DE112018006766T5 - LED-Luminanz-Steuerschaltung, LED-Luminanz-Steuerverfahren und LED-Luminanz-Steuerprogramm - Google Patents

Abstract

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine LED-Steuerschaltung vorgesehen, umfassend eine LED-Spannungserzeugungseinheit, eine LED-Spannungssteuereinheit und eine LED-Stromsteuereinheit, wobei die LED-Spannungserzeugungseinheit konfiguriert ist, um eine Spannung an eine LED auf der Grundlage eines von der LED-Spannungssteuereinheit eingegebenen LED-Spannungsbefehlswerts anzulegen, die LED-Spannungssteuereinheit konfiguriert ist, um den LED-Spannungsbefehlswert auf der Grundlage eines Kathodenpotenzials der LED zu bestimmen und die LED-Stromsteuereinheit konfiguriert ist, um einen Wert eines Stroms, der durch die LED fließt, auf der Grundlage des LED-Spannungsbefehlswerts zu steuern.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine LED-Luminanz-Steuerschaltung, ein LED-Luminanz-Steuerverfahren und ein LED-Luminanz-Steuerprogramm.
• Hintergrund der Erfindung
• Leuchtdioden (LED) werden in verschiedenen Bereichen wie Beleuchtungsgeräten und Anzeigeeinrichtungen eingesetzt. Die LED weist eine Polarität wie andere allgemeine Dioden auf, und wird durch Anlegen einer positiven Spannung an die Anode in Bezug auf die Kathode verwendet. Während die Spannung niedrig ist, steigt der Strom nicht an, selbst wenn die Spannung ansteigt und es wird kein Licht emittiert. Wenn dann die Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Anstieg in dem Strom in Bezug auf die Spannung schnell und entsprechend der Strommenge wird Licht emittiert. Diese Spannung wird als Vorwärtsabfallspannung (nachstehend als VF bezeichnet) bezeichnet.
• Literaturverzeichnis
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung Nr. 2008-004707
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Da die Lichtausbeute der LED eine Temperaturabhängigkeit aufweist, variiert sich zudem die Luminanz in Abhängigkeit von der Einrichtungstemperatur, sogar wenn der fließende Strom konstant ist. Daher kann man sagen, dass die Luminanz der LED stabil wird, wenn die Einrichtungstemperatur konvergiert und das dauert eine gewisse Zeit (siehe 6A). Vor allem bei medizinischen Anzeigen und dergleichen, wo eine Stabilität der Luminanz wichtig ist, wird dies als ein gravierendes Problem erkannt.
• Andererseits kann zur Lösung eines solchen Problems ein Temperatursensor und eine Kompensationsschaltung in der Schaltung vorgesehen werden. In diesem Fall kann unter Verwendung der von dem Temperatursensor erhaltenen Temperaturinformation durch die Kompensationsschaltung eine geeignete Rückkopplung gegeben werden, um die Luminanz der LED frühzeitig zu stabilisieren. Alternativ kann, da die VF der LED eine Temperaturabhängigkeit aufweist (siehe 6B), die Luminanz der LED frühzeitig stabilisiert werden, indem eine Detektionsschaltung, die die Temperaturabhängigkeit detektiert und eine geeignete Kompensationsschaltung bereitgestellt werden. Bei diesen Verfahren werden jedoch zusätzlich ein Temperatursensor oder eine Detektionsschaltung und eine Kompensationsschaltung benötigt. Somit entstehen nicht nur hohe Kosten, sondern es kann sogar als Folge von Platzbeschränkungen unmöglich sein, sie zu installieren.
• Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf solche Umstände durchgeführt und ist in der Lage, sowohl Kosten als auch Installationsplatz zu unterdrücken. Der Zweck dieser Erfindung ist es, eine LED-Luminanz-Steuerschaltung, ein LED-Luminanz-Steuerverfahren und ein LED-Luminanz-Steuerprogramm bereitzustellen, die die Luminanz der LED stabilisieren können.
• Lösung des Problems
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine LED-Steuerschaltung vorgesehen, umfassend eine LED-Spannungserzeugungseinheit, eine LED-Spannungssteuereinheit und eine LED-Stromsteuereinheit, wobei die LED-Spannungserzeugungseinheit konfiguriert ist, um eine Spannung an eine LED auf der Grundlage eines von der LED-Spannungssteuereinheit eingegebenen LED-Spannungsbefehlswerts anzulegen, die LED-Spannungssteuereinheit konfiguriert ist, um den LED-Spannungsbefehlswert auf der Grundlage eines Kathodenpotentials der LED zu bestimmen und die LED-Stromsteuereinheit konfiguriert ist, um einen Wert eines Stroms, der durch die LED fließt, auf der Grundlage des LED-Spannungsbefehlswerts zu steuern.
• In der LED-Steuerschaltung nach diesem Aspekt wird der Wert eines durch die LED fließenden Stroms gesteuert, auf der Grundlage des LED-Spannungsbefehlswerts, der die Ausgangsspannung der Energieversorgung (LED-Spannungserzeugungseinheit), die eine Spannung an die LED anlegt, auf einen geeigneten Wert einstellt, der den Zielstrom fließen lassen kann. Zur Realisierung einer derartigen Konfiguration wird ein Temperatursensor oder eine Kompensationsschaltung nicht benötigt. Das heißt, sowohl die Kosten als auch der Installationsplatz können unterdrückt werden und die Luminanz der LED kann frühzeitig stabilisiert werden.
• Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden.
• Vorzugsweise stellt die LED-Spannungssteuereinheit einen Wert ein, der durch Ausführen einer vorbestimmten Berechnung des Stromwerts als ein Zielwert des Kathodenpotentials erhalten wird und sie bestimmt den LED-Spannungsbefehlswert auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses des Zielwerts und eines tatsächlich gemessenen Werts des Kathodenpotentials.
• Vorzugsweise ist eine Speichereinheit vorgesehen, die konfiguriert ist, um eine Nachschlagetabelle zu speichern, in der eine Entsprechungsbeziehung zwischen einer Luminanz und dem LED-Spannungsbefehlswert vorgegeben ist, wobei die LED-Stromsteuereinheit den Stromwert auf der Grundlage einer gewünschten Luminanz, eines LED-Spannungsbefehlswerts in der Nachschlagetabelle entsprechend der gewünschten Luminanz und eines tatsächlichen LED-Spannungsbefehlswerts steuert.
• Vorzugsweise ist eine Einrichtung vorgesehen, die eine LED und die oben beschriebene Schaltung umfasst, wobei die Luminanz der LED durch die Schaltung gesteuert wird.
• Vorzugsweise handelt es sich bei der Einrichtung um eine Beleuchtungseinrichtung, eine Anzeigeeinrichtung, eine Bildverarbeitungseinrichtung oder eine medizinische Bildeinrichtung.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer LED-Luminanz vorgesehen, umfassend: Steuern eines Werts eines Stroms, der durch eine LED fließt, auf der Grundlage eines LED-Spannungsbefehlswerts, der in eine Energieversorgung, die eine Spannung an die LED anlegt, von einem Controller der Energieversorgung eingegeben wird und Bestimmen des LED-Spannungsbefehlswerts auf der Grundlage eines Kathodenpotentials.
• Bei dem LED-Luminanz-Steuerverfahren nach diesem Aspekt wird ein Wert eines Stroms, der durch eine LED fließt, auf der Grundlage eines LED-Spannungsbefehlswerts, der in eine Energieversorgung, die eine Spannung an die LED anlegt, von einem Controller der Energieversorgung eingegeben wird, gesteuert. Zur Implementierung eines derartigen Verfahrens wird ein Temperatursensor oder eine Kompensationsschaltung nicht benötigt. Das heißt, sowohl die Kosten als auch der Installationsplatz können unterdrückt werden und die Luminanz der LED kann frühzeitig stabilisiert werden.
• Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Programm vorgesehen, um einen Computer zu veranlassen, eine vorbestimmte Funktion auszuführen, umfassend: Steuern eines Werts eines Stroms, der durch eine LED fließt, auf der Grundlage eines LED-Spannungsbefehlswerts, der in eine Energieversorgung, die eine Spannung an die LED anlegt, von einem Controller der Energieversorgung eingegeben wird und Bestimmen des LED-Spannungsbefehlswerts auf der Grundlage eines Kathodenpotentials.
• In dem LED-Luminanz-Steuerprogramm nach diesem Aspekt wird ein Wert eines Stroms, der durch eine LED fließt, auf der Grundlage eines LED-Spannungsbefehlswerts, der in eine Energieversorgung, die eine Spannung an die LED anlegt, von einem Controller der Energieversorgung eingegeben wird, gesteuert. Zur Ausführung dieses Programms wird ein Temperatursensor oder eine Kompensationsschaltung nicht benötigt. Das heißt, sowohl die Kosten als auch der Installationsplatz können unterdrückt werden und die Luminanz der LED kann frühzeitig stabilisiert werden.
• Figurenliste
• 1 ist ein funktionales Blockdiagramm einer LED-Luminanz-Steuerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 ist ein Schaltplan einer Konstantstromschaltung.
• 3 ist ein Beispiel einer Nachschlagetabelle, die die Entsprechungsbeziehung zwischen der LED-Luminanz, dem LED-Strombefehlswert und dem LED-Spannungsbefehlswert definiert.
• 4 ist eine grafische Darstellung der zeitlichen Änderung des Luminanzfehlers, in der die Wirkung der Ausführungsform bestätigt werden kann.
• 5 ist eine grafische Darstellung der LED-Temperatur gegenüber der LED-Luminanz, in der die Wirkungen der Ausführungsform bestätigt werden können.
• 6A und 6B sind grafische Darstellungen, die die Temperaturabhängigkeit einer herkömmlichen LED zeigen. 6A ist eine grafische Darstellung der LED-Temperatur gegenüber der LED-Luminanz und 6B ist eine grafische Darstellung der LED-Temperatur gegenüber der VF.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Insbesondere umfasst in der vorliegenden Beschreibung eine „Einheit“ z.B. eine Kombination von Hardware-Ressourcen, die durch eine Schaltung im weitesten Sinne implementiert werden und einem Informationsprozess durch Software, der durch diese Hardware-Ressourcen spezifisch realisiert werden kann. Ferner werden in der vorliegenden Ausführungsform verschiedene Arten von Informationen behandelt, aber all diese Informationen werden als Bitgruppe von Binärzahlen dargestellt, die durch den Pegel des Signalwerts aus 0 oder 1 zusammengesetzt sind und eine Kommunikation oder ein Betrieb wird auf einer Schaltung im weiteren Sinne durchgeführt.
• Die Schaltung im weitesten Sinne wird durch die geeignete Kombination von mindestens einer Schaltung, einem Schaltkreis, einem Prozessors, einem Speicher und dergleichen realisiert. Das heißt, es kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikeinrichtung (z.B. eine einfache programmierbare Logikeinrichtung (SPLD), eine komplexe programmierbare Logikeinrichtung (CPLD), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA)) und dergleichen enthalten sein.
• Gesamtstruktur
• In diesem Abschnitt wird jede Komponente der LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 beschrieben.
• 1 ist ein Funktionsblockschaltbild einer LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 umfasst eine Berechnungseinheit 2 (ein Beispiel für eine „LED-Spannungssteuereinheit“ und einen „Controller“ in den Ansprüchen), eine Konstantstrom-Einstelleinheit 3, eine VF-Konstantspannungs-Einstelleinheit 4 (ein Beispiel für eine „LED-Spannungserzeugungseinheit“ und eine „Energieversorgung“ in den Ansprüchen) und eine LED-Einheit 5. Die Berechnungseinheit 2 und die Konstantstrom-Einstelleinheit 3 sind ein Beispiel für diejenigen, die in den Ansprüchen eine Funktion als eine „LED-Stromsteuereinheit“ realisieren. Nachstehend wird jedes der Konfigurationselemente 2 bis 5 ausführlich beschrieben.
• Berechnungseinheit 2
• Die Berechnungseinheit 2 umfasst eine Speichereinheit 21, eine Vergleichseinheit 22, eine Verarbeitungseinheit 23, eine V_kref-Einstelleinheit 24, eine Vergleichseinheit 25 und eine Verarbeitungseinheit 26.
• <Speichereinheit 21 >
• Die Speichereinheit 21 speichert eine Nachschlagetabelle T, die später beschrieben wird. Die Nachschlagetabelle T bestimmt vorab eine Entsprechungsbeziehung zwischen der einzustellenden Luminanz, einem LED-Spannungsbefehlswert C2 (nachstehend einfach als Befehlswert C2 bezeichnet), der von einer Verarbeitungseinheit 26 in die VF-Konstantspannungs-Einstelleinheit 4 eingegeben wird und einem LED-Strombefehlswert C1 (nachstehend einfach als Befehlswert C1 bezeichnet), der von einer Verarbeitungseinheit 23 in die Konstantstrom-Einstelleinheit 3 eingegeben wird. Dies wird in Abschnitt 2 ausführlich beschrieben.
• Darüber hinaus speichert die Speichereinheit 21 ein von der Verarbeitungseinheit 23 ausgeführtes Programm und verschiedene Arten von Informationen (z.B. einen vom Benutzer eingestellten Zielluminanzwert oder ähnliches). Dies kann als eine Speichereinrichtung wie z.B. ein Solid State Laufwerk (SSD) und ein Festplattenlaufwerk (HDD) implementiert werden. Die Speichereinheit 21 kann auch als ein Speicher wie z.B. ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) implementiert werden, der vorübergehend notwendige Informationen (Argumente, Arrays usw.) in Bezug auf Programmoperationen speichert. Es kann auch eine Kombination von diesen verwendet werden.
• <Vergleichseinheit 22>
• Die Vergleichseinheit 22 vergleicht den von der Verarbeitungseinheit 26 eingegebenen Befehlswert C2 mit der Nachschlagetabelle T in der Speichereinheit 21 und führt das Vergleichsergebnis an die Verarbeitungseinheit 23 zurück. Genauer gesagt passt die Vergleichseinheit 22 den von der Verarbeitungseinheit 23 ausgegebenen Befehlswert C1 an, um einen LED-Stromwert l_led so anzupassen, dass der aus der Nachschlagetabelle T erhaltene Zielbefehlswert OC2 und der Befehlswert C2 gleich werden.
• <Verarbeitungseinheit 23>
• Die Verarbeitungseinheit 23 gibt als Anfangseinstellung einen Befehlswert C1 eines anfänglichen Stromeinstellwerts, der der einzustellenden Luminanz entspricht, an einen Stromeinstellungs-DAC 31 aus. Ferner gibt die Verarbeitungseinheit 23 den von der Vergleichseinheit 22 angepassten Befehlswert C1 an den Stromeinstellungs-DAC 31 aus. Gleichzeitig gibt die Verarbeitungseinheit 23 den angepassten Befehlswert C1 auch an die V_kref-Einstelleinheit 24 aus.
• <V_kref Einstelleinheit 24>
• Die V_kref-Einstelleinheit 24 empfängt den Befehlswert C1 von der Verarbeitungseinheit 23. Dann wird ein Befehlswert V_kref des Kathodenpotentials berechnet, indem der Befehlswert C1 in einen LED-Stromwert l_led umgewandelt wird und eine vorbestimmte Berechnung ausgeführt wird (z.B. in der Gleichung (1) unten dargestellt). Dann wird der berechnete Zielwert V_kref des Kathodenpotentials an die Vergleichseinheit 25 ausgegeben. $$\text{V\_kref}=\text{I\_led}\times \text{T\_s}+\text{V\_ds}$$

  

  Hier ist V_ds in der Gleichung (1) eine Spannung, die zwischen der Drain 322d und der Source 322s in dem N-Typ-MOS-FET 322 in 2 angelegt wird und ist ein Schwankungswert, der durch den Widerstandswert des N-Typ-MOS-FETs 322, wenn der MOS-FET 322 eingeschaltet ist und durch den LED-Stromwert l_led definiert wird.
• <Vergleichseinheit 25>
• Die Vergleichseinheit 25 vergleicht den Befehlswert V_kref des Kathodenpotentials, der von der V_kref-Einstelleinheit 24 eingegeben wird, mit einem tatsächlichen Messwert V_k des Kathodenpotentials und passt den von der Verarbeitungseinheit 26 ausgegebenen Befehlswert C2 so an, dass V_kref und V_k gleich werden.
• <Bearbeitungseinheit 26>
• Die Verarbeitungseinheit 26 gibt den von der Vergleichseinheit 25 eingestellten Befehlswert C2 an den VF-Einstellungs-DAC 41 der VF-Konstantspannungs-Einstelleinheit 4 aus. Der VF-Einstellungs-DAC 41 gibt eine Rückkopplungsspannung an eine Konstantspannungsschaltung 42 auf der Grundlage des Eingangsbefehlswerts C2 aus und erhält dadurch einen gewünschten LED-Spannungswert V_led. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verarbeitungseinheit 26 den Befehlswert C2 auch an die Vergleichseinheit 22 ausgibt. Wie im Abschnitt über die Vergleichseinheit 22 beschrieben, wird dieser Befehlswert C2 mit dem Zielbefehlswert OC2 in der Nachschlagetabelle T der Speichereinheit 21 verglichen und der Befehlswert C1 wird als eine Rückkopplung eingestellt. Der Befehlswert C2 wird später ausführlich beschrieben.
• Konstantstrom-Einstelleinheit 3
• Die Konstantstrom-Einstelleinheit 3 weist einen Stromeinstellungs-DAC 31 und eine Konstantstromschaltung 32 auf.
• <Stromeinstellungs-DAC 31 >
• Der Stromeinstellungs-DAC 31 gibt die Spannung an die Konstantstromschaltung 32 auf der Grundlage des von der Verarbeitungseinheit 23 der Berechnungseinheit 2 ausgegebenen Befehlswert C1 aus, um den Strom des LED-Stromwerts l_led (nachstehend einfach als Strom l_led bezeichnet), der an die LED-Einheit 5 geführt wird, einzustellen. Der eingestellte Strom l_led wird durch die unten beschriebene Konstantstromschaltung 32 realisiert.
• <Konstantstromschaltung 32>
• 2 zeigt ein Schaltbild der Konstantstromschaltung 32. Wie in 2 dargestellt, enthält die Konstantstromschaltung 32 einen Operationsverstärker 321, einen N-Typ-MOS-FET 322 und einen Widerstand 323 (Widerstandswert: R_s).
• In der in 2 dargestellten Konstantstromschaltung 32 ist die Drain 322d des N-Typ-MOS-FETs 322 mit der Kathodenseite der LED-Einheit 5 verbunden. Dann fließt der Strom l_led von der LED-Einheit 5 in die Drain 322d hinein. In dieser Konstantstromschaltung 32 fließt der Strom l_led im Idealfall nicht zu dem Gate 322g, sondern vollständig zu der Source 322s. Die Konstantstromschaltung 32 ist über den Widerstand 323 mit Masse verbunden. Daher wird auf der Oberseite des Widerstandes 323, d.h. dem negativen Eingangsanschluss 321n des Operationsverstärkers 321, ein Potential von l_led x R_s erzeugt. Die Schaltung arbeitet so, dass dieses Potential gleich dem Potential des positiven Eingangsanschlusses 321p des Operationsverstärkers 321 ist. Das heißt, in der Konstantstrom-Einstelleinheit 3 ist der Stromeinstellungs-DAC 31 mit dem positiven Eingangsanschluss 321p des Operationsverstärkers 321 verbunden und der Strom l_led kann entsprechend dem von dem positiven Eingangsanschluss 321p eingegebenen Potentialwert gesteuert werden.
• VF-Konstantspannungs-Einstelleinheit 4
• Die VF-Konstantspannungs-Einstelleinheit 4 weist einen VF-Einstellungs-DAC 41 und eine Konstantspannungsschaltung 42 auf.
• <VF-Einstellungs-DAC 41>
• Der VF-Einstellungs-DAC 41 empfängt den von der Verarbeitungseinheit 26 der Berechnugseinheit 2 ausgegebenen Befehlswert C2 und gibt die dem Befehlswert C2 entsprechende Ausgangsspannung an die Rückkopplungsschaltung der Konstantspannungsschaltung 42 aus. Infolgedessen wird die Ausgangsspannung der verbundenen Konstantspannung so angepasst, dass der gewünschte LED-Spannungswert V_led realisiert wird.
• Die Ausgangsspannung der Konstantspannungsschaltung entspricht der LED-Spannung VF in der LED-Einheit 5. Wie oben beschrieben, ist es, um einen gewünschten Konstantstrom durch die LED fließen zu lassen, notwendig, die Vorwärtsabfallspannung VF oder höher anzulegen. VF ist jedoch temperaturabhängig und nicht konstant. Daher wird der durch die LED fließende Strom überwacht, um einen gewünschten Konstantstromzustand zu sein und die Konstantspannungsschaltung wird zurückgeführt, um die Konstantspannung von VF indirekt zu steuern bzw. zu regeln. Genauer gesagt passt die Vergleichseinheit 25 den Befehlswert C2 ein, der der Ausgang der Verarbeitungseinheit 26 ist und führt eine Rückkopplung auf die Konstantspannungsschaltung aus, bis das tatsächlich gemessene Kathodenpotential V_k gleich zu dem Befehlswert V_kref wird. In dem Moment, in dem sie gleich werden, fließt der Zielkonstantstrom durch die LED und die Ausgangsspannung der Konstantspannungsschaltung wird auf die erforderliche VF unter der Elementtemperatur eingestellt.
• <Konstantspannungsschaltung 42>
• Die Konstantspannungsschaltung 42 ist eine Schaltung zum stabilen Ausgeben der VF-Spannung der LED. Wie oben beschrieben, ist die Konstantspannungsschaltung 42 mit dem VF-Einstellungs-DAC 41 verbunden, der Rückkopplungsbetrag wird durch die Ausgangsspannung des VF-Einstellungs-DAC 41 angepasst und die Konstantspannungsschaltung 42 wird so gesteuert, dass sie den gewünschten LED-Spannungswert V_led erzeugt. Die Ausgangsspannung wird als eine Anodenspannung an die LED-Einheit 5 angelegt.
• LED-Einheit 5
• Die LED-Einheit 5 ist ein Modul mit einer Vielzahl von LEDs und kann beispielsweise als eine Hintergrundbeleuchtung einer Anzeigeeinrichtung (LED-Anzeige) verwendet werden. Die Spannung des LED-Spannungswerts V_led wird an die Anodenseite angelegt und die LED in der LED-Einheit 5 emittiert Licht. Zu diesem Zeitpunkt wird in der LED-Einheit 5 eine Spannung VF erzeugt und der Strom l_led fließt. Die Luminanz der LED hängt von dem LED-Stromwert l_led ab und die LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert die Luminanz der LED durch Steuern des LED-Stromwerts l_led.
• Befehlswert C2 und Nachschlagetabelle T
• In diesem Abschnitt werden der Befehlswert C2, der der Einstellwert des VF-Einstellungs-DAC 41 und die Grundlage für die Einstellung des LED-Spannungswerts V_led durch die Konstantspannungsschaltung 42 ist und die in der Speichereinheit 21 der Berechnungseinheit 2 gespeicherte Nachschlagetabelle T ausführlich beschrieben.
• Der Befehlswert C2 ist ein Rückkopplungswert für den Spannungseinstelleingang zu der VF-Konstantspannungs-Einstelleinheit 4 und der LED-Spannungswert V_led wird durch den Befehlswert C2 bestimmt. In der LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter der Annahme, dass eine bestimmte Luminanz eingestellt ist, der Stromwert der Konstantstrom-Einstelleinheit 3 eingestellt, der Befehlswert C2 wird unter Verwendung des Kathodenpotentials zurückgekoppelt und der Zielwert V_kref des Kathodenpotentials und der Messwert V_k werden gleich.
• In diesem Moment fließt der Zieleinstellstrom durch die LED und der LED-Spannungswert V_led wird auf einen Wert eingestellt, der es dem Einstellstrom ermöglicht, zu diesem Zeitpunkt unter der Elementtemperatur zu fließen. Selbst wenn der Strom konstant ist, ist der LED-Spannungswert V_led nicht konstant, weil sich der erforderliche VF-Spannungswert aufgrund der Eigenschaften der LED in Abhängigkeit von der Elementtemperatur ändert. Das heißt, der eingestellte LED-Spannungswert V_led stellt relativ die Elementtemperatur dar und man kann sagen, dass der die Spannung bestimmende Befehlswert C2 ebenfalls in Abhängigkeit von der Elementtemperatur eingestellt wird.
• Als nächstes wird die Nachschlagetabelle T mit näheren Einzelheiten beschrieben. Die in der Speichereinheit 21 gespeicherte Nachschlagetabelle T definiert eine Entsprechungsbeziehung zwischen der Luminanz, dem LED-Stromwert l_led (d.h. dem Befehlswert C1) und dem LED-Spannungswert V_led (d.h. dem Zielbefehlswert OC2) im Temperatur-Gleichgewichtszustand der LED. 3 zeigt ein Beispiel dafür.
• Da, wie in dem Abschnitt Technisches Problem oben beschrieben, sowohl die Luminanz der LED als auch die VF der LED temperaturabhängig sind, kann man sagen, dass die Luminanz und die VF der LED miteinander korreliert sind. Und die Luminanz der LED hängt direkt von dem LED-Stromwert l_led ab. Daher sind, wie in 3 gezeigt, die Beziehung der Luminanz, des LED-Stromwerts (Befehlswert C1) und des LED-Zielspannungswerts (Befehlswert OC2) in einer Nachschlagetabelle definiert.
• Bei einer derartigen Konfiguration vergleicht die Vergleichseinheit 22 in der Berechnungseinheit 2 den von der Verarbeitungseinheit 26 erfassten Befehlswert C2 mit dem Zielbefehlswert OC2 in der Tabelle T und kann den LED-Stromwert l_led so steuern, dass diese Werte gleich werden.
• Durch die Konstantstrom-Rückkopplung der Vergleichseinheit 25 unter Verwendung des Kathodenpotentials wendet die Vergleichseinheit 22 weiterhin eine Rückkopplung unter Verwendung des Zielbefehlswerts OC2 in dem Temperatur-Gleichgewichtszustand auf den in Abhängigkeit von der Elementtemperatur eingestellten Befehlswert C2 an. Als Ergebnis kann der eingestellte Stromwert angepasst werden und die Luminanztemperaturkorrektur kann durchgeführt werden. Das heißt, bei Verwendung der LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Einrichtungs-Temperaturkoeffizient der LED auf die Stromsteuerung zurückgekoppelt werden und die LED kann frühzeitig Licht mit stabiler Luminanz emittieren.
• Prozessablauf der LED-Luminanz-Steuerschaltung 1
• In diesem Abschnitt wird der Ablauf der LED-Luminanzsteuerung unter Verwendung der LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Dabei wird angenommen, dass die LED-Einheit 5 eine Hintergrundbeleuchtung einer Anzeigeeinrichtung ist und die LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 in die Anzeigeeinrichtung eingebettet ist.
• [Start]
• (Schritt S1)
• Die Energieversorgung der Anzeigeeinrichtung wird eingeschaltet und die LED in der LED-Einheit 5 beginnt zu leuchten. Zu diesem Zeitpunkt ist der LED-Stromwert, der der gewünschten Luminanz entspricht, zuvor in der Speichereinheit 21 der Berechnungseinheit 2 als Anfangswert gespeichert. Die Verarbeitungseinheit 23 in der Berechnungseinheit 2 gibt den Anfangswert als den Befehlswert C1 an die Konstantstrom-Einstelleinheit 3 aus. Die Verarbeitungseinheit 23 gibt den Befehlswert C1 auch an die V_kref-Einstelleinheit 24 aus (im Anschluss nach Schritt S2).
• (Schritt S2)
• In der Konstantstrom-Einstelleinheit 3 gibt der Stromeinstellungs-DAC 31 eine Spannung, die dem Befehlswert C1 (Anfangswert des LED-Stromwerts) entspricht, der von der Verarbeitungseinheit 23 empfangen wird, aus. Dann startet die Konstantstromschaltung 32 den Konstantstrombetrieb. Hier startet gleichzeitig die Rückkopplung zu VF, wenn der Strom zu fließen beginnt (im Anschluss nach Schritt S3).
• Die V_kref-Einstelleinheit 24 stellt den Zielwert V_kref des Kathodenpotenzials unter Verwendung des von der Verarbeitungseinheit 23 erhaltenen Befehlswerts C1 und der in Abschnitt 1.1 beschriebenen Gleichung (1) ein (im Anschluss nach Schritt S4).
• (Schritt S4)
• Die Vergleichseinheit 25 vergleicht den Zielwert V_kref mit dem tatsächlich gemessenen Wert V_k über das Kathodenpotential. Wenn der tatsächlich gemessene Wert V_k des Kathodenpotentials und der Zielwert V_kref des Kathodenpotentials gleich sind, bedeutet dies, dass der LED-Spannungswert V_led in der Lage ist, den einzustellenden Strom fließen zu lassen. Ferner verwendet die Vergleichseinheit 25 das Vergleichsergebnis, um den Wert des von der Verarbeitungseinheit 26 ausgegebenen Befehlswerts C2 zu dem VF-Einstellungs-DAC 41 zu steuern. Die Verarbeitungseinheit 26 gibt den Befehlswert C2 auch an die Vergleichseinheit 22 aus. Dann gibt der VF-Einstellungs-DAC 41 die dem Befehlswert C2 entsprechende Rückkopplungsspannung an die Rückkopplungsschaltung der Konstantspannungsschaltung 42 aus und die Konstantspannungsschaltung 42 erzeugt die LED-Spannung auf der Grundlage der Rückkopplungsspannung (im Anschluss nach Schritt S5).
• (Schritt S5)
• Die Vergleichseinheit 22 vergleicht den Wert des Befehlswerts C2 in Schritt S4 mit der in der Speichereinheit 21 gespeicherten Nachschlagetabelle T. Dann passt die Vergleichseinheit 22 den Wert des Befehlswerts C1 an, der an den Stromeinstellungs-DAC 31 ausgegeben werden soll, so dass der Zielbefehlswert OC2 in der Nachschlagetabelle T und der tatsächliche Befehlswert C2 gleich sind. Der angepasste Befehlswert C1 wird von der Verarbeitungseinheit 23 an den Stromeinstellungs-DAC 31 und die V_kref-Einstelleinheit 24 ausgegeben. Das heißt, der von dem Stromeinstellungs-DAC 31 eingestellte LED-Stromwert l_led wird aktualisiert und der von der V_kref-Einstelleinheit 24 eingestellte LED-Spannungswert V_led wird ebenfalls aktualisiert (Rückkehr nach Schritt S2).
• [Ende]
• In dieser Weise ist es, durch Wiederholung der Schritte S2 bis S5, frühzeitig möglich, die LED zu veranlassen, Licht bei einem Temperaturgleichgewicht zu emittieren. Genauer gesagt, wird die folgende Steuerung durchgeführt.
• Zuerst wird ein Fall betrachtet, bei dem eine Konstantstromschaltung (d.h. ein konstanter Stromwert) verwendet wird, um die LED zu veranlassen, ohne jegliche Korrektur Licht zu emittieren. Unmittelbar nach dem Einschalten der Energieversorgung der Anzeigeeinrichtung befindet sich die Einrichtung in einem kalten Zustand und die Luminanz der LED-Einheit 5 wird hoch, wie in 6A dargestellt. Wenn die Einrichtungstemperatur mit der Zeit ansteigt, wird die Luminanz der LED-Einheit 5 niedrig. Dann wird die Luminanz der LED-Einheit 5 schließlich stabil, wenn die Einrichtungstemperatur gesättigt ist.
• Als nächstes wird ein Fall betrachtet, bei dem die LED-Luminanz-Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, um die LED zu veranlassen, Licht zu emittieren. Da das Verhalten ohne Korrektur wie oben beschrieben bekannt ist, kann der LED-Stromwert l_led über die Zeit mit einer Korrektur gesteuert werden. Das heißt, wenn die Temperatur des LED-Elements niedrig ist, wird der LED-Stromwert l_led zunächst so gesteuert, dass er relativ klein ist und der LED-Stromwert l_led wird gesteuert, um mit der Zeit anzusteigen (d.h. wenn die Einrichtungstemperatur ansteigt). Wenn das LED-Element beispielsweise bei einer niedrigen Temperatur eingeschaltet wird und der Konstantstromzustand fortdauert, nimmt die VF (d.h. C2), die angewendet werden muss, ab, wenn sich das LED-Element erwärmt. Somit wendet die Vergleichseinheit 22 eine Rückkopplung an, um den Einstellstrom zu erhöhen, so dass er sich dem Zielbefehlswert OC2 nähert. Daher wird der Einstellstrom so gesteuert, dass er anfangs klein ist und allmählich ansteigt.
• Zur Referenz wird hier der Zusammenhang zwischen dem Fehler ΔL [%] von der stabilen Luminanz der LED und der verstrichenen Zeit t [min] in 4 dargestellt. Wenn die LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 gemäß dieser Darstellung verwendet wird, konvergiert ΔL in etwa einer Minute nach dem Start auf weniger als 0,3 % (stabiler Zustand), während es bei der herkömmlichen Technik (d.h. ohne Korrektur) etwa 60 Minuten dauert, bis ΔL auf einen stabilen Zustand konvergiert. Dieses Ergebnis ist in 5 als eine grafische Darstellung der LED-Temperatur gegenüber der LED-Luminanz dargestellt.
• Modifikation
• Das oben beschriebene LED-Luminanz-Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auch in den folgenden Beispielen implementiert werden.
• Erstens kann der Ziel-LED-Spannungsbefehlswert (Zielbefehlswert OC2), der der LED-Luminanz entspricht, jedes Mal berechnet werden, ohne dass die Nachschlagetabelle T verwendet wird.
• Zweitens sei darauf hingewiesen, dass eine Einrichtung mit der LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform z.B. eine Anzeigeeinrichtung (eine LED-Anzeige), eine Beleuchtungseinrichtung (eine LED-Beleuchtung), eine Bildverarbeitungseinrichtung, eine medizinische Bildeinrichtung oder ähnliches sein kann.
• Drittens ist es auch möglich, ein LED-Luminanz-Steuerungsprogramm bereitzustellen, um einen Computer zu veranlassen, eine vorbestimmte Funktion zu realisieren, wobei der Wert des durch die LED fließenden Stroms gesteuert wird, auf der Grundlage eines Befehlswerts, der einer Energieversorgung von einem Controller der Energieversorgung, die eine Spannung an die LED anlegt, eingegeben wird. Ferner kann das Programm als ein computer-lesbares, nicht-vorübergehendes Speichermedium bereitgestellt werden, das die Funktionen des Programms implementiert. Ferner kann ein derartiges Programm über das Internet oder ähnliches verteilt sein. Ferner können die jeweiligen Einheiten, die die LED-Luminanz-Steuerschaltung 1 konfigurieren, in dem gleichen Gehäuse enthalten oder in einer Vielzahl von Gehäusen verteilt und angeordnet sein.
• Schlussfolgerung
• Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Ausführungsform sowohl die Kosten als auch der Installationsplatz unterdrückt werden und die LED-Luminanz-Steuerschaltung, das LED-Luminanz-Steuerverfahren und das LED-Luminanz-Steuerprogramm, die die Luminanz der LED frühzeitig stabilisieren können, können bereitgestellt werden.
• Obwohl verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sind diese als Beispiele dargestellt und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken. Die neuartige Ausführungsform kann in verschiedenen anderen Ausbildungen umgesetzt werden und es können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform und deren Änderungen sind in dem Schutzumfang und dem Grundgedanken der Erfindung enthalten und sind auch in der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung und dem dazu äquivalenten Schutzumfang enthalten.

1 :

LED Luminanz-Steuerschaltung

2 :

Berechnungsinheit

21 :

Speichereinheit

22 :

Vergleichseinheit

23 :

Verarbeitungseinheit

24 :

V_kref-Einstellungseinheit

25 :

Vergleichseinheit

26 :

Verarbeitungseinheit

3 :

Konstantstrom-Einstelleinheit

31 :

Stromeinstellungs-DAC

32 :

Konstantstromschaltung

321 :

Operationsverstärker

321n :

negativer Eingangsanschluss

321p :

positiver Eingangsanschluss

322 :

MOS-FET

322d :

Drain

322g :

Gate

322s :

Source

323 :

Widerstand

4 :

VF-Konstantspannungs-Einstelleinheit

41 :

VF-Einstellungs-DAC

42 :

Konstantspannungsschaltung

5 :

LED Einheit

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2008004707 [0003]

Claims (7)

1. LED-Steuerschaltung, umfassend eine LED-Spannungserzeugungseinheit, eine LED-Spannungssteuereinheit und eine LED-Stromsteuereinheit, wobei die LED-Spannungserzeugungseinheit konfiguriert ist, um eine Spannung an eine LED auf der Grundlage eines von der LED-Spannungssteuereinheit eingegebenen LED-Spannungsbefehlswerts anzulegen, die LED-Spannungssteuereinheit konfiguriert ist, um den LED-Spannungsbefehlswert auf der Grundlage eines Kathodenpotentials der LED zu bestimmen und die LED-Stromsteuereinheit konfiguriert ist, um einen Wert eines Stroms, der durch die LED fließt, auf der Grundlage des LED-Spannungsbefehlswerts zu steuern.
2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die LED-Spannungssteuereinheit einen Wert, der durch Ausführen einer vorbestimmten Berechnung des Stromwerts als ein Zielwert des Kathodenpotentials erhalten wird, einstellt und den LED-Spannungsbefehlswert auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses des Zielwerts und eines tatsächlich gemessenen Werts des Kathodenpotentials bestimmt.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner umfassend: eine Speichereinheit, die konfiguriert ist, um eine Nachschlagetabelle zu speichern, in der eine Entsprechungsbeziehung zwischen einer Luminanz und dem LED-Spannungsbefehlswert vorgegeben ist, wobei die LED-Stromsteuereinheit den Stromwert auf der Grundlage einer gewünschten Luminanz, eines LED-Spannungsbefehlswerts in der Nachschlagetabelle entsprechend der gewünschten Luminanz und eines tatsächlichen LED-Spannungsbefehlswerts steuert.
4. Einrichtung, umfassend: eine LED und die Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Luminanz der LED durch die Schaltung gesteuert wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, wobei es sich bei der Einrichtung um eine Beleuchtungseinrichtung, eine Anzeigeeinrichtung, eine Bildverarbeitungseinrichtung oder eine medizinische Bildeinrichtung handelt.
6. Verfahren zum Steuern einer LED-Luminanz, umfassend: Steuern eines Werts eines Stroms, der durch eine LED fließt, auf der Grundlage eines LED-Spannungsbefehlswerts, der in eine Energieversorgung, die eine Spannung an die LED anlegt, von einem Controller der Energieversorgung eingegeben wird und Bestimmen des LED-Spannungsbefehlswerts auf der Grundlage eines Kathodenpotentials.
7. Programm, um einen Computer zu veranlassen, eine vorbestimmte Funktion auszuführen, umfassend: Steuern eines Werts eines Stroms, der durch eine LED fließt, auf der Grundlage eines LED-Spannungsbefehlswerts, der in eine Energieversorgung, die eine Spannung an die LED anlegt, von einem Controller der Energieversorgung eingegeben wird und Bestimmen des LED-Spannungsbefehlswerts auf der Grundlage eines Kathodenpotentials.

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