JP2006165471A - 発光素子駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
駆動電圧を高くすることなく、駆動回路の大型化を招かず、複数のＬＥＤへ略同等の電流を供給する発光素子駆動装置を提供すること。
【解決手段】
本発明にかかる発光素子駆動装置は、電流駆動により発光する複数の発光素子１と、発光素子１の駆動電流を制御する複数の電流駆動用トランジスタ２とを有し、電流駆動用トランジスタ２の電流端子と発光素子１の一方の端子とが夫々接続され、複数の電流駆動用トランジスタ２の制御端子間電圧が共通となるように接続されたものである。
【選択図】 図４

Description

本発明は発光素子の駆動装置に関し、特に液晶表示装置や液晶プロジェクタの光源として好適なＬＥＤ（Light Emitting Diode）、有機ＥＬ（electroluminescence）、ＬＤ（Laser Diode）等の発光素子の駆動装置に関する。

液晶表示装置はテレビやパソコンのディスプレイとして普及している。従来、透過型、若しくは半透過型液晶表示装置のバックライトには、光源として冷陰極型の蛍光灯が使われていた。しかしながら、従来のディスプレイでは例えば出版、印刷業界のデファクトスタンダードとして認知されているAdobe RGB規格において、ＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）で定められる色範囲の７割程度の色範囲しか再現できない等、色再現性の点で更なる向上が望まれている。この様な色再現性不足の要因の一つとして、従来の液晶表示装置のバックライトに用いられる蛍光灯の光の色範囲が、ＮＴＳＣで定められる色範囲の全てを網羅出来ていないこと等がある。

色再現性の向上のため、冷陰極管の光に代わって白色ＬＥＤの白色光、若しくは赤、青、緑夫々の色を発光する３種のＬＥＤの光を混合してなる白色光が、バックライト光として用いられ始めている。液晶表示装置のバックライトに上述したようなＬＥＤを用いる場合は、複数個のＬＥＤを用いることにより蛍光灯と同程度の輝度を実現している。この様に、複数個のＬＥＤを用いてバックライトとする場合、個々のＬＥＤの明るさの変動を少なくするために電流駆動を必要とする。その様な技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載されているＬＥＤの駆動回路では、複数個のＬＥＤを直列に接続することによって夫々のＬＥＤに同じ電流が流れるようにしている。その際、ＬＥＤに設定した定電流が流れるように、ＬＥＤを駆動する昇圧回路の出力電圧を制御することによって、駆動回路全体での電力損失の低減を図っている。
特開２００３−１５２２２４号公報

上記の様な複数のＬＥＤを直列に接続する駆動回路は、夫々のＬＥＤに同じ電流を流し、以って直列に接続された個々のＬＥＤの発光変動を抑える目的を達成する上では適している。しかしながら、ＬＥＤの順方向降下電圧（以下、ＶＦとする）は通常のダイオードよりも大きく、そのため直列接続するＬＥＤの数が多くなるほど、駆動の電圧が高くなり、電源装置や昇圧回路が大規模となってしまう。それに伴い、ＬＥＤを流れる電流のオン、オフや増減を制御する制御回路の大規模化を招く。更には、電源の使用効率を向上させるため、上述したような電流制御回路を要する。この様に、複数のＬＥＤを直列に接続して個々のＬＥＤの発光変動を抑える方法は、液晶表示装置の小型化の面で適さない。

また、上述したような背景より、バックライトに用いるＬＥＤの数を多くすることは難しかった。ここで、バックライト光には十分な明るさが求められるため、従来のＬＥＤを用いたバックライト光源においては、ＬＥＤの数を増やさずに十分な明るさを得るため、大電流を流すことが可能で、発光面積の大きいＬＥＤを用いることが一般的であった。

図９に従来のエッジライト型のバックライト光源１００の発光面の模式図を示す。図９に示されるように従来のバックライト光源においてはそれぞれ赤、青、緑の光を発光する、面積の大きい発光素子１０１、１０２、１０３を並べることによって、白色光を作り出していた。しかしながら、赤、緑、青の３色を用いて白色に混合する場合は、個々のＬＥＤ１０１、１０２、１０３の発光面積が大きい程、また夫々の色のＬＥＤ同士の間隔が広い程、光の拡散と混合が難しい。従って、光の拡散や混合を行なうためのレンズや光学シート等の部材が必要となり、バックライトユニット全体の寸法を増大させる要因となる。

本発明はこの様な問題を解決し、駆動電圧の上昇及び駆動回路の大型化を抑制しつつ、複数のＬＥＤへ略同等の電流を供給することが可能な発光素子駆動装置を提供することを目的とする。

第１の発明にかかる発光素子駆動装置は、電流駆動により発光する複数の発光素子と、前記発光素子の駆動電流を制御する複数の電流駆動用トランジスタとを有し、前記電流駆動用トランジスタの電流端子と前記発光素子の一方の端子とが夫々接続され、複数の前記電流駆動用トランジスタの制御端子間電圧が共通となるように接続されたものである。これにより、駆動電圧の上昇及び駆動回路の大型化を抑制しつつ、複数のＬＥＤへ略同等の電流を供給することが可能となる。

第２の発明にかかる発光素子駆動装置は、前記電流駆動用トランジスタの制御端子間電圧を制御する制御電圧供給トランジスタを更に有し、前記制御電圧供給トランジスタの電流端子は当該制御電圧供給トランジスタの制御端子及び前記複数の電流駆動用トランジスタの制御端子と共通に接続したものである。これにより、制御電圧供給トランジスタの電流を制御することによって、発光素子の電流を一括に制御可能であり、電流の安定化を図ることができる。

第３の発明にかかる発光素子駆動装置は、前記電流駆動用トランジスタと、前記制御電圧供給トランジスタとを集積回路で構成したもの（例えば、本発明の実施の形態における集積回路Ｑ）である。これにより、各素子の特性をより均一化可能であり、更に回路の小型化を図ることが可能である。

ここで、前記電流駆動用トランジスタの制御電流を補償する制御電流補償トランジスタ（例えば、本発明の実施の形態におけるベース電流補償トランジスタ２３）と、前記電流駆動用トランジスタ及び前記制御電流補償トランジスタの制御端子間電圧を補償する制御電圧補償トランジスタ（例えば、本発明の実施の形態におけるベース・エミッタ間電圧補償トランジスタ２２）と、前記制御電流補償トランジスタの電流を安定化させる電流安定化抵抗（例えば、エミッタ抵抗２１）とを更に有し、前記制御電流補償トランジスタの制御端子は前記制御電圧供給トランジスタの制御端子及び電流端子と共通に接続され、前記制御電流補償トランジスタの第２の端子は前記複数の発光素子の他方の端子と共通に接続され、前記制御電流補償トランジスタの第３の端子は前記電流安定化抵抗及び前記複数の電流駆動トランジスタの制御端子と接続され、前記制御電圧補償トランジスタの制御端子及び電流端子が前記制御電圧供給トランジスタに接続され、前記制御電圧補償トランジスタのその他の端子が当該回路の接地側に接続されていてもよい。これにより、発光素子の数が増加しても駆動電流の効率低下を抑制することができる。

他方、前記複数の発光素子は赤、青、緑の光を夫々発光する３種類の発光素子を含み、前記３種類の発光素子の色を混合して白色光を発光することが好ましい。これにより、色の混合性、拡散性に優れた光源を提供することができる。

本発明に係る発光素子駆動装置の好適な実施形態は、当該発光素子駆動装置を光源として用いた液晶表示装置のバックライトユニットである。

本発明に係る発光素子駆動装置の他の好適な実施形態は当該発光素子駆動装置を光源として用いた液晶プロジェクタである。

本発明により、駆動電圧を高くすることなく、駆動回路の大型化を招かず、複数のＬＥＤへ略同等の電流を供給するＬＥＤ駆動装置を提供することができる。

実施の形態１．
以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。本実施形態においては液晶表示装置のバックライトとして、エッジライト型のバックライトを例として説明する。図１は本実施形態におけるバックライトユニットの全体構成例を表す斜視図である。本実施形態におけるバックライトユニットはＬＥＤ光源５１、反射シート５２、導光板５３、拡散シート５４及びプリズムシート５５を有する。液晶表示装置への実装においては、プリズムシート５５の上に図示しない液晶表示パネルが組み合わされる。また、ＬＥＤ光源５１はその発光面に光源基板５１１を複数個有する。光源基板５１１は光源としてのＬＥＤやその駆動回路を有する。光源基板５１１の発光面積は例えば１０ｍｍ×５ｍｍであり、ＬＥＤ光源５１が有する光源基板５１１の数は、ＬＥＤ光源５１が実装される液晶表示装置のサイズによって適宜選択される。例えば、２０インチの液晶表示装置に実装する場合は、ＬＥＤ光源５１が有する光源基板５１１は２０個である。

次に、ＬＥＤ光源５１について詳細に説明する。図２は、ＬＥＤ光源５１を発光面側から見た模式図である。図に示すようにＬＥＤ光源５１は複数の光源基板５１１を有する。光源基板５１１は、従来の光源用ＬＥＤに比べて面積の小さいＬＥＤ５１２を複数個有する。従来の光源用ＬＥＤの寸法は１ｍｍ平方程度であったが、本実施形態にかかるＬＥＤ５１２は０．５ｍｍ平方以下であり、好適には０．３５ｍｍ平方程度の発光面積を有する。

この様に、小面積のＬＥＤ５１２を多数個配置することによって、従来のＬＥＤ光源のような大面積のＬＥＤを少数個配置したものに劣らない明るさを実現することが可能となる。例えば従来の１ｍｍ平方の発光面積を有するＬＥＤに３００ｍＡの電流を流した場合と、０．３５ｍｍ平方の発光面積を有するＬＥＤ１０個に夫々３０ｍＡの電流を流した場合とでは、略同等の輝度を得ることが可能である。

ＬＥＤ５１２は例えば赤、青、緑のうち、いずれか一色を発光するＬＥＤである。赤、青、緑の３色の配置関係は例えば図３（ａ）に示すように赤色ＬＥＤ５１２Ｒ、緑色ＬＥＤ５１２Ｇ、青色ＬＥＤ５１２Ｂを繰り返し順番に並べれば良い。この時、図に示されるように上段と下段の色を合わせる必要はない。また、図３（ｂ）に示されるように、上段と下段を半ピッチずらして、３色で３角形を形成するように配置しても良い。また、人の目の視感度との兼ね合いで、赤、青、緑の数を変えても良い。

駆動回路６０は、ＬＥＤ５１２を駆動するための回路である。駆動回路６０の中には複数のＬＥＤに対して同時に電力を供給すための電流駆動用トランジスタ等が含まれる。従来では難しかったＬＥＤの多数個同時駆動は当該駆動回路６０により可能となる。駆動回路６０の詳細については後述する。

この様に、従来よりも小さいサイズのＬＥＤ５１２を、従来よりも多数配置して赤、青、緑の光の混合を行うことにより、３色の光を白色光へと混合することが容易となる。その結果、例えば導光板５３との距離を従来のＬＥＤ光源程長く取る必要がなくなる。また、従来よりも光源が細分化されている分、光の拡散も容易である。これらの効果により、拡散及び白色混合のために必要であった光学装置が不要、若しくは小型化が可能となり、導光板５３との距離を短くすることも可能であるので、バックライトユニットを小型化することが可能となる。

上記においては、赤、青、緑の３色のＬＥＤ５１２を使用する場合について説明したが、白色ＬＥＤを使用しても良い。白色ＬＥＤを使用する場合は、上記のように３色の光を混合する必要はないが、発光面積が大きいＬＥＤより発光面積が小さいＬＥＤを多数個実装する方が光の拡散は容易であり、この点については上記と同等の効果を得ることができる。

また、上記のように、光の拡散若しくは白色混合のための光学装置が不要となることや、光源と導光板との距離が短縮可能となることによって、本発明にかかるＬＥＤによるバックライト光源と冷陰極管を用いたバックライト光源との設計上の差異をごく僅かにすることができるので、冷陰極管光源と本実施形態にかかるＬＥＤ光源とを取り替えることも可能である。その結果、従来の冷陰極管光源による液晶表示装置の色再現性を、本発明にかかるＬＥＤ光源に取り替えるだけで容易に向上することができる。

また、図２に示したように、ＬＥＤ５１２と共にＩＣ（Integrated Circuit：半導体集積回路）化した駆動回路６０を、ＬＥＤ５１２と同一基板上に実装することにより回路の小規模化を図ることができる。この結果、少ない電流の制御電源からＬＥＤ５１２の電流制御が可能となる。

更に、上記においては、図２に示したように集積回路化した駆動回路６０を、ＬＥＤ５１２と同一基板上に実装することを説明したが、光源基板５１１の実装基板をシリコン等の半導体とし、その基板内に本発明の駆動回路を集積回路化することも可能であり、本発明の効果としてより一層の小型化が実現できる。また、ＬＥＤ５１２は発光と共に過熱するが、実装基板にシリコンを用いることにより放熱性を高めることもできる。

次に本実施形態にかかる駆動回路について説明する。図４は本実施形態に係るＬＥＤ及びその駆動回路を示した回路図である。本実施形態にかかるＬＥＤ及びその駆動回路はＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃ（以後、ＬＥＤ群１とする）、電流駆動トランジスタ２ａ、２ｂ、２ｃ（以後、トランジスタ群２とする）、電源３及び制御電源４を有する。ＬＥＤ群１は図２に示されるＬＥＤ５１２に対応する発光素子である。トランジスタ群２はＬＥＤ群１の夫々に駆動電流を供給するためのトランジスタであり、図２に示される駆動回路６０に対応する。電源３はＬＥＤ群１の順方向効果電圧（以後、ＶＦとする）及びトランジスタ群２のコレクタ・エミッタ間電圧（以後、Ｖｃｅとする）を供給する電源である。制御電源４は電流駆動可能な電源であって、トランジスタ群２のベース・エミッタ間電圧を供給し、トランジスタ群２のベース電流を制御する。

図４に示されるように、ＬＥＤ群１の各カソードは共通に接続され、電源３の高電位側に接続されている。また、ＬＥＤ群１の各アノードは夫々トランジスタ群２の電流端子であるコレクタに接続されている。これにより、トランジスタ群２の夫々のコレクタ電流と同じ電流がＬＥＤ群１の夫々のＬＥＤに流れる。

トランジスタ群２の各エミッタは共通に接続され、電源３の接地側及び制御電源４に接続されている。また、トランジスタ群２の各ベースは共通に接続され、制御電源４に接続されている。従って、トランジスタ群２に含まれる各トランジスタの制御端子間であるベース・エミッタ間電圧が、夫々共通となるように接続されている。ここで、トランジスタ群２を構成する各トランジスタの特性は相互に略等しく、その電流増幅率をｈ_ＦＥとする。好適には、トランジスタ群２に含まれるトランジスタはすべて同一ロットで製造される。

次に図４に示した回路の動作を説明する。上記のように、各トランジスタ２ａ〜２ｃのベース及びエミッタは夫々共通に接続され、制御電源４に接続されている。従って、トランジスタ２ａ〜２ｃの夫々のベース・エミッタ間電圧は必然的に等しくなる。各トランジスタ２ａ〜２ｃの夫々の特性は略等しいので、夫々のベース・エミッタ間電圧が等しければ必然的に等しいベース電流が流れる。ここで、トランジスタの特性としてベース電流のｈ_ＦＥ倍の電流がコレクタに流れるので、各トランジスタ２ａ〜２ｃに流れるコレクタ電流も夫々等しくなる。従って、ＬＥＤ群１に含まれる各ＬＥＤ１ａ〜１ｃに流れる電流も夫々等しくなる。

この場合、電源３に求められる電圧はＬＥＤ群１に含まれるＬＥＤ１ａ〜１ｃのＶＦにトランジスタ群２に含まれる電流駆動トランジスタ２ａ〜２ｃのコレクタ・エミッタ間電圧（以後、Ｖｃｅとする）を加えた値となる。例えば、ＶＦ＝３．６Ｖ、Ｖｃｅ＝０．７Ｖ程度であるから、電源３に求められる電圧は４．３Ｖ程度でよいこととなる。一方、従来の方法の場合は本実施形態のように３個のＬＥＤを同時に駆動する場合、直列に接続するため、１０．８Ｖ程度の電圧が必要であった。この様に図４に示した回路でＬＥＤ群１を駆動することにより、駆動電圧を高くすることなく複数のＬＥＤを同時に駆動することが可能となる。

ここで、図４においては各トランジスタ２ａ〜２ｃのコレクタにそれぞれ１個のＬＥＤ１ａ〜１ｃを接続した例を説明しているが、これに限定されるものではない。電源３に余裕がある場合は、複数のＬＥＤを直列接続したものを各トランジスタ２ａ〜２ｃのコレクタに接続することも可能である。これによって、同時に駆動可能なＬＥＤの個数を更に増加することができる。

また、図４に示した回路でＬＥＤ群１を駆動することにより、複数のＬＥＤに安定して同等の電流を流すことが可能となる。また、複数のＬＥＤの電流を容易に制御することが可能となる。ここで、本実施形態においてはＬＥＤ群１として３個のＬＥＤを示したがこれに限定されるものではなく、４個以上のＬＥＤを同時に駆動することも可能である。従って、図２に示されるように、多数個のＬＥＤ５１２を光源として用いることが可能となる。

図４に示される回路をＩＣで構成することにより、各トランジスタの特性をより均一とすることができ、上記のような各種の効果を得るためにはより好適である。尚、図４ではトランジスタをバイポーラ型で説明しているが、ＭＯＳ型を用いても効果は同じである。

以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、駆動電圧を高くすることなく、駆動回路の大型化を招かず、複数のＬＥＤへ略同等の電流を供給するＬＥＤ駆動装置を提供することができる。

また、本実施形態にかかる駆動回路を用いてＬＥＤを駆動することにより、複数のＬＥＤに安定して同等の電流を流すことが可能となる。また、複数のＬＥＤの電流を容易に制御することが可能となる。

尚、図２に示したように本発明の駆動回路をＩＣで構成することにより、上記した効果に加えて各種制御機能を持つ回路を同じくＩＣ化することができる。例えば、ＬＥＤは温度によって発光輝度が変化する特性があるので、長時間に亘って液晶表示装置を使用する場合はＬＥＤの発光等による発熱を考慮しなければならない。ＬＥＤ又はＬＥＤ周辺の温度を感知してＬＥＤ駆動電流を制御する回路を同時にＩＣ化することによってこのような問題を解決することができる。具体的には、この制御回路はＬＥＤ又はＬＥＤ周辺の温度変化に応じてＬＥＤの発光輝度を制御し、温度変化による輝度の誤差を自動的に修正する。

また、色の違うＬＥＤにおいては温度変化に対する輝度変化の度合いが異なるため、赤、青、緑の光を混合して白色光を作っている場合、温度変化が白色光の色調変化となり、色再現性の正確性が損なわれてしまう。上記のような温度変化による駆動電流の制御を、赤、青、緑の各色を発光するＬＥＤに対して個別に行なうことによって、温度変化による白色光の色調変調を低減することができる。このような場合、図４に示したＬＥＤおよびその駆動回路を各色によって別にすることにより各色個別の制御が可能である。

更に、静電気破壊防止素子を集積回路化することができる。これにより、ＬＥＤの静電気破壊を防ぐことができる。特に、現状の青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤは静電気により壊れやすい性質があるため、取扱には注意が必要である。静電気破壊防止素子によって、ＬＥＤに静電気の大きな電圧が加わることを防ぎ、ＬＥＤの静電気破壊を防止することが可能となる。

他方、本実施形態においては発光素子としてＬＥＤを使用しているが、有機ＥＬ、ＬＤ等の電流駆動する他の発光素子でも同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態においては図１に示されるようにエッジライト型のバックライトユニットを例として説明したが、液晶表示装置の裏側に光源を接地する直下型の方式でも効果を得ることが可能である。特に本発明においては同時に多数個のＬＥＤを駆動可能とするため、エッジライト型よりも広い面積に亘ってＬＥＤを配置可能な直下型のバックライトユニットにおいても好適に適用可能である。

更にまた、本実施の形態においては、本発明に係るＬＥＤの駆動装置を液晶表示装置のバックライトユニットに適用し説明しているが、これに限定されるものではない。複数の発光素子を同時に駆動する光源であれば好適に適用可能であり、例えば液晶プロジェクタの光源についても、本実施形態において説明した効果と同等の効果が期待できる。

実施の形態２．
本実施の形態においては実施の形態１において図４で説明した、ＬＥＤ及びその駆動回路の他の態様を説明する。尚、実施の形態１と同様の符号を付す構成については実施の形態１と同一又は相当部を示し、説明を省略する。

図５は本実施の形態に係るＬＥＤ及びその駆動回路の構成を示した回路図である。図５に示すように、本実施形態に係るＬＥＤ及びその駆動回路は図４に示した回路に加えて、制御電圧供給トランジスタ２０（以後、トランジスタ２０とする）が設けられている。トランジスタ２０はトランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃにベース・エミッタ間電圧を与える。ここで、トランジスタ２０と、トランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃとは、その役割は異なるがトランジスタとしての特性は略等しく、好適には同一ロットで製造される。

本実施形態においては、図４に示される回路で用いられていた制御電源４に代えて制御電源４０が用いられている。制御電源４０は電流駆動可能な電源であり、トランジスタ２０のベース・エミッタ間電圧、コレクタ・エミッタ間電圧及びトランジスタ群２のベース・エミッタ間電圧を供給する。また、トランジスタ２０のベース電流及びコレクタ電流を制御する。ここで、図５に示した回路のうち、電源３、制御電源４０及びＬＥＤ群１を除いた部分を集積回路Ｑとする。図２に示すＬＥＤ光源５１においては、集積回路Ｑが駆動回路６０に対応する。

トランジスタ２０はダイオード接続、即ちベースとコレクタとが共通に接続されている。トランジスタ２０のカソードに当る端子はトランジスタ群２のベースと共通に接続され、制御電源４に接続されている。トランジスタ２０のアノードに当る端子は、トランジスタ群２のエミッタと共通に接続され、制御電源４に接続されている。その他の接続関係は図４に示した回路と同様である。

次に図５に示した回路の動作を説明する。トランジスタ２０とトランジスタ群２とはベース及びエミッタが夫々共通に接続されているため、ベース・エミッタ間電圧が等しい。更に、トランジスタ２０とトランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃとはそのトランジスタの特性が略等しいので、トランジスタ２０のコレクタ電流と、トランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃに流れるコレクタ電流とは略等しい。即ち、制御電圧供給トランジスタ２０に流れる電流を制御することによって、トランジスタ群２のコレクタ電流を制御することが可能となる。

また、トランジスタ２０はダイオード接続されているため、電流が安定して当該トランジスタ２０を流れる。従って、トランジスタ群２のコレクタ電流の安定化を図ることができる。

他方、トランジスタ２０のベース電流及びコレクタ電流は、制御電源４より供給される。即ち、トランジスタ２０のベース電流として流れる電流が大きいほど、コレクタ電流として流れる電流は小さくなる。但し、トランジスタにおいてコレクタ電流はベース電流のｈ_ＦＥ倍となり、ｈ_ＦＥは通常１００程度である。従って、トランジスタ２０のベース電流に消費される電流はコレクタ電流として流れる電流の１００分の１程度となる。このような効果により、トランジスタ群２に流れるコレクタ電流を高効率で供給することができる。

また、図５に示した回路を図２に示したようにＩＣ化した場合（本実施形態においては集積回路Ｑ）、トランジスタ２０のエミッタ電流と、トランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃのエミッタ電流とは面積当りの密度が同じとなるように流れる。従って、トランジスタ２０とトランジスタ群２との面積を異なるように設計すれば、その面積比で制御電源４０の電流をＬＥＤ群１に流すことができる。

例えば、トランジスタ２０の面積をトランジスタ群２に含まれるトランジスタの面積の１０分の１にする場合を考える。その場合、トランジスタ２０に２ｍＡ流すことにより、トランジスタ群２に含まれるトランジスタには２０ｍＡの電流を流すことができ、ＬＥＤ群１にも２０ｍＡの電流が流れることとなる。このことにより、制御電源４０はより小さな電流で大きな電流を制御することが可能となる。従って、回路規模を低減することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、発光素子であるＬＥＤの電流をより精密に制御可能であり、更に回路規模の低減が可能なＬＥＤ駆動装置を提供することができる。

実施の形態３．
本実施の形態においては実施の形態１及び２において説明した、ＬＥＤ及びその駆動回路の他の態様を説明する。尚、実施の形態１及び２と同様の符号を付す構成についてはそれらと同一又は相当部を示し、説明を省略する。

図５に示す回路においては、制御電源４０の電流はトランジスタ群２のベース電流としても流れる。トランジスタ群２に含まれる各トランジスタ２ａ〜２ｃの特性と、トランジスタ２０の特性とは略等しいので、ｈ_ＦＥ≒１００である場合、トランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃのベース電流は、トランジスタ２０のコレクタ電流の１００分の１程度であるため、無視できる程度である。しかし、トランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃの個数を更に増加し、更に多数個のＬＥＤを同時駆動させる場合、トランジスタ群２に含まれるトランジスタの数に比例してトランジスタ群２のベース電流として必要な電流が増加し、無視できない値となる。例えば、各トランジスタのｈ_ＦＥが１００程度であり、同時に１００個のＬＥＤを駆動する場合を考えると、個々のベース電流がコレクタ電流の１００分の１であっても、合計でその１００倍の電流を要する。従って、トランジスタ群２のベース電流の合計値と、トランジスタ２０のコレクタ電流とか略等しくなり、結果的にトランジスタ２０に流れる電流は制御電源４０の半分程度になる。

本実施形態においては、トランジスタ群２のベース電流を補うことによって、トランジスタ群２の個数の増加による制御電源４０の電源効率の低下を抑制している。図６は本実施の形態に係るＬＥＤ及びその駆動回路の構成を示した回路図である。図６に示すように、本実施形態に係るＬＥＤ及びその駆動回路は図５に示した回路に加えて、エミッタ抵抗２１、ベース・エミッタ間電圧補償トランジスタ２２（以後、トランジスタ２２とする）及びベース電流補償トランジスタ２３（以後、トランジスタ２３とする）、が設けられている。トランジスタ２２及びトランジスタ２３は、トランジスタ群２に含まれるトランジスタとその役割は異なるがトランジスタとしての特性は略等しく、好適には同一ロットで製造される。

エミッタ抵抗２１はトランジスタ２３のエミッタと接地電位との間に接続される。トランジスタ２２は、ダイオード接続されたトランジスタであり、そのカソード側がトランジスタ２０のアノード側に接続される。また、トランジスタ２２のアノード側は、トランジスタ群２のエミッタ及びエミッタ抵抗２１と共通に接続され、電源３の接地側及び制御電源４０に接続される。トランジスタ２２はトランジスタ２３のべースエミッタ間電圧を補償する。

トランジスタ２３は、そのベースがトランジスタ２０のカソードに当る端子と共通に接続され、エミッタがトランジスタ群２のベース及びエミッタ抵抗２１に接続されている。トランジスタ２３のコレクタはＬＥＤ群１のカソードと共通に接続され、電源３の高電位側に接続されている。トランジスタ２３はトランジスタ群２のベース電流を補償する。

次に、図６に示した回路の動作を説明する。トランジスタ２０のアノード側及びトランジスタ２３のベースは共通電位（以後、電位Ａとする）であり、トランジスタ２２のエミッタ及びトランジスタ群２のエミッタは共通電位（以後、電位Ｂとする）である。従って、トランジスタ２０のカソード側とトランジスタ２２のエミッタとの間の電位差と、トランジスタ２３のベースとトランジスタ群２のエミッタとの間の電位差とは等しい（以後、当該電位差を電位差Ａ−Ｂとする）。

更に、図６に示される回路において用いられているトランジスタの特性はすべて略等しいので、トランジスタ２０に流れるエミッタ電流とトランジスタ２２に流れるエミッタ電流とは略等しく、トランジスタ２３に流れるエミッタ電流とトランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃの１つに流れるエミッタ電流とは略等しい。従って、トランジスタ２０のベース・エミッタ間電圧、トランジスタ２３のベース・エミッタ間電圧、トランジスタ２２のベース・エミッタ間電圧及びトランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃのベース・エミッタ間電圧は夫々が略等しく、図６の回路図に含まれるトランジスタのエミッタ電流はすべて等しいと言える（以後、当該エミッタ電流をＩ_１とする）。

ここで、例えばトランジスタ群２に含まれるトランジスタが１００個の場合を考える。図６に含まれるトランジスタのｈ_ＦＥを１００程度とすると、トランジスタ群２に含まれるトランジスタ１つが要するベース電流はＩ_１の１００分の１程度であり、トランジスタ群２が要するベース電流は合計でＩ_１程度である。この電流をすべて制御電源４が供給する場合は、トランジスタ２０もＩ_１の電流を要するため、Ｉ_１は制御電源４の５０％程度の電流となり、ＬＥＤ群１を駆動する電流に対する制御電源４の電源効率が良くない。

しかしながら、本実施形態においてはトランジスタ２３を設けることによって、制御電源４が供給する電流はトランジスタ２０のエミッタ電流と、トランジスタ２３のベース電流となる。上記したようにトランジスタ２３のｈ_ＦＥは１００程度であるので、トランジスタ２３のベース電流はＩ_１の１００分の１程度である。従って、Ｉ_１は制御電源４の１００％に近い電流となる。

本実施形態においては、トランジスタ２３を新たに設けたため、トランジスタ群２のベース・エミッタ間電圧に加え、トランジスタ２３のベース・エミッタ間電圧も必要となる。上記したような本実施形態の効果を生み出すためには、回路中のトランジスタはすべて略同じ特性を有していることが好ましいため、トランジスタ２０だけでは電位差Ａ−Ｂが不十分である。このため、トランジスタ２０に加えて略等しい特性を有するトランジスタ２２を直列に設けることによって、電位差Ａ−Ｂを補償する。

以上説明したように、本発明の実施の形態３によれば、トランジスタ群２に含まれるトランジスタが増加した場合でも、制御電源４の電源効率の低下を抑制することが可能である。

実施の形態４．
本実施形態においては、ＬＥＤ５１２の小型化及び増量を図るため、トランジスタ群２の数を直列に増やした場合のＬＥＤ及びその駆動回路の態様を説明する。尚、実施の形態１乃至３と同様の符号を付す構成についてはそれらと同一又は相当部を示し、説明を省略する。

図７は本実施の形態に係るＬＥＤ及びその駆動回路の構成を示した回路図である。図７に示すように、本実施形態に係るＬＥＤ及びその駆動回路は図５に示した第１の集積回路Ｑと、第１の集積回路Ｑと略同じ回路である第２の集積回路Ｒを直列に接続した形を基本とする。こうすることにより、第１の集積回路Ｑを量産することによって、すぐにでも実装することが可能となる。

図７に示すように、本実施形態にかかるＬＥＤ及びその駆動回路は、第１の集積回路Ｑに加えて直列に接続された第２の集積回路Ｒとして、不使用トランジスタ２５（以後、トランジスタ２５とする）、ＬＥＤ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ（以後、ＬＥＤ群２６とする）、電流駆動トランジスタ２７ａ、２７ｂ、２７ｃ（以後、トランジスタ群２７とする）を有する。また、電源３に代わり電源３０を用いる。

図７に示されるように、ＬＥＤ群２６のカソードが電源３０の高電位側に接続され、トランジスタ群２７のエミッタがＬＥＤ群１のカソードに接続されている。即ち、電源３０に対して、ＬＥＤ群２６、集積回路Ｒ、ＬＥＤ群１、集積回路Ｑが直列に接続されている。

トランジスタ２５は本実施の形態においては機能しておらず、そのベースは開放となっているが、エミッタと短絡しても良い。これは、不使用トランジスタ２５を除いた回路を新たに製造するよりも集積回路Ｑを量産して用い、トランジスタ２５については不使用とする方がコストダウン可能であるからである。従って、不使用トランジスタ２５は必ずしも必要ではなく、不使用トランジスタ２５を除いた回路を新たに製造しても良い。また、図７に示す回路を新たに集積回路として製造しても良い。

ＬＥＤ群２６は、本実施形態において新たに追加された光源であり、その性能はＬＥＤ群１に含まれるＬＥＤと略等しい。トランジスタ群２７はＬＥＤ群２６に含まれるＬＥＤ２６ａ〜２６ｃの夫々に電流を供給するトランジスタ２７ａ〜２７ｃからなる。トランジスタ群２７に含まれるトランジスタ２７ａ〜２７ｃはトランジスタ群２に含まれるトランジスタ２ａ〜２ｃと同様の働きをする。但し、トランジスタ群２７に含まれるトランジスタのどれか１つ（本実施形態においてはトランジスタ２７ａ）のベースとコレクタをショートし、ダイオード接続としている。このようにすることにより、トランジスタ群２７に電流を流すことができる。

電源３０は電源３と同様に所定電圧を供給する電源であるが、電源３が図５に示される回路において要する最低電圧よりも高い電圧、少なくともその倍の電圧を供給可能である。これにより、直列に接続されたＬＥＤ群２６とＬＥＤ群１とを発光させることが可能となる。

次に、図７に示した回路の動作を説明する。集積回路Ｑの部分に関しては、図５に示した回路の動作と同様の動作をする。即ち、トランジスタ２０に流れるコレクタ電流と略等しい電流がＬＥＤ群１に含まれるＬＥＤ１ａ〜１ｃに流れる。上記のように集積回路Ｒと集積回路Ｑとは同様に製造された回路であり、図に示すように直列に接続されているため、ＬＥＤ群１及びトランジスタ群２に流れた電流と略等しい電流がＬＥＤ群２６及びトランジスタ群２７に流れる。ここで、トランジスタ群２７において、これに含まれる各トランジスタは共通ベース電圧であるので、流れるエミッタ電流も同一となる。その電流はＬＥＤ群１に流れた電流の総和をＬＥＤ群２６に含まれるＬＥＤの個数で均等に分流することとなる。従って、ＬＥＤ群１に含まれるＬＥＤの個数とＬＥＤ群２６に含まれるＬＥＤの個数とが等しい場合、図７に含まれるすべてのＬＥＤに略等しい電流が流れることとなる。従って、トランジスタ２０の電流を制御することによって、図７に含まれるすべてのＬＥＤに流れる電流を制御することが可能となる。

本実施の形態においては、ＬＥＤ群２６、集積回路Ｒ、ＬＥＤ群１及び集積回路Ｑを直列に接続したため、電源３０が要する電圧は大きくなる。しかしながら、実施の形態３で説明したように、トランジスタ群２に含まれるトランジスタの個数を増やした場合は制御電源４０の効率低下を招くため、両者のバランスを調整し適宜選択されるべきである。また、図７に示されるのは２段の直列接続の場合であるが、電源３０に余裕があれば３段以上も可能である。また、実施の形態３で説明した方法と本実施の形態で説明した方法とを同時に実装することも可能である。

以上説明したように、本発明の実施の形態４によれば、制御電源４の効率低下を招かずに回路に含まれるＬＥＤを増やすことができる。

実施の形態５．
実施の形態１乃至４において説明した回路を並列に追加することで、更にＬＥＤ光源の増加を図ることが可能である。しかしながら、図４乃至７に示した回路をそのまま追加すると、それだけ制御する電源の数も増加し、制御系統が複雑化してしまう。本実施形態においては、図５に示した回路を並列に追加し、一括で制御可能なＬＥＤ及びその駆動回路の態様を説明する。尚、実施の形態１乃至４と同様の符号を付す構成についてはそれらと同一又は相当部を示し、説明を省略する。

図８は本実施の形態に係るＬＥＤ及びその駆動回路の構成を示した回路図である。図８に示すように、本実施形態に係るＬＥＤ及びその駆動回路は図５に示したＬＥＤ群１と集積回路Ｑが複数個（本実施形態においては３個）並列に接続されている。こうすることにより、集積回路Ｑを量産することによって、すぐにでも実装することが可能となる。ここで、並列に接続するＬＥＤ群１と集積回路Ｑの数は３個に限定されるものではなく、４個以上でも接続可能である。

図８に示すように、本実施形態にかかるＬＥＤ及びその駆動回路は、電源３０、制御電源４０、電源４１、一括制御トランジスタ２００（以後、トランジスタ２００とする）、一括駆動トランジスタ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ（以後、トランジスタ群２０１とする）、及び複数個のＬＥＤ群１と集積回路Ｑを有する。トランジスタ２００及びトランジスタ群２０１に含まれるトランジスタは集積回路Ｑに含まれるトランジスタがＮＰＮトランジスタであるのに対し、ＰＮＰトランジスタである点が異なるが、夫々略同一のｈ_ＦＥを有する。また、トランジスタ２００とトランジスタ群２０１に含まれるトランジスタとは略同一の特性を有し、好適には同一ロットで製造される。

次に、各部の接続関係について説明する。電源４１はその高電位側がトランジスタ２００及びトランジスタ群２０１のエミッタと共通に接続されており、その接地側が制御電源４０、複数個の集積回路Ｑのエミッタ側及び電源３０の接地側と接続されている。また、制御電源４０は片端を前述の通りに接続され、多端をトランジスタ２００のベース及びトランジスタ群２０１のベースと接続されている。従って、電源４０はトランジスタ２００及びトランジスタ群２０１のベース・エミッタ間電圧を供給する。

トランジスタ２００はベースとコレクタとがダイオード接続されており、制御電源４０に接続されている。また、トランジスタ２００のベースはトランジスタ群２０１のベースと共通に接続されている。トランジスタ２００及びトランジスタ群２０１のエミッタは共通に接続され、上記した通り電源４１の高電位側に接続されている。

次に集積回路Ｑの接続関係について説明する。上記した通りトランジスタ群２０１に含まれるトランジスタの夫々のコレクタと制御電圧供給トランジスタ２０とが接続されている。またすべてのＬＥＤ群１に含まれるＬＥＤのカソードは夫々共通に接続され、電源３０の高電位側に接続されている。更に、集積回路Ｑに含まれるトランジスタのエミッタは夫々共通に接続され、電源３０、電源４１の接地側及び制御電源４０に接続されている。

次に、図８に示した回路の動作を説明する。トランジスタ２００及びトランジスタ群２０１に含まれるトランジスタのベース・エミッタ間電圧は等しい。更に、トランジスタ２００とトランジスタ群２０１に含まれるトランジスタとは略同一の特性を有するので、トランジスタ２００及びトランジスタ群２０１に含まれるトランジスタには略同一のコレクタ電流（以後、当該電流値をＩ_２とする）が流れる。即ち、トランジスタ２００のコレクタ電流を制御することにより、トランジスタ群２０１に含まれるトランジスタのコレクタ電流を制御することが可能となる。

トランジスタ群２０１に含まれる各トランジスタのコレクタ電流Ｉ_２は集積回路Ｑの夫々に流れる。夫々の集積回路Ｑ内でＩ_２はトランジスタ２０のカソード側とトランジスタ群２のベースとに分流するが、トランジスタのｈ_ＦＥは１００程度であるため、トランジスタ群２のベース電流として流れる電流はわずかであり、略Ｉ_２に等しい電流がトランジスタ２０に流れる。夫々の集積回路Ｑ内部での動作は図５に示す回路と同様である。即ち、Ｉ_２に略等しい電流がＬＥＤ群１に含まれる各ＬＥＤに流れる。

即ち、図８に示す回路の全体の制御の流れは、制御電源４０がトランジスタ２００の電流を制御し、トランジスタ２００がトランジスタ群２０１に含まれる各トランジスタの電流を制御し、トランジスタ群２０１に含まれる各トランジスタが集積回路Ｑの各トランジスタ２０を制御し、トランジスタ２０がトランジスタ群２に含まれる各トランジスタを制御し、トランジスタ群２がＬＥＤ群１に含まれる各ＬＥＤに駆動電流を与える。即ちトランジスタ２００を制御することによって、並列に接続された複数の集積回路Ｑに接続されたＬＥＤ群１のすべてのＬＥＤを一括で制御することが可能となる。

以上説明したように、本発明の実施の形態５によれば、ＬＥＤ群１と集積回路Ｑを並列に接続する場合において、電源３０や制御電源４０を増やすことなく、一括で制御することが可能であり、同時に駆動するＬＥＤを増加しても回路規模の大型化を招かないＬＥＤ駆動装置を提供することができる。

尚、上記で説明した並列接続のＬＥＤ群１と集積回路Ｑを一括で制御する方法において、集積回路Ｑを図６及び図７に示したような回路に変換することも可能である。これにより、ＬＥＤ群１に含まれるＬＥＤを増やした場合においても、制御電源４０の効率低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るバックライトユニットの分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係るバックライトユニット光源の発光面の模式図である。 本発明の実施の形態に係るバックライトユニット光源の発光面の色配置を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ及びその駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ及びその駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態３に係るＬＥＤ及びその駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態４に係るＬＥＤ及びその駆動回路の回路図である。 本発明の実施の形態５に係るＬＥＤ及びその駆動回路の回路図である。 従来技術に係るバックライトユニット光源の発光面の模式図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ ＬＥＤ、１ ＬＥＤ群、
２ａ、２ｂ、２ｃ 電流駆動トランジスタ、
２ トランジスタ群、３ 電源、４ 制御電源、
２０ 制御電圧供給トランジスタ、２１ エミッタ抵抗、
２２ ベース・エミッタ間電圧補償トランジスタ、
２３ ベース電流補償トランジスタ、２５ 不使用トランジスタ、
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ ＬＥＤ、２６ ＬＥＤ群、
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 電流駆動トランジスタ、２７ トランジスタ群、
３０ 電源、４０ 制御電源、４１ 電源、５１ ＬＥＤ光源、５３ 導光板、
５４ 拡散シート、５５ プリズムシート、６０ 駆動回路、
２００ 一括制御トランジスタ、
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ 一括駆動トランジスタ、
２０１ トランジスタ群、５１１ 光源基板、Ｑ 集積回路、Ｒ 集積回路

Claims (6)

1. 電流駆動により発光する複数の発光素子と、
   前記発光素子の駆動電流を制御する複数の電流駆動用トランジスタとを有し、
   前記電流駆動用トランジスタの電流端子と前記発光素子の一方の端子とが夫々接続され、
   複数の前記電流駆動用トランジスタの制御端子間電圧が共通となるように接続された発光素子駆動装置。
2. 前記電流駆動用トランジスタの制御端子間電圧を制御する制御電圧供給トランジスタを更に有し、
   前記制御電圧供給トランジスタの電流端子は当該制御電圧供給トランジスタの制御端子及び前記複数の電流駆動用トランジスタの制御端子と共通に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子駆動装置。
3. 前記電流駆動用トランジスタと、前記制御電圧供給トランジスタとが集積回路で構成されたことを特徴とする請求項１又は２いずれかに記載の発光素子駆動装置。
4. 前記複数の発光素子は赤、青、緑の光を夫々発光する３種類の発光素子を含み、前記３種類の発光素子の色を混合して白色光を発光することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の発光素子駆動装置。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の発光素子駆動装置を光源として用いたことを特徴とする液晶表示装置のバックライトユニット。
6. 請求項１乃至４いずれかに記載の発光素子駆動装置を光源として用いたことを特徴とする液晶プロジェクタ。

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