JP2019075386A - 発光装置の制御回路および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス電力入力のみによって発光装置の光出力と発光色の調整が可能で、定電圧電力入力に対応した、構成が簡単で小型化が図れる制御回路と、その制御回路を用いた発光装置を提供する。【解決手段】発光装置の制御回路は、発光部を有する複数の光源回路への電力供給源となるパルス電力源と電気的に接続する信号生成回路と、少なくとも一つの光源回路と電気的に接続するスイッチング回路を有し、信号生成回路はマイコンを備え、マイコンはパルス電力源の波形を検知すると共に、検知された波形に応じて制御信号を生成し、スイッチング回路はスイッチング素子を備え、制御信号はスイッチング回路のオン信号またはオフ信号となる。【選択図】図１７

Description

本発明は発光装置の制御回路とそれを用いた発光装置に関し、より特定的にはパルス変調出力電源からの入力に応じて光出力と発光色の調整が可能な発光装置の制御回路とそれを用いた発光装置に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を始め、有機ＥＬ、無機ＥＬなどの半導体発光素子が開発され、発光効率の高さや長寿命であることから、照明や表示装置などの用途に多く使われている。

一方で、照明や表示装置など用途に応じて発光色の変化が必要とされており、例えば照明においては朝昼夜の時間帯やシーンに応じて照明の発光色を変えることや、また表示装置においては赤、青、緑といった発光色の切り替えやマルチカラー発光によって必要な情報をインジケータやディスプレイに表示することが求められている。

半導体発光素子は一般に入力電力に対して略一定の発光色を示すため、例えばＬＥＤを用いた発光装置において発光色を調整する場合は通常、異なる発光色を発するＬＥＤを個別に駆動制御する必要がある。これは他の半導体発光素子についても同様である。

異なる発光色を発するＬＥＤを個別に駆動制御するには、電源入力とは別の外部からの制御信号によって、それぞれのＬＥＤへの電流量を設定し、発光装置内の回路によって電流量を制御することが一般に知られているが、配線が煩雑となり、また発光色や明るさを指定する外部信号を入力するシステムや外部信号を処理する回路構成を含めて複雑な装置となるためコストが高くなるという欠点がある。

このような問題を解決するために、例えば、特許文献１に示されるように、入力電流の平均の大きさを検出する要素を有し、トランジスタや高速のスイッチ等を用いた分流制御回路によって、並列に接続された２つの異なる発光色を有するＬＥＤグループに入力電流を分流し、発光装置の発光色を入力電流の大きさの関数として変化させるという発光装置も提案されている。かかる提案によれば、外部信号を必要とすることなく、電力入力ターミナルからの入力のみによって発光色変化を実現することができ、例えば調光時に白熱電球やハロゲンランプの発光色変化と同様に、入力電力の減少に応じて発せられる白色光の色温度が低くなり、より黄味と赤味が増す挙動を有するＬＥＤ発光装置を提供することができる。

また、入力電流の検出要素や分流をする複雑な回路を有さなくても、可変定電流電源からの入力電流の大きさによって発光色が変化する発光装置も既に提案されている。例えば特許文献２に示される発光装置は、並列に接続された２つの異なる発光色を有するＬＥＤグループの一方に直列に抵抗を接続し、入力電流の大きさによってそれぞれのＬＥＤグループに流れる電流のバランスを変化させ、外部信号を必要とすることなく、電力入力ターミナルからの入力のみによって発光色を調整可能としている。

特許第５７６３５５５号公報 特許第５８０７１９５号公報

しかしながら、従来技術による発光装置においては、入力電流の大きさに応じて発光装置の光出力と発光色が決まるため、同じ明るさでの異なる発光色の設定や異なる発光色で明るさを任意に設定するようなことはできない。

また、従来技術による発光装置は入力電流の大きさによる制御のため、例えば定電圧入力によるパルス調光などに対しては、入力電力を電流の大きさに変換して検知、通電しなければ発光色の変化をさせることはできない。

一方で、光出力と発光色を任意に調整するための前述の異なる発光色を発するＬＥＤを個別に駆動制御する手法は、複雑な装置を必要とし、コストが高くなってしまうだけでなく、電力入力以外の外部信号線が必要となり、発光装置を取り付ける施工者にとっても煩雑となる。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところはパルス電力入力のみによって発光装置の光出力と発光色の調整が可能で、定電圧電力入力に対応した、構成が簡単で小型化が図れる制御回路と、その制御回路を用いた発光装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の制御回路は、発光部を有する複数の光源回路への電力供給源となるパルス電力源と電気的に接続する信号生成回路と、少なくとも一つの光源回路と電気的に接続するスイッチング回路を有し、信号生成回路はマイコンを備え、マイコンはパルス電力源の波形を検知すると共に、検知された波形に応じて制御信号を生成し、スイッチング回路はスイッチング素子を備え、制御信号はスイッチング回路のオン信号またはオフ信号となることを特徴とする。

制御信号のオン信号とは、スイッチング回路をオンにする信号であり、制御信号のオフ信号とは、スイッチング回路をオフにする信号である。信号生成回路からの制御信号によってスイッチング回路がオンまたはオフとなることで、スイッチング回路と接続する光源回路に電流が流れまたは遮断され、発光装置全体の光出力や発光色を調整することが可能となる。

なお、制御信号は例えばマイコンからの信号電位が信号生成回路内で増幅されて得られても良い。

本発明の制御回路の一様態において、光源回路と電気的に接続するスイッチング回路は複数であって、一つのスイッチング回路のみをオンとし、他のスイッチング回路をオフとする制御信号の組み合わせを与えるパルス電力源の波形が、それぞれのスイッチング回路に対して存在することを特徴とする。

それぞれのスイッチング回路をオンオフ制御することで、スイッチング回路と接続するそれぞれの光源回路への通電を制御することが可能となる。また、一つのスイッチング回路のみオンできることで、発光装置は特定の光源回路から選択的に発光させることが可能となる。

本発明の制御回路の一様態において、光源回路と電気的に接続するスイッチング回路は複数であって、パルス電力源の波形から得られる複数のパラメータにより、制御信号がオン信号となる時間比率が、スイッチング回路ごとに制御されることを特徴とする。

本発明に係る照明装置は、発光部を有する複数の光源回路を有し、少なくとも一つの光源回路上の発光部からの発光色は、他の光源回路上の発光部からの発光色とは異なり、上記の制御回路を備えることを特徴とする。

本発明の発光装置に用いられるパルス電力源は、パルス出力電源であっても良いし、定出力をパルス出力に変換する電力パルス化モジュールもしくは電力パルス化回路であっても良い。一つのパルス電力源によって、発光部を有する複数の光源回路と制御回路へ電力供給されることが好ましい。なお、電力パルス化回路は制御回路と一体でモジュール化されていても良いし、別にモジュール化されていても良い。

パルス出力とは出力のオンオフを高速で繰り返す出力方式であり、振幅や周波数、デューティー比、パルス形状などによってパルス出力の波形が決められる。デューティー比とはオンオフ周期に対する出力オンの期間の比率である。発光装置に対して、調光の用途に多く用いられ、特にパルス出力は一般に定電流出力もしくは定電圧出力であるため、より正確な出力値の制御が可能であり、トライアックによって電源出力の電流値を制御する調光方式では一般に定格出力電流値に対して１０％程度が出力可能範囲の下限となっていることと比べ、正確かつ広い調光範囲を得ることができる。

なお、パルス出力は、オンオフの繰返し周期が一定で出力オンの期間を変えるパルス幅変調（ＰＷＭ）出力方式や出力オンの期間が一定でオンオフの繰り返し周期を変えるパルス周期変調出力方式などによる。

本発明の制御回路および発光装置に用いられるパルス電力源は、定電圧出力であることが好ましく、光源回路は定電圧源から電力供給を受け、また制御回路も定電圧源からの電源供給であるため、制御回路はその機能を維持しつつ、光源回路の並列接続数の増減に対応することが可能である。

本発明に係る光源回路は、発光部を有し、電力入力によって発光する。発光部内の発光体は半導体発光素子であることが好ましく、従来光源と比べて消費電力を削減でき、スイッチング素子の負荷低減、制御回路の小型化を実現することができる。発光部は光源回路上に複数あっても良く、最適な電気的および発光特性を得るため、発光部が光源回路内で直並列に接続されていても良い。

異なるスイッチング回路と接続した光源回路の発光部は異なる発光色を発することが好ましい。異なる発光色は赤、緑、青などの光の原色による違いであっても良いし、白色光の色温度や演色性による違いなどであっても良い。一つの光源回路に複数の発光色からなる発光部があっても良い。

複数の光源回路は同一の基板上に設けられ光源モジュールを形成していても良く、また複数の光源回路の発光部が単一のパッケージ内に配置されていても良い。

光源回路は電流を制御するための制限抵抗を有することが好ましく、半導体発光素子の直列数や制限抵抗の抵抗値などによって電流が制御される。より好ましくは、直列に接続した半導体発光素子の駆動電圧の合計が入力電圧に近いことで、制限抵抗での電力損失を抑え、発光装置の発光効率を高めることができる。もしくは、制御回路内のスイッチング回路上に定電流化回路が備えられていても良い。

半導体発光素子は、一般にダイオード特性を有し、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ、無機ＥＬなどいずれの形態の素子であっても良い。ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ系などの青色ＬＥＤやＧａＡｌＡｓ系などの赤色ＬＥＤなど、固有の発光色を発する種々のタイプのＬＥＤ素子が用いられる。これら半導体発光素子は一般にパッケージ化されて用いられる。

ＬＥＤパッケージは透光性樹脂などを介してパッケージの発光面より発光するが、ＬＥＤ素子からの光をそのまま変換せずに発する原色タイプ、ＬＥＤ素子からの光を蛍光体により変換するタイプなどがあり、またパッケージとして、チップスケールパッケージタイプ、表面実装タイプ、チップオンボード（ＣＯＢ）タイプなどがあるが、いずれが用いられても良い。

照明用途には、一般にＩｎＧａＮ系のＬＥＤ素子からの光の一部もしくは全てを蛍光体により変換し白色光とする白色ＬＥＤパッケージが好ましく、それぞれの光源回路上の発光部からの発光色が異なるよう白色ＬＥＤパッケージの発光色は適宜選択される。表示用途には、蛍光体を使用しない原色タイプのＬＥＤパッケージが一般に用いられる。

なお、半導体発光素子は時間応答に優れた発光素子であるため、電源からの入力オンオフに応答してパルス発光するが、発光のちらつきを避けるために、通常パルス変調出力電源のオンオフ周波数は１００Ｈｚよりも高く設定されており、より好ましくは１ＫＨｚ以上であることで、人間の目にはパルス発光は視認されず、光出力は時間平均された出力として視認される。

本発明によれば、パルス電力入力のみによって発光装置の光出力と発光色の調整が可能で、定電圧電力入力に対応した、構成が簡単で小型化が図れる制御回路と、その制御回路を用いた発光装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る発光装置及び制御回路の回路図である。 本発明の実施の形態１に係るデューティー比ごとの時間に対する信号電位Ｖｓの変動を表すグラフである。 本発明の実施の形態１に係るデューティー比と第２の光源回路の通電時間比率との関係を表すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る高周波駆動時のデューティー比ごとの時間に対する信号電位Ｖｓの変動を表すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る高周波駆動時のデューティー比と第２の光源回路の通電時間比率との関係を表すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る制御回路の変形例である。 本発明の実施の形態２に係る発光装置及び制御回路の回路図である。 本発明の実施の形態２に係る制御回路の変形例である。 本発明の実施の形態２に係るデューティー比と第１の光源回路への通電 時間比率との関係を表すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る発光装置及び制御回路の回路図である。 本発明の実施の形態４に係る発光装置及び制御回路の回路図である。 本発明の実施の形態４に係るスイッチング回路の変形例である。 本発明の実施の形態４に係るパルス電力入力の波形図である。 本発明の発光装置を用いた表示装置に係る配線図である。 本発明の実施の形態５に係る発光装置及び制御回路の回路図である。 実施例１におけるデューティー比と第１の光源回路と第２の光源回路に流れる電流量との関係を表すグラフである。 実施例１における発光装置の発する相対光束と発光色の色温度との関係を表すグラフである。 実施例２におけるデューティー比と第１の光源回路と第２の光源回路に流れる電流量との関係を表すグラフである。 実施例２におけるデューティー比と発光装置の発する発光色の色温度との関係を表すグラフである。 実施例２におけるデューティー比と発光装置の発する相対光束との関係を表すグラフである。 実施例３におけるデューティー比と各光源回路に流れる電流量との関係を表すグラフである。

以下、本発明の発光装置について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

（実施の形態１）
図１のブロック図に示すように、本発明の実施の形態１に係る発光装置１００は定電圧パルス変調出力電源１０（以下、パルス出力電源と称す）より電力供給され、制御回路１０１および第１と第２の光源回路１１、１２はパルス出力電源１０とそれぞれ電気的に接続する。第１の光源回路１１への電力供給は、必ずしも制御回路１０１を介さなくても良い。第２の光源回路１２とパルス出力電源１０の間には制御回路１０１内のスイッチング回路１０３が電気的に直列に接続し、スイッチング回路１０３によって通電のオンオフが制御される。

制御回路１０１は信号生成回路１０２とスイッチング回路１０３を有し、パルス出力電源１０からのパルス出力波形に応じて、制御回路１０１は制御信号をスイッチング回路１０３に出力する。パルス出力電源１０からのパルス出力波形は、電源制御装置２０からの入力によって制御される。電源制御装置２０は、例えばユーザーの操作によって０−１０ＶやＰＷＭなどの信号を出力し、パルス出力電源１０を制御する。電源制御装置２０からパルス出力電源１０への信号は有線信号であっても、無線信号であっても良い。

信号生成回路１０２からの制御信号に応じて、スイッチング回路１０３は第２の光源回路１２に流れる電流を制御し、スイッチング回路１０３が電流を遮断すれば、発光装置１００からは第１の光源回路１１のみからの発光となり、スイッチング回路１０３が電流を通過させれば、発光装置１００は第１の光源回路１１と第２の光源回路１２両方からの光による発光となる。

なお、図２のブロック図に示すようにパルス化回路１０４が発光装置１００内にあって、定電圧定出力電源３０からの電力をパルス出力に変換し、制御回路１０１および第１および第２の光源回路１１、１２への電力供給源となっても良い。また、パルス化回路１０４は定出力電源３０と発光装置１００の間に別モジュールとして設置されて電気的に接続されても良い。

図３により具体的な回路図の一例を示す。制御回路１０１には、パルス出力電源と接続する入力端子１５１、１５２を通じて入力電位Ｖｉｎのパルス電力が供給される。第１の光源回路１１と第２の光源回路１２へは、出力端子１５３、１５４、１５５、１５６を通じて出力する。第１の光源回路１１と第２の光源回路１２は、それぞれ一つ以上のＬＥＤパッケージＬ１１１〜Ｌ１１ｍ、Ｌ１２１〜Ｌ１２ｎを発光部として備え、第１の光源回路の発光部からの発光色と第２の光源回路の発光部からの発光色は互いに異なることが好ましい。定電圧電源より電力が供給されるため、第１の光源回路１１と第２の光源回路１２はそれぞれ制限抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を有し、レギュレータ部品を用いることなく、各光源回路に流れる電流の大きさが制御されている。

第２の光源回路１２は、接続端子１５６を通じてスイッチング素子Ｑ１を備えたスイッチング回路１０３と接続しており、スイッチング素子Ｑ１は第２の光源回路１２への通電をオンオフ制御する。

スイッチング回路１０３へ制御信号を与える信号生成回路１０２は、制御回路１０１内で電源からの入力端子電位間に形成されており、第１の抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１が直列に接続され、コンデンサＣ１には第２の抵抗Ｒ２を有するバイパス回路が接続されている。コンデンサＣ１の両端間に第２の抵抗Ｒ２を有するバイパス回路が形成されることで、電力入力オフ時にはコンデンサＣ１はバイパス回路を通じて放電することとなる。この信号生成回路１０２の構成により、電源からのパルス電力入力に対してコンデンサＣ１は充放電を繰り返すこととなる。なお、信号生成回路１０２は必ずしも電源電位間で接続されていなくても良く、電源電位から調節された電位が入力されても良い。

抵抗Ｒ２の高電位側の信号電位Ｖｓはスイッチング素子Ｑ１のゲートと接続し、スイッチング素子Ｑ１をオンするための制御信号として機能する。信号電位ＶｓはコンデンサＣ１の充電状態によって変動し、コンデンサＣ１が放電状態においては０であり、コンデンサＣ１の充電が飽和状態においては、入力電位Ｖｉｎの第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２による分圧値つまりＶｉｎ×ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）となる。ここでｒ１、ｒ２は抵抗Ｒ１、Ｒ２それぞれの抵抗値である。

光源回路１２へ電流が流れるためには、スイッチング回路１０３のスイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間にゲートしきい値電圧を超える電圧が印加される必要がある。そのゲートしきい値電圧に相当する電位を与える信号電位Ｖｓをしきい値電位とすれば、コンデンサＣ１の充電によって信号電位Ｖｓがしきい値電位よりも高くなれば、光源回路１２へ電流が流れるようになる。

そのため、コンデンサＣ１飽和時の信号電位ＶｓであるＶｉｎ×ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）がしきい値電位を超えるように抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は設定されることが好ましい。または、信号電位Ｖｓのしきい値電位がスイッチング素子Ｑ１のゲートしきい値電位よりも低くても、スイッチング素子Ｑ１がオンとなるように制御回路１０１内で信号電位Ｖｓが増幅されても良い。

なお、第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２は複数の抵抗に分割され、それらの抵抗の中間点から信号電位Ｖｓを得ても良い。さらには、第１の抵抗Ｒ１はコンデンサの極性のいずれの側であっても良く、もしくはコンデンサの極性の両側に分かれて接続されていることで、所望の信号電位Ｖｓが得られても良い。

図３において、入力電位Ｖｉｎによって第１の抵抗Ｒ１を通じて流れる電流Ｉは、コンデンサＣ１を流れる電流ｉ１とバイパス回路上の第２の抵抗Ｒ２を流れる電流ｉ２の和であり、それぞれの関係は下記の数式１にて表される。

ｑはコンデンサＣ１の電荷、ＣはコンデンサＣ１のキャパシタンス、ｒ１、ｒ２は抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値、ｔ＿ｏｎは電力入力のオン時間である。なお、計算を簡単にするため、信号電位Ｖｓよりスイッチング回路１０３のゲートに流れる電流は電流ｉ１、ｉ２と比べて無視できるほど小さいとした。また、本実施の形態ではコンデンサＣ１の両端間電位と信号電位Ｖｓは等しい。

コンデンサＣ１が十分に放電された状態を初期条件とすれば、上記の数式１からコンデンサＣ１を流れる電流ｉ１、抵抗Ｒ２を流れる電流ｉ２、信号電位Ｖｓを下記の数式２のように解くことができる。

上式により、各電流ｉ１、ｉ２や信号電位Ｖｓは電力入力オン時間ｔ＿ｏｎによって変化し、信号電位Ｖｓは初期ｔ＿ｏｎ＝０において０であるが、電力の入力が続けば、入力電位Ｖｉｎの抵抗Ｒ１、Ｒ２による分圧値であるＶｉｎ×ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）まで電力入力オン時間ｔ＿ｏｎの経過とともに上昇することが分かる。

信号電位Ｖｓはパルス電力入力オンの間上昇するが、スイッチング回路１０３をオンするしきい値電位に至るまで第２の光源回路１２には電流が流れず、第２の光源回路１２上の発光部は発光しない。信号電位Ｖｓがしきい値電位を超えれば、スイッチング回路１０３はオンとなり、第２の光源回路１２に電流が流れ始める。その後、パルス電力源からの電力入力がオフとなるまで信号電位Ｖｓは上昇を続け、その間第２の光源回路１２には電流が流れ続け、第２の光源回路１２上の発光部は発光する。

パルス電力源からの電力入力がオフになると、信号生成回路１０２には電圧印加が無い状態となり、コンデンサＣ１に溜まった電荷は抵抗Ｒ２を通じて放電される。

コンデンサＣ１の放電によって、信号電位Ｖｓは低下することとなり、パルス電力入力がオンからオフへ切り替わった時点の信号電位をＶｓｐとすると、その時点（ｔ＿ｏｆｆ＝０）からのパルス電力入力オフの期間の信号電位Ｖｓの時間変化は下記の数式３で表される。

上式より、信号電位Ｖｓが電力入力オフ時間ｔ＿ｏｆｆの経過とともに小さくなっていくことが分かる。また、オフ期間が有限である周期的なパルス電力入力において、パルス電力入力が再びオンとなる時点では信号電圧Ｖｓが完全に０とならないことを示す。特に、パルス電力入力の周波数が高い（オンオフの繰返し周期が短い）、デューティー比が大きいなどによってパルス電力入力のオフ期間が短い場合や、またコンデンサＣ１の容量や第２の抵抗Ｒ２の抵抗値が大きい場合、パルス電力入力がオフからオンとなる時点の信号電位Ｖｓの値は、パルス電力入力がオンからオフとなった時点の信号電位Ｖｓｐからそれほど下がらなくなる。

周期的なパルス電力入力においては、数式２で表されるパルス電力入力のオン期間での信号電位Ｖｓの上昇と数式３で表されるパルス電力入力のオフ期間での信号電位Ｖｓの下降が同じ大きさとなる点で平衡状態となる。そのため、信号電位Ｖｓの平衡状態の値は、パルス電力入力のデューティー比や周波数によって変化することとなる。

また、逆に所望の発光変化特性に沿うような信号電位Ｖｓの変動特性を得るためには、信号生成回路の第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２の抵抗値とコンデンサＣ１のキャパシタンスを調節すれば良いことが分かる。

図４に数式２、３を用いて、周波数１ＫＨｚ（周期１０００μｓｅｃ）のパルス電力入力による信号電位Ｖｓの時間変化を異なるデューティー比（３０％、６０％、８０％）でシミュレーションした結果を示す。シミュレーション上、電源電圧は１２Ｖ、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は１０ＫΩ、５ＫΩとし、コンデンサＣ１の静電容量は０．１μＦとし、スイッチング回路１０３に流れる電流は無視した。デューティー比が大きくなるに従って、パルス電力入力のオフからオンに切り替わる時点（０、１０００、２０００、３０００μｓｅｃ）を含み、全体的に信号電位Ｖｓが高くなっていることが分かる。

スイッチング回路１０３をオンするしきい値電位を信号電位Ｖｓ変動のある中間点で設定すれば、デューティー比がある値より大きくなることで信号電位Ｖｓがしきい値電位を超える期間が生じる。スイッチング回路１０３を通じて第２の光源回路１２へ電流が流れるためには、パルス電力入力がオンであり、かつ信号電位Ｖｓがしきい値電位を超えている必要があるため、第２の光源回路１２に電流が流れる時間は、デューティー比がある値に至るまでは０であり、それ以降、デューティー比が大きくなるに従って、次第に長くなる様相を示すこととなる。

第２の光源回路１２に電流が流れる時間のパルス電力入力のオンオフ周期に対する比率を通電時間比率として、図４に示した信号電位Ｖｓ時間変化のシミュレーション結果を用い、パルス電力入力のデューティー比に対する第２の光源回路１２への通電時間比率を図５にグラフ化した。なお、シミュレーション上しきい値電位は２．４Ｖとした。デューティー比が小さい領域では第２の光源回路１２へ電流は流れず、あるデューティー比より電流が流れ始め、その後デューティー比が大きくなるに従って、第２の光源回路１２への通電時間比率が大きくなることが分かる。

第２の光源回路１２へは制限抵抗によって通電時には定電流が流れるため、通電時間比率は第２の光源回路１２への時間平均電流量と比例する。そのため、第２の光源回路１２上の発光部からの光出力についても、デューティー比に対して図５に示すような変化を示す。

一方、第１の光源回路１１はパルス出力電源と電気的に直接接続しており、第１の光源回路１１の発光部からの光出力はデューティー比と比例的に相関する。そのため、発光装置１００からの発光は、パルス電力入力のデューティー比変化に伴い、光源回路１１と光源回路１２からの発光強度の相対比率が変化する。

例えば、第１の光源回路１１上の発光部の発光色の色温度を２０００Ｋ、第２の光源回路１２上の発光部の発光色の色温度を３０００Ｋとすると、発光装置１００としては、デューティー比が小さければ第１の光源回路１１上の発光部のみが光ることで発光装置１００の発光色は２０００Ｋであり、デューテュー比が大きくなれば、第２の光源回路１２上の発光部からの光も寄与することで発光装置１００の発光色が３０００Ｋに近づくといった、パルス電力入力のデューティー比に応じた発光装置１００の発光色の調整が可能となる。

減光時には第１の光源回路１１の発光部のみが発光し、デューティー比が大きくなれば第１と第２の光源回路１１、１２両者の発光部が発光することで、光出力がより大きく変化し、ダイナミックな光の演出が可能となるため、好ましい。

さらに、パルス電力入力の周波数を高くすると、パルス電力入力のオンオフ周期に対してコンデンサに溜まった電荷の十分な放電が間に合わなくなり、本実施例においてはコンデンサＣ１の両端電位と等しい信号電位Ｖｓは時間に対して変動が小さく、一定の値に近くなる。例えば、周波数がコンデンサＣ１の静電容量と第２の抵抗Ｒ２の抵抗値の積である放電時定数の逆数の２倍以上であれば、コンデンサＣ１に溜まった電荷は充電後、１周期の７０％の時間放電しても初期の３０％以下しか放電されない。そのため、デューティー比が３０％以上であれば、信号電位Ｖｓの変動幅はピーク値であるパルス電力入力がオフとなった時点の信号電位Ｖｓｐの３０％以内となる。さらに周波数が高くなる（周期が短くなる）にしたがって、信号電位Ｖｓの変動幅はより小さくなり、一定の値に近くなる。

図４に示した信号電位Ｖｓ時間変化のシミュレーションで、電力入力のパルス周波数のみを１０倍（周波数１０ＫＨｚ、周期１００μｓｅｃ）として、信号電位Ｖｓの時間変化をデューティー比毎にシミュレーションした結果を図６に示す。

図６に示すようなほぼ一定の信号電位Ｖｓであれば、信号電位Ｖｓはデューティー比に対して常にしきい値電位を上回るか、下回るかの二状態に近くなる。そのため、スイッチング回路１０３もデューティー比によって常時オンまたは常時オフのいずれかの状態を取るようになり、図５と同様に第２の光源回路１２への通電時間比率をデューティー比に対してグラフ化すると、光源回路１２への通電時間比率は図７に示すようにデューティー比のある点で急激に変化することが分かる。また、スイッチング回路１０３が常にオンとなるデューティー比領域では、デューティー比と光源回路１２への通電時間比率は比例関係となる。

上述は、パルス電力入力の周波数を変化させることで、同じデューティー比によっても、発光装置１００は異なる光出力や発光色を発することを示しており、つまり、本発明の発光装置１００の制御回路１０１は、パルス電力入力のデューティー比と周波数の２つのパラメータによって、発光装置１００の光出力と発光色が調整され得ることを示す。

さらに、電力入力のパルス形状についても、方形波だけではなく、三角波やサイン波、ステップ波など異なるパルス形状によって、発光出力や発光色が調整されても良い。

また、パルス出力電源からの入力電位Ｖｉｎの変化により、信号電位Ｖｓの値も変化するため、発光装置１００のデューティー比に対する発光変化特性が調整されても良い。

デューティー比やパルス周波数などのパルス電力入力の波形を変化させることによって得られる発光装置の光出力と発光色の変化は、コンデンサの容量や抵抗値の変更によっても得られ、コンデンサや抵抗は必要な調光調色特性に対して適宜選択されることが好ましい。

一方で、図８に示す制御回路１０１１を用いれば、パルス電力入力の周波数変化に対して、発光装置のデューティー比による発光色変化をより安定化させることができ、パルス電力源の周波数が固定できない場合など実用上有益である。

信号生成回路１０２１はパルス電力波形検知回路１０５によってオンオフ制御される補助スイッチング素子Ｑ２をコンデンサＣ１と並列に備えており、補助スイッチング素子Ｑ２は補助コンデンサＣ２、補助抵抗Ｒ３とそれぞれ直列に接続している。補助コンデンサＣ２、補助抵抗Ｒ３はいずれかのみが接続されていても良い。補助コンデンサＣ２、補助抵抗Ｒ３は補助スイッチング素子Ｑ２がオンの状態において、信号生成回路１０２１の制御信号の生成を補助する機能を有する。

例えば、低いデューティー比でのパルス電力入力において、コンデンサＣ１の充電により信号電位Ｖｓが上昇してスイッチング回路がオンとなるのを、補助スイッチング素子Ｑ２がオンとなることで補助コンデンサＣ２が機能し、信号電位Ｖｓが上昇するのを抑制し、発光装置のデューティー比による発光色変化を安定化させる。

なお、パルス電力波形検知回路１０５は図８に示すように信号生成回路と同様の構成であっても良く、またマイコンなどを用いてパルス電力入力周波数を検知し、補助スイッチング素子Ｑ２のオンオフを制御しても良い。

（第１の光源回路および第２の光源回路）
第１の光源回路１１と第２の光源回路１２は一つの光源モジュールとして構成されることで、取り扱いが容易となる。照明器具の光学設計を容易にするため、光源モジュール内でそれぞれの発光色が十分混ざりあうように設計されていることが好ましく、１つの基板上にそれぞれの回路上の発光部が互いに近い距離、もしくは等間隔に実装されていることが好適である。

例えば、フレキシブル基板上に第１と第２の光源回路が形成され、発光部からの光が混ざり合うように各光源回路のＬＥＤパッケージが実装されることが好ましく、ストライプ光源として用いることが容易となる。または、ＣＯＢ基板上に第１と第２の光源回路の発光部が単一の発光領域内に形成され、単一の光源が構成されても良い。

照明装置の発する光の方向や発光する場所をデューティー比によって変える等の特別な照明の演出を行う場合、各光源回路は別々に、それぞれの光が敢えて混ざり合わない位置に配置されても良い。

（制御回路）
制御回路１０１はパルス電力源からの電力入力端子１５１、１５２を有し、第１の光源回路と第２の光源回路への出力端子１５３、１５４、１５５、１５６を有する。スイッチング回路と接続しない側の光源回路への端子はコモンであっても良い。

それぞれの出力端子から複数の光源回路が並列に接続されても良く、定電圧駆動において、発光色の変化特性を維持したまま、発光装置全体の光出力を光源回路の数により調整することができる。そのため、並列接続された光源回路が直線状に並ぶストライプ光源を本発明の制御回路と接続し、発光色を調整可能な発光装置として用いるのにも好適である。

制御回路はディスクリート素子で構成されていても良いし、ＩＣ化されて構成されていても良い。

光源回路とは別に制御回路のみがモジュール化されることで、照明メーカーやユーザーが所望する発光特性に併せて光源回路を選択することが可能となる。

もしくは、制御回路１０１は第２の光源回路１２上に配置され、パルス電源から並列に第１と第２の光源回路１１、１２が直接接続されていても良く、配線接続が容易となる。さらに、発光装置１００は第１と第２の光源回路１１、１２と制御回路１０１を備えた光源モジュール化されても良く、取り扱いが容易となる。

（コンデンサ）
コンデンサＣ１は電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、電気二重層コンデンサなどあらゆる種類のコンデンサを用いることができる。

コンデンサＣ１の静電容量は、例えば１ｐＦ以上であることが好ましい。また、コンデンサＣ１の静電容量と抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値の積を抵抗Ｒ１、Ｒ２の和で割った値である充電の時定数は、周期の１／１００以上であることが好ましく、より好ましくは、充電の時定数を周期の１／１０以上とすることで、信号電位Ｖｓがしきい値電位を下回るデューティー比の領域を設定し、デューティー比によって発光の様相を変化させる設計をすることが容易となる。

（抵抗）
抵抗Ｒ１、Ｒ２は抵抗素子もしくは基板に印刷された配線抵抗などが用いられることが好ましい。もしくは、インダクタやサーミスタ、ダイオード等他の抵抗を有する電気部品が用いられても良いし、抵抗素子と併用されても良い。

それぞれの抵抗は可変抵抗であっても良く、抵抗値の調整によってパルス電力入力の波形に対する発光装置の発光変化を制御することが可能となる。

（スイッチング素子）
スイッチング素子Ｑ１は電界効果トランジスタが用いられており、回路構成によってＮ型、Ｐ型は適宜選択される。また、バイポーラトランジスタなどが用いられていても良い。

（実施の形態２）
図９に示すように、本発明の実施の形態２に係る発光装置２００は、実施の形態１と同様に異なる発光色を発する発光部を備えた光源回路２１、２２と制御回路２０１を有する。光源回路２１、２２と制御回路２０１はパルス出力電源により電力供給され、制御回路２０１は信号生成回路２０２とスイッチング回路２０３を有する。スイッチング回路２０３は光源回路２１とパルス出力電源と電気的に直列に接続し、スイッチング回路２０３によって光源回路２１への通電が制御される。

本実施の形態においては、信号生成回路２０２からの制御信号は信号電位Ｖｓ２であって、信号電位Ｖｓ２は第１の光源回路２１への通電を制御するスイッチング回路２０３と接続する。スイッチング回路２０３はＮＯＴ回路を備え、信号電位Ｖｓ２によりスイッチング素子Ｑ２１がオンとなれば、スイッチング素子Ｑ２２はオフとなり、第１の光源回路２１への通電を遮断する。

実施の形態１と同様に、信号電位Ｖｓ２はパルス電力入力によるコンデンサＣ２の充放電により変動するが、発光装置２００がパルス電力入力の波形に応じた所望の発光変化特性となるよう信号生成回路２０２上の第１の抵抗Ｒ２１、第２の抵抗Ｒ２２、Ｒ２３の抵抗値やコンデンサＣ２１のキャパシタンスは適宜設定されることが好ましい。本実施の形態においては、バイパス回路上の第２の抵抗を２つの抵抗Ｒ２２、Ｒ２３に分け、その中間点より信号電位Ｖｓ２を得るようにした。

もしくは、図１０の制御回路２０１１の回路図に示すように、ＮＯＴ回路を用いず、信号電位Ｖｓ２１がコンデンサＣ２２の充電によって低下することを利用して、スイッチング回路のオンからオフへの切り替えが行われても良い。

本実施の形態において、デューティー比に対する第１の光源回路２１への通電時間比率について実施の形態１と同様にシミュレーションを行った。シミュレーション上、電源電圧は１２Ｖ、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３の抵抗値は１０ＫΩ、３．５ＫΩ、１．５ＫΩとし、コンデンサＣ１の静電容量は０．１μＦとし、信号電位Ｖｓ２のしきい値電圧を０．７Ｖとし、スイッチング回路２０３に流れる電流は無視した。図１１にパルス電力入力の周波数１ＫＨｚと周波数１０ＫＨｚでのシミュレーションの結果を示す。

デューティー比が小さい領域では、パルス電力入力オン期間内で信号電位Ｖｓ２がしきい値電位を超え始めるまでデューティー比に比例して第１の光源回路２１への通電時間比率は大きくなる。信号電位Ｖｓ２がしきい値電位を超え始めると、パルス電力入力オン期間内でも、しきい値電位を超えた期間はスイッチング回路２０３がオフとなり、かつデューティー比の増加に伴い、信号電位Ｖｓ２が全体的に上昇することで、徐々に第１の光源回路２１への通電時間比率は小さくなる。さらにデューティー比が大きくなり、常に信号電位Ｖｓ２がしきい値電位を超える状態となれば、スイッチング回路は常時オフとなり、第１の光源回路２１へ電流は流れなくなる。

コンデンサＣ２１の両端電位の時間変動が少なくなるような高い周波数でのパルス電力入力であれば、信号電位Ｖｓの時間変動も少なくなり、図６のシミュレーションに示すようにデューティー比に対して信号電位は常にしきい値電位を上回るか、下回るかの二状態に近くなり、デューティー比に対する光源回路２１への通電時間比率は図１１の周波数１０ＫＨｚのシミュレーション結果に示すように、デューティー比に対してより急な変化となる。

発光装置２００は、パルス電力入力のデューティー比が小さいときには、第１と第２の光源回路２１、２２の両方の発光部はそれぞれデューティー比に比例した通電時間比率により発光し、デューティー比がある点よりも大きくなると、光源回路２１上の発光部への通電時間比率が小さくなることで発光強度は徐々に小さくなり、一方で光源回路２２上の発光部への通電時間比率はデューティー比に応じて大きくなり発光強度が増す。さらにデューティー比が大きくなると、光源回路２１には電流が流れなくなり、光源回路２２上の発光部のみが発光することとなる。以上により、発光装置２００はデューティー比の調節により発光色の変化を実現することが可能となる。また実施の形態１と同様に、周波数などのパルス電力入力の波形による光出力や発光色の調整も可能である。

（実施の形態３）
図１２に示すように、本発明の実施の形態３に係る発光装置３００は、実施の形態１と同様に異なる発光色を発する発光部を備えた光源回路３１、３２と制御回路３０１を有する。光源回路３１、３２と制御回路３０１はパルス出力電源より電力供給され、制御回路３０１は信号生成回路３０２とスイッチング回路３０３、３０４を有する。スイッチング回路３０３は光源回路３１とパルス出力電源と電気的に直列に接続し、スイッチング回路３０４は光源回路３２とパルス出力電源と電気的に直列に接続し、それぞれのスイッチング回路によって各光源回路への通電が制御される。

本実施の形態においては、信号生成回路３０２からの制御信号は２つの信号電位Ｖｓ３１とＶｓ３２である。信号電位Ｖｓ３１は第１の光源回路３１への通電を制御するＮＯＴ回路を有するスイッチング回路３０３と接続し、信号電位Ｖｓ３２は第２の光源回路３２への通電を制御するスイッチング回路３０４と接続する。なお、１つの信号電位によって、両方のスイッチング回路が制御されても良い。

発光装置３００が所望の発光変化特性となる信号電位Ｖｓ３１、Ｖｓ３２を得るため、信号生成回路３０２上の第１の抵抗Ｒ３１、第２の抵抗Ｒ３２、Ｒ３３の抵抗値やコンデンサＣ３１のキャパシタンスは適宜設定されることが好ましい。また、信号電位Ｖｓ３１、Ｖｓ３２ごとに個別の信号生成回路が設けられていても良い。

第１と第２の光源回路３１、３２それぞれがスイッチング回路３０３、３０４と電気的に接続することで、実施の形態１と実施の形態２で示したようにパルス電力入力のデューティー比や周波数などによって、それぞれの光源回路３１、３２に流れる電流が制御される。

例えば、デューティー比が小さい領域で、スイッチング回路３０３のスイッチング素子Ｑ３２はオン、スイッチング回路３０４のスイッチング素子Ｑ３３はオフの状態であれば、第１の光源回路３１のみに電流が流れ、デューティー比に比例して、第１の光源回路３１への通電時間比率は変化する。デューティー比が大きくなり、信号電位Ｖｓ３１がしきい値電位を超え始めると、徐々に第１の光源回路に流れる通電時間比率が小さくなっていき、信号電位Ｖｓ３２がしきい値電位を超え始めると、第２の光源回路３２への通電時間比率が大きくなっていく。さらにデューティー比が大きくなり、常に信号電位Ｖｓ３１、Ｖｓ３２がしきい値電位を超える状態となれば、スイッチング回路３０３のスイッチング素子Ｑ３２はオフ、スイッチング回路３０４のスイッチング素子Ｑ３３はオンの状態となり、第２の光源回路３２のみに電流が流れる。

以上によって、発光装置３００は、デューティー比が小さい領域では第１の光源回路の発光色のみを発し、デューティー比が大きくなると第１と第２の光源回路の混合色を発し、さらにデューティー比が大きくなると第２の光源回路の発光色のみを発するようになる。なお、このように第１の光源回路３１のみに電流が流れるデューティー比領域と第２の光源回路３２のみに電流が流れるデューティー比領域を有することで、発光装置３００の調色範囲が広くなるため、好ましい。

コンデンサＣ３１の両端電位の時間変動が小さくなるような高い周波数でのパルス電力入力であれば、スイッチング回路上のスイッチング素子Ｑ３２、Ｑ３３のオンオフは、デューティー比の変化に対してより急な変化となる。そのため、デューティー比の変化に対して、第１と第２の光源回路両方に電流が流れて混合色を発するデューティー比の領域がわずかで、主に第１の光源回路３１の発光色もしくは第２の光源回路３２の発光色のいずれかで発光する発光装置とすることも可能である。例えば、デューティー比０〜５０％領域においては第１の光源回路３１の発光部のみが発光し、デューティー比６０〜１００％領域においては第２の光源回路３２の発光部のみが発光するといった設計も可能である。

このとき、第１の光源回路３１が発光するデューティー比領域では通電時間比率はデューティー比に比例し、第２の光源回路３２が発光するデューティー比領域でも通電時間比率はデューティー比の増加に応じて大きくなるため、各デューティー比領域内でのデューティー比の調節により、それぞれの光源回路へ流れる時間平均電流量を制御し、異なる発光色での明るさを独立に調整することが可能となる。

さらに、高速でデューティー比を変化させ、２つの発光色を高速で切り替えることで、発光装置３００から混色を発することも可能である。

つまり、本発明の実施の形態３において、パルス電力入力の波形制御のみで、発光色と明るさをそれぞれ独立に調整することが可能となることを意味する。本方式であれば、それぞれの光源回路に流れる電流を外部からの信号入力によって個別に制御するなどの複雑な方式を用いずに、パルス電力入力のみによる構成が簡単で小型化が図れる調光調色のための制御回路を実現することができる。

また、本発明の発光装置の光出力と発光色それぞれの調整は、パルス出力電源のみの制御によって実現できるため、照明制御システムとしても簡素化することができる。例えば、つまみの回転操作でオフ状態からデューティー比１００％まで連続的に変化させる信号と、つまみのプッシュ操作で周波数を変える信号をパルス出力電源に与えることで、明るさの変化とともに徐々に発光色が変わるモードと２色それぞれで明るさを調整するモードをつまみのみで提供するシンプルなユーザーインターフェースが実現可能である。

（実施の形態４）
図１３に示すように、本発明の実施の形態４に係る発光装置４００は、３つの異なる発光色を発する発光部を備えた光源回路４１、４２、４３と制御回路４０１を有する。光源回路４１、４２、４３と制御回路４０１はパルス出力電源より電力供給され、制御回路４０１は信号生成回路４０２、４０３とスイッチング回路４０４、４０５、４０６を有する。スイッチング回路４０４は光源回路４１とパルス出力電源と電気的に直列に接続し、スイッチング回路４０５は光源回路４２とパルス出力電源と電気的に直列に接続し、スイッチング回路４０６は光源回路４３とパルス出力電源と電気的に直列に接続し、それぞれのスイッチング回路によって通電が制御される。

本実施の形態においては、信号生成回路４０２からの制御信号は２つの信号電位Ｖｓ４１とＶｓ４２であり、信号生成回路４０３からの制御信号は２つの信号電位Ｖｓ４３とＶｓ４４である。

信号電位Ｖｓ４１は第１の光源回路４１の通電を制御するスイッチング回路４０４と接続し、信号電位Ｖｓ４２、Ｖｓ４３は第２の光源回路４２への通電を制御するスイッチング回路４０５と接続し、信号電位Ｖｓ４４は第３の光源回路４４への通電を制御するスイッチング回路４０６と接続する。なお、スイッチング回路４０４、４０５はＮＯＴ回路を備え、スイッチング回路４０５はスイッチング素子Ｑ４３、Ｑ４４を直列に備える。

発光装置４００が所望の発光変化特性となる信号電位Ｖｓ４１、Ｖｓ４２、Ｖｓ４３、Ｖｓ４４を得るため、信号生成回路４０２上の第１の抵抗Ｒ４１、第２の抵抗Ｒ４２、Ｒ４３、信号生成回路４０３上の第１の抵抗Ｒ４ａ、第２の抵抗Ｒ４ｂ、Ｒ４ｃの抵抗値やコンデンサＣ４１、Ｃ４２のキャパシタンスは適宜設定されることが好ましい。

なお、信号電位Ｖｓごとに信号生成回路が設けられていても良い。もしくは単一の信号生成回路から全ての信号電位Ｖｓが得られても良い。

信号電位Ｖｓ４１、Ｖｓ４２がパルス電力入力オン期間内でそれぞれ接続するスイッチング回路４０４、４０５のオンオフを切り替えるしきい値電位に達するデューティー比は、信号電位Ｖｓ４３、Ｖｓ４４がそれぞれ接続するスイッチング回路４０５、４０６のオンオフを切り替えるしきい値電位に達するデューティー比よりも小さいことが好ましく、０％からデューティー比が大きくなるに従い、第１の光源回路４１、第２の光源回路４２、第３の光源回路４３と順に通電が切り替わるようにすることができる。

具体的には、デューティー比が小さい時は、スイッチング回路内のスイッチング素子Ｑ４２、Ｑ４３、Ｑ４４、Ｑ４６はオン、オフ、オン、オフであり、第１の光源回路４１のみに電流が流れる。デューティー比が大きくなり、信号電位Ｖｓ４１、Ｖｓ４２がしきい値電位を超えるパルス電力入力オン期間では、それぞれのスイッチング素子Ｑ４２、Ｑ４３、Ｑ４４、Ｑ４６はオフ、オン、オン、オフとなり、第２の光源回路４２のみに電流が流れる。デューティー比がさらに大きくなり、信号電位Ｖｓ４３、Ｖｓ４４がしきい値電位を超えるパルス電力入力オン期間では、それぞれのスイッチング素子Ｑ４２、Ｑ４３、Ｑ４４、Ｑ４６はオフ、オン、オフ、オンとなり、第３の光源回路４３のみに電流が流れる。

コンデンサＣ４１、Ｃ４２の両端電位の時間変動が小さくなるような高い周波数でのパルス電力入力であれば、信号電位の時間変動も小さくなり、デューティー比０〜１００％の中で、第１の光源回路４１上の発光部のみが発光するデューティー比領域、第２の光源回路４２上の発光部のみが発光するデューティー比領域、第３の光源回路４３上の発光部のみが発光するデューテュー比領域が主に存在するよう、コンデンサと抵抗の値を設定することができ、それぞれのデューティー比の領域内でさらにデューティー比を調節することで各光源回路に流れる時間平均電流量を制御することが可能となる。

上記により、異なる発光色を有する３つの光源回路を用いて、３色の光出力の調整を行うことができ、例えばそれぞれの光源回路の発光部を赤色（Ｒ）ＬＥＤパッケージ、緑色（Ｇ）ＬＥＤパッケージ、青色（Ｂ）ＬＥＤパッケージもしくは各スイッチング回路と接続したＲＧＢのＬＥＤパッケージを用いれば、いわゆるマルチカラーの発光装置が実現可能となる。また、同様にスイッチング回路と光源回路を増やすことで、例えば白色（Ｗ）を加えたＲＧＢＷなどの４色以上の発光も可能である。

さらに、パルス出力電源のデューティー比を高速で変化させ、短時間の間に赤、緑、青と発光色を切り替えることで、発光装置は混合色を発することができ、任意の色度点の発光色出力も可能となる。また例えば、デューティー比を連続的に変化させることで、時間に応じて発光色の切り替わる多色発光の発光装置を提供することも可能である。

また、各スイッチング回路は保持容量を有する構成であっても良く、スイッチング回路４０６の変形例である図１４のスイッチング回路４０６１に示すように、信号電位Ｖｓ４４により、トランジスタＱ４７がオンとなることで、保持コンデンサＣ４３を充電するとともに、スイッチング素子Ｑ４９がオンとなって、出力端子４５８を通じて光源回路４３が発光する。保持コンデンサＣ４３に電荷が蓄えられれば、パルス出力電源のデューティー比の変化によって信号電位Ｖｓ４４が変動しても、保持コンデンサＣ４３に蓄えられた電荷がスイッチング素子Ｑ４９をオンとするため、パルス電力入力のオン期間は、スイッチング回路４０６１を通じて、光源回路４３は発光する。

抵抗Ｒ４ｄの抵抗値と保持コンデンサＣ４３により、トランジスタＱ４７のオン時間によるスイッチング素子Ｑ４９にかかる保持電圧が決まるため、Ｖｓ４４がオン信号となる時間によってスイッチング回路４０６１を通って光源回路４３に流れる電流量を制御することもできる。なお、入力オフ時のコンデンサＣ４３の放電を防ぐため、ダイオードＤ１が接続されることが好ましい。

スイッチング回路４０６１をオフとするには、逆向きに電圧を印加することで、トランジスタＱ４８をオンとし、保持コンデンサＣ４３に蓄えられた電荷の放電によって、スイッチング素子Ｑ４９がオフとなる。または、信号生成とは別のデューティー比区分を設けて、保持コンデンサを放電するためのスイッチング素子をオンする信号を与えるようにしても良い。もしくは、第３の入力配線を有し、第３の入力配線からの電気的入力によって、保持コンデンサを放電しても良い。

各スイッチング回路が同様に保持容量コンデンサを有する構造であれば、信号生成や保持コンデンサ放電とは別のデューティー比区分での通電時に、各光源回路からの同時発光が可能となる。例えば、図１５に示すようにパルス電力入力をそれぞれのスイッチング回路へのオン信号となるデューティー比でＴｒ、Ｔｇ、Ｔｂ時間入力し、保持コンデンサの充電によってＲＧＢ各光源回路に流れる電流を設定した後、各信号電位に影響を与えない別のデューティー比区分でＴｏｎ時間通電すれば、Ｔｏｎ時間ＲＧＢの光源回路を所望の発光強度比率で発光させることができる。

制御回路が半導体プロセスで形成された素子であって、制御回路素子上にＬＥＤ素子が直接搭載されたマイクロＬＥＤのような小型マルチカラーＬＥＤデバイスが構成されても良く、各ＬＥＤ素子に対する個別の電力入力が不要なため、基板側との接続点数が削減でき、実装上も好ましい。

図１６に示すように、本発明の制御回路５０１およびＲＧＢのＬＥＤ素子を備えた光源回路を有する発光装置５００を電力入力配線５６１、５６２のマトリクス上に配置することで、パルス電力入力での発光色の設定と混合色の発光による、カラーディスプレイとして用いられても良く、ＲＧＢを個別に制御する方式と比べて、必要な配線を大幅に削減することができる。

例えば、配線５６１ａと５６２ａのみ瞬間的に正負を逆にし、配線５６１ａと５６２ａと回路上接続する発光装置５００ａａの保持コンデンサを放電させ、配線５６２ｂと配線５６２ｃを非通電とした状態で配線５６１ａからパルス電力入力によって、発光装置５００ａａの発光色を設定することができる。この操作を各組の配線で行うことで、マトリクス上に配置された発光装置５００の発光色を設定し、全体でカラーディスプレイとして表示をさせることが可能となる。

各光源回路は非通電の場合にも短時間発光を維持できる様、発光素子と並列にコンデンサが備えられていても良い。コンデンサの放電が信号生成回路に影響を与えないよう、光源回路の配線上にはダイオードが直列に備えられていることが好ましい。また、スイッチング回路をオフとする場合は、光源回路のコンデンサも放電される回路構成であることで、残像の影響を除くことができる。

なお、実施の形態５として、信号生成回路は、パルス電力入力の波形を検知し、信号電位Ｖｓを与えるその他の回路であっても良く、例えば、図１７に示すように信号生成回路６０２内にマイコン６０６が使われていても良く、デューティー比に応じて発光色や明るさをより任意に変化させることが可能となる。

マイコン６０６は抵抗Ｒ９、Ｒ１０の分圧によって得られる電位Ｖｐの変動によって、パルス電力入力のデューティー比や周波数、オン時間の長さなどを検知し、発光装置が所望の発光特性となるよう、それぞれのスイッチング回路への信号電位Ｖｓ６１、Ｖｓ６２を与える。例えば、マイコン６０６のプログラムはパルス電力入力のデューティー比と周波数の組み合わせを受けて様々に信号電位Ｖｓ６１、Ｖｓ６２を与え、発光装置の発光色と明るさをより任意に制御することも可能である。さらには、電力入力の入切をマイコン６０６が検知することによって、デューティー比に対する発光色変化の関係が変わっても良い。なお、マイコンは、演算処理を行うプロセッサや、プロセッサを動作させるプログラムを格納するためのメモリなどが、別々の部品として搭載されて構成されていても良い。

好ましくは、パルス電力入力は定電圧の矩形波であって、マイコン６０６への電源にはレギュレータが不要となり、パルス電力入力の波形を電圧閾値のみによって容易に検知でき、光源回路には制限抵抗のみで電流制御が可能であって、オン時間で直ちに発光させることができる。

マイコン６０６への電源電位ＶｃにはコンデンサＣ６１が並列に接続されることが好ましく、パルス電力入力のオフ時間にも一定の駆動電圧が確保される。

本発明は上述した実施形態に限定されるものでは無く、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

実施例１では、実施の形態１と同様の構成の発光装置を用いて試験を行った。

制御回路１０２のＲ１は１５ＫΩ、Ｒ２は５．９ＫΩ、コンデンサＣ１は０．１μＦを用い、スイッチング素子は東芝製電界効果トランジスタ２ＳＫ４０１７を用いた。

パルス出力電源には１２Ｖ定電圧パルス変調出力電源を用い、パルス出力電源と直接接続する第１の光源回路の発光部には色温度２８００Ｋの発光色を示すＬＥＤパッケージを用い、スイッチング回路と接続する第２の光源回路の発光部には色温度４０００Ｋの発光色を示すＬＥＤパッケージを用いた。通電時に各光源回路に流れる電流は、それぞれの光源回路上の抵抗の値によって調節した。

パルス出力電源の出力周波数を１ＫＨｚと１０ＫＨｚでの、パルス出力電源のデューティー比ごとの各光源回路への電流値と、発光装置の発光色と相対光束を確認した。パルス出力電源による通電であるため、各光源回路の電流値は時間平均された値である。発光装置の発光色と相対光束は、第１の光源回路の発光部と第２の光源回路の発光部からの混合光によって測定した。

図１８にデューティー比に対して各光源回路に流れる電流の大きさの変化を示す。第１の光源回路に流れる電流はパルス電源出力のデューティー比に対して比例するが、第２の光源回路に流れる電流は図５、図７において第２の光源回路の通電時間比率をシミュレーションしたのと同様の変化を示す。

図１９は発光装置の発する相対光束に対する発光色の色温度の変化を示すグラフである。パルス出力電源からのパルス電力入力のデューティー比に応じた相対光束の変化に対して、発光色の色温度が変化することが分かる。また、パルス出力電源の出力周波数が１ＫＨｚ、１０ＫＨｚの違いによって、発光色変化は異なる様相を示すことが分かる。

実施例２では、実施の形態３と同様の構成の発光装置を用いて試験を行った。

制御回路１０２のＲ３１は１５ＫΩ、Ｒ３２は３．９ＫΩ、Ｒ３３は２ＫΩ、コンデンサは０．１μＦを用い、スイッチング素子Ｑ３２、Ｑ３３として東芝製電界効果型トランジスタ２ＳＫ４０１７を用い、スイッチング素子Ｑ３１は東芝製トランジスタ２ＳＣ１８１５を用いた。

実施例１と同様に、パルス出力電源には１２Ｖ定電圧パルス変調出力電源を用い、ＮＯＴ回路により制御されるスイッチング回路３０３と接続する第１の光源回路の発光部には色温度２８００Ｋの発光色を示すＬＥＤパッケージを用い、スイッチング回路３０４と接続する第２の光源回路の発光部には色温度４０００Ｋの発光色を示すＬＥＤパッケージを用いた。通電時に光源回路に流れる電流は、それぞれの光源回路上の抵抗の値によって調節した。

パルス出力電源の出力周波数を１ＫＨｚおよび１０ＫＨｚとし、パルス出力電源のデューティー比に対する各光源回路への電流値と発光色の色温度と相対光束の変化を確認した。パルス出力電源による通電であるため、各光源回路の電流値は時間平均された値を測定した。

図２０にデューティー比に対して各光源回路に流れる電流の大きさの変化を示す。第１および第２の光源回路に流れる電流値はデューティー比によってその比率が変化することが分かる。特にパルス出力電源の出力周波数が１０ＫＨｚであれば、デューティー比５０〜５５％の間で電流が流れる光源回路が急激に切り替わっていることが分かる。

そのため、図２１に示すようにデューティー比が大きくなるに従って、発光装置の発する発光色は、第１の光源回路の発光色２８００Ｋから第２の光源回路の発光色４０００Ｋに変化していき、特に電源のパルス出力周波数が１０ＫＨｚであれば、電流の切り替わりに応じて急激に色温度が変化している。

併せて図２２に示すようにデューティー比によって明るさも変化していくが、特にパルス出力電源の出力周波数が１０ＫＨｚであれば、デューティー比５０％までと５５％以降の別々の発光色となる領域で、デューティー比によってそれぞれ明るさを調整することができた。

実施例３では、実施の形態４と同様の構成の発光装置を用いて試験を行った。

制御回路４０１の抵抗Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ４３、Ｒ４ａ、Ｒ４ｂ、Ｒ４ｃはそれぞれ１０ＫΩ、２ＫΩ、１．８ＫΩ、９ＫΩ、２ＫΩ、８００Ωを用い、コンデンサＣ４１、Ｃ４２はいずれも０．１μＦを用い、スイッチング素子Ｑ４１、Ｑ４２、Ｑ４３、Ｑ４４、Ｑ４５、Ｑ４６は東芝製トランジスタ２ＳＣ１８１５を用いた。

パルス出力電源には１２Ｖ定電圧パルス変調出力電源を用い、第１の光源回路４１の発光部は赤色ＬＥＤパッケージ、第２の光源回路４２の発光部は緑色ＬＥＤパッケージ、第３の光源回路４３の発光部は青色ＬＥＤパッケージを用いた。通電時に各光源回路に流れる電流は、それぞれの光源回路上の抵抗の値によって調節した。

図２３にパルス出力電源の出力周波数が１０ＫＨｚにおけるデューティー比に対する各光源回路の電流の大きさの変化を示す。デューティー比０〜３５％では主に赤色ＬＥＤパッケージを有する第１の光源回路に通電し、デューティー比４５〜７０％までは主に緑色ＬＥＤパッケージを有する第２の光源回路に通電し、デューティー比８０〜１００％までは主に青色ＬＥＤパッケージを有する第３の光源回路に通電することが分かる。デューティー比によって赤色、緑色、青色の異なる色の発光を得られ、それぞれの発光色の領域においてデューティー比の調節によりそれぞれの光源回路への電流量も個別に制御できることが確認できた。

１０ パルス変調出力電源
２０ 電源制御装置
３０ 定出力電源
４０ パルス化制御装置
１１，２１，３１，４１，６１ 第１の光源回路
１２，２２，３２，４２，６２ 第２の光源回路
４３ 第３の光源回路
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 発光装置
１０１，１０１１，２０１，２０１１，３０１，４０１，５０１，６０１ 制御回路
１０２，１０２１，２０２，２０２１，３０２，４０２，４０３，６０２ 信号生成回路
１０３，２０３，２０３１，３０３，３０４，４０４，４０５，４０６，４０６１，６０３，６０４ スイッチング回路
１０４ パルス化回路
１０５ パルス電力波形検知回路
６０６ マイコン
１５１，１５２，２５１，２５２，２５１１，２５２１，３５１，３５２，４５１，４５２，６５１，６５２ 電力入力端子
１５３，１５４，１５５，１５６，２５３，２５４，２５５，２５６，２５３１，２５４１，２５５１，２５６１，３５３，３５４，３５５，３５６，４５３，４５４，４５５，４５６，４５７，４５８，６５３，６５４，６５５，６５６ 出力端子
５６１，５６２ パルス電力入力配線

Claims (4)

1. 発光部を有する複数の光源回路への電力供給源となるパルス電力源と電気的に接続する信号生成回路と、
   少なくとも一つの前記光源回路と電気的に接続するスイッチング回路を有し、
   前記信号生成回路はマイコンを備え、
   前記マイコンは前記パルス電力源の波形を検知すると共に、該検知された前記波形に応じて制御信号を生成し、
   前記スイッチング回路はスイッチング素子を備え、
   前記制御信号は前記スイッチング回路のオン信号またはオフ信号となることを特徴とする、発光装置の制御回路。
2. 前記光源回路と電気的に接続する前記スイッチング回路は複数であって、
   一つの前記スイッチング回路のみをオンとし、他の前記スイッチング回路をオフとする前記制御信号の組み合わせを与える前記パルス電力源の前記波形が、それぞれの前記スイッチング回路に対して存在することを特徴とする、請求項１に記載の発光装置の制御回路。
3. 前記光源回路と電気的に接続する前記スイッチング回路は複数であって、
   前記パルス電力源の前記波形から得られる複数のパラメータにより、前記制御信号が前記オン信号となる時間比率が、前記スイッチング回路ごとに制御されることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置の制御回路。
4. 前記発光部を有する複数の前記光源回路を有し、
   少なくとも一つの前記光源回路上の前記発光部からの発光色は、他の前記光源回路上の前記発光部からの前記発光色とは異なり、
   請求項１−３いずれか一項に記載の制御回路を備えることを特徴とする、発光装置。

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