JP2015011784A

JP2015011784A - 照明装置

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Publication number: JP2015011784A
Application number: JP2013134247A
Authority: JP
Inventors: 善史矢追; Yoshifumi Yaoi; 柴田　晃秀; Akihide Shibata; 晃秀柴田; 健治小宮; Kenji Komiya; 佐藤　拓也; Takuya Sato; 拓也佐藤; 圭二渡邉; Keiji Watanabe; 竹史塩見; Takeshi Shiomi; 岩田　浩; Hiroshi Iwata; 浩岩田; 高橋　明; Akira Takahashi; 明高橋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2015-01-19

Abstract

【課題】調光時に色温度変化やちらつきを防止できると共に、干渉縞のない写真撮影が可能な照明装置およびその照明装置の制御方法を提供する。【解決手段】発光ダイオード(１０)が並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、発光ダイオード(１０)が格子状に配列されたサブアレイ(ＳＡ１〜ＳＡ１０)を複数備える。サブアレイ(ＳＡ１〜ＳＡ１０)毎に予め設定された駆動電流を流すためのサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１０,２)と、調光レベルを表す調光レベル制御信号に基づいて、サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１０)を制御する制御部１とを備える。上記制御部(１)は、複数のサブアレイ(ＳＡ１〜ＳＡ１０)のうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して駆動電流を連続して夫々流すように、サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１０,２)を制御する。【選択図】図１

Description

この発明は、照明装置に関し、詳しくは、ＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)を光源とする照明装置に関する。

従来の第１の照明装置としては、調光レベル検出回路により検出された調光レベルに応じた電流がＬＥＤモジュールに供給されるように、昇降圧コンバータを制御する制御回路を備えるものがある(例えば、特開２０１１−１６５３１７号公報(特許文献１)参照)。

また、従来の第２の照明装置としては、外部から入力された調光信号をＰＷＭ(pulse width modulation：パルス幅変調)信号に変換して出力するとともに、ＰＷＭ信号のオンデューティ比が調光信号の１周期時間内に所定回数ｎにわたって、ＰＷＭ信号の生成前後の調光レベルの変化量に応じて段階的に変化するようにＰＷＭ信号を補間するものがある(例えば、特開２０１１−１１３７９４号公報(特許文献２)参照)。

上記従来の第１の照明装置は、電流制御方式による調光技術について開示しており、上記従来の第２の照明装置は、ＰＷＭ制御方式による調光技術について開示している。

特開２０１１−１６５３１７号公報特開２０１１−１１３７９４号公報

上記従来の第１の照明装置の電流制御方式では、調光レベルに対する色温度の関係を示す図６Ａの実線のように、調光レベルによって色温度が変化する。このような電流制御方式における色温度変化の原因は、調光レベルによってＬＥＤへの注入電流量が異なることに起因している。このような調光時の色温度変化は、撮影照明用途や美術展示照明用途など色温度への要求仕様が厳しい用途では課題となる。

これに対して、上記従来の第２の照明装置のＰＷＭ制御方式では、図６Ａの一点鎖線に示すように、上記色温度の課題はあまり生じないが、人の感じる「ちらつき感」や写真撮影時に「干渉縞」が発生するという課題が生じる。このような調光時の「ちらつき感」や「干渉縞」の原因は、ＰＷＭ制御においてＬＥＤのオン(発光)とオフ(非発光)を一定時間ごとに繰り返す駆動方式そのものに起因している。例えば、図６Ｂに示すように、ＬＥＤをオンオフするＰＷＭ駆動波形のタイミングと異なる写真撮影時のシャッタータイミングＡ,Ｂ,Ｃのずれにより写り方が異なる。

そこで、この発明の課題は、調光時に色温度変化やちらつきを防止できると共に、干渉縞のない写真撮影が可能な照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の照明装置は、
発光ダイオードが並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記発光ダイオードが格子状に配列されたサブアレイを複数備えると共に、
上記サブアレイ毎に予め設定された駆動電流を流すためのサブアレイ駆動部と、
調光レベルを表す調光レベル制御信号に基づいて、上記サブアレイ駆動部を制御する制御部と
を備え、
上記制御部は、上記複数のサブアレイのうち、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して上記駆動電流を連続して夫々流すように、上記サブアレイ駆動部を制御することを特徴とする。

また、一実施形態の照明装置では、
上記発光ダイオードは、微細な棒状構造を有する棒状構造発光ダイオードである。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイの夫々は、発光輝度が略同一でかつ発光面積が略同一である。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイは、中心のサブアレイに対して外周を枠状に囲むように順に配置されている。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイの夫々は、形状が略同一であると共に点対象に配列されている。

また、一実施形態の照明装置では、
上記制御部は、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルが高くなるに従って上記複数のサブアレイの中心から略均一に発光領域が拡大するように、上記サブアレイ駆動部を制御する。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイは、第１の色温度の光を出力する複数の第１サブアレイと第２の色温度の光を出力する複数の第２サブアレイとを含み、
上記制御部は、上記調光レベルを表す上記調光レベル制御信号と色調レベルを表す色調レベル制御信号に基づいて上記サブアレイ駆動部を制御して、上記複数の第１サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数と上記複数の第２サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数を制御する。

また、一実施形態の照明装置では、
上記第１の色温度の光を出力する複数の第１サブアレイと上記第２の色温度の光を出力する複数の第２サブアレイとが交互に配置されている。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイが配置された第１の基板と、
上記サブアレイ駆動部の上記駆動電流をオンオフする薄膜トランジスタが形成された第２の基板と
備えた。

また、一実施形態の照明装置では、
上記調光レベル制御信号は、上記調光レベルがデューティ比で表されるＰＷＭ信号である。

また、この発明の照明装置の制御方法では、
発光ダイオードが並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記発光ダイオードが格子状に配列されたサブアレイを複数備えると共に、上記サブアレイ毎に予め設定された駆動電流を流すためのサブアレイ駆動部と、調光レベルを表す調光レベル制御信号に基づいて、上記サブアレイ駆動部を制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記複数のサブアレイのうち、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して上記駆動電流を連続して夫々流すように、上記サブアレイ駆動部を制御する照明装置の制御方法であって、
上記制御部は、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルが高くなるに従って上記複数のサブアレイの中心から略均一に発光領域が拡大するように、上記サブアレイ駆動部を制御することを特徴とする。

以上より明らかなように、この発明によれば、制御部により制御されたサブアレイ駆動部により、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して駆動電流を連続して夫々流すことによって、調光時に色温度変化やちらつきを防止できると共に、干渉縞のない写真撮影が可能な照明装置を実現することができる。

図１はこの発明の第１実施形態の照明装置(調光レベル１００％)の構成図である。図２は上記照明装置のＰＷＭ入力信号を説明するための図である。図３は上記照明装置(調光レベル１０％)の構成図である。図４は上記照明装置のマイクロロッドＬＥＤの製造方法を説明するための図である。図５は上記照明装置のマイクロロッドＬＥＤの他の製造方法を説明するための図である。図６Ａは従来の第１,第２の照明装置の調光レベルに対する色温度の関係を示す図である。図６Ｂは上記従来の第２の照明装置のＰＷＭ制御方式の「干渉縞」の課題を説明するための図である。図７Ａはこの発明の第２実施形態の照明装置の一例としてのＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤアレイの平面図である。図７Ｂは上記ＬＥＤ電球の構成を示す図である。図７Ｃは上記ＬＥＤ電球の構成図である。図８Ａは上記ＬＥＤアレイの調光レベル１０％の状態における発光の様子を示す図である。図８Ｂは上記ＬＥＤアレイの調光レベル２０％の状態における発光の様子を示す図である。図８Ｃは上記ＬＥＤアレイの調光レベル３０％の状態における発光の様子を示す図である。図８Ｄは上記ＬＥＤアレイの調光レベル４０％の状態における発光の様子を示す図である。図８Ｅは上記ＬＥＤアレイの調光レベル５０％の状態における発光の様子を示す図である。図８Ｆは上記ＬＥＤアレイの調光レベル６０％の状態における発光の様子を示す図である。図８Ｇは上記ＬＥＤアレイの調光レベル７０％の状態における発光の様子を示す図である。図８Ｈは上記ＬＥＤアレイの調光レベル８０％の状態における発光の様子を示す図である。図８Ｉは上記ＬＥＤアレイの調光レベル９０％の状態における発光の様子を示す図である。図９Ａはこの発明の第３実施形態の照明装置の一例としてのＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤアレイの調光レベル２０％の状態における発光の様子を示す図である。図９Ｂは上記ＬＥＤアレイの調光レベル４０％の状態における発光の様子を示す図である。図９Ｃは上記ＬＥＤアレイの調光レベル６０％の状態における発光の様子を示す図である。図９Ｄは上記ＬＥＤアレイの調光レベル８０％の状態における発光の様子を示す図である。図１０Ａはこの発明の第４実施形態の照明装置の一例としてのＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤアレイの構成を示す図である。図１０Ｂは上記ＬＥＤ電球の構成図である。図１１Ａは上記ＬＥＤアレイの調光レベル１０％の状態における発光の様子を示す図である。図１１Ｂは上記ＬＥＤアレイの調光レベル２０％の状態における発光の様子を示す図である。図１１Ｃは上記ＬＥＤアレイの調光レベル３０％の状態における発光の様子を示す図である。図１１Ｄは上記ＬＥＤアレイの調光レベル４０％の状態における発光の様子を示す図である。図１１Ｅは上記ＬＥＤアレイの調光レベル５０％の状態における発光の様子を示す図である。図１１Ｆは上記ＬＥＤアレイの調光レベル６０％の状態における発光の様子を示す図である。図１１Ｇは上記ＬＥＤアレイの調光レベル７０％の状態における発光の様子を示す図である。図１１Ｈは上記ＬＥＤアレイの調光レベル８０％の状態における発光の様子を示す図である。図１１Ｉは上記ＬＥＤアレイの調光レベル９０％の状態における発光の様子を示す図である。図１２Ａはこの発明の第５実施形態の照明装置の一例としてのＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤアレイの調光レベル１０％の状態における発光の様子を示す図である。図１２Ｂは上記ＬＥＤアレイの調光レベル２０％の状態における発光の様子を示す図である。図１２Ｃは上記ＬＥＤアレイの調光レベル３０％の状態における発光の様子を示す図である。図１２Ｄは上記ＬＥＤアレイの調光レベル４０％の状態における発光の様子を示す図である。図１２Ｅは上記ＬＥＤアレイの調光レベル５０％の状態における発光の様子を示す図である。図１２Ｆは上記ＬＥＤアレイの調光レベル６０％の状態における発光の様子を示す図である。図１２Ｇは上記ＬＥＤアレイの調光レベル７０％の状態における発光の様子を示す図である。図１２Ｈは上記ＬＥＤアレイの調光レベル８０％の状態における発光の様子を示す図である。図１２Ｉは上記ＬＥＤアレイの調光レベル９０％の状態における発光の様子を示す図である。図１３はこの発明の第６実施形態の照明装置の構成を示す図である。図１４は上記照明装置の構成を示す図である。図１５は比較例の照明装置の基板構成を示す図である。

以下、この発明の照明装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の照明装置(調光レベル１００％)構成図を示している。この第１実施形態の照明装置は、微細な棒状構造を有する棒状構造発光ダイオードであるマイクロロッドＬＥＤ１０によりＬＥＤアレイが構成された電球用平面銭型状のＬＥＤ電球である。

上記電球用平面銭型状のＬＥＤ電球は、直並列に接続された約５，０００本のマイクロロッドＬＥＤ１０からなる１０個のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０より構成されている。このサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０の夫々は、マイクロロッドＬＥＤ１０が並列に接続された発光ダイオード並列回路を複数個直列に接続することにより、複数のマイクロロッドＬＥＤ１０を格子状に配列している。上記複数の複数のマイクロロッドＬＥＤ１０は、アノード側を同一方向に向けて接続している。

また、上記サブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０のアノード側端子に定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２の正極側を接続し、サブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０のカソード側端子に負極側に、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１０を介して定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２の負極側を接続している。上記スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１０と定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２で、サブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０毎に予め設定された駆動電流を流すサブアレイ駆動部を構成している。

上記各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１０は、調光レベルに応じてＰＷＭ検出回路１から出力された制御信号によりオン/オフ制御される。上記ＰＷＭ検出回路１は制御部の一例である。

上記ＰＷＭ検出回路１には、調光レベルを表す調光レベル制御信号であるＰＷＭ信号が入力される。これは、一般的な調光信号が制御回路(図示せず)からＰＷＭ信号で出力されており、従来の照明装置の制御回路との互換性を保つためである。

この第１実施形態の場合、ＰＷＭ検出回路１において、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて１０ビットのデジタル信号がゲート入力信号(Ｇ１０,Ｇ９,…,Ｇ１)として出力され、それぞれのゲート入力信号の情報が各スイッチングトランジスタＱ１０〜Ｑ１のゲート電極に電気的に伝達される。なお、上記ＰＷＭ検出回路１から出力される信号の電流駆動能力が低い場合は、増幅回路を介してゲート電極に入力する構成としても構わない。

上記ＰＷＭ検出回路１に入力されるＰＷＭ信号のデューティ比とゲート入力信号(Ｇ１０,Ｇ９,…,Ｇ１)との関係は、例えば次の表１の通りである。

なお、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄは、図２に示すように、周期Ｔのパルス列においてパルス幅をτとすると、
Ｄ＝ τ／Ｔ
で表される。

上述の動作により、マイクロロッドＬＥＤ１０により構成される照明装置について、ＰＷＭ信号に応じた調光を行うことが可能となる。

例えば、ＰＷＭ検出回路１に入力されるＰＷＭ信号のデューティ比が０．１の場合、ゲート入力信号(Ｇ１０,Ｇ９,…,Ｇ１)は“０００００００００１”となり、図３に示すように、スイッチングトランジスタＱ１のみがオンして、サブアレイＳＡ１のみが発光する。これにより、調光レベル１０％の照明が実現する。

上記照明装置のマイクロロッドＬＥＤ１０の製造方法を図４に基づいて説明する。

マイクロロッドＬＥＤ１０より構成される銭型のプロセスフローについて、図４に示す工程の順に説明する。

(1) まず、サファイア基板１１上にＧaＮバファ層１２を形成した後、ｎ型ＧaＮ層１３を形成し、その後、エッチングによりマイクロロッドのコアを形成する。その後、ｐ型ＧaＮ層１４、透明電極(ＩＴＯ)１５の順に堆積し、マイクロロッドＬＥＤ１０を形成する(図４(a))。

なお、マイクロロッドのコアの形成は、必ずしもエッチングにより形成する必要はなく、例えば、ＧaＮバファ層上に形成したｎ型ＧaＮ層上に形成したドット上の触媒を核にして棒状のコアを成長させることにより形成してもよい。

(2) 次に、サファイア基板１１上に形成したマイクロロッドＬＥＤ１０をウエットエッチングによって刈り取り、基板から分離する(図４(b))。なお、分離方法はエッチングにこだわるものではなく、例えば、レーザーアブレッションや、超音波などによって刈り取りを行っても構わない。

(3) 次に、刈り取ったマイクロロッドＬＥＤ１０を液体中(例えば純水,ＩＰＡ)に均一に混ぜる。その後、予め電極２１,２２を形成した基板上に上記液体を流し、上記電極２１,２２間に交流電圧を印加することによってマイクロロッドＬＥＤ１０を上記電極２１,２２に付着させる(図４(c))。

(4) そして、上記電極２１,２２の一部を活用しつつ、フォトリソグラフィー技術により片側の電極についてｎ型ＧaＮを露出させると共にＬＥＤ用配線２３を形成する(図４(d))。

上記プロセスフローにより、微小サイズのマイクロロッドＬＥＤ１０を安価に製造することが可能となる。

また、上記照明装置のマイクロロッドＬＥＤ４０の他の製造方法を図５に従って説明する。

(i) まず、マイクロロッドＬＥＤのコアを縦方向に成長させずに、ウエハ上に形成した短冊形のロッドを配置する。図５(a)において、３１はサファイア基板、３２はＧaＮバッファ層、３３はＮ型ＧaＮ層、３４はＰ型ＧaＮ層、３５は透明電極(ＩＴＯ(Indium-Tin-Oxide：錫添加酸化インジウム))である。

マイクロロッドＬＥＤ４０の断面形状は、一般的なＬＥＤ素子と同様の構造であるが、後述する(iii)の一括配列の工程において、表裏の制御を行うため、表面に絶縁膜３６を成膜している。

(ii) フォトリソグラフィー技術により分離溝を形成した後、裏面研磨により基板を除去し、物理的切断、もしくは、エッチング等の手段により短冊形状のマイクロロッドＬＥＤ４０に分断する(図５(b))。

(iii) 次に、マイクロロッドＬＥＤ４０を液体中(例：純水、ＩＰＡ)に均一に混ぜる。その後、図４(c)と同様に、予め電極を形成した基板上に上記液体を流し、上記電極に交流電圧を印加することによってマイクロロッドＬＥＤ４０を上記電極に付着させる(図５(c))。

(iv) そして、図４(d)と同様に、上記電極の一部を活用しつつ、フォトリソグラフィー技術により片側の電極についてＮ型ＧaＮ層３３を露出させると共にＬＥＤ用配線を形成する(図５(d))。

上記プロセスフローは、図４に示すプロセスフローと比較して、ウエハあたりのマイクロロッドＬＥＤの取れ数は少なくなるが、マイクロロッドＬＥＤ４０が平面状に順次積層した膜により構成されているため、プロセス起因の膜質劣化が比較的少ないという利点を有する。

従来の定電流方式では、図６Ａの実線で示すように調光レベルによって色温度が変化する。この現象は、主として撮影照明用途や美術展示照明用途など色温度への要求仕様が厳しい用途において課題となる。一方、従来のＰＷＭ制御方式では、図６Ａの一点鎖線で示すように上記課題はあまり生じないが、人の感じる「ちらつき感」や写真撮影時の「干渉縞」の発生(図６Ｂ参照)などの課題が生じる。

これに対して、上記構成の照明装置によれば、制御部であるＰＷＭ検出回路１により制御されたサブアレイ駆動部(スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１０と定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２)によって、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０に対して駆動電流を連続して夫々流すことによって、サブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０の発光ダイオード１０の注入電流量を、図６Ａの点線で示すように調光レベルによらずに一定とするので、電流制御方式による調光において見られる調光レベルによる色温度の変化は原理的に生じない。

また、複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０のうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して上記駆動電流を連続して夫々流すように、ＰＷＭ検出回路１によりサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１０,２)を制御することによって、サブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０の各発光ダイオード１０は、調光レベルに応じて「常にオン(発光)」または「常にオフ(非発光)」のいずれかの状態であり、ＰＷＭ制御方式のようにオン(発光)/とオフ(非発光)を一定時間ごとに繰り返すことがないため、調光において見られる人の感じる「ちらつき感」や写真撮影時の「干渉縞」の発生が原理的に生じない。このように、調光時に色温度変化やちらつきを防止できると共に、干渉縞のない写真撮影が可能な照明装置を実現できる。

また、微細な棒状構造を有する棒状構造発光ダイオード１０,４０が並列に接続された発光ダイオード並列回路を、複数個直列に接続することによりサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０を形成するので、棒状構造発光ダイオードの配列不良などに起因するオープン不良に対する耐性が高まり、製造歩留りを高めることができる。例えば、棒状構造発光ダイオードの径に対する長さの比を５以上かつ２００以下とし、さらに、棒状構造発光ダイオードの径を５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下とすることによって、配列歩留まりを向上できると共に、径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度のものに比べて、径のばらつきを抑えることができる。したがって、微細な棒状構造発光ダイオード１０,４０を用いることで、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい照明装置を実現できる。

また、上記複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０の夫々の発光輝度を略同一とし、さらに発光面積を略同一とすることによって、調光レベル１０％〜１００％の１０段階に均等に割り当てられた調光レベルに容易に対応することができる。

また、上記調光レベル制御信号は、調光レベルがデューティ比で表されるＰＷＭ信号であるので、従来の照明装置では一般的な調光信号が制御回路(図示せず)からＰＷＭ信号で出力されており、従来の照明装置の制御回路との互換性を保つことができる。

なお、上記第１実施形態の照明装置では、定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２を備えたが、外部から直流電圧が供給されるものでもよい。

また、上記第１実施形態の照明装置では、サブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０の夫々の発光輝度と発光面積を略同一としたが、所望の調光レベルなどに応じた異なる発光輝度と発光面積にしてもよい。

上記第１実施形態の棒状構造発光ダイオードの製造方法では、基板と半導体コアと半導体層に、ＧaＮを母材とする半導体を用いたが、ＧaＡs,ＡlＧaＡs,ＧaＡsＰ,ＩnＧaＮ,ＡlＧaＮ,ＧaＰ,ＺnＳe,ＡlＧaＩnＰなどを母材とする半導体を用いてもよい。また、基板と半導体コアをｎ型とし、半導体層をｐ型としたが、導電型が逆の棒状構造発光ダイオードとしてもよい。また、棒状構造発光ダイオードは、断面が六角柱,円形または楕円の棒状であってもよいし、断面が三角形などの他の多角形状の棒状の棒状構造発光ダイオードでもよい。

また、この発明の発光装置では、棒状構造発光ダイオードの半導体コアの径に対する長さの比を５以上かつ２００以下とすることにより、配列歩留まりを向上できる。また、この発明の発光装置では、棒状構造発光ダイオードの半導体コアの径は５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの棒状構造発光ダイオードに比べて半導体コアの径のばらつきを抑えることができ、発光面積すなわち発光特性のばらつきを低減でき、歩留まりを向上できる。

〔第２実施形態〕
図７Ａはこの発明の第２実施形態の照明装置の一例としてのＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤアレイ１００の平面図を示している。

この第２実施形態のＬＥＤ電球は、図７Ａに示すように、正方形状のＬＥＤアレイ１００中の発光領域Ｌ１０１〜Ｌ１１０は、略均等の面積に配分されている。

発光領域Ｌ１０１には、図７Ｃに示すように、スイッチングトランジスタＱ１およびサブアレイＳＡ１０１を備える。これと同様に、他の発光領域Ｌ１０２,Ｌ１０３,…,Ｌ１１０についても、それぞれ、図７Ｃに示すように、スイッチングトランジスタＱ２・サブアレイＳＡ１０２、スイッチングトランジスタＱ３・サブアレイＳＡ１０３、…、スイッチングトランジスタＱ１０・サブアレイＳＡ１１０を備える。サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０は、第１実施形態と同様に、直並列に接続された複数のマイクロロッドＬＥＤ１０からなる。

また、上記サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０のアノード側端子に定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２の正極側を接続し、サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０のカソード側端子に負極側に、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１０を介して定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２の負極側を接続している。上記スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１０と定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２で、サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０毎に予め設定された駆動電流を流すサブアレイ駆動部を構成している。

また、このＬＥＤ電球は、図示していないが、第１実施形態と同様に、制御部の一例としての図１に示すＰＷＭ検出回路１を備える。

図８Ａ〜図８Ｉは上記ＬＥＤアレイの調光レベル１０％〜９０％の状態における発光の様子を示しており、図８Ａ〜図８Ｉに示すように、１０％,２０％,…,９０％と調光レベルが上がるに従って、発光領域の中心部に対して略均一に発光領域が拡大している。

図７Ｂは上記ＬＥＤ電球の構成を示している。このＬＥＤ電球は、ＬＥＤアレイ１００から放出される光が、集光レンズ１２０によって集められ、光が所定の方向に効率よく照射されるように設計されている。

しかしながら、このような構成の場合、ＬＥＤアレイ１００内の一部素子のみ光る場合、その発光領域に偏りがあると、中間調光レベルにおいて、照射される光にムラが生じる可能性を有する。

これに対して、この第２実施形態のＬＥＤ電球では、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、上記照射光のムラが生じることのない照明装置を提供することが可能となる。

上記第２実施形態の照明装置は、第１実施形態の照明装置と同様の効果を有する。

また、上記複数のサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０を、中心のサブアレイＳＡ１０１に対して外周を枠状に囲むように順に配置して、調光レベルが上がるに従って、発光領域の中心から略均一に発光領域が拡大するように制御することによって、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

また、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルが高くなるに従って複数のサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０の中心から略均一に発光領域が拡大するように、ＰＷＭ検出回路１によりサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１０,２)を制御することによって、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

なお、上記第２実施形態において、ＬＥＤアレイの形状を正方形としたが、これに限るものではなく、長方形、多角形、円形などの形状としてもかまわない。この場合、各ブロックを略等面積に配分し、ＬＥＤアレイの発光面の中心に対して均一に発光領域が拡大するように設計を行えば、同様の効果が得られる。

〔第３実施形態〕
図９Ａ〜図９Ｄはこの発明の第３実施形態の照明装置の一例としてのＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤアレイ２００の調光レベル２０％、４０％、６０％、８０％の状態における発光の様子を示している。ここで、ＬＥＤアレイ２００は、蛍光体を除いて図７Ａに示す第２実施形態のＬＥＤアレイ１００と同一の構成をしており、図７Ａ〜図７Ｃを援用する。

上記ＬＥＤアレイ２００の構成については、第２実施形態と同様であるが、この第３実施形態では、各発光領域Ｌ１０２,Ｌ１０３,…,Ｌ１１０上にそれぞれ、第１の色温度の光の一例としての電球色の光が放射される蛍光体と、第２の色温度の光の一例としての昼白色の光が放射される蛍光体とを環状に交互に塗布している。すなわち、発光領域Ｌ１０１,Ｌ１０３,Ｌ１０５,Ｌ１０７,Ｌ１０９に電球色が放射される蛍光体を塗布すると共に、発光領域Ｌ１０２,Ｌ１０４,Ｌ１０６,Ｌ１０８,Ｌ１１０に昼白色が放射される蛍光体を塗布している。ここで、発光領域Ｌ１０１,Ｌ１０３,Ｌ１０５,Ｌ１０７,Ｌ１０９に対応するサブアレイは、第１サブアレイとしてのＳＡ１０１,ＳＡ１０３,ＳＡ１０５,ＳＡ１０７,ＳＡ１０９であり、発光領域Ｌ１０２,Ｌ１０４,Ｌ１０６,Ｌ１０８,Ｌ１１０に対応するサブアレイは、第２サブアレイとしてのＳＡ１０２,ＳＡ１０４,ＳＡ１０６,ＳＡ１０８,ＳＡ１１０である。

なお、この第３実施形態の照明装置では、図示しない制御部は、調光レベルを表す調光レベル制御信号と色調レベルを表す色調レベル制御信号に基づいて、サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０の発光を制御する。

上記構成のＬＥＤアレイ２００では、電球色、昼白色それぞれの調光レベルについて、５段階の調整が可能である。

例えば、発光領域Ｌ１０１,Ｌ１０３,Ｌ１０５,Ｌ１０７,Ｌ１０９のみを発光させると電球色の調光レベル１００％となり、発光領域Ｌ１０２,Ｌ１０４,Ｌ１０６,Ｌ１０８,Ｌ１１０のみを発光させると昼白色の調光レベル１００％となる。また、発光領域Ｌ１０１〜Ｌ１１０のすべてを発光させると電球色と昼白色の中間色の調光レベル１００％となる。

また、電球色の調光レベル６０％を発光させる場合、図９Ｃに示す発光領域Ｌ１０１,Ｌ１０３,Ｌ１０５のみを発光させる。同様に、昼白色の調光レベル６０％を発光させる場合、図９Ｃに示す発光領域Ｌ１０２,Ｌ１０４,Ｌ１０６のみを発光させる。

また、電球色と昼白色の中間色の調光レベル６０％を発光させる場合は、図９Ｃに示す発光領域Ｌ１０１,Ｌ１０３,Ｌ１０５および発光領域Ｌ１０２,Ｌ１０４,Ｌ１０６を同時に発光させる。

上記構成のＬＥＤ電球により、調光に加え、調色も可能であり、かつ、発光ムラの少ない照明装置が実現可能となる。

上記第３実施形態の照明装置は、第２実施形態の照明装置と同様の効果を有する。

また、調光レベルを表す調光レベル制御信号と色調レベルを表す色調レベル制御信号に基づいて制御部であるＰＷＭ検出回路１によりサブアレイ駆動部(スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１０と定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２)を制御して、第１の色温度の光(電球色の光)を出力する複数の第１サブアレイＳＡ１０１,ＳＡ１０３,ＳＡ１０５,ＳＡ１０７,ＳＡ１０９のうちの発光させるサブアレイ数と、第２の色温度の光(昼白色の光)を出力する複数の第２サブアレイＳＡ１０２,ＳＡ１０４,ＳＡ１０６,ＳＡ１０８,ＳＡ１１０のうちの発光させるサブアレイ数を制御することによって、例えば、色調レベル制御信号が第１の色温度の色調を表すとき、第１の色温度の光を出力する複数の第１サブアレイＳＡ１０１,ＳＡ１０３,ＳＡ１０５,ＳＡ１０７,ＳＡ１０９のうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じたサブアレイ数の第１サブアレイを発光させる。一方、色調レベル制御信号が第２の色温度の色調を表すとき、第２の色温度の光を出力する複数の第２サブアレイＳＡ１０２,ＳＡ１０４,ＳＡ１０６,ＳＡ１０８,ＳＡ１１０のうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じたサブアレイ数の第２サブアレイを発光させる。なお、色調レベル制御信号が第１の色温度と第２の色温度の中間の色調を表すとき、複数の第１,第２サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０のうち、その中間の色調や調光レベルに応じた各サブアレイ数の第１,第２サブアレイを発光させる。

また、上記第１の色温度の光(電球色の光)を出力する複数の第１サブアレイＳＡ１０１,ＳＡ１０３,ＳＡ１０５,ＳＡ１０７,ＳＡ１０９と第２の色温度の光(昼白色の光)を出力する複数の第２サブアレイＳＡ１０２,ＳＡ１０４,ＳＡ１０６,ＳＡ１０８,ＳＡ１１０とを交互に配置することによって、例えば、色調レベル制御信号が第１の色温度と第２の色温度の中間の色調を表すとき、調光レベルが上がるに従って、第１,第２サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０の両方を発光させて発光領域の中心から略均一に発光領域が拡大するように制御することで、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

なお、上記第３実施形態では、第１の色温度の光(電球色の光)を出力する複数の第１サブアレイと第２の色温度の光(昼白色の光)を出力する複数の第２サブアレイを備えた照明装置について説明したが、３以上の色温度の光を夫々出力するサブアレイを備えてもよい。

〔第４実施形態〕
図１０Ａはこの発明の第４実施形態の照明装置の一例としてのＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤアレイ３００の構成を示し、図１０ＢはＬＥＤ電球の構成を示している。

この第４実施形態のＬＥＤ電球は、図１０Ａに示すように、正方形状のＬＥＤアレイ３００中の発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００が略均等の面積に配分されている。

図１０Ａでは、発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００は、“Ｌ”を省略して示しているが、
０１,０２,０３,０４,０５,０６,０７,０８,０９,１０
１１,１２,１３,１４,１５,１６,１７,１８,１９,２０
２１,２２,２３,２４,２５,２６,２７,２８,２９,２０
３１,３２,３３,３４,３５,３６,３７,３８,３９,４０
４１,４２,４３,４４,４５,４６,４７,４８,４９,５０
５１,５２,５３,５４,５４,５６,５７,５８,５９,６０
６１,６２,６３,６４,６５,６６,６７,６８,６９,７０
７１,７２,７３,７４,７５,７６,７７,７８,７９,８０
８１,８２,８３,８４,８５,８６,８７,８８,８９,９０
９１,９２,９３,９４,９５,９６,９７,９８,９９,１００
のとおりに格子状に分割されている。

発光領域Ｌ０１には、図１０Ｂに示すように、スイッチングトランジスタＱ１およびサブアレイＳＡ３０１を備える。これと同様に、他の発光領域Ｌ０２,Ｌ０３,…,Ｌ１００についても、それぞれ、図１０Ｂに示すように、スイッチングトランジスタＱ２・サブアレイＳＡ３０２、スイッチングトランジスタＱ３・サブアレイＳＡ３０３、…、スイッチングトランジスタＱ１００・サブアレイＳＡ４００を備える。サブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００は、第１実施形態と同様に、直並列に接続された複数のマイクロロッドＬＥＤ１０からなる。

また、上記サブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００のアノード側端子に定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２の正極側を接続し、サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０のカソード側端子に負極側に、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１００を介して定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２の負極側を接続している。上記スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１００と定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２で、サブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００毎に予め設定された駆動電流を流すサブアレイ駆動部を構成している。

また、このＬＥＤ電球は、図示していないが、調光レベルを表す調光レベル制御信号に基づいて、上記サブアレイ駆動部を制御する制御部を備える。

図１１Ａ〜図１１Ｉは上記ＬＥＤアレイ３００の調光レベル１０％〜９０％の状態における発光の様子を示している。

この第４実施形態では、正方形状のＬＥＤアレイ３００の領域を格子状に１００分割しているが、１０％,２０％,…,９０％と調光レベルが上がるに従って、発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００の中心に対して略均一に発光領域が拡大するように、図示しない制御部によりサブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００の発光を制御する。

例えば、１０％と表示した図１１Ａに示す発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００のうち、“Ｌ”を省略して、
３６
４４,４４,４６,４７
５４,５５,５６,５７
６５
で示す発光領域に対応するサブアレイＳＡ３３６,ＳＡ３４４,ＳＡ３４４,ＳＡ３４６,ＳＡ３４７,ＳＡ３５４,ＳＡ３５５,ＳＡ３５６,ＳＡ３５７,ＳＡ３６５のみを発光させる。

また、２０％と表示した図１１Ｂに示す発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００のうち、“Ｌ”を省略して、
２５
３４,３５,３６,３７
４３,４４,４５,４６,４７
５４,５４,５６,５７,５８
６４,６５,６６,６７
７６
で示す発光領域に対応するサブアレイＳＡ３２５,ＳＡ３３４,ＳＡ３３５,ＳＡ３３６,ＳＡ３３７,ＳＡ３４３,ＳＡ３４４,ＳＡ３４５,ＳＡ３４６,ＳＡ３４７,ＳＡ３５４,ＳＡ３５４,ＳＡ３５６,ＳＡ３５７,ＳＡ３５８,ＳＡ３６４,ＳＡ３６５,ＳＡ３６６,ＳＡ３６７,ＳＡ３７６のみを発光させる。

上記第４実施形態の照明装置は、第１実施形態の照明装置と同様の効果を有する。

また、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルが高くなるに従って複数のサブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００の中心から略均一に発光領域が拡大するように、制御部によりサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１０,２)を制御することによって、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

また、上記複数のサブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００の夫々の形状を略同一とすると共に、複数のサブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００を点対象となるように配列することによって、例えば調光レベルが上がるに従って、発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００の中心から略均一に発光領域が拡大するようにサブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００の発光を制御することで、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

また、前述の第３実施形態では、各発光領域Ｌ１０１〜Ｌ１１０(図７Ａに示す)が等面積ではあるが、形状が同一ではないため、配線等が不均一となり、これが歩留り低下の一要因となっていた。

これに対して、この第４実施形態では、各発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００の形状が略同一であり、上記第３実施形態に対して高い歩留りを得ることが可能となる。

なお、この第４実施形態において、ＬＥＤアレイ３００の形状を正方形としたが、これに限るものではなく、長方形、多角形、円形などの形状としてもかまわない。

〔第５実施形態〕
図１２Ａ〜図１２Ｉはこの発明の第５実施形態の照明装置の一例としてのＬＥＤ電球に用いられるＬＥＤアレイ４００の調光レベル１０％〜９０％の状態における発光の様子を示している。ここで、ＬＥＤアレイ４００は、蛍光体を除いて図１０Ａに示す第４実施形態のＬＥＤアレイ３００と同一の構成をしており、図１０Ａ,図１０Ｂを援用する。なお、この第５実施形態の照明装置では、制御部は、調光レベルを表す調光レベル制御信号と色調レベルを表す色調レベル制御信号に基づいて、サブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００の発光を制御する。

ＬＥＤアレイ４００の構成については、第４実施形態と同様であるが、この第５実施形態では、発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００上にそれぞれ、第１の色温度の光の一例としての電球色の光と第２の色温度の光の一例としての昼白色の光が放射される蛍光体を市松模様に塗布している。

図１２Ａ〜図１２Ｉでは、発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００のうち、
０２, ０４, ０６, ０８, １０
１１, １３, １５, １７, １９
２２, ２４, ２６, ２８, ３０
３１, ３３, ３５, ３７, ３９
４２, ４４, ４６, ４８, ５０
５１, ５３, ５５, ５７, ５９
６２, ６４, ６６, ６８, ７０
７１, ７３, ７５, ７７, ７９
８２, ８４, ８６, ８８, ９０
９１, ９３, ９５, ９７, ９９
(“Ｌ”を省略)に電球色に発光する蛍光体を塗布している。ここで、これら発光領域に対応するサブアレイは、第１サブアレイとしてのＳＡ３０２,ＳＡ３０４,ＳＡ３０６,ＳＡ３０８,ＳＡ３１０,ＳＡ３１１,ＳＡ３１３,ＳＡ３１５,ＳＡ３１７,ＳＡ３１９,ＳＡ３２２,ＳＡ３２４,ＳＡ３２６,ＳＡ３２８,ＳＡ３３０,ＳＡ３３１,ＳＡ３３３,ＳＡ３３５,ＳＡ３３７,ＳＡ３３９,ＳＡ３４２,ＳＡ３４４,ＳＡ３４６,ＳＡ３４８,ＳＡ３５０,ＳＡ３５１,ＳＡ３５３,ＳＡ３５５,ＳＡ３５７,ＳＡ３５９ねＳＡ３６２,ＳＡ３６４,ＳＡ３６６,ＳＡ３６８,ＳＡ３７０,ＳＡ３７１,ＳＡ３７３,ＳＡ３７５,ＳＡ３７７,ＳＡ３７９,ＳＡ３８２,ＳＡ３８４,ＳＡ３８６,ＳＡ３８８,ＳＡ３９０,ＳＡ３９１,ＳＡ３９３,ＳＡ３９５,ＳＡ３９７,ＳＡ３９９である。

また、発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００のうち、
０１, ０３, ０５, ０７, ０９
１２, １４, １６, １８, ２０
２１, ２３, ２５, ２７, ２９
３２, ３４, ３６, ３８, ４０
４１, ４３, ４５, ４７, ４９
５２, ５４, ５６, ５８, ６０
６１, ６３, ６５, ６７, ６９
７２, ７４, ７６, ７８, ８０
８１, ８３, ８５, ８７, ８９
９２, ９４, ９６, ９８, １００
(“Ｌ”を省略)に昼白色に発光する蛍光体を塗布している。ここで、これら発光領域に対応するサブアレイは、第２サブアレイとしてのＳＡ３０１,ＳＡ３０３,ＳＡ３０５,ＳＡ３０７,ＳＡ３０９,ＳＡ３１２,ＳＡ３１４,ＳＡ３１６,ＳＡ３１８,ＳＡ３２０,ＳＡ３２１,ＳＡ３２３,ＳＡ３２５,ＳＡ３２７,ＳＡ３２９,ＳＡ３３２,ＳＡ３３４,ＳＡ３３６,ＳＡ３３８,ＳＡ３４０,ＳＡ３４１,ＳＡ３４３,ＳＡ３４５,ＳＡ３４７,ＳＡ３４９,ＳＡ３５２,ＳＡ３５４,ＳＡ３５６,ＳＡ３５８,ＳＡ３６０,ＳＡ３６１,ＳＡ３６３,ＳＡ３６５,ＳＡ３６７,ＳＡ３６９,ＳＡ３７２,ＳＡ３７４,ＳＡ３７６,ＳＡ３７８,ＳＡ３８０,ＳＡ３８１,ＳＡ３８３,ＳＡ３８５,ＳＡ３８７,ＳＡ３８９,ＳＡ３９２,ＳＡ３９４,ＳＡ３９６,ＳＡ３９８,ＳＡ４００である。

上記構成のＬＥＤ電球では、電球色、昼白色それぞれの調光レベルも１０段階の調整が可能である。例えば、電球色の中間レベルを発光させる場合、調光レベル５０％と表示した図１２Ｅに示す発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００のうち、“Ｌ”を省略して、
１５
２４, ２６
３３, ３５, ３７, ３９
４２, ４４, ４６, ４８
５３, ５５, ５７, ５９
６２, ６４, ６６, ６８
７３, ７５, ７７
８４, ８６
で示す発光領域に対応するサブアレイのみを発光させる。

同様に、昼白色の中間レベルを発光させる場合、調光レベル５０％と表示した図１２Ｅに示す発光領域Ｌ０１〜Ｌ１００のうち、“Ｌ”を省略して、
１４, １６
２３, ２５, ２７
３２, ３４, ３６, ３８
４３, ４５, ４７, ４９
５２, ５４, ５６, ５８
６３, ６５, ６７, ６９
７４, ７６, ７８
８５
で示す発光領域に対応するサブアレイのみを発光させる。

また、電球色と昼白色の中間色調の調光レベル５０％を発光させる場合は、図１２Ｅにおいて電球色を発光する発光領域と昼白色を発光する発光領域とを同時に発光させる。

上記第５実施形態の照明装置は、第４実施形態の照明装置と同様の効果を有する。

また、調光レベルを表す調光レベル制御信号と色調レベルを表す色調レベル制御信号に基づいて制御部によりサブアレイ駆動部(スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ１００と定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器２)を制御して、第１の色温度の光(電球色の光)を出力する複数の第１サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数と、第２の色温度の光(昼白色の光)を出力する複数の第２サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数を制御することによって、例えば、色調レベル制御信号が第１の色温度の色調を表すとき、第１の色温度の光(電球色の光)を出力する複数の第１サブアレイのうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じたサブアレイ数の第１サブアレイを発光させる。一方、色調レベル制御信号が第２の色温度の色調を表すとき、第２の色温度の光(昼白色の光)を出力する複数の第２サブアレイのうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じたサブアレイ数の第２サブアレイを発光させる。なお、色調レベル制御信号が第１の色温度と第２の色温度の中間の色調を表すとき、複数の第１,第２サブアレイのうち、その中間の色調や調光レベルに応じた各サブアレイ数の第１,第２サブアレイを発光させるようにしてもよい。

また、上記第１の色温度の光(電球色の光)を出力する複数の第１サブアレイと第２の色温度の光(昼白色の光)を出力する複数の第２サブアレイとを交互に配置することによって、例えば、色調レベル制御信号が第１の色温度と第２の色温度の中間の色調を表すとき、調光レベルが上がるに従って、第１,第２サブアレイの両方を発光させて発光領域の中心から略均一に発光領域が拡大するように制御することで、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

なお、上記第６実施形態では、第１の色温度の光(電球色の光)を出力する複数の第１サブアレイと第２の色温度の光(昼白色の光)を出力する複数の第２サブアレイを備えた照明装置について説明したが、３以上の色温度の光を夫々出力するサブアレイを備えてもよい。

〔第６実施形態〕
図１３はこの発明の第６実施形態の照明装置の構成を示している。図１３において、５０１はマイクロロッドＬＥＤ基板、５０２はＴＦＴ基板、５０３は一括配線、５０４はＴＦＴ、ＴＭ１は正極側電源接続端子、ＴＭ２は負極側電源接続端子、ＴＭ３ＰＷＭ信号入力端子である。また、この第６実施形態の照明装置では、第１〜第５実施形態の複数のサブアレイからなるＬＥＤアレイのいずれかをマイクロロッドＬＥＤアレイとして用いる。

この第６実施形態の照明装置では、トランジスタをガラス基板上に作製したＴＦＴ(Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ)により構成している。

また、マイクロロッドＬＥＤを配列するマイクロロッドＬＥＤ基板５０１については、低コストで大面積にマイクロロッドＬＥＤを塗布することが可能なガラス基板などが好ましい。

このとき、複数のマイクロロッドＬＥＤからなるサブアレイのオン/オフを行うスイッチングトランジスタおよびＰＷＭ検出回路を、ガラス基板上に形成したＴＦＴにより構成すれば、両者は同じガラス基板で製造可能であり、製造設備などの共有化を図るなど、低コストで製造プロセスを構築することが可能となる。

このようなマイクロロッドＬＥＤを配列したマイクロロッドＬＥＤ基板５０１とＴＦＴ５０４でスイッチングトランジスタおよびＰＷＭ検出回路を形成したＴＦＴ基板５０２との間の電気的な接続についても、同一材料のガラス基板を用いることが可能であることから、例えば、図１３に示すようなフォトリソフラフィーによる一括配線５０３も可能となり、プロセスコストを大幅に低減できる。

図１４は上記照明装置の構成を説明するための図である。図１４において、図１３と同一の構成部には同一参照番号を付している。

この第６実施形態の照明装置のポイントは、電源回路(定電圧制御ＡＣ-ＤＣ変換器)を除く全ての回路が同一材料の基板で構成可能である点である。

既述の通り、この発明の照明装置は、第１〜第５実施形態の複数のサブアレイからなるＬＥＤアレイのいずれかを用いることによって、従来の電流制御方式やＰＷＭ制御方式に起因する課題を解決することが可能である。しかし、マイクロロッドＬＥＤをオン/オフするためのスイッチングトランジスタを追加する必要があり、トランジスタ付加によるコスト増が課題となる。

図１４に示す通り、この第６実施形態の照明装置は、ＴＦＴ基板５０２おいて、スイッチングトランジスタおよびＰＷＭ検出回路が、ガラス基板上に形成されたＴＦＴにより構成されている。上記ＴＦＴ製造技術は、フラットパネルディスプレイ分野等で高性能なＴＦＴを大面積の基板上に量産する技術が確立されており、単結晶シリコン基板上にトランジスタを製造する場合と比較して、非常に安価に製造することが可能である。このため、上記トランジスタ付加によるコスト増を最小限に抑制することが可能となり、低コストで良質な光源を得ることが可能となる。

なお、上記第６実施形態では、マイクロロッドＬＥＤ基板５０１とＴＦＴ基板５０２の基板としてガラス基板を使用しているが、プラスチック基板など他の安価な基板材料でも構わない。

また、上記第６実施形態では、ＴＦＴ基板上にトランジスタアレイおよびＰＷＭ検出回路を作製したが、他の構成、例えば、ＴＦＴ基板上にトランジスタアレイのみを作製するか、または、トランジスタアレイおよび上記トランジスタを制御する信号の電圧レベル変換回路および／または電流増幅回路を作製し、トランジスタアレイのゲート制御信号は外部入力としても構わない。

図１５は比較例の照明装置の基板構成を示している。なお、この比較例の照明装置はこの発明の照明装置ではない。

図１５に示す比較例の照明装置では、ガラス基板上にマイクロロッドＬＥＤアレイが実装されてマイクロロッドＬＥＤ基板６０１を構成している。また、プリント基板上にＰＷＭ検出回路ＩＣ(Integrated Circuit：集積回路)６０３およびトランジスタアレイＩＣ６０４の２種類のＩＣが搭載されて回路基板６０２を構成している。これは、トランジスタアレイＩＣ６０４がマイクロロッドＬＥＤアレイを駆動させるための直流電源線のオン/オフ制御を行うため、ソース−ドレイン耐圧はトランジスタオフ時にトランジスタに印加される電圧を考慮すると、マイクロロッドＬＥＤアレイの駆動電圧(例えば、１８直列構成とした場合、約６１Ｖ)となる。これに対して、ＰＷＭ検出回路ＩＣ６０３については、トランジスタをオン状態にすることが可能な電圧(例えば、約１２Ｖ)でよい。このように、２種類の回路ブロックにおいて、要求される耐圧が大きく異なるため、２種類のＩＣにより構成される。また、マイクロロッドＬＥＤ基板６０１と回路基板６０２とは、基板材料が異なるため、２つの基板の端部を密着させようとした場合、段差調整が生じ、かつ、基板貼り合わせ精度が十分に得られないため、図１５に示すようにワイヤボンディング６０５による接続を行わざるを得ない。

これに対して、上記第６実施形態では、ＰＷＭ検出回路とトランジスタアレイとを同一の安価なガラス基板上に一体形成することが可能となる。また、マイクロロッドＬＥＤ基板５０１とＴＦＴ基板５０２とを同じ基板材料で形成することが可能であることから、２つの基板間の電気的な接続についても、例えば、図１４に示すようなフォトリソグラフィーによる一括配線５０３も可能となる。

このように、上記複数のサブアレイが配置された第１の基板であるマイクロロッドＬＥＤ基板５０１と、サブアレイ駆動部の駆動電流をオンオフする薄膜トランジスタが形成された第２の基板であるＴＦＴ基板５０２と備えることによって、複数のサブアレイのオン/オフを行うサブアレイ駆動部の回路を、基板上に形成した薄膜トランジスタにより構成すれば、第１の基板と第２の基板は同じ基板で製造可能であり、製造設備などの共有化を図るなど、低コストで製造プロセスを構築することが可能となる。

また、上記複数のサブアレイが配置された第１の基板であるマイクロロッドＬＥＤ基板５０１と、サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)の駆動電流をオンオフする薄膜トランジスタが形成された第２の基板であるＴＦＴ基板５０２との間の電気的な接続についても、同一材料の基板を用いることが可能となる。これにより、フォトリソグラフィーによる一括配線なども可能となり、プロセスコストを大幅に低減できる。

上記第１〜第６実施形態では、微細な棒状構造を有する棒状構造発光ダイオードであるマイクロロッドＬＥＤ１０,４０を用いた照明装置について説明したが、この発明の照明装置に用いる発光ダイオードのサイズはこれに限らない。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第６実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

この発明の照明装置は、
発光ダイオード１０,４０が並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記発光ダイオード１０,４０が格子状に配列されたサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００を複数備えると共に、
上記サブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００毎に予め設定された駆動電流を流すためのサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)と、
調光レベルを表す調光レベル制御信号に基づいて、上記サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御する制御部１と
を備え、
上記制御部１は、上記複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００のうち、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して上記駆動電流を連続して夫々流すように、上記サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、制御部１により制御されたサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)によって、複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００のうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して駆動電流を連続して夫々流すことによって、サブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００の発光ダイオード１０,４０の注入電流量を調光レベルによらずに一定とするので、電流制御方式による調光において見られる調光レベルによる色温度の変化は原理的に生じない。また、複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００のうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して上記駆動電流を連続して夫々流すように、制御部１によりサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御することによって、サブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００の各発光ダイオード１０,４０は、調光レベルに応じて「常にオン(発光)」または「常にオフ(非発光)」のいずれかの状態であり、ＰＷＭ制御方式のようにオン(発光)/とオフ(非発光)を一定時間ごとに繰り返すことがないため、調光において見られる人の感じる「ちらつき感」や写真撮影時の「干渉縞」の発生が原理的に生じない。このように、調光時に色温度変化やちらつきを防止できると共に、干渉縞のない写真撮影が可能な照明装置を実現できる。

また、一実施形態の照明装置では、
上記発光ダイオードは、微細な棒状構造を有する棒状構造発光ダイオード１０,４０である。

上記実施形態によれば、微細な棒状構造を有する棒状構造発光ダイオード１０,４０が並列に接続された発光ダイオード並列回路を、複数個直列に接続することによりサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００を形成するので、棒状構造発光ダイオードの配列不良などに起因するオープン不良に対する耐性が高まり、製造歩留りを高めることができる。例えば、棒状構造発光ダイオードの径に対する長さの比を５以上かつ２００以下とし、さらに、棒状構造発光ダイオードの径を５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下とすることによって、配列歩留まりを向上できると共に、径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度のものに比べて、径のばらつきを抑えることができる。したがって、微細な棒状構造発光ダイオード１０,４０を用いることで、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい照明装置を実現できる。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００の夫々は、発光輝度が略同一でかつ発光面積が略同一である。

上記実施形態によれば、複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００の夫々の発光輝度を略同一とし、さらに発光面積を略同一とすることによって、例えば１０％〜１００％の１０段階に均等に割り当てられた調光レベルに容易に対応することができる。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０は、中心のサブアレイＳＡ１０１に対して外周を枠状に囲むように順に配置されている。

上記実施形態によれば、複数のサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０を、中心のサブアレイＳＡ１０１に対して外周を枠状に囲むように順に配置することによって、例えば調光レベルが上がるに従って、発光領域の中心から略均一に発光領域が拡大するように制御することで、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００の夫々は、形状が略同一であると共に点対象に配列されている。

上記実施形態によれば、複数のサブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００の夫々の形状を略同一とすると共に、複数のサブアレイＳＡ３０１〜ＳＡ４００を正方形,円形などの点対象となるように配列することによって、例えば調光レベルが上がるに従って、発光領域の中心から略均一に発光領域が拡大するように制御することで、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

また、一実施形態の照明装置では、
上記制御部１は、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルが高くなるに従って上記複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００の中心から略均一に発光領域が拡大するように、上記サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御する。

上記実施形態によれば、調光レベル制御信号が表す調光レベルが高くなるに従って複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００の中心から略均一に発光領域が拡大するように、制御部１によりサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御することによって、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００は、第１の色温度の光を出力する複数の第１サブアレイと第２の色温度の光を出力する複数の第２サブアレイとを含み、
上記制御部は、上記調光レベルを表す上記調光レベル制御信号と色調レベルを表す色調レベル制御信号に基づいて上記サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御して、上記複数の第１サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数と上記複数の第２サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数を制御する。

上記実施形態によれば、調光レベルを表す調光レベル制御信号と色調レベルを表す色調レベル制御信号に基づいて制御部によりサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御して、第１の色温度の光を出力する複数の第１サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数と第２の色温度の光を出力する複数の第２サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数を制御することによって、例えば、色調レベル制御信号が第１の色温度の色調を表すとき、第１の色温度の光を出力する複数の第１サブアレイのうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じたサブアレイ数の第１サブアレイを発光させる。一方、色調レベル制御信号が第２の色温度の色調を表すとき、第２の色温度の光を出力する複数の第２サブアレイのうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じたサブアレイ数の第２サブアレイを発光させる。なお、色調レベル制御信号が第１の色温度と第２の色温度の中間の色調を表すとき、複数の第１,第２サブアレイのうち、その中間の色調や調光レベルに応じた各サブアレイ数の第１,第２サブアレイを発光させるようにしてもよい。

上記実施形態によれば、第１の色温度の光を出力する複数の第１サブアレイと第２の色温度の光を出力する複数の第２サブアレイとを交互に配置することによって、例えば、色調レベル制御信号が第１の色温度と第２の色温度の中間の色調を表すとき、調光レベルが上がるに従って、第１,第２サブアレイの両方を発光させて発光領域の中心から略均一に発光領域が拡大するように制御することで、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

また、一実施形態の照明装置では、
上記複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００が配置された第１の基板５０１と、
上記サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)の上記駆動電流をオンオフする薄膜トランジスタが形成された第２の基板５０２と
備えた。

上記実施形態によれば、複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００が配置された第１の基板５０１と、サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)の駆動電流をオンオフする薄膜トランジスタが形成された第２の基板５０２と備えることによって、複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００のオン/オフを行うサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)の回路(例えばスイッチングトランジスタやＰＷＭ検出回路など)を、基板上に形成した薄膜トランジスタにより構成すれば、第１の基板５０１と第２の基板５０２は同じ基板で製造可能であり、製造設備などの共有化を図るなど、低コストで製造プロセスを構築することが可能となる。

また、上記複数のサブアレイＳＡ１〜ＳＡ１０,ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００が配置された第１の基板５０１と、サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)の駆動電流をオンオフする薄膜トランジスタが形成された第２の基板５０２について、同一材料の基板を用いることが可能となる。これにより、第１の基板５０１と第２の基板５０２との間の電気的な接続をフォトリソグラフィーによる一括配線なども可能となり、プロセスコストを大幅に低減できる。

上記実施形態によれば、調光レベル制御信号は、調光レベルがデューティ比で表されるＰＷＭ信号であるので、従来の照明装置では一般的な調光信号が制御回路(図示せず)からＰＷＭ信号で出力されており、従来の照明装置の制御回路との互換性を保つことができる。

また、この発明の照明装置の制御方法では、
発光ダイオード１０,４０が並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記発光ダイオード１０,４０が格子状に配列されたサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００を複数備えると共に、上記サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００毎に予め設定された駆動電流を流すためのサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)と、調光レベルを表す調光レベル制御信号に基づいて、上記サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御する制御部１とを備え、上記制御部１は、上記複数のサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００のうち、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して上記駆動電流を連続して夫々流すように、上記サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御する照明装置の制御方法であって、
上記制御部１は、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルが高くなるに従って上記複数のサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００の中心から略均一に発光領域が拡大するように、上記サブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、制御部１により制御されたサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)によって、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して駆動電流を連続して夫々流すことによって、サブアレイの発光ダイオード１０,４０の注入電流量を調光レベルによらずに一定とするので、電流制御方式による調光において見られる調光レベルによる色温度の変化は原理的に生じない。また、複数のサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００のうち、調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して上記駆動電流を連続して夫々流すように、制御部１によりサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御することによって、サブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００の各発光ダイオード１０,４０は、調光レベルに応じて「常にオン(発光)」または「常にオフ(非発光)」のいずれかの状態であり、ＰＷＭ制御方式のようにオン(発光)/とオフ(非発光)を一定時間ごとに繰り返すことがないため、調光において見られる人の感じる「ちらつき感」や写真撮影時の「干渉縞」の発生が原理的に生じない。

さらに、調光レベル制御信号が表す調光レベルが高くなるに従って複数のサブアレイＳＡ１０１〜ＳＡ１１０,ＳＡ３０１〜ＳＡ４００の中心から略均一に発光領域が拡大するように、制御部１によりサブアレイ駆動部(Ｑ１〜Ｑ１００,２)を制御することによって、調光レベルにかかわらず、発光面の中心に対して偏りのない発光が可能となり、照射光のムラが生じることのない。

１…ＰＷＭ検出回路
２…定電圧制御ＡＣ−ＤＣ変換器
１０…マイクロロッドＬＥＤ
１１…サファイア基板
１２…ＧaＮバファ層
１３…ｎ型ＧaＮ層
１４…ｐ型ＧaＮ層
１５…透明電極
２１,２２…電極
２３…ＬＥＤ用配線
３１…サファイア基板、
３２…ＧaＮバッファ層
３３…Ｎ型ＧaＮ層
３４…Ｐ型ＧaＮ層
３５…透明電極
３６…絶縁膜
４０…マイクロロッドＬＥＤ
１００…ＬＥＤアレイ
１２０…集光レンズ
２００…ＬＥＤアレイ
３００…ＬＥＤアレイ
４００…ＬＥＤアレイ
５０１…マイクロロッドＬＥＤ基板
５０２…ＴＦＴ基板
５０３…一括配線
５０４…ＴＦＴ
Ｌ０１〜Ｌ１００…発光領域
Ｌ１０１〜Ｌ１１０…発光領域
Ｑ１〜Ｑ１０〜Ｑ１００…スイッチングトランジスタ
ＳＡ１〜ＳＡ１０…サブアレイ
ＳＡ１０１〜ＳＡ１１０…サブアレイ
ＳＡ３０１〜ＳＡ４００…サブアレイ

Claims

発光ダイオードが並列に接続された発光ダイオード並列回路が、複数個直列に接続されて、上記発光ダイオードが格子状に配列されたサブアレイを複数備えると共に、
上記サブアレイ毎に予め設定された駆動電流を流すためのサブアレイ駆動部と、
調光レベルを表す調光レベル制御信号に基づいて、上記サブアレイ駆動部を制御する制御部と
を備え、
上記制御部は、上記複数のサブアレイのうち、上記調光レベル制御信号が表す調光レベルに応じた数のサブアレイに対して上記駆動電流を連続して夫々流すように、上記サブアレイ駆動部を制御することを特徴とする照明装置。
請求項１に記載の照明装置において、
上記発光ダイオードは、微細な棒状構造を有する棒状構造発光ダイオードであることを特徴とする照明装置。
請求項１または２に記載の照明装置において、
上記複数のサブアレイの夫々は、発光輝度が略同一でかつ発光面積が略同一であることを特徴とする照明装置。
請求項１から３までのいずれか１つに記載の照明装置において、
上記複数のサブアレイは、中心のサブアレイに対して外周を枠状に囲むように順に配置されていることを特徴とする照明装置。
請求項１から４のいずれか１つに記載の照明装置において、
上記複数のサブアレイは、第１の色温度の光を出力する複数の第１サブアレイと第２の色温度の光を出力する複数の第２サブアレイとを含み、
上記制御部は、上記調光レベルを表す上記調光レベル制御信号と色調レベルを表す色調レベル制御信号に基づいて上記サブアレイ駆動部を制御して、上記複数の第１サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数と上記複数の第２サブアレイのうちの発光させるサブアレイ数を制御することを特徴とする照明装置。