JP5882761B2 - 発光素子駆動装置、発光装置、車両 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を駆動する発光素子駆動装置、並びに、これを用いた発光装置及び車両に関するものである。

図１１は、発光装置の一従来例を示す図である。本従来例の発光装置は、少なくとも一つの発光素子（図１１では発光ダイオード）Ｚ１と、発光素子Ｚ１を駆動する発光素子駆動装置１００と、発光素子駆動装置１００から発光素子Ｚ１への給電経路に挿入されたＰチャネル型ＭＯＳ［metal oxide semiconductor］電界効果トランジスタＰ１と、を有する。

発光素子駆動装置１００は、入力電圧Ｖｉから一定の出力電圧Ｖｏを生成して発光素子Ｚ１に供給する出力電圧生成部１０１と、調光信号ＰＷＭに基づいてトランジスタＰ１のオン／オフ制御を行うことで発光素子Ｚ１に流れる出力電流Ｉｏのデューティ制御（発光素子Ｚ１の輝度制御）を行う出力電流制御部１０２と、を集積化した半導体装置である。

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１や特許文献２を挙げることができる。

特開２００６−３３９２９８号公報 特開２００７−２８７９６４号公報

確かに、上記従来例の発光装置であれば、調光信号ＰＷＭに基づいて発光素子Ｚ１の輝度を制御することが可能である。しかしながら、上記従来例の発光装置では、調光制御用のトランジスタＰ１を必要とするので高コストであるという問題があった。

本発明は、本願の発明者らにより見出された上記の問題点に鑑み、低コストで発光素子の調光制御を行うことが可能な発光素子駆動装置、並びに、これを用いた発光装置及び車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る発光素子駆動装置は、調光信号のオン期間には発光素子に流れる出力電流が目標値と一致するように入力電圧から出力電圧を生成し、前記調光信号のオフ期間には前記出力電圧の生成動作を停止する出力電圧生成部と、前記出力電圧を平滑化して前記発光素子に供給する出力コンデンサと、前記調光信号のオフ期間には前記出力電圧が接地電圧よりも高い放電下限電圧と一致するまで前記出力コンデンサの放電を行う出力電圧放電部と、を有する構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る発光素子駆動装置において、前記出力電圧生成部は、前記入力電圧の印加端と接地端との間に直列接続され、互いの接続ノードがコイルを介して前記出力コンデンサに接続される上側トランジスタ及び下側トランジスタと、前記上側トランジスタ及び前記下側トランジスタの各制御信号を生成する上側ドライバ及び下側ドライバと、前記出力電流に応じた帰還電圧を生成するアンプと、前記調光信号のオン期間には前記帰還電圧に応じて前記上側トランジスタ及び前記下側トランジスタをオン／オフするように前記上側ドライバ及び前記下側ドライバを駆動する制御部と、を含む構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第２の構成から成る発光素子駆動装置において、前記出力電圧放電部は、前記出力電圧と前記放電下限電圧とを比較して放電下限検出信号を生成するコンパレータを含む構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第３の構成から成る発光素子駆動装置において、前記放電下限電圧は可変である構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第３または第４の構成から成る発光素子駆動装置において、前記制御部は、前記調光信号のオフ期間において、前記上側トランジスタを常時オフするように前記上側ドライバを駆動する一方、前記放電下限検出信号に基づいて前記出力電圧が前記放電下限電圧と一致するまで前記下側トランジスタをオンしてから前記下側トランジスタをオフするように前記下側ドライバを駆動する構成（第５の構成）にするとよい。

また、上記第３または第４の構成から成る発光素子駆動装置において、前記出力電圧放電部は、前記調光信号と前記放電下限検出信号に基づいて前記出力電圧の印加端と接地端との間を導通／遮断する放電用トランジスタを含む構成（第６の構成）にするとよい。

また、上記第６の構成から成る発光素子駆動装置において、前記放電用トランジスタは前記調光信号のオン期間には常時オフされ、前記調光信号のオフ期間には前記放電下限検出信号に基づいてオン／オフされる構成（第７の構成）にするとよい。

また、上記第７の構成から成る発光素子駆動装置において、前記制御部は、前記調光信号のオフ期間において、前記上側トランジスタ及び前記下側トランジスタをいずれも常時オフするように前記上側ドライバ及び前記下側ドライバを駆動する構成（第８の構成）にするとよい。

また、本発明に係る発光装置は、上記第１〜第８いずれかの構成から成る発光素子駆動装置と、前記発光素子駆動装置によって駆動される少なくとも一つの発光素子と、を有する構成（第９の構成）とされている。

なお、上記第９の構成から成る発光装置において、前記発光素子は、発光ダイオード、または、有機ＥＬ素子である構成（第１０の構成）にするとよい。

また、上記第１０の構成から成る発光装置は、車載ランプとして用いられる構成（第１１の構成）にするとよい。

また、上記第１１の構成から成る発光装置は、ヘッドライトモジュール、ターンランプモジュール、若しくは、リアランプモジュールとして車両に装着される構成（第１２の構成）にするとよい。

また、本発明に係る車両は、上記第１１または第１２の構成から成る発光装置を有する構成（第１３の構成）とされている。

また、上記第１３の構成から成る車両において、前記発光装置は、ヘッドライト、白昼夜走行用光源、テールランプ、ストップランプ、及び、ターンランプの少なくとも一つとして用いられる構成（第１４の構成）にするとよい。

本発明によれば、低コストで発光素子の調光制御を行うことが可能な発光素子駆動装置並びに、これを用いた発光装置及び車両を提供することができる。

発光装置の第１実施形態を示す図 発光素子駆動装置１０Ａの第１動作例（第１の調光方式）を説明するためのタイムチャート 発光素子駆動装置１０Ａの第２動作例（第２の調光方式）を説明するためのタイムチャート 発光装置の第２実施形態を示す図 発光素子駆動装置１０Ｂの一動作例（第３の調光方式）を説明するためのタイムチャート 出力電圧Ｖｏの立上り挙動を示す波形図 出力電圧Ｖｏの立下り挙動を示す波形図 発光素子Ｚ１のＩＦ−ＶＦ特性を示す図 発光装置の第３実施形態を示す図 発光素子駆動装置１０Ｃの一動作例（第４の調光方式）を説明するためのタイムチャート 発光装置が搭載される車両の外観図（前面） 発光装置が搭載される車両の外観図（背面） ＬＥＤヘッドライトモジュールの外観図 ＬＥＤターンランプモジュールの外観図 ＬＥＤリアランプモジュールの外観図 発光装置の一従来例を示す図

＜第１実施形態＞
図１は、発光装置の第１実施形態を示す図である。第１実施形態の発光装置１は、発光素子駆動装置１０Ａと、コイルＬ１と、出力コンデンサＣ１と、センス抵抗Ｒｓと、少なくとも一つの発光素子（発光ダイオード）Ｚ１と、を有する。

発光素子駆動装置１０Ａは、Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ１１Ｈ及び１１Ｌ（以下では、上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌと呼ぶ）と、上側ドライバ１２Ｈ及び下側ドライバ１２Ｌと、制御部１３と、アンプ１４と、を集積化した半導体集積回路装置（いわゆるＬＥＤドライバＩＣ）である。また、発光素子駆動装置１０Ａは、外部との電気的な接続を確立するために外部端子Ｔ１〜Ｔ６を有する。

発光素子駆動装置１０Ａの外部において、外部端子Ｔ１は、入力電圧Ｖｉの印加端に接続されている。外部端子Ｔ２は、コイルＬ１の第１端に接続されている。コイルＬ１の第２端（出力電圧Ｖｏの印加端）は、センス抵抗Ｒｓの第１端に接続されている。センス抵抗Ｒｓの第２端は、発光素子Ｚ１の第１端（アノード）に接続されている。発光素子Ｚ１の第２端（カソード）は、接地端に接続されている。出力コンデンサＣ１の第１端は、コイルＬ１の第２端に接続されている。出力コンデンサＣ１の第２端は、接地端に接続されている。外部端子Ｔ３は、接地端に接続されている。外部端子Ｔ４は、センス抵抗Ｒｓの第１端に接続されている。外部端子Ｔ５は、センス抵抗Ｒｓの第２端に接続されている。外部端子Ｔ６は、調光信号ＰＷＭの印加端に接続されている。

発光素子駆動装置１０Ａの内部において、上側トランジスタ１１Ｈのドレインは、外部端子Ｔ１に接続されている。上側トランジスタ１１Ｈのソースは、外部端子Ｔ２に接続されている。上側トランジスタ１１Ｈのゲートは、上側ドライバ１２Ｈの出力端に接続されている。下側トランジスタ１１Ｌのドレインは、外部端子Ｔ２に接続されている。下側トランジスタ１１Ｌのソースは、外部端子Ｔ３に接続されている。下側トランジスタ１１Ｌのゲートは、下側ドライバ１２Ｌの出力端に接続されている。すなわち、上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌは、入力電圧Ｖｉの印加端と接地端との間に直列接続されており、互いの接続ノード（スイッチ電圧Ｖｓｗの印加端）がコイルＬ１を介して出力コンデンサＣ１に接続されている。

上側ドライバ１２Ｈは、制御部１３からの指示に基づいて上側トランジスタ１１Ｈの制御信号ＧＨを生成する。上側トランジスタ１１Ｈは、制御信号ＧＨがハイレベルであるときにオンとなり、制御信号ＧＨがローレベルであるときにオフとなる。下側ドライバ１２Ｌは、制御部１３からの指示に基づいて下側トランジスタ１１Ｌの制御信号ＧＬを生成する。下側トランジスタ１１Ｌは、制御信号ＧＬがハイレベルであるときにオンとなり、制御信号ＧＬがローレベルであるときにオフとなる。

制御部１３は、調光信号ＰＷＭのオン期間（ハイレベル期間）には帰還電圧Ｖｆｂに応じて上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌをオン／オフするように上側ドライバ１２Ｈ及び下側ドライバ１２Ｌを駆動する。一方、制御部１３は、調光信号ＰＷＭのオフ期間（ローレベル期間）において、出力電圧Ｖｏの生成動作を停止するように上側ドライバ１２Ｈ及び下側ドライバ１２Ｌを駆動する。

アンプ１４は、非反転入力端（＋）と反転入力端（−）との間に印加されるセンス抵抗Ｒｓの両端電圧を増幅して帰還電圧Ｖｆｂを生成する。従って、帰還電圧Ｖｆｂは、センス抵抗Ｒｓに流れる出力電流Ｉｏに応じて増減する電圧信号となる。

なお、上記した上側トランジスタ１１Ｈ、下側トランジスタ１１Ｌ、上側ドライバ１２Ｈ、下側ドライバ１２Ｌ、制御部１３、及び、アンプ１４は、調光信号ＰＷＭのオン期間には発光素子Ｚ１に流れる出力電流Ｉｏが目標値と一致するように入力電圧Ｖｉから出力電圧Ｖｏを生成し、調光信号ＰＷＭのオフ期間には出力電圧Ｖｏの生成動作を停止する出力電圧生成部を形成する。

図２Ａは、発光素子駆動装置１０Ａの第１動作例（第１調光方式）を説明するためのタイムチャートであり、上から順に、調光信号ＰＷＭ、制御信号ＧＨ及びＧＬ、スイッチ電圧Ｖｓｗ、出力電圧Ｖｏ、及び、出力電流Ｉｏが描写されている。

調光信号ＰＷＭは、発光素子Ｚ１の輝度に応じてオンデューティ（周期Ｔに占めるオン期間Ｔｏｎの比率）が可変されるパルス幅変調信号である。発光素子Ｚ１の輝度を上げる場合には、調光信号ＰＷＭのオンデューティが大きい値に設定され、逆に、発光素子Ｚ１の輝度を下げる場合には、調光信号ＰＷＭのオンデューティが小さい値に設定される。

時刻ｔ１１において、調光信号ＰＷＭがハイレベルに立ち上げられると、制御部１３による上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌのオン／オフ制御（制御信号ＧＨ及びＧＬの生成動作）が開始されて、外部端子Ｔ２に矩形波状のスイッチ電圧Ｖｓｗが生成される。このスイッチ電圧ＶｓｗがコイルＬ１と出力コンデンサＣ１を介することにより、平滑化された出力電圧Ｖｏとして発光素子Ｚ１に供給される。

調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎ（時刻ｔ１１〜ｔ１３）において、上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌは、帰還電圧Ｖｆｂ（延いては出力電流Ｉｏ）が所定の目標値と一致するように、相補的（排他的）にオン／オフされる。発光素子Ｚ１に流れる出力電流Ｉｏが一定であれば、発光素子Ｚ１に印加される出力電圧Ｖｏも一定となるので、発光素子Ｚ１が一定の輝度で点灯する。

なお、上記で用いられている「相補的（排他的）」という文言は、上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌのオン／オフが完全に逆転している場合のほか、貫通電流防止の観点から上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌの同時オフ期間が設けられている場合も含む。

時刻ｔ１３において、調光信号ＰＷＭがローレベルに立ち下げられると、出力電圧Ｖｏの生成動作が停止される。特に、図２Ａで示した第１調光方式では、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ１３〜ｔ１５）において、制御信号ＧＨ及びＧＬがいずれもローレベルとされて、上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌがいずれもオフとされる。その結果、外部端子Ｔ２（スイッチ電圧Ｖｓｗの印加端）がハイインピーダンス状態（Ｈｉ−Ｚ）となり、発光素子Ｚ１が消灯される。

なお、時刻ｔ１３以降、出力電圧Ｖｏは、次の（１）式に従い、発光素子Ｚ１に流れる出力電流Ｉｏに依存して低下する。そして、出力電流Ｉｏが０Ａになると、出力電圧Ｖｏは、その時点で出力コンデンサＣ１に残存する電荷量に応じた電圧値にほぼ維持される。
ΔＶｏ≒Ｉｏ／Ｃ１×ΔＴ … （１）

上記のオン期間Ｔｏｎとオフ期間Ｔｏｆｆを繰り返すことにより、発光素子Ｚ１の点灯と消灯が繰り返されるので、調光信号ＰＷＭのオンデューティに応じて、発光素子Ｚ１の見かけ上の輝度（周期Ｔにおける平均輝度）を可変制御することが可能となる。この第１調光方式によれば、調光用の外付けトランジスタＰ１（図９を参照）が不要となるので、従来の調光方式と比べてコストを削減することができる。

第１調光方式のメリットは、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆにおいて、出力電圧Ｖｏが０Ｖまで下がり切らないので、次回の調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎにおいて、出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏが各々の目標値に達するまでの立上り時間（時刻ｔ１１〜ｔ１２、及び、時刻ｔ１５〜ｔ１６を参照）が短いという点である。

一方、第１調光方式のデメリットは、出力電流Ｉｏの立下り速度が発光素子Ｚ１の特性に依存しており、出力電流Ｉｏが減少するほど立下り速度が低下するので、出力電流Ｉｏの立下り時間（時刻ｔ１３〜ｔ１４）が長いという点である。

図２Ｂは、発光素子駆動装置１０Ａの第２動作例（第２調光方式）を説明するためのタイムチャートであり、上から順に、調光信号ＰＷＭ、制御信号ＧＨ及びＧＬ、スイッチ電圧Ｖｓｗ、出力電圧Ｖｏ、及び、出力電流Ｉｏが描写されている。

先述の第１調光方式（図２Ａ）と同様、第２調光方式においても、調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎ（時刻ｔ２１〜ｔ２３、及び、時刻ｔ２５〜ｔ２７）には、帰還電圧Ｖｆｂが所定の目標値と一致するように、上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌがオン／オフされて、発光素子Ｚ１が一定の輝度で発光する。

また、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ２３〜ｔ２５）において、出力電圧Ｖｏの生成動作が停止され、発光素子Ｚ１が消灯される点についても、先述の第１調光方式と同様である。

ただし、図２Ｂで示した第２調光方式では、先述の第１調光方式と異なり、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ２３〜ｔ２５）において、制御信号ＧＨがローレベルとされて上側トランジスタ１１Ｈがオフされる一方、制御信号ＧＬがハイレベルとされて下側トランジスタ１１Ｌがオンされる。その結果、出力コンデンサＣ１の第１端（出力電圧Ｖｏの印加端）がコイルＬ１と下側トランジスタ１１Ｌを介して接地端とショートされるので、出力コンデンサＣ１の電荷が急速に放電されて、出力電圧Ｖｏが０Ｖまで引き下げられる。従って、発光素子Ｚ１に流れる出力電流Ｉｏも速やかに０Ａとなり、発光素子Ｚ１が遅滞なく消灯される。

第２調光方式のメリットは、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆにおいて、出力コンデンサＣ１を急速に放電することができるので、出力電流Ｉｏの立下り時間（時間ｔ２３〜ｔ２４）が短いという点である。

一方、第２調光方式のデメリットは、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆにおいて、出力電圧Ｖｏが０Ｖまで引き下げられるので、次回の調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎにおいて、出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏが各々の目標値に達するまでの立上り時間（時刻ｔ２１〜ｔ２２、及び、時刻ｔ２５〜ｔ２６を参照）が長いという点である。

上記のように、第１実施形態の発光素子駆動装置１０Ａにおいて、図２Ａの第１調光方式を採用した場合には、出力電流Ｉｏの立下り（延いては発光素子Ｚ１の消灯）に長時間を要してしまい、また、図２Ｂの第２調光方式を採用した場合には、出力電流Ｉｏの立上り（延いては発光素子Ｚ１の点灯）に長時間を要してしまう。

上記を鑑みると、第１実施形態の発光素子駆動装置１０Ａは、発光素子Ｚ１の輝度をさほど細かく制御する必要のないアプリケーションには好適であるが、より細かい調光制御を必要とするアプリケーションに対応するためには、さらなる改善の余地があった。

＜第２実施形態＞
図３は、発光装置の第２実施形態を示す図である。第２実施形態は、先出の第１実施形態と基本的に同一の構成であり、発光素子駆動装置１０Ｂの内部構成とこれを用いた発光素子Ｚ１の第３調光方式に特徴を有する。そこで、第１実施形態と同一の構成要素については、図１と同一符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第２実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。

発光素子駆動装置１０Ｂには、先出の上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌ、上側ドライバ１２Ｈ及び下側ドライバ１２Ｌ、制御部１３、並びに、アンプ１４に加えて、コンパレータ１５が集積化されている。

コンパレータ１５は、外部端子Ｔ４から非反転入力端（＋）に印加される出力電圧Ｖｏと、反転入力端（−）に印加される放電下限電圧Ｖｄｉｓ（ただしＶｄｉｓ＞ＧＮＤ）とを比較して、放電下限検出信号ＤＥＴを生成し、これを制御部１３に送出する。放電下限検出信号ＤＥＴは、出力電圧Ｖｏが放電下限電圧Ｖｄｉｓよりも高いときにハイレベルとなり、出力電圧Ｖｏが放電下限電圧Ｖｄｉｓよりも低い時にローレベルとなる。

また、上記の放電下限検出信号ＤＥＴの入力を受け付ける制御部１３は、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆにおいて、放電下限検出信号ＤＥＴに応じた出力電圧Ｖｏの放電制御（下側トランジスタ１１Ｌのオン／オフ制御）を行う機能を備えている。

図４は、発光素子駆動装置１０Ｂの一動作例（第３調光方式）を説明するためのタイムチャートであり、上から順に、調光信号ＰＷＭ、制御信号ＧＨ及びＧＬ、スイッチ電圧Ｖｓｗ、出力電圧Ｖｏ、放電下限検出信号ＤＥＴ、及び、出力電流Ｉｏが描写されている。

先述の第１調光方式（図２Ａ）や第２調光方式（図２Ｂ）と同様、第３調光方式においても、調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎ（時刻ｔ３１〜ｔ３３、及び、時刻ｔ３５〜ｔ３７）には、帰還電圧Ｖｆｂが所定の目標値と一致するように、上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌがオン／オフされて、発光素子Ｚ１が一定の輝度で発光する。

また、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ３３〜ｔ３５）において、出力電圧Ｖｏの生成動作が停止され、発光素子Ｚ１が消灯される点についても、先述の第１調光方式や第２調光方式と同様である。

ただし、図４で示した第３調光方式では、先の第１調光方式や第２調光方式と異なり、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ３３〜ｔ３５）において、放電下限検出信号ＤＥＴに応じた出力電圧Ｖｏの放電制御が行われる。

より具体的に述べると、制御部１３は、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ３３〜ｔ３５）において、上側トランジスタ１１Ｈを常時オフするように上側ドライバ１２Ｈを駆動して制御信号ＧＨをローレベルに維持する一方、下側トランジスタ１１Ｌについては、これを常時オフ（第１調光方式）ないしは常時オン（第２調光方式）するのではなく、放電下限検出信号ＤＥＴに基づいて出力電圧Ｖｏが放電下限電圧Ｖｄｉｓと一致するまで下側トランジスタ１１Ｌをオンしてから下側トランジスタ１１Ｌをオフするように、下側ドライバ１２Ｌを駆動して制御信号ＧＬのハイレベル／ローレベルを切り替える。

すなわち、制御部１３は、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ３３〜ｔ３５）において、放電下限検出信号ＤＥＴのハイレベル期間（時刻ｔ３３〜ｔ３４）には下側トランジスタ１１Ｌをオンするように制御信号ＧＬをハイレベルとし、放電下限検出信号ＤＥＴのローレベル期間（時刻ｔ３４〜ｔ３５）には下側トランジスタ１１Ｌをオフするように制御信号ＧＬをローレベルとする。

その結果、放電下限検出信号ＤＥＴのハイレベル期間（時刻ｔ３３〜ｔ３４）には、出力コンデンサＣ１の第１端（出力電圧Ｖｏの印加端）がコイルＬ１と下側トランジスタ１１Ｌを介して接地端とショートされるので、出力コンデンサＣ１の電荷が急速に放電されて、出力電圧Ｖｏが放電下限電圧Ｖｄｉｓまで引き下げられる。従って、発光素子Ｚ１に流れる出力電流Ｉｏも速やかに０Ａとなり、発光素子Ｚ１が遅滞なく消灯される。

また、放電下限検出信号ＤＥＴのローレベル期間（時刻ｔ３４〜ｔ３５）には、外部端子Ｔ２（スイッチ電圧Ｖｓｗの印加端）がハイインピーダンス状態（Ｈｉ−Ｚ）となり、出力電圧Ｖｏは０Ｖまで下がり切ることなく、ほぼ放電下限電圧Ｖｄｉｓに維持される。従って、調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎ（時刻ｔ３１〜ｔ３３、及び、時刻ｔ３５〜ｔ３７）には、出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏが各々の目標値まで速やかに達するので、発光素子Ｚ１が遅滞なく点灯される。

このように、発光素子駆動装置１０Ｂにおいて、コンパレータ１５、制御部１３、下側ドライバ１２Ｌ、及び、下側トランジスタ１１Ｌは、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆにおいて、出力電圧Ｖｏが放電下限電圧Ｖｄｉｓと一致するまで出力コンデンサＣ１の放電を行う出力電圧放電部として機能する。

図５Ａは、出力電圧Ｖｏの立上り挙動を示す波形図である。なお、図５Ａでは、出力電圧Ｖｏの目標値を１とし、放電下限電圧Ｖｄｉｓを０．５として規格化した場合の挙動を示している。出力電圧Ｖｏが０．５までしか放電されない第３調光方式（実線Ｘ１）であれば、出力電圧Ｖｏが０まで放電される第２調光方式（破線Ｘ２）と比べて、出力電圧Ｖｏの立上り時間が１／２に短縮されることが分かる。

図５Ｂは、出力電圧Ｖｏの立下り挙動を示す波形図である。なお、図５Ｂでは、出力電圧Ｖｏの目標値を１とし、放電下限電圧Ｖｄｉｓを０．５として規格化した場合の挙動を示している。出力電圧Ｖｏが下側トランジスタ１１Ｌを介して急速放電される第３調光方式（実線Ｙ１）であれば、外部端子Ｔ２（スイッチ電圧Ｖｓｗの印加端）がハイインピーダンス状態（Ｈｉ−Ｚ）とされる第１調光方式（破線Ｙ２）と比べて、出力電圧Ｖｏの立下り時間を大幅に短縮することができる。

このように、第２実施形態の発光素子駆動装置１０Ｂであれば、上記の第３調光方式を採用することにより、発光素子Ｚ１に流れる出力電流Ｉｏを調光信号ＰＷＭに応じて速やかにオン／オフすることができるので、調光信号ＰＷＭにおけるパルス幅の可変ピッチを狭めて、発光素子Ｚ１の輝度を細かく制御することが可能となる。

図６は、発光素子Ｚ１のＩＦ−ＶＦ特性を示す図である。図６で示したように、発光素子Ｚ１の順方向電流ＩＦ（出力電流Ｉｏに相当）は、発光素子Ｚ１の順方向バイアス電圧ＶＦ（出力電圧Ｖｏに相当）に対して指数関数的に増減する。例えば、調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎにおける出力電圧Ｖｏに対して、放電下限電圧Ｖｄｉｓを０．５×Ｖｏに設定しておけば、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆにおいて、出力コンデンサＣ１の放電後における出力電流Ｉｏをほぼ０Ａまで引き下げることができるので、発光素子Ｚ１を確実に消灯することができる。

なお、発光素子Ｚ１のＩＦ−ＶＦ特性は、使用される素子毎に異なるので、放電下限電圧Ｖｄｉｓは、発光素子Ｚ１のＩＦ−ＶＦ特性を鑑みて可変的に設定し得る構成としておくことが望ましい。

＜第３実施形態＞
図７は、発光装置の第３実施形態を示す図である。第３実施形態は、先出の第２実施形態と基本的に同一の構成であり、発光素子駆動装置１０Ｃの内部構成とこれを用いた発光素子Ｚ１の第４調光方式に特徴を有する。そこで、第２実施形態と同一の構成要素については、図３と同一符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第３実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。

発光素子駆動装置１０Ｃには、先出の上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌ、上側ドライバ１２Ｈ及び下側ドライバ１２Ｌ、制御部１３、アンプ１４、並びに、コンパレータ１５に加えて、Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ１６とＡＮＤゲート１７が集積化されている。

トランジスタ１６のドレインは、外部端子Ｔ４に接続されている。トランジスタ１６のソースは、接地端に接続されている。トランジスタ１６のゲートは、ＡＮＤゲート１７の出力端（制御信号ＧＤの印加端）に接続されている。すなわち、トランジスタ１６は、制御信号ＧＤ（調光信号ＰＷＭの論理反転信号と放電下限検出信号ＤＥＴとの論理積信号）に基づいて出力電圧Ｖｏの印加端と接地端との間を導通／遮断する放電用トランジスタとして機能する。

ＡＮＤゲート１７は、外部端子Ｔ６から論理反転入力される調光信号ＰＷＭと、コンパレータ１５から入力される放電下限検出信号ＤＥＴとの論理積演算を行ことにより、トランジスタ１６の制御信号ＧＤを生成する。制御信号ＧＤは、調光信号ＰＷＭのハイレベル期間（オン期間Ｔｏｎ）には、放電下限検出信号ＤＥＴの論理レベルに依ることなく、常にローレベルとなり、調光信号ＰＷＭのローレベル期間（オフ期間Ｔｏｆｆ）には、放電下限検出信号ＤＥＴと同一の論理レベルとなる。

図８は、発光素子駆動装置１０Ｃの一動作例（第４調光方式）を説明するためのタイムチャートであり、上から順に、調光信号ＰＷＭ、制御信号ＧＨ及びＧＬ、スイッチ電圧Ｖｓｗ、出力電圧Ｖｏ、放電下限検出信号ＤＥＴ、制御信号ＧＤ，及び、出力電流Ｉｏが描写されている。

先の第１調光方式（図２Ａ）、第２調光方式（図２Ｂ）、及び、第３調光方式（図４）と同じく、第４調光方式においても、調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎ（時刻ｔ４１〜ｔ４３、及び、時刻ｔ４５〜ｔ４７）には、帰還電圧Ｖｆｂが所定の目標値と一致するように、上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌがオン／オフされて、発光素子Ｚ１が一定の輝度で発光する。

また、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ４３〜ｔ４５）において、出力電圧Ｖｏの生成動作が停止され、発光素子Ｚ１が消灯される点についても、先述の第１調光方式〜第３調光方式と同様である。

また、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ４３〜ｔ４５）において、放電下限検出信号ＤＥＴに応じた出力電圧Ｖｏの放電制御が行われる点については、先述の第３調光方式と同様である。

ただし、図８で示した第４調光方式では、先の第３調光方式と異なり、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ３３〜ｔ３５）において、下側トランジスタ１１Ｌを放電経路として用いるのではなく、トランジスタ１６を放電経路として用いることにより、放電下限検出信号ＤＥＴに応じた出力電圧Ｖｏの放電制御が行われる。

先にも述べたように、制御信号ＧＤは、調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎ（ハイレベル期間）には、放電下限検出信号ＤＥＴの論理レベルに依ることなく、常にローレベルとなり、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（ローレベル期間）には、放電下限検出信号ＤＥＴと同一の論理レベルとなる。

従って、トランジスタ１６は、調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎ（時刻ｔ４１〜４３、及び、時刻ｔ４５〜ｔ４７）には常時オフされ、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ４３〜ｔ４５）には放電下限検出信号ＤＥＴに基づいてオン／オフされる。具体的に述べると、トランジスタ１６は、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ４３〜ｔ４５）において、放電下限検出信号ＤＥＴのハイレベル期間（時刻ｔ４３〜ｔ４４）には、ハイレベルの制御信号ＧＤに応じてオンとなり、放電下限検出信号ＤＥＴのローレベル期間（時刻ｔ４４〜ｔ４５）には、ローレベルの制御信号ＧＤに応じてオフとなる。

一方、制御部１３は、調光信号ＰＷＭのオフ期間Ｔｏｆｆ（時刻ｔ４３〜ｔ４５）において、先述の第１調光方式（図２Ａ）と同様、上側トランジスタ１１Ｈ及び下側トランジスタ１１Ｌをいずれも常時オフするように、上側ドライバ１２Ｈ及び下側ドライバ１２Ｌを駆動して制御信号ＧＨ及びＧＬをローレベルに維持する。

その結果、放電下限検出信号ＤＥＴのハイレベル期間（時刻ｔ４３〜ｔ４４）には、出力コンデンサＣ１の第１端（出力電圧Ｖｏの印加端）がトランジスタ１６を介して接地端とショートされるので、出力コンデンサＣ１の電荷が急速に放電されて、出力電圧Ｖｏが放電下限電圧Ｖｄｉｓまで引き下げられる。従って、発光素子Ｚ１に流れる出力電流Ｉｏも速やかに０Ａとなり、発光素子Ｚ１が遅滞なく消灯される。

また、放電下限検出信号ＤＥＴのローレベル期間（時刻ｔ４４〜ｔ４５）には、外部端子Ｔ２（スイッチ電圧Ｖｓｗの印加端）がハイインピーダンス状態（Ｈｉ−Ｚ）となり、出力電圧Ｖｏは０Ｖまで下がり切ることなく、ほぼ放電下限電圧Ｖｄｉｓに維持される。従って、調光信号ＰＷＭのオン期間Ｔｏｎ（時刻ｔ４１〜ｔ４３、及び、時刻ｔ４５〜ｔ４７）には、出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏが各々の目標値まで速やかに達するので、発光素子Ｚ１が遅滞なく点灯される。

このように、第３実施形態の発光素子駆動装置１０Ｃであれば、上記の第４調光方式を採用することにより、発光素子Ｚ１に流れる出力電流Ｉｏを調光信号ＰＷＭに応じて速やかにオン／オフすることができるので、調光信号ＰＷＭにおけるパルス幅の可変ピッチを狭めて、発光素子Ｚ１の輝度を細かく制御することが可能となる。

なお、第２実施形態の発光素子駆動装置１０Ｂでは、下側トランジスタ１１Ｌが出力コンデンサＣ１の放電経路として用いられているので、出力コンデンサＣ１を放電するために下側トランジスタ１１Ｌをオンしている間、コイルＬ１から外部端子Ｔ２に向けて電流が流れる。そのため、下側トランジスタ１１Ｌをオフして出力コンデンサＣ１の放電を停止したときには、コイルＬ１に蓄えられた逆起電力により、外部端子Ｔ２から上側トランジスタ１１Ｈのボディダイオード（不図示）を介する経路で入力電圧Ｖｉの印加端に向けた回生電流が逆流してしまうおそれがあった。

これに対して、第３実施形態の発光素子駆動装置１０Ｃであれば、コイルＬ１の後段側（発光素子Ｚ１に近い側）に設けられたトランジスタ１６が出力コンデンサＣ１の放電経路として用いられているので、出力コンデンサＣ１を放電するためにトランジスタ１６をオンしても、放電電流がコイルＬ１に流れることはない。従って、出力コンデンサＣ１の放電を停止する際に、入力電圧Ｖｉの印加端に向けた回生電流が生じるおそれもない。

＜用途＞
発光装置１は、例えば、図９Ａ及び図９Ｂで示す通り、車両Ｘ１０のヘッドライト（ハイビーム／ロービーム／スモールランプ／フォグランプなどを適宜含む）Ｘ１１、白昼夜走行（ＤＲＬ）用光源Ｘ１２、テールランプ（スモールランプやバックランプなどを適宜含む）Ｘ１３、ストップランプＸ１４、及び、ターンランプＸ１５などとして好適に用いることができる。

なお、発光素子駆動装置１０Ａ及び１０Ｂは、駆動対象となる発光素子Ｚ１と共にモジュール（図１０ＡのＬＥＤヘッドライトモジュールＹ１０、図１０ＢのＬＥＤターンランプモジュールＹ２０、及び、図１０ＣのＬＥＤリアランプモジュールＹ３０など）として提供されるものであってもよいし、発光素子Ｚ１とは独立にＩＣ単体として提供されるものであってもよい。

＜その他の変形例＞
なお、上記の実施形態では、発光素子として発光ダイオードを用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、発光素子として有機ＥＬ［electro-luminescence］素子を用いることも可能である。

また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、バイポーラトランジスタとＭＯＳ電界効果トランジスタとの相互置換や、各種信号の論理レベル反転は任意である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、発光素子駆動装置、並びに、これを用いた発光装置及び車両のコストダウンを実現する技術として利用することが可能である。

１ 発光装置
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 発光素子駆動装置
１１Ｈ Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ（上側トランジスタ）
１１Ｌ Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ（下側トランジスタ）
１２Ｈ 上側ドライバ
１２Ｌ 下側ドライバ
１３ 制御部
１４ アンプ
１５ コンパレータ
１６ Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ（放電用トランジスタ）
１７ ＡＮＤゲート
Ｔ１〜Ｔ６ 外部端子
Ｌ１ コイル
Ｃ１ 出力コンデンサ
Ｒｓ センス抵抗
Ｚ１ 発光素子（発光ダイオード）
Ｘ１０ 車両
Ｘ１１ ヘッドライト
Ｘ１２ 白昼夜走行（ＤＲＬ）用光源
Ｘ１３ テールランプ
Ｘ１４ ストップランプ
Ｘ１５ ターンランプ
Ｙ１０ ＬＥＤヘッドライトモジュール
Ｙ２０ ＬＥＤターンランプモジュール
Ｙ３０ ＬＥＤリアランプモジュール

Claims (12)

1. 調光信号のオン期間には発光素子に流れる出力電流が目標値と一致するように入力電圧から出力電圧を生成し、前記調光信号のオフ期間には前記出力電圧の生成動作を停止する出力電圧生成部と、
   前記出力電圧を平滑化して前記発光素子に供給する出力コンデンサと、
   前記調光信号のオフ期間には前記出力電圧が接地電圧よりも高い放電下限電圧と一致するまで前記出力コンデンサの放電を行う出力電圧放電部と、
   を有し、
   前記出力電圧生成部は、
   前記入力電圧の印加端と接地端との間に直列接続され、互いの接続ノードがコイルを介して前記出力コンデンサに接続される上側トランジスタ及び下側トランジスタと、
   前記上側トランジスタ及び前記下側トランジスタの各制御信号を生成する上側ドライバ及び下側ドライバと、
   前記出力電流に応じた帰還電圧を生成するアンプと、
   前記調光信号のオン期間には前記帰還電圧に応じて前記上側トランジスタ及び前記下側トランジスタをオン／オフするように前記上側ドライバ及び前記下側ドライバを駆動する制御部と、
   を含み、
   前記出力電圧放電部は、前記出力電圧と前記放電下限電圧とを比較して放電下限検出信号を生成するコンパレータを含む、
   ことを特徴とする発光素子駆動装置。
2. 前記放電下限電圧は可変であ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. 前記制御部は、前記調光信号のオフ期間において、前記上側トランジスタを常時オフするように前記上側ドライバを駆動する一方、前記放電下限検出信号に基づいて前記出力電圧が前記放電下限電圧と一致するまで前記下側トランジスタをオンしてから前記下側トランジスタをオフするように前記下側ドライバを駆動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子駆動装置。
4. 前記出力電圧放電部は、前記調光信号と前記放電下限検出信号に基づいて前記出力電圧の印加端と接地端との間を導通／遮断する放電用トランジスタを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子駆動装置。
5. 前記放電用トランジスタは、前記調光信号のオン期間には常時オフされ、前記調光信号のオフ期間には前記放電下限検出信号に基づいてオン／オフされることを特徴とする請求項４に記載の発光素子駆動装置。
6. 前記制御部は、前記調光信号のオフ期間において、前記上側トランジスタ及び前記下側トランジスタをいずれも常時オフするように前記上側ドライバ及び前記下側ドライバを駆動することを特徴とする請求項５に記載の発光素子駆動装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一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って駆動される少なくとも一つの発光素子と、
   を有することを特徴とする発光装置。
8. 前記発光素子は、発光ダイオード、または、有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
9. 車載ランプとして用いられることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
10. ヘッドライトモジュール、ターンランプモジュール、または、リアランプモジュールとして車両に装着されることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
11. 請求項９または請求項１０に記載の発光装置を有することを特徴とする車両。
12. 前記発光装置は、ヘッドライト、白昼夜走行用光源、テールランプ、ストップランプ、及び、ターンランプの少なくとも一つとして用いられることを特徴とする請求項１１に記載の車両。

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