(57)【要約】    【課題】直列ＬＥＤアレイが並列接続されてなる回路において、何れかの直列ＬＥＤアレイの異常を単純な構成で確実に検出する。    【解決手段】直列接続された複数のＬＥＤ素子、それらのＬＥＤ素子に所定の電流を流す電流制御回路および前記ＬＥＤ素子に流れる電流を検出する電流検出回路を含む直列ＬＥＤアレイと、並列接続された複数の前記直列ＬＥＤアレイに高低調整可能な電圧を印加する電圧出力回路と、前記電圧出力回路が出力する電圧を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、各直列ＬＥＤアレイの点灯を開始させる際に前記電圧出力回路の出力電圧を次第に高めて前記電流検出回路で通電の開始を検出し、通電開始時の印加電圧が予め定められた範囲にない場合にその直列ＬＥＤアレイが異常であると判定するＬＥＤ駆動回路。【選択図】図１１
2019096644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数のＬＥＤ素子、それらのＬＥＤ素子に所定の電流を流す電流制御回路および前記ＬＥＤ素子に流れる電流を検出する電流検出回路を含む直列ＬＥＤアレイと、
並列接続された複数の前記直列ＬＥＤアレイに高低調整可能な電圧を印加する電圧出力回路と、
前記電圧出力回路が出力する電圧を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、各直列ＬＥＤアレイの点灯を開始させる際に前記電圧出力回路の出力電圧を次第に高めて前記電流検出回路で通電の開始を検出し、通電開始時の印加電圧が予め定められた範囲にない場合にその直列ＬＥＤアレイが異常であると判定するＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
各ＬＥＤ素子は、発光ダイオードおよびその発光ダイオードと逆方向に並列に接続された保護用のツェナーダイオードを含み、
前記電圧出力回路は、各直列ＬＥＤアレイを点灯させる際に所定の電流を流すに足る範囲で前記電圧出力回路の出力電圧を抑制するように制御し、
前記電流制御回路は、前記電流検出回路の検出に基づきＦＥＴ素子の能動領域を含む動作により電流を制御する請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記制御回路は、前記電流制御回路を制御して何れの直列ＬＥＤアレイにも目標とする所定の電流が流れるようにする請求項１または２に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
前記制御回路は、各直列ＬＥＤアレイのＬＥＤ素子を点灯させている間に前記電流検出回路が検出する電流を監視し、検出された電流の大きさが予め定められた範囲を超える変化をした場合、その直列ＬＥＤアレイを異常と判定する請求項１〜３の何れか一つに記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項５】
前記直列ＬＥＤアレイは、液晶表示装置のバックライトとして用いられる請求項１〜４の何れか一つに記載のＬＥＤ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直列接続された複数のＬＥＤ素子を含む直列ＬＥＤアレイを駆動の単位とし、複数の前記直列ＬＥＤアレイが並列接続された回路において、何れかのＬＥＤ素子に異常が生じた場合にその異常を検出するＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）素子は、白熱電球や蛍光灯に比べて小型、長寿命、省エネルギーの発光源として、表示、室内や屋外の照明をはじめ種々の用途に用いられている。
広い領域を照らす場合は、複数のＬＥＤ素子が直列あるいは並列に接続して用いられるが、その場合に何れかのＬＥＤ素子の故障を検出することは容易でない。
これに関して、直列接続された複数のＬＥＤが正常点灯したときの電圧を初期電圧として記憶し、以降の点灯状態において検出した電圧が前記初期電圧に対して所定値以上変化したらＬＥＤアレイの異常と判断するＬＥＤ駆動回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、液晶モニタのバックライトを構成するＬＥＤアレイの故障を検出する方法として、以下の方法が知られている。初期設定動作時に電源回路とＬＥＤアレイとの間に設けられた電流切替スイッチを順次切り替えることにより各ＬＥＤアレイを順次点灯させる。そして、ＬＥＤアレイ毎に流れる初期電流値を検出して記憶する。通常動作時に前記電流切替スイッチを順次切り替えて各ＬＥＤアレイを順次点灯させる。そして、ＬＥＤアレイ毎に流れる駆動電流値を検出し、前記初期電流値と比較してＬＥＤアレイ毎の故障を検出する（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８１６１６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／１７４６３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２のような、液晶モニタのバックライトを例に挙げると、近年は液晶モニタの大型、高精細、光画質化の進展に伴ってバックライトに十分な輝度が求められる傾向にある。よって、ＬＥＤアレイを順次切り替えて点灯させるいわゆるダイナミック駆動でなく、各ＬＥＤアレイを常時点灯させて十分な輝度を得る方式が採用される傾向にある。
また、十分な輝度を得るには多数のＬＥＤ素子を並べる必要があるところ、特許文献１のような１列の直列接続のＬＥＤアレイでは高い電圧を印加しなければならない。そこで、直列ＬＥＤアレイを並列接続し、かつ、それぞれの直列ＬＥＤアレイを個別に電流駆動する構成が採用される傾向にある。各直列ＬＥＤアレイをそれぞれ電流駆動することによって、各ＬＥＤ素子の輝度を均一化できる。
【０００６】
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、直列接続された複数のＬＥＤ素子と電流制御回路とを含む直列ＬＥＤアレイが並列接続されてなる回路において、何れかの直列ＬＥＤアレイの異常を単純な構成で確実に検出する手法を提供するものである。
なお、この発明は液晶モニタのバックライトに用途が限定されるものでないが、進歩が著しい液晶表示装置に用いられるバックライトは解決すべき課題を説明するうえで好適な事例といえる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、直列接続された複数のＬＥＤ素子、それらのＬＥＤ素子に所定の電流を流す電流制御回路および前記ＬＥＤ素子に流れる電流を検出する電流検出回路を含む直列ＬＥＤアレイと、並列接続された複数の前記直列ＬＥＤアレイに高低調整可能な電圧を印加する電圧出力回路と、前記電圧出力回路が出力する電圧を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、各直列ＬＥＤアレイの点灯を開始させる際に前記電圧出力回路の出力電圧を次第に高めて前記電流検出回路で通電の開始を検出し、通電開始時の印加電圧が予め定められた範囲にない場合にその直列ＬＥＤアレイが異常であると判定するＬＥＤ駆動回路を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によるＬＥＤ駆動回路において、制御回路は各直列ＬＥＤアレイの点灯を開始させる際に前記電圧出力回路の出力電圧を次第に高めて前記電流検出回路で通電の開始を検出し、通電開始時の印加電圧が予め定められた範囲にない場合にその直列ＬＥＤアレイが異常であると判定するので、直列接続された複数のＬＥＤ素子と電流制御回路とを含む直列ＬＥＤアレイが並列接続されてなる回路において、何れかの直列ＬＥＤアレイの異常を単純な構成で確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明によるＬＥＤ駆動回路の一実施形態として液晶表示装置のバックライトに適用する場合の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ駆動回路の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示すＬＥＤ駆動回路におけるＬＥＤ素子の接続形態と、そのうち一つのＬＥＤ素子が故障した場合に生じる現象を示す説明図である。
【図４】図２に示す電流制御回路および電流検出回路の機能を回路的に表す説明図である。
【図５】図３に示すＤＣ／ＤＣコンバータの機能を回路的に表す説明図である。
【図６】図１に示すバックライト装置における各ＬＥＤ素子の物理的な配置例を示す説明図である。
【図７】図３に示すＬＥＤ素子の等価回路を示す説明図である。
【図８Ａ】図２および図３に示すＬＥＤ駆動回路の構成に至る迄の、第１の従来構成例を示す説明図である。
【図８Ｂ】図２および図３に示すＬＥＤ駆動回路の構成に至る迄の、第２の従来構成例を示す説明図である。
【図８Ｃ】図２および図３に示すＬＥＤ駆動回路の構成に至る迄の、第３の従来構成例を示す説明図である。
【図９】図２および図３に対応するＬＥＤ駆動回路の構成を示す説明図である。
【図１０】この実施形態によるＬＥＤ駆動回路において、ＬＥＤ素子の異常検出を兼ねた点灯処理の波形を示す第１のグラフである（正常時の波形）。
【図１１】この実施形態によるＬＥＤ駆動回路において、ＬＥＤ素子の異常検出を兼ねた点灯処理の波形を示す第２のグラフである（異常時の波形）。
【図１２】この実施形態において、制御回路のＣＰＵがＬＥＤ素子の点灯処理時に実施する異常検出の処理を示すフローチャートである。
【図１３】この実施形態において、制御回路のＣＰＵがＬＥＤ素子の点灯中にＶｌｅｄの変化に基づいて異常を検出する様子を示すグラフある。
【図１４】この実施形態におけるＬＥＤ素子の順電圧降下Ｖｆの温度特性を示すグラフである。（実施の形態４）
【図１５】この実施の形態におけるＬＥＤ駆動回路の図２に対応する構成を示すブロック図である。（実施の形態４）
【図１６】この実施形態において、前回の異常判定と今回の異常判定で素子温度が異なる場合の正常範囲の相違の例を示すグラフである（実施の形態４）
【図１７】この実施形態における異常検出の処理を示す、図１２に対応するフローチャートである（実施の形態４）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
（実施の形態１）
≪ＬＥＤ駆動回路の適用例≫
図１は、この発明によるＬＥＤ駆動回路の一実施形態として液晶表示装置のバックライトに適用する場合の構成例を示すブロック図である。図１で、液晶表示装置１０は、液晶パネル２３、液晶パネル２３の背面側から正面側へ透過する光を放射するバックライト装置１９および外部からの映像信号に基づいて液晶パネル２３の画素を制御する表示制御回路１３を備える。バックライト装置１９は、複数のＬＥＤ素子を用いて構成されている。
【００１１】
液晶表示装置１０は、さらに液晶パネル２３の画素を制御する液晶制御回路２１、バックライト装置１９のＬＥＤ素子の点灯を制御するバックライト制御回路１５および前記ＬＥＤ素子の異常を検出するバックライト異常検出回路１７を備える。
バックライト制御回路１５、バックライト異常検出回路１７およびバックライト装置１９は、この発明によるＬＥＤ駆動回路に相当する部分である。
なお、バックライト制御回路１５とバックライト異常検出回路１７とは機能が異なるので別のブロックで示しているが、回路構成上不可分な部分を含んでいてもよい。即ち、ＬＥＤ素子の点灯用回路と異常検出用回路の一部を共通化することで回路構成が単純化されていてもよい。
【００１２】
液晶表示装置１０は、具体的な用途としてコンピュータに接続されるディスプレイモニタであったり、案内や広告宣伝のコンテンツを表示するサイネージディスプレイとして使用されたりする。勿論、それらの用途に限定されるものでないし、そもそも液晶表示装置のバックライトはＬＥＤ駆動回路の一つの適用例に過ぎない。
【００１３】
図２は、図１に示すＬＥＤ駆動回路１１の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示すように、ＬＥＤ駆動回路は、複数の直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎが並列に接続されており、並列接続のノード部分に電圧出力回路ＤＣＶからの出力電圧Ｖｌｅｄが印加される。
それぞれの直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎは、複数のＬＥＤ素子が直列接続された直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ、その直列ＬＥＤ素子群に所定の電流を流す電流制御回路ＤＲＶおよびその直列ＬＥＤ素子群に流れる電流を検出する電流検出回路ＣＳを有する。例えば、直列ＬＥＤアレイＵ１は、直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ１、電流制御回路ＤＲＶ１および電流検出回路ＣＳ１を有し、それらが直列に配置されている。直列ＬＥＤアレイＵ２〜Ｕｎについてもそれと同様の構成である。
【００１４】
また、図２に示すように、ＬＥＤ駆動回路１１は制御回路ＭＣを備えている。制御回路ＭＣは、ＣＰＵ３１、メモリ３２、タイマー３３、電流検出部３４、電流制御部３５および電圧調整部３６のハードウェア資源を有する。それらのハードウェア資源は、例えば汎用のマイクロコンピュータを用いることでＣＰＵ３１やその他の部分が実装されてもよいし、特定用途向けの半導体素子として実装されてもよい。
メモリ３２は、ＣＰＵ３１が実行する制御プログラムや制御に用いるデータを格納する不揮発性メモリを含む。また、ＣＰＵ３１が処理の実行に使用するワークメモリを提供するＲＡＭを含む。
【００１５】
各直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎの電流検出回路ＣＳ１〜ＣＳｎが検出した電流の大きさは、電流検出部３４を介して制御回路ＭＣに入力される。電流検出部３４は入力インターフェイス回路である。
制御回路ＭＣは、各直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎの電流制御回路ＤＲＶ１〜ＤＲＶｎが対応する直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ１〜ＬＥＤｓｎに流すべき電流の大きさを指示する。電流制御部３５は、各電流制御回路への出力インターフェイス回路である。
また、制御回路ＭＣは、電圧出力回路ＤＣＶが出力すべき電圧Ｖｌｅｄの大きさを指示する。電圧調整部３６は、電圧出力回路ＤＣＶへの出力インターフェイス回路である。
【００１６】
図３は、図２に示すＬＥＤ駆動回路におけるＬＥＤ素子の接続形態と、そのうち一つのＬＥＤ素子が故障した場合に生じる現象を示す説明図である。
図３で、図１の直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ１に対応する部分は、直列に接続された１０個のＬＥＤ素子Ｄ０１０１〜Ｄ０１１０から構成される。また、図１の電流制御回路ＤＲＶ１に対応する回路においてＬＥＤ素子に流れる電流を制御するのは、ＦＥＴ素子Ｑｃ０１である。分かり易いように図３ではＦＥＴ素子Ｑｃ０１のみを示し、他の部分の構成は省略している。図１の電流検出回路ＣＳ１に対応する部分は、主として電流検出抵抗Ｒｃ０１からなる。分かり易いように図３では電流検出抵抗Ｒｃ０１のみを示し、他の部分の構成は省略している。
以上、図３の直列ＬＥＤアレイＵ１の構成について詳細を述べたが、他の直列ＬＥＤアレイＵ２〜Ｕｎについても同様である。
【００１７】
図４は、図２に示す電流制御回路および電流検出回路の機能を回路的に表す説明図である。電流制御回路および電流検出回路の機能的な構成を等価的な回路図で示している。
図４のＬＥＤｓは、図２に示す直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ１〜ＬＥＤｓｎの何れかに対応し、例えばＬＥＤｓ１の場合は図３のＬＥＤ素子Ｄ０１０１〜Ｄ０１１０に対応する。図４のＦＥＴ素子Ｑｃは、例えば図３のＦＥＴ素子Ｑｃ０１に対応する。図４の電流検出抵抗Ｒｃは、例えば図３の電流検出抵抗Ｒｃ０１に対応する。
図３に図示を省略しているが、電流制御回路は、エラーアンプＡＭＰ１、またはそれに相当する機能を有している。エラーアンプＡＭＰ１の２つの入力のうちの一つ（反転入力）には、基準電源からの電圧Ｖｒｅｆ１が入力される。基準電圧Ｖｒｅｆ１は、目標とすべき電流の大きさに対応した電圧である。エラーアンプＡＭＰ１の他方の入力（非反転入力）には電流検出抵抗Ｒｃの一端から電流Ｉｆの大きさに比例する電圧Ｖｒ＝Ｉｆ×Ｒｃが入力される。そして、エラーアンプＡＭＰ１の出力は、ＦＥＴ素子Ｑｃのゲートを駆動する。ＦＥＴ素子Ｑｃは、ゲートの駆動電圧に応じた大きさのドレイン電流を流す電圧制御素子である。即ち、ＦＥＴ素子Ｑｃは能動領域において、ゲート電圧に対して単調増加の特性でドレイン電流を流そうとする電圧制御素子である。
【００１８】
エラーアンプＡＭＰ１は、十分大きなゲイン（理想的には無限大）を有して２つの入力の電位差が十分小さくなるように（理想的にはゼロになるように）ＦＥＴ素子Ｑｃを駆動する。即ち、基準電圧Ｖｒｅｆ１を目標とする負帰還特性によってＦＥＴ素子Ｑｃは基準電圧Ｖｒｅｆ１に応じたドレイン電流Ｉｆを流す。よって、ドレイン電流Ｉｆは基準電圧Ｖｒｅｆ１に応じた一定の大きさに保たれる。
基準電圧Ｖｒｅｆ１の大きさが変わると、それに応じてドレイン電流Ｉｆの大きさが変わる。
以上、電流検出回路および電流制御回路の機能と構成について述べた。
【００１９】
また、図３に示す態様で、電圧出力回路ＤＣＶは、具体的にはＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＣとして実装され、出力する直流電圧の大きさＶｌｅｄを調整する。ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＣの構成は、例えば以下に述べるものである。
図５は、図３に示すＤＣ／ＤＣコンバータの機能を回路的に表す説明図である。
図５に示すＦＥＴ素子Ｑｖのソースには、直流電圧が供給されている。抵抗Ｒ１およびＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＣからの出力電圧Ｖｌｅｄを分圧してエラーアンプＡＭＰ２の２つの入力のうちの一方（非反転入力）へ入力する。エラーアンプＡＭＰ２の非反転入力へ入力される電圧Ｖｏは、
Ｖｏ＝Ｖｌｅｄ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
の関係にある。
【００２０】
エラーアンプＡＭＰ２の他方の入力（反転入力）には、基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。
エラーアンプＡＭＰ２は、十分大きなゲイン（理想的には無限大）を有して２つの入力、Ｖｒｅｆ２とＶｏの電位差が十分小さくなるように（理想的にはゼロになるように）ＦＥＴ素子Ｑｖを駆動する。即ち、エラーアンプＡＭＰ２の入力において、
Ｖｒｅｆ２＝Ｖｏ＝Ｖｌｅｄ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
の関係が成立するようにＦＥＴ素子Ｑｖがドレイン電流Ｉｄの大きさを制御する。
よって、出力電圧Ｖｌｅｄは、ＦＥＴ素子Ｑｖのソース側の電圧によらず、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＣの出力側に接続されて出力電圧Ｖｌｅｄが印加される負荷の電圧−電流特性に依存せず、基準電圧Ｖｒｅｆ２の大きさに応じた大きさの直流電圧になる。
【００２１】
ただし、基準電圧Ｖｒｅｆ２の大きさが変わると、それに応じて出力電圧Ｖｌｅｄの大きさが変わる。基準電圧Ｖｒｅｆ２の大きさは、図５に図示しない制御回路ＭＣによって制御される。なお、出力電圧Ｖｌｅｄが出力し得るのは、ソース側の電圧よりも低い電圧に限る。
図５に示す構成は、ＤＣ／ＤＣコンバータの機能を分かりやすく説明するためにＦＥＴ素子Ｑｖがアナログ的に制御される例を示している。図５の構成で、ＦＥＴ素子ＱｖのドレインＤ側の電圧は、ソースＳ側から供給される電圧よりも小さく、ソース−ドレイン間の電位差とドレイン電流Ｉｄの積が、ＦＥＴ素子Ｑｖの損失になる。
【００２２】
図５のアナログ的な駆動に対して、ＦＥＴ素子Ｑｖの損失、即ち電圧の変換ロスを低減する構成も可能である。例えば、図５のＦＥＴＱｖのドレインＤとその先に接続される図示しない負荷との間にインダクタンスを挿入する。さらにドレインＤとグランドの間にダイオードを挿入する（ドレインＤ側がカソード、グランド側がアノードである）。そして、ＦＥＴ素子ＱｖのゲートＧをＰＷＭ駆動する。このような構成にすることで、ＦＥＴ素子Ｑｖをスイッチング動作させることが可能である。ドレインＤからのスイッチング電圧をキャパシタで平滑化して出力すれば、図５のアナログ的動作と同様に基準電圧Ｖｒｅｆ２に応じた出力電圧Ｖｌｅｄが得られる。
【００２３】
図６は、図３の各ＬＥＤ素子が、液晶パネル２３の背後に配置される位置の一例を示している。即ち、図６は、図１に示すバックライト装置における各ＬＥＤ素子の物理的な配置例を示す説明図であって、図３の各ＬＥＤ素子の符号と図６の各ＬＥＤ素子の符号は対応している。なお、図６で、ＬＥＤ素子の符号に用いる小文字の英字ｋ、ｌ（エル）、ｍは、ｎより小さな数字を示すものとして記している。即ち、ｍは（ｎ−１）と同義、ｌは（ｎ−２）と同義、ｋは（ｎ−２）と同義のものとして用いている。
図６の態様は、いわゆる直下型のＬＥＤバックライトに該当するが、それは一つの態様に過ぎず、例えばＬＥＤと導光部材と組み合わせたいわゆるエッジ型のＬＥＤバックライトであってもよい。
【００２４】
≪ＬＥＤ素子の発光制御≫
図３で、制御回路ＭＣは、例えば直列ＬＥＤアレイＵ１について電流検出抵抗Ｒｃ０１の電圧を検出することによって、ＬＥＤ素子Ｄ０１０１〜Ｄ０１１０に流れる電流Ｉｆ１を検出する。即ち、電流検出抵抗Ｒｃ０１には、電流Ｉｆ１に比例した大きさの電圧降下Ｖｒ１＝Ｉｆ１×Ｒｃ０１が発生する。なお、電流検出抵抗Ｒｃ０１〜Ｒｃｎは、いずれも同じ抵抗値である。
【００２５】
図１の電流制御回路ＤＲＶ１に相当する回路は、Ｉｆ１の大きさが予め定められた目標の電流値になるようにＦＥＴ素子Ｑｃ０１を制御する。ＬＥＤ素子の輝度はそのＬＥＤ素子に流れる電流の大きさにほぼ比例する。電流制御回路ＤＲＶ１が目標の電流値をＬＥＤ素子Ｄ０１０１〜Ｄ０１１０に流すことで、各ＬＥＤ素子が所定の輝度で点灯（発光）する。
各直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎに同じ大きさの電流Ｉｆ１〜Ｉｆｎを流すことで、各ＬＥＤ素子Ｄ０１０１〜Ｄｎ１０が所定の輝度で均一に発光する。なお、Ｉｆ１〜Ｉｆｎの目標値は、液晶表示装置１０の明るさの設定や設置された場所の周囲の明るさなどに応じて変更されてもよい。
【００２６】
ＬＥＤ素子は、順方向電流を流すことで発光し、その際に順方向の電圧降下Ｖｆが発生するが順方向電流の大きさの変化に対して電圧降下の大きさは抵抗のようにきれいな比例特性を示す訳ではない。ただし、電流の増加に対して順電圧が緩やかに単調増加する特性を示す。
一般に、発光時に１つのＬＥＤ素子の両端に発生する順電圧Ｖｆの大きさは３Ｖ程度である。ただし、ＬＥＤ素子は素子ごとに順電圧の大きさにバラつきがあることが知られている。図３に付記した数値例ではＬＥＤ素子Ｄ０１０１〜Ｄ０１１０の順電圧が、いずれも３．１Ｖとしている（説明を簡単にするためＬＥＤ素子Ｄ０１０１〜Ｄ０１１０間で順電圧のバラツキはないものとしている。実際、同一製造ロットのＬＥＤ素子であればほぼ近い順電圧になる。）これは、並列接続された直列ＬＥＤアレイのうち最も大きな順電圧とする。図３の態様では１０個のＬＥＤ素子が直列接続されているので、直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ１の両端に発生する順電圧の大きさは３１Ｖである。他の直列ＬＥＤ素子群の順電圧はこれに等しいかこれより小さい。
【００２７】
仮に、図１に示す並列接続された直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎの電流制御回路ＤＲＶ１〜ＤＲＶｎおよび電流検出回路ＣＳ１〜ＣＳｎを単純な抵抗素子Ｒ０１〜Ｒｎ（ただし、Ｒ０１＝Ｒ０２＝…＝Ｒｎ）に置換したとする。その場合、すべての直列ＬＥＤアレイに同じ電圧Ｖｌｅｄが印加されるが、ＬＥＤ素子の順電圧のバラツキに起因して各直列ＬＥＤアレイに流れる電流Ｉｆ１〜Ｉｆｎの大きさが異なる。その結果、直列ＬＥＤアレイごとにＬＥＤ素子の輝度のバラツキが生じることとなる。輝度のバラツキは、液晶表示装置１０の輝度ムラとなって画像の品位を低下させてしまう。
直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎが電流制御回路ＤＶＲ１〜ＤＶＲｎを備えるのは、ＬＥＤ素子に順電圧のバラツキがあっても所定の順電流を流して所定の輝度で発光させるためである。
【００２８】
図３において、ＦＥＴ素子Ｑｃ０１〜Ｑｃｎは、ＬＥＤ素子の順電圧のバラツキを吸収する役割を担う。即ち、ＬＥＤ素子の順電圧のバラツキをＦＥＴ素子のソース−ドレイン間の電圧Ｖｄｓで吸収する。図３に付記した数値例で、ＦＥＴ素子Ｑｃ０１のソース−ドレイン電圧Ｖｄｓ１は０．１Ｖとしている。これは、ＦＥＴ素子Ｑｃ０１の飽和領域でのオン電圧あるいはそれに近い値である。即ち、ＦＥＴ素子Ｑｃ０１がとり得るソース−ドレイン電圧の最小値あるいはそれに近い。
また、数値例で電流検出抵抗Ｒｃ０１の両端の電圧Ｖｒ１を０．３Ｖとしている。
それらの数値例によれば、電流Ｉｆ１が流れているときの直列ＬＥＤアレイＵ１の両端の電圧、即ちＶｌｅｄは、
Ｖｌｅｄ＝Ｖｒ１＋Ｖｄｓ＋Ｖｆ１＝３１．４（Ｖ）
となる。
【００２９】
これに対して、直列ＬＥＤアレイＵｎのＬＥＤ素子の順電圧が小さく、直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓｎの順電圧Ｖｆｎが２７Ｖであるとする。なお、ＬＥＤ素子の順電圧が素子によって１Ｖ程度バラつくことはあり得る。
同一輝度でＬＥＤ素子を発光させることを前提としているのでＩｆｎ＝Ｉｆ１であり、その条件よりＶｒｎ＝Ｖｒ１＝０．３Ｖである。
ＶｆｎおよびＶｒｎが上述のように決まり、それらとＦＥＴ素子Ｑｃｎのソース−ドレイン電圧Ｖｄｓｎとの和がＶｌｅｄ＝３１．４（Ｖ）でなければならないことから、ＦＥＴ素子Ｑｃｎのソース−ドレイン電圧Ｖｄｓｎは、４．１Ｖでなければならない。
言い換えると、電流制御回路ＤＲＶｎは、ＬＥＤ素子Ｄｎ０１〜Ｄｎ１０に流れる電流ＩｆｎがＩｆ１と等しくなるように、ＦＥＴ素子Ｑｃｎのソース−ドレイン電圧Ｖｄｓが４．１ＶになるようにＦＥＴ素子Ｑｃｎのゲート電圧を制御する。
【００３０】
ここで、ＦＥＴ素子Ｑｃ０１〜Ｑｃｎが消費する電力（損失）を検討すると、ＦＥＴ素子は電圧制御素子でゲート電流は無視できるので、消費電力はドレイン電流とソース−ドレイン電圧との積である。各ＦＥＴ素子のドレイン電流Ｉｆ１〜Ｉｆｎはいずれも等しく、Ｉｆとする。
ＦＥＴ素子Ｑｃ０１の消費電力は、Ｐ１＝Ｉｆ×Ｖｄｓ１＝Ｉｆ×０．１（Ｗ）
である。
ＦＥＴ素子Ｑｃ０ｎの消費電力は、Ｐｎ＝Ｉｆ×Ｖｄｓｎ＝Ｉｆ×４．１（Ｗ）
である。
他のＦＥＴ素子についても同様であり、最小のソース−ドレイン電圧に対応するＰ１よりも大きいか等しい。
【００３１】
このように、各電流制御回路ＤＲＶ１〜ＤＲＶｎが同一の目標の電流Ｉｆを流すように制御するので、直列ＬＥＤ素子群の順電圧が大きな直列ＬＥＤアレイについては、ＦＥＴ素子のソース−ドレイン電圧、ひいては損失が小さくなり、順電圧が小さな直流ＬＥＤアレイについては、ＦＥＴ素子のソース−ドレイン電圧、ひいては損失が大きくなる。
【００３２】
制御回路ＭＣは、電流検出回路ＣＳ１〜ＣＳｎが検出する電流の大きさをモニタしている。そして、電圧出力回路ＤＣＶの出力電圧を制御して各直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎに目標とする大きさの電流Ｉｆを流すために十分な大きさ電圧Ｖｌｅｄ電圧を出力させる。
その一方で、Ｖｌｅｄが大き過ぎるといたずらにＦＥＴ素子Ｑｃ０１〜Ｑｃｎの損失が大きくなるだけである。よって、制御回路ＭＣは最も大きな順電圧の直列ＬＥＤ素子群のソース−ドレイン電圧がとり得る最小の電圧またはそれに近い電圧（図３の数値例では０．５Ｖ）になるようにＶｌｅｄの大きさを制御することが好ましい。そうすることによって、ＦＥＴ素子Ｑｃ０１〜Ｑｃｎの無駄な損失を抑制できる。
【００３３】
制御回路ＭＣは、各直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎに目標の電流Ｉｆを流せる最小の出力電圧Ｖｌｅｄを出力するために、バックライトを点灯させる際に、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＣの出力電圧Ｖｌｅｄを低い電圧から高い電圧へと次第に大きくしてゆく。そして、何れの直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎについても目標とする電流Ｉｆが流れるようになったら、それの時点の電圧でそれ以降の出力電圧Ｖｌｅｄを維持する、即ち、制御回路ＭＣはＬＥＤ素子が目標とする輝度で点灯するようになった時点の出力電圧を判断して維持する。
【００３４】
制御回路ＭＣが、出力電圧Ｖｌｅｄを次第に上昇させていくとき、最後に目標の電流Ｉｆが流れるようになった直列ＬＥＤアレイが、最も順電圧の大きな直列ＬＥＤアレイである。そして、その直列ＬＥＤアレイに目標の電流Ｉｆが流れるようになった時点のＶｌｅｄが、目標の電流Ｉｆが流れかつ各ＦＥＴ素子の損失が抑制された好適な出力電圧Ｖｌｅｄである。
また、この点灯のプロセスは、ＬＥＤ素子の異常検出を兼ねている。異常検出の処理については後述する。
【００３５】
ＬＥＤ素子の順電圧は、ＬＥＤ素子の経年劣化で変化するが短時間で変化するものではない。従って、ＬＥＤ素子を点灯させる都度、上述のように出力電圧Ｖｌｅｄの好適な値を求める必要はなく、一度Ｖｌｅｄの最適値が決まればそれをメモリに記憶しておいてもよい。そして、次回の点灯時は、メモリに記憶された出力電圧Ｖｌｅｄを適用して点灯させるようにしてもよい。
ただし、目標の電流Ｉｆの設定が変化した場合は、改めて上述のプロセスを実行して出力電圧Ｖｌｅｄの好適な値を決定することが好ましい。さらに、ＬＥＤ素子の異常検出を兼ねることから、ＬＥＤ素子を点灯させる都度、上述のように出力電圧Ｖｌｅｄの好適な値を求めるようにしてもよい。
【００３６】
≪ＬＥＤ素子に異常が生じた場合に生じる現象≫
ここで、図３に示すＬＥＤ駆動回路において、ＬＥＤ素子Ｄ０２０３に異常が生じて発光しなくなる場合の現象について述べる。何らかの原因でＬＥＤ素子に異常が生じた場合、結果的にＬＥＤ素子がショート状態に陥る場合とオープン状態に陥る場合とがある。
あるＬＥＤ素子に異常が生じてショート状態になった場合、そのＬＥＤ素子は発光しなくなるが、電流は流れる。よって、異常が生じたＬＥＤ素子に直列接続されている他のＬＥＤ素子は発光を続ける。異常が生じたＬＥＤ素子については順電圧がゼロになる。しかし、ショート状態になったＬＥＤ素子を含む直流ＬＥＤ素子群の順電圧がショート状態のＬＥＤ素子の順電圧分だけ減少しても、電流制限回路が電流Ｉｆを一定に保つ。一つのＬＥＤ素子の順電圧は３Ｖ程度であるので、他のＬＥＤ素子や他の直列ＬＥＤアレイに弊害が波及する可能性は少ない。
この実施形態の構成で特に問題となるのは、ＬＥＤ素子がオープン状態になるケースである。その場合、他の直列ＬＥＤアレイに弊害が波及し得るからである。
【００３７】
図７は、図３に示す各ＬＥＤ素子の等価回路を示す説明図である。発明者が見出した事実として、市販されているＬＥＤ素子の多くは発光部としての発光ダイオード部とツェナーダイオードＺＤとが逆並列接続された回路的構成になっている。ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧Ｖｚｄは、一例で１３Ｖである。
図７の等価回路が意味するのは、ＬＥＤ素子に異常が生じて発光ダイオード部（図７に示すＬＥＤ）がオープン状態になった場合、そのＬＥＤ素子にツェナー電圧Ｖｚｄ以上の電圧が印加されると、ツェナーダイオードＺＤを介して電流が流れ得るということである。
【００３８】
図３で、ＬＥＤ素子Ｄ０２０３の発光ダイオード部がオープン状態になった場合を考える。その場合、正常時に印加されていた出力電圧Ｖｌｅｄのままでは、正常時に流れていた電流Ｉｆ２が流れなくなる。即ち、電流検出抵抗Ｒｃ０２に電流が流れなくなり、その結果、電圧検出抵抗Ｒｃ０２の電圧降下Ｖｒ２がゼロになる。制御回路ＭＣはそれを検出する。即ち、電流制御回路ＤＲＶ２はＩｆ２が急激に小さく、あるいはゼロになったことを検出する。それに対応して、ＦＥＴ素子Ｑｃ０２を制御してソース−ドレイン電圧を正常時よりも小さくする。しかし、正常時の順電圧３Ｖとツェナー電圧１３Ｖの差分１０Ｖを、ＦＥＴ素子Ｑｃ０２のソース−ドレイン電圧の調整のみで捻出することはできない。よって、制御回路ＭＣは、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤＣの出力電圧Ｖｌｅｄが低すぎると判断してＶｌｅｄを高くする。Ｖｌｅｄが前述のツェナー電圧Ｖｚｄと正常時の順電圧の差分の程度まで上昇すると、ＬＥＤ素子Ｄ０２０３の逆並列のツェナーダイオードＺＤが導通する。そして、直列ＬＥＤアレイＵ２に再び目標の電流Ｉｆ２が流れる。その場合の出力電圧Ｖｌｅｄは、直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ２の正常な９個のＬＥＤ素子の順電圧とツェナー電圧Ｖｚｄの合計である。
【００３９】
図３の直列ＬＥＤアレイＵ２に付記した数値例では、制御回路ＭＣが出力電圧Ｖｌｅｄを３８．１Ｖまで上昇させると目標とする電流Ｉｆ２が流れる。
即ち、直列ＬＥＤ素子群Ｌｅｄｓ２の順電圧は、正常なＬＥＤ素子の順電圧を３．０Ｖとして
Ｖｆ２＝２．７×９＋Ｖｚｄ＝２．７×９＋１３＝３７．３（Ｖ）
である。
ＦＥＴ素子Ｑｃ０２のソース−ドレイン電圧Ｖｄｓ２が０．Ｖ、電流検出抵抗Ｒｃ０２の電圧降下Ｖｒ２が０．３Ｖとしているので、異常時に目標の電流値Ｉｆ２が流れるときの出力電圧Ｖｌｅｄは、
Ｖｌｅｄ＝Ｖｆ２＋Ｖｄｓ２＋Ｖｒ２＝３７．７（Ｖ）
であり、上述のごとくになる。
【００４０】
異常時の出力電圧Ｖｌｅｄが、正常時に比べて極端に高ければＶｌｅｄの上限値を予め定めておけばよい。しかし、各ＬＥＤ素子の順電圧にバラツキがあることや目標電流Ｉｆの設定に幅があることから固定的な上限値を定めることができない場合がある。
例えば、上述の数値例では、正常時に直列ＬＥＤアレイＵ１に目標とする電流Ｉｆ１を流すには、出力電圧Ｖｌｅｄを３１．４Ｖにすべきである。これに対して、直列ＬＥＤアレイＵ２のＬＥＤ素子Ｄ０２０３の異常時に、目標とするＩｆ２を流すための出力電圧Ｖｌｅｄが３７．７Ｖである。例えば、両者の中間付近の電圧である３５Ｖを、出力電圧Ｖｌｅｄの上限値に設定することも考えられなくはない。しかし、正常時においても目標電流が大きい場合に出力電圧Ｖｌｅｄを３８Ｖ程度にすべき場合があれば、上限値を３５Ｖと定めると誤検出が生じてしまう。
【００４１】
一方で、オープン状態になったＬＥＤ素子の異常が検出できないとすれば、逆並列のツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧Ｖｚｄの分だけ高い出力電圧Ｖｌｅｄが維持される。異常なＬＥＤ素子を含む直列ＬＥＤアレイは、それによって他のＬＥＤ素子が発光するものの、それと並列接続されている正常な直列ＬＥＤアレイには、ツェナー電圧Ｖｚｄの上昇分だけ過剰な出力電圧が印加される。その過剰な出力電圧は、ＦＥＴ素子Ｑｃによって吸収されることになる。
【００４２】
例えば、直列ＬＥＤアレイＵ１に異常時の出力電圧Ｖｌｅｄ＝３７．７（Ｖ）が印加された場合を考える。分かり易くするために直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ１の順電圧が正常時と同じであるとする。その場合、ＦＥＴ素子Ｑｃ０１は上記電圧から、直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ０１の順電圧Ｖｆ１＝３１Ｖと電流検出抵抗Ｖｒ１＝０．３Ｖの合計を差し引いた６．３Ｖの電圧をソース−ドレイン電圧Ｖｄｓ１として担わなければならない。同様に、順電圧降下がＬＥＤｓ０１よりも小さな直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓｎについては、ＦＥＴ素子Ｑｃｎがソース−ドレイン電圧Ｖｄｓｎとして１０．３（Ｖ）もの電圧を担わなければならない。
このように、何れかの直列ＬＥＤアレイのＬＥＤ素子に異常が生じてオープン状態になると、出力電圧Ｖｌｅｄが上昇して並列な直列ＬＥＤアレイのＦＥＴ素子の損失が大きくなる。ＦＥＴ素子が、その電圧に耐えられなくなると故障したり焼損したりするという二次的な異常、故障が発生してしまう。
そこで、後述するように、点灯のプロセスでＬＥＤ素子の異常を検出して二次的な異常の発生、即ちＦＥＴ素子の故障の発生を防ぐようにするのである。
【００４３】
≪ＬＥＤアレイと駆動回路の構成の経緯≫
異常検出の処理を説明するまでに、この実施形態によるバックライトのＬＥＤ駆動回路が図３および図６に示す構成に至った経緯について、図８Ａ〜図８Ｃおよび図９を参照しながら述べる。
図８Ａは、直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓが１つだけのシンプルなＬＥＤ駆動回路の構成を示す説明図である。図１は、１つの電圧出力回路ＤＣＶ，１つの直列ＬＥＤアレイＬＥＤｓ、１つの電流制御回路ＤＲＶ、１つの電流検出回路ＣＳおよび１つの制御回路ＭＣで構成されている。
【００４４】
小型の液晶パネルのバックライトであれば、図８Ａに示す構成で足りる。しかし、液晶パネルの大型化、あるいは屋外に設置される場合の高輝度化に対応するには、ＬＥＤの数を増やす必要がある。しかし、直列接続可能なＬＥＤ素子の数には限界がある。むやみに数を増やすと、多数のＬＥＤ素子の順電圧に対応した高電圧の駆動回路が必要になり、安全面で、またコスト面で合理的でなくなる。
図８Ｂは、図８Ａに示す回路を複数並置することでＬＥＤの数を増やした構成を示している。しかし、図８Ｂの構成では、電圧出力回路ＤＣＶ１、ＤＣＶ２…が冗長な構成となり、コスト面において不利である。そこで、図８Ｃに示すように、共通の電圧出力回路を用いるという着想が生まれる。
【００４５】
図９は、それを具体化した構成であり、図３に対応したものである。図９に示すＬＥＤ駆動回路では、並列接続されたそれぞれの直列ＬＥＤアレイに、電圧出力回路ＤＣＶから共通の電圧Ｖｌｅｄが印加される。
図９の構成においては、図３について述べたように、電流制御回路ＤＲＶ１〜ＤＲＶｎに対応するＦＥＴ素子Ｑｃ０１〜Ｑｃｎが、ＬＥＤ素子の順電圧のバラツキを吸収する役割を担う。
【００４６】
≪点灯時の異常検知≫
この実施形態における、異常検出を兼ねたＬＥＤ素子の点灯処理について述べる。
図１０および図１１は、この実施形態によるＬＥＤ駆動回路において、ＬＥＤ素子の異常検出を兼ねた点灯処理の波形を示すグラフである。図１０は何れのＬＥＤ素子も正常な場合の波形を示している。これに対して図１１は、一部のＬＥＤ素子が異常な場合の波形を示している。
【００４７】
図１０および図１１で、横軸は時間ｔの経過である。上側のグラフの縦軸は電圧出力回路ＤＣＶの出力電圧Ｖｌｅｄである。下側のグラフの縦軸は各直列ＬＥＤアレイに流れる電流Ｉｆである。
図１０および図１１に示すように、制御回路ＭＣのＣＰＵ３１は、ＬＥＤ素子を点灯させる際に、時間の経過と共に出力電圧Ｖｌｅｄを低い電圧から次第に高い電圧へと立ち上げていく。各直列ＬＥＤアレイの電流制御回路ＤＲＶは、目標とする電流Ｉｆを流すように制御するが、出力電圧Ｖｌｅｄがあまりにも低くて直列ＬＥＤ素子群の順電圧Ｖｆに満たない間は電流を流せない。出力電圧Ｖｌｅｄが次第に上昇して順電圧Ｖｆに等しい程度に達すると、直列ＬＥＤ素子群に順電流が流れ始める。さらに電圧が上昇すると、直列ＬＥＤ素子群に流れる順電流が増加して目標とする電流Ｉｆに達する。さらに出力電圧Ｖｌｅｄが上昇しても、電流制御回路ＤＲＶが順電流を目標とする電流Ｉｆに保つ。
【００４８】
各ＬＥＤ素子の順電圧にバラツキがあるので、それぞれの直列ＬＥＤアレイによって、順電流がＩｆに達する出力電圧Ｖｌｅｄの大きさが異なる。
図１０に示す３本の電流曲線Ｕｉ、ＵｊおよびＵｋは、並列接続された３つの直列ＬＥＤアレイＵｉ、ＵｊおよびＵｋで構成されるＬＥＤ駆動回路の電流の立ち上がりを示している。
図１０に示すように、３つの直列ＬＥＤアレイのうち、Ｕｉの波形に対応する直列ＬＥＤアレイＵｉは直列ＬＥＤ素子群の順電圧が最も小さく、従って最も小さな出力電圧Ｖｌｅｄで電流が流れ始める。Ｕｋの波形に対応する直列ＬＥＤアレイＵｋは直列ＬＥＤ素子群の順電圧が最も大きく、従って最も大きな出力電圧Ｖｌｅｄで電流が流れ始める。
図１０で、制御回路ＭＣは、出力電圧Ｖｌｅｄを最小電圧から時間の経過とともに上昇させていき、３つの直列ＬＥＤアレイＵｉ、ＵｊおよびＵｋの何れにも目標とする電流Ｉｆが流れるようになるまで上昇を続ける。
ＬＥＤアレイＵｋに目標とする電流Ｉｆが流れたことを確認して、制御回路ＭＣは、以降の電圧出力回路ＤＲＶの出力電圧Ｖｌｅｄを一定の電圧に保つ。
【００４９】
続いて、図１１について説明する。
図１１は、５つの直列ＬＥＤアレイＵ１、Ｕ２、Ｕｉ、ＵｊおよびＵｋで構成されるＬＥＤ駆動回路の電流の立ち上がりを示している。そのうち、Ｕｉ、ＵｊおよびＵｋは図１０と同じ特性を有している。一方、Ｕ１およびＵ２はＬＥＤ素子に異常があるものとする。
直列ＬＥＤアレイＵ２は、対応する直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ２に含まれる幾つかのＬＥＤ素子がショート状態にあるものとする。そのために、直列ＬＥＤ素子群の順電圧Ｖｆ２が小さく、バラツキを考慮した正常な範囲よりも小さな出力電圧ＶｌｅｄでＬＥＤ素子が点灯する。
ただし、ＬＥＤ素子がショート状態になった異常については、実施の形態２で改めて述べることとし、Ｕ１に係る異常検出について述べる。Ｕ１に係る異常検出は二次的な故障を発生させることがあるので、必須の異常検出項目である。
【００５０】
直列ＬＥＤアレイＵ１については、直列ＬＥＤ素子群ＬＥＤｓ１の何れかのＬＥＤ素子に異常が生じてオープン状態になっている。異常が生じたＬＥＤ素子には、正常時の順電圧でなく逆並列のツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧Ｖｚｄを印加しなければ電流Ｉｆが流れない。よって、ＬＥＤ素子の順電圧のバラツキを考慮した正常な範囲よりも大きな出力電圧Ｖｌｅｄを印加するまで、ＬＥＤ素子に電流Ｉｆが流れない。
異常検出の手法として、直列ＬＥＤ素子群の順電圧のバラツキを考慮した正常範囲を予め定め、制御回路ＭＣのメモリ３２に格納しておく。その正常範囲を超える出力電圧Ｖｌｅｄを印加して、電流が流れはじめる直列ＬＥＤアレイがあるか否かを判断する。そのような直列ＬＥＤアレイが検出された場合に制御回路ＭＣは、その直列ＬＥＤアレイの何れかのＬＥＤがオープン状態になり異常が発生したと判断する。そして、出力電圧Ｖｌｅｄを下げてＬＥＤ素子の駆動を停止する。
【００５１】
ＬＥＤ素子の発光中に出力電圧Ｖｌｅｄが上昇した場合、目標としている電流Ｉｆの大きさは、設定や使用環境によってさまざまである。従って、出力電圧の正常範囲と異常範囲を分ける閾値を予め固定的に決めることが難しい。
この実施形態によれば、ＬＥＤ素子が点灯を始める電流について正常範囲と異常範囲を分ける閾値を決める。即ち、ＬＥＤ素子に電流が流れ始める電圧に基づいて閾値を決める。このようにすれば、ＬＥＤ素子の異常をより正確に判断できる。
【００５２】
≪処理手順≫
図１２は、この実施形態において、制御回路ＭＣのＣＰＵ３１がＬＥＤ素子の点灯処理時に実施する異常検出の処理を示すフローチャートである。
図１２に示すように、ＬＥＤ素子を点灯させる際に、ＣＰＵ３１は電圧調整部３６を介して電圧出力回路ＤＣＶの出力電圧Ｖｌｅｄを制御して、時間の経過と共に低い電圧から高い電圧へと次第に上昇させるようにする（ステップＳ１１）。
【００５３】
出力電圧Ｖｌｅｄを上昇させながらＣＰＵ３１は、電流検出部３４を介して電流制御回路ＣＳ１〜ＣＳｎが検出する各直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎの電流Ｉｆ１〜Ｉｆｎをモニタする（ステップＳ１３）。
【００５４】
出力電圧Ｖｌｅｄを上昇させながら電流Ｉｆ１〜Ｉｆｎのモニタを続け（ステップＳ１５のＮｏのループ）、いずれかの直列ＬＥＤアレイに電流Ｉｆが流れてＬＥＤ素子が発光するようになったら（ステップＳ１５のＹｅｓ）、その時点の出力電圧Ｖｌｅｄの値を取得してメモリ３２に格納する（ステップＳ１７）。そして、取得された出力電圧Ｖｌｅｄが予め定められた正常値の範囲内か否かを判定する（ステップＳ１９）。取得されたＶｌｅｄが正常範囲内であれば（ステップＳ１９のＹｅｓ）、ＣＰＵ３１は全ての直列ＬＥＤアレイに電流が流れたか、即ち、未だＬＥＤ素子が発光していない直列ＬＥＤアレイがあるか否かを判定する（ステップＳ２１）。すべての直列ＬＥＤに電流Ｉｆが流れたら（ステップＳ２１のＹｅｓ）、異常検出の処理を終了する。即ち、すべての直列ＬＥＤアレイＵ１〜Ｕｎが正常に点灯したと判断する。
【００５５】
一方、前記ステップＳ２１で，未だＬＥＤ素子が発光していない直列ＬＥＤアレイがあれば（ステップＳ２１のＮｏ）、ルーチンはステップＳ１１へ戻る。そして、ＣＰＵ３１はまだ電流が流れていない直列ＬＥＤアレイに電流が流れてＬＥＤ素子が発光するまで出力電圧Ｖｌｅｄを上昇させながら電流の検出を続ける。
前記ステップＳ１９で、取得されたＶｌｅｄが正常範囲でない場合（ステップＳ１９のＮｏ）、ＣＰＵ３１はその直列ＬＥＤアレイのＬＥＤ素子が異常と判断する。そして、出力電圧Ｖｌｅｄを下げて通電を中止し、正常な直列ＬＥＤアレイのＦＥＴ素子Ｑｃ０１〜Ｑｃｎに過電圧が印加されて二次的な故障が発生しないようにする。
【００５６】
以上が、点灯時の異常検出の手順である。
なお、異常を検出した場合にＣＰＵ３１は、液晶表示装置１０の図示しない表示ランプや、液晶パネル２３へのメッセージ表示、あるいは図示しない通信インターフェイスを介した外部の機器との通信などの手段で、検出された異常をユーザや管理装置に知らせることが好ましい。
【００５７】
（実施の形態２）
図１１において、直列ＬＥＤアレイに電流Ｉｆが流れて点灯するようになる出力電圧Ｖｌｅｄが、正常範囲を超えた場合に異常と判断した。これは、図１１に示す「異常範囲１」の検出に対応するものである。
出力電圧Ｖｌｅｄが正常範囲を下回る範囲で直列ＬＥＤアレイに電流Ｉｆが流れた場合も異常と判断してもよい。これは、図１１にＵ２で示す直列ＬＥＤアレイの異常、即ち「異常範囲２」の検出に対応するものである。
この現象は何れかのＬＥＤ素子の順電圧が異常に小さい場合、即ち、ＬＥＤ素子の発光ダイオード部あるいはＺＤ部がショート状態にある場合に対応する。直列ＬＥＤ素子群のうち１つのＬＥＤ素子だけがショート状態になった場合は、順電圧の素子バラツキの範囲内に収まりこの手法で検出することは難しいかもしれない。しかし、多数のＬＥＤ素子がショート状態になった場合は、この手法で異常を検出し得る。
ＬＥＤ素子がショート状態の異常を必須の異常検出項目としなかったのは、他の直列ＬＥＤアレイの二次的故障を誘発することがないからである。ＬＥＤ素子がショート状態の場合については異常検出を省略する態様もあり得る。
【００５８】
（実施の形態３）
実施の形態１で述べたように、ＬＥＤ素子の点灯処理時に異常を検出することに加えて、ＬＥＤ素子の点灯中に異常の発生を検出してもよい。
図１３に示すようにＬＥＤ素子の点灯中、時刻ｔｂにおいて何れかのＬＥＤ素子に異常が発生して発光ダイオード部がオープン状態になったとする。そうすると、異常のＬＥＤ素子を含む直列ＬＥＤアレイに目標の電流値Ｉｆを流そうとして制御回路ＭＣが電圧出力回路ＤＣＶの出力電圧Ｖｌｅｄを上昇させる。出力電圧Ｖｌｅｄを上昇させる処理は制御回路ＭＣのＣＰＵ３１が実行する。
【００５９】
そこで、ＣＰＵ３１はＬＥＤ素子の点灯中に目標の電流値が変化していないにも関わらず、何れかの直列ＬＥＤアレイの電流が急激に減少し、その結果出力電圧Ｖｌｅｄを上昇させなければならない事象が発生したら、異常と判定して、図１２のステップＳ２３と同様の処理を行ってもよい。
ここで、異常か否かの判定は、ＬＥＤ素子の点灯中に検出された電流が、予め定められた期間内に予め定められた閾値を超えて減少する急激な変化があったことに基づいてもよい。あるいは、電流の急激な現象に基づいて出力電圧Ｖｌｅｄを上昇させた結果として、出力電圧Ｖｌｅｄが予め定められた期間内に予め定められた閾値を超えて上昇する急激な上昇があったことに基づいてもよい。
この実施形態による異常検出は、ＬＥＤ素子の点灯中に繰り返し実行されるので、ＣＰＵ３１に処理負荷がかかるが、ＬＥＤ素子に異常が発生したら速やかにその異常を検出できるという利点がある。
【００６０】
（実施の形態４）
一般に、ＬＥＤ素子は、温度が高くなる程順電圧降下Ｖｆが小さくなる温度特性を有している。
この実施の形態では、上述のＬＥＤ素子の温度特性を考慮した異常検出の手法について述べる。
上述の温度特性は、ＬＥＤの構成材料によって若干異なるが、一例で、白色バックライト用ＬＥＤのベースとなる青色ＬＥＤの温度特性は、−２〜−２．５ｍＶ／℃である。即ち、素子の温度が１℃上昇すると、順電圧降下Ｖｆの大きさが２〜２．５ｍＶ小さくなる。例えば、２０℃におけるＬＥＤ素子の順電圧降下Ｖｆが３．１Ｖで、温度特性が−２．５ｍＶ／℃の場合、６０℃における順電圧降下Ｖｆは、２０℃のＶｆよりも１００ｍＶ小さい３．０Ｖになり、例えば直列ＬＥＤ素子群全体のＶｆｎの順電圧降下はＶｆ１＝３０Ｖになる。
【００６１】
図１４は、この実施形態におけるＬＥＤ素子の順電圧降下Ｖｆの温度特性を示すグラフである。
図１５は、この実施の形態におけるＬＥＤ駆動回路の構成を示すブロック図である。実施の形態１で述べた図２に対応しており、図２との相違点は、制御回路ＭＣが温度センサー３７をさらに備える点である。温度センサー３７は、ＬＥＤ素子の温度を検出する。具体的なハードウェアとしては、例えばサーミスタが適用できる。温度センサー３７は、１つのセンサーで構成されてもよいが、複数個のセンサーで構成されてもよい。例えば、直列ＬＥＤアレイ毎にセンサーを有し、そのセンサー検出された温度に基づいて各直列ＬＥＤアレイについて正常範囲の判定値を補正してもよい。あるいは、各直列ＬＥＤアレイが複数のセンサーを有し、同一の直列ＬＥＤアレイに係るセンサーの平均の温度に基づいて補正を行ってもよい。
【００６２】
図１６は、この実施形態において、前回の異常判定と今回の異常判定で素子温度が異なる場合の正常範囲の相違の例を示すグラフである。図１６で左側半分のグラフは図１１に対応しており、温度センサー３７による検知温度がＴａ１＝２５℃の場合のＶｌｅｄ正常範囲を示している。図１６の右側半分のグラフは、やはり図１１に対応しているが、検知温度がＴａ２＝４５℃の場合を示している。
図１６の左側のグラフと右側のグラフとでＶｌｅｄの正常範囲の閾値を比べると、左側のグラフに比べて右側のグラフの閾値が小さいことがわかる。ＬＥＤ素子の順電圧降下Ｖｆの温度特性に応じて、高い温度になる程正常範囲の閾値を小さくして異常判定が行なわれる。
【００６３】
図１７は、この実施形態における異常検出の処理を示す、図１２に対応するフローチャートである。
図１７に示すように、異常検出の処理を行う際に、ＣＰＵ３１は、温度センサー３７が検出するＬＥＤ素子の温度を読み取る（ステップＳ３１）。そして、読み取った温度に応じて、Ｖｌｅｄを正常値範囲と判定する閾値のシフト量を算出する（ステップＳ３２）。即ち、基準の温度、例えば２５℃に対して定められた閾値に対して、その基準温度と検出された温度の差の分だけ閾値を補正する（ステップＳ３３）。補正量は、予め定められた温度特性を用いて算出する。
ステップＳ４１〜Ｓ５３は、図１２のＳ１１〜Ｓ２３に対応しており、図１２と同様の処理を示しているので、説明を省略する。
【００６４】
以上のように、ＬＥＤ素子の温度を考慮することによって、例えば長期間動作しておらず温度が室温付近にある場合の異常検出（図１６の左半分に対応）と、直近までＬＥＤ素子が発光していたＬＥＤ駆動回路の電源を入れ直した場合の異常検出（図１６の右半分に対応）とで、ＬＥＤ素子の温度の違いによる順電圧降下Ｖｆの差異とを考慮して、正確な異常判定が実現できる。
【００６５】
以上に述べたように、
（i）この発明によるＬＥＤ駆動回路は、直列接続された複数のＬＥＤ素子、それらのＬＥＤ素子に所定の電流を流す電流制御回路および前記ＬＥＤ素子に流れる電流を検出する電流検出回路を含む直列ＬＥＤアレイと、並列接続された複数の前記直列ＬＥＤアレイに高低調整可能な電圧を印加する電圧出力回路と、前記電圧出力回路が出力する電圧を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、各直列ＬＥＤアレイの点灯を開始させる際に前記電圧出力回路の出力電圧を次第に高めて前記電流検出回路で通電の開始を検出し、通電開始時の印加電圧が予め定められた範囲にない場合にその直列ＬＥＤアレイが異常であると判定することを特徴とする。
【００６６】
この発明において、電圧出力回路は、出力電圧を変更可能な直流電源回路である。その具体的な態様としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路で実現される。ただし、それ以外の構成であってもよい。
また、制御回路は、例えば、マイクロコンピュータを中心として、メモリや入出力インターフェイス回路を備えた回路で実現されてもよいが、それに限らずマイクロコンピュータを用いないハード回路のみで実現されてもよい。
【００６７】
直列ＬＥＤアレイを点灯させる際に所定の電流を流すに足る範囲で前記電圧出力回路の出力電圧を抑制するとは、以下のことを述べている。ＬＥＤ素子は発光のために電流を流すと順方向に電圧降下が生じるので、直列ＬＥＤアレイへの印加電圧が低すぎると所定の電流を流すことができない。また、順方向の電圧降下の大きさはＬＥＤ素子ごとにバラツキがある。従って、複数のＬＥＤ素子が直列接続された直列ＬＥＤアレイごとにバラツキがある。電圧出力回路は、順方向の電圧降下の総和が最も大きな直列ＬＥＤアレイに所定の電圧を流すに足るだけの電圧を印加する必要がある。
【００６８】
並列接続された他の直列ＬＥＤアレイは、過剰な電圧を電流制御回路が負担して損失として吸収する。大きな出力電圧を印加すれば各直列ＬＥＤアレイに所定の電流を確実に流すことができるが、必要十分な電圧を超える過剰な電圧を印加する程、電流制御回路が吸収する損失が増えて電流制御回路の負担が増える。大きすぎる電圧は電流制御回路の故障を招く。よって、制御回路は、各直列ＬＥＤアレイに目標とする電流を流すことと、電流制御回路の負担（損失）を抑制するという、相反する条件を両立させるように、必要十分な電圧を電圧出力回路に出力させる。
【００６９】
さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（ii）各ＬＥＤ素子は、発光ダイオードおよびその発光ダイオードと逆方向に並列に接続された保護用のツェナーダイオードを含み、前記電圧出力回路は、各直列ＬＥＤアレイを点灯させる際に所定の電流を流すに足る範囲で前記電圧出力回路の出力電圧を抑制するように制御し、前記電流制御回路は、前記電流検出回路の検出に基づきＦＥＴ素子の能動領域を含む動作により電流を制御してもよい。
【００７０】
ＬＥＤ素子が逆並列接続されたツェナーダイオードを含んでいると、発光ダイオードに異常が生じて導通しなくなっても、ツェナー電圧を超えた電圧がＬＥＤ素子に印加されるとツェナーダイオードに電流が流れる。このような状態に陥ったＬＥＤ素子があった場合、点灯時に直列ＬＥＤアレイへの印加電圧を次第に高めて通電開始時の印加電圧を検出することによって、直列ＬＥＤアレイの異常を検出できる。
【００７１】
電流制御回路が所定の電流を流そうとする結果、電圧出力回路の出力電圧が調整されて、故障したＬＥＤ素子にツェナー電圧を超える電圧を印加することになる。その結果、異常が生じた直列ＬＥＤアレイと並列接続された正常な直列ＬＥＤアレイに過剰な電圧が印加される。
上述の異常検出を行うことで、並列接続された正常な直列ＬＥＤアレイに正常時よりも大きな電圧が印加され、正常な直列ＬＥＤアレイの電流制御回路の損失が増えて二次不良が発生する事態を回避することができる。
【００７２】
（iii）前記制御回路は、前記電流制御回路を制御して何れの直列ＬＥＤアレイにも目標とする所定の電流が流れるようにしてもよい。
このようにすれば、制御回路は、電流検出回路で各直列ＬＥＤアレイの電流を検出し、その検出に基づいて電流制御回路を制御すると共に電圧出力回路を制御することができる。よって、電流制御回路の制御と電圧制御回路の制御を別の回路で行う構成に比べると少なくとも電流検出回路が共通化されて単純な回路構成が実現される。
【００７３】
（iv）前記制御回路は、各直列ＬＥＤアレイのＬＥＤ素子を点灯させている間に前記電流検出回路が検出する電流を監視し、検出された電流の大きさが予め定められた範囲を超える変化をした場合、その直列ＬＥＤアレイを異常と判定してもよい。
このようにすれば、直列ＬＥＤアレイを点灯させる際だけでなく、点灯中も電流の変化を監視してＬＥＤ素子の異常を検出できる。
【００７４】
（v）前記直列ＬＥＤアレイは、液晶表示装置のバックライトとして用いられてもよい。
この発明の好ましい態様には、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含まれる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。
【符号の説明】
【００７５】
１０：液晶表示装置、    １１：ＬＥＤ駆動回路、    １３：表示制御回路、    １５：バックライト制御回路、    １７：バックライト異常検出回路、    １９：バックライト装置、    ２１：液晶制御回路、    ２３：液晶パネル
３１：ＣＰＵ、    ３２：メモリ、    ３３：タイマー、    ３４：電流検出部、    ３５：電流制御部、    ３６：電圧調整部、    ３７：温度センサー
ＡＭＰ１，ＡＭＰ２：エラーアンプ
ＣＳ，ＣＳ１，ＣＳ２〜ＣＳｎ：電流検出回路
Ｄ０１０１〜Ｄｎ１０：ＬＥＤ素子
ＤＣＶ，ＤＣＶ１，ＤＣＶ２：電圧出力回路
ＤＤＣ：ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＤＲＶ，ＤＲＶ１，ＤＲＶ２〜ＤＲＶｎ：電流制御回路
ＬＥＤ：発光ダイオード
ＬＥＤｓ，ＬＥＤｓ１，ＬＥＤｓ２〜ＬＥＤｓｎ：直列ＬＥＤ素子群
ＭＣ，ＭＣ１，ＭＣ２：制御回路
Ｑｃ，Ｑｃ０１，Ｑｃ０２〜Ｑｃｎ，Ｑｖ：ＦＥＴ素子
Ｕ１，Ｕ２〜Ｕｎ：直列ＬＥＤアレイ
Ｒ１，Ｒ２：抵抗
Ｒｃ，Ｒｃ０１，Ｒｃ０２〜Ｒｃｎ：電流検出抵抗
ＺＤ：ツェナーダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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