特許 6288814 発光素子駆動装置

(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】6288814

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】発光素子駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/00 20100101AFI20180226BHJP

   H05B 33/08 20060101ALI20180226BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20180226BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 J

   H05B33/08

   H05B33/14 A

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-125408(P2013-125408)

(22)【出願日】2013年6月14日

(65)【公開番号】特開2015-2233(P2015-2233A)

(43)【公開日】2015年1月5日

【審査請求日】2016年6月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】501061319

【氏名又は名称】学校法人 東洋大学

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(72)【発明者】

【氏名】佐野 勇司

【審査官】 高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５３３８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３５２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３０５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７７１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０１６３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１０３４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開昭５４−００９６７６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−０１０５７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／４６

Ｈ０２Ｍ ３／００−３／４４

Ｈ０５Ｂ ３７／００−３９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上で且つ前記発光素子の定格電流よりも小さい駆動電流を前記発光素子に流す場合には前記発光素子を直流駆動する直流駆動部を備え、
前記直流駆動部は、直流電源と、
前記直流電源の一端と一定電位の間に、両端にコンデンサが接続された前記発光素子と抵抗と前記発光素子を駆動する駆動素子とを直列に接続した直列回路と、
前記コンデンサの容量をＣ、前記発光素子の内部等価抵抗をＲとした場合に、時間Ｔ＝２．２×Ｃ×Ｒよりも小さい周期でパルス幅変調されたパルス信号で前記駆動素子をオンオフ駆動させるＰＷＭ駆動部と、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が前記発光素子の一端に接続されたスイッチとを備え、
前記スイッチは、オフすることにより前記駆動電流が前記基準電流未満の場合には前記発光素子をパルス駆動させ、オンすることにより前記駆動電流が前記基準電流以上の場合には前記発光素子を直流駆動させることを特徴とする発光素子駆動装置。

【請求項2】

発光素子の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上で且つ前記発光素子の定格電流よりも小さい駆動電流を前記発光素子に流す場合には前記発光素子を直流駆動する直流駆動部を備え、
前記直流駆動部は、前記発光素子の一端に一端が接続された直流電源と、
前記発光素子の他端に一端が接続されたコイルと、
前記コイルの他端に一端が接続され前記発光素子の一端に他端が接続された還流ダイオードと、
前記発光素子の両端に接続されたコンデンサと、
前記コイルの他端と前記還流ダイオードの一端とに接続され、前記発光素子を駆動する駆動素子と、
前記コンデンサの容量をＣ、前記発光素子の内部等価抵抗をＲとした場合に、時間Ｔ＝２．２×Ｃ×Ｒよりも小さい周期でパルス幅変調されたパルス信号で前記駆動素子をオンオフ駆動させるＰＷＭ駆動部と、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が前記発光素子の一端に接続されたスイッチとを備え、
前記スイッチは、オフすることにより前記駆動電流が前記基準電流未満の場合には前記発光素子をパルス駆動させ、オンすることにより前記駆動電流が前記基準電流以上の場合には前記発光素子を直流駆動させることを特徴とする発光素子駆動装置。

【請求項3】

発光素子の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上で且つ前記発光素子の定格電流よりも小さい駆動電流を前記発光素子に流す場合には前記発光素子を直流駆動する直流駆動部を備え、
前記直流駆動部は、前記発光素子の一端に一端が接続された直流電源と、
前記発光素子の他端に一端が接続された還流ダイオードと、
前記還流ダイオードの他端に一端が接続され前記発光素子の一端に他端が接続されたコイルと、
前記発光素子の両端に接続されたコンデンサと、
前記コイルの一端と前記還流ダイオードの他端とに接続され、前記発光素子を駆動する駆動素子と、
前記コンデンサの容量をＣ、前記発光素子の内部等価抵抗をＲとした場合に、時間Ｔ＝２．２×Ｃ×Ｒよりも小さい周期でパルス幅変調されたパルス信号で前記駆動素子をオンオフ駆動させるＰＷＭ駆動部と、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が前記発光素子の一端に接続されたスイッチとを備え、
前記スイッチは、オフすることにより前記駆動電流が前記基準電流未満の場合には前記発光素子をパルス駆動させ、オンすることにより前記駆動電流が前記基準電流以上の場合には前記発光素子を直流駆動させることを特徴とする発光素子駆動装置。

【請求項4】

発光素子の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上で且つ前記発光素子の定格電流よりも小さい駆動電流を前記発光素子に流す場合には前記発光素子を直流駆動する直流駆動部を備え、
前記直流駆動部は、交流電源と、
前記交流電源の交流電圧を整流し且つ前記発光素子の一端に整流出力端子の一端が接続された整流回路と、
前記発光素子の他端に一端が接続された還流ダイオードと、
前記還流ダイオードの他端に一端が接続され前記発光素子の一端に他端が接続されたコイルと、
前記発光素子の両端に接続されたコンデンサと、
前記コイルの一端と前記還流ダイオードの他端とに接続され、前記発光素子を駆動する駆動素子と、
前記コンデンサの容量をＣ、前記発光素子の内部等価抵抗をＲとした場合に、時間Ｔ＝２．２×Ｃ×Ｒよりも小さい周期でパルス幅変調されたパルス信号で前記駆動素子をオンオフ駆動させるＰＷＭ駆動部と、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が前記発光素子の一端に接続されたスイッチとを備え、
前記スイッチは、オフすることにより前記駆動電流が前記基準電流未満の場合には前記発光素子をパルス駆動させ、オンすることにより前記駆動電流が前記基準電流以上の場合には前記発光素子を直流駆動させることを特徴とする発光素子駆動装置。

【請求項5】

前記駆動電流の値が前記基準電流未満である場合には前記発光素子をパルス駆動するパルス駆動部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の発光素子駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザー発光ダイオード，有機ＥＬ素子などの発光素子、およびこれらを用いた発光素子駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤやレーザー発光ダイオード，有機ＥＬ素子などの半導体発光素子は、半導体中の電荷キャリアである自由電子と正孔の再結合の際に生じる発光現象を利用することによって発熱を抑えた、発光電力効率の高い素子である。従来の発光素子を半導体発光素子に置き換えることにより、照明機器や電子ディスプレイ、電子サインなどの消費電力が低減できる。また、製造の際に地球の希少資源の消費を抑えると共に、環境汚染物質の排出も抑えられるため、地球環境に優しい素子として近年、世界中で爆発的に普及している。

【0003】

半導体発光素子は原理的に駆動電流に概ね比例した光量の光を発光する。しかし、実際には再結合の効率変化や温度依存性があるため、駆動電流値の変化に伴い発光光量に非線形性が現れる。このため、半導体発光素子の制御には一定のピーク電流のパルス電流を流して、電流の流通時間幅を可変するＰＷＭ（パルス幅変調）が主に用いられている。半導体故の非線形性を伴う電流値による光量制御に対してパルス幅は電子回路で正確に制御できることから、ＰＷＭを用いた正確な相対光量制御がほとんどの半導体素子の発光制御に用いられている。

【0004】

なお、この種の従来の技術として、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１は、液晶表示器の表示部を照明する光源の輝度レベルを記憶する記憶手段と、記憶手段が記憶している輝度レベルに応じた幅のパルス信号を連続して発生するパルス発生手段と、発生した連続したパルス信号によりオン・オフを繰り返し光源（ＬＥＤ）に流れる電流を制御することで輝度調整を容易に行え、さらに高い発光効率を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−１３２１１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来のパルス電流制御では、制御可変領域を確保するために、パルス電流のピーク値を発光素子の発光効率が低下する発光素子の定格値付近に設定しなければならなかった。このため、最大限の電力効率を確保することができなかった。また、従来の発光素子駆動装置では、発光素子に抵抗を直列に接続しており、この抵抗による電力消費により無駄な電力を消費していた。

【0007】

本発明の課題は、発光素子の電力効率を向上することができる発光素子駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明は、発光素子の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上で且つ前記発光素子の定格電流よりも小さい駆動電流を前記発光素子に流す場合には前記発光素子を直流駆動する直流駆動部を備え、前記直流駆動部は、直流電源と、前記直流電源の一端と一定電位の間に、両端にコンデンサが接続された前記発光素子と抵抗と前記発光素子を駆動する駆動素子とを直列に接続した直列回路と、前記コンデンサの容量をＣ、前記発光素子の内部等価抵抗をＲとした場合に、時間Ｔ＝２．２×Ｃ×Ｒよりも小さい周期でパルス幅変調されたパルス信号で前記駆動素子をオンオフ駆動させるＰＷＭ駆動部と、一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が前記発光素子の一端に接続されたスイッチとを備え、前記スイッチは、オフすることにより前記駆動電流が前記基準電流未満の場合には前記発光素子をパルス駆動させ、オンすることにより前記駆動電流が前記基準電流以上の場合には前記発光素子を直流駆動させることを特徴とする。

【0009】

また、本発明は、発光素子の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上で且つ前記発光素子の定格電流よりも小さい駆動電流を前記発光素子に流す場合には前記発光素子を直流駆動する直流駆動部を備え、前記直流駆動部は、前記発光素子の一端に一端が接続された直流電源と、前記発光素子の他端に一端が接続されたコイルと、前記コイルの他端に一端が接続され前記発光素子の一端に他端が接続された還流ダイオードと、前記発光素子の両端に接続されたコンデンサと、前記コイルの他端と前記還流ダイオードの一端とに接続され、前記発光素子を駆動する駆動素子と、前記コンデンサの容量をＣ、前記発光素子の内部等価抵抗をＲとした場合に、時間Ｔ＝２．２×Ｃ×Ｒよりも小さい周期でパルス幅変調されたパルス信号で前記駆動素子をオンオフ駆動させるＰＷＭ駆動部と、一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が前記発光素子の一端に接続されたスイッチとを備え、前記スイッチは、オフすることにより前記駆動電流が前記基準電流未満の場合には前記発光素子をパルス駆動させ、オンすることにより前記駆動電流が前記基準電流以上の場合には前記発光素子を直流駆動させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、発光素子の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上で且つ前記発光素子の定格電流よりも小さい駆動電流を前記発光素子に流す場合には、直流駆動部が発光素子を直流駆動するので、発光素子の電力効率を向上することができる。また、コンデンサの容量をＣ、発光素子の内部等価抵抗をＲとした場合に、時間Ｔ＝２．２×Ｃ×Ｒよりも小さい周期でパルス幅変調されたパルス信号で駆動素子をオンオフ駆動させることができる。また、スイッチが、オフすることにより駆動電流が基準電流未満の場合には発光素子をパルス駆動させ、オンすることにより駆動電流が基準電流以上の場合には発光素子を直流駆動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】発光素子の発光効率の直流電流特性を示す図である。

【図2】直流駆動とＰＷＭ駆動による発光素子の平均輝度の比較を示す図である。

【図3】本発明の実施例１に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。

【図4】本発明の実施例１に係る発光素子駆動装置の各部の動作を示すタイミングチャートである。

【図5】本発明の実施例１に係る発光素子駆動装置の変形例の回路構成図である。

【図6】本発明の実施例２に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。

【図7】本発明の実施例３に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。

【図8】本発明の実施例４に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。

【図9】本発明の実施例５に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。

【図10】駆動電流の電流検出部と判定部を省略した実施例６に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態の発光素子駆動装置を図面を参照しながら詳細に説明する。

【0013】

まず、本出願人の発明者は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザー発光ダイオード，有機ＥＬ素子などの発光素子を、ＰＷＭ駆動した場合と直流駆動した場合の発光素子の明るさに相当する、平均輝度を測定した。その測定結果を図２に示す。

【0014】

図２からもわかるように、発光素子を直流駆動した方が、ＰＷＭ駆動よりも平均輝度が高く、発光素子（ＬＥＤ）の発光効率が向上することがわかった。

【0015】

また、本出願人の発明者は、発光素子の駆動条件を最適化するために、発光素子を直流駆動した場合の発光効率の測定を行った。その測定結果を図１に示す。この測定では、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、白色ＬＥＤの４つのＬＥＤの駆動電流に対する発光効率を測定した。図１から、発光素子の発光効率のピーク値は、低電流域にあることがわかる。なお、本願明細書では、発光素子の発光効率がピーク値になる駆動電流を基準電流として説明する。

【0016】

図１に示す直流駆動に対して、従来のＰＷＭ駆動では、パルス電流のピーク値を発光素子の発光効率が低下する定格値付近に設定していたため、最大限の電力効率を確保することができなかった。

【0017】

そこで、本発明の実施の形態の発光素子駆動装置は、発光素子の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上の駆動電流であって且つ発光素子の定格電流よりも小さい電流を発光素子に流す場合に、発光素子を直流駆動させることにより、発光素子の電力効率を最大限に向上させることを特徴とする。

【0018】

また、駆動電流値が基準電流未満である場合には、図１に示す直流駆動では発光効率が急激に低下するため、この場合には、発光素子をＰＷＭ駆動させて、パルス電流のピーク値を発光素子の発光効率がピークを示す電流値に設定することにより電力効率を向上させることを特徴とする。

【0019】

以下、以上のことを実現するためのいくつかの実施例を説明する。

【実施例1】

【0020】

図３は、本発明の実施例１に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。図３において、直流電源Ｖｃｃの正極には抵抗Ｒの一端が接続され、抵抗Ｒの他端には直列に接続されたｎ個の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが接続され、発光ダイオードＬＥＤｎの一端にはスイッチＳＷの一端が接続され、スイッチＳＷの他端及び直流電源Ｖｃｃの負極は接地点などの一定電位に接続されている。発光ダイオードの直列数ｎが１でも構わないことは言うまでもない。直列に接続されたｎ個の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの両端にはコンデンサＣが接続されている。

【0021】

スイッチＳＷは、ｎ個の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを駆動するＭＯＳＦＥＴ或いはＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタなどの電子スイッチ素子から成る駆動素子を構成し、ＰＷＭ信号などのパルス制御信号により所定の周期でオン／オフすることによりｎ個の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを駆動する。直流電源Ｖｃｃと抵抗ＲとコンデンサＣとで本発明の直流駆動部を構成している。

【0022】

このように構成された実施例１に係る発光素子駆動装置の動作を図４に示す各部のタイミングチャートを参照しながら説明する。図４において、ＩswはスイッチＳＷに流れる電流、ＩDは発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流、ＩcはコンデンサＣに流れる電流を示している。

【0023】

まず、時刻ｔ０において、ＰＷＭ信号によりスイッチＳＷをオンすると、直流電源Ｖｃｃから抵抗Ｒを介して発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに電流ＩDが流れるとともに、コンデンサＣにも電流Ｉcが流れて、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが発光する。このとき、スイッチＳＷには電流Ｉcと電流ＩDとを合計した電流Ｉswが流れる。そして、時刻ｔ０〜ｔ１において、コンデンサＣは電流Ｉcにより充電されていく。

【0024】

次に、時刻ｔ１において、ＰＷＭ信号によりスイッチＳＷをオフすると、コンデンサＣに蓄積された電荷が放電し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに電流ＩDが流れて、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが発光する。このため、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎには一定の直流電流ＩDが流れる。即ち、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを直流駆動することができ、しかもスイッチＳＷに流れる電流Ｉswが電流ＩDと電流Ｉcとに分散されるので、直流電流ＩDのピーク値（波高値）が、コンデンサＣがないときに発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流のピーク値よりも小さくなる。

【0025】

即ち、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに大きな容量のコンデンサＣを並列に接続することによって、従来はＰＷＭ駆動時に０Ｖ付近まで大きく変化していた発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎへのパルス状印加電圧を、コンデンサＣの充電電圧による直流状印加電圧に換えることにより、直流電流ＩDによる駆動を可能とする。

【0026】

このとき、直流電流ＩDを、発光ダイオードＬＥＤ１の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上の駆動電流であって且つ発光ダイオードＬＥＤ１の定格電流よりも小さい電流に設定することにより、発光ダイオードＬＥＤ１の電力効率を最大限に向上させることができる。直流電流ＩDはＰＷＭ信号などの入力パルス信号の平均値に比例した値となる。入力パルス信号にはＰＷＭ信号に限らず、パルス周波数変調（ＰＦＭ）或いはパルス密度変調（ＰＤＭ）などの平均値が制御された任意のパルス信号が適用できる。

【0027】

直流電流ＩDは、発光ダイオードＬＥＤ１の発光効率がピーク値になるときの基準電流、発光ダイオードＬＥＤ１の定格電流、抵抗Ｒの抵抗値、コンデンサＣの容量値に応じて設定される。

【0028】

また、ＰＷＭ信号の周期Ｔ（例えば時刻ｔ０〜ｔ２）は、以下の式（１）によって決定される。

【0029】

２．２×ｎ×ｒD×Ｃ≫Ｔ ‥（１）
ここで、ｎは直列に接続された発光ダイオードの個数、ｒDは発光ダイオードの内部等価抵抗、ＣはコンデンサＣの容量値である。ｒDは以下の式（２）によって求められる。

【0030】

ｒD＝ｋＴｏ／（ｑＩD） ‥（２）
ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔｏは温度、ｑは電子の電荷量、ＩDは発光ダイオードに流れる電流である。

【0031】

また、図５に示すように、直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎをｍ列並列に接続して構成した場合には、ＰＷＭ信号の周期Ｔ（例えば時刻ｔ０〜ｔ２）は、以下の式（３）によって決定される。

【0032】

（２．２×ｎ×ｒD×Ｃ）／ｍ≫Ｔ ‥（３）
このように実施例１の発光素子駆動装置によれば、スイッチＳＷを正確にパルス制御しながらも発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎには大きな容量のコンデンサＣを並列に接続することで、スイッチＳＷの平均電流に相当する直流電流を発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流す。スイッチＳＷをパルス制御することでスイッチＳＷの平均電流を正確に制御することができ、図２に示した平均輝度を簡単な回路を用いて正確に制御することができる。

【0033】

また、上記の抵抗Ｒと、コンデンサＣの並列接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ、およびスイッチＳＷの３者は、直流電源Ｖｃｃと接地点などの一定電位点の間に直列に接続されていればよく、その接続の順は任意の順番で構わない。

【実施例2】

【0034】

図６は、本発明の実施例２に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。図６において、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードは、直流電源Ｖｃｃの正極に接続され、発光ダイオードＬＥＤｎのカソードには、コイルＬの一端に接続され、コイルＬの他端にはショットキーバリアダイオードＳＢＤ（還流ダイオード）のアノードが接続されている。ショットキーバリアダイオードＳＢＤのカソードには発光ダイオードＬＥＤ１のアノードが接続されている。直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの両端にはコンデンサＣが接続されている。コイルＬの他端とショットキーバリアダイオードＳＢＤのアノードにはスイッチＳＷの一端が接続され、スイッチＳＷの他端は接地されている。

【0035】

このように構成された実施例２の発光素子駆動装置によれば、ＰＷＭ信号によりスイッチＳＷがオンすると、直流電源Ｖｃｃから直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを介してコイルＬに電流が流れるとともに、コンデンサＣにも電流が流れる。

【0036】

次に、ＰＷＭ信号によりスイッチＳＷがオフすると、大きな容量のコンデンサＣが並列接続されて印加電圧波形がパルス形状から直流に換えられて、直列接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに電流が流れる。また、これと同時に、コイルＬからショットキーバリアダイオードＳＢＤを介して直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに電流が流れる。電磁エネルギーを時間的に連続な電流波形の形で保持することのできるコイルＬを併用することで、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの駆動電流の変動抑制効果は格段に向上する。さらに、コンデンサＣの直流状充電電圧によって駆動電流に変化をもたらすコイルＬへの印加電圧も抑制できるため、コイルＬに常時に電流を流すことでリップル電流を最小に抑えることもできるので、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの発光効率を最大限に高められる。

【0037】

このため、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎには直流電流が流れるので、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを直流駆動できる。

【0038】

このとき、直流電流ＩDを、発光ダイオードＬＥＤ１の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上の駆動電流であって且つ発光ダイオードＬＥＤ１の定格電流よりも小さい電流に設定することにより、発光ダイオードＬＥＤ１の電力効率を最大限に向上させることができる。

【0039】

また、コイルＬとコンデンサＣとを用い、抵抗Ｒを用いていないので、抵抗Ｒでの電力消費が低減され、低電力化が図れ、電力効率を大幅に向上できる。

【0040】

なお、ショットキーバリアダイオードＳＢＤには、逆方向回復時間における電力損失が無視できる素子であれば、一般のダイオードなどが適用できることは言うまでもない。

【実施例3】

【0041】

図７は、本発明の実施例３に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。図７において、発光ダイオードＬＥＤ１のカソードは、直流電源Ｖｃｃの正極に接続され、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードは、ショットキーバリアダイオードＳＢＤのカソードに接続されている。ショットキーバリアダイオードＳＢＤのアノードは、スイッチＳＷの一端とコイルＬの一端に接続されている。コイルＬの他端は発光ダイオードＬＥＤ１のカソードと直流電源Ｖｃｃの正極に接続されている。直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの両端にはコンデンサＣが接続されている。

【0042】

このように構成された実施例３の発光素子駆動装置によれば、ＰＷＭ信号によりスイッチＳＷがオンすると、直流電源ＶｃｃからコイルＬに電流が流れて励磁エネルギーが蓄えられる。この時、コイルＬには直流電源Ｖｃｃが直接に印加されるので、コンデンサＣの充電電圧は直流電源Ｖｃｃとは独立に自由に設定できる。スイッチＳＷがオンしている間、直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎは、直流電源Ｖｃｃから電流供給はないが、充電されて直流電圧を印加し続けているコンデンサＣによって直流駆動される。

【0043】

次に、ＰＷＭ信号によりスイッチＳＷがオフすると、コイルＬからショットキーバリアダイオードＳＢＤを介して直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎとコンデンサＣに電流が流れる。このため、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎには直流電流が流れるので、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを直流駆動できる。

【0044】

このとき、直流電流ＩDを、発光ダイオードＬＥＤ１の発光効率がピーク値になるときの基準電流以上の駆動電流であって且つ発光ダイオードＬＥＤ１の定格電流よりも小さい電流に設定することにより、発光ダイオードＬＥＤ１の電力効率を最大限に向上させることができる。

【0045】

また、コイルＬとコンデンサＣとを用いることによって、抵抗Ｒを用いて電流制御する必要がなくなるので、抵抗Ｒでの電力消費が排除され、低電力化が図れ、電力効率を大幅に向上できる。

【実施例4】

【0046】

図８は、本発明の実施例４に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。図８に示す実施例４に係る発光素子駆動装置は、図７に示す発光素子駆動装置の直流電源Ｖｃｃに代えて、交流電源ＡＣとダイオードＤ１〜Ｄ４からなる全波整流回路とを用いたことを特徴とする。全波整流回路は整流回路であれば半波整流回路等に置き換え可能であることは言うまでもない。

【0047】

ダイオードＤ１のアノードは交流電源ＡＣの一端とダイオードＤ４のカソードに接続され、ダイオードＤ１のカソードはダイオードＤ３のカソードとコイルＬの一端に接続されている。ダイオードＤ２のアノードはスイッチＳＷの一端とダイオードＤ４のアノードに接続されている。ダイオードＤ２のカソードは交流電源ＡＣの他端とダイオードＤ３のアノードに接続されている。

【0048】

このように構成された実施例４に係る発光素子駆動装置によれば、交流電源ＡＣの交流電圧をダイオードＤ１〜Ｄ４により全波整流して整流電圧をコイルＬとスイッチＳＷとの直列回路に供給する。コイルＬ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ、コンデンサＣ、ショットキーバリアダイオードＳＢＤの動作は、図７に示すそれらの動作と同様である。

【0049】

本実施例においては、交流電源ＡＣの交流電圧が０Ｖ付近まで下がったタイミングにおいても、コンデンサＣの充電電圧からの影響を受けることなくコイルＬに交流電源ＡＣの交流電圧を加えて交流電圧に追従した入力電流とＬＥＤ駆動電流を発生させることができ、回路の力率を向上することができる。また、直流安定化電源回路においては一般に平滑コンデンサの充電時のみに流れていた交流電源電流を、本実施例においては常時流すことができるので、入力電流の高調波成分を大きく低減して発光駆動装置の力率を著しく向上させることができる。さらに直流安定化電源回路を介さずに交流電源から直接に発光素子を駆動することができるので、高効率で安価な発光素子駆動装置が得られる。

【実施例5】

【0050】

図９は、本発明の実施例５に係る発光素子駆動装置の回路構成図である。図９おいて、直流電源Ｖｃｃの正極には電流検出部１１を介して発光ダイオードＬＥＤ１のアノードが接続され、発光ダイオードＬＥＤｎのカソードにはコイルＬの一端が接続されている。

【0051】

コイルＬの他端にはスイッチＳＷ１の一端が接続され、スイッチＳＷ１の他端は接地されている。コイルＬの他端と発光ダイオードＬＥＤ１のアノードの間にはショットキーバリアダイオードＳＢＤが接続されている。発光ダイオードＬＥＤｎのカソードとコイルＬの一端との接続点には抵抗Ｒ１の一端も接続され、抵抗Ｒ１の他端にはスイッチＳＷ２の一端が接続され、スイッチＳＷ２の他端は接地されている。

【0052】

電流検出部１１は、直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる平均駆動電流を検出する。電流値判定部１２は、電流検出部１１で検出された電流値が基準電流未満であるかどうかを判定し、電流値が基準電流未満であると判定された場合にはＰＷＭ駆動部１３から駆動制御信号を出力してスイッチＳＷ２をオン／オフさせる。検出された電流値が基準電流以上であると判定された場合にはＰＷＭ駆動部２から駆動制御信号を出力してスイッチＳＷ１をオン／オフさせる。

【0053】

なお、基準電流は、上述したように、発光素子の発光効率がピーク値になるときの電流のことである。

【0054】

ＰＷＭ駆動部１３は、電流値判定部１２により電流値が基準電流未満であると判定された場合にスイッチＳＷ２をオン／オフさせることにより直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎをＰＷＭ駆動する。即ち、ＰＷＭ駆動部１３は、パルス信号に対してパルス幅変調（ＰＷＭ）を行い、ＰＷＭ変調されたパルス信号をスイッチＳＷ２に印加することで、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎにパルス制御電流を流している。このとき、直流電源Ｖｃｃから直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ２を介してパルス電流が流れるが、パルス電流のピーク値を発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの基準電流値付近に設定する。即ち、駆動電流値が基準電流未満である場合には、図１に示したような直流駆動では発光効率が急激に低下するため、発光素子をＰＷＭなどのパルス電流で駆動して、パルス電流のピーク値を発光素子の発光効率が最大となる基準電流値付近に維持することにより電力効率を最大限に向上させることができる。

【0055】

このように構成された実施例５に係る発光素子駆動装置によれば、電流検出部１１で電流を検出し、検出された電流値が基準電流以上の場合には、スイッチＳＷ１をオン／オフさせる。すると、直列に接続されたコイルＬを介して発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに直流電流が流れる。スイッチＳＷ１がオフ時には、ショットキーバリアダイオードＳＢＤを介して発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎにコイルＬの電流が流れ続ける。即ち、コイルＬに流れる変動の小さい一定値と見なせる直流電流により、直列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが直流駆動される。従って、電力効率を向上できる。

【0056】

電流検出部１１を介して直流電源Ｖｃｃに接続されている発光ダイオードＬＥＤ１のアノードの端子の電圧を安定な直流電圧に保つために、コンデンサＣVCCを接地電位点との間に並列接続することができる。また、直流電源Ｖｃｃは、図８に示した交流電源ＡＣとダイオードＤ〜Ｄ４からなる全波整流回路などのような直流電源にも置き換え可能であることは言うまでもない。

【0057】

ＬＥＤの平均駆動電流に応じて駆動電流波形を切り替える際には、必ずしもＬＥＤの駆動電流を検出する必要がないことは言うまでもない。即ち、図９に示した電流検出部１１は省略して、発光ダイオードＬＥＤの明るさ制御に用いられる電流制御値そのものを用いて電流値を判定することもできる。発光素子駆動装置の設計段階で駆動電流の大小は設定できるので、駆動電流の電流検出部と判定部を省略した実施例を図１０に示す。図１０においては、駆動電流値が上記の基準電流未満と以上のそれぞれの時に、電子制御スイッチＳＷDCをオフ、オンさせる。電子制御スイッチＳＷDcをオフさせることにより、平均駆動電流が基準電流未満の際にはＰＷＭ駆動とし、電子制御スイッチＳＷDCをオンさせることにより、平均駆動電流が基準電流以上の際の直流駆動への切り替えを可能としている。

【0058】

直流電源Ｖｃｃは図８に示したように、交流電源ＡＣとダイオードＤ１〜Ｄ４からなる全波整流回路などに置き換え可能であることは言うまでもない。

【0059】

なお、本発明は、上述した実施例１乃至６に係る発光素子駆動装置に限定されるものではない。パルス信号に対してパルス幅変調を行う例を示したが、パルス幅変調を行う代わりに、パルス周波数変調（ＰＦＭ）又はパルス密度変調（ＰＤＭ）を行い、変調されたパルス信号をスイッチ素子に印加することで、発光ダイオードの発光を制御しても良い。

【0060】

また、発光素子としては、ＬＥＤやレーザダイオード、有機ＥＬ素子などの半導体素子に限らず蛍光灯や水銀灯やメタルハライドランプなどのＨＩＤランプなどの放電素子や電球などの発熱素子でも、駆動電流や駆動電圧に対する発光効率の最大点や極大点があるので、直流駆動とパルス駆動による駆動方式の最適化を図ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本発明は、ＬＥＤ点灯装置、有機ＥＬ点灯装置等に利用することができる。

【符号の説明】

【0062】

Ｖｃｃ 直流電源
ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ 発光ダイオード
Ｃ コンデンサ
Ｌ コイル
Ｒ，Ｒ１ 抵抗
ＳＷ，ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
ＳＢＤ ショットキーバリアダイオード
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
ＡＣ 交流電源
１１ 電流検出部
１２ 電流値判定部
１３ ＰＷＭ駆動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】