JP2012138428A - 2端子led発光デバイス及びそれを備えたled照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品点数の削減を実現し、以って発光デバイスのコンパクト化、低コスト化を実現可能な2端子LED発光デバイスに関する技術を提供する。
【解決手段】一対の端子101,102を介して駆動電流としての交流電流が供給されるLED発光デバイス10であって、発光波長域が相互に異なる第一及び第二のLED素子1031,1032であって、夫々が一又は複数からなる第一のLED素子1031と第
二のLED素子1032とを逆極並列に接続して形成される並列LED素子群103を、更に複数直列に接続する。
【選択図】図1
【解決手段】一対の端子101,102を介して駆動電流としての交流電流が供給されるLED発光デバイス10であって、発光波長域が相互に異なる第一及び第二のLED素子1031,1032であって、夫々が一又は複数からなる第一のLED素子1031と第
二のLED素子1032とを逆極並列に接続して形成される並列LED素子群103を、更に複数直列に接続する。
【選択図】図1
Description
本発明は、2端子LED発光デバイス及びそれを備えたLED照明装置に関する。
近年、白熱電球や蛍光灯に代わる照明機器として、発光ダイオード(LED(Light Emitting Diode)を用いた照明装置が普及しつつある。ここで、交流電源からの交流電流をLED発光デバイスに供給してLED素子を駆動させるLED駆動回路がある。例えば、特許文献1には、交流源に対して極性を逆にして並列接続された二つのLED群が開示され、交流の正の半サイクルにおいては、LED群の一方が駆動し、交流の負の半サイクルにおいては、LED群の他方が駆動するように構成されたものがある。
上記のような交流電源からの交流電流によって駆動するLED発光デバイスにおいては、LED素子同士を接続する接続配線の数も多くなりがちであり、その点に関しては改善の余地があると考えられる。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、部品点数の削減を実現し、以って発光デバイスのコンパクト化、低コスト化を実現可能な2端子LED発光デバイスに関する技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明は以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、発光波長域が相互に異なる第一及び第二のLED素子であって夫々が一又は複数からなる第一及び第二のLED素子を逆極並列に接続して形成される並列LED素子群を、更に複数直列に接続してなる、2端子LED発光デバイスである。この、2端子LED発光デバイスの各端子には、駆動電流としての交流電流が供給されても良い。
このように構成される2端子LED発光デバイスでは、例えば、交流による正負の各半サイクルで第一及び第二のLED素子に供給される駆動電流の合計値の大きさを調整することで発光デバイス全体として発する白色光の輝度を調整し、また、第一及び第二のLED素子に対する駆動電流の供給比率を変更することで、発光デバイス全体として発する白色光の色度(色相、色温度)を調整することが行われる。
上記構成のように、第一及び第二のLED素子を互いに逆極並列に接続して並列LED素子群を形成し、複数の並列LED素子群を直列に配置するようにしたので、並列LED素子群の各々を接続する接続用配線を一本とすることができ、部品点数の削減を実現することができる。そして、この部品点数の削減効果は、2端子LED発光デバイスに含まれる並列LED素子群の数が多いほど顕著となり、2端子LED発光デバイスのコンパクト化(小型化)、低コスト化に資することができる。
また、本発明の2端子LED発光デバイスにおいて、前記第一のLED素子同士は全て同一極性となるように接続され、且つ前記第二のLED素子同士は全て同一極性となるように接続されても良い。このように、全ての第一のLED素子を同一極性に接続することで、これらを共通の制御系統で制御することができる。同様に、全ての第二のLED素子
を同一極性に接続することで、これらを共通の制御系統で制御することができる。
を同一極性に接続することで、これらを共通の制御系統で制御することができる。
2端子LED発光デバイスに交流電流が供給される場合、各並列LED素子群における第一及び第二のLED素子は、点灯(発光)用の電流が流れない正負の半サイクルに、逆バイアスが掛けられた状態になる。このような逆バイアス状態において、大電圧や大電流が発生すると、逆バイアス状態となっている方のLED素子を電流が逆流し、当該LED素子が破損する虞がある。
そこで、本発明に係る2端子LED発光デバイスにおいては、アノード共有又はカソード共有で直列に接続された二つのツェナーダイオードによる2端子保護素子を、前記並列LED素子群に並列に接続しても良い。このような構成によれば、各並列LED素子群に対してツェナーダイオードが並列に接続されているので、正負の半サイクルの夫々において、第一及び第二のLED素子に対する逆方向の大電圧・大電流が生じた場合には、ツェナーダイオードのいずれか一方が降伏することで、逆方向の大電流を下流側へ流し、LED素子の破損を防止することができる。
また、本発明においては、前記並列LED素子群の各々に一定電流を供給するための定電流手段を更に備えるようにしても良い。これにより、各並列LED素子群における第一及び第二のLED素子に破損や劣化等が起こったり、発光特性が悪化する虞がない。
また、本発明は、上述の何れかのLED発光デバイスを調光するための調光装置、及びLED発光デバイスと調光装置を備えた照明装置(システム)として捉えることも可能である。また、本明細書において、LEDには、有機エレクトロルミネッセンス(Organic Electro-Luminescence:有機EL)を含む概念である。
本発明によれば、駆動電流としての交流電流が供給される2端子LED発光デバイスにおいて、部品点数の削減を実現し、以って発光デバイスのコンパクト化、低コスト化を実現可能な技術を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明に係るLED発光デバイスの実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
<第一実施形態>
[第一の回路構成例]
図1は、本実施形態に係るLED発光デバイス10の第一の回路構成例を示す図である。本実施形態に係るLED発光デバイス10は、交流電源からの交流電流の供給を受け、駆動することで白色光を発光する2端子LEDデバイスである。
[第一の回路構成例]
図1は、本実施形態に係るLED発光デバイス10の第一の回路構成例を示す図である。本実施形態に係るLED発光デバイス10は、交流電源からの交流電流の供給を受け、駆動することで白色光を発光する2端子LEDデバイスである。
2端子LED発光デバイス10は、二つの端子(一対の端子)101,102と、これ
ら一対の端子101,102間には、複数の並列LED素子群103が直列に接続されて
いる。この並列LED素子群103は、発光波長域が相互に異なる一組のLED素子、すなわち第一のLED素子1031と第二のLED素子1032とが、その極性を逆にして(逆極性で)相互に並列接続することで形成されている。すなわち、2端子LED発光デバイス10は、発光波長域が相互に異なる第一及び第二のLED素子1031,1032であってそれぞれ一又は複数個からなる第一及び第二のLED素子1031,1032を逆極並列に接続して形成される並列LED素子群103を、更に複数直列に接続してなる。ここで、LED素子群103を直列に接続する数は特定の数に限定されるものではない。また、図示のように、本実施形態における2端子LED発光デバイス10は、第一のLED素子同士1031は全て同一極性となるように接続され、且つ第二のLED素子1032同士は全て同一極性となるように接続されている。
ら一対の端子101,102間には、複数の並列LED素子群103が直列に接続されて
いる。この並列LED素子群103は、発光波長域が相互に異なる一組のLED素子、すなわち第一のLED素子1031と第二のLED素子1032とが、その極性を逆にして(逆極性で)相互に並列接続することで形成されている。すなわち、2端子LED発光デバイス10は、発光波長域が相互に異なる第一及び第二のLED素子1031,1032であってそれぞれ一又は複数個からなる第一及び第二のLED素子1031,1032を逆極並列に接続して形成される並列LED素子群103を、更に複数直列に接続してなる。ここで、LED素子群103を直列に接続する数は特定の数に限定されるものではない。また、図示のように、本実施形態における2端子LED発光デバイス10は、第一のLED素子同士1031は全て同一極性となるように接続され、且つ第二のLED素子1032同士は全て同一極性となるように接続されている。
二つの端子101,102間には、交流電源から供給される交流電流が、並列LED素
子群103に含まれる第一のLED素子1031と第二のLED素子1032を発光させるための駆動電流として通電される。各並列LED素子群103において、第一のLED素子1031と第二のLED素子1032は、逆極性で相互に並列接続されている(すなわち、逆極並列に接続されている)ため、正の電流の通電時(交流の正の半サイクル)には第一のLED素子1031と第二のLED素子1032の一方が点灯(発光)し、他方は消灯する。そして、負の電流の通電時(交流の負の半サイクル)には、第一のLED素子1031と第二のLED素子1032の一方が消灯し、他方は点灯(発光)する。このように、2端子LED発光デバイス10は、交流電源からの交流電流で駆動させることができる。
子群103に含まれる第一のLED素子1031と第二のLED素子1032を発光させるための駆動電流として通電される。各並列LED素子群103において、第一のLED素子1031と第二のLED素子1032は、逆極性で相互に並列接続されている(すなわち、逆極並列に接続されている)ため、正の電流の通電時(交流の正の半サイクル)には第一のLED素子1031と第二のLED素子1032の一方が点灯(発光)し、他方は消灯する。そして、負の電流の通電時(交流の負の半サイクル)には、第一のLED素子1031と第二のLED素子1032の一方が消灯し、他方は点灯(発光)する。このように、2端子LED発光デバイス10は、交流電源からの交流電流で駆動させることができる。
ここで、第一のLED素子1031と第二のLED素子1032は、互いに異なるスペクトルの白色光を発する(発光波長域が異なる)LED素子である。例えば、第一のLED素子1031及び第二のLED素子1032の夫々は、発光波長が410nmで、順方向電流のときの端子電圧は3.5Vである。また、第一のLED素子1031には、発光波長410nmの光で刺激(励起)すると約5000K(ケルビン)の白色を発光する蛍光体が埋め込まれている。一方、第二のLED素子1032には、発光波長410nmの光で刺激(励起)すると約3000K(ケルビン)の白色を発光する蛍光体が埋め込まれている。但し、上記した第一のLED素子1031及び第二のLED素子1032における励起波長、発光する白色光の色度(色度は、色相及び色温度等を含む概念であり、以下同様。)、端子電圧等の各値は例示であり、適宜変更なし得る。
このように構成される2端子LED発光デバイス10では、交流電源による正負の各半サイクルで第一及び第二のLED素子1031,1032に供給される駆動電流の合計値の大きさを増減することで、発光デバイス全体として発する白色光の輝度を調整することができる。また、第一及び第二のLED素子1031,1032に対する駆動電流の供給
比率を変更することで、発光デバイス全体として発する白色光の色度(色相、色温度)を調整することができる。
比率を変更することで、発光デバイス全体として発する白色光の色度(色相、色温度)を調整することができる。
そして、本実施形態に係る2端子LED発光デバイス10のように、各並列LED素子群103を2端子形とすることで、これらを互いに直列接続する接続用配線が一本で済むという利点がある。つまり、2端子LED発光デバイス10によれば、良好な発光特性を有し、且つ、2端子LED発光デバイス10の部品点数を少なくすることができる。これにより、2端子LED発光デバイス10のコンパクト化(小型化)、低コスト化に有利である。
[第二の回路構成例]
次に、図2は、本実施形態に係る2端子LED発光デバイスの第二の回路構成例を示す図である。ここでは、図1で説明した第一の回路構成例との相違点を中心として説明する。2端子LED発光デバイス10Aでは、互いに直接接続されるLED素子群103Aの構成が図1で説明した並列LED素子群103と相違する点を除き、2端子LED発光デバイス10と同等である。
次に、図2は、本実施形態に係る2端子LED発光デバイスの第二の回路構成例を示す図である。ここでは、図1で説明した第一の回路構成例との相違点を中心として説明する。2端子LED発光デバイス10Aでは、互いに直接接続されるLED素子群103Aの構成が図1で説明した並列LED素子群103と相違する点を除き、2端子LED発光デバイス10と同等である。
並列LED素子群103Aは、第一のLED素子1031と第二のLED素子1032をそれぞれ五個ずつ有している。第一のLED素子1031と第二のLED素子1032とは、第一の回路構成例と同様に互いに逆極性となるよう並列接続されている(すなわち、逆極並列に接続されている)。図1及び図2に示す構成例から判るように、本発明に係る2端子LED発光デバイスは、各LED素子群には第一のLED素子1031と第二のLED素子1032を、それぞれ一又は複数個、含ませることができる。また、一の並列LED素子群103Aに含める第一のLED素子1031と第二のLED素子1032の数は適宜変更することができ、また、第一のLED素子1031と第二のLED素子1032の数を同数としなくとも良い。
[第三の回路構成例]
次に、図3は、本実施形態に係る2端子LED発光デバイスの第三の回路構成例を示す図である。本構成例に係る2端子LED発光デバイス10Bでは、各LED素子の破損を防ぐための2端子保護回路104を有する点を除いて、図1で説明した2端子LED発光デバイス10の構成と共通である。2端子保護回路104は、カソード同士が連結された二つのツェナーダイオード1041,1042(定電圧ダイオード)からなる直列回路で形成されており、端子101、102間において、各並列LED素子群103に対して並列接続されている。つまり、図示の構成例では、カソード共有で直列に接続された二つのツェナーダイオード1041,1042からなる2端子保護回路104が各並列LED素子群103に並列接続されている。但し、連結される二つのツェナーダイオード1041,1042の向きを逆向き、すなわちアノード同士が連結されても良い。つまり、アノード共有で直列に接続された二つのツェナーダイオードからなる2端子保護回路を各並列LED素子群103に並列接続しても良い。以上より、本実施形態に係る2端子保護回路104は、極性を相互に逆にして直列に接続された二つのツェナーダイオード1041,1042を含み、且つ、直列接続された並列LED素子群103に対して並列に接続されている。
次に、図3は、本実施形態に係る2端子LED発光デバイスの第三の回路構成例を示す図である。本構成例に係る2端子LED発光デバイス10Bでは、各LED素子の破損を防ぐための2端子保護回路104を有する点を除いて、図1で説明した2端子LED発光デバイス10の構成と共通である。2端子保護回路104は、カソード同士が連結された二つのツェナーダイオード1041,1042(定電圧ダイオード)からなる直列回路で形成されており、端子101、102間において、各並列LED素子群103に対して並列接続されている。つまり、図示の構成例では、カソード共有で直列に接続された二つのツェナーダイオード1041,1042からなる2端子保護回路104が各並列LED素子群103に並列接続されている。但し、連結される二つのツェナーダイオード1041,1042の向きを逆向き、すなわちアノード同士が連結されても良い。つまり、アノード共有で直列に接続された二つのツェナーダイオードからなる2端子保護回路を各並列LED素子群103に並列接続しても良い。以上より、本実施形態に係る2端子保護回路104は、極性を相互に逆にして直列に接続された二つのツェナーダイオード1041,1042を含み、且つ、直列接続された並列LED素子群103に対して並列に接続されている。
ここで、端子101から端子102へ向けて正の電流が流れるときには、各並列LED素子群103における第二のLED素子1032には逆方向バイアスがかかる状態となる。この逆方向バイアスが大電圧であったり、正の電流が大電流である場合には、第二のLED素子1032を逆流し、第二のLED素子1032の破損に繋がる可能性がある。一方、端子102から端子101へ向けて正の電流が流れるときには、同様の観点から各並列LED素子群103における第一のLED素子1031に逆方向バイアスがかかる状態
となるため、第一のLED素子1031の破損に繋がる可能性がある。
となるため、第一のLED素子1031の破損に繋がる可能性がある。
これに対し、図3に示す第三の回路構成例では、例えば端子101から端子102へ正の大電流が流れる場合において、各並列LED素子群103における第二のLED素子1032が破損する前にツェナーダイオード1042が降伏し、電流を端子102側へ流す。これによって、各並列LED素子群103における第二のLED素子1032の破損が防止される。また、このような第二のLED素子1032に対する逆方向過電圧破壊のみならず、端子101から端子102へ正の大電流が流れることに起因した順方向過電圧破壊から第一のLED素子1031を保護することも同時に可能となっている。
逆に、端子101から端子102へ負の大電流が流れる場合(端子102から端子101へ正の大電流が流れる場合)には、2端子保護回路104のツェナーダイオード1041が降伏して電流を端子101側へ流す。これによって、各並列LED素子群103における第一のLED素子1031の破損が防止される。また、このような第一のLED素子1031に対する逆方向過電圧破壊のみならず、端子102から端子101へ正の大電流が流れることに起因した順方向過電圧破壊から第二のLED素子1032を保護することも同時に可能となっている。
[第四の回路構成例]
次に、図4は、本実施形態に係る2端子LED発光デバイスの第四の回路構成例を示す図である。本構成例に係る2端子LED発光デバイス10Cにおいては、並列LED素子群の各々に一定電流を供給するための定電流回路20(定電流手段)を備える。ここでは、符号20Aは第一定電流回路部であり、符号20Bは第二定電流回路部である。第一定電流回路部20Aは、各並列LED素子群103における第一のLED素子1031に供給される電流値を一定に保つために第二のLED素子1032への電流制限を行う回路である。また、第二定電流回路部20Bは、各並列LED素子群103における第二のLED素子1032に供給される電流値を一定に保つために第一のLED素子1031への電流制限を行う回路である。第一定電流回路部20A及び第二定電流回路部20Bは、図示のように逆極性で並列に接続されている。また、符号D1、D2は、逆流防止用のダイオードである。定電流回路20は、第一及び第二定電流回路部20A,20B、とダイオー
ドD1,D2を含む。
次に、図4は、本実施形態に係る2端子LED発光デバイスの第四の回路構成例を示す図である。本構成例に係る2端子LED発光デバイス10Cにおいては、並列LED素子群の各々に一定電流を供給するための定電流回路20(定電流手段)を備える。ここでは、符号20Aは第一定電流回路部であり、符号20Bは第二定電流回路部である。第一定電流回路部20Aは、各並列LED素子群103における第一のLED素子1031に供給される電流値を一定に保つために第二のLED素子1032への電流制限を行う回路である。また、第二定電流回路部20Bは、各並列LED素子群103における第二のLED素子1032に供給される電流値を一定に保つために第一のLED素子1031への電流制限を行う回路である。第一定電流回路部20A及び第二定電流回路部20Bは、図示のように逆極性で並列に接続されている。また、符号D1、D2は、逆流防止用のダイオードである。定電流回路20は、第一及び第二定電流回路部20A,20B、とダイオー
ドD1,D2を含む。
第一定電流回路部20Aは、二つのトランジスタTr1A,Tr2Aと、二つの抵抗R1A,R2Aを含んで構成されている。本構成例に係る2端子LED発光デバイス10Cに交流電源から交流電流が供給され、例えば正の半サイクルで端子101から端子102へ向けて正の電流が流れる場合、ダイオードD1には順方向バイアスが掛かり、ダイオードD2には逆方向バイアスが掛かる。その結果、交流電流は第一定電流回路部20A側を流れるが、第二定電流回路部20B側には流れない。
そのときに、トランジスタTr1Aのコレクタ電流が増加すると(すなわち、第一のLED素子1031に供給される電流が増加すると)、トランジスタTr1Aのエミッタ側に接続されている抵抗R1Aの電位降下が大きくなり、トランジスタTr2Aがオンする。これにより、トランジスタTr1Aのベース電流が減少し、結果としてトランジスタTr1Aのコレクタ電流が減少する。一方、トランジスタTr1Aのコレクタ電流が減少した場合には、上記とは逆の作用が起こることで、トランジスタTr1Aのコレクタ電流、すなわち第一のLED素子1031に供給される電流は一定に保たれることになる。
一方、例えば負の半サイクルで端子102から端子101へ向けて正の電流が流れる場合、ダイオードD2には順方向バイアスが掛かり、ダイオードD1には逆方向バイアスが掛かるようになる。その結果、交流電流は第二定電流回路部20B側を流れ、第一定電流
回路部20A側には流れない。ここで、第二定電流回路部20Bは、第一定電流回路部20Aと同等の構成であり、二つのトランジスタTr1B,Tr2Bと、二つの抵抗R1B,R2Bを含んで構成されている。これら第二定電流回路部20BにおけるトランジスタTr1B,Tr2B、抵抗R1B,R2Bは、第一定電流回路部20AにおけるトランジスタTr1A,Tr2A、抵抗R1A,R2Aに対応しており、同等の機能を有する電子部品である。
回路部20A側には流れない。ここで、第二定電流回路部20Bは、第一定電流回路部20Aと同等の構成であり、二つのトランジスタTr1B,Tr2Bと、二つの抵抗R1B,R2Bを含んで構成されている。これら第二定電流回路部20BにおけるトランジスタTr1B,Tr2B、抵抗R1B,R2Bは、第一定電流回路部20AにおけるトランジスタTr1A,Tr2A、抵抗R1A,R2Aに対応しており、同等の機能を有する電子部品である。
第二定電流回路部20Bの作動状況を説明すると、端子102から端子101へ向けて正の電流が流れる半サイクルにおいてトランジスタTr1Bのコレクタ電流が増加すると(すなわち、第二のLED素子1032に供給される電流が増加すると)、トランジスタTr1Bのエミッタ側に接続されている抵抗R1Bの電位降下が大きくなり、トランジスタTr2Bがオンする。これにより、トランジスタTr1Bのベース電流が減少し、結果としてトランジスタTr1Bのコレクタ電流が減少する。一方、トランジスタTr1Bのコレクタ電流が減少した場合には、上記とは逆の作用が起こることで、トランジスタTr1Bのコレクタ電流、すなわち第二のLED素子1032に供給される電流は一定に保たれることになる。
このようにして、本構成例に係る2端子LED発光デバイス10Cは、並列LED素子群103の各々に一定電流を供給するための定電流回路20を備えたので、第一及び第二のLED素子1031,1032に破損や劣化等が起こったり、発光特性が悪化する虞がない。定電流回路20は、第一及び第二定電流回路部20A,20B、とダイオードD1
,D2を含む。
,D2を含む。
図5は、図4における定電流回路の変形例を説明するための図である。図5に示すように、図4に示した定電流回路20に代えて、図5に示す定電流回路20’を2端子LED発光デバイス10Cに採用することで、各並列LED素子群103における第一及び第二のLED素子1031,1032に供給される電流値を一定に保持するようにしても良い。図4及び図5において共通の電子部品については同一符号を付す。定電流回路20’は、第一及び第二定電流回路部20A,20B、とダイオードD1,D2を含む。
図5において、第一定電流回路部20Aと第二定電流回路部20Bは、相互に逆極性に且つ直列に接続されている。また、互いに逆極性として直接接続された二つのダイオードD1,D2が、これら第一及び第二定電流回路部20A,20Bに対して並列に接続されている。また、図示のように、第一定電流回路部20A及び第二定電流回路部20B間に形成された端子と、ダイオードD1及びダイオードD2間に形成された端子とが、配線によって結ばれている。
上記構成による定電流回路20’は、図4で説明した定電流回路20と等価な回路である。すなわち、例えば正の半サイクルで端子101から端子102へ向けて正の電流が流れる場合、ダイオードD1には順方向バイアスが掛かり、ダイオードD2には逆方向バイアスが掛かる。その結果、この半サイクルにおける電流は第二定電流回路部20Bをシャント(バイパス)して第一定電流回路部20Aを流れる。そして、この半サイクルにおいて、第一定電流回路部20Aが図4で説明したのと同様に作動することで、第一のLED素子1031に供給される電流が一定に保たれるのである。
一方、例えば負の半サイクルで端子102から端子101へ向けて正の電流が流れる場合、ダイオードD2には順方向バイアスが掛かり、ダイオードD1には逆方向バイアスが掛かる。その結果、この半サイクルにおける電流は第一定電流回路部20Aをシャント(バイパス)して第二定電流回路部20Bを流れる。そして、この半サイクルにおいては、第二定電流回路部20Bが図4で説明したのと同様に作動することで、第二のLED素子
1032に供給される電流が一定に保たれるのである。なお、図4及び図5において説明した定電流回路20,20’の代わりに、定電流ダイオード(CRD, Current Regulative Diode)等を採用することで、同様の作用効果を実現するようにしても良い。また、図4及び図5において、トランジスタは図示のようなバイポーラトランジスタであっても良いし、このバイポーラトランジスタを電界効果トランジスタ(Field effect transistor、FET)に置き換えても良い。ダイオードD1、D2は、バイポーラトランジスタに替えてFETを用いる際には省略できる場合がある。FETは発熱量が少なく、LED素子を並列接続
するのに好適である。
1032に供給される電流が一定に保たれるのである。なお、図4及び図5において説明した定電流回路20,20’の代わりに、定電流ダイオード(CRD, Current Regulative Diode)等を採用することで、同様の作用効果を実現するようにしても良い。また、図4及び図5において、トランジスタは図示のようなバイポーラトランジスタであっても良いし、このバイポーラトランジスタを電界効果トランジスタ(Field effect transistor、FET)に置き換えても良い。ダイオードD1、D2は、バイポーラトランジスタに替えてFETを用いる際には省略できる場合がある。FETは発熱量が少なく、LED素子を並列接続
するのに好適である。
<第二実施形態>
次に、第二実施形態について説明する。ここでは、第一実施形態において説明した各発光デバイスを、その制御装置である調光装置Dmに実装した場合の実施形態について例示的に詳しく説明する。図6は、本実施形態に係る調光装置(調色装置)の回路構成例を示す図である。図6において、調光装置Dmには、上述した第一乃至第四回路構成例の何れの発光デバイスも好適に適用することができ、発光デバイスの備えるLED素子の発光により得られる白色照明光の色度(色相、色温度)を調整する。ここでは、図1において説明した2端子LED発光デバイス10(第一の回路構成例)を調光装置Dmに実装する例を説明するが、これに代えて他の回路構成例に係る2端子LED発光デバイス(10A,10B,10C)を組み込むようにしても勿論構わない。
次に、第二実施形態について説明する。ここでは、第一実施形態において説明した各発光デバイスを、その制御装置である調光装置Dmに実装した場合の実施形態について例示的に詳しく説明する。図6は、本実施形態に係る調光装置(調色装置)の回路構成例を示す図である。図6において、調光装置Dmには、上述した第一乃至第四回路構成例の何れの発光デバイスも好適に適用することができ、発光デバイスの備えるLED素子の発光により得られる白色照明光の色度(色相、色温度)を調整する。ここでは、図1において説明した2端子LED発光デバイス10(第一の回路構成例)を調光装置Dmに実装する例を説明するが、これに代えて他の回路構成例に係る2端子LED発光デバイス(10A,10B,10C)を組み込むようにしても勿論構わない。
本図において、2端子LED発光デバイス10の構成については既述のため、ここでの詳細な説明は割愛する。調光装置Dmは、交流電源入力端子1、トライアック30、トリガダイオード40、時定数回路50、ヒステリシス除去回路70、保護回路80等と有している。
交流電源入力端子1は、商用電源(交流100V)からの電力を調光回路内に供給するための端子であり、商用電源に接続するためのプラグを含む。交流電源入力端子1の一方は、2端子LED発光デバイス10の入力端子101に接続されている。
トライアック30は、2端子LED発光デバイス10の入力端子102に接続されており、各並列LED素子群103に対する交流1サイクル中の通電期間において、交流電源入力端子1のから入力された交流電流を通電する。トライアック30は、半サイクルの或る時点でオン(点弧)すると、当該半サイクルが終了するまで端子102に対して正又は負の電流を供給し続ける。
トリガダイオード40は、トライアック30が点弧するためのトリガ信号をトライアック30に供給する。時定数回路50は、トリガダイオード40がトライアック30にトリガ信号を供給するタイミングを制御する。時定数回路は、直列接続されたダイオード51,抵抗器52,及び可変抵抗器53と、直列接続されたダイオード61,抵抗器62,可変抵抗器63と、キャパシタ(コンデンサ)54とを有し、トリガダイオード40に接続されている。可変抵抗器53,63には、これらの抵抗値を個別に調整するための操作部(つまみなど)が設けられる。
抵抗器52,可変抵抗器53及びキャパシタ54は、交流の正の半サイクル(サイクル前半)においてトリガダイオード40への印加電圧をチャージするCR時定数回路を構成し、これらの抵抗値及び容量値で決まる時定数に従ってトリガダイオード40をオンにする。ダイオード51は、逆流防止用のダイオードである。一方、抵抗器62,可変抵抗器63及びキャパシタ54は、交流の負の半サイクル(サイクル後半)においてトリガダイオード40への印加電圧をチャージするCR時定数回路を構成し、これらの抵抗値及び容量値で決まる時定数に従ってトリガダイオード40をオンにする。
図7(A)は、調光装置Dmに係る調光回路に印加される商用電源波形を示し、図7(B)は、トリガダイオード40に印加される電圧(キャパシタ54に対する電荷のチャージの様子)を示す。図7(A)に示すように、調光装置Dmの調光回路には、サインカーブの交流電圧が印加される。正の半サイクルにおいて、電圧印加の開始と同時に、時定数回路50のキャパシタ54に対する正のチャージが開始され、キャパシタ54にチャージされた電荷が所定量になる時間t1で、トリガダイオード40がトリガ信号をトライアック30に供給し、トライアック30が点弧し、2端子LED発光デバイス10に対する正の電流供給を開始する。図6の構成例において、交流の正の半サイクルでは、2端子LED発光デバイス10における端子101から端子102へ向けて正の電流が流れる。そのため、各並列LED素子群103における第一のLED素子1031のみが点灯(発光)し、第二のLED素子1032は消灯した状態に維持される。このような電流供給は半サイクルの終了まで継続される。一方、負の半サイクルでは、正の半サイクルと極性を反対にした同様の動作が行われ、時間t2でトライアック30が点弧し、負の電流が発光デバイス20に供給される。この場合、2端子LED発光デバイス10における端子102から端子101へ向けて正の電流が流れる。そのため、上記負の半サイクルにおいては、各並列LED素子群103における第二のLED素子1032のみが点灯(発光)し、第一のLED素子1031は消灯した状態に維持される。
このように、正負の各半サイクルで、時定数回路50の時定数に従ったタイミングでトライアック30が点弧し、2端子LED発光デバイス10に対して駆動電流を供給する。図7(A)の斜線部分が、正負の半サイクルで2端子LED発光デバイス10に供給される電圧(電流)を示す。時定数は、可変抵抗器53,63の抵抗値によって変化する。すなわち、可変抵抗器53の抵抗値が小さくなる程、時定数は小さくなり、トライアック30が点弧するタイミングが早まる。このように、可変抵抗器53,63の抵抗値を変化させることで、各並列LED素子群103に含まれる第一及び第二のLED素子1031,1032に対する半サイクル中の通電時間、すなわち電流値を可変にすることができる。可変抵抗器53,63の抵抗値は個別に操作可能である。よって、本実施形態に係る調光装置Dmでは、正負の半サイクルにおける通電時間を個別に制御(調整)することができる。
ヒステリシス除去回路70は、交流の正負の半サイクルの終了までにキャパシタ54にチャージされた残留電荷を除去して、ヒステリシスを除去するための回路である。保護回路80は、2端子LED発光デバイス10及びトライアック30に対して並列接続されており、その一端は2端子LED発光デバイス10の端子101に接続され、一方は接地されている。保護回路80は、ツェナーダイオード81,82を有しており、インパルスやサージが発生したときに降伏して2端子LED発光デバイス10を保護する。
次に、調光装置Dmの動作例(操作例)について説明する。最初に、可変抵抗器53,63の操作部を操作して、これらの各抵抗値を最大値に設定する。交流電点入力端子1のプラグを図示しない商用電源100Vに接続する。すると、調光装置Dmの調光回路には、交流電圧(交流電流)が供給される状態となる。
すると、2端子LED発光デバイス10(負荷)には、図7(A)の斜線で示す電流が流れる。これにより、第一及び第二のLED素子1031,1032の各々は、各半サイクルの後半部分で間欠的に発光し、人間の目には暗く点灯したように感じる。具体的には、正の半サイクルにおける後半部分で第一のLED素子1031が発光し、負の半サイクルにおける後半部分で第二のLED素子1032が発光する。
ここで、可変抵抗器63の操作部(例えば、可変抵抗器63の操作用のダイヤルつまみ
(光量操作用つまみ))を操作して抵抗値を減少させると、トライアック30の点弧タイミングが早まり、交流電流の負の半サイクルにおける平均電流値が増加し、人間の目にはやや明るく点灯したように感じる。さらに、可変抵抗器53の操作部(例えば、可変抵抗器53の操作用のダイヤルつまみ(色調操作用つまみ))を操作して抵抗値を減少させると、交流電流の正の半サイクルにおける平均電流値が増加し、人間の目にはさらに明るく点灯したように感じる。このとき、第一のLED素子1032から照射される5000Kの白色の発光が、発光デバイス10の輝度(発光量)全体の主要な割合を占めるので、第二のLED素子1032のみの点灯時よりも明るいだけでなく、色温度が上昇したように感じる。
(光量操作用つまみ))を操作して抵抗値を減少させると、トライアック30の点弧タイミングが早まり、交流電流の負の半サイクルにおける平均電流値が増加し、人間の目にはやや明るく点灯したように感じる。さらに、可変抵抗器53の操作部(例えば、可変抵抗器53の操作用のダイヤルつまみ(色調操作用つまみ))を操作して抵抗値を減少させると、交流電流の正の半サイクルにおける平均電流値が増加し、人間の目にはさらに明るく点灯したように感じる。このとき、第一のLED素子1032から照射される5000Kの白色の発光が、発光デバイス10の輝度(発光量)全体の主要な割合を占めるので、第二のLED素子1032のみの点灯時よりも明るいだけでなく、色温度が上昇したように感じる。
以上説明したように、本実施形態に係る調光装置Dmによれば、異なる色度(色相、色温度)の白色光を発光する第一及び第二のLED素子1031,1032を、交流の各半サイクルに対応する可変抵抗器53,63で個別に制御できるので、2端子LED発光デバイス10から発せられる光の色度を自在に調整することができる。
<第三実施形態>
次に、第三実施形態について説明する。ここでは、第一実施形態において説明した各発光デバイスをLED照明システムLSに実装する形態について例示的に詳しく説明する。本実施形態におけるLED照明システムLSには、上述した第一乃至第四回路構成例の何れの発光デバイスも好適に適用することができる。ここでは、図1に示した2端子LED発光デバイス10(第一の回路構成例)をLED照明システムLSに実装する例を説明するが、これに代えて他の回路構成例に係る発光デバイス(10A,10B,10C)を組み込むようにしても勿論構わない。
次に、第三実施形態について説明する。ここでは、第一実施形態において説明した各発光デバイスをLED照明システムLSに実装する形態について例示的に詳しく説明する。本実施形態におけるLED照明システムLSには、上述した第一乃至第四回路構成例の何れの発光デバイスも好適に適用することができる。ここでは、図1に示した2端子LED発光デバイス10(第一の回路構成例)をLED照明システムLSに実装する例を説明するが、これに代えて他の回路構成例に係る発光デバイス(10A,10B,10C)を組み込むようにしても勿論構わない。
次に、本実施形態に係るLED照明システムLSについて説明する。本LED照明システムLSは、調光装置Dmに電源からの二本一対の給電線が接続され、調光装置Dmと2端子LED発光デバイス10とが二本一対の給電線(駆動電流供給線)で接続される配線構造を有する。本実施形態に係る照明システムLSは、調光装置Dmの設置位置に電源(商用電源)から一対の引き込み線が引き込まれており、かつ、調光装置Dmの設置位置と2端子LED発光デバイス10の設置配置との間に、二本一対の給電線が予め敷設されている建築物に好適に適用される。このような場合には、調光装置Dmに搭載した制御回路で調整した2端子LED発光デバイス10に供給することができる。
図8は、第三実施形態におけるLED照明システムの回路構成の概略を示す図であり、図9は、図8に示した制御回路の構成例を示す図である。図8には、二点鎖線で表された仮想線403を境界として電気配線設置空間(仮想線403の上側)と、電気配線が接続される調光装置Dm(調光ボックス)及び2端子LED発光デバイス10が配置されるLED照明システムLSの設置空間(仮想線403の下側)とが図示されている。
電気配線設置空間は、通常、壁内や天井裏に設けられ、壁や天井によってLED照明システムLSの設置空間と隔絶される。図8に示す例では、電気配線設置空間には、商用電源(例えば、交流100V,50Hz)が供給される一対の商用電源母線400と、一対の照明装置用給電線401(401a,401b)と、商用電源母線400から引き出された一対の照明装置点滅用の引き込み線402とが配線されている。
引き込み線402には、調光装置Dmが有する入力側の一対の端子T1,T2と接続される。調光装置Dmは、出力側の一対の端子T3,T4を有しており、端子T3,T4は、照明装置用給電線401(401a,410b)と接続される。一方、照明器装置給電線401には、一対の端子101,102を有する2端子LED発光デバイス10が接続される。2端子LED発光デバイス10は、第一及び二実施形態で説明したLED発光デ
バイス10と同様である。
バイス10と同様である。
調光装置Dmは、端子T1,T2から供給される商用電源からの交流電圧を受電する。調光装置Dmは、全波整流形の直流電源供給回路(以下、「電源回路」と略称する)412を有する。調光装置Dmは、この電源回路412により、負荷の導通状態に関わらず安定した直流電源を提供することができる。電源回路412は、直流電源供給線414,415を介して制御回路413に接続されている。商用交流電源が実効値100Vである場合には、電源回路412は、給電線414,415を介し、無負荷時に略140Vの直流電圧を供給する直流電源となる。
図9に示すように、制御回路413は、操作部416に接続された操作量検出部417と、制御装置420と、駆動装置430とを備えている。駆動装置430は、駆動論理回路(制御回路)431と、H型ブリッジ回路である駆動回路432とを含む。駆動回路432の出力端子は、端子T3,T4に接続され、照明器装置給電線401を介して2端子LED発光デバイス10に接続されている。2端子LED発光デバイス10については、第一実施形態において説明した通りであるが、発光波長域が相互に異なる第一のLED素子1031と第二のLED素子1032とが、その極性を逆にして(逆極性で)相互に並列接続されてなる並列LED素子群103が複数個直列に接続されることで構成されている。
操作部416は、2端子LED発光デバイス10が発する光の輝度(発光量)の調整(調光)と色度(色相、色温度)の調整(調色)を実施するための操作デバイスである。より具体的には、操作部416は、調光用の操作ダイヤル416Aと、調色用の操作ダイヤル416Bとを含んでいる。ユーザが各ダイヤル416A,416Bを回転させることにより、2端子LED発光デバイス10の輝度(発光量)及び色度(色相、色温度)を調整することができる。
操作量検出部417は、各操作ダイヤル416A,416Bの操作量であるダイヤルの回転量(回転角度)に応じた信号を出力する信号生成器である。本実施形態では、操作量検出部417は、操作ダイヤル416Aの回転量(回転角度)に応じて抵抗値が変動する可変抵抗器417Aと、操作ダイヤル416Bの回転量(回転角度)に応じて抵抗値が変動する可変抵抗器417Bとを含んでいる。操作量検出部417は、配線405を介して電源回路412と接続されている。操作量検出部417には、電源回路412で商用交流電源から生成された所定の直流電圧(例えば、無負荷時で最大5V)が配線405を介して印加される。
操作量検出部417と制御装置420とを結ぶ配線(信号線)418には、可変抵抗器417Aの抵抗値に応じた電圧(例えば、最大5V)が発生する。一方、操作量検出部417と制御装置420とを結ぶ配線(信号線)419には、可変抵抗器417Bの抵抗値に応じた電圧(例えば、最大5V)が発生する。このように操作量検出部417は、操作ダイヤル416A,416Bの各操作量に応じた信号電圧を発生する。
なお、操作ダイヤル416A,416Bに代えて、スライドバーが適用可能である。スライドバーが適用される場合、回転量の代わりの移動量に応じた電圧(信号)が操作量検出部417で生成される。また、操作量検出部417は、可変抵抗値に応じた電圧を制御信号として出力するようにしている。これに代えて、操作ダイヤル416A,416Bの回転量(回転角度)を検出するロータリーエンコーダが設けられ、ロータリーエンコーダの回転量を示すパルスが制御装置420に入力されるようにしても良い。この場合、後述するような、電圧をディジタル値に変換するアナログ/ディジタル変換器の設置が省略可能である。
制御装置420は、アナログ/ディジタル変換器(A/D変換器)、マイクロコンピュータ(マイコン:MP)、レジスタ、タイマ、カウンタ等を組み合わせた制御回路である。マイコンは、例えば、マスター・クロックが図示しない水晶発振子からの動作周波数(例えば4MHz)で動作するメモリ内蔵型マイクロプロセッサを適用することができる。但し、これに限定されるものではない。また、マイコンは、図示しない内蔵ROM(Read
Only Memory)に記録された動作プログラムを図示しないRAM(Random Access Memory)にロードし、プログラムに従った処理を実行する。
Only Memory)に記録された動作プログラムを図示しないRAM(Random Access Memory)にロードし、プログラムに従った処理を実行する。
制御装置420のA/D変換器は、信号線418に生じた電圧のディジタル値を出力し、そのディジタル値は図示しないレジスタにセットされる。また、A/D変換器は、信号線419に生じた電圧のディジタル値を出力し、そのディジタル値は図示しないレジスタにセットされる。また、制御装置420が備えるタイマ及びカウンタは、所望の自励発振周波数(例えば、1MHz)で発振するセラミック発振子421で駆動されており、制御装置420と駆動論理回路431とを結ぶ配線424,425から相補的パルスを、予め設定されたタイミングで自励出力する。この相補的パルスは、例えば、繰り返し周波数が所定の周波数となるように予め設定されている。
制御装置420のマイコンは、各レジスタにセットされたディジタル値(操作ダイヤル416A,416Bの操作量)に応じて制御パルス(制御信号)を生成する制御パルス生成処理を行い、生成したパルスを駆動論理回路431に供給(出力)する。なお、マイコンが生成したパルス(制御信号)は、配線424,425を介して駆動論理回路431に供給される。
駆動論理回路431は、配線424,425からのパルス(制御信号)供給を受けて、当該制御信号に応じたトランジスタ(スイッチング素子)TR1〜TR4のオン/オフ動作(スイッチング動作)を制御する。すなわち、制御回路431は、配線424及び425からのパルス入力がない場合には、トランジスタTR1〜TR4をオフにする。一方、制御回路431は、配線424からの正のパルスが入力されている間、トランジスタTR1及びTR4をオンにする一方で、トランジスタTR2及びTR3をオフにする。これによって、電源回路412から配線414を通じて供給される直流電流がトランジスタTR1を通って給電線401aに流れ、第一のLED素子1031の点灯に消費される。その後、電流は給電線401b、トランジスタTR4を通って配線415へ流れる(接地される)。
これに対し、駆動論理回路431は、配線425からの負のパルスが入力されている間、トランジスタTR2及びTR3をオンにする一方で、トランジスタTR1及びTR4をオフにする。これによって、電源回路412から配線414を通じて供給される直流電流がトランジスタTR2を通って配線401bに流れ、第二のLED素子1032の点灯に消費される。その後、電流は配線401a,トランジスタTR3を通って配線415に流れる(接地される)。
従って、2端子LED発光デバイス10には、制御装置420から出力されるパルス(制御信号)と相似形の、正の駆動電流と負の駆動電流とが交互に供給される。言い換えれば、第一のLED素子1031,第二のLED素子1032に対し、極性の異なる交流電流が駆動電流として供給される。
図10は、輝度調整を行う際に2端子LED発光デバイス10に供給される駆動電流の波形説明図である。本実施形態では、駆動装置430は、1サイクル(周期T0)において、正の制御信号を供給する期間T1に正のパルスを出力し、負の制御信号を供給する期
間T2に負のパルスを出力する。調光用の操作ダイヤル416Aが操作されると、制御装置420におけるマイコンはパルス幅変調(PWM)制御を行う事で、デューティ比を調整する。
間T2に負のパルスを出力する。調光用の操作ダイヤル416Aが操作されると、制御装置420におけるマイコンはパルス幅変調(PWM)制御を行う事で、デューティ比を調整する。
ここで、2端子LED発光デバイス10における第一のLED素子1031,第二のLED素子1032に対して供給される平均電流は、パルスのオン時間に依存する。すなわち、正負のパルスのオン時間が大きい程、1サイクルにおいて各LED素子1031,1032に供給される駆動電流の平均電流値が上昇する。逆に、デューティ比が小さくなることでパルスのオン時間が小さくなる程、2端子LED発光デバイス10の各LED素子1031,LED素子1032に供給される平均電流値は小さくなる。
図10(a)は、デューティ比が1のときのパルスを示す。この場合には、正負のパルス供給期間T1,T2のそれぞれにおいて一つのパルスが出力される。また、図10(b)は、マイコンのPWM制御により期間T1,T2におけるデューティ比を、図10(a)に示す状態に比べて下げた状態を示す。デューティ比の変更によって、複数の正負のパルスが供給される状態となる。さらに、図10(c)は、図10(b)に示す状態より更にデューティ比を下げた場合の状態を示す。この場合、正負の各パルスにおけるパルス幅t1,t2は図10(b)の状態に比べて更に小さくなる。
図10(a)〜(c)に示す例は、順次、調光用の操作ダイヤル416Aを2端子LED発光デバイス10の輝度(発光量)を低く(少なく)するように操作した様子を示す。このように、操作ダイヤル416Aが操作される場合には、制御装置420のマイコンがPWM制御によりデューティ比を下げることによって、パルスのオン時間t1,t2が短くなる。その結果、2端子LED発光デバイス10の各並列LED素子群103に供給される平均電流が低下し、各並列LED素子群103が出力する出力光の輝度が低くなる(発光量が少なくなる)。但し、ここでは、1サイクル(正の半サイクル期間T1と負の半サイクル期間T2)における、パルスのオン時間t1,t2の比は変わらない。これにより、2端子LED発光デバイス10の色度(色相、色温度)を変えることなく出力光の輝度(発光量)を増減することができる。
図11は、色度調整を行う際に2端子LED発光デバイス10に供給される駆動電流の波形説明図である。操作ダイヤル416Bが操作された場合における、パルスの状態を図11(a)〜(c)に示す。操作ダイヤル416Bが操作された場合、制御装置420のマイコンは、そのときのパルス幅を変更することなく、1サイクル(周期T0)における正負のパルス数を変更する。図11(a)において、正負の半サイクルにおけるパルス幅t1,t2は同じであり、正負の半サイクルにおけるパルスのオン時間の比は4:3である。
これに対し、図11(b)では、正負の半サイクルにおけるパルスのオン時間の比が3:4に変更されている。更に、図11(c)では、正負の半サイクルにおけるパルスのオン時間の比が2:5に変更されている。このような正負のサイクルにおけるパルスのオン時間の比を変更することによって、1サイクルにおける第一のLED素子1031及び第二のLED素子1032の点灯時間の比が変動する。これによって、第一のLED素子1031及び第二のLED素子1032のそれぞれ点灯により発せられる合成光の色度(色相、色温度)が変更される。
上述した正負のパルスを出力するための繰り返し周波数T0(自励発振周波数)は、人の目の感度や、スイッチング損失の防止、ノイズ発生の観点から、例えば、30Hz〜50kHzの間で定め得る。好ましくは、50Hz〜400Hzである。さらに好ましくは、50または60Hz〜120Hzである。自励発振周波数は、商用電源周波数から独立
して定めうるが、商用電源周波数と同じ周波数を選択することを妨げない。
して定めうるが、商用電源周波数と同じ周波数を選択することを妨げない。
なお、図9に示したように、本実施形態における制御回路413には、積分回路450及び440が設けられている。積分回路450は、第一のLED素子1031を駆動するための正の電流の平均値に比例した電圧を制御装置420にフィードバックし、積分回路440は第二のLED素子1032を駆動するための負の電流の平均値に比例した電圧を制御装置420にフィードバックする。制御装置420は、積分回路440,450のフィードバック電圧をA/D変換器を用いて観測し、制御信号(パルス)の生成に利用する。
以下、調光装置Dmの動作例について説明する。主電源スイッチ411(図8を参照)が閉じられると、電源回路412による整流及び電圧変換動作が行われ、制御回路413に直流電源が供給される。制御装置420のマイコンは、公知の方法で初期化動作を開始し、図示しない内蔵ROM(Read Only Memory)に記録された動作プログラムを図示しないRAM(Random Access Memory)にロードし、プログラムに従った処理を行う。
2端子LED発光デバイス10の輝度を調整する場合には、例えば以下のような操作及び調光装置410の動作が行われる。例えば、利用者(ユーザ)が操作ダイヤル(操作ツマミ)416Aを例えば右一杯にまわし、照明の輝度(発光量)を最大に設定すると、信号線418には最大5.0ボルトの直流電圧が発生する。制御装置420は、信号線41
8に生じた電圧を内蔵のA/D変換器でディジタル信号に変換して読み取り、駆動回路430の駆動論理回路431に対し、信号線424,425を介して制御信号を与える。駆動論理回路431は、制御信号に従って駆動回路(H型ブリッジ)432を駆動させる。その際、駆動回路432は、予め設定された自励発振周波数である50Hzで駆動される。
8に生じた電圧を内蔵のA/D変換器でディジタル信号に変換して読み取り、駆動回路430の駆動論理回路431に対し、信号線424,425を介して制御信号を与える。駆動論理回路431は、制御信号に従って駆動回路(H型ブリッジ)432を駆動させる。その際、駆動回路432は、予め設定された自励発振周波数である50Hzで駆動される。
このときの制御信号波形は、図10(a)に示す通りであり、正のパルス(制御信号)のオン時間である時間t1の間、正の電流が給電線401aを流れて2端子LED発光デバイス10における第一のLED素子1031を点灯させる。一方、負のパルス(制御信号)のオン時間である時間t2の間、負の電流が給電線401bを流れて2端子LED発光デバイス10における第二のLED素子1032を点灯させる。そして、給電線401には、略50Hzの交流電流が通電するため、2端子LED発光デバイス10における第一のLED素子1031と第二のLED素子1032が交互に点灯する。
ここで、時間t1に流れる電流(個別電流)と、時間t2に流れる電流(個別電流)との比が2端子LED発光デバイス10における第一のLED素子1031と第二のLED素子1032により発せられる合成光の色度を支配することになる。図10(a)に示す状態では、色温度の高い第一のLED素子1031の点灯時間が第二のLED素子1032の点灯時間より長いため、2端子LED発光デバイス10の発光色は、やや青みがかった白色を呈する。
一方、利用者が操作ダイヤル(調光ツマミ)416Aを左方向にまわし、照明の輝度が中央値となるように設定することで、信号線418には約2.5ボルトの直流電圧が発生する。この場合、制御装置420のマイコンは、内蔵のA/D変換器で電圧をディジタル信号に変換して読み取り、駆動装置430の駆動を制御して、LED照明装置20に対する交流電流を供給する。このときのパルス波形は、図10(b)に示す状態となる。すなわち、期間T1における正のパルスのオン時間と期間T2における負のパルスのオン時間との比は変わらないが、デューティ比が低下しているため、最大輝度時における一つのパルスが複数のパルス群となる。ここで、正のパルスのパルス幅と負のパルスのパルス幅は同じである。これによって、最大輝度時よりも平均電流が小さくなるので、2端子LED
発光デバイス10における第一のLED素子1031と第二のLED素子1032からの出力光の輝度は低下する。
発光デバイス10における第一のLED素子1031と第二のLED素子1032からの出力光の輝度は低下する。
その後、利用者が操作ダイヤル(調光ツマミ)416Aをさらに左方向にまわし、照明の輝度を最小値に設定する。すると、信号線418は約0.5ボルトの直流電圧が発生する。この場合、制御装置420のマイコンは、電圧値をA/D変換器で変換して読み取り、電圧値に応じた駆動装置430の制御を行う。すなわち、制御装置420は、図10(c)に示すように、期間T1及びT2における、正負のパルスのデューティ比をさらに下げる。これによって、期間T1における正のパルスのオン時間と期間T2における負のパルスのオン時間との比は変わらず、かつ各パルスのパルス幅が更に小さくなる。これにより、中央輝度時に比べて平均電流が更に小さくなるので、2端子LED発光デバイス10における第一のLED素子1031と第二のLED素子1032からの出力光は、共に最も暗い輝度となる。
次に、2端子LED発光デバイス10の色度(色相、色温度)を調整する場合における利用者(ユーザ)の操作及び調光装置Dmの動作例について説明する。図10(b)に示す電流波形は、第一のLED素子1031に対する平均電流が第二のLED素子1032の平均電流が大きいため、やや青みがかった白色を呈することは先に述べた通りである。ここでは、図10(b)に示す電流波形が2端子LED発光デバイス10に供給されている状態から、利用者がケルビン温度の低いやや赤みがかった白色への変更を意図した場合について説明する。その場合、利用者は操作ダイヤル(調色ツマミ)416Bを左に(半
時計方向に)回転させる。そうすると、信号線419に生じている直流電圧(例えば約4
ボルト)が、例えば3.0ボルト程度に低下する。
時計方向に)回転させる。そうすると、信号線419に生じている直流電圧(例えば約4
ボルト)が、例えば3.0ボルト程度に低下する。
制御装置420のマイコンは、A/D変換器で変換された信号線419の直流電圧のディジタル値を読み取り、駆動装置430を制御するパルス波形を変更する。例えば、制御装置420のマイコンは、駆動装置430の駆動論理回路431に供給されるパルス波形を、図10(b)に示す状態から図11(a)に示す状態に変化させる。すなわち、マイコンは、図10(b)の状態において、5:2であった正の電流(パルス)と負の電流(パルス)におけるオン時間の比を、図11(a)に示すように4:3に変更する。これによって、第一のLED素子1031に供給される平均電流が減少し、第二のLED素子1032に供給される平均電流が増加する。この結果、2端子LED発光デバイス10の発光色、すなわち色温度はやや低下して赤みがかった白色を呈する。その際、正負のサイクルにおけるパルスのオン時間の比は変化するが、正負のサイクルの各々におけるパルスの合計値(平均電流の合計値)は変化しないので、2端子LED発光デバイス10の輝度は変化しない。
その後、利用者は、色温度の最も低い赤みがかった白色への変更を意図して、操作ダイヤル(色度ツマミ)416Bを左に(半時計方向に)限界まで回転させる。すると、約3.0ボルトだった信号線419の直流電圧は1.0ボルト程度に低下する。そして、制御装
置420のマイコンは、ディジタル変換された信号線419の直流電圧を検出すると、駆動論理回路220を介してフルブリッジドライバ250を駆動する制御信号(パルス)を変更する。すなわち、マイコンは、給電線401aを流れる電流波形が図11(a)から図11(b)を経て図11(c)に変化するように、駆動装置430に制御信号を与える。これによって、第一のLED素子1031の平均電流がさらに減少する一方で、第二のLED素子1032の平均電流がさらに増加する。この結果、2端子LED発光デバイス10の色温度は更に低下して強い赤みがかった白色を呈する。なお、このときも2端子LED発光デバイス10の全体輝度は変化しない。
置420のマイコンは、ディジタル変換された信号線419の直流電圧を検出すると、駆動論理回路220を介してフルブリッジドライバ250を駆動する制御信号(パルス)を変更する。すなわち、マイコンは、給電線401aを流れる電流波形が図11(a)から図11(b)を経て図11(c)に変化するように、駆動装置430に制御信号を与える。これによって、第一のLED素子1031の平均電流がさらに減少する一方で、第二のLED素子1032の平均電流がさらに増加する。この結果、2端子LED発光デバイス10の色温度は更に低下して強い赤みがかった白色を呈する。なお、このときも2端子LED発光デバイス10の全体輝度は変化しない。
以上説明したように、本実施形態に係るLED照明システムLSによれば、商用電源の
ような交流電源からの交流を直流に変換し、その直流から自励発振周波数による所望の周波数の交流(周期T0毎に供給される正負の電流)を生成し、2端子LED発光デバイス10における第一のLED素子1031及び第二のLED素子1032の夫々に駆動電流として供給する。これによって、調光装置Dmの設計の自由度を高めることができる。また、本実施形態に係るLED照明システムLSによれば、2端子LED発光デバイス10から出力される合成光の色度(色相、色温度)を変えることなく輝度(明度)を調整することができ、また、輝度(明度)を変えることなく色度(色相、色温度)を調整することが可能である。
ような交流電源からの交流を直流に変換し、その直流から自励発振周波数による所望の周波数の交流(周期T0毎に供給される正負の電流)を生成し、2端子LED発光デバイス10における第一のLED素子1031及び第二のLED素子1032の夫々に駆動電流として供給する。これによって、調光装置Dmの設計の自由度を高めることができる。また、本実施形態に係るLED照明システムLSによれば、2端子LED発光デバイス10から出力される合成光の色度(色相、色温度)を変えることなく輝度(明度)を調整することができ、また、輝度(明度)を変えることなく色度(色相、色温度)を調整することが可能である。
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施形態には種々の変更を加え得る。例えば、上記各実施形態の各図に示したトランジスタはバイポーラトランジスタであっても良いし、電界効果トランジスタ(Field effect transistor、FET)に置き換えても良い。また、本発明に係る2端子LED発光デバイス、調光装置、LED照明システム(装置)は各実施形態に限られず、可能な限りこれらの組み合わせを含むことができる。
1・・・交流電源入力端子
10,10A,10B,10C・・・発光デバイス
101,102・・・端子
103,103A・・・並列LED素子群
1031・・・第一のLED素子
1032・・・第二のLED素子
104・・・保護回路
20・・・定電流回路
20A・・・第一定電流回路部
20B・・・第二定電流回路部
30・・・トライアック
40・・・トリガダイオード
50・・・時定数回路
70・・・ヒステリシス除去回路
10,10A,10B,10C・・・発光デバイス
101,102・・・端子
103,103A・・・並列LED素子群
1031・・・第一のLED素子
1032・・・第二のLED素子
104・・・保護回路
20・・・定電流回路
20A・・・第一定電流回路部
20B・・・第二定電流回路部
30・・・トライアック
40・・・トリガダイオード
50・・・時定数回路
70・・・ヒステリシス除去回路
Claims (5)
- 発光波長域が相互に異なる第一及び第二のLED素子であって夫々が一又は複数からなる第一及び第二のLED素子を逆極並列に接続して形成される並列LED素子群を、更に複数直列に接続してなる、2端子LED発光デバイス。
- 前記第一のLED素子同士は全て同一極性となるように接続され、且つ前記第二のLED素子同士は全て同一極性となるように接続されている、請求項1に記載の2端子LED発光デバイス。
- アノード共有又はカソード共有で直列に接続された二つのツェナーダイオードによる2端子保護素子を、前記並列LED素子群に並列に接続してなる、請求項1又は2に記載の2端子LED発光デバイス。
- 前記並列LED素子群の各々に一定電流を供給するための定電流手段を、更に備える、請求項1から3の何れか一項に記載の2端子LED発光デバイス。
- 請求項1から4の何れか一項に記載の2端子LED発光デバイスを備えたLED照明装置。
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