JP6502054B2 - 発光素子駆動装置、発光素子駆動回路、発光装置、車両 - Google Patents

発光素子駆動装置、発光素子駆動回路、発光装置、車両 Download PDF

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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。
図１２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１２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と、を有する。
本従来例の発光装置が有する発光素子駆動装置では、制御部３は、コンパレータＣＯＭ１から出力されるリセット信号ＲＥＳＥＴ及びコンパレータＣＯＭ２から出力されるセット信号ＳＥＴに応じてＮチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ１Ｈ及び１Ｌ（以下では、上側トランジスタ１Ｈ及び下側トランジスタ１Ｌと呼ぶ）をオン／オフするように上側ドライバ２Ｈ及び下側ドライバ２Ｌを駆動する。これにより、上側トランジスタ１Ｈ及び下側トランジスタ１Ｌの接続ノード電圧（スイッチ電圧Ｖｓｗ）が生成される。
発光素子Ｚ１を流れる出力電流Ｉｏが閾値を超えると、コンパレータＣＯＭ１から出力されるリセット信号ＲＥＳＥＴが立ち上がり、その直後に出力電流Ｉｏが減少してリセット信号ＲＥＳＥＴが立ち下がる。
発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍは抵抗ＲOFF及びコンデンサＣOFFから成るＲＣ積分回路によって積分され、その積分値が基準電圧ＶREFを超えると、コンパレータＣＯＭ２から出力されるセット信号ＳＥＴが立ち上がり、その直後にコンデンサＣOFFが放電回路（不図示）によって放電されてセット信号ＳＥＴが立ち下がり、その後コンパレータＣＯＭ１から出力されるリセット信号ＲＥＳＥＴが立ち上がると、放電回路（不図示）によるコンデンサＣOFFの放電が終了する。
制御部３は、セット信号ＳＥＴが立ち上がると、上側トランジスタ１Ｈをオンにし、下側トランジスタ１Ｌをオフにする。また、制御部３は、リセット信号ＲＥＳＥＴが立ち上がると、上側トランジスタ１Ｈをオフにし、下側トランジスタ１Ｌをオンにする。
図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１２に示す発光装置の動作例を説明するためのタイムチャートであり、上から順に、スイッチ電圧Ｖｓｗ、出力電流Ｉｏ、リセット信号ＲＥＳＥＴ、及び、セット信号ＳＥＴが描写されている。図１３Ａは発光素子Ｚ１の直列数が多く発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが高い場合のタイムチャートであり、図１３Ｂは発光素子Ｚ１の直列数が少なく発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが低い場合のタイムチャートである。
スイッチ電圧Ｖｓｗのローレベル期間であるオフ時間ｔOFFは下記（１）式で表すことができる。なお、下記（１）式中のＲOFF、ＣOFF、ＶCOFFはそれぞれ、抵抗ＲOFFの抵抗値、コンデンサＣOFFの静電容量、コンデンサＣOFFの両端電圧（＝発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの積分値）である。
Figure 0006502054
"大電流ＬＥＤ駆動向けＰＦＥＴ降圧型コントローラ"、［online］、2010年4月、ナショナルセミコンダクター株式会社、［平成26年9月29日検索］、インターネット〈URL：http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/lm3409.pdf〉
上記（１）式は線形に近いものの非線形になっている。しかしながら、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが高い場合は、上記（１）式はきわめて線形と近くなるのに対して、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが低い場合は、上記（１）式はＲＣ積分回路の過渡特性の影響を受けて線形からのずれが目立つようになる（図１４参照）。
このため、理論上は出力電流Ｉｏの平均値は発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの値にかかわらず一定になるはずが、実際には発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが低い場合に出力電流Ｉｏの平均値が低下してしまうという問題があった。なお、非特許文献１に開示されている発光装置も本従来例の発光装置と同様の問題を有している。
本発明は、上記の状況に鑑み、発光素子のアノード電圧の変動によって出力電流の平均値が変動することを抑えることができ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、少なくとも一つの発光素子を流れる電流に応じてリセット信号を生成するリセット信号生成部と、前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧に応じてセット信号を生成するセット信号生成部と、前記リセット信号及び前記セット信号に応じて、入力電圧から出力電圧を生成して前記出力電圧を前記少なくとも一つの発光素子に供給する出力電圧供給部と、を有し、前記セット信号生成部は、前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧に応じた電流を生成する電流生成部と、前記電流生成部によって生成された電流を充電する充電部と、前記充電部の充電電圧と基準電圧との比較結果に応じて前記セット信号を生成する比較部と、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、前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧のレベルを検出する検出部を備え、前記検出部の検出結果に応じて前記セット信号生成部の内部定数が切り替わる構成（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、前記電流生成部は、前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧を分圧する分圧部を有し、前記検出部の検出結果に応じて前記分圧部の分圧比と前記充電部の静電容量とを切り替える構成（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、前記分圧部の分圧比と前記充電部の静電容量との積が一定であることを特徴とする構成（第４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、前記セット信号生成部は、前記基準電圧を出力する基準電圧源をさらに有し、前記電流生成部は、前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧を分圧する分圧部を有し、前記検出部の検出結果に応じて前記分圧部の分圧比と前記基準電圧とを切り替える構成（第５の構成）にするとよい。
また、上記第５の構成から成る発光素子駆動装置において、前記分圧部の分圧比と前記基準電圧との積が一定であることを特徴とする構成（第６の構成）にするとよい。
また、上記第１〜第６いずれかの構成から成る発光素子駆動装置において、前記出力電圧供給部は、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駆動制御信号を生成する上側ドライバ及び下側ドライバと、前記リセット信号及び前記セット信号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、を有する構成（第７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７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８の構成）とされている。
また、上記第８の構成から成る発光装置において、前記少なくとも一つの発光素子の個々の発光素子それぞれに並列接続される少なくとも一つのスイッチを有し、前記セット信号生成部は、前記少なくとも一つのスイッチの全てがオンである場合に前記充電部に電流を供給する電流源をさらに有することを特徴とする構成（第９の構成）にするとよい。
なお、上記第８または第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、または、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、発光素子のアノード電圧の変動によって出力電流の平均値が変動することを抑えることができ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を提供することができる。
第１実施形態の発光装置を示す図 第１実施形態の発光装置を示す図 オフ時間回路の一例を示す図 オフ時間回路の他の例を示す図 第２実施形態の発光装置を示す図 オフ時間回路の一例を示す図 第３実施形態の発光装置を示す図 オフ時間回路の一例を示す図 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 従来例の発光装置の動作例を説明するためのタイムチャート 従来例の発光装置の動作例を説明するためのタイムチャート ＲＣ積分回路によって求まる発光素子のアノード電圧の積分値を示すタイムチャート
＜第１実施形態＞
図１Ａは第１実施形態の発光装置を示す図である。
図１Ａに示す発光装置は、少なくとも一つの発光素子（図１Ａ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ＩＣ１１０と、コイルＬ１と、出力コンデンサＣоと、センス抵抗Ｒｓと、コンデンサＣ１と、を有する。
発光素子駆動ＩＣ１１０は、Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ１Ｈ及び１Ｌ（以下では、上側トランジスタ１Ｈ及び下側トランジスタ１Ｌと呼ぶ）と、上側ドライバ２Ｈ及び下側ドライバ２Ｌと、ダイオードＤ１と、制御部３と、定電圧源４と、コンパレータＣＯＭ１と、分圧回路５と、電圧電流変換回路６と、充電部７と、コンパレータＣＯＭ２と、基準電圧源８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ＩＣ１１０は、外部との電気的な接続を確立するために外部端子Ｔ１〜Ｔ７を有する。なお、発光素子駆動ＩＣ１１０内の回路素子の一部を外付け素子に変更してもよい。
発光素子駆動ＩＣ１１０の外部において、外部端子Ｔ２は、入力電圧Ｖｉの印加端に接続されている。外部端子Ｔ１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Ｃо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Ｃо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、コンデンサＣ１を介してコイルＬ１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１端に接続されている。外部端子Ｔ６及びＴ７は、発光素子Ｚ１の第１端（アノード）に接続されている。
発光素子駆動ＩＣ１１０の内部において、上側トランジスタ１Ｈのドレインは、外部端子Ｔ２に接続されている。上側トランジスタ１Ｈのソースは、外部端子Ｔ１に接続されている。上側トランジスタ１Ｈのゲートは、上側ドライバ２Ｈの出力端に接続されている。下側トランジスタ１Ｌのドレインは、外部端子Ｔ１に接続されている。下側トランジスタ１Ｌ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１Ｌのゲートは、下側ドライバ２Ｌの出力端に接続されている。すなわち、上側トランジスタ１Ｈ及び下側トランジスタ１Ｌ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Ｃоに接続されている。
上側ドライバ２Ｈは、制御部３からの指示に基づいて上側トランジスタ１Ｈの制御信号ＧＨを生成する。上側トランジスタ１Ｈ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２Ｌは、制御部３からの指示に基づいて下側トランジスタ１Ｌの制御信号ＧＬを生成する。下側トランジスタ１Ｌ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。
ダイオードＤ１と、発光素子駆動ＩＣ１１０に外付けされるコンデンサＣ１とによってブートストラップ回路が構成される。当該ブートストラップ回路は、ブースト電圧Ｖｂｓｔを生成する。ダイオードＤ１のアノードは、定電圧Ｖｒｅｇの印加端に接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、外部端子Ｔ４に接続されている。
上側ドライバ２Ｈの第１電源端及び制御部３の第１電源端は、外部端子Ｔ４（ブースト電圧Ｖｂｓｔの印加端）に接続されている。上側ドライバ２Ｈの第２電源端は、外部端子Ｔ１（スイッチ電圧Ｖｓｗの印加端）に接続されている。従って、上側トランジスタ１Ｈのゲートに印加される制御信号ＧＨのハイレベルはブースト電圧 Ｖｂｓｔとなり、制御信号ＧＨのローレベルはスイッチ電圧Ｖｓｗとなる。
下側ドライバ２Ｌの第１電源端は、定電圧Ｖｒｅｇの印加端に接続されている。下側ドライバ２Ｌの第２電源端は、外部端子Ｔ３（接地電圧ＧＮＤの印加端）に接続されている。従って、下側トランジスタ１Ｌのゲートに印加される制御信号ＧＬのハイレベルは定電圧Ｖｒｅｇとなり、制御信号ＧＬのローレベルは接地電圧ＧＮＤとなる。
上記構成から成るブートストラップ回路の動作について説明する。上側トランジスタ１Ｈがオフされて下側トランジスタ１Ｌがオンされることにより、スイッチ電圧Ｖｓｗがローレベル（ＧＮＤ）となっているときには、定電圧Ｖｒｅｇの印加端からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に流れ込む電流によってコンデンサＣ１が充電される。このとき、ブースト電圧Ｖｂｓｔは、ほぼ定電圧Ｖｒｅｇ（より正確には、定電圧ＶｒｅｇからダイオードＤ１の順方向降下電圧Ｖｆを差し引いた値（Ｖｒｅｇ−Ｖｆ）） となる。
一方、コンデンサＣ１が充電されている状態で、上側トランジスタ１Ｈがオンされ、下側トランジスタ１Ｌがオフされることにより、スイッチ電圧Ｖｓｗがローレベル（ＧＮＤ）からハイレベル（Ｖｉ）に立ち上げられると、ブースト電圧Ｖｂｓｔは、スイッチ電圧Ｖｓｗのハイベル（Ｖｉ）よりも更にコンデンサＣ１の充電電圧分（ほぼＶｒｅｇ）だけ高い値（Ｖｉ＋Ｖｒｅｇ）に引き上げられる。このようなブースト電圧Ｖｂｓｔが上側ドライバ２Ｈの第１電源端に印加されることにより、上側トランジスタ１Ｈを確実にオン／オフ駆動することが可能となっている。
コンパレータＣＯＭ１は、センス抵抗Ｒｓの両端電圧に定電圧源４の定電圧を加えた電圧が所定値を超えると、出力信号であるリセット信号ＲＥＳＥＴをハイレベルにし、センス抵抗Ｒｓの両端電圧に定電圧源４の定電圧を加えた電圧が所定値を超えていないと、出力信号であるリセット信号ＲＥＳＥＴをローレベルにする。したがって、発光素子Ｚ１を流れる出力電流Ｉｏが閾値を超えると、コンパレータＣＯＭ１から出力されるリセット信号ＲＥＳＥＴが立ち上がり、その直後に出力電流Ｉｏが減少してリセット信号ＲＥＳＥＴが立ち下がる。
分圧回路５は発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍを分圧し、その分圧を電圧電流変換回路６に供給する。電圧電流変換回路６は、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧に応じた電流を生成し、その電流を充電部７に供給する。充電部７は、電圧電流変換回路６から供給される電流（電荷）を充電する。なお、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが低い場合には、本例とは異なり、分圧回路５を設けずに、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍを電圧電流変換回路６に供給する形態も考えられる。
充電部７の充電電圧が基準電圧源８から出力される基準電圧ＶREFを超えると、コンパレータＣＯＭ２から出力されるセット信号ＳＥＴが立ち上がり、その直後に充電部７が放電回路（図１Ａにおいて不図示）によって放電されてセット信号ＳＥＴが立ち下がり、その後コンパレータＣＯＭ１から出力されるリセット信号ＲＥＳＥＴが立ち上がると、放電回路（図１Ａにおいて不図示）による充電部７の放電が終了する。
制御部３は、コンパレータＣＯＭ１から出力されるリセット信号ＲＥＳＥＴ及びコンパレータＣＯＭ２から出力されるセット信号ＳＥＴに応じて上側トランジスタ１Ｈ及び下側トランジスタ１Ｌをオン／オフするように上側ドライバ２Ｈ及び下側ドライバ２Ｌを駆動する。これにより、上側トランジスタ１Ｈ及び下側トランジスタ１Ｌの接続ノード電圧（スイッチ電圧Ｖｓｗ）が生成される。
制御部３は、セット信号ＳＥＴが立ち上がると、上側トランジスタ１Ｈをオンにし、下側トランジスタ１Ｌをオフにする。また、制御部３は、リセット信号ＲＥＳＥＴが立ち上がると、上側トランジスタ１Ｈをオフにし、下側トランジスタ１Ｌをオンにする。
上記構成である図１Ａに示す発光装置では、スイッチ電圧Ｖｓｗのローレベル期間であるオフ時間ｔOFFを決定するオフ時間回路が、分圧回路５、電圧電流変換回路６、充電部７、コンパレータＣＯＭ２、及び、基準電圧源８によって構成されており、ＲＣ積分回路を用いていない。このため、オフ時間ｔOFFは、下記（２）式で表すことができ、ＲＣ積分回路の過渡特性の影響を受けるおそれがない。したがって、発光素子Ｚ１のアノード電圧の変動によって出力電流Ｉｏの平均値が変動することを抑える（理想的には出力電流Ｉｏの平均値が変動しないようにする）ことができる。なお、下記（２）式中のＣ、Ｉはそれぞれ、充電部７の静電容量、電圧電流変換回路６から出力される電流である。
Figure 0006502054
図２Ａは、分圧回路５、電圧電流変換回路６、充電部７、コンパレータＣＯＭ２、及び、基準電圧源８によって構成されるオフ時間回路の一例を示す図である。
分圧回路５は、抵抗５１及び５２から成り、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍを分圧する。
電圧電流変換回路６は、アンプ６１と、Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ６２と、Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ６３及び６４と、抵抗Ｒ６５と、を有している。アンプ６１及びトランジスタ６２によって、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧に応じた電流Ｉ１が生成され、その電流Ｉ１は抵抗６５を介して接地端に流れる。
また、トランジスタ６３及び６４からなるカレントミラー回路によって、電流Ｉ１に比例する電流Ｉ２（発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧に応じた電流Ｉ２）が生成され、その電流Ｉ２が充電部７であるコンデンサ７１に供給される。
図２Ａには、Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ９１及びＳＲフリップフロップ９２から成る放電回路も図示されている。
トランジスタ９１のドレインはコンデンサＣ７１の第１端（トランジスタ６４との接続端）に接続され、トランジスタ９１のソースはコンデンサＣ７１の第２端（接地端）に接続される。
ＳＲフリップフロップ９２のセット端子にはコンパレータＣＯＭ２から出力されるセット信号ＳＥＴが供給され、ＳＲフリップフロップ９２のリセット端子にはコンパレータＣＯＭ１から出力されるリセット信号ＲＥＳＥＴが供給される。ＳＲフリップフロップ９２の出力信号がトランジスタ９１のゲートに供給される。これにより、セット信号ＳＥＴが立ち上がった直後にトランジスタ９１がオンになってコンデンサ７１が放電され、その後リセット信号ＲＥＳＥＴが立ち上がるまでコンデンサ７１の放電が継続する。
ここで、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが変動する原因としては、発光素子Ｚ１の直列数が変更することが考えられるが、図１Ｂに示すように発光素子Ｚ１の各発光素子に並列に短絡用スイッチを設け、各短絡用スイッチのオン／オフにより複数の発光素子Ｚ１内の点灯する発光素子の個数を可変できる発光装置である場合にも、複数の発光素子Ｚ１内の点灯する発光素子の個数に応じて発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが変動する。図１Ｂに示す発光装置は、例えば車両のヘッドライトに用いた場合にＡＦＳ（adaptive front-lighting system）やＡＤＢ（adaptive driving beam）を実現するために好適な構成である。
図１Ｂに示す発光装置では、発光素子駆動ＩＣ１１０が搭載される基板と、発光素子Ｚ１、上記短絡用スイッチ、及び、上記短絡用スイッチを制御するスイッチ制御部（不図示）が搭載される基板とが別々であり、発光素子駆動ＩＣ１１０と上記スイッチ制御部との同期がとれない構成が一般的である。このため、発光素子Ｚ１の点灯数を零にする場合、上記スイッチ制御部が上記短絡用スイッチの全てをオンにする制御が実行されることが一般的である。
しかしながら、発光素子Ｚ１の点灯数を零にした場合、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍがほぼ零になるので、図２Ａに示すオフ時間回路を用いていると、オフ時間回路が動作しなくなるという問題が生じる。図１Ｂに示す発光装置では、例えば図２Ｂに示すオフ時間回路を用いることが好ましい。
図２Ｂに示すオフ時間回路は、図２Ａに示すオフ時間回路に、Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＱ１〜Ｑ４、抵抗Ｒ１、及び、ＮＯＴ回路Ｎ１を追加した構成である。図１Ｂに示す発光装置は、図２Ｂに示すオフ時間回路を用いる場合、コンパレータＣＯＭ３及び可変電圧源１０から成る判定回路をさらに有する。コンパレータＣＯＭ３及び可変電圧源１０から成る判定回路において、可変電圧源１０から出力される電圧が発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍを超えると、コンパレータＣＯＭ３から出力されるフラグＦ１が地絡の可能性を示すハイレベルになり、可変電圧源１０から出力される電圧が発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍを超えていないと、コンパレータＣＯＭ３から出力されるフラグＦ１が地絡の可能性がないことを示すローレベルになる。
トランジスタＱ１及びＱ２はカレントミラー回路を構成している。トランジスタＱ１のドレインは抵抗Ｒ１を介して接地端に接続され、トランジスタＱ２のドレインはトランジスタＱ３を介してコンデンサ７１の第１端に接続される。また、トランジスタ６４のドレインとコンデンサ７１の第１端との間にトランジスタＱ４が接続される。さらに、トランジスタＱ３のゲートにはコンパレータＣＯＭ３の出力端がＮＯＴ回路Ｎ１を介して接続され、トランジスタＱ４のゲートにはコンパレータＣＯＭ３の出力端が直接接続される。したがって、フラグＦ１がハイレベルであるときには、トランジスタＱ３がオンになり、トランジスタＱ４がオフになり、トランジスタＱ１及びＱ２から成るカレントミラー回路から出力される電流によってコンデンサ７１が充電される。一方、フラグＦ１がローレベルであるときには、トランジスタＱ３がオフになり、トランジスタＱ４がオンになり、図２Ａに示すオフ時間回路と同様に、トランジスタ６３及び６４から成るカレントミラー回路から出力される電流によってコンデンサ７１が充電される。
可変電圧源１０から出力される電圧は、発光素子Ｚ１内の１つのみが点灯しているときの発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍより小さく、発光素子Ｚ１の全てが点灯していないときの発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍより大きくなるように調整される。発光素子Ｚ１内の１つのみが点灯しているときの発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍより小さく、発光素子Ｚ１の全てが点灯していないときの発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍより大きくなる電圧が得られるのであれば、可変電圧源１０の代わりに定電圧源を用いてもよいが、発光素子Ｚ１の各順方向電圧にはばらつきがあるので可変電圧源１０を用いて電圧の調整が行えるようにすることが好ましい。
＜第２実施形態＞
図３は第２実施形態の発光装置を示す図である。なお、図３において、図１Ａと同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図３に示す発光装置は、図１Ａに示す発光装置において発光素子駆動ＩＣ１１０を発光素子駆動ＩＣ１２０に置換した構成である。発光素子駆動ＩＣ１２０は、発光素子駆動ＩＣ１１０に発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍのレベルを検出する検出部１１を追加し、検出部１１の検出結果に応じて、分圧回路５の内部定数（分圧比）及び充電部７の内部定数（静電容量）が切り替わる構成である。なお、分圧比とは、分圧後の電圧を分圧前の電圧で除した値である。
図１Ａに示す発光装置では、分圧回路５の内部定数（分圧比）が切り替わらない構成であるので、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが大きく変動した場合に電圧電流変換回路６から出力される電流の最大値と最小値の差が大きくなり、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが低い場合に電圧電流変換回路６から出力される電流の精度が下がるおそれがある。これに対して、図３に示す発光装置は、検出部１１の検出結果に応じて、分圧回路５の内部定数（分圧比）及び充電部７の内部定数（静電容量）が切り替わる構成であるので、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが高い場合に分圧回路５の内部定数（分圧比）が小さくなるようにすることで、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが大きく変動した場合でも電圧電流変換回路６から出力される電流の最大値と最小値の差を小さくすることができ、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが低い場合に電圧電流変換回路６から出力される電流の精度が低下することを抑えることができる。なお、分圧回路５の内部定数（分圧比）及び充電部７の内部定数（静電容量）が切り替わってもオフ時間の設定（発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍとオフ時間の比例関係における比例定数）が変化しないようにするために、分圧回路５の内部定数（分圧比）と充電部７の内部定数（静電容量）との積が常に一定であることが好ましい。
図４は、分圧回路５、電圧電流変換回路６、充電部７、コンパレータＣＯＭ２、基準電圧源８、及び、検出回路１１によって構成されるオフ時間回路の一例を示す図である。
検出回路１１は、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧と定電圧Ｖｒｅｇの第１分圧との比較結果および発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧と定電圧Ｖｒｅｇの第２分圧（＜定電圧Ｖｒｅｇの第１分圧）との比較結果に応じた選択信号を出力する。
発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが大レベル（発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＞定電圧Ｖｒｅｇの第１分圧、且つ、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＞定電圧Ｖｒｅｇの第２分圧）であれば、検出回路１１は第１の選択信号を出力する。また、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが中レベル（発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＜定電圧Ｖｒｅｇの第１分圧、且つ、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＞定電圧Ｖｒｅｇの第２分圧）であれば、検出回路１１は第２の選択信号を出力する。また、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが小レベル（発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＜定電圧Ｖｒｅｇの第１分圧、且つ、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＜定電圧Ｖｒｅｇの第２分圧）であれば、検出回路１１は第３の選択信号を出力する。
分圧回路５は、それぞれ分圧比の異なる発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧を３つ生成している。検出回路１１から第１の選択信号が供給されると、分圧回路５は最も分圧比が小さい分圧を出力し、検出回路１１から第２の選択信号が供給されると、分圧回路５は中間の分圧比の分圧を出力し、検出回路１１から第３の選択信号が供給されると、分圧回路５は最も分圧比が大きい分圧を出力する。
充電部７は、スイッチのオン／オフにより合成静電容量が切り替わる回路である。検出回路１１から第１の選択信号が供給されると、充電部７の合成静電容量は最も大きくなり、検出回路１１から第２の選択信号が供給されると、充電部７の合成静電容量は中間の容量となり、検出回路１１から第３の選択信号が供給されると、充電部７の合成静電容量は最も小さくなる。
＜第３実施形態＞
図５は第３実施形態の発光装置を示す図である。なお、図５において、図１Ａと同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図５に示す発光装置は、図１Ａに示す発光装置において発光素子駆動ＩＣ１１０を発光素子駆動ＩＣ１３０に置換した構成である。発光素子駆動ＩＣ１３０は、発光素子駆動ＩＣ１１０に発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍのレベルを検出する検出部１１を追加し、検出部１１の検出結果に応じて、分圧回路５の内部定数（分圧比）及び基準電圧源８の内部定数が切り替わる構成である。
図１Ａに示す発光装置では、分圧回路５の内部定数（分圧比）が切り替わらない構成であるので、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが大きく変動した場合に電圧電流変換回路６から出力される電流の最大値と最小値の差が大きくなり、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが低い場合に電圧電流変換回路６から出力される電流の精度が下がるおそれがある。これに対して、図５に示す発光装置は、検出部１１の検出結果に応じて、分圧回路５の内部定数（分圧比）及び基準電圧源８の内部定数が切り替わる構成であるので、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが高い場合に分圧回路５の内部定数（分圧比）が小さくなるようにすることで、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが大きく変動した場合でも電圧電流変換回路６から出力される電流の最大値と最小値の差を小さくすることができ、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが低い場合に電圧電流変換回路６から出力される電流の精度が低下することを抑えることができる。なお、分圧回路５の内部定数（分圧比）及び基準電圧源８の内部定数が切り替わってもオフ時間の設定（発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍとオフ時間の比例関係における比例定数）が変化しないようにするために、分圧回路５の内部定数（分圧比）と基準電圧源８から出力される基準電圧ＶREFとの積が常に一定であることが好ましい。
図６は、分圧回路５、電圧電流変換回路６、充電部７、コンパレータＣＯＭ２、基準電圧源８、及び、検出回路１１によって構成されるオフ時間回路の一例を示す図である。
発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが大レベル（発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＞定電圧Ｖｒｅｇの第１分圧、且つ、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＞定電圧Ｖｒｅｇの第２分圧）であれば、検出回路１１は第１の選択信号を出力する。また、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが中レベル（発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＜定電圧Ｖｒｅｇの第１分圧、且つ、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＞定電圧Ｖｒｅｇの第２分圧）であれば、検出回路１１は第２の選択信号を出力する。また、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍが小レベル（発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＜定電圧Ｖｒｅｇの第１分圧、且つ、発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧＜定電圧Ｖｒｅｇの第２分圧）であれば、検出回路１１は第３の選択信号を出力する。
分圧回路５は、それぞれ分圧比の異なる発光素子Ｚ１のアノード電圧Ｖｏｍの分圧を３つ生成している。検出回路１１から第１の選択信号が供給されると、分圧回路５は最も分圧比が小さい分圧を出力し、検出回路１１から第２の選択信号が供給されると、分圧回路５は中間の分圧比の分圧を出力し、検出回路１１から第３の選択信号が供給されると、分圧回路５は最も分圧比が大きい分圧を出力する。
基準電圧源８は、スイッチのオン／オフにより基準電圧ＶREFの値が切り替わる回路である。検出回路１１から第１の選択信号が供給されると、基準電圧ＶREFの値は最も大きくなり、検出回路１１から第２の選択信号が供給されると、基準電圧ＶREFの値は中間の電圧値となり、検出回路１１から第３の選択信号が供給されると、基準電圧ＶREFの値は最も小さくなる。
＜用途＞
上記した各実施形態の発光装置は、例えば、図７及び図８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ＩＣ１１Ａは、外付け部品（出力コンデンサＣо、コンデンサＣ１、コイルＬ１、センス抵抗Ｒｓ等）および駆動対象となる発光素子Ｚ１と共にモジュール（図９のＬＥＤヘッドライトモジュールＹ１０、図１０の ＬＥＤターンランプモジュールＹ２０、及び、図１１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、外付け部品（出力コンデンサＣо、コンデンサＣ１、コイルＬ１、センス抵抗Ｒｓ等）および駆動対象となる発光素子Ｚ１とは独立に半製品であるＩＣ単体（発光素子駆動ＩＣ１１０〜１３０）として提供されるものであってもよい。
また上記した各実施形態の発光装置は、例えば、表示装置のバックライトとしても用いることができる。
＜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。
１Ｈ 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）
１Ｌ 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）
２Ｈ 上側ドライバ
２Ｌ 下側ドライバ
３ 制御部
４ 定電圧源
５ 分圧回路
６ 電圧電流変換回路
７ 充電部
８ 基準電圧源
１０ 可変電圧源
１１ 検出回路
５１、５２、６５ 抵抗
６１ アンプ
６２、９１ Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
６３、６４、Ｑ１〜Ｑ４ Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
７１、Ｃ１ コンデンサ
９２ ＳＲフリップフロップ
１１０、１２０、１３０ 発光素子駆動ＩＣ
ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３ コンパレータ
Ｃо 出力コンデンサ
Ｃ１ コンデンサ
Ｄ１ ダイオード
Ｌ１ コイル
Ｎ１ ＮＯＴ回路
Ｒ１ 抵抗
Ｒｓ センス抵抗
Ｔ１〜Ｔ７ 外部端子
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
Ｚ１ 発光素子（発光ダイオード）

Claims (19)

  1. 少なくとも一つの発光素子を流れる電流に応じてリセット信号を生成するリセット信号生成部と、
    前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧に応じてセット信号を生成するセット信号生成部と、
    前記リセット信号及び前記セット信号に応じて、入力電圧から出力電圧を生成して前記出力電圧を前記少なくとも一つの発光素子に供給する出力電圧供給部と、
    前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧のレベルを検出する検出部と、
    を有し、
    前記セット信号生成部は、
    前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧に応じた電流を生成する電流生成部と、
    前記電流生成部によって生成された電流を充電する充電部と、
    前記充電部の充電電圧と基準電圧との比較結果に応じて前記セット信号を生成する比較部と、
    を有し、
    前記電流生成部は、
    前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧を分圧する分圧部を有し、
    前記検出部の検出結果に応じて前記分圧部の分圧比と前記充電部の静電容量とを切り替えることを特徴とする発光素子駆動装置。
  2. 前記分圧部の分圧比と前記充電部の静電容量との積が一定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. 少なくとも一つの発光素子を流れる電流に応じてリセット信号を生成するリセット信号生成部と、
    前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧に応じてセット信号を生成するセット信号生成部と、
    前記リセット信号及び前記セット信号に応じて、入力電圧から出力電圧を生成して前記出力電圧を前記少なくとも一つの発光素子に供給する出力電圧供給部と、
    前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧のレベルを検出する検出部と、
    を有し、
    前記セット信号生成部は、
    前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧に応じた電流を生成する電流生成部と、
    前記電流生成部によって生成された電流を充電する充電部と、
    前記充電部の充電電圧と基準電圧との比較結果に応じて前記セット信号を生成する比較部と、
    前記基準電圧を出力する基準電圧源と、
    を有し、
    前記電流生成部は、
    前記少なくとも一つの発光素子のアノード電圧を分圧する分圧部を有し、
    前記検出部の検出結果に応じて前記分圧部の分圧比と前記基準電圧とを切り替えることを特徴とする発光素子駆動装置。
  4. 前記分圧部の分圧比と前記基準電圧との積が一定であることを特徴とする請求項３に記載の発光素子駆動装置。
  5. 前記出力電圧供給部は、
    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駆動制御信号を生成する上側ドライバ及び下側ドライバと、
    前記リセット信号及び前記セット信号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、
    を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置。
  6. 出力電圧に応じた第１電圧を受ける第１端子と、
    前記第１端子の前記第１電圧を分圧する分圧部と、
    前記分圧部で生成された分圧である第２電圧に応じた電流を生成する電流生成部と、
    前記電流生成部で生成された電流を充電する充電部と、
    前記充電部への充電により生じた第３電圧と基準電圧との比較結果に応じて第１信号を生成する第１信号生成部と、
    出力電流に応じて、第２信号を生成する第２信号生成部と、
    前記第１信号及び前記第２信号に応じて、入力電圧から前記出力電圧を生成する出力電圧生成部と、
    前記第１端子の前記第１電圧のレベルを検出する検出部と、
    を有し、
    前記検出部の検出結果に応じて前記分圧部の分圧比と前記充電部の静電容量とを切り替える発光素子駆動回路。
  7. 前記分圧部の分圧比と前記充電部の静電容量との積が一定である請求項６に記載の発光素子駆動回路。
  8. 出力電圧に応じた第１電圧を受ける第１端子と、
    前記第１端子の前記第１電圧を分圧する分圧部と、
    前記分圧部で生成された分圧である第２電圧に応じた電流を生成する電流生成部と、
    前記電流生成部で生成された電流を充電する充電部と、
    前記充電部への充電により生じた第３電圧と基準電圧との比較結果に応じて第１信号を生成する第１信号生成部と、
    出力電流に応じて、第２信号を生成する第２信号生成部と、
    前記第１信号及び前記第２信号に応じて、入力電圧から前記出力電圧を生成する出力電圧生成部と、
    前記第１端子の前記第１電圧のレベルを検出する検出部と、
    を有し、
    前記検出部の検出結果に応じて前記分圧部の分圧比と前記基準電圧とを切り替える発光素子駆動回路。
  9. 前記分圧部の分圧比と前記基準電圧との積が一定である請求項８に記載の発光素子駆動回路。
  10. 前記出力電圧生成部は、
    第１トランジスタと、
    前記第１トランジスタに直列接続される第２トランジスタと、
    前記第１トランジスタを駆動する第１ドライバと、
    前記第２トランジスタを駆動する第２ドライバと、
    前記第１信号及び前記第２信号に応じて前記第１ドライバ及び前記第２ドライバを駆動する制御部と、
    を有する、請求項６〜９のいずれか一項に記載の発光素子駆動回路。
  11. 前記入力電圧を受ける第２端子と、
    接地電圧を受ける第３端子と、
    第４端子と、
    を有し、
    前記第２端子と前記第３端子との間に前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタが直列接続され、前記第４端子に前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの接続ノードが接続される、請求項１０に記載の発光素子駆動回路。
  12. 前記第４端子がコイルを介して出力コンデンサ及び少なくとも一つの発光素子に接続される、請求項１１に記載の発光素子駆動回路。
  13. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置又は請求項６〜１２のいずれか一項に記載の発光素子駆動回路と、
    前記発光素子駆動装置又は前記発光素子駆動回路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。
  14. 前記少なくとも一つの発光素子の個々の発光素子それぞれに並列接続される少なくとも一つのスイッチを有し、
    前記少なくとも一つのスイッチの全てがオンである場合に前記充電部が充電されることを特徴とする請求項１３に記載の発光装置。
  15. 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１３または請求項１４に記載の発光装置。
  16. 車載ランプとして用いられることを特徴とする請求項１５に記載の発光装置。
  17. 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１６に記載の発光装置。
  18. 請求項１６または請求項１７に記載の発光装置を有することを特徴とする車両。
  19. 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１８に記載の車両。
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