(57)【要約】【課題】  低電圧駆動、低消費電力駆動することができ、しかも、発光素子の輝度を制御できる発光素子駆動回路を提供する。【解決手段】  チャージポンプ回路を構成する発光素子駆動回路２０の出力端子３に発光素子８を接続し、発振器１２の発振周波数が十分高い場合は、チャージポンプ回路のスイッチ素子１４，１５，１６，１７の切り替えによって充電されたコンデンサ１１の両端の電圧が電源７に直列に接続して発光素子８に印加される。発振周波数が低い場合は、発振の半周期でコンデンサ１１に充電された電荷が放電され、出力端子３の電圧が低下し発光素子８の輝度が、発振周波数が高い場合に比べて低下する。【選択図】  図１
2006013014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧によってコンデンサを充電する第１区間と、前記第１区間で充電された前記コンデンサの出力電圧と前記電源電圧との加算電圧値を出力する第２区間とを有するチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路の第１区間と第２区間との切替周波数を変更可能な発振回路と
を設け、前記チャージポンプ回路の出力電圧を発光素子に印加し、前記発振回路の発振周波数を調整して前記発光素子の輝度を制御するように構成した
発光素子駆動回路。
【請求項２】
前記発光素子と光結合された受光素子を設け、
前記受光素子の出力信号を前記発振回路にフィードバックしてチャージポンプを駆動する発振周波数を制御して、前記発光素子の輝度を制御するように構成した請求項１記載の発光素子駆動回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発光素子駆動回路を複数設け、各発光素子駆動回路で発光色が異なる別々の発光素子を駆動し、複数の前記発光素子の発光の混合色を調節可能に構成した
発光素子駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を低電圧電源、低消費電力で駆動制御する発行素子駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子としての発光ダイオードなどを点灯駆動する発光素子駆動回路は、低電圧で駆動するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ技術を用いて高電圧を得て、発光素子を駆動する方法がある。また、コンデンサに蓄積した電荷をチャージポンプを用いて昇圧して発光素子を駆動する発光素子駆動回路が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
図６は（特許文献１）に記載されている発光素子駆動回路である。
トランジスタ１０４と発光素子１０１とツェナーダイオード１２０と電源１０６とが直列に接続され、また電源１０６とトランジスタ１１１とトランジスタ１１２が直列接続されている。ツェナーダイオード１２０と発光素子１０１との中点とトランジスタ１１１，１１２のコレクタ接続点とが、コンデンサ１１３で接続されている。
【０００４】
トランジスタ１０４，１１１をオフしトランジスタ１１２をオンすることによりコンデンサ１１３を充電する。次にトランジスタ１０４，１１１をオンしトランジスタ１１２をオフすることにより、電源１０６とコンデンサ１１３が直列接続され、電源１０６とコンデンサ１１３の充電電圧の和からツェナーダイオード１２０の順方向電圧を引いた電源電圧より高い電圧が発光素子１０１に印加され、発光素子に電流が流れ発光する。この回路構成によると、低い電源電圧で低消費電力の駆動回路を提案しているが、発光素子１０１の調光には対応していない。
【０００５】
また、別の従来例である（特許文献２）では、電源電圧を分割し、分割した低い電源電圧で発光素子を駆動する回路を提案し、低消費電力な駆動回路を実現しているが、発光素子の調光には対応していない。
【特許文献１】特開平０６−１９６７５８号公報
【特許文献２】特開平０８−０７８７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
低電圧電源で発光素子の駆動を行なう方法は、ＤＣ／ＤＣコンバータやチャージポンプを用いて駆動電圧を昇圧し、低消費電力で発光素子を駆動する回路が提案されている。しかし発光素子の発光輝度を調整できない。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決し、低電圧電源で低消費電力で駆動でき、しかも、複数個の発光素子を組み合わせた場合に、発光色を制御できる発光素子駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、電源電圧をチャージポンプ回路を用いて昇圧し、低電圧で、発光素子を駆動すると共にチャージポンプの充電と放電の切替周期を決定する発振器の周波数を変えることにより発光素子への駆動電流を制御し、発光素子の輝度調整を可能にすることができる。
【０００９】
本発明の請求項１記載の発光素子駆動回路は、電源電圧によってコンデンサを充電する第１区間と、前記第１区間で充電された前記コンデンサの出力電圧と前記電源電圧との加算電圧値を出力する第２区間とを有するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路の第１区間と第２区間との切替周波数を変更可能な発振回路とを設け、前記チャージポンプ回路の出力電圧を発光素子に印加し、前記発振回路の発振周波数を調整して前記発光素子の輝度を制御するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２記載の発光素子駆動回路は、請求項１において、前記発光素子と光結合された受光素子を設け、前記受光素子の出力信号を前記発振回路にフィードバックしてチャージポンプを駆動する発振周波数を制御して、前記発光素子の輝度を制御するように構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３記載の発光素子駆動回路は、請求項１または請求項２に記載の発光素子駆動回路を複数設け、各発光素子駆動回路で発光色が異なる別々の発光素子を駆動し、複数の前記発光素子の発光の混合色を調節可能に構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、チャージポンプの充電と放電の切替周期を決定する発振器の周波数を調整することにより発光素子の輝度を制御することができ、低電圧、低消費電力で駆動制御することができる。
【００１３】
また、電源電圧の２倍の電圧が出力に得られるため、出力に複数の発光素子を直列に接続し、同時に複数の発光素子の輝度を制御することも可能である。個別に制御可能な発光素子の赤，緑，青を混合色を設定し、それぞれの発光素子の輝度を制御することにより、自由な混合色を作り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を示す。
【００１５】
７が電源、８が発光素子としての発光ダイオード、２０が発光素子駆動回路である。発光素子駆動回路２０には、電源７の電圧Ｖｃｃによってコンデンサ１１を充電する第１区間と、前記第１区間で充電された前記コンデンサ１１の出力電圧と前記電源電圧Ｖｃｃとの加算電圧値を出力する第２区間とを有するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路の第１区間と第２区間との切替周波数を変更可能な発振回路とを内蔵している。
【００１６】
発光素子駆動回路２０には、接地端子１、電源端子２、出力端子３、コンデンサ接続端子４，５、発振周波数調整端子６が設けられており、集積回路化される一般的な範囲を破線で囲んで示している。１１はコンデンサ接続端子４，５の間に接続されたコンデンサである。
【００１７】
発光素子駆動回路２０の内部回路は次のように構成されている。
発光素子駆動回路２０には、発振器１２とインバータ１３およびスイッチ素子１４，１５，１６，１７を内蔵しており、電源端子２とコンデンサ接続端子４との間にはスイッチ素子１４が介装されている。コンデンサ接続端子４と出力端子３との間にはスイッチ素子１６が介装されている。電源端子２と、接地端子１との間にはスイッチ素子１７，１５の直列回路が介装されている。スイッチ素子１７とスイッチ素子１５との接続点は、コンデンサ接続端子５に接続されている。
【００１８】
スイッチ素子１４，１５がオンしている期間にはスイッチ素子１６，１７がオフするように、スイッチ素子１４，１５のオンオフ切替は発振器１２の出力信号の例えば“Ｈ”レベルでオン状態となり、発振器１２の出力信号の“Ｌ”レベルでオフ状態となり、スイッチ素子１６，１７のオンオフ切替は発振器１２の出力信号をインバータ１３で反転した出力信号の“Ｈ”レベルでオン状態となり、“Ｌ”レベルでオフ状態となる。
【００１９】
このように構成したため、発振器１２が発振を始めると、発振波形に連動し、スイッチ素子１４，１５が同期して開閉し、同じくスイッチ素子１６，１７も同期し、開閉する。インバータ１３によりスイッチ素子１４，１５とスイッチ１６，１７の開閉タイミングは、交互となり、スイッチ素子１４，１５が閉じている時はスイッチ素子１６，１７が開いた状態に設定される。発振器１２が発振周波数調整端子６の信号に応じた周波数で発振し、スイッチ素子１４，１５が閉じスイッチ素子１６，１７が開いた状態の場合、電源７の電圧が、コンデンサ１１に印加され、その結果、端子４が＋，端子５が−の電荷がコンデンサ１１に蓄積される。
【００２０】
次にスイッチ素子１４，１５が開き、スイッチ素子１６，１７が閉じた状態の場合、コンデンサ１１の接続されている端子５の−電荷側が、電源７に接続され、端子４の＋電荷側がスイッチ１６を通って出力端子３に接続されたコンデンサ１８に充電される。
【００２１】
この時、出力端子３の電圧は、電源７の電圧とコンデンサ１１に蓄積された電荷の直列接続になる結果、電源７のほぼ２倍の電圧となる。発振器１２の発振周波数が高い場合は、コンデンサ１１，１８に蓄積された電荷が発光素子８へ放電される前に次の周期でコンデンサ１１，１８に電荷が蓄積されるため、出力端子３の電圧は、電源７の２倍の電圧に保持される。
【００２２】
発振周波数が低い場合、コンデンサ１１，１８に蓄積された電荷が発光素子８へ放電され、次の周期で電荷が蓄積されるまで放電し続けるため、出力端子３の電圧が低下し、発光素子８への放電電流も減少し、発光輝度が低下する。
【００２３】
このように、発振周波数が低いと、発光素子８の輝度が低下することから、発振器１２の発振周波数の調整で、発振素子８の発光輝度を制御することが可能である。
図２に発振器１２の発振周波数と出力端子３の電圧波形の関係を示す。
【００２４】
信号Ａは発振周波数が高い場合の発振波形の一例である。信号Ｂはその時の出力端子３の出力波形である。電源７の２倍の２Ｖｃｃに保持される。このため発光素子８への電流は多くなり、発光輝度も高い状態となる。
【００２５】
信号Ｃは発振周波数が信号Ａに比較し低い場合を示す。この場合、発振周期が長くなるため、一周期の間に、発光素子への放電電流による出力端子３の電圧が低下していく信号Ｄの波形となる。
【００２６】
信号Ｄの波形の平均値は信号Ｂの波形と比較し低い電圧値となり、発光素子８の発光輝度の平均も低い。このことは、発振周波数により発光素子の輝度を制御可能なことを示している。
【００２７】
一般に人間の目は、約２０Ｈｚ以上の周期ではフリッカを感じないため、２０Ｈｚ以上の発振周波数で調整すれば、発光素子のフリッカを感じずに発光素子８の輝度を制御することができる。
【００２８】
また、発光素子８への放電時間はコンデンサの容量により変化するため、コンデンサ１１，１８の容量を変えることでも、発光素子の輝度を調整することができる。出力端子３には、電源７の２倍の電圧が得られるため、低い電源電圧で駆動することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２の発光素子駆動回路を示し、前記発光ダイオード８と光結合された受光素子としてのフォトトランジスタ１０とこのトランジスタ２１の出力を前記発振周波数調整端子６にフィードバックする帰還信号ライン２６を有している点だけが実施の形態１とは異なっている。
【００３０】
例えば、発振器１２のＶＣＯ特性を、周波数調整端子６の電圧が高い場合に高い周波数で発振し、周波数調整端子６の電圧が低くなると低い周波数で発振するように設計する。発光素子８の輝度が高く、フォトトランジスタ１０の受光が多い場合にはフォトトランジスタ１０のコレクタ電流が多く流れ、抵抗１９の電圧降下によりフォトトランジスタ１０のコレクタ電圧が低下し、周波数調整端子６の電圧も低下し、発振器１２の発振周波数が低下するように構成されている。
【００３１】
このように構成したため、発振器１２の発振周波数が低下すると、発光素子８の輝度が低下し、フォトトランジスタ１０の受光が減少する負帰還が構成される。フォトトランジスタ１０の受光が少ない場合は、上記とは逆動作の負帰還が構成され、発光素子８の輝度を一定に制御する動作が実行される。外部の状況変化（例えば、電源７の電圧変化）にかかわらず発光素子８の輝度を一定に自動制御することができる。
【００３２】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３の発光素子駆動回路を示し、２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの３つの前記発光素子駆動回路２０が設けられている。ここで発光素子駆動回路２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは図１に示した実施の形態１と同じである。
【００３３】
発光素子駆動回路２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの電源端子２は、互いに接続して電源７の＋極に接続されている。
発光素子駆動回路２０Ｒの出力端子３と接地の間には、発光色が赤色の複数個の発光ダイオード８Ｒ１〜８ＲＮの直列回路が接続されている。発光素子駆動回路２０Ｇの出力端子３と接地の間には、発光色が緑色の複数個の発光ダイオード８Ｇ１〜８ＧＮの直列回路が接続されている。発光素子駆動回路２０Ｂの出力端子３と接地の間には、発光色が青色の複数個の発光ダイオード８Ｂ１〜８ＢＮの直列回路が接続されている。
【００３４】
このように構成することによって、発光素子駆動回路２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの各発振周波数調整端子６に印加する信号を制御することによって、発光ダイオード８Ｒ１〜８ＲＮ，８Ｇ１〜８ＧＮ，８Ｂ１〜８ＢＮの輝度を別々に制御することができ、発光ダイオード８Ｒ１〜８ＲＮ，８Ｇ１〜８ＧＮ，８Ｂ１〜８ＢＮの発光の混合色を自由に設定することができる。例えば、赤，緑，青を均等に発光させれば白色光になる。
【００３５】
なお、この実施の形態３では発光素子駆動回路２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは実施の形態１と同じであったが、実施の形態２の発光素子駆動回路２０と置き換えて構成することもできる。
【００３６】
具体的には、図５に示すように構成する。
発光ダイオード８Ｒ１〜８ＲＮ，８Ｇ１〜８ＧＮ，８Ｂ１〜８ＢＮと光結合された発光素子としてのフォトトランジスタ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを設け、発光ダイオード８Ｒ１〜８ＲＮと光結合されたフォトトランジスタ１０Ｒの出力信号を発光素子駆動回路２０Ｒの発振周波数調整端子６Ｒに帰還する。発光ダイオード８Ｇ１〜８ＧＮと光結合されたフォトトランジスタ１０Ｇの出力信号を発光素子駆動回路２０Ｇの発振周波数調整端子６Ｇに帰還する。発光ダイオード８Ｂ１〜８ＢＮと光結合されたフォトトランジスタ１０Ｂの出力信号を発光素子駆動回路２０Ｂの発振周波数調整端子６Ｂに帰還する。さらに、この場合、フォトトランジスタ１０Ｒにこのフォトトランジスタ１０Ｒと近接配置されている発光ダイオード８Ｇ１〜８ＧＮ，８Ｂ１〜８ＢＮの光が入射しないように赤フィルタ２５Ｒを設ける。フォトトランジスタ１０Ｇにこのフォトトランジスタ１０Ｇと近接配置されている発光ダイオード８Ｒ１〜８ＲＮ，８Ｂ１〜８ＢＮの光が入射しないように緑フィルタ２５Ｇを設ける。フォトトランジスタ１０Ｂにこのフォトトランジスタ１０Ｂに近接配置されている発光ダイオード８Ｒ１〜８ＲＮ，８Ｇ１〜８ＧＮの光が入射しないように青フィルタ２５Ｂを設ける。
【００３７】
この具体的な構成によると、外部の状況変化（例えば、電源７の電圧変化）にかかわらず混合色の輝度を一定に自動制御できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
発光素子を低電圧駆動で、低消費電力で駆動制御することができ、発光色が異なる複数の発光素子の輝度を個別に制御して自由な混合色を作り出すことができ、携帯電話装置などの操作パネルの発光素子の輝度制御や、白色の混合色の輝度を低電圧、低消費電力で駆動することができるので、液晶ディスプレイなどのバックライトなどに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１の発光素子駆動回路図
【図２】同実施の形態の発信周波数が高い時と低い時のタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態２の発光素子駆動回路図
【図４】本発明の実施の形態３の発光素子駆動回路図
【図５】同実施の形態の具体的な要部の構成図
【図６】従来の発光素子駆動回路例
【符号の説明】
【００４０】
１    接地端子
２    電源端子
３    出力端子
４，５    コンデンサ接続端子
６，６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ    発振周波数調整端子
７    電源
８    発光素子
８Ｒ１〜８ＲＮ    赤色の発光ダイオード
８Ｇ１〜８ＧＮ    緑色の発光ダイオード
８Ｂ１〜８ＢＮ    青色の発光ダイオード
１０，１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ    フォトトランジスタ
１１，１８    コンデンサ
１２    発振器
１３    インバータ
１４，１５，１６，１７    スイッチ素子
２０，２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ    発光素子駆動回路
【図１】
2006013014.tif 000003
【図２】
2006013014.tif 000004
【図３】
2006013014.tif 000005
【図４】
2006013014.tif 000006
【図５】
2006013014.tif 000007
【図６】
2006013014.tif 000008