JP2007305929A - Led display device and led illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED表示装置及びLED照明装置に関する。 The present invention relates to an LED display device and an LED lighting device.
LEDを利用した表示装置、照明装置が様々な分野で盛んに用いられている。 Display devices and lighting devices using LEDs are actively used in various fields.
LEDを用いた照明装置の場合、LEDを直列に接続した多灯で使用する場合が一般的であるが、上記特許文献にも記載されているように、LEDが故障してOPEN状態になってしまうと全く発光しなくなる。 In the case of an illuminating device using an LED, it is common to use a multi-lamp in which LEDs are connected in series. However, as described in the above-mentioned patent document, the LED fails and becomes an OPEN state. If this happens, no light will be emitted.
上記特許文献1では、ツエナーの漏れ電流を利用して不灯の問題を解決しようとしているが、近年LEDの発光量の増加傾向にともなって、駆動電流(max10Aを超えるLEDもある)も大幅に増大してきている。このような大電流の場合には、ツエナー電圧でのスイッチは事実上不可能に近い。
In the above-mentioned
また、上記特許文献2ではパルス調光を前提としており、パルス調光を使用しない場合では、やはり不灯になってしまうという問題がある。上記特許文献3ではこの弱点を解決してはいるが、アノード/カソード間の最低電流を流しつづけなければいけないため、LEDの駆動電流がわずかではあるが流れ、LEDが点灯してしまう。つまり、完全OFFにさせることができないため、フィールドシーケンシャルの表示装置には使用できないという問題がある。
Further, the above-mentioned
本発明は、大電力/高輝度タイプのLEDにも対応可能となるLED装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the LED apparatus which can respond also to high power / high-intensity type LED.
本発明では、LEDの不灯を防止するためにSWを設ける。このSWの回路構成を後述する図1に示すように工夫することにより、フィールドシーケンシャルの表示装置にも適用可能になる。 In the present invention, a SW is provided to prevent unlighting of the LED. By devising the SW circuit configuration as shown in FIG. 1 to be described later, it can be applied to a field sequential display device.
すなわち、本発明の一観点によれば、複数のLEDが直列に接続された発光ダイオード(LED)列(以下「LED列」と称する。)を有するLED照明装置において、前記LED列を構成するLEDのそれぞれを独立に短絡する短絡部を有することを特徴とするLED照明装置が提供される。LEDの故障時に駆動電流を利用して故障判定することができる。尚、マイコンのポートが不足した場合などでも、DCによる”H”/”L”の制御になるため、エキスパンダーによるコントロールが容易に可能になる。 That is, according to one aspect of the present invention, in an LED lighting device having a light-emitting diode (LED) row (hereinafter referred to as “LED row”) in which a plurality of LEDs are connected in series, the LEDs constituting the LED row. There is provided an LED lighting device characterized by having a short-circuit portion that short-circuits each of the above. A failure can be determined using the drive current when the LED fails. Note that even when the microcomputer port is insufficient, the control by the DC expands to “H” / “L”, so that the control by the expander can be easily performed.
前記短絡部は、前記LEDに並列接続されたスイッチであり、前記スイッチは、pチャネル電解効果トランジスタ又はpnpバイポーラトランジスタで構成される。上記制御回路はP−CH_MOSFET/PNP−TRで構成させる事により、PWM駆動の発光でも、定常駆動の発光でもどちらのモードにおいても故障したLEDをバイパス制御させることができる。(尚、後述する図1はMOSFETの構成例を示す図である。) The short-circuit unit is a switch connected in parallel to the LED, and the switch includes a p-channel field effect transistor or a pnp bipolar transistor. By configuring the control circuit as P-CH_MOSFET / PNP-TR, a failed LED can be bypass-controlled in either mode of light emission of PWM drive or light emission of steady drive. (Note that FIG. 1 to be described later is a diagram showing a configuration example of the MOSFET.)
前記LEDのカソードと接地との間には電流検出の為の抵抗(電流−電圧変換し、電圧を一定に保つ様に帰還させて制御する)があり、該抵抗の両端の電位をコンパレータに入力する事により前記LEDの不灯を確認することもできる。また、前記LED列の近傍に光センサを設け、該光センサの読値により前記LED列の不灯を確認することもできる。更に、前記スイッチのうち短絡したスイッチを記憶する記憶部を有することにより、EEPROM等の記憶デバイスを用い故障判定したLEDに関して故障情報を記憶させ、この情報を元に次回からの動作に反映させることができる。前記LED列の不灯を検出すると、故障情報を報知する報知部を有することもできる。これにより、ユーザーに告知して、エマージェンシーモードで駆動していることを知らせることができる。 There is a resistance for current detection between the cathode of the LED and the ground (current-voltage conversion and feedback is performed to keep the voltage constant), and the potential at both ends of the resistance is input to the comparator. By doing so, it is possible to confirm that the LED is not lit. It is also possible to provide a light sensor in the vicinity of the LED row and to confirm that the LED row is not lit based on the reading value of the light sensor. Furthermore, by having a storage unit for storing the short-circuited switch among the switches, failure information is stored for the LED determined to have failed using a storage device such as an EEPROM, and this information is reflected in the next operation based on this information. Can do. It can also have a notification part which notifies failure information, when the un-lighting of the said LED row is detected. As a result, it is possible to notify the user that the vehicle is operating in the emergency mode.
尚、上記に記載のLED列において、n(nは2以上の整数)個のLEDのうちの1からn−1までのLEDを順番に短絡していくことにより、開放による不灯LEDを特定するステップを有することを特徴とするLED照明装置の不良検出方法が提供される。この方法により特定された不良LEDの短絡を継続することで、前記LED列の修復を行うことが可能である。 In addition, in the LED row described above, the unlit LED due to opening is identified by sequentially short-circuiting the LEDs from 1 to n-1 among n (n is an integer of 2 or more) LEDs. There is provided a method for detecting a defect of an LED lighting device, comprising the step of: The LED string can be repaired by continuing the short circuit of the defective LED identified by this method.
本発明では、LEDをバイパス(短絡)させる手段として、ツエナーの漏れ電流を利用しないため、低電圧化が可能であり、大電力/高輝度タイプのLEDに対応可能となる。また、LEDをバイパスさせる回路としてはDCでのON/OFFする構成とするため、パルス発光以外の用途でも使用可能になる。さらに、LED列中の不灯のLEDを特定することができることから、ユーザーインターフェースやサービスの面で効果がある。 In the present invention, since the zener leakage current is not used as a means for bypassing (short-circuiting) the LED, the voltage can be reduced, and a high power / high luminance type LED can be handled. Further, since the circuit for bypassing the LED is configured to be turned ON / OFF by DC, it can be used for applications other than pulsed light emission. Furthermore, since the unlit LED in the LED array can be specified, there is an effect in terms of user interface and service.
近年、LEDの高輝度化が急速に進むと共に、大電力を投入して高輝度化を図るデバイスも登場してきている。これに伴い、用途としては従来のような小型液晶のバックライトだけでなく、大型液晶パネルのバックライトや、プロジェクターの光源、自動車等の照明に使用されるケースが出てきている。本実施の形態による技術は、これらのLED製品において、安全性/長期信頼性の向上を求めることができるものである。 In recent years, as the brightness of LEDs has rapidly increased, devices for increasing the brightness by applying large power have also appeared. Along with this, not only the conventional small liquid crystal backlight, but also a case where it is used for the backlight of a large liquid crystal panel, the light source of a projector, the illumination of an automobile, etc. has come out. The technology according to the present embodiment can seek improvement in safety / long-term reliability in these LED products.
図1は、本発明の一実施の形態によるLED表示装置の回路ブロックの一構成例を示す図である。図1に示す回路ブロックAにおいては、まず、LED3等の駆動に使用される電源回路(VCC)37としては LED3等を定電流駆動させる必要性から、LED3のカソードとGND間に抵抗Rを挿入し、その抵抗Rに流れた電流によって発生した電圧を見て、定電流に制御する方法が一般に使用され、その回路形式35は、昇降圧のスイッチングレギュレータである。或いは、シリーズレギュレータでも良い。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a circuit block of an LED display device according to an embodiment of the present invention. In the circuit block A shown in FIG. 1, first, as a power supply circuit (VCC) 37 used for driving the
さらに、本実施の形態による回路ブロックAでは、レギュレータ35の出力からLED3の間にSW回路11を付加した点を特徴とする。このSW回路11を付加することにより、SW回路11のオン/オフでパルス発光による調光が可能になる上に、オフ期間には完全に電流を切ることができるため、フィールドシーケンシャルに対応した光源にも使用することができるという利点がある。
Further, the circuit block A according to the present embodiment is characterized in that the
図1においては、符号1で示される構成の繰り返し単位からもわかるように、全てのLED3…に対して並列にFET5を挿入しているが、これによりLED3が故障してオープンを検出した際にFET5がオンすることにより、故障したLEDをバイパスして電流を流すことができる。尚、LED3の故障検出は、LED3が故障し、オープンになるとLED3のカソードとGNDとの間に挿入した抵抗Rに電流が流れなくなることから、「L」レベルに落ちる。本実施の形態では、このレベルを検出し、ある一定以下(設定値)の電圧に下がると、抵抗RのGNDとは反対側の一端に入力が接続されているコンパレータ27により、「1」/「0」を判定し、LEDの不灯(LED Error31)を確認することができる。FET7は、LED3をスイッチングするFET5と、CPU41から供給される電圧を調整(レベルシフト)するために設けられている。符号17、21、23、25は、供給される電圧の極性を表している。
In FIG. 1, as can be seen from the repeating unit having the configuration indicated by
尚、ここの故障検出動作については ディスプレーを想定した場合に、少なからず、カラーセンサー/照度センサ等を搭載している場合もあり、スイッチングの帰還電圧のチェック機構を設けなくても、上記センサの読値でLEDの不灯が発生しているか確認も可能である。 As for the failure detection operation here, when a display is assumed, there are not a few cases where a color sensor / illuminance sensor, etc. are mounted, and even if a switching feedback voltage check mechanism is not provided, It is also possible to confirm whether or not an unlit LED has occurred in the reading.
スイッチングの帰還電圧のチェック機構とは、コンパレータ以降の不灯判定用の制御信号である。カラー/照度センサを用い、コンパレータを通すことで、スイッチング時の帰還電圧をコンパレータで通した結果と同じになる。 The switching feedback voltage check mechanism is a control signal for non-lighting determination after the comparator. By using a color / illuminance sensor and passing through a comparator, the feedback voltage during switching is the same as the result of passing through the comparator.
以下に、図1に示す回路の具体的な構造の一例について説明する。図4は、本実施の形態によるLED列の一構成例を示す断面図である。図5は、図4のLED列と同じ基板に形成されるバイポーラトランジスタを用いたスイッチの一構成例を示す断面図である。図6は、図4のLED列と同じ基板に形成されるFETを用いたスイッチの一構成例を示す断面図である。 An example of a specific structure of the circuit shown in FIG. 1 will be described below. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example of the LED array according to the present embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of a switch using a bipolar transistor formed on the same substrate as the LED array of FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of a switch using an FET formed on the same substrate as the LED array of FIG.
図4に示すように、p型不純物が添加されたp型Si基板10に、LED列X1が形成されている。図では3つのLED3が示されているがこれは例示である。LED3は、p型Si3c内に形成されたn型Si層3bと、n型Si層3b内に形成されたp型Si層3aと、により形成される。p型Si層3aに対して第1の端子T1が、n型Si層3bに対して第2の端子T2が形成されている。第1の端子T1に対して第2の端子に高い正バイアスを帯電制限電極することにより、p型Si層3a(実際にはn型Si層3bとの間の空乏層)から発光が得られる。LED列X1を構成するためには、隣接するLED3のT1端子とT2端子とを直列に接続していけば良い。図4と同じp型Si基板10上に、pnpバイポーラトランジスタを利用したスイッチの構造断面図を図5に、nチャネルMOSFETを利用したスイッチの構造断面図を図6に示している。
As shown in FIG. 4, an LED array X1 is formed on a p-
図5に示すように、p型不純物が添加されたp型Si基板10に、n型Siウェル層6dが形成されている。このウェル層6d内に、p型Siからなるコレクタ層6cと、n型Siからなるベース層6bと、p型Siからなるエミッタ層6aとが形成され、pnp型のバイポーラトランジスタを構成している。コレクタ層6cに対して端子T5が、ベース層6bに対して端子T4が、エミッタ層6aに対して端子T3が形成されている。そして、図1に示すようなトランジスタ(FET)5とLED3との接続のための配線が形成されて、図1に示す構成がモノリシックに形成されている。
As shown in FIG. 5, an n-type
或いは、図6に示すように、p型不純物が添加されたp型Si基板10に、p型Siからなるウェル層12bが形成され、その中にn型Siからなるソース12aとドレイン12aとが離間して形成され、その間にチャネル層とその上に形成されたゲート電極が形成され、n型のMOSFETを構成している。ソース12aに対して端子T8が、ゲートに対して端子T7が、ドレイン12cに対して端子T6が形成されている。
Alternatively, as shown in FIG. 6, a
図7は、図1に示す回路図において、1つのLED3と、2つのpnp型バイポーラトランジスタ6(図1の符号5)、6(図1の符号7)を、同じ基板(チップ)10内に形成し、端子T1〜T5までを図1に沿って配線することにより、1チップ内に、図1の破線で示す集積回路1(抵抗層は図示しないが、p型又はn型の半導体層又は抵抗金属をチップに形成可能である)を実現することができる。このようにして形成された1つのチップをチップキャリアに実装し、図1に示すハイブリッド型の集積回路を形成することが可能である。
7 shows a circuit diagram shown in FIG. 1 in which one
或いは、図1に示すようなトランジスタ5とLED3(抵抗を含めても良い)との接続のための配線を設計に応じて形成し、図1に示す可能な限りの構成をモノリシックに形成することも可能である。この際、ユーザが必要とするLED列の数に応じて、配線を変更することで、希望の個数のLEDを含むLED列を1チップ内に形成することも可能である。
Alternatively, wiring for connecting the
このように、構成した制御回路はP−CH_FET/PNP−TRで構成させる事により、PWM駆動の発光でも、定常駆動の発光でもどちらのモードにおいても故障したLEDをバイパス制御させることを特徴とする。 As described above, the configured control circuit is configured by P-CH_FET / PNP-TR, and the malfunctioned LED is bypass-controlled in either mode of light emission of PWM drive or light emission of steady drive. .
次に、本実施の形態による動作アルゴリズムをについて図1及び図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の一実施の形態によるLED表示のチェック処理の流れを示すフローチャート図である。まず、ステップS1において電源をオンし、ステップS2において電源投入後すぐにEEPROM33の確認を行う。これはLED3…が故障しているかどうか、どのLEDが故障しているかをチェックする処理である。EEPROM33の確認結果がNGであった場合には、メッセージを出して終了する(ステップS3)。LED3…の故障箇所が判明した場合には、そのLEDに並列に接続されているFET5を動作させて(ステップS4)、その後にLEDドライバーの駆動を開始する(ステップS5)。この処理と並行して故障である旨の通知もする。
Next, an operation algorithm according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing a flow of LED display check processing according to the embodiment of the present invention. First, in step S1, the power is turned on, and in step S2, the
LEDのエラーチェックを定期的に繰り返してLEDが消灯していないかをチェックする。この際、発光がパルス発光を用いる場合は、発光のON期間でLEDの消灯確認をする(ステップS6)。 The LED error check is repeated periodically to check whether the LED is turned off. At this time, when the light emission uses pulse light emission, the LED is turned off during the light emission ON period (step S6).
万が一、LED3の消灯が確認された場合は、LEDに並列に接続されているFETを順次ONさせて(ステップS7からステップS17)、LEDの点灯が復活するかどうかのチェックを行う。後述する図3に示す全ての組合せでLEDの点灯が確認されない場合は修復不能を通知する(ステップS18)。LEDの点灯が確認され、修復が確認できるとLEDが故障している旨通知する(ステップS19)。
If it is confirmed that the
ユーザーからのパワーオフ命令(ステップS10)でパワーオフする処理(ステップS9)が開始されるが(ステップS8)、この時、現在EEPROMに記憶されている状態からLEDの故障状況が増えた場合は更にEEPROMに記憶させる(ステップS11)。 The power-off process (step S9) is started by the user's power-off command (step S10) (step S8). At this time, if the LED failure status increases from the state currently stored in the EEPROM. Further, it is stored in the EEPROM (step S11).
図3及び表1・2を参照しながら、チェック方法の例について説明する。図3に示すように、例としてLEDが8灯直列に接続されているLED列構成の場合に、LED列が点灯しない場合において、それぞれのLEDに連番1〜8までを付与して説明する。図3の左端がアノード電源側であり、右端がフィードバック側である。LED列が点灯しない場合における表1に示すチェックの優先順位では、1)では、1〜8までのLED列のうちの各々を別個にFET5(図1)でショートさせて他の7個のLED列が点灯するかどうかのチェックを行う。1つのLEDをショートさせただけでLED列が点灯すれば、そのショートさせたLEDが断線していると推定できる。このようにして、1つだけLEDが断線している場合には、その断線しているLEDをショートさせることで、LED列を点灯させることができる。尚、LEDの不灯は、上述のように、コンパレータ27により、「1」/「0」を判定することで確認することができる。
An example of a check method will be described with reference to FIG. 3 and Tables 1 and 2. As shown in FIG. 3, as an example, in the case of an LED array configuration in which eight LEDs are connected in series, when the LED array is not lit, each LED is given a
優先順位2)の方法は、2つのLEDをショートさせてLED列が点灯するかどうかを調べる方法であり、優先順位1)の方法ではLED列が点灯しなかった場合に実行される。以下、優先順位3)の方法では3つのLED、優先順位4)の方法では4つのLED、優先順位5)の方法では5つのLED、優先順位6)の方法では6つのLED、というようにチェックを続けていく。これにより、不灯になったLED列を上記の手順のどこかで復旧させることができる。但し、8つのLED全てのショートは意味が無いため実施しない。
The method of priority 2) is a method of checking whether or not the LED string is lit by shorting two LEDs, and is executed when the LED string is not lit in the method of priority 1). In the following, the method of priority 3) checks 3 LEDs, the method of priority 4) 4 LEDs, the priority 5)
以上に説明したように、本発明では LEDをバイパスさせるのに、ツエナーの漏れ電流を利用しているわけではないため、近年の大電力/高輝度タイプのLEDに対応することが可能となる。また、LEDをバイパスさせる回路としては、DCでのオン/オフとしたため、パルス発光以外の用途でも使用が可能になる。また、不灯のLEDを特定することができるため、ユーザーインターフェースやサービスの面で効果を発揮できる。すなわち、不灯箇所を特定できることで、ユーザーに故障であり、緊急避難的に動作させている事を通知できる。また、サービスに対しては既に不灯箇所を特定しているので修理交換するべきLEDが明確であり、従来の様な故障箇所を探すなどの作業を行わなくてすむという利点がある。 As described above, in the present invention, the leakage current of the Zener is not used for bypassing the LED, so that it is possible to cope with a recent high power / high brightness type LED. In addition, since the circuit for bypassing the LED is on / off with DC, it can be used for applications other than pulsed light emission. Further, since the unlit LED can be specified, the effect can be exhibited in terms of user interface and service. That is, by identifying the unlit part, it is possible to notify the user that there is a malfunction and that the user is operating in an emergency evacuation. Further, since the unlit part has already been specified for the service, there is an advantage that the LED to be repaired and replaced is clear, and it is not necessary to perform a task such as searching for a troubled part as in the prior art.
上記EEPROM等の記憶デバイスを用いると、故障と判定されたLEDに関して、故障情報を記憶させておくことができる。この情報を元に、次回からの動作に反映させることができる。また、故障情報をユーザーに告知するようにしても良い。これにより、エマージェンシーモードで駆動している旨を知らせることができる。 When a storage device such as the above-described EEPROM is used, failure information can be stored for the LED determined to be failed. Based on this information, it can be reflected in the next operation. Further, failure information may be notified to the user. As a result, it is possible to notify that the vehicle is operating in the emergency mode.
尚、上記実施の形態においては、LEDに並列に接続するスイッチとしてFET又はバイポーラトランジスタを利用した例を示したが、これに限定されるものではなく、その他のスイッチを利用しても良い。 In the above embodiment, an example in which an FET or a bipolar transistor is used as a switch connected in parallel to the LED has been described. However, the present invention is not limited to this, and other switches may be used.
本発明は、LED表示装置、LED照明装置などに利用可能である。 The present invention can be used for LED display devices, LED lighting devices, and the like.
A…LED表示装置、1…繰り返し単位、3…LED、5、7…FET、11…スイッチ回路(PWM調光用)、27…コンパレータ、33…EEPROM、35…レギュレータ、37…電源、41…CPU。 A ... LED display device, 1 ... repeating unit, 3 ... LED, 5, 7 ... FET, 11 ... switch circuit (for PWM dimming), 27 ... comparator, 33 ... EEPROM, 35 ... regulator, 37 ... power supply, 41 ... CPU.
Claims (12)
前記LED列を構成するLEDのそれぞれを独立に短絡する短絡部を有することを特徴とするLED照明装置。 In an LED lighting device having a light emitting diode (LED) row (hereinafter referred to as “LED row”) in which a plurality of LEDs are connected in series,
An LED lighting device, comprising: a short-circuit unit that independently short-circuits each of the LEDs constituting the LED array.
該光センサの読値により前記LED列の不灯を検出することを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載のLED照明装置。 An optical sensor is provided in the vicinity of the LED row,
The LED lighting device according to any one of claims 1 to 8, wherein non-lighting of the LED array is detected based on a reading value of the light sensor.
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