专利名称：驱动电流产生器、led驱动器、照明设备和显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及向负载提供所需驱动电流的驱动电流产生器、以及结合有该驱动电流产生器的LED(发光二极管)驱动器、照明设备和显示设备。例如，本发明涉及用于液晶显示器的LED背光系统。
背景技术：
图6A和6B是分别示出了常规LED驱动器的示例的方框图。
如图6A所示，作为产生发光二极管LED的驱动电流i的装置，常规LED驱动器包括驱动晶体管No、感测电阻器Rs1和放大器AMP。这种常规LED驱动器配置成对驱动晶体管No进行导电性控制，以使从感测电阻器Rs1(具有电阻r)的一端导出的反馈电压Va(＝i×r)等于预定基准电压Vref(例如，见JP-A-2002-359090)。
在选择使用多个驱动电流i1-in之一的情况下，如图6B所示，使用开关SW1到SWn，从并行设置的感测电阻器Rs1到Rsn(具有电阻r1到rn；n≥2)中选择适当的感测电阻器。
显然，采用图6A和6B所示的常规LED驱动器，可以向用作负载的发光二极管LED提供所需驱动电流i。
但是，图6A和6B所示的LED驱动器具有以下缺点。对于图6A所示的LED驱动器，因为它具有在发光二极管LED的阴极与地之间串联了感测电阻器Rs1和驱动晶体管No的配置，所以使发光二极管LED发光所需的电池电压Vbat由如下方程(1)给出。
Vbat＝Vf+Vsat+Va＝Vf+Vsat+(i×r) (1)对于图6B所示的LED驱动器，因为它具有在发光二极管LED的阴极与地之间串联了感测电阻器Rs1到Rsn之一、开关SW1到SWn之一和驱动晶体管No的配置，所以使发光二极管LED发光所需的电池电压Vbat由如下方程(2)给出。
Vbat＝Vf+Vsat+Va＝Vf+Vsat+Vloss+(in×rn) (2)在上述方程(1)和(2)中，“Vf”代表发光二极管LED的正向电压降，“Vsat”代表驱动晶体管No的饱和电压，“Vloss”代表与开关SW1到SWn相对应的晶体管之一的饱和电压。
如上所述，在图6A和6B所示的常规LED驱动器中，由于存在反馈电压Va(例如，0.1V)，所以必须将电池电压Vbat设得高于必要的电压，以使发光二极管LED发光，从而不希望地降低了效率。
发明内容
鉴于上述常规技术中的问题，本发明的目的是提供一种能够在使效率的降低最小化的同时向负载提供所需驱动电流的驱动电流产生器，并提供具有这种驱动电流产生器的LED驱动器、照明设备和显示设备。
为了实现上述目的，根据本发明一个方案，向负载提供所需驱动电流的驱动电流产生器包括驱动晶体管，串联在负载的一端与地之间；第一电流控制部分，用于对驱动晶体管进行导电性控制，以使与流经基准电阻器的电流相当的监视电压等于预定基准电压，并用于产生与要提供给负载的驱动电流的行为相同的中间电流；电流镜像部分，用于产生以给定比率与中间电流相当的镜像电流，并用于将由此产生的镜像电流反馈至基准电阻器；以及第二电流控制部分，用于将驱动电流与中间电流的比率保持在给定值。
从以下参考附图的本发明优选实施例的详细描述中，本发明的其他特征、元件、步骤、优点和特性将更加明显。
图1是示出了根据本发明的显示设备的实施例的方框图；图2是示出了驱动电流产生器22的实施例的电路图；
图3是示出了驱动电流产生器22的修改示例的电路图；图4是示出了驱动电流产生器22的另一修改示例的电路图；图5是示出了发光部分3包括并行设置的多个发光二极管的情况的电路图；以及图6A和6B是分别示出了常规LED驱动器的示例的方框图。
具体实施例方式
图1是示出了根据本发明的显示设备的实施例的方框图。如图中所示，本实施例的显示设备是透射型液晶显示器，包括设备电源1、LED驱动器IC2、发光部分3、导光路径4和液晶显示板5(以下称作“LCD(液晶显示器)板5”)。
设备电源1向LED驱动器IC 2和显示设备的其他部分提供电能；设备电源1可以是从商业配送的AC(交流)电压产生DC(直流)电压的AC/DC转换器，或是可再充电电池之类的电池。
当提供有来自设备电源1的输入电压Vin时，LED驱动器IC 2对形成发光部分3的发光二极管(以下称为“LED”)31进行驱动和控制。LED驱动器IC 2包括DC/DC转换器21，用于从输入电压Vin产生要施加到LED 31阳极上的所需输出电压Vout；以及驱动电流产生器22，用于向LED 31提供所需驱动电流i。稍后将详细描述驱动电流产生器22的配置和操作。
发光部分3由LED 31构成，用于产生照明光，该照明光用作经由导光路径4从后面照亮LCD板5的背光。相比于将荧光灯管等用作背光的配置，采用将LED用作背光的配置可以提供电功耗低、使用寿命长、散热量减小和节省空间等有益效果。
形成发光部分3的LED 31由分别发射红、绿和蓝光的三个LED元件构成，它通过将从这三个LED元件发出的光混合在一起，产生所需颜色(在本实施例中是白色)的照明光。相比于将荧光灯管等用作背光的配置，采用将白色LED用作背光的配置可以扩展LCD板5的颜色再现范围。
导光路径4允许由发光部分3产生的光通过其中，从而在LCD板5的整个表面上提供均匀照明。导光路径4由反射片和导光片(表面经特殊处理的透明片)形成。
LCD板5由其间密封有液晶的两块玻璃板形成。通过向液晶施加电压，改变液晶分子的取向，来增大或减小从发光部分3经由导光路径4照射到LCD板5背面的光的透射率。注意，LCD板5由未示出的LCD控制器控制，以产生图像。
接下来，参考图2详细描述驱动电流产生器22的配置和操作。
图2是示出了驱动电流产生器22的实施例的电路图。
如图2所示，本实施例的驱动电流产生器22的构成元件包括N沟道场效应晶体管N0到N2、P沟道场效应晶体管P1和P2、放大器A1和A2、以及基准电阻器R1(具有电阻r)。
晶体管N0的漏极与LED 31的阴极相连，其源极接地，栅极与晶体管N1的栅极相连。晶体管N1的漏极与晶体管N2的源极相连，其源极接地。晶体管N2的漏极与晶体管P2的漏极相连。晶体管P1和P2的源极与电源线相连。晶体管P1和P2的栅极与晶体管P2的漏极相连。晶体管P1的漏极经由基准电阻器R1接地。
放大器A1的非反相输入端子(+)与施加有基准电压Vref的点相连，其反相输入端子(-)与基准电阻器R1的一端相连，其输出端子与晶体管N0和N1的栅极相连。
放大器A2的非反相输入端子(+)与晶体管N0的漏极相连，其反相输入端子(-)与晶体管N1的漏极相连，其输出端子与晶体管N2的栅极相连。
在如上配置的驱动电流产生器22中，晶体管N0串联在LED 31的阴极与地之间，用作向LED 31提供所需驱动电流i的驱动晶体管。
如上配置的驱动电流产生器22的构成功能块包括第一电流控制部分CC1、电流镜像部分CM1和第二电流控制部分CC2。
第一电流控制部分CC1由基准电阻器R1、放大器A1和晶体管N1构成。第一电流控制部分CC1对驱动晶体管N0进行导电性控制，以使与流经参考电阻器R1的镜像电流i1相当的监视电压V1等于预定基准电压Vref，并且第一电流控制部分CC1产生与驱动电流i的行为相同的中间电流i2。
电流镜像部分CM1由晶体管P1和P2构成。电流镜像部分CM1产生以给定比率与中间电流i2相当的镜像电流i1，并将由此产生的镜像电流i1反馈至基准电阻器R1。晶体管P1的漏极用作镜像电流i1的输出节点，晶体管P2的漏极用作中间电流i2的输入节点。
第二电流控制部分CC2由放大器A2和晶体管N2构成，并将驱动电流i与中间电流i2的比率保持在给定值。更具体地，在第二电流控制部分CC2中，对晶体管N2进行导电性控制，以使晶体管N1的漏极电压V2等于驱动晶体管N0的漏极电压V3(LED 31的阴极电压)。由于上述操作，晶体管N0到N1相对地的漏极电压彼此相等，从而可以使驱动电流i与中间电流i2彼此完全镜像。
在如上配置的驱动电流产生器22中，设计晶体管P1和P2的元件尺寸，以使电流镜像部分CM1中镜像电流i1与中间电流i2的比率是1∶m(＞1)。
如先前所述，在第一电流控制部分CC1中，执行镜像电流i1的反馈控制，以使监视电压V1等于基准电压Vref。
因此，由以下方程(3)和(4)给定镜像电流i1与中间电流i2。
i1＝V1/r＝Vref/f (3)i2＝m·i1＝m·Vref/r(4)另一方面，在如上配置的驱动电流产生器22中，设计晶体管N0到N1的元件尺寸，以使第二电流控制部分CC2中中间电流i2与驱动电流i的比率是1∶n(＞1)。
因此，由以下方程(5)给定提供给LED 31的驱动电流i。
i＝n·i2＝m·n·Vref/r (5)如上所述，与图6A与6B所示的常规配置不同，采用如上配置的驱动电流产生器22，可以向LED 31提供与基准电压Vref相当的所需驱动电流i，而不需要在LED 31的阴极与地之间放置感测电阻器。
在这种情况下，由以下方程(6)给出使LED 31发光所需的输出电压Vout。
Vout＝Vf+Vsat (6)在上述方程(6)中，“Vf”代表LED 31的正向电压降，“Vsat”代表驱动晶体管N0的饱和电压。
从上述方程(6)与前述方程(1)和(2)的比较中可知，相比于图6A与6B所示的常规配置，采用本实施例的LED驱动器IC 2，可以将LED 31的阴极电压降低到驱动晶体管N0的饱和电压Vsat(例如，50到100mV)。这降低了输出电压Vout，从而可以整体上提高系统的效率，并相应地减少具有LED驱动器IC 2的照明设备和显示设备的电功耗。
此外，如上所述，在本实施例的驱动电流产生器22中，镜像电流i1与中间电流i2的比率设为1∶m(＞1)，中间电流i2与驱动电流i的比率设为1∶n(＞1)。采用这种配置，可以使驱动电流产生器22所消耗的镜像电流i1与中间电流i2小于提供给LED 31的驱动电流i，从而可以使由于添加驱动电流产生器22而导致的电功耗的增加最小化。
尤其是在本发明应用于结合在诸如PDA(个人数字/数据助理)和便携式电话终端等使用电池作为设备电源1的电子装置中的照明设备时，可以延长电子装置的电池寿命。
上述实施例针对将本发明应用于透射型液晶显示设备的示例。但是，这并不意欲以任何方式限制本发明的应用；本发明可以广泛地应用于其他任何类型的驱动电流产生器、照明设备或显示设备中。
可以采用除以上具体描述的方式之外的其他方式来实施本发明，并在本发明的精神范围之内进行任何修改和改变。
例如，上述实施例针对其中使用将红、绿和蓝光混合在一起来产生白光的LED的示例。但是，不言而喻，本发明可应用于使用将以上具体描述的颜色光之外的其他任何颜色的光混合在一起来发射所需颜色光的LED、或者发射单色光的LED的配置。
上述实施例针对将LED 31的驱动电流i设为固定值的示例。但是，这不意欲以任何方式限制本发明的应用。例如，可以通过采用如图3所示使用开关SW1到SWn来从并行设置的基准电阻器R1到Rn(n≥2)中选择适当的基准电阻器的配置、或如图4所示使用开关SW1到SWn来从并行施加的基准电压Vref1到Vrefn(n≥2)中选择适当的基准电压的配置，将LED 31的驱动电流i设为可变的。要注意，即使在采用如上述所修改的配置的情况下，也由上述方程(6)给出使LED 31发光所需的输出电压Vout。因此，在这种情况下，也可以在使效率的降低最小化的同时向LED 31提供所需驱动电流i。
上述实施例针对向单个LED 31提供所需驱动电流i的配置。但是，这不意欲以任何方式限制本发明的应用。例如，本发明也可应用于如图5所示的以下配置针对并行设置的多个LED 31a和31b，以与上述实施例的配置方式相同的配置方式分别设置多个驱动电流产生器22a和22b，以向LED 31a和31b提供所需的驱动电流，驱动电流产生器22a和22b共享施加有基准电压Vref的点。采用这种配置，可以容易地使多个LED的驱动电流量彼此匹配。在采用如上述修改的配置的情况下，使LED 31a和31b发光所需的输出电压Vout是(Vf1+Vsat1)或(Vf2+Vsat2)中较高的任何一个。
本发明提供了以下优点有助于实现能够在使效率降低最小化的同时向负载提供所需驱动电流的驱动电流产生器；因此，有助于实现具有这种驱动电流产生器的LED驱动器、照明设备和显示设备。
在工业实用性方面，本发明在提高使用驱动电流产生器的系统的整体效率上是有用的。根据本发明的LED驱动器和照明设备可以用于构造诸如液晶显示器的背光系统，具有该LED驱动器和照明设备的显示设备的一些示例有液晶电视接收机、PDA的液晶显示器和便携式电话的液晶显示器。
虽然关于优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，显然可以对所公开的本发明进行多种方式的修改，并可以设想除上述具体提出的实施例之外的其他许多实施例。相应地，所附权利要求覆盖落入本发明的真实精神和范围之内的所有修改。
权利要求
1.一种驱动电流产生器，包括驱动晶体管，串联在负载的一端与地之间；第一电流控制部分，用于对驱动晶体管进行导电性控制，以使与流经基准电阻器的电流相当的监视电压等于预定基准电压，以及用于产生与要提供给负载的驱动电流的行为相同的中间电流；电流镜像部分，用于产生以给定比率与中间电流相当的镜像电流，并将由此产生的镜像电流反馈至基准电阻器；以及第二电流控制部分，用于将驱动电流与中间电流的比率保持在给定值。
2.根据权利要求1所述的驱动电流产生器，其中第一电流控制部分包括基准电阻器，其一端与电流镜像部分的镜像电流输出节点相连，其另一端接地；第一放大器，其一个输入端子与基准电阻器的一端相连，其另一输入端子与施加有基准电压的点相连，其输出端子与驱动晶体管的控制端子相连；以及第一晶体管，串联在电流镜像部分的中间电流输入节点与地之间，其控制端子与第一放大器的输出端子相连，其中第二电流控制部分包括第二晶体管，串联在电流镜像部分的中间电流输入节点与第一晶体管的一端之间；以及第二放大器，其一个输入端子与第一晶体管的一端相连，其另一输入端子与驱动晶体管的一端相连，其输出端子与第二晶体管的控制端子相连。
3.根据权利要求1所述的驱动电流产生器，其中镜像电流与中间电流的比率是1∶m，m＞1，中间电流与驱动电流的比率是1∶n，n＞1。
4.根据权利要求1所述的驱动电流产生器，还包括控制部分，用于改变基准电阻器的电阻或基准电压的电压值。
5.一种LED驱动器，包括驱动电流产生器，用于向至少一个发光二极管提供所需的驱动电流，其中驱动电流产生器包括驱动晶体管，串联在所述至少一个发光二极管的阴极与地之间；第一电流控制部分，用于对驱动晶体管进行导电性控制，以使与流经基准电阻器的电流相当的监视电压等于预定基准电压，以及用于产生与要提供给所述至少一个发光二极管的驱动电流的行为相同的中间电流；电流镜像部分，用于产生以给定比率与中间电流相当的镜像电流，并将由此产生的镜像电流反馈至基准电阻器；以及第二电流控制部分，用于将驱动电流与中间电流的比率保持在给定值。
6.根据权利要求5所述的LED驱动器，其中所述至少一个发光二极管包括多个发光二极管，LED驱动器包括向所述多个发光二极管提供所需的驱动电流的多个所述驱动电流产生器，所述多个驱动电流产生器共享施加有基准电压的点。
7.一种照明设备，包括至少一个发光二极管；LED驱动器，用于对所述至少一个发光二极管进行驱动和控制；以及设备电源，用于向LED驱动器提供电能，其中LED驱动器包括驱动电流产生器，用于向所述至少一个发光二极管提供所需驱动电流，其中驱动电流产生器包括驱动晶体管，串联在所述至少一个发光二极管的阴极与地之间；第一电流控制部分，用于对驱动晶体管进行导电性控制，以使与流经基准电阻器的电流相当的监视电压等于预定基准电压，以及用于产生与要提供给所述至少一个发光二极管的驱动电流的行为相同的中间电流；电流镜像部分，用于产生以给定比率与中间电流相当的镜像电流，并将由此产生的镜像电流反馈至基准电阻器；以及第二电流控制部分，用于将驱动电流与中间电流的比率保持在给定值。
8.根据权利要求7所述的照明设备，其中所述至少一个发光二极管包括多个发光二极管，LED驱动器包括用于向所述多个发光二极管提供所需驱动电流的多个所述驱动电流产生器，所述多个驱动电流产生器共享施加有基准电压的点。
9.根据权利要求7所述的照明设备，其中设备电源是电池。
10.一种显示设备，包括显示板；以及照明设备，用于对显示板进行照明，其中照明设备包括至少一个发光二极管；LED驱动器，用于对所述至少一个发光二极管进行驱动和控制；以及设备电源，用于向LED驱动器提供电能，其中LED驱动器包括驱动电流产生器，用于向所述至少一个发光二极管提供所需的驱动电流，其中驱动电流产生器包括驱动晶体管，串联在所述至少一个发光二极管的阴极与地之间；第一电流控制部分，用于对驱动晶体管进行导电性控制，以使与流经基准电阻器的电流相当的监视电压等于预定基准电压，以及用于产生与要提供给所述至少一个发光二极管的驱动电流的行为相同的中间电流；电流镜像部分，用于产生以给定比率与中间电流相当的镜像电流，并将由此产生的镜像电流反馈至基准电阻器；以及第二电流控制部分，用于将驱动电流与中间电流的比率保持在给定值。
11.根据权利要求10所述的显示设备，其中所述至少一个发光二极管包括多个发光二极管，LED驱动器包括用于向所述多个发光二极管提供所需的驱动电流的多个所述驱动电流产生器，所述多个驱动电流产生器共享施加有基准电压的点。
全文摘要
一种向LED提供所需驱动电流的驱动电流产生器包括驱动晶体管，串联在LED的一端与地之间；第一电流控制部分，用于对驱动晶体管进行导电性控制，以使与流经基准电阻器的电流相当的监视电压等于预定基准电压，并用于产生与驱动电流的行为相同的中间电流；电流镜像部分，用于产生以给定比率与中间电流相当的镜像电流，并用于将由此产生的镜像电流反馈至基准电阻器；以及第二电流控制部分，用于将驱动电流与中间电流的比率保持在给定值。采用这种配置，可以在使效率的下降最小化的同时向负载提供所需的驱动电流。
文档编号H01L33/00GK101071976SQ20071010087
公开日2007年11月14日 申请日期2007年4月20日 优先权日2006年5月8日
发明者中尾重治, 大宫裕司 申请人:罗姆股份有限公司