JP2006179672A - 照明装置、及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードを使用する照明装置の回路規模の縮小。
【解決手段】複数の発光ダイオードと１つの整流用ダイオードを直列接続したダイオード直列回路をブリッジ接続してＬＥＤブリッジ回路１０を形成し、このＬＥＤブリッジ回路１０の整流出力に負荷抵抗ＲLを接続して成り、交流電源を入力してＬＥＤブリッジ回路１０が整流動作を行うことで、その整流電流を駆動電流として発光ダイオードを発光駆動するＬＥＤ駆動ユニット１を照明装置の基本構成とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、発光ダイオード素子を用いた照明装置、及びこの照明装置の構成を光源とする画像表示装置に関するものである。

例えば、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)などのディスプレイデバイスでは、バックライトといわれる光源（照明）を使用して可視光による画像表示を行うようにされているが、近年では、このバックライトとして、発光ダイオード素子（ＬＥＤ：Light Emitting Diode、以降、「発光ダイオード」という）を使用するものが知られるようになってきている。発光ダイオードをバックライトとして使用するのにあたっては、赤(R)、緑(G)、青(B)の各原色を発光する発光ダイオードを使用して、これらを発光させて得た光を加法合成により光学的な混色を行って白色光を得る、という手法を採ることが一般に行われている。

このようなＲ，Ｇ，Ｂの３原色に対応する発光ダイオードを使用する光源を実際に発光駆動するのにあたっては、画像表示に用いるマトリクス駆動方式に準じた構成を採ることが考えられる。
マトリクス駆動方式は、周知のようにして、画素をＸ方向（水平方向）／Ｙ方向（垂直方向）に沿ってマトリクス状に配置するとともに、これらの画素に対応させるようにして、Ｘ方向（水平方向）／Ｙ方向（垂直方向）に沿って所要の電極を配置させる。そして、発光させるべき画素の設定と、発光させるべき時間設定とに基づいて、これらの電極を所要のタイミングで駆動するようにされる。なお、このときの駆動タイミングは、マトリクス駆動方式の範疇における駆動方式の相違により異なってくる。このようにして、画素が駆動されることで、例えば画素ごとに階調が表現されて、画面全体としては可視光による画像が表示されることになる。
しかしながら、このようなマトリクス方式の駆動回路系は複雑であり、コストも高い。特に、バックライトなどの照明用途では、各発光ダイオードにおける消費電力が比較的大きい。現状において、マトリクス駆動を実現するＬＳＩなどの部品は、このような大電力駆動に対応するものがほとんどない状況にある。このような事情から、マトリクス方式の駆動回路系光源を駆動する構成として採用することは、現実的ではないとされている。

また、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に対応する発光ダイオードを使用したバックライトを構成することとした場合において問題に挙げられるのが、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の発光ダイオードの発光効率、降下電圧、消費電力等の差異である。発光ダイオードの半導体組成は、各色ごとに異なっており、このことが上記しているような発光ダイオードの特性の相違となって現れる。このために、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の発光ダイオードごとに対応させてそれぞれを独立的に駆動したうえで、各色ごとに光量調整することが、良好な白色光を得るのには有利であるとされている。

上記したことなどを背景として、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に対応する発光ダイオードを使用したバックライトを駆動するのにあたっては、次のような基本構成が一般的となっている。
先ず、バックライトを形成するユニットの最小単位として、図１８（ａ）に示すようにして、発光ダイオードセル１００を設ける。発光ダイオードユニットは、所定色の発光ダイオードを所定数用意して、これらの発光ダイオードを基板などの所定位置に配置し、さらに、配置した発光ダイオードについて所定パターンによる電気的接続を行って形成される。図１８（ａ）の場合には、Ｒ（赤）に対応する赤色発光ダイオードＤL-R、Ｇ（緑）に対応する緑色発光ダイオードＤL-G、及びＢ（青）に対応する青色発光ダイオードＤL-Bをそれぞれ２つずつ、合計で６つ用意している。そして、これらの発光ダイオードを、図に示すようにして、左側から右側にかけて、青−緑−赤−青−緑−赤の順に対応させて配置することとしている。そのうえで、各色ごとの発光ダイオードを、同じ極性により直列に接続する。
なお、ＬＥＤセルにおける発光ダイオード素子の配置パターンは、この図に示す以外のバリエーションがあり得る。発光ダイオード素子の配置パターンは、例えば、実際に使用する発光ダイオードの定格、発光効率などに応じて、Ｒ，Ｇ，Ｂによる混合色として得られる白色光が良質なものとなるようにすることを考慮して決定する。

このようにして形成されるＬＥＤセル１００は、同じ図１８（ａ）に示すようにして、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色ごとの発光ダイオードの直列接続のアノード側とカソード側の何れについても、他の同型のＬＥＤセル１００と接続することができる。このようにして、ＬＥＤセル１００を連結するようにして接続していくことで、接続されるＬＥＤセル数に応じて、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色ごとに対応する発光ダイオードの直列接続数が増加していくことになる。

そこで、所要数のＬＥＤセル１００を接続したものを１つのユニットとして形成する。この具体例として、図１８（ｂ）には、３つのＬＥＤセル１００を連結するようにして接続して、１ユニットを形成している。ここでは、このユニットをＬＥＤセルユニット１０１ということにする。１つのＬＥＤセル１００が備える発光ダイオードの色としては、Ｒ，Ｇ，Ｂがそれぞれ２つずつとなるので、ＬＥＤセル１００における発光源としての色数を、(2R,2G,2B)として表現することとする。図１８（ｂ）の例では、ＬＥＤセルユニット１０１が３つのＬＥＤセル１００から成るので、3(2G,2R,2B)＝(6G,6R,6B)として表すことができる。

そして、上記のようにして形成したＬＥＤセルユニット１０１単位で、平面的に配置することで、例えばバックライトとしての機能を持つパネルを構成するようにされる。上記図１８（ｂ）に示したＬＥＤセルユニット１０１により形成したバックライトパネル１１０の例を図１９に示す。
図１９においては、行ｇ１〜ｇ５と列ｍ１〜ｍ４による４行×５列のマトリクスによりＬＥＤセルユニット１０１を配置してバックライトパネル１１０を形成している。
このバックライトパネル１１０においては、赤色発光ダイオードＤL-Rは、６×５×４＝１２０個を備えることになる。同様にして、緑色発光ダイオードＤL-Gと青色発光ダイオードＤL-Bも１２０個を備え、合計３６０個（＝１２０×３）の発光ダイオードを備えることになる。

前述もしたように、このようにして、Ｒ，Ｇ，Ｂで発光色の異なる多数個の発光ダイオードについて、良好な白色光が得られるようにしてマトリクス駆動方式に準じた発光駆動を行うことは現実的ではないとされており、現状においては、例えば以降説明するような方式による駆動が一般に行われている。

図２０は、図１９に例示した構造のバックライトパネルに対応して発光ダイオードを駆動する構成を概念的に示している。
バックライトパネルを形成するＬＥＤセルユニット１０１については、行ｇ１〜ｇｎごとにおいて、水平方向に連結するようにして接続する。これにより、行ｇ１〜ｇｎの各行において、列ｍ１〜ｍｎに対応する順で、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応する発光ダイオードが直列接続されることになる。

このようにして発光ダイオードを接続したうえで、図示するようにして、行ｇ１〜ｇｎの各行ごとにおいて、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応する３つのDC-DCコンバータ１２０−Ｒ、１２０−Ｇ、１２０−Ｂを設ける。そして、DC-DCコンバータ１２０−Ｒの出力を、赤色発光ダイオードＤL-Rの直列接続回路のアノード側の端部（列ｍ１に位置するＬＥＤセルユニット１０１のアノード側の接続位置）と接続する。同様にして、DC-DCコンバータ１２０−Ｇ、１２０−Ｂの出力を、それぞれ、緑色発光ダイオードＤL-Gの直列接続回路のアノード側端部、青色発光ダイオードＤL-Bの直列接続回路のアノード側の端部に対して接続する。
このような構成が採られることで、DC-DCコンバータ１２０−Ｒから出力される直流電源により、１つの行において直列接続される赤色発光ダイオードＤL-Rに直流の駆動電流を流すようにされ、これら赤色発光ダイオードＤL-Rが発光するように駆動される。同様にして、DC-DCコンバータ１２０−Ｇから出力される直流電源により、同じ行において直列接続される緑色発光ダイオードＤL-Gが発光駆動される。また、DC-DCコンバータ１２０−Ｂから出力される直流電源により、同じ行において直列接続される緑色発光ダイオードＤL-Bが発光駆動される。このような駆動回路系の構成が、行ごとに形成されることになる。

図２１は、１つの発光ダイオードの直列接続回路に対応する駆動回路に相当するとされる部位の構成を、より実際的に示している。
この場合、DC-DCコンバータ１２０の出力である直流電源Ｖccは、抵抗Ｒ42を介するようにして、発光ダイオードを直列接続したＬＥＤ直列回路１３０のアノード側端部に印加される。これにより、ＬＥＤ直列回路１３０を形成する発光ダイオードＤLに駆動電流ＩLEDが流れる。
また、DC-DCコンバータ１２０は、所定の直流電源Ｖccの設定に対して、抵抗Ｒ42による電圧降下を所定タイミングで検出して、一定量の駆動電流ＩLEDが流れるように、定電流制御を行うようにもされている。この定電流制御のために、抵抗Ｒ41、コンデンサＣ41、スイッチ用トランジスタＱ12、及びサンプルタイミング生成／スイッチ駆動回路１３１を付加している。この場合のサンプルタイミング生成／スイッチ駆動回路１３１は、ＡＮＤゲート１３２を介して入力されるＰＷＭ信号（矩形波信号）に基づいて、サンプルホールドタイミングを発生させ、このサンプルホールドタイミングで、サンプルホールドスイッチとして機能するトランジスタＱ12のオン／オフ制御を行う。これにより、DC-DCコンバータでは、サンプルホールドタイミングに応じて抵抗Ｒ42による電圧降下を検出することになる。この検出した電圧降下レベルに応じて、直流電源Ｖccとして供給する電力についての定電流制御を行う。また、この図では、例えば温度などを検出するセンサ１４２の検出結果に応じて、制御部（ＣＰＵ）１４０がレベルシフト回路１４１を制御することで、DC-DCコンバータ１２０が定電流制御のために使用する基準レベルＬrefを可変できるようにしている。これにより、駆動電流ＩLEDとして、温度変化に対応した適切な定電流量が得られるようにもされている。
また、ここでは図示しないドライバから供給されるＰＷＭ信号により、ＰＷＭ信号周期でトランジスタＱ11のオン／オフコントロールを行って、駆動電流ＩLEDの導通／非導通を制御するようにされている。これにより、ＰＷＭ信号の１周期内におけるパルス幅に応じて、単位時間あたりにおける駆動電流ＩLEDの導通時間が制御されることになる。つまり、発光ダイオードの発光量を制御することができる。また、この図では、ＰＷＭ信号とオン／オフ信号とを入力するＡＮＤゲート１３２の出力をトランジスタＱ11のゲートに印加することとしている。つまり、上記した発光ダイオードの光量制御（及び定電流制御）を、オン／オフ信号のＨレベル／Ｌレベルの切り換えにより、オン／オフ設定できるようになっている。このオン／オフ信号は、例えば制御部１４０が、動作状況などに応じてＨレベル／Ｌレベルの切り換えを行って出力する。

また、図２２に、上記した発光ダイオードの光量制御のための制御ループの構成を示しておく。なお、この図において図２１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
フォトセンサ１５０は、ＬＥＤ直列回路１３０を形成する発光ダイオードＤLの光量を電流量として検出して出力し、この出力電流をＩ−Ｖアンプ１５１に対して入力する。Ｉ−Ｖアンプ１５１は、オペアンプＯＰ、抵抗Ｒ31、コンデンサＣ31、抵抗Ｒ32、及びコンデンサＣ32を図示するようにして接続して形成される増幅器であり、入力された電流量を電圧値に変換するようにして動作する。このＩ−Ｖアンプ１５１から出力されたアナログの電圧値は、Ａ／Ｄコンバータ１５２によりデジタル値に変換されて検出光量値の情報として制御部１４０に入力される。
制御部１４０では、例えば不揮発性のメモリ１５２に記憶されている光量制御データを参照して、入力された検出光量値に対応する制御値を取得し、この制御値によりドライバ１５４を制御する。ドライバ１５４は、この制御に応じて、ＰＷＭ信号のパルス幅を可変してトランジスタＱ11に印加する。これにより、適正光量が得られるようにして、発光ダイオードＤLの発光量が可変制御されることになる。このような光量制御は、例えば適正な白色光を維持するために行われる。つまり、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色ごとに対応して発光ダイオードの発光量を制御することで、適正な白色光を得ることのできるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色の発光量のバランスをとるものである。前述委もしたように、発光ダイオードの発光効率は発光色に応じて異なるので、現状では、このようにして、各色ごとに独立した制御ループによって発光ダイオードの光量制御を行うことが適切であるとされている。

特開２００１−２７２９３８号公報 実開昭６３−６４０５９号公報

上記図１８〜図２２に示したバックライトとしての照明装置の構成は、例えば、マトリクス方式に準じた駆動を行う場合と比較すれば、回路規模を抑えることは可能であるが、依然として、回路規模は相応に大きなものとならざるを得ない。
例えば、図２０に示したようにして、発光ダイオードを駆動するための電力を供給するのにはDC-DCコンバータを用いて直流により駆動することとしている。発光ダイオードを照明として使用する場合には電力も相応に必要となることから、DC-DCコンバータとしては、例えば発光ダイオードの直列接続回路に応じた数を設けるなどして、安定した発光動作を得るようにしている。つまり、比較的多数のDC-DCコンバータを必要とするものであり、これにより回路規模の縮小を困難にしている。DC-DCコンバータは、例えばトランスなどの大型の部品を備える。
また、このようにしてDC-DCコンバータを多数備えることによっては、DC-DCコンバータにおける総合的な電力損失もその分増加することとなって、消費電力の点でも不利となる。
さらに、図２１及び図２２に示したように、発光ダイオードの光量制御及び定電流制御等を行うための制御回路系についても、発光ダイオードの直列接続回路ごとに設ける必要があり、このことも、回路規模の縮小を阻害する要因となっている。
このようにして、現状においても、発光ダイオードを照明の発光源として使用する装置についての回路規模の縮小は或るレベルでとどまっており、より簡易で小規模な構成とすることが求められている、ということがいえる。

そこで本発明は上記した課題を考慮して、照明装置として、交流を入力して整流を行うブリッジ整流回路を備えるようにする。そして、このブリッジ整流回路は、少なくとも所定の複数の発光ダイオード素子を直列接続して形成される単位直列回路をブリッジ接続して形成することとした。

また、画像表示装置として次のように構成することとした。
本発明の画像表示装置は、光源としての光を入射して画像表示を行うために、光源としての光を出射する光源部を備え、この光源部について、交流を入力して整流を行うブリッジ整流回路を設ける。そして、このブリッジ整流回路について、所要の複数の発光ダイオード素子を直列接続して形成される単位直列回路をブリッジ接続して形成することとした。

上記各構成においては、ブリッジ整流回路として、複数の発光ダイオード素子を直列接続した単位直列回路をブリッジ接続したものを備える。このようにして形成されるブリッジ整流回路は、単位直列回路を形成する発光ダイオード素子の数にもよるが、相応に多数の発光ダイオード素子を備えることになる。そして、このブリッジ整流回路に交流を入力すれば、その整流動作の結果として流れる整流電流が発光ダイオード素子の駆動電流となり、これらの発光ダイオード素子を発光させることになる。
つまり、本発明としては、交流を入力して比較的多数の発光ダイオード素子を発光駆動することが可能となっている。このことは、例えば発光ダイオード素子を駆動するのにあたって、従来のようにして、発光ダイオード素子の直列接続回路ごとにDC-DCコンバータを設ける必要がない、ということにつながる。

このようにして、本発明は、発光ダイオード素子を照明（光源部）として使用する装置について、発光駆動のための構成を大幅に縮小することができる。これにより、装置の小型軽量化、低コスト化、及び低消費電力化などのメリットが得られることになる。

先ず、図１〜図３により、本発明の実施の形態の前提となる構成について説明しておくこととする。
図１（ａ）（ｂ）には、ブリッジ整流回路Ｄｉが示されている。このブリッジ整流回路Ｄｉは、図示するようにして、４本の整流素子である整流ダイオードＤ1，Ｄ2，Ｄ3，Ｄ4をいわゆるブリッジ接続して形成される。
このブリッジ整流回路Ｄｉにおいて、整流ダイオードＤ1のアノードと整流ダイオードＤ4のカソードとの接続点は正極入力端子とされ、商用交流電源ＡＣの正極ラインと接続される。また、整流ダイオードＤ2のアノードと整流ダイオードＤ3のカソードとの接続点は負極入力端子とされ、商用交流電源ＡＣの負極ラインと接続される。商用交流電源ＡＣは、例えば実際には、図示するようにして、ＡＣプラグＰＬＧをコンセントに差し込むことで供給される。
また、整流ダイオードＤ1のカソードと整流ダイオードＤ2のカソードとの接続点は正極出力端子となり、整流ダイオードＤ3のアノードと整流ダイオードＤ2のアノードとの接続点は負極出力端子となる。

図１（ａ）には、商用交流電源ＡＣが正極性となる半波の期間における整流電流Ｉrtの経路が示されている。商用交流電源ＡＣが正極性であるときの整流電流Ｉrtは、図示するようにして、整流ダイオードＤ1，Ｄ3を導通する経路により流れる。
図１（ｂ）には、商用交流電源ＡＣが負極性となる半波の期間における整流電流Ｉrtの経路が示されている。このときの整流電流Ｉrtは、整流ダイオードＤ2，Ｄ4を導通する経路により流れる。

図２には、上記図１に示したブリッジ整流回路Ｄｉの動作波形として、交流電圧ＶACと、整流電圧Ｖrtを示している。交流電圧ＶACは、商用交流電源ＡＣから供給されるもので、例えば図示するようにして、期間ｔ１として示す半周期において正極性となり、期間ｔ２として示す半周期において負極性に反転する正弦波形となる。
整流電圧Ｖrtは、ブリッジ整流回路Ｄｉの整流動作によって得られる正極出力端子の電位（アース電位）Ｖ１と、負極出力端子の電位（アース電位）Ｖ2の間の電位差（Ｖ1−Ｖ2）による波高を有する脈流の波形となる。

上記のようにして、電位Ｖ1，Ｖ2の差分としてのレベル（波高値）を有する整流電圧Ｖrtは、商用交流電源ＡＣが正／負の各期間において、それぞれ２本の整流ダイオードを導通する。このために、整流電圧Ｖrtは、交流電圧ＶACのレベル（波高値）に対して、これら２本の整流ダイオードによる電圧降下分を差し引いたレベル（波高値）となる。例えば、１本の整流ダイオードの電圧降下が０．３Ｖであるとすると、整流電圧Ｖrtは、交流電圧ＶACに対して０．６Ｖ（＝０．３Ｖ×２）低いレベルであることになる。

一般的には、図１に示したブリッジ整流回路Ｄｉは、図３に示すようにして、正極出力端子と負極出力端子間にコンデンサＣoを接続するようにされる。これにより、脈流としての整流電圧ＶrtをコンデンサＣoにより平滑して直流化し、負荷ＲLに電力として供給するようにされる。

本実施の形態は、発光ダイオードを発光源として使用する照明（光源）装置とされる。本実施の形態の照明装置としての基本構成を図４に示す。
この図に示すようにして、本実施の形態の基本構成は、１つのＬＥＤ駆動ユニット１として構成されるものとなる。このＬＥＤ駆動ユニット１は、先ず、所定数の発光ダイオードを同極性により直列接続したダイオード直列回路２０−１，２０−２，２０−３，２０−４を備える。個々のダイオード直列回路２０が、従来における１つの発光ダイオードの直列接続回路１３０に対応する。そして、これら４つのダイオード直列回路２０−１，２０−２，２０−３，２０−４を図示するようにしてブリッジ接続することで、全体としては１つのブリッジ整流回路を形成するようにされる。本実施の形態では、このブリッジ整流回路についてＬＥＤブリッジ回路１０ということにする。

このＬＥＤブリッジ回路１０としては、ダイオード直列回路２０−１のアノード側端部と、ダイオード直列回路２０−４のカソード側端部との接続点が正極入力端子となり、ダイオード直列回路２０−２のアノード側端部と、ダイオード直列回路２０−３のカソード側端部との接続点が負極入力端子となる。また、ダイオード直列回路２０−１，２０−２の各カソード側端部が正極出力端子となり、ダイオード直列回路２０−３，２０−４の各アノード側端部が負極出力端子となる。

そして、図１に示したブリッジ整流回路Ｄｉと同じようにして、ＬＥＤブリッジ回路１０の正極入力端子と負極入力端子に対して、それぞれ商用交流電源ＡＣの正極ラインと負極ラインを接続し、正極出力端子と負極出力端子間に対して負荷抵抗ＲLを挿入するようにしてＬＥＤ駆動ユニット１を形成する。

このようにして形成されるＬＥＤ駆動ユニット１の動作を、図５により説明する。図５（ａ）（ｂ）は、それぞれ、商用交流電源ＡＣが正極性／負極性となる各半波の期間に得られる動作に対応する、ＬＥＤ駆動ユニット１についての等価回路図である。
商用交流電源ＡＣが正極性となる半波の期間においては、図５（ａ）に示すようにして、ダイオード直列回路２０−１→負荷抵抗ＲL→ダイオード直列回路２０−３の経路で整流電流Ｉrtが流れることになる。つまり、このときには、ダイオード直列回路２０−１，２０−３を形成する発光ダイオードＤLに整流電流Ｉrtが流れる。これにより、ダイオード直列回路２０−１，２０−３を形成する全ての発光ダイオードＤLが発光することになる。
また、商用交流電源ＡＣが負極性となる半波の期間においては、図５（ｂ）に示すようにして、整流電流Ｉrtは、ダイオード直列回路２０−２→負荷抵抗ＲL→ダイオード直列回路２０−４の経路で流れ、ダイオード直列回路２０−２，２０−４を形成する全ての発光ダイオードＤLを発光させる。つまり、本実施の形態では、整流電流Ｉrtが、発光ダイオードDLを発光駆動させる駆動電流となる。

本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１においては、ＬＥＤブリッジ回路１０の整流電圧Ｖrtは、負荷抵抗ＲLの両端電圧として得られる。本実施の形態における整流電圧Ｖrtとしても、図１及び図２による説明に従って、正極出力端子の電位Ｖ1と負極出力端子間の電位Ｖ2との差分によるレベルが得られることになる。
ただし、本実施の形態においては、整流電流Ｉrtが流れる経路において、複数の発光ダイオードＤLが挿入されているので、電位Ｖ1と電位Ｖ2の差分となる整流電圧Ｖrtのレベルとしては、交流電圧ＶACに対して、これらの発光ダイオードの電圧降下分を差し引いたものとなる。
具体例として、１つのダイオード直列回路２０を形成する発光ダイオードＤLの数が１５であるとする。また、１つの発光ダイオードＤLの電圧降下Ｖｆ＝３．３Ｖとする。すると、商用交流電源ＡＣが正／負の各期間において、それぞれ３０（＝１５×２）の発光ダイオードに整流電流Ｉrtが流れることになるので、商用交流電源ＡＣが正／負の各期間において発光ダイオードが導通することにより生じる総合的な電圧降下レベルは、３．３Ｖ×３０＝９９Ｖということになる。
従って、例えば商用交流電源ＡＣから供給される交流電圧ＶACのピークレベルが１４１Ｖpeakであるとすれば、整流電圧Ｖrtは、１４１−９９＝４２Ｖpeakであることになる。この整流電圧Ｖrtが抵抗ＲLの両端電圧となる。

図６は、整流電圧Ｖrtの波形を基として、その波形の面積により電力量を示している。
上記したことに基づけば、ＬＥＤブリッジ回路１０による整流動作によって、図６の波形においてハッチングがかけられた部分の面積Ｐに相当する電力を発光ダイオードＤL群によって消費し、残る白抜きの部分の面積Ｑに相当する電力を負荷抵抗ＲLにより消費している、ということがいえる。

上記図４〜図６により説明した、本実施の形態としてのＬＥＤ駆動ユニット１の構成によれば、例えば商用交流電源ＡＣを直接的に入力して、発光ダイオードＤLを発光駆動することが可能になる。つまり、交流を直接的に印加するようにして発光駆動させている。このことは、発光ダイオードＤLの発光駆動のために、例えば図２０に示したDC-DCコンバータは不要にできることを意味している。また、ダイオード直列回路２０は、従来における１つのＬＥＤ直列回路１３０に相当するものであるので、ＬＥＤブリッジ回路１０としては、単純には、従来における４つ分のＬＥＤ直列回路１３に相当する発光ダイオードＤLの発光駆動をまかなえるものとして考えることができる。
このことから、本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１を照明（光源）として用いる装置では、従来と比較して大幅に回路規模を縮小することが可能になる。また、これに伴うコストダウンや、消費電力の低減なども図られることになる。

ただし、商用交流電源ＡＣは例えば５０Hz程度と、交流として相当に低い周波数である。このために、図４にも示しているように、交流として商用交流電源ＡＣを入力した場合には、その周期に応じた比較的遅いタイミングで発光ダイオードＤLの発光／非発光が繰り返される。このために、発光ダイオードＤLの発光を個々で見た場合には、人間の視覚としては定常的に発光しているようには見えずに、周期的にちらつくようにして見えることになる。例えばＬＣＤのバックライトなどの照明（光源）装置としては、定常的に光が出射される必要がある。
しかしながら、このようなちらつきは、例えば、商用交流電源ＡＣが正の期間に発光する発光ダイオードＤLと、負の期間に発光する発光ダイオードＤLとを隣接させるようにして配置させるなど、発光ダイオードＤLの配置の態様によって問題がない程度に解消されることが確認されている。また、発光を維持できる蛍光体素材などと発光ダイオードＤLとを組み合わせることでも解消できる。

本実施の形態としての基本構成は、上記図４〜図６により説明したものとなる。しかしながら、実際的なこととして、図４に示したそのままの回路構成の形態でもって実用化することは現状では難しい。この理由について、図７を参照して説明する。
図７は、実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１について、説明の便宜上、ＬＥＤブリッジ回路１０を形成するダイオード直列回路２０−１，２０−２，２０−３，２０−４と負荷抵抗ＲLとの接続関係を、図５の回路パターンにならって示している。また、ここでの例として、１つのダイオード直列回路２０は、発光ダイオードＤL0〜ＤL33までの３４個を直列接続して形成されているものとしている。

先ず、７（ａ）に示すようにして、交流電圧ＶAC（商用交流電源ＡＣ）が正極性の期間では、図整流電流Ｉrtは、ダイオード直列回路２０−１→負荷抵抗ＲL→ダイオード直列回路２０−３の経路で流れ、ダイオード直列回路２０−２，２０−４には流れない。しかしながら、実際には、上記した経路で整流電流Ｉrtが流れるのに伴い、他方のダイオード直列回路２０−４、２０−２において直列接続されている発光ダイオードＤLには、その極性に対して逆方向のリーク電流ＩLEAKが流れる。つまり、リーク電流ＩLEAKが流れるダイオード直列回路２０−２→負荷抵抗ＲL→ダイオード直列回路２０−４の経路が形成されている。

発光ダイオードのリーク電流量は比較的大きく、また、素子ごとのばらつきの度合いも大きい。このために、ダイオード直列回路２０を形成する発光ダイオードＤLに印加される電圧の分圧は、上記したリーク電流量のばらつきに応じて不定となる。このときの発光ダイオードＤLとしては、リーク電流の少ないものほど大きな抵抗値を有していることと等価となる。つまり、リーク電流の少ない発光ダイオードＤLほど、リーク電流により印加される電圧は大きくなる。
図７（ａ）に示したダイオード直列回路２０−４を形成する発光ダイオードＤL0〜ＤL33について、図７（ｂ）においては、そのリーク電流量に応じた抵抗Ｒd0〜Ｒd33として等価的に示す。ここでは、例えばリーク電流ILEAKがダイオード直列回路２０−４に流れているとして、抵抗ＲdOの抵抗値が、他の抵抗Ｒd1〜Ｒd33の合計よりも大きいとする。つまり、実際としては、発光ダイオードＤL0〜ＤL33のうちで、発光ダイオードＤL0に流れるリーク電流ＩLEAKの量が、他の発光ダイオードＤL1〜ＤL33よりも著しく小さい場合である。この場合には、例えば抵抗ＲdOの両端電圧Ｖd0が、他の抵抗Ｒd1〜Ｒd33の直列接続の両端電圧Ｖd1〜d33よりも大きくなる。このような状態の実際として、発光ダイオードＤL0〜ＤL33のうち、発光ダイオードＤL1〜ＤL33については耐圧以下の逆方向電圧がかかっているという状態が現実に生じ得る。発光ダイオードＤL0には耐圧を越えた逆方向電圧がかかっているものとする。この場合には、発光ダイオードＤL0が耐圧オーバーとなって破壊されることになる。

ここまでの説明から分かるように、発光ダイオードの耐圧が低いことが理由で、図４に示したままの構成を照明として使用することは難しい。しかしながら、上記図７（ｂ）の説明に基づけば、例えばダイオード直列回路２０において、リーク電流に対して非常に抵抗値の大きい素子が存在する場合、他の素子にかかる逆方向電圧は非常に小さくなるということがいえる。このことから、リーク電流に対して抵抗値の大きい素子を直列回路に含めるようにしてダイオード直列回路２０を形成すれば、この抵抗値の大きい素子により得られる大幅な電圧降下によって、残る発光ダイオードＤLについては耐圧以下の逆方向電圧の印加状態を安定的に得ることが可能である、ということになる。

このことに基づき、本実施の形態の実際としては、図８に示すようにして、ＬＥＤ駆動ユニット１を構成する。なお、この図において、図４と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図８に示すようにして、本実施の形態の実際としては、ダイオード直列回路２０のそれぞれについて、少なくとも１つの整流用ダイオードＤ0を直列回路に含めるようにして形成する。ここでは、ダイオード直列回路２０−１においては、直列接続された発光ダイオードＤL群のアノード側の端部に対して、１つの整流用ダイオードＤ0を同極性により直列に接続している。ダイオード直列回路２０−２も同様にして、直列接続された発光ダイオードＤL群のアノード側の端部に対して、１つの整流用ダイオードＤ0を同極性により直列に接続している。
これに対して、ダイオード直列回路２０−３，２０−４においては、直列接続された発光ダイオードＤL群のカソード側の端部に対して、１つの整流用ダイオードＤ0を同極性により直列に接続している。
つまり、本実施の形態では、ダイオード直列回路２０において、１つの整流用ダイオードＤ0を、正極入力端子又は負極入力端子と接続される位置に挿入することとしている。

これら整流用ダイオードＤ0は、本来が整流用途であり発光しない。また、一般的なことであるが、整流用途のダイオードは、発光ダイオードと比較して非常に高い耐圧特性を有する。また、逆方向に流れるリーク電流量も非常に少ない。

上記した性質の整流用ダイオードＤ0が挿入される結果、図７の説明から理解されるように、ダイオード直列回路２０−１，２０−２，２０−３，２０−４のそれぞれにおいて、リーク電流ＩLEAKが逆方向に流れることにより生じる逆方向電圧Ｖdは、整流用ダイオードＤ0において著しく大きくなる。そして、このようにして、整流用ダイオードＤ0による逆方向電圧の著しい電圧降下が生じることで、残る発光ダイオードＤLの個々に印加される逆方向電圧としては、耐圧以下となることが保証される程度に充分に低減される。
つまり、商用交流電源ＡＣをそのまま投入したとしても、発光ダイオードが耐圧オーバーとなって破壊されることがないわけであり、充分に実用的なＬＥＤ駆動ユニット１が得られているものである。

なお、ＬＥＤブリッジ回路１０において備えられる発光ダイオードＤLの数については駆動電力として入力される交流（例えば商用交流電源ＡＣ）のレベルと、発光ダイオードＤLの総合的な電圧降下と、負荷抵抗との兼ね合いにより決まる最大数の範囲内であれば、任意に設定されてよい。ちなみに、効率を重視するのであれば、負荷抵抗ＲLはできるだけ小さくして、その分、可能な限りの発光ダイオードＤLをダイオード直列回路２０−１〜２０−４の各々に備えることになる。
また、基本的には、発光ダイオードＤL及び整流用ダイオードＤ0の数は、ダイオード直列回路２０−１〜２０−４の各々で同数とされればよいが、場合によっては、ダイオード直列回路２０−１〜２０−４の間で、異なる本数を備えるようにして形成してもかまわない。

上記図８に示した構成のＬＥＤ駆動ユニット１を基として、Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードを使用して白色光を得るための照明（光源）装置としての基本構造例について、図９に示す。
この図においては、赤色（Ｒ）対応のＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ、緑色（Ｇ）対応のＬＥＤ駆動ユニット１−Ｇ、青色（Ｂ）対応のＬＥＤ駆動ユニット１−Ｂが１つずつ示されている。これらＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂの基本構成は、図８に示したＬＥＤ駆動ユニット１と同様である。従って、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂの何れにおいても、ダイオード直列回路２０−１〜２０−４には、それぞれ、整流用のダイオードＤ0が含まれている。
ただし、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒは、ダイオード直列回路２０−１〜２０−４の各々において直列接続される発光ダイオードとしては、赤色（Ｒ）の発光ダイオードＤL−Ｒのみを備える。同様にして、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｇは、緑色（Ｒ）の発光ダイオードＤL−Ｇのみを備え、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｂは、青色（Ｂ）の発光ダイオードＤL−Ｂみを備える。また、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂがそれぞれ備える負荷抵抗は、ここでは可変負荷抵抗ＲLVとなっている。
そして、このようにして形成されるＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂを、商用交流電源ＡＣに対して並列に接続する。つまり、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−ＢにおけるＬＥＤブリッジ回路１０の正極入力端子と負極入力端子に対して、商用交流電源ＡＣの正極ラインと負極ラインをそれぞれ接続する。

このような構成によれば、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒは、商用交流電源ＡＣを入力してＬＥＤブリッジ回路１０にて整流動作を行い、これにより、ＬＥＤブリッジ回路１０を形成している赤色の発光ダイオードＤL−Ｒが発光駆動される。同時に、ＬＥＤ駆動ユニット１−ＧにおいてもＬＥＤブリッジ回路１０にて整流動作が行われることで、ＬＥＤブリッジ回路１０を形成している緑色の発光ダイオードＤL−Ｇが発光駆動される。また、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｂにおいても、同様にしてＬＥＤブリッジ回路１０を形成している緑色の発光ダイオードＤL−Ｂが発光駆動される。
このようにして、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応する発光ダイオードＤLが同時的に発光駆動されることで、Ｒ，Ｇ，Ｂの光が加色混合されて白色光が得られることになる。
そのうえで、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂにおいては、上記しているように、負荷抵抗として可変負荷抵抗ＲLVが挿入されている。この可変負荷抵抗ＲLVを可変する（整流電圧Ｖrtを可変する）ことで、ＬＥＤブリッジ回路１０における発光ダイオードＤLの発光光量が可変される。つまり、可変負荷抵抗ＲLVを小さくしていけば、ＬＥＤブリッジ回路１０に流れる整流電流（すなわち、発光ダイオードＤLの駆動電流である）は増加して、発光ダイオードＤLの発光光量も増加する。可変負荷抵抗ＲLVを大きくしていけば、ＬＥＤブリッジ回路１０に流れる整流電流が減少して、発光ダイオードＤLの発光光量も減少する。
図９の構成では、このような発光ダイオードＤLの発光光量の調整は、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂごとに独立して行われるものとなる。つまり、発光ダイオードＤLの発光光量をＲ，Ｇ，Ｂ各色ごとに独立して調整可能となっている。このことは、白色光の色調などの調整にあたり、この白色光を形成するＲ，Ｇ，Ｂの各色光ごとに光量調節が可能であることを意味する。白色光の色調などの調整には、Ｒ，Ｇ，Ｂごとに光量調節することが効率的である。本実施の形態としても、このことを考慮し、上記のようにして、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂごとに負荷抵抗を可変抵抗として機能させることで、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色ごとに独立した光量調節ができるようにしている。

なお、図９に示した構成は、あくまでもＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードを使用して白色光を得るための本実施の形態の照明（光源）装置として、最小単位となる基本構成である。例えば、実際に照明（光源）装置として使用するのに必要とされるＲ，Ｇ，Ｂの発光ダイオード数を、１組のＬＥＤ駆動ユニット１によりまかなうことができない場合には、例えば、図９に示した構成を基本として、必要に応じて、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂのそれぞれを、適宜追加していくようにして構成しても良い。この場合において追加するＬＥＤ駆動ユニット１についても、図９と同様の接続態様により、商用交流電源ＡＣの正極ラインと負極ラインに対して、それぞれ、ＬＥＤブリッジ回路１０の正極入力端子と負極入力端子を接続するようにして設ければよい。
また、照明（光源）装置として備えるＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂごとの数は、必ずしも同数である必要はない。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂごとの発光効率の違いなどに応じて、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂ間で、異なるユニット数となってもかまわない。また、複数のＬＥＤ駆動ユニット１間で、ＬＥＤブリッジ回路１０が備える発光ダイオードＤL及び整流用ダイオードＤ0の数が異なるようにして構成されてもかまわない。

図１０は、上記図９において光量調節のために負荷抵抗を可変することとした技術概念について、より実際的な構成を示している。なお、図１０において、図４，図８，図９などと同一とされる部分については同一符号を付して説明を省略する。
この図においては、説明の便宜上、商用交流電源ＡＣに対して１つのＬＥＤ駆動ユニット１を接続した回路図が示されている。なお、実際には、この図に示す構成のＬＥＤ駆動ユニット１が、図９に示したようにしてＲ，Ｇ，Ｂごとに対応して設けられる構成となっていてもよい。

図１０に示されるＬＥＤ駆動ユニット１においては、駆動電流制御回路３を備えている。
この駆動電流制御回路３は、４本の通常の整流ダイオードをブリッジ接続したブリッジ整流回路Ｄｉを備える。このブリッジ整流回路Ｄｉの正極入力端子と負極入力端子は、商用交流電源ＡＣの正極ラインと負極ラインに対してそれぞれ接続される。また、ブリッジ整流回路Ｄｉの正極出力端子は抵抗Ｒ21−コンデンサＣ1を介して、ＬＥＤブリッジ回路１０の負極入力端子と接続される。ブリッジ整流回路Ｄｉの負極出力端子は抵抗Ｒ20を介して、ＬＥＤブリッジ回路１０の負極入力端子と接続される。このようにして接続されていることで、ブリッジ整流回路Ｄｉは、商用交流電源ＡＣを入力して整流するようにされる。この整流出力がコンデンサＣ1にて平滑されて、コンデンサＣ1の両端電圧として、直流電源Ｖccが得られる。この場合の直流電源Ｖccは、商用交流電源ＡＣのレベルから、抵抗Ｒ20，Ｒ21による電圧降下を差し引いたレベルとなる。この直流電源Ｖccは、オペアンプ２の正極電源に接続される。オペアンプ２の負極電源は、ＬＥＤブリッジ回路１０の負極出力端子（アース電位）と接続される。

オペアンプ２の反転入力端子には、光量情報としての電圧値を抵抗Ｒ22，Ｒ23により分圧した電圧値が入力される。なお、光量情報は、同じＬＥＤ駆動ユニット１が備える発光ダイオードＤLの発光光量を検出するようにして設けられたフォトセンサなどから得ることができる。オペアンプ２の非反転入力端子には基準電圧Ｖrefが入力される。この場合、抵抗Ｒ23に対しては、駆動電流制御回路３の感度調整のための時定数コンデンサＣ21が並列に接続されている。
オペアンプ２の出力は、抵抗ＲLと、ＬＥＤブリッジ回路１０の負極出力端子との間に挿入されるようにして設けられるトランジスタＱ1のゲートに接続される。

このようにして形成される駆動電流制御回路３では、オペアンプ２により光量情報としての電圧値と基準値Ｖrefとを比較して、その差に応じた電圧レベルをトランジスタＱ1のゲートに印加する。トランジスタＱ1は、このゲート電圧の印加に応じて、ドレイン−ソース間に流れる電流量を可変する。つまり、ＬＥＤブリッジ回路１０に流れる整流電流Ｉrt（発光ダイオードＤLの駆動電流）のレベルを可変する。つまり、図９にて負荷抵抗の抵抗値（ＲLV）を可変していることと等価の制御を行っているものであり、これによって、発光ダイオードＤLの発光光量が可変制御されることになる。
このような制御ループの構成において、オペアンプ２が入力する基準電圧Ｖrefについて、同じＬＥＤ駆動ユニット１内の発光ダイオードＤLについて予め設定した所要の発光光量に応じた値を設定することで、駆動電流制御回路３の動作により、上記所要の発光光量となるようにして発光ダイオードＤLの発光光量が制御されることになる。例えば、図９に示したＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂについて、それぞれを図１０に示した構成としたうえで、必要とされる白色光を得るために求めたＲ，Ｇ，Ｂ各色の発光光量に応じて、各ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂにおけるオペアンプ２の基準電圧Ｖrefを設定すれば、常に最適な白色光となるようにして、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂごとに発光ダイオードＤL−Ｒ，ＤL−Ｇ，ＤL−Ｂの光量制御が行われることになる。

ところで、交流電力の可変制御として、いわゆる導通角制御、あるいは位相制御といわれる制御方式が知られている。この導通角制御のための構成について、図１１を参照して説明する。
この図１１では、導通角制御を行う回路部として導通角制御回路４を示している。また、ここでは、説明を分かりやすいものとするために、交流電力が供給される負荷として白熱電球を使用した場合を例に挙げることとする。周知のようにして、導通角制御による交流電力制御は、白熱電球以外にも、抵抗性の負荷全般について有効である。

この場合の導通角制御回路４は、商用交流電源ＡＣの一方の極（ここでは正極とする）のラインに対してＡＣコンセント４ａを挿入している。このＡＣコンセント４ａに対して、例えば白熱電球３０のフィラメントと接続されているＡＣプラグを差し込むことで、白熱電球３０のフィラメントが、負荷として商用交流電源ＡＣのラインに挿入される状態となる。
このＡＣコンセント４ａ（負荷）を介した商用交流電源ＡＣの正極ラインと、商用交流電源ＡＣの負極ラインとの間には、可変抵抗ＶRと時定数コンデンサＣｔの直列回路を接続する。また、可変抵抗ＶRと時定数コンデンサＣｔの接続点に対しては、トリガダイオードＤtgを介して、トライアックＴＲＣのゲート(G)と接続する。トライアックＴＲＣの端子Ｔ１は、商用交流電源ＡＣの負極ラインと接続する。また、端子Ｔ２は、ＡＣコンセント４ａ（負荷）を介して商用交流電源ＡＣの正極ラインと接続する。

トライアックＴＲＣは、ゲート(G)に対して正極又は負極のトリガパルスptgが印加されると、端子Ｔ１−Ｔ２間をオフからオンの状態にターンオンさせる。端子Ｔ１−Ｔ２間がオンになると、商用交流電源ＡＣが、ＡＣコンセント４ａに接続された負荷（白熱電球３０のフィラメント）に供給されることになる。
このとき、トライアックＴＲＣの端子Ｔ１−Ｔ２間に印加されるのは商用交流電源ＡＣ、つまり交流である。交流は、１周期における0°，180°，360°にて０クロスするが、この０クロスの状態に応じて端子Ｔ１−Ｔ２間の電圧差が０になると、これまでオン状態にあったトライアックＴＲＣはターンオフして、以降はゲート(G)に対してトリガパルスptgが印加されるまでオフ状態を維持する。

この場合、トリガパルスはトリガダイオードＤtgにより出力する。
トリガダイオードＤtgは、周知のようにして、その品種に応じて決まるブレークオーバー電圧以上の電位差が端子間に印加されると、パルス状のブレークオーバー電流が流れる素子である。また、このような動作が、交流波形に対して反応して得られる両極性の素子である。図示するようにして、トリガダイオードＤtgの一端をトライアックＴＲＣのゲート(G)と接続することで、上記パルス状のブレークオーバー電流に基づく出力が、トリガパルスptgとしてトライアックＴＲＣのゲート(G)に印加されることになる。

そして、可変抵抗ＶRと時定数コンデンサＣｔの直列接続から成る時定数回路が、上記トリガダイオードＤtgに対してブレークオーバー電圧以上の電位差を与えるタイミングを可変する回路として機能する。
トリガダイオードＤtgの他端は、可変抵抗ＶRと時定数コンデンサＣｔとの接続点と接続されている。このために、トリガダイオードＤtgに印加される交流電圧としては、この時定数回路（ＶR，Ｃt）の時定数に応じて、交流電源ＡＣに対して位相がシフトしたものとなる。そのうえで、可変抵抗ＶRの抵抗値を可変して、時定数回路として時定数を可変することで、トリガダイオードＤtgに印加される交流電圧についての、交流電源ＡＣに対する位相シフト量も可変されることになる。これに応じて、トリガダイオードＤtgからトリガパルスptgが出力されるタイミングも、商用交流電源ＡＣの周期タイミングに対して変化することになる。

図１２は、トリガパルスptgの出力タイミングに応じた交流電源の電力制御を模式的に示している。図１２では、商用交流電源ＡＣに対応する１周期分のsin波（正弦波）が示されている。この正弦波内においてハッチングを施すことで、トライアックＴＲＣの端子Ｔ１−Ｔ２間がオンとなっている状態を示すこととする。また、このハッチングが施された領域の面積は、負荷に供給する電力量を１周期内における割合として示すものとなる。
先ず、図１２（ａ）は、商用交流電源ＡＣの１周期において、トライアックＴＲＣの端子Ｔ１−Ｔ２が定常的にオンとなっている状態が示されている。この場合、商用交流電源ＡＣとしての電力は、負荷に対して１００％供給されている状態にあるとみることができる。この図１２（ａ）での図示はしていないが、このときのトリガパルスptgは、例えば、正弦波の0°（360°），180°に対応するゼロクロスタイミングで出力される状態である。

ここで、図１２（ａ）に示される状態から、時定数回路（ＶR、Ｃｔ）の可変抵抗ＶRの抵抗値を可変して、トリガパルスptgの出力タイミングを、商用交流電源ＡＣのゼロクロスタイミングから或る一定量遅延させていったとする。
つまり、図１２（ｂ）（ｃ）（ｄ）のトリガパルスptgとして示すようにして、トリガパルスptgの出力タイミングについて、商用交流電源ＡＣの0°（及び１８０°）から段階的に遅延させたとする。
前述もしたように、トライアックＴＲＣは、トリガパルスptgが印加されるタイミングでターンオンすると、次に端子Ｔ１−Ｔ２間の電位差が０となるタイミング（つまり商用交流電源ＡＣのゼロクロスタイミング）に至ってターンオフする。このために、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにして、トリガパルスptgの出力タイミングが0°（及び１８０°）から遅延していくのに応じて、端子Ｔ１−Ｔ２間がオンとなって負荷に電力を供給する期間も短くなってくる。そして、これに伴って、商用交流電源ＡＣの１周期において負荷に供給される交流電力量としても減少していくことが分かる。ちなみに、図１２（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、それぞれ、交流電力の供給量について９０％、５０％、１０％の場合を示しているものとされる。図１２（ｃ）に示す交流電力の供給量が５０％のときには、トリガパルスptgがちょうど９０°（及び２７０°）のときに出力され、これに応じて、負荷への電力供給期間（端子Ｔ１−Ｔ２のオン期間）は９０°〜１８０°（及び２７０°〜３６０°）となる。
また、図１１に示した構成に、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示した導通角制御状態を対応させると、図１２（ａ）の制御状態のときが、白熱電球３０は最大の発光量であり、最も明るくなる。そして、図１２（ｂ）（ｃ）（ｄ）の順に従って供給電力量が低減していくのに応じて、白熱電球３０の発光量は低減して、明るさも低減していくことになる。

本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１としても、交流電力の供給を受けて発光ダイオードＤLを発光駆動する。従って、図１１に示した導通角制御回路４の構成を備えることで、交流電力制御によって発光ダイオードＤLの発光量を制御できるということがいえる。
図１３は、図１１に示した導通角制御回路４の構成を、本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１において備えることとした場合の回路構成を示している。例えばこの図に示すＬＥＤ駆動ユニット１としては、図４に示したのと同じ構成の導通角制御回路４を商用交流電源ＡＣと接続するようにして備えるようにされる。そのうえで、図１１では白熱電球３０のＡＣプラグ３１を差し込む部位とされていたＡＣコンセント４ａの箇所に対して、ＬＥＤブリッジ回路１０の正極入力端子と負極入力端子を接続する。これにより、ＬＥＤ駆動ユニット１としては、ＬＥＤブリッジ回路１０及び負荷抵抗ＲLVから成る回路を負荷として、導通角制御回路４により導通角制御を行うことが可能になる。

このような図１３に示す構成であれば、導通角制御回路４の可変抵抗ＶRの抵抗値を可変することで、図１２にて説明した原理によって、負荷であるＬＥＤブリッジ回路１０及び負荷抵抗ＲLVから成る回路部に供給される交流電力量が変化することとなり、この結果、ＬＥＤブリッジ回路１０を形成する発光ダイオードＤLの発光量が可変されることになる。
その上で、この図では、図９の構成に準じて、負荷抵抗について可変抵抗ＲLVとしていることで、この可変抵抗ＲVLの可変による発光ダイオードＤLの発光量制御も同時に行えるようになっている。なお、実際としては、可変抵抗ＲLVに代えて、図１０に示した駆動電流制御回路３を備える構成としてよい。

図１４は、図１３のＬＥＤ駆動ユニット１において行われる、可変抵抗ＲLVの可変と、導通角制御回路４による交流電力制御とを併用した場合における電力供給の状態を、先の図１２に倣って模式的に示している。
図１４（ａ）（ｂ）に、導通角制御回路４による交流電力供給制御として、５０％の状態と１０％の状態を示す。ここで、可変抵抗ＲLVの抵抗値として、或る基準値をＲLとする。可変抵抗ＲLVの抵抗値について、基準値ＲLを設定した場合には、図１４（ａ）（ｂ）において破線で示す正弦波の領域内に対応する電力供給となるのであるが、例えば可変抵抗ＲLVの抵抗値について基準値ＲLから低減させていったとすると、これに応じて整流電流（駆動電流）Ｉrtが増加することになって、ダイオード直列回路２０において消費される電力量が増加する。図１４（ａ）（ｂ）によれば、可変抵抗ＲLVの抵抗値について基準値ＲLの１／２を設定したとすると、単位時間あたりの供給電力量はほぼ２倍に増加することがわかる。このときには、発光ダイオードＤLの発光量も供給電力量に応じて増加する。

このようにして、本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１としては、発光ダイオードＤLの光量制御について、負荷抵抗ＲL（ＲLV）の可変による駆動電流量の可変と、導通角制御による電力量制御との、２つの自由度を持つ制御を行うことが可能とされている。これにより、例えば、ＬＥＤ駆動ユニット１ごとに必要とされる発光量を得るための調整が容易になる。
また、例えば従来においては、図２１にて説明したように、DC-DCコンバータにより直流電圧を生成して定電流化を行ったうえで、ＰＷＭ制御によって光量調整をする構成を採っていた。つまり、光量制御に関しても、DC-DCコンバータが必要となる。これに対して、本実施の形態では、パルス幅の制御に代えて、導通角制御によって光量制御を行っている。導通角制御は、交流のままの波形を対象として制御するものであり、従って、図１３からも分かるように、一次側での制御が可能となっている。また、負荷抵抗の可変による駆動電流（Ｉrt）の可変も、基本的には一次側において負荷抵抗ＲLの値を可変するものであり、また、負荷抵抗ＲLの可変と等価の制御を行うための構成としても、図１０の駆動電流制御回路３のようにして、小数の部品により形成できる。このことから、本実施の形態としては、発光ダイオードＤLの発光量を制御する構成を付加したとしても、DC-DCコンバータを備えることと比較すれば、回路規模は大幅に縮小されることになる。DC-DCコンバータは、トランスなどをはじめとする大型で重量のある部品も含むことから、実際における回路の小型軽量化、及び低コスト化などの効果は著しい。また、発光ダイオードＤLの光量制御が、一次側にてほぼ直接的に行われることで、電力変換の損失も低減される。

なお、導通角制御回路としては、トリガパルスptgの出力タイミングを、制御部（ＣＰＵ：マイクロコンピュータ）により制御する構成を採ることもできる。これに対応する導通角制御回路４Ａの構成を図１５に示しておく。
図１５に示す導通角制御回路４Ａにおいては、先ず、商用交流電源ＡＣの一方の極のライン（ここでは正極ラインとする）に対して抵抗ＲLが接続されている。本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１の場合、ここでの抵抗ＲL1は、電力供給対象となる負荷を示すもので、図１３の場合であれば、ＬＥＤブリッジ回路１０と負荷抵抗ＲL（ＲLV）から成る整流回路系を、この抵抗ＲL1に代えて接続していることになる。
そのうえで、上記抵抗ＲL1を介した商用交流電源ＡＣの正極ラインと、商用交流電源ＡＣの負極ライン間に対して、抵抗ＲsとコンデンサＣsの直列接続回路を挿入する。また、し、トライアックＴＲＣは、上記抵抗ＲL1を介した商用交流電源ＡＣの正極ラインに対して端子Ｔ２を接続し、商用交流電源ＡＣの負極ラインに対して端子Ｔ１を接続するようにして設ける。
また、フォトトライアックカプラ４１のフォトトライアックの一端を、抵抗Ｒtを介して、抵抗ＲL1側と接続し、フォトトライアックの他端を抵抗Ｒgを介して商用交流電源ＡＣの負極ラインと接続する。トライアックＴＲＣのゲート(G)は、フォトトライアックと抵抗Ｒgとの接続点に対して接続される。
また、フォトトライアックカプラ４１のフォトダイオードのアノードは、抵抗Ｒｂを介して所定レベルの直流電源と接続され、カソードは、スイッチＳＷを介して接地される。
スイッチＳＷは、ここでは図示していない制御部が出力するスイッチオン／オフ制御信号Ｓ１によりオン／オフ制御される。

例えば制御部は、商用交流電源ＡＣの波形を成形するなどの所定の処理を施してゼロクロスタイミングを検出する。そして、検出したゼロクロスタイミングを基準として、必要とされる電力量に応じて、スイッチＳＷを、トリガパルスptgに対応するタイミングでオン／オフ制御する。これにより、フォトトライアックカプラ４１においては、パルス的な信号がフォトダイオードからフォトトライアックに伝達されることとなって、フォトトライアックもパルス的に導通する状態となる。このタイミングで、トライアックＴＲＣのゲートに対してトリガパルスptgが印加されることになる。トリガパルスptgが印加されたトライアックＴＲＣの動作は、例えば図１２により説明したとおりである。このようにして、図１５に示す構成では、制御部によって交流電力供給量の制御が行われる。制御部が検出する上記ゼロクロスタイミングは、相応に高い精度を有している。そこで、この構成は、例えば、図１３の導通角制御回路４における時定数回路（ＶR，Ｃｔ）では、トリガパルスptgの出力タイミングについて要求される精度を満たすことが難しいような場合に採用することができる。

図１６は、本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１に対応した、発光ダイオードの光量制御のための制御ループの構成例を示している。なお、この図において、図２２と同一とされる部分については同一符号を付して説明を省略する。
この場合には、ＬＥＤブリッジ回路１０が備える発光ダイオードＤLの発光光量をフォトセンサ１５０にて電流として検出して、Ｉ−Ｖアンプ１５１により電流−電圧変換を行い、さらにＡ／Ｄコンバータ１５２によりデジタル値に変換して制御部１４０に出力する。
制御部１４０は、入力された光量情報としての電圧値と、メモリ１５３に記憶される光量制御データに基づいて、駆動電流制御回路３を制御するための制御値と、導通角制御回路４を制御するための制御値を得る。そして、この制御値に基づいて、駆動電流制御回路３及び導通角制御回路４を制御する。駆動電流制御回路３の制御は、例えば図１０に示した駆動電流制御回路３において、オペアンプ２に入力される基準電圧Ｖrefを可変するようにされる。また、導通角制御回路４の制御としては、可変抵抗ＶRの抵抗値を可変制御して時定数回路（ＶR，Ｃt）の時定数を変更するようにされる。あるいは、図１５に示す導通角制御回路４Ａの構成を採用して、スイッチＳＷのオン／オフタイミングを制御するようにされる。
これにより、ＬＥＤ駆動ユニット１における発光ダイオードＤLの発光量は常に適正となるようにして制御されることになる。

前述もしているが、従来においては、このような発光ダイオードＤLの発光制御は、図２１、図２２に示したように、DC-DCコンバータを備えて定電流化を図ったうえで、ＰＷＭ制御をかけていたものである。
これに対して、本実施の形態では、一次側における駆動電流制御と導通角制御により発光ダイオードＤLの発光量制御が可能となっている。制御部は、これら駆動電流制御と導通角制御のためのパラメータを制御すればよい。

これまでにおいては、本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１は、商用交流電源ＡＣを入力して動作させるものとして説明してきたが、商用交流電源ＡＣ以外の交流を入力して動作させることも可能である。つまり、商用電源周波数以外の交流電力を入力して動作可能である。
つまり、例えば図１７に示すようにして、商用交流電源ＡＣをAC-DCコンバータ５０（整流平滑回路でもよい）により直流化する。そして、このAC-DCコンバータ５０の出力をDC-ACコンバータ５１に入力して、例えば商用交流電源ＡＣよりも高い所定周波数の交流電力を出力させるようにする。ＬＥＤ駆動ユニット１は、このAC-DCコンバータ５０の出力を入力して動作する。このようにして高い周波数による交流電力でＬＥＤ駆動ユニット１を駆動することのメリットとしては、交流の半波ごとの期間で繰り返される発光ダイオードＤLの発光／非発光の周期が短くなることで、容易に発光のちらつきを解消できることが挙げられる。
なお、ここで留意すべきことは、図１７に示すようにしてAC-DCコンバータ５０、及びDC-ACコンバータを備えてＬＥＤ駆動ユニット１を駆動する構成とした場合においても、従来の構成と比較して、回路規模の縮小効果は失われないことである。従来としては、図２０に示したように、１つのＬＥＤ直列回路ごとにDC-DCコンバータを備える必要がある。これに対して、本実施の形態では、第１に、従来におけるＬＥＤ直列回路が、ＬＥＤブリッジ回路を形成するブリッジ接続単位である、ダイオード直列回路２０−１，２０−２，２０−３，２０−４の個々に対応する。つまり、単純には、１つのＬＥＤ駆動ユニット１により、従来の４つのＬＥＤ直列回路をまかなっていると考えることができる。また、図９に示したように、本実施の形態では、複数のＬＥＤ駆動ユニット１を、共通の交流入力電源に対して並列的に接続して使用することができる。従って、図１７の構成の下でも、DC-ACコンバータの出力を交流入力電源として接続されるＬＥＤ駆動ユニット１は、複数もうけることができる。つまり、本実施の形態では、１つの電力変換系統（AC-DCコンバータ５０、及びDC-ACコンバータ）に対して、実質的に複数のＬＥＤ直列回路を接続することが可能となっている。この点で、従来におけるDC-DCコンバータとは相違している。

これまでに説明した本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１を用いた照明装置の用途としては、１つには、ＬＣＤなどの自発光でないディスプレイデバイスにおいて使用される光源（光源部）を考えることができる。このような光源装置は、一般にはバックライトなどともいわれる。
本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１を使用するバックライトとしては、例えば次のように構成することが考えられる。
先ず、ディスプレイデバイスのバックライトは、通常は、白色光であることが要求される。このために、発光ダイオードの種類としてはＲ，Ｇ，Ｂ各色に対応したものを必要とする。そして、実際のバックライトパネルのサイズなどに対応して必要とされる数の、Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードを用意して、各種の条件を考慮して適切とされる配置パターンにより、これらの発光ダイオードをバックパネルとしての基板に取り付ける。
そして、これらの発光ダイオードＤLを使用して、例えば図９に例示したようにして、Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオードごとに、ＬＥＤ駆動ユニット１としての回路を形成する。この際、１つのダイオード直列回路２０に備えられる発光ダイオードの数などは、発光ダイオードの直列群による電圧降下レベル、実際の配線、放熱、電力消費、などを考慮して設定されるべきものとなる。また、先にも述べたことであるが、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応するＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂは、必要に応じて複数が設けられてよく、このバックライトを構成する場合においても、ＬＥＤ駆動ユニット１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂごとに必要数を設けることになる。そして、このようにして構成したバックライトを、例えばＬＣＤパネルと組み合わせて、ＬＣＤの画像表示装置を構成する。

また、本実施の形態のＬＥＤ駆動ユニット１に基づいた照明装置は、バックライト以外の光源として使用することも可能である。例えば画像をスクリーンに投影するプロジェクタ装置などの光源として使用することも考えられる。また、このような表示装置の光源としてだけではなく、通常の照明として使用することも可能である。通常の照明として使用した場合にも、発光ダイオードを使用する照明としては、従来よりも大幅な回路規模の縮小、及びコストダウンなどの効果が得られるものである。また、さらには、発光ダイオードの配置などを文字的なものとするなどして、表示器として使用することも可能である。これらのことから、本発明としては、Ｒ，Ｇ，Ｂの光３原色に限定されることなく任意の単色、あるいは複数の色の発光ダイオードを用途に応じて使用してかまわない、といえる。
また、例えば将来的に発光ダイオードとして耐圧が充分に高いものが入手可能となった状況が来た場合には、図４に示した基本構成により、本発明に基づいた照明装置を構成することが可能になる。

本実施の形態の前提となるブリッジ整流回路を示す回路図である。 図１に示すブリッジ整流回路の動作を示す波形図である。 ブリッジ整流回路に対して平滑用のコンデンサを付加した一般的な整流平滑回路の構成例を示す回路図である。 実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットの基本構成を示す回路図である。 図４に示すＬＥＤ駆動ユニットについて、交流入力電源が正／負の各期間での動作を示す回路図である。 実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットにおける電力消費の状態を模式的に示す図である。 実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットに関して、発光ダイオードのリーク電流により生じる逆方向電圧を説明するための回路図である。 実用化のための実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットの構成を示す回路図である。 実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットを使用して白色光を得る照明装置の基本構成を示す回路図である。 駆動電流制御回路を備える実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットの構成例を示す回路図である。 一般的な導通角制御回路の構成を示す回路図である。 導通角制御回路による交流電力制御を説明する図である。 導通角制御回路を備えた実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットの構成例を閉めず回路図である。 実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットについて、駆動電流制御と導通角制御とを併用した場合の発光量制御を説明する図である。 導通角制御回路の他の構成例を示す回路図である。 実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットに対応する発光ダイオードの発光量を制御するための制御ループ構成を示す図である。 商用交流電源ＡＣ以外の交流電源により、実施の形態のＬＥＤ駆動ユニットを駆動する場合の構成例を示す図である。 従来としてのバックライトを形成する、ＬＥＤセル及びＬＥＤセルユニットの構造例を示す図である。 従来としてのバックライトパネルにおけるＬＥＤセルユニットの配置パターン例を示す図である。 従来において、バックライトパネルの発光ダイオードを駆動するための構成例を示す図である。 従来における発光ダイオードの発光量制御の構成を示す図である。 従来における発光ダイオードの発光量制御ループの構成を示す図である。

符号の説明

１（１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂ） ＬＥＤ駆動ユニット、２ オペアンプ、３ 駆動電流制御回路、４，４Ａ 導通角制御回路、１０ ＬＥＤブリッジ回路、２０（２０−１，２０−２，２０−３，２０−４） ダイオード直列回路、３０ 白熱電球、３１ ＡＣプラグ、４１ フォトトライアックカプラ、１４０ 制御部、１５０ フォトセンサ、１５１ Ｉ−Ｖアンプ、１５２ Ａ／Ｄコンバータ、１５３ メモリ、ＲL 負荷抵抗、ＲLV 可変負荷抵抗、ＶR 可変抵抗、Ｃｔ 時定数コンデンサ、Ｄtg トリガダイオード、ＴＲＣ トライアック

Claims (9)

1. 交流を入力して整流を行うブリッジ整流回路を備え、
   上記ブリッジ整流回路は、少なくとも所定の複数の発光ダイオード素子を直列接続して形成される単位直列回路をブリッジ接続して形成される、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 上記単位直列回路は、上記発光ダイオード素子よりも高い所定の耐圧特性を有するダイオード素子を、少なくとも１つ、上記交流が入力されるブリッジ整流回路の入力端子と接続される位置に対してさらに直列に接続して形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 上記ブリッジ整流回路の整流出力に接続される負荷抵抗を備えるとともに、
   上記ブリッジ整流回路に流れる電流量を可変する電流可変手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 上記電流可変手段は、
   上記負荷抵抗を可変抵抗とすることで形成されることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 上記電流可変手段は、
   検出された上記発光ダイオード素子の発光光量に応じて、上記ブリッジ整流回路に流れる電流量を可変制御するようにして構成される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 上記交流の導通角を可変制御する導通角可変手段をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
7. 上記導通角可変手段は、
   検出された発光ダイオード素子の発光光量に応じて、導通角を可変制御するようにされている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 光源としての光を入射して画像表示を行うために、上記光源としての光を出射する光源部を有し、
   上記光源部は、
   交流を入力して整流を行うブリッジ整流回路を備え、
   上記ブリッジ整流回路は、所要の複数の発光ダイオード素子を直列接続して形成される単位直列回路をブリッジ接続して形成される、
   ことを特徴とする画像表示装置。
9. 上記光源部は、
   赤、緑、青の各色に対応する上記発光ダイオード素子を備えることで、これら各色に対応する発光ダイオード素子の光を合成することで白色光を出射するように構成される、
   ことを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。

Images