(57)【要約】【課題】少ない消費電流で故障検出が行える動作モードを有する発光素子のドライブ回路を提供する。【解決手段】外部電源１１と出力端子１２との間に接続される発光素子１３を駆動する電流Ｉｃを制御する電流制御回路１４と、出力端子１２の電圧をモニターして、発光素子１３の不点灯状態を検出し、検出結果を外部に出力する故障検出回路１５と、を具備し、電流制御回路１４は、発光素子１３をオンおよびオフしてパターンを表示する第１動作モードのときに、発光素子１３を第１の電流Ｉｃ１で駆動し、発光素子１３の故障検出を行う第２動作モードのときに、発光素子１３を第１の電流Ｉｃ１より小さい第２の電流Ｉｃ２で駆動する。【選択図】図１
2010062327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源と出力端子との間に接続される発光素子を駆動する電流を制御する電流制御回路と、
前記出力端子の電圧をモニターして、前記発光素子の不点灯状態を検出し、前記検出結果を外部に出力する故障検出回路と、
を具備し、
前記電流制御回路は、前記発光素子をオンおよびオフしてパターンを表示する第１動作モードのときに、前記発光素子を第１の電流で駆動し、前記発光素子の故障検出を行う第２動作モードのときに、前記発光素子を前記第１の電流より小さい第２の電流で駆動することを特徴とする発光素子のドライブ回路。
【請求項２】
前記電流制御回路は、差動増幅器と、前記差動増幅器の帰還ループに組み込まれたトランジスタと、前記トランジスタの電流に応じた電流を前記発光素子に流す定電流回路とを具備し、
前記トランジスタの電流を基準抵抗に流して得られる帰還電圧が、基準電圧に等しくなるように帰還制御するとともに、前記動作モードに応じて、前記基準電圧または前記基準抵抗を可変し、前記第１の電流または前記第２の電流を設定することを特徴とする請求項１に記載の発光素子のドライブ回路。
【請求項３】
前記基準電圧は、前記第１の電流を設定するための第１電圧と、前記第２の電流を設定するための前記第１電圧より低い第２電圧とから成り、前記動作モードに応じて、前記第１電圧または前記第２電圧が選択されることを特徴とする請求項２に記載の発光素子のドライブ回路。
【請求項４】
前記基準抵抗は、前記第１の電流を設定するための第１抵抗と、前記第２の電流を設定するための前記第１抵抗より高い抵抗値を有する第２抵抗とから成り、前記動作モードに応じて、前記第１抵抗または前記第２抵抗が選択されることを特徴とする請求項２に記載の発光素子のドライブ回路。
【請求項５】
前記第２電圧は、前記第２の電流に応じたデジタル信号をデジタル・アナログ変換器によりアナログ電圧に変換して得た電圧であることを特徴とする請求項３に記載の発光素子のドライブ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子のドライブ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子、なかでもＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた表示装置は、低消費電力、長寿命である特徴を生かして、主に屋外用表示装置として盛んに使用されている。  
ＬＥＤ表示装置は、複数のＬＥＤをそれぞれ定電流で駆動する電流制御回路と、ＬＥＤの故障を検知する故障検出回路を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示されたＬＥＤ表示装置は、複数の発光素子が配列された発光素子ユニットの各発光素子の発光と非発光によって任意のパターンを表示する表示器と、表示器に表示するパターンを制御する表示制御手段から成り、表示器は、複数の発光素子が配列された発光素子ユニットと、表示制御手段から送信されるパターン情報に従って発光素子ユニットの各発光素子の発光と非発光を制御する発光素子制御手段と、表示制御手段からのパターン情報を発光素子制御手段に送信する通信制御手段と、発光素子ユニットの電源ラインに流れる電流値により発光素子ユニットの故障を検知する故障検知手段を具備している。
【０００４】
故障検知手段による発光素子ユニットの故障検知は、発光素子制御手段によって特定のパターンの発光を行ったときの電源ラインに流れる電流値を所定値と比較することにより行なっている。
【０００５】
然しながら、特許文献１に開示されたＬＥＤ表示装置は、ＬＥＤの故障を検出するに際して、ＬＥＤにパターンを表示するときと同じ電流でＬＥＤを駆動している。  
そのため、ＬＥＤの故障を検出するに足る電流より、はるかに多くの電流が流れるので、ムダな電力が消費されるという問題がある。
【０００６】
特に、一部の不灯ＬＥＤを検出するために、全ＬＥＤを同時点灯させると、ＬＥＤの発熱によりＬＥＤの信頼性が損なわれる恐れがある。
【特許文献１】特開２００５−１４１０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、少ない消費電流で故障検出が行える動作モードを有する発光素子のドライブ回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の発光素子のドライブ回路は、外部電源と出力端子との間に接続される発光素子を駆動する電流を制御する電流制御回路と、前記出力端子の電圧をモニターして、前記発光素子の不点灯状態を検出し、前記検出結果を外部に出力する故障検出回路と、を具備し、前記電流制御回路は、前記発光素子をオンおよびオフしてパターンを表示する第１動作モードのときに、前記発光素子を第１の電流で駆動し、前記発光素子の故障検出を行う第２動作モードのときに、前記発光素子を前記第１の電流より小さい第２の電流で駆動することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、少ない消費電流で故障検出が行える動作モードを有する発光素子のドライブ回路が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の実施例について、図１を用いて説明する。図１は本実施例の発光素子のドライブ回路を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施例の発光素子のドライブ回路１０は、電流を吸い込むタイプ（シンクタイプ）の定電流出力を有するドライブ回路であり、外部電源１１と出力端子１２との間に接続される発光素子１３を駆動する電流Ｉｃを制御する電流制御回路１４と、出力端子１２の電圧をモニターして、発光素子１３の不点灯状態を検出し、検出結果を外部に出力する故障検出回路１５と、を具備している。
【００１３】
電流制御回路１４は、発光素子１３をオンおよびオフしてパターンを表示する第１動作モードのときに、発光素子１３を第１の電流Ｉｃ１で駆動し、発光素子１３の故障検出を行う第２動作モードのときに、発光素子１３を第１の電流Ｉｃ１より小さい第２の電流Ｉｃ２で駆動する。
【００１４】
更に、発光素子のドライブ回路１０は、第１動作モードと、第２動作モードとに応じて、電流制御回路１４および故障検出回路１５の動作を制御する表示制御部１６と、を具備している。
【００１５】
発光素子のドライブ回路１０は、複数、例えば１６個の出力端子１２を有している。各出力端子１２には、発光素子１３のカソードがそれぞれ接続されている。各発光素子１３のアノードは、外部電源１１に共通接続されている。
【００１６】
外部電源１１は、各発光素子１３に駆動電流Ｉｃを供給する電源で、ＬＥＤ電源とも呼ばれている。  
発光素子１３は、例えばＩｎＧａＡｌＰ系、ＧａＮ系の材料を発光層とする可視ＬＥＤである。
【００１７】
電流制御回路１４は、差動増幅器１７と、差動増幅器１７の帰還ループに組み込まれたＭＯＳトランジスタ１８と、ＭＯＳトランジスタ１８の電流に応じた電流を各発光素子１３に流す定電流回路１９と、を具備している。
【００１８】
電流制御回路１４は、ＭＯＳトランジスタ１８の電流を基準抵抗Ｒｒｅｆに流して得られる帰還電圧Ｖｆｂが、基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなるように帰還制御するとともに、動作モードに応じて基準電圧Ｖｒｅｆを可変し、第１の電流Ｉｃ１または第２の電流Ｉｃ２を設定する。
【００１９】
基準電圧Ｖｒｅｆは、第１の電流Ｉｃ１を設定するための第１電圧Ｖ１と、第２の電流Ｉｃ２を設定するための第１電圧Ｖ１より低い第２電圧Ｖ２とから成り、動作モードに応じて、第１電圧Ｖ１または第２電圧Ｖ２が選択される。第１電圧Ｖ１または第２電圧Ｖ２の選択は、スイッチ２０により行う。
【００２０】
基準電圧Ｖｒｅｆの第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は、例えばＰＮ接合ダイオード、またはツェナーダイオードの定電圧特性を利用して得ることができる。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１を抵抗分割して得ることもできる。  
スイッチ２０は、例えば並列接続された２つのＭＯＳトランジスタを交互にオン・オフして得られる双投単極スイッチ回路である。
【００２１】
基準抵抗Ｒｒｅｆに流れる電流をＩｃ０とすると、帰還電圧ＶｆｂはＩｃ０×Ｒｒｅｆで表わされる。  
差動増幅器１７は帰還電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなるように動作するので、Ｉｃ０＝Ｖｒｅｆ／Ｒｒｅｆとなる。
【００２２】
定電流回路１９はＭＯＳトランジスタ１８の電流Ｉｃ０を増強する回路で、例えばＭＯＳトランジスタ１８の電流Ｉｃ０で駆動されるカレントミラー回路である。カレントミラー回路は出力端子１２の数だけ内蔵されている。  
各カレントミラー回路の２次側にはＩｃ０に応じた電流が流れ、各発光素子１３の駆動電流Ｉｃとなる。
【００２３】
基準電圧Ｖｒｅｆが第１電圧Ｖ１のとき、発光素子１３の駆動電流Ｉｃが第１の電流Ｉｃ１に設定され、基準電圧Ｖｒｅｆが第２電圧Ｖ２のとき、発光素子１３の駆動電流Ｉｃが第２の電流Ｉｃ２に設定される。
【００２４】
第１動作モードのとき、第１の電流Ｉｃ１は通常２０〜５０ｍＡ程度であるが、第２動作モードのとき、第２の電流Ｉｃ２は、順方向電流が僅かに流れる程度で良いので、１ｍＡ程度で問題ない。
【００２５】
故障検出回路１５は、発光素子１３のオープン状態を検出するオープン検出回路２１（ＯＯＤ：Output Open Detector）と、発光素子１３のショート状態を検出するショート検出回路２２（ＯＳＤ：Output Short Detector）と、オープン検出回路２１の検出結果およびショート検出回路２２の検出結果を取り込み、検査モードに応じた検査結果を出力するマルチプレクサ２３と、を具備している。
【００２６】
オープン検出回路２１は、例えば正入力端子が出力端子１２に接続され、負入力端子がオープン検出電圧に接続されたコンパレータを具備している。  
発光素子１３がオープン状態になると、定電流回路１９に流れ込む電流が停止するので、出力端子１２の電位はほぼ０Ｖになる。コンパレータはオープン検出電圧、例えば０．３Ｖと比較し、出力端子１２の電位がオープン検出電圧より低いときに、“Ｈ”レベルを出力する。
【００２７】
ショート検出回路２２は、例えば正入力端子が出力端子１２に接続され、負入力端子がショート検出電圧に接続されたコンパレータを具備している。  
発光素子１３がショート状態になると、発光素子１３の順方向電圧（２〜４Ｖ程度）に応じた電圧降下がなくなるので、出力端子１２の電位がその分高くなる。コンパレータはショート検出電圧、例えば３．０Ｖと比較し、出力端子１２の電位がショート検出電圧より高いときに、“Ｈ”レベルを出力する。
【００２８】
即ち、故障検出回路１５は、出力端子１２の電位がオープン検出電圧より大きく、ショート検出電圧より小さいときは、発光素子１３は正常動作と判定し、オープン検出回路２１およびショート検出回路２２は、“Ｌ”レベルを出力する。
【００２９】
出力端子１２の電位がオープン検出電圧より低くなると、オープン検出回路２１は“Ｈ”レベルを出力する。  
出力端子１２の電位がショート検出電圧より高くなると、ショート検出回路２２は“Ｈ”レベルを出力する。
【００３０】
マルチプレクサ２３は、オープン検出回路２１の検出結果およびショート検出回路２２の検出結果を、それぞれ１６ビットのパラレル信号として取り込み、検査モードに応じた検査結果を１６ビットのシリアル信号として出力する。
【００３１】
表示制御部１６は、例えば各発光素子１３をオン・オフするパターンを記憶するラッチ２４と、各発光素子１３をオン・オフするシリアルデータ、および検査結果を取り込むシフトレジスタ２４と、シフトレジスタ２４、ラッチ２５の動作を制御する制御回路２６とを具備している。
【００３２】
制御回路２６は、定電流出力イネーブル信号Ｑｅが第１動作モードになると、電流制御回路１４のスイッチ２０に指令を送出して、基準信号Ｖｒｅｆとして第１電圧Ｖ１を選択する。これにより、発光素子１３は第１の電流Ｉｃ１で駆動される。
【００３３】
次に、制御回路２６は、マルチプレクサ２３、シフトレジスタ２４に指令を送出し、シフトレジスタ２５はシリアルデータ伝送クロックＳｃｋに応じて各発光素子１３をオン・オフするシリアルデータＳｉｎを取り込み、ラッチ回路２４はラッチ信号Ｓｌａｔに応じて各発光素子１３をオン・オフするパターンとして記憶する。ラッチ回路２４に記憶されたパターンに従って、各発光素子１３がオンまたはオフする。
【００３４】
制御回路２６は、定電流出力イネーブル信号Ｑｅが第２動作モードになると、電流制御回路１４のスイッチ２０に指令を送出して、基準信号Ｖｒｅｆとして第２電圧Ｖ２を選択する。これにより、発光素子１３は第２の電流Ｉｃ２で駆動される。
【００３５】
次に、制御回路２６は、マルチプレクサ２３、シフトレジスタ２４に指令を送出し、マルチプレクサ２３からオープン検出結果およびショート検出結果を、シフトレジスタ２５を介してシリアルデータＳｏｕｔとして外部に出力する。
【００３６】
これにより、発光素子１３をオン・オフしてパターンを表示する第１動作モードのときに、発光素子１３を第１の電流Ｉｃ１で駆動し、発光素子１３の故障検出を行う第２動作モードのときに、発光素子１３を第１の電流Ｉｃ１より小さい第２の電流Ｉｃ２で駆動することが可能である。
【００３７】
図２は発光素子のドライブ回路１０を内蔵した半導体集積装置（ドライバＩＣ）を示す図である。  
図２に示すように、半導体集積装置３０は、電流制御回路１４と、故障検出回路１５と、表示制御部１６とが、半導体基板３１にモノリシックに形成されている。
【００３８】
半導体集積装置３０は、定電流出力イネーブル信号が入力される定電流出力イネーブル信号端子（Ｏｅ）と、複数の発光素子１２のいずれをオンにし、いずれをオフにするかを示すシリアルデータが入力されるシリアルデータ入力端子（Ｓｉｎ）と、ラッチ信号が入力されるラッチ信号入力端子（Ｓｌａｔ）と、シリアルデータ転送クロック信号が入力されるクロック信号入力端子（Ｓｃｋ）、シリアルデータが出力されるシリアルデータ出力端子（Ｓｏｕｔ）と、電源入力端子（Ｖｄｄ）と、グランド端子（ＧＮＤ）と、抵抗外付け端子（Ｒｅｘｔ）と、を具備している。
【００３９】
電流制御回路１４の基準抵抗Ｒｒｅｆは、抵抗外付け端子（Ｒｅｘｔ）を介して外付けされている。これにより、ユーザは発光素子１３に要求する明るさに応じて、第１の電流Ｉｃ１を自由に設定することができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施例の発光素子のドライブ回路１０の電流制御回路１４は、第１の電流Ｉｃ１を設定するための第１電圧Ｖ１と、第２の電流Ｉｃ２を設定するための第１電圧Ｖ１より低い電圧の第２電圧Ｖ２と、動作モードに応じて、第１電圧Ｖ１または第２電圧Ｖ２を選択するスイッチ２０を具備している。
【００４１】
その結果、第１動作モードのときに、発光素子１３を第１の電流Ｉｃ１で駆動し、第２動作モードのときに、発光素子１３を第１の電流Ｉｃ１より小さい第２の電流Ｉｃ２で駆動することができる。  
従って、少ない消費電流で故障検出が行える動作モードを有する発光素子のドライブ回路が得られる。
【００４２】
特に、多数の発光素子１３が組み込まれたＬＥＤパネルの出荷検査、またはＬＥＤパネル設置後のメンテナンスを夜間に行なう場合は、眩し過ぎるなどの弊害が生じるのを防止することができる。
【００４３】
ここでは、発光素子１３がＬＥＤである場合について説明したが、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）であっても構わない。  
トランジスタがＭＯＳトランジスタ１８である場合について説明したが、バイポーラトランジスタとすることもできる。
【実施例２】
【００４４】
図３は本発明の実施例２に係る発光素子のドライブ回路の要部を示す回路図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。  
本実施例が実施例１と異なる点は、第２動作モードにおいて、第２の電流を設定するための第２電圧を可変できるようにしたことにある。
【００４５】
即ち、本実施例の発光素子のドライブ回路４０の電流制御回路４１は、第２の電流Ｉｃ２に応じたデジタル信号Ｄｉｎをアナログ電圧に変換し、第２電圧Ｖ２として出力するデジタル・アナログ変換器４２を具備している。  
第２の電流Ｉｃ２に応じたデジタル信号Ｄｉｎは、例えば外部からデジタル・アナログ変換器４２に入力される。
【００４６】
デジタル・アナログ変換器４２は、例えば８ビットのデジタル・アナログ変換器で、２５６ステップで第２の電流Ｉｃ２を微調整できる。  
発光素子１３の種類によるＩ−Ｖ特性差、およびＩ−Ｖ特性変動に応じて第２の電流Ｉｃ２を微調整することにより、ノイズなどの影響を受けずに発光素子１３の故障を検出することが可能である。
【００４７】
以上説明したように、本実施例の発光素子のドライブ回路４０の電流制御回路４１は、第２の電流Ｉｃ２に応じたデジタル信号Ｄｉｎをアナログ電圧に変換し、第２電圧Ｖ２として出力するデジタル・アナログ変換器４２を具備している。  
これにより、発光素子１３の種類によるＩ−Ｖ特性差、およびＩ−Ｖ特性変動に応じて第２の電流Ｉｃ２を微調整することができるので、ノイズなどの影響を受けずに発光素子１３の故障を検出できる利点がある。
【００４８】
ここでは、デジタル・アナログ変換器４２により第２電圧Ｖ２を発生させる場合について説明したが、発光素子１３の階調をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）調光する場合は、第１電圧Ｖ１のＰＷＭ波形を生成するためのデジタル・アナログ変換器を利用して第２電圧Ｖ２を発生させることもできる。その場合、スイッチ２０は不要になる。
【実施例３】
【００４９】
図４は本発明の実施例３に係る発光素子のドライブ回路を示す回路図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。  
本実施例が実施例１と異なる点は、基準抵抗を動作モードに応じて可変するようにしたことにある。
【００５０】
即ち、本実施例の発光素子のドライブ回路５０の電流制御回路５１は、基準抵抗Ｒｒｅｆとして、第１の電流Ｉｃ１を設定するための第１抵抗Ｒ１と、第２の電流Ｉｃ２を設定するための第１抵抗Ｒ１より高い抵抗値を有する第２抵抗Ｒ２と、動作モードに応じて第１抵抗Ｒ１または第２抵抗Ｒ２を選択するスイッチ５２と、を具備している。
【００５１】
これにより、第１動作モードのときに、基準抵抗Ｒｒｅｆとして第１抵抗Ｒ１が選択され、第２に動作モードのときに、基準抵抗Ｒｒｅｆとして第２抵抗Ｒ２が選択される。
【００５２】
以上説明したように、本実施例の発光素子のドライブ回路５０の電流制御回路５１は、基準抵抗Ｒｒｅｆとして第１抵抗Ｒ１と、第１抵抗Ｒ１より高い抵抗値を有する第２抵抗Ｒ２と、を具備し、動作モードに応じて第１抵抗Ｒ１または第２抵抗Ｒ２を選択している。
【００５３】
これにより、第２電圧Ｖ２が不要となり、第２電圧Ｖ２を発生させる回路の消費電流を削減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１に係る発光素子のドライブ回路を示す回路図。
【図２】本発明の実施例１に係る発光素子のドライブ回路を有する半導体集積装置を示す図。
【図３】本発明の実施例２に係る発光素子のドライブ回路の要部を示す回路図。
【図４】本発明の実施例３に係る発光素子のドライブ回路を示す回路図。
【符号の説明】
【００５５】
１０、４０、５０  ドライブ回路
１１  外部電源
１２  出力端子
１３  発光素子（ＬＥＤ）
１４、４１、５１  電流制御回路
１５  故障検出回路
１６  表示制御部
１７  差動増幅器
１８  ＭＯＳトランジスタ
１９  定電流回路
２０、５２  スイッチ
２１  オープン検出回路
２２  ショート検出回路
２３  マルチプレクサ
２４  ラッチ
２５  シフトレジスタ
２６  制御回路
３０  半導体集積装置
３１  半導体基板
４２  ＤＡ変換器
Ｉｃ１  第１の電流
Ｉｃ２  第２の電流
Ｖｒｅｆ  基準電圧
Ｖｆｂ  帰還電圧
Ｖ１  第１電圧
Ｖ２  第２電圧
Ｒｒｅｆ  基準抵抗
Ｒ１  第１抵抗
Ｒ２  第２抵抗
【図１】
2010062327.tif 000003
【図２】
2010062327.tif 000004
【図３】
2010062327.tif 000005
【図４】
2010062327.tif 000006