JP2010199501A

JP2010199501A - Ｌｅｄ装置と、そのｌｅｄ装置を用いた映像装置

Info

Publication number: JP2010199501A
Application number: JP2009045704A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Matsubara; 則幸松原; Katsuya Miyaoka; 克弥宮岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】大型画面等の映像装置に用いられるＬＥＤ装置の設置環境温度に基因する順方向電圧変動分によるＬＥＤ駆動回路の熱損失を低減したＬＥＤ装置を提供する。
【解決手段】複数のＬＥＤ素子１が縦列、横列にマトリックス状に設けられ、ＬＥＤ素子１を駆動する駆動回路３に印加される電圧を検出して、前記駆動回路３の両端電圧が一定値となるように電源６の出力電圧を所定値に制御する信号を出力する電圧検出回路５とを備えたＬＥＤ装置１００。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）装置およびこのＬＥＤ装置を用いた映像装置に関するものであり、特にＬＥＤを点灯するための電源制御に係るものである。

従来の発光装置として、ＬＥＤを点灯する為に必要な電力を電圧源として駆動回路とＬＥＤに供給し、駆動回路内では定電流回路もしくは、抵抗を用いた順定電流回路によって、ＬＥＤ輝度に応じた電流を生成しＬＥＤを点灯させている。
この時、駆動回路と駆動回路と直列に接続されるＬＥＤとの両端に供給される電圧は、例えば、駆動回路内の定電流回路を安定動作させる為に必要な電圧１．５Ｖと、ＬＥＤの順方向電圧３．５Ｖとを加算した５Ｖを供給している技術が示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−３２４４９３号公報

この様な発光装置において、ＬＥＤの順方向電圧はＬＥＤ温度によって大きく変動する。具体的には、低温時０℃での順方向電圧は３．８Ｖ程度であり、高温時８０℃では３．０Ｖ程度まで下がるなど、８０℃の温度差で約０．８Ｖの電圧変動が発生する。これらＬＥＤの順方向電圧の変動分は、ＬＥＤを駆動する駆動回路内で熱損失となり、ＬＥＤ温度が高温になるに連れて駆動回路の熱損失は増加する。従って、ＬＥＤ使用数量の多い、例えば野球場や競馬場等に設置される大型映像装置では、ＬＥＤの順方向電圧の変動分によるＬＥＤ駆動回路内の熱損失が数ｋＷになるという問題があった。さらに、前述の定電流駆動回路の電力損失は、ＬＥＤの周囲温度を上昇させる為、大型画面中央部に近いほど熱集中が起こり、ＬＥＤの輝度ムラが発生し、それに伴う、画質の劣化を招くという問題があった。このような問題に対して、特許文献１では、ＬＥＤの周囲温度上昇を検出してＬＥＤ駆動回路への供給電圧を下げて、ＬＥＤの順方向電圧の変動分によるＬＥＤ駆動回路内の熱損失を削減するという技術が示されているが、ＬＥＤの順方向電圧と、ＬＥＤの周辺温度を検出するサーミスタの検出温度との間には、基板にＬＥＤを実装する場合のはんだの供給量やＬＥＤチップの浮き具合などが異なるためには、バラツキが大きく、特に、大型画面等で冷却ファンを使用する環境下では、正確な電圧の把握が困難であると言う問題が有り、ＬＥＤ使用数量が多く、ＬＥＤ駆動回路内の熱損失が数ｋＷにも及ぶ大型映像装置では、損失低減が課題となっていた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＬＥＤ駆動回路の熱損失を低減し、省エネを実現したＬＥＤ装置を提供するとともに、このＬＥＤ装置を用いて表示画面上の色ムラを抑制した映像装置を提供することを目的としている。

この発明に係るＬＥＤ装置は、マトリックス状に配置された複数個のＬＥＤ素子に直列に接続され、前記ＬＥＤ素子をそれぞれに駆動する駆動回路が設けられたＬＥＤユニットに電力を供給する電源を備え、駆動回路の両端電圧が検出され、その両端電圧が一定値となるように、電源が所定の電圧値を出力するよう制御されるものである。
また、この発明に係る映像装置は、前記の複数個のＬＥＤ装置が、マトリックス状に配列され、前記ＬＥＤ装置に設けられている電源の出力電圧を検出するとともに、各出力電圧値の比較を行い、所定の範囲外の電圧値を出力する前記電源を、所定の範囲内に電圧値を出力するよう制御する電圧比較器が設けられているものである。

この発明に係るＬＥＤ装置は、上記のような構成を備えているので、ＬＥＤ素子周辺の温度上昇に伴って変化するＬＥＤ駆動回路の印加電圧を検出し、電源の出力電圧を低く設定することでＬＥＤ駆動回路の熱損失を低減した省エネを実現することが出来る。
また、この発明に係る映像装置は、表示部の部分的および全体の温度変化に対する色ムラを抑え安定した色彩を表現できる。

実施の形態１によるＬＥＤ装置の構成を示す図である。実施の形態１によるＬＥＤユニットの動作を説明する模式図である。実施の形態２によるＬＥＤ装置の構成を示す図である。実施の形態３による映像装置の表示部の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１に実施の形態１によるＬＥＤ装置１００の構成図を示す。ＬＥＤ装置１００は、複数個のＬＥＤ素子１を縦列、横列にマトリックス状にプリント基板等に実装されたものを１つのＬＥＤユニット２として備えている。このＬＥＤユニット２には複数個のＬＥＤ素子１のそれぞれ画素単位で輝度に対応する定電流を供給する駆動回路３がＬＥＤ素子１に直列に設けられ、この駆動回路３にＬＥＤ素子１の駆動電流を設定する制御回路４と、さらに複数個の駆動回路３の中から予め代表的な１つの駆動回路を設定しておき、この駆動回路３の両端に印加される電圧を検出して、ＬＥＤ駆動回路３の両端電圧が所定の電圧値になるような指令信号を出力する電圧検出回路５が設けられており、この指令信号によって電源６の出力電圧が制御されるものである。

この実施の形態１によるＬＥＤ装置１００におけるＬＥＤユニット２の動作を図２で模式的に示す。なおこの図２は図１に示したＬＥＤ素子１と駆動回路３との配置位置関係が逆であるが本質的に何ら問題はない。図１および図２に示した模式図に基づいて動作を説明する。この実施の形態１のＬＥＤ装置１００は、ＬＥＤ素子１の周辺温度によって変化するＬＥＤ素子１の順方向電圧変化に応じて電圧検出回路５が電源６に指令値を与えて電源６の出力電圧値が調整されるので、駆動回路３が定電流を生成するために掛かる必要な電圧（１．５Ｖ）は一定であり、ＬＥＤ素子１の周辺温度上昇に伴ってＬＥＤ素子１の順方向電圧（３．０〜３．８Ｖ）が小さくなった場合でも、電源６の出力電圧を前記順方向電圧の低下分だけ減少させることが可能となり、その結果、駆動回路３の熱損失を抑制することができ、エネルギー消費量の削減や、ひいては環境負荷低減、さらにはＬＥＤ装置の耐久性の向上等の効果がある。以下に数値例で説明する。
例えば、ＬＥＤ素子１の順方向電圧が３．８Ｖ、駆動回路３に必要な電圧が１．５Ｖ、駆動電流が１０Ａ場合、電源６は、５．３Ｖ（３．８Ｖ＋１．５Ｖ）を供給し、回路の消費電力Ｐは、
Ｐ＝５．３Ｖ・１０Ａ＝５３Ｗ
となる。
電源６が５．３Ｖのまま温度上昇すると、ＬＥＤ素子１の順方向電圧は下がり（例えば３．０Ｖ）、その差分、駆動回路３の電圧が２．３Ｖ上昇（５．３Ｖ−３．０Ｖ）し、結果、不要な駆動回路３の熱損失が増加する事になる。よって、ＬＥＤ素子１の順方向電圧の変化に対し、その変化分を減算した４．５Ｖ（５．３Ｖ−０．８Ｖ）を電源６から供給する事で、回路の消費電力を削減する。
つまり、削減効果＝（５．３Ｖ−４．５Ｖ）・１０Ａ＝８Ｗとなるという無駄の少ないＬＥＤ装置１００が提供可能となる。なお、駆動回路の両端電圧の検出を代表的な１つの駆動回路に印加される電圧を検出しているが、これに限定されることなく複数の駆動回路に印加される電圧を検出し、駆動回路の両端電圧が一定値となるよう制御されてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２によるＬＥＤ装置１００を図３に示す。
この実施の形態２は、前述した実施の形態１の制御回路４が有する機能につけ加えて、駆動回路３の中から予め設定された代表的な１つの駆動回路３に印加される両端電圧を検出する電圧検出機能を備えた電圧検出・制御回路４ａを、前記図１の制御回路４に代替して設けるとともに、同様に実施の形態１の電圧検出回路５に代替して電圧指令回路５ａを設け、さらに前記電圧検出・制御回路４ａの出力信号を受けるスイッチ７を設け、スイッチ７の切り替えにより電圧指令回路５ａを介して電源６の出力電圧を所定値に制御するようにしたものである。

より具体的に説明する。
この実施の形態２は、駆動回路３に印加される電圧を段階的に切り替えるものであり、例えばＬＥＤ素子１の順方向電圧が３．０〜３．４Ｖの場合は、電源６の電圧を４．９Ｖと設定し、このときスイッチ７をＯＮとし、ＬＥＤ素子１の順方向電圧が３．５〜３．８Ｖの場合には、電源６の電圧を５．３Ｖに設定し、このときスイッチ７をＯＦＦとする。上記の場合、駆動回路３の電圧は１．５Ｖ〜１．９Ｖまで変化する。なおスイッチ７の数を１個の場合で説明したが、スイッチ数を増やすことで細かいステップで電源６の電圧を設定することができる。
このような実施の形態２のＬＥＤ装置１００が、例えば屋外野球場や競馬場に設置される大型映像装置に適用されると、設置環境による太陽光遮蔽体により映像画面の特定部分に長時間にわたり影が投影されるような場合、その部分をそれ以外の太陽光が照射される部分のＬＥＤ装置の切り替えスイッチを人為的に切り替えることにより鮮明な映像をタイムリーに提供できるという効果がある。

実施の形態３．
次に実施の形態３による映像装置２００を図４に基づいて説明する。
図４は、前述した実施の形態１または実施の形態２のＬＥＤ装置１００のいずれかをＬＥＤ装置１００ａ〜１００ｐとしてマトリックス状に配置し、例えば競馬場等の屋外に設置された大型の映像装置２００を示す概念図である。
図４において電圧比較器８は、映像装置２００を構成するＬＥＤ装置１００ａ〜１００ｐに設けられている電源６の出力電圧を検出して、各出力電圧値の比較を行い、予め設定されている所定の電圧値の範囲外の電圧値を出力するＬＥＤ装置の電源６を所定の範囲内の電圧出力値となるよう制御するものである。
図４において、ＬＥＤ装置１００を複数個組み合わせた大型表示の映像装置２００は、熱源が集中する中央部のＬＥＤ装置１００ｆ，１００ｇ，１００ｊ，１００ｋと、比較的温度の低いフレーム端のＬＥＤ装置１００ａ〜１００ｄ，１００ｅ，１００ｈ，１００ｉ，１００ｍ〜１００ｐとの間に２０℃〜４０℃の温度差が発生する。
一般に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のＬＥＤ光源は、温度によってそれぞれ輝度特性が異なる。従って、ＲＧＢの三原色を同時発光させて白色を表現しても、Ｒ（赤）ＬＥＤの輝度特性は温度が高くなると、Ｇ（緑）、Ｂ（青）より高輝度となるため、高温エリアであり画面中央部のみピンク系の色ムラが発生する。この実施の形態３は、上記のような現象を防ぐためになされたものであって、前述した実施の形態１あるいは実施の形態２のＬＥＤ装置１００を採用するとともに、電圧比較器８の制御により前記高温エリアのＬＥＤ装置１００ｆ等の駆動回路の熱損失を低減させ、高温エリアのＬＥＤ装置の温度を下げ、画面全体の色ムラを抑制させることができる。

なお、前記は高温エリアのＬＥＤ装置１００の熱損失を低減させることを述べたが、低温エリアのＬＥＤ装置１００の熱損失を増加させてＬＥＤ装置１００の周囲温度を高くし、大型表示の映像装置２００における表示部全体の色ムラを均一化することも可能である。
さらには、実施の形態２で前述したように設置環境によって長時間にわたり大型映像画面に太陽光が照射される部分と、建物等による日影が生じる部分が発生する場合には、前述の駆動回路の熱損失の低減化と共に、熱損失の増加等の制御の組み合わせを採用することにより、より輝度ムラの発生を抑制することも可能となる。
なお、電源６はＬＥＤ装置１００の１対１に対応した構成でなく、１台の電源から複数、例えば２〜４個のＬＥＤ装置に供給する構成であってもよい。

この発明は、大型画面を有する映像装置に使用されるＬＥＤ装置に利用可能である。

１ＬＥＤ素子、２ＬＥＤユニット、３駆動回路、４ａ電圧検出・制御回路、
５電圧検出回路、５ａ電圧指令回路、６電源、７スイッチ、８電圧比較器、
１００ＬＥＤ装置、２００映像装置。

Claims

マトリックス状に配置された複数個のＬＥＤ素子に直列に接続され、前記ＬＥＤ素子をそれぞれに駆動する駆動回路が設けられたＬＥＤユニットに電力を供給する電源を備えたＬＥＤ装置において、前記駆動回路の両端電圧が検出され、その両端電圧が一定値となるように、前記電源が所定の電圧値を出力するよう制御されることを特徴とするＬＥＤ装置。
前記駆動回路の両端電圧を検出する電圧検出・制御回路の出力を受信するスイッチの切り替えによる電圧指令回路の出力によって、前記電源が所定の電圧値を出力するよう制御されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ装置。
前記駆動回路の両端電圧の検出は、前記複数の駆動回路の中から代表的な１つの駆動回路の両端電圧が検出されることを特徴とする請求項１あるいは請求項２のいずれか１項に記載のＬＥＤ装置。
前記請求項１あるいは請求項２のいずれか１項に記載の複数個のＬＥＤ装置が、マトリックス状に配列された映像装置であって、前記ＬＥＤ装置に設けられている電源の出力電圧を検出するとともに、各出力電圧値の比較を行い、所定の範囲外の電圧値を出力する前記電源を、所定の範囲内の電圧値を出力するよう制御する電圧比較器が設けられていることを特徴とする映像装置。
前記請求項１に記載のＬＥＤ装置と前記請求項２に記載のＬＥＤ装置との双方のＬＥＤ装置を適宜複数個組み合わせてマトリックス状に配列された映像装置であって、前記ＬＥＤ装置に設けられている電源の出力電圧を検出するとともに、各出力電圧値の比較を行い、所定の範囲外の電圧値を出力する前記電源を、所定の範囲内の電圧値を出力するよう制御する電圧比較器が設けられていることを特徴とする映像装置。