JP2014157744A - 発光回路、発光モジュール及び照明装置 - Google Patents

発光回路、発光モジュール及び照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】回路部品点数を低減しつつ調光による発光色の変化が可能な発光モジュール及び照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤモジュール１００は、直列に接続された複数のＬＥＤ１１１で構成され第１分岐電流Ｉ１が流れるＬＥＤアレイ１１１Ａと、直列に接続された複数のＬＥＤ１２１で構成され第２分岐電流Ｉ２が流れるＬＥＤアレイ１２１Ａと、ＬＥＤアレイ１２１Ａに直列に接続され、ＬＥＤ１１１の数だけ順方向電圧Ｖｔ１が加算された電圧である第１順方向加算電圧と、ＬＥＤ１２１の数だけ順方向電圧Ｖｔ２が加算された電圧である第２順方向加算電圧との差分電圧に応じて第２分岐電流Ｉ２を流させるトランジスタ１２２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を含む発光回路、発光モジュール、及び当該発光モジュールを備えた照明装置に関する。
従来、調光機能を有する照明装置が広く利用されている。例えば、白熱電球を用いた照明装置では、光源であるフィラメントに流れる電流の大きさを変化させることで、照明装置を調光できる。ところで、例えば、白熱電球を暗い状態から明るい状態とする調光時において、白熱電球の発光色はオレンジ色から白色へと変化する。これは、白熱電球の発光色がフィラメントの温度等により変化し、白熱電球の発光の色温度は、フィラメントの温度が低いほど小さくなるためである。なお、フィラメントの温度は、フィラメントに流れる電流の大きさにより変化する。
一方、近年、白熱電球の代替品として、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子を有する発光モジュールを利用した照明装置が普及しつつある。一般に、ＬＥＤチップに流れる電流の大きさを変化させても、ＬＥＤチップの発光色は変化しない。これは、ＬＥＤチップの発光色はＬＥＤチップを構成する半導体材料のバンドギャップに依存し、電流の大きさに依存しないためである。そのため、調光機能を有する従来の照明装置において、ＬＥＤを光源として利用するランプ（以下、ＬＥＤランプと記載する。）を白熱電球の代替品として用いると、調光時におけるＬＥＤランプの発光色に対して、ユーザが違和感を持つ恐れがある。
これに対して、特許文献１では、ＬＥＤを用いても発光色を変化できるＬＥＤモジュールが提案されている。
図１１は、特許文献１に記載された従来のＬＥＤモジュールの回路図である。同図に示されるように、ＬＥＤモジュール９００において、赤色ＬＥＤ９２１ａ、９２１ｂ、９２１ｃ、・・・、９２１ｄ、９２１ｅ及び９２１ｆが直列に接続された赤色ＬＥＤアレイ９２１と、白色ＬＥＤ９２２ａ、９２２ｂ、・・・、９２２ｃ、９２２ｄが直列に接続された白色ＬＥＤアレイ９２２とが並列に接続されている。なお、白色ＬＥＤアレイ９２２には、バイポーラトランジスタ９２４及び抵抗素子９２６が直列に接続されている。バイポーラトランジスタ９２４のベース端子は、抵抗素子９２５を介して可変電圧源９２７に接続されている。また、バイポーラトランジスタ９２４のコレクタ端子は、白色ＬＥＤ９２２ｄのカソード端子に接続され、エミッタ端子は、抵抗素子９２６に接続されている。
ＬＥＤモジュール９００は、可変電流源９３３に接続されている。交流電源９３１から供給された交流電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ９３２で交直変換され、可変電流源９３３に供給される。従って、ＬＥＤモジュール９００には、可変電流源９３３から電流が供給される。
ＬＥＤモジュール９００では、バイポーラトランジスタ９２４のベースエミッタ間の電圧を変化させることでベース電流を変化できる。ここで、バイポーラトランジスタ９２４のベース電流が大きくなるほど、コレクタ電流が大きくなり、白色ＬＥＤアレイ９２２に流れる電流は大きくなる。可変電流源９３３から供給される電流のうち、白色ＬＥＤアレイ９２２に流れる電流を大きくすると、赤色ＬＥＤアレイ９２１に流れる電流が相対的に小さくなり、ＬＥＤモジュール９００の発光色が白色へと近づく。一方、白色ＬＥＤアレイ９２２に流れる電流を小さくすると、赤色ＬＥＤアレイ９２１に流れる電流が相対的に大きくなり、ＬＥＤモジュール９００の発光色がオレンジ色へと近づく。
特開２００９−９７８２号公報
しかしながら、特許文献１に記載されたＬＥＤモジュールでは、調光に伴ってＬＥＤモジュール９００の発光色を変化させるには、バイポーラトランジスタ９２４のベースエミッタ間の電圧を適宜指示する必要がある。このベースエミッタ間の電圧を適宜指示するための構成として、可変電流源９３３からの電流供給線のみならず、抵抗素子９２５に印加電圧を適宜指示するための信号線、可変電圧源９２７及び抵抗素子９２６などの回路要素が必要となる。つまり、調光に伴ってＬＥＤモジュール９００の発光色を変化させるためには、付加すべき回路要素が多くなるという課題がある。
また、付加すべき回路要素が多いという上記問題は、調光に伴い発光色を変化させる場合のみでなく、配光特性の異なる複数のＬＥＤアレイを配置して、調光に伴い配光性を変化させる場合にも同様に発生する。つまり、上記課題は、複数のＬＥＤアレイを配置することにより、調光に伴い発光色の変化や配光性の変化といった、発光に伴う演出効果を発揮させる場合に生じる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回路部品点数を低減しつつ調光に伴う発光演出効果を発揮させることが可能な発光回路、発光モジュール及び照明装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る発光回路の一態様は、可変電流が流れることにより当該可変電流に応じた発光をする発光回路であって、第１発光素子または直列に接続された複数の前記第１発光素子で構成され、前記可変電流の第１分岐電流が流れる第１発光部と、第２発光素子または直列に接続された複数の前記第２発光素子で構成され、前記可変電流と前記第１分岐電流との差分電流である第２分岐電流が流れる第２発光部と、前記第２発光部に直列に接続され、前記第１発光部を構成する前記第１発光素子の数だけ前記第１発光素子が発生する順方向電圧が加算された電圧である第１順方向加算電圧と、前記第２発光部を構成する前記第２発光素子の数だけ前記第２発光素子が発生する順方向電圧が加算された電圧である第２順方向加算電圧との差分電圧に応じて前記第２分岐電流を流させる電流制御素子とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記第１発光素子は、第１発光色で発光し、前記第２発光素子は、前記第１発光色とは異なる第２発光色で発光するとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記第１発光部の配光特性は、前記第２発光部の配光特性と異なるとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記第１発光部を構成する前記第１発光素子の配列状態と、前記第２発光部を構成する前記第２発光素子の配列状態とが異なることにより、前記第１発光部の配光特性と前記第２発光部の配光特性とが異なるとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記電流制御素子は、第１端子、第２端子及び制御端子を有し、前記第１端子及び前記第２端子が前記第２分岐電流の経路上に配置され、前記制御端子に入力される制御信号により、前記第１端子と前記第２端子との間に発生する前記差分電圧に対応した前記第２分岐電流を流すとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記電流制御素子は、ＮＰＮバイポーラトランジスタであり、前記制御端子は、ベース端子であり、前記第１端子はコレクタ端子であり、前記第２端子はエミッタ端子であり、前記第１端子は、前記第２端子よりも前記第２分岐電流の経路の高電位側に配置され、前記制御端子と前記第１端子とは抵抗素子を介して接続されているとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記電流制御素子は、ＰＮＰバイポーラトランジスタであり、前記制御端子は、ベース端子であり、前記第１端子はエミッタ端子であり、前記第２端子はコレクタ端子であり、前記第１端子は、前記第２端子よりも前記第２分岐電流の経路の高電位側に配置され、前記制御端子と前記第２端子とは抵抗素子を介して接続されているとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記第１発光部は、アノード側である第１アノード端子と、カソード側である第１カソード端子とを有し、前記第２発光部は、アノード側である第２アノード端子と、カソード側である第２カソード端子とを有し、前記第１端子と前記第１アノード端子とが、前記可変電流を供給する可変電流源の高電位側端子に接続され、前記第２端子と前記第２アノード端子とが接続され、前記第１カソード端子と前記第２カソード端子とが、前記可変電流源の低電位側端子に接続されているとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記電流制御素子は、抵抗素子であるとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記第１発光部は、アノード側である第１アノード端子と、カソード側である第１カソード端子とを有し、前記第２発光部は、アノード側である第２アノード端子と、カソード側である第２カソード端子とを有し、前記第１アノード端子と前記抵抗素子の一端とが、前記可変電流を供給する可変電流源の高電位側端子に接続され、前記第２アノード端子と前記抵抗素子の他端とが接続され、前記第１カソード端子と前記第２カソード端子とが、前記可変電流源の低電位側端子に接続されているとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記可変電流の変化に対する前記第２分岐電流の変化率は、前記変化に対する前記第１分岐電流の変化率よりも小さいとしてもよい。
また、本発明に係る発光回路の一態様において、前記第１発光色は白色であり、前記第２発光色は赤色であるとしてもよい。
また、本発明に係る発光モジュールの一態様は、実装基板と、前記実装基板上に形成された、上記記載の発光回路とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る照明装置の一態様は、交流電源を用いて調光度を表す交流調光信号を生成する調光器と、前記交流調光信号に応じて前記可変電流を生成する可変電流源と、前記可変電流源から前記可変電流を受ける上記記載の発光モジュールとを備えることを特徴とする。
本発明に係る発光回路、発光モジュール及び照明装置によれば、第２分岐電流の経路上に設けられた電流制御素子により、可変電流の変化に対する第２分岐電流の変化率は第１分岐電流の変化率よりも小さくなるので、可変電流の変化に対して第１分岐電流と第２分岐電流との比率が変化する。よって、信号線などの配線及び回路部品を低減しつつ輝度変化に連動した発光演出効果を発揮することが可能となる。
実施の形態１に係るＬＥＤモジュールを備えるランプを含む照明装置の断面図である。 実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの斜視図である。 実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの回路構成図である。 抵抗素子の抵抗値が１００ｋΩの場合の、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの電流特性を表すグラフである。 抵抗素子の抵抗値が２２０ｋΩの場合の、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの電流特性を表すグラフである。 抵抗素子の抵抗値が３９０ｋΩの場合の、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの電流特性を表すグラフである。 実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの第１の色温度特性を表すグラフである。 実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの第２の色温度特性を表すグラフである。 交流調光信号における導通位相角を説明する図である。 実施の形態２に係るＬＥＤモジュールの回路構成図である。 実施の形態２に係るＬＥＤモジュールの電流特性を表すグラフである。 実施の形態３に係るＬＥＤランプの斜視図である。 実施の形態３に係るＬＥＤモジュールにおける部品配置レイアウト図を示す第１の例である。 実施の形態３に係るＬＥＤモジュールにおける部品配置レイアウト図を示す第２の例である。 実施の形態３に係るＬＥＤモジュールの光路を表す断面概略図である。 実施の形態３に係るＬＥＤランプの照度比で表された配光曲線図である。 実施の形態３に係るＬＥＤランプの照度で表された配光曲線図である。 特許文献１に記載された従来のＬＥＤモジュールの回路図である。
以下、本発明の実施の形態に係る発光回路、発光モジュール及び照明装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
（実施の形態１）
［照明装置の構成］
図１Ａは、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールを備えるランプを含む照明装置の断面図である。同図に示されるように、ＬＥＤランプ１０は、照明装置１に取り付けられる。ＬＥＤランプ１０は、グローブ１１と、外部ケース１２と、口金１３とで構成され、ＬＥＤモジュール１００（図１Ａに図示せず）を内蔵している。さらに、外部ケース１２及び口金１３の内部には、調光器から出力された交流調光信号に応じて可変電流を生成し当該可変電流をＬＥＤモジュール１００に供給する可変電流源を含む駆動回路（図１Ａに図示せず）が配置されている。この構成により、調光操作に対応した可変電流がＬＥＤモジュール１００に供給され、ＬＥＤランプ１０は調光される。
照明装置１は、ＬＥＤランプ１０と、ＬＥＤランプ１０と電気的に接続され且つＬＥＤランプ１０を保持するソケット２０と、ＬＥＤランプ１０から発せられた光を所定方向に反射させる椀状の反射板３０とを備える。さらに、照明装置１は、交流電源を用いて調光度を表す交流調光信号を生成する調光器（図１Ａに図示せず）を備える。実施の形態１に係る照明装置１としては、いわゆる、ダウンライト用照明器具を例示している。
照明装置１は、接続部４０を介して外部交流電源と接続される。反射板３０は、天井５０の開口の周部下面に当接する形で天井５０に取り付けられている。反射板３０の上部に配置されたソケット２０は、天井５０の裏側に位置する。
なお、図１Ａに示される照明装置１の構造は単なる一例であり、前述のダウンライト用照明器具に限定されるものでない。
［発光モジュールの構成］
図１Ｂは、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの斜視図である。同図に示されるように、ＬＥＤモジュール１００は、実装基板１０１と、直列に接続された複数のＬＥＤ１１１と、ＬＥＤ１１１とは発光色が異なる、直列に接続された複数のＬＥＤ１２１と、トランジスタ１２２と、抵抗素子１２３とを備えた発光モジュールである。直列に接続された複数のＬＥＤ１１１は、ＬＥＤアレイ１１１Ａを構成し、直列に接続された複数のＬＥＤ１２１は、ＬＥＤアレイ１２１Ａを構成している。ＬＥＤ１１１は、例えば、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体を含む封止体とで構成された、白色光で発光する第１発光素子であり、ＬＥＤ１２１は、例えば、青色ＬＥＤチップと赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含む封止体とで構成された、赤色光で発光する第２発光素子である。なお、封止体は、例えば、シリコーン樹脂のような透光性材料と蛍光体とからなる。図１Ｂでは、ＬＥＤ１１１及びＬＥＤ１２１は、それぞれ５個としているが、ＬＥＤの個数はこれに限らない。
実装基板１０１には、ＬＥＤ１１１及びＬＥＤ１２１に配線を接続できるような、配線パターン１０３が形成されている。また、実装基板１０１には、貫通孔１０２が形成されている。ＬＥＤ１１１及びＬＥＤ１２１等に接続された配線は、貫通孔１０２を通り、ＬＥＤランプ１０の外部ケース１２及び口金１３の内部に設けられた駆動回路に接続される。なお、貫通孔１０２において、配線を半田付けすることで、配線と実装基板１０１とが固定される。
なお、実装基板１０１の形状は、図１Ｂに示されるような四角形状に限定されない。実装されるＬＥＤランプ１０の形状に合わせて、例えば、円形または楕円形であってもよい。また、ＬＥＤアレイ１１１Ａ及び１２１Ａの配置も、図１Ｂに示されるような直線状配置に限定されない。実装されるＬＥＤランプ１０の形状に合わせて、例えば、円形配置または楕円形配置であってもよいし、また、ＬＥＤアレイ１１１Ａ及び１２１Ａにおける電気的な上記接続形態を維持しつつＬＥＤ１１１とＬＥＤ１２１とが交互配置されるような形態であってもよい。
［発光回路の構成］
図２は、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの回路構成図である。同図に示されるように、照明装置１は、調光器１６０とＬＥＤランプ１０とを備える。
交流電源１５０は、例えば、電圧実効値１００Ｖの交流を出力するものである。
調光器１６０は、交流電源１５０から供給された交流信号を、交流電圧波形の一部が欠けた信号である交流調光信号に変換する、位相制御式の調光器である。調光器１６０は、調光度に応じて交流信号を位相制御することにより、交流信号を交流調光信号に変化させる。より具体的には、入力された交流信号を、調光度に応じた位相角範囲において電圧がゼロとなる信号である調光信号を生成する。交流調光信号の具体的な波形については、図４Ｃを用いて後述する。調光操作は、例えば、壁に設けた調光装置等をユーザが操作することで実施される。これにより、可変電流源１８０からＬＥＤモジュール１００に向けて出力される直流可変電流Ｉｔの大きさは、調光器１６０によって位相制御された交流調光電圧の大きさに基づいて変化する。
ＬＥＤランプ１０は、整流平滑回路１７０と、可変電流源１８０と、ＬＥＤモジュール１００とを備える。
整流平滑回路１７０は、例えば、ダイオードブリッジからなる整流回路と、コンデンサからなる平滑回路とを備え、調光器１６０から出力された交流調光信号を整流し平滑化する。
可変電流源１８０は、整流平滑回路１７０で整流平滑化された調光信号に応じた直流可変電流を生成し、ＬＥＤモジュール１００に供給する。具体的には、例えば、室内をより明るくしたい場合には、調光器の操作を通じて可変電流を大きくし、室内をより暗くしたい場合には、調光器の操作を通じて可変電流を小さくする。
ＬＥＤモジュール１００は、直列に接続された複数のＬＥＤ１１１で構成されたＬＥＤアレイ１１１Ａと、直列に接続された複数のＬＥＤ１２１で構成されたＬＥＤアレイ１２１Ａと、コレクタ端子及びエミッタ端子がＬＥＤアレイ１２１Ａに直列に接続されたトランジスタ１２２と、トランジスタ１２２のコレクタ端子とベース端子とを接続する抵抗素子１２３とを備えた発光回路を含む。トランジスタ１２２は、例えば、ＮＰＮバイポーラトランジスタである。
ＬＥＤアレイ１１１Ａのアノード側である第１アノード端子とトランジスタ１２２のコレクタ端子とは、可変電流源１８０の高電位側端子に接続されている。ＬＥＤアレイ１１１Ａのカソード側である第１カソード端子とＬＥＤアレイ１２１Ａのカソード側である第２カソード端子とは、可変電流源１８０の低電位側端子に接続されている。ＬＥＤアレイ１２１Ａのアノード側である第２アノード端子は、トランジスタ１２２のエミッタ端子に接続されている。言い換えれば、可変電流源１８０の高電位側端子と低電位側端子との間に、ＬＥＤアレイ１１１Ａの回路と、ＬＥＤアレイ１２１Ａ及びトランジスタ１２２の直列回路とが並列接続されている。
上記回路構成より、可変電流源１８０から出力された直流可変電流Ｉｔは、ＬＥＤアレイ１１１Ａで構成された第１発光部を流れる第１分岐電流Ｉ１と、ＬＥＤアレイ１２１Ａで構成された第２発光部を流れる第２分岐電流Ｉ２とに分岐される。
ＬＥＤアレイ１１１Ａを構成するＬＥＤ１１１は、第１発光素子であり、第１分岐電流Ｉ１が流れることにより順方向電圧Ｖｔ１を発生する。また、ＬＥＤアレイ１２１Ａを構成するＬＥＤ１２１は、第２発光素子であり、第２分岐電流Ｉ２が流れることにより順方向電圧Ｖｔ２を発生する。白色光を発光するＬＥＤ１１１の順方向電圧Ｖｔ１は、例えば、３．５Ｖ（青色ＬＥＤチップを用いた場合）であり、赤色光を発光するＬＥＤ１２１の順方向電圧Ｖｔ２は、例えば、２．１Ｖ（赤色ＬＥＤチップを用いた場合）である。
ここで、ＬＥＤ１１１の配置数を６個、ＬＥＤ１１１の配置数を６個とすると、ＬＥＤアレイ１１１Ａで発生する順方向電圧Ｖｔ１が直列加算された第１順方向加算電圧は、２１．０Ｖ（３．５Ｖ×６個）となり、ＬＥＤアレイ１２１Ａで発生する順方向電圧Ｖｔ２が直列加算された第２順方向加算電圧は、１２．６Ｖ（２．１Ｖ×６個）となる。また、直流可変電流Ｉｔの所定の電流範囲において、順方向電圧Ｖｔ１は第１分岐電流Ｉ１の変化に対しほぼ一定であり、順方向電圧Ｖ２は第２分岐電流Ｉ２の変化に対しほぼ一定である。
これより、可変電流源１８０からＬＥＤモジュール１００へ直流可変電流Ｉｔが供給された場合には、上記所定の電流範囲において、第１分岐電流Ｉ１の経路と第２分岐電流Ｉ２の経路との間には、第１順方向加算電圧と第２順方向加算電圧との差分電圧Ｖｄである８．４Ｖ（２１．０Ｖ−１２．６Ｖ）が常に発生する。この差分電圧Ｖｄは、トランジスタ１２２のコレクタエミッタ間電圧ＶＣＥとなる。抵抗素子１２３には、コレクタエミッタ間に発生する上記差分電圧Ｖｄに対応したコレクタ電流Ｉｃ及びベース電流Ｉｂが流れる。つまり、トランジスタ１２２は、ＬＥＤアレイ１２１Ａに直列に接続され、ＬＥＤアレイ１１１Ａを構成するＬＥＤ１１１の数だけ順方向電圧Ｖｔ１が加算された電圧である第１順方向加算電圧と、ＬＥＤアレイ１２１Ａを構成するＬＥＤ１２１の数だけ順方向電圧Ｖｔ２が加算された電圧である第２順方向加算電圧との差分電圧Ｖｄに応じて、第２分岐電流Ｉ２の電流値を制御する電流制御素子である。
上述したトランジスタ１２２の動作によれば、ＬＥＤアレイ１１１ＡとＬＥＤアレイ１２１Ａとの構成で決定される差分電圧Ｖｄは、上記所定の電流範囲においてほぼ一定となる。よって、ベース電流Ｉｂ及びコレクタ電流Ｉｃはほぼ一定値を維持するため、上記所定の電流範囲において、直流可変電流Ｉｔが変化しても第２分岐電流Ｉ２はほぼ一定となる。よって、直流可変電流Ｉｔの変化は、ほとんど第１分岐電流Ｉ１の変化となる。つまり、所定の調光範囲において、調光度の変化に対する第２分岐電流Ｉ２の電流変化率は、当該変化に対する直流可変電流Ｉｔの電流変化率よりも小さい。直流可変電流Ｉｔの変化に対する第１分岐電流Ｉ１と第２分岐電流Ｉ２との変化態様の差により、直流可変電流Ｉｔの大きさが変化すると、第１分岐電流Ｉ１と第２分岐電流Ｉ２との割合が変化することとなる。つまり、調光度に応じて発光色の異なる２種のＬＥＤ１１１及び１２１に流れる電流比率が変化することで、調光操作に連動させてＬＥＤモジュール１００の発光色を変化させることが可能となる。
また、上記発光回路を構成するにあたり、発光素子であるＬＥＤ以外に必要な回路部品は、トランジスタ１２２及び抵抗素子１２３のみである。よって、トランジスタ１２２のベースコレクタ間電圧またはベースエミッタ間電圧を可変させるための可変電圧回路及び信号線などの回路部品を低減しつつ調光度に応じた発光色の変化が可能となる。
また、本実施の形態では、トランジスタ１２２として、ＮＰＮバイポーラトランジスタを例示したが、トランジスタ１２２は、ＰＮＰバイポーラトランジスタであってもよい。具体的には、ＬＥＤアレイ１１１Ａのアノード端子とＰＮＰバイポーラトランジスタのエミッタ端子とが、可変電流源１８０の高電位側端子に接続される。ＬＥＤアレイ１１１Ａのカソード端子とＬＥＤアレイ１２１Ａのカソード端子とが、可変電流源１８０の低電位側端子に接続される。ＬＥＤアレイ１２１Ａのアノード端子が、ＰＮＰバイポーラトランジスタのコレクタ端子に接続される。ＰＮＰバイポーラトランジスタのベース端子とコレクタ端子とは抵抗素子を介して接続される。この構成においても、トランジスタ１２２としてＮＰＮバイポーラトランジスタを用いた場合と同様の効果が奏される。
つまり、トランジスタ１２２は、第１端子、第２端子及び制御端子を有し、第１端子及び第２端子が第２分岐電流Ｉ２の経路上に配置され、制御端子に入力される制御信号により、第１端子と第２端子との間に発生する差分電圧に対応した第２分岐電流Ｉ２を流す。
ここで、トランジスタ１２２がＮＰＮバイポーラトランジスタの場合、上記制御端子はベース端子、上記第１端子はコレクタ端子、及び上記第２端子はエミッタ端子に相当する。コレクタ端子は、エミッタ端子よりも第２分岐電流Ｉ２の経路の高電位側に配置され、ベース端子とコレクタ端子とは抵抗素子を介して接続される。
また、トランジスタ１２２がＰＮＰバイポーラトランジスタの場合、上記制御端子はベース端子、上記第１端子はエミッタ端子、及び上記第２端子はコレクタ端子に相当する。エミッタ端子は、コレクタ端子よりも第２分岐電流Ｉ２の経路の高電位側に配置され、ベース端子とコレクタ端子とは抵抗素子を介して接続される。
また、トランジスタ１２２は、電界効果型トランジスタであってもよい。この場合には、例えば、電界効果型トランジスタのドレイン端子及びソース端子を第２分岐電流Ｉ２の径路上に配置し、差分電圧Ｖｄに対応した電圧がゲートソース間に印加されるような接続構成とすることにより、トランジスタ１２２としてバイポーラトランジスタを用いた場合と同様の効果が奏される。
［発光モジュールの特性］
図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ、抵抗素子の抵抗値が１００ｋΩ、２２０ｋΩ及び３９０ｋΩの場合の、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの電流特性を表すグラフである。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃにおいて、横軸は、調光操作に応じて可変電流源１８０から供給される直流可変電流Ｉｔを表し、縦軸は、ＬＥＤモジュール１００を流れる第１分岐電流Ｉ１及び第２分岐電流Ｉ２を表している。上記各図に表されたＬＥＤモジュール１００の電流特性は、以下の回路構成をシミュレーションした結果である。ＬＥＤ１１１は、順方向電圧Ｖｔ１が約３Ｖで蛍光体が白色（色温度６５００Ｋ）のＬＥＤを使用し、ＬＥＤアレイ１１１Ａは、ＬＥＤ１１１を１６個直列に接続している。また、ＬＥＤ１２１は、順方向電圧Ｖｔ２が約３Ｖで蛍光体がオレンジ色（色温度２２００Ｋ）のＬＥＤを使用し、ＬＥＤアレイ１２１Ａは、ＬＥＤ１２１を１４個直列に接続している。この構成により、第１順方向加算電圧は、４８Ｖ（Ｖｔ１×個数）となり、第２順方向加算電圧は、４２Ｖ（Ｖｔ２×個数）となり、差分電圧Ｖｄは６Ｖとなる。
上記構成において、図３Ａ〜図３Ｃの全てに見られるように、直流可変電流Ｉｔの増加に対する第２分岐電流Ｉ２の増加率は、直流可変電流Ｉｔの増加に対する第１分岐電流Ｉ１の増加率よりも小さい。これは、ＬＥＤモジュールの回路構成で説明したように、差分電圧Ｖｄによりベース電流Ｉｂ及びコレクタ電流Ｉｃはほぼ一定値を維持するため、所定の電流範囲において直流可変電流Ｉｔが変化しても第２分岐電流Ｉ２の変化が小さい（殆ど変化しない）ことに起因するものである。一方、第２分岐電流Ｉ２の変化に対して、直流可変電流Ｉｔの変化は、ほとんど第１分岐電流Ｉ１の変化となる。つまり、図３Ａ〜図３Ｃのグラフから、直流可変電流Ｉｔの増加につれ第１分岐電流Ｉ１の電流比率が増加することで、発光輝度の増加につれ色温度つまり発光色を変化させている。上記シミュレーションで設定したＬＥＤの構成例によれば、ＬＥＤランプ１０の発光色は、調光操作を介して明るく設定することにより白色へと近づき、暗く設定することによりオレンジ色へと近づく。
さらに、抵抗素子１２３の抵抗値が大きいほど、直流可変電流Ｉｔの増加に伴う第１分岐電流Ｉ１の電流比率が高くなっている。これは、差分電圧Ｖｄに対応した電圧降下が発生する抵抗素子１２３に流れるベース電流Ｉｂが、抵抗値が大きいほど小さくなり、これに伴ってコレクタ電流Ｉｃ及び第２分岐電流Ｉ２も小さくなることに起因するものである。
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの第１及び第２の色温度特性を表すグラフである。また、図４Ｃは、交流調光信号における導通位相角を説明する図である。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、横軸は、ＬＥＤモジュールの色温度を表し、縦軸は、調光器１６０から出力される交流調光信号の導通位相角を表している。
ここで、導通位相角について簡単に説明する。図４Ｃの各図において、交流電源から供給される交流電圧が負電圧から０Ｖとなったとき（ゼロクロスとも言う）の位相である位相角０°を基準として、この位相角から、指示された調光度に対応する位相角までの範囲において電圧を０Ｖとする。そして、指示された調光度に対応する位相角において、調光信号の電圧を、交流電源１５０から供給された交流電圧まで立ち上げる。ここで、調光器１６０が調光信号を立ち上げる位相角から位相角１８０°までの角度範囲を導通位相角と定義する。よって、例えば、室内をより明るくしたい場合には、調光操作を通じて導通位相角は大きくなり、室内をより暗くしたい場合には調光操作を通じて導通位相角は小さくなる。
図４Ａのグラフは、図２に示されたＬＥＤモジュール１００の回路構成において、ＬＥＤアレイ１１１Ａを、色温度が２７００ＫであるＬＥＤ１１１を直列接続したものとし、かつ、ＬＥＤアレイ１２１Ａを、色温度が２２００ＫであるＬＥＤ１２１を直列接続したものとした場合の、ＬＥＤモジュール１００から発光される光の色温度を表している。
調光機能がない、または、調光機能があっても導通位相角の変化と可変電圧回路とが連動していない従来の構成では、導通位相角の変化に対して色温度はほぼ一定であることから、調光の変化に対して発光色が変わっていない。
これに対して、本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１００では、導通位相角の変化に対して、ＬＥＤ１１１とＬＥＤ１２１の色温度を反映した色温度範囲内で色温度が変化している。さらに、抵抗素子１２３の抵抗値が大きいほど、ＬＥＤモジュール１００の色温度はＬＥＤ１１１の色温度に漸近していき、抵抗素子１２３の抵抗値が小さいほど、ＬＥＤモジュール１００の色温度範囲が広がっている。特に、抵抗素子１２３が１００ｋΩでは、白熱電球と同様の色温度特性を実現している。
図４Ｂのグラフは、図２に示されたＬＥＤモジュール１００の回路構成において、ＬＥＤアレイ１１１Ａを、色温度が６５００ＫであるＬＥＤ１１１を直列接続したものとし、かつ、ＬＥＤアレイ１２１Ａを、色温度が２２００ＫであるＬＥＤ１２１を直列接続したものとした場合の、ＬＥＤモジュール１００から発光される光の色温度を表している。本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１００では、導通位相角の変化に対して、ＬＥＤ１１１とＬＥＤ１２１の色温度を反映した色温度範囲内で色温度が変化している。さらに、抵抗素子１２３の抵抗値が大きいほど、ＬＥＤモジュール１００の色温度はＬＥＤ１１１の色温度に漸近していき、抵抗素子１２３の抵抗値が小さいほど低い色温度へとシフトする。
以上より、本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１００によれば、ＬＥＤ１１１及びＬＥＤ１２１の発光色、色温度及び直列接続数、ならびに、トランジスタのベース端子に接続される抵抗素子の抵抗値を適宜選択することにより、ＬＥＤ以外の回路部品点数を低減しつつ、調光度の変化に対応した所望の発光色変化を実現することが可能となる。つまり、順方向加算電圧の異なる複数のＬＥＤアレイを配置することにより、少ない回路部品点数で、調光に伴う発光色の変化といった発光に伴う演出効果を発揮させることが可能となる。
なお、本実施の形態では、ＬＥＤアレイ１１１Ａ及びＬＥＤアレイ１２１Ａの直列接続数が異なる場合を想定してシミュレーションを実行したが、本発明に係るＬＥＤモジュールはこれに限定されない。ＬＥＤアレイ１１１ＡとＬＥＤアレイ１２１Ａとの直列接続数が同じであっても、ＬＥＤ１１１及びＬＥＤ１２１の順方向電圧異ならせた場合も、本発明に係るＬＥＤモジュールに含まれる。この場合でも、差分電圧Ｖｄが発生し、これにより、ＬＥＤアレイ１１１Ａ及びＬＥＤアレイ１２１Ａの直列接続数を異ならせた上記構成のＬＥＤモジュールと同様の効果が奏される。
（実施の形態２）
実施の形態１に係るＬＥＤモジュール１００においては、電流制御素子としてトランジスタを用いた。しかし、電流制御素子はこれに限定されるものではない。例えば、電流制御素子として、２端子を有する抵抗素子を用いてもよい。
以下、実施の形態２に係る抵抗素子を用いたＬＥＤモジュール１３０について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、実施の形態１に係るＬＥＤモジュール１００と同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
ＬＥＤモジュール１３０は、実装基板１０１と、直列に接続された複数のＬＥＤ１１１と、ＬＥＤ１１１とは発光色が異なる、直列に接続された複数のＬＥＤ１２１と、抵抗素子１２４とを備える。
［発光モジュールの回路構成］
図５は、実施の形態２に係るＬＥＤモジュールの回路構成図である。同図に示されるように、ＬＥＤモジュール１３０は、直列に接続された複数のＬＥＤ１１１で構成されたＬＥＤアレイ１１１Ａと、直列に接続された複数のＬＥＤ１２１で構成されたＬＥＤアレイ１２１Ａと、ＬＥＤアレイ１２１Ａに直列に接続された抵抗素子１２４とを備えた発光回路を含む。
ＬＥＤアレイ１１１Ａのアノード側である第１アノード端子と抵抗素子１２４の一端とは、可変電流源１８０の高電位側端子に接続されている。ＬＥＤアレイ１１１Ａのカソード側である第１カソード端子とＬＥＤアレイ１２１Ａのカソード側である第２カソード端子とは、可変電流源１８０の低電位側端子に接続されている。ＬＥＤアレイ１２１Ａのアノード側である第２アノード端子は、抵抗素子１２４の他端に接続されている。言い換えれば、可変電流源１８０の高電位側端子と低電位側端子との間に、ＬＥＤアレイ１１１Ａの回路と、ＬＥＤアレイ１２１Ａ及び抵抗素子１２４の直列回路とが並列接続されている。
上記回路構成より、可変電流源１８０から出力された直流可変電流Ｉｔは、ＬＥＤアレイ１１１Ａで構成された第１発光部を流れる第１分岐電流Ｉ１と、ＬＥＤアレイ１２１Ａで構成された第２発光部を流れる第２分岐電流Ｉ２とに分岐される。
ＬＥＤアレイ１１１Ａを構成するＬＥＤ１１１は第１発光素子であり、第１分岐電流Ｉ１が流れることにより順方向電圧Ｖｔ１を発生する。また、ＬＥＤアレイ１２１Ａを構成するＬＥＤ１２１は第２発光素子であり、第２分岐電流Ｉ２が流れることにより順方向電圧Ｖｔ２を発生する。ＬＥＤ１１１の順方向電圧Ｖｔ１は、例えば、３．５Ｖ（青色ＬＥＤチップの場合）であり、ＬＥＤ１１１は白色光を発光する。また、ＬＥＤ１２１の順方向電圧Ｖｔ２は、例えば、２．１Ｖ（赤色ＬＥＤチップの場合）であり、ＬＥＤ１１１は赤色光を発光する。
ここで、ＬＥＤ１１１の配置数を６個、ＬＥＤ１２１の配置数を６個とすると、ＬＥＤアレイ１１１Ａで発生する順方向電圧Ｖｔ１が直列加算された第１順方向加算電圧は、２１．０Ｖとなり、ＬＥＤアレイ１２１Ａで発生する順方向電圧Ｖｔ２が直列加算された第２順方向加算電圧は、１２．６Ｖとなる。また、所定の直流可変電流Ｉｔの範囲において、順方向電圧Ｖｔ１は、第１分岐電流Ｉ１の変化に対しほぼ一定であり、順方向電圧Ｖ２は、第２分岐電流Ｉ２の変化に対しほぼ一定である。
これより、可変電流源１８０からＬＥＤモジュール１３０へ可変電流が供給された場合には、所定の可変電流範囲において、第１分岐電流Ｉ１の経路と第２分岐電流Ｉ１の経路との間には、第１順方向加算電圧と第２順方向加算電圧との差分電圧Ｖｄである８．４Ｖが常に発生する。よって、抵抗素子１２４には常に差分電圧Ｖｄの電圧降下が発生する。言い換えると、抵抗素子１２４には、差分電圧Ｖｄを抵抗素子１２４に発生させるような第２分岐電流Ｉ２が流れる。つまり、抵抗素子１２４は、ＬＥＤアレイ１２１Ａに直列に接続され、ＬＥＤアレイ１１１Ａを構成するＬＥＤ１１１の数だけ順方向電圧Ｖｔ１が加算された電圧である第１順方向加算電圧と、ＬＥＤアレイ１２１Ａを構成するＬＥＤ１２１の数だけ順方向電圧Ｖｔ２が加算された電圧である第２順方向加算電圧との差分電圧Ｖｄに応じて第２分岐電流Ｉ２を流させる電流制御素子である。
上記抵抗素子１２４の配置によれば、ＬＥＤアレイ１１１ＡとＬＥＤアレイ１２１Ａとの構成で決定される差分電圧Ｖｄにより、第２分岐電流Ｉ２はほぼ一定値を維持するため、所定の範囲において直流可変電流Ｉｔが変化しても第２分岐電流Ｉ２は殆ど変化しない。よって、直流可変電流Ｉｔの変化は、殆ど第１分岐電流Ｉ１の変化に反映される。よって、直流可変電流Ｉｔの大きさが変化すると、直流可変電流Ｉｔに占める第１分岐電流Ｉ１と第２分岐電流Ｉ２との割合が変化することとなる。つまり、発光色の異なる２種のＬＥＤに流れる電流比率が変化することで、調光操作に連動させて発光色を変化させることが可能となる。
また、上記発光回路を構成するにあたり、発光素子であるＬＥＤ以外に必要な回路部品は、抵抗素子１２４のみである。よって、信号線などの配線及び回路部品を低減しつつ調光度に応じた発光色の変化が可能となる。
［発光モジュールの特性］
図６は、実施の形態２に係るＬＥＤモジュールの電流特性を表すグラフである。図６にいて、横軸は、調光操作に応じて可変電流源１８０から供給される直流可変電流Ｉｔを表し、縦軸は、ＬＥＤモジュール１３０を流れる第１分岐電流Ｉ１及び第２分岐電流Ｉ２を表している。図６に表されたＬＥＤモジュール１３０の電流特性は、以下の回路構成をシミュレーションした結果である。ＬＥＤ１１１及び１２１の順方向電圧及び蛍光体、ならびにＬＥＤアレイ１１１Ａ及び１２１ＡのＬＥＤ直列接続数の態様は、実施の形態１と同じである。この構成により、第１順方向加算電圧は、４８Ｖ（Ｖｔ１×個数）となり、第２順方向加算電圧は、４２Ｖ（Ｖｔ２×個数）となり、差分電圧Ｖｄは６Ｖとなる。
上記構成において、図６に見られるように、直流可変電流Ｉｔの増加に対する第２分岐電流Ｉ２の増加率は、直流可変電流Ｉｔの増加に対する第１分岐電流Ｉ１の増加率よりも小さい。これは、ＬＥＤモジュールの回路構成で説明したように、差分電圧Ｖｄがほぼ一定であることにより第２分岐電流Ｉ２の変化が小さい（ほぼ一定値を維持する）ため、所定の範囲において直流可変電流Ｉｔが変化しても第２分岐電流Ｉ２は殆ど変化しないことに起因するものである。これにより、直流可変電流Ｉｔの変化は、殆ど第１分岐電流Ｉ１の変化に反映される。つまり、図６のグラフから、直流可変電流Ｉｔの増加につれ第１分岐電流Ｉ１の電流比率が増加することで、発光輝度の増加につれ色温度つまり発光色を変化させている。上記シミュレーションで設定したＬＥＤの構成例によれば、ＬＥＤランプ１０は、調光操作を介して明るく設定することにより白色へと近づき、暗く設定することによりオレンジ色へと近づく。
（実施の形態３）
実施の形態１及び２では、電流制御素子の配置により、発光色の異なる２つのＬＥＤアレイに流れる分岐電流比を、調光度に応じて変化させて発光色及び色温度の変化といった発光演出効果を発揮させる照明装置及びＬＥＤモジュールを説明した。本実施の形態では、電流制御素子の配置により、配光特性の異なる２つのＬＥＤアレイに流れる分岐電流比を、調光度に応じて変化させて配光性の変化といった発光演出効果を発揮させる照明装置及びＬＥＤモジュールについて説明する。
以下、実施の形態３に係る電流制御素子を用いたＬＥＤモジュールについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、実施の形態１に係るＬＥＤモジュール１００と同じ構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
［ＬＥＤランプの構成］
図７は、実施の形態３に係るＬＥＤランプの斜視図である。ＬＥＤランプ６０は、図１Ａに示された照明装置１に取り付けられる。ＬＥＤランプ６０は、グローブ６１と、外部ケース６２と、口金６３とで構成され、ＬＥＤモジュール２００を内蔵している。さらに、外部ケース６２及び口金６３の内部には、調光器から出力された交流調光信号に応じて可変電流を生成し当該可変電流をＬＥＤモジュール２００に供給する可変電流源を含む駆動回路（図７に図示せず）が配置されている。この構成により、調光操作に対応した可変電流がＬＥＤモジュール２００に供給され、ＬＥＤランプ６０は調光される。
ＬＥＤランプ６０では、略円環形状の平面である基台の上面が、実装基板２０１となっており、当該実装基板２０１上に、複数のＬＥＤ２１１と複数のＬＥＤ２２１とが実装されている。
図８Ａは、実施の形態３に係るＬＥＤモジュールにおける部品配置レイアウト図を示す第１の例であり、図８Ｂは、実施の形態３に係るＬＥＤモジュールにおける部品配置レイアウト図を示す第２の例である。図８Ａのレイアウトでは、トランジスタ２２２及び抵抗素子２２３からなる電流制御素子が第２分岐電流Ｉ２側に配置され、図８Ｂのレイアウトでは、トランジスタ２２２及び抵抗素子２２３からなる電流制御素子が第１分岐電流Ｉ１側に配置されている点のみが異なる。ＬＥＤ２１１の順方向電圧がＬＥＤ２１１の数だけ直列加算された第１順方向加算電圧Ｖｔ１が、ＬＥＤ２２１の順方向電圧がＬＥＤ２２１の数だけ直列加算された第２順方向加算電圧Ｖｔ２よりも大きい場合には、図８Ａのレイアウトが採用される。一方、Ｖｔ１がＶｔ２よりも小さい場合には、図８Ｂのレイアウトが採用される。
ＬＥＤモジュール２００は、実装基板２０１と、ＬＥＤアレイ２１１Ａと、ＬＥＤアレイ２１１Ａとは配光特性が異なるＬＥＤアレイ２２１Ａと、電流制御素子とを備えた発光モジュールである。図８Ａ及び図８Ｂに表されたように、ＬＥＤアレイ２１１Ａは、直列に接続された複数のＬＥＤ２１１で構成され、例えば、実装基板２０１の外周領域に円環状に配置される。一方、ＬＥＤアレイ２２１Ａは、直列に接続された複数のＬＥＤ２２１で構成され、例えば、実装基板２０１の中央領域に集約配置される。つまり、ＬＥＤアレイ２１１Ａを構成するＬＥＤ２１１の配列状態と、ＬＥＤアレイ２２１Ａを構成するＬＥＤ２２１の配列状態とが異なることにより、第１発光部であるＬＥＤアレイ２１１Ａの配光特性と、第２発光部であるＬＥＤアレイ２２１Ａの配光特性とが異なっている。
ＬＥＤ２１１は、例えば、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体を含む封止体とで構成された、白色光で発光する第１発光素子であり、ＬＥＤ２２１も、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体を含む封止体とで構成された、白色光で発光する第２発光素子である。封止体は、例えば、シリコーン樹脂のような透光性材料と蛍光体とからなる。ＬＥＤアレイ２１１Ａは、直流可変電流Ｉｔの第１分岐電流Ｉ１が流れる第１発光部であり、ＬＥＤアレイ２２１Ａは、直流可変電流Ｉｔの第２分岐電流Ｉ２が流れる第２発光部である。本実施の形態では、ＬＥＤアレイ２１１Ａの配光特性は、ＬＥＤアレイ２２１Ａの配光特性と異なっている。図８Ａ及び図８Ｂでは、ＬＥＤ２１１は１８個、ＬＥＤ２２１は４個としているが、ＬＥＤの個数はこれに限らない。
実装基板２０１には、ＬＥＤ２１１及びＬＥＤ２２１に配線を接続できるような、配線パターン２０３が形成されている。なお、電流制御素子は、実装基板２０１上に配置されず、実装基板裏面側に配置されてもよい。
また、ＬＥＤアレイ２１１Ａ及び２２１Ａの配置は、それぞれ、図８Ａ及び図８Ｂに示されるような円環形状及び中央集約配置に限定されない。実装されるＬＥＤランプ６０の形状に合わせて、例えば、矩形配置または楕円形配置であってもよい。
また、実装基板２０１は略円環形状に限定されず、ＬＥＤランプ６０の形状に合わせてどのような形状であっても良い。また、実装基板２０１の表面は、ＬＥＤを平面配置できるのであれば、必ずしも全体が平面である必要はない。さらに、実装基板２０１の裏面も平面に限定されない。
ＬＥＤモジュール２００は、例えば、ねじを用いて反射部材６４と共に基台に共締めで固定されている。なお、ＬＥＤモジュール２００は基台へ接着または係合などで固定されていても良い。
反射部材６４は、例えば、下方側よりも上方側の方が外径の大きい略円筒状であって、その筒軸と実装基板２０１の表面とが直交するような姿勢で、ＬＥＤアレイ２１１Ａから浮いた状態で、ＬＥＤモジュール２００の上方に配置されている。
反射部材６４には、外周面の周方向に沿って間隔を空けて、複数の開口部６５が設けられている。具体的には、ＬＥＤ２１１の数と同じ数の開口部６５が、ＬＥＤ２１１と一対一の関係で対向するように、外周面の周方向に沿って等間隔を空けて設けられている。
なお、本実施の形態では、開口部６５は貫通した孔であって何も嵌め込まれていないが、開口部６５はこのような構成でなくとも光が上方へ漏れる構成であれば良く、例えば開口部６５の全部または一部に透光性の部材が嵌め込まれており、当該透光性の部材を透過して光が前方へ漏れる構成でも良い。また、開口部６５の数は、必ずしもＬＥＤ２１１と同じである必要はなく、ＬＥＤ２１１の数よりも多くても少なくても良く、１つであっても複数であっても良い。
図９は、実施の形態３に係るＬＥＤモジュールの光路を表す断面概略図である。同図に示されるように、ＬＥＤ２２１からの出射光は、上方の光路Ｌ１に従い出射する。一方、ＬＥＤ２１１からの出射光は、開口部６５を通過して上方の光路Ｌ２に従い出射する成分と、反射部材６４の外周面で反射して側方の光路Ｌ３に従い出射する成分とを有する。つまり、ＬＥＤ２１１からの出射光は、反射部材６４により上方及び側方へと拡散し、ＬＥＤアレイ２２１ＡとＬＥＤアレイ２１１Ａとは、配光角が異なる。
［発光回路の構成］
上記のように構成されたＬＥＤランプ６０が有するＬＥＤモジュール２００の回路構成は、実施の形態１に係る、図２に示された回路と同じである。また、電流制御素子２２０の回路構成も同様であり、トランジスタ２２２が図２のトランジスタ１２２に相当し、抵抗素子２２３が、図２の抵抗素子１２３に相当する。
以下、図８Ａ及び図８Ｂに示されたレイアウト構成のうち、図８Ａに示されたレイアウト構成について説明する。
トランジスタ２２２の動作によれば、ＬＥＤアレイ２１１ＡとＬＥＤアレイ２２１Ａとの構成で決定される差分電圧Ｖｄは、上記所定の電流範囲においてほぼ一定となる。よって、ベース電流Ｉｂ及びコレクタ電流Ｉｃはほぼ一定値を維持するため、上記所定の電流範囲において、直流可変電流Ｉｔが変化しても第２分岐電流Ｉ２はほぼ一定となる。よって、直流可変電流Ｉｔの変化は、ほとんど第１分岐電流Ｉ１の変化となる。つまり、所定の調光範囲において、調光度の変化に対する第２分岐電流Ｉ２の電流変化率は、当該変化に対する直流可変電流Ｉｔの電流変化率よりも小さい。直流可変電流Ｉｔの変化に対する第１分岐電流Ｉ１と第２分岐電流Ｉ２との変化態様の差により、直流可変電流Ｉｔの大きさが変化すると、第１分岐電流Ｉ１と第２分岐電流Ｉ２との割合が変化することとなる。つまり、調光度に応じて配光特性の異なる２種のＬＥＤアレイ２１１Ａ及び２２１Ａに流れる電流比率が変化することで、調光操作に連動させてＬＥＤモジュール２００の配光性を変化させることが可能となる。
また、上記発光回路を構成するにあたり、発光素子であるＬＥＤ以外に必要な回路部品は、トランジスタ２２２及び抵抗素子２２３のみである。よって、トランジスタ２２２のベースコレクタ間電圧またはベースエミッタ間電圧を可変させるための可変電圧回路及び信号線などの回路部品を低減しつつ調光度に応じた配光性の変化が可能となる。
［発光モジュールの特性］
次に、本発明の実施の形態３に係るＬＥＤモジュール２００の配光特性について、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて説明する。
図１０Ａは、実施の形態３に係るＬＥＤランプの照度比で表された配光曲線図であり、図１０Ｂは、実施の形態３に係るＬＥＤランプの照度で表された配光曲線図である。図１０Ａにおける配光曲線図は、ＬＥＤランプ６０の上下方向を含む３６０°の各方向に対する照度の大きさを表しており、ＬＥＤランプ６０のランプ軸に沿った上方側の方向を０°、ランプ軸に沿った下方側の方向を１８０°（−１８０°）として、時計回り及び反時計回りにそれぞれ１０°間隔に目盛を刻んでいる。配光曲線図の径方向に付した目盛（０．１〜１．０）は照度比を表しており、当該照度比は各配光曲線における最大値を１．０（１００％）とする相対的な大きさで表されている。このように、図１０Ａでは、ＬＥＤランプ６０のランプ軸を基準として−１８０°〜＋１８０°の範囲内における照度比を表している。
ここで、図１０Ａ及び図１０Ｂの配光特性を示すＬＥＤモジュール２００において、ＬＥＤ２１１は、順方向電圧Ｖｔ１が約３Ｖで蛍光体が温白色（色温度２８００Ｋ）のＬＥＤを使用し、ＬＥＤアレイ２１１Ａは、ＬＥＤ２１１を８個直列に接続している。また、ＬＥＤ２２１は、順方向電圧Ｖｔ２が約３Ｖで蛍光体が温色（色温度２８００Ｋ）のＬＥＤを使用し、ＬＥＤアレイ２２１Ａは、ＬＥＤ２２１を４個直列に接続している。この構成により、第１順方向加算電圧は、２４Ｖ（Ｖｔ１×個数）となり、第２順方向加算電圧は、１２Ｖ（Ｖｔ２×個数）となり、差分電圧Ｖｄは１２Ｖとなる。また、ＬＥＤアレイ２１１Ａは、実装基板２０１の外周領域に円環状に配置され、反射部材６４により上方だけでなく側方へも出射する配光特性となっている。一方、ＬＥＤアレイ２２１Ａは、実装基板２０１の中央領域に集約配置され、反射部材６４の影響を受けずに上方へ出射する配光特性となっている。つまり、ＬＥＤアレイ２１１Ａを構成するＬＥＤ２１１の配列状態と、ＬＥＤアレイ２２１Ａを構成するＬＥＤ２２１の配列状態とが異なることにより、第１発光部であるＬＥＤアレイ２１１Ａの配光特性と、第２発光部であるＬＥＤアレイ２２１Ａの配光特性とは異なっている。また、抵抗素子２２３の抵抗値は、１００ｋΩである。
図１０Ａにおいて、配光特性は、配光角に基づき評価した。配光角とは、ＬＥＤランプにおける照度の最大値の半分以上の照度が出射される角度範囲の大きさをいう。例えば、図１０Ａに示される配光曲線の場合、配光角は、照度比が０．５（５０％）以上となる角度範囲の大きさである。図１０Ａに示されるように、調光度が小さい場合（導通位相角７０°）のＬＥＤランプ６０の配光角は約１１０°であり、調光度が中の場合（導通位相角９０°）のＬＥＤランプ６０の配光角は約１３０°であり、調光度が大きい場合（導通位相角１１０°）のＬＥＤランプ６０の配光角は約１４０°である。つまり、調光度が大きくなるほど、直流可変電流Ｉｔに対する第１分岐電流Ｉ１の割合が大きくなり、配光角が大きくなっている。
図１０Ｂにおける配光曲線図の径方向に付した目盛（０．１〜１．０）は調光器の最大出力を１とした時の照度の比率を表している。図１０Ｂに示すように、調光度が大きくなるにつれ、配光角が大きくなるとともに、照度も増加している。つまり、明るくするとともに配光角が広くなる。
上記配光特性において、直流可変電流Ｉｔの増加に対する第２分岐電流Ｉ２の増加率は、直流可変電流Ｉｔの増加に対する第１分岐電流Ｉ１の増加率よりも小さい。これは、ＬＥＤモジュールの回路構成で説明したように、差分電圧Ｖｄによりベース電流Ｉｂ及びコレクタ電流Ｉｃはほぼ一定値を維持するため、所定の電流範囲において直流可変電流Ｉｔが変化しても第２分岐電流Ｉ２の変化が小さい（殆ど変化しない）ことに起因するものである。一方、第２分岐電流Ｉ２の変化に対して、直流可変電流Ｉｔの変化は、ほとんど第１分岐電流Ｉ１の変化となる。つまり、図１０Ａ及び図１０Ｂのグラフから、直流可変電流Ｉｔの増加につれ第１分岐電流Ｉ１の電流比率が増加することで、発光輝度の増加につれ配光角を変化させている。本実施の形態のＬＥＤの構成例によれば、ＬＥＤランプ６０の配光性は、調光操作を介して明るく設定することにより配光角が広くなり、暗く設定することにより配光角が狭くなる。
以上より、本実施の形態に係るＬＥＤモジュール２００によれば、ＬＥＤアレイ２１１Ａ及びＬＥＤアレイ２２１Ａの配光特性及び直列接続数、ならびに、トランジスタのベース端子に接続される抵抗素子の抵抗値を適宜選択することにより、ＬＥＤ以外の回路部品点数を低減しつつ、調光度の変化に対応した所望の配光性変化を実現することが可能となる。つまり、順方向加算電圧の異なる複数のＬＥＤアレイを配置することにより、少ない回路部品点数で、調光に伴う配光性の変化といった発光に伴う演出効果を発揮させることが可能となる。
以上、本発明に係る発光回路、発光モジュール及び照明装置について、実施の形態１及び２に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれる。
例えば、実施の形態３に係るＬＥＤモジュール２００において、実施の形態２で示されたように、電流制御素子２２０の回路構成を抵抗素子のみとしたＬＥＤモジュールも、本発明に含まれる。
また、例えば、実施の形態１〜３では、ＬＥＤアレイの構成として、直列に接続された複数のＬＥＤを想定したが、ＬＥＤアレイは、それぞれ、１個のＬＥＤで構成されてもよい。但し、この場合には、ＬＥＤの順方向電圧は異なることが条件となる。さらに、ＬＥＤモジュールの輝度変化に対して有意的に発光色の変化が認識され得るために、順方向電圧の差は０．７Ｖ以上であることが好ましい。
また、実施の形態１〜３では、直流可変電流Ｉｔの分岐電流として２つの分岐電流径路を想定したが、３以上の分岐電流径路であってもよい。具体的には、分岐電流径路ごとに、異なる発光色または異なる配光特性かつ異なる順方向加算電圧を有するＬＥＤアレイを配置し、最も順方向加算電圧の大きいＬＥＤアレイの電流径路以外の電流径路に電流制御素子を配置する。この構成を有するＬＥＤモジュールも、本発明に含まれ、同様の効果が奏される。
また、上記実施の形態では、赤色で発光するＬＥＤとして、青色ＬＥＤチップと赤色蛍光体および緑色蛍光体を含む封止体とで構成されたＬＥＤを示したが、これに限らず、例えば、赤色ＬＥＤチップのみから構成してもよい。
また、調光器１６０は、ユーザが指示する調光度に応じて導通位相角を変化させてもよいし、あるいは、調光器１６０は光センサが受光した光量に応じて導通位相角を変化させてもよい。
また、上記実施の形態では、ＬＥＤモジュールを電球型ランプに適用したが、これに限らず、例えば、シーリングライトおよびハロゲンランプ等にも適用できる。
また、上記実施の形態では、照明装置１がＬＥＤランプ１０または６０と調光器１６０とを備える構成を例に説明を行ったが、照明装置は、駆動回路、ＬＥＤモジュール１００及び調光器１６０を備える構成であればよく、グローブや外部ケースといった筐体を備えなくてもよい。
また、照明装置１は、１つのＬＥＤランプ１０または６０を備えるが、複数、例えば、２個以上のＬＥＤランプ１０または６０を備えても構わない。
また、上記回路図に示す回路構成は、一例であり、本発明は上記回路構成に限定されない。つまり、上記回路構成と同様に、本発明の特徴的な機能を実現できる回路も本発明に含まれる。例えば、上記回路構成と同様の機能を実現できる範囲で、ある素子に対して、直列又は並列に、トランジスタ、抵抗素子、又は容量素子等の素子を接続したものも本発明に含まれる。言い換えると、上記実施の形態における「接続される」とは、２つの端子（ノード）が直接接続される場合に限定されるものではなく、同様の機能が実現できる範囲において、当該２つの端子（ノード）が、素子を介して接続される場合も含む。
本発明に係る回路は、例えば、白熱電球に代替する調光機能を有する照明装置に利用可能である。
１ 照明装置
１０、６０ ＬＥＤランプ
１１、６１ グローブ
１２、６２ 外部ケース
１３、６３ 口金
２０ ソケット
３０ 反射板
４０ 接続部
５０ 天井
６４ 反射部材
６５ 開口部
１００、１３０、２００、９００ ＬＥＤモジュール（発光モジュール）
１０１、２０１ 実装基板
１０２ 貫通孔
１０３、２０３ 配線パターン
１１１、１２１、２１１、２２１ ＬＥＤ（発光素子）
１１１Ａ、１２１Ａ、２１１Ａ、２２１Ａ ＬＥＤアレイ（発光部）
１２２、２２２ トランジスタ
１２３、１２４、２２３、９２５、９２６ 抵抗素子
１５０、９３１ 交流電源
１６０ 調光器
１７０ 整流平滑回路
１８０、９３３ 可変電流源
２２０ 電流制御素子
９２１ 赤色ＬＥＤアレイ
９２１ａ、９２１ｂ、９２１ｃ、９２１ｄ、９２１ｅ、９２１ｆ 赤色ＬＥＤ
９２２ 白色ＬＥＤアレイ
９２２ａ、９２２ｂ、９２２ｃ、９２２ｄ 白色ＬＥＤ
９２４ バイポーラトランジスタ
９２７ 可変電圧源
９３２ ＡＣ／ＤＣコンバータ

Claims (14)

  1. 可変電流が流れることにより当該可変電流に応じた発光をする発光回路であって、
    第１発光素子または直列に接続された複数の前記第１発光素子で構成され、前記可変電流の第１分岐電流が流れる第１発光部と、
    第２発光素子または直列に接続された複数の前記第２発光素子で構成され、前記可変電流と前記第１分岐電流との差分電流である第２分岐電流が流れる第２発光部と、
    前記第２発光部に直列に接続され、前記第１発光部を構成する前記第１発光素子の数だけ前記第１発光素子が発生する順方向電圧が加算された電圧である第１順方向加算電圧と、前記第２発光部を構成する前記第２発光素子の数だけ前記第２発光素子が発生する順方向電圧が加算された電圧である第２順方向加算電圧との差分電圧に応じて前記第２分岐電流を流させる電流制御素子とを備える
    発光回路。
  2. 前記第１発光素子は、第１発光色で発光し、
    前記第２発光素子は、前記第１発光色とは異なる第２発光色で発光する
    請求項１に記載の発光回路。
  3. 前記第１発光部の配光特性は、前記第２発光部の配光特性と異なる
    請求項１に記載の発光回路。
  4. 前記第１発光部を構成する前記第１発光素子の配列状態と、前記第２発光部を構成する前記第２発光素子の配列状態とが異なることにより、前記第１発光部の配光特性と前記第２発光部の配光特性とが異なる
    請求項３に記載の発光回路。
  5. 前記電流制御素子は、第１端子、第２端子及び制御端子を有し、前記第１端子及び前記第２端子が前記第２分岐電流の経路上に配置され、前記制御端子に入力される制御信号により、前記第１端子と前記第２端子との間に発生する前記差分電圧に対応した前記第２分岐電流を流す
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光回路。
  6. 前記電流制御素子は、ＮＰＮバイポーラトランジスタであり、
    前記制御端子は、ベース端子であり、
    前記第１端子はコレクタ端子であり、前記第２端子はエミッタ端子であり、
    前記第１端子は、前記第２端子よりも前記第２分岐電流の経路の高電位側に配置され、
    前記制御端子と前記第１端子とは抵抗素子を介して接続されている
    請求項５に記載の発光回路。
  7. 前記電流制御素子は、ＰＮＰバイポーラトランジスタであり、
    前記制御端子は、ベース端子であり、
    前記第１端子はエミッタ端子であり、前記第２端子はコレクタ端子であり、
    前記第１端子は、前記第２端子よりも前記第２分岐電流の経路の高電位側に配置され、
    前記制御端子と前記第２端子とは抵抗素子を介して接続されている
    請求項５に記載の発光回路。
  8. 前記第１発光部は、アノード側である第１アノード端子と、カソード側である第１カソード端子とを有し、
    前記第２発光部は、アノード側である第２アノード端子と、カソード側である第２カソード端子とを有し、
    前記第１端子と前記第１アノード端子とが、前記可変電流を供給する可変電流源の高電位側端子に接続され、
    前記第２端子と前記第２アノード端子とが接続され、
    前記第１カソード端子と前記第２カソード端子とが、前記可変電流源の低電位側端子に接続されている
    請求項５〜７のいずれか１項に記載の発光回路。
  9. 前記電流制御素子は、抵抗素子である
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光回路。
  10. 前記第１発光部は、アノード側である第１アノード端子と、カソード側である第１カソード端子とを有し、
    前記第２発光部は、アノード側である第２アノード端子と、カソード側である第２カソード端子とを有し、
    前記第１アノード端子と前記抵抗素子の一端とが、前記可変電流を供給する可変電流源の高電位側端子に接続され、
    前記第２アノード端子と前記抵抗素子の他端とが接続され、
    前記第１カソード端子と前記第２カソード端子とが、前記可変電流源の低電位側端子に接続されている
    請求項９に記載の発光回路。
  11. 前記可変電流の変化に対する前記第２分岐電流の変化率は、前記変化に対する前記第１分岐電流の変化率よりも小さい
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光回路。
  12. 前記第１発光色は白色であり、
    前記第２発光色は赤色である
    請求項２、５〜１１のいずれか１項に記載の発光回路。
  13. 実装基板と、
    前記実装基板上に形成された、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の発光回路とを備える
    発光モジュール。
  14. 交流電源を用いて調光度を表す交流調光信号を生成する調光器と、
    前記交流調光信号に応じて前記可変電流を生成する可変電流源と、
    前記可変電流源から前記可変電流を受ける、請求項１３に記載の発光モジュールとを備える
    照明装置。
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