JP2011198913A - 発光素子駆動装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の輝度を調整する一連の処理の中で特別のハードウェアや時間を必要とすることなく、輝度調整と同時に発光素子の異常を検出することが可能な発光素子駆動装置を提供する。
【解決手段】複数のＡ／Ｄ変換ポート及びＧＰＩＯポートを有するＣＰＵ１０１を用い、ＣＰＵは、数の駆動トランジスタＴＲをそれぞれオンした状態でＡ／Ｄ変換ポートから複数のＬＥＤの端子間電圧を測定し、測定した複数のＬＥＤの端子間電圧に基づき複数のＬＥＤの異常を検出する。異常のないＬＥＤには、相関パラメータを参照してそれぞれ端子間電圧に対応するデューティー比をＧＰＩＯポートに設定し、それぞれのＬＥＤを設定したデューティー比のパルス信号で駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode；:発光ダイオード）等の発光素子を駆動する駆動装置及び方法、特に、発光素子の輝度ばらつきを抑制する輝度ばらつきの抑制方法に関するものである。

複数のＬＥＤを実装する装置では（特に複数のＬＥＤを並べて実装した場合）、ＬＥＤの輝度のばらつきにより明るいＬＥＤ／暗いＬＥＤが混在してしまう。また、ＬＥＤ購入時に輝度のばらつき範囲を抑えた部品（輝度範囲選別品）を使用、もしくは装置へ実装する前に輝度を確認して選別を行う方法もあるが、部品コストや製造が割高になり、コスト高につながってしまう。

そこで、ＬＥＤの輝度ばらつきを補正する方法としては、特許文献１乃至４に提案された方法がある。特許文献１には、複数の発光素子の輝度ばらつきを目視や機器を用いて確認し、輝度が規格内にない発光素子に対して点灯駆動信号のデューティー比を制御することが記載されている。

また、特許文献２には電源電圧変動等に応じて発光ダイオードの輝度が一定となるようにＰＷＭ駆動信号のデューティーを制御することが記載され、特許文献３には発光ダイオードの輝度をフォトセンサで検出し、その検出結果に基づいて発光ダイオードの輝度を制御することが記載されている。更に、特許文献４には異なる色温度を有するＬＥＤ群ＡとＬＥＤ群Ｂを有し、ＬＥＤ群Ａに流れる電流とＬＥＤ群Ｂに流れる電流の大きさの比率を調整することによって、バックライトから所定の色温度が得られるようにすることが記載されている。

特開２００５−１４５２０８号公報 特開２００８−０５３６２９号公報 特開２００７−１４１７９９号公報 特開２００８−２６２８２３号公報

特許文献１乃至４には、複数の発光素子の輝度ばらつきを抑制することは記載されているが、発光素子の輝度調整と同時に発光素子の異常を検出することに関しては記載されていない。

本発明の目的は、発光素子の輝度を調整する一連の処理の中で特別のハードウェアや時間を必要とすることなく、輝度調整と同時に発光素子の異常を検出することが可能な発光素子駆動装置及び方法を提供することにある。

本発明は、ＣＰＵが複数のＧＰＩＯポートを所定電圧に設定して複数のトランジスタをそれぞれオンした状態でＡ／Ｄ変換ポートから前記複数の発光素子の端子間電圧を測定し、測定された複数の発光素子の端子間電圧に基づいて複数の発光素子の異常を検出し、異常のない発光素子には相関パラメータを参照してそれぞれ端子間電圧に対応するデューティー比をＧＰＩＯポートに設定し、当該発光素子をそれぞれ設定したデューティー比のパルス信号で駆動する。

本発明によれば、ＧＰＩＯポート及びＡ／Ｄポートを有するＣＰＵを用い、Ａ／Ｄポートで発光素子の端子間電圧を測定し、ＧＰＩＯポートから端子間電圧に応じたデューティー比のパルス信号を供給するため、コストアップなしで発光素子の輝度ばらつきを抑えることが可能となる。

また、ＣＰＵのＡ／Ｄ変換ポートから発光素子の端子間電圧を測定し、デューティー比を設定する一連の処理の中で発光素子の端子間電圧を使用して発光素子の異常を検出するため、特別のハードウェアや異常検出のための時間を必要とすることなく、輝度調整と同時に発光素子の異常を検出することができる。

本発明に係るＬＥＤ駆動装置の一実施形態を示す回路図である。 本発明の一実施例を示す回路図である。 本発明に係るＬＥＤの輝度を調整するための処理の流れを説明するフローチャートである。 本発明に係るＬＥＤ駆動装置の動作原理を説明するための図である。 本発明に係るＬＥＤの端子間電圧と駆動信号のＤｕｔｙ比との関係を示す図である。

次に、発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。一般に、ＬＥＤの輝度のばらつきの原因としては、（１）ＬＥＤ電源電圧、（２）ＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ）（LEDに流れる電流：Ｉｆ）、（３）ＬＥＤ発光素子自体のばらつきがある。本発明は、（２）ＬＥＤの順方向電圧のばらつき、（３）ＬＥＤ発光素子自体のばらつきに着目し、これらのばらつきを抑えることでＬＥＤ輝度ばらつきを抑制するものである。なお、ＬＥＤ電源電圧は同じ電源から供給されることを前提とし、（１）ＬＥＤ電源電圧のばらつきの影響は無視するものとする。

図１は本発明に係るＬＥＤ駆動装置の一実施形態を示す回路図である。図１では説明を簡単にするため発光素子を３個配置する例を示しているが、本発明はこれに限ることはない。図中ＬＥＤ１〜３は発光素子である発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）であり、それぞれスイッチング用トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３及び電流制限用抵抗器Ｒ１〜Ｒ３に直列に接続されている。

各トランジスタのベース端子はＣＰＵ１０１のＧＰＩＯポート（ＧＰＩＯ１〜３）に接続され、ＣＰＵ１０１は各ＧＰＩＯポートから各トランジスタのベース端子にパルス信号を出力して各トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、各トランジスタのコレクタ端子はそれぞれ電源に接続され、エミッタ端子がそれぞれ電流制限用抵抗器を介してＬＥＤのアノード端子に接続されている。

ＣＰＵ１０１はＧＰＩＯポートからパルス信号を出力してトランジスタのＰＷＭ制御を行い、ＧＰＩＯポートからの駆動パルスのＤｕｔｙ比によりＬＥＤに印加する電圧（電流）を制御する。また、各ＬＥＤ１〜３のアノード端子はＣＰＵ１０１のアナログ／ディジタル変換ポート（Ａ／Ｄ変換ポート１〜３）に接続され、ＣＰＵ１０１はＬＥＤ１〜３のＬＥＤ端子間電圧を監視する。

この構成により、ＣＰＵ１０１は常にＬＥＤ端子間電圧を監視し、各ＬＥＤの順方向電圧（ＬＥＤに流れる電流）のばらつきを検出し、その結果をＧＰＩＯポートからのＰＷＭパルスのＤｕｔｙ比に反映させることにより、ＬＥＤ印加電圧（ＬＥＤに流れる電流）を制御し、各ＬＥＤの輝度のばらつきを抑制する。

次に、本発明の実施例について説明する。図２は本実施例の構成を示す回路図である。図２では図１と同一部分には同一符号を付している。ＬＥＤ１〜３はスイッチング用トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３及び電流制限用抵抗器Ｒ１〜Ｒ３に直列に接続され、各トランジスタはＣＰＵ１０１のＧＰＩＯポート（ＧＰＩＯ１〜３）からの駆動パルスにより駆動される。また、ＣＰＵ１０１はＬＥＤ駆動信号のＰＷＭ制御を行い、ＧＰＩＯポートからの駆動パルスのＤｕｔｙ比を可変することでＬＥＤに印加する電圧を制御する。Ｃ１〜Ｃ３はスイッチング電圧を平滑するためのコンデンサである。

各ＬＥＤのアノード端子はＣＰＵ１０１のＡ／Ｄ変換ポート（Ａ／Ｄ１〜３）に接続され、ＣＰＵ１０１は各ＬＥＤのＬＥＤ端子間電圧を測定する。ＣＰＵ１０１の外部ＲＯＭ１０２には、Ａ／Ｄ変換ポートからのＬＥＤ端子間電圧とＧＰＩＯポートから出力されるＰＷＭパルスのＤｕｔｙ比との相関パラメータが格納されている。ＣＰＵ１０１にはキーボード等の外部入力機器１０３及びモニター等の外部表示機器１０４が接続され、外部からの情報を入力及び外部への情報伝達を行う。

次に、本実施例の動作を説明する。図３はＣＰＵの輝度調整のための処理の流れを示すフローチャートである。まず、装置（ＣＰＵ）の電源投入後（Ｓ１０１）、ＣＰＵ１０１の初期化を行う（Ｓ１０２）。ＣＰＵ１０１のＧＰＩＯポートの制御が可能となった時点でＧＰＩＯポートをＨｉ（ハイレベル）に固定する（Ｓ１０３）。この時、スイッチング用トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３がＯＮし、ＬＥＤ回路に電圧Ｖｓが印加される。

ＬＥＤ回路に電源Ｖｓが印加されることで、図４に示すようにＬＥＤ端子間に順方向電圧Ｖｆの電圧及び抵抗端子間に電圧Ｖｒが発生する。その際、ＬＥＤに流れ込む電流ＩｆはＩｆ＝（Ｖｓ−Ｖｆ）／Ｒとなる。図４は本実施例のＬＥＤ駆動装置の動作原理を説明するための図である。Ｓ１０３でＧＰＩＯポートをＨｉに固定し、後述するＳ１０４でＡ／Ｄ変換ポートからＬＥＤ端子間電圧を読み込む期間を図４に示す。この時、トランジスタがオンし、ＬＥＤの端子間電圧が発生する。

次いで、ＣＰＵ１０１は各ＬＥＤの端子間電圧をＡ／Ｄ変換ポートから読み込み（Ｓ１０４）、各Ａ／Ｄ変換ポートから読み込んだＬＥＤの端子間電圧からＬＥＤ電圧＝０かどうかを判定する（Ｓ１０５）。ＬＥＤ電圧＝０である場合にはＬＥＤはショート状態であると判定し（Ｓ１０６）、イレギュラー処理を行う（Ｓ１０７）。即ち、ＣＰＵ１０１の外部出力ポートを通して外部表示機器１０４に異常通知を行い、外部表示機器１０４上にＬＥＤの異常発生を表示する。

なお、ＣＰＵ１０１は、常時、複数のＬＥＤの端子間電圧を監視しているため、ＬＥＤのショートやオープン等の異常を検出した場合には、外部表示機器１０４に異常が発生したＬＥＤの通知を行う。

また、Ｓ１０５でＬＥＤ電圧＝０でない場合には、ＬＥＤ電圧＝Ｖ（所定電圧）かどうかを判定する（Ｓ１０８）。この時、ＬＥＤ電圧＝Ｖである場合にはＬＥＤがオープン状態（断線）であると判定し（Ｓ１０９）、同様にイレギュラー処理を行う（Ｓ１０７）。このように輝度調整の一連の処理の中でＬＥＤの端子間電圧からＬＥＤ部品内部の断線及びショート等の異常状態も判別可能となる。

ＬＥＤに異常が検出されなければ、ＣＰＵ１０１はＳ１０４で読み取った端子間電圧値をもとにＲＯＭ１０２に格納された相関パラメータを参照し、各トランジスタに供給するＧＰＩＯポートからのＰＷＭパルスのＤｕｔｙ比を決定する（Ｓ１１０）。ＣＰＵ１０１は各ＧＰＩＯポートからＤｕｔｙ比のＰＷＭパルスの出力を開始し（Ｓ１１１）、各ＬＥＤの輝度をＬＥＤ端子間電圧に応じて制御する。

図４はＣＰＵ１０１のＧＰＩＯポートからトランジスタに出力されるＤｕｔｙ比のパルス信号を示す。このパルス信号に応じてトランジスタが設定されたＤｕｔｙ比でＯＮ／ＯＦＦし、ＬＥＤに電流が供給される。また、上述のようにＬＥＤには並列に平滑用のコンデンサＣが接続されているため、ＬＥＤの電流波形は図４に示すような波形となり、実線で示す波形が平均値となる。

図５はＲＯＭ１０２に格納されたＬＥＤ端子間電圧と駆動パルスのＤｕｔｙ比との関係を示す相関パラメータの一例を示す。図５に示すようにＬＥＤ端子間電圧に応じてＧＰＩＯポートからのＤｕｔｙ比が格納されている。ＣＰＵ１０１は各ＬＥＤ毎にＡ／Ｄ変換ポートから測定したＬＥＤ端子間電圧に応じたＤｕｔｙ比のパルス信号をＧＰＩＯポートから各トランジスタに出力する。

本実施例では、ＧＰＩＯポート及びＡ／Ｄ変換ポートを有するＣＰＵを用い、Ａ／Ｄ変換ポートで発光素子の端子間電圧を測定し、ＧＰＩＯポートから端子間電圧に応じたデューティー比の駆動信号を供給するため、コストアップなしで発光素子の輝度ばらつきを抑えることが可能となる。

また、本ＬＥＤ駆動装置では常に各ＬＥＤの端子間電圧を監視するため、ＬＥＤの経年変化によるＶｆの変動や電流制限抵抗／スイッチングトランジスタの経年変化による輝度の変化にも対応可能である。

更に、輝度調整のための一連の処理の中でＬＥＤから読み取った端子間電圧を使用してＬＥＤの断線やショート等の異常を検出するため、特別なハードウェアを必要とすることなく、異常検出のための時間を必要とすることなく、ＬＥＤの輝度調整と同時にＬＥＤの異常を検出することが可能となる。

なお、本発明は、実際にＬＥＤの発光状態を目視で確認したり、或いは輝度計等を用いてＬＥＤの輝度を測定し、その結果をＲＯＭ１０２に格納されたパラメータに反映させても良い。その場合には、図３のＳ１１２でＣＰＵ１０１の外部入力ポートから輝度値を入力し、ＲＯＭ１０２に格納されたパラメータを変更する。具体的には、図５に示すように外部入力ポートから輝度情報が入力された場合には、その輝度情報に応じてＤｕｔｙ比にＯｆｆｓｅｔをかけて補正する。

また、以上の実施形態では、発光素子としてＬＥＤの輝度調整を例に挙げて説明したが、本発明は、これに限ることなく、例えば、有機ＥＬ素子等の他の発光素子の輝度調整にも使用することができる。

１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ 外部入力機器
１０４ 外部表示機器
ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３ 発光ダイオード
ＴＲ１〜ＴＲ３ トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗器
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ

Claims (4)

1. 複数のＡ／Ｄ変換ポート及び複数のＧＰＩＯポートを有するＣＰＵと、
   前記ＣＰＵの複数のＧＰＩＯポートからのパルス信号によって制御され、前記複数の発光素子を駆動する複数のトランジスタと、
   前記発光素子の端子間電圧と駆動パルス信号のデューティー比との相関パラメータを記憶した記憶手段とを有し、
   前記複数のトランジスタにはそれぞれ直列に前記複数の発光素子が接続され、前記ＣＰＵのＡ／Ｄ変換ポートにはそれぞれ前記複数の発光素子が接続され、
   前記ＣＰＵは、前記複数のＧＰＩＯポートを所定電圧に設定して前記複数のトランジスタをそれぞれオンした状態で前記Ａ／Ｄ変換ポートから前記複数の発光素子の端子間電圧を測定し、
   前記測定された複数の発光素子の端子間電圧に基づいて前記複数の発光素子の異常を検出し、
   前記異常のない発光素子には、前記相関パラメータを参照してそれぞれ前記端子間電圧に対応するデューティー比を前記ＧＰＩＯポートに設定し、当該発光素子をそれぞれ設定したデューティー比のパルス信号で駆動することを特徴とする発光素子駆動装置。
2. 前記ＣＰＵは、外部入力ポートから前記発光素子の輝度情報が入力された場合には、前記記憶手段に格納された相関パラメータのデューティー比に前記輝度情報に応じてオフセットをかけて前記デューティー比を補正する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. 複数のＡ／Ｄ変換ポート及び複数のＧＰＩＯポートを有するＣＰＵと、
   前記ＣＰＵの複数のＧＰＩＯポートからのパルス信号によって制御され、前記複数の発光素子を駆動する複数のトランジスタと、
   前記発光素子の端子間電圧と駆動パルス信号のデューティー比との相関パラメータを記憶した記憶手段とを有し、
   前記複数のトランジスタにはそれぞれ直列に前記複数の発光素子が接続され、前記ＣＰＵのＡ／Ｄ変換ポートにはそれぞれ前記複数の発光素子が接続され、
   前記ＣＰＵが、
   前記複数のＧＰＩＯポートを所定電圧に設定して前記複数のトランジスタをそれぞれオンした状態で前記Ａ／Ｄ変換ポートから前記複数の発光素子の端子間電圧を測定する工程と、
   前記測定された複数の発光素子の端子間電圧に基づいて前記複数の発光素子の異常を検出する工程と、
   前記異常のない発光素子には、前記相関パラメータを参照してそれぞれ前記端子間電圧に対応するデューティー比を前記ＧＰＩＯポートに設定し、当該発光素子をそれぞれ設定したデューティー比のパルス信号で駆動する工程と、
   を含むことを特徴とする発光素子駆動方法。
4. 前記ＣＰＵは、外部入力ポートから前記発光素子の輝度情報が入力された場合には、前記記憶手段に格納された相関パラメータのデューティー比に前記輝度情報に応じてオフセットをかけて前記デューティー比を補正することを特徴とする請求項３に記載の発光素子駆動方法。