(57)【要約】【課題】位相１８０度周辺の未点灯領域に発光ダイオードの駆動電圧以上のパルス状の電圧を印加して未点灯区間を最小限にするとともに、比較的少ない電力を消費しながらも、発光ダイオードが同じレベルのアパレント・ブライトネスを表すようにする電源回路を提供することなどを目的とする。【解決手段】本発明に係る発光ダイオード駆動装置は、交流電圧源に接続して、前記交流電圧源の交流電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力側と接続されて複数の発光ダイオードアレイブロックを含む発光ダイオードアレイと、前記整流回路から出力された電圧によって充電されるように構成された充放電回路とを含む発光ダイオード駆動装置であって、放電スイッチとブロックスイッチ回路と制御器とをさらに含む。【選択図】図１
2016522551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧源に接続して、前記交流電圧源の交流電圧を全波整流する整流回路と、
前記整流回路の出力側と接続され、複数の発光ダイオードアレイブロックを含む発光ダイオードアレイと、
前記整流回路から出力された電圧によって充電されるように構成された充放電回路とを含む発光ダイオード駆動装置であって、
前記充放電回路に充電されたエネルギーが前記発光ダイオードアレイに伝達される経路を接続または遮断するように構成された放電スイッチと、
複数の前記発光ダイオードアレイブロックのうち整流回路から出力された電圧が伝達される発光ダイオードアレイブロックの数を調節することができるように構成されたブロックスイッチ回路と、
前記整流回路から出力された電圧の瞬時値が所定値未満であるＡ区間において、前記発光ダイオードアレイ全体が消灯した後、前記充放電回路が放電されて、前記Ａ区間で少なくとも一度は発光ダイオードアレイ全体が消灯した後、複数の前記発光ダイオードアレイブロックのうち少なくとも一つが点灯してから消灯するように前記放電スイッチとブロックスイッチ回路を制御する制御器とを含み、
前記制御器は、前記整流回路から出力された電圧の瞬時値が前記所定値以上であるＢ区間において、前記整流回路から出力される電圧の瞬時値が増加するにつれて点灯される前記発光ダイオードアレイブロックの数が増加するように、前記ブロックスイッチ回路を制御する発光ダイオード駆動装置。
【請求項２】
前記整流回路から出力された電圧が前記発光ダイオードアレイに伝達される経路を接続または遮断するように構成された点滅スイッチをさらに含み、
前記制御器は、前記Ｂ区間で少なくとも一度は前記発光ダイオードアレイが点滅するように、前記点滅スイッチを制御する請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項３】
前記整流回路から出力される電流波形の全高周波歪率（ＴＨＤ、Ｔｏｔａｌ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を低減するために、前記整流回路の出力側に接続されて電気エネルギーを保存または消費するように構成された力率改善回路をさらに含む請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項４】
前記整流回路から出力された電圧が前記充放電回路に伝達される経路を接続または遮断するように構成された充電スイッチをさらに含み、
前記制御器は、前記整流回路から出力される電流波形の全高調波歪率を低減するために、前記Ｂ区間において前記整流回路から出力された電圧が前記充放電回路に伝達される時点を遅延させるように前記充電スイッチを制御する請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項５】
前記整流回路から出力される電流波形の全体高調波歪率を低減するために、充放電回路の充電電流を制限するように構成された充電電流制限回路をさらに含む請求項４に記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項６】
前記ブロックスイッチ回路は、複数の前記発光ダイオードアレイブロックのうち一部をバイパスする経路とその経路に設けられたブロックスイッチを含む請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項７】
前記発光ダイオードアレイブロックをバイパスする経路に設けられた抵抗と、
前記発光ダイオードアレイブロックと直列に接続されて前記発光ダイオードアレイブロックに流れる電流を検出する電流検出回路または前記発光ダイオードアレイブロックと並列に接続されて前記発光ダイオードアレイブロックに印加される電圧を検出する電圧検出回路とをさらに含み、
前記制御器は、前記電流検出回路または電圧検出回路で検出された電流または電圧値が所定値以上であれば、前記ブロックスイッチをオフするように構成された請求項６に記載の発光ダイオード駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード駆動装置に関するものである。より詳細には、全高調波歪率（ＴＨＤ、Ｔｏｔａｌ  ｈａｍｏｎｉｃ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を減らし、力率および視認性を改善することができる発光ダイオード駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、光効率や耐久性の面で利点があるので、照明装置やディスプレイ装置のバックライト用光源として脚光を浴びている。
【０００３】
発光ダイオードは、低い直流電流で駆動される。このため、従来には商用交流電圧（交流２２０ボルト）を直流電圧に変更させるための電源装置を使用した。例えば、ＳＭＰＳ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ−Ｍｏｄｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）、リニアパワー（Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｏｗｅｒ）などが使用された。しかし、これらの電源装置は変換効率が大体低下している。また、使用された部品のうち、電解キャパシタの寿命が短いので、これらの電源装置の使用は、発光ダイオード照明装置の寿命を縮めるという問題があった。
【０００４】
これらの問題を解決するために、直流に変換せず、交流電源に直接二つの発光ダイオードストリングを順方向と逆方向に接続する方法が開発された。しかし、この方式では、接続された発光ダイオードのうち５０％以下だけが点灯するので、効率が低いという問題があった。また、入力電圧の大きさが変化しながら、発光ダイオードに流れる電流が急激に変化するので、発光ダイオード素子に悪影響を及ぼす恐れがあり、明るさの変化も大きいという問題があった。また、入力電圧の大きさが発光ダイオードストリングに含まれている発光ダイオード全てを動作させられる値以上の場合にのみ回路に電流が流れるので、回路に流れる電流の波形と電圧の波形の差が大きく、これによって力率が低下する問題が発生する。
【０００５】
上述した交流電源を直接使用する方法の問題点を解決するために、交流をブリッジ回路によって整流した後に使用する様々な方法が開発された。例えば、日本登録特許第４５８１６４６号、米国登録特許第６，９８９，８０７号、日本公開特許第２０１１−０４０７０１号、韓国公開特許第１０−２０１２−００４１０９３号などに交流電圧を整流した後に整流電圧の大きさの変化に応じて整流電圧が印加される発光ダイオードの数を調節する方法が開示されている。これらの方法は、交流電源を直接利用する方法に比べて、動作する発光ダイオードの数が増加するので、効率が高く、電流供給時間が早くなることにより力率が改善されるという利点がある。
【０００６】
前記交流電源をブリッジ回路によって整流した後に使用する方法の問題点は、１２０Ｈｚの周波数を持つ全波整流波を用いて発光ダイオードを駆動するため、位相１８０度周辺の相当の領域において交流電源の大きさが発光ダイオードの駆動電圧以下に小さくなり、未点灯が発生することである。
【０００７】
人間の目は、点滅融合周波数（ｆｌｉｃｋｅｒ  ｆｕｓｉｏｎ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）以上で点滅する光源に対しては、断続的点滅ではなく連続的に点灯していると感じる。このため、点滅融合周波数以上の周波数で点滅する発光ダイオードは、人間の目にはずっと点灯しているように感じられる。ほとんどの人間の目は、７５Ｈｚ以上で点滅する光源を連続的なものと感じる。しかし、光に敏感な人の場合には、１２０Ｈｚで点滅する発光ダイオードのちらつきも感じられ、これによって光発作を引き起こす可能性があるため、できれば高周波数で点滅することが好ましい。
【０００８】
このため、日本では１００Ｈｚから５００Ｈｚまでの間ではフリッカ（ｆｌｉｃｋｅｒ）現象が起きないことを照明設備に関する基準に規定しており、欧州諸国も１５０Ｈｚ以上の周波数で照明を駆動することを明文化しようとする作業が進められている。米国は最近エネルギースターの認証基準を設け、フリッカレベルが一定基準を超えた場合は認証の対象外とした。従って、前記全波整流波を利用して駆動される発光ダイオード照明は、販売が根本的に不可能になる状況が到来する可能性がある。
【０００９】
これを改善するために韓国公開特許第１０−２０１０−０１０４３６２号には、バレーフィル回路（ｖａｌｌｅｙ  ｆｉｌｌ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いる方法が開示されている。この方法は、フリッカ現象の改善の効果が期待できるが、容量が大きいキャパシタを使用しなければならず、キャパシタの装着により力率が悪くなる副作用も発生してしまう。また、入力電圧が低下すると、１２０Ｈｚのフリッカを発生させることになる。
【００１０】
他の改善方法としては、韓国公開特許第１０−２０１２−００８２４６８号に開示されたような充放電回路を用いることができる。この場合にも、フリッカ現象は改善されるが、周波数１２０Ｈｚのフリッカが発生する限界を超えることはできない。また、入力電圧が低下すると、十分な充電が行われず、放電開始時点が短くなってフリッカ現象がさらに顕著になる。
【００１１】
前記交流電源をブリッジ回路で整流した後に使用する方法のもう一つの問題は、駆動電圧を高く設定する場合には、発光ダイオードが点灯される位相領域が小さくて、発光ダイオードの利用効率（発光ダイオードの実効消費電力／直流定格電流の駆動時の発光ダイオードの消費電力）と力率が低下し、駆動電圧を低く設定する場合には、電力の相当部分が熱として消費されて電源効率が低下するということである。
【００１２】
韓国公開特許第１０−２０１２−００７４５０２号にも、充放電ブロックを備え、充放電ブロックが充電区間で駆動段の電荷を充電して、発光ダイオードアレイの駆動電圧以下では放電されて発光ダイオードアレイの未点灯区間を削除する照明装置が開示されている。
【００１３】
フリッカー現象を改善するためのさらに別の方法には、発光ダイオードの点滅周波数を増加させる方法がある。米国登録特許第８，２９９，７２４号には、ＯＶＰ（ｏｖｅｒ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）素子を用いて、駆動段の電圧がピーク値になると、発光ダイオードアレイに流れる電流を遮断することによって、発光ダイオードアレイの点滅周波数を入力交流電源の周波数の４倍に増加させる方法が開示されている。しかし、駆動段の電圧が発光ダイオードアレイの駆動電圧以下である場合には未点灯区間が長いという問題がある。
【００１４】
また、米国公開特許第２０１２−０２２９０４１号には、キャパシタのようなエネルギー貯蔵素子を利用して電気エネルギーを貯蔵した後、駆動段の電圧の大きさが発光ダイオードアレイの駆動電圧以下に落ちると放電することにより、発光ダイオードアレイに印加される電流の周波数を入力交流電源の周波数の４倍に増加させる方法が開示されている。
【００１５】
一方、高効率照明を導入して電気エネルギーを節約する方法として、認知現象と刺激の物理的性質との関係を研究する精神物理学（ｐｓｙｃｈｏｐｈｙｓｉｃｓ）の側面を考慮する試みがあった。
【００１６】
通常、照明で発生する光エネルギーの量は、入力された電気エネルギーの量に比例して増加する。しかし、人間の目がどのように認識するかは別の問題である。
【００１７】
発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）の場合、直流電源を用いる定電流制御方式またはパルス電圧を用いるパルス幅変調（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）制御方式で制御される。パルス幅変調制御は、パルスの周波数とデューティサイクル（ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ）を調節して電力を調節する制御方式である。
【００１８】
パルス電圧を用いて駆動される照明のように、断続的に点滅する光源の明るさを人間の目がどのように認識するかについての研究結果は１９００年代から発表されている。
【００１９】
トールボット・プラトー（Ｔａｌｂｏｔ−Ｐｌａｔｅａｕ）の法則によると、断続的に点滅する光源を観察する人間は、その光源が平均的な明るさ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）でずっと点灯していると感じる。
【００２０】
また、ブローカ・スルツァ（Ｂｒｏｃａ−Ｓｕｌｚｅｒ）の法則によると、カメラフレッシュのような強い光にさらされると、人間の目は実際の光の明るさに比べて数倍明るく感じる。
【００２１】
最近の日本愛媛大学の研究によると、パルス電圧を用いる場合には、ブローカ・スルツァ効果がトールボット・プラトー効果に比べてより大きな影響を与え、人間の目は光源を平均的な明るさよりさらに明るく認識する。
【００２２】
また、中国天津大学の研究によると、図１３に示すように、平均強度（ａｖｅｒａｇｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が同じ場合、ＰＷＭ制御方式で駆動されるＬＥＤが定電流方式で駆動されるＬＥＤに比べてより明るく感じられる。
【００２３】
図１３において、丸印のグラフは、定電流方式で駆動されるＬＥＤのアパレント・ブライトネスを示し、三角印のグラフは、定電流方式と平均強度が同じ場合にＰＷＭ制御方式で駆動されるＬＥＤのデューティサイクルの変化に応じたアパレント・ブライトネスの変化を示す。アパレント・ブライトネスとは、光の物理量である輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）に対応するコントラスト感の心理量を意味する。つまり、実際の明るさではなく、人間が感じる明るさを意味する。
【００２４】
また、図１３に示すように、ＰＷＭ制御方式の場合には、デューティサイクルが短いパルス電圧を用いるほど定電流方式とのアパレント・ブライトネス（ａｐｐａｒｅｎｔ  ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）の差がより大きくなることが分かる。
【００２５】
図１３に示すように、周波数が１００Ｈｚの場合、デューティサイクルが５０％であれば、定電流方式に比べて約４０％より明るく感じられ、デューティサイクルが８０％であれば、約２５％より明るく感じられ、デューティサイクルが１００％であれば、定電流方式との差がないことが分かる。
【００２６】
これらの結果は、日本愛媛大学の研究結果からも確認することができる。愛媛大学の研究結果によると、デューティサイクルが５％であり、６０Ｈｚのパルス電圧でＬＥＤを駆動する場合、定電流駆動方式に比べて最大１２０％より明るく感じられる。
【００２７】
図１３の結果を通じて、平均強度が同じ場合、強度が大きくてデューティサイクルが短いパルス電圧で駆動されるＬＥＤが、強度が小さくてデューティサイクルが長いパルス電圧で駆動されるＬＥＤに比べて、より明るく認識されることを予想することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０９７１７５７号
【００２９】
【特許文献２】韓国公開特許第１０−２０１２−００４１０９３号
【００３０】
【特許文献３】日本登録特許第４５８１６４６号
【００３１】
【特許文献４】米国登録特許第６，９８９，８０７号
【００３２】
【特許文献５】日本公開特許第２０１１−０４０７０１号
【００３３】
【特許文献６】韓国公開特許第１０−２０１０−０１０４３６２号
【００３４】
【特許文献７】韓国公開特許第１０−２０１２−００８２４６８号
【００３５】
【特許文献８】韓国公開特許第１０−２０１２−００７４５０２号
【００３６】
【特許文献９】米国登録特許第８２９９７２４号
【００３７】
【特許文献１０】米国公開特許第２０１２−０２２９０４１号
【００３８】
【特許文献１１】韓国公開特許第１０−２０１１−００９１４４４号
【非特許文献】
【００３９】
【非特許文献１】Ｍａｓａｆｕｍｉ  ＪＩＮＮＯ、Ｋｅｉｊｉ  ＭＯＲＩＴＡ、Ｙｕｄａｉ  ＴＯＭＩＴＡ、Ｙｕｋｉｎｏｂｕ  ＴＯＤＡ、Ｈｉｄｅｋｉ  ＭＯＴＯＭＵＲＡ（２００８）、「Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ  ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｐｗｍ」、Ｊ． Ｌｉｇｈｔ＆Ｖｉｓ． Ｅｎｖ． Ｖｏｌ．３２、Ｎｏ．２、２００８．
【００４０】
【非特許文献２】Ｚｈａｎｇ  Ｙｉｎｘｉｎ、Ｚｈａｎｇ  Ｚｈｅｎ、Ｈｕａｎｇ  Ｚｈａｎｈｕａ、Ｃａｉ  Ｈｕａｉｙｕ、Ｘｉａ  Ｌｉｎ、Ｚｈａｏ  Ｊｉｅ（２００８）、「Ａｐｐａｒｅｎｔ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  ｏｆ  ＬＥＤｓ  ｕｎｄｅｒ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ｄｉｍｍｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．６８４１  ６８４１０９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
本発明は、上述した問題点を改善するためのものであって、位相１８０度周辺の未点灯領域に発光ダイオードの駆動電圧以上のパルス状の電圧を印加して未点灯区間を最小限にするとともに、比較的少ない電力を消費しながらも、発光ダイオードが同じレベルのアパレント・ブライトネスを表すようにする電源回路を提供することを目的とする。
【００４２】
また、発光ダイオードの点滅周波数を増加させてフリッカ現象を改善することができる電源回路を提供することを目的とする。
【００４３】
また、整流回路から出力された電圧の瞬時値の増加に応じて整流回路出力段の電流を増加させ、駆動段の電流波形の全高調波歪率（ＴＨＤ、Ｔｏｔａｌ  ｈａｍｏｎｉｃ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を減らし、力率を改善することができる電源回路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】
【００４４】
上述した目的を達成するために、本発明に係る発光ダイオード駆動装置は、交流電圧源に接続して、前記交流電圧源の交流電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力側と接続されて複数の発光ダイオードアレイブロックを含む発光ダイオードアレイと、前記整流回路から出力された電圧によって充電されるように構成された充放電回路とを含む発光ダイオード駆動装置であって、放電スイッチとブロックスイッチ回路と制御器とをさらに含む。
【００４５】
放電スイッチは、前記充放電回路に充電されたエネルギーが、前記発光ダイオードアレイに伝達される経路を接続または遮断するように構成される。
【００４６】
ブロックスイッチ回路は、複数の前記発光ダイオードアレイブロックのうち整流回路から出力された電圧が伝達される発光ダイオードアレイブロックの数を調節することができるように構成される。
【００４７】
制御器は、前記整流回路から出力された電圧の瞬時値が所定値未満であるＡ区間において、前記発光ダイオードアレイ全体が消灯した後、前記充放電回路が放電され、前記Ａ区間で少なくとも一度は発光ダイオードアレイ全体が消灯した後、複数の前記発光ダイオードアレイブロックのうち少なくとも１つが点灯してから消灯するように、前記放電スイッチとブロックスイッチ回路を制御する。
【００４８】
また、前記制御器は、前記整流回路から出力された電圧の瞬時値が前記所定値以上であるＢ区間において、前記整流回路から出力される電圧の瞬時値が増加するにつれて、点灯される前記発光ダイオードアレイブロックの数が増加するように、前記ブロックスイッチ回路を制御する。
【００４９】
上述した発光ダイオード駆動装置は、前記整流回路から出力された電圧が前記発光ダイオードアレイに伝達される経路を接続または遮断するように構成された点滅スイッチをさらに含むことができ、前記制御器は、前記Ｂ区間で少なくとも一度は前記発光ダイオードアレイが点滅するように、前記点滅スイッチを制御することができる。
【００５０】
また、上述した発光ダイオード駆動装置は、前記整流回路から出力される電流波形の全高周波歪率（ＴＨＤ、Ｔｏｔａｌ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を減らすために、前記整流回路の出力側に接続されて、電気エネルギーを保存または消費するように構成された力率改善回路をさらに含むことができる。
【００５１】
また、前記整流回路から出力された電圧が前記充放電回路に伝達される経路を接続または遮断するように構成された充電スイッチをさらに含むことができ、前記制御器は、前記整流回路から出力される電流波形の全体高調波歪率を低減するために、前記Ｂ区間において前記整流回路から出力された電圧が前記充放電回路に伝達される時点を遅延させるように、前記充電スイッチを制御することができる。
【００５２】
また、前記整流回路から出力される電流波形の全体高調波歪率を低減するために、充放電回路の充電電流を制限するように構成された充電電流制限回路をさらに含むことができる。
【００５３】
前記ブロックスイッチ回路は、複数の前記発光ダイオードアレイブロックの一部をバイパスする経路とその経路に設けられたブロックスイッチを含むことができる。
【００５４】
また、前記発光ダイオードアレイブロックをバイパスする経路に設けられた抵抗と、前記発光ダイオードアレイブロックと直列に接続されて前記発光ダイオードアレイブロックに流れる電流を検出する電流検出回路または前記発光ダイオードアレイブロックと並列に接続されて前記発光ダイオードアレイブロックに印加される電圧を検出する電圧検出回路とをさらに含むことができ、前記制御器は、前記電流検出回路または電圧検出回路で検出された電流または電圧値が所定値以上であれば、前記ブロックスイッチをオフするように構成することができる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明に係る発光ダイオード駆動装置は、充放電回路とスイッチを利用して、交流電圧源によって印加される電圧の大きさが駆動電圧以下で発光ダイオードを駆動することができない位相１８０度周囲の区間に駆動電圧以上の電圧を印加することができる。これにより、発光ダイオードの点滅周波数を２４０Ｈｚ以上に増加させることができる（６０Ｈｚ交流原因の場合）。発光ダイオードが消灯される位相１８０度周辺の領域でパルス電圧によって発光ダイオードが点滅されるので、発光ダイオードの点滅周波数が２倍に増加する。これにより、フリッカ現象を改善することができる。
【００５６】
また、本電源回路を用いる照明システムは、位相１８０度周辺の領域でパルス電圧によって発光ダイオードが点滅されるので、ブローカ・スルツァ（Ｂｒｏｃａ−Ｓｕｌｚｅｒ）の法則によって、消費電力が比較的少ないながらも、他の電源回路を使用した照明システムと同じレベルのアパレント・ブライトネスを維持することができる。
【００５７】
また、充放電回路の充電時点を調節して、整流回路から出力された電圧の大きさの増加に応じて整流回路の出力段の電流を増加させ、駆動段の電流波形の全高調波歪率（ＴＨＤ、Ｔｏｔａｌ  ｈａｍｏｎｉｃ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を低減し、力率を改善することができる。
【００５８】
また、駆動電圧を高く設定する場合の位相１８０度周辺の相当領域において発光ダイオードが駆動されない問題を１８０度周辺に駆動電圧以上の高いパルス電圧を印加する方法で解決することにより、電源効率と発光ダイオードの利用効率が同時に向上される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る発光ダイオード駆動装置の一実施例を概略的に示す図である。
【００６０】
【図２】図１に示した制御器の一実施例のブロック図である。
【００６１】
【図３】（ａ）は、図１に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と電流波形の一例を示す図である。
【００６２】
（ｂ）は、図１に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と発光ダイオードアレイに印加される電流波形の一例を示す図である。
【００６３】
【図４】（ａ）は、図１に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と電流波形の他の例を示す図である。
【００６４】
（ｂ）は、図１に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と発光ダイオードアレイに印加される電流波形の他の一例を示す図である。
【００６５】
【図５】本発明に係る発光ダイオード駆動装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【００６６】
【図６】本発明に係る発光ダイオード駆動装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【００６７】
【図７】本発明に係る発光ダイオード駆動装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【００６８】
【図８】（ａ）は、図７に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と電流波形の一例を示す図である。
【００６９】
（ｂ）は、図７に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と発光ダイオードアレイに印加される電流波形の一例を示す図である。
【００７０】
【図９】本発明に係る発光ダイオード駆動装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【００７１】
【図１０】本発明に係る発光ダイオード駆動装置のさらに他の実施例の一部を概略的に示す図である。
【００７２】
【図１１】本発明に係る発光ダイオード駆動装置のさらに他の実施例の一部を概略的に示す図である。
【００７３】
【図１２】本発明に係る発光ダイオード駆動装置のさらに他の実施例の一部を概略的に示す図である。
【００７４】
【図１３】デューティサイクルに応じたアパレント・ブライトネス（ａｐｐａｒｅｎｔ  ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）と平均強度との比の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
以下、添付図面を参照して、本発明について詳細に説明する。
【００７６】
以下の実施例は、当業者が本発明の思想を十分に理解するために、例として提供されるものである。したがって、本発明はこれらの実施例に限定されず、種々の形態で実現することができる。
【００７７】
図１は、本発明に係る発光ダイオード駆動装置の一実施例を概略的に示す図である。
【００７８】
図１を参照すると、本発明に係る発光ダイオード駆動装置の一実施例は、発光ダイオードアレイ２と、放電スイッチ１１と、充電スイッチ１２と、ブロックスイッチ１３と、制御器２０と、充放電回路３０と、整流回路３と、電流または電圧制限回路４と、力率改善回路７とを含む。
【００７９】
本発明に係る発光ダイオード駆動装置の発光ダイオードアレイ２は、直列に接続された第１発光ダイオードアレイブロック２−１と第２発光ダイオードアレイブロック２−２とを含む。２２０Ｖの交流電圧で駆動される場合を例にすると、第１発光ダイオードアレイブロック２−１の駆動電圧は約５０Ｖであり、第２発光ダイオードアレイブロック２−２の駆動電圧は約２００Ｖであることができる。第１発光ダイオードアレイブロック２−１と第２発光ダイオードアレイブロック２−２は、直列、並列、または直並列に接続された１以上の発光ダイオードを含むことができる。
【００８０】
本発明に係る発光ダイオード駆動装置の一実施例では、整流回路から出力される電圧の瞬時値の変化に応じて第２発光ダイオードアレイブロック２−２または全体の発光ダイオードアレイ２が駆動される。
【００８１】
瞬時値が所定値Ｖｔ以上であるＢ区間では、瞬時値が増加するにつれて、点灯される発光ダイオードアレイブロックの数が増加し、瞬時値が減少するにつれて、点灯される発光ダイオードアレイブロックの数が減少する。つまり、  第２発光ダイオードアレイブロック２−２が点灯された後、瞬時値が増加するにつれて、発光ダイオードアレイ２の全体が点灯される。そして再び瞬時値の減少するにつれて、第１発光ダイオードアレイブロック２−１が消灯され、第２発光ダイオードアレイブロック２−２のみ点灯された状態を維持する。ここでＶｔ値は、第２発光ダイオードアレイブロック２−２を駆動させることができる最小電圧値であることができる。
【００８２】
瞬時値が所定値Ｖｔ未満であるＡ区間では、整流回路から出力される電圧によって発光ダイオードアレイブロックが点灯されない。Ａ区間では、瞬時値が低いので、整流回路から出力される電圧によって第２発光ダイオードアレイブロック２−２が点灯されない。Ａ区間での瞬時値は、第１発光ダイオードアレイブロック２−１を点灯できる値以上になることがあるが、図１に示すように、回路の構成上、第１発光ダイオードアレイブロック２−１にのみ整流回路３から出力される電圧が印加されないので、瞬時値がＡ区間に到達すると、発光ダイオードアレイ２全体が消灯される。そして、一定の時間が経過した後、充放電回路３０から供給された電気エネルギーによって全体の発光ダイオードアレイ２または第２発光ダイオードアレイブロック２−２が点灯された後、再び消灯する。ブロックスイッチ１３がオン状態である場合には、第２発光ダイオードアレイブロック２−２のみ点滅し、オフ状態である場合には、全体の発光ダイオードアレイ２が点滅する。
【００８３】
本発明に係る発光ダイオード駆動装置は、整流回路３と接続された充放電回路３０の充電時点と放電時点を効果的に制御して、整流回路３から出力される電圧の瞬時値がＡ区間に属する場合も発光ダイオードアレイ２が少なくとも一度点滅するようにする。これによって、発光ダイオードの利用効率（発光ダイオードの実効消費電力／直流定格電流駆動時の発光ダイオード消費電力）を高めることができ、フリッカ現象を改善し、視認性を向上させられる。
【００８４】
整流回路３は、入力される交流電圧を全波整流する役割を果たす。整流回路３は、ブリッジダイオード回路であることができる。整流回路３は、図１に示すように交流電圧源１に接続される。
【００８５】
スイッチ１１、１２、１３は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子などで構成することができる。充放電回路３０と発光ダイオードアレイ２の前端を接続する経路に設けられる放電スイッチ１１と整流回路３の出力段と充放電回路３０を接続する経路に設けられる充電スイッチ１２は、充放電回路３０の放電時点と充電時点を調節するために使用される。充電時点を調節することにより、整流回路３の出力段に流れる電流波形を電圧波形に近く調整することができ、高調波歪率を下げることができる。放電時点を調節することにより、Ａ区間で発光ダイオードアレイ２の全部または一部のブロックが少なくとも一度点滅するようにする。
【００８６】
充電スイッチ１２がオンされると、整流回路３の出力段と充放電回路３０とが接続されて充放電回路３０で充電が起こり、放電スイッチ１１がオンされると、充放電回路３０と発光ダイオードアレイ２とが接続されて充放電回路３０で放電が起こり、発光ダイオードアレイ２に電源が供給される。
【００８７】
ブロックスイッチ１３は、第１発光ダイオードアレイブロック２−１のバイパス経路８に設けられる。本実施例では、ブロックスイッチ１３とバイパス経路８がブロックスイッチ回路を構成する。ブロックスイッチ１３がオフされると、発光ダイオードアレイ２の全体に電流が流れる。ブロックスイッチ１３がオンされると、第２発光ダイオードアレイブロック２−２にのみ電流が流れる。つまり、ブロックスイッチ１３は、第２発光ダイオードアレイブロック２−２にのみ電流が流れるようにするか、または発光ダイオードアレイ２の全体に電流が流れるようにするかを決める役割を果たす。ブロックスイッチ回路は、図１に示した形態のようにバイパスラインにスイッチを設ける方法に加えて、素子を接続するラインに１つまたは複数のスイッチング素子を設けて、様々な形で構成することができる。
【００８８】
制御器２０は、整流回路３から出力される電圧の大きさや位相を確認して、放電スイッチ１１と充電スイッチ１２を制御することにより、放電時点と充電時点を制御する。
【００８９】
また、制御器２０は、ブロックスイッチ１３のオン／オフ時間を制御する。整流回路３または充放電回路３０から出力される電圧の大きさが発光ダイオードアレイ２の駆動電圧以上である場合には、ブロックスイッチ１３をオフして、バイパス経路８を遮断することにより、発光ダイオードアレイ２の全体に電流が流れるようにする。
【００９０】
図２は、図１に示した制御器の一実施例のブロック図である。図２を参照すれば、制御器２０は、電圧または位相検出回路２２および／またはスイッチ制御部２３および／またはメモリ２１を含むことができる。電圧検出回路は、整流回路３から出力される電圧の瞬時値がどの範囲に属するかを確認する。電圧検出回路は、電子回路の分野で広く使われている様々な回路を使用することができる。例えば、複数のＯＰアンプを用いた電圧比較器などを使用することができる。制御器２０は、電圧を直接検出する電圧検出回路の代わりに位相検出回路を使用することができる。位相検出回路は、電圧の瞬時値が０になる瞬間を検出できるゼロクロス検出器などを利用して構成することができる。整流回路３から出力される電圧は、位相に応じて瞬時値が変わるので位相の変化を通じて瞬時値の変化を知ることができる。入力電源が不安定な場合には、電圧検出回路を使用することが好ましい。
【００９１】
メモリ２１には、整流回路３から出力される電圧の大きさに応じてスイッチ１１、１２、１３を駆動するための駆動データが保存されている。駆動データは、発光ダイオードの数や駆動電圧、要求される発光ダイオードアレイの点滅周波数などによって決まる。
【００９２】
メモリを使用せず、チャンネルごとに検出された電圧または位相に応じて、あるいは、タイマーなどのカウンタ素子を用いてスイッチ１１、１２、１３を制御することもできる。
【００９３】
充放電回路３０は、Ｂ区間で整流回路３の出力電圧によって充電された後、Ａ区間で放電されて発光ダイオードアレイ２に電源を印加する役割を果たす。本実施例において、充放電回路３０の一例としてキャパシタを用いる。充電スイッチ１２がオンされると、充放電回路３０が整流回路３と接続されて充放電回路３０に電気エネルギーが保存される。放電スイッチ１１がオンされると、充放電回路３０が発光ダイオードアレイ２と接続され、充放電回路３０で放電が起き、発光ダイオードアレイ２に電源が供給される。充放電回路３０にはインダクタを用いることもできる。
【００９４】
電流制限回路または電圧制限回路４は、負荷にかかる電流または電圧を制限する役割を果たす。電流制限回路または電圧制限回路は、発光ダイオードアレイ２に過度の電流が流れることを防止するためのものであり、発光ダイオードアレイ２に直列に接続される。電流制限回路は、抵抗、キャパシタ、バイポーラトランジスタ、モストランジスタなどで実現することができる。また、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）またはトランジスタ（ＴＲ）と補助素子との組み合わせで実現する方法やＯＰアンプまたはレギュレータなどの直接回路を利用する方法などで実現することができる。
【００９５】
本発明に係る発光ダイオード駆動装置は、サージ電圧から発光ダイオード駆動装置を保護するための抵抗６、サージ抑制素子（図示せず）、ヒューズ５などで構成されたサージ保護回路をさらに含むことができる。
【００９６】
また、整流回路３の出力端に流れる電流波形と電圧波形との差を最小限にするために、エネルギーを保存するかまたは消費するように構成された力率改善回路７をさらに含むことができる。この回路は、抵抗やキャパシタなどとスイッチで構成されることができる。例えば、整流回路３に並列に接続された抵抗と、抵抗と整流回路３とを接続する経路に設けられたスイッチで構成されることができる。電流波形と電圧波形との差が大きい区間、例えば、Ａ区間とＢ区間の初期にスイッチをオンすると、整流回路３の出力端の電圧が抵抗に印加され、抵抗にはその電圧に比例して正弦波状で電流が流れる。Ａ区間では、発光ダイオードアレイ２には電流が流れないので、この抵抗４１に流れる電流が整流回路３の出力端に流れる電流となる。このような方法で、整流回路３の出力端の電流の形態を電圧の形態とほぼ一致させることで力率を改善することができ、Ａ区間からＢ区間に移り、第２発光ダイオードアレイブロック２−２に突然多くの電流が流れ、整流回路３の出力端の電流波形に高調波成分が多く生じることも防止することができる。
【００９７】
力率改善回路７にエネルギーを保存することができるキャパシタなどを使用する場合には、保存されたエネルギーを制御器２０やスイッチ１１、１２、１３の駆動電源を供給する用途で活用することができる。
【００９８】
また、本発明に係る発光ダイオード駆動装置の一実施例では、発光ダイオードアレイ２をパルス駆動する役割を果たす点滅スイッチ１４をさらに含むことができる。点滅スイッチ１４は、発光ダイオードアレイ２の点滅周波数を変更する役割を果たす。点滅スイッチ１４のオン／オフが繰り返される場合には、第２発光ダイオードアレイブロック２−２または全体の発光ダイオードアレイ２がパルス電圧によって駆動され、点滅スイッチ１４がオンされる時間とオフされる時間を調節することにより、パルス電圧の形が決定される。
【００９９】
点滅スイッチ１４は、駆動段の電圧がピーク値であるとき、発光ダイオードアレイに流れる電流を遮断するＯＶＰ（ｏｖｅｒ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）素子の役割を果たすこともできる。
【０１００】
また、電流波形の全体高調波歪率を低減するために充放電回路３０の充電電流を制限するように構成された充電電流制限回路９をさらに含む。充電電流制限回路９は、充放電回路３０に直列に接続されて充放電回路３０に流れる電流を制限する。充電電流制限回路９は、抵抗、キャパシタ、バイポーラトランジスタ、モストランジスタなどで実現することができる。
【０１０１】
図３の（ａ）は、図１に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と電流波形の一例を示す図であり、図３の（ｂ）は、図１に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と発光ダイオードアレイに印加される電流波形の一例を示す図である。図３の（ａ）および図３の（ｂ）を参照して、発光ダイオード駆動装置の１周期分の作用を説明する。
【０１０２】
制御器２０で整流回路３から出力される電圧の瞬時値を測定した結果、Ａ区間に属すると判断された場合には、制御器２０が放電スイッチ１１と充電スイッチ１２はオフさせて、ブロックスイッチ１３はオンさせる（まだ充電される前なので放電スイッチ１１をオンしても放電されない）。
【０１０３】
Ａ区間では、図３の（ｂ）に示すように、第２発光ダイオードアレイブロック２−２に電流が流れない。そして、図３の（ａ）に示すように、力率改善回路7には電圧波形と類似した正弦波状の電流が流れる。
【０１０４】
整流回路３から出力される電圧の大きさがＶｔ以上であるＢ区間に到達すると、整流回路３から出力された電圧によって第２発光ダイオードアレイブロック２−２が点灯することができるので、第２発光ダイオードアレイブロック２−２が点灯する。バイパス経路８のブロックスイッチ１３がオンされているので、第１発光ダイオードアレイブロック２−１には電流が流れない。図３の（ｂ）に示すように、第２発光ダイオードアレイブロック２−２に流れる電流は、整流回路３から出力される電圧の大きさが増加するにつれて増加するが、電圧または電流制限回路４によって一定のレベル以上には増加しない。
【０１０５】
整流回路３から出力される電圧の大きさが発光ダイオードアレイ２全体を点灯できる値Ｖａ以上になると、制御器２０はブロックスイッチ１３をオフさせる。バイパス経路のブロックスイッチ１３がオフされたので、発光ダイオードアレイ２全体が点灯する。この時、図３の（ｂ）に示すように、発光ダイオードアレイ２には、電圧または電流制限回路４によって制限された電流が流れ続ける。
【０１０６】
制御器は、Ｂ区間の一定の時点で充電スイッチ１２をオンさせて、充放電回路３０に電流が流れるようにする。この時、図３の（ａ）に示すように、回路の入力端に流れる電流値が大きくなる。発光ダイオードアレイ２に流れる電流は、電流または電圧制限回路４によって制限されて一定であるが、回路の入力端に流れる電流値は、充放電回路３０に流れる電流値だけ増加する。充放電回路３０に流れる電流値は、充電電流制限回路９によって制限される。このような方法で回路の電流波形を入力電圧波形に近接させることにより、電流波形の全高周波歪率（ＴＨＤ、Ｔｏｔａｌ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を低減し、力率を改善することができる。充電スイッチ１２をオンする時点とオフする時点と充電電流の量は、電流波形を入力電圧波形に近接させるためにＢ区間内で調節することができる。
【０１０７】
整流回路３から出力される電圧の大きさが再びＶａ未満の区間に到達すると、制御器２０は、再びブロックスイッチ１３をオンして、第２発光ダイオードアレイブロック２−２にのみ電流が流れるようにする。
【０１０８】
整流回路３から出力される電圧の大きさがＡ区間に到達すると、制御器２０は、一定時間経過後に放電スイッチ１１をオンしてキャパシタに充電された電気エネルギーを発光ダイオードアレイ２に供給し、発光ダイオードアレイ２が消灯してから点灯するようにする。そして、再び放電スイッチ１１をオフして発光ダイオードアレイ２を消灯させる。ここで、放電を開始して停止する時点は、発光ダイオードアレイ２の順電圧、充電容量、入力源の電圧変動、および設定駆動周波数などの変数に連動して決定する。放電開始時点と停止時点を調節して、Ａ区間で発光ダイオードアレイ２全体が消灯している時間と時間と点灯している時間を調節することができる。
【０１０９】
図３の（ａ）と（ｂ）に示すように、この時、入力端には電流がほとんど流れないが、発光ダイオードアレイ２には、充放電回路３０から供給された電気エネルギーによる電流が流れる。
【０１１０】
図４の（ａ）は、図１に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と電流波形の他の例を示す図であり、図４の（ｂ）は、図１に示した発光ダイオード駆動装置における入力源の電圧波形と  発光ダイオードアレイに印加される電流波形の他の一例を示す図である。本例では、Ｂ区間で発光ダイオードアレイ２が点滅し、発光ダイオードアレイ２の点滅周波数が２４０Ｈｚ以上に増加した。
【０１１１】
放電スイッチ１１、充電スイッチ１２の動作は、図３の（ａ）および図３の（ｂ）に示したものと同じなので、点滅スイッチ１４のＢ区間での動作とブロックスイッチ１３のＡ区間での動作についてのみ説明する。
【０１１２】
整流回路３から出力される電圧の大きさがＢ区間のうち発光ダイオードアレイ２を消灯させようとする区間に到達すると、点滅スイッチ１４をオフさせ、一定の時間経過後、再びオンさせる。Ｂ区間で一度点滅させた場合には、図４に示すように、点滅周波数が３６０Ｈｚに増加する。
【０１１３】
点滅周波数をさらに増加させる必要がある場合には、Ｂ区間で点滅回数を増加させることができる。この時、点滅スイッチ１４がオン／オフされる時間を調節すれば、デューティサイクルと周波数も調節することができる。点滅スイッチ１４がオン／オフされる時間は、負荷に印加される平均電力の大きさが一定になるように調整することが好ましい。電圧の大きさが小さい区間では、点滅スイッチ１４のオン時間を長くして、電圧の大きさが大きい場合には、点滅スイッチ１４のオン時間を短くすれば、負荷に印加される平均電力の大きさを一定にすることができる。
【０１１４】
整流回路３から出力される電圧の大きさがＡ区間に到達すると、本実施例では、ブロックスイッチ１３のオン状態が維持される。したがってＡ区間で発光ダイオードアレイ２全体ではなく、第２発光ダイオードアレイブロック２−２だけが点滅する。充電電流の制限により、充放電回路３０に充電された電圧が全体発光ダイオードアレイ２を点灯させるに足りない場合には、このように、Ａ区間でブロックスイッチ１３をオンして、第１発光ダイオードアレイブロック２−１をバイパスさせることができる。
【０１１５】
図４の（ａ）には、点滅スイッチ１４をオフする時点で発光ダイオードアレイ２に流れる電流が遮断されて、入力源の電流値が減少することが示されている。しかし、全高調波歪率を低減するために、点滅スイッチ１４がオフされる区間に充放電回路３０に流れる電流を増加させる方法により電流波形を調整することもできる。例えば、充電電流制限回路９の電流制限値を調整して、点滅スイッチ１４がオフされる区間に充放電回路３０に流れる電流を増加させることができる。
【０１１６】
図５は、本発明に係る発光ダイオード駆動装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【０１１７】
本実施例は、図１に示した実施例とブロックスイッチ１３の制御方法において異なるので、これについてのみ詳細に説明する。図１に示した実施例では、整流回路３から出力された電圧の瞬時値の変化を制御器２０から検出して、バイパス経路８のブロックスイッチ１３を制御した。しかし、本実施例では、第１発光ダイオードアレイブロック２−１に直列に設けられた電流検出回路２５から検出された電流値を用いてブロックスイッチ１３を制御するという点で差がある。図５では、第１発光ダイオードアレイブロック２−１に直列に設けられた電流検出回路２５を用いることを説明したが、第１発光ダイオードアレイブロック２−１に並列に設けられた電圧検出回路から検出された電圧値を用いてブロックスイッチ１３を制御することもできる。
【０１１８】
整流回路３から出力された電圧が増加すると、バイパス経路８の抵抗１０に流れる電流が徐々に増加する。整流回路３から出力された電圧の大きさが徐々に大きくなり、バイパス経路８の抵抗１０に印加される電圧が第１発光ダイオードアレイブロック２−１の駆動電圧以上の一定の電圧になると、抵抗１０と並列に接続されている第１発光ダイオードアレイブロック２−１および電流検出回路２５にも電流が流れる。電流検出回路２５に電流が流れ、電流検出回路２５がブロックスイッチ１３に検出信号を送信すると、ブロックスイッチ１３がオフされてバイパス経路８が遮断されることにより、発光ダイオードアレイ２全体に電流が流れる。
【０１１９】
図６は、本発明に係る発光ダイオード駆動装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【０１２０】
本実施例では、整流回路３から出力される電圧の瞬時値の変化に応じて直列に接続された第１発光ダイオードアレイブロック２−１と第２発光ダイオードアレイブロック２−２を選択的に駆動する方法において、図１に示した実施例と異なるので、これについてのみ詳細に説明する。つまり、ブロックスイッチ１５の構成において、図１に示した実施例との違いがある。
【０１２１】
本実施例は、図１に示した実施例とは異なって、整流回路３の出力側と第２発光ダイオードアレイブロック２−２の前端を接続する経路を備えて、この経路にブロックスイッチ１５が設けられる。
【０１２２】
本実施例において、制御器２０は、Ｂ区間でブロックスイッチ１５をオンして、第２発光ダイオードアレイブロック２−２にのみ電流が流れるようにする。電圧が増加して、発光ダイオードアレイ２全体を点灯できる程度になると、ブロックスイッチ１５をオフして、発光ダイオードアレイ２全体に電流が流れるようにする。Ａ区間では、ブロックスイッチ１５をオフして、放電スイッチ１１をオンし、充放電回路３０の電気エネルギーによって発光ダイオードアレイ２全体に電流が流れるようにする。点滅スイッチ１４は、全区間で引き続きオンすることができ、点滅周波数を変更する場合には、Ｂ区間でオン・オフを繰り返すことができる。
【０１２３】
図７は、本発明に係る発光ダイオード駆動装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【０１２４】
本実施例の場合には、充放電回路３０と直列に接続された放電スイッチ２７が充電スイッチの役割を同時に行う。つまり、放電スイッチ２７をオンさせると充電が進行し、オフさせると充電が停止する。そして、充電された状態で再び放電スイッチ２７をオンさせると放電が進行し、オフさせると放電が停止する。
【０１２５】
図８の（ａ）は、図７に示した発光ダイオード駆動装置で入力源の電圧波形と電流波形の一例を示す図であり、図８の（ｂ）は、図７に示した発光ダイオード駆動装置で入力源の電圧波形と発光ダイオードアレイに印加される電流波形の一例を示す図である。図８の（ａ）及び図８の（ｂ）を参照して、発光ダイオード駆動装置の１周期分の作用を説明する。
【０１２６】
制御器２０で整流回路３から出力される電圧の大きさを測定した結果、第２発光ダイオードアレイブロック２−２の駆動電圧未満であるＡ区間に属すると判断された場合には、制御器２０が放電スイッチ２７はオフさせて、ブロックスイッチ１３はオンさせる。
【０１２７】
第２発光ダイオードアレイブロック２−２の駆動電圧未満なので、図８の（ｂ）に示すように、第２発光ダイオードアレイブロック２−２に電流が流れない。そして、図８の（ａ）に示すように、力率改善回路７に正弦波状の電流が流れる。
【０１２８】
整流回路３から出力される電圧の大きさが第２発光ダイオードアレイブロック２−２の駆動電圧範囲であるＢ区間に到達すると、整流回路３から出力された電圧が第２発光ダイオードアレイブロック２−２の駆動電圧以上になるので、第２発光ダイオードアレイブロック２−２が点灯する。バイパス経路８のブロックスイッチ１３がオンされているので、第１発光ダイオードアレイブロック２−１には電流が流れない。第２発光ダイオードアレイブロック２−２に流れる電流は、整流回路３から出力される電圧の大きさが増加するにつれて増加するが、電圧または電流制限回路４によって一定のレベル以上には増加しない。
【０１２９】
整流回路３から出力される電圧の大きさが発光ダイオードアレイ２全体を点灯できる区間に到達すると、制御器２０は、ブロックスイッチ１３をオフさせる。バイパス経路のブロックスイッチ１３がオフされたので、発光ダイオードアレイ２全体が点灯する。この時、図８の（ｂ）に示すように、発光ダイオードアレイ２には、電圧または電流制限回路４によって制限された電流が流れる。
【０１３０】
そしてＢ区間の放電スイッチ２７がオンされた時点からは充放電回路３０にも電流が流れる。したがって、図８の（ａ）に示すように、回路の入力端に流れる電流値が大きくなる。発光ダイオードアレイ２に流れる電流は、電流または電圧制限回路４によって制限されて一定に維持される、回路の入力端に流れる電流値は、充放電回路３０に流れる電流値だけ増加する。充放電回路３０に流れる電流値は、充電電流制限回路９によって制限される。
【０１３１】
整流回路３から出力される電圧の大きさが再び減少すると、制御器２０は、再びブロックスイッチ１３をオンさせて、第２発光ダイオードアレイブロック２−２にのみ電流が流れるようにする。
【０１３２】
Ｂ区間で放電スイッチ２７がオフされると、充放電回路３０は、第２発光ダイオードアレイブロック２−２と分離されて電気エネルギーが保存された状態で維持される。
【０１３３】
整流回路３から出力される電圧の大きさがＡ区間に到達すると、制御器２０は、一定時間経過後に放電スイッチ２７をオンしてキャパシタに充電された電気エネルギーを発光ダイオードアレイ２に供給し、発光ダイオードアレイ２が消灯してから点灯するようにする。そして再び放電スイッチ２７をオフして発光ダイオードアレイ２を消灯させる。
【０１３４】
図９は、本発明に係る発光ダイオード駆動装置のさらに他の実施例を概略的に示す図である。
【０１３５】
本実施例では、発光ダイオードアレイ２の構成において、上述した実施例と異なる本実施例において、発光ダイオードアレイ２は、３つのブロック２−１、２−２ａ、２−２ｂを含む。発光ダイオードアレイ２は、Ｂ区間で整流回路３から出力される電圧の大きさが増加するにつれて、最初は第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａが点灯され、以降は第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａと第３発光ダイオードアレイブロック２−２ｂが一緒に点灯される。そして、電圧の大きさがさらに増加すると、全体発光ダイオードアレイ２が点灯される。つまり、Ｂ区間で電圧が増加するにつれて、点灯される発光ダイオードの数が増加する。
【０１３６】
本実施例において、Ｂ区間の初期には第１ブロックスイッチ１６ａがオンされて、第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａにのみ電流が流れる。そして、電圧が増加して、第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａと第３発光ダイオードアレイブロック２−２ｂが一緒に点灯できる状態になると、第１ブロックスイッチ１６ａがオフされて、  第２ブロックスイッチ１６ｂがオンされ、第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａと第３発光ダイオードアレイブロック２−２ｂに電流が流れる。そして、電圧がさらに増加すると、第１ブロックスイッチ１６ａと第２ブロックスイッチ１６ｂが全てオフされて、全体発光ダイオードアレイ２に電流が流れる。
【０１３７】
Ａ区間では、充放電回路３０から出力される電圧の大きさが減少するにつれて、点灯される発光ダイオードアレイブロックの数が減少するようにブロックスイッチが制御されることができる。充放電回路３０に十分な電気エネルギーが保存されている場合には、全体発光ダイオードアレイ２が点灯した後、一定時間経過後に消灯することがあるが、充電電流制限によって十分な電気エネルギーが保存されていない場合には、充放電回路３０から出力される電圧の大きさが減少するにつれて、発光ダイオードアレイブロックの数が減少して、一定時間経過後に全体が消灯されるように、ブロックスイッチが制御されることができる。
【０１３８】
図１０?１２は、本発明に係る発光ダイオード駆動装置の他の実施例の一部を概略的に示す図である。
【０１３９】
図１０は、Ｂ区間の初期には、第１ブロックスイッチ１７ａがオンされて、第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａのみ電流が流れる。そして、電圧が増加して、第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａと第３発光ダイオードアレイブロック２−２ｂが一緒に点灯できる状態になると、第１ブロックスイッチ１７ａがオフされて、第２ブロックスイッチ１７ｂがオンされ、第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａと第３発光ダイオードアレイブロック２−２ｂに電流が流れる。そして、電圧がさらに増加すると、第１ブロックスイッチ１７ａと第２ブロックスイッチ１７ｂが全てオフされて、全体発光ダイオードアレイ２に電流が流れる。
【０１４０】
図１１は、Ｂ区間の初期には、第１ブロックスイッチ１８ａと第２ブロックスイッチ１８ｂが全てオンされて、第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａにのみ電流が流れる。そして、電圧が増加して、第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａと第３発光ダイオードアレイブロック２−２ｂが一緒に点灯できる状態になると、第１ブロックスイッチ１８ａがオフされ、第２発光ダイオードアレイブロック２−２ａと第３発光ダイオードアレイブロック２−２ｂに電流が流れる。そして、電圧がさらに増加すると、第１ブロックスイッチ１８ａと第２ブロックスイッチ１８ｂが全てオフされて、全体発光ダイオードアレイ２に電流が流れる。
【０１４１】
図１２は、図５に示した実施例と同様に、第３発光ダイオードアレイブロック２−２ｂと第１発光ダイオードアレイブロック２−１に流れる電流を電流検出回路２５で検出して、第１ブロックスイッチ１９ａと第２ブロックスイッチ１９ｂを制御するという点で、図１０に示した実施例と異なる。
【０１４２】
上述した実施例はあらゆる点で例示的なものであり、本発明を限定するものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は、前記詳細な説明によるより特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味および均等範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲に含まれる。
【０１４３】
つまり、発光ダイオードアレイのブロックに選択的に電流を流すためのブロックスイッチは、上述した実施例の他に様々な形で実装することができ、その変形された形態も本発明の範囲に含まれる。
【０１４４】
また、図９?１２には、発光ダイオードアレイが三つの発光ダイオードアレイブロックを含むものと説明したが、４つ以上の発光ダイオードアレイブロックを含むこともできる。
【符号の説明】
【０１４５】
１：交流電圧源
２：発光ダイオードアレイ
２−１：第１発光ダイオードアレイブロック
２−２：第２発光ダイオードブロック
３：整流回路
７：力率改善回路
８：バイパス経路
９：充電電流制限回路
１１、２７：放電スイッチ
１２：充電スイッチ
１３、１５：ブロックスイッチ
１４：点滅スイッチ
２０：制御器
２５：電流検出回路
３０：充放電回路
【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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【国際調査報告】
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