(57)【要約】【課題】ＬＥＤ素子の破損を招くことなく光度の増大を見込むことができ、しかも、電力が電流制限抵抗等によって無駄に消費されることがないＬＥＤ素子の駆動方法及び駆動用電源装置を提供する。【解決手段】任意の個数配置したＬＥＤ素子の列から成る少なくとも一つのブロックを有し、当該ブロックのＬＥＤ素子の作動を制御する信号電流を２個に分離し、２個の内の一方の信号電流によって、ＬＥＤ素子が破損しない定格順電流を許容時間流し、２個の内の他方の信号によって、デューティー比対応の許容順電流をＬＥＤ素子に許容時間流すことを、交互に、周期的に行なうことによってＬＥＤ素子を駆動する。【選択図】          図３
2012054351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の個数配置したＬＥＤ素子の列から成る少なくとも一つのブロックを有し、当該ブロックのＬＥＤ素子の作動を制御する信号電流を２個に分離し、２個の内の一方の信号電流によって、ＬＥＤ素子が破損しない定格順電流を許容時間流し、２個の内の他方の信号によって、デューティー比対応の許容順電流をＬＥＤ素子に許容時間流すことを、交互に、周期的に行なうことによってＬＥＤ素子を駆動することを特徴とするＬＥＤ素子の駆動方法。
【請求項２】
一定周波数のパルス電流を発生するパルス電流発生手段と、
パルス電流発生手段によって発生したパルス電流を信号電流とするスイッチングを作動制御するために、パルス電流の周期を単位とする信号電流のスイッチングを行う信号電流振り分け手段と、
信号電流振り分け手段によって振り分けられた信号電流が有る時間だけオンになり、振り分け個数に応じたデューティー比に対応する許容順電流をＬＥＤ素子に流す上記スイッチングのための手段を有する第１回路と、
信号電流振り分け手段によって振り分けられた信号電流が無い時間だけオンになり、ＬＥＤ素子が破損しない定格順電流を流す上記スイッチングのための手段を有する第２回路を具備しており、
デューティー比に対応する許容順電流と定格順電流を上記スイッチングによって決まる許容時間ごとに、交互に、周期的に流すことによってＬＥＤ素子を駆動することを特徴とするＬＥＤ素子駆動用電源装置。
【請求項３】
パルス電流発生手段は、クロック信号を発生するクロック発生回路と、クロック発生回路で発生させたクロック信号をパルス電流の１周期ずつ順次出力させるクロック信号振り分け回路によって構成されている請求項２記載のＬＥＤ素子駆動用電源装置。
【請求項４】
パルス電流発生手段は、クロック信号を発生するクロック発生回路と、クロック発生回路で発生させたクロック信号をパルス電流の１周期を２分割するとともに、２分の１周期ずらせて出力させる反転回路によって構成されている請求項２記載のＬＥＤ素子駆動用電源装置。
【請求項５】
パルス電流発生手段は、クロック信号を発生するクロック発生回路と、クロック発生回路で発生させたクロック信号のパルスの山の部分によってオンになる電子スイッチと、谷の部分によってオンになる電子スイッチによって構成されている請求項２記載のＬＥＤ素子駆動用電源装置。
【請求項６】
パルス電流発生手段は、交流電源と、交流電源の電流を半波整流し、上記半波整流された信号電流の電圧によって電子スイッチを制御する信号作成手段とによって構成されている請求項２記載のＬＥＤ素子駆動用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ素子の光度増大のためのＬＥＤ素子の駆動方法及び駆動用電源装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ素子は定格電流において光度、効率、寿命等が最適となる素子であり、定格電流を下回る小電流を通電した場合にはより長寿、高効率となるがそれに伴って光度も低下する。逆に、定格電流よりも大電流を通電した場合、光度も増大するが効率が低下して発熱し、熱に弱いため短寿命となるという特性を持っている。光度を増大させたいとの考えによって大電流を通電してもＬＥＤ素子は破損してしまうので、定格以上の大電流を流すことは禁物なのである。
【０００３】
従って、ＬＥＤ素子駆動用電源装置として従来はＬＥＤ素子の特性から主として定電流回路が用いられているが、ＬＥＤ光源の光度を増大させる場合にはＬＥＤ素子の配置密度を高めることしか方法がない。なお、隣接技術に関して検索すると、特開２００６−５８９０９号があり、電気光学装置において表示品質の改善を図る発明を開示している。しかしこれは駆動電流に応じた光度で発光する電気光学素子を用いた電気光学装置を対象とするものであり、ＬＥＤ素子は駆動電流に応じた光度で発光するとはいえないものであるから、これを適用して光度増大を図ることは困難である。
【０００４】
このため本発明の出願人は、ＬＥＤ素子の光度増大のための技術開発を推進し、その成果に基づいて、先に、特開２０１０−４０６５９号を出願した。同号の発明では、多数のＬＥＤ素子を直列接続して使用するが、ＬＥＤ素子は電流の増加とともに消費する電圧も上昇するので、ＬＥＤ素子に流れる電流量が大小変化すると、ＬＥＤ素子の数が増えれば増えるほど各素子に供給される電圧に差が出てくる。この結果、電流が増加したときを基準に電圧を設定すると、電流が減少したときには多くの電力が電流制限抵抗等によって無駄に消費されることになり、その上、上記抵抗等で消費された電力は発熱の問題を引き起こすことが指摘された。このように、ＬＥＤ素子を複数個直列接続する、先の発明は電力の損失が大きく、製品化しても実用性の低いものに止まることが予測される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５８９０９号
【特許文献２】特開２０１０−４０６５９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような状況において、本発明者はＬＥＤ素子の光度増大を目指して、さらに手段、装置の開発を継続し、先の発明と同様に、パルス駆動方式において駆動間隔を変えることによって光度を増大させることを基礎として、電力の無駄を無くすべく鋭意研究の結果、本発明に到達した。従って、本発明の課題は、ＬＥＤ素子の破損を招くことなく光度の増大を見込むことができ、しかも、電力が電流制限抵抗等によって無駄に消費されることがないＬＥＤ素子の駆動方法及び駆動用電源装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、予め効率良く作られた、二つの電圧の電源を用意しておき、それらを切り替えながら使用することで電力の消費の無駄を極力なくすものとし、大電流の通電によって効率低下を来たすＬＥＤ素子を使用しても、安全、確実に光度増大が可能なＬＥＤ素子の駆動方法及び駆動用電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、任意の個数配置したＬＥＤ素子の列から成る少なくとも一つのブロックを有し、当該ブロックのＬＥＤ素子の作動を制御する信号電流を２個に分離し、２個の内の一方の信号電流によって、ＬＥＤ素子が破損しない定格順電流を許容時間流し、２個の内の他方信号によって、デューティー比対応の許容順電流をＬＥＤ素子に許容時間流すことを、交互に、周期的に行なうことによってＬＥＤ素子を駆動するように構成したものである。このＬＥＤ素子の駆動方法は、一定周波数のパルス電流を発生するパルス電流発生手段と、パルス電流発生手段によって発生したパルス電流を信号電流とするスイッチングを作動制御するために、パルス電流の周期を単位として信号電流のスイッチングを行う信号電流振り分け手段と、信号電流振り分け手段によって振り分けられた信号電流が有る時間だけオンになり、振り分け個数に応じたデューティー比に対応する許容順電流をＬＥＤ素子に流す上記スイッチングのための手段を有する第１回路と、信号電流振り分け手段によって振り分けられた信号電流が無い時間だけオンになり、ＬＥＤ素子が破損しない定格順電流を流す上記スイッチングのための手段を有する第２回路を具備しており、デューティー比に対応する許容順電流と定格順電流を上記スイッチングによって決まる許容時間ごとに、交互に、周期的に流すことによってＬＥＤ素子を駆動するという手段によって実施することができる。
【０００８】
上記の構成におけるパルス電流発生手段は、一定周波数のパルス電流を発生するための手段であり、本発明においては、後述する各種の手段、構成を適用することができる。信号電流振り分け手段は、上記パルス電流発生手段によって発生したパルス電流を信号電流とするスイッチングを作動制御するために、パルス電流の周期を単位として信号電流のスイッチングを行う手段として設けられている。
【０００９】
さらに本発明に係る電源装置では、信号電流振り分け手段によって振り分けられた信号電流が有る時間だけオンになり、振り分け個数に応じたデューティー比に対応する許容順電流をＬＥＤ素子に流す上記スイッチングのための手段を有する第１回路と、信号電流振り分け手段によって振り分けられた信号電流が無い時間だけオンになり、ＬＥＤ素子が破損しない定格順電流を流す上記スイッチングのための手段を有する第２回路を具備している。
【００１０】
従って本発明に係る電源装置は、デューティー比対応の許容順電流と定格順電流を、交互に、周期的に許容時間流すことによってＬＥＤ素子を駆動する。このためＬＥＤ素子に掛かる負担増は無視できる程度とすることができ、全く同じＬＥＤ素子を使用しても効率低下をほとんど来たすことなく光度増大を図ることができる。
【００１１】
上記パルス電流発生手段は、クロック信号を発生するクロック発生回路と、クロック発生回路で発生させたクロック信号をパルス電流の１周期ずつ順次出力させるクロック信号振り分け回路と、上記第２回路のためのクロック信号を反転させる回路によって構成することができる。この構成によれば、現在入手し得るＬＥＤ素子を使用して、任意かつ好適な条件での光度増大が可能となる。また、パルス電流発生手段は、クロック信号を発生するクロック発生回路と、クロック発生回路で発生させたクロック信号をパルス電流の１周期を２分割するとともに、２分の１周期ずらせて出力させる反転回路によって構成することができる。この構成によれば上記構成におけるクロック信号振り分け回路に対して、より簡素な構成によって目的を達成することができる。
【００１２】
また、パルス電流発生手段は、クロック信号を発生するクロック発生回路と、クロック発生回路で発生させたクロック信号のパルスの山の部分によってオンになる電子スイッチによって構成することができる。この構成は本発明に係る電源装置として最も簡素な形態で目的を達するものである。
【００１３】
また、パルス電流発生手段は、交流電源と、交流電源の電流を半波整流し上記半波整流された信号電流の電圧によって電子スイッチを制御する信号作成手段によって構成することも可能である。この場合、交流電流を半波整流して得られた信号電流からダイレクトにスイッチングを行うもので、スイッチング素子としてのトランジスタを信号電流振り分け手段としても利用する例であるといえる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は以上のように構成されかつ作用して、許容順電流と定格順電流をスイッチングによって決まる許容時間ごとに、交互に、周期的に流すものであるから、ＬＥＤ素子の破損を招くことなく光度の増大を見込むことができ、しかも、電力が電流制限抵抗等によって無駄に消費されることがないＬＥＤ素子駆動用電源装置を提供することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、予め効率良く作られた、二つの電圧の電源を用意しておき、それらを切り替えながら使用することで電力の消費の無駄を極力なくすものとし、大電流の通電によって効率低下を来たすＬＥＤ素子であっても、安全、確実に光度増大が可能なＬＥＤ素子駆動用電源装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図示の実施形態を参照し、本発明に係るＬＥＤ素子駆動用電源装置について、より詳細に説明する。図１は、本発明に係る電源装置の例１を概念的に示すもので、信号電流であるパルスを発生するパルス電流発生手段としてクロック発生回路１１を具備し、クロック発生回路１１でクロック信号（ＣＬＫ）を発生させ、そのクロック信号（ＣＬＫ）を信号電流振り分け手段としてのクロック信号振り分け回路１２によりｎ個（ｎ＝は整数）に振り分け、パルス電流の１周期ずつをＱ１・Ｑ２…Ｑｎの信号の１個ずつに順次出力させるという構成を有している。クロック信号（ＣＬＫ）は、発生時には電圧の山と谷で１周期であるが（図２のＩＣ１ＣＬＫ参照）、例１においてクロック信号振り分け回路１２より出力される信号Ｑについては、その１周期にかかる時間を全て電圧の山とする（図２のＩＣ２Ｑ１参照）。
【００１６】
上記クロック信号（ＣＬＫ）の振り分け個数Ｑｎは１以上の任意の整数とする。図１におけるクロック信号（ＣＬＫ）の振り分け個数Ｑｎが１０である場合のタイミングチャートを図２に示す。また、単位時間当たりの通電時間の比率（デューティー比）における許容順電流値の例は図７に示している。図２では、図１における各ポートの個数でもある信号電流の振り分け個数Ｑｎを１０個に設定しているが、その理由は、多くのＬＥＤ素子の場合、ＬＥＤ素子の破損を招くことなく最大電流を流せる最長の単位時間が、１単位時間を１秒として１０分の１秒（即ち、１０分の１単位時間）であるからである。従って、１０分の１秒以上の短い時間で設計しても流せる最大電流はほぼ同じであり、ＬＥＤ素子や付随する部品点数が増えるだけであるから、選択肢として維持する必要性は低い。これに対し、使用するＬＥＤ素子の特性を考慮して、クロック信号の振り分け個数Ｑｎを１０以下の任意の整数に決定することは可能であり、ＬＥＤ素子の特性に適合した使用法であるから意義のあることである。
【００１７】
クロック信号振り分け回路１２によって信号線はｎ個に振り分けられ、クロック反転信号を出力するクロック信号反転回路１３と、振り分け個数に応じたデューティー比に対応する許容順電流をＬＥＤ素子に流すスイッチングのための手段を有する第１回路１４、そしてＬＥＤ素子が破損しない定格順電流を流すスイッチングのための手段を有する第２回路１５にそれぞれ接続されている。図示の例において、各第１回路１４は、電子スイッチ（Ｔｒ１−１〜Ｔｒ１−ｎ）１６−１〜１６−ｎとしてのトランジスタとそのコレクタに接続された電流制限抵抗（Ｒ１−１〜Ｒ１−ｎ）１７−１〜１７−ｎとから構成されている。クロック信号振り分け回路１２からの信号線はそれぞれのベースに接続されており、それぞれのエミッタには電圧Ｖ１＋が供給され、それぞれのコレクタには供給電圧Ｖ１＋と振り分け個数に応じたデューティー比対応の許容順電流によって決定される上記電流制限抵抗が接続されている。
【００１８】
また、各第２回路１５は、電子スイッチ（Ｔｒ２−１〜Ｔｒ２−ｎ）１８−１〜１８−ｎとしてのトランジスタとそのコレクタに接続された電流制限抵抗（Ｒ２−１〜Ｒ２−ｎ）１９−１〜１９−ｎとから構成されている。第２回路１５では、クロック信号反転回路１３からの信号線がそれぞれのベースに接続されている。また、それぞれのエミッタには電圧Ｖ２＋が供給され、それぞれのコレクタには供給電圧Ｖ２＋と定格順電流によって決定された上記電流制限抵抗が接続されている。図１の概念図では、供給電圧Ｖ１＋＞Ｖ２＋になっている。これは、ＬＥＤ素子に流れる電流が増加すると使用する電圧も上昇するためで、直列接続するＬＥＤ素子の数が増えれば増えるほど供給すべき電圧に差が出て来るので、それに対応する必要があるからである。なお、具体的にはスイッチングによる降圧回路等を用いて二つの異なる適切な電圧Ｖ１＋、Ｖ２＋を供給することができる。或いはスイッチングによる降圧回路等を用いて、クロック信号に応じて電圧を適切に上下させ、夫々Ｑｎ分供給することでも良い。
【００１９】
第１回路１４と第２回路１５とはそれぞれのコレクタにて結合され、この電源回路２０に、ｍ行ｐ列のＬＥＤ素子２１が直並列に接続されている。各ＬＥＤ素子２１の列にはそれぞれ抵抗（Ｒ３−１−１〜Ｒ３−１−ｐ）２２が配置されており、上記の抵抗（Ｒ３）２２は前述の電流制限抵抗（Ｒ１−１〜Ｒ１−ｎ）１７−１〜１７−ｎ、（Ｒ２−１〜Ｒ２−ｎ）１９−１〜１９−ｎと直列に接続されている。従って、電流制限抵抗値を決定する際には上記の抵抗（Ｒ３）も含めて計算する必要がある。この抵抗（Ｒ３）はＬＥＤ素子を並列接続する際に、各列に流れる電流をばらつかせないために用いている。なお、本発明の装置を実施するに当たり、クロック発生回路１１として集積回路ＩＣ１（５５５）を、クロック信号振り分け回路１２として集積回路ＩＣ２（７４ＨＣ４０１７）を、クロック信号反転回路１３として集積回路ＩＣ３（７４ＨＣＵ０４）を使用して構成することができる。また、上記と同等の集積回路を使用しても良いことは勿論である。上記同等の回路には、同効の集積回路のほかディスクリートで組まれた非集積回路が含まれる。
【００２０】
ここで、例１の電源装置についてその作用を説明する。本発明の電源装置は、信号電流振り分け手段によって振り分けられた信号電流が有る時間だけオンになり、振り分け個数に応じたデューティー比に対応する許容順電流をＬＥＤ素子２１に流す上記スイッチングのための手段を有する第１回路１４と、信号電流振り分け手段によって振り分けられた信号電流が無い時間だけオンになり、ＬＥＤ素子２１が破損しない定格順電流を流す上記スイッチングのための手段を有する第２回路１５とを備えているので、デューティー比に対応する許容順電流と定格順電流を上記スイッチングによって決まる許容時間ごとに、交互に、周期的に流すことによってＬＥＤ素子を駆動することができる。即ち、図２のＬＥＤ１は信号電流振り分け手段によって振り分けられた信号電流によって発光し、次の信号電流によってＬＥＤ２が発光し、そのようにしてＬＥＤ１０まで順次発光していく状態を示している。従って、ＬＥＤ１からＬＥＤ１０までがデューティー比対応の許容順電流で発光しているかのように見えるので、ＬＥＤ素子の破損を招くことなく光度の増大を見込むことができ、しかも、電力が電流制限抵抗等によって無駄に消費されることがない。
【００２１】
次に、図３を参照して本発明に係る電源装置の例２を説明する。例２は信号電流の振り分け個数Ｑｎが２個の場合に関するもので、信号電流であるパルスを発生するパルス電流発生手段としてクロック発生回路２３を具備し、クロック発生回路２３で発生させたクロック信号（ＣＬＫ）を、パルス電流の１周期を２分割するとともに、２分の１周期ずつずらせて出力させるクロック信号反転回路２４によって構成する。このため、例２ではクロック発生回路２３と、クロック発生回路２３で発生させたクロック信号をパルス電流の１周期を２分割するとともに、２分の１周期ずらせて出力させる反転回路２４によって信号電流振り分け手段を構成するので、例１におけるクロック信号振り分け回路そのものは不要となる。
【００２２】
例２では、クロック信号は２分割され、定格順電流を供給する第２回路１５における電子スイッチ１８−１〜１８−ｎとしてのトランジスタと、振り分け個数に応じたデューティー比対応の許容順電流を供給する第１回路１４における電子スイッチ１６−１〜１６−ｎとしてのトランジスタの各ベースに接続した、信号線を通じて送信される。第１回路１４及び第２回路１５以下の構成については、例１のものと同様で良いので夫々符号を援用し、詳細な説明を省略する。
【００２３】
例２において、第１回路１４と第２回路１５から供給された電流は、それぞれ抵抗（Ｒ３−１−１〜Ｒ３−１−ｐ）２２を経てそれぞれのグループのＬＥＤ素子２１にて消費される。その際に、例２の電源装置ではクロック発生回路２３で発生させたクロック信号（ＣＬＫ）を、パルス電流の１周期を２分割するとともに、２分の１周期ずつずらせて出力させるクロック信号反転回路２４によって構成する。例２ではクロック発生回路２３と、クロック信号反転回路２４が信号電流振り分け手段を構成するので、例１におけるクロック信号振り分け回路そのものが無くても、パルス電流発生手段によって発生したパルス電流を信号電流とするスイッチングを作動制御することが可能であり、それによってデューティー比に対応する許容順電流と定格順電流を上記スイッチングによって決まる許容時間ごとに、交互に、周期的に流すことによってＬＥＤ素子を駆動することができる。
【００２４】
上記の例１及び例２で示した実施形態は、本発明の電源装置における基本的形態というべきものであるが、これらに関して様々な形態変化を取ることができるので、図４以下を参照して変形例を説明する。まず、図４に、定格順電流を供給する第２回路１５のスイッチングトランジスタ（Ｔｒ２）を、ダイオード（Ｄ１）２５に置き換えることができる例３を示す。これは一見、定格電流を常時供給する回路のように見えるが、Ｖ１＋＞Ｖ２＋であり、Ｖ１＋とＶ２＋の差が大きくなれば、事実上、Ｖ１＋がＶ２＋の供給源に流れ込もうとする逆電流を阻止するために働き、Ｖ２＋からは供給が止まり、ＬＥＤ素子への電流供給は、第１回路と第２回路をクロック信号に応じて制御する回路と同様になる。各ブロックの変形回路の範囲内のことであるが、本発明を実際に適用する段階において任意に選択することができる。  
【００２５】
図５は本発明に係る例２の電源装置を実際に組み上げるための例４を示す。例４の電源装置は信号電流の振り分け個数Ｑｎをブロック１とブロック２の２個にして、ブロック１とブロック２の各ブロックにてＬＥＤ素子の光度を交互に増大させるようにしたものである。クロック信号を発生するクロック発生回路１１は集積回路ＩＣ（５５５）を中心とする回路であり、振り分け個数に応じたデューティー比に対応した許容順電流を流す電子スイッチ（Ｔｒ１−１、Ｔｒ１−２）１４、１４′は、ＰＮＰトランジスタ（２ＳＡ１０１５）である。定格順電流を流す電子スイッチ（Ｔｒ２−１、Ｔｒ２−２）１５、１５′もまたＰＮＰトランジスタ（２ＳＡ１０１５）である。定格順電流用の電流制限抵抗（Ｒ２−１、Ｒ２−２、１６Ω）１９−１、１９′−１はブロック１及び２の第２回路１５、１５′に配置される。また、電子スイッチ（Ｔｒ１−１、Ｔｒ１−２）１６−１、１６′−１がオンのときの電流制限抵抗（Ｒ１−１、Ｒ１−２、各１６Ω）１７−１、１７′−１はブロック１及び２の第１回路１４、１４′に配置されている。クロック発生回路（ＩＣ１）１１から出力された信号電圧、またはベース電圧が高すぎる場合に、電子スイッチが制御できる程度の過不足ない電圧電流にするために、抵抗Ｒ６からＲ１２が設けられている。  
【００２６】
クロック周期はクロック発生回路１１のＩＣ１（５５５）に接続された抵抗（Ｒ４、４．７ＫΩ）２６と抵抗（Ｒ５、４７０ＫΩ）２７、キャパシタＣ１（０．００２２μＦ）２８の組合せによって決まり、例４の場合、約６８０Ｈｚの信号が３番ピンより出力される。信号電流は２つに振り分けられ、同じパルスがそれぞれトランジスタから成る電子スイッチ（Ｔｒ３）２９、（Ｔｒ４）３０に流れる。上記電子スイッチ（Ｔｒ３）２９、（Ｔｒ４）３０はパルスがハイ（高）の間中はオンになり、コレクタからエミッタを開放する。電子スイッチ（Ｔｒ３）２９がオンになると、ブロック２の第１回路１４′の電子スイッチ（Ｔｒ１−２）１６′−１と、ブロック１の第２回路１５の電子スイッチ（Ｔｒ２−１）１８−１がオンになる。この時、電子スイッチ（Ｔｒ２−１）１８−１について見ると＋２１Ｖがエミッタに供給され、電流制限抵抗Ｒ２−１、Ｒ３−１を通り、ＬＥＤ素子２１に約１９ｍＡ流れる。電子スイッチ（Ｔｒ１−２）１６′−１の場合は、エミッタに＋２４Ｖが供給され、電流制限抵抗Ｒ１−２、Ｒ３−２を通り、ＬＥＤ素子２１に約３８ｍＡ流れることになる。  
【００２７】
Ｔｒ５の電子スイッチ３１は、電子スイッチ（Ｔｒ４）３０がオンの時にオフになる反転回路として機能する。電子スイッチ（Ｔｒ４）３０がオンになると電源より供給された電流は、抵抗Ｒ８（３９ＫΩ）、電子スイッチ（Ｔｒ４）３０のコレクタからエミッタに抜けてグランドに流れてしまうので、電子スイッチ（Ｔｒ５）３１はオンにならない。逆に、電子スイッチ（Ｔｒ４）３０がオフになると、電流は電子スイッチ（Ｔｒ５）３１のベースに流れて、電子スイッチ（Ｔｒ５）３１をオンにする。電子スイッチ（Ｔｒ５）３１がオンになると、電子スイッチ（Ｔｒ１−１）１６−１、（Ｔｒ２−２）１８′−１がオンになる。この時、電子スイッチ（Ｔｒ２−２）１８′−１について見ると＋２１Ｖがエミッタに供給され、電流制限抵抗Ｒ２−２、Ｒ３−２を通り、ＬＥＤ素子に約１９ｍＡ流れる。電子スイッチ（Ｔｒ１−１）１６−１の場合は、エミッタに＋２４Ｖが供給され、電流制限抵抗Ｒ１−１、Ｒ３−１を通り、ＬＥＤ素子に約３８ｍＡ流れる。即ち、他方のブロックの電子スイッチ（Ｔｒ１−２）１６′−１、（Ｔｒ２−１）１８−１と、逆のクロックタイミングで動作することになる。  
【００２８】
上記例４では、１列のＬＥＤ素子につき、１単位時間に対して１／２単位時間のみデューティー比対応の許容順電流約３８ｍＡが流れ、残りの１／２単位時間は定格電流約１９ｍＡが流れるようになっている。この動作をブロック１とブロック２のそれぞれのＬＥＤ素子２１で、１／２単位時間ずつずれて実施する。例４におけるタイミングイメージのチャートを示すと、図６の如くである。例４におけるＬＥＤ素子２１の光度は、定格電流時を１とした場合、定格電流の２倍時は約２倍程度となるので、例１の回路の場合には、ブロック１とブロック２のＬＥＤ素子２１をそれぞれ１個の光源とすれば、約５０％の光度向上となる（図７、図８参照）。ここで、例４におけるＬＥＤ素子１列に流れる電流量は以下のようにして算出される（図９参照）。
定格電流時：約１９ｍＡ＝（２１Ｖ供給−Ｔｒ降下分０．６Ｖ−（ＬＥＤ３．２Ｖ×６個））／（１６Ω＋４．７Ω）／３列                                                電流増大時：約３８ｍＡ＝（２４Ｖ供給−Ｔｒ降下分０．６Ｖ−（ＬＥＤ３．５Ｖ×６個））／（１６Ω＋４．７Ω）／３列  
【００２９】
図５の例４におけるクロック周期は６８０Ｈｚの信号が３番ピンより出力される、と先に記載したが、この数値に特別の意味があるというものではない。既存のＬＥＤ素子でのパルス電流特性では、１単位時間を１秒として、概ねその１／１０単位時間を、最大電流を流せる時間としているので、信号電流の振り分け個数Ｑｎが１０個の場合は、最低でも１０Ｈｚより高い周期でなければならない。また、ＩＣ２（７４ＨＣ４０１７又はこれと同等品）をクロック信号振り分け回路１２として使用する場合は、最初の１周期のみ、Ｑ１に２周期分の時間の長さで信号を出力してしまう特性であるものが多いので、その場合にＬＥＤ素子の破損を避けるためにも、２０Ｈｚより高い周期が望まれる。更に高い周期を選択する場合は、使用するＬＥＤ素子の発熱と放熱との兼ね合いで決定するのが望ましい。クロック周期が高くなれば、その分、大きな電流が流れている時間と発熱している時間も短くなるが、放熱し切らないうちに次の周期が来てしまい、熱によってＬＥＤ素子を破損する可能性が出てくるからである。図３、図５の例においては、１／２単位時間なので、デューティー比５０％となり、最低１Ｈｚのパルスクロックである。しかしながら、信号電流の振り分け個数Ｑｎの個数に関わらず、あまり周期が遅いと、ちらつき（フリッカー）現象が起こるので、早すぎず遅すぎない周期が必要である。クロック発生回路１１として、例３、例４では集積回路ＩＣ１を用いたが、それに代えてトランジスタ２石程度のフリップフロップ回路等を用いて、シーソー状になる２つの出力をクロック信号とクロック反転信号として用いることも可能である。  
【００３０】
ＬＥＤ素子２１を複数個直列（ないし並列）に接続すること、耐電圧、耐電流のための電子スイッチとして、トランジスタ（Ｔｒ：２ＳＡ１０１５）の代わりとなるＦＥＴ等の電子スイッチ３２、３３を使用することなどは、任意に選択することができる事項である（図１０）。ＦＥＴも、この場合電子スイッチと呼んで支障はなく、ＦＥＴを使用したものも第１回路１４、第２回路１５を構成する。或いは電流制限抵抗Ｒ１、Ｒ２の代わりとして、定電流ダイオードＣＲＤ３４、３５を用いること（図１１）等も上記ブロックの変形回路の範囲内のことであり、本発明を実際に適用する段階において任意に選択することができる事項である。  
【００３１】
図１２の回路は、電子スイッチ（Ｔｒ１−１、Ｔｒ１−２、Ｔｒ２−１、Ｔｒ２−２）１６−１、１６′−１、１８−１、１８′−１を制御する信号作成手段としての部分を示す例５である。この例５では、交流電源の山のみを得るために、交流電源より整流ダイオード（Ｄ３、Ｄ４）３６、３７を通して半波整流し、電子スイッチ（Ｔｒ６、Ｔｒ７）３８、３９が制御できる程度の、過不足ない電圧電流にするために抵抗（Ｒ１４、Ｒ１５）４０、４１を配置し、また回路には、信号の寿命を伸ばすためにキャパシタ（Ｃ４）を配置している。即ち、半波整流された電圧の波形は山形となり、その始まりと終わりは電子スイッチをオンにするには足りないものとなるので、電子スイッチ（Ｔｒ６、Ｔｒ７）３８、３９がオンになっている時間が１／２単位時間より短くなってしまい、ちらつきが発生してしまうのを防ぐためである。  
【００３２】
図１２の電源装置の動作イメージとしては、交流電源の電圧が山の時間帯では、整流ダイオードＤ３で半波整流された信号が電子スイッチ（Ｔｒ６）３８をオンにして、電子スイッチ（Ｔｒ１−１、Ｔｒ２−２）１６−１、１８−ｎがオンになる。Ｔｒ１−１にはＶ１＋が流れ、ＬＥＤ素子列には、デューティー比５０％に対応の許容順電流が流れる。Ｔｒ２−２にはＶ２＋が流れ、ＬＥＤ素子列には、そのＬＥＤ素子の定格順電流が流れる。交流電源の電圧が谷の時間帯では、整流ダイオードＤ４で半波整流された信号が電子スイッチ（Ｔｒ７）３９をオンにし、電子スイッチ（Ｔｒ１−２、Ｔｒ２−１）１６−ｎ、１８−１がオンになる。Ｔｒ１−２にはＶ１＋が流れ、ＬＥＤ素子列には、デューティー比５０％対応の許容順電流が流れる。Ｔｒ２−１にはＶ２＋が流れ、ＬＥＤ素子列には、そのＬＥＤ素子の定格順電流が流れる。  
【００３３】
図１３の回路は、電子スイッチ（Ｔｒ１−１、Ｔｒ１−２、Ｔｒ２−１、Ｔｒ２−２）１４、１４ｎ、１５、１５ｎを制御する信号作成手段としての部分を示す例６である。スイッチング昇降圧回路が発生するパルスを得るために、整流ダイオード（Ｄ５）４０を必要に応じて配置し、かつ、電子スイッチ（Ｔｒ６、Ｔｒ７）３８、３９が制御できる程度の、過不足ない電圧電流にするために抵抗（Ｒ１４、Ｒ１５）４１、４２を配置している。電子スイッチ（Ｔｒ７）３９の前には反転信号を得るための反転回路を設け、電子スイッチ（Ｔｒ６）３８と反対のタイミングでスイッチングするようになっている。本例６では、スイッチング昇降圧回路の発生するパルスがデューティー比５０％のパルス周波数の可変であった。しかし、実際の降圧回路ではデューティー比が変化するものも多いので、その場合には電子スイッチ（Ｔｒ６）、反転回路の前に、パルスをデューティー比５０％にして、制御信号として使用できるように、整形回路（例えばロジックＩＣ７４７４等）を挿入することができる。  
【００３４】
図１３の電源装置の動作イメージとしては、スイッチング昇降圧回路が発生するパルスがハイの時間帯では、信号が電子スイッチ（Ｔｒ６）３８をオンにし、電子スイッチ（Ｔｒ１−１、Ｔｒ２−２）１６−１、１８−ｎがオンになる。Ｔｒ１−１にはＶ１＋が流れ、ＬＥＤ素子列には、デューティー比５０％に対応の許容順電流が流れる。Ｔｒ２−２にはＶ２＋が流れ、ＬＥＤ素子列には、そのＬＥＤ素子の定格順電流が流れる。スイッチング昇降圧回路が発生するパルスがローの時間帯では、反転信号が電子スイッチ（Ｔｒ７）３９をオンにし、電子スイッチ（Ｔｒ１−２、Ｔｒ２−１）１６−ｎ、１８−１がオンになる。Ｔｒ１−２にはＶ１＋が流れ、ＬＥＤ素子列には、デューティー比５０％に対応の許容順電流が流れる。Ｔｒ２−１にはＶ２＋が流れ、ＬＥＤ素子列には、そのＬＥＤ素子の定格順電流が流れる。  
【００３５】
図１４の回路は、電子スイッチ（Ｔｒ１−１、Ｔｒ１−２、Ｔｒ２−１、Ｔｒ２−２）１６−１、１６′−１、１８−１、１８′−１を制御する信号作成手段として、その電子スイッチの一部Ｔｒ１−１、Ｔｒ２−１がフリップフロップマルチバイブレータ回路として自己発振することで動作する例７である。例７ではＰＮＰトランジスタから成る電子スイッチ（Ｔｒ１−１）１６−１と異極性のトランジスタ（Ｔｒ８）４３、また、同様にＰＮＰトランジスタから成る電子スイッチ（Ｔｒ２−１）１８−１と異極性のトランジスタ（Ｔｒ９）４４が、インバーテッドダーリントンの変形として接続されているので、単なるマルチバイブレータ回路のコレクタ出力を、スイッチングのための信号として利用しているように見えるが、インバーテッドダーリントン接続の２つのトランジスタを１つのトランジスタと見なせば、自己発振の例であるといえる。例７において、電子スイッチを他の発振方法で自己発振素子として利用することや、フリップフロップ回路の交互出力を制御信号作成手段として利用すること等は、何れも図１４の回路の変形によってなし得る範囲のことであり、本発明を実際に適用する段階において任意に選択することができる。  
【００３６】
上記マルチバイブレータ回路は、異極性トランジスタ（Ｔｒ８、Ｔｒ９）４３、４４のベースに接続されたキャパシタ（Ｃ５、Ｃ６）４５、４６の充放電によって、双方が交互にオンオフを繰り返す。異極性トランジスタ（Ｔｒ８）がオンの時間帯では、電子スイッチ（Ｔｒ１−１、Ｔｒ２−２）１６−１、１８′−１がオンになる。Ｔｒ１−１には＋２４Ｖ約１２０ｍＡが流れ、ＬＥＤ素子列には、デューティー比５０％に対応の許容順電流約４０ｍＡが流れる。Ｔｒ２−２には＋２１Ｖ、約６０ｍＡが流れ、ＬＥＤ素子列には、そのＬＥＤ素子の定格順電流約２０ｍＡが流れる。素子（Ｔｒ９）がオンの時間帯では、電子スイッチ（Ｔｒ１−２、Ｔｒ２−１）１６′−１、１８−１がオンになる。Ｔｒ１−２には＋２４Ｖ、約１２０ｍＡが流れ、ＬＥＤ素子列には、デューティー比５０％に対応の許容順電流約４０ｍＡが流れる。Ｔｒ２−１には＋２１Ｖ、約６０ｍＡが流れ、ＬＥＤ素子列には、そのＬＥＤ素子の定格順電流約２０ｍＡが流れる。  
【００３７】
図１５の回路は、信号電流の振り分け個数Ｑｎが最小限度である１個の場合に関する例８を示している。本例８も、図３の例２におけるクロック発生回路２３、クロック信号反転回路２４と、スイッチングを行う第１回路１４、第２回路１５、それに接続されるＬＥＤ２１のブロックと同様の構成を有している。図３の例２においては、スイッチング回路、ＬＥＤブロックは２ブロックあり（Ｑが２）、交互に許容順電流時と定格順電流時を繰り返すことにより、チラつきの原因になるフリッカーを極力除去してきた。図１５の例８においては、そのブロック数が１（Ｑが１）である。よって、動作時にＬＥＤは、光度の強弱を伴うものとなる (図１６参照) 。しかし、クロック信号の周波数として、例えば７００Ｈｚ程度に十分に高いものであれば、チラつきも目立つほどではない。よって、図１５の装置は本発明を最も簡素に実現するものとして、光度の揺らぎを許容できる範囲において有効である。
【００３８】
本発明のＬＥＤ素子駆動用電源装置について、以上８個の例を挙げて説明して来たが、これらの例１〜８は、全て任意の個数配置したＬＥＤ素子の列から成る少なくとも一つのブロックを有し、当該ブロックのＬＥＤ素子の作動を制御する信号電流を２個に分離し、２個の内の一方の信号電流によって、ＬＥＤ素子が破損しない定格順電流を許容時間流し、２個の内の他方の信号によって、デューティー比対応の許容順電流をＬＥＤ素子に許容時間流すことを、交互に、周期的に行なうことによってＬＥＤ素子を駆動することを特徴とするＬＥＤ素子の駆動方法に属する。即ち、当該駆動方法の発明においてはＬＥＤ素子の列から成るブロックがただ１個の場合（Ｑが１）を含むが、その実施形態は上記の例８に記載した装置に示されている。この装置の場合、ただ１個のブロックを切り替えて２個の信号電流を交互に流すことで、定格順電流とデューティー比対応の許容順電流をＬＥＤ素子にそれぞれ許容時間流すことを可能にしている。ＬＥＤブロックが２ブロックから成る例は（Ｑが２）図３の例２ないし図１４の例７に記載した装置に示されており、これらの装置の場合、２個のブロックを切り替えて２個の信号電流を交互に流すことで、定格順電流とデューティー比対応の許容順電流をＬＥＤ素子にそれぞれ許容時間流すことを可能にしている。そして、例１ではクロック発生回路１１でクロック信号（ＣＬＫ）を発生させ、そのクロック信号（ＣＬＫ）を信号電流振り分け手段としてのクロック信号振り分け回路１２によりｎ個（ｎ＝は整数）に振り分け、パルス電流の１周期ずつをＱ１・Ｑ２…Ｑｎの信号の１個ずつに順次出力させるという構成を取るものであり、最も実施上の自由度高いものということができる。ＬＥＤ素子を用いた照明で、光度を増大させるためにはＬＥＤ素子数を増やすのがこれまでの常套手段であった。そのため従来は、小型化に伴うスペースの関係等で、素子数を増やせないという問題に立ち至らざるを得なかった訳である。しかしながら、本発明によれば上記の如く、同じＬＥＤ素子を用いて、消費電力効率が良く、かつ同じスペースで光度を増加させることが可能であるから、実用上非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るＬＥＤ素子駆動用電源装置の例１を示すブロック図である。
【図２】図１における動作タイミングイメージのチャートである。
【図３】同じく本発明に係る電源装置の例２を示すブロック図である。
【図４】同じく図１、図３における電子スイッチをダイオードに置き換えた回路を示す例３の回路図である。
【図５】同じく例２におけるクロック発生回路と、クロック２分割のＬＥＤ駆動回路を実際に組み立てる場合に関する例４を示す回路図である。
【図６】図３の例２、図５の例４における動作タイミングイメージのチャートである。
【図７】同じく本発明に係るＬＥＤ素子における単位時間に対する比率(デューティー比)における許容順電流値の例を示すグラフである。
【図８】同じく本発明に係るＬＥＤ素子における許容順電流に対する相対光度の関係を示すグラフである。
【図９】順電流と順電圧の相関関係を示すグラフである。
【図１０】同じく例４の電子スイッチをＦＥＴに置き換えた変形例を示す回路図である。
【図１１】同じく例４の電流制限抵抗を定電流ダイオードに置き換えた変形例を示す回路図である。
【図１２】同じくパルス発生手段を交流電圧の山と谷を使い、スイッチングする回路の例５を示す回路図である。
【図１３】同じくパルス発生手段をスイッチング昇降圧回路のパルスを使い、スイッチングする回路の例６を示す回路図である。
【図１４】同じくパルス発生手段を電子スイッチが自己発振することで、スイッチングする回路の例７を示す回路図である。
【図１５】本発明に係る電源装置の例８を示すブロック図である。
【図１６】図１５における動作タイミングイメージのチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１１  クロック発生回路
１２  クロック信号振り分け回路
１３  クロック信号反転回路
１４  第１回路
１５  第２回路
１６−１〜１６−ｎ、１８−１〜１８−ｎ  電子スイッチ
１６′−１〜１６′−ｎ、１８′−１〜１８′−ｎ  電子スイッチ
１７−１〜１７−ｎ、１９−１〜１９−ｎ  電流制限抵抗  
１７′−１〜１７′−ｎ、１９′−１〜１９′−ｎ  電流制限抵抗  
２１  ＬＥＤ素子
２２、２６、２７  抵抗
２３  クロック発生回路
２４  クロック信号反転回路
２５  ダイオード
２８  キャパシタ
２９、３０、３１  電子スイッチ
３２、３３  電子スイッチ
３４、３５  定電流ダイオード
３６、３７、４０  ダイオード
３８、３９  電子スイッチ
４１、４２  抵抗
４３、４４  異極性トランジスタ
４５、４６  キャパシタ
【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８】
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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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