JP4942087B2

JP4942087B2 - Ｌｅｄ駆動制御装置

Info

Publication number: JP4942087B2
Application number: JP2006253600A
Authority: JP
Inventors: 貴史安本
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: JP2008077892A

Description

本発明はＬＥＤをＬＣＤのバックライトや各種照明として用い、所定の明るさに調節するためにＬＥＤをパルス幅によって通電制御し且つ定電流制御する際、制御回路のＩＣ自体の定電流値のバラツキ等に関わらず、ＬＥＤを所定の明るさに維持することができるようにしたＬＥＤ駆動制御装置に関する。

電流を流すと所定の色に発光する半導体素子であるＬＥＤ(Light Emitting Diode)は、白熱灯や蛍光灯に比べて長寿命であり、視認性が良好で屋内外を問わずに幅広く使うことができ、小型化が容易で照明器具として自由な設計が可能になるとともに、小電力でも点灯可能であり、熱線や紫外線をほとんど含まず、調光・点滅が自在など、多くの長所がある。そのため、各種電気製品の意匠効果を高めるため、ノブ照明等に多色ＬＥＤの組み合わせでバリエーションのある照明が商品企画されている

また、このようなＬＥＤはＬＣＤ(Liquid Crystal Display)のバックライト光源にも採用されるようになってきた。即ち、ＬＣＤは２枚のガラス板の間に特定の液体を封入し、電圧をかけることによって液晶分子の向きを変え、光の透過率を増減させることで像を表示する構造になっており、液晶自体は発光しないので、明るいところでは自然光の反射光を用いることができるものであるが、通常は背後に照明用の光源としてのバックライトを設ける必要がある。このようなＬＣＤのバックライトとして従来は冷陰極管（CCFL）が用いられてきたが、より色再現性の良い光源としてＬＥＤが注目され、次第に使用されるようになっている。また最近の携帯機器では白色ＬＥＤを光源とした製品が主流になっており、車載機器においても車載ナビゲーション装置のモニタを初め、車載機器の各種表示パネルにも用いられるようになっている。

従来のＬＣＤ用バックライトとして用いるＬＥＤは例えば図５のような駆動方式が採用される。即ち、図５にはＬＥＤ発光部１１とその駆動制御部１２を模式的に示したものであり、ＬＥＤ発光部１１にはそれぞれ複数のＬＥＤを直列にしたＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ）を図中５個（ＬＥＤＧ１〜ＬＥＤＧ５）並列に接続しており、全てのＬＥＤを直列に接続した際には１つのＬＥＤが切断したとき全てのＬＥＤが発光しなくなり、ＬＣＤが全く機能しなくなることを防止している。

このＬＥＤ発光部１１には電源１３から電流が供給されるが、その電流は所定の明るさ指示信号Ｓによりパルス幅を制御するＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部１４の制御信号によってＦＥＴ１の作動を制御し、図示するような明るさに対応したパルス幅の電流を、ＬＥＤドライブ信号（ＤＲＶ）として各ＬＥＤグループに供給し、各ＬＥＤグループに対して共通の通電時間の制御を行っている。

また、ＬＥＤ発光部１１の各ＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ１〜ＬＥＤＧ５）のアース線側は各々接続端子部（１〜５）を介して駆動制御部１２に入り、各々の接続線に設けた電流調整器（ＩＬ１〜ＩＬ５）で所定の定電流になるように調整した後、接続端子（１’〜５’）を介して外部にアース（ＧＮＤ）している。これらの電流調整器（ＩＬ１〜ＩＬ５）は、ＬＥＤ定電流制御部１５における制御信号により設定される。

なお、ＬＥＤに供給する駆動電流を所定の値に維持するため、ＬＥＤから接地される回路中にバイスアス抵抗を設け、ＬＥＤに実際に流れている電流を測定し、駆動電流にフィードバックする技術は特許文献１に開示されている。
特開２００５−１３５９０９号公報

前記図５に示すような従来のＬＥＤ駆動制御装置においては、目標の明るさ指示信号に応じてＰＷＭ制御部が所定のパルス幅のパルスを発生し、定電流制御部で駆動電流を所定値にする制御を行っているものであるが、このようなＬＥＤ駆動制御装置においては予めこの回路が組み込まれてくるＩＣ自体の定電流値がバラツクことにより、ＬＥＤの光束がバラツキ、結果として輝度のバラツキや明るさのムラの原因となっている。

例えば定電流を２０ｍＡに設定しても、±５０％のバラツキがある場合、電流値が１０〜３０ｍＡとＩＣ毎にバラバラになってしまう。そのためこのＬＥＤでは、図６の順電流−相対光束特性グラフに示すように、光束が０．７５〜１．７５程度までバラツクことがわかる。

その原因としては、図７（ａ）に示した前記図５の一部の回路を示す図において、例えばＬＥＤ定電流制御部で制御される電流調整器ＩＬ１のみについてみると、このＩＬ１を１０ｍＡの定電流に設定しても、±２０％のバラツキが発生してしまう。また例えばＩＬ１を１０ｍＡの定電流に設定しても、図７（ｂ）に示すようなＩＬ１〜ＩＬ５の各グループ列毎のバラツキが±１０％発生し、実際にはこれらが複合することにより大きなバラツキを生じる。

このように、従来のＬＥＤ駆動制御装置における、ＩＣ自体の定電流値がバラツクことによるＬＥＤの光束のバラツキ、その結果として輝度のバラツキやムラの原因となることを確実に防止し、ＬＥＤが常に所定の明るさに維持することができるようにしたＬＣＤ駆動制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明に係るＬＥＤ駆動制御装置は、前記課題を解決するため、複数のＬＥＤを並列に接続したＬＥＤ発光部と、各ＬＥＤに対して明るさ指示信号に応じた幅のパルスを出力するＰＷＭ制御部と、前記並列に接続したＬＥＤ毎に、流れる電流を定電流に制御する定電流制御部と、前記並列に接続したＬＥＤ毎のアース端子に接続したバイアス抵抗による、前記定電流制御部で定電流に制御している電圧と、基準電圧とを順に比較して、比較結果によるパルスを前記ＰＷＭ制御部に順に出力するコンパレータとを備え、前記ＰＷＭ制御部では、前記明るさ指示信号に応じた幅のパルスと前記コンパレータの出力パルスのいずれかがパルスを出力しているときに駆動パルスを出力することを特徴とする。

本発明にかかる他のＬＥＤ駆動制御装置は、前記ＬＥＤ駆動制御装置において、前記ＰＷＭ制御部と前記定電流制御部とは予め製造された回路素子に組み込まれたものであり、前記コンパレータは前記回路素子に接続し、その出力を前記回路素子の前記ＰＷＭ制御部に出力することを特徴とする。

本発明にかかる他のＬＥＤ駆動制御装置は、前記ＬＥＤ駆動制御装置において、前記定電流制御部を流れる電流に対応する電圧を検出し、基準電圧と比較する第２のコンパレータを備え、前記ＰＷＭ制御部では、前記第２のコンパレータの出力によるＬＥＤ全体を流れる電流に応じてパルス幅の調整を行うことを特徴とする。

本発明にかかる他のＬＥＤ駆動制御装置は、前記ＬＥＤ駆動制御装置において、前記ＬＥＤは白色ＬＥＤ、ＲＧＢ独立ＬＥＤ、紫外ＬＥＤのいずれかであり、液晶の光源として用いることを特徴とする。

本発明は、従来のＬＥＣ駆動制御装置における、ＩＣ自体の定電流値がバラツクことによりＬＥＤの光束がバラツキ、結果として輝度のバラツキやムラの原因となることを確実に防止し、ＬＥＤが常に所定の明るさに維持することができるようにしたＬＣＤ駆動制御装置とすることができる。

本発明は、ＩＣ自体の定電流値がバラツクことによるＬＥＤの光束のバラツキ、その結果として輝度のバラツキやムラの原因となることを確実に防止し、ＬＥＤが常に所定の明るさに維持することができるようにしたＬＣＤ駆動制御装置を得るというという目的を、複数のＬＥＤを並列に接続したＬＥＤ発光部と、各ＬＥＤに対して明るさ指示信号に応じた幅のパルスを出力するＰＷＭ制御部と、前記ＬＥＤ発光部を流れる電流を定電流に制御する定電流制御部と、前記並列接続したＬＥＤ毎のアース端子に接続したバイアス抵抗による電圧と、基準電圧とを順に比較して比較結果によるパルスを前記ＰＷＭ制御部に出力するコンパレータとを備え、前記ＰＷＭ制御部では、前記明るさ指示信号に応じた幅のパルスと前記コンパレータの出力パルスのいずれかがパルスを出力しているときに駆動パルスを出力することにより実現した。

本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１は本発明を前記図５に示した従来のＬＥＤ駆動制御装置に適用した例を示しており、ＬＥＤ発光部１とその駆動制御部２を模式的に示し、ＬＥＤ発光部１にはそれぞれ複数の白色ＬＥＤを直列にしたＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ）を図中５個（ＬＥＤＧ１〜ＬＥＤＧ５）並列に接続しており、全ての白色ＬＥＤを直列に接続した際には１つの白色ＬＥＤが切断したとき全ての白色ＬＥＤが発光しなくなり、ＬＣＤが全く機能しなくなることを防止していることは従来のものと同様である。

このＬＥＤ発光部１には電源３から電流が供給されるが、その電流は所定の明るさ指示信号Ｓによりパルス幅を制御するＰＷＭ制御部４の制御信号によってＦＥＴ１の作動を制御し、明るさに対応したパルス幅の電流が、ＬＥＤドライブ信号（ＤＲＶ）として各ＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ１〜ＬＥＤＧ５）に供給し、各ＬＥＤグループに対して共通の通電時間の制御を行っている。

また、ＬＥＤ発光部１の各ＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ１〜ＬＥＤＧ５）のアース線側は各々接続端子部（１〜５）を介して駆動制御部２に入り、各々の接続線に設けた電流調整器（ＩＬ１〜ＩＬ５）で所定の電流になるように調整した後、第１〜第５アース接続端子（１’〜５’）を介して外部にアース（ＧＮＤ）している。これらの第１〜第５電流調整器（ＩＬ１〜ＩＬ５）は、ＬＥＤ定電流制御部５における制御信号により設定される。

このような従来と同様の回路構成をなすＬＥＤ駆動制御回路に、本発明においては第１〜第５アース接続端子（１’〜５’）からアース（ＧＮＤ）に至る前に各々第１〜第５バイアス抵抗（Ｒ１〜Ｒ５）を設け、図示の例では第１〜第５アース接続端子（１’〜５’）の電圧をコンパレータ（ＣＰ１）に導き、このコンパレータ（ＣＰ１）においては、基準電圧源において予め設定した本来の流れるべき電流に対応して発生する電圧に相当する所定の高精度基準電圧（Ｖｓ）と比較する。

その比較に際しては、所定のタイミングで第１アース接続端子（１’）から、即ちＬＥＤの第１のグループであるＬＥＤＧ１の電流の値を示す電圧から、ＬＥＤＧ５のアース接続端子（５’）迄、順に基準電圧（Ｖｓ）と比較する。それにより、例えば基準電圧（Ｖｓ）より電圧が低いとき、即ちそのＬＥＤＧに流れる電流が所定の電流より少ないときには、所定期間立ち上がるパルスを出力する、という作動を順に行い、以降はその作動を繰り返す。

それにより例えば図２に示すように、（ａ）のような、元々ＬＥＤ制御装置が出力しようとしていた本来のＰＷＭ信号が各第１〜第５ＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ１〜ＬＥＤＧ５）に供給されているとき、コンパレータ（ＣＰ１）において、時刻ｔ１でＰＷＭ信号が立ち上がると同時に第１のＬＥＤグループであるＬＥＤＧ１の端子電圧を第１アース接続端子（１’）から取り込んで基準電圧Ｖｓと比較し、基準電圧より低いとき図示するようにパルスを立ち上げ、０の状態から１の電圧を出力する。

その後、予め設定した各アース接続端子の電圧取り込み周期により、第２のＬＥＤグループであるＬＥＤＧ２の端子電圧を第２アース接続端子（２’）から取り込んで、前記と同様に基準電圧Ｖｓと比較し、基準電圧より低くないときにはそれ迄１の出力を行っていた状態から０に戻す。それにより図２（ｂ）のように、コンパレータからは時刻ｔ１からｔ２の間で高さ１のパルスが出力して０に戻る。同図に示す例においてはその後同様にして、第３アース接続端子（３’）から第３のＬＥＤグループであるＬＥＤＧ３の端子電圧を取り込んで基準電圧Ｖｓと比較し、基準電圧より低いとき図示するようにパルスを立ち上げ、１の電圧を出力し、以降同様の作動を継続する。

その結果図２に示すように、同図（ａ）の所定の明るさ指示信号に対応したパルス幅のＰＷＭ信号に対して、コンパレータ（ＣＰ１）からは同図（ｂ）のようなパルスが出力され、この出力パルスは図１に示すようにＰＷＭ制御部４に出力する。ＰＷＭ制御部４では図２（ｃ）のように、明るさ指示信号Ｓに対応した元々ＬＥＤ制御装置が出力しようとしていた本来のＰＷＭ信号と、同図（ｂ）の前記コンパレータ出力と比較し、いずれかのパルスが立ち上がっているときには立ち上がる（ｃ）のような最終的なＰＷＭパルスの出力を行う。

したがって図示の例では、同図（ａ）の本来のＰＷＭ信号がｔ５〜ｔ８の間で出力０であるのに対して、コンパレータ出力ではｔ６とｔ７の間で出力１があるため、最終的なＰＷＭ出力はｔ６とｔ７でパルスを立ち上げて１を出力する。以降同様の作動を行うことによって、同図（ｃ）のような最終的なＰＷＭ出力がなされ、図１のＬＥＤ発光部１にはこの駆動パルスが出力する。

図１に示す例においては、複数のＬＥＤを並列に接続したＬＥＤ発光部１に対して明るさ指示信号に応じた幅のパルスを出力するＰＷＭ制御部４と、ＬＥＤ発光部１を流れる電流を定電流に制御するＬＥＤ定電流制御部５とをＬＥＤ駆動制御部として予めＩＣ素子製造工場にて作成しているとき、そのアース接続端子を利用してバイアス抵抗を接続し、そのアース接続端子からコンパレータの信号を取り出す例を示しており、それにより従来から市販されているＬＥＤ駆動制御ＩＣ素子を利用して、容易に本発明を実施することができるようになる。但し、それ以外に、最初から前記のようなコンパレータをＩＣ素子内に組み込んでおくこともできる。また、１列しか駆動しない例えば携帯用のＩＣを複数個使って制御する場合には特に有効である。

図２に示す例においては、コンパレータ（ＣＰ１）において各アース接続端子から取り込んだ電圧と基準電圧とを比較し、アース接続端子から取り込んだ電圧が基準電圧より小さいときには０から１に立ち上がるパルスを出力した例を示したが、その他０から−１に下がるパルスを出力し、ＰＷＭ制御部ではこれを論理回路で反転し、或いは他の論理回路等により前記実施例と同様の作動を行わせることもできる。

上記実施例においてはこのようなＬＥＤの駆動制御を行う結果、例えば前記図６と同じく図３（ａ）に示す従来の順電流−相対光束特性に示すように、従来のものは定電流を２０ｍＡに設定しても、±５０％のバラツキがある場合、電流値が１０〜３０ｍＡとＩＣ毎にバラバラになってしまったため、このＬＥＤでは光束が０．７５〜１．７５程度までバラツクのに対して、本発明の上記実施例では同図（ｂ）に示すように、順電流がほぼ±１０％程度のバラツキに納まり、その結果相対光束は１．２〜１．７程度のバラツキに納めることができる。このようにＬＥＤ光束にバラツキを抑えることにより、ＬＣＤバックライト光源（最終的には液晶表面）の輝度バラツキ、輝度ムラも抑えることができる。

本発明においては図１に示すＬＥＤ駆動制御装置の他、種々のＬＥＤ駆動制御装置に対しても用いることができ、例えば図４に示すようなＬＥＤ駆動装置に対しても適用可能である。即ち図４に示す例においては、各ＬＥＤグループ（ＬＥＤＧ１〜ＬＥＤＧ５）における電流値に対応する電圧値を第２コンパレータ（ＣＰ２）に入力し、各電圧値と基準電圧とを比較し、比較結果の出力をＤ／Ａ変換してＬＥＤ全体の電流の状態を検出し、これをフィードバック信号としてＰＷＭ制御部４に出力し、ＰＷＭ制御部４ではその値を加味してＬＥＤ駆動パルスのパルス幅調節を行う。このような回路を備えたものは図１に示す回路構成のものよりもＬＥＤ駆動電流の調整は正確となる。しかしながら、これでもその調整は不十分であり、図示するように前記図１と同様のコンパレータ（ＣＰ１）を用いることにより、より正確な調整を行うことが可能となる。同様に、前記特許文献１に記載されたようなＬＥＤ駆動制御装置に用いることにより、より正確な調整を行うことも可能となる。

上記実施例においては、ＬＥＤ発光部１を白色ＬＥＤを用いて構成したが、ＲＧＢ独立ＬＥＤや紫外ＬＥＤ等を用いて構成することもできる。

本発明の実施例を示す回路図である。本発明の作動を示す図である。本発明による効果を示すグラフである。本発明を他のＬＥＤ駆動制御回路に適用した例を示す図である。従来のＬＥＤ駆動制御回路を示す図である。従来の順電流−相対光束特性の例を示すグラフである。従来のＬＥＤ駆動制御回路の一部を示す図である。

符号の説明

１ＬＥＤ発光部
２駆動制御部
３電源
４ＰＷＭ制御部
５ＬＥＤ定電流制御部

Claims

複数のＬＥＤを並列に接続したＬＥＤ発光部と、
各ＬＥＤに対して明るさ指示信号に応じた幅のパルスを出力するＰＷＭ制御部と、
前記並列に接続したＬＥＤ毎に、流れる電流を定電流に制御する定電流制御部と、
前記並列に接続したＬＥＤ毎のアース端子に接続したバイアス抵抗による、前記定電流制御部で定電流に制御している電圧と、基準電圧とを順に比較して、比較結果によるパルスを前記ＰＷＭ制御部に順に出力するコンパレータとを備え、
前記ＰＷＭ制御部では、前記明るさ指示信号に応じた幅のパルスと前記コンパレータの出力パルスのいずれかがパルスを出力しているときに駆動パルスを出力することを特徴とするＬＥＤ駆動制御装置。
前記ＰＷＭ制御部と前記定電流制御部とは予め製造された回路素子に組み込まれたものであり、
前記コンパレータは前記回路素子に接続し、その出力を前記回路素子の前記ＰＷＭ制御部に出力することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動制御装置。
前記定電流制御部を流れる電流に対応する電圧を検出し、基準電圧と比較する第２のコンパレータを備え、
前記ＰＷＭ制御部では、前記第２のコンパレータの出力によるＬＥＤ全体を流れる電流に応じてパルス幅の調整を行うことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動制御装置。
前記ＬＥＤは白色ＬＥＤ、ＲＧＢ独立ＬＥＤ、紫外ＬＥＤのいずれかであり、液晶の光源として用いることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動制御装置。