JP2013135207A - 発光ダイオード駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、整流された電源の電圧レベルを発光ダイオード電流と比較することで、発光ダイオードに印加される電流を制限して発熱量を減らすことができる発光ダイオード駆動装置に関する。
【解決手段】本発明によると、整流された電源の電圧レベルを検出する検出部と、少なくとも一つの発光ダイオードを有する発光ダイオード部に流れる電流レベルと上記検出部の検出結果とを比較し、その比較結果に応じて上記発光ダイオード部に印加される電流を制限して駆動させる駆動部と、を含む発光ダイオード駆動装置が提案される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードに供給される電源を供給または遮断するスイッチの発熱を低減することができる発光ダイオード駆動装置に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する関心と需要が増加している。

このような発光ダイオードを用いる機器はコンパクトに製作することができるため、既存の電子製品では設置が困難であった場所にも用いることができる。また、照明として用いられる場合、多様な色相具現及び照度調節が容易であるため、映画鑑賞、読書、会議などの状況に適したシステム照明として用いることができる。

また、電力消費が白熱灯の１／８水準であり、寿命は５〜１０倍の５〜１０万時間である。さらに、水銀フリーの光源で環境にやさしく、多様なデザインが可能である。

このような特徴により、韓国をはじめ、米国、日本、オーストラリアなどの多くの国で発光ダイオード照明事業を国策事業として推進している。

さらに、最近、フラットパネルディスプレイ技術が発展するにつれて、スマートフォン、ゲーム機、デジタルカメラの他に、自動車のダッシュボードにもフラットパネルディスプレイが用いられており、超薄型テレビジョン、透明ナビゲーションなど、我々の生活においてディスプレイの使用幅が広くなりつつある。

このようなフラットパネルディスプレイは、ＴＦＴ−ＬＣＤ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）が主に用いられる。

液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）は、マトリックス形態で配列された画素に画像情報に応じたデータ信号を個別に供給し、その画素の光透過率を調節することにより所望の画像を調節することができる表示装置であり、自ら発光できないため、その背面にバックライトユニット（ｂａｃｋ−ｌｉｇｈｔ ｕｎｉｔ）を設けて画像を表現するように設計される。

一般に、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は軽量、薄型、低消費電力駆動などの特徴によってその応用範囲が益々広がってきており、このような傾向により、液晶表示装置はオフィスオートメーション機器、オーディオ／ビデオ機器などに用いられている。

上述したように、液晶表示装置は自ら発光できないため、バックライト（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）と呼ばれる別の光源が必要である。このような光源として、冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）、外部電極蛍光ランプ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＥＥＦＬ）などが用いられている。

このようなバックライトユニットは、既存の冷陰極蛍光ランプに比べて電力消費及び体積の低減などの利点を有するため、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、「ＬＥＤ」という）の採用が増加する傾向にある。

ＬＥＤを用いるバックライトは、直下型（ｄｉｒｅｃｔ ｔｙｐｅ）ＬＥＤバックライトとエッジ型（ｅｄｇｅ ｔｙｐｅ）ＬＥＤバックライトに分けられる。直下型ＬＥＤバックライトは、面全体にＬＥＤチップモジュールを設けて光が直ちにＬＣＤパネルに投射されるようにする方式であり、エッジ型ＬＥＤバックライトは、端にのみＬＥＤチップモジュールを設けて光がＬＣＤパネルの中央に投射されるようにする方式である。

上述したように、その使用が増加する傾向にある発光ダイオードは、発光ダイオードを駆動させるための駆動装置を必要とする。

一般に、ＬＥＤはその構造上、数ボルト（ｖｏｌｔ）程度の直流（ＤＣ）電源で駆動される。従って、ＬＥＤを交流（ＡＣ）に連結して駆動するためには、別の手段が必要である。

しかし、交流−直流変換器（ＡＣ−ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は体積が大きく、電力消費も非常に大きいため、ＬＥＤを交流で駆動するために交流−直流変換器を用いると、ＬＥＤの利点がかなり相殺されてしまう。

即ち、ＬＥＤが直流電源を用いるため、交流商用電源を直流に変換して点灯に必要な電圧の大きさを変換するための一環としてＳＭＰＳ（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）を用いている。このようなＳＭＰＳ方式を用いる場合、電気効率は高くなるが、回路が複雑になり、スイッチングモード（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ）の使用による高い周波数のノイズ発生、キャパシタ及びインダクタの使用による寿命の低下、力率の減少などの問題点を有する。

また、他の方式としてスイッチングレギュレータを用いた電流制御型ＬＥＤ駆動回路を適用している。このようなスイッチングレギュレータを用いた回路は、ＬＥＤに流れる電流をスイッチング方式の回路及び演算増幅器により調整する構造であり、センス抵抗にかかる電圧をフィードバックさせてＬＥＤに流れる電流を調整するようになっている。この方式は、リニア方式と異なってスイッチング方式を用いるため、スイッチングブロックでの電力消費が減少して電気的な効率が増大するという長所を有し、比較的大きい電力が消費される場合に広く用いられる方式である。しかし、このようなスイッチングレギュレータを用いた電流制御型ＬＥＤ駆動回路は、スイッチングレギュレータを適用しなければならないため、回路が複雑になり、スイッチングレギュレータを構成するインダクタ、キャパシタなどが必要である。これにより、電気的な寿命が低下するだけでなく、回路の設計が誤っている場合は効率低下が発生する恐れがある。

従って、先行技術文献に開示されているように、従来の発光ダイオード駆動装置は、交流電源を直流電源に変換して用いる場合、直流電源を提供するための回路が複雑であるため、整流された電源を用いて発光ダイオードを駆動するための技術が開発されている。しかし、これも発光ダイオードによるドロップ電圧のため定電流源で生じる発熱が激しく、電源が損失されるという問題点がある。

韓国登録特許公報特０９４２２３４号

本発明は上記の問題点を解決するためのものであり、本発明の課題は、整流された電源の電圧レベルを発光ダイオード電流と比較して発光ダイオードに印加される電流を制限することにより発熱量を減らすことができ、より詳細には、発光ダイオードに供給される電源スイッチングに一つのスイッチのみを採用することができ、製造コストが低減される発光ダイオード駆動装置を提案することにある。

上述の本発明の課題を解決するために、本発明の一つの技術的な側面によると、整流された電源の電圧レベルを検出する検出部と、少なくとも一つの発光ダイオードを有する発光ダイオード部に流れる電流レベルと上記検出部の検出結果とを比較し、その比較結果に応じて上記発光ダイオード部に印加される電流を制限して駆動させる駆動部と、を含む発光ダイオード駆動装置が提案される。

本発明の一つの技術的な側面によると、上記検出部は、上記整流された電源の平均電圧レベルを検出することができる。

本発明の一つの技術的な側面によると、上記検出部は、上記整流された電源の電圧レベルを降圧して検出することができる。

本発明の一つの技術的な側面によると、上記駆動部は、上記発光ダイオード部の終端と接地との間に形成され、スイッチング制御信号に応じて上記発光ダイオード部に電流を供給または遮断させるスイッチと、上記発光ダイオード部に流れる電流レベルと上記検出部の検出結果とを比較して上記比較結果を提供する比較部と、上記比較部からの上記比較結果と予め設定されたクロック信号を論理演算し、上記スイッチのスイッチング動作を制御する上記スイッチング制御信号を提供するＲＳラッチと、上記発光ダイオード部に流れる電流レベルを検出する電流検出部と、を含むことができる。

本発明の一つの技術的な側面によると、上記駆動部は、上記クロック信号を提供するオシレータをさらに含むことができる。

本発明の一つの技術的な側面によると、上記駆動部は、上記スイッチング制御信号をバッファリングするバッファをさらに含むことができる。

本発明の一つの技術的な側面によると、上記駆動部は、上記検出部により検出された電圧に基づいて内部電源を生成する電源生成部をさらに含むことができる。

上述の本発明の課題を解決するために、本発明の他の一つの技術的な側面によると、交流電源を整流する整流部と、上記整流部により整流された電源の平均電圧レベルを検出する検出部と、少なくとも一つの発光ダイオードを有する発光ダイオード部に流れる電流レベルと上記検出部の検出結果とを比較し、その比較結果に応じて上記発光ダイオード部に印加される電流を制限して駆動させる駆動部と、を含む発光ダイオード駆動装置が提案される。

本発明によると、整流された電源の電圧レベルを発光ダイオード電流と比較することで、発光ダイオードに印加される電流を制限して発熱量を減らすことができ、発光ダイオードに供給される電源スイッチングに一つのスイッチのみを採用することができるため、製造コストが低減される効果がある。

本発明の発光ダイオード駆動装置の概略的な構成図である。 本発明の発光ダイオード駆動装置による電流制限を示すグラフである。

以下、添付された図面を参照して、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができるように、好ましい実施例を詳細に説明する。

但し、本発明の好ましい実施例を詳細に説明するにあたり、係わる公知技術または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

また、類似の機能及び作用をする部分に対しては図面全体にわたって同一または類似の符号を用いる。

なお、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとする場合、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その間に他の構成を介して「間接的に連結」されている場合も含む。

また、ある構成要素を「含む」とすることは、特別に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は本発明の発光ダイオード駆動装置の概略的な構成図である。

図１を参照すると、本発明の発光ダイオード駆動装置１００は、整流部１１０と、検出部１２０と、駆動部１３０と、を含むことができる。

整流部１１０は、入力された交流電源を整流して検出部１２０及び発光ダイオード部（ＬＥＤ）に供給することができる。整流された電源は半波整流または全波整流されることができ、このために整流部１１０はブリッジダイオードを含むことができる。

ここで、発光ダイオード部（ＬＥＤ）は、少なくとも一つの発光ダイオードまたは複数の発光ダイオードが直列連結された発光ダイオードグループを含むことができる。

検出部１２０は、整流部１１０により整流された電源の電圧レベルを検出することができ、整流された電源の平均電圧レベルを検出することができ、さらに、整流された電源の電圧レベルを降圧して検出することもできる。

そのために、検出部１２０は、整流部１１０により整流された電源が印加される整流電源端と接地との間に直列連結された少なくとも二つの抵抗Ｒ１、Ｒ２を含むことができる。

検出部１２０の第１及び第２抵抗Ｒ１、Ｒ２間の抵抗値の割合に応じて、整流された電源の電圧レベルは降圧されて検出されることができ、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の連結ノードは駆動部１３０に連結され、整流された電源を検出した検出電圧を伝達することができる。

駆動部１３０は、発光ダイオード部（ＬＥＤ）に印加される整流された電源の供給または遮断を制御することにより、発光ダイオード部（ＬＥＤ）の駆動を制御することができる。

そのために、駆動部１３０は、スイッチ１３１と、比較部１３２と、ＲＳラッチ１３３と、電流検出部１３４と、オシレータ１３５と、バッファ１３６と、電源生成部１３７と、を含むことができる。

スイッチ１３１は、発光ダイオード部（ＬＥＤ）の終端と接地との間に形成されることができ、スイッチング制御信号に応じてターンオンまたはターンオフされることができる。

スイッチング制御信号に応じたターンオンまたはターンオフにより発光ダイオード部（ＬＥＤ）を介して接地に流れる電流の伝達経路を導通または遮断させることで、上記整流された電源によって発光ダイオード部（ＬＥＤ）の動作を制御することができる。

比較部１３２は、検出部１２０からの検出電圧と発光ダイオード部（ＬＥＤ）に流れる電流のフィードバックを受け、これを比較することができる。

即ち、比較部１３２は、上記検出電圧とフィードバック電流を電圧により検出した検出信号とを比較して、その比較結果をＲＳラッチ１３３に伝達することができる。

そのために、比較部１３２はＯＰアンプで構成されることができ、検出部１２０からの検出電圧が印加されるプラス端子と、発光ダイオード部（ＬＥＤ）に流れる電流がフィードバックされるマイナス端子と、を備えることができる。

ＲＳラッチ１３３は、セット（ｓｅｔ）端子Ｓ、リセット（ｒｅｓｅｔ）端子Ｒ及び出力端子Ｑを備えることができる。セット端子Ｓには予め設定された周波数を有するクロック信号が入力され、リセット端子Ｒには比較部１３２からの比較結果が入力されて、論理演算を行うことができる。

ＲＳラッチ１３３は、セット端子Ｓ及びリセット端子Ｒに入力された信号が両方ともローレベル信号である際に、出力端子Ｑに出力される信号に何ら変化がなく、直ぐ前の状態の信号が出力されることができる。このような条件を非活性（ｉｎａｃｔｉｖｅ）状態ということができる。

しかし、リセット端子Ｒにローレベル信号が入力され、セット端子Ｓにハイレベル信号が入力されると、出力端子Ｑはハイレベル信号を出力するように設定され、反対にリセット端子Ｒにハイレベル信号が入力され、セット端子Ｓにローレベル信号が入力されると、出力端子Ｑはローレベル信号を出力するように設定されることができる。

上述したように、ＲＳラッチ１３３は、セット端子Ｓに入力された上記クロック信号及びリセット端子Ｒに入力された比較部１３２からの比較結果のハイレベルまたはローレベル状態に応じて、スイッチ１３１のスイッチングを制御するスイッチング制御信号を出力端子Ｑを介して出力することができる。

上記スイッチング制御信号はＲＳラッチ１３３の論理演算の結果に応じてハイレベルまたはローレベルを有することができ、上記スイッチング制御信号の信号レベルに応じてスイッチ１３１がターンオンまたはターンオフされることができる。

例えば、上記スイッチング制御信号の信号レベルがハイレベルであると、スイッチ１３１がターンオンされ、発光ダイオード部（ＬＥＤ）に電流が流れて発光ダイオード部（ＬＥＤ）が発光動作を行うことができる。また、上記スイッチング制御信号の信号レベルがローレベルであると、スイッチ１３１がターンオフされ、発光ダイオード部（ＬＥＤ）に流れる電流が遮断されて発光ダイオード部（ＬＥＤ）の発光動作が中断されることができる。

電流検出部１３４は、発光ダイオード部（ＬＥＤ）に流れる電流レベルを検出し、その検出値を比較部１３２に伝達することができる。

より詳細には、電流検出部１３４は、発光ダイオード部（ＬＥＤ）に流れる電流レベルを電圧値として検出することができ、さらに、アナログ信号形態の検出値をデジタル信号に変換して比較部１３２に伝達することができる。

オシレータ１３５は発振して、予め設定された周波数を有するクロック信号を比較部１３２に提供することができる。図示されていないが、オシレータ１３５は上記クロック信号を提供するために、ＲＣ発振回路、クリスタルなど多様な回路で構成できることは勿論である。

バッファ１３６は、ＲＳラッチ１３３からのスイッチング制御信号をバッファリングしてスイッチ１３１に伝達することができる。

電源生成部１３７は、検出部１２０からの検出電圧に基づいて駆動部１３０の内部回路に用いられる内部電源を生成し、電源が必要な回路に供給することができる。

一方、本発明の発光ダイオード駆動装置１００の駆動部１３０は、発光ダイオード部（ＬＥＤ）に流れる電流を制限して発熱量を低減することができる。これについて、図面を参照して詳細に説明する。

図２は本発明の発光ダイオード駆動装置による電流制限を示すグラフである。

図１及び図２を参照すると、まず、整流部１１０は整流された電源を検出部１２０及び発光ダイオード部（ＬＥＤ）に伝達し、検出部１２０は整流された電源の平均電圧レベルを検出する。

駆動部１３０の比較部１３２は、検出部１２０からの検出電圧と電流検出部１３４からの電流検出値とを比較して、その比較結果をＲＳラッチ１３３のリセット端子Ｒに伝達することができる。この際、上記比較結果はＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号であることができる。

ＲＳラッチ１３３は、オシレータ１３５からのクロック信号をセット端子Ｓを介して受信し、リセット端子Ｒに入力されたＰＷＭ信号の信号レベルと上記クロック信号の信号レベルを論理演算して、その結果を出力端子Ｑを介して出力することができる。

出力端子Ｑからのスイッチング制御信号がハイレベルであると、スイッチ１３１がターンオンして発光ダイオード部（ＬＥＤ）に電流が流れ、上記電流検出値は徐々に上昇することができる。

上昇した上記電流検出値が検出部１２０からの上記検出電圧と同一になると、比較部１３２からのＰＷＭ信号の信号レベルはハイレベルになり、これによりＲＳラッチ１３３の出力端子Ｑからのスイッチング制御信号の信号レベルがローレベルになって、スイッチ１３１がターンオフされる。

一方、整流された電源の電圧レベルが上昇すると、上記検出電圧のレベルも上昇するため、スイッチ１３１のターンオン区間が長くなることができ、発光ダイオード部（ＬＥＤ）に電流が流れる区間も長くなることができる。

即ち、発光ダイオード部（ＬＥＤ）に流れる電流は、整流された電源の電圧レベルに比例して制限されることができる。

図２を参照すると、整流された電源の電圧レベル（Ａ）に応じて発光ダイオード部（ＬＥＤ）に流れる電流（ＬＥＤ電流）が制限（Ｂ）されることが分かる。

上述したように、本発明によると、整流された電源の電圧レベルを発光ダイオード電流と比較することで、発光ダイオードに印加される電流を制限して発熱量を減らすことができ、特に発光ダイオードに供給される電源スイッチングに一つのスイッチのみを採用することができるため、製造コストを低減することができる。

以上で説明した本発明は、上述の実施例及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定され、本発明の構成は、本発明の技術的思想を外れない範囲内でその構成を多様に変更及び改造することができるということは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば容易に分かるであろう。

１００ 発光ダイオード駆動装置
１１０ 整流部
１２０ 検出部
１３０ 駆動部
１３１ スイッチ
１３２ 比較部
１３３ ＲＳラッチ
１３４ 電流検出部
１３５ オシレータ
１３６ バッファ
１３７ 電源生成部

Claims (13)

1. 整流された電源の電圧レベルを検出する検出部と、
   少なくとも一つの発光ダイオードを有する発光ダイオード部に流れる電流レベルと上記検出部の検出結果とを比較し、その比較結果に応じて前記発光ダイオード部に印加される電流を制限して駆動させる駆動部と
   を含む発光ダイオード駆動装置。
2. 前記検出部は、前記整流された電源の平均電圧レベルを検出する請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置。
3. 前記検出部は、前記整流された電源の電圧レベルを降圧して検出する請求項２に記載の発光ダイオード駆動装置。
4. 前記駆動部は、
   前記発光ダイオード部の終端と接地との間に形成され、スイッチング制御信号に応じて前記発光ダイオード部に電流を供給または遮断させるスイッチと、
   前記発光ダイオード部に流れる電流レベルと前記検出部の検出結果とを比較して前記比較結果を提供する比較部と、
   前記比較部からの前記比較結果と予め設定されたクロック信号を論理演算して前記スイッチのスイッチング動作を制御する前記スイッチング制御信号を提供するＲＳラッチと、
   前記発光ダイオード部に流れる電流レベルを検出する電流検出部と
   を含む請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置。
5. 前記駆動部は、前記クロック信号を提供するオシレータをさらに含む請求項４に記載の発光ダイオード駆動装置。
6. 前記駆動部は、前記スイッチング制御信号をバッファリングするバッファをさらに含む請求項４に記載の発光ダイオード駆動装置。
7. 前記駆動部は、前記検出部により検出された電圧に基づいて内部電源を生成する電源生成部をさらに含む請求項４に記載の発光ダイオード駆動装置。
8. 交流電源を整流する整流部と、
   前記整流部により整流された電源の平均電圧レベルを検出する検出部と、
   少なくとも一つの発光ダイオードを有する発光ダイオード部に流れる電流レベルと前記検出部の検出結果とを比較し、その比較結果に応じて前記発光ダイオード部に印加される電流を制限して駆動させる駆動部と
   を含む発光ダイオード駆動装置。
9. 前記検出部は、前記整流された電源の電圧レベルを降圧して検出する請求項８に記載の発光ダイオード駆動装置。
10. 前記駆動部は、
    前記発光ダイオード部の終端と接地との間に形成され、スイッチング制御信号に応じて前記発光ダイオード部に電流を供給または遮断させるスイッチと、
    前記発光ダイオード部に流れる電流レベルと前記検出部の検出結果とを比較して前記比較結果を提供する比較部と、
    前記比較部からの前記比較結果と予め設定されたクロック信号を論理演算して前記スイッチのスイッチング動作を制御する前記スイッチング制御信号を提供するＲＳラッチと、
    前記発光ダイオード部に流れる電流レベルを検出する電流検出部と
    を含む請求項８に記載の発光ダイオード駆動装置。
11. 前記駆動部は、前記クロック信号を提供するオシレータをさらに含む請求項１０に記載の発光ダイオード駆動装置。
12. 前記駆動部は、前記スイッチング制御信号をバッファリングするバッファをさらに含む請求項１０に記載の発光ダイオード駆動装置。
13. 前記駆動部は、前記検出部により検出された電圧に基づいて内部電源を生成する電源生成部をさらに含む請求項１０に記載の発光ダイオード駆動装置。

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