KR20060071869A

KR20060071869A - 조명 장치, 및 화상 표시 장치

Info

Publication number: KR20060071869A
Application number: KR1020050118640A
Authority: KR
Inventors: 노리마사 후루카와
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2006-06-27
Also published as: EP1675440A2; TWI344118B; TW200636642A; EP1675440A3; CN100484346C; US7960919B2; CN1794891A; KR101164250B1; JP2006179672A; US20060158130A1; JP4337731B2

Abstract

본 발명은 발광 다이오드를 사용한 조명 장치의 회로 규모의 축소를 목적으로 하는 것으로서, 상기 목적을 달성하기 위한 해결 수단에 있어서, 복수의 발광 다이오드와 하나의 정류용 다이오드를 직렬 접속한 다이오드 직렬 회로를 브리지 접속해 LED 브리지 회로(10)를 형성하고, 이 LED 브리지 회로(10)의 정류 출력에 부하 저항(RL)를 접속하여 이루어지고, 교류 전원을 입력해 LED 브리지 회로(10)이 정류 동작을 행하는 것으로, 그 정류 전류를 구동 전류로서 발광 다이오드를 발광 구동한 LED 구동 유닛(1)을 조명 장치의 기본 구성으로 한다.

조명 장치, 화상 표시 장치

Description

조명 장치, 및 화상 표시 장치{ILLUMINATION APPARATUS AND IMAGE DISPLAY APPARATUS}

도 1은 본 실시의 형태의 전제가 되는 브리지 정류 회로를 도시한 회로도.

도 2는 도 1에 도시한 브리지 정류 회로의 동작을 도시한 파형도.

도 3은 브리지 정류 회로에 대해 평활용의 콘덴서를 부가한 일반적인 정류 평활 회로의 구성예를 도시한 회로도.

도 4는 실시의 형태의 LED 구동 유닛의 기본 구성을 도시한 회로도.

도 5는 도 4에 도시한 LED 구동 유닛에 관해, 교류 입력 전원이 정/부의 각 기간에서의 동작을 도시한 회로도.

도 6은 실시의 형태의 LED 구동 유닛에서의 전력 소비의 상태를 모식적으로 도시한 도면.

도 7은 실시의 형태의 LED 구동 유닛에 관해, 발광 다이오드의 리크 전류에 의해 생기는 역방향 전압을 설명하기 위한 회로도.

도 8은 실용화를 위한 실시의 형태의 LED 구동 유닛의 구성을 도시한 회로도.

도 9는 실시의 형태의 LED 구동 유닛을 사용하여 백색광을 얻는 조명 장치의 기본 구성을 도시한 회로도.

도 10은 구동 전류 제어 회로를 구비하는 실시의 형태의 LED 구동 유닛의 구성예를 도시한 회로도.

도 11은 일반적인 도통각 제어 회로의 구성을 도시한 회로도.

도 12는 도통각 제어 회로에 의한 교류 전력 제어를 설명하는 도면.

도 13은 도통각 제어 회로를 구비한 실시의 형태의 LED 구동 유닛의 구성예를 닫지 않는 회로도.

도 14는 실시의 형태의 LED 구동 유닛에 관해, 구동 전류 제어와 도통각 제어를 병용한 경우의 발광량 제어를 설명하는 도면.

도 15는 도통각 제어 회로의 다른 구성예를 도시한 회로도.

도 16은 실시의 형태의 LED 구동 유닛에 대응하는 발광 다이오드의 발광량을 제어하기 위한 제어 루프 구성을 도시한 도면.

도 17은 상용 교류 전원(AC) 이외의 교류 전원에 의해, 실시의 형태의 LED 구동 유닛을 구동하는 경우의 구성예를 도시한 도면.

도 18는 종래의 백라이트를 형성하는, LED 셀 및 LED 셀 유닛의 구조예를 도시한 도면.

도 19는 종래의 백라이트 패널에 있어서의 LED 셀 유닛의 배치 패턴 예를 도시한 도면.

도 20은 종래에 있어서, 백라이트 패널의 발광 다이오드를 구동하기 위한 구성예를 도시한 도면.

도 21는 종래의 발광 다이오드의 발광량 제어의 구성을 도시한 도면.

도 22는 종래의 발광 다이오드의 발광량 제어 루프의 구성을 도시한 도면.

기술분야

본 발명은, 발광 다이오드 소자를 이용한 조명 장치, 및 이 조명 장치의 구성을 광원으로 하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.

종래기술

예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display) 등의 디스플레이 디바이스에서는, 백라이트라고 말하여지는 광원(조명)을 사용하여 가시광에 의한 화상 표시를 행하도록 되어 있는데, 근래에는, 이 백라이트로서, 발광 다이오드 소자(LED : Light Emitting Diode, 이후, 「발광 다이오드」라고 한다)를 사용하는 것이 알려저 있다. 발광 다이오드를 백라이트로서 사용함에 있어서는, 적(R), 녹(G), 청(B)의 각 원색을 발광하는 발광 다이오드를 사용하고, 이들을 발광시켜서 얻은 광을 가법합성(加法合成)에 의해 광학적인 혼색을 행하여 백색광을 얻는다는 수법을 채택하는 것이 일반적으로 행하여지고 있다.

이와 같은 R, G, B의 3원색에 대응하는 발광 다이오드를 사용하는 광원을 실제로 발광 구동함에 있어서는, 화상 표시에 이용하는 매트릭스 구동 방식에 준한 구성을 채택하는 것이 고려된다.

매트릭스 구동 방식은, 주지하는 바와 같이 하여, 화소를 X방향(수평방향)/Y 방향(수직방향)에 따라 매트릭스 형상으로 배치함과 함께, 이들의 화소에 대응시키도록 하여, X방향(수평방향)/Y방향(수직방향)에 따라 소요되는 전극을 배치시킨다. 그리고, 발광시켜야 할 화소의 설정과, 발광시켜야 할 시간 설정에 의거하여, 이들의 전극을 소요되는 타이밍에 구동하도록 된다. 또한, 이 때의 구동 타이밍은, 매트릭스 구동 방식의 범주에 있어서의 구동 방식의 상위에 의해 달라진다. 이와 같이 하여, 화소가 구동됨으로써, 예를 들면 화소마다 계조가 표현되고, 화면 전체로서는 가시광에 의한 화상이 표시되게 된다.

그러나, 이와 같은 매트릭스 방식의 구동 회로계는 복잡하고, 비용도 높다. 특히, 백라이트 등의 조명 용도에서는, 각 발광 다이오드의 소비 전력이 비교적 크다. 현재 상태에 있어서, 매트릭스 구동을 실현하는 LSI 등의 부품은, 이와 같은 대전력 구동에 대응하는 것이 거의 없는 상황에 있다. 이와 같은 사정 때문에, 매트릭스 방식의 구동 회로계 광원을 구동하는 구성으로서 채용하는 것은, 현실적이 아닌 것으로 되어 있다.

또한, R, G, B의 3원색에 대응하는 발광 다이오드를 사용한 백라이트를 구성하는 것으로 한 경우에 있어서 문제로 들 수 있는 것이, R, G, B 각 색의 발광 다이오드의 발광 효율, 강하 전압, 소비 전력 등의 차이(差異)이다. 발광 다이오드의 반도체 조성은, 각 색마다 다르고, 이것이 상기한 바와 같은 발광 다이오드의 특성의 상위로 되어 나타난다. 이 때문에, R, G, B 각 색의 발광 다이오드마다 대응시켜서 각각을 독립적으로 구동한 다음, 각 색마다 광량 조정하는 것이, 양호한 백색광을 얻는 데는 유리하다고 되어 있다.

상기한 것 등을 배경으로 하여, R, G, B의 3원색에 대응하는 발광 다이오드를 사용한 백라이트를 구동함에 있어서는, 다음과 같은 기본 구성이 일반적으로 되어 있다.

우선, 백라이트를 형성하는 유닛의 최소 단위로서, 도 18(a)에 도시한 바와 같이 하여, 발광 다이오드 셀(100)을 마련한다. 발광 다이오드 유닛은, 소정 색의 발광 다이오드를 소정 수 준비하고, 이들의 발광 다이오드를 기판 등의 소정 위치에 배치하고, 또한, 배치한 발광 다이오드에 관해 소정 패턴에 의한 전기적 접속을 행하여 형성된다. 도 18(a)의 경우에는, R(적)에 대응하는 적색 발광 다이오드(DL-R), G(녹)에 대응하는 녹색 발광 다이오드(DL-G), 및 B(청)에 대응하는 청색 발광 다이오드(DL-B)를 각각 2개씩, 합계로 6개 준비하고 있다. 그리고, 이들의 발광 다이오드를, 도면에 도시한 바와 같이 하여, 좌측부터 우측에 걸처서, 청-녹-적-청-녹-적의 순으로 대응시켜서 배치하는 것으로 하고 있다. 게다가, 각 색마다의 발광 다이오드를, 같은 극성에 의해 직렬로 접속한다.

또한, LED 셀에 있어서의 발광 다이오드 소자의 배치 패턴은, 이 도면에 도시한 이외의 베리에이션이 있을 수 있다. 발광 다이오드 소자의 배치 패턴은, 예를 들면, 실제로 사용하는 발광 다이오드의 정격(定格), 발광 효율 등에 응하여, R, G, B에 의한 혼합색으로서 얻어지는 백색광이 양질의 것으로 되도록 하는 것을 고려하여 결정한다.

이와 같이 하여 형성되는 LED 셀(100)은, 같은 도 18(a)에 도시한 바와 같이 하여, R, G, B 각 색마다의 발광 다이오드의 직렬 접속의 애노드측과 캐소드측의 어느쪽에 대해서도, 다른 동형(同型)의 LED 셀(100)과 접속할 수 있다. 이와 같이 하여, LED 셀(100)을 연결하도록 하여 접속하여 감으로써, 접속되는 LED 셀 수에 응하여, R, G, B 각 색마다 대응하는 발광 다이오드의 직렬 접속 수가 증가하여 가게 된다.

그래서, 소요 수의 LED 셀(100)을 접속한 것을 하나의 유닛으로 형성한다. 이 구체예로서, 도 18(b)에는, 3개의 LED 셀(100)을 연결하도록 접속하여, 1유닛을 형성하고 있다. 여기서는, 이 유닛을 LED 셀 유닛(101)이라고 말하기로 한다. 하나의 LED 셀(100)이 구비하는 발광 다이오드의 색으로서는, R, G, B가 각각 2개씩으로 되기 때문에, LED 셀(100)의 발광원으로서의 색 수를, (2R, 2G, 2B)로 표현하기로 한다. 도 18(b)의 예에서는, LED 셀 유닛(101)이 3개의 LED 셀(100)로 이루어지기 때문에, 3(2G, 2R, 2B)=(6G, 6R, 6B)로 나타낼 수 있다.

그리고, 상기한 바와 같이 하여 형성한 LED 셀 유닛(101) 단위로, 평면적으로 배치함으로써, 예를 들면 백라이트로서의 기능을 갖는 패널을 구성하게 된다. 상기 도 18(b)에 도시한 LED 셀 유닛(101)에 의해 형성한 백라이트 패널(110)의 예를 도 19에 도시한다.

도 19에서는, 행(g1 내지 g5)과 열(m1 내지 m4)에 의한 4행×5열의 매트릭스에 의해 LED 셀 유닛(101)을 배치하여 백라이트 패널(110)을 형성하고 있다.

이 백라이트 패널(110)에서는, 적색 발광 다이오드(DL-R)는, 6×5×4=120개를 구비하는 것으로 된다. 마찬가지로 하여, 녹색 발광 다이오드(DL-G)와 청색 발광 다이오드(DL-B)도 120개를 구비하고, 합계 360(=120×3)개의 발광 다이오드를 구비하는 것으로 된다.

전술한 바와도 같이, 이와 같이 하여, R, G, B로 발광색이 다른 다수개의 발광 다이오드에 관해, 양호한 백색광을 얻을 수 있도록 하여 매트릭스 구동 방식에 준한 발광 구동을 행하는 것은 현실적이 아닌 것으로 되어 있고, 현재의 상태에서는, 예를 들면 이후 설명하는 바와 같은 방식에 의한 구동이 일반적으로 행하여지고 있다.

도 20은, 도 19에 예시한 구조의 백라이트 패널에 대응하여 발광 다이오드를 구동한 구성을 개념적으로 도시하고 있다.

백라이트 패널을 형성하는 LED 셀 유닛(101)에 관해서는, 행(g1 내지 gn)마다에, 수평방향으로 연결하도록 하여 접속한다. 이로써, 행(g1 내지 gn)의 각 행에서, 열(m1 내지 mn)에 대응하는 순으로, R, G, B 각 색에 대응하는 발광 다이오드가 직렬 접속되게 된다.

이와 같이 하여 발광 다이오드를 접속한 다음, 도시한 바와 같이 하여, 행(g1 내지 gn)의 각 행마다에, R, G, B 각 색에 대응하는 3개의 DC-DC 컨버터(120-R, 120-G, 120-B)를 마련한다. 그리고, DC-DC 컨버터(120-R)의 출력을, 적색 발광 다이오드(DL-R)의 직렬 접속 회로의 애노드측의 단부(열(m1)에 위치하는 LED 셀 유닛(101)의 애노드측의 접속 위치)와 접속한다. 마찬가지로 하여, DC-DC 컨버터(120-G, 120-B)의 출력을, 각각, 녹색 발광 다이오드(DL-G)의 직렬 접속 회로의 애노드측 단부, 청색 발광 다이오드(DL-B)의 직렬 접속 회로의 애노드측의 단부에 대해 접속한다.

이와 같은 구성이 채택됨으로써, DC-DC 컨버터(120-R)로부터 출력되는 직류 전원에 의해, 하나의 행에서 직렬 접속되는 적색 발광 다이오드(DL-R)에 직류의 구동 전류를 흘리도록 되고, 이들 적색 발광 다이오드(DL-R)가 발광하도록 구동된다. 마찬가지로 하여, DC-DC 컨버터(120-G)로부터 출력되는 직류 전원에 의해, 같은 행에서 직렬 접속되는 녹색 발광 다이오드(DL-G)가 발광 구동된다. 또한, DC-DC 컨버터(120-B)로부터 출력되는 직류 전원에 의해, 같은 행에서 직렬 접속되는 녹색 발광 다이오드(DL-B)가 발광 구동된다. 이와 같은 구동 회로계의 구성이, 행마다 형성되게 된다.

도 21은, 하나의 발광 다이오드의 직렬 접속 회로에 대응하는 구동 회로에 상당하게 되는 부위의 구성을, 보다 실제적으로 도시하고 있다.

이 경우, DC-DC 컨버터(120)의 출력인 직류 전원(Vcc)은, 저항(R42)을 통하도록 하여, 발광 다이오드를 직렬 접속한 LED 직렬 회로(130)의 애노드측 단부에 인가된다. 이로써, LED 직렬 회로(130)을 형성하는 발광 다이오드(DL)에 구동 전류(ILED)가 흐른다.

또한, DC-DC 컨버터(120)은, 소정의 직류 전원(Vcc)의 설정에 대해, 저항(R42)에 의한 전압 강하를 소정 타이밍에 검출하고, 일정량의 구동 전류(ILED)가 흐르도록, 정전류 제어를 행하도록 되어 있다. 이 정전류 제어를 위해, 저항(R41), 콘덴서(C41), 스위치용 트랜지스터(Q12), 및 샘플 타이밍 생성/스위치 구동 회로(131)를 부가하고 있다. 이 경우의 샘플 타이밍 생성/스위치 구동 회로(131)는, AND 게이트(132)를 통하여 입력되는 PWM 신호(구형파(矩形波) 신호)에 의거하여, 샘플 홀드 타이밍을 발생시키고, 이 샘플 홀드 타이밍으로, 샘플 홀드 스위치로서 기능하는 트랜지스터(Q12)의 온/오프 제어를 행한다. 이로써, DC-DC 컨버터에서는, 샘플 홀드 타이밍에 응하여고 저항(R42)에 의한 전압 강하를 검출하게 된다. 이 검출한 전압 강하 레벨에 응하여, 직류 전원(Vcc)으로서 공급하는 전력에 관한 정전류 제어를 행한다. 또한, 이 도면에서는, 예를 들면 온도 등을 검출하는 센서(142)의 검출 결과에 응하여, 제어부(CPU)(140)가 레벨 시프트 회로(141)를 제어함으로써, DC-DC 컨버터(120)가 정전류 제어를 위해 사용하는 기준 레벨(Lref)을 가변할 수 있도록 하고 있다. 이로써, 구동 전류(ILED)로서, 온도 변화에 대응한 적절한 정전류량을 얻을 수 있도록 되어 있다.

또한, 여기서는 도시하지 않은 드라이버로부터 공급되는 PWM 신호에 의해, PWM 신호 주기로 트랜지스터(Q11)의 온/오프 컨트롤을 행하여, 구동 전류(ILED)의 도통/비도통을 제어하도록 되어 있다. 이로써, PWM 신호의 1주기 내에서의 펄스 폭에 응하여, 단위 시간당의 구동 전류(ILED)의 도통 시간이 제어되게 된다. 즉, 발광 다이오드의 발광량을 제어할 수 있다. 또한, 이 도면에서는, PWM 신호와 온/오프 신호를 입력하는 AND 게이트(132)의 출력을 트랜지스터(Q11)의 게이트에 인가하는 것으로 하고 있다. 즉, 상기한 발광 다이오드의 광량 제어(및 정전류 제어)를, 온/오프 신호의 H레벨/L레벨의 전환에 의해, 온/오프 설정할 수 있도록 되어 있다. 이 온/오프 신호는, 예를 들면 제어부(140)가, 동작 상황 등에 응하여 H레벨/L레벨의 전환을 행하여 출력한다.

또한, 도 22에, 상기한 발광 다이오드의 광량 제어를 위한 제어 루프의 구성 을 도시하여 둔다. 또한, 이 도면에서 도 21과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

포토 센서(150)는, LED 직렬 회로(130)를 형성하는 발광 다이오드(DL)의 광량을 전류량으로서 검출하여 출력하고, 이 출력 전류를 I-V 앰프(151)에 대해 입력한다. I-V 앰프(151)는, 연산 증폭기(OP), 저항(R31), 콘덴서(C31), 저항(R32), 및 콘덴서(C32)를 도시한 바와 같이 하여 접속하여 형성되는 증폭기로서, 입력된 전류량을 전압치에 변환하도록 하여 동작한다. 이 I-V 앰프(151)로부터 출력된 아날로그의 전압치는, A/D 컨버터(152)에 의해 디지털 값으로 변환되어 검출 광량치의 정보로서 제어부(140)에 입력된다.

제어부(140)에서는, 예를 들면 불휘발성의 메모리(152)에 기억되어 있는 광량 제어 데이터를 참조하여, 입력된 검출 광량치에 대응하는 제어치를 취득하고, 이 제어치에 의해 드라이버(154)를 제어한다. 드라이버(154)는, 이 제어에 응하여, PWM 신호의 펄스 폭을 가변하여 트랜지스터(Q11)에 인가한다. 이로써, 적정 광량을 얻도록 하여, 발광 다이오드(DL)의 발광량이 가변 제어되게 된다. 이와 같은 광량 제어는, 예를 들면 적정한 백색광을 유지하기 위해 행하여진다. 즉, R(적), G(녹), B(청)의 각 색마다 대응하여 발광 다이오드의 발광량을 제어함으로써, 적정한 백색광을 얻을 수 있는 R(적), G(녹), B(청)의 각 색의 발광량이 밸런스를 취하는 것이다. 전술한 바와도 같이, 발광 다이오드의 발광 효율은 발광색에 응하여 다르기 때문에, 현재 상태로서는, 이와 같이 하여, 각 색마다 독립한 제어 루프에 의해 발광 다이오드의 광량 제어를 행하는 것이 적절하다고 되어 있다.

여기서, 상기 종래 장치는 예를 들면 일본국 특허공개공보 제2001-272938호, 및 일본국 실용신안공개공보 소63-64059호에 개시되어 있다.

상기 도 18 내지 도 22에 도시한 백라이트로서의 조명 장치의 구성은, 예를 들면, 매트릭스 방식에 준한 구동을 행하는 경우와 비교하면, 회로 규모를 억제하는 것은 가능하지만, 여전히, 회로 규모는 상응하여 큰 것으로 되지 않을 수 없다.

예를 들면, 도 20에 도시한 바와 같이 하여, 발광 다이오드를 구동하기 위한 전력을 공급하는데는 DC-DC 컨버터를 이용하여 직류에 의해 구동하는 것으로 하고 있다. 발광 다이오드를 조명으로서 사용하는 경우에는 전력도 상응하여 필요해지기 때문에, DC-DC 컨버터로서는, 예를 들면 발광 다이오드의 직렬 접속 회로에 응한 수를 마련하는 등으로, 안정된 발광 동작을 얻도록 하고 있다. 즉, 비교적 다수의 DC-DC 컨버터를 필요로 하는 것이고, 이로 인해 회로 규모의 축소를 곤란하게 하고 있다. DC-DC 컨버터는, 예를 들면 트랜스 등의 대형의 부품을 구비한다.

또한, 이와 같이 하여 DC-DC 컨버터를 다수 구비한 것에 의해서는, DC-DC 컨버터에 있어서의 종합적인 전력 손실도 그 만큼 증가하게 되어, 소비 전력의 점에서도 불리하게 된다.

또한, 도 21 및 도 22에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드의 광량 제어 및 정전류 제어 등을 행하기 위한 제어 회로계에 관해서도, 발광 다이오드의 직렬 접속 회로마다 마련할 필요가 있고, 이것도, 회로 규모의 축소를 저해하는 요인으로 되어 있다.

이와 같이 하여, 현재의 상태에 있어서도, 발광 다이오드를 조명의 발광원으로서 사용한 장치에 관한 회로 규모의 축소는 어떤 레벨에서 머무르고 있고, 보다 간이하며 소규모의 구성으로 할 것이 요구되어 있다고 말할 수 있다.

그래서 본 발명은 상기한 과제를 고려하여, 조명 장치로서, 교류를 입력하여 정류를 행하는 브리지 정류 회로를 구비하도록 한다. 그리고, 이 브리지 정류 회로는, 적어도 소정의 복수의 발광 다이오드 소자를 직렬 접속하여 형성되는 단위 직렬 회로를 브리지 접속하여 형성하는 것으로 하였다.

또한, 화상 표시 장치로서 다음과 같게 구성한 것으로 하였다.

본 발명의 화상 표시 장치는, 광원으로서의 광을 입사하여 화상 표시를 행하기 위해 광원으로서의 광을 출사하는 광원부를 구비하고, 이 광원부에 관해, 교류를 입력하여 정류를 행하는 브리지 정류 회로를 마련한다. 그리고, 이 브리지 정류 회로에 관해, 소요되는 복수의 발광 다이오드 소자를 직렬 접속하여 형성되는 단위 직렬 회로를 브리지 접속하여 형성하는 것으로 하였다.

상기 각 구성에서는, 브리지 정류 회로로서, 복수의 발광 다이오드 소자를 직렬 접속한 단위 직렬 회로를 브리지 접속한 것을 구비한다. 이와 같이 하여 형성되는 브리지 정류 회로는, 단위 직렬 회로를 형성하는 발광 다이오드 소자의 수에도 따르지만, 상응하게 다수의 발광 다이오드 소자를 구비하게 된다. 그리고, 이 브리지 정류 회로에 교류를 입력하면, 그 정류 동작의 결과로서 흐르는 정류 전류가 발광 다이오드 소자의 구동 전류로 되고, 이들의 발광 다이오드 소자를 발광시키게 된다.

즉, 본 발명에서는, 교류를 입력하여 비교적 다수의 발광 다이오드 소자를 발광 구동하는 것이 가능하게 되어 있다. 이것은, 예를 들면 발광 다이오드 소자를 구동함에 있어서, 종래와 같이 하여, 발광 다이오드 소자의 직렬 접속 회로마다 DC-DC 컨버터를 마련할 필요가 없다는 것에 연결된다.

이와 같이 하여, 본 발명은, 발광 다이오드 소자를 조명(광원부)으로서 사용한 장치에 관해, 발광 구동을 위한 구성을 대폭적으로 축소할 수 있다. 이로써, 장치의 소형 경량화, 저비용화, 및 저소비 전력화 등의 메리트를 얻을 수 있게 된다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 의해, 본 발명의 실시의 형태의 전제가 되는 구성에 관해 설명하여 두기로 한다.

도 1(a) (b)에는, 브리지 정류 회로(Di)가 도시되어 있다. 이 브리지 정류 회로(Di)는, 도시한 바와 같이 하여, 4개의 정류 소자인 정류 다이오드(D1, D2, D3, D4)와 이른바 브리지 접속하여 형성된다.

이 브리지 정류 회로(Di)에 있어서, 정류 다이오드(D1)의 애노드와 정류 다이오드(D4)의 캐소드의 접속점은 정극 입력 단자로 되고, 상용 교류 전원(AC)의 정극 라인과 접속된다. 또한, 정류 다이오드(D2)의 애노드와 정류 다이오드(D3)의 캐소드의 접속점은 부극 입력 단자로 되고, 상용 교류 전원(AC)의 부극 라인과 접속된다. 상용 교류 전원(AC)은, 예를 들면 실제로는, 도시한 바와 같이 하여, AC 플러그(PLG)를 콘센트에 꽂음으로써 공급된다.

또한, 정류 다이오드(D1)의 캐소드와 정류 다이오드(D2)의 캐소드의 접속점 은 정극 출력 단자로 되고, 정류 다이오드(D3)의 애노드와 정류 다이오드(D2)의 애노드의 접속점은 부극 출력 단자로 된다.

도 1(a)에는, 상용 교류 전원(AC)이 정극성으로 되는 반파의 기간에서의 정류 전류(Irt)의 경로가 도시되어 있다. 상용 교류 전원(AC)이 정극성인 때의 정류 전류(Irt)는, 도시한 바와 같이 하여, 정류 다이오드(D1, D3)를 도통하는 경로에 의해 흐른다.

도 1(b)에는, 상용 교류 전원(AC)이 부극성으로 되는 반파의 기간에서의 정류 전류(Irt)의 경로가 도시되어 있다. 이 때의 정류 전류(Irt)는, 정류 다이오드(D2, D4)를 도통하는 경로에 의해 흐른다.

도 2에는, 상기 도 1에 도시한 브리지 정류 회로(Di)의 동작 파형으로서, 교류 전압(VAC)과, 정류 전압(Vrt)을 도시하고 있다. 교류 전압(VAC)은, 상용 교류 전원(AC)으로부터 공급됨으로써, 예를 들면 도시한 바와 같이 하여, 기간(t1)으로서 나타내는 반주기에서 정극성으로 되고, 기간(t2)으로서 나타내는 반주기에서 부극성으로 반전하는 정현파형으로 된다.

정류 전압(Vrt)은, 브리지 정류 회로(Di)의 정류 동작에 의해 얻어지는 정극 출력 단자의 전위(어스 전위)(V1)와, 부극 출력 단자의 전위(어스 전위)(V2) 사이의 전위차(V1-V2)에 의한 파고를 갖는 맥류의 파형으로 된다.

상기한 바와 같이 하여, 전위(V1, V2)의 차분(差分)으로서의 레벨(파고치)을 갖는 정류 전압(Vrt)은, 상용 교류 전원(AC)이 정/부의 각 기간에서, 각각 2개의 정류 다이오드를 도통한다. 이 때문에, 정류 전압(Vrt)은, 교류 전압(VAC)의 레벨( 파고치)에 대해, 이들 2개의 정류 다이오드에 의한 전압 강하분을 공제한 레벨(파고치)로 된다. 예를 들면, 1개의 정류 다이오드의 전압 강하가 0.3V라고 하면, 정류 전압(Vrt)은, 교류 전압(VAC)에 대해 0.6V(=0.3V×2) 낮은 레벨인 것으로 된다.

일반적으로는, 도 1에 도시한 브리지 정류 회로(Di)는, 도 3에 도시한 바와 같이 하여, 정극 출력 단자와 부극 출력 단자 사이에 콘덴서(Co)를 접속하도록 된다. 이로써, 맥류로서의 정류 전압(Vrt)을 콘덴서(Co)에 의해 평활하여 직류화하고, 부하(RL)에 전력으로서 공급하도록 된다.

본 실시의 형태는, 발광 다이오드를 발광원으로서 사용하는 조명(광원) 장치로 된다.

본 실시의 형태의 조명 장치로서의 기본 구성을 도 4에 도시한다.

이 도면에 도시한 바와 같이 하여, 본 실시의 형태의 기본 구성은, 하나의 LED 구동 유닛(1)으로서 구성되는 것으로 된다. 이 LED 구동 유닛(1)은, 우선, 소정 수의 발광 다이오드를 동극성에 의해 직렬 접속한 다이오드 직렬 회로(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)를 구비한다. 개개의 다이오드 직렬 회로(20)이, 종래에 있어서의 하나의 발광 다이오드의 직렬 접속 회로(130)에 대응한다. 그리고, 이들 4개의 다이오드 직렬 회로(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)를 도시한 바와 같이 하여 브리지 접속함으로써, 전체로서는 하나의 브리지 정류 회로를 형성하도록 된다. 본 실시의 형태에서는, 이 브리지 정류 회로에 관해 LED 브리지 회로(10)라고 말하기로 한다.

이 LED 브리지 회로(10)로서는, 다이오드 직렬 회로(20-1)의 애노드측 단부와, 다이오드 직렬 회로(20-4)의 캐소드측 단부의 접속점이 정극 입력 단자로 되 고, 다이오드 직렬 회로(20-2)의 애노드측 단부와, 다이오드 직렬 회로(20-3)의 캐소드측 단부의 접속점이 부극 입력 단자로 된다. 또한, 다이오드 직렬 회로(20-1, 20-2)의 각 캐소드측 단부가 정극 출력 단자로 되고, 다이오드 직렬 회로(20-3, 20-4)의 각 애노드측 단부가 부극 출력 단자로 된다.

그리고, 도 1에 도시한 브리지 정류 회로(Di)와 마찬가지로 하여, LED 브리지 회로(10)의 정극 입력 단자와 부극 입력 단자에 대해, 각각 상용 교류 전원(AC)의 정극 라인과 부극 라인을 접속하고, 정극 출력 단자와 부극 출력 단자 사이에 대해 부하 저항(RL)를 삽입하도록 하여 LED 구동 유닛(1)을 형성한다.

이와 같이 하여 형성되는 LED 구동 유닛(1)의 동작을, 도 5에 의해 설명한다. 도 5(a) (b)는, 각각, 상용 교류 전원(AC)이 정극성/부극성으로 되는 각 반파의 기간에 얻어지는 동작에 대응하는, LED 구동 유닛(1)에 관한 등가 회로도이다.

상용 교류 전원(AC)이 정극성으로 되는 반파의 기간에는, 도 5(a)에 도시한 바와 같이 하여, 다이오드 직렬 회로(20-1)→부하 저항(RL)→다이오드 직렬 회로(20-3)의 경로로 정류 전류(Irt)가 흐르게 된다. 즉, 이 때에는, 다이오드 직렬 회로(20-1, 20-3)을 형성하는 발광 다이오드(DL)에 정류 전류(Irt)가 흐른다. 이로써, 다이오드 직렬 회로(20-1, 20-3)을 형성하는 모든 발광 다이오드(DL)가 발광하게 된다.

또한, 상용 교류 전원(AC)이 부극성으로 되는 반파의 기간에는, 도 5(b)에 도시한 바와 같이 하여, 정류 전류(Irt)는, 다이오드 직렬 회로(20-2)→부하 저항(RL)→다이오드 직렬 회로(20-4)의 경로로 흐르고, 다이오드 직렬 회로(20-2, 20- 4)를 형성하는 모든 발광 다이오드(DL)를 발광시킨다. 즉, 본 실시의 형태에서는, 정류 전류(Irt)가, 발광 다이오드(DL)를 발광 구동시키는 구동 전류로 된다.

본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)에서는, LED 브리지 회로(10)의 정류 전압(Vrt)은, 부하 저항(RL)의 양단 전압으로서 얻어진다. 본 실시의 형태에서의 정류 전압(Vrt)으로서도, 도 1 및 도 2에 의한 설명에 따라, 정극 출력 단자의 전위(V1)와 부극 출력 단자간의 전위(V2)의 차분에 의한 레벨을 얻을 수 있게 된다.

단, 본 실시의 형태에서는, 정류 전류(Irt)가 흐르는 경로에, 복수의 발광 다이오드(DL)가 삽입되어 있기 때문에, 전위(V1)와 전위(V2)의 차분이 되는 정류 전압(Vrt)의 레벨으로서는, 교류 전압(VAC)에 대해, 이들의 발광 다이오드의 전압 강하분을 공제한 것으로 된다.

구체예로서, 하나의 다이오드 직렬 회로(20)을 형성하는 발광 다이오드(DL)의 수가 15라고 한다. 또한, 하나의 발광 다이오드(DL)의 전압 강하(Vf)=3.3V라고 한다. 그러면, 상용 교류 전원(AC)이 정/부의 각 기간에서, 각각 30(=15×2)의 발광 다이오드에 정류 전류(Irt)가 흐르게 되기 때문에, 상용 교류 전원(AC)이 정/부의 각 기간에서 발광 다이오드가 도통함에 의해 생기는 종합적인 전압 강하 레벨은, 3.3V×30=99V라는 것으로 된다.

따라서, 예를 들면 상용 교류 전원(AC)으로부터 공급되는 교류 전압(VAC)의 피크 레벨이 141Vpeak라고 하면, 정류 전압(Vrt)은, 141-99=42Vpeak인 것으로 된다. 이 정류 전압(Vrt)이 저항(RL)의 양단 전압으로 된다.

도 6은, 정류 전압(Vrt)의 파형을 기초로 하여, 그 파형의 면적으로 의해 전 력량을 나타내고 있다.

상기한 것에 의거하면, LED 브리지 회로(10)에 의한 정류 동작에 의해, 도 6의 파형에서 해칭이 그어진 부분의 면적(P)에 상당하는 전력을 발광 다이오드(DL)군에 의해 소비하고, 남은 흰색으로 된 부분의 면적(Q)에 상당하는 전력을 부하 저항(RL)에 의해 소비하고 있다고 말할 수 있다.

상기 도 4 내지 도 6에 의해 설명한, 본 실시의 형태로서의 LED 구동 유닛(1)의 구성에 의하면, 예를 들면 상용 교류 전원(AC)을 직접적으로 입력하여, 발광 다이오드(DL)를 발광 구동하는 것이 가능해진다. 즉, 교류를 직접적으로 인가하도록 하여 발광 구동시키고 있다. 이것은, 발광 다이오드(DL)의 발광 구동을 위해, 예를 들면 도 20에 도시한 DC-DC 컨버터는 불필요하게 할 수 있음을 의미하고 있다. 또한, 다이오드 직렬 회로(20)는, 종래의 하나의 LED 직렬 회로(130)에 상당하는 것이기 때문에, LED 브리지 회로(10)로서는, 단순하게는, 종래의 4개분의 LED 직렬 회로(13)에 상당하는 발광 다이오드(DL)의 발광 구동을 조달할 수 있는 것으로 생각할 수 있다.

이로써, 본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)을 조명(광원)으로서 이용하는 장치에서는, 종래와 비교하여 대폭적으로 회로 규모를 축소하는 것이 가능해진다. 또한, 이에 수반하는 비용 저감이나, 소비 전력의 저감 등도 도모되게 된다.

단, 상용 교류 전원(AC)은 예를 들면 50Hz 정도로, 교류로서 상당히 낮은 주파수이다. 이 때문에, 도 4에도 도시한 바와 같이, 교류로서 상용 교류 전원(AC)을 입력한 경우에는, 그 주기에 응한 비교적 느린 타이밍으로 발광 다이오드(DL)의 발 광/비발광이 반복된다. 이 때문에, 발광 다이오드(DL)의 발광을 개별적으로 본 경우에는, 인간의 시각으로서는 정상적으로 발광하고 있는 것으로는 보이지 않고, 주기적으로 어른거려 보이게 된다. 예를 들면 LCD의 백라이트 등의 조명(광원) 장치로서는, 정상적으로 광이 출사될 필요가 있다.

그러나, 이와 같은 어른거림은, 예를 들면, 상용 교류 전원(AC)이 정의 기간에 발광하는 발광 다이오드(DL)와, 부의 기간에 발광하는 발광 다이오드(DL)를 인접시키도록 하여 배치시키는 등, 발광 다이오드(DL)의 배치의 양태에 의해 문제가 없을 정도로 해소되는 것이 확인되어 있다. 또한, 발광을 유지할 수 있는 형광체 소재 등과 발광 다이오드(DL)를 조합시킴으로서도 해소할 수 있다.

본 실시의 형태로서의 기본 구성은, 상기 도 4 내지 도 6에 의해 설명한 것으로 된다. 그러나, 실제적인 것으로서, 도 4에 도시한 그대로의 회로 구성의 형태로서 실용화하는 것은 현재 상태로서는 어렵다. 이 이유에 관해, 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은, 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)에 관해, 설명의 편의상, LED 브리지 회로(10)를 형성하는 다이오드 직렬 회로(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)와 부하 저항(RL)과의 접속 관계를, 도 5의 회로 패턴을 모방하여 도시하고 있다. 또한, 여기서의 예로서, 하나의 다이오드 직렬 회로(20)는, 발광 다이오드(DL0 내지 DL33)까지의 34개를 직렬 접속하여 형성되어 있는 것으로 하고 있다.

우선, 7(a)에 도시한 바와 같이 하여, 교류 전압(VAC)(상용 교류 전원(AC))이 정극성의 기간에서는, 정류 전류(Irt)는, 다이오드 직렬 회로(20-1)→부하 저항 (RL)→다이오드 직렬 회로(20-3)의 경로로 흐르고, 다이오드 직렬 회로(20-2, 20-4)에는 흐르지 않는다. 그러나, 실제로는, 상기한 경로로 정류 전류(Irt)가 흐르는 것에 수반하여, 다른쪽의 다이오드 직렬 회로(20-4, 20-2)에서 직렬 접속되어 있는 발광 다이오드(DL)에는, 그 극성에 대해 역방향의 리크 전류(I LEAK)가 흐른다. 즉, 리크 전류(I LEAK)가 흐르는 다이오드 직렬 회로(20-2)→부하 저항(RL)→다이오드 직렬 회로(20-4)의 경로가 형성되어 있다.

발광 다이오드의 리크 전류량은 비교적 크고, 또한, 소자마다의 편차의 정도도 크다. 이 때문에, 다이오드 직렬 회로(20)을 형성하는 발광 다이오드(DL)에 인가되는 전압의 분압은, 상기한 리크 전류량의 편차에 응하여 부정(不定)으로 된다. 이 때의 발광 다이오드(DL)로서는, 리크 전류가 적은 것일스록 큰 저항치를 갖고 있는 것과 등가로 된다. 즉, 리크 전류가 적은 발광 다이오드(DL)일수록, 리크 전류에 의해 인가되는 전압은 커진다.

도 7(a)에 도시한 다이오드 직렬 회로(20-4)를 형성하는 발광 다이오드(DL0 내지 DL33)에 관해, 도 7(b)에서는, 그 리크 전류량에 응한 저항(Rd0 내지 Rd33)으로서 등가적으로 도시한다. 여기서는, 예를 들면 리크 전류(I LEAK)가 다이오드 직렬 회로(20-4)에 흐르고 있다고 하여, 저항(Rd0)의 저항치가, 다른 저항(Rd1 내지 Rd33)의 합계보다도 크다고 한다. 즉, 실제로서는, 발광 다이오드(DL0 내지 DL33)중에서, 발광 다이오드(DL0)에 흐르은 리크 전류(I LEAK)의 량이, 다른 발광 다이오드(DL1 내지 DL33) 보다도 현저하게 작은 경우이다. 이 경우에는, 예를 들면 저항(Rd0)의 양단 전압(Vd0)이, 다른 저항(Rd1 내지 Rd33)의 직렬 접속의 양단 전압 (Vd1 내지 d33)보다도 커진다. 이와 같은 상태의 실제로서, 발광 다이오드(DL0 내지 DL33)중, 발광 다이오드(DL1 내지 DL33)에 관해서는 내압(耐壓) 이하의 역방향 전압이 걸려 있다고 말하는 상태가 현실로 생길 수 있다. 발광 다이오드(DL0)에는 내압을 초과하는 역방향 전압이 걸려 있는 것으로 한다. 이 경우에는, 발광 다이오드(DL0)가 내압 오버로 되어 파괴되게 된다.

여기까지의 설명으로 부터 알 수 있는 바와 같이, 발광 다이오드의 내압이 낮은 것이 이유로, 도 4에 도시한 채의 구성을 조명으로서 사용하기는 어렵다. 그러나, 상기 도7(b)의 설명에 의거하면, 예를 들면 다이오드 직렬 회로(20)에 있어서, 리크 전류에 대해 매우 저항치가 큰 소자가 존재하는 경우, 다른 소자에 걸리는 역방향 전압은 매우 작아진다고 말할 수 있다. 이것으로부터, 리크 전류에 대해 저항치가 큰 소자를 직렬 회로에 포함하도록 하여 다이오드 직렬 회로(20)를 형성하면, 이 저항치가 큰 소자에 의해 얻어지는 대폭적인 전압 강하에 의해, 나머지 발광 다이오드(DL)에 관해서는 내압 이하의 역방향 전압의 인가 상태를 안정적으로 얻는 것이 가능하다는 것으로 된다.

이것에 의거하여, 본 실시의 형태의 실제로서는, 도 8에 도시한 바와 같이 하여, LED 구동 유닛(1)을 구성하다. 또한, 이 도면에 있어서, 도 4와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 8에 도시한 바와 같이 하여, 본 실시의 형태의 실제로서는, 다이오드 직렬 회로(20)의 각각에 대해, 적어도 하나의 정류용 다이오드(D0)를 직렬 회로에 포함하도록 하여 형성한다. 여기서는, 다이오드 직렬 회로(20-1)에서는, 직렬 접속된 발광 다이오드(DL)군의 애노드측의 단부에 대해, 하나의 정류용 다이오드(D0)를 동극성에 의해 직렬로 접속하고 있다. 다이오드 직렬 회로(20-2)도 마찬가지로 하여, 직렬 접속되는 발광 다이오드(DL)군의 애노드측의 단부에 대해, 하나의 정류용 다이오드(D0)를 동극성에 의해 직렬로 접속하고 있다.

이에 대해, 다이오드 직렬 회로(20-3, 20-4)에서는, 직렬 접속된 발광 다이오드(DL)군의 캐소드측의 단부에 대해, 하나의 정류용 다이오드(D0)를 동극성에 의해 직렬로 접속하고 있다.

즉, 본 실시의 형태에서는, 다이오드 직렬 회로(20)에서, 하나의 정류용 다이오드(D0)를, 정극 입력 단자 또는 부극 입력 단자와 접속되는 위치에 삽입하는 것으로 하고 있다.

이들 정류용 다이오드(D0)는, 본래가 정류 용도이고 발광하지 않는다. 또한, 일반적인 것이지만, 정류 용도의 다이오드는, 발광 다이오드와 비교하여 매우 높은 내압 특성을 갖는다. 또한, 역방향으로 흐르는 리크 전류량도 매우 적다.

상기한 성질의 정류용 다이오드(D0)가 삽입되는 결과, 도 7의 설명으로부터 이해되는 바와같이, 다이오드 직렬 회로(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)의 각각에서, 리크 전류(I LEAK)가 역방향에 흐름에 의해 생기는 역방향 전압(Vd)은, 정류용 다이오드(D0)에서 현저하게 커진다. 그리고, 이와 같이 하여, 정류용 다이오드(D0)에 의한 역방향 전압의 현저한 전압 강하가 생김으로써, 나머지 발광 다이오드(DL)의 개개에 인가되는 역방향 전압으로서는, 내압 이하로 되는 것이 보증될 정도로 충분히 저감된다.

즉, 상용 교류 전원(AC)을 그대로 투입하였다고 하여도, 발광 다이오드가 내압 오버로 되어 파괴되는 일이 없게 되어, 충분히 실용적인 LED 구동 유닛(1)을 얻을 수 있는 것이다.

또한, LED 브리지 회로(10)에서 구비되는 발광 다이오드(DL)의 수에 관해서는 구동 전력으로서 입력되는 교류(예를 들면 상용 교류 전원(AC))의 레벨과, 발광 다이오드(DL)의 종합적인 전압 강하와, 부하 저항과의 균형에 의해 정해지는 최대 수의 범위 내라면, 임의로 설정되어도 좋다. 덧붙여서, 효율을 중시하는 것이라면, 부하 저항(RL)은 가능한 한 작게 하고, 그 만큼, 가능한 한의 발광 다이오드(DL)를 다이오드 직렬 회로(20-1 내지 20-4)의 각각에 구비하게 된다.

또한, 기본적으로는, 발광 다이오드(DL) 및 정류용 다이오드(D0)의 수는, 다이오드 직렬 회로(20-1 내지 20-4)의 각각에서 동수로 되면 좋지만, 경우에 따라서는, 다이오드 직렬 회로(20-1 내지 20-4)의 사이에서, 다른 개수를 구비하도록 하여 형성하여도 상관없다.

상기 도 8에 도시한 구성의 LED 구동 유닛(1)을 기초로 하여, R, G, B의 발광 다이오드를 사용하여 백색광을 얻기 위한 조명(광원) 장치로서의 기본 구조예에 관해, 도 9에 도시한다.

이 도면에서는, 적색(R) 대응의 LED 구동 유닛(1-R), 녹색(G) 대응의 LED 구동 유닛(1-G), 청색(B) 대응의 LED 구동 유닛(1-B)이 하나씩 도시되어 있다. 이들 LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)의 기본 구성은, 도 8에 도시한 LED 구동 유닛(1)과 마찬가지이다. 따라서, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)의 어느 것에서도, 다이오드 직렬 회로(20-1 내지 20-4)에는, 각각, 정류용의 다이오드(D0)가 포함되어 있다.

단, LED 구동 유닛(1-R)은, 다이오드 직렬 회로(20-1 내지 20-4)의 각각에 있어서 직렬 접속되는 발광 다이오드로서는, 적색(R)의 발광 다이오드(DL-R)만을 구비한다. 마찬가지로 하여, LED 구동 유닛(1-G)은, 녹색(R)의 발광 다이오드(DL-G)만을 구비하고, LED 구동 유닛(1-B)은, 청색(B)의 발광 다이오드(DL-B)만을 구비한다. 또한, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)가 각각 구비한 부하 저항은, 여기서는 가변 부하 저항(RLV)으로 되어 있다.

그리고, 이와 같이 하여 형성되는 LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)을, 상용 교류 전원(AC)에 대해 병렬로 접속한다. 즉, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)에 있어서의 LED 브리지 회로(10)의 정극 입력 단자와 부극 입력 단자에 대해, 상용 교류 전원(AC)의 정극 라인과 부극 라인을 각각 접속한다.

이와 같은 구성에 의하면, LED 구동 유닛(1-R)은, 상용 교류 전원(AC)을 입력하여 LED 브리지 회로(10)에서 정류 동작을 행하고, 이로써, LED 브리지 회로(10)를 형성하고 있는 적색의 발광 다이오드(DL-R)가 발광 구동된다. 동시에, LED 구동 유닛(1-G)에서도 LED 브리지 회로(10)에서 정류 동작이 행하여짐으로써, LED 브리지 회로(10)를 형성하고 있는 녹색의 발광 다이오드(DL-G)가 발광 구동된다. 또한, LED 구동 유닛(1-B)에서도, 마찬가지로 하여 LED 브리지 회로(10)를 형성하고 있는 녹색의 발광 다이오드(DL-B)가 발광 구동된다.

이와 같이 하여, R, G, B의 각 색에 대응하는 발광 다이오드(DL)가 동시적으로 발광 구동됨으로써, R, G, B의 광이 가색 혼합되어 백색광을 얻을 수 있게 된 다.

게다가, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)에서는, 상기한 바와 같이, 부하 저항으로서 가변 부하 저항(RLV)이 삽입되어 있다. 이 가변 부하 저항(RLV)을 가변(정류 전압(Vrt)을 가변)함으로써, LED 브리지 회로(10)에 있어서의 발광 다이오드(DL)의 발광 광량이 가변된다. 즉, 가변 부하 저항(RLV)을 작게 하여 가면, LED 브리지 회로(10)에 흐르는 정류 전류(즉, 발광 다이오드(DL)의 구동 전류이다)는 증가하고, 발광 다이오드(DL)의 발광 광량도 증가한다. 가변 부하 저항(RLV)을 크게 하여 가면, LED 브리지 회로(10)에 흐르는 정류 전류가 감소하고, 발광 다이오드(DL)의 발광 광량도 감소한다.

도 9의 구성에서는, 이와 같은 발광 다이오드(DL)의 발광 광량의 조정은, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)마다 독립하여 행하여지게 된다. 즉, 발광 다이오드(DL)의 발광 광량을 R, G, B 각 색마다 독립하여 조정 가능하게 되어 있다. 이것은, 백색광의 색조 등의 조정에 있어서, 이 백색광을 형성하는 R, G, B의 각 색광마다 광량 조절이 가능한 것을 의미한다. 백색광의 색조 등의 조정에는, R, G, B마다 광량 조절하는 것이 효율적이다. 본 실시의 형태로서도, 이것을 고려하여, 상기한 바와 같이 하여, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)마다 부하 저항을 가변 저항으로서 기능시킴으로써, R, G, B 각 색마다 독립한 광량 조절을 할 수 있도록 하고 있다.

또한, 도 9에 도시한 구성은, 어디까지나 R, G, B의 발광 다이오드를 사용하여 백색광을 얻기 위한 본 실시의 형태의 조명(광원) 장치로서, 최소 단위가 되는 기본 구성이다. 예를 들면, 실제로 조명(광원) 장치로서 사용하는데 필요하게 되는 R, G, B의 발광 다이오드 수를, 1조(組)의 LED 구동 유닛(1)에 의해 조달할 수 없는 경우에는, 예를 들면, 도 9에 도시한 구성을 기본으로 하여, 필요에 응하여, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)의 각각을, 적절히 추가하여 가도록 하여 구성하여도 좋다. 이 경우에 추가하는 LED 구동 유닛(1)에 관해서도, 도 9와 마찬가지의 접속 양태에 의해, 상용 교류 전원(AC)의 정극 라인과 부극 라인에 대해, 각각, LED 브리지 회로(10)의 정극 입력 단자와 부극 입력 단자를 접속하도록 하여 마련하면 좋다.

또한, 조명(광원) 장치로서 구비하는 LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)마다의 수는, 반드시 동수일 필요는 없다. 예를 들면, R, G, B마다의 발광 효율의 차이 등에 응하여, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B) 사이에서, 다른 유닛 수로 되어도 상관없다. 또한, 복수의 LED 구동 유닛(1) 사이에서, LED 브리지 회로(10)가 구비하는 발광 다이오드(DL)및 정류용 다이오드(D0)의 수가 다르도록 하여 구성되어도 상관없다.

도 10은, 상기 도 9에 있어서 광량 조절을 위해 부하 저항을 가변하는 것으로 한 기술 개념에 관해, 보다 실제적인 구성을 도시하고 있다. 또한, 도 10에서, 도 4, 도 8, 도 9 등과 동일하게 되는 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

이 도면에서는, 설명의 편의상, 상용 교류 전원(AC)에 대해 하나의 LED 구동 유닛(1)을 접속한 회로도가 도시되어 있다. 또한, 실제로는, 이 도면에 도시한 구 성의 LED 구동 유닛(1)이, 도 9에 도시한 바와 같이 하여 R, G, B마다 대응하여 마련되는 구성으로 되어 있어서도 좋다.

도 10에 도시된 LED 구동 유닛(1)에서는, 구동 전류 제어 회로(3)를 구비하고 있다.

이 구동 전류 제어 회로(3)는, 4개의 통상의 정류 다이오드를 브리지 접속한 브리지 정류 회로(Di)를 구비한다. 이 브리지 정류 회로(Di)의 정극 입력 단자와 부극 입력 단자는, 상용 교류 전원(AC)의 정극 라인과 부극 라인에 대해 각각 접속된다. 또한, 브리지 정류 회로(Di)의 정극 출력 단자는 저항(R21)-콘덴서(C1)를 통하여, LED 브리지 회로(10)의 부극 입력 단자와 접속된다. 브리지 정류 회로(Di)의 부극 출력 단자는 저항(R20)을 통하여, LED 브리지 회로(10)의 부극 입력 단자와 접속된다. 이와 같이 하여 접속되어 있음으로써, 브리지 정류 회로(Di)는, 상용 교류 전원(AC)을 입력하여 정류하도록 된다. 이 정류 출력이 콘덴서(C1)에서 평활되고, 콘덴서(C1)의 양단 전압으로서, 직류 전원(Vcc)을 얻을 수 있다. 이 경우의 직류 전원(Vcc)은, 상용 교류 전원(AC)의 레벨부터, 저항(R20, R21)에 의한 전압 강하를 공제한 레벨로 된다. 이 직류 전원(Vcc)은, 연산 증폭기(2)의 정극 전원에 접속된다. 연산 증폭기(2)의 부극 전원은, LED 브리지 회로(10)의 부극 출력 단자(어스 전위)와 접속된다.

연산 증폭기(2)의 반전 입력 단자에는, 광량 정보로서의 전압치를 저항(R22, R23)에 의해 분압한 전압치가 입력되다. 또한, 광량 정보는, 같은 LED 구동 유닛(1)이 구비하는 발광 다이오드(DL)의 발광 광량을 검출하도록 하여 마련된 포토 센 서 등으로부터 얻을 수 있다. 연산 증폭기(2)의 비반전 입력 단자에는 기준 전압(Vref)이 입력된다. 이 경우, 저항(R23)에 대해서는, 구동 전류 제어 회로(3)의 감도 조정을 위한 시정수 콘덴서(C21)가 병렬로 접속되어 있다.

연산 증폭기(2)의 출력은, 저항(RL)과, LED 브리지 회로(10)의 부극 출력 단자와의 사이에 삽입되도록 하여 마련되는 트랜지스터(Q1)의 게이트에 접속된다.

이와 같이 하여 형성되는 구동 전류 제어 회로(3)에서는, 연산 증폭기(2)에 의해 광량 정보로서의 전압치와 기준치(Vref)를 비교하고, 그 차에 응한 전압 레벨을 트랜지스터(Q1)의 게이트에 인가한다. 트랜지스터(Q1)는, 이 게이트 전압의 인가에 응하여, 드레인-소스 사이에 흐르는 전류량을 가변한다. 즉, LED 브리지 회로(10)에 흐르는 정류 전류(Irt)(발광 다이오드(DL)의 구동 전류)의 레벨을 가변한다. 즉, 도 9에서 부하 저항의 저항치(RLV)를 가변하고 있는 것과 등가의 제어를 행하고 있는 것이고, 이로써, 발광 다이오드(DL)의 발광 광량이 가변 제어되게 된다.

이와 같은 제어 루프의 구성에 있어서, 연산 증폭기(2)가 입력하는 기준 전압(Vref)에 관해, 같은 LED 구동 유닛(1) 내의 발광 다이오드(DL)에 관해 미리 설정한 소요되는 발광 광량에 응한 값을 설정함으로써, 구동 전류 제어 회로(3)의 동작에 의해, 상기 소요되는 발광 광량이 되도록 하여 발광 다이오드(DL)의 발광 광량이 제어되게 된다. 예를 들면, 도 9에 도시한 LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)에 관해, 각각을 도 10에 도시한 구성으로 한 다음, 필요하게 되는 백색광을 얻기 위해 구한 R, G, B 각 색의 발광 광량에 응하여, 각 LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)에 있어서의 연산 증폭기(2)의 기준 전압(Vref)을 설정하면, 항상 최적의 백색광이 되도록 하여, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)마다 발광 다이오드(DL-R, DL-G, DL-B)의 광량 제어가 행하여지게 된다.

그런데, 교류 전력의 가변 제어로서, 이른바 도통각(導通角) 제어, 또는 위상 제어라고 말하여지는 제어 방식이 알려져 있다. 이 도통각 제어를 위한 구성에 관해, 도 11을 참조하여 설명한다.

이 도 11에서는, 도통각 제어를 행하는 회로부로서 도통각 제어 회로(4)를 도시하고 있다. 또한, 여기서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 교류 전력이 공급되는 부하로서 백열 전구를 사용한 경우를 예에 들기로 한다. 주지하는 바와 같이 하여, 도통각 제어에 의한 교류 전력 제어는, 백열 전구 이외에도, 저항성의 부하 전반에 관해 유효하다.

이 경우의 도통각 제어 회로(4)는, 상용 교류 전원(AC)의 한쪽의 극(여기서는 정극으로 한다)의 라인에 대해 AC 콘센트(4a)를 삽입하고 있다. 이 AC 콘센트(4a)에 대해, 예를 들면 백열 전구(30)의 필라멘트와 접속되어 있는 AC 플러그를 꽂음으로써, 백열 전구(30)의 필라멘트가, 부하로서 상용 교류 전원(AC)의 라인에 삽입되는 상태로 된다.

이 AC 콘센트(4a)(부하)를 통한 상용 교류 전원(AC)의 정극 라인과, 상용 교류 전원(AC)의 부극 라인과의 사이에는, 가변 저항(VR)과 시정수 콘덴서(Ct)의 직렬 회로를 접속한다. 또한, 가변 저항(VR)과 시정수 콘덴서(Ct)의 접속점에 대해서는, 트리거 다이오드(Dtg)를 통하여, 트라이액(TRC)의 게이트(G)와 접속한다. 트라 이액(TRC)의 단자(T1)는, 상용 교류 전원(AC)의 부극 라인과 접속한다. 또한, 단자(T2)는, AC 콘센트(4a)(부하)를 통하여 상용 교류 전원(AC)의 정극 라인과 접속한다.

트라이액(TRC)은, 게이트(G)에 대해 정극 또는 부극의 트리거 펄스(ptg)가 인가되면, 단자(T1-T2) 사이를 오프로부터 온의 상태로 턴온 시킨다. 단자(T1-T2) 사이가 온으로 되면, 상용 교류 전원(AC)이, AC 콘센트(4a)에 접속된 부하(백열 전구(30)의 필라멘트)에 공급되게 된다.

이 때, 트라이액(TRC)의 단자(T1-T2) 사이에 인가되는 것은 상용 교류 전원(AC), 즉 교류이다. 교류는, 1주기에 있어서의 0°, 180°, 360°에서 0 크로스 하는데, 이 크로스의 상태에 응하여 단자(T1-T2) 사이의 전압차가 0으로 되면, 지금까지 온 상태에 있던 트라이액(TRC)은 턴오프 하여, 이후는 게이트(G)에 대해 트리거 펄스(ptg)가 인가될 때까지 오프 상태를 유지한다.

이 경우, 트리거 펄스는 트리거 다이오드(Dtg)에 의해 출력한다.

트리거 다이오드(Dtg)는, 주지하는 바와 같이 하여, 그 품종에 응하여 정해지는 브레이크 오버 전압 이상의 전위차가 단자 사이에 인가되면, 펄스모양의 브레이크 오버 전류가 흐르는 소자이다. 또한, 이와 같은 동작이, 교류 파형에 대해 반응하여 얻어지는 양극성(兩極性)의 소자이다. 도시한 바와 같이 하여, 트리거 다이오드(Dtg)의 일단을 트라이액(TRC)의 게이트(G)와 접속함으로써, 상기 펄스모양의 브레이크 오버 전류에 의거한 출력이, 트리거 펄스(ptg)로서 트라이액(TRC)의 게이트(G)에 인가되게 된다.

그리고, 가변 저항(VR)과 시정수 콘덴서(Ct)의 직렬 접속으로 이루어지는 시정수 회로가, 상기 트리거 다이오드(Dtg)에 대해 브레이크 오버 전압 이상의 전위차를 주는 타이밍을 가변하는 회로로서 기능한다.

트리거 다이오드(Dtg)의 타단은, 가변 저항(VR)과 시정수 콘덴서(Ct)의 접속점과 접속되어 있다. 이 때문에, 트리거 다이오드(Dtg)에 인가되는 교류 전압으로서는, 이 시정수 회로(VR, Ct)의 시정수에 응하여, 교류 전원(AC)에 대해 위상이 시프트한 것으로 된다. 게다가, 가변 저항(VR)의 저항치를 가변하여, 시정수 회로로서 시정수을 가변함으로써, 트리거 다이오드(Dtg)에 인가되는 교류 전압에 관한, 교류 전원(AC)에 대한 위상 시프트량도 가변되게 된다. 이에 응하여, 트리거 다이오드(Dtg)로부터 트리거 펄스(ptg)가 출력되는 타이밍도, 상용 교류 전원(AC)의 주기 타이밍에 대해 변화하게 된다.

도 12는, 트리거 펄스(ptg)의 출력 타이밍에 응한 교류 전원의 전력 제어를 모식적으로 도시하고 있다. 도 12에서는, 상용 교류 전원(AC)에 대응하는 1주기분의 sin파(정현파)가 도시되어 있다. 이 정현파 내에서 해칭을 그어서, 트라이액(TRC)의 단자(T1-T2) 사이가 온으로 되어 있는 상태를 나타내기로 한다. 또한, 이 해칭이 그어진 영역의 면적은, 부하에 공급한 전력량을 1주기 내에서의 비율로서 나타내는 것으로 된다.

우선, 도 12(a)는, 상용 교류 전원(AC)의 1주기에서, 트라이액(TRC)의 단자(T1-T2)가 정상적으로 온으로 되어 있는 상태가 도시되어 있다. 이 경우, 상용 교류 전원(AC)으로서의 전력은, 부하에 대해 100％ 공급되어 있는 상태에 있다고 볼 수 있다. 이 도 12(a)에서의 도시는 하고 있지 않지만, 이 때의 트리거 펄스(ptg)는, 예를 들면, 정현파의 0°(360°), 180°에 대응하는 제로 크로스 타이밍에서 출력되는 상태이다.

여기서, 도 12(a)에 도시된 상태로부터, 시정수 회로(VR, Ct)의 가변 저항(VR)의 저항치를 가변하여, 트리거 펄스(ptg)의 출력 타이밍을, 상용 교류 전원(AC)의 제로 크로스 타이밍으로부터 어떤 일정량 지연시카고 있다고 한다.

즉, 도 12(b) (ｃ) (ｄ)의 트리거 펄스(ptg)로서 도시한 바와 같이 하여, 트리거 펄스(ptg)의 출력 타이밍에 관해, 상용 교류 전원(AC)의 0°(및 180°)로부터 단계적으로 지연시켰다고 한다.

전술한 바와도 같이, 트라이액(TRC)은, 트리거 펄스(ptg)가 인가되는 타이밍에서 턴온 하면, 다음에 단자(T1-T2) 사이의 전위차가 0으로 되는 타이밍(즉 상용 교류 전원(AC)의 제로 크로스 타이밍)에 이르러서 턴오프 한다. 이 때문에, 도 12(a) (b) (ｃ)에 도시한 바와 같이 하여, 트리거 펄스(ptg)의 출력 타이밍이 0°(및 180°)로부터 지연되어 감에 응하여, 단자(T1-T2) 사이가 온으로 되어 부하에 전력을 공급하는 기간도 짧게 되어 온다. 그리고, 이에 수반하여, 상용 교류 전원(AC)의 1주기에서 부하에 공급되는 교류 전력량으로서도 감소하여 가는 것을 알 수 있다. 덧붙여서, 도 12(b) (ｃ) (ｄ)는, 각각, 교류 전력의 공급량에 관해 90％, 50％, 10％의 경우를 도시하고 있는 것으로 된다. 도 12(ｃ)에 도시한 교류 전력의 공급량이 50％일 때에는, 트리거 펄스(ptg)가 정확하게 90°(및 270°)일 때에 출력되고, 이에 응하여, 부하에의 전력 공급 기간(단자(T1-T2)의 온 기간)은 90° 내 지 180°(및 270° 내지 360°)로 된다.

또한, 도 11에 도시한 구성에, 도 12(a) (b) (ｃ) (ｄ)에 도시한 도통각 제어 상태를 대응시키면, 도 12(a)의 제어 상태일 때가, 백열 전구(30)는 최대의 발광량이고, 가장 밝게 된다. 그리고, 도 12(b) (ｃ) (ｄ)의 순서에 따라 공급 전력량이 저감하여 감에 응하여, 백열 전구(30)의 발광량은 저감하고, 밝기도 저감하여 가게 된다.

본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)으로서도, 교류 전력의 공급을 받아소 발광 다이오드(DL)를 발광 구동하다. 따라서, 도 11에 도시한 도통각 제어 회로(4)의 구성을 구비함으로써, 교류 전력 제어에 의해 발광 다이오드(DL)의 발광량을 제어할 수 있다고 말할 수 있다.

도 13은, 도 11에 도시한 도통각 제어 회로(4)의 구성을, 본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)에서 구비하는 것으로 한 경우의 회로 구성을 도시하고 있다. 예를 들면 이 도면에 도시한 LED 구동 유닛(1)으로서는, 도 4에 도시한 것과 같은 구성의 도통각 제어 회로(4)를 상용 교류 전원(AC)과 접속하도록 하여 구비하도록 된다. 게다가, 도 11에서는 백열 전구(30)의 AC 플러그(31)을 삽입하는 부위로 되어 있던 AC 콘센트(4a)의 개소에 대해, LED 브리지 회로(10)의 정극 입력 단자와 부극 입력 단자를 접속한다. 이로써, LED 구동 유닛(1)으로서는, LED 브리지 회로(10) 및 부하 저항(RLV)으로 이루어지는 회로를 부하로 하여, 도통각 제어 회로(4)에 의해 도통각 제어를 행하는 것이 가능해진다.

이와 같은 도 13에 도시한 구성이라면, 도통각 제어 회로(4)의 가변 저항 (VR)의 저항치를 가변함으로써, 도 12에서 설명한 원리에 의해, 부하인 LED 브리지 회로(10) 및 부하 저항(RLV)으로 이루어지는 회로부에 공급되는 교류 전력량이 변화하게 되고, 이 결과, LED 브리지 회로(10)를 형성하는 발광 다이오드(DL)의 발광량이 가변되게 된다.

게다가, 이 도면에서는, 도 9의 구성에 준하여, 부하 저항에 관해 가변 저항(RLV)으로 하고 있음으로써, 이 가변 저항(RVL)의 가변에 의한 발광 다이오드(DL)의 발광량 제어도 동시에 행할 수 있게 되어 있다. 또한, 실제로서는, 가변 저항(RLV)에 대신하여, 도 10에 도시한 구동 전류 제어 회로(3)를 구비하는 구성으로 하여도 좋다.

도 14는, 도 13의 LED 구동 유닛(1)에서 행하여지는, 가변 저항(RLV)의 가변과, 도통각 제어 회로(4)에 의한 교류 전력 제어를 병용한 경우에 있어서의 전력 공급의 상태를, 앞의 도 12를 모방하여 모식적으로 도시하고 있다.

도 14(a) (b)에, 도통각 제어 회로(4)에 의한 교류 전력 공급 제어로서, 50％의 상태와 10％의 상태를 도시한다. 여기서, 가변 저항(RLV)의 저항치로서, 어떤 기준치를 RL이라고 한다. 가변 저항(RLV)의 저항치에 관해, 기준치(RL)를 설정한 경우에는, 도 14(a) (b)에서 파선으로 도시한 정현파의 영역 내에 대응하는 전력 공급으로 되는데, 예를 들면 가변 저항(RLV)의 저항치에 관해 기준치(RL)로부터 저감시켜 갔다고 하면, 이에 응하여 정류 전류(구동 전류)(Irt)가 증가하게 되어, 다이오드 직렬 회로(20)에서 소비되는 전력량이 증가한다. 도 14(a) (b)에 의하면, 가변 저항(RLV)의 저항치에 관해 기준치(RL)의 1/2을 설정하였다고 하면, 단위 시 간당의 공급 전력량은 거의 2배에 증가하는 것을 알 수 있다. 이 때에는, 발광 다이오드(DL)의 발광량도 공급 전력량에 응하여 증가한다.

이와 같이 하여, 본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)으로서는, 발광 다이오드(DL)의 광량 제어에 관해, 부하 저항(RL)(RLV)의 가변에 의한 구동 전류량의 가변과, 도통각 제어에 의한 전력량 제어의, 2개의 자유도를 갖는 제어를 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 이로써, 예를 들면, LED 구동 유닛(1)마다 필요하게 되는 발광량을 얻기 위한 조정이 용이해진다.

또한, 예를 들면 종래에는, 도 21에서 설명한 바와 같이, DC-DC 컨버터에 의해 직류 전압을 생성하여 정전류화를 행하고 나서, PWM 제어에 의해 광량 조정을 하는 구성을 채택하고 있다. 즉, 광량 제어에 관해서도, DC-DC 컨버터가 필요해진다. 이것에 대해, 본 실시의 형태에서는, 펄스 폭의 제어에 대신하여, 도통각 제어에 의해 광량 제어를 행하고 있다. 도통각 제어는, 교류인 채의 파형을 대상으로 하여 제어하는 것이고, 따라서 도 13으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 1차측에서의 제어가 가능하게 되어 있다. 또한, 부하 저항의 가변에 의한 구동 전류(Irt)의 가변도, 기본적으로는 1차측에서 부하 저항(RL)의 값을 가변하는 것이고, 또한, 부하 저항(RL)의 가변과 등가의 제어를 행하기 위한 구성으로서도, 도 10의 구동 전류 제어 회로(3)과 같이 하여, 소수의 부품에 의해 형성할 수 있다. 이와 같기 때문에, 본 실시의 형태로서는, 발광 다이오드(DL)의 발광량을 제어한 구성을 부가하였다고 하여도, DC-DC 컨버터를 구비하는 것과 비교하면, 회로 규모는 대폭적으로 축소되게 된다. DC-DC 컨버터는, 트랜스 등을 비롯한 대형이며 중량이 있는 부품도 포함하기 때문에, 실제에 있어서의 회로의 소형 경량화, 및 저비용화 등의 효과는 현저하다. 또한, 발광 다이오드(DL)의 광량 제어가, 1차측에서는 거의 직접적으로 행하여짐으로써, 전력 변환의 손실도 저감된다.

또한, 도통각 제어 회로로서는, 트리거 펄스(ptg)의 출력 타이밍을, 제어부(CPU : 마이크로 컴퓨터)에 의해 제어하는 구성을 채택할 수도 있다. 이에 대응하는 도통각 제어 회로(4A)의 구성을 도 15에 도시하여 둔다.

도 15에 도시한 도통각 제어 회로(4A)에서는, 우선, 상용 교류 전원(AC)의 한쪽의 극의 라인(여기서는 정극 라인으로 한다)에 대해 저항(RL)이 접속되어 있다. 본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)의 경우, 여기서의 저항(RL1)은, 전력 공급 대상이 되는 부하를 나타내는 것으로, 도 13의 경우라면, LED 브리지 회로(10)와 부하 저항(RL)(RLV)으로 이루어지는 정류 회로계를, 이 저항(RL1)에 대신하여 접속하고 있는 것으로 된다.

게다가, 상기 저항(RL1)을 통한 상용 교류 전원(AC)의 정극 라인과, 상용 교류 전원(AC)의 부극 라인 사이에 대해, 저항(Rs)과 콘덴서(Cs)의 직렬 접속 회로를 삽입한다. 또한, 트라이액(TRC)은, 상기 저항(RL1)을 통한 상용 교류 전원(AC)의 정극 라인에 대해 단자(T2)를 접속하고, 상용 교류 전원(AC)의 부극 라인에 대해 단자(T1)를 접속하도록 하여 마련한다.

또한, 포토 트라이액 커플러(41)의 포토 트라이액의 일단을, 저항(Rt)를 통하여, 저항(RL1)측과 접속하고, 포토 트라이액의 타단을 저항(Rg)를 통하여 상용 교류 전원(AC)의 부극 라인과 접속한다. 트라이액(TRC)의 게이트(G)는, 포토 트라 이액과 저항(Rg) 라는 접속점에 대해 접속된다.

또한, 포토 트라이액 커플러(41)의 포토 다이오드의 애노드는, 저항(Rb)을 통하여 소정 레벨의 직류 전원과 접속되고, 캐소드는, 스위치(SW)를 통하여 접지된다. 스위치(SW)는, 여기서는 도시하지 않은 제어부가 출력하는 스위치 온/오프 제어 신호(S1)에 의해 온/오프 제어된다.

예를 들면 제어부는, 상용 교류 전원(AC)의 파형을 성형하는 등의 소정의 처리를 시행하여 제로 크로스 타이밍을 검출한다. 그리고, 검출한 제로 크로스 타이밍을 기준으로 하여, 필요하게 되는 전력량에 응하여, 스위치(SW)를, 트리거 펄스(ptg)에 대응하는 타이밍에 온/오프 제어한다. 이로써, 포토 트라이액 커플러(41)에서는, 펄스적인 신호가 포토 다이오드로부터 포토 트라이액에 전달되게 되고, 포토 트라이액도 펄스(pulse)적으로 도통하는 상태로 된다. 이 타이밍에서, 트라이액(TRC)의 게이트에 대해 트리거 펄스(ptg)가 인가되게 된다. 트리거 펄스(ptg)가 인가된 트라이액(TRC)의 동작은, 예를 들면 도 12에 의해 설명한 바와 같다. 이와 같이 하여, 도 15에 도시한 구성에서는, 제어부에 의해 교류 전력 공급량의 제어가 행하여진다. 제어부가 검출하는 상기 제로 크로스 타이밍은, 상응하게 높은 정밀도를 갖고 있다. 그래서, 이 구성은, 예를 들면, 도 13의 도통각 제어 회로(4)에서의 시정수 회로(VR, Ct)로는, 트리거 펄스(ptg)의 출력 타이밍에 관해 요구되는 정밀도를 충족시키는 것이 어려운 경우에 채용할 수 있다.

도 16은, 본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)에 대응한, 발광 다이오드의 광량 제어를 위한 제어 루프의 구성예를 도시하고 있다. 또한, 이 도면에 있어서, 도 22와 동일하게 되는 부분에 관해서는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

이 경우에는, LED 브리지 회로(10)가 구비하는 발광 다이오드(DL)의 발광 광량을 포토 센서(150)에서 전류로서 검출하여, I-V 앰프(151)에 의해 전류-전압 변환을 행하고, 또한 A/D 컨버터(152)에 의해 디지털 값으로 변환하여 제어부(140)에 출력한다.

제어부(140)는, 입력된 광량 정보로서의 전압치와, 메모리(153)에 기억되는 광량 제어 데이터에 의거하여, 구동 전류 제어 회로(3)를 제어하기 위한 제어치와, 도통각 제어 회로(4)를 제어하기 위한 제어치를 얻는다. 그리고, 이 제어치에 의거하여, 구동 전류 제어 회로(3) 및 도통각 제어 회로(4)를 제어한다. 구동 전류 제어 회로(3)의 제어는, 예를 들면 도 10에 도시한 구동 전류 제어 회로(3)에서, 연산 증폭기(2)에 입력되는 기준 전압(Vref)을 가변하도록 된다. 또한, 도통각 제어 회로(4)의 제어로서는, 가변 저항(VR)의 저항치를 가변 제어하여 시정수 회로(VR, Ct)의 시정수을 변경하도록 된다. 또는, 도 15에 도시한 도통각 제어 회로(4A)의 구성을 채용하여, 스위치(SW)의 온/오프 타이밍을 제어하도록 된다.

이로써, LED 구동 유닛(1)에 있어서의 발광 다이오드(DL)의 발광량은 항상 적정하게 되도록 하여 제어되게 된다.

전술도 하고 있지만, 종래에는, 이와 같은 발광 다이오드(DL)의 발광 제어는, 도 21, 도 22에 도시한 바와 같이, DC-DC 컨버터를 구비하여 정전류화를 도모한 다음, PWM 제어를 걸고 있던 것이다.

이에 대해, 본 실시의 형태에서는, 1차측에서의 구동 전류 제어와 도통각 제 어에 의해 발광 다이오드(DL)의 발광량 제어가 가능하게 되어 있다. 제어부는, 이들 구동 전류 제어와 도통각 제어를 위한 패러미터를 제어하면 좋다.

지금까지는, 본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)은, 상용 교류 전원(AC)을 입력하여 동작시키는 것으로 하여 설명하여 왔지만, 상용 교류 전원(AC) 이외의 교류를 입력하여 동작시키는 것도 가능하다. 즉, 상용 전원 주파수 이외의 교류 전력을 입력하여 동작 가능하다.

즉, 예를 들면 도 17에 도시한 바와 같이 하여, 상용 교류 전원(AC)을 AC-DC 컨버터(50)(정류 평활 회로라도 좋다)에 의해 직류화 한다. 그리고, 이 AC-DC 컨버터(50)의 출력을 DC-AC 컨버터(51)에 입력하고, 예를 들면 상용 교류 전원(AC)보다도 높은 소정 주파수의 교류 전력을 출력시키도록 한다. LED 구동 유닛(1)은, 이 AC-DC 컨버터(50)의 출력을 입력하여 동작한다. 이와 같이 하여 높은 주파수에 의한 교류 전력으로 LED 구동 유닛(1)을 구동하는 것의 메리트로서는, 교류의 반파마다의 기간에 반복되는 발광 다이오드(DL)의 발광/비발광의 주기가 짧아짐으로써, 용이하게 발광의 어른거림을 해소할 수 있음을 들 수 있다.

또한, 여기서 유의하여야 할 것은, 도 17에 도시한 바와 같이 하여 AC-DC 컨버터(50), 및 DC-AC 컨버터를 구비하여 LED 구동 유닛(1)을 구동한 구성으로 한 경우에도, 종래의 구성과 비교하고, 회로 규모의 축소 효과는 잃어버리지 않는 것이다. 종래로서는, 도 20에 도시한 바와 같이, 하나의 LED 직렬 회로마다 DC-DC 컨버터를 구비할 필요가 있다. 이에 대해, 본 실시의 형태에서는, 첫번째로, 종래에 있어서의 LED 직렬 회로가, LED 브리지 회로를 형성하는 브리지 접속 단위인, 다이오 드 직렬 회로(20-1, 20-2, 20-3, 20-4)의 개개에 대응한다. 즉, 단순하게는, 하나의 LED 구동 유닛(1)에 의해, 종래의 4개의 LED 직렬 회로를 조달하고 있다고 생각할 수 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 복수의 LED 구동 유닛(1)을, 공통의 교류 입력 전원에 대해 병렬적으로 접속하여 사용할 수 있다. 따라서, 도 17의 구성하에서도, DC-AC 컨버터의 출력을 교류 입력 전원으로 하여 접속되는 LED 구동 유닛(1)은, 복수 마련할 수 있다. 즉, 본 실시의 형태에서는, 하나의 전력 변환 계통(AC-DC 컨버터(50), 및 DC-AC 컨버터)에 대해, 실질적으로 복수의 LED 직렬 회로를 접속하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 점에서, 종래의 DC-DC 컨버터와는 상위하다.

지금까지 설명한 본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)을 이용한 조명 장치의 용도로서는, 하나로는, LCD 등의 자발광이 아닌 디스플레이 디바이스에서 사용되는 광원(광원부)을 생각할 수 있다. 이와 같은 광원 장치는, 일반적으로는 백라이트 등이라고 불린다.

본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)을 사용하는 백라이트로서는, 예를 들면 다음과 같게 구성하는 것이 생각된다.

우선, 디스플레이 디바이스의 백라이트는, 통상은, 백색광인 것이 요구된다. 이 때문에, 발광 다이오드의 종류로서는 R, G, B 각 색에 대응한 것을 필요로 한다. 그리고, 실제의 백라이트 패널의 사이즈 등에 대응하여 필요하게 되는 수의, R, G, B의 발광 다이오드를 준비하고, 각종의 조건을 고려하여 적절하게 되는 배치 패턴에 의해, 이들의 발광 다이오드를 백 패널로서의 기판에 부착한다.

그리고, 이들의 발광 다이오드(DL)를 사용하여, 예를 들면 도 9에 예시한 바와 같이 하여, R, G, B의 발광 다이오드마다, LED 구동 유닛(1)으로서의 회로를 형성한다. 이 때, 하나의 다이오드 직렬 회로(20)에 구비되는 발광 다이오드의 수 등은, 발광 다이오드의 직렬군에 의한 전압 강하 레벨, 실제의 배선, 방열, 전력 소비, 등을 고려하여 설정되어야 하게 된다. 또한, 앞서도 기술한 바이지만, R, G, B 각 색에 대응하는 LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)은, 필요에 응하여 복수가 마련되어도 좋고, 이 백라이트를 구성한 경우에도, LED 구동 유닛(1-R, 1-G, 1-B)마다 필요한 수를 마련하게 된다. 그리고, 이와 같이 하여 구성한 백라이트를, 예를 들면 LCD 패널과 조합시켜서, LCD의 화상 표시 장치를 구성한다.

또한, 본 실시의 형태의 LED 구동 유닛(1)에 의거한 조명 장치는, 백라이트 이외의 광원으로서 사용하는 것도 가능하다. 예를 들면 화상을 스크린에 투영하는 프로젝터 장치 등의 광원으로서 사용하는 것도 생각된다. 또한, 이와 같은 표시 장치의 광원으로서 뿐만 아니라, 통상의 조명으로서 사용하는 것도 가능하다. 통상의 조명으로서 사용한 경우에도, 발광 다이오드를 사용하는 조명으로서는, 종래보다도 대폭적인 회로 규모의 축소, 및 비용 저감 등의 효과를 얻을 수 있는 것이다. 또한, 나아가서는, 발광 다이오드의 배치 등을 문자적인 것으로 하는 등으로, 표시기로서 사용하는 것도 가능하다. 이러하기 때문에, 본 발명으로서는, R, G, B의 광 3원색으로 한정되는 일 없이 임의의 단색, 또는 복수의 색의 발광 다이오드를 용도에 응하여 사용하여도 상관 없다고 말할 수 있다.

또한, 예를 들면 장래적으로 발광 다이오드로서 내압이 충분히 높은 것이 입 수 가능해진 상황이 온 경우에는, 도 4에 도시한 기본 구성에 의해, 본 발명에 의거한 조명 장치를 구성하는 것이 가능해진다.

Claims

교류를 입력하여 정류를 행하는 브리지 정류 회로를 구비하고,

상기 브리지 정류 회로는, 적어도 소정의 복수의 발광 다이오드 소자를 직렬 접속하여 형성되는 단위 직렬 회로를 브리지 접속하여 형성되는, 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 1항에 있어서,

상기 단위 직렬 회로는, 상기 발광 다이오드 소자보다도 높은 소정의 내압 특성을 갖는 다이오드 소자를, 적어도 하나, 상기 교류가 입력되는 브리지 정류 회로의 입력 단자와 접속되는 위치에 대해 또한 직렬로 접속하여 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 1항에 있어서,

상기 브리지 정류 회로의 정류 출력에 접속되는 부하 저항을 구비함과 함께,

상기 브리지 정류 회로에 흐르는 전류량을 가변하는 전류 가변 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 3항에 있어서,

상기 전류 가변 수단은,

상기 부하 저항을 가변 저항으로 함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 4항에 있어서,

상기 전류 가변 수단은,

검출된 상기 발광 다이오드 소자의 발광 광량에 응하여, 상기 브리지 정류 회로에 흐르는 전류량을 가변 제어하도록 하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 1항에 있어서,

상기 교류의 도통각을 가변 제어하는 도통각 가변 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제 6항에 있어서,

상기 도통각 가변 수단은,

검출된 발광 다이오드 소자의 발광 광량에 응하여, 도통각을 가변 제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
광원으로서의 광을 입사하여 화상 표시를 행하기 위해, 상기 광원으로서의 광을 출사하는 광원부를 가지며,

상기 광원부는,

교류를 입력하여 정류를 행하는 브리지 정류 회로를 구비하고,

상기 브리지 정류 회로는, 소요되는 복수의 발광 다이오드 소자를 직렬 접속하여 형성되는 단위 직렬 회로를 브리지 접속하여 형성되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제 8항에 있어서,

상기 광원부는,

적, 녹, 청의 각 색에 대응하는 상기 발광 다이오드 소자를 구비함으로써, 이들 각 색에 대응하는 발광 다이오드 소자의 광을 합성함으로써 백색광을 출사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.