JP2014063845A - シリアルコントローラ内蔵ｌｅｄチップ及びそれを含むｌｅｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤとドライバの全体としての回路構成の簡略化と、物理的な実装面積の削減を図り、また、機能調整を個別に正確に行う。
【解決手段】 コントローラ内蔵ＬＥＤ１００は、１チップにＬＥＤ（赤色ＬＥＤ１ｒ、緑色ＬＥＤ１ｇ、青色ＬＥＤ１ｂ）とコントローラ（ドライバ）２の双方を内蔵したものであり、特にコントローラ２はシリアルコントローラを構成している。また、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００は、クロック信号ＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡ、各基準電圧ＶＤＤ，ＧＮＤが、それぞれ供給される端子を有している。また、輝度データがシリアルに入力輝度データＤＩとして供給される端子と、その輝度データがそのまま出力輝度データＤＯとして出力される端子とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリアルコントローラ内蔵ＬＥＤチップ及びそれを含むＬＥＤ装置に関し、例えば、液晶表示装置のバックライトや遊技機の電飾に採用可能なシリアルコントローラ内蔵ＬＥＤチップ及びそれを含むＬＥＤ装置に関する。

従来から、液晶表示装置のバックライトや遊技機の電飾として、多くの発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitted Diode）が使用されているが、このときそれらのＬＥＤをまとめて発光制御するのがＬＥＤドライバ（駆動装置）であり、典型的には、専用のＩＣ（集積回路）として具現化されている。

特許文献１及び２は、かかるＬＥＤとそのドライバ回路の例を開示している。特許文献１においては、バッテリの直流電圧が、調整可能なデューティに基づきＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧され、それがＬＥＤアレーに供給されて各ＬＥＤが点灯するようになっている。ここで、特にＬＥＤアレーに直列のスイッチング素子を設け、バッテリの短絡が起こったときに、このスイッチング素子を即座に遮断し、ＬＥＤアレーに過電流が流れるのを防止する構成となっている。また、特許文献２は、入力電圧が、昇圧回路により昇圧され、それがＬＥＤに供給されてＬＥＤが定電流で点灯し、また、定電流制御回路内のスイッチング素子により間欠制御されて輝度が調整可能となっている。ここで、特に外部電源オフに際し、昇圧回路を構成するコンデンサの電荷を完全に放出しきった後に、内部電源をオフするような構成となっている。

ところで、液晶表示装置のバックライトや遊技機の電飾に使用される上述のようなＬＥＤ及びそのドライバ回路においては、物理的には、ＬＥＤは専らＬＥＤのみでパッケージ化させてチップとして製造され、ドライバはドライバ回路のみでパッケージ化されてチップとして製造され、ＬＥＤ点灯装置としては、それらが基板上で組として実装されて具現化されることが一般的である。

特開２０１１−１１４２１７号公報 特開２００８−２０５０３６号公報

しかしながら、上述のような、ＬＥＤとそのドライバ回路とを別体とした構成では、全体の回路構成が複雑で、特に配線が過多であり、それに伴って基板での実装面積が無益に増大しているという課題がある。

また、ＬＥＤとそのドライバ回路とが別個に製造され、基板実装時にそれらが組み合わされるようなやり方においては、ホワイトバランスの正確な調整が困難である。すなわち、そのような構成においては、ドライバはドライバ個々で出荷前に電流値均等調整等を行い、ＬＥＤは特性ごとに選別するというような手法でのみ調整していたので、それらが組み合わされたときのホワイトバランスが十分に保証されず、複数のＬＥＤを並べた場合に、点灯にむらが生じやすいという課題があった。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、本発明の目的は、ＬＥＤとドライバの全体としての回路構成の簡略化と、物理的な実装面積の削減を図ることができ、また、機能調整を個別に正確に行うことができるシリアルコントローラ内蔵ＬＥＤチップ及びそれを含むＬＥＤ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のＬＥＤチップは、ＬＥＤとともにシリアルコントローラを内蔵したことを要旨とする。

ここで、特に、前記シリアルコントローラは、輝度値データをクロック信号に応じてシリアルデータとして入力してレジスタに記憶し、入力されるラッチ信号に応じて取り込み、前記ＬＥＤを、前記輝度値データ応じて点灯させることを特徴としている。

併せて、前記シリアルコントローラは、前記レジスタに記憶した輝度データを前記クロック信号に応じてシリアルデータとして出力することを特徴としている。

また、ここで、前記ＬＥＤは３色ＬＥＤを含み、前記輝度値データは、前記３色ＬＥＤの各々に対応した輝度値データを含み、前記シリアルデータはそれらが組みとして構成されていることが一般的である。

好適には、前記輝度値データにパリティデータが付加される。特に、３色ＬＥＤの場合は、前記３色ＬＥＤの各々に対応した輝度値データごとにパリティデータが付加される。

また、上記目的を達成するため、本発明のＬＥＤ装置は、上述のＬＥＤチップを縦続接続したことを要旨とする。

ここで、前記ＬＥＤ装置は、前記縦続接続された複数のＬＥＤチップに前記輝度値データ、前記クロック信号、及び前記ラッチ信号を供給する制御部を更に備え、その制御部は、前記複数のＬＥＤチップに必要な輝度値データを前記クロック信号に応じてシリアルに流した後、各ＬＥＤチップは、前記制御部からの前記ラッチ信号に応じて取り込むことが一般的である。

ここで、前記縦続接続されたＬＥＤチップは、分岐した経路を有し、その分岐数に応じて、前記制御部が供給するラッチ信号の線が設けられていてもよい。

あるいは、前記縦続接続されたＬＥＤチップは、分岐した経路を有し、各ＬＥＤチップは固有のアドレスを有し、前記輝度値データにはアドレス情報が付加され、各ＬＥＤチップは、自信のアドレスと一致したアドレス情報が付加された輝度値データを取り込むようにしてもよい。

本発明のシリアルコントローラ内蔵ＬＥＤチップによれば、ＬＥＤとコントローラとを併せた全体の回路構成が簡略化され、それらの物理的な実装面積の削減を図ることができる。また、ＬＥＤ単体に対してそれに対応するコントローラが組みとなって１チップ化されているので、そのＬＥＤに流れる電流を個々にトリミングできる。また、例えば、最大輝度も個々に調整できるので、各ＬＥＤ間で一致させることも可能となる。同様に、その１チップ化により、電流リファレンス抵抗も不要となる。

また、輝度値データにパリティデータを付加した場合には、ノイズ耐性が向上する。

本発明のＬＥＤ装置によれば、ＬＥＤチップを縦続接続することにより、多数のＬＥＤをシリアルデータをもって点灯制御することができ、基板上の配線を削減でき、実装面積を小さくすることができる。また、コントローラを含めてＬＥＤチップ個々にトリミングを行うことができることから、縦続接続されるＬＥＤ全体としてもバランスを正確にとることができる。

本発明のシリアルコントローラ内蔵ＬＥＤチップにおける一実施形態の機能構成を示す図である。 シリアルコントローラの主要構成とその機能を説明するための図である。 図１に示したコントローラ内蔵ＬＥＤを縦続接続した構成を示す図である。 輝度データにパリティデータを含める場合を説明するための図である。 複数のコントローラ内蔵ＬＥＤの分岐構成を示す図である。 分岐構成の場合のアドレス方式を説明するための図である。 ＬＥＤ及びコントローラを共に内蔵した場合の具体的な物理的実装例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のシリアルコントローラ内蔵ＬＥＤチップにおける一実施形態の機能構成を示す図である。同図に示したコントローラ内蔵ＬＥＤ１００は、１チップにＬＥＤ（赤色ＬＥＤ１ｒ、緑色ＬＥＤ１ｇ、青色ＬＥＤ１ｂ）とコントローラ（ドライバ）２の双方を内蔵したものであり、特にコントローラ２はシリアルコントローラを構成している。また、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００は、クロック信号ＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡ、各基準電圧ＶＤＤ，ＧＮＤが、それぞれ供給される端子を有している。また、輝度データがシリアルに入力輝度データＤＩとして供給される端子と、その輝度データがそのまま出力輝度データＤＯとして出力される端子とを有している。

図２は、シリアルコントローラ２の主要構成とその機能を説明するための図である。同図において、入力輝度データＤＩは、クロック信号ＣＬＫに基づき２４ビット長のシフトレジスタ２１に順次入力され、その２４ビット長に満たされたデータは、ラッチ信号ＬＡを契機として、８ビットごとに、Ｒ値データ、Ｇ値データ、及びＢ値データとして、それぞれ、Ｒ値用レジスタ２２ｒ、Ｇ値用レジスタ２２ｇ、及びＢ値用レジスタ２２ｂに取り込まれる。また、赤色ＬＥＤ１ｒ、緑色ＬＥＤ１ｇ、及び青色ＬＥＤ１ｂがそれぞれ接続されたＲ用出力トランジスタ２３ｒ、Ｇ用出力トランジスタ２３ｇ、及びＢ用出力トランジスタ２３ｂは、それぞれ、Ｒ値用レジスタ２２ｒ、Ｇ値用レジスタ２２ｇ、及びＢ値用レジスタ２２ｂに格納された各色用輝度データに基づき、電流可変制御又はＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が行われる。それにより、赤色ＬＥＤ１ｒ、緑色ＬＥＤ１ｇ、及び青色ＬＥＤ１ｂの各々は、そのタイミングにおいて、Ｒ値用レジスタ２２ｒ、Ｇ値用レジスタ２２ｇ、及びＢ値用レジスタ２２ｂに格納された輝度データに基づいて点灯することになる。このように、各色の輝度値を８ビットの分解能で設定するとした場合、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００一つとしては、最も少なくて２４ビットの情報で制御可能となる。なお、電流値を簡易的に固定（例えば、20mA、15mA、10mA等）すれば、端子数を減らすことができる。

図３は、図１に示したコントローラ内蔵ＬＥＤ１００を縦続接続した構成を示す図である。本発明においては、図１に示したＬＥＤとそのコントローラの１チップ構成を採用することにより、液晶表示装置のバックライトや遊技機の電飾というような用途に応じて物理的に配置されるＬＥＤの点灯を、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００の縦続接続により実現する。基本的にこれにより、全体としての回路構成の簡略化と、物理的な実装面積の削減を図っている。図３においては、上段のコントローラ内蔵ＬＥＤ１００の出力輝度データＤＯがその下段のコントローラ内蔵ＬＥＤ１００の入力輝度データＤＩとして入力される構成を基本として、複数のコントローラ内蔵ＬＥＤ１００が縦続接続する構成となっている。また、共通のクロック信号ＣＬＫと共通のラッチ信号ＬＡとが、各コントローラ内蔵ＬＥＤ１００に供給されるように構成されている。同図には示していないが、最上段には一般的なマイクロコンピュータ（以下、「ＣＰＵ」と称す）が位置し、入力輝度データＤＩ、クロック信号ＣＬＫ、及びラッチ信号ＬＡは、そのＣＰＵにより供給される。

図３に示したような構成により、ＣＰＵが末端のＬＥＤまでの輝度データをクロック信号ＣＬＫに基づき転送した後、各コントローラ内蔵ＬＥＤ１００がラッチ信号ＬＡに基づき一括して取り込むことにより、装置全体のＬＥＤの点灯制御が行えることになる。なお、同図においては、４つのコントローラ内蔵ＬＥＤ１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、及び１００ｄ）が描かれているが、これに限られることはない。縦続接続可能な数については、例えば、１秒間に６０回書き換え可能であって１ＭＨｚのバスであれば、６９７個のコントローラ内蔵ＬＥＤ１００を制御でき、逆に３００個程度で済むのであれば、５００ｋＨｚで対応できることとなる。

なお、輝度データ線は、単純なシリアルラインであるので、その途中に既存のシリアル−パラレル変換器（例えば74LS575等）を挿入することもでき、それにより他の独立したＬＥＤの点灯制御も行える。

一方、付随的に、ノイズによる誤動作に対する対処を目的として、輝度データにパリティデータ（あるいはフレームビットデータ）（常に値０又は値１）を含めることもできる。図４は、輝度データにパリティデータを含める場合を説明するための図である。

図４において、同図（ａ）は、図２と同様、パリティデータを含めない基本的な手法を示す図である。また、同図（ｂ）は、各色の輝度データ全体、すなわち２４ビットごとに１ビットのパリティデータを付する場合を示している。従って、この場合、シフトレジスタは、２５ビット長のシフトレジスタ２１Ｂとなる。また、同図（ｃ）は、各輝度データ単位、すなわち８ビットごとに１ビットのパリティデータを付する場合を示している。従って、この場合、シフトレジスタは、２７ビット長のシフトレジスタ２１Ｃとなる。いずれ（無論これ以外も当業者には自明である）を採用するかは、ノイズ耐性の要求の程度に応じて決めてやればよい。

図３の説明においては、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００を縦続接続することにより、ＬＥＤ点灯装置の用途に応じて物理的に配置されるＬＥＤの点灯を、簡易に一括で制御できる旨を説明した。例えば、液晶表示装置のバックライトであれば、容易にすべてのＬＥＤを縦続接続できる（一筆書きできる）ことが理解できる。しかしながら、ＬＥＤ点灯装置によっては、物理的な構成上、どうしても全体の縦続接続が実現できないか、又は容易ではない場合がある。例えば遊技機の電飾ＬＥＤの場合、分散配置されたＬＥＤの場合は、どうしても一括縦続接続ができない場合もあり得る。この場合には、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００の縦続接続を複数本設ければ勿論実現可能であるが、図５に示すように、分岐構成で実現することもできる。

図５においては、輝度データ線が、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ｂの後段から、２つに分岐し、それぞれ、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ｃ１、１００ｄ１、・・・と、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ｃ２、１００ｄ２、・・・とで構成されている。ここで、クロック信号ＣＬＫは、すべてのコントローラ内蔵ＬＥＤ１００に共通に供給されているが、ラッチ信号については、ラッチ信号ＬＡ１が、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ１、１００ｄ１、・・・に供給され、ラッチ信号ＬＡ２が、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ｃ２、１００ｄ２、・・・に供給される構成になっている。なお、同図においては、ＣＰＵ２００を示している。

動作としては、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ１、１００ｄ１、・・・における所望色、所望輝度での点灯と、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ｃ２、１００ｄ２、・・・における所望色、所望輝度での点灯とを別々に行う。具体的には、ＣＰＵ２００は、まず、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ１、１００ｄ１、・・・用の輝度データをデータ線に流し、ラッチ信号ＬＡ１でそれらに取り込ませ、次に、ＣＰＵ２００は、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ｃ２、１００ｄ２、・・・用の輝度データをデータ線に流し、ラッチ信号ＬＡ２でそれらに取り込ませる。後者のコントローラ内蔵ＬＥＤ１００ｃ２、１００ｄ２、・・・用の輝度データは、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ａ及び１００ｂにも流れるが、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ａ及び１００ｂには、ラッチ信号ＬＡ２が入力されていないので、それらがこのタイミングで何らかのデータを取り込むことはない。このように、やむを得ず分岐構成となる場合でも、分岐の数に応じてラッチ信号の配線が増えるが、共通部分（この場合、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ａ、１００ｂの部分）で全体の配線数を減らせるので、なお有意な簡易構成により実現できる。

なお、分岐構成の場合、いわゆるアドレス方式によっても実現できる。図６はそのアドレス方式を説明するための図である。同図に示すように、アドレス方式を採用する場合には、ラッチ信号線は存在しない。代わりに、各コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ１、１００ｄ１、・・・、コントローラ内蔵ＬＥＤ１００ｃ２、１００ｄ２、・・・は、個別に割り当てられたアドレスを有しており、各コントローラ内蔵ＬＥＤ１００には、輝度データに加えて、各輝度データに対応したアドレス情報が供給される。従って、各コントローラ内蔵ＬＥＤ１００は、自身のアドレスと一致するアドレスを検出すると、それに対応する輝度データを取り込むようにする。かかるアドレス方式によれば、アドレスを参照する処理は増えるが、ラッチ信号が不要なため、分岐に応じてラッチ信号が増加することはなく、図５の場合と比較して、分岐を自由に設けることができる。

最後に、図７に、具体的な物理的実装例を示す。図７（ａ）は一例を示しており、左側が平面図であり、右側が正面図である。同図の例では、赤色ＬＥＤ１ｒ、緑色ＬＥＤ１ｇ、及び青色ＬＥＤ１ｂの各々は、ダイ３上に配設されている。かかる構成によれば、各ＬＥＤの温度を直接測定できるので、温度補償を行う場合には、それが容易となる。なお、ダイ３上であれば、その配設位置は、図示のものに限らず、他の配設位置でもよい。例えば、直線状にも配設できる。

図７（ｂ）は他の例を示しており、赤色ＬＥＤ１ｒ、緑色ＬＥＤ１ｇ、及び青色ＬＥＤ１ｂの各々を、リードフレーム上に、ダイ３と並設させる態様である。この場合には放熱が容易となるという利点がある。

以上のように、上述の一実施形態によれば、ＬＥＤとドライバの全体としての回路構成が簡略化され、それらの物理的な実装面積の削減を図ることができる。また、ＬＥＤ単体に対してそれに対応するドライバが組みとなって１チップ化されているので、そのＲＧＢに対する各電流を個々にトリミングでき、それによりＬＥＤ個々にホワイトバランスを調整できる。また、例えば、最大輝度も個々に調整できるので、各ＬＥＤ間で一致させることも可能となる。同様に、その１チップ化により、電流リファレンス抵抗も不要となる。

また、電流可変ドライバの場合でも、回路が内部で閉じているので、面倒な許容損失の計算が不要となるか、又は簡易になる。また、１２及び２４チャンネルドライバ等のチャンネル数別のバリエーション展開が不要となると共に、基板設計時にドライバ構成を考える必要がないので、チャンネル数の過不足を考慮せずに、任意の数を設けることができる。

更に、ＬＥＤの１系統に一つ取り付けられていた静電保護ダイオードが不要となるか、又は一つあれば足りるようになり、シリーズ抵抗も不要であり、バイパスコンデンサ等も削減可能となる。また、ドライバと機能的に一体となっているため、サージ耐性も強化される。

本発明のシリアルコントローラ内蔵ＬＥＤチップ及びそれを含むＬＥＤ装置は、液晶表示装置のバックライトや遊技機の電飾に応用できる。

１ｒ、１ｇ、１ｂ ＬＥＤ
２ シリアルコントローラ
２１ シフトレジスタ
２２ レジスタ
２３ 出力トランジスタ
３ ダイ
１００ コントローラ内蔵ＬＥＤ
２００ ＣＰＵ

Claims (10)

1. ＬＥＤとともにシリアルコントローラを内蔵したことを特徴とするＬＥＤチップ。
2. 前記シリアルコントローラは、輝度値データをクロック信号に応じてシリアルデータとして入力してレジスタに記憶し、入力されるラッチ信号に応じて取り込み、前記ＬＥＤを、前記輝度値データ応じて点灯させることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤチップ。
3. 前記シリアルコントローラは、前記レジスタに記憶した輝度データを前記クロック信号に応じてシリアルデータとして出力することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤチップ。
4. 前記ＬＥＤは３色ＬＥＤを含み、前記輝度値データは、前記３色ＬＥＤの各々に対応した輝度値データを含み、前記シリアルデータはそれらが組みとして構成されていることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤチップ。
5. 前記輝度値データにパリティデータが付加されていることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤチップ。
6. 前記３色ＬＥＤの各々に対応した輝度値データごとにパリティデータが付加されていることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤチップ。
7. 請求項３に記載したＬＥＤチップを縦続接続したことを特徴とするＬＥＤ装置。
8. 前記縦続接続された複数のＬＥＤチップに前記輝度値データ、前記クロック信号、及び前記ラッチ信号を供給する制御部を更に備え、その制御部は、前記複数のＬＥＤチップに必要な輝度値データを前記クロック信号に応じてシリアルに流した後、各ＬＥＤチップは、前記制御部からの前記ラッチ信号に応じて取り込むことを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ装置。
9. 前記縦続接続されたＬＥＤチップは、分岐した経路を有し、その分岐数に応じて、前記制御部が供給するラッチ信号の線が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤ装置。
10. 前記縦続接続されたＬＥＤチップは、分岐した経路を有し、各ＬＥＤチップは固有のアドレスを有し、前記輝度値データにはアドレス情報が付加され、各ＬＥＤチップは、自信のアドレスと一致したアドレス情報が付加された輝度値データを取り込むことを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤ装置。
    

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