JP2007005259A

JP2007005259A - 照明装置

Info

Publication number: JP2007005259A
Application number: JP2005187259A
Authority: JP
Inventors: Minoru Maehara; 稔前原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】
互いに直列に接続された複数の固体発光素子を用いた照明装置において、素子の短絡故障時にも他の素子に安定した電流又は電力を供給できる照明装置を提供する。
【解決手段】
互いに直列に接続される複数の固体発光素子１と、固体発光素子１に直流電力を供給し出力電力を可変とする直流電源２とを備えた照明装置であって、固体発光素子１に供給される直流電流を検出する電流検出手段３と、検出された直流電流を受けて固体発光素子１に供給される直流電流を所定の値に一致させるように制御する電流制御手段４とを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は固体発光素子を光源とする照明装置に関する。

近年、薄型の固体発光素子として有機ＥＬ素子の研究が盛んである。有機ＥＬ素子は、有機化合物から成る薄膜の発光層を電極で挟持した構成で、電極間に電流を供給すると発光する素子である。有機ＥＬ素子は薄型かつ軽量の発光素子が構成でき、また駆動電圧が数Ｖから十数Ｖ程度と従来主流の照明手段である放電灯と比べて駆動電圧が低いため、点灯装置を安価に構成でき、薄型かつ軽量の照明器具への応用が期待できる。

従来の有機ＥＬ素子を用いた照明装置として特許文献１に記載されたものがある。この従来例では、図４に示すように、有機ＥＬ素子１０を光源とする照明装置１００に、交流入力電源ＰＳから供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段２０と、コンバータ手段２０から供給される直流電流をオン／オフして有機ＥＬ素子に対して順方向の電流を間欠的に供給するスイッチング手段３０と、交流入力電源ＰＳよりも高いスイッチング周波数でスイッチング手段３０のオン／オフを切り換えさせるとともに、スイッチング手段３０がオンされる時間とオフされる時間との比を制御する制御手段４０とを備えている。これによると、交流入力電源ＰＳから供給される交流電力をコンバータ手段２０によって直流電力に変換し、スイッチング手段３０及び制御手段４０によって、供給された交流電力よりも高い周波数で有機ＥＬ素子１０を点滅発光させることで輝度のちらつきを防止している。また制御手段４０により電流が供給される時間を制御することで有機ＥＬ素子１０の輝度を可変としている。
特開２００５−７８８２８号公報

ところで、有機ＥＬ素子１０は大きな照度を出せる素子の製造が現状において困難であるため、照明器具の光源に利用する場合は複数の有機ＥＬ素子１０を用いることが考えられる。有機ＥＬ素子１０を複数用いるには、素子同士の接続方法として直列接続、並列接続、或いは直並列接続等が考えられるが、何れの接続方法にも難点がある。

並列接続の場合、１つの有機ＥＬ素子１０が短絡故障すると電源短絡が起こり、電源電圧が降下して他の有機ＥＬ素子１０に電圧が供給されずに消えてしまう。また電源短絡が起こると、電源から過大な電流が流れて電源故障及び配線の断線等の問題を生じ、更に故障時に全ての有機ＥＬ素子１０が消えてしまう為、故障した素子の特定が困難であり交換に手間を要するという課題がある。

一方、直列接続の場合には、１つの有機ＥＬ素子１０が短絡故障してもその素子が消えるのみで他の有機ＥＬ素子１０は発光を維持することができ、したがって並列接続時の課題は解消される。ところが、短絡故障が起こると短絡故障が起こる前と比べて残った有機ＥＬ素子１０の１個当たりの印加電圧が高くなるために、故障前と比べて大きな電流が流れ、したがって必要以上に発光量が増大し、結果として素子の寿命を早めるという課題がある。直並列接続の場合は、上記並列接続及び直列接続の両方の課題が内在している。

本発明は上記課題に鑑みて為されたもので、複数の固体発光素子を互いに直列に接続して使用した場合にも、素子の寿命を早めることなく安定して発光させることのできる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、互いに直列に接続される複数の固体発光素子と、固体発光素子に直流電力を供給し出力電力を可変とする直流電源とを備えた照明装置であって、固体発光素子に供給される直流電流を検出する電流検出手段と、検出された直流電流を受けて固体発光素子に供給される直流電流を所定の値に一致させるように制御する電流制御手段とを設けている。

請求項２の発明は、上記目的を達成するために、互いに直列に接続される複数の固体発光素子と、固体発光素子に直流電力を供給し出力電力を可変とする直流電源とを備えた照明装置であって、固体発光素子に供給される直流電流及び直流電圧を検出する電力検出手段と、検出された直流電流及び直流電圧を受けて固体発光素子に供給される直流電力を所定の値に一致させるように制御する電力制御手段とを設けている。

本発明によれば、互いに直列に接続された複数の固体発光素子を用いた照明装置において、固体発光素子に供給される電流又は電力を所定の値になるように制御するので、固体発光素子の短絡故障時に、残った固体発光素子に過大な電流又は電力が供給されないようにすることができ、したがって素子へのストレスの増大や素子の寿命の短命化を防ぐことができる。

（実施形態１）
以下、本発明の第一の実施形態について図１を用いて説明する。本実施形態の照明装置は、互いに直列に接続される複数の固体発光素子１と、固体発光素子１に直流電力を供給し出力電力を可変とする直流電源２と、固体発光素子１に供給される直流電流を検出する電流検出手段３と、検出された直流電流を受けて固体発光素子１に供給される直流電流を所定の値に一致させるように制御する電流制御手段４とを備えている。なお図においては固体発光素子の数が４つであるが、素子の数は４つに限定されるものではなく、いくつでもよい。

固体発光素子１は、たとえば有機ＥＬ素子のように規定の方向に直流電圧が印加されることで発光するもので、ここでは直流電源２から供給される直流電圧により駆動している。また有機ＥＬ素子の他に、発光ダイオード等の他の固体発光素子を用いても構わない。

直流電源２は整流回路２ａとコンバータ回路（ここでは昇圧チョッパ回路）２ｂとから構成されており、交流電源からの交流電力を全波整流ダイオードブリッジから成る整流回路２ａを用いて整流し、整流された直流電力をコンバータ回路２ｂを用いて所定の大きさの直流電力に変更することができるようになっている。コンバータ回路２ｂは、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を制御回路で制御してスイッチング素子のオンデューティー比を変更する、すなわちＰＷＭ制御を行うことで所望の大きさの直流電力を固体発光素子１に供給できるようになっている。

電流検出手段３は固体発光素子１に流れる電流を検出する検出抵抗３ａから成り、電流制御手段４は、図示していないが、オペアンプから成る誤差増幅器４ａと固体発光素子１に流れる電流の基準となる基準電圧源４ｂとから成る。検出抵抗３ａは固体発光素子１と直列に接続され、一端を誤差増幅器４ａの反転入力端子に、他端を基準電圧源４ｂを介して誤差増幅器４ａの非反転入力端子に接続している。

このように構成すると、固体発光素子１を流れる電流が検出抵抗３ａの両端の電位差で表され、該電位差と基準電圧源４ｂの電圧とを誤差増幅器４ｂにおいて比較し、その電圧値の差を増幅して出力する。該出力信号をコンバータ回路２ｂに備えられた制御回路に入力することで直流電源２の出力を制御し、検出抵抗３ａの両端の電位差を基準電圧源４ｂの電圧値と一致させることで固体発光素子１に流れる電流が、基準電圧源４ｂの電圧値を検出抵抗３ａの抵抗値で除して表される電流値で一定になるように制御することができる。なお、定電流制御を行えるものであれば電流検出手段３及び電流制御手段４は他の構成でもよく、ここで挙げた構成に限定されるものではない。

本実施形態によれば、固体発光素子１の一つが短絡故障した場合でも、固体発光素子１を流れる電流を検出抵抗３ａによって検出し、この検出結果と基準値とを比較して固体発光素子１に流れる電流が一定の値になるようにフィードバック制御するので、固体発光素子１に過大な電流が流れることによる素子へのストレスの増大や短寿命化を防ぐことができ、安定した固体発光素子１の発光が望める。

（実施形態２）
以下、本発明の第二の実施形態について図２を用いて説明する。本実施形態の照明装置は第一の実施形態における電流検出手段３及び電流制御手段４の代わりに、固体発光素子１に供給される直流電流及び直流電圧を検出する電力検出手段５と、検出された直流電流及び直流電圧を受けて固体発光素子１に供給される直流電力を所定の値に一致させるように制御する電力制御手段６とを備えており、他の構成は第一の実施形態と同様である。

電力検出手段５は、固体発光素子１を流れる電流を検出するための検出抵抗５ａと、固体発光素子１に印加される電圧を分圧して検出するための分圧抵抗５ｂ、５ｃと、図示していないが、検出抵抗５ａで検出される固体発光素子１に流れる電流に対応した電圧値と分圧抵抗５ｂ、５ｃで検出される固体発光素子１に印加される電圧の分圧値とを乗算して電圧信号として出力する乗算器５ｄとで構成される。検出抵抗５ａは固体発光素子１と直列に接続され、一端が乗算器５ｄの入力端子に接続されている。分圧抵抗５ｂ、５ｃは直列に接続されたものが固体発光素子１と並列に接続されており、分圧抵抗５ｂ、５ｃに挟まれた点が乗算器５ｄの入力端子と接続している。また電力制御手段６は、図示していないが、オペアンプから成る誤差増幅器６ａと固体発光素子１に供給される電力の基準となる基準電圧源６ｂとを備えており、誤差増幅器６ａの反転入力端子は乗算器５ｄの出力端子と接続され、非反転入力端子は基準電圧源６ｂと接続されている。

このように構成すると、電力検出手段５の検出抵抗５ａの両端の電位差と、電力検出手段５の分圧抵抗５ｂ、５ｃに挟まれた点での固体発光素子１に印加される電圧の分圧とを乗算器５ｄにおいて乗算することで固体発光素子１に供給される電力に対応した出力電圧が得られる。該出力電圧と基準電圧源６ｃの電圧とを誤差増幅器６ａによって比較し、その電圧値の差を増幅して出力する。該出力信号をコンバータ回路２ｂに備えられた制御回路に入力することで直流電源２の出力を制御し、乗算した電圧値を基準電圧源６ｃの電圧値と一致させることで固体発光素子１に供給される電力が一定になるように制御することができる。なお、定電力制御を行えるものであれば電力検出手段５及び電力制御手段６は他の構成でもよく、ここで挙げた構成に限定されるものではない。

本実施形態によれば、固体発光素子１の一つが短絡故障した場合でも、固体発光素子１に流れる電流並びに印加電圧をそれぞれ検出抵抗３ａ、分圧抵抗５ｂ、５ｃにより検出し、これらを乗算器５ｄによって乗算した結果と基準値とを比較して、固体発光素子１に供給される電力が一定の値になるようにフィードバック制御するので、固体発光素子１全体の発光量が故障の前後で変化せずほぼ一定となり、安定した発光が望める。

ところで、直流電源２で用いられるコンバータ回路２ｂは、上述の昇圧チョッパ回路に限らず図３に示す回路でも構わない。図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ降圧チョッパ回路、フォワード・コンバータ回路、フライバック・コンバータ回路であり、それぞれの回路構成及びその動作については周知の技術であるため、ここでは説明を省略する。

本発明の第一の実施形態の回路構成を示す図である。本発明の第二の実施形態の回路構成を示す図である。本発明の直流電源に用いるコンバータ回路の例で、（ａ）は降圧チョッパ回路、（ｂ）はフォワードコンバータ回路、（ｃ）はフライバックコンバータ回路である。従来の有機ＥＬ素子を光源とした照明装置の回路構成を示す図である。

符号の説明

１固体発光素子
２直流電源
３電流検出手段
３ａ検出抵抗
４電流制御手段
４ａ誤差増幅器
４ｂ基準電圧源

Claims

互いに直列に接続される複数の固体発光素子と、固体発光素子に直流電力を供給し出力電力を可変とする直流電源とを備えた照明装置であって、固体発光素子に供給される直流電流を検出する電流検出手段と、検出された直流電流を受けて固体発光素子に供給される直流電流を所定の値に一致させるように制御する電流制御手段とを設けたことを特徴とする照明装置。
互いに直列に接続される複数の固体発光素子と、固体発光素子に直流電力を供給し出力電力を可変とする直流電源とを備えた照明装置であって、固体発光素子に供給される直流電流及び直流電圧を検出する電力検出手段と、検出された直流電流及び直流電圧を受けて固体発光素子に供給される直流電力を所定の値に一致させるように制御する電力制御手段とを設けたことを特徴とする照明装置。