特許 6247455 発光素子の駆動回路およびそれを用いた発光装置および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6247455

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】発光素子の駆動回路およびそれを用いた発光装置および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20171204BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20171204BHJP

   G09G 3/20 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/155 C

   H02M3/155 P

   H01L33/00 J

   G09G3/20 612D

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-105447(P2013-105447)

(22)【出願日】2013年5月17日

(65)【公開番号】特開2014-230297(P2014-230297A)

(43)【公開日】2014年12月8日

【審査請求日】2016年3月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】菊池 弘基

(72)【発明者】

【氏名】萩野 淳一

【審査官】 白井 孝治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１２５０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００９４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６０７４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／００〜 ３／４４

Ｈ０１Ｌ３３／００

Ｇ０９Ｇ ３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子の駆動回路であって、
第１ラインと第２ラインの間に駆動電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１ラインと前記第２ラインの間に前記発光素子と直列に設けられ、前記発光素子に駆動電流を供給する電流ドライバと、
前記第１ラインと前記電流ドライバの間に、前記発光素子と直列に挿入された保護抵抗と、
前記電流ドライバの両端間の電圧に応じた第１検出電圧が所定の基準電圧に近く付くように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、かつ、前記第１ラインと前記第２ラインの間の駆動電圧が所定の第１しきい値電圧を超えると、所定の保護処理を行うよう構成されたコントローラと、
を備え、
前記電流ドライバと前記コントローラは、単一のＩＣ（Integrated Circuit）に一体集積化され、当該ＩＣは、前記電流ドライバの一端と接続されるＬＥＤ端子を有し、前記保護抵抗は、前記ＩＣに一体集積化されず、
前記ＬＥＤ端子の地絡時において、前記保護抵抗がない場合に比べて前記駆動電圧が速く上昇することにより、前記駆動電圧が前記第１しきい値を超えるために要する時間が短縮されていることを特徴とする駆動回路。

【請求項2】

前記保護抵抗の一端は、前記電流ドライバに接続され、前記保護抵抗の他端は、前記発光素子の一端に接続されることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。

【請求項3】

前記駆動電圧を分圧し、第２検出電圧を生成する分圧回路をさらに備え、
前記コントローラは、
前記第１検出電圧と前記基準電圧の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子をスイッチングするドライバと、
前記第２検出電圧を前記第１しきい値電圧に応じて定められた第２しきい値電圧と比較し、前記第２検出電圧の方が高いとき保護信号をアサートするコンパレータと、
前記保護信号がアサートされると、前記所定の保護処理を実行するロジック部と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動回路。

【請求項4】

前記発光素子および前記電流ドライバは、複数のチャンネルそれぞれに設けられ、
前記コントローラは、複数のチャンネルそれぞれの第１検出電圧のうち最も低い電圧が前記基準電圧に近づくように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の駆動回路。

【請求項5】

発光素子の駆動回路であって、
第１ラインと第２ラインの間に駆動電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１ラインと前記第２ラインの間に前記発光素子と直列に設けられた検出抵抗と、
前記第１ラインと前記検出抵抗の間に、前記発光素子と直列に挿入された保護抵抗と、
前記検出抵抗の両端間の電圧に応じた第１検出電圧が、前記発光素子の輝度を指示する調光電圧に近く付くように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、かつ、前記第１ラインと前記第２ラインの間の駆動電圧が所定の第１しきい値電圧を超えると、所定の保護処理を行うよう構成されたコントローラと、
を備え、
前記コントローラは単一のＩＣ（Integrated Circuit）に一体集積化され、前記保護抵抗は、前記ＩＣに一体集積化されず、
前記検出抵抗の一端の地絡時において、前記保護抵抗がない場合に比べて前記駆動電圧が速く上昇することにより、前記駆動電圧が前記第１しきい値を超えるために要する時間が短縮されていることを特徴とする駆動回路。

【請求項6】

前記駆動電圧を分圧し、第２検出電圧を生成する分圧回路をさらに備え、
前記コントローラは、
前記第１検出電圧と前記調光電圧の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子をスイッチングするドライバと、
前記第２検出電圧を前記第１しきい値電圧に応じて定められた第２しきい値電圧と比較し、前記第２検出電圧の方が高いとき保護信号をアサートするコンパレータと、
前記保護信号がアサートされると、前記所定の保護処理を実行するロジック部と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。

【請求項7】

前記発光素子は、直列に接続された複数の発光ダイオードを含む発光ダイオードストリングであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の駆動回路。

【請求項8】

前記発光素子と、
前記発光素子を駆動する請求項１から７のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする発光装置。

【請求項9】

液晶パネルと、
前記液晶パネルのバックライトとして設けられた請求項８に記載の発光装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は発光素子の駆動技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、液晶パネルのバックライトや照明機器として、蛍光管に代えて、省エネ、寿命、制御性の観点で優れた特性を有するＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子が利用される。

【0003】

図１は、本発明者が検討した発光装置の構成例を示す回路図である。発光装置１ｒは、複数Ｎ個のチャンネル（ＣＨ１〜ＣＨＮ）のＬＥＤストリング（ＬＥＤバーともいう）４＿１〜４＿Ｎと、駆動回路２ｒと、を備える。

【0004】

ＬＥＤストリング４は、直列に接続された複数のＬＥＤを含む。駆動回路２ｒは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、複数の電流ドライバ２０＿１〜２０＿Ｎと、コントローラ３０と、を備える。たとえば電流ドライバ２０とコントローラ３０は、ひとつのＩＣ（Integrated Circuit）チップあるいはモジュールに集積化されている。

【0005】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮを昇圧して複数のＬＥＤストリング４＿１〜４＿Ｎのアノードに駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、スイッチングトランジスタＭ１、インダクタＬ１、整流ダイオードＤ１、出力キャパシタＣ１を含む昇圧型のスイッチング電源である。

【0006】

複数の電流ドライバ２０＿１〜２０＿Ｎは、それぞれチャンネルごとに設けられ、各電流ドライバ２０＿ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）は、対応するＬＥＤストリング４＿ｉのカソードに接続される。電流ドライバ２０＿ｉは、対応するＬＥＤストリング４＿ｉに駆動電流Ｉ_ＬＥＤｉを供給する。

【0007】

コントローラ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を制御する。具体的には、複数チャンネルＣＨ１〜ＣＨＮそれぞれのＬＥＤストリング４＿１〜４＿Ｎのカソード電圧Ｖ_ＬＥＤ１〜Ｖ_ＬＥＤＮのうち最も低い電圧が、所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦと一致するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。基準電圧Ｖ_ＲＥＦは、電流ドライバ２０の内部のトランジスタが飽和せずに駆動電流Ｉ_ＬＥＤを生成しうる電圧レベルに設定されている。

【0008】

たとえばコントローラ３０は、誤差増幅器３２、パルス変調器３４、ドライバ３６、ＯＶＰ（過電圧保護）コンパレータ３８、ロジック部４０を含む。

【0009】

誤差増幅器３２は、複数チャンネルＣＨ１〜ＣＨＮのカソード電圧Ｖ_ＬＥＤ１〜Ｖ_ＬＥＤＮのうち最も低い電圧と基準電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差を増幅し、誤差電圧Ｖ_ＦＢを生成する。パルス変調器３４は、誤差電圧Ｖ_ＦＢに応じたデューティ比を有するパルス信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。たとえばパルス変調器３４は、パルス幅変調あるいはパルス周波数変調によって、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのデューティ比を調節する。

【0010】

ドライバ３６は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭにもとづいてＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。
複数のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮのうち、第ｉチャンネルのＬＥＤストリング４＿ｉの電圧降下Ｖ_Ｆｉが最も大きいとする。このとき、第ｉチャンネルのＬＥＤストリング４＿ｉのカソード電圧Ｖ_ＬＥＤｉが最も低くなり、そのカソード電圧Ｖ_ＬＥＤｉが基準電圧Ｖ_ＲＥＦと一致するようフィードバックがかかる。したがって駆動電圧Ｖ_ＯＵＴは、式（１）の目標レベルに安定化される。
Ｖ_ＯＵＴ＝Ｖ_Ｆｉ＋Ｖ_ＲＥＦ …（１）

【0011】

抵抗Ｒ１１、Ｒ１２は、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを分圧する。ＯＶＰコンパレータ３８は、分圧された駆動電圧Ｖ_ＯＵＴ’を所定のしきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ２と比較し、Ｖ_ＯＵＴ＞Ｖ_ＯＶＰ２のときＯＶＰ（過電圧保護）信号をアサート（たとえばハイレベル）する。ロジック部４０は、ＯＶＰ信号がアサートされると、所定の過電圧保護処理を実行する。たとえばロジック部４０は、ＯＶＰ信号がアサートされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチングならびに電流ドライバ２０＿１〜２０＿Ｎを停止する。

【0012】

以上が駆動回路２ｒの構成である。この駆動回路２ｒによれば、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを、各チャンネルのＬＥＤストリング４を所望の輝度で発光させうる範囲で最も低いレベルに安定化することができる。つまり高効率でＬＥＤストリング４を駆動できる。

【0013】

また、ＯＶＰコンパレータ３８による過電圧検出によって、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴがしきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ１（＝Ｖ_ＯＶＰ２×（Ｒ１１＋Ｒ１２）／Ｒ１２）を超えるのを防止でき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０、ＬＥＤストリング４や電流ドライバ２０の各素子を過電圧から保護することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２００６−１１４３２４号公報

【特許文献2】特開２００８−３００２０８号公報

【特許文献3】特開２００６−３３９２９８号公報

【特許文献4】特開２００８−０６４４７７号公報

【特許文献5】特開２００８−２５８４２８号公報

【特許文献6】特開２００７−１５８０８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明者らは、図１の発光装置１ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

【0016】

発光装置１ｒは、完全に密封されているわけではないため、その内部に、微少な、ほこりや金属片などのゴミが混入しうる。これらのゴミによって、任意のノードが接地電位に対して短絡（地絡ともいう）したり、電源電位に対して短絡（天絡）したりする場合がある。地絡あるいは天絡が生ずると、フィードバック制御が効かなくなり、ある経路に大電流が流れ、回路素子が発熱するという問題がある。

【0017】

たとえば、Ｎ番目のチャンネルのＬＥＤ端子ＬＥＤ＿Ｎが、一点鎖線の経路６で地絡した場合を考える。図２は、図１の発光装置１ｒの地絡時の動作波形図である。

【0018】

時刻ｔ０より前、発光装置１ｒは正常状態であり、第ＮチャンネルのＬＥＤストリング４＿Ｎのカソード電圧（第１検出電圧）Ｖ_ＬＥＤＮが基準電圧Ｖ_ＲＥＦに安定化され、ＬＥＤストリング４＿Ｎには、駆動電流Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}が流れている。駆動電圧Ｖ_ＯＵＴは、式（２）の電圧レベルに安定化される。
Ｖ_{ＯＵＴ＿ＮＯＲＭ}＝Ｖ_{Ｆ＿ＮＯＲＭ}＋Ｖ_ＲＥＦ …（２）
Ｖ_{Ｆ＿ＮＯＲＭ}は、駆動電流Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}が流れるときのＬＥＤストリング４＿Ｎの順方向電圧（電圧降下）である。

【0019】

時刻ｔ０に経路６で地絡すると、カソード電圧Ｖ_ＬＥＤＮは０Ｖ付近まで低下する。コントローラ３０は、０Ｖ付近のカソード電圧Ｖ_ＬＥＤＮが基準電圧Ｖ_ＲＥＦと一致するように駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを上昇させる。ところが駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを上昇させても、カソード電圧Ｖ_ＬＥＤＮは上昇しないため、さらに駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが上昇するようにフィードバックがかかる。

【0020】

このとき、Ｎ番目のチャンネルのＬＥＤストリング４＿Ｎのアノードカソード間には、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが直接印加されることになるため、駆動電流Ｉ_ＬＥＤＮが制御不能となり、駆動電流Ｉ_ＬＥＤＮが増大する。この状態は、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが過電圧保護のしきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ１に達する時刻ｔ１まで持続する。時刻ｔ１以降は過電圧保護が働き、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが低下しはじめ、駆動電流Ｉ_ＬＥＤＮも減少する。

【0021】

このように、図１の発光装置１ｒでは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、ＬＥＤストリング４＿Ｎに大電流が流れ続ける。

【0022】

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、過電流保護機能を備える駆動回路の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0023】

本発明のある態様は、発光素子の駆動回路に関する。駆動回路は、第１ラインと第２ラインの間に駆動電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、第１ラインと第２ラインの間に発光素子と直列に設けられ、発光素子に駆動電流を供給する電流ドライバと、第１ラインと電流ドライバの間に、発光素子と直列に挿入された保護抵抗と、電流ドライバの両端間の電圧に応じた第１検出電圧が所定の基準電圧に近く付くようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、かつ、第１ラインと第２ラインの間の駆動電圧が所定の第１しきい値電圧を超えると、所定の保護処理を行うよう構成されたコントローラと、を備える。

【0024】

この態様では、過電圧状態においては、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが第１しきい値電圧Ｖ_ＯＣＰ１を超えることにより、回路保護が働く。それに加えて、過電流状態においても、保護抵抗の電圧降下Ｉ_{ＬＥＤ＿ＯＣＰ}×Ｒ１が増大するため、第１ラインと第２ライン間の駆動電圧が大きくなる。その結果、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが第１しきい値電圧Ｖ_ＯＣＰ１を超えることになり、回路保護を動作させることができる。

【0025】

正常な状態において、発光素子に流れる駆動電流をＩ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}、発光素子の電圧降下をＶ_{Ｆ＿ＮＯＲＭ}、基準電圧をＶ_ＲＥＦとするとき、駆動電圧Ｖ_{ＯＵＴ＿ＮＯＲＭ}は、式（３）で与えられる。
Ｖ_{ＯＵＴ＿ＮＯＲＭ}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}×Ｒ１＋Ｖ_{Ｆ＿ＮＯＲＭ}＋Ｖ_ＲＥＦ …（３）
一方、過電流状態において発光素子に流れる電流をＩ_{ＬＥＤ＿ＯＣＰ}、発光素子の電圧降下をＶ_{Ｆ＿ＯＣＰ}とし、保護抵抗の抵抗値をＲ１とするとき、駆動電圧Ｖ_{ＯＵＴ＿ＯＣＰ}は、式（４）で与えられる。
Ｖ_{ＯＵＴ＿ＯＣＰ}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＯＣＰ}×Ｒ１＋Ｖ_{Ｆ＿ＯＣＰ} …（４）
この場合に、第１しきい値電圧Ｖ_ＯＣＰ１を、不等式（５）を満たすように定めてもよい。
Ｖ_{ＯＵＴ＿ＮＯＲＭ}＜Ｖ_ＯＣＰ１＜Ｖ_{ＯＵＴ＿ＯＣＰ} …（５）

【0026】

駆動回路は、駆動電圧を分圧し、第２検出電圧を生成する分圧回路をさらに備えてもよい。コントローラは、第１検出電圧と基準電圧の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、パルス信号に応じてＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子をスイッチングするドライバと、第２検出電圧を第１しきい値電圧に応じて定められた第２しきい値電圧と比較し、第２検出電圧の方が高いとき保護信号をアサートするコンパレータと、保護信号がアサートされると、所定の保護処理を実行するロジック部と、を含んでもよい。

【0027】

発光素子および電流ドライバは、複数のチャンネルそれぞれに設けられてもよい。コントローラは、複数のチャンネルそれぞれの第１検出電圧のうち最も低い電圧が基準電圧に近づくようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御してもよい。

【0028】

本発明の別の態様もまた、発光素子の駆動回路に関する。この駆動回路は、第１ラインと第２ラインの間に駆動電圧を発生させるＤＣ／ＤＣコンバータと、第１ラインと第２ラインの間に発光素子と直列に設けられた検出抵抗と、第１ラインと検出抵抗の間に、発光素子と直列に挿入された保護抵抗と、検出抵抗の両端間の電圧に応じた第３検出電圧が、発光素子の輝度を指示する調光電圧に近く付くようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、かつ、第１ラインと第２ラインの間の駆動電圧が所定の第１しきい値電圧を超えると、所定の保護処理を行うよう構成されたコントローラと、を備える。

【0029】

この態様では、過電圧状態においては、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが第１しきい値電圧Ｖ_ＯＣＰ１を超えることにより回路保護が働く。それに加えて、過電流状態においても、保護抵抗の電圧降下Ｉ_{ＬＥＤ＿ＯＣＰ}×Ｒ３が増大するため、この電圧降下分、第１ラインと第２ライン間の駆動電圧が大きくなる。その結果、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが第１しきい値電圧Ｖ_ＯＣＰ１を超えることになり、回路保護を動作させることができる。

【0030】

正常な状態において、調光電圧をＶ_ＡＤＩＭ、保護抵抗の抵抗値をＲ２するとき、駆動電流Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}は、式（６）で与えられる。
Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}＝Ｖ_ＡＤＩＭ／Ｒ２ …（６）
このときの発光素子の電圧降下をＶ_{Ｆ＿ＮＯＲＭ}とすると、駆動電圧Ｖ_{ＯＵＴ＿ＮＯＲＭ}は、式（７）となる。
Ｖ_{ＯＵＴ＿ＮＯＲＭ}＝Ｖ_{Ｆ＿ＮＯＲＭ}＋Ｒ３×Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}＋Ｖ_ＡＤＩＭ …（７）
一方、過電流状態において発光素子に流れる電流をＩ_{ＬＥＤ＿ＯＣＰ}、発光素子の電圧降下をＶ_{Ｆ＿ＯＣＰ}とするとき、駆動電圧Ｖ_{ＯＵＴ＿ＯＣＰ}は、式（８）で与えられる。
Ｖ_{ＯＵＴ＿ＯＣＰ}＝Ｖ_{Ｆ＿ＯＣＰ}＋（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ} …（８）
この場合に、第１しきい値電圧Ｖ_ＯＣＰ１を、不等式（９）が成り立つように定めてもよい。
Ｖ_{ＯＵＴ＿ＮＯＲＭ}＜Ｖ_ＯＣＰ１＜Ｖ_{ＯＵＴ＿ＯＣＰ} …（９）

【0031】

駆動回路は、駆動電圧を分圧し、第４検出電圧を生成する分圧回路をさらに備えてもよい。コントローラは、第３検出電圧と調光電圧の誤差を増幅し、誤差信号を生成する誤差増幅器と、誤差信号に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス変調器と、パルス信号に応じてＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子をスイッチングするドライバと、第４検出電圧を第１しきい値電圧に応じて定められた第２しきい値電圧と比較し、第４検出電圧の方が高いとき保護信号をアサートするコンパレータと、保護信号がアサートされると、所定の保護処理を実行するロジック部と、を含んでもよい。

【0032】

発光素子は、直列に接続された複数の発光ダイオードを含む発光ダイオードストリングであってもよい。

【0033】

電流ドライバとコントローラは、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。

【0034】

本発明の別の態様は発光装置に関する。発光装置は、発光素子と、発光素子を駆動する上述のいずれかの駆動回路と、を備える。

【0035】

本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、液晶パネルと、液晶パネルのバックライトとして設けられた上述の発光装置と、を備える。

【0036】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0037】

本発明のある態様によれば、過電流状態において回路を保護できる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明者が検討した発光装置の構成例を示す回路図である。

【図2】図１の発光装置の地絡時の動作波形図である。

【図3】第１の実施の形態に係る発光装置を示す回路図である。

【図4】図３の発光装置の地絡時の動作波形図である。

【図5】第２の実施の形態に係る発光装置を示す回路図である。

【図6】図５の発光装置の動作波形図である。

【図7】発光装置を備える電子機器の構成を示す回路図である。

【図8】図７の電子機器を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0040】

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0041】

（第１の実施の形態）
図３は、第１の実施の形態に係る発光装置１を示す回路図である。発光装置１は、図１の発光装置１ｒと同様に、Ｎ個のチャンネル（ＣＨ１〜ＣＨＮ）のＬＥＤストリング４＿１〜４＿Ｎと、駆動回路２と、を備える。

【0042】

駆動回路２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０、複数の電流ドライバ２０＿１〜２０＿Ｎ、コントローラ３０、分圧回路５０に加えて、チャンネルＣＨ１〜ＣＨＮごとに設けられた保護抵抗Ｒ１＿１〜Ｒ１＿Ｎを備える。たとえば電流ドライバ２０＿１〜２０＿Ｎとコントローラ３０は、ひとつのＩＣ（Integrated Circuit）チップあるいはモジュール（以下、制御ＩＣ８という）に集積化されている。

【0043】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮを昇圧して複数のＬＥＤストリング４＿１〜４＿Ｎのアノードに駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、スイッチングトランジスタＭ１、インダクタＬ１、整流ダイオードＤ１、出力キャパシタＣ１を含む昇圧型のスイッチング電源である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のトポロジーは一般的であるため、説明を省略する。またそのトポロジーにさまざまな変形があることが当業者には理解され、本発明において限定されるものではない。たとえば整流ダイオードＤ１に代えて、同期整流スイッチを用いてもよい。

【0044】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、第１ライン（出力ライン）１２と第２ライン（接地ライン）１４の間に、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを発生させる。

【0045】

複数の電流ドライバ２０＿１〜２０＿Ｎは、第１ライン１２と第２ライン１４の間に、複数の発光素子４＿１〜４＿Ｎと直列に設けられる。複数の電流ドライバ２０＿１〜２０＿Ｎは、対応する複数の発光素子４＿１〜４＿Ｎに、駆動電流Ｉ_ＬＥＤ１〜Ｉ_ＬＥＤＮを供給する。電流ドライバ２０は、目標輝度に応じて駆動電流Ｉ_ＬＥＤの振幅を変化させるアナログ調光を行ってもよい。それに加えて、あるいはそれに代えて電流ドライバ２０は、駆動電流Ｉ_ＬＥＤをスイッチングし、目標輝度に応じて実効的な点灯時間を変化させるＰＷＭ調光を行ってもよい。

【0046】

第ｉチャンネル（１≦ｉ≦Ｎ）の保護抵抗Ｒ１＿ｉは、第１ライン１２と対応する電流ドライバ２０＿ｉの間に、対応する発光素子４＿ｉと直列に挿入される。より具体的には、保護抵抗Ｒ１＿ｉは、ＬＥＤ端子ＬＥＤｉとＬＥＤストリング４＿ｉのカソードの間に設けられる。

【0047】

制御ＩＣ８は、スイッチング（ＳＷＯＵＴ）端子、ＯＶＰ端子、ＬＥＤ端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤＮ、接地（ＧＮＤ）端子を有する。ＳＷＯＵＴ端子は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチングトランジスタＭ１の制御電極（ゲート）と接続される。第ｉチャンネルのＬＥＤ端子ＬＥＤｉは、対応する保護抵抗Ｒ１＿ｉを介して、対応するＬＥＤストリング４＿ｉのカソードと接続される。ＧＮＤ端子は第２ライン１４と接続される。分圧回路５０は、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを分圧して第２検出電圧Ｖ_ＯＵＴ’を生成し、ＯＶＰ端子に入力する。

【0048】

電流ドライバ２０＿ｉは、ＬＥＤ端子ＬＥＤｉとＧＮＤ端子の間に設けられる。コントローラ３０は、電流ドライバ２０の両端間の電圧に応じた第１検出電圧Ｖ_ＬＥＤが所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦに近く付くようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０を制御し、かつ、第１ライン１２と第２ライン１４の間の駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが所定の第１しきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ１を超えると、所定の保護処理を行うよう構成される。

【0049】

コントローラ３０は、誤差増幅器３２、パルス変調器３４、ドライバ３６、ＯＶＰコンパレータ３８、ロジック部４０を備える。

【0050】

誤差増幅器３２は、第１検出電圧Ｖ_ＬＥＤと基準電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差を増幅し、誤差信号Ｖ_ＦＢを生成する。より具体的には、誤差増幅器３２は、複数の第１検出電圧Ｖ_ＬＥＤ１〜Ｖ_ＬＥＤＮのうち最も低い電圧と基準電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差に応じて、誤差信号Ｖ_ＦＢを生成する。

【0051】

パルス変調器３４は、誤差信号Ｖ_ＦＢに応じたデューティ比を有するパルス信号を生成する。パルス変調器３４の変調方式、構成は特に限定されず、公知の、あるいは将来利用可能な回路を用いればよい。

【0052】

ドライバ３６は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチング素子Ｍ１をスイッチングする。

【0053】

ＯＶＰコンパレータ３８は、第２検出電圧Ｖ_ＯＵＴ’を第２しきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ２と比較し、第２検出電圧Ｖ_ＯＵＴ’の方が高いとき保護信号ＯＶＰをアサートする。
第２しきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ２は、第１しきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ１に応じて、式（１０）にもとづいて定められる。
Ｖ_ＯＶＰ２＝Ｖ_ＯＶＰ１×Ｒ１２／（Ｒ１１＋Ｒ１２） …（１０）

【0054】

ロジック部４０は、保護信号ＯＶＰがアサートされると、所定の保護処理を実行する。たとえばロジック部４０は、ＯＶＰ信号がアサートされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のスイッチングならびに電流ドライバ２０＿１〜２０＿Ｎを停止する。

【0055】

以上が発光装置１の構成である。続いてその動作を説明する。

【0056】

図４は、図３の発光装置１の地絡時の動作波形図である。時刻ｔ０以前は通常状態である。図４には、図１の発光装置１ｒの動作波形が一点鎖線で示されている。

【0057】

時刻ｔ０より前、発光装置１は正常状態であり、第ＮチャンネルのＬＥＤストリング４＿Ｎのカソード電圧Ｖ_ＬＥＤＮが基準電圧Ｖ_ＲＥＦに安定化され、ＬＥＤストリング４＿Ｎには、駆動電流Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}が流れている。駆動電圧Ｖ_ＯＵＴは、式（１１）の電圧レベルに安定化されている。
Ｖ_{ＯＵＴ＿ＮＯＲＭ}＝Ｖ_{Ｆ＿ＮＯＲＭ}＋Ｖ_ＲＥＦ＋Ｖ_Ｒ１＿Ｎ …（１１）
Ｖ_{Ｆ＿ＮＯＲＭ}は、ＬＥＤストリング４＿Ｎの順方向電圧であり、Ｖ_Ｒ１＿Ｎは、保護抵抗Ｒ１＿Ｎの電圧降下Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}×Ｒ１＿Ｎである。

【0058】

時刻ｔ０に経路６で地絡すると、カソード電圧Ｖ_ＬＥＤＮは０Ｖ付近まで低下する。コントローラ３０は、０Ｖ付近のカソード電圧Ｖ_ＬＥＤＮが基準電圧Ｖ_ＲＥＦと一致するように駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを上昇させる。ところが駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを上昇させても、カソード電圧Ｖ_ＬＥＤＮは上昇しないため、さらに駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが上昇するようにフィードバックがかかる。

【0059】

このとき、Ｎ番目のチャンネルのＬＥＤストリング４＿Ｎのアノードカソード間には、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが直接印加されることになるため、駆動電流Ｉ_ＬＥＤＮが制御不能となり、駆動電流Ｉ_ＬＥＤＮが増大する。これにより、保護抵抗Ｒ１＿Ｎの電圧降下Ｖ_Ｒ１＿Ｎが増大するため、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴは、一点鎖線で示す図２の駆動電圧Ｖ_ＯＵＴよりも速く上昇する。

【0060】

そして時刻ｔ２に、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが過電圧保護のしきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ１に達すると、ＯＶＰ信号がアサートされて回路保護が働く。その後、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが低下しはじめ、駆動電流Ｉ_ＬＥＤＮも減少する。

【0061】

以上が発光装置１の動作である。
図３の発光装置１によれば、図１の発光装置１ｒにおいて過電圧保護がかかる時刻ｔ１よりも前の時刻ｔ２に、回路保護がかかるため、過電流が流れ続ける期間を短縮することができる。

【0062】

また、図３の発光装置１によれば、図１の発光装置１ｒに比べて、同じ駆動電圧Ｖ_ＯＵＴに対して、保護抵抗Ｒ１＿Ｎの電圧降下Ｖ_Ｒ１＿Ｎの分だけ、ＬＥＤストリング４＿Ｎに印加される電圧が小さくなるため、地絡時に流れる電流量も、図１の発光装置１ｒに比べて小さくすることができる。

【0063】

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態に係る発光装置１ａを示す回路図である。発光装置１ａは、単一のＬＥＤストリング４と、駆動回路２ａを備える。

【0064】

駆動回路２ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０、分圧回路５０、コントローラ３０ａ、検出抵抗Ｒ２、保護抵抗Ｒ３を備える。

【0065】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、第１ライン１２と第２ライン１４の間に駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを発生させる。検出抵抗Ｒ２は、第１ライン１２と第２ライン１４の間にＬＥＤストリング４と直列に設けられる。保護抵抗Ｒ３は、第１ライン１２と検出抵抗Ｒ２の間に、ＬＥＤストリング４と直列に挿入される。より具体的には、保護抵抗Ｒ３は、ＬＥＤ端子とＬＥＤストリング４のカソードの間に設けられる。

【0066】

コントローラ３０ａは、制御ＩＣ８ａに集積化される。コントローラ３０ａは、検出抵抗Ｒ２の両端間の電圧に応じた第３検出電圧Ｖ_Ｒ２が、ＬＥＤストリング４の輝度を指示する調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭに近く付くようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０を制御する。またコントローラ３０ａは、第１ライン１２と第２ライン１４の間の駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが所定の第１しきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ１を超えると、所定の保護処理を行うよう構成される。

【0067】

コントローラ３０ａは、図３のコントローラ３０と同様に、誤差増幅器３２、パルス変調器３４、ドライバ３６、ＯＶＰコンパレータ３８、ロジック部４０を備える。誤差増幅器３２は、調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭと第３検出電圧Ｖ_Ｒ２の誤差を増幅し、誤差信号Ｖ_ＦＢを生成する。その他は、図３のコントローラ３０と同様である。

【0068】

以上が発光装置１ａの構成である。続いてその動作を説明する。

【0069】

図６は、図５の発光装置１ａの動作波形図である。図６には、図５の発光装置１ａの波形が実線で、保護抵抗Ｒ３が設けられない回路の波形が一点鎖線で示される。

【0070】

はじめに一点鎖線を参照し、保護抵抗Ｒ３が設けられない回路の動作を説明する。
時刻ｔ０より前は正常状態であり、ＬＥＤストリング４に流れる駆動電流Ｉ_ＬＥＤは、検出抵抗Ｒ２に流れ込む。したがって、検出抵抗Ｒ２の電圧降下である第３検出電圧Ｖ_Ｒ２は式（１２）で与えられる。
Ｖ_Ｒ２＝Ｉ_ＬＥＤ×Ｒ２ …（１２）
コントローラ３０ａによるフィードバック制御により、Ｖ_Ｒ２＝Ｖ_ＡＤＩＭが成り立つとき、駆動電流Ｉ_ＬＥＤは、式（１３）の電流量Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}に安定化される。
Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}＝Ｖ_ＡＤＩＭ／Ｒ２ …（１３）

【0071】

時刻ｔ０に、ＬＥＤ端子が経路６により地絡する。このとき、第３検出電圧Ｖ_Ｒ２は０Ｖ付近まで低下する。コントローラ３０ａは、０Ｖ付近の第３検出電圧Ｖ_Ｒ２が調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭと一致するように駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを上昇させる。ところが駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを上昇させても、第３検出電圧Ｖ_Ｒ２は上昇しないため、さらに駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが上昇するようにフィードバックがかかる。

【0072】

このとき、ＬＥＤストリング４のアノードカソード間には、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが直接印加されることになるため、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが制御不能となり、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが増大する。この状態は、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが過電圧保護のしきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ１に達する時刻ｔ１まで持続する。時刻ｔ１以降は過電圧保護が働き、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが低下しはじめ、駆動電流Ｉ_ＬＥＤＮも減少する。

【0073】

続いて、実線を参照し、図５の発光装置１ａの動作を説明する。時刻ｔ０より前において、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴは、式（１４）の電圧レベルに安定化される。
Ｖ_{ＯＵＴ＿ＮＯＲＭ}＝Ｖ_ＡＤＩＭ＋Ｖ_Ｆ＋Ｖ_Ｒ３＝Ｖ_ＡＤＩＭ＋Ｖ_Ｆ＋Ｉ_{ＬＥＤ＿ＮＯＲＭ}×Ｒ３ …（１４）

【0074】

時刻ｔ０に経路６によってＬＥＤ端子が地絡する。このとき、第３検出電圧Ｖ_Ｒ２は０Ｖ付近まで低下する。コントローラ３０ａは、０Ｖ付近の第３検出電圧Ｖ_Ｒ２が調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭと一致するように駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを上昇させる。ところが駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを上昇させても、第３検出電圧Ｖ_Ｒ２は上昇しないため、さらに駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが上昇するようにフィードバックがかかる。

【0075】

このとき、ＬＥＤストリング４のアノードカソード間には、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが直接印加されることになるため、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが制御不能となり、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが増大する。これにより、保護抵抗Ｒ３の電圧降下Ｖ_Ｒ３が増大するため、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴは、一点鎖線で示す駆動電圧Ｖ_ＯＵＴよりも速く上昇する。

【0076】

そして時刻ｔ２に、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが過電圧保護のしきい値電圧Ｖ_ＯＶＰ１に達すると、ＯＶＰ信号がアサートされて回路保護が働く。その後、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが低下しはじめ、駆動電流Ｉ_ＬＥＤＮも減少する。

【0077】

以上が発光装置１ａの動作である。

【0078】

図５の発光装置１ａによれば、保護抵抗Ｒ３を設けない場合に過電圧保護がかかる時刻ｔ１よりも前の時刻ｔ２に、回路保護がかかるため、過電流が流れ続ける期間を短縮することができる。

【0079】

また、図５の発光装置１ａによれば、保護抵抗Ｒ３を設けない場合に比べて、保護抵抗Ｒ３の電圧降下Ｖ_Ｒ３の分だけ、ＬＥＤストリング４に印加される電圧が小さくなるため、地絡時の電流量も小さくすることができる。

【0080】

最後に、発光装置１（１ａ）の用途を説明する。
図７は、発光装置１を備える電子機器５００の構成を示す回路図である。電子機器５００は、ノートＰＣやディスプレイ装置、テレビ受像器など、商用交流電源からの電力を受けて動作するデバイスである。

【0081】

電子機器５００は、発光装置１に加えて、整流回路５０２、平滑コンデンサ５０４、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０６、ＬＣＤパネル５０８を備える。発光装置１は、ＬＣＤパネル５０８のバックライトとして使用される。

【0082】

整流回路５０２は、商用交流電圧Ｖ_ＡＣを整流する。平滑コンデンサ５０４は、整流された電圧を平滑化し、直流電圧Ｖ_ＤＣを生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０６は直流電圧Ｖ_ＤＣを降圧する。発光装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０６からの直流電圧Ｖ_ＩＮを受けて動作する。

【0083】

図８は、図７の電子機器５００を示す斜視図である。図８の電子機器５００は、エッジライト型のディスプレイ装置である。ＬＣＤパネル５０８の背面には、複数の導光板５１０＿１〜５１０＿Ｎが配置される。４チャンネルのＬＥＤストリング４＿１〜４＿４は、対応する導光板５１０＿１〜５１０＿Ｎを照射するように配置される。そのほか、電子機器５００の筐体５１２の内部には、図７の整流回路５０２、平滑コンデンサ５０４、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０６、制御ＩＣ８等が内蔵されるが、図８では図示しない。

【0084】

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセス、それらの組み合わせには、さまざまな変形例が存在しうる。以下、こうした変形例について説明する。

【0085】

第１の実施の形態においてＬＥＤストリング４と電流ドライバ２０および保護抵抗Ｒ１の順序は、図３のそれには限定されない。たとえば保護抵抗Ｒ１＿ｉは、第１ライン１２とＬＥＤストリング４＿ｉの間に挿入されてもよい。また、実施の形態では、電流ドライバ２０をＬＥＤストリング４のカソード側に設けて、電流ドライバ２０が駆動電流を吸い込む（シンク）形式を説明したが、電流ドライバ２０をＬＥＤストリング４のアノード側に設けて、電流ドライバ２０が駆動電流を吐き出す（ソース）形式としてもよい。

【0086】

また第２の実施の形態においてＬＥＤストリング４と検出抵抗Ｒ２および保護抵抗Ｒ３の順序は図５のそれには限定されない。たとえば保護抵抗Ｒ３は、第１ライン１２とＬＥＤストリング４の間に挿入されてもよい。

【0087】

発光装置１を用いたバックライトは、（i）実施の形態で説明したエッジライト型であってもよいし、（ii）ＬＥＤストリング４がＬＣＤパネル５０８の背面に配置される直下型であってもよい。

【0088】

実施の形態ではインダクタを用いた非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを説明したが、本発明はトランスを用いた絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータにも適用可能である。

【0089】

実施の形態では、発光装置３のアプリケーションとして電子機器を説明したが、用途は特に限定されず、照明、電光掲示板、電子看板などにも利用できる。

【0090】

また、本実施の形態において、各信号のハイレベル、ローレベルの論理信号の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。

【0091】

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0092】

５００…電子機器、５０２…整流回路、５０４…平滑コンデンサ、５０６…ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０８…ＬＣＤパネル、１…発光装置、２…駆動回路、４…ＬＥＤストリング、８…制御ＩＣ、１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２…第１ライン、１４…第２ライン、２０…電流ドライバ、３０…コントローラ、３２…誤差増幅器、３４…パルス変調器、３６…ドライバ、３８…ＯＶＰコンパレータ、４０…ロジック部、５０…分圧回路、Ｌ１…インダクタ、Ｃ１…出力キャパシタ、Ｄ１…整流ダイオード、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｒ１…保護抵抗、Ｒ２…検出抵抗、Ｒ３…保護抵抗。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】