JPWO2008146811A1 - Ｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Abstract

ＬＥＤ素子の性能を十分に発揮させることができ、常温において良好な輝度を得ることができるＬＥＤ駆動回路を得る。ＬＥＤ駆動回路１０は、ＬＥＤ素子１２と、定電流出力部１４と、負の抵抗温度係数を有する感温素子１６とからなる定電流回路で構成される。定電流出力部１４に直列にＬＥＤ素子１２を接続し、ＬＥＤ素子１２に並列に感温素子１４を接続する。感温素子１４の抵抗値の温度変化により、常温においては、ＬＥＤ素子１２に流れる電流の値を大きくし、高温においては、ＬＥＤ素子１２に流れる電流の値を小さくする。

Description

この発明は、ＬＥＤ駆動回路に関し、特にたとえば、携帯電話や携帯ゲーム機などの液晶画面のバックライト等として用いられるＬＥＤ素子を駆動するためのＬＥＤ駆動回路に関する。

ＬＥＤ素子は、照明用素子として、たとえば信号機や液晶ディスプレイのバックライトなどに使用されている。また、近年においては、携帯電話や携帯ゲーム機などのような小型携帯機器の液晶画面のバックライトなどに利用されている。このような小型携帯機器におけるＬＥＤ素子の駆動回路として、電池の出力をスイッチングして昇圧する昇圧回路と、ＬＥＤ素子を定電流で駆動する定電流回路とを備え、ＬＥＤ素子を実質的に定電流、定電圧で駆動するＬＥＤ駆動回路が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００２−３５９０９０号公報

ＬＥＤ素子は、高温度下（例えば、３０℃以上）において、ＬＥＤ素子を構成する内部物質の温度上昇によって溶断などの熱的破壊が生じることが知られており、これを避けるために、通電する電流量を常温（例えば、１０〜３０℃）時より減少させなければならないことが知られている。そのため、ＬＥＤ素子のメーカーからは、使用にあたっての許容順電流が示されている。例えば、図５にＬＥＤ素子の許容順電流の一例を示す。これによれば、図５の特性Ａに示すように、高温になるほど急激に低下するように、許容順電流が設定されている。そのため、従来のＬＥＤ駆動回路においては、図５の特性Ｂに示すように、高温における許容順電流を超えない一定の値の電流がＬＥＤ素子に流れるように、回路が設計されていた。

しかしながら、このような電流値でＬＥＤ素子を駆動する場合、常温においては、許容順電流よりかなり低い電流値でＬＥＤ素子を駆動していることになり、十分な輝度が得られない。そのため、必要な輝度を得るために、複数のＬＥＤ素子を使用しなければならない場合がある。ところが、より小型化、薄層化が進む小型携帯機器の分野においては、極力少ないＬＥＤ素子および部品点数で、十分な輝度を得ることが求められている。

それゆえに、この発明の主たる目的は、ＬＥＤ素子の性能を十分に発揮させることができ、常温において良好な輝度を得ることができるＬＥＤ駆動回路を提供することである。

この発明は、ＬＥＤ素子と、一定の電流を出力させるための定電流出力部と、負の抵抗温度特性を有する感温素子と、を含む定電流回路からなるＬＥＤ駆動回路であって、ＬＥＤ素子は定電流出力部に直列に接続され、かつ感温素子がＬＥＤ素子に並列に接続された、ＬＥＤ駆動回路である。
ＬＥＤ素子と定電流出力部と感温素子とで定電流回路が形成され、ＬＥＤ素子と感温素子とが並列に接続されることにより、定電流出力部から出力された一定の電流がＬＥＤ素子と感温素子に分流される。ここで、感温素子は、負の抵抗温度特性を有しているため、高温になるにしたがって、その抵抗値が低下する。そのため、高温になるにしたがって、感温素子に流れる電流の値が大きくなり、ＬＥＤ素子に流れる電流の値が小さくなる。したがって、常温において、ＬＥＤ素子に大きい値の電流を流すとともに、常温よりも高温になるにしたがって、ＬＥＤ素子に流れる電流の値を小さくすることができ、ＬＥＤ素子の許容順電流の温度特性に近い電流値でＬＥＤ素子を駆動することができる。

このようなＬＥＤ駆動回路において、感温素子に直列に接続される固定抵抗を含み、感温素子と固定抵抗とを有する直列接続部がＬＥＤ素子に並列に接続されるようにしてもよい。
固定抵抗を感温素子に直列に接続することにより、これらの直列接続部の合成抵抗値の温度変化率を調整することができ、ＬＥＤ素子に流れる電流量も調整することができる。それにより、ＬＥＤ素子の許容順電流の温度変化に近い電流値でＬＥＤ素子を駆動することができる。また、感温素子と固定抵抗とを有する直列接続部をＬＥＤ素子に並列に接続することにより、一定以上の電流が感温素子へ流入するのを防止することができる。すなわち、高温においては感温素子の抵抗値が低下することによって、常温時よりも多量の電流が感温素子に流れる。これに伴って感温素子が自己発熱し、熱暴走を引き起こすことがある。しかしながら、感温素子に直列に所定の抵抗を有する固定抵抗を接続することで、感温素子に流れ込む電流の量を制限することができる。

ＬＥＤ素子に並列に感温素子を接続したＬＥＤ駆動回路において、温度ＴにおけるＬＥＤ素子の抵抗値をＲ_L、感温素子の抵抗値をＲ_S、ＬＥＤ素子の許容順電流をＩ_M、定電流出力部から出力される電流の値をＩとしたとき、Ｉ_M＞Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_S）＋１｝の関係を満たすことが好ましい。
また、ＬＥＤ素子に並列に感温素子と固定抵抗とを有する直列接続部を接続したＬＥＤ駆動回路において、温度ＴにおけるＬＥＤ素子の抵抗値をＲ_L、感温素子と固定抵抗とを有する直列接続部の合成抵抗をＲ_T、ＬＥＤ素子の許容順電流をＩ_M、定電流出力部から出力される電流の値をＩとしたとき、Ｉ_M＞Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_T）＋１｝の関係を満たすことが好ましい。
ＬＥＤ素子に流れる電流の値は、ＬＥＤ素子に並列に感温抵抗を接続した場合、Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_S）＋１｝となり、ＬＥＤ素子に並列に感温抵抗と固定抵抗とを有する直列接続部を設けた場合、Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_T）＋１｝となる。したがって、上述のような関係を満たすように感温素子や固定抵抗を選定することにより、ＬＥＤ素子に許容順電流より低い値の電流を流すことができ、ＬＥＤ素子が破損することなく、常温において十分な輝度を得ることができる。

この発明によれば、感温素子や感温素子と固定抵抗とを有する直列接続部のような簡単な構成を用いることにより、ＬＥＤ素子の許容順電流の範囲内で、ＬＥＤ素子に流れる電流の値を許容順電流に近づけることができる。そのため、常温において、ＬＥＤ素子の機能を十分に発揮させることができ、良好な輝度を得ることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

この発明のＬＥＤ駆動回路の一例を示す回路図である。 この発明のＬＥＤ駆動回路の他の例を示す回路図である。 図１に示すＬＥＤ駆動回路の実施例について、ＬＥＤ素子への流入電流の温度特性を示すグラフである。 図２に示すＬＥＤ駆動回路の実施例について、ＬＥＤ素子への流入電流の温度特性を示すグラフである。 ＬＥＤ素子の許容順電流と従来のＬＥＤ駆動回路におけるＬＥＤ素子への流入電流値とを示すグラフである。

符号の説明

１０ ＬＥＤ駆動回路
１２ ＬＥＤ素子
１４ 定電流出力部
１６ 感温素子
１８ 固定抵抗
２０ ＬＥＤ駆動回路

図１は、この発明のＬＥＤ駆動回路の一例を示す回路図である。ＬＥＤ駆動回路１０は、ＬＥＤ素子１２を含む。ＬＥＤ素子１２は、定電流出力部１４に直列に接続される。定電流出力部１４としては、一定の電流を出力するものであれば、定電流を出力させるための定電流源であってもよいし、定電圧源に接続されて定電流を出力させるようにした定電流回路であってもよい。さらに、ＬＥＤ素子１２に並列に、負の抵抗温度特性を有する感温素子１６が接続される。このような感温素子１６としては、たとえばＮＴＣサーミスタなどが用いられる。これらのＬＥＤ素子１２、定電流出力部１４および感温素子１６によって定電流回路が構成され、この定電流回路がＬＥＤ駆動回路１０となる。

このＬＥＤ駆動回路１０では、定電流出力部１４から出力された電流が、ＬＥＤ素子１２に流れる電流と感温素子１６に流れる電流に分流されることになる。ここで、感温素子１６は、常温においては高い抵抗値を有し、高温になるにしたがって抵抗値が低下するという特性を有している。したがって、常温においては、ＬＥＤ素子１２に流れる電流の値が大きく、感温素子１６に流れる電流の値が小さい。しかしながら、高温になるにしたがって、感温素子１６に流れる電流の値が大きくなり、ＬＥＤ素子１２には小さい値の電流しか流れなくなる。したがって、ＬＥＤ素子１２には、図５の特性Ａに沿った温度特性を有する値の電流が流れる。

ここで、温度ＴにおけるＬＥＤ素子１２の抵抗値Ｒ_L、ＬＥＤ素子１２に流れる電流の値をＩ_L、感温素子１６の抵抗値をＲ_S、感温素子１６に流れる電流の値をＩ_S、定電流出力部１４から出力される電流の値をＩとすると、Ｉ＝Ｉ_L＋Ｉ_SおよびＩ_S・Ｒ_S＝Ｉ_L・Ｒ_Lが成り立つ。これらの式から、温度ＴにおけるＬＥＤ素子１２に流れる電流の値Ｉ_Lは、Ｉ_L＝Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_S）＋１｝となる。したがって、温度ＴにおけるＬＥＤ素子１２の許容順電流をＩ_Mとしたとき、Ｉ_M＞Ｉ_L、すなわち、Ｉ_M＞Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_S）＋１｝となるように、感温素子１６を選定することにより、許容順電流より低い値で、図５の特性Ａに沿った値の電流をＬＥＤ素子１２に流すことができる。

このように、このＬＥＤ駆動回路１０では、ＬＥＤ素子１２に、その許容順電流の温度特性に沿った値の電流を流すことができる。そのため、従来のＬＥＤ駆動回路に比べて、常温におけるＬＥＤ素子１２に流れる電流の値を大きくすることができ、良好な輝度を得ることができる。しかも、高温になっても、ＬＥＤ素子１２に許容順電流より低い電流しか流れないようにすることができ、ＬＥＤ素子１２の破損を防止することができる。

ＬＥＤ駆動回路１０により、ＬＥＤ素子１２に許容順電流に沿った電流をＬＥＤ素子１２に流すことができる。しかし、ＬＥＤ素子１２または感温素子１６の特性によっては、許容順電流より低い電流しかＬＥＤ素子１２に流せない場合がある。また、ＬＥＤ素子１２または感温素子１６の特性によっては、感温素子１６に流入する電流が大きくなることがある。その場合、感温素子１６の自己発熱が大きくなり、熱暴走を起こす可能性がある。

そこで、図２に示すように、感温素子１６に直列に固定抵抗１８を接続し、この感温素子１６と固定抵抗１８とを有する直列接続部１９をＬＥＤ素子１２に並列に接続したＬＥＤ駆動回路２０が考えられる。ＬＥＤ素子１２にあわせて、感温素子１６及び固定抵抗１８の組み合わせを変えることによって、ＬＥＤ駆動回路１０に比べて、設計の自由度を増やすことができ、許容順電流の変化に近い温度特性を持った回路の設計を行うことが可能となる。

さらに、感温素子１６に直列に固定抵抗１８を接続することで、感温素子１６に一定以上の電流の流入を防ぐことができ、感温素子１６の自己発熱による熱暴走を防止することができる。

このＬＥＤ駆動回路２０では、温度ＴにおけるＬＥＤ素子１２の抵抗値Ｒ_L、感温素子１６と固定抵抗１８とを有する直列接続部１９の合成抵抗値をＲ_T、定電流出力部１４から出力される電流値をＩとすると、温度ＴにおいてＬＥＤ素子１２に流れる電流の値Ｉ_Lは、Ｉ_L＝Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_T）＋１｝となる。したがって、温度ＴにおけるＬＥＤ素子１２の許容順電流をＩ_Mとしたとき、Ｉ_M＞Ｉ_L、すなわち、Ｉ_M＞Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_T）＋１｝となるように、感温素子１６および固定抵抗１８を選定することにより、許容順電流より低い値で、図５の特性Ａに沿った値の電流をＬＥＤ素子１２に流すことができる。

なお、定電圧源にＬＥＤ素子１２を直列に接続した回路において、ＬＥＤ素子１２に並列に負の抵抗温度特性を有する感温素子１６を接続したとしても、ＬＥＤ素子１２にかかる電圧は一定となるため、ＬＥＤ素子１２に流れる電流を制限する機能は発生しない。したがって、感温素子１６は、定電流出力部１４に接続したＬＥＤ素子１２に並列に接続することにより、この発明の効果を得ることができる。

以下に、本発明の一実施形態の実施例を示す。
ＬＥＤ素子１２として、日亜化学工業株式会社製のＬＥＤ素子：ＮＴＳＳＷ００８ＣＴを使用し、感温素子１６として、株式会社村田製作所製のＮＴＣサーミスタ：ＮＣＰ１５ＸＷ２２２Ｊ０３ＲＣ（２５℃抵抗値２．２ｋΩ±５％、Ｂ定数（２５／５０℃）３９５０Ｋ±３％）を使用して、図１に示すＬＥＤ駆動回路１０を形成した。このＬＥＤ駆動回路１０において、定電流出力部１４の出力電流を２０ｍＡとしたときのＬＥＤ素子１２への流入電流を図３に示す。図３において、実線はＬＥＤ素子１２の許容順電流の温度特性であり、丸印はＬＥＤ素子１２への流入電流を示す。

図３からわかるように、ＬＥＤ素子１２への流入電流は、ＬＥＤ素子１２の許容順電流より低い範囲で、許容順電流の温度特性に沿った形状に変化している。そのため、従来のように、高温における許容順電流に合わせて流入電流を調整していた場合に比べて、常温においては、ＬＥＤ素子１２への流入電流を約２倍の値とすることができる。したがって、従来のＬＥＤ駆動回路を用いた場合に比べて、常温におけるＬＥＤ素子１２の輝度を約２倍にすることができる。

ＬＥＤ素子１２として、日亜化学工業株式会社製のＬＥＤ素子：ＮＴＳＳＷ００８ＣＴを使用し、感温素子１６として、株式会社村田製作所製のＮＴＣサーミスタ：ＮＣＰ１５ＸＱ１０２Ｊ０３ＲＣ（２５℃抵抗値１ｋΩ±５％、Ｂ定数（２５／５０℃）３６５０Ｋ±２％）を使用し、固定抵抗１８として、抵抗値３５Ω±５％の固定抵抗を使用して、図２に示すＬＥＤ駆動回路２０を形成した。このＬＥＤ駆動回路２０において、定電流出力部１４の出力電流を３５ｍＡとしたときのＬＥＤ素子１２への流入電流を図４に示す。図４において、実線はＬＥＤ素子１２の許容順電流の温度特性であり、丸印はＬＥＤ素子１２への流入電流を示す。

感温素子１６を使用し、それに直列に固定抵抗１８を接続することにより、この直列接続部の合成抵抗値の温度変化率を調整することができる。そのため、ＬＥＤ素子１２に流れる電流を調整することができ、図４に示すように、許容順電流の温度特性に近い形状に変化する特性を得ることができる。したがって、ＬＥＤ素子１２の機能を十分に発揮させることができ、常温においてＬＥＤ素子１２が発光可能な最大の輝度に近い輝度を得ることができる。また、感温素子１６に直列に固定抵抗１８を接続することにより、一定以上の電流が感温素子１６に流入することが防止され、感温素子１２の熱暴走を防ぐことができる。

Claims (4)

1. ＬＥＤ素子と、一定の電流を出力させるための定電流出力部と、負の抵抗温度特性を有する感温素子と、を含む定電流回路からなるＬＥＤ駆動回路であって、
   前記ＬＥＤ素子は前記定電流出力部に直列に接続され、かつ前記感温素子が前記ＬＥＤ素子に並列に接続された、ＬＥＤ駆動回路。
2. 前記感温素子に直列に接続された固定抵抗を含み、前記感温素子と前記固定抵抗とを有する直列接続部が前記ＬＥＤ素子に並列に接続された、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
3. 温度Ｔにおける前記ＬＥＤ素子の抵抗値をＲ_L、前記感温素子の抵抗値をＲ_S、前記ＬＥＤ素子の許容順電流をＩ_M、前記定電流出力部から出力される電流の値をＩとしたとき、Ｉ_M＞Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_S）＋１｝の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
4. 温度Ｔにおける前記ＬＥＤ素子の抵抗値をＲ_L、前記感温素子と前記固定抵抗の直列回路の合成抵抗をＲ_T、前記ＬＥＤ素子の許容順電流をＩ_M、前記定電流出力部から出力される電流の値をＩとしたとき、Ｉ_M＞Ｉ／｛（Ｒ_L／Ｒ_T）＋１｝の関係を満たすことを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤ駆動回路。

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