JP2005243396A

JP2005243396A - Ｌｅｄ点灯装置

Info

Publication number: JP2005243396A
Application number: JP2004051073A
Authority: JP
Inventors: 清 ▲たか▼橋; Kiyoshi Takahashi; Masanori Shimizu; 正則清水; Tadashi Yano; 正矢野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】簡単な構成で、複数種のＬＥＤを点灯制御できるＬＥＤ点灯装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係るＬＥＤ点灯装置は、交流波形が制御できる交流発生装置と、当該交流発生装置に対して並列に接続された複数の配線と、当該配線に接続されたＬＥＤとを備える点灯装置であって、前記複数の配線のうち、少なくとも１つの配線の前記ＬＥＤの発光中心波長と整流方向とは、他の配線の前記ＬＥＤの発光中心波長と異なり、かつ、当該他の配線の前記ＬＥＤの整流方向と前記交流発生装置を基準として逆方向であることにより、簡単な回路構成で複数のＬＥＤの点灯制御ができる。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤを使用した点灯装置に関し、特にＬＥＤの点灯状態を簡単に制御する点灯装置に関する。

従来の複数色のＬＥＤ点灯装置として、多灯形色灯式信号機があった（例えば、特許文献１）。図８は、特許文献１に記載された従来のＬＥＤ点灯装置（多灯形色灯式信号機）を示すものである。特許文献１では、絶縁トランスで発生した交流を、ダイオードで整流し、整流方向ごとにＬＥＤを直列かつ並列に配置したものが記載されている。

このような構成を、ＬＥＤの色ごとに設置することにより、各色ＬＥＤの点灯制御を行うものである。
特開平９−２２６５８２号公報（請求項１、図７を参照）

しかしながら、図８の構成では、各色を調光するためには、各絶縁トランスへの供給電力を調整する必要があり、複数色のＬＥＤの点灯条件（点灯、消灯、調光）の制御には、色の数だけ制御系が必要となる課題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされ、その目的とするところは、より簡単な構成で、複数種のＬＥＤを点灯制御できるＬＥＤ点灯装置を提供することにある。

上記従来の課題を解決するため、本発明に係るＬＥＤ点灯装置は、交流波形が制御できる交流発生装置と、当該交流発生装置に対して並列に接続された複数の配線と、当該配線に接続されたＬＥＤとを備える点灯装置であって、前記複数の配線のうち、少なくとも１つの配線の前記ＬＥＤの発光中心波長と整流方向とは、他の配線の前記ＬＥＤの発光中心波長と異なり、かつ、当該他の配線の前記ＬＥＤの整流方向と前記交流発生装置を基準として逆方向である。

好適な実施形態として、前記交流波形の制御は、交流波形のグランドレベルを変化させることである。

好適な実施形態として、前記ＬＥＤの発光色は、青色と黄色である。

好適な実施形態として、前記ＬＥＤの発光色は、３色以上である。

好適な実施形態として、前記ＬＥＤの発光色は、赤色、緑色、青色の３色である。

好適な実施形態として、前記ＬＥＤの接続個数の比は、赤色：緑色：青色とした場合に２：１：１である。

好適な実施形態として、前記ＬＥＤ点灯装置は、ディスプレイとして使用される。

本発明にかかるＬＥＤ点灯装置は、交流波形のグランドレベルが制御できる交流発生装置と、当該交流発生装置に対して並列に接続された複数の配線と、当該配線に接続されたＬＥＤとを備える点灯装置であって、前記複数の配線のうち、少なくとも１つの配線の前記ＬＥＤの配光特性と整流方向とは、他の配線の前記ＬＥＤの配光特性と異なり、かつ、当該他の配線の前記ＬＥＤの整流方向と前記交流発生装置を基準として逆方向である。

好適な実施形態として、前記ＬＥＤ点灯装置は、自動車用ヘッドランプとして使用される。

以上のように、本発明に係るＬＥＤ点灯装置は、交流波形が制御できる交流発生装置と、当該交流発生装置に対して並列に接続された複数の配線と、当該配線に接続されたＬＥＤとを備える点灯装置であって、前記複数の配線のうち、少なくとも１つの配線の前記ＬＥＤの発光中心波長と整流方向とは、他の配線の前記ＬＥＤの発光中心波長と異なり、かつ、当該他の配線の前記ＬＥＤの整流方向と前記交流発生装置を基準として逆方向であることにより、簡単な回路構成で複数のＬＥＤの点灯制御ができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤ点灯装置１０１を示すものである。

図１において、ＬＥＤ点灯装置１０１は、交流発生装置１０２と、青色ＬＥＤ１０３、黄色ＬＥＤ１０４、逆電圧防止用の整流ダイオード１０５からなっている。

本実施形態において、青色ＬＥＤ１０３は発光中心波長が、およそ４００〜５００ｎｍのもの、黄色ＬＥＤ１０４は、発光中心波長がおよそ５６０〜６００ｎｍのものを指す。本実施の形態においては、発光中心波長が青色の場合４７０ｎｍ、黄色の場合５７２ｎｍのものを使用した。各色ＬＥＤの発光スペクトルを図２に示す。横軸は波長、縦軸は相対強度である。

青色ＬＥＤ１０３は、交流発生装置１０２に並列に接続された２つの配線の一つに接続されており、黄色ＬＥＤ１０４は、青色ＬＥＤ１０３が接続された配線とは異なる配線に接続されている。また、青色ＬＥＤ１０３と黄色ＬＥＤ１０４とは、整流方向が交流発生装置１０２を基準として逆方向に接続されている。すなわち、図１におけるＡ方向に対して青色ＬＥＤ１０３は同方向、黄色ＬＥＤ０４は逆方向となるような整流方向に配置されている。

逆電圧によるＬＥＤ破壊を防止するために、整流用のダイオード１０５を青色ＬＥＤ１０３，黄色ＬＥＤ１０４のそれぞれに同じ整流方向に入れている。ただし、必要に応じて取り除いても良い。

交流発生装置１０２は、任意の交流波形を発生（制御）することが出来る。例えば、ファンクションジェネレータ、ファンクションシンセサイザ、任意波形発生装置を用いて正弦波、三角波、パルス波、矩形波などを発生させれば良い。

以上のように構成されたＬＥＤ点灯装置１０１について、以下その動作、作用を説明する。

図３（ａ）に示すような交流波形を交流発生装置１０２で発生させた場合について説明する。なお、交流電圧は、電圧の正負の絶対値が４［Ｖ］で周期３６０ｎｓｅｃの正弦波のものを使用した。ＬＥＤの性質として、端子間に電圧を加えた場合、一定電圧以下では、電流が流れないのでＬＥＤは発光しない。しかし、前記一定電圧以上になると、急激に電流が流れ、投入電圧が増加するに連れて発光強度も増加する性質を持っている。その電圧とは、赤色、黄色ＬＥＤの場合は、１．７〜２．０Ｖ程度であり、緑色、青色、白色ＬＥＤの場合は、２．７〜３．０Ｖ程度である。よって、青色ＬＥＤ１０３の場合は、交流発生装置１０２の出力が、およそ２．７Ｖ程度以下の場合は光出力が無く、２．７Ｖ程度以上の場合は光出力を有する動作をする。同様に、黄色ＬＥＤ１０４の場合は１．７Ｖ以下の場合で光出力が無く、１．７Ｖ以上では光出力動作をする。よって、図３（ａ）の交流波形をＬＥＤ点灯装置１０１で用いた場合の青色ＬＥＤ１０３および黄色ＬＥＤ１０４からの光出力は、それぞれ図３（ｂ）、（ｃ）に示すようになる。図３（ａ）〜（ｃ）とも横軸が時間（ｎｓｅｃ）、縦軸はそれぞれ電圧（Ｖ）、青色ＬＥＤ１０３の光出力（相対値）、黄色ＬＥＤ１０４の光出力（相対値）である。図３（ａ）の横点線は青色ＬＥＤ１０３の電流が流れ始める電圧２．７Ｖと、黄色ＬＥＤ１０４の電流が流れ始める電圧１．７Ｖを示す。なお、符号は図１のＡ方向を正として記載している。また、図３（ａ）の「ａ」は青色ＬＥＤ１０３に電流が流れ始める点を示し、図３（ｂ）の「ａ」点と時間軸上一致している。図３（ａ）の「ｂ」は黄色ＬＥＤ１０４の電流が流れ始める点を示し、図３（ｃ）の「ｂ」点と時間軸上に一致している。黄色ＬＥＤ１０４の電流の流れ始める電圧（１．７Ｖ）は、青色ＬＥＤ１０３の電流の流れ始める電圧（２．７Ｖ）よりも低いため、正負の絶対値の大きさが同じ波形の電圧をＬＥＤ点灯装置１０１に印加した場合、黄色ＬＥＤ１０４の方が青色ＬＥＤ１０３よりも長い時間、かつ、大きい光出力で発光する。

本構成によって、ＬＥＤの持つ特性（電圧の閾値により発光するか否かの特性）を利用して、青色ＬＥＤ１０３と黄色ＬＥＤ１０４との時分割による点灯を、交流発生装置１０２のみを利用するという簡単な構成で実現できる。

なお、本実施形態のおける「光出力（相対値）」とは、ＬＥＤから放射される光エネルギーを相対値で示したものである。

として規格化したものである。後述の実施形態２においても同様である。

（実施の形態２）
次に、図１のＬＥＤ点灯装置１０１を使った可変色を実現するための手段を説明する。図１のＬＥＤ点灯装置１０１と比較して、本実施形態では、交流発生装置１０２が、印加する電圧のグランドレベルを調整できる機構を備えることのみ異なるので、本実施形態のＬＥＤ点灯装置の模式的な回路図は図１と同じであるので図面を省略する。

図３（ａ）の波形のグランドレベルを変化させた図４（ａ）の場合について説明する。図４（ａ）では、グランドレベルは２Ｖの大きさで正側に移動させたものを示している。また、符号は図３（ａ）から（ｃ）の説明と同様である。図４（ａ）の波形がＬＥＤ点灯装置１０１に印加された場合は、青色ＬＥＤ１０３および黄色色ＬＥＤ１０４からの光出力の相対値は、図４（ｂ）、（ｃ）のようになる。

このように、グランドレベルを正側に移動させると、図３（ａ）の電圧波形の場合と比べて、青色ＬＥＤ１０３からの光出力が強くなり、黄色ＬＥＤ１０４からの光出力が弱くなる。

このように、交流発生装置１０２のグランドレベルを変化させることによって、２色のＬＥＤからの光出力を変化させることができるので、ＬＥＤ点灯装置１０１からの光出力の色温度を可変、すなわち、青色から黄色まで変化させることができる。特に青色ＬＥＤ１０３と黄色ＬＥＤ１０４との組み合わせの場合は、白色でかつ色温度を変化させた発光色を得ることが出来る。

また、各ＬＥＤの発光強度を制御するには、交流の振幅、交流のグランドレベルの位置を変化させればよい。つまり、１つの交流発生装置１０２の波形を制御することによって、同時に２種のＬＥＤの調光を行うことが出来る。よって、従来のように、２種のＬＥＤを制御するために、２種類の制御系統（配線）を有することなく、１つの波形制御を行うことによって、同時に２種の制御が出来る。

また、他の実施の形態として、図には示さないが、色温度の異なる２種の白色ＬＥＤをそれぞれ調光制御して、任意の色温度の照明装置としても利用できる。例えば、色温度６０００Ｋの白色ＬＥＤと色温度２５００Ｋの白色ＬＥＤを設置した場合、それぞれのＬＥＤを調光することによって、２５００〜６０００Ｋの任意の色温度を自由に選択できる照明装置となる。

また、本実施の形態において、交流発生装置１０２からの交流は、約６０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度であり、この周波数範囲であれば、ほとんどの人がチラツキ感少なく、各色ＬＥＤを点灯することが出来る。好ましくは、１００Ｈｚ以上ならばチラツキ感をまったく感じない。また、およそ１ＭＨｚ以上になると、ＬＥＤの応答速度に近くなり、波形制御時の調光動作が不安定になったり、再現性の無いものになったりする可能性があるため、１ＭＨｚ以下とするのが好ましい。

（実施の形態３）
次に、図５〜６を用いて、実施の形態３について説明する。図５には、図１に示したＬＥＤ点灯装置１０１を２セット用いて、一方のＬＥＤ点灯装置のＬＥＤ色は赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）、他方のＬＥＤ点灯装置のＬＥＤ色は緑（Ｇ）、と青色（ｂ）としたものである。２セットのものをＬＥＤ点灯装置５０９とする。

本実施形態において、赤色とは、発光中心波長が、６００〜７００（ｎｍ）のものであり、緑色とは、発光中心波長が、５００〜５６０（ｎｍ）のものを指す。なお、青色は実施形態１に示したものである。

図５に示すＬＥＤ点灯回路は、それぞれの交流発生装置５０１、５０２は独立して制御できるようになっている。また、赤色ＬＥＤ５０３と緑色ＬＥＤ５０４と青色ＬＥＤ５０５の接続数の比は、赤：緑：青＝およそ２：１：１になるように各配線（系統）内で直列個数を調整している。赤色を２倍の数にする理由は後程述べる。また、実施形態１と同様に、逆電圧によるＬＥＤ破壊防止用に整流ダイオード５０７が挿入されている。

このような、図５に示すユニットを、平面状に規則正しく並べたものが図６に示すディスプレイ装置である。図６に示すディスプレイ装置６０１には、各ユニット５０９に不透明なパーティション６０２によって分けられており、各ユニット５０９からの光は、隣り合うユニットの光と混ざり合うことは無い。また、図示はしないが、各ユニットからのＲＧＢ光を混色するために、ＬＥＤ前面に拡散板が取り付けられている。

各ユニット５０９の交流発生装置５０１，５０２は、それぞれ独立して交流を発生することができるため、各色、各ユニットに別々の色を発生できる。よって、図６に示すディスプレイ装置は、画像、文字などの情報を表示できる。

なお、本実施の形態では、青色および緑色のＬＥＤ直列数に対して、赤色の直列数はおよそ２倍の個数接続する例を示したが、これは、赤色の点灯開始電圧が、緑、青よりも低いためより、多くの赤色ＬＥＤを直列に接続することで、ＬＥＤ１個あたりにかかる電圧を、それぞれのＬＥＤの規定電圧近くに設定することが出来る。そのため、発光効率が高くなると共に、各色のＬＥＤに均等に負荷がかかるので、ＬＥＤ寿命を長くできるといった効果を有する。

本実施形態では、複数のＬＥＤを１つの配線内に直接に接続したものを示したが、１つのＬＥＤの光量が十分に大きい場合は、必ずしも複数しなくても良い。特に高精細のディスプレイを構成する場合は、各ユニットにおける１つの配線にはＬＥＤ１つを接続して制御することが好ましい。

また、ＬＥＤの立ち上がり電圧の種類で分類すると、白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤのグループに属する。また、黄色ＬＥＤは、赤色ＬＥＤのグループに属する。

なお、本実施の形態では、ＲＧＢの３色を用いたディスプレイの場合を、記載したが中心波長の異なるＬＥＤ（例えば、黄色など）を加えて、合計４種類にすることによって、さらに色再現性の高いディスプレイを得ることが出来る。また、必要に応じて４種類よりも多くのＬＥＤを使用することもできる。

また、本実施の形態では、緑色のＬＥＤを２個用いた場合で、個々に制御する場合について記載したが、ＲＧＢ３色の場合には、１セットあたり交流発生装置を３個にまで削減できる。

また、各色毎のＬＥＤ個数の配分が、赤色：緑色：青色＝１：２：１とすることによって、各色が全点灯した場合に白色が得られるため、効率よく白色を作ることが出来る。これは、現在の緑色ＬＥＤの発光効率が、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの発光効率に比べて半分であることに起因する。また、各色を個々にかつユニットごとに制御できるので、高効率なフルカラーディスプレイを実現することが出来る。

なお、本実施の形態では、ＲＧＢ３色のフルカラーディスプレイの場合を記載したが、２色以上で表示装置を実現しても良い。

（実施の形態４）
次に図７を用いて、実施の形態３について説明する。図７には、図１と同様にＬＥＤが整流方向ごとに接続されている構成となっている。異なるのは、図示しないが、ＬＥＤがすべて白色であり、整流方向ごとに配光特性が異なるようにＬＥＤを配置していることである。なお、配光特性は、ＬＥＤ素子から出る光を反射鏡などを使用して一般的に実現できる。

自動車用のヘッドライト装置７０１は、交流発生装置７０２と、下向きビーム用ＬＥＤ７０３と上向きビーム用ＬＥＤ７０４とが、図１と同様に、それぞれ逆方向の電圧によって点灯するように接続されている。

上記構成によって、上記実施の形態と同様に上向きビームと下向きビームの光量制御をすることができる。また、光量を連続的に変化させることが出来るので、より細かな配光の制御を行うことが出来る。

また、他の実施の形態として、図７のように配光の異なるヘッドライト装置を、図５に示すように２セット集める場合には、さらに特異な効果を有する。図示しないが、配光の例として、正面ビーム用ＬＥＤ、右方向ビーム用ＬＥＤ、左方向用ビームＬＥＤと３系統に分配することによって、横方向にも配光制御することが出来る。この場合は、正面ビーム用ＬＥＤを２系統、右、左用をそれぞれ１系統の合計４系統とすることによって正面光量を大きく出来るため、より実用的である。

また、他の配光の例として、上記の３系統に加えて、上向きビーム用を加えて４方向に配光を分配することも可能である。

このように、左右にヘッドライトの配光を分配することによって、右カーブでは、右方向のヘッドライトをより明るくすることで、進行方向の明るさを確保できるので、より安全なヘッドライトとなる。また、これに加えて、上下方向も加わることによって、配光の自由度が増し、より安全で他車にたいしてグレア感を与えないヘッドライトとなる。

なお、本実施の形態において、交流発生装置からの交流は、約６０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度であり、この周波数範囲であれば、ほとんどの人がチラツキ感少なく、各色ＬＥＤを点灯することが出来る。好ましくは、１００Ｈｚ以上ならばチラツキ感をまったく感じない。また、およそ１００ｋＨｚ以上になると、ＬＥＤの応答速度に近くなり、波形制御時の調光動作が不安定になったり、再現性の無いものになったりする可能性があるため、１００ｋＨｚ以下とするのが好ましい。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤからの発光量を簡単な構成で制御できるので、一般照明やフルカラーのディスプレイ、車用前照灯等として有用である。

本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ点灯装置の配線図本発明の実施の形態１におけるＬＥＤの発光スペクトルを示す図本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ点灯装置の交流電圧波形、各ＬＥＤから光出力を示す図本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ点灯装置のグランドレベルを変えた交流電圧波形、各ＬＥＤから光出力をを示す図本発明の実施の形態２のＬＥＤ点灯装置の配線図本発明の実施の形態２に示すＬＥＤ点灯装置の一部を正面から見た図本発明の実施の形態３に示すＬＥＤ点灯装置の配線図従来のＬＥＤ点灯装置を示す配線図

符号の説明

１０１ＬＥＤ点灯装置
１０２交流発生装置
１０３青色ＬＥＤ
１０４黄色ＬＥＤ
１０５整流ダイオード
５０１交流発生装置
５０２交流発生装置
５０３赤色ＬＥＤ
５０４緑色ＬＥＤ
５０５青色ＬＥＤ
５０９ＬＥＤ点灯装置（２セット）
６０１ディスプレイ装置
７０１ヘッドライト装置
７０２交流発生装置
７０３下向きビーム用ＬＥＤ
７０４上向きビーム用ＬＥＤ
７０５整流ダイオード

Claims

交流波形が制御できる交流発生装置と、
当該交流発生装置に対して並列に接続された複数の配線と、
当該配線に接続されたＬＥＤとを備える点灯装置であって、
前記複数の配線のうち、少なくとも１つの配線の前記ＬＥＤの発光中心波長と整流方向とは、他の配線の前記ＬＥＤの発光中心波長と異なり、かつ、当該他の配線の前記ＬＥＤの整流方向と前記交流発生装置を基準として逆方向である、ＬＥＤ点灯装置。
前記交流波形の制御は、交流波形のグランドレベルを変化させることである、請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤの発光色は、青色と黄色である、請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤの発光色は、３色以上である、請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤの発光色は、赤色、緑色、青色の３色である、請求項４に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤの接続個数の比は、赤色：緑色：青色とした場合に２：１：１である、請求項５に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤ点灯装置は、ディスプレイとして使用される請求項４から６までの何れか一つに記載のＬＥＤ点灯装置。
交流波形のグランドレベルが制御できる交流発生装置と、
当該交流発生装置に対して並列に接続された複数の配線と、
当該配線に接続されたＬＥＤとを備える点灯装置であって、
前記複数の配線のうち、少なくとも１つの配線の前記ＬＥＤの配光特性と整流方向とは、他の配線の前記ＬＥＤの配光特性と異なり、かつ、当該他の配線の前記ＬＥＤの整流方向と前記交流発生装置を基準として逆方向である、ＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤ点灯装置は、自動車用ヘッドランプとして使用される請求項８記載のＬＥＤ点灯装置。