(57)【要約】【課題】大電力/高輝度タイプのＬＥＤにも対応可能となるＬＥＤ装置を提供する。【解決手段】符号１で示される構成の繰り返し単位からもわかるように、全てのＬＥＤ３…に対して並列にＦＥＴ５を挿入しているが、これによりＬＥＤ３が故障してオープンを検出した際にＦＥＴ５がオンすることにより、故障したＬＥＤをバイパスして電流を流すことができる。尚、ＬＥＤ３の故障検出は、ＬＥＤ３が故障し、オープンになるとＬＥＤ３のカソードとＧＮＤとの間に挿入した抵抗Ｒに電流が流れなくなることから、「Ｌ」レベルに落ちる。本実施の形態では、このレベルを検出し、ある一定以下(設定値)の電圧に下がると、抵抗ＲのＧＮＤとは反対側の一端に入力が接続されているコンパレータ２７により、「１」/「０」を判定し、ＬＥＤの不灯（ＬＥＤ  Ｅｒｒｏｒ３１）を確認することができる。ＦＥＴ７は、ＬＥＤ３をスイッチングするＦＥＴ５と、ＣＰＵ４１から供給される電圧を調整（レベルシフト）するために設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤが直列に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）列（以下「ＬＥＤ列」と称する。）を有するＬＥＤ照明装置において、
前記ＬＥＤ列を構成するＬＥＤのそれぞれを独立に短絡する短絡部を有することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記短絡部は、前記ＬＥＤに並列接続されたスイッチであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記スイッチは、ｐチャネルトランジスタ又はｐｎｐトランジスタであることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。  
【請求項４】
前記ＬＥＤのカソードと接地との間に抵抗を設け、該抵抗と前記カソードとの間の電圧を入力とするコンパレータにより前記ＬＥＤの不灯を確認することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤを形成するｐ−ｎ接合を、前記スイッチを形成するｐチャネルトランジスタ又はｐｎｐトランジスタと同じ基板又はチップにモノリシックに形成することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
さらに前記スイッチを形成するｐチャネルトランジスタ又はｐｎｐトランジスタの制御電極に帯電制限電極される電圧レベルを調整するレベルシフトのためのレベルシフト用トランジスタを有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記レベルシフト用トランジスタを、前記ＬＥＤ及び前記スイッチと同じ基板又はチップに形成することを特徴とする請求項５又は６に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
前記スイッチのうち短絡したスイッチを記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤ列の近傍に光センサを設け、
該光センサの読値により前記ＬＥＤ列の不灯を検出することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１０】
前記ＬＥＤ列の不灯を検出すると、故障情報を報知する報知部を有することを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１１】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のＬＥＤ列において、ｎ（ｎは２以上の整数）個のＬＥＤのうちの１からｎ−１までのＬＥＤを順番に短絡していくことにより、開放による不灯ＬＥＤを特定するステップを有することを特徴とするＬＥＤ照明装置の不良検出方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法により特定された不灯ＬＥＤの短絡を継続することで、前記ＬＥＤ列の修復を行うことを特徴とするＬＥＤ照明装置の修理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ表示装置及びＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを利用した表示装置、照明装置が様々な分野で盛んに用いられている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４９２３９号公報、「車両用計器の照明装置」
【特許文献２】特開２００５−３１０９９８号公報、「定電流駆動装置、バックライト光源装置及びカラー液晶表示装置」
【特許文献３】特開２００５−３１０９９９号公報、「定電流駆動装置、バックライト光源装置及びカラー液晶表示装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤを用いた照明装置の場合、ＬＥＤを直列に接続した多灯で使用する場合が一般的であるが、上記特許文献にも記載されているように、ＬＥＤが故障してＯＰＥＮ状態になってしまうと全く発光しなくなる。
【０００５】
上記特許文献１では、ツエナーの漏れ電流を利用して不灯の問題を解決しようとしているが、近年ＬＥＤの発光量の増加傾向にともなって、駆動電流(ｍａｘ１０Ａを超えるＬＥＤもある)も大幅に増大してきている。このような大電流の場合には、ツエナー電圧でのスイッチは事実上不可能に近い。
【０００６】
また、上記特許文献２ではパルス調光を前提としており、パルス調光を使用しない場合では、やはり不灯になってしまうという問題がある。上記特許文献３ではこの弱点を解決してはいるが、アノード/カソード間の最低電流を流しつづけなければいけないため、ＬＥＤの駆動電流がわずかではあるが流れ、ＬＥＤが点灯してしまう。つまり、完全ＯＦＦにさせることができないため、フィールドシーケンシャルの表示装置には使用できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、大電力/高輝度タイプのＬＥＤにも対応可能となるＬＥＤ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、ＬＥＤの不灯を防止するためにＳＷを設ける。このＳＷの回路構成を後述する図１に示すように工夫することにより、フィールドシーケンシャルの表示装置にも適用可能になる。
【０００９】
すなわち、本発明の一観点によれば、複数のＬＥＤが直列に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）列（以下「ＬＥＤ列」と称する。）を有するＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ列を構成するＬＥＤのそれぞれを独立に短絡する短絡部を有することを特徴とするＬＥＤ照明装置が提供される。ＬＥＤの故障時に駆動電流を利用して故障判定することができる。尚、マイコンのポートが不足した場合などでも、ＤＣによる”Ｈ”/”Ｌ”の制御になるため、エキスパンダーによるコントロールが容易に可能になる。
【００１０】
前記短絡部は、前記ＬＥＤに並列接続されたスイッチであり、前記スイッチは、ｐチャネル電解効果トランジスタ又はｐｎｐバイポーラトランジスタで構成される。上記制御回路はＰ−ＣＨ＿ＭＯＳＦＥＴ／ＰＮＰ−ＴＲで構成させる事により、PWM駆動の発光でも、定常駆動の発光でもどちらのモードにおいても故障したＬＥＤをバイパス制御させることができる。（尚、後述する図１はＭＯＳＦＥＴの構成例を示す図である。）
【００１１】
前記ＬＥＤのカソードと接地との間には電流検出の為の抵抗(電流−電圧変換し、電圧を一定に保つ様に帰還させて制御する)があり、該抵抗の両端の電位をコンパレータに入力する事により前記ＬＥＤの不灯を確認することもできる。また、前記ＬＥＤ列の近傍に光センサを設け、該光センサの読値により前記ＬＥＤ列の不灯を確認することもできる。更に、前記スイッチのうち短絡したスイッチを記憶する記憶部を有することにより、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶デバイスを用い故障判定したＬＥＤに関して故障情報を記憶させ、この情報を元に次回からの動作に反映させることができる。前記ＬＥＤ列の不灯を検出すると、故障情報を報知する報知部を有することもできる。これにより、ユーザーに告知して、エマージェンシーモードで駆動していることを知らせることができる。
【００１２】
尚、上記に記載のＬＥＤ列において、ｎ（ｎは２以上の整数）個のＬＥＤのうちの１からｎ−１までのＬＥＤを順番に短絡していくことにより、開放による不灯ＬＥＤを特定するステップを有することを特徴とするＬＥＤ照明装置の不良検出方法が提供される。この方法により特定された不良ＬＥＤの短絡を継続することで、前記ＬＥＤ列の修復を行うことが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、ＬＥＤをバイパス（短絡）させる手段として、ツエナーの漏れ電流を利用しないため、低電圧化が可能であり、大電力/高輝度タイプのＬＥＤに対応可能となる。また、ＬＥＤをバイパスさせる回路としてはＤＣでのＯＮ／ＯＦＦする構成とするため、パルス発光以外の用途でも使用可能になる。さらに、ＬＥＤ列中の不灯のＬＥＤを特定することができることから、ユーザーインターフェースやサービスの面で効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
近年、ＬＥＤの高輝度化が急速に進むと共に、大電力を投入して高輝度化を図るデバイスも登場してきている。これに伴い、用途としては従来のような小型液晶のバックライトだけでなく、大型液晶パネルのバックライトや、プロジェクターの光源、自動車等の照明に使用されるケースが出てきている。本実施の形態による技術は、これらのＬＥＤ製品において、安全性/長期信頼性の向上を求めることができるものである。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態によるＬＥＤ表示装置の回路ブロックの一構成例を示す図である。図１に示す回路ブロックＡにおいては、まず、ＬＥＤ３等の駆動に使用される電源回路（ＶＣＣ）３７としては  ＬＥＤ３等を定電流駆動させる必要性から、ＬＥＤ３のカソードとＧＮＤ間に抵抗Ｒを挿入し、その抵抗Ｒに流れた電流によって発生した電圧を見て、定電流に制御する方法が一般に使用され、その回路形式３５は、昇降圧のスイッチングレギュレータである。或いは、シリーズレギュレータでも良い。
【００１６】
さらに、本実施の形態による回路ブロックＡでは、レギュレータ３５の出力からＬＥＤ３の間にＳＷ回路１１を付加した点を特徴とする。このＳＷ回路１１を付加することにより、ＳＷ回路１１のオン／オフでパルス発光による調光が可能になる上に、オフ期間には完全に電流を切ることができるため、フィールドシーケンシャルに対応した光源にも使用することができるという利点がある。
【００１７】
図１においては、符号１で示される構成の繰り返し単位からもわかるように、全てのＬＥＤ３…に対して並列にＦＥＴ５を挿入しているが、これによりＬＥＤ３が故障してオープンを検出した際にＦＥＴ５がオンすることにより、故障したＬＥＤをバイパスして電流を流すことができる。尚、ＬＥＤ３の故障検出は、ＬＥＤ３が故障し、オープンになるとＬＥＤ３のカソードとＧＮＤとの間に挿入した抵抗Ｒに電流が流れなくなることから、「Ｌ」レベルに落ちる。本実施の形態では、このレベルを検出し、ある一定以下(設定値)の電圧に下がると、抵抗ＲのＧＮＤとは反対側の一端に入力が接続されているコンパレータ２７により、「１」/「０」を判定し、ＬＥＤの不灯（ＬＥＤ  Ｅｒｒｏｒ３１）を確認することができる。ＦＥＴ７は、ＬＥＤ３をスイッチングするＦＥＴ５と、ＣＰＵ４１から供給される電圧を調整（レベルシフト）するために設けられている。符号１７、２１、２３、２５は、供給される電圧の極性を表している。
【００１８】
尚、ここの故障検出動作については  ディスプレーを想定した場合に、少なからず、カラーセンサー/照度センサ等を搭載している場合もあり、スイッチングの帰還電圧のチェック機構を設けなくても、上記センサの読値でＬＥＤの不灯が発生しているか確認も可能である。
【００１９】
スイッチングの帰還電圧のチェック機構とは、コンパレータ以降の不灯判定用の制御信号である。カラー/照度センサを用い、コンパレータを通すことで、スイッチング時の帰還電圧をコンパレータで通した結果と同じになる。
【００２０】
以下に、図１に示す回路の具体的な構造の一例について説明する。図４は、本実施の形態によるＬＥＤ列の一構成例を示す断面図である。図５は、図４のＬＥＤ列と同じ基板に形成されるバイポーラトランジスタを用いたスイッチの一構成例を示す断面図である。図６は、図４のＬＥＤ列と同じ基板に形成されるＦＥＴを用いたスイッチの一構成例を示す断面図である。
【００２１】
図４に示すように、ｐ型不純物が添加されたｐ型Ｓｉ基板１０に、ＬＥＤ列Ｘ１が形成されている。図では３つのＬＥＤ３が示されているがこれは例示である。ＬＥＤ３は、ｐ型Ｓｉ３ｃ内に形成されたｎ型Ｓｉ層３ｂと、ｎ型Ｓｉ層３ｂ内に形成されたｐ型Ｓｉ層３ａと、により形成される。ｐ型Ｓｉ層３ａに対して第１の端子Ｔ１が、ｎ型Ｓｉ層３ｂに対して第２の端子Ｔ２が形成されている。第１の端子Ｔ１に対して第２の端子に高い正バイアスを帯電制限電極することにより、ｐ型Ｓｉ層３ａ（実際にはｎ型Ｓｉ層３ｂとの間の空乏層）から発光が得られる。ＬＥＤ列Ｘ１を構成するためには、隣接するＬＥＤ３のＴ１端子とＴ２端子とを直列に接続していけば良い。図４と同じｐ型Ｓｉ基板１０上に、ｐｎｐバイポーラトランジスタを利用したスイッチの構造断面図を図５に、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴを利用したスイッチの構造断面図を図６に示している。
【００２２】
図５に示すように、ｐ型不純物が添加されたｐ型Ｓｉ基板１０に、ｎ型Ｓｉウェル層６ｄが形成されている。このウェル層６ｄ内に、ｐ型Ｓｉからなるコレクタ層６ｃと、ｎ型Ｓｉからなるベース層６ｂと、ｐ型Ｓｉからなるエミッタ層６ａとが形成され、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタを構成している。コレクタ層６ｃに対して端子Ｔ５が、ベース層６ｂに対して端子Ｔ４が、エミッタ層６ａに対して端子Ｔ３が形成されている。そして、図１に示すようなトランジスタ（ＦＥＴ）５とＬＥＤ３との接続のための配線が形成されて、図１に示す構成がモノリシックに形成されている。
【００２３】
或いは、図６に示すように、ｐ型不純物が添加されたｐ型Ｓｉ基板１０に、ｐ型Ｓｉからなるウェル層１２ｂが形成され、その中にｎ型Ｓｉからなるソース１２ａとドレイン１２ａとが離間して形成され、その間にチャネル層とその上に形成されたゲート電極が形成され、ｎ型のＭＯＳＦＥＴを構成している。ソース１２ａに対して端子Ｔ８が、ゲートに対して端子Ｔ７が、ドレイン１２ｃに対して端子Ｔ６が形成されている。
【００２４】
図７は、図１に示す回路図において、１つのＬＥＤ３と、２つのｐｎｐ型バイポーラトランジスタ６（図１の符号５）、６（図１の符号７）を、同じ基板（チップ）１０内に形成し、端子Ｔ１〜Ｔ５までを図１に沿って配線することにより、１チップ内に、図１の破線で示す集積回路１（抵抗層は図示しないが、ｐ型又はｎ型の半導体層又は抵抗金属をチップに形成可能である）を実現することができる。このようにして形成された１つのチップをチップキャリアに実装し、図１に示すハイブリッド型の集積回路を形成することが可能である。
【００２５】
或いは、図１に示すようなトランジスタ５とＬＥＤ３（抵抗を含めても良い）との接続のための配線を設計に応じて形成し、図１に示す可能な限りの構成をモノリシックに形成することも可能である。この際、ユーザが必要とするＬＥＤ列の数に応じて、配線を変更することで、希望の個数のＬＥＤを含むＬＥＤ列を１チップ内に形成することも可能である。
【００２６】
このように、構成した制御回路はＰ−ＣＨ＿ＦＥＴ／ＰＮＰ−ＴＲで構成させる事により、PWM駆動の発光でも、定常駆動の発光でもどちらのモードにおいても故障したＬＥＤをバイパス制御させることを特徴とする。
【００２７】
次に、本実施の形態による動作アルゴリズムをについて図１及び図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施の形態によるＬＥＤ表示のチェック処理の流れを示すフローチャート図である。まず、ステップＳ１において電源をオンし、ステップＳ２において電源投入後すぐにＥＥＰＲＯＭ３３の確認を行う。これはＬＥＤ３…が故障しているかどうか、どのＬＥＤが故障しているかをチェックする処理である。ＥＥＰＲＯＭ３３の確認結果がＮＧであった場合には、メッセージを出して終了する（ステップＳ３）。ＬＥＤ３…の故障箇所が判明した場合には、そのＬＥＤに並列に接続されているＦＥＴ５を動作させて（ステップＳ４）、その後にＬＥＤドライバーの駆動を開始する（ステップＳ５）。この処理と並行して故障である旨の通知もする。
【００２８】
ＬＥＤのエラーチェックを定期的に繰り返してＬＥＤが消灯していないかをチェックする。この際、発光がパルス発光を用いる場合は、発光のＯＮ期間でＬＥＤの消灯確認をする（ステップＳ６）。
【００２９】
万が一、ＬＥＤ３の消灯が確認された場合は、ＬＥＤに並列に接続されているＦＥＴを順次ＯＮさせて（ステップＳ７からステップＳ１７）、ＬＥＤの点灯が復活するかどうかのチェックを行う。後述する図３に示す全ての組合せでＬＥＤの点灯が確認されない場合は修復不能を通知する（ステップＳ１８）。ＬＥＤの点灯が確認され、修復が確認できるとＬＥＤが故障している旨通知する（ステップＳ１９）。
【００３０】
ユーザーからのパワーオフ命令（ステップＳ１０）でパワーオフする処理（ステップＳ９）が開始されるが（ステップＳ８）、この時、現在ＥＥＰＲＯＭに記憶されている状態からＬＥＤの故障状況が増えた場合は更にＥＥＰＲＯＭに記憶させる（ステップＳ１１）。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
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【００３３】
図３及び表１・２を参照しながら、チェック方法の例について説明する。図３に示すように、例としてＬＥＤが８灯直列に接続されているＬＥＤ列構成の場合に、ＬＥＤ列が点灯しない場合において、それぞれのＬＥＤに連番１〜８までを付与して説明する。図３の左端がアノード電源側であり、右端がフィードバック側である。ＬＥＤ列が点灯しない場合における表１に示すチェックの優先順位では、１）では、１〜８までのＬＥＤ列のうちの各々を別個にＦＥＴ５（図１）でショートさせて他の７個のＬＥＤ列が点灯するかどうかのチェックを行う。１つのＬＥＤをショートさせただけでＬＥＤ列が点灯すれば、そのショートさせたＬＥＤが断線していると推定できる。このようにして、１つだけＬＥＤが断線している場合には、その断線しているＬＥＤをショートさせることで、ＬＥＤ列を点灯させることができる。尚、ＬＥＤの不灯は、上述のように、コンパレータ２７により、「１」/「０」を判定することで確認することができる。
【００３４】
優先順位２）の方法は、２つのＬＥＤをショートさせてＬＥＤ列が点灯するかどうかを調べる方法であり、優先順位１）の方法ではＬＥＤ列が点灯しなかった場合に実行される。以下、優先順位３）の方法では３つのＬＥＤ、優先順位４）の方法では４つのＬＥＤ、優先順位５）の方法では５つのＬＥＤ、優先順位６）の方法では６つのＬＥＤ、というようにチェックを続けていく。これにより、不灯になったＬＥＤ列を上記の手順のどこかで復旧させることができる。但し、８つのＬＥＤ全てのショートは意味が無いため実施しない。
【００３５】
以上に説明したように、本発明では  ＬＥＤをバイパスさせるのに、ツエナーの漏れ電流を利用しているわけではないため、近年の大電力/高輝度タイプのＬＥＤに対応することが可能となる。また、ＬＥＤをバイパスさせる回路としては、ＤＣでのオン／オフとしたため、パルス発光以外の用途でも使用が可能になる。また、不灯のＬＥＤを特定することができるため、ユーザーインターフェースやサービスの面で効果を発揮できる。すなわち、不灯箇所を特定できることで、ユーザーに故障であり、緊急避難的に動作させている事を通知できる。また、サービスに対しては既に不灯箇所を特定しているので修理交換するべきＬＥＤが明確であり、従来の様な故障箇所を探すなどの作業を行わなくてすむという利点がある。
【００３６】
上記ＥＥＰＲＯＭ等の記憶デバイスを用いると、故障と判定されたＬＥＤに関して、故障情報を記憶させておくことができる。この情報を元に、次回からの動作に反映させることができる。また、故障情報をユーザーに告知するようにしても良い。これにより、エマージェンシーモードで駆動している旨を知らせることができる。
【００３７】
尚、上記実施の形態においては、ＬＥＤに並列に接続するスイッチとしてＦＥＴ又はバイポーラトランジスタを利用した例を示したが、これに限定されるものではなく、その他のスイッチを利用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、ＬＥＤ表示装置、ＬＥＤ照明装置などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態によるＬＥＤ表示装置の回路ブロックの一構成例を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるＬＥＤ表示のチェック処理の流れを示すフローチャート図である。
【図３】ＬＥＤが８灯直列に接続されているＬＥＤ列の構成例を示す図である。
【図４】ＬＥＤ列の一構成例を示す断面図である。
【図５】図４のＬＥＤ列と同じ基板に形成されるバイポーラトランジスタを用いたスイッチの一構成例を示す断面図である。
【図６】図４のＬＥＤ列と同じ基板に形成されるＦＥＴを用いたスイッチの一構成例を示す断面図である。
【図７】図１の符号１で示される回路要素を１チップに形成した位置構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ａ…ＬＥＤ表示装置、１…繰り返し単位、３…ＬＥＤ、５、７…ＦＥＴ、１１…スイッチ回路（ＰＷＭ調光用）、２７…コンパレータ、３３…ＥＥＰＲＯＭ、３５…レギュレータ、３７…電源、４１…ＣＰＵ。
【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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