JP2011171547A - 発光ダイオードの故障検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成及び処理で複数の発光ダイオードの故障検出を行うことができる発光ダイオード故障検出回路を提供する。
【解決手段】複数の発光ダイオード１０の断線状態を検出するオープン故障検出回路２と短絡状態を検出するショート故障検出回路３とを備え、オープン故障検出回路２は、複数のトランジスタ３１夫々の出力の論理和をとるための論理和回路を構成する複数のダイオード２１と、該論理和回路の出力と基準電圧とを比較する比較器２３とを有し、ショート故障検出回路３は、表示装置９０を構成する複数の発光ダイオード１０夫々が短絡状態になった場合にオフするように複数の発光ダイオード１０夫々に接続したトランジスタ３１と、複数のトランジスタ３１夫々の出力の論理和をとるための論理和回路を構成する複数のダイオード３５と、該論理和回路の出力によりオン、オフするトランジスタ３６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の短絡（ショート）と断線（オープン）の両方の故障を検出可能な発光ダイオードの故障検出回路に関する。

近年、自動車等の表示灯用発光源として、長寿命で、かつ低消費電力の発光ダイオードが用いられてきている。発光ダイオードのショート故障とオープン故障の両方の故障を検出することは、自動車等の安全性・確実性が優先される用途では、フェールセーフの観点から非常に重要である。発光ダイオードの故障を検出するものとして、例えば特許文献１、特許文献２で開示されているものがある。

例えば、特許文献１で開示された電子機器は、発光ダイオードの端子間の電圧と基準電圧Ｖｄ及び基準電圧Ｖｔ（Ｖｄ＞Ｖｔ）とを比較し、端子間電圧が基準電圧Ｖｄ以上のときに断線検出信号Ｓｄを出力し、端子間電圧が基準電圧Ｖｔ以下のときに短絡検出信号Ｓｔを出力する故障表示部を備えることで、発光ダイオードの短絡状態の故障検出が図れるようにしている。

ところで、発光ダイオードを表示装置に適用する場合、複数の発光ダイオードを基板に配列することが考えられる。この場合、個々の発光ダイオードのオープン及びショート故障を検出する必要がある。
図７は本発明者等が過去検討してきた複数の発光ダイオードから故障発生の発光ダイオードを検出可能にした発光ダイオード故障検出回路１００を示す回路図である。同図において、発光ダイオード故障検出回路１００は、複数の発光ダイオード１０及び複数の発光ダイオード１０をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号に従ってオン・オフするスイッチ回路１１からなる表示装置９０における故障検出を行うように構成されている。発光ダイオード故障検出回路１００は、アナログスイッチ回路１０２と、比較器１０３及び１０４と、第１の基準電圧出力回路１０５と、第２の基準電圧出力回路１０６と、判定回路１０７とを備えて構成される。また、スイッチ回路１１は、ＦＥＴ１１１と、ゲートバイアス生成用の抵抗１１２と、入力抵抗１１３とから構成されており、入力抵抗１１３を介してＦＥＴ１１１のゲートにＰＷＭ信号が入力される。なお、複数の発光ダイオード１０のそれぞれのカソード側に抵抗１２が接続されている。

アナログスイッチ回路１０２は、複数の入力ポートと１つの出力ポートを有し、判定回路１０７より与えられるポート選択信号に従って入力ポートを切換える。アナログスイッチ回路１０２の入力ポートには発光ダイオード１０のカソード電圧（以下、ダイオード電圧という）が入力される。即ち、複数の発光ダイオード１０のそれぞれに接続された抵抗１２の両端に発生する電圧がダイオード電圧としてアナログスイッチ回路１０２の各ポートに入力される。アナログスイッチ回路１０２は、ポート選択信号で指定された入力ポートに入力されたダイオード電圧を取り込んで出力ポートから出力する。なお、ダイオード電圧はスイッチ回路１１によってＰＷＭ駆動された結果の電圧であるのでパルス状となる。

一方の比較器１０３は、アナログスイッチ回路１０２で取り込まれたダイオード電圧と第１の基準電圧出力回路１０５からの第１の基準電圧とを比較し、その比較結果を出力する。第１の基準電圧出力回路１０５は、発光ダイオード１０のオープン故障を検出するための第１の基準電圧に設定される。

他方の比較器１０４は、アナログスイッチ回路１０２で取り込まれたダイオード電圧と第２の基準電圧出力回路１０６からの第２の基準電圧を比較し、その比較結果を出力する。第２の基準電圧出力回路１０６は、発光ダイオード１０のショート故障の発生を検出するための第２の基準電圧に設定される。

判定回路１０７はＣＰＵ(Central Processing Unit)を含み、アナログスイッチ回路１０２にポート選択信号を与えると共に、比較器１０３及び１０４の出力を取り込んで複数の発光ダイオード１０それぞれの断線／短絡を判定する。判定回路１０７がアナログスイッチ回路１０２に対して、複数の入力ポートを１つずつ順番に指定することで、複数の発光ダイオード１０それぞれに対応するダイオード電圧が順次取り込まれ、比較器１０３及び１０４のそれぞれで基準電圧と比較される。そして、比較器１０３及び１０４それぞれの比較結果を判定回路１０７が取り込み、断線状態又は短絡状態になっている発光ダイオード１０を判定する。

特開平５−２８３７４８号公報 特開２００８−０４５９０９号公報

しかしながら、上記発光ダイオードの故障検出回路では、以下に示す問題がある。
（１）発光ダイオード１０の数が増えるとアナログスイッチ回路１０２が大規模になり、コストアップになる。
（２）複数の発光ダイオード１０から１個を選択し、選択した発光ダイオード１０のダイオード電圧を検出するという複雑な処理になる。
（３）発光ダイオード１０を１個ずつ選択してダイオード電圧を検出するため、検出のタイムラグが大きくなり、故障検出に時間がかかる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成及び処理で複数の発光ダイオードの故障検出を行うことができる発光ダイオードの故障検出回路を提供することを目的とする。

本発明の発光ダイオードの故障検出回路は、複数の発光ダイオードを点灯させる駆動手段と、複数の前記発光ダイオードのオープン故障を検出するオープン故障検出手段と、複数の前記発光ダイオードのショート故障を検出するショート故障検出手段と、からなる発光ダイオードの故障検出回路であり、前記駆動手段は、前記発光ダイオードのアノードが接続される電源と、前記各発光ダイオードのカソードに一端が接続される各々の電流制限抵抗と、前記発光ダイオードの点灯制御をするオン／オフスイッチとからなり、前記電流制限抵抗の他端が前記オン／オフスイッチを介して接地可能に構成され、前記オープン故障検出手段は、前記各発光ダイオード各々のカソード電位の論理和を検出する複数の第１のダイオードで構成された第１の論理和回路を有し、前記第１の論理和回路の出力に基づいて前記発光ダイオードのオープン故障を判定し、前記ショート故障検出手段は、前記各発光ダイオードそれぞれに対応して設けられ、それぞれ対応する前記発光ダイオードの端子間に発生する順方向電圧でオンする複数の第１のトランジスタと、前記複数の第１のトランジスタの出力の論理和を検出する複数の第２のダイオードで構成された第２の論理和回路とを有し、前記第２の論理和回路の出力に基づいて前記発光ダイオードのショート故障を判定することを特徴とする。

この構成によれば、複数の発光ダイオードのオープン及びショート故障の双方を一度に検出することができるので、検出時間の短縮化が図れる。また、複数の発光ダイオードを１つずつ切換えるためのアナログスイッチ回路を持たないため、故障検出処理が簡単で、コストアップを最小限に抑えることができる。

また本発明は、上記発光ダイオードの故障検出回路において、前記オン／オフスイッチが駆動信号に基づいて各前記電流制限抵抗の他端を所定時間だけ接地し、前記第１のダイオードは、アノードが他の第１のダイオードのアノードと共通接続されると共に第１の抵抗を介して前記電源に接続され、カソードが対応する前記発光ダイオードのカソードにそれぞれ接続され、前記オープン故障検出手段は、前記電源の電源電圧を分圧して生成された基準電圧と、前記第１の論理和回路の出力とを比較する比較器を有することを特徴とする。

この構成によれば、オープン故障が発生した発光ダイオードは、オン／オフスイッチによりカソードが接地されても順方向電流が流れないので、電源電圧から電圧降下分だけ下がった電位がカソード電位として現れない。このため、導通した第１のダイオードのカソードがオン／オフスイッチを介して接地された際には、比較器入力が大幅に低下する。比較器は、第１のダイオードからなる論理和回路の出力が基準電圧よりも小さくなった場合にローレベル出力するように構成されていれば、オン／オフスイッチのオン／オフ動作に連動して比較器からパルス状の出力波形が得られ、オープン故障の発生が検出される。しかも、オープン故障の検出に用いる基準電圧として、電源電圧を分圧した電圧値を基準にして生成された基準電圧を用いるので、電源電圧の大きいバッテリー電源を用いた場合にも対応可能である。

また本発明は、上記発光ダイオードの故障検出回路において、前記オン／オフスイッチが駆動信号に基づいて各前記電流制限抵抗の他端を所定時間だけ接地し、各前記第１のトランジスタは、ベースが対応する前記発光ダイオードのカソードに接続され、エミッタが前記電源に接続され、コレクタが第２の抵抗を介して接地され、前記ショート故障検出手段は、エミッタが故障判定用の電源に接続され、コレクタが第３の抵抗を介して接地され、コレクタ電位がショート故障検出用出力となる第２のトランジスタを有し、各前記第２のダイオードは、アノードが他の第２のダイオードのアノードと共通接続されると共に前記第２のトランジスタのベース側へ接続され、カソードが対応する前記第１のトランジスタのコレクタにそれぞれ接続されることを特徴とする。

この構成によれば、ショート故障が発生した発光ダイオードが存在すると、オン／オフスイッチのオン／オフ動作に関係なく、ショート故障の発生した発光ダイオードに対応した第１のトランジスタが非導通となる。非導通を維持したままの第１のトランジスタに接続された第２のダイオードが導通し続けて第２のトランジスタがオンし続けるので、第２のトランジスタの出力がフラットとなってショート故障の発生が検出される。

また、本発明の発光ダイオードの故障検出回路は、複数の発光ダイオードを点灯させる駆動手段と、複数の前記発光ダイオードのオープン故障を検出するオープン故障検出手段と、複数の前記発光ダイオードのショート故障を検出するショート故障検出手段とからなる発光ダイオードの故障検出回路であり、前記駆動手段は、前記各発光ダイオードのアノードに一端が接続される各々の電流制限抵抗と、前記電流制限抵抗の他端が接続される電源と、前記発光ダイオードの点灯制御をするオン／オフスイッチとからなり、前記発光ダイオードのカソードが前記オン／オフスイッチを介して接地可能に構成され、前記オープン故障検出手段は、各前記発光ダイオード各々のアノード電位の論理和を検出する複数の第１のダイオードで構成された第１の論理和回路を有し、前記第１の論理和回路の出力に基づいて前記発光ダイオードのオープン故障を判定し、前記ショート故障検出手段は、前記各発光ダイオード各々のアノード電位の論理和を検出する複数の第２のダイオードで構成された第２の論理和回路を有し、前記第２の論理和回路の出力に基づいて前記発光ダイオードのショート故障を判定することを特徴とする。

この構成によれば、発光ダイオードの順方向電圧に基づいてオープン及びショート故障を検出するようにしたので、オープン故障検出側とショート故障検出側とを同じ回路構成にすることができると共に、ショート故障検出のためのトランジスタを削減でき、回路構成の簡略化を図ることができる。

上記発光ダイオードの故障検出回路において、前記オン／オフスイッチが駆動信号に基づいて各前記発光ダイオードのカソードを所定時間だけ接地し、前記第１のダイオードは、カソードが他の第１のダイオードのカソードと共通接続されると共に第１の抵抗を介して接地され、アノードが対応する前記発光ダイオードのアノードにそれぞれ接続され、前記オープン故障検出手段は、前記各第１のダイオードのカソード側共通接続点の電圧と前記発光ダイオードの順方向電圧よりも高い第１の基準電圧とを比較する第１の比較器を有することを特徴とする。

この構成によれば、１つの発光ダイオードであってもオープン故障が発生すると、オン／オフスイッチがオープン故障の発生している発光ダイオードのカソードを接地しても、当該発光ダイオードに電流が流れないので電圧降下が発生せず、電源電圧が第１のダイオードを介して第１の比較器に印加される。その結果、オン／オフスイッチのオン／オフ動作に関係なく、第１の比較器には第１の基準電圧よりも大きい論理和回路出力（電源電圧）が入力し続けるので、オープン故障が発生していると判断できる。

上記発光ダイオードの故障検出回路において、前記オン／オフスイッチが駆動信号に基づいて前記各発光ダイオードのカソードを所定時間だけ接地し、前記第２のダイオードは、アノードが他の第１のダイオードのアノードと共通接続されると共に第２の抵抗を介して前記電源に接続され、カソードが対応する前記発光ダイオードのアノードにそれぞれ接続され、前記ショート故障検出手段は、各前記第２のダイオードのアノード側共通接続点の電圧と前記発光ダイオードの順方向電圧よりも低い第２の基準電圧とを比較する第２の比較器を有することを特徴とする。

この構成によれば、１つの発光ダイオードであってもショート故障が発生すると、オン／オフスイッチのオン時に、ショート故障が発生している発光ダイオードのアノードの電圧が０Ｖになるので、第２の比較器には第２の基準電圧よりも小さい第２のダイオードの順方向電圧（０．６Ｖ）が入力することとなり、正常時にはフラットな第２の比較器出力がパルス状となるのでショート故障が発生していると判断できる。

本発明によれば、簡単な構成及び処理で複数の発光ダイオードの断線及び短絡の双方の故障検出を行うことができる発光ダイオードの故障検出回路を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る発光ダイオード故障検出回路を示す回路図である。 実施の形態１に係る発光ダイオード故障検出回路のオープン故障検出回路の動作を説明するための波形図である。 実施の形態１に係る発光ダイオード故障検出回路のショート故障検出回路の動作を説明するための波形図である。 本発明の実施の形態２に係る発光ダイオード故障検出回路を示す回路図である。 実施の形態２に係る発光ダイオード故障検出回路のオープン故障検出回路の動作を説明するための波形図である。 実施の形態２に係る発光ダイオード故障検出回路のショート故障検出回路の動作を説明するための波形図である。 従来の発光ダイオード故障検出回路を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る発光ダイオード故障検出回路を示す回路図である。本実施の形態の発光ダイオード故障検出回路１は、複数の発光ダイオード１０のオープン（断線）状態を検出するオープン故障検出回路２と、複数の発光ダイオード１０のショート（短絡）状態を検出するショート故障検出回路３と、オープン故障検出回路２及びショート故障検出回路３それぞれの出力を取り込み、発光ダイオード１０についてオープン故障及びショート故障の発生の有無を判定する判定回路４と、を備える。本発明の実施の形態１では、複数の発光ダイオード１０及び複数の発光ダイオード１０をＰＷＭ信号に従ってオン・オフするスイッチ回路１１からなる表示装置９０における各発光ダイオードの故障検出を行うものとして説明する。

オープン故障検出回路２は、複数の発光ダイオード１０のそれぞれに対応して設けられた複数のダイオード２１（第１のダイオード）と、電流制限用の抵抗２２と、比較器２３と、基準電圧生成用の抵抗２４及び２５とを備える。複数のダイオード２１それぞれのカソードがそれぞれ対応する発光ダイオード１０のカソードと接続されている。また、複数のダイオード２１それぞれのアノードが共通接続されて抵抗２２を介して電源６に接続されており、また比較器２３の非反転入力端（＋入力端）にも接続されている。抵抗２４は、一端が電源６に接続されており、他端が抵抗２５の一端に接続されている。抵抗２４と抵抗２５との接続点が比較器２３の反転入力端（−入力端）に接続されている。抵抗２５の他端は接地されている。比較器２３の−入力には抵抗２４及び２５で電源電圧（１２Ｖ）を分圧して生成した基準電圧Ｖrefが印加される。比較器２３の＋入力には基準電圧Ｖrefが印加される。基準電圧Ｖrefは、正常な発光ダイオード１０の電圧降下分（Ｖｆ）を電源電圧（１２Ｖ）から差し引いた値よりも十分に小さくなるように設定される。たとえば、発光ダイオード１０の順方向電圧Ｖｆが２．５Ｖから３．５Ｖであれば、電源電圧を１２Ｖとして、基準電圧Ｖref＝４Ｖに設定する。また、比較器２３に設定される基準電圧Ｖrefとの関係で抵抗２２の抵抗値が決められる。具体的には、電源電圧（１２Ｖ）を抵抗２２及び抵抗１２で分圧した電圧が基準電圧Ｖrefよりも小さくなるように抵抗２２に大きな抵抗値が選択される。

ショート故障検出回路３は、各発光ダイオード１０に対応して設けられた複数のＰＮＰ型のトランジスタ３１と、各トランジスタ３１のベースバイアスを生成するための抵抗３２と、各トランジスタ３１のベースに接続される入力抵抗３３と、各トランジスタ３１の出力を取り出すための抵抗３４と、各発光ダイオード１０に対応して設けられた複数のダイオード３５（第２のダイオード）と、ＰＮＰ型のトランジスタ３６と、トランジスタ３６のベースバイアスを生成するための抵抗３７と、トランジスタ３６のベースに接続される入力抵抗３８と、トランジスタ３６の出力を取り出すための抵抗３９と、を備えている。

各トランジスタ３１は、ベースが入力抵抗３３を介して対応する発光ダイオード１０のカソードに接続され、エミッタが電源６に接続され、コレクタが抵抗３４を介して接地されている。各トランジスタ３１のベースとエミッタとの間に抵抗３２が接続されている。複数のダイオード３５それぞれのカソードが対応するトランジスタ３１のコレクタと１対１で接続されている。また、複数のダイオード３５それぞれのアノードが共通接続されて抵抗３８を介してトランジスタ３６のベースに接続されている。トランジスタ３６のコレクタが抵抗３９を介して接地されており、またトランジスタ３６のベースとエミッタとの間に抵抗３７が接続されている。また、トランジスタ３６のコレクタは判定回路４に接続され、エミッタは電源４０（５Ｖ）に接続されている。

オープン故障検出について説明する。
図２は、オープン故障検出回路２の動作時の各点における電圧波形を示す図である。図２（ａ）は正常な発光ダイオードのカソード側電圧の電圧波形図、図２（ｂ）は発光ダイオードが正常時の比較器２３の出力（Ｂ点）の電圧波形図、図２（ｃ）はオープン故障中の発光ダイオードのカソード側電圧の電圧波形図、図２（ｄ）は発光ダイオードがオープン故障した際の比較器２３の出力（Ｂ点）の電圧波形図である。

複数の発光ダイオード１０の全てが正常の場合の動作を説明する。
スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオフ状態では、全ての発光ダイオード１０がオフとなるので、発光ダイオード２１のカソード電圧が電源電圧（１２Ｖ）となって（図２（ａ））、ダイオード２１がダイオード２１のアノード（Ａ点）に印加されている電源電圧（１２Ｖ）が比較器２３の＋入力となる。比較器２３は、＋入力が−入力である基準電圧Ｖrefよりも高い値であればハイレベル出力となる（図２（ｂ））。

スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオン状態では、発光ダイオード１０のカソードがＦＥＴ１１１を介して接地されると共に、ダイオード２１のカソードがＦＥＴ１１１を介して接地される。発光ダイオード１０に電流が流れることで電圧降下が生じ（図２（ａ））、順方向電圧（Ｖｆ）が発生する。また、ダイオード２１のアノード側の抵抗２２、ダイオード２１、抵抗１２、ＦＥＴ１１１を経由して電流が流れる。このとき、比較器２３の＋入力であるＡ点電位は、電源電圧（１２Ｖ）を抵抗２２及び抵抗１２により分圧した電圧（厳密にはダイオード２１での電圧降下を加算した値）となる。前述した通り、比較器２３の基準電圧Ｖrefは、抵抗２２及び抵抗１２により分圧された電圧よりも低く設定されているので、Ａ点電位が基準電圧Ｖrefよりも高くなりハイレベル出力が維持される（図２（ｂ））。

すなわち、発光ダイオード１０の全てが正常の場合、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１のオン／オフに左右されずに、比較器２３の出力（Ｂ点）は、図２（ｂ）に示すように常にハイレベル状態となる。

判定回路４は、オープン故障検出回路２の出力信号がＦＥＴ１１１のオン／オフに左右されずにハイレベル状態を維持している場合は、オープン故障は生じていないと判断することができる。

一方、複数の発光ダイオード１０のうち１つでもオープン故障となった場合、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオフ状態では、上記同様にＡ点の電位は電源電圧（１２Ｖ）となる。

ところが、オープン故障中の発光ダイオード１０が存在すると、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオン状態では、オープン故障中の発光ダイオード１０では順方向電流が流れないので電圧降下（Ｖｆ）が生じない。ダイオード２１のカソードと等しい電位である発光ダイオード１０のカソードの電位が、強制的に電源電圧から電圧降下（Ｖｆ）分降下した電位にならない。その結果、Ａ点の電圧（比較器２３の＋入力）は、電源電圧（１２Ｖ）を抵抗２２と抵抗１２とで分圧した電圧（厳密には、さらにダイオード２１の電圧降下分だけ低い）となるので、比較器２３の＋入力が−入力である基準電圧Ｖref以下に落ち込む（図２（ｃ））。

すなわち、発光ダイオード１０の１つでもオープン故障であれば、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１のオフ時にはＡ点電位が電源電圧（１２Ｖ）に近い電位となり、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１のオン時にはＡ点電位が基準電圧Ｖref以下に落ち込む。比較器２３は、オープン故障検出回路２の出力信号がＦＥＴ１１１のオン／オフに同期して基準電圧Ｖrefを跨いで上下するので、ハイレベルとローレベルをＦＥＴ１１１のオン／オフに同期して繰り返すパルス状の信号を出力する（図２（ｄ））。
判定回路４は、オープン故障検出回路２の出力信号がパルス状の信号であれば、オープン故障が発生していると判断することができる。

このようにオープン故障検出回路２は、複数の発光ダイオード１０それぞれの出力論理和をとる論理和回路を構成する複数のダイオード２１と、この複数のダイオード２１からなる論理和回路の出力と電源電圧を分圧してなる基準電圧とを比較する比較器２３とを有し、発光ダイオード１０の１つでもオープン故障が発生した場合に比較器２３の出力がパルス状になるように構成している。

また、比較器２３に設定する基準電圧として、電源電圧を抵抗２４、２５で分圧して生成しているので、１２Ｖを超えるような電源電圧の大きいバッテリー電源を用いた場合にも、電源電圧の大きさに応じて適切な基準電圧を生成してオープン故障検出が可能になる。

また、判定回路４は、オープン故障検出回路２の出力（比較器２３の出力）がパルス波形であることを検出することで、表示装置９０の発光ダイオード１０の少なくとも１つにオープン故障が発生したと判定することができる。

次に、ショート故障検出について説明する。
図３は、ショート故障検出回路３の動作時の各点における電圧波形を示す図である。図３（ａ）はトランジスタ３１のコレクタ抵抗側のＣ点での正常時の電圧波形図、図３（ｂ）は正常時のトランジスタ３６のコレクタ（Ｄ点）での電圧波形図、図３（ｃ）はショート故障した発光ダイオード１０に対するトランジスタ３１のコレクタ抵抗側のＣ点での電圧波形図、図３（ｄ）はショート故障発生時のトランジスタ３６のコレクタ（Ｄ点）での電圧波形図である。

複数の発光ダイオード１０の全てが正常の場合、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオフ状態では、トランジスタ３１がオフしているので、トランジスタ３１のコレクタは開放端となりＣ点への電位には影響を与えない。その結果、電源４０からトランジスタ３６、抵抗３８、ダイオード３５、そして抵抗３４を経て電流が流れる経路が成立することにより、トランジスタ３６がオンする。よって、トランジスタ３６のコレクタ側（Ｄ点）には電源４０からトランジスタ３６を介して抵抗３９に流れる電流に応じた電圧が現れ、ショート故障検出回路３の出力がハイレベルとなる（図３（ｂ））。

また、全ての発光ダイオード１０が正常の場合、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオン状態では、発光ダイオード１０に順電流が流れて発光し、発光ダイオード１０の電圧降下後の電圧がカソード電位に現れるので、トランジスタ３１のエミッタ−ベース間に電位差が生じてオンする。トランジスタ３１がオンしてコレクタ−エミッタ間が飽和電圧（およそ０Ｖ）となるため、トランジスタ３１のコレクタ電圧が最大１２Ｖに向けて上昇する。

トランジスタ３１のコレクタ電圧が５Ｖを超える時点で、トランジスタ３６のベース−エミッタ間には順方向の電位差が生じなくなり、トランジスタ３６がオフしてトランジスタ３６のコレクタ電圧が０Ｖになる（図３（ｂ））。

判定回路４は、ショート故障検出回路３の出力（Ｄ点）が、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１のオン／オフに同期してハイレベルとローレベルを繰り返すパルス状であれば、ショート故障は発生していないと判断することができる。

発光ダイオード１０にショート故障が発生している場合、ショート故障の発生している発光ダイオード１０の端子間の電位差はほぼ０Ｖとなる。すなわち、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１のオン／オフとは関係なく、ショート故障中の発光ダイオード１０のトランジスタ３１のベースに対して、常にエミッタと同電位の電源電圧が印加された状態となり、当該トランジスタ３１はオフしたままとなる。トランジスタ３１のコレクタは開放端となりＣ点への電位には影響を与えない。その結果、電源４０からトランジスタ３６、抵抗３８、ダイオード３５、そして抵抗３４を経て電流が流れる経路が確保されたままとなり、トランジスタ３６がオンを維持し、ショート故障検出回路３の出力（Ｄ点）がハイレベルを維持することとなる（図３（ｄ））。この時、トランジスタ３１のコレクタ電位（Ｃ点）は例えば３．６Ｖ程度となる（図３（ｃ））。
判定回路４は、ショート故障検出回路３の出力（Ｄ点）がフラットな電圧波形（図３（ｄ））であることを検出することで、表示装置９０の発光ダイオード１０の少なくとも１つにショート故障が発生したと判定することができる。

このようにショート故障検出回路３は、複数の発光ダイオード１０それぞれに対応する発光ダイオード１０の電圧降下でオンする複数のトランジスタ３１と、複数のトランジスタ３１それぞれの出力の論理和をとるための論理和回路を構成する複数のダイオード３５と、この複数のダイオード３５からなる論理和回路の出力によりオン／オフするトランジスタ３６とを備え、複数の発光ダイオード１０の１つでもショート故障が発生すると、トランジスタ３６がオンのまま維持されるようにした。

このように本実施の形態によれば、複数の発光ダイオード１０のオープン故障の発生とショート故障の発生を一度に検出することができるので、検出時間の短縮化が図れる。また、複数の発光ダイオード１０を１つずつ切換えるためのアナログスイッチ回路を持たないため、故障検出処理が簡単で、コストアップを最小限に抑えることができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る発光ダイオード故障検出回路の構成図である。本実施の形態の発光ダイオード故障検出回路５０は、前述した実施の形態１の発光ダイオード故障検出回路１と同様に、複数の発光ダイオード１０及び複数の発光ダイオード１０をＰＷＭ信号に従ってオン・オフするスイッチ回路１１からなる表示装置９１に対して発光ダイオード故障検出を行うものであり、複数の発光ダイオード１０のショート故障を検出するショート故障検出回路５１と、複数の発光ダイオード１０のオープン故障を検出するオープン故障検出回路５２と、ショート故障検出回路５１及びオープン故障検出回路５２それぞれの出力を取り込み、複数の発光ダイオード１０のショート故障及びオープン故障を判定する判定回路５３とを備える。

本実施の形態では、表示装置９１において、発光ダイオード１０のアノードが抵抗１２を介して電源６に接続され、発光ダイオード１０のカソードはスイッチ回路１１を介して接地される構成となっている。

ショート故障検出回路５１は、複数の発光ダイオード１０にそれぞれ対応して設けられた複数のダイオード５１０（第４のダイオード）と、比較器５１１と、第２の基準電圧出力回路５１２とを備えている。複数のダイオード５１０は論理和回路を構成し、それぞれのカソードが対応する発光ダイオード１０のアノードに接続されている。また、複数のダイオード５１０それぞれのアノードが共通接続されて比較器５１１の非反転入力端（＋入力）に接続されている。比較器５１１の反転入力端（−入力）には第２の基準電圧出力回路５１２から第２の基準電圧（例えば２Ｖ）が印加される。第２の基準電圧は、発光ダイオード１０の順方向電圧（Ｖｆ）と比較して十分に小さい電圧（例えば２Ｖ）に設定する。なお、複数のダイオード５１０それぞれのアノードが共通接続されているＡＡ点には抵抗５１３を介して電源６が接続されている。

オープン故障検出回路５２は、複数の発光ダイオード１０に対応して設けられた複数のダイオード５２０（第３のダイオード）と、比較器５２１と、第１の基準電圧出力回路５２２とを備えている。複数のダイオード５２０は論理和回路を構成し、それぞれのアノードが対応する発光ダイオード１０のアノードに接続されている。また、複数のダイオード５２０それぞれのカソードが共通接続されて比較器５２１の非反転入力端（＋入力）に接続されている。比較器５２１の反転入力端（−入力）には第１の基準電圧が印加される。この場合、発光ダイオード１０の順方向電圧（Ｖｆ）が例えば３．４Ｖであれば、第１の基準電圧出力回路５２２から出力する基準電圧を３．４Ｖを超える５Ｖとする。なお、複数のダイオード５２０それぞれのカソードが共通接続されているＣＣ点は抵抗５２３を介して接地されている。

次に、オープン故障検出について説明する。
図５は、オープン故障検出回路５２の動作時の各点における電圧波形を示す図である。図５（ａ）は正常時における発光ダイオードのアノード側電位の電圧波形図、図５（ｂ）は正常時のオープン故障検出回路５２の出力（Ｄ点）の電圧波形図、図５（ｃ）は異常時における発光ダイオードのアノード側電位の電圧波形図、図５（ｄ）はオープン故障検出回路５２の出力（Ｄ点）の電圧波形図である。

複数の発光ダイオード１０の全てが正常の場合、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオフ状態では、ダイオード５２０のアノード側電位は電源電圧（１２Ｖ）に近い電位となる（図５（ａ））。オープン故障検出回路５２において、全てのダイオード５２０は導通して電源電圧（１２Ｖ）から僅かにダイオード５２０で約０．６Ｖ程度だけ電圧降下した電位が比較器５２１の＋入力となる。比較器５２１の−入力となる第１の基準電圧（例えば５Ｖ）と比較し、＋入力が−入力よりも高いので比較器出力がハイレベルとなる（図５（ｂ））。

また、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオン状態では、発光ダイオード１０に順電流が流れ、発光ダイオード１０の順方向電圧（Ｖｆ）が発生する。したがって、発光ダイオード１０のアノードの電位は順方向電圧（Ｖｆ）分となり、同時にダイオード５２０のアノードの電位となる。そのダイオード５２０のアノードの電位からダイオード５２０の電圧降下分だけ低下した電位が比較器５２１の＋入力となる。上記した通り、発光ダイオード１０の順方向電圧（Ｖｆ）よりも高い電圧（例えば５Ｖ）を第１の基準電圧に選択しているので、比較器５２１の−入力（第１の基準電圧）よりも＋入力の方が小さくなり、比較器出力はローレベルとなる（図５（ｂ））。

このように、全て発光ダイオード１０が正常の場合では、オープン故障検出回路５２は、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１のオン／オフに同期してハイレベルとローレベルを繰り返す信号を出力する。

判定回路５３は、オープン故障検出回路５２の出力（比較器５２１の出力）が、図５（ｂ）に示すように、ハイレベルとローレベルを繰り返す波形であれば、いずれの発光ダイオード１０にもオープン故障は発生していないと判定できる。

一方、複数の発光ダイオード１０のうち１つでもオープン故障が発生すると、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオンしてもオープン故障中の発光ダイオード１０のアノード電位はほぼ電源電圧（１２Ｖ）のままである（図５（ｃ））。したがって、オープン故障中の発光ダイオード１０のアノードに接続されたダイオード５２０は、ＦＥＴ１１１のオン／オフに関わらず常に導通するので、比較器５２１の＋入力が常に電源電圧（１２Ｖ）近傍に維持することとなり、比較器出力はハイレベルを維持する（図５（ｄ））。

判定回路５３は、オープン故障検出回路５２の出力（比較器５２１の出力）が、図５（ｃ）に示すように、ハイレベルを維持してフラット波形であれば、いずれかの発光ダイオード１０にオープン故障が発生していると判定できる。

次に、ショート故障検出について説明する。
図６は、ショート故障検出回路５１の動作時の各点における電圧波形を示す図である。図６（ａ）は正常時における複数のダイオード５１０の共通接続点（ＡＡ点）の電圧波形図、図６（ｂ）は正常時の比較器５１１の出力（Ｅ点）の電圧波形図、図６（ｃ）は複数のダイオード５１０の共通接続点（ＡＡ点）におけるショート故障時の電圧波形図、図６（ｄ）はショート故障時の比較器５１１の出力（Ｅ点）の電圧波形図である。

複数の発光ダイオード１０の全てが正常のときは、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオフ状態では、発光ダイオード１０がオープン状態となるので、ダイオード５１０が非導通となって、ＡＡ点であるダイオード５１０のアノード側には電源（１２Ｖ）から抵抗５１３を介在した上で電源電圧（１２Ｖ）に保持される（図６（ａ））。ダイオード５１０が非導通状態では電源電圧（１２Ｖ）が比較器５１１の＋入力となるので、比較器５１１の出力（Ｅ点）はハイレベルの状態となる（図６（ｂ））。

全ての発光ダイオード１０が正常の状態で、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオン状態になると、発光ダイオード１０に順電流が流れて電圧降下が生じてダイオード５１０のカソード側電位が低下して導通する。ダイオード５１０が導通すると、抵抗５１３、ダイオード５１０、発光ダイオード１０、ＦＥＴ１１１の経路で電流が流れる。比較器５１１の＋入力には、発光ダイオード１０での電圧降下分とダイオード５１０の電圧降下分とを加算した電圧分が入力される。上記した通り、第２の基準電圧は、発光ダイオード１０が正常時にダイオード５１０が導通した際の比較器５１１の＋入力よりも十分に低い値となるように設定している。したがって、比較器５１１の出力（Ｅ点）はハイレベルの状態となる（図６（ｂ））。

判定回路５３は、ショート故障検出回路５１の出力（比較器５１１の出力）が、図６（ｂ）に示すように、ハイレベルを維持してフラット波形であれば、いずれの発光ダイオード１０にもショート故障は発生していないと判定できる。

一方、複数の発光ダイオード１０のうち１つでもショート故障が発生した場合、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオフ状態では、ショート故障の有無に係らず発光ダイオード１０に順電流が流れず、ダイオード５１０のカソードがオープン状態となるので、非導通となる。したがって、ＡＡ点であるダイオード５１０のアノード側には電源（１２Ｖ）から抵抗５１３を介在した上で電源電圧（１２Ｖ）に保持される（図６（ｃ））。

ショート故障が発生した発光ダイオード１０は端子間の電圧はほぼ０Ｖであり、オン動作時のＦＥＴ１１１のドレイン−ソース間の電圧もほぼ０Ｖである。このような状態で、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオン状態となると、ショート故障中の発光ダイオード１０に対応したダイオード５１０はカソード側が０Ｖで接地された状態で導通する。ダイオード５１０の端子間に約０．６Ｖの順方向電圧が生じるので、ＡＡ点における電位は約０．６Ｖの順方向電圧だけを残して、ほぼ０Ｖとみなせる程度まで低下する（図６（ｃ））。

比較器５１１は、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオフ状態ではＡＡ点電圧（１２Ｖ）が第２の基準電圧（２Ｖ）よりも大きいのでハイレベル出力となるが、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１がオン状態ではＡＡ点電圧が第２の基準電圧（２Ｖ）よりも小さいのでローレベル出力となる。したがって、スイッチ回路１１のＦＥＴ１１１のオン／オフ状態に応じて、比較器５１１の出力はパルス状にハイレベルとローレベルを繰り返す（図６（ｄ））。

判定回路５３は、ショート故障検出回路５１の出力（比較器５１１の出力）が、図６（ｄ）に示すように、ハイレベルとローレベルを繰り返すパルス波形であれば、いずれかの発光ダイオード１０にショート故障が発生していると判定できる。

このように本実施の形態の発光ダイオードの故障検出回路５０によれば、複数の発光ダイオード１０の故障検出を一度に行うことができるので、検出時間の短縮化が図れる。また、複数の発光ダイオード１０を１つずつ切換えるためのアナログスイッチ回路を持たないため、故障検出処理が簡単で、コストアップを最小限に抑えることができる。さらに、発光ダイオード１０からの信号取り出し点をショート故障検出回路５１とオープン故障検出回路５２とで共通化でき、配線の簡素化を図ることができる。また、実施の形態１でオープン故障検出のために設けられていたトランジスタ３１を削除でき、部品点数の削減を図ることもできる。

なお、上記実施の形態１及び２では、発光ダイオード１０をＰＷＭ駆動するようにしたが、発光ダイオードの駆動方法に限定はなく、単なるオン・オフ駆動であっても構わない。

本発明は、複数の発光ダイオード及び複数の発光ダイオードをオン・オフするスイッチ回路をする表示装置に適用可能である。

１、５０ 発光ダイオード故障検出回路
２、５２ オープン故障検出回路
３、５１ ショート故障検出回路
４ 判定回路
６ 電源
１０ 発光ダイオード
１１ スイッチ回路
１２、２２、２４，２５，３４，３７，３８，３９ 抵抗
２１、３５、５１０，５２０ ダイオード
２３、５１１，５２１ 比較器
３１、３６ トランジスタ
９０、９１ 表示装置
１１１ ＦＥＴ
５１２ 第２の基準電圧出力回路
５２２ 第１の基準電圧出力回路

Claims (6)

1. 複数の発光ダイオードを点灯させる駆動手段と、複数の前記発光ダイオードのオープン故障を検出するオープン故障検出手段と、複数の前記発光ダイオードのショート故障を検出するショート故障検出手段と、からなる発光ダイオードの故障検出回路であり、
   前記駆動手段は、
   前記発光ダイオードのアノードが接続される電源と、
   前記各発光ダイオードのカソードに一端が接続される各々の電流制限抵抗と、
   前記発光ダイオードの点灯制御をするオン／オフスイッチとからなり、
   前記電流制限抵抗の他端が前記オン／オフスイッチを介して接地可能に構成され、
   前記オープン故障検出手段は、
   前記各発光ダイオード各々のカソード電位の論理和を検出する複数の第１のダイオードで構成された第１の論理和回路を有し、
   前記第１の論理和回路の出力に基づいて前記発光ダイオードのオープン故障を判定し、
   前記ショート故障検出手段は、
   前記各発光ダイオードそれぞれに対応して設けられ、それぞれ対応する前記発光ダイオードの端子間に発生する順方向電圧でオンする複数の第１のトランジスタと、
   前記複数の第１のトランジスタの出力の論理和を検出する複数の第２のダイオードで構成された第２の論理和回路とを有し、
   前記第２の論理和回路の出力に基づいて前記発光ダイオードのショート故障を判定することを特徴とする発光ダイオードの故障検出回路。
2. 前記オン／オフスイッチが駆動信号に基づいて各前記電流制限抵抗の他端を所定時間だけ接地し、
   前記第１のダイオードは、アノードが他の第１のダイオードのアノードと共通接続されると共に第１の抵抗を介して前記電源に接続され、カソードが対応する前記発光ダイオードのカソードにそれぞれ接続され、
   前記オープン故障検出手段は、
   前記電源の電源電圧を分圧して生成された基準電圧と、前記第１の論理和回路の出力とを比較する比較器を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの故障検出回路。
3. 前記オン／オフスイッチが駆動信号に基づいて各前記電流制限抵抗の他端を所定時間だけ接地し、
   各前記第１のトランジスタは、ベースが対応する前記発光ダイオードのカソードに接続され、エミッタが前記電源に接続され、コレクタが第２の抵抗を介して接地され、
   前記ショート故障検出手段は、
   エミッタが故障判定用の電源に接続され、コレクタが第３の抵抗を介して接地され、コレクタ電位がショート故障検出用出力となる第２のトランジスタを有し、
   各前記第２のダイオードは、アノードが他の第２のダイオードのアノードと共通接続されると共に前記第２のトランジスタのベース側へ接続され、カソードが対応する前記第１のトランジスタのコレクタにそれぞれ接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードの故障検出回路。
4. 複数の発光ダイオードを点灯させる駆動手段と、複数の前記発光ダイオードのオープン故障を検出するオープン故障検出手段と、複数の前記発光ダイオードのショート故障を検出するショート故障検出手段とからなる発光ダイオードの故障検出回路であり、
   前記駆動手段は、
   前記各発光ダイオードのアノードに一端が接続される各々の電流制限抵抗と、
   前記電流制限抵抗の他端が接続される電源と、
   前記発光ダイオードの点灯制御をするオン／オフスイッチとからなり、
   前記発光ダイオードのカソードが前記オン／オフスイッチを介して接地可能に構成され、
   前記オープン故障検出手段は、
   各前記発光ダイオード各々のアノード電位の論理和を検出する複数の第１のダイオードで構成された第１の論理和回路を有し、前記第１の論理和回路の出力に基づいて前記発光ダイオードのオープン故障を判定し、
   前記ショート故障検出手段は、
   前記各発光ダイオード各々のアノード電位の論理和を検出する複数の第２のダイオードで構成された第２の論理和回路を有し、前記第２の論理和回路の出力に基づいて前記発光ダイオードのショート故障を判定する
   ことを特徴とする発光ダイオードの故障検出回路。
5. 前記オン／オフスイッチが駆動信号に基づいて各前記発光ダイオードのカソードを所定時間だけ接地し、
   前記第１のダイオードは、カソードが他の第１のダイオードのカソードと共通接続されると共に第１の抵抗を介して接地され、アノードが対応する前記発光ダイオードのアノードにそれぞれ接続され、
   前記オープン故障検出手段は、
   前記各第１のダイオードのカソード側共通接続点の電圧と前記発光ダイオードの順方向電圧よりも高い第１の基準電圧とを比較する第１の比較器を有することを特徴とする請求項４記載の発光ダイオードの故障検出回路。
6. 前記オン／オフスイッチが駆動信号に基づいて前記各発光ダイオードのカソードを所定時間だけ接地し、
   前記第２のダイオードは、アノードが他の第１のダイオードのアノードと共通接続されると共に第２の抵抗を介して前記電源に接続され、カソードが対応する前記発光ダイオードのアノードにそれぞれ接続され、 前記ショート故障検出手段は、
   各前記第２のダイオードのアノード側共通接続点の電圧と前記発光ダイオードの順方向電圧よりも低い第２の基準電圧とを比較する第２の比較器を有することを特徴とする請求項４記載の発光ダイオードの故障検出回路。

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