多色LEDから混合色を低い消費電流で作る

2003年11月号

多色LEDから混合色を低い消費電流で作る

クロード・ハリッジ	カナダ在住
Claude Haridge

　赤色と緑色の LED＊を同時に光らすと黄色の2次色が得られる。この色の混合プロセスは、3色LEDでよく見られる現象だ。
　黄色光を得る際の問題は、赤色LEDと緑色LEDの両方を点灯させるために、それぞれに同じ値の電流を供給する必要があることだ。赤色LEDだけを駆動する場合に比べて、電流量は2倍になってしまう。電池動作機器では、LED表示器の動作電流が消費電流の多くの部分を占める。従って、原色光の発光に費やす電流で、そのまま2次色を得られることが望ましい。
　動作電流の増大は、用途によっては重大な問題になり得る。例えば、何1000ものライン・カードからなる通信機器や、大型のLEDディスプレイなどである。そこで今回は、2色LED＊もしくは3色LED（RGB LED）を対象に、LED1個の動作電流だけでバランスの取れた2次色を得るシーケンス駆動方法を提案する。この方法のメリットは、消費電力が小さいことと、原色と2次色の発光強度を均一にできることである。さらにこの駆動方法を使えば、1つの2色LEDから3色を得られる。しかも端子数は3端子ではなく、2端子である。このためプリント基板のレイアウトが簡単になる。加えて、この駆動方法を使うことで、RGB LEDから白色光が得られる。
　提案する駆動方法では、持続時間が数10msという人間の目の残像現象を利用する。人間の目は、ある1点で異なる原色が順番に素早く点滅すると、それらを時間的に足し合わせた色として認識する。2個、もしくは3個の原色LEDを使った実験によると、均一な2次色もしくは白色光を得るには、点滅シーケンスは約25ms以内に完了する必要があることが分かった。点滅周波数の上限値を求める実験を行ったところ、1MHzまでであれば2次色を劣化させることなく得られることが判明した。従って、周波数が40Hz以上の通常のクロック信号を使えば、2次色を得られることになる。なお注意点としては、人間の目が光を適切に混合できるように、原色LEDを近接して配置することが挙げられる。こうした配置にしておけば、拡散レンズを使って放射角を広げることも可能だ。こうした配置を採用した2色LEDや3色LEDはすでに市販されている。
　図1に、複数のLEDを収めた素子のさまざまな回路構成を示した。図2に示したのは、LED1個の動作電流だけで、2色LEDもしくは3色LEDから3色を生成する駆動方法のタイミング・チャートである。ここで注意する必要があるのは、2色LEDの駆動回路は、シンクにもソースにも対応できるようにすることだ。
　希望通りの2次色を得るには、原色LED間の色バランスの調整が必要な場合がある。LEDはそれぞれ効率が違い、人間が見たときの明るさが異なる。このためパラメーターの補正が必要になる。　
例えば、共通アノードもしくは共通カソードの3色LEDでデューティー比が50％の場合は、3個の電流制限抵抗を調整すれば色バランスを容易に補正できる。このほか1個の電流制限抵抗を調整し、デューティー比を変更することでも、希望する色バランスが得られる。2端子の2色LEDで希望する2次色を得るには、回路を追加するよりも、デューティー比を調整する方が簡単だ。図2の右下に示した波形は、2色LEDもしくは3色LEDについて、2次色のバランスを取るデューティー比の調整方法を図解したものだ。
　RGB LEDに2次色の生成方法を適用した例が表1である。色バランスの調整は、電流制限抵抗もしくはデューティー比の調整で行う。マイコンのポートからRGB LEDの端子をプログラムすれば、3つの原色をさまざまな形で組み合わせるシーケンスを得られる。

用語解説 / 会社情報

【LED】
light emitting diode
発光ダイオード

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【2色LED】
発光色の異なる2種類のLEDを1つのパッケージに収めた素子。例えば、赤色LEDと緑色LEDを1つのパッケージに収める。赤色LEDと緑色LED、青色LEDを1つのパッケージに収めた3色LED（RGB LED）もある。3色LEDを使えば、白色光を得ることができる。

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