KR20080094654A

KR20080094654A - 전원 장치, 발광 제어 장치, 표시 장치

Info

Publication number: KR20080094654A
Application number: KR1020087007313A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 이마나까
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-10-23
Also published as: TW200737665A; US20090160367A1; JPWO2007094194A1; TWI336988B; US8004213B2; JP4932821B2; CN101356717A; WO2007094194A1; CN101356717B

Abstract

본 발명에 따른 전원 장치는, 복수의 전하 전송용 스위치 Q1∼Q4를 클럭 신호 c1, c2에 따라서 주기적으로 온/오프시켜, 전하 축적용 캐패시터 C1의 충방전을 행함으로써, 입력 전압 Vi로부터 원하는 출력 전압 Vo를 생성하여 부하(LED)에 공급하는 차지 펌프 회로(54)와, 부하에의 출력 전류 Io(도 1에서는 그 참조 전류 Im)를 검출하는 출력 전류 검출 회로(57)와, 출력 전류 Io의 검출 결과에 기초하여 클럭 신호 c1, c2의 주파수를 가변 제어하는 클럭 신호 제어 수단(도 1에서는 주파수 변환 회로(52))을 갖고 이루어지는 구성으로 되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 부하의 경중에 따라서, 그 전력 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.

입력 전압, 출력 전압, 클럭 신호, 전력 효율, 동작 주파수

Description

전원 장치, 발광 제어 장치, 표시 장치{POWER SUPPLY DEVICE, EMISSION CONTROL DEVICE AND DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 차지 펌프 회로를 이용한 전원 장치와, 이것을 구비한 발광 제어 장치 및 표시 장치에 관한 것으로, 특히, 그 전력 효율 향상 기술에 관한 것이다.

도 6은, 차지 펌프 회로의 일 종래예를 도시하는 회로도이다. 또한, 본 도면의 차지 펌프 회로(100)는, 복수의 전하 전송용 스위치(101∼104)를 클럭 신호(도시 생략)에 따라서 주기적으로 온/오프시켜, 전하 축적용 캐패시터(105)의 충방전을 행함으로써, 입력 전압 Vi로부터 원하는 출력 전압 Vo(=2Vi)를 생성하는 구성으로 되어 있다.

상기의 플러스 승압 동작에 대해서 구체적으로 설명한다. 출력 전압 Vo의 생성 시에는, 우선, 차지 기간으로서, 스위치(101, 102)가 온으로 되고, 스위치(103, 104)가 오프로 된다. 이와 같은 스위칭 제어에 의해, 캐패시터(105)의 일단(A점)에는 입력 전압 Vi가 인가되고, 타단(B점)에는 접지 전압 GND가 인가된다. 따라서, 캐패시터(105)는, 그 양단 전위차가 거의 입력 전압 Vi로 될 때까지 충전된다.

캐패시터(105)의 충전 완료 후, 이번에는, 펌프 기간으로서, 스위치(101, 102)가 오프로 되고, 스위치(103, 104)가 온으로 된다. 이와 같은 스위칭 제어에 의해, B점은, 접지 전압 GND로부터 입력 전압 Vi로 인상된다. 여기서, 캐패시터(105)의 양단 간에는, 앞의 충전에 의해 입력 전압 Vi와 거의 동일한 전위차가 주어져 있기 때문에，B점의 전위가 입력 전압 Vi까지 인상되면, 그에 수반하여, A점의 전위도 2Vi(입력 전압 Vi+충전 전압 Vi)까지 인상된다. 이 때, A점은, 스위치(104) 및 출력용 캐패시터(106)를 통하여, 접지 단자에 접속되기 때문에, 출력용 캐패시터(106)는, 그 양단 전위차가 거의 2Vi로 될 때까지 충전된다.

이와 같이, 차지 펌프 회로(100)에서는, 상기의 차지 기간과 펌프 기간을 교대로 반복하여, 스위치(101∼104)를 주기적으로 온/오프시킴으로써, 그 출력 전압 Vo로서, 입력 전압 Vi를 2배로 플러스 승압한 플러스 승압 전압 2Vi가 인출된다.

또한, 차지 펌프 회로에 관련되는 그 밖의 종래 기술로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 출력 전압의 검출 결과에 기초하여 클럭 신호의 주파수를 가변 제어하는 차지 펌프 회로가 본원 출원인에 의해 개시·제안되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-272091호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

확실히, 상기 종래의 차지 펌프 회로(100)이면, 입력 전압 Vi를 플러스 승압 함으로써 원하는 출력 전압 Vo(=2Vi)를 생성하는 것이 가능하다.

그런데, 상기 종래의 차지 펌프 회로에서는, 부하의 경중에 따라서, 나아가서는, 부하에의 출력 전류 Io의 대소에 따라서, 그 동작 주파수 fin(클럭 신호의 주파수)과 전력 효율 η(입력 전력에 대한 출력 전력의 비율)와의 상관 관계, 혹은, 그 동작 주파수 fin과 출력 전압 Vo와의 상관 관계가 변동된다(도 7A, 도 7B를 참조).

보다 구체적으로 설명하면, 부하가 가벼운 경우, 즉, 출력 전류 Io가 작은 경우에는, 동작 주파수 fin을 높여 가면, 임의의 주파수를 경계로 하여, 차지 펌프 회로의 전력 효율 η가 저하되어 간다(도 7A의 마름모형 마크를 참조). 이와 같은 전력 효율 η의 저하는 차지 펌프 회로를 불필요하게 고속 동작시키고 있는 것에 기인한다.

한편, 부하가 무거운 경우, 즉, 출력 전류 Io가 큰 경우에는, 상기와 반대로, 동작 주파수 fin을 내려가면, 임의의 주파수를 경계로 하여, 차지 펌프 회로의 전력 효율 η가 저하되어 간다(도 7A의 사각 마크를 참조). 또한, 동작 주파수 fin이 너무 낮으면, 전력 효율 η의 저하뿐만 아니라, 출력 전압 Vo의 저하도 초래된다(도 7B의 사각 마크를 참조). 이와 같은 전력 효율 η나 출력 전압 Vo의 저하는, 차지 펌프 회로에서 원하는 승압 능력이 얻어지지 않는 것에 의한다.

또한, 상기 종래의 차지 펌프 회로에서는, 출력 전압 Vo의 저하 회피를 최우선으로 하여, 약간 높은 동작 주파수(예를 들면, 400∼1000[㎑])가 고정적으로 선택되고 있었다. 그 때문에, 상기 종래의 차지 펌프 회로에서는, 부하가 가벼운 경우에 불필요한 고속 동작이 행해지는 형태로 되어, 전력 효율 η의 저하가 초래되고 있었다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여, 부하의 경중에 따라서, 그 전력 효율 을 높이는 것이 가능한 전원 장치와 이것을 구비한 발광 제어 장치 및 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 전원 장치는, 복수의 전하 전송용 스위치를 클럭 신호에 따라서 주기적으로 온/오프시켜, 전하 축적용 캐패시터의 충방전을 행함으로써, 입력 전압으로부터 원하는 출력 전압을 생성하여 부하에 공급하는 차지 펌프 회로를 갖는 전원 장치로서, 상기 부하에 흐르는 전류에 따라서 상기 클럭 신호의 주파수를 가변 제어하는 구성(제1 구성)으로 되어 있다.

또한, 제1 구성으로 이루어지는 전원 장치에서, 상기 클럭 신호의 주파수는, 상기 부하에 흐르는 전류가 커질 때에는 높아지고, 상기 부하에 흐르는 전류가 작아질 때에는 낮아지는 구성(제2 구성)으로 하면 된다.

또한, 제1 또는 제2 구성으로 이루어지는 전원 장치에서, 상기 부하에 흐르는 전류는, 출력 전류에 따른 전류를 검출하는 출력 전류 검출 회로에 의해 검출하는 구성(제3 구성)으로 하면 된다.

또한, 제3 구성으로 이루어지는 전원 장치에서, 상기 출력 전류 검출 회로는, 상기 출력 전류에 따른 전류를 인입하기 위한 트랜지스터와, 상기 출력 전류에 따른 전류가 흐르는 센스 저항과, 상기 센스 저항의 양단 전위차에 따라서 그 출력 레벨이 변천되는 컴퍼레이터로 이루어지는 구성(제4 구성)으로 하면 된다.

또한, 제4 구성으로 이루어지는 전원 장치에서, 상기 출력 전류 검출 회로는, 상기 출력 전류가 소정의 임계값보다도 큰지의 여부를 검출하는 것이며, 상기 클럭 신호의 주파수는, 상기 출력 전류가 소정의 임계값보다도 크면, 제1 주파수로 되고, 반대로, 상기 출력 전류가 소정의 임계값보다도 작으면, 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로 되는 구성(제5 구성)으로 하면 된다.

혹은, 제1 구성으로 이루어지는 전원 장치에서, 상기 부하에 흐르는 전류는, 상기 부하의 구동 전류를 가변 제어할 때에 이용되는 소정의 제어 신호를 모니터링하여 판정하는 구성(제6 구성)으로 하여도 된다.

또한, 제6 구성으로 이루어지는 전원 장치는, 상기 부하의 구동 전류를 생성하는 구동 전류 생성 회로와, 상기 부하에 공급할 구동 전류의 전류량을 설정하기 위한 디지털 제어 신호로부터 상기 구동 전류 생성 회로의 제어에 적합한 아날로그 제어 신호를 생성하는 디지털/아날로그 변환기를 더 갖고, 상기 부하 전류의 판정에 이용되는 제어 신호는, 상기 디지털 제어 신호인 구성(제7 구성)으로 하면 된다.

또한, 제7 구성으로 이루어지는 전원 장치에서, 상기 클럭 신호의 주파수는, 상기 제어 신호에 기초하여 요구되는 구동 전류가 소정의 임계값보다도 크면, 제1 주파수로 되고, 반대로, 요구되는 구동 전류가 소정의 임계값보다도 작으면 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로 되는 구성(제8 구성)으로 하면 된다.

또한, 제1∼제8 중 어느 하나의 구성으로 이루어지는 전원 장치는, 소정의 주파수를 갖는 클럭 신호를 생성하는 발진 회로와, 상기 클럭 신호의 주파수 변환을 행하는 주파수 변환 회로를 더 갖고 이루어지며, 상기 차지 펌프 회로의 클럭 신호의 주파수는, 상기 주파수 변환 회로에 의해 변경되는 구성(제9 구성)으로 하 면 된다.

혹은, 제1∼제8 중 어느 하나의 구성으로 이루어지는 전원 장치는, 소정의 주파수를 갖는 클럭 신호를 생성하는 발진 회로를 더 갖고, 상기 차지 펌프 회로의 클럭 신호의 주파수는, 상기 발진 회로에 의해 변경되는 구성(제10 구성)으로 하여도 된다.

또한, 본 발명에 따른 발광 제어 장치는, 부하인 광원에의 전력 공급 수단과, 소정의 제어 신호에 기초하여 상기 광원의 구동 전류를 가변 제어하는 구동 전류 제어 수단을 갖고 이루어지는 발광 제어 장치로서, 상기 전력 공급 수단으로서, 상기 제1∼제10 중 어느 하나의 구성으로 이루어지는 전원 장치를 구비한 구성(제11 구성)으로 되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 표시 장치는, 표시 패널과, 상기 표시 패널을 조사하는 광원과, 상기 광원의 발광 제어 수단을 갖고 이루어지는 표시 장치로서, 상기 발광 제어 수단으로서, 상기 제11 구성으로 이루어지는 발광 제어 장치를 구비한 구성(제12 구성)으로 되어 있다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 부하의 경중에 따라서, 그 전력 효율을 높이는 것이 가능한 전원 장치와, 이것을 구비한 발광 제어 장치 및 표시 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 LED 드라이버를 탑재한 액정 표시 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 블록도.

도 2는 드라이버 회로(53)의 일 구성예를 도시하는 블록도.

도 3은 클럭 신호 c1∼c2의 일례를 도시하는 펄스 파형도.

도 4는 출력 전류 Io와 전력 효율 η와의 상관도.

도 5는 본 발명에 따른 LED 드라이버를 탑재한 액정 표시 장치의 제2 실시 형태를 도시하는 블록도.

도 6은 차지 펌프 회로의 일 종래예를 도시하는 회로도.

도 7A는 동작 주파수 fin과 전력 효율 η와의 상관도.

도 7B는 동작 주파수 fin과 출력 전압 Vo와의 상관도.

<부호의 설명>

1: 마이크로컴퓨터

2: LCD 드라이버

3: LCD 패널

4: LED 광원(백라이트)

5: LED 드라이버

51: 발진 회로

52: 주파수 변환 회로

53: 드라이버 회로

531: 타이밍 제너레이터

532∼533: 버퍼

54: 차지 펌프 회로

55: 구동 전류 생성 회로

56: 디지털/아날로그 변환 회로(DAC)

Q1∼Q4: 전하 전송용 트랜지스터

C1: 전하 축적용 캐패시터

C2: 출력용 캐패시터

Q5: 미러 전류 생성용 트랜지스터

INV: 인버터

Rs: 센스 저항

CMP: 컴퍼레이터

LED: 발광 다이오드

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

도 1은, 본 발명에 따른 LED[Light Emitting Diode] 드라이버를 탑재한 액정 표시 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 블록도이다.

도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 액정 표시 장치는, 마이크로컴퓨터(1)와, LCD[Liquid Crystal Display] 드라이버(2)와, LCD 패널(3)과, LED 광원(4)과, LED 드라이버(5)를 갖고 이루어진다.

마이크로컴퓨터(1)는, 장치 전체의 통괄 제어 수단으로서 기능하는 것 외에, 도시되지 않은 미디어 재생 장치 등으로부터 영상 신호의 입력을 받아, LCD 패널(3)의 RGB 각 화소를 구동하기 위한 데이터 신호 DATA와, LCD 패널(3)에서의 화 면 표시 처리의 동기를 취하기 위한 프레임 동기 신호(프레임 수평 방향의 동기를 취하기 위한 수평 동기 신호 HS, 및, 프레임 수직 방향의 동기를 취하기 위한 수직동기 신호 VS)를 분리 생성하는 수단으로서도 기능한다.

LCD 드라이버(2)는, 소스 제어부와 게이트 제어부(모두 도시 생략)를 갖고 이루어지고, 마이크로컴퓨터(1)로부터의 데이터 신호 DATA 및 프레임 동기 신호(수평 동기 신호 HS 및 수직 동기 신호 VS)에 기초하여, LCD 패널(3)의 소스 신호 및 게이트 신호를 각각 생성하고, LCD 패널(3)에 대하여 각 신호를 공급하는 수단이다.

LCD 패널(3)은, 수직 방향과 수평 방향으로, 각각, 소스 신호선 및 게이트 신호선을 복수 둘러치고, 양 신호선의 교점마다 설치된 액정 화소를 각각에 대응한 액티브 소자(전계 효과 트랜지스터)의 온/오프에 따라서 구동하는 구성(액티브 매트릭스형)으로 되어 있다.

또한，LCD 드라이버(2) 및 LCD 패널(3)의 구성은, 상기에 한정되는 것이 아니라, 단순 매트릭스형을 이용해도 된다.

LED 광원(4)은, LCD 패널(3)을 배면으로부터 조사하는 백라이트 수단이며, 백색광을 조사하는 발광 다이오드 LED(일반적으로는, 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 및, 청색 발광 다이오드로 이루어지는 발광 다이오드군)를 갖고 이루어진다. 또한, 본 도면에는 명시되어 있지 않지만, LCD 패널(3)과 LED 광원(4) 사이에는, LED 광원(4)에서 생성된 백색광을 LCD 패널(3)의 전체면에 균일 조사하기 위한 도광 수단이 설치되어 있다.

LED 드라이버(5)는, LED 광원(4)의 발광 제어(휘도 조정이나 화이트 밸런스 조정 등)를 행하는 수단이다. 또한, 본 실시 형태의 LED 드라이버(5)는, 발진 회로(51)와, 주파수 변환 회로(52)와, 드라이버 회로(53)와, 차지 펌프 회로(54)와, 구동 전류 생성 회로(55)와, 디지털/아날로그 변환 회로(56)(이하, DAC[Digital/Analog Converter](56)로 부름)와, 출력 전류 검출 회로(57)를 갖고 이루어진다.

발진 회로(51)는, 소정의 주파수를 갖는 클럭 신호 a를 생성하는 수단이다.

주파수 변환 회로(52)는, 출력 전류 검출 회로(57)의 검출 결과에 기초하여, 클럭 신호 a에 PFM[Pulse Frequency Modulation] 변조를 실시하여, 주파수 fin의 클럭 신호 b를 생성하는 수단이다.

드라이버 회로(53)는, 차지 펌프 회로(54)의 스위칭 제어에 이용하는 클럭 신호 c1, c2를 생성하는 수단으로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 클럭 신호 b로부터 클럭 신호 c1, c2를 생성하는 타이밍 제너레이터(531)와, 클럭 신호 c1, c2에 전류능력을 부여하여 출력하는 버퍼(532, 533)를 갖고 이루어진다. 또한, 타이밍 제너레이터(531)에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 소정 기간에서 차지 펌프 회로(54)의 전하 전송용 스위치가 동시에 오프로 되도록, 클럭 신호 c1, c2의 타이밍 조정이 행해진다.

차지 펌프 회로(54)는, 복수의 전하 전송용 스위치(P채널형 전계 효과 트랜지스터 Q1, Q3, Q4, 및, N 채널형 전계 효과 트랜지스터 Q2)를 클럭 신호 c1, c2에 따라서 주기적으로 온/오프시켜, 전하 축적용 캐패시터 C1의 충방전을 행함으로써, 입력 전압 Vi로부터 원하는 출력 전압 Vo(=2Vi)를 생성하여 부하(발광 다이오드LED)에 공급하는 수단이다. 또한, 출력 전압 Vo의 인출단과 접지단 사이에는, 출력용 캐패시터 C2가 접속되어 있다. 또한, 입력 전압 Vi를 생성하는 직류 전압원으로서는, 리튬 이온 배터리 등의 2차 전지를 이용해도 되고, 상용 교류 전압으로부터 직류 전압을 생성하는 AC/DC 컨버터를 이용해도 된다.

즉, 본 실시 형태의 LED 드라이버(5)에서는, 상기의 발진 회로(51), 주파수 변환 회로(52), 드라이버 회로(53), 및, 차지 펌프 회로(54)에 의해, 부하인 LED 광원(4)에의 전력 공급 수단(전원 장치)이 구성되어 있다.

구동 전류 생성 회로(55)는, DAC(56)로부터 입력되는 아날로그 제어 신호에 기초하여, 발광 다이오드 LED의 구동 전류를 생성하는 수단(가변 전류원)이다.

DAC(56)는, 발광 다이오드 LED에 공급할 구동 전류의 전류량을 설정하기 위한 디지털 제어 신호 CTL로부터, 구동 전류 생성 회로(55)의 제어에 적합한 아날로그 제어 신호를 생성하고, 이것을 구동 전류 생성 회로(55)에 공급하는 수단이다. 또한，DAC(56)는, 일단 입력된 디지털 제어 신호 CTL을 유지하는 레지스터로서의 기능도 갖고 있다.

즉, 본 실시 형태의 LED 드라이버(5)에서는, 상기의 구동 전류 생성 회로(55) 및 DAC(56)에 의해, 디지털 제어 신호 CTL에 기초하여 LED 광원(4)의 구동 전류를 가변 제어하는 구동 전류 제어 수단이 구성되어 있다. 이와 같은 구동 전류 제어 수단을 구비한 구성이면, 디지털 제어 신호 CTL에 기초하여, LED 광원(4)의 발광 제어(휘도 조정이나 화이트 밸런스 조정 등)를 행하는 것이 가능하게 된 다.

출력 전류 검출 회로(57)는, 발광 다이오드 LED에의 출력 전류 Io(본 실시 형태에서는, 출력 전류 Io에 따라서 그 전류 레벨이 변동되는 참조 전류 Im)를 검출하는 수단으로서, N채널형 전계 효과 트랜지스터 Q5와, 센스 저항 Rs와, 컴퍼레이터 CMP를 갖고 이루어진다.

다음으로，상기한 차지 펌프 회로(54)의 구성 및 동작에 대해서, 상세한 설명을 행한다.

차지 펌프 회로(54)에서, 트랜지스터 Q1의 소스는, 입력 전압 Vi의 인가단(이하, 입력 전압 인가단으로 부름)에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q1의 드레인은, 캐패시터 C1의 일단(A점)에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q1의 게이트는, 인버터 INV를 통하여, 드라이버 회로(53)의 제1 출력단에 접속되어 있고, 클럭 신호 c1이 반전 인가되어 있다. 상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 트랜지스터 Q1은, 입력 전압 인가단과 캐패시터 C1의 일단(A점)의 접속 선로를 온/오프하는 스위치 수단에 상당한다.

트랜지스터 Q2의 드레인은, 캐패시터 C1의 타단(B점)에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q2의 소스는, 접지단에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q2의 게이트는, 드라이버 회로(53)의 제1 출력단에 접속되어 있고, 클럭 신호 c1이 인가되어 있다. 상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 트랜지스터 Q2는, 접지단과 캐패시터 C1의 타단(B점)의 접속 선로를 온/오프하는 스위치 수단에 상당한다.

트랜지스터 Q3의 소스는, 입력 전압 인가단에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q3의 드레인은, 캐패시터 C1의 타단(B점)에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q3의 게이트는, 드라이버 회로(53)의 제2 출력단에 접속되어 있고, 클럭 신호 c2가 인가되어 있다. 상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 트랜지스터 Q3은, 입력 전압 인가단과 캐패시터 C1의 타단(B점)의 접속 선로를 온/오프하는 스위치 수단에 상당한다.

트랜지스터 Q4의 소스는, 캐패시터 C1의 일단(A점)에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q4의 드레인은, 출력 전압 Vo의 인출단(이하, 출력 전압 인출단으로 부름)에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q4의 게이트는, 드라이버 회로(53)의 제2 출력단에 접속되어 있고, 클럭 신호 c2가 인가되어 있다. 상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 트랜지스터 Q4는, 출력 전압 인출단과 캐패시터 C1의 일단(A점)의 접속 선로를 온/오프하는 스위치 수단에 상당한다.

상기 구성으로 이루어지는 차지 펌프 회로(54)의 플러스 승압 동작에 대해서 구체적으로 설명한다. 출력 전압 Vo의 생성 시에는, 우선, 차지 기간으로서, 트랜지스터 Q1, Q2가 온으로 되고, 트랜지스터 Q3, Q4가 오프로 된다(즉, 클럭 신호 c1, c2는 하이 레벨). 이와 같은 스위칭 제어에 의해, 캐패시터 C1의 일단(A점)에는 입력 전압 Vi가 인가되고, 타단(B점)에는 접지 전압 GND가 인가된다. 따라서, 캐패시터 C1은, 그 양단 전위차가 거의 입력 전압 Vi로 될 때까지 충전된다.

캐패시터 C1의 충전 완료 후, 이번에는, 펌프 기간으로서, 트랜지스터 Q1, Q2가 오프로 되고, 트랜지스터 Q3, Q4가 온으로 된다(즉, 클럭 신호 c1, c2는 로우 레벨). 이와 같은 스위칭 제어에 의해, B점은, 접지 전압 GND로부터 입력 전압 Vi로 인상된다. 여기서, 캐패시터 C1의 양단 간에는, 앞의 충전에 의해 입력 전압 Vi와 거의 동일한 전위차가 주어져 있기 때문에，B점의 전위가 입력 전압 Vi까지 인상되면, 그에 수반하여, A점의 전위도 2Vi(입력 전압 Vi+충전 전압 Vi)까지 인상된다. 이 때, A점은, 트랜지스터 Q4 및 출력용 캐패시터 C2를 통하여, 접지 단자에 접속되기 때문에, 출력용 캐패시터 C2는, 그 양단 전위차가 거의 2Vi로 될 때까지 충전된다.

이와 같이, 차지 펌프 회로(54)에서는, 상기의 차지 기간과 펌프 기간을 교대로 반복하여, 트랜지스터 Q1∼Q4를 주기적으로 온/오프시킴으로써, 그 출력 전압 Vo로서, 입력 전압 Vi를 2배로 플러스 승압한 플러스 승압 전압 2Vi가 인출된다.

다음으로，상기한 출력 전류 검출 회로(57)의 구성, 및, 그 검출 결과에 기초하는 주파수 변환 회로(52)의 주파수 변환 동작에 대해서, 상세한 설명을 행한다.

출력 전류 검출 회로(57)에서, 트랜지스터 Q5의 소스는, 캐패시터 C1의 일단(A점)에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q5의 드레인은, 센스 저항 Rs를 통해서 출력 전압 인출단에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q5의 게이트는, 드라이버 회로(53)의 제2 출력단에 접속되어 있고, 클럭 신호 c2가 인가되어 있다. 상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 트랜지스터 Q5는, 트랜지스터 Q4와 동기하여 온/오프 제어되며, 캐패시터 C1의 일단(A점)으로부터 참조 전압 Im을 인입하는 스위치 수단에 상당한다. 또한, 트랜지스터 Q5의 게이트 면적은, 트랜지스터 Q4의 게이트 면적에 비해, 1/N(예를 들면 1/10000)로 설계되어 있다. 따라서, 참조 전류 Im은, 출력 전류 Io의 1/N로 된다. 이와 같이, 참조 전류 Im을 검출하는 구성이면, 부하에의 전류 경로에 센스 저항을 개재시키지 않아도 되므로, 전력 손실을 초래하지 않는다.

컴퍼레이터 CMP의 비반전 입력단(+)은, 센스 저항 Rs의 일단(트랜지스터 Q5측)에 접속되어 있다. 컴퍼레이터 CMP의 반전 입력단(-)은, 센스 저항 Rs의 타단(출력 전압 인출단측)에 접속되어 있다. 컴퍼레이터 CMP의 출력단은, 주파수 변환 회로(52)의 제어단에 접속되어 있다. 따라서, 컴퍼레이터 CMP의 출력 레벨은, 센스 저항 Rs의 양단 전위차(참조 전압 Im의 전류값, 나아가서는, 출력 전류 Io의 전류값에 상당함)가 소정의 임계값보다도 큰지의 여부에 따라서, 변천되게 된다.

즉, 본 실시 형태의 출력 전류 검출 회로(57)는, 출력 전류 Io가 소정의 임계값 전류 Ith보다도 큰지의 여부를 검출하는 것이라고 할 수 있다.

한편, 본 실시 형태의 주파수 변환 회로(52)는, 출력 전류 검출 회로(57)에서 얻어진 검출 결과에 기초하여, 출력 전류 Io가 소정의 임계값 전류 Ith보다도 크면, 클럭 신호 b의 주파수 fin(나아가서는, 클럭 신호 c1, c2의 주파수 fin이며, 다시 말하면, 차지 펌프 회로(54)의 동작 주파수 fin)을 제1 주파수 fin1로 하고, 반대로, 출력 전류 Io가 소정의 임계값 전류 Ith보다도 작으면, 클럭 신호 b의 주파수 fin을 제1 주파수 fin1보다도 낮은 제2 주파수 fin2로 한다(도 4를 참조). 즉, 본 실시 형태의 주파수 변환 회로(52)에서는, 경부하 시에는 차지 펌프 회로(54)의 동작 주파수 fin을 내리도록, 클럭 신호 b의 주파수 fin이 가변 제어되고, 반대로, 중부하 시에는 차지 펌프 회로(54)의 동작 주파수 fin을 올리도록, 클럭 신호 b의 주파수 fin이 가변 제어된다.

이와 같은 출력 전류 귀환형의 구성이면, 차지 펌프 회로(54)의 동작 주파수 fin이 고정되어 있었던 종래 구성과 달리, 경부하 시에서의 불필요한 고속 동작이나, 중부하 시에서의 승압 능력의 저하를 회피할 수 있으므로, 부하의 경중에 따라서, 그 전력 효율 η를 높이는 것이 가능하게 된다.

특히, 드라이버 회로(53)보다도 전단에 주파수 변환 회로(52)를 설치한 본 구성이면, 차지 펌프 회로(54)의 전력 효율 향상뿐만 아니라, 드라이버 회로(53)의 소비 전력 저감도 도모할 수 있으므로, LED 드라이버(5) 전체의 전력 소비를 억제하는 것이 가능하게 된다.

또한，상기한 임계값 전류 Ith, 및, 제1 주파수 fin1 및 제2 주파수 fin2에 대해서는, 차지 펌프 회로(54)에서의 동작 주파수 fin과 전력 효율 η 및 출력 전압 Vo와의 상관 관계(예를 들면, 전술한 도 7A, 도 7B)를 고려하여 적절히 설정하면 된다.

계속해서, 본 발명에 따른 LED 드라이버를 탑재한 액정 표시 장치의 제2 실시 형태에 대해서 도 5를 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 5는, 본 발명에 따른 LED 드라이버를 탑재한 액정 표시 장치의 제2 실시 형태를 도시하는 블록도이다.

또한, 본 실시 형태의 액정 표시 장치는, 전술한 제1 실시 형태와 거의 마찬가지의 구성으로 이루어진다. 따라서, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성 부분에 대해서는, 도 1과 동일 부호를 붙임으로써 상세한 설명을 생략하고, 이하에서는, 본 실시 형태에 특유한 구성 부분에 대해서, 중점적인 설명을 행한다.

본 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 LED 드라이버(5)에서는, 전술한 출력 전류 검출 회로(57)가 제거되어 있고, 주파수 변환 회로(52)에서는, 발광 다이오드 LED의 구동 전류를 가변 제어할 때에 이용되는 디지털 제어 신호 CTL을 유용하고, 그 디지털 제어 신호 CTL에 기초하여 클럭 신호 b의 주파수 fin을 가변 제어하는 구성으로 되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 본 실시 형태의 주파수 변환 회로(52)는, 디지털 제어 신호 CTL에 기초하여, 발광 다이오드 LED에 요구되는 구동 전류(나아가서는 출력 전류 Io)가 소정의 임계값 전류 Ith보다도 크면, 클럭 신호 b의 주파수 fin(나아가서는, 클럭 신호 c1, c2의 주파수 fin이며, 다시 말하면, 차지 펌프 회로(54)의 동작 주파수 fin)을 제1 주파수 fin1로 하고, 반대로, 요구되는 구동 전류가 소정의 임계값 전류 Ith보다도 작으면, 클럭 신호 b의 주파수 fin을 제1 주파수 fin1보다도 낮은 제2 주파수 fin2로 한다(도 4를 참조). 즉, 본 실시 형태의 주파수 변환 회로(52)에서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 경부하 시에는 차지 펌프 회로(54)의 동작 주파수 fin을 내리도록, 클럭 신호 b의 주파수 fin이 가변 제어되고, 반대로, 중부하 시에는 차지 펌프 회로(54)의 동작 주파수 fin을 올리도록, 클럭 신호 b의 주파수 fin이 가변 제어된다.

이와 같은 레지스터 설정형의 구성이면, 전술한 제1 실시 형태와 비교하여, 출력 전류 검출 회로(57)를 요하지 않아, 경부하 시에서의 불필요한 고속 동작이나, 중부하 시에서의 승압 능력의 저하를 회피할 수 있으므로，보다 간이한 구성에 의해, 앞과 마찬가지의 효과를 발휘하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 액정 표시 장치에 탑재되는 LED 드라이버의 전원 장치에 본 발명을 적용한 경우를 예시하여 설명을 행하였지만, 본 발명의 적용 대상은 이에 한정되는 것이 아니라, 차지 펌프 회로를 이용한 전원 장치 전반에 널리 적용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 구성은, 상기 실시 형태 외에, 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 클럭 신호 c1, c2의 주파수 fin(나아가서는, 차지 펌프 회로(54)의 동작 주파수 fin)을 가변 제어하는 클럭 신호 제어 수단으로서, 주파수 변환 회로(52)를 설치한 구성을 예시하여 설명을 행하였지만, 본 발명의 구성은 이에 한정되는 것이 아니라, 1상의 클럭 신호에 의해 차지 펌프 회로(54)를 제어하도록 하거나, 주파수 변환 회로(52)를 제거하고, 발진 주파수를 임의로 절환하는 것이 가능한 발진 회로(51)를 설치해 두고, 출력 전류 Io의 검출 결과, 혹은, 장치 외부로부터의 제어 신호 CTL에 기초하여, 발진 회로(51)의 발진 주파수를 가변 제어하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기의 제1 실시 형태에서는, 출력 전류 검출 회로(57)의 일 요소로서, 컴퍼레이터 CMP를 이용한 구성을 예로 들어 설명을 행하였지만, 본 발명의 구성은 이에 한정되는 것이 아니라, 컴퍼레이터 CMP 대신에, 센스 저항 Rs의 양단 전압을 증폭 출력하는 증폭기를 설치하고, 그 증폭 출력에 기초하여, 차지 펌프 회로(54)의 동작 주파수 fin을 가변 제어하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는，2배 플러스 승압형의 차지 펌프 회로(54)를 이 용한 구성을 예로 들어 설명을 행하였지만, 본 발명의 구성은 이에 한정되는 것이 아니라, 복수의 전하 전송용 스위치를 클럭 신호에 따라서 주기적으로 온/오프시켜, 전하 축적용 캐패시터의 충방전을 행함으로써, 입력 전압으로부터 원하는 출력 전압을 생성하는 차지 펌프 회로이면, 플러스 승압/마이너스 승압을 불문하고, 또한, 어떠한 승압 배율의 것을 이용하여도 된다.

본 발명은, 차지 펌프 회로를 이용한 전원 장치의 전력 효율을 높이는 데 있어서 유용한 기술이며, 예를 들면, 배터리를 전원으로 하는 휴대 기기 등에 적합한 기술이다.

Claims

복수의 전하 전송용 스위치를 클럭 신호에 따라서 주기적으로 온/오프시켜, 전하 축적용 캐패시터의 충방전을 행함으로써, 입력 전압으로부터 원하는 출력 전압을 생성하여 부하에 공급하는 차지 펌프 회로를 갖는 전원 장치로서,

상기 부하에 흐르는 전류에 따라서 상기 클럭 신호의 주파수를 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서,

상기 클럭 신호의 주파수는, 상기 부하에 흐르는 전류가 커질 때에는 높아지고, 상기 부하에 흐르는 전류가 작아질 때에는 낮아지는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서,

상기 부하에 흐르는 전류는, 출력 전류에 따른 전류를 검출하는 출력 전류 검출 회로에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제3항에 있어서,

상기 출력 전류 검출 회로는, 상기 출력 전류에 따른 전류를 인입하기 위한 트랜지스터와, 상기 출력 전류에 따른 전류가 흐르는 센스 저항과, 상기 센스 저항 의 양단 전위차에 따라서 그 출력 레벨이 변천되는 컴퍼레이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제4항에 있어서,

상기 출력 전류 검출 회로는, 상기 출력 전류가 소정의 임계값보다도 큰지의 여부를 검출하는 것이며, 상기 클럭 신호의 주파수는, 상기 출력 전류가 소정의 임계값보다도 크면, 제1 주파수로 되고, 반대로, 상기 출력 전류가 소정의 임계값보다도 작으면, 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로 되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서,

상기 부하에 흐르는 전류는, 상기 부하의 구동 전류를 가변 제어할 때에 이용되는 소정의 제어 신호를 모니터링하여 판정하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제6항에 있어서,

상기 부하의 구동 전류를 생성하는 구동 전류 생성 회로와, 상기 부하에 공급할 구동 전류의 전류량을 설정하기 위한 디지털 제어 신호로부터 상기 구동 전류생성 회로의 제어에 적합한 아날로그 제어 신호를 생성하는 디지털/아날로그 변환기를 더 갖고,

상기 부하 전류의 판정에 이용되는 제어 신호는, 상기 디지털 제어 신호인 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제7항에 있어서,

상기 클럭 신호의 주파수는, 상기 제어 신호에 기초하여 요구되는 구동 전류가 소정의 임계값보다도 크면, 제1 주파수로 되고, 반대로, 요구되는 구동 전류가 소정의 임계값보다도 작으면, 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로 되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

소정의 주파수를 갖는 클럭 신호를 생성하는 발진 회로와, 상기 클럭 신호의 주파수 변환을 행하는 주파수 변환 회로를 더 갖고 이루어지며,

상기 차지 펌프 회로의 클럭 신호의 주파수는, 상기 주파수 변환 회로에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

소정의 주파수를 갖는 클럭 신호를 생성하는 발진 회로를 더 갖고,

상기 차지 펌프 회로의 클럭 신호의 주파수는, 상기 발진 회로에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
부하인 광원에의 전력 공급 수단과, 소정의 제어 신호에 기초하여 상기 광원 의 구동 전류를 가변 제어하는 구동 전류 제어 수단을 갖고 이루어지는 발광 제어 장치로서,

상기 전력 공급 수단으로서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 전원 장치를 포함한 것을 특징으로 하는 발광 제어 장치.
표시 패널과, 상기 표시 패널을 조사하는 광원과, 상기 광원의 발광 제어 수단을 갖고 이루어지는 표시 장치로서,

상기 발광 제어 수단으로서, 제11항의 발광 제어 장치를 포함한 것을 특징으로 하는 표시 장치.