JP2007053150A - 発光ダイオード表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源と交流電源の双方の電源で適用でき、かつ複数の発光ダイオードが同時に故障することを防いで点灯を継続することが可能とする。
【解決手段】電源と直列に可変抵抗を設けさらに複数の導通時の順方向動作電圧Vfが異なる複数の発光ダイオード４１、４２を、並列に接続する。動作電圧のも最も低いダイオードのみが点灯し、それが故障したときは次に動作電圧の低いダイオードが自動的に点灯する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発行ダイオードを用いた表示装置に関するものであり、特に、押しボタンスイッチに接続して使用する表示装置として好適である。

発光ダイオードを使用した表示装置は、制御装置を構成する部品として数多く使用されている。例えば、押しボタン式スイッチ装置に内蔵してスイッチのオンオフ状態を表示させたり、表示ランプ装置に内蔵して、設備や装置の状態を表示させたりしている。

これらの表示装置においては、発光ダイオードが故障した場合であっても表示が継続できるようにするために、複数の発光ダイオードを並列に接続することが行われている。例えば、特許文献１のように、発光色の異なる２つの発光ダイオードの向きを逆にして並列接続したり、特許文献２のように、並列接続された複数の発光ダイオードを一斉点灯または一斉消灯させたりすることなどの技術が開示されている。
特開平１１−０１６６８３号公報 特開平０９−０６２２１７号公報

しかしながら、前述したような装置では、以下に述べるような問題がある。まず、特許文献１のように、発光色の異なる２つの発光ダイオードの向きを逆にして並列接続する装置では、並列接続した発光ダイオードを交流電源によって交互点灯させているので、交流電源には適用できても直流電源には適用できないという問題がある。また、特許文献２のように、並列接続された複数の発光ダイオードを一斉点灯または一斉消灯させる方法では、全ての発光ダイオードが等しく使用されるので、複数の発光ダイオードが同時に故障に至りやすい問題がある。また、故障した発光ダイオードの数だけ明るさが低下するという問題もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、直流電源と交流電源の双方の電源で適用でき、かつ複数の発光ダイオードが同時に故障することを防いで点灯を継続することが可能となる発光ダイオード表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の発光ダイオードを順電流降下電圧が低い順に点灯させ、この動作中の発光ダイオードが故障したら次の発光ダイオードを点灯させることを繰り返すという機能を、使用する発光ダイオードの電流−電圧特性を利用して実現するものである。
（１）本発明にかかる発光ダイオード表示装置は、導通時の順方向降下電圧が異なる複数の発光ダイオードを、並列に接続したことを特徴とする。
（２）上記（１）において、導通時の順方向降下電圧が最も低い発光ダイオードを1番目として、前記順方向降下電圧の昇順に発光ダイオードに番号を付与した場合に、n番目の発光ダイオードの順方向降下電圧Vf_nと、n＋1番目の発光ダイオードの順方向降下電圧Vf_n+1が、1以上の任意の正の定数aに対し、

なる関係を有していることを特徴とする。

本発明では、複数の発光ダイオードを全て順方向に並列に接続している為、直流電源でも交流電源でも使用できる。また、導通時の順方向降下電圧が異なる発光ダイオードの内、順方向降下電圧が低い発光ダイオードをまず点灯させ、その順方向降下電圧の低い発光ダイオードが損傷等で消灯した場合には、順方向降下電圧の高い発光ダイオードに切り替わって発光するようにしたので、表示において点灯を継続することができる。

先ず、発光ダイオードの動作特性について、図１を用いて説明する。図１は、発光ダイオードの電圧と電流の関係を表したグラフである。発光ダイオードに印加する順方向の直流電圧を上昇させていくと、ある電圧Vfに達したとき、発光ダイオードが導通し点灯する。導通すると、発光ダイオードの両端の電圧Vfは、殆ど上昇することなくほぼ一定値を保ち、流れる電流のみ上昇する特性を持っている。ここで、発光ダイオードが導通し点灯する電圧Vfを順方向降下電圧と呼ぶ。この、順方向降下電圧Vfは、発光ダイオードの発光色によって異なり、赤色発光ダイオードでは約1.8V、青色では約3.0Vから3.6Vが多い。

本発明による表示装置の構成を、図２と図３を用いて説明する。図２は、本発明にかかる発光ダイオードの表示装置１の回路構成を示しており、並列接続する発光ダイオード数は2個である。２は直流電源であり、直列に接続された３の可変抵抗器を介して、2個の発光ダイオード（第１の発光ダイオードを４１、第２の発光ダイオードを４２とする）に直流電圧を印加する。図３に、本実施の形態に使用した発光ダイオード４１、４２の電圧と電流の特性を表した。図３中の、５１が第１の発光ダイオード４１の動作特性、５２が第２の発光ダイオード４２の動作特性を示している。第１の発光ダイオード４１は順方向降下電圧がVf₁、第２の発光ダイオード４２は順方向降下電圧がVf₂で、Vf₁とVf₂の関係は、（１）式となるようなものを選択した。

（１）式において、aは1以上の任意の正の定数である。

このような回路において、可変抵抗３の抵抗値Rを無限大から徐々に低下させていくと、可変抵抗３における電圧降下量は徐々に低下する。それと同時に、発光ダイオード４１、４２の両端である端子Ａと端子Ｂの間の電圧Vdは、ゼロから徐々に上昇していく。やがて、Vdが第１の発光ダイオード４１の順方向降下電圧Vf₁に達すると、第１の発光ダイオード４１が点灯する。第１の発光ダイオード４１が点灯した後は、可変抵抗３の抵抗値Rを低下させ続けても、前述の発光ダイオードの特性により、Vdはこれ以上昇圧せずVf₁のまま一定値を維持する。この状態において、第２の発光ダイオード４２に印加される電圧は、第１の発光ダイオード４１に印加されている電圧と同じ値のVf₁である。第２の発光ダイオード４２は、印加されている電圧がVf₂に到達しないと点灯できないから、第１の発光ダイオード４１が点灯していても消灯したままである。つまり、第１の発光ダイオード４１が正常に点灯している場合は、第２の発光ダイオード４２は点灯せず消灯したままとなる。

次に、第１の発光ダイオード４１が故障した場合の動作を説明する。図２において、第１の発光ダイオード４１が故障すると、その直後から、直流電源から印加される電圧は可変抵抗３の設定に応じた電圧となり、その電圧が第２の発光ダイオード４２に印加される。このとき、第２の発光ダイオード４２の両端となる端子Ａと端子Ｂの間の電圧Vdが、Vf₂に達していれば第２の発光ダイオード４２は点灯する。

ところで、導通時の第２の発光ダイオード４２に印加される電圧Vf₂は下式で与えられる。

（２）式において、I₁は第１の発光ダイオード４１の導通時の電流、I₂は第２の発光ダイオード４２の導通時の電流、Rは可変抵抗３の抵抗値である。従って、（２）式が成り立つように、Rを予め設定しておけば、第１の発光ダイオード４１が故障し消灯した瞬間に第２の発光ダイオード４２が導通し、表示装置としては点灯を継続できる。

以上に説明したように、本実施の形態のごとく順方向降下電圧が異なる２つの発光ダイオードを並列接続した場合、1個の発光ダイオードが故障により消灯してしまっても、別の発光ダイオードが直ちに点灯するので、表示装置としては点灯を継続させることができる。これにより、頻繁に発光異常の点検やメンテナンスを行なう必要がなくなる。また、表示装置の寿命も、発光ダイオードの個数にて制御できる。さらに、一般的には順方向降下電圧が異なる発光ダイオードは発光色が異なり、順方向降下電圧の高い発光ダイオードが動作していることは目視で分かるので、表示装置の修理時期が容易に認識できるという利点もある。

なお、本実施の形態では、発光ダイオードの個数を2個にて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは無い。表示装置が必要とする寿命に応じて個数を増やしても良い。この場合は、最も順方向降下電圧が低い発光ダイオードを最初に点灯させ、残りは順方向降下電圧の昇順に点灯していくように並列接続すれば良い。

図２の回路構成を用いた実施例について説明する。

電源電圧E＝6V、発光ダイオード４１の順方向降下電圧Vf₁=1.8V、発光ダイオード４２の順方向降下電圧Vf₂=3.6V、発光ダイオード４１の順方向動作電流I₁＝20mAとする。

まず、第１の発光ダイオード４１と第２の発光ダイオード４２に印加する電圧VdがVf₁の許容電圧=1.8Vとなるように、可変抵抗３での電圧降下は6V−1.8V=4.2V、第１の発光ダイオード４１に流す電流値I₁を20mAとするために、可変抵抗３の抵抗値Rは210Ωと設定する。

この状態で、第１の発光ダイオード４１が故障すると、第１の発光ダイオード４１側は開放状態となるので、この瞬間から第２の発光ダイオード４２側に電流が流れようとする。そして、第２の発光ダイオード４２の順方向降下電圧は3.6Vであるため、可変抵抗３での電圧降下は2.4V（＝電源電圧6V−発光ダイオード４２の順方向降下電圧3.6V）となる。その結果、電流値は、11.4mA（＝2.4V／210Ω）に変わり、第２の発光ダイオード４２はこの電流値で発光することになる。この場合、第２の発光ダイオード４２に流れる電流は定格よりやや低くなる場合もあるが、表示において問題ない発光量が確保できるように逆算すればよい。

また、式（２）を変形すると、
R=(Vf₂−Vf₁)／(I₁−I₂)
となる。これに前述の条件、Vf₁=1.8V、Vf₂=3.6V、I₁=20mA、I₂=11.4mA、を入れれば、
R=(3.6−1.8)／(0.020−0.0114)=209.3
となり、可変抵抗３の抵抗値Rは209.3Ωとすれば、第１の発光ダイオード４１が故障しても第２の発光ダイオード４２が直ぐに点灯し、表示装置としての点灯を維持することができる。

本発明に使用する発光ダイオードの特性図。 本発明にかかる表示装置の回路構成を示す図。 順方向降下電圧が異なる2個の発光ダイオードの特性図。

符号の説明

１ 発光ダイオード表示装置
２ 直流電源
３ 可変抵抗
４１ 第１の発光ダイオード
４２ 第２の発光ダイオード
５１ 第１の発光ダイオード４１の特性
５２ 第２の発光ダイオード４２の特性
Ａ 端子（発光ダイオードの入側）
Ｂ 端子（発光ダイオードの出側）
E 直流電源２の供給電圧
Vf₁ 発光ダイオード４１の順方向降下電圧
Vf₂ 発光ダイオード４２の順方向降下電圧
R 可変抵抗３の抵抗値

Claims (2)

1. 導通時の順方向降下電圧が異なる複数の発光ダイオードを、並列に接続したことを特徴とする、発光ダイオード表示装置。
2. 導通時の順方向降下電圧が最も低い発光ダイオードを１番目として、前記順方向降下電圧の昇順に発光ダイオードに番号を付与した場合に、
   ｎ番目の発光ダイオードの順方向降下電圧Ｖf_nと、ｎ＋１番目の発光ダイオードの順方向降下電圧Ｖf_n+1が、１以上の任意の正の定数ａに対し、
   

   

   なる関係を有していることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード表示装置。

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