JP2009182074A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体発光素子を光源とする発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device using a solid light emitting element as a light source.
従来から、発光ダイオード等の固体発光素子を光源とする発光装置が提案されている。このような発光装置の点灯制御方式としては、例えば交流電圧を整流平滑した直流電圧を固体発光素子に印加して点灯する直流点灯制御方式(例えば特許文献1参照)と、交流電圧を整流平滑した直流電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧を高周波でスイッチングすることで得られる矩形波電圧を固体発光素子に印加して点灯するスイッチング点灯制御方式(例えば特許文献2参照)が知られている。
ところで、固体発光素子の発光効率が近年大きく向上し、従来は補助照明用途にしか使えなかったものが、徐々に主照明用途に使用されるようになってきた。主照明用途に使用されるにあたり、今後注目せねばならないのは入力電流の高調波である。 By the way, the luminous efficiency of solid-state light emitting devices has been greatly improved in recent years, and those that could only be used for auxiliary lighting have been gradually used for main lighting. When used in main lighting applications, it is the harmonics of the input current that must be noted in the future.
特許文献1に開示された技術では、LEDと直列に接続されたトランジスタを制御することで、入力電流を正弦波に近づける工夫がなされている。また、特許文献2では、高周波でスイッチングすることにより、入力電流の高調波を低減する工夫がなされている。しかしながら、いずれにしても制御回路が必要であり、大型化、高コスト化の原因となる。さらに、特許文献2の従来例として開示されたコンデンサインプット型の構成では、制御回路は不要であるが、入力電流の高調波成分が増大するという課題があった。 In the technique disclosed in Patent Document 1, a device for making an input current close to a sine wave by controlling a transistor connected in series with an LED is devised. Moreover, in patent document 2, the device which reduces the harmonic of an input current is made | formed by switching at high frequency. In any case, however, a control circuit is required, which causes an increase in size and cost. Furthermore, the capacitor input type configuration disclosed as the conventional example of Patent Document 2 does not require a control circuit, but has a problem that harmonic components of the input current increase.
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、簡単な回路構成で入力電流の高調波成分の少ない高力率な発光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a high-power factor light-emitting device with a simple circuit configuration and a low harmonic component of an input current.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、図1に示すように、限流要素と1つ以上の固体発光素子とを直列に接続した直列回路11〜14を複数個並列に接続して成る発光部1と、交流電源ACに接続されて交流電圧を全波整流して発光部1に駆動電圧を供給する点灯装置2とを備えた発光装置であって、発光部1は、少なくとも点灯期間の異なる直列回路11〜14が複数個並列に接続されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, a plurality of series circuits 11 to 14 in which a current limiting element and one or more solid state light emitting devices are connected in series are connected in parallel. A light emitting device 1 and a lighting device 2 connected to an alternating current power source AC and full-wave rectifying an alternating current voltage to supply a driving voltage to the light emitting portion 1, wherein the light emitting portion 1 A plurality of series circuits 11 to 14 having different lighting periods are connected in parallel.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記発光部1は、少なくとも1つの直列回路の固体発光素子の個数が異なる組み合わせであることを特徴とする。 The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, the light emitting section 1 is a combination in which the number of solid state light emitting elements of at least one series circuit is different.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記発光部1は、少なくとも1つの直列回路の固体発光素子の固有電圧が異なる組み合わせであることを特徴とする。
The invention of
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかの発明において、前記発光部1は、点灯期間が異なる直列回路は平均電流値がほぼ等しく点灯駆動されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the light emitting section 1 is driven to be lit in an average current value substantially equal in a series circuit having different lighting periods.
請求項5の発明は、請求項1〜3のいずれかの発明において、前記発光部1は、固体発光素子の固有の明るさのばらつきに応じて、固有の明るさの明るい素子ほど点灯期間が短くなるように直列回路を構成してなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the light emitting device according to any one of the first to third aspects, the light emitting unit 1 has a lighting period that is higher for a lighter element having a specific brightness according to a variation in the specific brightness of the solid state light emitting element. A series circuit is configured to be shorter.
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかの発明において、前記発光部1と、前記点灯装置2と、発光部1及び点灯装置2が収納される灯具3とを備えたことを特徴とする(図3)。
The invention of claim 6 comprises the light emitting unit 1, the lighting device 2, and the
請求項1〜3の発明によれば、複数個の直列回路において、直列回路の固体発光素子の個数や固有電圧を異ならせることにより、交流電圧を整流した脈流電圧に対して、点灯期間が複数個の直列回路毎に異なり、結果的に複数個の直列回路に電流の流れる期間が異なることから、合成された電流は、ほぼ正弦波に近い形状となり、高調波の少ない入力電流を得ることができる。 According to the first to third aspects of the present invention, in the plurality of series circuits, the lighting period is increased with respect to the pulsating voltage obtained by rectifying the AC voltage by changing the number of solid-state light emitting elements and the intrinsic voltage of the series circuit. Since the current flows through the multiple series circuits, which differ for each of the multiple series circuits, the combined current has a shape almost similar to a sine wave, and an input current with less harmonics is obtained. Can do.
請求項4の発明によれば、点灯期間の異なる複数個の直列回路において、点灯期間の短い直列回路では、ピーク電流を他より多くするなどして平均電流がほぼ等しい電流となるように駆動することで、固体発光素子全体の明るさのばらつき、つまり、直列回路毎の発光素子の明るさの違いが少なくなるという効果が得られる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、固体発光素子の明るさのばらつきに応じて異なる点灯期間で使用することにより、固体発光素子全体の明るさのばらつきが少なくなるという効果が得られる。つまり、相対的に明るい発光素子は、点灯期間の短い直列回路に用いることで、全体の明るさを平均化することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, by using the light emitting element in different lighting periods according to the brightness variation of the solid state light emitting element, the effect of reducing the brightness variation of the entire solid state light emitting element can be obtained. That is, a relatively bright light-emitting element can be used in a series circuit with a short lighting period, whereby the overall brightness can be averaged.
請求項6の発明によれば、請求項1〜5のいずれかの効果を奏する灯具を有した発光装置を実現することができる。 According to the invention of claim 6, it is possible to realize a light emitting device having a lamp that exhibits the effect of any one of claims 1 to 5.
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図1に示すように、限流素子である抵抗R(R1〜R4)と1つ以上の発光ダイオードLとを直列に接続して成る複数の直列回路(11〜14)からなる発光部1と、交流電源ACに接続されて交流電圧を全波整流して発光部1に駆動電圧Vdcを供給する点灯装置2とを備えて成る。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the present embodiment includes a plurality of series circuits (11 to 14) formed by connecting resistors R (R1 to R4), which are current limiting elements, and one or more light emitting diodes L in series. And a lighting device 2 that is connected to an AC power source AC and that rectifies an AC voltage in a full wave and supplies a driving voltage Vdc to the light emitting unit 1.
点灯装置2は、例えばダイオードブリッジから成り、交流電源ACからの交流電圧を全波整流し、整流された脈流電圧Vdcを発光部1に出力する。尚、点灯装置2は、交流電圧を全波整流するものであれば、他の回路構成でも構わない。 The lighting device 2 is composed of, for example, a diode bridge, and full-wave rectifies the AC voltage from the AC power supply AC, and outputs the rectified pulsating voltage Vdc to the light emitting unit 1. The lighting device 2 may have another circuit configuration as long as the AC voltage is full-wave rectified.
発光部1は、抵抗R(R1〜R4)と1つ以上の発光ダイオードLとを直列に接続して成る直列回路(11〜14)が複数個並列に接続されて成り、各直列回路11〜14における、発光ダイオードLの直列接続された個数が異なることを特徴とする。 The light emitting unit 1 includes a plurality of series circuits (11 to 14) formed by connecting resistors R (R1 to R4) and one or more light emitting diodes L in series. 14, the number of light-emitting diodes L connected in series is different.
以下、本実施形態の動作説明をする。図2に示すように、第1の直列回路11の発光ダイオードLは、脈流電圧Vdcが発光ダイオードLを点灯させるのに必要な順方向電圧Vf1を上回っている時のみ点灯するため、点灯状態と不点灯状態とを交互に繰り返す。ここで、発光ダイオードLに流れる電流はIf1となる。 The operation of this embodiment will be described below. As shown in FIG. 2, since the light emitting diode L of the first series circuit 11 is lit only when the pulsating voltage Vdc is higher than the forward voltage Vf1 necessary to light the light emitting diode L, And the non-lighting state are repeated alternately. Here, the current flowing through the light emitting diode L is If1.
次に、第2の直列回路12の発光ダイオードLの直列接続個数は、第1の直列回路10の直列接続個数より少なく、したがって、順方向電圧Vf2は、順方向電圧Vf1より低くなり、第2の直列回路に流れる電流はIf2となる。
Next, the number of light-emitting diodes L connected in series in the
同様に、第3の直列回路13の発光ダイオードLの直列接続個数は、第2の直列回路12の直列接続個数よりさらに少なく、したがって、順方向電圧Vf3は、順方向電圧Vf2よりさらに低くなり、第3の直列回路13に流れる電流はIf3となる。
Similarly, the number of light-emitting diodes L connected in series in the
さらに、第4の直列回路14の発光ダイオードLの直列接続個数は、第3の直列回路13の直列接続個数よりさらに少なく、したがって、順方向電圧Vf4は、順方向電圧Vf3よりさらに低くなり、第4の直列回路14に流れる電流はIf4となる。
Further, the number of light-emitting diodes L connected in series in the
以上のように、順方向電圧Vf1、Vf2、Vf3、Vf4の異なる直列回路11、12、13、14を複数並列に接続させた構成であり、異なる点灯期間に応じた電流が流れ、入力電流Iinとしては、各並列回路に流れる電流の合成電流If1+If2+If3+If4として流れるので、結果的に正弦波に近い波形となり、高調波歪みの少ない電流が得られる。
As described above, a plurality of
尚、本実施形態では、順方向電圧の異なる直列回路は、それぞれ1回路ずつの記載としたが、それぞれの直列回路の数は、任意の数であっても構わない。つまり、点灯期間が同じ直列回路が2回路以上並列に接続されていても良い。 In the present embodiment, each series circuit having a different forward voltage is described as one circuit, but the number of each series circuit may be an arbitrary number. That is, two or more series circuits having the same lighting period may be connected in parallel.
また、限流要素として抵抗Rを用いた構成を記載しているが、定電流素子、または、定電流回路であっても実現可能であることは、言うまでもない。 Further, although the configuration using the resistor R as the current limiting element is described, it is needless to say that it can be realized even with a constant current element or a constant current circuit.
(実施形態2)
上述の実施形態1では、第1の直列回路11、第2の直列回路12、第3の直列回路13、第4の直列回路14の順方向電圧Vf1、Vf2、Vf3、Vf4を異ならせるために、各直列回路11〜14における発光ダイオードLの直列個数が異なる組み合わせとしているが、この構成に代えて、本実施形態では、各直列回路11〜14における発光ダイオードLの直列個数は同じとし、固有電圧が異なる発光ダイオードLを使用することで、順方向電圧Vf1、Vf2、Vf3、Vf4を異ならせる。
(Embodiment 2)
In the first embodiment described above, the forward voltages Vf1, Vf2, Vf3, and Vf4 of the first series circuit 11, the
また、各直列回路における発光ダイオードの直列個数を異ならせると共に、各直列回路における発光ダイオードの固有電圧についても異なる組み合わせとしても良い。 Further, the number of light emitting diodes in each series circuit may be varied in series, and the specific voltage of the light emitting diodes in each series circuit may be a different combination.
さらにまた、1つの直列回路内において、固有電圧の異なる複数種の発光ダイオードを直列接続して、各直列回路における固有電圧の異なる発光ダイオードの割合(使用比率)を異ならせる構成としても良い。 Furthermore, in one series circuit, a plurality of types of light emitting diodes having different specific voltages may be connected in series so that the ratio (use ratio) of the light emitting diodes having different specific voltages in each series circuit may be different.
つまり、実施形態1の直列個数の異なる組み合わせと、実施形態2の固有電圧の異なる組み合わせとを適宜併用することにより、順方向電圧の異なる直列回路を任意に作成することが可能であり、入力電流をより正弦波に近づけることが可能となる。 That is, it is possible to arbitrarily create a series circuit having a different forward voltage by appropriately using a combination having a different number of series in the first embodiment and a combination having a different specific voltage in the second embodiment. Can be made closer to a sine wave.
(実施形態3)
上述の実施形態1,2では、各直列回路の順方向電圧が異なることにより、各直列回路に電流が流れている点灯期間が異なることになる。本実施形態では、各直列回路11,12,13,14の限流抵抗R1,R2,R3,R4を異ならせることにより、点灯期間の異なる複数個の直列回路において、点灯期間の短い直列回路では、ピーク電流を他より多く流すなどして平均電流(交流半サイクルの実効電流)が各直列回路でほぼ等しい電流となるように駆動する。これにより、固体発光素子全体の明るさのばらつき、つまり、直列回路毎の発光素子の明るさの違いが少なくなるという効果が得られる。
(Embodiment 3)
In the above-described first and second embodiments, the forward voltage of each series circuit is different, so that the lighting period during which a current flows in each series circuit is different. In the present embodiment, the current limiting resistors R1, R2, R3, and R4 of the
なお、各直列回路11,12,13,14の限流抵抗R1,R2,R3,R4に代えて、カレントミラー回路などの定電流回路を用いれば、ピーク電流をより精度良く規定することができ、点灯期間の短い直列回路ほどピーク電流を多く流すように設定しておくことにより、各直列回路の平均電流(=ピーク電流×点灯期間/交流半周期)を等しく制御することができる。
If a constant current circuit such as a current mirror circuit is used instead of the current limiting resistors R1, R2, R3, and R4 of the
(実施形態4)
上述の実施形態3では、固体発光素子の固有の明るさが略等しいという前提で、各直列回路の平均電流を略等しくすることにより固体発光素子全体の明るさのばらつきを低減しているが、本実施形態では、発光効率の異なる固体発光素子を使用し、発光効率の高い固体発光素子ほど点灯期間が短くなるように駆動することで、固体発光素子全体の明るさのばらつきを低減するものである。
(Embodiment 4)
In
例えば、図1の構成において、第1の直列回路11の発光ダイオードは点灯期間が最も短いので、発光効率の最も高い発光ダイオードを使用する。また、第4の直列回路14の発光ダイオードは点灯期間が最も長いので、発光効率の最も低い発光ダイオードを使用する。このように、固体発光素子の固有の明るさのばらつきに応じて、固有の明るさの明るい素子ほど点灯期間が短くなるように直列回路を構成することにより、固体発光素子全体の明るさのばらつきを低減することができる。
For example, in the configuration of FIG. 1, since the light emitting diode of the first series circuit 11 has the shortest lighting period, the light emitting diode having the highest light emission efficiency is used. Further, since the light emitting diode of the
なお、実施形態3と実施形態4を適宜組み合わせて実施することで、固体発光素子全体の明るさのばらつきをさらに低減することができる。
In addition, by implementing
(実施形態5)
本発明の実施形態5について図3を用いて説明する。本実施形態は、図3に示すように、実施形態1の発光部1及び点灯装置2を交通信号機の灯具3に収納して成る。灯具3は発光部1を外部に臨ませるための3つの略円形状の開口部4を有する略長円形状の箱体であって、各開口部4の全面に亘って発光部1の発光ダイオードが対向配置されている。3つの開口部4にそれぞれ配置される3つの発光部1は、信号制御用のリレー接点等を介して点灯装置2の出力に接続されている。
(Embodiment 5)
Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the light emitting unit 1 and the lighting device 2 of the first embodiment are housed in a
発光ダイオードが発光する色は開口部4毎に異なっており、図3における左の開口部4から緑色、黄色、赤色となっている。なお、発光ダイオードが発光する色及びその配列は上記のものに限定される必要は無く、交通信号機の用途に応じて変更可能であることは言うまでもない。例えば、歩行者用信号機であれば、赤色と青色の二色が縦方向に配置されることになるし、右折・左折・直進の矢印信号であれば、青色の発光ダイオードが右向き、左向き、上向きの各矢印形状を構成するように配置されることになる。
The color emitted by the light-emitting diode is different for each
各開口部4では、個数の多い第1の直列回路11の発光ダイオードが周縁部に配置され、個数の少ない第4の直列回路14の発光ダイオードが略中央に配置されている。この場合、順方向電圧Vf4の低い第4の直列回路14の発光ダイオードは不点灯期間が殆ど存在しないため、各開口部4の略中央の発光ダイオードは(交通信号の点灯期間中は図中の黒丸のように)ほぼ常時点灯するようになっている。したがって、例えばタクシー等に搭載されるドライブレコーダーのビデオカメラで事故の瞬間を撮影した場合に、各開口部4の略中央の発光ダイオードはほぼ常時点灯しているので、ビデオカメラの撮影間隔及びタイミングに依らず交通信号機の状態を認識することができる。
In each
1 発光部
2 点灯装置
L 発光ダイオード(固体発光素子)
R1〜R4 抵抗(限流要素)
11〜14 第1〜第4の直列回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emission part 2 Lighting device L Light emitting diode (solid-state light emitting element)
R1-R4 resistance (current limiting element)
11-14 First to fourth series circuits
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