(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＥＤが開放不良となった場合でも、アンチヒューズ素子が導通不良をおこさず、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を確実に放電させることができるＬＥＤ照明回路を提供する。【解決手段】ＬＥＤ照明回路１０は、発光ダイオード１２と、コンデンサ１６と、アンチヒューズ素子１８とインダクタンス素子２０との直列回路とを含む。ここで、アンチヒューズ素子の動作電圧をＶ、アンチヒューズ素子の動作後の抵抗をＲ、コンデンサの容量をＣ、アンチヒューズ素子が動作するときにコンデンサに蓄積されている電荷Ｑ0＝ＣＶ、インダクタンス素子のインダクタンスをＬ、α＝Ｒ／２Ｌ、β＝（α2−１／ＬＣ）0.5、前記アンチヒューズ素子の放電電流に対する許容電流の最大値をｉｍａｘとしたとき、（Ｒ／２）＞（Ｃ／Ｌ）0.5、かつimax≧Q0[（exp（βt）−exp（−βt））×exp（−αt）]／（２LCβ）の条件を満たすＬＥＤ照明回路。【選択図】図１
2014003058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード、
前記発光ダイオードに並列に接続される昇圧機能を有する電源、
前記発光ダイオードに並列に接続されるコンデンサ、および
前記発光ダイオードに並列に接続されるアンチヒューズ素子とインダクタンス素子との直列回路を含み、
前記アンチヒューズ素子の動作電圧をＶ、前記アンチヒューズ素子の動作後の抵抗をＲ、前記コンデンサの容量をＣ、前記アンチヒューズ素子が動作するときに前記コンデンサに蓄積されている電荷Ｑ0＝ＣＶ、前記インダクタンス素子のインダクタンスをＬ、α＝Ｒ／２Ｌ、β＝（α2−１／ＬＣ）0.5、前記アンチヒューズ素子の放電電流に対する許容電流の最大値をｉｍａｘとしたとき、
（Ｒ／２）＞（Ｃ／Ｌ）0.5、かつ
imax≧Q0[（exp（βt）−exp（−βt））×exp（−αt）]／（２LCβ）
の条件を満たす、ＬＥＤ照明回路。
【請求項２】
前記アンチヒューズ素子のｉｍａｘが５．５Ａである、請求項１に記載のＬＥＤ照明回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤ照明回路に関し、特にたとえば、アンチヒューズ素子を用いて発光ダイオードが開放不良となった場合においても回路を保護することができるＬＥＤ照明回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置のバックライトとして、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。この場合、図３に示すように、直列接続されたＬＥＤ１のアノード側が抵抗素子２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３の一端側に接続され、ＬＥＤ１のカソード側が接地端子およびＤＣ−ＤＣコンバータ３の他端側に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、出力電圧Ｖｃｃの設定に対して抵抗素子２による電圧降下を検出して、直列接続されたＬＥＤ１に所定の電流が流れるようにフィードバックループを構成している。そして、それぞれのＬＥＤ１に所定の電流を流すことによって、全てのＬＥＤ１を点灯させている。しかしながら、直列接続されたＬＥＤ１のうちの１つが断線して開放不良となった場合、直列接続された他の全てのＬＥＤ１が不点灯となってしまう。そこで、図４に示すように、直列接続されたＬＥＤ１の各々に並列にアンチヒューズ素子４を接続した回路がある。ここで、アンチヒューズ素子とは、通常においては高い抵抗値を有し、所定の電圧が加わったときに、絶縁破壊を起こして低抵抗値を示す素子である。
【０００３】
直列に接続されたＬＥＤ１のうちの１つが開放不良となったときに、そのＬＥＤ１にかかる電圧で絶縁破壊をおこすアンチヒューズ素子４を接続しておくことにより、開放不良となったＬＥＤ１に並列に接続されたアンチヒューズ素子４が低抵抗化する。そのため、開放不良となったＬＥＤ１に並列に接続されたアンチヒューズ素子４を介して電流が流れるため、直列接続された他のＬＥＤ１は点灯する（特許文献１参照）。
【０００４】
直列接続されたＬＥＤ１に電源５を接続する場合、図５に示すように、電源電圧を平滑化する目的で、ＬＥＤ１に並列に、平滑コンデンサ６を接続する場合がある。ここで、ＬＥＤ１は、１個であってもよく、複数個のＬＥＤ１が直列に接続されたものであってもよい。複数個のＬＥＤ１が直列に接続されている場合、ＬＥＤ１の直列回路の両端に平滑コンデンサ６が接続される。このようなＬＥＤ照明回路において、ＬＥＤ１が断線して開放不良となった場合、平滑コンデンサ６にかかる電圧が上昇し、平滑コンデンサ６が破損する場合がある。このような平滑コンデンサ６の破損を防止するために、ＬＥＤ１および平滑コンデンサ６に並列に、アンチヒューズ素子４が接続される。
【０００５】
このようなＬＥＤ照明回路では、ＬＥＤ１が開放不良となって、平滑コンデンサ６に高い電圧が加わったとき、アンチヒューズ素子４が低抵抗化して、アンチヒューズ素子４に電流が流れる。そのため、平滑コンデンサ６は、破損に至ることが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２４３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、アンチヒューズ素子には許容電流があり、許容電流を超えた電流が流れると、アンチヒューズ素子が発熱し、アンチヒューズ素子を構成する電極が酸化されて、導通不良を起こすことがある。平滑コンデンサの容量をＣ、平滑コンデンサにかかる電圧をＶとしたとき、Ｑ＝ＣＶで表される電荷Ｑが平滑コンデンサに蓄えられる。ＬＥＤ１が開放不良となった場合、平滑コンデンサには高い電圧がかかるため、平滑コンデンサには大きな電荷Ｑが蓄えられる。ここで、アンチヒューズ素子が低抵抗化すると、平滑コンデンサに蓄えられた大きい電荷Ｑがアンチヒューズ素子に流れ、アンチヒューズ素子が導通不良を起こす可能性がある。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、電源に接続されたＬＥＤが開放不良となった場合でも、アンチヒューズ素子が導通不良をおこさず、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を確実に放電させることができるＬＥＤ照明回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、発光ダイオードと、発光ダイオードに並列に接続される昇圧機能を有する電源と、発光ダイオードに並列に接続されるコンデンサと、発光ダイオードに並列に接続されるアンチヒューズ素子とインダクタンス素子との直列回路とを含み、アンチヒューズ素子の動作電圧をＶ、アンチヒューズ素子の動作後の抵抗をＲ、コンデンサの容量をＣ、アンチヒューズ素子が動作するときにコンデンサに蓄積されている電荷Ｑ0＝ＣＶ、インダクタンス素子のインダクタンスをＬ、α＝Ｒ／２Ｌ、β＝（α2−１／ＬＣ）0.5、アンチヒューズ素子の放電電流に対する許容電流の最大値をｉｍａｘとしたとき、（Ｒ／２）＞（Ｃ／Ｌ）0.5、かつimax≧Q0[（exp（βt）−exp（−βt））×exp（−αt）]／（２LCβ）の条件を満たす、ＬＥＤ照明回路である。
このようなＬＥＤ照明回路において、アンチヒューズ素子のｉｍａｘが５．５Ａであることが好ましい。
【００１０】
ＬＥＤが開放不良となってアンチヒューズ素子が低抵抗化したときに、アンチヒューズ素子には、平滑コンデンサに蓄えられていた電荷Ｑ0が流れる。アンチヒューズ素子に流れる電流は、初期に大きい電流値を有し、時間とともに減衰していく。アンチヒューズ素子に直列にインダクタンス素子を接続することにより、平滑コンデンサの放電電流のような周波数の高い電流に対してインダクタンス素子は高インピーダンス素子となり、大きい電流が流れることを防止する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、インダクタンス素子がアンチヒューズ素子に流れる平滑コンデンサの放電電流を抑えるため、アンチヒューズ素子に大きい電流が流れることが防止され、アンチヒューズ素子が導通不良をおこさず、ＬＥＤに並列に接続された平滑コンデンサに蓄えられた電荷を確実に放電させることができる。
【００１２】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明のＬＥＤ照明回路の一例を示す回路図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ照明回路において、ＬＥＤが開放不良になったときに平滑コンデンサからアンチヒューズ素子に流れる放電電流を示す波形図である。
【図３】従来のＬＥＤ照明回路の一例を示す回路図である。
【図４】発光ダイオードに開放不良が発生しても、他の発光ダイオードを点灯させることができるＬＥＤ照明回路を示す回路図である。
【図５】図４と異なる構成のＬＥＤ照明回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、この発明のＬＥＤ照明回路の一例を示す回路図である。ＬＥＤ照明回路１０は、直列接続された複数のＬＥＤ１２を含む。ＬＥＤ１２の直列回路には、定電流源として用いられる昇圧機能を有する電源１４が接続される。電源１４によって、個々のＬＥＤ１２に定電流が供給され、直列接続されたＬＥＤ１２が点灯する。ＬＥＤ１２の直列回路に並列に、平滑コンデンサ１６が接続される。平滑コンデンサ１６は、電源電圧を平滑化するために用いられる。
【００１５】
さらに、ＬＥＤ１２の直列回路に並列に、アンチヒューズ素子１８とインダクタンス素子２０の直列回路が接続される。アンチヒューズ素子１８は、通常においては高い抵抗値を示し、所定の電圧が加わると絶縁破壊をおこして低抵抗化するものである。
【００１６】
ここで、アンチヒューズ素子１８が絶縁破壊をおこす動作電圧をＶ、アンチヒューズ素子１８の動作後の抵抗をＲ、平滑コンデンサ１６の容量をＣ、アンチヒューズ素子１８が動作するときに平滑コンデンサ１６に蓄積されている電荷Ｑ0＝ＣＶ、インダクタンス素子２０のインダクタンスをＬ、α＝Ｒ／２Ｌ、β＝（α2−１／ＬＣ）0.5、アンチヒューズ素子１８の放電電流に対する許容電流の最大値をｉｍａｘとしたとき、（Ｒ／２）＞（Ｃ／Ｌ）0.5、かつimax≧Q0[（exp（βt）−exp（−βt））×exp（−αt）]／（２LCβ）の条件を満たすように構成される。
【００１７】
このＬＥＤ照明回路１０では、全てのＬＥＤ１２が正常な場合、電源１４の電圧が平滑コンデンサ１６によって平滑化され、ＬＥＤ１２の直列回路に平滑化された電圧が与えられる。それにより、ＬＥＤ１２には所定の電流が流れ、全てのＬＥＤ１２から光が放射される。このとき、アンチヒューズ素子１８は高い抵抗値を示し、アンチヒューズ素子１８とインダクンタンス素子２０の直列回路には電流は流れない。
【００１８】
ここで、ＬＥＤ１２の１つが断線して開放不良となった場合、電源電圧が上昇し、所定の電圧を超えると、アンチヒューズ素子１８が絶縁破壊をおこして低抵抗化する。アンチヒューズ素子１８が絶縁破壊をおこす動作電圧をＶ、平滑コンデンサ１６の容量をＣとしたとき、平滑コンデンサ１６にはＱ0＝ＣＶで表される電荷Ｑ0が蓄積される。したがって、アンチヒューズ素子１８が低抵抗化したとき、平滑コンデンサ１６の電荷Ｑ0が、放電電流としてアンチヒューズ素子１８とインダクタンス素子２０の直列回路に流れる。
【００１９】
平滑コンデンサ１６の電荷Ｑ0が放電電流となってアンチヒューズ素子１８とインダクタンス素子２０の直列回路に流れると、過渡現象により、図２に示すような周波数の高い電流となり、その電流値はQ0[（exp（βt）−exp（−βt））×exp（−αt）]／（２LCβ）で表される。この電流は、アンチヒューズ素子１８が動作して低抵抗化したときに大きい値を示し、時間とともに減衰するものである。
【００２０】
アンチヒューズ素子１８には、許容電流ｉｍａｘがあり、この許容電流を超える電流が流れると、アンチヒューズ素子１８が発熱し、アンチヒューズ素子を構成する電極が酸化され、導通不良を起こすことがある。このようなアンチヒューズ素子１８に許容電流を超える電流が流れないようにするためには、Q0[（exp（βt）−exp（−βt））×exp（−αt）]／（２LCβ）で表される放電電流の最大値が、アンチヒューズ素子１８の許容電流ｉｍａｘ以下である必要がある。
【００２１】
ここで、インダクタンス素子２０は、放電電流のような周波数の高い電流に対して高インピーダンス素子となり、初期段階での放電電流はインダクタンス素子２０により抑制される。その後、平滑コンデンサ１６の電圧は放電が進むにつれて、Ｑ＝ＣＶの式に従って低下していくため、放電電流は徐々に減衰していく。放電の後期においては、定電流電源から供給される定格電流がメインとなるが、定格電流は直流であるため、インダクタンス素子２０は低インピーダンス素子となり、アンチヒューズ素子１８およびインダクタンス素子２０の直列回路には小さい定格電流が流れるだけである。
【００２２】
このように、このＬＥＤ照明回路１０では、ＬＥＤ１２の開放不良が発生したときに、平滑コンデンサ１６の放電による大電流の発生が抑制され、アンチヒューズ素子１８の導通不良が発生することを防止することができる。したがって、平滑コンデンサ１６に蓄積された電荷を確実に放電させることができる。
【実施例１】
【００２３】
図１に示すようなＬＥＤ照明回路を作製した。電源の仕様、平滑コンデンサの静電容量、アンチヒューズ素子の動作電圧、アンチヒューズ素子の動作後抵抗、インダクタンス素子のインダクタンスは表１のとおりである。
【００２４】
図１に示す回路において、ＬＥＤが断線した状態で電源を入れると、ＬＥＤに電流を流すことができないので、電源電圧が昇圧を始める。アンチヒューズ素子が絶縁破壊をおこす動作電圧が２３０Ｖであることから、電源電圧が昇圧し、２３０Ｖに到達した時点でアンチヒューズ素子が低抵抗状態に変化する。このとき、アンチヒューズ素子とインダクタンス素子の直列回路に対して並列に配置された平滑コンデンサは、２３０Ｖで蓄積された電荷を低抵抗化したアンチヒューズ素子およびインダクタンス素子を通して放電する。そして、平滑コンデンサの放電後のアンチヒューズ素子の抵抗値と、アンチヒューズ素子に流れた放電電流の最大値を表１に示した。
【００２５】
この実施例において、平滑コンデンサの放電後のアンチヒューズ素子の抵抗値が１５Ω以下のものを「○」と判定し、特に、１Ω以下のものを「◎」と判定した。また、平滑コンデンサの放電後のアンチヒューズ素子の抵抗値が極端に高くなったものを「×」と評価した。
【００２６】
【表１】
2014003058.tif 000003
【００２７】
インダクタンス素子は周波数の高い放電電流に対して高インピーダンス素子となるため、表１に示すように、インダクタンスの高いインダクタンス素子を用いると、アンチヒューズ素子に流れる放電電流を小さくすることができる。実施例１においては、放電電流の最大値が４．７Ａと小さいため、アンチヒューズ素子の動作後の抵抗値が０．３Ωであるのに対して、平滑コンデンサの放電後の抵抗値も０．３Ωと変化していない。
【００２８】
インダクタンス素子のインダクタンスが小さくなるにつれて、アンチヒューズ素子に流れる放電電流の電流値が大きくなり、それにともなって、平滑コンデンサ放電後のアンチヒューズ素子の抵抗値が大きくなっている。特に、放電電流の最大値が５．７Ａ以下であれば、平滑コンデンサの放電後のアンチヒューズ素子の抵抗値を１Ω以下とすることができる。したがって、放電電流に対する許容電流の最大値ｉｍａｘが５．５Ａのアンチヒューズ素子を用いることにより、平滑コンデンサの放電電流によってアンチヒューズ素子が導通不良をおこさないＬＥＤ照明回路を得ることができる。
【００２９】
また、比較例からわかるように、インダクタンス素子のインダクタンスが小さくなると、放電電流に対して低インピーダンス素子となり、放電電流の最大値が大きくなって、アンチヒューズ素子が導通不良となる。
【００３０】
この実施例からわかるように、アンチヒューズ素子に直列に接続されるインダクタンス素子のインダクタンスを大きくすることにより、優れた効果を有するＬＥＤ照明回路を得ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ＬＥＤ照明回路
１２  ＬＥＤ
１４  電源
１６  平滑コンデンサ
１８  アンチヒューズ素子
２０  インダクタンス素子
【図１】
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【図２】
2014003058.tif 000005
【図３】
2014003058.tif 000006
【図４】
2014003058.tif 000007
【図５】
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