JP6681550B2 - 点灯装置 - Google Patents

Description

本開示は、固体発光素子に定電流を供給する点灯装置に関する。

特許文献１は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の固体発光素子に定電流を供給する点灯装置を開示する。調光機能を有する点灯装置が各種提案されている。特許文献１が開示する点灯装置では、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣコンバータにおけるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって調光機能を実現することができる。

しかしながら、特許文献１の点灯装置では、ＰＷＭ制御において、定電流動作を維持できるオン・デューティにより表示される最低階調値（０よりも大きく、かつ、最も小さいオン・デューティで表示される輝度）が相対的に大きいという問題がある。なお、オン・デューティとは、休止状態の継続期間に対する動作状態の継続期間の比率のことである。ＰＷＭ制御により明るさが制御される点灯装置では、オン・デューティが小さいほど輝度は低くなる。

例えば、特許文献１の点灯装置では、ＰＷＭ制御において、定電流動作を維持できるオン・デューティの最低階調値は１％程度であり、例えば０．２％といった極めて低いオン・デューティを実現することは困難である。そのために、その点灯装置を、例えば、液晶表示装置のバックライトに適用した場合には、極めて低い輝度の表示を実現することは困難である。

特開２０１２−２０４３６０号公報

本開示は、従来よりも低輝度で固体発光素子を点灯させることができる点灯装置を提供する。

本開示における点灯装置は、固体発光素子に定電流を供給する点灯装置である。この点灯装置は、直流電圧から固体発光素子に印加するための直流電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、駆動回路と、遅延回路と、を備える。駆動回路は、固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子に印加されているか否かを示すフィードバック信号と、固体発光素子に電流を流す期間である電流供給期間を示すＰＷＭ信号と、を生成し、ＰＷＭ信号によって定まるオン・デューティの期間に、固体発光素子に対して電流を供給する。遅延回路は、駆動回路で生成されたＰＷＭ信号に対して、電流供給期間の開始タイミングを第１遅延量だけ遅延させることによって遅延ＰＷＭ信号を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング素子と、制御回路と、を有する。制御回路は、遅延ＰＷＭ信号によって定まるオン・デューティの期間に、スイッチング素子に対して、駆動回路から生成されるフィードバック信号に応じたスイッチングを行わせる制御をする。

本開示における点灯装置は、従来よりも低輝度で固体発光素子を点灯させることができる。

図１は、実施の形態１における点灯装置の回路構成の一例を模式的に示す図である。 図２は、実施の形態１における点灯装置が備えるドライバの回路構成の一例を模式的に示す図である。 図３は、実施の形態１における点灯装置が備える遅延回路の回路構成の一例を模式的に示す図である。 図４は、実施の形態１における点灯装置が備える制御回路の回路構成の一例を模式的に示す図である。 図５は、実施の形態１における点灯装置が備える遅延回路の動作の一例を示すタイミング図である。 図６は、実施の形態１における点灯装置が備えるＤＣ／ＤＣコンバータの動作の一例を示すタイミング図である。 図７Ａは、固体発光素子に定電流を供給する点灯装置の通常の動作を示すタイミング図である。 図７Ｂは、図７Ａに示されるタイミングで動作する理想的な点灯装置の調光特性を示す図である。 図８Ａは、従来の点灯装置の動作を示すタイミング図である。 図８Ｂは、図８Ａに示されるタイミングで動作する従来の点灯装置の調光特性を示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
実施の形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

図７Ａは、固体発光素子に定電流を供給する点灯装置の通常の動作を示すタイミング図である。固体発光素子は、例えばＬＥＤ、等である。また、通常の動作とは、理想的な動作のことであり、求められる動作のことである。

この点灯装置は、ＰＷＭ制御による調光機能を有するチョッパ型のＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を備える。

図７Ａの（ａ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータに入力されるＰＷＭ信号を示す。ＰＷＭ信号は、固体発光素子に電流を流す期間である電流供給期間を指定する論理信号である。ＰＷＭ信号は、外部からの調光指示に基づいて生成される、所定の周波数（例えば、１２０Ｈｚ）で、かつ、オン・デューティの期間が可変な信号、である。なお、調光指示とは、調光のレベルを指示する信号であり、例えば、ＰＷＭ制御におけるオン・デューティ（％）を特定する信号である。

図７Ａの（ｂ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータに入力されるフィードバック（以下、「ＦＢ」と記す）信号を示す。ＦＢ信号は、固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧（以下、「必要電圧」とも記す）が固体発光素子に印加されているか否かを示す信号であり、固体発光素子を流れる電流を検知することで生成される。例えば、ＦＢ信号は、必要電圧より高い電圧が固体発光素子に印加されている場合にオープン状態（以下、「Ｈｉｇｈ」とも記す）となり、必要電圧より低い電圧が固体発光素子に印加されている場合にグランド電位（以下、「Ｌｏｗ」とも記す）となる信号である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、このＦＢ信号に基づいてチョッピング動作をする。

図７Ａの（ｃ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータが有するチョッパ回路を構成するスイッチング素子をスイッチングさせるための制御信号（以下、「スイッチング信号」と記す）を示す。スイッチング信号は、図７Ａに示すように、ＰＷＭ信号のＨｉｇｈ期間に現われるパルス列であり、所定の周波数（例えば、１００ｋＨｚ）のパルス列である。

図７Ａの（ｄ）は、点灯装置の出力電圧、すなわち、固体発光素子に印加される電圧（以下、「電圧ＶＬＥＤ」と記す）、を示す。なお、図７Ａの（ｄ）には、電圧ＶＬＥＤと合わせて、固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧（すなわち、必要電圧）の値を破線で示している。図７Ａに示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータによる制御により、電圧ＶＬＥＤが必要電圧より高い場合にはＦＢ信号はオープン状態となり、その結果、電圧ＶＬＥＤが下げられる。一方、電圧ＶＬＥＤが必要電圧より低い場合にはＦＢ信号はグランド電位（Ｌｏｗ）となり、電圧ＶＬＥＤが上げられる。その結果、ＦＢ信号に基づく制御により、電圧ＶＬＥＤは、必要電圧に維持される。

図７Ａの（ｅ）は、点灯装置からの出力電流、すなわち、固体発光素子を流れる電流（以下、「電流ＩＬＥＤ」と記す）、を示す。なお、図７Ａの（ｅ）には、電流ＩＬＥＤと合わせて、ＰＷＭ信号に対応する目標となる電流（以下、「設定電流」と記す）の値を破線で示している。図７Ａに示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータによる制御により、ＰＷＭ信号のＨｉｇｈ期間において、電流ＩＬＥＤは、設定電流と同じ大きさで流れる。

図７Ｂは、図７Ａに示されるタイミングで動作する理想的な点灯装置の調光特性を示す図である。図７Ｂには、ＰＷＭ信号のオン・デューティ（横軸）と固体発光素子の輝度（縦軸）との関係を示す。

図７Ｂからわかるように、理想的な点灯装置では、ＰＷＭ信号のオン・デューティと固体発光素子の輝度（すなわち、点灯装置の出力電流）とは、原点を通る直線の関係（比例関係）を有する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータに与えるＰＷＭ信号のオン・デューティを０〜１００％の間で変化させることで、消灯状態の最低輝度から最高輝度までの任意の輝度で固体発光素子を点灯させることができる。

図８Ａは、従来の点灯装置の動作を示すタイミング図である。従来の点灯装置は、例えば特許文献１に示される点灯装置である。

図８Ａの（ａ）〜（ｅ）は、図７Ａの（ａ）〜（ｅ）に対応するので重複する説明は省略する。ここでは、０．２％という極めて低いオン・デューティのＰＷＭ信号がＤＣ／ＤＣコンバータに与えられた場合の動作を示している。

例えば、ＰＷＭ信号の周波数が１２０Ｈｚであれば、０．２％のオン・デューティは、１６．７μｓｅｃ（１／１２０×０．２／１００）となる。また、スイッチング信号の発振周波数が１００ＫＨｚ（周期が１０μｓｅｃ）であれば、ＰＷＭ信号の一つの０．２％のオン・デューティの期間に、２つのパルス信号（発振回数が２回のスイッチング信号）がスイッチング素子に供給される（図８Ａの（ａ）および（ｃ）参照）。

一般的に、ＦＢ信号は、固体発光素子に印加される電圧（又は、電流）を監視することで検出されるために、ＰＷＭ信号よりも遅れてＤＣ／ＤＣコンバータに入力される（図８Ａの（ｂ）参照）。図８Ａでは、一例として、ＰＷＭ信号のオン・デューティの開始タイミングよりも４μｓｅｃだけ遅れてＦＢ信号がＤＣ／ＤＣコンバータに入力される様子を示している。

ＰＷＭ信号のオン・デューティの開始タイミングからＦＢ信号が入力されるまでの遅延時間においては、「ＦＢ信号はオープン状態（Ｈｉｇｈ）である」とＤＣ／ＤＣコンバータで判断される。その結果、スイッチング信号における１つ目のパルス信号は、そのオン・デューティが短縮され、短いオン・デューティの期間を有するパルス信号となってしまう（図８Ａの（ｃ）参照）。

そのために、図８Ａの（ｄ）に示すように、固体発光素子に印加される電圧ＶＬＥＤは下降し、固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧（破線で示す必要電圧）まで昇圧されない状態となる。したがって、図８Ａの（ｅ）に示すように、固体発光素子を流れる電流ＩＬＥＤは、ＰＷＭ信号に対応する目標となる電流（破線で示す設定電流）に達しない状態（すなわち、定電流動作が維持されない状態）となる。

このような原因により、従来の点灯装置の調光特性は、図８Ｂに示す通りとなる。図８Ｂは、図８Ａに示すタイミングで動作する従来の点灯装置の調光特性を示す図である。図８Ｂには、図７Ｂと同様に、ＰＷＭ信号のオン・デューティ（横軸）と固体発光素子の輝度（縦軸）との関係を示す。

図８Ｂには、あるＰＷＭ信号のオン・デューティの値を境に、傾斜が急な直線と傾斜が緩やかな直線とが描かれている。

図８Ｂに示す緩やかな傾斜の直線（調光特性の右側）からわかるように、ＰＷＭ信号のオン・デューティがある程度大きい場合には、オン・デューティの期間におけるスイッチング信号の発振回数（パルス信号のパルス数）が多いために、ＦＢ信号の遅れの影響を実質的に無視することができる。そのため、ＰＷＭ信号のオン・デューティと固体発光素子の輝度とは比例関係が維持される。

ところが、図８Ｂに示す急な傾斜の直線（調光特性の左側）からわかるように、ＰＷＭ信号のオン・デューティがある程度小さい場合には、図８Ａに示した動作により、定電流動作が維持されない。そのため、ＰＷＭ信号のオン・デューティを小さくしたときに急激に固体発光素子の輝度が低下し、固体発光素子が点灯しない状態になってしまうこともある。

このように、従来の点灯装置では、ＰＷＭ信号のオン・デューティを、例えば０．２％といった極めて低い値に設定した場合には、定電流動作が維持されない。言い換えると、従来の点灯装置では、定電流動作を維持できるオン・デューティにより表示される最低階調値（０よりも大きく、かつ、最も小さいオン・デューティで表示される輝度）が比較的大きい。

本開示は、従来よりも低輝度で固体発光素子を点灯させることができる点灯装置を提供することを目的とする。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、すでによく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、動作タイミング、等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明する。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成要素については同じ符号を付している。

（実施の形態１）
以下、図１〜図６を用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１．構成］
［１−１−１．点灯装置の構成］
図１は、実施の形態１における点灯装置１０の回路構成の一例を模式的に示す図である。

点灯装置１０は、固体発光素子２０に定電流を供給する装置である。点灯装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、駆動回路４０、および遅延回路５０、を備える。

固体発光素子２０は、並列に接続された複数の固体発光素子を含む。複数の固体発光素子は、例えば、複数のＬＥＤが直列に接続されて構成される４つのＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄである。なお、固体発光素子２０は、何らこの構成に限定されない。

駆動回路４０は、固体発光素子２０に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子２０に印加されているか否かを示すフィードバック（ＦＢ）信号と、固体発光素子２０に電流を流す期間である電流供給期間を示すＰＷＭ信号と、を生成する回路である。駆動回路４０は、ドライバ４１、トランジスタ４２ａ〜トランジスタ４２ｄ、および、抵抗４３ａ〜抵抗４３ｄを有する。トランジスタ４２ａ〜トランジスタ４２ｄのそれぞれ、および、抵抗４３ａ〜抵抗４３ｄのそれぞれは、４つのＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄのそれぞれと直列に接続されている。

ドライバ４１は、４つのトランジスタ４２ａ〜トランジスタ４２ｄのそれぞれのソース端子、ドレイン端子、およびゲート端子に接続され、外部からの調光指示に従って、４つのＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄのそれぞれに、調光指示に対応する定電流を供給する制御を行う回路である。ドライバ４１は、ＦＢ信号と、調光指示に対応するＰＷＭ信号と、を生成する。なお、図１には、ドライバ４１とトランジスタ４２ａとの接続のみを示しているが、ドライバ４１は、トランジスタ４２ｂ〜トランジスタ４２ｄのそれぞれとも同様に接続されている。

遅延回路５０は、駆動回路４０で生成されたＰＷＭ信号に対して、電流供給期間の開始および終了の少なくとも一方のタイミングを遅延させることによって、遅延ＰＷＭ信号を生成する回路である。本実施の形態では、遅延回路５０は、駆動回路４０からのＰＷＭ信号に対して、電流供給期間の開始タイミングを第１遅延量だけ遅延させ、電流供給期間の終了タイミングを第１遅延量よりも大きい第２遅延量だけ遅延させることで、遅延ＰＷＭ信号を生成する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、遅延回路５０からの遅延ＰＷＭ信号および駆動回路４０からのＦＢ信号に従って、外部から入力される直流電圧から、固体発光素子２０に印加するための直流電圧を生成する回路である。なお、本実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を昇圧型チョッパ回路とする例を示すが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は何らこの構成に限定されず、他の構成であってもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、制御回路３１、インダクタ３２、スイッチング素子３３、ダイオード３４、および、コンデンサ３５、を有する。

制御回路３１は、遅延回路５０からの遅延ＰＷＭ信号によって定まるオン・デューティの期間に、スイッチング素子３３に対して、駆動回路４０からのＦＢ信号に応じたスイッチングを行わせる制御をする（すなわち、スイッチングを行わせるためのスイッチング信号を供給する）回路である。

スイッチング素子３３は、例えば、ＮＭＯＳ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ−ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタである。しかし、スイッチング素子３３は、何らＮＭＯＳトランジスタに限定されるものではなく、スイッチング動作をする他の半導体素子であってもよい。

インダクタ３２は、スイッチング素子３３がオンのときに電流が流れ、スイッチング素子３３がオフのときに、蓄積されていたエネルギーを、ダイオード３４を介して固体発光素子２０に放出するコイルである。

コンデンサ３５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧（および、出力電流）を平滑化するキャパシタである。

［１−１−２．ドライバの構成］
図２は、実施の形態１における点灯装置１０が備えるドライバ４１の回路構成の一例を模式的に示す図である。

ドライバ４１は、図２に示されるように、ＦＢ信号生成部６０、ＰＷＭ信号生成部６１、コントローラ６２、および定電流制御部６３、を有する。

コントローラ６２は、外部から受け取った調光指示に従って、ＦＢ信号生成部６０、ＰＷＭ信号生成部６１、および定電流制御部６３、を制御する回路である。

ＦＢ信号生成部６０は、４つのトランジスタ４２ａ〜トランジスタ４２ｄのドレイン電圧に基づいて、ＦＢ信号を生成し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の制御回路３１へ出力する回路である。詳細な構成の図示は省略するが、ＦＢ信号生成部６０は、４つのトランジスタ４２ａ〜トランジスタ４２ｄのドレイン電圧に対応するロジック信号が入力されるＯＲゲート、および、そのＯＲゲートの出力信号で駆動されるトランジスタ、等で構成される。

具体的には、ＦＢ信号生成部６０は、ＦＢ信号として、固体発光素子２０に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子２０に印加されている場合にオープン状態（Ｈｉｇｈ）となり、固体発光素子２０に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子２０に印加されていない場合にグランド電位（Ｌｏｗ）となる信号を生成する。本実施の形態では、固体発光素子２０は、並列に接続された４つのＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄで構成されるので、ＦＢ信号生成部６０は、４つのＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄの全てについて定電流を流すのに必要な電圧が印加されている場合にオープン状態（Ｈｉｇｈ）となり、４つのＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄのうちの少なくとも一つについて定電流を流すのに必要な電圧が印加されていない場合にはグランド電位（Ｌｏｗ）となる信号を生成する。

ＰＷＭ信号生成部６１は、コントローラ６２からの制御に基づき、コントローラ６２に入力された調光指示に対応するオン・デューティを有するＰＷＭ信号（例えば、１２０ＨｚのＰＷＭ信号）を生成し、遅延回路５０へ出力する。ここで生成されるＰＷＭ信号は、オン・デューティの期間にＬｏｗとなり、それ以外の期間ではオープン状態（Ｈｉｇｈ）となる負論理の信号である。

定電流制御部６３は、４つのＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄのそれぞれに、ＰＷＭ信号生成部６１で生成されるＰＷＭ信号のオン・デューティの期間に、コントローラ６２からの制御に対応した目標となる電流（設定電流）が流れるように、４つのトランジスタ４２ａ〜トランジスタ４２ｄのそれぞれを制御する回路である。定電流制御部６３は、４つのトランジスタ４２ａ〜トランジスタ４２ｄの各ソース端子に接続された抵抗４３ａ〜抵抗４３ｄのそれぞれに設定電流が流れるように、４つのトランジスタ４２ａ〜トランジスタ４２ｄのそれぞれのゲート電位を制御する。

［１−１−３．遅延回路の構成］
図３は、実施の形態１における点灯装置１０が備える遅延回路５０の回路構成の一例を模式的に示す図である。

遅延回路５０は、図３に示すように、１つの制御端子と１つの電流入力端子と１つの電流出力端子とを有するトランジスタ５１と、少なくとも一端がトランジスタ５１の制御端子に接続されたコンデンサ５５と、少なくとも一端がトランジスタ５１の制御端子に接続された抵抗５４と、抵抗５２および抵抗５３と、を有する。

遅延回路５０は、駆動回路４０で生成されたＰＷＭ信号が抵抗５４を介してトランジスタ５１の制御端子に供給されるように、駆動回路４０と接続されている。そして、トランジスタ５１の電力入力端子が制御回路３１に接続されている。

より具体的には、本実施の形態では、トランジスタ５１は、ＮＭＯＳトランジスタである。トランジスタ５１のゲート端子（制御端子）とソース端子（電流出力端子）との間にコンデンサ５５が接続され、トランジスタ５１のドレイン端子（電流入力端子）と電源電圧Ｖｄｄとの間に抵抗５２が接続され、電源電圧Ｖｄｄとトランジスタ５１のゲート端子との間に、直列接続された２つの抵抗５３および抵抗５４が接続されている。そして、トランジスタ５１のドレイン端子が制御回路３１に接続されている。なお、トランジスタ５１は何らＮＭＯＳトランジスタに限定されるものではない。

この遅延回路５０によれば、ドライバ４１からの負論理のＰＷＭ信号は、抵抗５４を介してトランジスタ５１のゲート端子に入力され、かつ、コンデンサ５５と抵抗５３および抵抗５４とによる充放電によって論理変化（ＨｉｇｈからＬｏｗへの変化、およびＬｏｗからＨｉｇｈへの変化）が緩やかとなる。トランジスタ５１のドレイン端子は、ゲート端子に入力される負論理のＰＷＭ信号がＬｏｗのときにオープン状態となってＨｉｇｈになり、ゲート端子に入力される負論理のＰＷＭ信号がＨｉｇｈのときにソース端子と実質的に同電位となってＬｏｗとなる。その結果、論理が反転し、かつ、論理変化のタイミングが遅延されたＰＷＭ信号（遅延ＰＷＭ信号）が制御回路３１へ出力される。

図４は、実施の形態１における点灯装置１０が備える制御回路３１の回路構成の一例を模式的に示す図である。

制御回路３１は、図４に示すように、発振部７０と、コンパレータ７１と、制御ロジック部７２と、バッファアンプ７３と、誤差増幅器７４と、抵抗７５ａ〜抵抗７５ｃおよび抵抗７８と、基準電圧源７６と、コンデンサ７９と、スイッチ７７と、を有する。

誤差増幅器７４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧（固体発光素子２０への印加電圧）が抵抗７５ａと抵抗７５ｃとによって抵抗分割されて誤差増幅器７４の負入力端子に入力され、さらに、ドライバ４１からのＦＢ信号が抵抗７５ｂを介して誤差増幅器７４の負入力端子に入力される。誤差増幅器７４では、負入力端子に入力されるこれら２つの信号の合成電圧と、正入力端子に入力される基準電圧源７６の電圧との差分が算出され、その差分を示す差分信号がコンパレータ７１の負入力端子に入力される。

誤差増幅器７４の出力端子に接続されたスイッチ７７は、遅延回路５０からの反転ＰＷＭ信号がＬｏｗのときにオープン状態となり、Ｈｉｇｈのときに導通するスイッチング素子（例えば、トランジスタ、等）である。誤差増幅器７４の出力端子にスイッチ７７を介して抵抗７８とコンデンサ７９とが接続されることで、反転ＰＷＭ信号がＬｏｗの期間においては、誤差増幅器７４の出力状態（差分信号）が保持される。

コンパレータ７１では、正入力端子に、発振部７０からの連続的な三角波が入力され、負入力端子に、誤差増幅器７４からの差分信号が入力される。そして、コンパレータ７１では、それら２つの信号が比較され、比較結果を示す論理信号が出力されて制御ロジック部７２に入力される。

制御ロジック部７２では、遅延回路５０からの遅延ＰＷＭ信号が示すオン・デューティの期間だけ、コンパレータ７１から入力された論理信号がバッファアンプ７３に出力される。バッファアンプ７３に入力された論理信号は、バッファアンプ７３で電流増幅され、スイッチング素子３３を駆動するためのスイッチング信号として、スイッチング素子３３に供給される。

このように構成された制御回路３１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧とＦＢ信号とに従って動作する誤差増幅器７４、およびコンパレータ７１によって、固体発光素子２０に定電流を流すための制御が行われる。さらに、制御回路３１では、遅延ＰＷＭ信号に従って動作する制御ロジック部７２によって、外部からの調光指示に応じた電流を固体発光素子２０に流すための制御が行われる。

［１−２．動作］
次に、以上のように構成された本実施の形態における点灯装置１０の動作を説明する。

［１−２−１．遅延回路の動作］
図５は、実施の形態１における点灯装置１０が備える遅延回路５０の動作の一例を示すタイミング図である。

図５の（ａ）における実線は、遅延回路５０に入力されるＰＷＭ信号、すなわち、ドライバ４１から出力されるＰＷＭ信号を示す。図５の（ａ）に示すように、ＰＷＭ信号は、オン・デューティの期間にＬｏｗとなり、それ以外の期間ではオープン状態（Ｈｉｇｈ）となる負論理の信号である。なお、図５の（ａ）および（ｂ）における破線は、遅延回路５０を構成するトランジスタ５１の閾値電圧Ｖｇｔｈを示す。

図５の（ｂ）における実線は、トランジスタ５１のゲート端子に印加される電圧（すなわち、ゲート信号）を示す。ＰＷＭ信号がＨｉｇｈからＬｏｗに変化するときには、コンデンサ５５に蓄積されていた電荷が抵抗５４を介して放電されるので、ゲート信号は、コンデンサ５５と抵抗５４とで定まる時定数でＨｉｇｈからＬｏｗに緩やかに変化する。一方、ＰＷＭ信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化するときには、抵抗５３および抵抗５４を介してコンデンサ５５に電荷が蓄積されるので、ゲート信号は、コンデンサ５５と抵抗５３および抵抗５４の合成抵抗とで定まる時定数でＬｏｗからＨｉｇｈに緩やかに変化する。なお、コンデンサ５５と抵抗５４とで定まる時定数よりもコンデンサ５５と抵抗５３および抵抗５４の合成抵抗とで定まる時定数の方が大きいので、図５の（ｂ）に示すように、ゲート信号は、ＨｉｇｈからＬｏｗに変化するときよりもさらに緩やかにＬｏｗからＨｉｇｈに変化する。

図５の（ｃ）は、遅延回路５０から出力される遅延ＰＷＭ信号（すなわちトランジスタ５１のドレイン端子の電圧）を示す。遅延ＰＷＭ信号は、図５の（ｂ）に示すようにゲート信号が閾値電圧Ｖｇｔｈより高い電圧から閾値電圧Ｖｇｔｈより低い電圧になったときにＬｏｗからＨｉｇｈに変化し、ゲート信号が閾値電圧Ｖｇｔｈより低い電圧から閾値電圧Ｖｇｔｈより高い電圧になったときにＨｉｇｈからＬｏｗに変化する。

このような動作により、遅延回路５０に入力されるＰＷＭ信号（図５の（ａ）に示す）は、論理が反転されるとともに、開始タイミングが遅延され、かつ、開始タイミングの遅延よりも大きく終了タイミングが遅延された遅延ＰＷＭ信号（図５の（ｃ）に示す）に変換される。そして、その遅延ＰＷＭ信号が制御回路３１に供給される。

［１−２−２．ＤＣ／ＤＣコンバータの動作］
図６は、実施の形態１における点灯装置１０が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ３０の動作の一例を示すタイミング図である。図６は、従来の点灯装置の動作を示す図８Ａに対応する。すなわち、図６には、図８Ａと同様に、０．２％という極めて低いオン・デューティのＰＷＭ信号がドライバ４１から出力される場合の動作を示している。

図６の（ａ）は、ドライバ４１から出力されて遅延回路５０に入力されるＰＷＭ信号を示す。図６の（ｂ）は、遅延回路５０から出力されてＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力される遅延ＰＷＭ信号を示す。図６の（ｂ）は、図７Ａの（ａ）に対応し、また図８Ａの（ａ）に対応する。図６の（ｃ）〜（ｆ）は、それぞれ、ＦＢ信号、スイッチング信号、電圧ＶＬＥＤ、電流ＩＬＥＤを示す。また、図６の（ｃ）〜（ｆ）のそれぞれは、図７Ａの（ｂ）〜（ｅ）に対応し、また図８Ａの（ｂ）〜（ｅ）に対応する。

図６に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力される遅延ＰＷＭ信号は、ドライバ４１から出力されたＰＷＭ信号（図６の（ａ）参照）が、遅延回路５０で論理が反転され、かつ、遅延された信号である（図６の（ｂ）参照）。そのため、ＦＢ信号は、遅延ＰＷＭ信号よりも遅延することはなく、遅延ＰＷＭ信号より早いタイミングでＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力される（図６の（ｃ）参照）。

これにより、遅延ＰＷＭ信号のオン・デューティの期間に生成されるスイッチング信号（図６の（ｄ）に示すパルス信号）は、ＦＢ信号がＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力されている状態で生成される。そのため、そのスイッチング信号は、図８Ａで説明したような、ＦＢ信号がＰＷＭ信号よりも遅れることでオン・デューティが短縮される、といった現象が生じることはなく、適切なオン・デューティの期間を有するパルス信号となる（図６の（ｄ）における１つ目と２つ目のパルス信号を参照）。

その結果、この期間（スイッチング信号における１つ目と２つ目のパルス信号が生成されている期間）においては、図６の（ｅ）に示すように、固体発光素子２０に印加される電圧ＶＬＥＤは、必要電圧（破線）に維持され、図６の（ｆ）に示すように、固体発光素子２０を流れる電流ＩＬＥＤは、設定電流（破線）に維持される。

さらに、遅延ＰＷＭ信号の終了タイミングは、ドライバ４１から出力されるＰＷＭ信号（図６の（ａ）参照）の終了タイミングと比較して遅延した信号であり、かつその遅延時間は、開始タイミングに関する遅延時間よりも大きい。そのため、遅延ＰＷＭ信号は、ドライバ４１から出力されるＰＷＭ信号に比べ、オン・デューティの期間が長い（図６の（ｂ）参照）。

したがって、ＰＷＭ信号のオン・デューティが終了してから遅延ＰＷＭ信号のオン・デューティが終了するまでの期間においては、オン・デューティが短縮された状態ではあるが、スイッチング信号（パルス信号）が生成される（図６の（ｄ）に示す３つ目と４つ目のパルス信号を参照）。

その結果、この期間（スイッチング信号における３つ目と４つ目のパルス信号が生成されている期間）においては、ＰＷＭ信号のオン・デューティが終了しているために、駆動回路４０におけるトランジスタ４２ａ〜トランジスタ４２ｄがオフ状態となり、固体発光素子２０には電流ＩＬＥＤが流れず（図６の（ｆ）参照）、固体発光素子２０に印加される電圧ＶＬＥＤは上昇する（図６の（ｅ）参照）。

このような動作により、本実施の形態の点灯装置１０では、ＰＷＭ信号のオン・デューティを、例えば０．２％といった極めて低い値に設定した場合であっても、定電流動作が維持され、図７Ｂに示した理想的な調光特性に近い調光特性が得られる。

［１−３．効果］
このように、本実施の形態の点灯装置１０によれば、駆動回路４０から出力されたＰＷＭ信号は、遅延回路５０において、遅延され、かつ、より長いオン・デューティの期間を有する遅延ＰＷＭ信号となってＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力される。したがって、点灯装置１０では、０．２％といった極めて低いオン・デューティのＰＷＭ信号（遅延ＰＷＭ信号）がＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力された場合であっても、定電流動作が維持される。すなわち、本実施の形態における点灯装置１０によれば、定電流動作を維持できるオン・デューティにより表示される最低階調値（０よりも大きく、かつ、最も小さいオン・デューティで表示される輝度）が比較的大きいという従来の点灯装置における問題を解消し、従来よりも低輝度で固体発光素子２０を点灯させることができる。

［４．まとめ］
以上のように、本実施の形態における点灯装置は、固体発光素子に定電流を供給する点灯装置である。この点灯装置は、直流電圧から固体発光素子に印加するための直流電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、駆動回路と、遅延回路と、を備える。駆動回路は、固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子に印加されているか否かを示すフィードバック信号と、固体発光素子に電流を流す期間である電流供給期間を示すＰＷＭ信号と、を生成する。遅延回路は、駆動回路で生成されたＰＷＭ信号に対して、電流供給期間の開始および終了の少なくとも一方のタイミングを遅延させる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング素子と、制御回路と、を有する。制御回路は、遅延回路でタイミングが遅延されたＰＷＭ信号によって定まるオン・デューティの期間に、スイッチング素子に対して、駆動回路から生成されるフィードバック信号に応じたスイッチングを行わせる制御をする。

なお、点灯装置１０は点灯装置の一例である。固体発光素子２０は固体発光素子の一例である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０はＤＣ／ＤＣコンバータの一例である。駆動回路４０は駆動回路の一例である。遅延回路５０は遅延回路の一例である。スイッチング素子３３はスイッチング素子の一例である。制御回路３１は制御回路の一例である。

例えば実施の形態１に示した構成例では、点灯装置１０は、固体発光素子２０に定電流を供給する点灯装置であって、直流電圧から固体発光素子２０に印加するための直流電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、駆動回路４０と、遅延回路５０と、を備える。駆動回路４０は、固体発光素子２０に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子２０に印加されているか否かを示すフィードバック信号と、固体発光素子２０に電流を流す期間である電流供給期間を示すＰＷＭ信号と、を生成する。遅延回路５０は、駆動回路４０で生成されたＰＷＭ信号に対して電流供給期間の開始および終了の少なくとも一方のタイミングを遅延させる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、スイッチング素子３３と、制御回路３１と、を有する。制御回路３１は、遅延回路５０でタイミングが遅延されたＰＷＭ信号によって定まるオン・デューティの期間にスイッチング素子３３に対して駆動回路４０から生成されるフィードバック信号に応じたスイッチングを行わせる制御をする。

これにより、駆動回路４０から出力されるＰＷＭ信号は、遅延回路５０において遅延されることで、スイッチング信号における最初のパルス信号のオン・デューティが短縮されることが回避される。したがって、点灯装置１０では、例えば０．２％といった極めて低いオン・デューティのＰＷＭ信号（遅延ＰＷＭ信号）がＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力された場合であっても、定電流動作が維持される。これにより、点灯装置１０では、従来よりも低輝度で固体発光素子２０を点灯させることができる。

この点灯装置において、遅延回路は、駆動回路で生成されたＰＷＭ信号に対して、電流供給期間の開始タイミングを第１遅延量だけ遅延させてもよく、電流供給期間の終了タイミングを第１遅延量よりも大きい第２遅延量だけ遅延させてもよい。

例えば実施の形態１に示した構成例では、遅延回路５０は、駆動回路４０で生成されたＰＷＭ信号に対して、電流供給期間の開始タイミングを第１遅延量だけ遅延させ、電流供給期間の終了タイミングを第１遅延量よりも大きい第２遅延量だけ遅延させる。

これにより、駆動回路４０から出力されるＰＷＭ信号は、遅延回路５０において、より長いオン・デューティの期間をもつ遅延ＰＷＭ信号に変換されてＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力される。したがって、点灯装置１０では、例えば０．２％といった極めて低いオン・デューティのＰＷＭ信号（遅延ＰＷＭ信号）がＤＣ／ＤＣコンバータ３０に入力された場合であっても、定電流動作が維持される。これにより、点灯装置１０では、従来よりも低輝度で固体発光素子２０を点灯させることができる。

この点灯装置において、遅延回路は、１つの制御端子、１つの電流入力端子および１つの電流出力端子を有するトランジスタと、少なくとも一端がトランジスタの制御端子に接続されたコンデンサと、少なくとも一端がトランジスタの制御端子に接続された抵抗と、を有してもよい。そして、駆動回路で生成されたＰＷＭ信号がその抵抗を介してそのトランジスタの制御端子に供給されるように構成されて、駆動回路と接続されていてもよい。また、遅延回路は、駆動回路で生成されたＰＷＭ信号の論理状態を反転させる回路であってもよい。

なお、トランジスタ５１はトランジスタの一例である。コンデンサ５５はコンデンサの一例である。抵抗５４は抵抗の一例である。

例えば実施の形態１に示した構成例では、遅延回路５０は、１つの制御端子、１つの電流入力端子、および１つの電流出力端子を有するトランジスタ５１と、少なくとも一端がトランジスタ５１の制御端子に接続されたコンデンサ５５と、少なくとも一端がトランジスタ５１の制御端子に接続された抵抗５４とを有する。そして、遅延回路５０は、駆動回路４０で生成されたＰＷＭ信号が抵抗５４を介してトランジスタ５１の制御端子に供給されるように構成されて、駆動回路４０と接続されている。そして、遅延回路５０は、駆動回路４０で生成されたＰＷＭ信号の論理状態を反転させる回路である。

これにより、トランジスタ、コンデンサおよび抵抗を用いた簡単な回路構成によって、遅延回路５０を実現することができる。

この点灯装置において、フィードバック信号は、固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子に印加されている場合にオープン状態となり、固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子に印加されていない場合にグランド電位となる信号であってもよい。

例えば実施の形態１に示した構成例では、フィードバック信号は、固体発光素子２０に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子２０に印加されている場合にオープン状態（Ｈｉｇｈ）となり、固体発光素子２０に定電流を流すのに必要な電圧が固体発光素子２０に印加されていない場合にグランド電位（Ｌｏｗ）となる信号である。

これにより、点灯装置１０では、このようなフィードバック信号を出力する複数の出力端子をワイヤード・オア接続することが可能になる。したがって、より多くの固体発光素子を駆動する複数の駆動回路から出力される複数のフィードバック信号に基づいて動作するＤＣ／ＤＣコンバータを容易に実現することができるようになる。

この点灯装置において、固体発光素子は、並列に接続された複数の固体発光素子を含んでいてもよい。また、フィードバック信号は、それら複数の固体発光素子の全てについて定電流を流すのに必要な電圧が印加されている場合にオープン状態となり、それら複数の固体発光素子のうちの少なくとも一つについて定電流を流すのに必要な電圧が印加されていない場合にグランド電位となる信号であってもよい。

なお、ＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄは、並列に接続された複数の固体発光素の一例である。

例えば実施の形態１に示した構成例では、固体発光素子２０は、並列に接続された複数の固体発光素子（ＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄ）を含む。そして、フィードバック信号は、並列に接続された複数の固体発光素子（ＬＥＤ列２０ａ〜ＬＥＤ列２０ｄ）の全てについて定電流を流すのに必要な電圧が印加されている場合にオープン状態（Ｈｉｇｈ）となり、並列に接続された複数の固体発光素子（ＬＥＤ列２０ａ〜２０ｄ）のうちの少なくとも一つについて定電流を流すのに必要な電圧が印加されていない場合にグランド電位（Ｌｏｗ）となる信号である。

これにより、並列に接続された複数の固体発光素子で構成される高輝度の負荷に対応した点灯装置を実現することが可能となる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１では、固体発光素子２０をＬＥＤとする構成例を説明したが、固体発光素子２０は、何らＬＥＤに限定されない。固体発光素子２０は、例えば有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等の他の固体発光素子であってもよい。

また、実施の形態１では、遅延回路５０が、ＰＷＭ信号の開始タイミングと終了タイミングの両方を遅延させる構成例を説明したが、本開示は何らこの構成に限定されない。例えば、遅延回路５０は、それらのタイミングのうちの一方だけを遅延させてもよい。

また、実施の形態１では、遅延回路５０をトランジスタを用いて構成する構成例を説明したが、本開示は何らこの構成に限定されない。遅延回路５０は、例えば、コンデンサと抵抗とから構成される簡易な回路であってもよいし、インダクタを用いた回路であってもよいし、タイマＩＣを用いた回路であってもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、固体発光素子に定電流を供給する点灯装置に適用可能である。具体的には、液晶表示装置のバックライト、調光機能を有する照明器具、等に適用可能である。

１０ 点灯装置
２０ 固体発光素子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ ＬＥＤ列
３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１ 制御回路
３２ インダクタ
３３ スイッチング素子
３４ ダイオード
３５，５５，７９ コンデンサ
４０ 駆動回路
４１ ドライバ
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，５１ トランジスタ
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，５２，５３，５４，７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７８ 抵抗
５０ 遅延回路
６０ ＦＢ信号生成部
６１ ＰＷＭ信号生成部
６２ コントローラ
６３ 定電流制御部
７０ 発振部
７１ コンパレータ
７２ 制御ロジック部
７３ バッファアンプ
７４ 誤差増幅器
７６ 基準電圧源
７７ スイッチ

Claims (6)

1. 固体発光素子に定電流を供給する点灯装置であって、
   直流電圧から前記固体発光素子に印加するための直流電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧が前記固体発光素子に印加されているか否かを示すフィードバック信号と、前記固体発光素子に電流を流す期間である電流供給期間を示すＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号と、を生成し、前記ＰＷＭ信号によって定まるオン・デューティの期間に、前記固体発光素子に対して電流を供給する駆動回路と、
   前記ＰＷＭ信号に対して、前記電流供給期間の開始タイミングを第１遅延量だけ遅延させることによって遅延ＰＷＭ信号を生成する遅延回路と、を備え、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
   スイッチング素子と、
   前記遅延ＰＷＭ信号によって定まるオン・デューティの期間に、前記スイッチング素子に対して、前記駆動回路から生成されるフィードバック信号に応じたスイッチングを行わせる制御をする制御回路と、を有する、
   点灯装置。
2. 前記遅延回路は、前記ＰＷＭ信号に対して、前記電流供給期間の終了タイミングを前記第１遅延量よりも大きい第２遅延量だけ遅延させることによって遅延ＰＷＭ信号を生成する、
   請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記遅延回路は、
   １つの制御端子、１つの電流入力端子および１つの電流出力端子を有するトランジスタと、
   少なくとも一端が前記トランジスタの制御端子に接続されたコンデンサと、
   少なくとも一端が前記トランジスタの制御端子に接続された抵抗と、
   を有し、
   前記駆動回路で生成された前記ＰＷＭ信号が前記抵抗を介して前記トランジスタの制御端子に供給されるように構成されて、前記駆動回路と接続されている、
   請求項１に記載の点灯装置。
4. 前記遅延回路は、前記駆動回路で生成された前記ＰＷＭ信号の論理状態を反転させる回路である、
   請求項１に記載の点灯装置。
5. 前記フィードバック信号は、前記固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧が前記固体発光素子に印加されている場合にオープン状態となり、前記固体発光素子に定電流を流すのに必要な電圧が前記固体発光素子に印加されていない場合にグランド電位となる信号である、
   請求項１に記載の点灯装置。
6. 前記固体発光素子は、並列に接続された複数の固体発光素子を含み、
   前記フィードバック信号は、前記複数の固体発光素子の全てについて定電流を流すのに必要な電圧が印加されている場合にオープン状態となり、前記複数の固体発光素子のうちの少なくとも一つについて定電流を流すのに必要な電圧が印加されていない場合にグランド電位となる信号である、
   請求項４に記載の点灯装置。

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