(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオードを直列接続した発光ダイオード群を発光させる点灯回路であって、
昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、その入力端子に接続される直流電源と、前記直流電源と接続されたインダクタ又は単巻トランスと、前記インダクタ又は単巻トランスとグランド間に接続された半導体スイッチと、前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端子に接続される発光ダイオード群と、前記発光ダイオード群と接続される電流検出用抵抗を備え、
前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、前記電流検出用抵抗の端子間電圧を検出し、制御回路の基準電圧と比較して得られた誤差電圧をパルス幅信号に変換し、前記パルス幅信号に基づいて半導体スイッチを開閉駆動して昇圧動作させて発光ダイオードを定電流制御するとともに、前記基準電圧を変化させることで、前記発光ダイオードの電流値を変化させて調光し、半導体スイッチを開状態として昇圧動作を停止して発光ダイオードを消灯することを特徴とする発光ダイオード点灯回路。
【請求項２】
発光ダイオード群の負電位側に半導体スイッチを接続したことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード点灯回路。
【請求項３】
前記発光ダイオードに白色発光ダイオードを使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード点灯回路。
【請求項４】
それぞれ発光色が異なる発光ダイオードを接続した発光ダイオード点灯回路を３回路以上構成し、各発光ダイオード点灯回路による発光ダイオードの輝度をそれぞれ調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオード点灯回路。
【請求項５】
前記発光ダイオード点灯回路を液晶バックライトに用いたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光ダイオード点灯回路。
【請求項６】
前記発光ダイオード点灯回路が液晶バックライトに用いられ、前記発光ダイオードの発光色を赤色、青色、緑色の３種類とし、各発光ダイオードの輝度をそれぞれ調整して液晶ディスプレイの色補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード点灯回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード群を発光させる点灯回路であって、特にはノートパソコンや液晶テレビなどの、ディスプレイに使用される液晶バックライト駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶バックライト駆動回路は、直流電圧を数十ｋＨｚの交流電圧に変換した後、トランスによって数百Ｖに昇圧した後、冷陰極蛍光管に印加して発光させる方式であった。
【０００３】
図４は、従来の冷陰極蛍光管の液晶バックライト駆動回路構成であり、図５はその主要部における電圧波形である。図４において、ＤＣ／ＤＣコンバータは半導体スイッチ５３，インダクタ３２、コンデンサ７３およびダイオード６３で構成され、制御回路４２の可変抵抗８１の設定値によりコンデンサ７３の両端から任意の可変直流電圧を得るものである。ここで、端子４２１は制御回路４２の電源端子であり、端子４２２は制御回路４２のグランドの共通端子であり、端子４２３は半導体スイッチ５３の駆動端子であり、端子４２４は冷陰極蛍光管２の電流検出端子である。直流電源１の電圧Ｖ71は半導体スイッチ５３の開および閉動作時間に応じたパルス状電圧Ｖ63に変換され、平滑回路によって直流電圧Ｖ73となる。この直流電圧Ｖ73は半導体スイッチ５３の閉動作時間(ＴON)と開動作時間(ＴOFF)の比率により任意に選ぶことができる。従って、可変直流電圧はＶ73＝Ｖ71×ＴON／(ＴON＋ＴOFF)で計算される。
【０００４】
次に、電圧制御された直流電圧Ｖ73はインダクタ３３を介してトランス３４の中間タップ３４２に印加される。端子３４１には半導体スイッチ５４が、また端子３４３には半導体スイッチ５５が接続されると共に、コンデンサ７４が並列に接続されている。共振回路はトランス３４の１次側から見たインダクタンスとコンデンサ７４とで構成される。半導体スイッチ５４および５５は、端子３４６、３４７の駆動巻線の働きにより、前記共振回路の周波数のタイミングの開、閉動作を行う。トランス３４の２次側端子３４４と３４５間に正弦波電圧Ｖ72を得ることができる。冷陰極蛍光管２の電流を抵抗８５で検出して、制御回路４２により、コンデンサ７３の電圧Ｖ73を制御することで、冷陰極蛍光管２の電流を安定化している。
【０００５】
この自励共振型発振回路は、トランス３４の端子３４１と３４３間のインダクタンスとコンデンサ７４で決まる共振周波数で共振し、正弦波電圧Ｖ72がトランス３４の端子間３４１−３４３、３４４−３４５あるいは３４６−３４７から得られる。図５に示すＶ54の電圧波形は半導体スイッチ５４のコレクターエミッタ間電圧である。ベースに接続されている端子３４７が負電圧のときは半導体スイッチ５４が開動作期間となっているため、半導体スイッチ５４のコレクタに接続している端子３４１の電圧は正弦波電圧が印加されるが、端子３４７が正電圧に変わると閉動作期間となり、端子３４１の電圧は差がなくなる。一方、半導体スイッチ５５の電圧波形はV55に示すように、V54と逆位相関係である。
トランス３４の巻線電圧波形は、V54とV５５の合成電圧になり、その電圧波形は、図５のV72の通り、正弦波の高電圧波形である。
【０００６】
Ｖ342はトランス３４の端子３４２の電圧波形である。コンデンサ７３の直流電圧Ｖ73と端子３４２の電圧Ｖ342の差電圧が、インダクタ３３の端子間に現れることになる。インダクタ３３の端子間には、電圧時間積Ｓ331とＳ332に等しい電圧脈動分を含む。このため、トランス３４の端子３４２の平均電圧値とコンデンサ７３の電圧値が等しい。
冷陰極蛍光管２に電流を流すために、電圧Ｖ72はトランス３４で、約１０００Ｖの実効電圧が必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年地球環境問題より、水銀を使用の冷陰極蛍光管は代替光源を求められている。水銀を使用しない光源はあるもののキセノン管は、高電圧パルス電圧で点灯させるために、インバータ回路が大型で、ノートパソコンや液晶テレビなどには使用が困難とされている。
そこで、発光ダイオードを代替光源として検討されている。しかし、従来の冷陰極蛍光管の入力電力は、３Ｗ（６００Ｖ×５ｍＡ）程度であるのに対して、発光ダイオードは、１個あたりに入力できる電力が４０ｍＷ（２Ｖ×２０ｍＡ）程度であるため、携帯電話など小型の液晶ディスプレイには使用されるものの、ノートパソコンなどの大型液晶ディスプレイには、発光力の不足で使用できないとされていた。同じ電力を入力するためには、７５個（３Ｗ／０．０４Ｗ）の発光ダイオードが必要になり、その駆動回路の数も増えて小型にできなかった。
１つの駆動回路で発光ダイオードを並列接続すると、発光ダイオードの順電圧バラツキが大きく、電流値が大きくバラツキ発光できないものが発生するため、発光ダイオードの数と同じ駆動回路の数が必要とされていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の発光ダイオードを直列接続した発光ダイオード群を発光させる点灯回路であって、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、その入力端子に接続される直流電源と、前記直流電源と接続されたインダクタ又は単巻トランスと、前記インダクタ又は単巻トランスとグランド間に接続された半導体スイッチと、前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端子に接続される発光ダイオード群と、前記発光ダイオード群と接続される電流検出用抵抗を備え、前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、前記電流検出用抵抗の端子間電圧を検出し、制御回路の基準電圧と比較して得られた誤差電圧をパルス幅信号に変換し、前記パルス幅信号に基づいて半導体スイッチを開閉駆動して昇圧動作させて発光ダイオードを定電流制御するとともに、前記基準電圧を変化させることで、前記発光ダイオードの電流値を変化させて調光し、半導体スイッチを開状態として昇圧動作を停止して発光ダイオードを消灯することを特徴とする発光ダイオード点灯回路である。
本発明においては、発光ダイオード群の負電位側に半導体スイッチを接続して発光ダイオードが消灯された場合のもれ電流を防ぐのも好ましい。
また前記発光ダイオードは白色発光ダイオードや赤色、青色、緑色発光ダイオードを使用することが出来る。
それぞれ発光色が異なる発光ダイオードを接続した発光ダイオード点灯回路を３回路以上構成し、各発光ダイオード点灯回路による発光ダイオードの輝度をそれぞれ調整して、発光色を白色や他の色とすることも可能である。
発光ダイオード点灯回路を液晶バックライトに用いるのも好ましく、前記発光ダイオードの発光色を赤色、青色、緑色の３種類とし、各発光ダイオードの輝度をそれぞれ調整して液晶ディスプレイの色補正を行うことも出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、水銀を使用しない光源の発光ダイオードを数多く同時に安定発光させることができる発光ダイオード点灯回路である。本発明においては、発光ダイオードを直列接続することで、順電圧が異なるものを組合わせて用いても良く、入力電源の電圧が変動しても安定発光できるように、発光ダイオードの電流を定電流制御する。
例えば７５個の発光ダイオードを直列接続すると、１個あたり２Ｖとしても、１５０Ｖの電圧を供給可能な電源が必要であるが、本発明では９Ｖ〜２０Ｖの任意電圧の電源を受け、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることで、発光ダイオードに１５０Ｖの電圧を与える。
また、２５個の発光ダイオードを直列接続して、回路構成を３回路に分割するとで、電圧は取扱い易い５０Ｖにできる。このとき、赤色、緑色、青色、３種類の発光ダイオードを、３回路に分離制御すれば、発光色を白色に調整できる。
（実施例１）
本発明による一実施例を図１に示す。図１は昇圧型のチョッパ回路構成にする場合である。コンデンサ７１は、電源１に並列接続している。電源１の正端子は、インダクタ３１を経由して半導体スイッチ５１のドレイン端子とダイオード６１のアノード端子に接続している。ダイオード６１のカソード端子は、コンデンサ７２と制御回路４１の電源端子４１１と発光ダイオード２０１のアノード端子に接続している。発光ダイオード２０１〜２２５は、直列接続している。発光ダイオード２２５のカソードは、制御回路４１の検出端子４１５と抵抗８２に接続している。電源１の負端子は、半導体スイッチ５１のソース端子と制御回路４１の共通端子４１２とコンデンサ７２と抵抗８２に接続している。半導体スイッチ５１のゲート端子は、制御回路４１の駆動端子４１３に接続している。発光輝度設定用の可変抵抗器８１は制御回路４１に接続している。
【００１０】
図２を用いて、図１の動作を詳細に説明する。電源１と並列接続のコンデンサ７１はリップル電流の平滑用で、無くても動作に障害はない。半導体スイッチ５１は、制御回路４１のパルス電圧信号を受けて開閉する。半導体スイッチ５１が閉しているときは、電源１からインダクタ３１を通して、半導体スイッチ５１のドレイン端子からソース端子を経由して、電源１の負端子へ電流が流れる。このインダクタ３１の電流は図２の「５１の電流波形」になり、半導体スイッチ５１が閉している時間に、時間とともに上昇する。半導体スイッチ５１が開すると、インダクタ３１の電流は流れ続けようと逆起電力が発生して、図２の「５１の電圧波形」に示す通り、半導体スイッチ５１のドレイン端子電圧は上昇する。この逆起電力により、電源１の電圧より高い電圧を発生する。このとき、インダクタ３１の電流は、半導体スイッチ５１からダイオード６１へ転流する。ダイオード６１へ転流した電流は、図２の「６１の電流波形」に示す通り、発光ダイオード２０１〜２２５と抵抗８２を経由して、電源１の負端子へ流れる。コンデンサ７２は、発光ダイオード２０１〜２２５に流れる電流のリップル分を平滑するものである。抵抗８２の端子間電圧を検出して、制御回路４１の内部の基準電圧と検出電圧と比較、その誤差電圧を増幅した電圧信号をパルス幅信号に変換する。このパルス幅信号は、駆動端子４１３より半導体スイッチ５１を開閉駆動する。この制御回路は、負帰還制御動作により、抵抗８２の端子間電圧は、制御回路４１の内部基準電圧と等しく安定する。この電圧を、２Ｖに設定して、抵抗８２は、１００Ωを採用すれば、発光ダイオード２０１〜２２５と抵抗８２の電流は、２０ｍＡに安定する。
半導体スイッチ５１の開閉を停止して開にすれば、昇圧動作が停止する。電源１の電圧が２０Ｖ以下であれば、２５個の発光ダイオード２０１〜２２５が直列接続のため、１個あたり０．８Ｖで、発光ダイオードには電流が流れずに消灯できる。
【００１１】
制御回路４１の内部基準電圧を可変抵抗器８１により可変すれば、その値に比例して発光ダイオード２０１〜２２５の電流も可変できる。この発光ダイオードの電流が少なくなれば、比例して発光輝度も少なくできる。また、この制御回路４１の内部基準電圧を、可変抵抗器８１の代わりに外部信号によって可変するようにも構成できる。
コンデンサ７１とインダクタ３１と半導体スイッチ５１とダイオード６１とコンデンサ７２で構成される回路を、昇圧型のチョッパ回路と呼んでいる。
昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路には、チョッパ回路以外にも、フライバックコンバータ回路や、フォアードコンバータ回路や、プッシュプルコンバータ回路や、ハーフブリッジコンバータ回路や、フルブリッジコンバータ回路など、多数知られている。
この図１と同じ回路を３回路構成して、発光ダイオードを赤色と緑色と青色をそれぞれ２５個づつ直列接続の構成にすれば、各発光色の輝度を調整できる。この機能を応用すれば、液晶ディスプレイの色補正ができる。このとき、３回路の電源１の正端子と負端子を接続すれば、電源１とコンデンサ７１は、それぞれ、１個で良い。
（実施例２）
次に、本発明による別の実施例を図３に示す。本実施例においては実施例１におけるインダクタ３１の部分に、単巻のトランス３５を採用している。この方法を採用すれば、半導体スイッチ５１の開閉比率を極端にしなくても、昇圧比を上げることができるため、半導体スイッチ５１の負担が軽減される。発光ダイオード２０１〜２７５に、白色発光品を７５個直列接続すれば、１回路で十分な輝度を確保できる。
【００１２】
電流検出用の抵抗８２は、かならずしも負電位側でなくても良い、図３では、発光ダイオード２０１〜２７５の正電位側に構成している。
図３の発光ダイオード２０１〜２７５の負電位側に接続の半導体スイッチ５２は、発光ダイオードを消灯時のもれ電流を止めるためのものであるが、電源１の電圧に対して、発光ダイオード２０１〜２７５の電圧電流特性によるが、十分少ない値であれば不要である。
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明による液晶バックライト駆動回路は、環境問題の水銀を使用している冷陰極蛍光管の代替光源として、発光ダイオードを使用可能にしたものである。数多くの発光ダイオードを、数の少ない回路部品構成のため、小型で安価な液晶バックライトを駆動回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例回路である。
【図２】本発明による動作時電圧波形である。
【図３】本発明による実施例回路である。
【図４】従来例を示す回路図である。
【図５】従来技術による動作時電圧波形である。
【符号の説明】
１：直流電源
２：冷陰極蛍光管
２０１〜２７５：発光ダイオード
３１、３２、３３、３６：インダクタ
３４、３５：トランス
３４１〜３４７：端子
４１、４２：制御回路
４１１、４２１：電源端子
４１２、４２２：共通端子
４１３、４１４、４２３：駆動端子
４１５、４１６、４２４：検出端子
５１〜５５：半導体スイッチ
６１、６３：ダイオード
７１〜７４：コンデンサ
８１：可変抵抗器
８２〜８５：抵抗器
【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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