(57)【要約】【課題】消耗電力が低減され、逆方向電圧からＬＥＤを保護することができるＬＥＤアレイ回路を提供する。【解決手段】本ＬＥＤアレイ回路は、第１ＬＥＤ１０１とそれに並列連結された第２ＬＥＤ１０２から構成されたＬＥＤ対と；上記ＬＥＤ対に交流電圧を供給する交流電源１００を含み、上記第１ＬＥＤ１０１は上記第２ＬＥＤ１０２と互いに反対方向で連結されている。【選択図】図２ａ
2006203182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ＬＥＤとそれに並列連結された第２ＬＥＤから構成されたＬＥＤ対；及び
上記ＬＥＤ対に交流電圧を供給する交流電源を含み、
上記第１ＬＥＤは上記第２ＬＥＤと互いに反対方向に連結されていることを特徴とするＬＥＤアレイ回路。
【請求項２】
上記第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤは、上記交流電源が供給する交流電圧によって交互に動作することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤアレイ回路。
【請求項３】
上記ＬＥＤアレイ回路は、上記ＬＥＤ対を複数個含み、
上記複数個のＬＥＤ対は互いに直列に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤアレイ回路。
【請求項４】
それぞれｐ側電極とｎ側電極を具備する第１ＬＥＤと第２ＬＥＤ；及び
上記第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤに交流電圧を供給する交流電源を含み、
上記第１ＬＥＤのｐ側電極は上記第２ＬＥＤのｎ側電極と連結され、上記第１ＬＥＤのｎ側電極は上記第２ＬＥＤのｐ側電極と連結されることを特徴とするＬＥＤアレイ回路。
【請求項５】
上記交流電源の一端子は上記第１ＬＥＤのｐ側電極及び第２ＬＥＤのｎ側電極に連結され、上記交流電源の他端子は上記第１ＬＥＤのｎ側電極及び上記第２ＬＥＤのｐ側電極に連結されることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤアレイ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤアレイ回路（ＬＥＤ  ａｒｒａｙ  ｃｉｒｃｕｉｔ）に関するもので、特に、ＬＣＤバックライト（ｂａｃｋ  ｌｉｇｈｔ）光源に使用することができるＬＥＤアレイ回路に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
次世代ＬＣＤのバックライト光源として、蛍光灯の代わりにＬＥＤを利用する方案（方法）が注目を浴びている。ＬＥＤは冷陰極蛍光ランプ（ｃｏｌｄ  ｃａｔｈｏｄｅ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｌａｍｐ；ＣＣＦＬ）に比して応答速度が速いだけではなく、色再現性が良くて、別付けのインバータを要しない。従って、多数のＬＥＤをＬＣＤのバックライト光源に使用すれば、外部回路を単純化させることが可能であり、早い応答速度を実現することが可能となる。
【０００３】
このようなＬＥＤを使用して既存の冷陰極蛍光ランプの明るさを得るためには、多数のＬＥＤを必要とするが、多数のＬＥＤを同時に動作させることにより、多量の電力が要求される。特に、直流電源に連結された多数のＬＥＤを互いに直列に連結することにより、多数のＬＥＤに同時に順方向電流を通過させる。これによって、直流電源に連結された多数のＬＥＤは非常に大きい電力消耗を発生させる。
【０００４】
図１は、ＬＣＤバックライト光源に使用される従来のＬＥＤアレイ回路を概略的に示す回路図である。図１を参照すれば、従来のＬＣＤバックライト光源用ＬＥＤアレイ回路は直流電源１０を使用する。なお、従来のＬＣＤバックライト光源用ＬＥＤアレイ回路内には多数のＬＥＤ（１１、１２）が互いに直列に連結されている。特に、ＬＥＤ（１１、１２）は一種のダイオード（ｄｉｏｄｅ）として、電流の方向を選択的に取り込むので、直流電圧印加の際、順方向に電流が流れるよう互いに同一な方法で連結されている。
【０００５】
図１に示す従来のＬＥＤアレイ回路に直流電源を連結してＬＥＤアレイにＶｔｏｔａｌの全体直流電圧を印加する場合、ＬＥＤアレイによって消耗される電力（Ｐ’）は、次の［数１］の式のように表される。この場合、ＬＥＤアレイ内にはＬＥＤによって自己抵抗以外に別の抵抗はなく、各ＬＥＤにかかる電圧は互いに同一であると仮定する。
【０００６】
［数１］
Ｐ’＝  Ｉ×Ｖｔｏｔａｌ＝Ｉ×（Ｖ１＋Ｖ２）＝２×Ｉ×Ｖ
（ここで、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ）
上記［数１］の式において、ＩはＬＥＤ（１１、１２）を通して流れる電流を表し、Ｖ１はＬＥＤ１１にかかる電圧を表し、Ｖ２はＬＥＤ１２にかかる電圧を表し、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖである。従来のＬＣＤバックライト光源用ＬＥＤアレイ回路を利用してより大きい輝度や照度を得るためには、より多数のＬＥＤを直列に連結させなければならない。それによって、消耗電力もより大きくなる。
【０００７】
また、図１に示す従来のＬＥＤアレイ回路によれば、全てのＬＥＤ(１１、１２)は順方向電流が流れるよう同一な方向で連結されている。そのため、ＬＥＤアレイに瞬間的に大きい逆方向電圧(例えば、逆方向ＥＳＤ電圧)が印加される場合、ＬＥＤ(１１、１２)が損傷され得る。特に、近年青色発光素子として注目を浴びているＧａＮ系ＬＥＤは、逆方向ＥＳＤ(静電気放電；Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)電圧に対する耐性が脆弱なため、人体の接触などによる逆方向ＥＳＤ電圧発生の際、ＧａＮ系ＬＥＤが損傷されやすい。
【０００８】
逆方向ＥＳＤ電圧によるＬＥＤの損傷を抑制するため、下記特許文献１は、ＬＥＤとショットキーダイオードを並列に連結させＥＳＤから発光素子を保護する技術を開示している。しかし、特許文献１によれば、別個のショットキーダイオードを形成することにより、製造工程が複雑になり、ＬＥＤアレイをＬＣＤバックライト光源に使用する場合に発生される消耗電力を下げる方案（方法）については全く開示されていない。
【特許文献１】米国登録特許第６、５９３、５９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記した問題点を解決するためのもので、本発明の目的は低減された消耗電力を有するＬＥＤアレイ回路を提供することである。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、瞬間的な逆方向電圧によるＬＥＤの損傷を防止することが可能であるＬＥＤアレイ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した技術的課題を成し遂げるために、ＬＥＤアレイ回路は、第１ＬＥＤとそれに並列連結された第２ＬＥＤから構成されたＬＥＤ対と; 上記ＬＥＤ対に交流電圧を供給する交流電源を含み、上記第１ＬＥＤは上記第２ＬＥＤと互いに反対方向に連結されている。上記交流電源が供給する交流電圧によって、上記第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤは交互に動作するようになる。このように、互いに反対方向に並列連結されたＬＥＤらから構成されたＬＥＤ対を利用することにより、ＬＥＤアレイ回路動作の際、消耗電力を従来に比して低減させることができる。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、上記ＬＥＤアレイ回路は、上記ＬＥＤ対を複数個含み、上記複数個のＬＥＤ対は互いに直列に連結されている。このように、複数のＬＥＤ対を直列に連結することにより、より大きい輝度や照度のＬＥＤアレイ回路を実現することができる。
【００１３】
本発明の一側面によれば、ＬＥＤアレイ回路は、それぞれｐ側電極とｎ側電極を具備する第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤと；上記第１及び第２ＬＥＤに交流電圧を供給する交流電源を含み、上記第１ＬＥＤのｐ側電極は上記第２ＬＥＤのｎ側電極と連結され、第１ＬＥＤのｎ側電極は上記第２ＬＥＤのｐ側電極と連結される。さらに、上記交流電源の一端子は上記第１ＬＥＤのｐ側電極及び上記第２ＬＥＤのｎ側電極に連結され、上記交流電源の他端子は上記第１ＬＥＤのｎ側電極及び上記第２ＬＥＤのｐ側電極に連結され得る。
【００１４】
本発明は、交流電源を利用するＬＥＤアレイ回路を提供する。ＬＥＤアレイ回路内には互いに反対方向で並列に連結された第１ＬＥＤ及び第２ＬＥＤからなるＬＥＤ対が少なくとも一つ含まれている。本発明によれば、ＬＥＤアレイによる消耗電力が低減されるだけではなく、逆方向ＥＳＤのような瞬間的な逆方向電圧からＬＥＤ素子を效果的に保護することができるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、互いに反対方向で並列に連結された第１ＬＥＤと第２ＬＥＤからなるＬＥＤ対を具備することにより、従来に比してＬＣＤバックライト用ＬＥＤアレイ回路の消耗電力を大きく節約することができる。
【００１６】
さらに、逆方向ＥＳＤ電圧のような瞬間的に発生される高い逆方向電圧からＬＥＤ素子を效果的に保護することができるので、ＬＥＤアレイの損傷を防いでＬＥＤアレイ回路の寿命を著しく向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるのである。従って、図面における要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張され得、図面上の同一な符号で表示される要素は同一な要素である。
【００１８】
図２ａ及び図２ｂは、本発明の一実施形態によるＬＥＤアレイ回路を概略的に示す回路図である。図２ａと図２ｂは同一なＬＥＤアレイ回路を表すもので、図２ａは第１ＬＥＤ(１０１)に順方向電流が流れる場合に該当し、図２ｂは第２ＬＥＤ(１０２)に順方向電流が流れる場合に該当する。
【００１９】
図２ａ及び図２ｂに示すように、本実施形態によるＬＥＤアレイ回路は、互いに並列に連結された第１ＬＥＤ１０１と第２ＬＥＤ１０２からなるＬＥＤ対を含む。並列連結された第１ＬＥＤ１０１と第２ＬＥＤ１０２は互いに反対方向に連結されている。すなわち、第１ＬＥＤ１０１は、第２ＬＥＤ１０２に対して極性が反対になるように連結されている。ＬＥＤアレイ回路は、従来の直流電源(図１の図面符号１０参照)の代りに交流電源１００を使用する。この交流電源１００の各端子は図２ａに示すように互いに並列連結された第１ＬＥＤ１０１と第２ＬＥＤ１０２に連結されて、ＬＥＤ対に交流電圧を供給する。
【００２０】
図４に示す断面図を参照して上記第１ＬＥＤ１０１と第２ＬＥＤ１０２の連結構造を具体的に説明すれば、次のようである。図４に示すように、基板(５１、６１)、ｎ型クラッド層(５２、６２)、活性層(５３、６３)、ｐ型クラッド層(５４、６４)、透明電極(５５、６５)、ｐ側電極(５７、６７)及びｎ側電極(５６、６６)をそれぞれ具備する第１ＬＥＤ１０１と第２ＬＥＤ１０２は、反対極性を有する電極同士で互いに連結されている。すなわち、第１ＬＥＤ１０１のｐ側電極５７は第２ＬＥＤ１０２のｎ側電極６６と連結され、第１ＬＥＤ１０１のｎ側電極５６は第２ＬＥＤ１０２のｐ側電極６７と連結されている。それにより、第１ＬＥＤ１０１と第２ＬＥＤ１０２は互いに反対方向に並列連結される。なお、交流電源１００の一端子は第１ＬＥＤ１０１のｐ側電極５７と第２ＬＥＤ１０２のｎ側電極６６に連結され、交流電源１００の他端子は第１ＬＥＤ１０１のｎ側電極５６と第２ＬＥＤ１０２のｐ側電極６７に連結されている。
【００２１】
図２ａ及び図２ｂを参照して本実施形態によるＬＥＤアレイ回路の動作を説明すれば、次のようである。先ず、図２ａに示すように、交流電源１００によって第１ＬＥＤ１０１に順方向電圧が印加されると、第１ＬＥＤ１０１を通して電流(ｉ１)が流れるようになり第１ＬＥＤ１０１は発光するようになる。この際、第２ＬＥＤ１０２には逆方向電圧が印加されるため、第２ＬＥＤ１０２を通しては電流が殆ど流れなくなる(ｉ２＝０)。
【００２２】
次に、図２ｂに示すように素早く極性が変わる交流電源１００によって、第２ＬＥＤ１０２に順方向電圧が印加されると、第２ＬＥＤ１０２を通して電流(ｉ２)が流れるようになり第２ＬＥＤ１０２は発光するようになる。この際、第１ＬＥＤ１０１には逆方向電圧が印加されるため、第１ＬＥＤ１０１を通しては電流が殆ど流れなくなる(ｉ１＝０)。このように極性が変わる交流電源１００によって各ＬＥＤ(１０１、１０２)が交互に動作するようになるが、この際、消耗される電力(Ｐ)は下記［数２］、[数３]の式のように計算される。この場合、それぞれのＬＥＤ(１０１、１０２)に流れる順方向電流(ｉ１、ｉ２)は同一であり、それぞれのＬＥＤ(１０１、１０２)に印加される電圧を‘ｖ'と仮定する。
【００２３】
［数２］
Ｐ=ｖ×ｉ１＝ｖ×ｉ２＝ｖ×ｉ（ここで、ｉ１＝ｉ２＝ｉ）
ところが、交流はピーク(ｐeａk)値ではなくＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）値を実効値（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｖａｌｕｅ）で使用するので、消耗電力(Ｐ)は下記のように表されることができる。
【００２４】
［数３］
Ｐ＝ｖ×ｉ=ｖｒｍｓ×ｉｒｍｓ＝１/２×ｖｐｅａｋ×ｉｐｅａｋ
本実施形態によるＬＥＤアレイの消耗電力(Ｐ)を従来のＬＥＤアレイ(図１参照)の消耗電力(Ｐ')と比べると、次のようである。但し、二つの消耗電力(Ｐ、Ｐ')の比較のために、それぞれのＬＥＤにかかる電圧(または電圧のピーク値)は互いに同一であり、それぞれのＬＥＤを通して流れる電流(または電流のピーク値)も同一であると仮定する。このような仮定によって、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖｐeａk =Ｖで、Ｉ＝ｉｐeａkが成立する。［数３］と［数１］の各式から次のような［数４］と［数５］の各式を得るようになる。ここで、Ｖ１及びＶ２はそれぞれ図１のＬＥＤ１１及びＬＥＤ１２にかかる電圧を表し、Ｉは図１のＬＥＤ(１１、１２)に流れる電流を表す。
【００２５】
［数４］
Ｐ＝１／２×Ｖ×Ｉ
［数５］
Ｐ'＝２×Ｖ×Ｉ
すなわち、図１に示す従来のＬＥＤアレイ回路と比べると、本実施形態によるＬＥＤアレイ回路の消耗電力は、従来消耗電力の１／４倍程度になる。従って、本実施形態によれば、ＬＥＤアレイ回路の消耗電力を大きく節約することが可能となる。
【００２６】
図３は、本発明の他の実施形態によるＬＥＤアレイ回路を概略的に示す回路図である。図３を参照すれば、図２ａ及び図２ｂに示されたＬＥＤ対(図２ａの図面符号１０１及び１０２参照)が複数個配置されている。すなわち、互いに反対方向に並列連結された第１ＬＥＤ(１０１、２０１、...ｎ０１)と第２ＬＥＤ(１０２、２０２、...ｎ０２)からなるＬＥＤ対が複数個存在し、この複数個のＬＥＤ対は互いに直列に連結されている。このように、複数個のＬＥＤ対を直列で連結させることにより、より大きい輝度のＬＥＤアレイ回路を得ることができるようになる。例えば、図３に示すようにｎ個のＬＥＤ対を直列で連結させることにより、図２ａ及び図２ｂに示すＬＥＤアレイ回路に比してｎ倍の輝度や照度を得ることが可能となる。
【００２７】
図２ａ、図２ｂ及び図３に示すＬＥＤアレイ回路によれば、従来に比して消耗電力を低減させ得るだけでなく、逆方向ＥＳＤ電圧のような瞬間的に発生される大きい逆方向電圧からＬＥＤを保護することが可能となる。すなわち、従来方式のＬＥＤアレイ回路では、全てのＬＥＤが同一な方向のみで配置されることにより、瞬間的な逆方向電圧印加の際、ＬＥＤが損傷される問題が生じる。しかし、各本実施形態のように互いに反対方向に第１ＬＥＤ１０１と第２ＬＥＤ１０２を並列連結させれば、どの方向にＥＳＤ電圧が発生しようが構わず、順方向電圧がかかるＬＥＤを通してＥＳＤ電圧を容易に放電させることができるようになる。従って、ＥＳＤ電圧によるＬＥＤの損傷を效果的に防止することができるようになる。
【００２８】
本発明は上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、添付された請求範囲によって定められる。なお、本発明は請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であるということは当技術分野の通常の知識を有する者に自明である。上記連結という用語は接続の意味で扱うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来のＬＣＤバックライト用ＬＥＤアレイ回路を概略的に示す回路図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態によるＬＥＤアレイ回路を概略的に示す回路図である。
【図２ｂ】本発明の一実施形態によるＬＥＤアレイ回路を概略的に示す回路図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるＬＥＤアレイ回路を概略的に示す回路図である。
【図４】本発明の一実施形態による並列連結された２つのＬＥＤアレイを概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０１、１０２  ＬＥＤ                  １００  交流電源
５１、６１    基板                      ５２、６２  ｎ型クラッド層
５３、６３    活性層                    ５４、６４  ｐ型クラッド層
５５、６５    透明電極                  ５６、６６  ｎ側電極
５７、６７    ｐ側電極
【図１】
2006203182.tif 000003
【図２ａ】
2006203182.tif 000004
【図２ｂ】
2006203182.tif 000005
【図３】
2006203182.tif 000006
【図４】
2006203182.tif 000007