JP2012038782A - 発光素子駆動回路、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの発光色ごとに、効率の良い駆動制御を実現する。
【解決手段】各ＬＥＤに対応して平滑コンデンサＣＲ、ＣＧ、ＣＢを設ける。基準電圧Ｖref を各ＬＥＤについて個別に設定しておく。基準電圧Ｖref と各ＬＥＤに流れる電流の検出結果とを比較し、各ＬＥＤに流れる電流が一定になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から各ＬＥＤに電力を供給する。平滑コンデンサＣＲ、ＣＧ、ＣＢは設定された基準電圧Ｖref に応じて充電されるため、平滑コンデンサＣＲ、ＣＧ、ＣＢの切替時にＬＥＤに過大電流や過小電流が流れ込むことはなく、ＬＥＤの応答特性をより速く、供給電流をより安定的に供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は発光素子駆動回路、表示装置に関する。

特許文献１には、それぞれの定格電流値が異なる発光素子を順次選択制御する発光素子選択制御手段と、この発光素子選択制御手段により選択された発光素子に直流電源から供給される電流を所定の出力電流値に変換して出力する電源供給手段と、各発光素子に対応した補助容量を所定のタイミングで当該発光素子に並列接続させる補助容量接続制御手段を備えた、発光素子の駆動回路が記載されている。

特開２００７−２７３６６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている制御方式では、複数の発光素子が、例えば赤色に発光する赤色発光ダイオード（Ｒ−ＬＥＤ）、緑色に発光する緑色発光ダイオード（Ｇ−ＬＥＤ）、青色に発光する青色発光ダイオード（Ｂ−ＬＥＤ）であり、これら発光ダイオード（以下、適宜、ＬＥＤと略称する）を順次切替える場合、補助容量に電荷がまだ残っているため、切替えられたＬＥＤの順方向電圧との電圧差が存在する。この電圧差により、ＬＥＤの駆動電流において、アンダーシュートまたはオーバーシュートなどの、過度現象による波形変化が起きてしまう。この波形変化によって、駆動電流がＬＥＤの定格電流を超えたりすると、ＬＥＤにダメージを与えてしまうおそれがある。

本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は発光素子の駆動の際に、発光素子を順次切替えて駆動する場合でも、発光素子にダメージを与えることの無い発光素子駆動回路、および、それを用いた表示装置を提供することである。

上述した問題を解決するため、本発明による発光素子駆動回路は、発光色が異なる複数の発光素子が択一的に駆動されるように制御する切替制御部と、
前記複数の発光素子それぞれに対応して設けられ、対応する発光素子への供給電圧を平滑にする複数の容量素子と、
前記複数の容量素子のうち、駆動される発光素子に対応する容量素子を、前記電源と電気的に並列に接続するように制御する容量切替部と、
前記駆動される発光素子に流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出される電流値と前記発光素子に対して設定された基準値との比較結果に応じて前記発光素子へ供給される電圧を制御する供給電圧制御部と、
を含むことを特徴とする。

また、前記駆動される発光素子に応じて、前記基準値が設定されるのが望ましい。

さらに、前記容量切替部は、前記切替制御部による発光素子の駆動制御に連動して、容量素子の接続制御を行うのが望ましい。

ところで、前記発光素子を駆動するためにその両端子間に電圧を印加するためのスイッチが前記切替制御部によってオン状態になった後、前記容量切替部において、前記発光素子に対応する平滑コンデンサを前記電源と電気的に並列に接続するためのスイッチがオンになり、その後前記発光素子の両端子間の印加電圧が前記発光素子の閾値電圧を超えたときに前記発光素子が発光するように、前記閾値電圧が設定されているのが望ましい。

そして、前記容量切替部には、ゲート端子が共通で寄生ダイオードのアノード同士が接続された状態になっている一対のＭＯＳトランジスタからなるスイッチ部が、前記複数の容量素子それぞれに対応して複数設けられ、各スイッチ部のゲート端子への印加電圧を、前記切替制御部による発光素子の駆動制御に連動して変化させるのが望ましい。

なお、前記電流検出部は、前記複数の発光素子に共通に設けられているのが望ましい。

本発明による表示装置は、上記の発光素子駆動回路と、それによって駆動される、発光色が異なる複数の発光素子と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、発光素子の駆動の際に、発光素子を順次切替えて駆動する場合に、平滑コンデンサを切替えながら並列接続しても、発光素子にダメージを与える可能性が低い。

本発明による表示装置に用いる発光素子駆動回路の実施の一形態の主要構成部分を示す図である。 図１の発光素子駆動回路のより詳細な構成を示す図である。 図２の発光素子駆動回路の動作を示す波形図であり、過渡状態の動作を示す図である。 図２の発光素子駆動回路の動作を示す波形図であり、定常状態の動作を示す図である。 本発明による表示装置の動作を示す波形図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。

（発光素子駆動回路の駆動対象）
発光素子駆動回路の駆動対象は、プロジェクタの投写用など、表示装置の発光素子として用いられる発光ダイオードである。本実施形態では、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤが駆動対象である。発光ダイオードＲ−ＬＥＤの発光色は赤色（Ｒ）、発光ダイオードＧ−ＬＥＤの発光色は緑色（Ｇ）、発光ダイオードＢ−ＬＥＤの発光色は青色（Ｂ）、である。これら発光色が異なる発光ダイオードは、順方向電圧や定格電流が互いに異なるので、本実施形態の駆動回路では、各発光ダイオードに適切な電流を流す機能を有している。

（発光素子駆動回路の構成例）
図１において、本実施形態による発光素子駆動回路は、入力電圧Ｖinによる電流を安定させるためのインダクタ２と、発光ダイオードへ供給される電流の逆流を防止するためのダイオード３と、発光色が互いに異なる複数の発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤへの電圧の供給を制御（つまり、供給する電流を制御）するためのＬＥＤ切替制御回路ＳＷと、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤに供給される電圧を平滑にするための平滑コンデンサ部Ｃout と、この平滑コンデンサ部Ｃout と発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤの各アノードとの電気的接続を制御するためのコンデンサ切替回路ＳＷＣとを備えている。

また、本実施形態による発光素子駆動回路は、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤに流れる電流を検出するための電流検出回路５と、各発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤに流れる電流の基準値に対応する基準電圧Ｖref を生成するＶref 設定部４と、電流検出回路５による検出結果と基準電圧Ｖref との比較結果に応じて、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤへ供給される電流がそれぞれ適切な値になるように制御するＤＣ／ＤＣコンバータ１０とを備えている。

同図において、本実施形態による発光素子駆動回路は、発光色が異なる（すなわち、順方向電圧が異なる）複数の発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤをフィールドシーケンシャル駆動するために、これら発光ダイオードに対して択一的に、電流を供給する機能を有している。より具体的には、本回路への入力電圧Ｖinはインダクタ２およびダイオード３を介して、電圧Ｖout となり、この電圧Ｖout が択一的に発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤに印加される。これにより、電流が流れている発光ダイオードは所定の色に発光することになる。つまり、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤが択一的に発光し、フィールドシーケンシャルカラー表示が実現される。

発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤを択一的に発光させるために、図示せぬ制御回路から入力されるＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によって、ＬＥＤ切替制御回路ＳＷおよびコンデンサ切替回路ＳＷＣの切替制御が行われる。

（平滑コンデンサ部）
ここで、平滑コンデンサ部Ｃout には、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤそれぞれに対応して、平滑コンデンサＣＲ、ＣＧ、ＣＢが設けられている。つまり、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ専用の平滑コンデンサＣＲ、発光ダイオードＧ−ＬＥＤ専用の平滑コンデンサＣＧ、発光ダイオードＢ−ＬＥＤ専用の平滑コンデンサＣＢ、が平滑コンデンサ部Ｃout に設けられている。そして、ＬＥＤ切替制御回路ＳＷの切替制御によって駆動される発光ダイオードに対応する平滑コンデンサが選択されるように、コンデンサ切替回路ＳＷＣの切替制御が行われる。すなわち、発光ダイオードＲ−ＬＥＤが駆動される場合は平滑コンデンサＣＲが、発光ダイオードＧ−ＬＥＤが駆動される場合は平滑コンデンサＣＧが、発光ダイオードＢ−ＬＥＤが駆動される場合は平滑コンデンサＣＢが、それぞれ選択されるようにコンデンサ切替回路ＳＷＣによる切替制御が行われる。

（ＬＥＤ切替制御回路）
ここで、図１の各部のより詳細な構成を示す図２を参照すると、ＬＥＤ切替制御回路ＳＷには、ＮｃｈＭＯＳ型ＦＥＴ（以降、スイッチと略称する）が、各発光ダイオードに対応して、備えられている。すなわち、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応してスイッチＳＷＲが、発光ダイオードＧ−ＬＥＤに対応してスイッチＳＷＧが、発光ダイオードＢ−ＬＥＤに対応してスイッチＳＷＢが、それぞれ設けられている。そして、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤの各アノード端子はダイオード３のカソード側すなわち電圧Ｖout に接続されている。また、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤの各カソード端子は、対応する、スイッチＳＷＲ、スイッチＳＷＧ、スイッチＳＷＢのドレイン端子に接続されている。また、スイッチＳＷＲ、スイッチＳＷＧ、スイッチＳＷＢのゲート端子にはＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００の対応する制御信号が印加され、これらのソース端子は、共通に設けられた電流検出用の抵抗素子Ｒsense に接続されている。電流検出用の抵抗素子Ｒsenseは各発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤについて共通に設けられているので、回路規模の増加を最小限度に抑えることができる。

このような構成において、スイッチＳＷＲ、スイッチＳＷＧ、スイッチＳＷＢは、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によって択一的にオン状態になり、それぞれ対応する発光ダイオードに電流を流すためのスイッチとして機能する。

（コンデンサ切替回路）
図２を参照すると、コンデンサ切替回路ＳＷＣは、ゲート端子が共通でドレイン端子同士が直結された一対のＰｃｈＭＯＳ型ＦＥＴ（以降、スイッチと略称する）を、各発光ダイオードに対応して、備えている。すなわち、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応して２つのスイッチＳＷＣＲ−１およびＳＷＣＲ−２が、発光ダイオードＧ−ＬＥＤに対応して２つのスイッチＳＷＣＧ−１およびＳＷＣＧ−２が、発光ダイオードＢ−ＬＥＤに対応して２つのスイッチＳＷＣＢ−１およびＳＷＣＢ−２が、それぞれ設けられている。

スイッチＳＷＣＲ−１のソース端子にはダイオード３のカソード端子が接続され、スイッチＳＷＣＲ−２のソース端子はコンデンサＣＲの高電位側に接続されている。スイッチＳＷＣＧ−１のソース端子にはダイオード３のカソード端子が接続され、スイッチＳＷＣＧ−２のソース端子はコンデンサＣＧの高電位側に接続されている。スイッチＳＷＣＢ−１のソース端子にはダイオード３のカソード端子が接続され、スイッチＳＷＣＢ−２のソース端子はコンデンサＣＢの高電位側に接続されている。

なお、スイッチＳＷＣＲ−１およびＳＷＣＲ−２のゲート端子にはＬＥＤ切替制御回路ＳＷを構成するスイッチＳＷＲのドレイン端子が、スイッチＳＷＣＧ−１およびＳＷＣＧ−２のゲート端子にはＬＥＤ切替制御回路ＳＷを構成するスイッチＳＷＧのドレイン端子が、スイッチＳＷＣＢ−１およびＳＷＣＢ−２のゲート端子にはＬＥＤ切替制御回路ＳＷを構成するスイッチＳＷＢのドレイン端子が、それぞれ接続されている。

そして、スイッチＳＷＣＲ−１およびＳＷＣＲ−２、スイッチＳＷＣＧ−１およびＳＷＣＧ−２、スイッチＳＷＣＢ−１およびＳＷＣＢ−２は、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によって、択一的にオン状態になる。これにより、スイッチＳＷＣＲ−１およびＳＷＣＲ−２、ＳＷＣＧ−１およびＳＷＣＧ−２、ＳＷＣＢ−１およびＳＷＣＢ−２は、それぞれ対応する発光ダイオードに対応して設けられている平滑コンデンサＣＲ、ＣＧ、ＣＢに蓄積された電荷を、対応する発光ダイオードのアノードに供給するためのスイッチとして機能する。

ここで、スイッチを構成するＰｃｈＭＯＳ型ＦＥＴのドレイン同士が接続されているため、それらの寄生ダイオードＤ１およびＤ２は、アノード同士が接続された状態になっている。このため、各スイッチを構成するＰｃｈＭＯＳ型ＦＥＴのゲート電圧が、寄生ダイオードＤ１およびＤ２による閾値を超えた場合に、スイッチ部として機能するスイッチＳＷＣＲ−１およびＳＷＣＲ−２、スイッチＳＷＣＧ−１およびＳＷＣＧ−２、スイッチＳＷＣＢ−１およびＳＷＣＢ−２が導通状態に遷移する。

ところで、図２に示されているように、本実施形態では、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によってＬＥＤ切替制御回路ＳＷ内のいずれかのスイッチがオン状態に遷移した後、それに連動して、対応する発光ダイオードの閾値電圧を超える前に、コンデンサ切替回路ＳＷＣ内の一対のスイッチがオン状態に遷移する構成を採用している。すなわち、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００が印加されて発光ダイオードのアノード−カソード端子間（両端子間）に電圧を印加するためのスイッチがオンになった後、平滑コンデンサを電源に電気的に並列に接続するためのスイッチ（例えば、スイッチＳＷＣＲ−１およびＳＷＣＲ−２）がオンになり、その後発光ダイオードのアノード−カソード端子間の電圧が閾値電圧を超えたときにその発光ダイオードが発光する。つまり、ＰｃｈＭＯＳ型ＦＥＴの寄生ダイオードの閾値電圧よりも、発光ダイオードの閾値電圧が大となるようにしておくことにより、特別な制御回路を設けることなく、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００を入力するだけで、上記のような所望の連動した動作順序を実現することができる。

また、ＬＥＤ切替制御回路ＳＷおよびコンデンサ切替回路ＳＷＣについて、共通に、制御回路（図示せず）が設けられており、その制御回路から出力されるＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によってＬＥＤ切替制御回路ＳＷおよびコンデンサ切替回路ＳＷＣの切替制御が行われることになる。この構成を採用することにより、ＬＥＤ切替制御回路ＳＷおよびコンデンサ切替回路ＳＷＣについて別々に制御回路を設ける場合に比べて回路規模を小さくすることができ、かつ、消費電力を低減することができる。また、この構成を採用することにより、ＬＥＤ切替制御回路ＳＷおよびコンデンサ切替回路ＳＷＣについて、特別な電源を用意する必要がないので、この点からも回路規模を小さくすることができ、かつ、消費電力を低減することができる。

（電流検出回路）
図２を参照すると、電流検出回路５には、抵抗素子Ｒsense が設けられている。この抵抗素子Ｒsense に流れる電流Ｉout が電圧に変換され、その電圧値ＦＢがＤＣ／ＤＣコンバータ１０に入力される。ここで、ＬＥＤ切替制御回路ＳＷにおいてスイッチＳＷＲがオン状態になると発光ダイオードＲ−ＬＥＤが、スイッチＳＷＧがオン状態になると発光ダイオードＧ−ＬＥＤが、スイッチＳＷＢがオン状態になると発光ダイオードＢ−ＬＥＤが、それぞれ発光することになる。そして、これら発光ダイオードの発光の際における電流値が電流検出回路５によって検出される。

（Ｖref 設定部）
図２を参照すると、Ｖref 設定部４は、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応して設けられた可変抵抗素子４１Ｒおよびスイッチ４２Ｒと、発光ダイオードＧ−ＬＥＤに対応して設けられた可変抵抗素子４１Ｇおよびスイッチ４２Ｇと、発光ダイオードＢ−ＬＥＤに対応して設けられた可変抵抗素子４１Ｂおよびスイッチ４２Ｂと、を備えている。各スイッチ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの一端は電源電圧ＶCCに接続され、他端は各可変抵抗素子４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの一端に接続されている。可変抵抗素子４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの他端は抵抗素子４３を介してグランドに接続されている。

このような構成において、スイッチ４２Ｒ、４２Ｇ、４２ＢはＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によって、択一的にオン状態になる。これにより、発光ダイオードＲ−ＬＥＤが発光する期間ではスイッチ４２Ｒが、発光ダイオードＧ−ＬＥＤが発光する期間ではスイッチ４２Ｇが、発光ダイオードＢ−ＬＥＤが発光する期間ではスイッチ４２Ｂが、それぞれオン状態になる。このため、可変抵抗素子４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの抵抗値を適切に調整しておけば、各発光ダイオードの特性（定格電流など）に合った基準電圧Ｖref をＤＣ／ＤＣコンバータ１０に入力することができる。そして、発光色ＲＧＢについて所望の出力光量を得るために、赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂについて個別に基準電圧Ｖref を設定することができる。

また、抵抗の分圧によって基準電圧Ｖref を得る手法を述べてきたが、基準電圧発生器やＤ／Ａコンバータなどのデバイスを使うことも考えられる。

つまり、発光ダイオードＲ−ＬＥＤについて専用の基準電圧Ｖref を、発光ダイオードＧ−ＬＥＤについて専用の基準電圧Ｖref を、発光ダイオードＢ−ＬＥＤについて専用の基準電圧Ｖref を、それぞれ設定することができる。すなわち、各ＬＥＤの電流設定は、基準電圧Ｖrefを変更することによって行うことができる。基準電圧Ｖref の設定変更は、それぞれの点灯制御信号に応じて例えば抵抗分圧によって実現できる。各発光ダイオードを流れる「ＬＥＤ電流」と、電流検出回路５の抵抗素子Ｒsenseの抵抗値である「検出抵抗値」との関係は、式（１）のようになる。
ＬＥＤ電流＝基準電圧（Ｖref ）／検出抵抗値 … （１）
なお、各可変抵抗素子４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの抵抗値調整は、マイクロコンピュータなど図示せぬ制御回路によってディジタル的に行われるのが一般的である。

ところで、各発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤの温度特性は互いに異なる。本実施形態では、各発光ダイオードについて、個別に基準電圧Ｖref を適切に設定できる。適切に設定された基準電圧Ｖref に基づいて制御されるため、各発光ダイオードについて適切かつ効率良く制御を行うことができる。また、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤについて、基準電圧Ｖref を個別に設定できるので、各発光ダイオードの定格電流をオーバしないように制御できる。

（ＤＣ／ＤＣコンバータの構成例）
図１および図２を参照すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、電流検出回路５によって検出される電流値に対応する電圧値ＦＢと、Ｖref 設定部４の出力である基準電圧Ｖref とを入力とし、フィードバック制御を行う。すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、基準電圧Ｖref に対する電圧値ＦＢの変化に応じた電圧値を出力する。

本実施形態において用いられるＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、Ｖref 設定部４に設定された基準電圧Ｖref を非反転入力、電圧値ＦＢを反転入力とし両者の差に相当する電圧値を出力するエラーアンプ（Error AMP）１１と、発振器１２の発振出力に同期した鋸状波電圧を発生する鋸状波発生器１３と、その鋸状波電圧を非反転入力、エラーアンプ１１の出力電圧値を反転入力とするＰＷＭコントローラ１４と、発振器１２の発振出力の遷移タイミングでセット状態になり、ＰＷＭコントローラ１４の出力の遷移タイミングでリセット状態になるリセットセットフリップフロップ（以降、ＲＳＦＦと略称する）１５と、ＲＳＦＦ１５の出力Ｑに応じて駆動信号を出力する駆動回路１６と、駆動回路１６から出力される駆動信号によってオン状態またはオフ状態になるＮＭＯＳＦＥＴによるスイッチ１７と、を備えている。

このＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、Ｖref 設定部４に設定された基準電圧Ｖref と、電流検出回路５において検出される電流に対応する電圧値ＦＢとの比較結果に応じて、各発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤに供給される電流が一定になるように動作する。このＤＣ／ＤＣコンバータ１０については、各発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤに供給される電流を一定に保つことができれば、昇圧型、降圧型、昇降圧型のいずれの構成を採用してもよい。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、Ｏｎ／Ｏｆｆ信号によって、その動作がオン状態またはオフ状態に制御される。このＯｎ／Ｏｆｆ信号はＰＷＭ制御信号であり、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤの点灯制御信号１００に同期しているものとする。

（発光素子駆動回路の動作）
次に、本実施形態による発光素子駆動回路の動作について説明する。本実施形態では、発光ダイオードを流れる電流に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から出力する電圧を制御している。

まず、発光ダイオードを流れる電流値は電流検出回路５において検出され、それが電圧値ＦＢに変換されて出力される。この出力される電圧値ＦＢは、Ｖref 設定部４に設定された基準電圧Ｖref と共にＤＣ／ＤＣコンバータ１０に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０では、電流検出回路５から出力される電圧値が、Ｖref 設定部４に設定された基準電圧Ｖref と比較され、その結果に応じた電圧値が出力される。つまり、本実施形態の発光素子駆動回路では、発光ダイオードを流れる電流値を検出し、その検出結果に応じて制御された電圧値が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から出力される。

入力電圧ＶinはインダクタＬを介してダイオード３のアノード側に印加される。ダイオード３のカソード側は電圧Ｖout としてコンデンサ切替回路ＳＷＣおよび、各発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤに、印加される。

発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤは、フィールドシーケンシャルカラー駆動方式を実現するため、ＬＥＤ切替制御回路ＳＷにより、択一的にオン状態に制御される。

ＬＥＤ切替制御回路ＳＷは、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤについて、発光ダイオードＲ−ＬＥＤを点灯する状態、発光ダイオードＧ−ＬＥＤを点灯する状態、発光ダイオードＢ−ＬＥＤを点灯する状態、のいずれかの状態になるように、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によって制御される。

コンデンサ切替回路ＳＷＣは、ＬＥＤ切替制御回路ＳＷと連動して動作する。すなわち、発光ダイオードＲ−ＬＥＤを点灯する状態では、その発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応して設けられたコンデンサＣＲが入力電圧Ｖinの電圧源に並列に接続されるように、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によって制御される。同様に、発光ダイオードＧ−ＬＥＤを点灯する状態では、その発光ダイオードＧ−ＬＥＤに対応して設けられたコンデンサＣＧが入力電圧Ｖinの電圧源に並列に接続されるように、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によって制御される。また、発光ダイオードＢ−ＬＥＤを点灯する状態では、その発光ダイオードＢ−ＬＥＤに対応して設けられたコンデンサＣＢが入力電圧Ｖinの電圧源に並列に接続されるように、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００によって制御される。

要するに、Ｏｎ／Ｏｆｆ信号がオン状態でＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作している間は、Ｒ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤの動作制御信号により各色ＬＥＤについて、点灯・消灯が順次切替えられる。これにより、例えば、プロジェクタの投写光源が作り出される。それと同時に、点灯するＬＥＤに応じて、対応するコンデンサＣＲ、ＣＧ、ＣＢを順次切替えることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧を平滑化する。

（各部の波形例）
図３および図４は、上述した発光素子駆動回路の動作例を示す波形図である。これらの図は、発光ダイオードＲ−ＬＥＤを点灯する場合の動作例を示している。なお、各波形図において、作図の都合から、電圧または電流の脈動の表現は省略している。

図３は、発光素子駆動回路のコンデンサＣＲが充電されるまでの、過渡状態（発光素子駆動回路への電源投入時または各コンデンサの充電電圧が低い場合）における動作を示す波形図である。同図には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のオン状態を示す信号ＤＣ／ＤＣ＿ＯＮ、図１及び図２中の電圧Ｖout 、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応するスイッチＳＷＲのオン状態を示すＲ＿ＯＮ、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応するスイッチＳＷＣＲ−１の導通状態を示すＳＷＣＲ−１、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応するスイッチＳＷＣＲ−２の導通状態を示すＳＷＣＲ−２、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応するコンデンサＣＲの充電電圧を示すＶＣＲ、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに流れる電流Ｉout 、が示されている。

同図において、点灯制御信号１００に同期しているＯｎ／Ｏｆｆ信号がオン状態すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作している期間において、プロジェクタの画像処理（図示せず）により発光ダイオードＲ−ＬＥＤ点灯が必要である時に、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００のＲ信号がＨｉｇｈレベルに遷移する（時刻ｔ０）。

すると、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応する、ＬＥＤ切替回路ＳＷ内のスイッチＳＷＲがオフ状態（遮断状態）からオン状態（導通状態）に変化する。これにより、電流Ｉout が流れ始める。このとき、発光ダイオードＲ−ＬＥＤの駆動電流が所望の値になるように、Ｖref 設定部４によりＤＣ／ＤＣコンバータ１０への基準電圧Ｖref が設定される。また、コンデンサ切替回路ＳＷＣ内のスイッチＳＷＣＲ−１およびＳＷＣＲ−２のゲート端子がＬｏｗレベルになる。

その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作し始め、電圧Ｖout が徐々に上昇する。電圧Ｖout が上昇し、スイッチＳＷＣＲ−１のソース−ゲート端子間の電圧が闘値電圧Ｖthに達したら、スイッチＳＷＣＲ−１が導通に転じ（時刻ｔ１）、スイッチＳＷＣＲ−２の寄生ダイオードＤ２を通じてコンデンサＣＲが充電され始める。これにより、電圧Ｖout が少し低下する（時刻ｔ２）。

そして、コンデンサＣＲの充電電圧がスイッチＳＷＣＲ−２の閾値電圧Ｖth2 に達したら、スイッチＳＷＣＲ−２が導通に転じ（時刻ｔ３）、コンデンサＣＲは完全にＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧Ｖout に電気的に並列に接続された状態になる。つまり、コンデンサＣＲは、入力電圧Ｖinを供給する電圧源に並列接続された状態になり、平滑コンデンサとして機能する。その後、電圧Ｖout が再び上昇し、コンデンサＣＲにはＲ−ＬＥＤ点灯に必要な最適な電圧が充電される。電圧Ｖout が上昇して、発光ダイオードＲ−ＬＥＤの閾値電圧を超えると、発光ダイオードＲ−ＬＥＤが発光する。

発光ダイオードＲ−ＬＥＤに流れ込んだ電流は、抵抗素子Ｒsense を通じて検出され、電圧信号に変換され、エラーアンプ１１に入力される。エラーアンプ１１では、予め設定された基準電圧Ｖref と比較され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０にフィードバックされる。その結果、所望の定電流が生成され、安定した投写光源が得られる。

以上のように、発光ダイオードの両端子間に電圧を印加するためのスイッチがオンになった後、平滑コンデンサを電源に電気的に並列に接続するためのスイッチがオンになり、さらに発光ダイオードの両端子間の電圧が閾値電圧を超えたときにその発光ダイオードが発光する。

一方、図４は、発光素子駆動回路のコンデンサが充電されている状態、すなわち定常状態における動作を示す波形図である。同図は、図３の場合と同様に、Ｒ−ＬＥＤを点灯する場合の例を示している。

図４において、点灯制御信号１００に同期しているＯｎ／Ｏｆｆ信号がオン状態すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作している期間において、プロジェクタの画像処理（図示せず）により発光ダイオードＲ−ＬＥＤ点灯が必要である時に、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００のＲ信号がＨｉｇｈレベルに遷移する（時刻ｔ０）。

すると、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応する、ＬＥＤ切替回路ＳＷ内のスイッチＳＷＲがオフ状態（遮断状態）からオン状態（導通状態）に変化する。これにより、電流Ｉout が流れ始める。このとき、発光ダイオードＲ−ＬＥＤの駆動電流が所望の値になるように、Ｖref 設定部４によりＤＣ／ＤＣコンバータ１０への基準電圧Ｖref が設定される。また、コンデンサ切替回路ＳＷＣ内のスイッチＳＷＣＲ−１およびＳＷＣＲ−２のゲート端子がＬｏｗレベルになる。

その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作し始め、電圧Ｖout が徐々に上昇する。電圧Ｖout が上昇し、スイッチＳＷＣＲ−１のソース−ゲート端子間の電圧が闘値電圧Ｖthに達したら、スイッチＳＷＣＲ−１が導通に転じる（時刻ｔ２）。ただし、図３の場合と異なり、コンデンサＣＲの充電電圧は、すでにスイッチＳＷＣＲ−２の閾値電圧Ｖth2 に達しているため（時刻ｔ０）、スイッチＳＷＣＲ−１が導通に転じた時、コンデンサＣＲは、入力電圧Ｖinを供給する電圧源に並列接続された状態になり、平滑コンデンサとして機能する。ただし、スイッチＳＷＣＲ−１が導通に転じた時、コンデンサＣＲの充電電圧はわずかに低下することがある（時刻ｔ２）。しかしながら、この低下があっても、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに流れる電流Ｉout に影響することはなく、一定電流に保たれる。

ところで、本回路は一度動作し始めたら、平滑コンデンサＣＲ、ＣＧ、ＣＢについて、それぞれ対応するＬＥＤを点灯させる電圧まで充電され、維持される。そのため、平滑コンデンサを切替える時には、素早くＬＥＤへの電流供給に寄与でき、ＬＥＤの点灯応答性能を向上させることができる。

なお、発光ダイオードＧ−ＬＥＤや発光ダイオードＢ−ＬＥＤを点灯する場合も、上記と同様の動作となり、これら発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤが順次切替えられながら動作する。

（表示装置の動作）
図５は、上述した発光素子駆動回路を採用した表示装置の動作例を示す波形図である。同図には、ＲＧＢ−ＬＥＤ点灯制御信号１００のうち、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤをそれぞれ点灯させるための信号Ｒ、Ｇ、Ｂと、Ｖref 設定部４により設定される基準電圧Ｖref と、図１及び図２中の電圧Ｖout と、平滑コンデンサ部Ｃout の各平滑コンデンサＣＲ、ＣＧ、ＣＢが利用される期間と、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤに流れる電流Ｉout 、が示されている。

図５において、信号Ｒ、Ｇ、Ｂのパルス幅（Ｈｉｇｈレベルの時間）が異なるのは、各色の発光ダイオードの点灯期間を異なるものにしているためである。そして、発光ダイオードＲ−ＬＥＤの点灯期間においては、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応する平滑コンデンサＣＲが、入力電圧Ｖinの電圧源に並列に接続される。同様に、発光ダイオードＧ−ＬＥＤの点灯期間においては発光ダイオードＧ−ＬＥＤに対応する平滑コンデンサＣＧが、発光ダイオードＢ−ＬＥＤの点灯期間においては発光ダイオードＢ−ＬＥＤに対応する平滑コンデンサＣＢが、入力電圧Ｖinの電圧源に並列に接続される。

また、発光ダイオードＲ−ＬＥＤの点灯期間においては、発光ダイオードＲ−ＬＥＤに対応する基準電圧Ｖref が設定される。同様に、発光ダイオードＧ−ＬＥＤの点灯期間においては発光ダイオードＧ−ＬＥＤに対応する基準電圧Ｖref が、発光ダイオードＢ−ＬＥＤの点灯期間においては発光ダイオードＢ−ＬＥＤに対応する基準電圧Ｖref が、それぞれ設定される。本例では、基準電圧Ｖref の低い順に、発光ダイオードＢ−ＬＥＤ、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、発光ダイオードＧ−ＬＥＤになっている。したがって、電圧Ｖout および電流Ｉout は、基準電圧Ｖref に応じたレベルになっている。

このように、発光ダイオードＲ−ＬＥＤについて専用の基準電圧Ｖref を、発光ダイオードＧ−ＬＥＤについて専用の基準電圧Ｖref を、発光ダイオードＢ−ＬＥＤについて専用の基準電圧Ｖref を、それぞれ適切に設定できるので、各発光ダイオードに過大電流や過少電流が流れ込む不都合を回避でき、定格電流をオーバしないように制御できる。これにより、表示装置の画質に悪影響を与えたり、各素子の寿命を縮めたりする可能性が少なくなる。

（変形例）
上述した実施形態では各発光ダイオードについてアノードコモンの構成を採用しているが、これに限定されず、カソードコモンの構成を採用してもよい。カソードコモンの構成を採用する場合、図２において、ＮＭＯＳＦＥＴとＰＭＯＳＦＥＴとの接続を入れ換えた構成を用いれば良い。

以上の説明において、発光ダイオードの発光色は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）としたが、上記の赤色（Ｒ）には橙から赤の領域の色が含まれてもよいし、上記の緑色（Ｇ）には緑から黄緑の領域の色が含まれてもよい。

（まとめ）
本実施形態では、コンデンサ切替回路により、発光ダイオードＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤには対応する平滑コンデンサＣＲ、ＣＧ、ＣＢを独立的に接続することができるので、コンデンサ切替時にＬＥＤに過大電流や過小電流が流れ込むことはない。これにより、ＬＥＤの応答特性をより速く、供給電流をより安定的に供給することができる。しかも、高電圧電源を別途用意する必要性も無く、より少ない部品点数で、かつ、より小さい実装面積による回路を実現できる。

なお、本実施形態による発光素子駆動回路は、携帯型のプロジェクタ、据置型のプロジェクタその他の表示装置において、フィールドシーケンシャル駆動方式を採用する場合に利用することができる。

２ インダクタ
３ ダイオード
４ Ｖref 設定部
５ 電流検出回路
１０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ エラーアンプ
１２ 発振器
１３ 鋸状波発生器
１４ ＰＷＭコントローラ
１５ リセットセットフリップフロップ
１６ 駆動回路
１７ ＮＭＯＳＦＥＴ
４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ 可変抵抗素子
４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ スイッチ
４３ 抵抗素子
Ｒ−ＬＥＤ 赤色発光ダイオード
Ｇ−ＬＥＤ 緑色発光ダイオード
Ｂ−ＬＥＤ 青色発光ダイオード
Ｃout 平滑コンデンサ部
ＣＲ、ＣＧ、ＣＢ 平滑コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２ 寄生ダイオード
Ｌ インダクタ
Ｒsense 抵抗素子
ＳＷ ＬＥＤ切替制御回路
ＳＷＣ コンデンサ切替回路

Claims (7)

1. 発光色が異なる複数の発光素子が択一的に駆動されるように制御する切替制御部と、
   前記複数の発光素子に対応して設けられ、対応する発光素子への供給電圧を平滑にする複数の容量素子と、
   前記複数の容量素子のうち、駆動される発光素子に対応する容量素子を、前記電源と電気的に並列に接続するように制御する容量切替部と、
   前記駆動される発光素子に流れる電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部によって検出される電流値と前記発光素子に対して設定された基準値との比較結果に応じて前記発光素子へ供給される電圧を制御する供給電圧制御部と、
   を含むことを特徴とする発光素子駆動回路。
2. 請求項１において、
   前記駆動される発光素子に応じて、前記基準値が設定されることを特徴とする発光素子駆動回路。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記容量切替部は、前記切替制御部による発光素子の駆動制御に連動して、容量素子の接続制御を行うことを特徴とする発光素子駆動回路。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項において、
   前記発光素子を駆動するためにその両端子間に電圧を印加するためのスイッチがオン状態になった後、前記容量切替部において、前記発光素子に対応する平滑コンデンサを前記電源と電気的に並列に接続するためのスイッチが前記切替制御部によってオンになり、その後前記発光素子の両端子間の印加電圧が前記発光素子の閾値電圧を超えたときに前記発光素子が発光するように、前記閾値電圧が設定されていることを特徴とする発光素子駆動回路。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項において、
   前記容量切替部には、ゲート端子が共通で寄生ダイオードのアノード同士が接続された状態になっている一対のＭＯＳトランジスタからなるスイッチ部が、前記複数の容量素子それぞれに対応して複数設けられ、各スイッチ部のゲート端子への印加電圧を、前記切替制御部による発光素子の駆動制御に連動して変化させることを特徴とする発光素子駆動回路。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項において、
   前記電流検出部は、前記複数の発光素子に共通に設けられていることを特徴とする発光素子駆動回路。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の発光素子駆動回路と、
   前記発光素子駆動回路によって駆動される、発光色が異なる複数の発光素子と、
   を含むことを特徴とする表示装置。