JP2014116354A - 発光素子駆動装置、照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力消費を抑えるとともにノイズ対策も基本的に不要となる発光素子の駆動技術を提供する。
【解決手段】直列接続される複数の発光素子１１〜１４を駆動する発光素子駆動装置であって、複数の発光素子のそれぞれの一端と電流源１３との間に接続される複数の第１スイッチング素子４１〜４４と、複数の発光素子のそれぞれの他端と基準電位端との間に接続される複数の第２スイッチング素子５１〜５４と、複数の発光素子のそれぞれの相互間に接続される複数の第３スイッチング素子６１〜６３と、複数の第１スイッチング素子、複数の第２スイッチング素子及び複数の第３スイッチング素子を選択的に動作させるスイッチ切り替え部２を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光素子を選択的に駆動する技術に関する。

複数の発光素子を駆動する技術に関する先行例は、例えば特開２００８−２１８４５７号公報（特許文献１）や特開２００９−１３４９３３号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１に開示されるＬＥＤ車両用灯具の調光回路は、直列に接続された個々のＬＥＤに対して並列に分流回路を設けている。しかし、特定のＬＥＤのみ一時的に明るくしたい場合に、電流値は最大出力に合わせて設定しなければならないため、通常の発光時には分流回路に流れる電流に伴う電力が浪費されることになる点で改良の余地があった。

一方、特許文献２に開示されるＬＥＤ点灯装置および車両用前照灯は、直列に接続された個々のＬＥＤに対して並列にスイッチング素子を設けており、パルス制御を行うため、ＬＥＤに流れる電流値は一定であり、電流の大きさによる輝度制御に比べて色度変化が出にくい。しかし、このＬＥＤ点灯装置等では、パルス駆動のデューティを変えることで個々のＬＥＤの輝度を制御するため、パルス駆動に伴う周辺機器へのノイズ対策が必要になる点で改良の余地があった。

特開２００８−２１８４５７号公報 特開２００９−１３４９３３号公報

本発明に係る具体的態様は、電力消費を抑えるとともにノイズ対策も基本的に不要となる発光素子の駆動技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の発光素子駆動装置は、直列接続される複数の発光素子を駆動する発光素子駆動装置であって、（ａ）複数の発光素子のそれぞれの一端と電源との間に接続される複数の第１スイッチング素子と、（ｂ）複数の発光素子のそれぞれの他端と基準電位端との間に接続される複数の第２スイッチング素子と、（ｃ）複数の発光素子のそれぞれの相互間に接続される複数の第３スイッチング素子と、（ｄ）複数の第１スイッチング素子、複数の第２スイッチング素子及び複数の第３スイッチング素子を選択的に動作させるスイッチ切り替え部を含む、発光素子駆動装置である。

上記構成によれば、電力消費を抑えるとともにノイズ対策も基本的に不要な発光素子駆動装置が得られる。

上記の発光素子駆動装置において、例えば複数の第１スイッチング素子、複数の第２スイッチング素子及び複数の第３スイッチング素子はそれぞれバイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタであってもよい。

これらによれば、汎用的な素子によって第１〜第３の各スイッチング素子を実現することができる。

上記の発光素子駆動装置において、例えば電源は、複数の第１スイッチング素子の各々に対して個別に電流を供給することも好ましい。

この場合には、各第１スイッチング素子を単純な開閉スイッチとして用いることが可能であり、スイッチ切り替え部の機能を簡素化することができる。

上記の発光素子駆動装置において、例えばスイッチ切り替え部は、複数の第１スイッチング素子の電流経路に流れる電流の大きさを個別に制御することも好ましい。

この場合には、電源の機能を簡素化することができる。

本発明に係る一態様の照明装置は、上記した何れかの発光素子駆動装置と、この発光素子駆動装置により駆動される複数の発光素子を含んで構成される。

これによれば、電力消費を抑えるとともにノイズ対策も基本的に不要な照明装置が得られる。

図１は一実施形態の発光素子駆動装置を含んで構成される照明装置の構成を示す回路図である。 図２は発光モジュール部の構成を示す回路図である。 図３は発光素子駆動装置ならびに照明装置の動作の一例を説明するための図である。 図４は発光素子駆動装置ならびに照明装置の動作の一例を説明するための図である。 図５は発光素子駆動装置ならびに照明装置の動作の一例を説明するための図である。 図６は発光素子駆動装置ならびに照明装置の動作の一例を説明するための図である。 図７は各制御における各発光素子の輝度について概念的に示す図である。 図８は発光モジュール部の別の構成例を示す回路図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の発光素子駆動装置を含んで構成される照明装置の構成を示す回路図である。この照明装置は、例えば車両用前照灯として用いられるものであり、複数の発光素子を含む発光モジュール部１、スイッチ切り替え部２、電流源（電源）３、ＥＣＵ（制御部）４を含んで構成されている。

発光モジュール部１は、直列接続された４つの発光素子（ＬＥＤ）１１、１２、１３、１４と、４つの電流源接続端子２１、２２、２３、２４と、４つの接地接続端子３１、３２、３３、３４と、４つの電流供給制御素子（第１スイッチング素子）４１、４２、４３、４４と、４つの電流排出制御素子（第２スイッチング素子）５１、５２、５３、５４と、３つの素子間接続素子６１、６２、６３を備える。

スイッチ切り替え部２は、各電流供給制御素子４１〜４４、各電流排出制御素子５１〜５４、各素子間接続端子６１〜６３の制御端子とそれぞれ接続されており、これら各素子のオン（導通）／オフ（非導通）を選択的に切り替えるための信号を供給する。

電流源３は、各電流源接続端子２１〜２４に対してそれぞれ個別に電流を供給する。この電流源３には上記した各接地接続端子３１〜３４が接続されている。

ＥＣＵ４は、例えば車両用前照灯の動作状態を制御するためのマイクロコンピュータであり、各素子のオン／オフを切り替えさせる指令である制御信号をスイッチ切り替え部２に対して供給する。

なお、発光モジュール１のうち各発光素子１１〜１４を除く部分とスイッチ切り替え部２とを少なくとも含んで発光素子駆動装置が構成されている。

図２は、発光モジュール部１の構成を示す回路図である。この発光モジュール１において、各電流供給制御素子４１、４２、４３、４４は、例えば図示のようにバイポーラトランジスタであり、コレクタ−エミッタ間で電流路が形成され、この電流路に流れる電流が制御端子であるベースへの印加電圧によって制御される。電流供給制御素子４１は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが電流源接続端子２１を介して電流源３と接続され、エミッタが発光素子１１のアノード側と接続されている。同様に、電流供給制御素子４２は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが電流源接続端子２２を介して電流源３と接続され、エミッタが発光素子１２のアノード側と接続されている。同様に、電流供給制御素子４３は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが電流源接続端子２３を介して電流源３と接続され、エミッタが発光素子１３のアノード側と接続されている。同様に、電流供給制御素子４４は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが電流源接続端子２４を介して電流源３と接続され、エミッタが発光素子１４のアノード側と接続されている。

各電流排出制御素子５１、５２、５３、５４は、例えば図示のようにバイポーラトランジスタであり、コレクタ−エミッタ間で電流路が形成され、この電流路に流れる電流が制御端子であるベースへの印加電圧によって制御される。電流排出制御素子５１は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが発光素子１１のカソード側と接続され、エミッタが接地接続端子３１を介して電流源３と接続されている。電流排出制御素子５２は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが発光素子１２のカソード側と接続され、エミッタが接地接続端子３２を介して電流源３と接続されている。電流排出制御素子５３は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが発光素子１３のカソード側と接続され、エミッタが接地接続端子３３を介して電流源３と接続されている。電流排出制御素子５４は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが発光素子１４のカソード側と接続され、エミッタが接地接続端子３４を介して電流源３と接続されている。

各素子間接続素子６１、６２、６３は、例えば図示のようにバイポーラトランジスタであり、コレクタ−エミッタ間で電流路が形成され、この電流路に流れる電流が制御端子であるベースへの印加電圧によって制御される。素子間接続素子５１は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが発光素子１１のカソード側と接続され、エミッタが発光素子１２のアノード側と接続されている。素子間接続素子５２は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが発光素子１２のカソード側と接続され、エミッタが発光素子１３のアノード側と接続されている。素子間接続素子５３は、ベースがスイッチ切り替え部２に接続されており、コレクタが発光素子１３のカソード側と接続され、エミッタが発光素子１４のアノード側と接続されている。すなわち、各発光素子１１〜１４の相互間は、各素子間接続素子６１〜６３のいずれか１つの電流路を介して接続されている。

以下、本実施形態の発光素子駆動装置ならびに照明装置の動作について図３〜図６を適宜参照しながら説明する。上記したように本実施形態の照明装置を車両用前照灯として用いる場合には、例えばＡＦＳ（Adaptive Front-lighting System）の機能を実現するためにステアリング操舵方向に合わせて光軸を移動させるが、その際、一部の発光素子の輝度のみ高くしたり、あるいは消灯させたりといったことができると配光制御の自由度が上がる。また、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）の機能を実現するためには、画像認識技術により前方車両等の存在や位置を検出し、それらの存在する領域を遮蔽するように配光パターンを制御するため、発光素子ごとの輝度の意図的な制御の必要性が高まる。以下で詳細に説明するように、本実施形態の発光素子駆動装置ならびに照明装置はこのような要望に応えうるものである。

図３は、発光素子駆動装置ならびに照明装置の動作の一例を説明するための図である。例えば、各発光素子１１〜１４の輝度を揃えて発光させる場合には、図中において制御端子を黒丸で示した各素子、具体的には電流供給制御素子４１、電流排出制御素子５４、素子間接続素子６１、６２、６３をそれぞれオン状態に制御する。具体的には、スイッチ切り替え部２からこれらの素子をオン状態にし、それ以外の素子をオフ状態にするための制御信号を各素子の制御端子へ供給する。それにより、図中に点線で示したように、電流源接続端子２１から各発光素子１１〜１４を通って接地接続端子３４へ電流が流れる電流経路が形成される。各発光素子１１〜１４に流れる電流が同じとなるので、発光素子間の輝度ばらつきは低く抑えられる。

図４は、発光素子駆動装置ならびに照明装置の動作の一例を説明するための図である。例えば、一部の発光素子（一例として発光素子１１）のみをそれ以外の発光素子（一例として発光素子１２〜１４）よりも輝度を高くして発光させる場合には、図中において制御端子を黒丸で示した各素子、具体的には、電流供給制御素子４１、４２、電流排出制御素子５１、５４、素子間接続素子６２、６３をそれぞれオン状態に制御する。具体的には、スイッチ切り替え部２からこれらの素子をオン状態にし、それ以外の素子をオフ状態にするための制御信号を各素子の制御端子へ供給する。それにより、図中に点線で示したように、電流源接続端子２１から発光素子１１を通って接地接続端子３１へ電流が流れる電流経路と、電流源接続端子２２から発光素子１２〜１４を通って接地接続端子３４へ電流が流れる電流経路とが形成される。電流源３から電流源接続端子２１を介して供給する電流を電流源接続端子２２を介して電流源３から供給する電流よりも大きく設定すれば、発光素子１１のみを他の発光素子１２〜１４よりも高い輝度で発光させることができ、かつ発光素子１２〜１４の輝度ばらつきを抑えることができる。

図５は、発光素子駆動装置ならびに照明装置の動作の一例を説明するための図である。例えば、２つの発光素子（一例として発光素子１１、１２）を発光させ、他の２つの発光素子（一例として１３、１４）を発光させないようにする場合には、図中において制御端子を黒丸で示した各素子、具体的には、電流供給制御素子４１、電流排出制御素子５２、素子間接続素子６１をそれぞれオン状態に制御する。具体的には、スイッチ切り替え部２からこれらの素子をオン状態にし、それ以外の素子をオフ状態にするための制御信号を各素子の制御端子へ供給する。それにより、図中に点線で示したように、電流源接続端子２１から発光素子１１、１２を通って接地接続端子３２へ電流が流れる電流経路が形成される。これは、例えばＤＲＬ（Daytime Running Lamps）のような昼間の認識用に使用できる。

図６は、発光素子駆動装置ならびに照明装置の動作の一例を説明するための図である。例えば、４つの発光素子をすべて個別に発光させる場合には、図中において制御端子を黒丸で示した各素子、具体的には、電流供給制御素子４１〜４４、電流排出制御素子５１〜５４をそれぞれオン状態に制御する。具体的には、スイッチ切り替え部２からこれらの素子をオン状態にし、それ以外の素子をオフ状態にするための制御信号を各素子の制御端子へ供給する。それにより、図中に点線で示したように、電流源接続端子２１から発光素子１１を通って接地接続端子３１へ電流が流れる電流経路、電流源接続端子２２から発光素子１２を通って接地接続端子３２へ電流が流れる電流経路、電流源接続端子２３から発光素子１３を通って接地接続端子３３へ電流が流れる電流経路、電流源接続端子２４から発光素子１４を通って接地接続端子３４へ電流が流れる電流経路がそれぞれ形成される。電流源３から各電流源接続端子２１〜２４を介して供給する電流を個別に設定すれば、各発光素子１１〜１４をそれぞれ異なる輝度で発光させることができる。

図７は、上記した各制御における各発光素子の輝度について概念的に示す図である。図中の下段は、各発光素子のうち、発光素子１１、１２を同じ輝度で発光させて発光素子１３、１４を消灯させた場合（上記したＤＲＬ）の様子を示している。出力（駆動電流）は発光素子１１、１２で等しくなっている。図中の中段は、各発光素子１１〜１４をすべて同じ輝度で発光させた場合（全点灯）の様子を示している。出力（駆動電流）は各発光素子１１〜１４をすべて等しくなっている。図中の上段は、各発光素子のうち、発光素子１１を相対的に高輝度で発光させ、それ以外の発光素子１２〜１４を同じ輝度で発光させた場合の様子を示している。出力（駆動電流）は発光素子１１がそれ以外の発光素子よりも大きくなっている。

このように、本実施形態の発光素子駆動装置ならびに照明装置によれば、図３において示したように全ての発光素子の輝度を揃えた発光と、図４〜図６で示したバリエーションの発光とをひとつの発光モジュール（光源）で実現することができる。そして、本実施形態によれば電力消費を抑えるとともにノイズ対策も基本的に不要となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。

例えば、上記した図３〜図５に基づいて説明した発光制御だけを実現すればよい場合には、発光素子１３と発光素子１４は常に同じ電流で駆動することになるので、図８に示す変形例の回路図のように、電流供給制御素子４４、電流排出制御素子５３、素子間接続素子６３を省略することができ、併せて電流源接続端子２４、接地接続端子３３も省略することができる。それにより、構成をさらに簡素化できるとともに消費電力を低減することができる。

また、上記した実施形態では一例として４つの発光素子を使用する場合を例示したが、発光素子の数はこれに限定されない。さらに、スイッチング素子の一例としてバイポーラトランジスタを例示していたが、電界効果トランジスタ等、他のスイッチング素子であってもよい。また、電流値を電源側である電流源３で制御する場合を例示したが、各電流供給制御素子４１〜４４をスイッチとしてではなくベース電圧に応じてコレクタ−エミッタ間を流れる電流の大きさを制御する素子として用いることで電流源の機能を簡素化することも可能である。

また、上記した実施形態では本発明に係る発光素子駆動装置ならびに照明装置の適用例として車両用前照灯を例示していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。

１：発光モジュール部
２：スイッチ切り替え部
３：電流源
４：ＥＣＵ（制御部）
１１〜１４：発光素子
２１〜２４：電流源接続端子
３１〜３４：接地接続端子
４１〜４４：電流供給制御素子（第１スイッチング素子）
５１〜５４：電流排出制御素子（第２スイッチング素子）
６１〜６３：素子間接続素子（第３スイッチング素子）

Claims (5)

1. 直列接続される複数の発光素子を駆動する発光素子駆動装置であって、
   前記複数の発光素子のそれぞれの一端と電源との間に接続される複数の第１スイッチング素子と、
   前記複数の発光素子のそれぞれの他端と基準電位端との間に接続される複数の第２スイッチング素子と、
   前記複数の発光素子のそれぞれの相互間に接続される複数の第３スイッチング素子と、
   前記複数の第１スイッチング素子、前記複数の第２スイッチング素子及び前記複数の第３スイッチング素子を選択的に動作させるスイッチ切り替え部と、
   を含む、発光素子駆動装置。
2. 前記複数の第１スイッチング素子、前記複数の第２スイッチング素子及び前記複数の第３スイッチング素子はそれぞれバイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタである、
   請求項１に記載の発光素子駆動装置。
3. 前記電源は、前記複数の第１スイッチング素子の各々に対して個別に電流を供給する、
   請求項１又は２に記載の発光素子駆動装置。
4. 前記スイッチ切り替え部は、前記複数の第１スイッチング素子の電流経路に流れる電流の大きさを個別に制御する、
   請求項１又は２に記載の発光素子駆動装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の発光素子駆動装置と、
   前記発光素子駆動装置により駆動される複数の発光素子と、
   を含む、照明装置。

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