体管(以下为P型晶体管)Q182、P型晶体管Q1 83、P型晶体管Q184，在这些的栅极上分别施加恒流驱动器12、13、14上的电压V12、V13、V14。在电源电压Vdd与地线之间，通过恒流源181，串联连接P型晶体管Q184、N型MOS晶体管(以下称为N型晶体管)Q186，另外，串联P型晶体管Q181与N型晶体管Q185。N型晶体管Q185、Q186的基极互相连接，其基极连接在N型晶体管Q185的漏极上。
另外，恒流源182与N型晶体管Q187串联在电源电压Vdd与地线之间。其连接点与P型晶体管Q181的栅极连接，同时，作为检测电压Vdet的输出用被引出。再有，N型晶体管Q187的栅极与N型晶体管Q186的漏极连接。
本图2的选择电路18，选择电压V12、V13、V14中最低的电压，将该被选择的电压通过采用运算放大器的电压跟随器，以输出检测电压Vdet的方式动作。因此，可以稳定检测电压V12、V13、V14中最低的电压并作为检测电压Vdet得到。
以下，图1及图3的LED的电流—电压特性说明本发明的电子仪器的动作。
首先，对使第1～第3发光元件系列同时发光的情况进行说明。在这种情况下，最初，控制部11开始产生开关控制信号Cont，向电源电路27供给。在电源电路27中，由控制信号Cont对控制开关Q27进行接通·断开控制，其结果是，输出电容器C27被充电为升压电压Vh。另外，向发光元件系列供给该升压电压Vh。
同时，从控制电路11向恒流驱动器12～14供给指令信号S1～S3。由此，各恒流驱动器12～14被接通，开始恒流动作，恒流I1流过发光元件系列的全部LED21～26。
白色LED的电流If-电压Vf特性的示例在图3中表示。该图，横轴为对数表示的电流If，纵轴为电压Vf。该LED虽然在电流If为20mA～1.5mA的范围内发光，但在图2中是在电流If为20mA时使用的。这种情况下，在各LED中，如用本图中的A点表示的，在电流为20mA、电压为3.4V时动作。
因此，在恒流驱动器12～14中，为了得到所需要的发光量，将恒流I1设定为属于LED的动作电流的20mA。然而，每个LED的特性不一致，即使在相同电流20mA下，其电压也例如在3.4V～4.0V的范围内分散分布。
此时，电源电路27中产生的电压Vh若如以往地是恒值9V，则各LED的电压是3.4V时，加在恒流驱动器12～14上的电压，根据(Vh-2×Vf)，成为2.2V。另外，在LED的电压Vf偏离的上限为4.0V的情况下，加在恒流驱动器12～14上的电压，成为1.0V。恒流驱动器12～14，若存在其中使用的晶体管的饱和电压(约为0.3V)以上的电压，则可以恒流动作。因此，即使LED的电压Vf具有偏差，对恒流驱动器12～14的动作也没有妨碍。
然而，在恒流驱动器12～14中，超过可进行恒流动作的晶体管的饱和电压(约0.3V)部分的电压，成为其内部的损耗(即损耗为电压×电流)。例如，在加在恒流驱动器12～14上的电压为2.2V的情况下，多余部分的1.9V成为损耗。
在具有多个发光元件系列的情况下，即使任意一个发光元件系列在上限侧都存在偏差，但优先使全部的发光元件系列进行恒流动作。因此，不能将任意一个发光元件系列作为对象来采取措施。因此，在以往，考虑LED的特性存在偏差的情况，将加在恒流驱动器12～14上的电压设定为具有余量。
在本发明中，向选择电路18输入加在各恒流驱动器12～14上的各电压V12～V14，利用选择电路18选择该电压V12～V14中最低的电压。而且，将被选择的最低电压作为检测电压Vdet，向控制电路11反馈。
在控制电路11中，将内部基准电压与检测电压Vdet比较，以使检测电压Vdet与基准电压相等的方式产生控制信号Cont。由于在电源电路27中根据控制信号Cont控制升压电压Vh的大小，故检测电压Vdet与基准电压相等。
该基准电压，设定为各恒流驱动器12～14确实通过恒流I1且尽可能不施加多余的电压值。由此，如图5所示，将基准电压设定为在恒流驱动器12～14的晶体管从饱和区进入工作区的电压Vce0中具有多少一些余量部分β的电压Vces。
由此，电源电路的输出电压Vh，以使各恒流驱动器12～14上的电压V12～V14中最低的电压与基准电压Vces相等的方式，被自动控制。因此，即使LED21～26中存在特性的偏差，也使LED充分发光，同时可以降低恒流驱动器12～14的损耗。
接着，说明第1～第3发光元件系列中任意一个发光元件系列，例如第3发光元件系列(LED25、LED26)不发光的情况。
在这种情况下，从控制电路11不供给指令信号S3，恒流驱动器14被断开。其结果是，第3发光元件系列的LED25、LED26不发光。
这种情况下，由于只断开恒流驱动器14，在LED25、LED26中不通过电流，故驱动设备10的引脚P14上被施加电源电路27的升压电压Vh。
然而，在本发明中，在各恒流驱动器12～14中，恒流源15～17作为旁路部件并联。因此，即使在断开恒流驱动器14的状态中，由恒流源17，微弱的电流Ib流过LED25、LED26。由此，驱动设备10的引脚P14上只施加比升压电压Vh低的电压。
即，若再参照图3，则LED的电流If-电压Vf的特性，即使电流If比使LED发光的电流(20mA～1.5mA)显著减小，电压Vf也不会有大的降低。在该示例中，使用10μA的微弱电流Ib。这种情况下，在各LED中，如用本图中的B点表示的，作为电流If通过的是10μA，作为电压Vf施加的是2.45V。在该电流If(＝10μA)下，LED不导致发光，是不能辨认发光状态的不发光状态。
此时，恒流源17上施加的电压，若LED25、LED26的电压Vf为2.45V，则根据(Vh-2×Vf)，成为4.1V。在LED的电压Vf向偏差上限的方向变化的情况下，该值变得更低。
施加在该恒流源17上的电压(4.1V)，在进行恒流动作方面是足够的。另外，该电压，是比驱动设备10的耐电压(约为6.0V～6.5V)还低的值。在施加在引脚P14上的电压不超过驱动设备10的耐电压的范围内可以进一步减小该恒流Ib的值。现实地讲，作为恒流Ib可以设定为1.0μA。
该恒流Ib，虽然由于对LED的发光没有帮助而成为损耗，但由于与使LED发光的恒流I1相比极小(2个数量级～3个数量级以上)，可以忽略其损耗。
在以上的实施方式中，虽然说明了串联2个LED形成发光元件系列，该发光元件系列为3系列的情况，但对任意串联数及任意系列数的情况也同样可以适用。
(工业上利用的可能性)如上所述，本发明的发光元件驱动装置及具备发光元件的电子仪器，适用于将LED等发光元件使用于LCD(液晶显示装置)的背光用光源的移动电话等电子仪器或这些中使用的驱动装置。
权利要求
1.一种发光元件驱动装置，其特征在于，具备一端与分别连接多个发光元件的多个端子连接，根据各指令信号接通·断开，接通时流过使所述发光元件发光的电流的多个驱动器；输入施加在这些驱动器上的电压，选择这些电压中最低的电压作为检测电压输出的选择电路；和比较所述检测电压与基准电压，根据该比较结果，以使所述检测电压与所述基准电压相等的方式，向控制信号输出端子输出对产生施加在所述发光元件上的电压的电源电路的控制信号的控制电路。
2.根据权利要求1所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。
3.根据权利要求1或者2所述的发光元件驱动装置，其特征在于，具备多个与所述多个驱动器分别并联，对应的驱动器断开时流过不导致所述发光元件发光的电流的旁路部件。
4.根据权利要求3所述的发光元件驱动装置，其特征在于，所述驱动器是在接通时流过恒流的恒流驱动器，所述旁路部件是恒流源。
5.一种具备发光元件的电子仪器，其特征在于，包括具有根据控制信号将电源电压变换为其他值的输出电压的电源电路；及向一端供给该电源电路的输出电压且另一端与分别不同的端子连接的多个发光元件系列的显示装置；和具有一端与连接所述多个发光元件系列的另一端的多个端子连接，根据各指令信号接通·断开，接通时流过使对应的所述发光元件系列发光的电流的多个驱动器；输入施加在这些驱动器上的电压，选择这些电压中最低的电压作为检测电压输出的选择电路；及比较所述检测电压与基准电压，根据该比较结果，以使所述检测电压与所述基准电压相等的方式，向控制信号输出端子输出对所述电源电路的控制信号的控制电路的发光元件驱动装置。
6.根据权利要求5所述的具备发光元件的电子仪器，其特征在于，所述电压电路是将电源电压升压的升压型电源电路，所述其他值的输出电压比电源电压高。
7.根据权利要求6所述的具备发光元件的电子仪器，其特征在于，所述发光元件系列由发光二极管构成。
8.根据权利要求6或7所述的具备发光元件的电子仪器，其特征在于，具备多个与所述多个驱动器分别并联，且在对应的驱动器断开时流过不导致所述发光元件发光的电流的旁路部件。
9.根据权利要求8所述的具备发光元件的电子仪器，其特征在于，所述驱动器是在接通时流过恒流的恒流驱动器，所述旁路部件是恒流源。
全文摘要
一种具备LED等用高电压驱动的发光元件(21～26)的电子仪器。具备具有多个向一端供给比电源电压(Vdd)高的输出电压(Vh)的发光元件系列的显示装置20；一端与连接多个发光元件系列的另一端的各端子连接，根据指令信号(S1～S3)接通·断开，接通时流过使对应的发光元件系列发光的电流的多个驱动器(12～14)；选择施加在这些驱动器上的电压中最低的电压作为检测电压的选择电路(18)；和以使该检测电压成为恒流驱动器可以进行恒流动作的低电压(即基准电压)的方式，自动地控制电源电路的输出电压的控制电路(11)。这样，可以使发光元件充分发光，同时减少驱动器的损耗。
文档编号H01L33/00GK1522472SQ03800398
公开日2004年8月18日 申请日期2003年5月1日 优先权日2002年5月7日
发明者堀内幸人, 星野健, 山本勋 申请人:罗姆股份有限公司
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