JP2006203044A - Ｌｅｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに順電圧が異なる複数個のＬＥＤを備えるＬＥＤ装置であって、各ＬＥＤに流れる電流の調整や制御が容易となるＬＥＤ装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ装置１００は、互いにＶｆが異なるＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと、各ＬＥＤに直列接続されて各ＬＥＤに供給される電流を制御する駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと、を備える。ＬＥＤと駆動トランジスタとが接続されてなる３つの直列回路は、互いに並列に接続される。Ｖｆが比較的小さいＬＥＤ１Ｒに、ＬＥＤ間のＶｆの差を小さくするダイオード４が直列に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、順電圧が互いに異なる複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）を備えるＬＥＤ装置に関する。

ＬＥＤを駆動する構成として、駆動トランジスタがＬＥＤに直列接続され、駆動トランジスタによりＬＥＤに電流が供給される構成がある。

Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）３色のＬＥＤの各々に流れる電流を、トランジスタを用いて制御する構成としては、例えば、図４に示される構成が想定される。図４では、赤色のＬＥＤ７１Ｒ，緑色のＬＥＤ７１Ｇ，青色のＬＥＤ７１Ｂのそれぞれに対応して、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタである駆動トランジスタ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂが設けられている。ＬＥＤ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂのそれぞれのカソードは、互いに接続されてグランドに接続されている。一方、ＬＥＤ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂのそれぞれのアノードは、対応する駆動トランジスタ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂのドレインに接続されている。駆動トランジスタ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂのそれぞれのソースは、互いに接続されて電源電圧ＶＤＤに接続されている。駆動トランジスタ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂのそれぞれのゲートは、互いに接続されて制御回路７３に接続されている。制御回路７３は、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを制御することによって、ＬＥＤ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに流れる電流を制御する。

一般に、赤色のＬＥＤの順電圧（順電圧降下ともいう）Ｖｆは、緑色や青色のＬＥＤのＶｆと比べて小さい。このため、駆動トランジスタ７２Ｒのドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは、駆動トランジスタ７２Ｇ，７２ＢのＶｄｓと比べて大きくなる。例えば、ＬＥＤ７１ＲのＶｆは約２Ｖ、それに対してＬＥＤ７１Ｇ，７１ＢのＶｆは約３．５Ｖであり、電源電圧ＶＤＤ＝５Ｖのとき、駆動トランジスタ７２ＲのＶｄｓは約３Ｖであり、駆動トランジスタ７２Ｇ，７２ＢのＶｄｓは約１．５Ｖである。

このように、駆動トランジスタ間でＶｄｓが異なるが、各駆動トランジスタが飽和領域で動作する場合、各駆動トランジスタのサイズが互いに同一であるとき、各駆動トランジスタのドレイン・ソース電流Ｉｄｓはほぼ等しくなる、と考えられる。したがって、例えばＬＥＤ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに流れる電流の比が１：１：１のときに所望の発光色が得られる場合、駆動トランジスタ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂのサイズ比を１：１：１に設定し、各駆動トランジスタを飽和領域で動作させれば、所望の発光色を得ることができる、と考えられる。

しかし、実際に製造されるトランジスタの殆どは、飽和領域であっても、図５に示されるように、Ｖｄｓ−Ｉｄｓ特性は完全にはフラットではなく、ある程度の傾きを持ち、Ｖｄｓが大きくなるほどＩｄｓは次第に増える。このため、各駆動トランジスタのサイズが互いに同一である場合、ＬＥＤ７１Ｒに流れる電流はＬＥＤ７１Ｇまたは７１Ｂに流れる電流よりも大きくなり、ＬＥＤ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに流れる電流の比は、α（＞１）：１：１となる。したがって、例えばＬＥＤ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂの電流比が１：１：１のときに所望の発光色が得られる場合、所望の発光色を得るためには、駆動トランジスタ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂのサイズ比を、１：１：１ではなく、（１／α）：１：１に設定しなければならない。

さらに、各ＬＥＤに流れる電流の比はＶｇｓによって異なる。すなわち、値αの大きさはＶｇｓに依存する。このため、あるＶｇｓを基準として駆動トランジスタのサイズ比を設定した場合、Ｖｇｓが基準から変化するとＬＥＤ間の電流比も変化してしまう。したがって、Ｖｇｓを変化させることによって輝度を変化させようとする場合、Ｖｇｓに応じてトランジスタサイズ比を調整することが必要となり、これを実現するための複雑な構成が必要となる。

ＲＧＢ３色のＬＥＤの各々に流れる電流を、トランジスタを用いて制御する別の構成としては、例えば、図６に示される構成が想定される。図６に示される構成は、図４に示される構成と殆ど同じであるが、駆動トランジスタ７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂのゲートは、それぞれ制御回路７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂに接続されている。そして、制御回路７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂは、それぞれ、駆動トランジスタ７２Ｒ，７２Ｇ，７２ＢのＶｇｓを制御することによって、ＬＥＤ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに流れる電流を別々に制御する。

この構成においても、駆動トランジスタ７２ＲのＶｄｓは、駆動トランジスタ７２Ｇ，７２ＢのＶｄｓと比べて大きいので、駆動トランジスタ７２ＲのＶｇｓ−Ｉｄｓ特性は、駆動トランジスタ７２Ｇ，７２Ｂの特性と異なったものとなる。このため、ＬＥＤ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂを同様に扱うことができず、制御回路７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂによる電流制御が複雑になってしまう。

なお、上記の事情は、ＲＧＢ３色のＬＥＤを駆動する場合に限られず、互いに順電圧が異なる複数個のＬＥＤを駆動する場合において広く該当する。

そこで、本発明は、互いに順電圧が異なる複数個のＬＥＤを備えるＬＥＤ装置であって、各ＬＥＤに流れる電流の調整や制御が容易となるＬＥＤ装置を提供する。

本発明に係るＬＥＤ装置は、互いに順電圧が異なる複数個のＬＥＤと、前記各ＬＥＤに直列接続されて前記各ＬＥＤに供給される電流を制御する複数個の駆動トランジスタと、を備え、前記ＬＥＤと前記駆動トランジスタとが接続されてなる複数の直列回路は、互いに並列に接続され、前記複数個のＬＥＤのうち少なくとも１つに、ＬＥＤ間の順電圧の差を小さくするダイオードが直列に接続される。

本発明の好適な態様では、前記複数個のＬＥＤには、赤色、緑色、および青色のＬＥＤが含まれ、赤色のＬＥＤに、前記ダイオードが接続される。

本発明に係るＬＥＤ駆動装置は、互いに順電圧が異なる複数個のＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動装置であって、前記各ＬＥＤに直列接続されて前記各ＬＥＤに供給される電流を制御する複数個の駆動トランジスタと、前記複数個の駆動トランジスタのうち少なくとも１つに直列接続され、ＬＥＤ間の順電圧の差を小さくするダイオードと、を有する。

本発明によれば、互いに順電圧が異なる複数個のＬＥＤを備えるＬＥＤ装置であって、各ＬＥＤに流れる電流の調整や制御が容易となるＬＥＤ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施の形態に係るＬＥＤ装置１００の構成を示す回路図である。図１において、ＬＥＤ装置１００は、赤色のＬＥＤ１Ｒ、緑色のＬＥＤ１Ｇ、および青色のＬＥＤ１Ｂを有しており、各ＬＥＤの光が混合されて所定の色（例えば白色）で発光するものである。ただし、ＬＥＤ装置１００は、互いに順電圧Ｖｆが異なる複数個のＬＥＤを備えていればよく、ＬＥＤの個数や発光色は上記に限定されない。

ＬＥＤ装置１００は、ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ（以下適宜、ＬＥＤ１と総称する）を駆動するＬＥＤ駆動装置１０を有する。このＬＥＤ駆動装置１０は、好適には１個のＩＣによって構成される。ＬＥＤ駆動装置１０は、それぞれＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに直列接続されて各ＬＥＤに供給される電流を制御する駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ（以下適宜、駆動トランジスタ２と総称する）を備えている。ここでは、駆動トランジスタ２は、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタである。

ＬＥＤ１と駆動トランジスタ２とが接続されてなる３つの直列回路は、互いに並列に接続される。具体的には、ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂのそれぞれのカソードは、互いに接続されてグランドに接続されている。一方、ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂのそれぞれのアノードは、対応する駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのドレインに接続されている。駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのそれぞれのソースは、互いに接続されて電源電圧ＶＤＤに接続されている。

なお、ＬＥＤ１Ｒのアノードと駆動トランジスタ２Ｒのドレインとの間にダイオード４が挿入されているが、このダイオード４については後に説明する。

駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのそれぞれのゲートは、互いに接続されて制御回路３に接続されている。駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは、互いに同一であり、制御回路３によって制御される。制御回路３は、駆動トランジスタ２のＶｇｓを制御し、これによりＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに流れる電流を制御する。

図２は、制御回路３の構成の一例を示す回路図である。図２において、制御回路３は、オペアンプ３１、電圧源３２、基準トランジスタ３３、および抵抗３４を含んで構成されている。ここでは、基準トランジスタ３３は、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタである。オペアンプ３１の正相入力端子は電圧源３２に接続されており、出力端子は基準トランジスタ３３のゲートに接続されている。この基準トランジスタ３３のソースは電源電圧ＶＤＤに接続されており、ドレインは抵抗３４を介してグランドに接続されている。この抵抗３４の端子間電圧がオペアンプ３１の逆相入力端子に帰還され、これにより、オペアンプ３１は、その正相入力端子と逆相入力端子とが常に同電位となるように動作する。すなわち、オペアンプ３１は、抵抗３４の端子間電圧を常に正相入力端子に印加される電圧源３２の電圧Ｖ３２と等しくなるように維持する。したがって、基準トランジスタ３３のゲートは、基準トランジスタ３３のドレイン・ソース電流ＩｄｓがＶ３２／Ｒ３４（Ｒ３４は抵抗３４の抵抗値）となる電位に維持される。この基準トランジスタ３３のゲートは、駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに接続される。したがって、電圧値Ｖ３２または抵抗値Ｒ３４を変化させることにより、駆動トランジスタ２のゲート電位、ひいてはＶｇｓを変化させることができる。具体的には、Ｖ３２を大きくするほど、またはＲ３４を小さくするほど、Ｖｇｓが大きくなり、ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに流れる電流が大きくなる。

一つの態様では、制御回路３は、Ｖｇｓをある値に固定的に設定し、これによりＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに流れる電流、ひいては輝度を固定的に制御する。この場合、Ｖ３２およびＲ３４は、予め所定の値に設定される。別の態様では、制御回路３は、Ｖｇｓを可変に制御し、これによりＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに流れる電流、ひいては輝度を可変に制御する。この場合、制御回路３は、Ｖ３２またはＲ３４を可変に制御する。

上記構成において、ＬＥＤ間のＶｆは互いに相違している。このＬＥＤ間のＶｆの相違は、先述したとおり、各ＬＥＤに流れる電流の調整や制御を困難または複雑にする。そこで、本実施の形態では、複数個のＬＥＤのうち少なくとも１つに、ＬＥＤ間のＶｆの差を補償するダイオード４を直列に接続する。このダイオード４の設置箇所、個数、および順電圧は、ＬＥＤ間のＶｆの差を小さくすることができれば、適宜に設定可能である。

ここでは、具体的には、ＬＥＤ１ＲのＶｆは２．０Ｖであり、ＬＥＤ１Ｇおよび１ＢのＶｆは３．５Ｖである。そこで、図１に示されるように、Ｖｆの小さいＬＥＤ１Ｒにダイオード４を直列に接続する。また、Ｖｆの差は１．５Ｖであるので、ダイオード４は、Ｖｆ＝０．７５Ｖである２個のダイオードから構成される。

上記構成では、ＬＥＤ１Ｒとダイオード４との直列回路による電圧降下は、ＬＥＤ１Ｇおよび１Ｂの電圧降下３．５Ｖと等しくなる。そして、電源電圧ＶＤＤ＝５Ｖである場合、駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２ＢのＶｄｓは、いずれも１．５Ｖとなる。したがって、トランジスタサイズが互いに同一である場合、各駆動トランジスタ２のＩｄｓは互いに等しくなり、各ＬＥＤ１には互いに同一の電流が供給される。なお、制御回路３は、駆動トランジスタ２を飽和領域で動作させる場合、駆動トランジスタ２のＶｇｓを例えば２〜３Ｖの範囲で制御する。

以上のとおり、本実施の形態では、互いにＶｆが異なる複数個のＬＥＤと、各ＬＥＤに直列接続されて各ＬＥＤに供給される電流を制御する複数個の駆動トランジスタとを備え、ＬＥＤと駆動トランジスタとが接続されてなる複数の直列回路が互いに並列に接続されてなる構成において、複数個のＬＥＤのうち少なくとも１つに、ＬＥＤ間のＶｆの差を補償するダイオードを直列に接続する。このため、本実施の形態によれば、ＬＥＤ間のＶｆの差を小さくすることができ、駆動トランジスタ間のＶｄｓの差を小さくすることができる。この結果、各ＬＥＤに流れる電流の調整や制御を容易化することができる。例えば、ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに流れる電流の比が１：１：１のときに所望の発光色が得られる場合、駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのサイズ比を１：１：１に設定すれば、所望の発光色を得ることができる。また、駆動トランジスタ２のＶｇｓを変化させても駆動トランジスタ間のＩｄｓの比は維持されるので、Ｖｇｓを変化させて輝度を変化させる場合において、Ｖｇｓに応じたサイズ比の調整が不要となり、サイズ比調整用の複雑な構成が不要となる。

また、本実施の形態では、ＬＥＤにダイオードを直列に接続するので、特性をある程度維持したままで電圧降下を大きくすることができる。別の言い方をすれば、比較的Ｖｆが小さいＬＥＤにダイオードを直列に接続することにより、比較的Ｖｆが大きいＬＥＤを等価的に作ることができる。このため、本実施の形態によれば、互いにＶｆが異なる複数個のＬＥＤのＶｆ特性を擬似的に近付けることができ、当該複数個のＬＥＤを同様に扱うことが可能となり、各ＬＥＤに流れる電流の調整や制御が容易となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更することができる。

例えば、駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２ＢのＶｇｓは、上記の実施の形態では共通に制御されているが、別々に制御されてもよい。図３は、駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２ＢのＶｇｓが別々に制御される場合の構成を示す回路図である。図３において、駆動トランジスタ２Ｒ，２Ｇ，２ＢのＶｇｓは、それぞれ制御回路３Ｒ，３Ｇ，３Ｂによって別々に制御される。この構成においては、ＬＥＤ１Ｒにダイオード４を直列に接続することにより、ＲＧＢ間でのＶｆ特性を擬似的に近付けることができ、ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを同様に扱うことが可能となり、制御回路３Ｒ，３Ｇ，３Ｂによる制御が簡易となる。

また、駆動トランジスタは、上記の実施の形態ではＰチャネル型のＭＯＳトランジスタであるが、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタ、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタなどであってもよい。

また、１個のＬＥＤに対応する駆動トランジスタは、上記の実施の形態では１個であるが、互いに並列接続された複数個のトランジスタにより構成されてもよい。このとき、複数個のトランジスタの一部または全部をスイッチによりオンオフ可能とすれば、スイッチの設定によって駆動トランジスタのサイズを可変に設定することが可能となる。

実施の形態に係るＬＥＤ装置の構成を示す回路図である。 制御回路の構成の一例を示す回路図である。 複数個の駆動トランジスタのＶｇｓが別々に制御される場合の構成を示す回路図である。 ＲＧＢ３色のＬＥＤの各々に流れる電流を制御する構成として想定される構成例を示す図である。 Ｖｄｓ−Ｉｄｓ特性を示す図である。 ＲＧＢ３色のＬＥＤの各々に流れる電流を制御する構成として想定される別の構成例を示す図である。

符号の説明

１Ｒ 赤色のＬＥＤ、１Ｇ 緑色のＬＥＤ、１Ｂ 青色のＬＥＤ、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ 駆動トランジスタ、３，３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ 制御回路、４ ダイオード、１０ ＬＥＤ駆動装置、１００ ＬＥＤ装置。

Claims (3)

1. 互いに順電圧が異なる複数個のＬＥＤと、
   前記各ＬＥＤに直列接続されて前記各ＬＥＤに供給される電流を制御する複数個の駆動トランジスタと、を備え、
   前記ＬＥＤと前記駆動トランジスタとが接続されてなる複数の直列回路は、互いに並列に接続され、
   前記複数個のＬＥＤのうち少なくとも１つに、ＬＥＤ間の順電圧の差を小さくするダイオードが直列に接続されることを特徴とするＬＥＤ装置。
2. 請求項１に記載のＬＥＤ装置であって、
   前記複数個のＬＥＤには、赤色、緑色、および青色のＬＥＤが含まれ、赤色のＬＥＤに、前記ダイオードが接続されることを特徴とするＬＥＤ装置。
3. 互いに順電圧が異なる複数個のＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動装置であって、
   前記各ＬＥＤに直列接続されて前記各ＬＥＤに供給される電流を制御する複数個の駆動トランジスタと、
   前記複数個の駆動トランジスタのうち少なくとも１つに直列接続され、ＬＥＤ間の順電圧の差を小さくするダイオードと、
   を有することを特徴とするＬＥＤ駆動装置。

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