JP2008262966A - 発光ダイオード駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数の発光ダイオードを駆動する際、駆動電流の同時供給を回避し、装置の発熱量を抑制することが可能な発光ダイオード駆動装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオード駆動装置は、複数チャンネルの発光ダイオードに各々供給する駆動電流（図２の例ではＩ１〜Ｉ４）のパルス幅変調制御を行う発光ダイオード駆動装置であって、少なくとも一のチャンネルの発光ダイオードと、その余のチャンネルの発光ダイオードとの同時点灯を回避するように、各々のオン期間をずらして前記駆動電流を供給する構成とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数チャンネルの発光ダイオードに各々駆動電流を供給する発光ダイオード駆動装置に関するものである。

従来より、発光ダイオードの輝度調整を行うべく、これに供給する駆動電流のパルス幅変調制御（以下では、ＰＷＭ［Pulse Width Modulation］制御と呼ぶ）を行う発光ダイオード駆動装置が広く一般的に用いられている。

図３は、発光ダイオード駆動装置の一従来例を示すブロック図であり、図４は、ＰＷＭ制御の一従来例を示す波形図である。

なお、上記に関連する従来技術の一例として、特許文献１には、発光ダイオードに直列接続される第１のトランジスタのほかに、駆動回路（調光回路）から出力されるデューティ制御信号を増幅する第２のトランジスタを設け、第２のトランジスタの増幅出力を用いて、複数の発光ダイオードを駆動する発光ダイオード駆動回路が開示・提案されている。
特開２００３−１５２２２３号公報

確かに、上記従来の発光ダイオード駆動装置であれば、発光ダイオードに供給する駆動電流のＰＷＭ制御を行うことによって、所望の発光輝度を得ることが可能である。

ところで、図３の発光ダイオード駆動装置を用いて、ｎチャンネル（ｎ≧２）の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを駆動する場合、従来のＰＷＭ制御方式では、一般に、全チャンネルの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに対して、同一のタイミングで駆動電流Ｉ１〜Ｉｎ（いずれのチャンネルについても電流値ｉ）が供給されていた（図４を参照）。

そのため、図３の発光ダイオード駆動装置では、ＰＷＭ制御のオン期間中にｎチャンネル分の駆動電流ＩＤＲＶ（＝ｎ×ｉ）が一度に流れて、発熱タイミングが一時に集中してしまうことから、各チャンネルにおける発熱量の合計分をカバーし得るだけの許容損失が必要となり、パッケージの大型化が招かれていた。

なお、特許文献１の従来技術は、駆動回路の出力電流値を抑える手段として、駆動回路の後段に信号増幅用のトランジスタを設けた技術であり、本発明とは、その本質的構成を異にするものであった。

また、特許文献１には、上記構成のほか、本発明に関連する内容として、第１の発光ダイオード回路を点灯させてから所定時間（点灯時差）の経過後に、第２の発光ダイオード回路を点灯させる時差点灯回路が開示されているが、特許文献１には、本発明が解決しようとする課題（駆動電流の同時供給に起因する発熱量の増大）について何ら言及がなく、また、上記の課題を解決する上で重要となる前記所定時間（点灯時差）の具体的な設定値についても説明が全くされていないことから、上記の開示内容は、本発明の動機付けとはなり得ないと考えられる。

本発明は、上記の問題点に鑑み、複数の発光ダイオードを駆動するに際して、駆動電流の同時供給を回避し、装置の発熱量を抑制することが可能な発光ダイオード駆動装置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、本発明に係る発光ダイオード駆動装置は、複数チャンネルの発光ダイオードに各々供給する駆動電流のパルス幅変調制御を行う発光ダイオード駆動装置であって、少なくとも一のチャンネルの発光ダイオードと、その余のチャンネルの発光ダイオードとの同時点灯を回避するように、各々のオン期間をずらして前記駆動電流を供給する構成（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ダイオード駆動装置は、前記駆動電流のパルス幅変調制御とともに、前記駆動電流の電流値制御を行う構成（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ダイオード駆動装置は、前記駆動電流のオンデューティが所定の上限値に達していなければ、前記駆動電流のパルス幅変調制御のみを行い、前記駆動電流のオンデューティが所定の上限値に達していれば、前記駆動電流のパルス幅変調制御とともに、前記駆動電流の電流値制御を行う構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第３いずれかの構成から成る発光ダイオード駆動装置は、一のチャンネルの発光ダイオードを消灯してから他のチャンネルの発光ダイオードを点灯するまでの間に、所定の同時オフ期間を有するように、前記駆動電流の供給制御を行う構成（第４の構成）にするとよい。

本発明に係る発光ダイオード駆動装置であれば、複数の発光ダイオードを駆動するに際して、駆動電流の同時供給を回避し、装置の発熱量を抑制することが可能となる。

図１は、本発明に係る発光ダイオード駆動装置を備えた電子機器の一実施形態を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の電子機器は、マイコン１０と、発光ダイオード駆動装置２０と、昇降圧回路３０と、照明装置４０と、を有して成る。

マイコン１０は、発光ダイオード駆動装置２０に所定の輝度制御命令を送出するなど、電子機器の動作を統括的に制御する手段である。

発光ダイオード駆動装置２０は、シリアルインターフェイス部２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ部２２と、駆動電流制御部２３と、を集積化して成る半導体集積回路装置（いわゆるＬＥＤドライバＩＣ）である。

シリアルインターフェイス部２１は、マイコン１０から入力される輝度制御命令を受け取り、これを駆動電流制御部２３に伝達する手段である。なお、図１では、３線シリアルバス（Ｉ２Ｃバスなど）を介して、輝度制御命令（点灯すべき発光ダイオードやそのオンデューティ及び駆動電流値を示すデータ信号ＤＡＴＡ、クロック信号ＣＬＫ、及び、ラッチ信号ＬＡＴ）を受け取る構成を例示したが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、２線シリアルバスやパラレルバスなどを用いても構わない。

ＤＣ／ＤＣコンバータ部２２は、入力電圧Ｖｉｎを安定化して所望の定常電圧Ｖｒｅｇを生成する手段である。

駆動電流制御部２３は、マイコン１０から入力される輝度制御命令に応じて、照明装置４０の駆動電流（照明装置４０を構成するｎチャンネル（ｎ≧２）の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに各々供給する駆動電流Ｉ１〜Ｉｎ）を生成し、そのＰＷＭ制御を行う手段である。このようなＰＷＭ制御により、駆動電流Ｉ１〜Ｉｎの見かけ上の電流値（平均値）を可変制御して、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの発光輝度（延いては、照明装置４０の発光輝度）を任意に調整することが可能となる。なお、駆動電流制御部２３の動作については、後ほど詳細な説明を行う。

昇降圧回路３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２で生成された定常電圧Ｖｒｅｇを昇圧或いは降圧して所望の駆動電圧Ｖｏｕｔを生成し、これを照明装置４０（発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのアノード端）に供給する手段である。なお、図２では、昇降圧回路３０が発光ダイオード駆動装置２０の外部に接続された構成を例示したが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、昇降圧回路３０を発光ダイオード駆動装置２０に内蔵しても構わない。また、入力電圧Ｖｉｎの電圧値や発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの直列段数、ないし、素子特性によっては、昇降圧回路３０を省略することも可能である。

照明装置４０は、アノードを共通端として並列に接続されたｎチャンネルの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを有して成り、例えば、液晶テレビやカーナビ用の液晶モニタを背面から照射するバックライトとして用いられる。なお、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの直列段数については、必ずしも複数段である必要はない。

次に、駆動電流制御部２３による駆動電流Ｉ１〜ＩｎのＰＷＭ制御について、図２を参照しながら、詳細な説明を行う。

図２は、ＰＷＭ制御の一実施例を示す波形図であり、本図の上段及び下段には、それぞれ、従来におけるＰＷＭ制御の様子と本発明におけるＰＷＭ制御の様子が互いの周期Ｔを一致させた形で描写されている。

なお、本図中の左端に付された符号ＰＷＭは、ＰＷＭ信号の論理状態を示しており、符号Ｉ１〜Ｉ４は、４チャンネルの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に各々供給される駆動電流の電流波形を示している。また、符号ＩＤＲＶは、駆動電流制御部２３から照明装置４０に供給されるトータルの駆動電流ＩＤＲＶ（駆動電流Ｉ１〜Ｉ４の合計電流）の電流波形を示している。また、図中の符号Ｔは、ＰＷＭ制御の周期を示しており、符号Ｔｏｎ、Ｔｏｎ’は、ＰＷＭ制御のオン期間を示している。また、図中の符号ｉは、駆動電流Ｉ１〜Ｉ４の電流値を示している。

本図に示すように、本実施形態の発光ダイオード駆動装置２０は、４チャンネル全ての発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４について、互いの同時点灯を回避するように、各々のオン期間Ｔｏｎ’をずらして駆動電流Ｉ１〜Ｉ４（いずれのチャンネルについても電流値ｉ）を供給する構成とされている。具体的には、一のチャンネルの発光ダイオードをオンさせてから、そのオン期間Ｔｏｎ’が経過した後に、次のチャンネルの発光ダイオードをオンさせる構成とされている。

このような構成とすることにより、４チャンネル全ての発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に対して、同一のタイミングで駆動電流Ｉ１〜Ｉ４を供給していた従来のＰＷＭ制御と異なり、ＰＷＭ制御のオン期間中に４チャンネル分の駆動電流ＩＤＲＶ（＝４×ｉ）が一度に流れることを回避して、駆動電流ＩＤＲＶのピーク値を駆動電流Ｉ１〜Ｉ４の各電流値ｉまで低減することができる。すなわち、本実施形態の構成であれば、発光ダイオード駆動装置２０の発熱タイミングが均一に分散されるので、その放熱効率が上がり、パッケージの許容損失を下げて、省スペース化やコスト削減を実現することが可能となる。

なお、人間の視覚は、単位時間当たりに与えられたエネルギの総量に応じて、輝度の大小を感じるので、本発明のＰＷＭ制御方式を採用した場合でも、体感的な輝度が著しく変化することはない。

また、ＰＷＭ制御の周波数（１／Ｔ）については、表示画像のフレーム数（例えば３０［ｆｐｓ］）や商用交流電源の周波数（５０／６０［Ｈｚ］）、並びに、これらの倍数と一致しない周波数に適宜設定するとよい。このような周波数設定を行うことにより、照明装置４０の点滅に起因する表示画像や照明光のチラツキを防止することが可能となる。

ところで、従来におけるＰＷＭ制御のオンデューティをα（α≧０）、本発明におけるＰＷＭ制御のオンデューティをβ（β≧０）とした場合、従来におけるＰＷＭ制御のオン期間Ｔｏｎ、本発明におけるＰＷＭ制御のオン期間Ｔｏｎ’は、それぞれ、以下の（１）式、（２）式で表される。

Ｔｏｎ＝α×Ｔ … （１）
Ｔｏｎ’＝β×Ｔ … （２）

従って、発光ダイオードのチャンネル数をｎとすると、従来におけるＰＷＭ制御の空白期間Ｔｄｅｄ、及び、本発明におけるＰＷＭ制御の空白期間Ｔｄｅｄ’は、それぞれ、以下の（３）式、（４）式で表すことができる。

Ｔｄｅｄ＝Ｔ−Ｔｏｎ＝（１−α）×Ｔ … （３）
Ｔｄｅｄ’＝Ｔ−Ｔｏｎ’×ｎ＝（１−β×ｎ）×Ｔ … （４）

ここで、空白期間Ｔｄｅｄ、Ｔｄｅｄ’は、Ｔｄｅｄ≧０、Ｔｄｅｄ’≧０でなければならないため、オンデューティα、βの設定可能範囲は、以下の（５）式、（６）式で現される形となる。

０≦α≦１ … （５）
０≦β≦１／ｎ … （６）

上記の（５）式、（６）式から分かるように、本発明におけるＰＷＭ制御では、発光ダイオードのチャンネル数ｎに応じて、オンデューティβに上限値（１／ｎ）の制約が生じる。例えば、４チャンネルの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を駆動する場合、オンデューティβについては、０．２５（＝１／４）までしか設定できなくなる。

そのため、これ以上の発光輝度（従来のＰＷＭ制御における０．２５＜α≦１に相当する発光輝度）を得るためには、オンデューティβが所定の上限値（０．２５）に達して以後、駆動電流の電流値をｉからｉ’に増加させる必要が生じる。

さて、従来におけるＰＷＭ制御（チャンネル同期制御）でも、本発明におけるＰＷＭ制御（チャンネル分散制御）でも、同一の発光輝度を得るために周期Ｔで消費されるトータルの電荷（延いてはトータルの駆動電流）は等しいため、以下の（７）式が成立する。

ｎ×ｉ×Ｔｏｎ／Ｔ＝ｎ×ｉ’×Ｔｏｎ’／Ｔ
ｎ×ｉ×α＝ｎ×ｉ’×β … （７）

上記（７）式から、必要な電流値ｉ’は、以下の（８）式で算出することができる。

ｉ’＝（α／β）×ｉ … （８）

例えば、４チャンネルの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を駆動する場合であって、本発明のＰＷＭ制御におけるオンデューティβの上限値が０．２５であるとき、従来のＰＷＭ制御におけるオンデューティα＝０．５に相当する発光輝度を得るためには、駆動電流の電流値ｉ’を２×ｉまで高めればよいことが分かる。

このように、本実施形態の発光ダイオード駆動装置２０は、駆動電流Ｉ１〜Ｉ４のオンデューティβが上限値（０．２５）に達していなければ、駆動電流Ｉ１〜Ｉ４のＰＷＭ制御のみを行い、駆動電流Ｉ１〜Ｉ４のオンデューティβが上限値（０．２５）に達していれば、駆動電流Ｉ１〜Ｉ４のＰＷＭ制御とともに、駆動電流Ｉ１〜Ｉ４の電流値制御を行う構成とされている。このような構成とすることにより、駆動電流制御部２３に流れる駆動電流ＩＤＲＶのピーク値を低減しつつ、従来と同様の設定範囲で発光輝度を幅広く可変制御することが可能となる。

なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明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、上記実施形態では、４チャンネルの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を駆動対象とする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、発光ダイオードのチャンネル数に関しては、適宜増減することが可能である。

また、上記実施形態では、４チャンネル全ての発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４について、互いの同時点灯を回避するように、各々のオン期間をずらして駆動電流Ｉ１〜Ｉ４を供給する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、少なくとも一のチャンネルの発光ダイオードと、その余のチャンネルの発光ダイオードとの同時点灯を回避するように、各々のオン期間をずらして駆動電流を供給する構成でありさえすれば、駆動電流制御部２３に流れる駆動電流ＩＤＲＶのピーク値を従来に比べて低減することが可能となる。

また、上記実施形態では、一のチャンネルの発光ダイオードを消灯した直後に他のチャンネルの発光ダイオードを点灯する構成を例示して説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、一のチャンネルの発光ダイオードを消灯してから他のチャンネルの発光ダイオードを点灯するまでの間に、所定の同時オフ期間を有するように、駆動電流の供給制御を行う構成としてもよい。このような構成とすることにより、前チャンネルの消灯後に生じる過渡的な温度上昇が次チャンネルの点灯に伴う温度上昇と重複するのを回避して、その放熱効率を高めることが可能となる。

また、上記実施形態では、駆動電流のオンデューティが所定の上限値に達してから、駆動電流の電流値制御を開始する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、オンデューティが上限値に達する前から、駆動電流の電流値制御を行う構成としても構わない。

また、上記実施形態では、マイコン１０から発光ダイオード駆動装置２０に輝度制御命令（データ信号ＤＡＴＡ、クロック信号ＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡＴ）を入力する構成を例示して説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、マイコン１０から各チャンネル毎のＰＷＭ信号を個別に入力する構成としても構わない。

本発明に係る発光ダイオード駆動装置は、例えば、液晶ディスプレイのバックライトを駆動する手段として利用可能である。

は、本発明に係る発光ダイオード駆動装置を備えた電子機器の一実施形態を示すブロック図である。 は、ＰＷＭ制御の一実施例を示す波形図である。 は、発光ダイオード駆動装置の一従来例を示すブロック図である。 は、ＰＷＭ制御の一従来例を示す波形図である。

符号の説明

１０ マイコン
２０ 発光ダイオード駆動装置
２１ シリアルインターフェイス部
２２ ＤＣ／ＤＣコンバータ部
２３ 駆動電流制御部
３０ 昇降圧回路
４０ 照明装置
ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ 発光ダイオード

Claims (4)

1. 複数チャンネルの発光ダイオードに各々供給する駆動電流のパルス幅変調制御を行う発光ダイオード駆動装置であって、少なくとも一のチャンネルの発光ダイオードと、その余のチャンネルの発光ダイオードとの同時点灯を回避するように、各々のオン期間をずらして前記駆動電流を供給することを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
2. 前記駆動電流のパルス幅変調制御とともに、前記駆動電流の電流値制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置。
3. 前記駆動電流のオンデューティが所定の上限値に達していなければ、前記駆動電流のパルス幅変調制御のみを行い、前記駆動電流のオンデューティが所定の上限値に達していれば、前記駆動電流のパルス幅変調制御とともに、前記駆動電流の電流値制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード駆動装置。
4. 一のチャンネルの発光ダイオードを消灯してから他のチャンネルの発光ダイオードを点灯するまでの間に、所定の同時オフ期間を有するように、前記駆動電流の供給制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光ダイオード駆動装置。

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