e-learning ledとledドライバ · 2020. 7. 14. ·...

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ＬＥＤとＬＥＤドライバ


目次

１）ＬＥＤ

・ＬＥＤって何？

・ＬＥＤ開発の歴史

・ＬＥＤの特長

・ＬＥＤはエコ

・ＬＥＤは応答が速い

・ＬＥＤの発光色（１）ー（２）

・ＬＥＤの種類

・ＬＥＤの構造例

・ＬＥＤの点灯の仕組み（１）ー（２）

・ＬＥＤの駆動方法（１）ー（２）

２）

ＬＥＤの使用例

・ＬＥＤの応用製品

1.

家電製品、2.

ＬＥＤパネル・ＬＥＤ電球

3.

自動販売機、5.

アミューズメント

３）

ＬＥＤドライバ

・ＬＥＤドライバとは

・ＬＥＤドライバの主な機能

1.

エラー検出機能

2.

全輝度補正機能

3.

ＤＣＤＣコンバータ

4.

スタンバイ機能


１）ＬＥＤ


LED(Light

Emitting

Diode)はその名の通りダイオードの一種で、電圧をかけて電流を

流すと光る部品です。

電球やネオン管などの光源代替品や様々な表示用素子として用途が広がっています。

ＬＥＤって何？

代表的なＬＥＤ

リードタイプ

実装タイプ


ＬＥＤ開発の歴史

LEDは1907年に固体物質に電気を流すことで発光する現象が報告されてから、表示用途で実用化され

てきましたが、1993年に青色LEDが開発されて光の3原色である赤、緑、青のLED光源が揃いました。

しかし1968年に開発された緑色LEDは黄色みがかっており、また明るさが十分ではなかったため1995年に

開発された緑色ＬＥＤがそろった事で光の３原色によるフルカラーが可能となりました。

1996年には青色LEDと黄色蛍光体による白色LEDが実現し、その後多くの改良が加えられ、現在も開

発が進められています。

Ｒｅｄ

ＧｒｅｅｎＢｌｕｅＣｙａｎ

Ｗｈｉｔｅ

ＹｅｌｌｏｗＭａｇｅｎｔａ

1960年

1970年

1980年

1990年

2000年

1962年赤色

1968年緑色

(黄緑)

1972年黄色

1985年橙色

1993年青色

1995年緑色 1996年白色


ＬＥＤの特長

１．省電力

２．長寿命

３．応答速度が速い

４．発熱が少ない

５．小型、軽量

LEDの代表的な特長には、以下のようなものがあります。


ＬＥＤはエコ

長寿命で省エネのLED照明は、従来の照明器具と比べて電気代や買い換え費用が大幅

に削減されます。

定格寿命でみた場合、一般的な40Wの白熱電球が約5000時間に対し、同等の明るさの

6.4WのLED電球は、約40000時間になります。

定格寿命電気代(1日あたり)

電気代

(年間)

LED電球6.4W(40Wタイプ) 約10年約1.5円約548円

白熱電球40W 約1年4ヵ月約8.8円約3,212円

※

電気代の算出基準は電力料金目安単価0.022円/Whによる。

●

一般家庭で照明を1日あたり10時間点灯したこととして考えた場合

単純にLED電球の定格寿命(40000時間)使用した場合の電気代で比較した場合、

電気代を｢消費電力×使用時間×0.022円/Wh｣で計算すると、

白熱電球は35,200円、LED電球は5,632円になり、29,568円の削減になります。


ＬＥＤは応答が速い

電球とLEDを比較した時、体感的にわかる特長の一つに応答速度があります。

応答速度はスイッチをＯＮ／ＯＦＦした時に点灯／消灯するまでの時間です。

電球とLEDではこの時間に数10ｍｓ程度の差があります。

ＬＥＤ

数１０μｓ程度

電球

およそ１０

～

１００ｍｓ

この時間の差はたとえば車用のブレーキランプで考えると、時速１００ｋｍ走行で

走行中、単純に同じ明るさになった時から後続車の運転手が認識してブレーキを

かけるまでの時間が同じだったとすると

１．５ｍの差が発生します。


ＬＥＤの発光色（１）

人間が認識できる可視光線は赤外線と紫外線のあいだの、およそ３８０ｎｍ～７５０ｎｍの波長部分です。

光は電磁波の一部で、電磁波は波長によって様々な呼び名がついています。


ＬＥＤの発光色（２）

ＬＥＤチップに使用する材料によって、さまざまな発光色を作り出すことができます。

使用する材料

発光色

リン化ガリウム

(GaP) 赤・黄・緑

ガリウムヒ素リン

(GaAsP) 赤

ウム・リン（

InGaAlP）ガリウムヒ素リ(GaAs) 純緑・緑・黄・橙

(高輝度)リン化ガリウム

(GaP) 赤

アルミニウムガリウムヒ素

(AlGaAs) 赤外線・赤

インジウム窒化ガリウム

(InGaN)窒化ガリウム

(GaN) （橙・黄・）緑・青・紫・紫外線アルミニウム窒化ガリウム

(AlGaN)

セレン化亜鉛 (ZnSe) 緑・青

アルミニウムインジウムガリウムリン(AlGaInP) 橙・黄橙・黄・緑

ダイヤモンド

(C) 紫外線


ＬＥＤの種類

ＬＥＤは形状により下記のように分類されます（分類例）。

リードタイプ一般的な形で砲弾型とも呼ばれています。大きさも直径５ｍｍ(φ５)、直径３ｍｍ(φ

３)などがあります。

実装タイプ近年では、基板実装の容易さから、多くつかわ

れています。メーカーにより、少しずつ形状が違っています。

セグメントタイプ数字が表現できるように長方形に並べた７個の

LEDと小数点を表すLEDの合計8個のLEDを１つの

パッケージにしたものです。

ドットマトリクスタイプグラフィックを表示できるように、16×16

な

どのマトリックス状にLEDを並べたものです。


ＬＥＤの構造例

ＬＥＤチップ

電極

パッケージ基板

反射板

封入樹脂

リードタイプ

実装タイプ

封入樹脂

レンズ

ーリードフレーム

ＬＥＤチップ

リードタイプと実装タイプのＬＥＤの内部は下記のような構造になっています。


ＬＥＤの点灯のしくみ（１）

LED(発光ダイオード)は、

pn接合の半導体でできています。

P型半導体(以下はp型と称す)は正孔(ホール) + を、n型半導体(以下はn型と称す)は

電子 -

を持っています。

pn接合の半導体に電流を流すと、P型の正孔は-極へ、n型の電子は電池の+極へ動き

出し、電子と正孔はp型半導体とn型半導体の接合面で出会います。

電子は -

で、正孔は

+ なので、お互いに打ち消しあって消滅します。その時にエネルギー

が発生し、そのエネルギーは光となって放出されます。これが、LEDが発光するしくみです。

LEDはダイオードの仲間です。LEDやダイオードは電気の流れる方向が

決まっています。

電池の向きを逆にした場合、同じように、電子は電池の+極へ、正孔は

-極へ向かって動こうとします。

しかし、今度は電子と正孔は極が接合面とは逆の方向に動こうとします。

電子と正孔は結合しないため、発光しません。

このように、接続の方向によって動作が変わることを｢極性がある｣と言

います。


ＬＥＤの点灯のしくみ（２）

ＬＥＤは他の一般的なダイオードと同じようにアノード「＋」とカソード「ー」の極性を持っていま

す。ＬＥＤに流れる電流は、ある電圧（しきい値）を超える前と後ではアノードの電圧増加に

対する電流増加の割合が違います。しきい値より高い電圧の時は低い時に比べ流れる電流が多くなります。

しきい値は発光色によって違ってきます。赤外線では1.4V程度。赤色・橙色・黄色・緑色では2.1V程度。白色・青色では3.5V程度。紫外線LEDは最もVFが高く、4.5 -

6Vです。

※(参考)発行色によるしきい値(単色ＬＥＤでONする電圧)


ＬＥＤの駆動方法（１）

定電圧駆動とはLEDにかける電圧を一定にすることで、希望の順電流を確保する点灯方

式のことです。電圧駆動でもっとも簡易的な方法とされている駆動方式は制限抵抗式と

も呼ばれ、シンプルでコストを抑えた方式です。ただし、LEDの順電圧VFのバラツキや

自己発熱によりVFが変化した場合、順電流も変化し明るさに影響を及ぼします。また、

制限抵抗での熱損失の発生を考慮する必要があります。

定電圧駆動

定電流駆動

定電流駆動は定電流回路により、LEDの順電流IFを一定にする定電流点灯方式のことです。

高い電圧を印加し、必要な電流に達したら安定して流れるように回路で制御します。構成は複雑ですが、熱の損失を抑えるため点灯効率を上げることができます。また、LED

の順電圧VFのバラツキや温度変化による影響も低減できます。


ＬＥＤの制御方法（２）

デューティ制御方式

PWM調光

PWM(Pulse

Width Modulation)調光とはパルス幅を変化させることで、LEDの明るさを制御

する方法です。ONになっている割合をデューティ比と呼びます。これが100%ならば、普通

の点灯と同じで一番明るく、50%になると少し暗めに点灯しているように見えます。LEDを

素早く点滅させ、発光時間の長さを変えることによって、見た目の明るさを変化させます。

点滅が早ければ、人間の目には、残像現象により点灯している様に見えるという方法です。

一定の定電流で点灯しているLEDを高速で点滅させることにより、見た目の明るさを制御

する方式をデューティ制御方式といいます。デューティ比とは点滅周期に対する点灯時間

の割合を百分率で表したものです。LEDの明るさは順電流IFの値により設定できますが、

わずかな順電流の変化によって明るさが大きく変化するため、制御が難しい場合がありま

す。また、順電流を小さくすると点灯波長(色合い)も変動してしまうため、これらを回避

するために行われます。


２）ＬＥＤの使用例


ＬＥＤは色々な製品に使用されています。

ＬＥＤの応用製品


表示部分や庫内の照明として、液晶テレビではバックライトに使用されています。

１．家電製品

表示部照明

庫内照明

庫内照明

表示パネル

運転状況表示

バックライト


大型ＬＥＤパネルに使われています。

２．ＬＥＤパネル、ＬＥＤ電球

フルカラー動画表示

白熱電球に代わる照明として普及しています。

ＬＥＤ電球


自動販売機では表示部分や取り出し口の照明としてＬＥＤが使用されています。

３．自動販売機

本日のニュース情報表示板

ボタン照明

ＰＯＰ用照明

商品取り出し口照明

サンプル棚照明

金額表示部７セグメント／インジケータ

電子マネー部照明

お札投入口照明

つり銭口照明


アミューズメントのシステム例。

４．アミューズメント


３）

ＬＥＤドライバ


ＬＥＤドライバとは

電圧信号

（Ｖ）電流信号

（Ａ）

ＬＥＤ

ドライバ

輝度LED駆動

信号

ＬＥＤの輝度(明るさ)が一定となるようにＬＥＤへ供給する電流値も一定となることが

好まれる。(定電流特性)

コントローラからの信号に応じてＬＥＤへ適な電流を供給するデバイスです。

カスケード接続

ﾏｲｺﾝ

ｺﾝﾄﾛｰﾗ

ＬＥＤ

ドライバＬＥＤ

ドライバ

２線入力制御

ＬＥＤ

ドライバ

ＬＥＤ

ドライバ

ＬＥＤ

ドライバ

ＬＥＤ

ドライバ

高速LED点灯制御が可能基板配線が容易

コントローラとＬＥＤドライバの代表的な接続方法。

(＊)ﾏｲｺﾝ

ｺﾝﾄﾛｰﾗ

(＊)ﾏｲｺﾝ：

TLCS-870ﾌｧﾐﾘｰ、TX03ﾌｧﾐﾘｰ

ﾏｲｺﾝ

ｺﾝﾄﾛｰﾗ


ＬＥＤドライバの主な機能

１．エラー検出機能

２．全輝度補正機能

３．DCーDCコンバータ

４．スタンバイ機能

定電流を供給するほかにも、

LEDドライバには下記のような機能を持つものがあります。


１．エラー検出機能

LEDドライバが出力の状態を自動的に確認し、出力端子に接続されたＬＥＤの断線異常、

または短絡異常を検知する機能です。

検出結果は、ＰＷＭ設定データを入力中にＳＯＵＴ端子から出力されます。


２．全輝度補正機能

ＬＥＤドライバへのデータ入力によって、全出力端子の出力電流値を調整する機能です。

[

使用例１

]

状況に合わせて出力電流を変更する。

日中はＬＥＤ電流２０ｍＡ設定、夜間はＬＥＤ電流１０ｍＡ設定といったように状況に合わせてＬＥＤ輝度を変更する事が可能です。

[

使用例２

]

ＬＥＤドライバ間の出力電流を微調整する。

各ＬＥＤドライバ間の出力電流を微調整する事で、輝度ムラを低減する事が可能です。


ＬＣＤモニタのバックライトのようにＬＥＤが直列に配置されていても、昇圧回路の働きで点灯が可能です。

３．ＤＣＤＣコンバータ

（

注

）実際のＬＣＤモニタのバックライトの点灯色は白色です。


従来のＬＥＤドライバはＬＥＤ消灯状態でも電力を消費していましたが、ドライバ内部の

ＬＥＤ点灯制御用データからＬＥＤ消灯状態を自動的に検出し不要な消費電力を低減す

るスタンバイ機能によりＬＥＤ表示システムの消費電力削減が可能です。

４．スタンバイ機能


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てください。また、上記資料などに記載の製品データ、図、表などに示す技術的な内容、プログラム、アルゴリズムその他応用回路例などの情報

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