JP2013229560A

JP2013229560A - Ｌｅｄ駆動装置及びｌｅｄ駆動方法

Info

Publication number: JP2013229560A
Application number: JP2012283137A
Authority: JP
Inventors: Satomi Matsumura; 聡見松村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-11-07
Also published as: BR102013005630A2; KR20130111374A; US20130257707A1; CN103366687A; EP2648485A1; CN103366687B

Abstract

【課題】シンプルな電源回路の構成で、明滅の応答性が速いＬＥＤを目に優しく点灯／消灯させることができるＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ点灯装置は、直流電源１の出力電圧を経時的に上昇または降下させてＬＥＤ４に印加する電圧可変手段とを備えている。電圧可変手段は、直流電源１に直列に接続された抵抗２とこの抵抗２を介して直流電源１に並列に接続されたコンデンサ３とによって構成されるＣＲ時定数回路で構成される。これによって、ＬＥＤ４の点灯時には、ＣＲ時定数回路によってコンデンサ３の電圧が徐々に上がるので、ＬＥＤ４は徐々に明るくなる。また、ＬＥＤ４の消灯時には、ＣＲ時定数回路によってコンデンサ３の電圧を直流電源１側へ徐々に放電させるので、ＬＥＤ４は徐々に暗くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源によってＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：発光ダイオード）を駆動するＬＥＤ駆動装置に関する。

ＬＥＤは、フィラメントを用いた電球や蛍光灯などに比べて長寿命かつ低消費電力であると共に、明滅に対する応答性が非常によいことから、照明装置、テレビなどのバックライト装置、インジケータランプ、及びメータ等の各種表示機器などの用途に急激に普及している。

関連技術として、高周波電源の微小発振電圧を利用してコンデンサに電荷を蓄積することにより、該コンデンサの電圧が所定値以上になったときにＬＥＤを点灯させる技術が開示されている（特許文献１参照）。この公報に記載された技術によれば、係る高周波電源で点灯する白熱灯のフィラメントが切れたとき、係る高周波電源にバイパス接続された整流回路に並列接続されている該コンデンサに対して、該高周波電源の微小発振電圧による電荷が徐々に蓄積される。このため、該コンデンサの電圧が上昇するにしたがって、該コンデンサに並列に接続された該ＬＥＤが緩やかに明るく発行する。従って、該公報に記載された技術によれば、係る白熱灯のフィラメントが切れたときでも、該ＬＥＤの発光状態を確認することにより、利用者は、該高周波電源の点灯回路が動作中であるか否かを確認することができる。

特開平８−２６４２８２号公報

ところが、ＬＥＤは、光量が急激に変わるために明滅に対する応答性が非常に速いことから、点灯あるいは消灯に際しての明るさが急峻に変化する。そのため、利用者は、ＬＥＤの明滅に対して虹彩の絞り機能が追いつかず、眩輝感を感じることがある。

尚、特許文献１の技術は、白熱灯が切れたときの微小発振電圧によるコンデンサへの電荷蓄積を利用してＬＥＤを点灯する技術であり、ＬＥＤの発光に際しての光量の急激な変化による利用者の眩輝感を軽減するとはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされた。本発明は、ＬＥＤの点灯及び消灯に際しての発光光度の急激な変化による利用者の眩輝感を軽減することができるＬＥＤ駆動装置などを提供することを主たる目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のＬＥＤ駆動装置は、直流電源がＬＥＤへ電圧の印加を開始する際に、そのＬＥＤの発光光量が経時的に増加するよう制御し、前記直流電源が該ＬＥＤへの電圧の印加を終了する際に、該ＬＥＤの発光光量が経時的に減少するよう制御することを特徴とする。

また、本発明のＬＥＤ駆動方法は、ＬＥＤを駆動する直流電源と該ＬＥＤとの間に制御回路を設け、前記直流電源を用いて前記ＬＥＤに電圧の印加を開始する際に、前記ＬＥＤの発光光量が経時的に増加させ、前記直流電源が前記ＬＥＤへの電圧の印加を終了する際に、前記ＬＥＤの発光光量が経時的に減少させることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤによる眩輝感を軽減させることができる。

本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の回路構成図である。本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の回路構成図である。図２に示すＬＥＤ点灯装置によるＬＥＤへの印加電圧波形である。本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の回路構成図である。図４に示すＬＥＤ点灯装置の液晶パネルにおける透過率の時間変化を示す特性図である。

概要
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。はじめに、本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動装置は、例えば、次に示すような構成によって実現される。

（１）直流電源の出力側に、制御回路として、抵抗を介して充電するコンデンサを設け、ＣＲ（ＣｏｎｄｅｎｓｅｒａｎｄＲｅｓｉｓｔｏｒ）時定数に応じて該コンデンサの電圧を徐々に上昇させることにより、該コンデンサと並列に接続されたＬＥＤの印加電圧を徐々に上昇させる。これによって、係るＬＥＤの発光光度を徐々に明るくする。

（２）直流電源の出力側に、その直流電源によってパルス幅変調制御（ＰＷＭ：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行うドライブ回路を制御回路として設け、ＰＷＭ波形のデューティ比を徐々に大きくすることによって該ドライブ回路の出力電圧によって該コンデンサに充電しながら、該コンデンサの電圧を該ＬＥＤに印加する。これによって、該ＬＥＤの発光照度を徐々に明るくすることができる。

（３）バックライト用のＬＥＤの前面に設けた液晶パネルの印加電圧を徐々に変更することにより、液晶パネルの透過率を徐々に高くする。これによって、係る液晶パネルの前面における発光光度を徐々に明るくする。

上記ＬＥＤ駆動方法によれば、明滅に対する応答性が速いＬＥＤの点灯及び消灯に際しての点灯状態の過渡特性（経時的な変化）を、フィラメントを用いた電球の点灯動作及び消灯動作に近付けることができるので、係るＬＥＤによる使用者の眩輝感を軽減することができる。

次に、上述したＬＥＤ駆動装置のより具体的な幾つかの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態を説明するための全図において、同一の要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ駆動装置の回路構成図である。このＬＥＤ駆動装置は、直流電源１のプラス側端子に抵抗２の一端が接続され、該抵抗２の他端がコンデンサ３のプラス側端子に接続されている。そして、ＬＥＤ駆動装置は、該コンデンサ３のマイナス側端子が直流電源１のマイナス側端子に接続され、該コンデンサ３のプラス側端子にＬＥＤ４のアノードが接続され、そして、該コンデンサ３のマイナス側端子に該ＬＥＤ４のカソードが接続されている。

すなわち、一般的なＬＥＤ駆動装置は、直流電源１のプラス側端子から電流制限用の抵抗２のみが接続されてＬＥＤ４のアノードが接続されている。ところが、本実施形態のＬＥＤ駆動装置には、抵抗２の出力側において、ＬＥＤ４とコンデンサ３とが並列に接続されている。係る並列接続により、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置では、電流制限用の抵抗２とコンデンサ３とによってＣＲ時定数回路が構成される。

したがって、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置が起動すると、直流電源１によって印加された電圧によって、コンデンサ３は、抵抗２とコンデンサ３とによって構成されるＣＲ時定数に依存した過渡的（経時的）な状況において充電される。そのため、コンデンサ３の電圧は緩やかに上昇するので、ＬＥＤ４に印加する電圧も緩やかに上昇する。その結果、係るＬＥＤ駆動装置が動作を開始する際に、ＬＥＤ４の光量は緩やかに増加するので、該ＬＥＤ４が急激に明るく発光するのを防ぐことができる。

また、ＬＥＤ駆動装置の停止に際して（即ち、停止する過程において）、コンデンサ３に充電されていた電圧は、抵抗２とコンデンサ３とによって構成されるＣＲ時定数に依存した状態において、直流電源１側に放電される。そのため、コンデンサ３の電圧は緩やかに降下するので、ＬＥＤ４に印加される電圧も緩やかに降下する。その結果、係るＬＥＤ駆動装置の停止に際して、ＬＥＤ４の光量が緩やかに減少するので、該ＬＥＤ４の発光状態が急激に暗くなるのを防ぐことができる。

すなわち、本実施形態のＬＥＤ駆動装置による動作及び停止に際しては、抵抗２とコンデンサ３とによって構成されるＣＲ時定数に起因して、コンデンサ３の電圧が緩やかに上昇または降下する。その結果、コンデンサ３と並列に接続されたＬＥＤ４の印加電圧を緩やかに上昇または降下するので、ＬＥＤ４の光量の急激な変化を防ぐことができる。従って、本実施形態によれば、使用者の目に優しい照明を実現することができる。

第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ駆動装置の回路構成図である。図３は、図２に示すＬＥＤ駆動装置によるＬＥＤへの印加電圧の波形を例示する図であり、横軸に時間を示し、縦軸に駆動電圧を示している。

図２に示すように、第２実施形態に係るＬＥＤ駆動装置は、直流電源１にドライブ回路５が接続されている。このドライブ回路５は、パルス幅変調制御（ＰＷＭ：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行う。ドライブ回路５に接続されたＬＥＤ４は、ドライブ回路５の出力を駆動電源として駆動される。ドライブ回路５は、図２に示すように、ＰＷＭ回路５ａと、その出力に並列に接続されたコンデンサ５ｂとによって構成されている。

すなわち、図３に示すように、ドライブ回路５が起動すると、ＰＷＭ回路５ａによるＰＷＭのデューティ比（つまり、１サイクル期間に対するＯＮ期間の比）が最小値（例えば、デューティ比０．１）から最大値（例えば、デューティ比０．９）まで徐々に増加する。その際、デューティ比は、最大値を１．０まで増加させてもよい。これによって、ＰＷＭ回路５ａの出力側に並列に接続されたコンデンサ５ｂの電圧が徐々に上昇する。

したがって、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置によれば、起動に際して（即ち、起動する過程において）、例えば、電源電圧の１０分の１の電圧がＬＥＤ４に印加され、これにより、徐々にＬＥＤ４の印加電圧を上昇する。その結果、ＬＥＤ４は、発光に際して光量が緩やかに増加するので、発光光度が急激に大きくなるのを防ぐことができる。

また、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置において、ＬＥＤ４の消灯する際に（即ち、消灯する過程において）、ドライブ回路５が停止すると、ＰＷＭ回路５ａのＰＷＭのデューティ比が最大値（例えば、デューティ比０．９）から最小値（例えば、デューティ比０．１）まで徐々に減少する。したがって、ＰＷＭ回路５ａに並列に接続されたコンデンサ５ｂの電圧も徐々に降下する。これによって、係るＬＥＤ駆動装置の停止する際には、ＬＥＤ４の印加電圧を徐々に降下する。その結果、ＬＥＤ駆動装置の停止する際においても、ＬＥＤ４の光量が緩やかに減少するので、該ＬＥＤ４が急激に暗くなるのを防ぐことができる。

すなわち、第２実施形態のＬＥＤ駆動装置では、ドライブ回路５におけるＰＷＭ回路５ａのＰＷＭ制御によってＬＥＤ４を駆動することにより、係るＰＷＭ制御におけるデューティ比を適切に制御することができる。その結果、点灯及び消灯に伴って（即ち、点灯及び消灯に際して）、ＬＥＤ４の印加電圧は、徐々に上昇または降下するので、ＬＥＤ４の明るさが急激に変わることを防ぐことができる。

第３実施形態
図４は、本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ駆動装置の回路構成図である。また、図５は、図４に示すＬＥＤ駆動装置の液晶パネルにおける透過率の時系列的な変化を示す特性図であり、横軸に時間を示し、縦軸に液晶パネルの透過率を示す。図４に示すように、本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ駆動装置は、直流電源１から電流制限抵抗６とＬＥＤ４が直列に接続されている。さらに、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置には、バックライト用のＬＥＤ４に近接した位置に液晶パネル７が配置されている。また、液晶パネル７は、液晶駆動回路８によって駆動電圧が印加される。

液晶パネル７には、例えば、ノーマリホワイト方式またはノーマリブラック方式の液晶パネルを使用することができる。液晶パネル７がノーマリホワイト方式の場合、液晶パネル７は、液晶駆動回路８による印加電圧がゼロのときに透過率が最大で、液晶駆動回路８による印加電圧が上昇するのにしたがって透過率は徐々に低くなる。一方、液晶パネル７がノーマリブラック方式の場合、液晶パネル７は、液晶駆動回路８による印加電圧がゼロのときに透過率が最小で、液晶駆動回路８の印加電圧が上昇するのにしたがって透過率は徐々に高くなる。

直流電源１から電流制限抵抗６を介してとＬＥＤ４へ印加される電圧はほぼ一定であるので、該ＬＥＤ４の明るさはほぼ一定である。但し、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置の起動に際して、液晶駆動回路８による液晶パネル７への印加電圧を変更することとする。例えば、ノーマリホワイト方式の液晶パネル７を用いた場合は、ＬＥＤ駆動装置の起動に際して液晶駆動回路８による印加電圧を最大にする。これによって、液晶パネル７の透過率は最小となる。そして、時間の経過とともに液晶駆動回路８の印加電圧を降下して行くと、図５に示すように、時間の経過とともに液晶パネル７の透過率が高くなってゆく。これによって、ＬＥＤ駆動装置の起動に際して、バックライトとしてＬＥＤ４によって照明される液晶パネル７の表面は暗いが、時間の経過とともに液晶パネル７の表面は明るくなる。

また、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置は、停止に際して、直流電源１による電圧の印加を停止する前に、液晶駆動回路８の印加電圧を徐々に大きくする。これにより、液晶パネル７の透過率が徐々に低くなるので、バックライトとしてＬＥＤ４によって照明される液晶パネル７の表面を緩やかに暗くすることができる。そして、直流電源１は、液晶駆動回路８による印加電圧が最大になった後に、電圧の印加を停止する。

また、ノーマリブラック方式の液晶パネル７を用いた場合、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置は、起動に際して、液晶駆動回路８による印加電圧を最小にする。これによって、液晶パネル７の透過率は最小となる。そして、時間の経過とともに液晶駆動回路８による印加電圧を大きくすると、図５に示すように、時間の経過とともに液晶パネル７の透過率が高くなる。これによって、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置は、起動に際して、バックライトとしてＬＥＤ４によって照明される液晶パネル７の表面は暗い状態であるが、時間の経過とともに液晶パネル７の表面は明るくなる。

また、係るＬＥＤ駆動装置は、停止に際して、直流電源１による電圧の印加を停止する前に、液晶駆動回路８による印加電圧を徐々に低くする。これにより、液晶パネル７の透過率が徐々に低くなるので、バックライトとしてＬＥＤ４によって照明される液晶パネル７の表面を緩やかに暗くすることができる。そして、直流電源１は、液晶駆動回路８の印加電圧が最小になった後に、電圧の印加を停止する。

すなわち、第３実施形態のＬＥＤ駆動装置において、ＬＥＤ４が液晶ディスプレイ（液晶パネル７）のバックライトなどに使用されている場合は、液晶駆動回路８による印加電圧を徐々に変化させる。このようにして、ＬＥＤ４の前面にある液晶パネル７の透過率を適切に制御することにより、結果として、液晶パネル７の表面における明るさの急激な変化を防止することができる。

まとめ
以上説明した本発明の各実施形態に係るＬＥＤ駆動装置によれば、ＣＲ時定数の利用や、ＰＷＭ制御におけるデューティ比の変更により、ＬＥＤ４の印加電圧を徐々に変更する（第１及び第２実施形態）。これによって、ＬＥＤ４の点灯及び消灯に際して、該ＬＥＤ４の明るさ（発光光度）を徐々に変えることができる。あるいは、バックライトとして用いるＬＥＤ４の前面に設けた液晶パネル７の印加電圧を徐々に変更することによって該液晶パネル７の透過率を徐々に変更する（第３実施形態）。これによって、液晶パネル７の表面の明るさを徐々に変えることができる。

上述した各実施形態に係るＬＥＤ駆動装置と関連技術としての特許文献１に開示された技術とを対比すると、この技術は、高周波電源の微小発振電圧による充電によって、ＬＥＤに並列に接続されたコンデンサの電圧を徐々に上昇させているので、ＣＲ時定数回路を設ける必要はない。すなわち、係る技術において、コンデンサの出力側に存在する抵抗は、発光ダイオードの電流制限抵抗であって、ＣＲ時定数回路を構成する素子ではない。一方、本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯回路は、コンデンサ３の入力側に抵抗２を設けることによってＣＲ時定数回路を構成することにより、ＬＥＤ４への印加電圧（コンデンサ電圧）を徐々に大きくする。このため、係る第１の実施形態において、ＣＲ時定数回路は必須の構成である。

以上、本発明の実施形態の幾つかについて詳細に説明したが、本発明の具体的な構成は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、それらは本発明に含まれる。例えば、ソフトウエアによる電圧制御によって、ＬＥＤ４が明滅するときの明るさの過渡特性を緩やかにしても、フィラメントを用いた電球の明滅に近づけることもできる。

なお、上述した各実施形態で述べた直流電源１は、通常は、商用電源などの交流電源を入力電源として、整流回路とコンデンサとによって実現することができる。

上述した各実施形態を例に説明した本発明は、ＬＥＤの点灯および消灯に伴う過渡的な明るさ（即ち、発光光度）の変化を緩やかにすることができる。係る本発明は、例えば、照明装置、テレビなどのバックライトの液晶ディスプレイ、及びインジケータランプなど様々な電子機器（電気機器）に有効に利用することができる。具体的には、例えば、各種機器の動作状態を示すインジケータ、７セグメント表示器、及び、自動車のブレーキランプやウインカやライトなどに有効に利用することができる。

１直流電源
２抵抗
３、５ｂコンデンサ
４ＬＥＤ
５ドライブ回路（電圧可変手段）
５ａＰＷＭ回路
６電流制限抵抗
７液晶パネル
８液晶駆動回路

Claims

直流電源がＬＥＤへ電圧の印加を開始する際に、そのＬＥＤの発光光量が経時的に増加するよう制御し、前記直流電源が該ＬＥＤへの電圧の印加を終了する際に、該ＬＥＤの発光光量が経時的に減少するよう制御することを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
前記ＬＥＤへの印加電圧を経時的に上昇または降下させることにより、前記ＬＥＤの発光光量の変化を実現する電圧可変手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記電圧可変手段は、前記ＬＥＤの点灯に際して、出力電圧を経時的に上昇させ、該ＬＥＤの消灯に際しては、該出力電圧を経時的に降下させることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記電圧可変手段は、パルス幅変調によって出力電圧のデューティ比を徐々に変化させるＰＷＭ回路と、該ＰＷＭ回路の出力側に並列に接続されたコンデンサとを含むドライブ回路であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記ＰＷＭ回路は、前記ＬＥＤの点灯に際して、前記デューティ比を徐々に高くし、該ＬＥＤの消灯に際しては該デューティ比を徐々に低くすることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記電圧可変手段は、前記直流電源に直列に接続された抵抗と、該抵抗を介して該直流電源に並列に接続されたコンデンサとによって構成されるＣＲ時定数回路であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記ＬＥＤによって照明される液晶パネルに印加する電圧を変更することにより、該液晶パネルの透過率を変更する液晶駆動回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記液晶パネルはノーマリホワイト方式の液晶パネルであって、前記液晶駆動回路は、前記ＬＥＤの点灯に際して、前記液晶パネルに印加する電圧を相対的に高い電圧値から徐々に降下させ、該ＬＥＤの消灯に際しては、該液晶パネルに印加する電圧を相対的に低い電圧値から徐々に上昇させることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記液晶パネルはノーマリブラック方式の液晶パネルであって、前記液晶駆動回路は、前記ＬＥＤの点灯に際して、前記液晶パネルに印加する電圧を相対的に低い電圧値からから徐々に上昇させ、該ＬＥＤの消灯に際して、該液晶パネルに印加する電圧を相対的に高い電圧値から徐々に降下させることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤ駆動装置。
ＬＥＤを駆動する直流電源と該ＬＥＤとの間に制御回路を設け、前記直流電源を用いて前記ＬＥＤに電圧の印加を開始する際に、前記ＬＥＤの発光光量が経時的に増加させ、前記直流電源が前記ＬＥＤへの電圧の印加を終了する際に、前記ＬＥＤの発光光量が経時的に減少させることを特徴とするＬＥＤ駆動方法。