JP2022146590A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で白熱球の色温度特性に近い色温度特性を実現可能な発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１は、第１発光素子列と、第１発光素子列に並列接続され、第２発光素子列と、第１電流を制限する電流制限回路と、を有し、電流制限回路は、第１発光素子列に接続される第１電流入力端子、及び第１電流入力端子に入力された第１電流を出力する第１電流出力端子を有する第１電流制限素子と、一端が電流出力端子に接続される第１抵抗素子と、一端が第１抵抗素子の他端に接続される第２抵抗素子と、一端が第２発光素子列及び第２抵抗素子の他端に接続される第３抵抗素子と、第１抵抗素子の一端に印加される電圧が所定の第１電圧以下になるように制御する第１定電圧回路と、第１抵抗素子の他端に印加される電圧が第１電圧よりも低い所定の第２電圧以下になるように制御する第２定電圧回路と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。

色温度が異なる２つの発光ダイオード（Light Emitting Diode、ＬＥＤ）列と、ＬＥＤ列の発光を制御する制御回路を有する発光装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載される発光装置では、制御回路は、オペアンプ及びトランジスタを有し、ＬＥＤの熱抵抗性が変化した場合でも、所定の色温度特性が維持されるように２つのＬＥＤ列に流れる電流を制御することができる。

特許第５７６３５５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載される発光装置では、単一のオペアンプ及びトランジスタによって色温度特性を制御するため、白熱球の色温度特性に近い色温度特性を実現することは容易ではない。

本発明は、このような課題を解決するものであり、簡易な構成で白熱球の色温度特性に近い色温度特性を実現可能な発光装置を提供することを目的とする。

本発明に係る発光装置は、第１しきい値電圧が印加されて第１電流が流れることに応じて発光する複数の発光素子を有する第１発光素子列と、第１発光素子列に並列接続され、第１しきい値電圧よりも高い第２しきい値電圧が印加されて第２電流が流れることに応じて発光する複数の発光素子を有する第２発光素子列と、第１電流を制限する電流制限回路と、を有し、電流制限回路は、第１発光素子列に接続される第１電流入力端子、及び第１電流入力端子に入力された第１電流を出力する第１電流出力端子を有する第１電流制限素子と、一端が電流出力端子に接続される第１抵抗素子と、一端が第１抵抗素子の他端に接続される第２抵抗素子と、一端が第２発光素子列及び第２抵抗素子の他端に接続される第３抵抗素子と、第１抵抗素子の一端に印加される電圧が所定の第１電圧以下になるように制御する第１定電圧回路と、第１抵抗素子の他端に印加される電圧が第１電圧よりも低い所定の第２電圧以下になるように制御する第２定電圧回路と、を有する。

さらに、本発明に係る発光装置では、第１抵抗素子は、第２発光素子列に第２電流が流れず且つ第１抵抗素子の一端の電圧が第１電圧であるときに、第１抵抗素子の他端の電圧が第２電圧未満となる抵抗値を有することが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置では、第１電流制限素子は、第２発光素子列に第２電流が流れ且つ第１抵抗素子の他端の電圧が第２電圧未満であるときに、第２電流が増加することに応じて、第１抵抗素子、第２抵抗素子及び第３抵抗素子の合成抵抗値に対する第３抵抗素子の抵抗値の比率に比例して第１電流を減少させることが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置では、第１電流制限素子は、第２発光素子列に第２電流が流れ且つ第１抵抗素子の他端の電圧が第２電圧であるときに、第２電流が増加することに応じて、第２抵抗素子及び第３抵抗素子の合成抵抗値に対する第３抵抗素子の抵抗値の比率に比例して第２電流を減少させることが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置は、第１定電圧回路に過電圧が印加されることを防止する第１過電圧防止素子を更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置では、第１定電圧回路は、第２抵抗素子の一端に印加される電圧及び第１電圧が入力される第１オペアンプ、及び第１オペアンプの出力に応じて電流を流す第１スイッチング素子を有し、第１過電圧防止素子は、第１スイッチング素子に並列接続されることが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置は、第２定電圧回路に過電圧が印加されることを防止する第２過電圧防止素子を更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置では、第２定電圧回路は、第２抵抗素子の他端に印加される電圧及び第２電圧が入力される第２オペアンプ、及び第２オペアンプの出力に応じて電流を流す第２スイッチング素子を有し、第２過電圧防止素子は、第２スイッチング素子に並列接続されることが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置では、第２過電圧防止素子は、第３抵抗素子に並列接続されることが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置は、第１発光素子列及び第２発光素子列に並列接続され、第２しきい値電圧よりも高い第３しきい値電圧が印加されたときに第３電流が流れることに応じて発光する複数の発光素子を有する第３発光素子列を更に有し、電流制限回路は、第２発光素子列に接続される第２電流入力端子、及び第２電流入力端子に入力された第２電流を出力する第２電流出力端子を有する第２電流制限素子と、一端が第２電流出力端子に接続され、他端が前記第１抵抗素子の他端に接続される第４抵抗素子と、第４抵抗素子の一端に印加される電圧が所定の第３電圧になるように制御する第３定電圧回路とを更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置では、第１発光素子列は、色温度が第１色温度である光を出射し、第２発光素子列は、色温度が第１色温度と異なる第２色温度である光を出射し、第３発光素子列は、色温度が第１及び第２色温度と異なる第３色温度である光を出射し、第１色温度は、第２色温度と第３色温度との間の色温度であることが好ましい。

さらに、本発明に係る発光装置では、第２発光素子列及び第３発光素子列が有する発光素子が出射する光の色度は、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間の色度図において、黒体軌跡上に位置し、第１発光素子列が有する発光素子が出射する光の色度は、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間の色度図において、黒体軌跡の上方に位置することが好ましい。

また、本発明に係る発光装置は、第１しきい値電圧が印加されて第１電流が流れることに応じて、色温度が第１色温度である光を出射する複数の発光素子を有する第１発光素子列と、第１発光素子列に並列接続され、第１しきい値電圧よりも高い第２しきい値電圧が印加されて第２電流が流れることに応じて、色温度が第１色温度と異なる第２色温度である光を出射する複数の発光素子を有する第２発光素子列と、第１発光素子列及び第２発光素子列に並列接続され、第２しきい値電圧よりも高い第３しきい値電圧が印加されて第３電流が流れることに応じて、色温度が第１及び第２色温度と異なる第３色温度である光を出射する発光する複数の発光素子を有する第３発光素子列と、供給される入力電流の電流量に応じて、第１電流及び第２電流を制限する電流制限回路と、を有し、第１色温度は、第２色温度と第３色温度との間の色温度であり、電流制限回路は、所定の電流量が供給される間、第１発光素子列、第２発光素子列及び第３発光素子列の全てが光を出射するように、第１電流及び第３電流を制限する。

さらに、本発明に係る発光装置では、電流制限回路は、入力電流の電流量が第１電流量であるとき、第３発光素子列が有する発光素子のみが光を出射し、入力電流の電流量が第１電流量よりも大きい第２電流量であるとき、第１発光素子列及び第３発光素子列が有する発光素子が光を出射し、入力電流の電流量が第２電流量よりも大きい第３電流量であるとき、第１発光素子列、第２発光素子列及び第３発光素子列が有する発光素子が光を出射し、入力電流の電流量が第３電流量よりも大きい第４電流量であるとき、第１発光素子列及び第２発光素子列が有する発光素子が光を出射し、入力電流の電流量が第４電流量よりも大きい第５電流量であるとき、第２発光素子列が有する発光素子のみが光を出射するように第１電流及び第３電流を制限することが好ましい。

本発明に係る発光装置は、簡易な構成で白熱球の色温度特性に近い色温度特性を実現することができる。

第１実施形態に係る発光装置の回路図である。 （ａ）は図１に示す第１定電圧回路の回路ブロック図であり、（ｂ）は図１に示す第２定電圧回路の回路ブロック図である。 （ａ）は図１に示す発光装置に入力電流が供給されるときの第１発光素子列に流れる第１電流及び第２発光素子列に流れる第２電流の変化を示す図であり、（ｂ）は図１に示す発光装置に入力電流が供給されるときの発光装置から出射される光の色温度の変化を示す図である。 第２実施形態に係る発光装置の回路図である。 図４に示す発光装置の外形図である。 第３実施形態に係る発光装置の回路図である。 第４実施形態に係る発光装置の回路図である。 （ａ）は図７に示す発光装置に入力電流が供給されるときの第１発光素子列に流れる第１電流、第２発光素子列に流れる第２電流及び第３発光素子列に流れる第３電流の変化を示す図であり、（ｂ）は発光装置から出射される光の色温度の変化を示すＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間の色度図である。

以下、本発明に係る発光装置について図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

（第１実施形態に係る発光装置の構成及び機能）
図１は、第１実施形態に係る発光装置の回路図である。

発光装置１は、第１発光素子列１１と、第２発光素子列１２と、電流制限回路１４とを有し、電流源１００から入力電流が供給され始めたときに、入力電流の増加に応じて白熱球の色温度変化に近い色温度特性を有するように色温度を変化させる。

第１発光素子列１１は、直列接続された複数の発光素子を含む。第１発光素子列１１に含まれる発光素子の数は、一例では５個である。第１発光素子列１１に含まれる初段の発光素子のアノードは、電流源１００の出力端子に接続される。

第１発光素子列１１が有する複数の発光素子は、青色ＬＥＤダイと、青色ＬＥＤダイから出射される青色光を吸収し黄色の光を出射する蛍光体を含有し且つ青色ＬＥＤダイを封止する封止材とを含むＳＭＤ型の発光素子である。ＬＥＤダイから出射される青色の光の主波長は、４４５ｎｍと４９５ｎｍとの間の範囲内であり、一例では４５０ｎｍである。第１発光素子列１１は、青色ＬＥＤダイの順方向電圧の５倍の電圧である第１しきい値電圧Ｖ_TH1が印加されて第１電流Ｉ₁が流れることに応じて発光する。

青色ＬＥＤダイを封止する封止材に含有される蛍光体は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Yttrium Aluminum Garnet、ＹＡＧ）である。封止材に含有される蛍光体から放射される黄色の光の主波長は、５２５ｎｍと５７５ｎｍとの間の範囲内であり、一例では５５０ｎｍである。第１発光素子列１１に含まれる複数の発光素子のそれぞれから出射される光の色温度は、第１色温度とも称され、一例では２０００Ｋである。

第２発光素子列１２は、第１発光素子列１１に含まれる発光素子の数よりも多くの直列接続された発光素子を含む。第２発光素子列１２に含まれる発光素子の数は、一例では６個である。第２発光素子列１２に含まれる初段の発光素子のアノードは、電流源１００の出力端子に接続され、第１発光素子列１１に並列接続される。

第２発光素子列１２が有する複数の発光素子は、第１発光素子列１１と同様に、青色ＬＥＤダイと、青色ＬＥＤダイから出射される青色光を吸収し黄色の光を出射する蛍光体を含有し且つ青色ＬＥＤダイを封止する封止材とを含むＳＭＤ型の発光素子である。ＬＥＤダイから出射される青色の光の主波長は、第１発光素子列１１と同様に、４４５ｎｍと４９５ｎｍとの間の範囲内であり、一例では４５０ｎｍである。第１発光素子列１１は、青色ＬＥＤダイの順方向電圧の６倍の電圧であり、第１しきい値電圧Ｖ_TH1よりも高い第２しきい値電圧Ｖ_TH2が印加されて第２電流Ｉ₂が流れることに応じて発光する。

青色ＬＥＤダイを封止する封止材に含有される蛍光体は、例えばＹＡＧである。封止材に含有される蛍光体から放射される黄色の光の主波長は、第１発光素子列１１と同様に、５２５ｎｍと５７５ｎｍとの間の範囲内であり、一例では５５０ｎｍである。第２発光素子列１２に含まれる複数の発光素子のそれぞれから出射される光の色温度は、第２色温度とも称され、一例では２７００Ｋである。

電流制限回路１４は、第１電流制限素子２０と、第１抵抗素子２１と、第２抵抗素子２２と、第３抵抗素子２３と、第１降圧抵抗素子２４と、第１定電圧回路２５と、第２定電圧回路２６とを有し、第１発光素子列１１に流れる第１電流Ｉ₁を制限する。

第１電流制限素子２０は、ｎ型の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor、ＭＯＳＦＥＴ）であり、ゲート‐ソース間電圧が減少することに応じてドレイン‐ソース間に流れる第１電流Ｉ₁を制限する。第１電流制限素子２０のゲートには、電流源１００の出力端子の電圧が第１降圧抵抗素子２４によって降圧されて印加される。第１電流制限素子２０のソースは第１抵抗素子２１の一端にされ、第１電流制限素子２０のドレインは第１発光素子列１１に含まれる最終段の発光素子のカソードが接続される。第１電流制限素子２０のソースは第１電流出力端子の一例であり、第１電流制限素子２０のドレインは第１電流入力端子の一例である。

第１抵抗素子２１は、一端が第１電流制限素子２０のソースに接続されることで、第１発光素子列１１に直列接続されると共に、第２発光素子列１２に並列接続される。第１抵抗素子２１の他端は、第２抵抗素子２２に接続される。

第２抵抗素子２２は、一端が第１抵抗素子２１の他端に接続されることで、第１抵抗素子２１と同様に、第１発光素子列１１に直列接続されると共に、第２発光素子列１２に並列接続される。第２抵抗素子２２の他端は、第３抵抗素子２３に接続される。

第３抵抗素子２３は、一端が第２発光素子列１２に含まれる最終段の発光素子のカソード及び第２抵抗素子２２の他端に接続されることで、第１発光素子列１１及び第２発光素子列１２に直列接続される。第３抵抗素子２３の他端は、接地される。

第１降圧抵抗素子２４は、一端が電流源１００の出力端子に接続され、他端が第１電流制限素子２０のゲート、並びに第１定電圧回路２５及び第２定電圧回路２６に接続される。

第１定電圧回路２５及び第２定電圧回路２６のそれぞれは、シャントレギュレータである。第１定電圧回路２５は、第１電流制限素子２０のソース及び第１抵抗素子２１の一端に印加される電圧が所定の第１電圧Ｖ₁以下になるように制御する。第２定電圧回路２６は、第１抵抗素子２１の他端及び第２抵抗素子２２の一端に印加される電圧が第１電圧Ｖ₁よりも低い所定の第２電圧Ｖ₂以下になるように制御する。

なお、第１抵抗素子２１は、第２発光素子列１２に第２電流が流れず且つ第１抵抗素子２１の一端の電圧が第１電圧Ｖ₁であるときに、第１抵抗素子２１の他端の電圧が第２電圧Ｖ₂未満となる抵抗値を有する。第２発光素子列１２に第２電流が流れず且つ第１抵抗素子２１の一端の電圧が第１電圧Ｖ₁であるときに、第１抵抗素子２１の他端の電圧が第２電圧未満Ｖ₂であるので、第１定電圧回路２５及び第２定電圧回路２６が順次動作する。

発光装置１への入力電流の供給が開始され、第１抵抗素子２１の一端の電圧が第１電圧Ｖ₁まで上昇すると、第１定電圧回路２５は、第１抵抗素子２１の一端の電圧が第１電圧Ｖ₁になるように定電圧制御する。次いで、第１抵抗素子２１の他端の電圧が第２電圧Ｖ₂まで上昇すると、第２定電圧回路２６は、第１抵抗素子２１の他端の電圧が第２電圧Ｖ₂になるように定電圧制御する。

図２（ａ）は第１定電圧回路２５の回路ブロック図であり、図２（ｂ）は第２定電圧回路２６の回路ブロック図である。

第１定電圧回路２５は、第１オペアンプ３０と、ｎｐｎバイポーラトランジスタである第１スイッチング素子３１と、第１基準電圧源３２と、第１入力端子３３と、第１出力端子３４と、第１定圧端子３５とを有するシャントレギュレータである。

第１オペアンプ３０は、一方の入力端子が第１定圧端子３５に接続され、他方の入力端子が第１基準電圧源３２に接続され、出力端子が第１スイッチング素子３１のベースに接続される。第１オペアンプ３０は、第１定圧端子３５に印加される電圧が第１基準電圧源３２が供給する電圧より大きくなったときに、第１スイッチング素子３１のベースに電流を供給する。

第１スイッチング素子３１は、ベースが第１オペアンプ３０の出力端子に接続され、エミッタが第１出力端子３４に接続され、コレクタが第１入力端子３３に接続される。第１スイッチング素子３１は、第１オペアンプ３０の出力端子から電流が供給されることに応じて、コレクタ‐エミッタ間に電流を流す。第１基準電圧源３２は、一例では２．４９５Ｖである第１電圧Ｖ₁を供給する電圧源であり、第１オペアンプ３０の他方の入力端子に定電圧を印加する。

第１入力端子３３は第１降圧抵抗素子２４の他端に接続され、第１出力端子３４は接地され、第１定圧端子３５は第１電流制限素子２０のソース及び第１抵抗素子２１の一端に接続される。

第１定電圧回路２５は、第１定圧端子３５を介して印加される第１電流制限素子２０のソース及び第１抵抗素子２１の一端の電圧が、第１基準電圧源３２から供給される第１電圧Ｖ₁よりも大きいとき、第１入力端子３３と第１出力端子３４との間に電流を流す。第１入力端子３３と第１出力端子３４との間に電流が流れることにより、第１電流制限素子２０のソース及び第１抵抗素子２１の一端の電圧は、第１電圧Ｖ₁に維持される。

第２定電圧回路２６は、第２オペアンプ４０と、第２スイッチング素子４１と、第２基準電圧源４２と、第２入力端子４３と、第２出力端子４４と、第２定圧端子４５とを有するシャントレギュレータである。第２オペアンプ４０及び第２スイッチング素子４１は、第１オペアンプ３０及び第１スイッチング素子３１と同様の構成及び機能を有するので、ここでは詳細な説明は省略する。

第２基準電圧源４２は、一例では１．２４Ｖである第２電圧Ｖ₂を供給する電圧源であり、第２オペアンプ４０の他方の入力端子に定電圧を印加する。第２入力端子４３は第１降圧抵抗素子２４の他端に接続され、第２出力端子４４は接地され、第２定圧端子４５は第１抵抗素子２１の他端に接続される。

第２定電圧回路２６は、第２定圧端子４５を介して印加される第１抵抗素子２１の他端の電圧が、第２基準電圧源４２から供給される第２電圧Ｖ₂よりも大きいとき、第２入力端子４３と第２出力端子４４との間に電流を流す。第２入力端子４３と第２出力端子４４との間に電流が流れることにより、第１抵抗素子２１の他端の電圧は、第２電圧Ｖ₂に維持される。

図３（ａ）は、発光装置１に入力電流Ｉ_INが供給されるときの第１発光素子列１１に流れる第１電流Ｉ₁及び第２発光素子列１２に流れる第２電流Ｉ₂の変化を示す図である。図３（ｂ）は、発光装置１に入力電流Ｉ_INが供給されるときの発光装置１から出射される光の色温度の変化を示す図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）では、横軸は入力電流を示し、図３（ａ）では縦軸は第１電流Ｉ₁及び第２電流Ｉ₂の電流量を示し、図３（ｂ）では発光装置１から出射される光の色温度を示す。図３（ａ）において、符号Ｌ１１は第１電流Ｉ₁を示し、符号Ｌ１２は第２電流Ｉ₂を示す。図３（ｂ）において、符号Ｌ１３は白熱球の色温度を示し、符号Ｌ１４は発光装置１から出射される光の色温度を示す。

まず、第１発光素子列１１が発光する第１しきい値電圧Ｖ_TH1以上であり且つ第２発光素子列１２が発光する第２しきい値電圧Ｖ_TH2未満の電圧が電流源１００の出力端子に印加されると共に、電流源１００から発光装置１への入力電流Ｉ_INの供給が開始される。電流源１００から発光装置１に供給される入力電流Ｉ_INの全ては、第１発光素子列１１に第１電流Ｉ₁として供給される。第１発光素子列１１に含まれる発光素子は、第１発光素子列１１に第１電流Ｉ₁が供給されることに応じて２０００Ｋの色温度を有する光を出射する。

第１電流Ｉ₁は、発光装置１に供給される入力電流Ｉ_INが増加することに応じて増加する。第１抵抗素子２１、第２抵抗素子２２及び第３抵抗素子２３を流れる第１電流Ｉ₁が増加すると、第１抵抗素子２１の一端の電圧が上昇する。第１抵抗素子２１の一端の電圧が第１電圧Ｖ₁まで上昇したときに発光装置１に供給される入力電流Ｉ_INは、Ｉ_IN1である。

第１抵抗素子２１の一端の電圧が第１電圧Ｖ₁まで上昇すると、第１定電圧回路２５は、第１抵抗素子２１の一端に印加される電圧が第１電圧Ｖ₁になるように制御する。第１定電圧回路２５が第１抵抗素子２１の一端に印加される電圧が第１電圧Ｖ₁になるように制御するため、入力電流Ｉ_INは、Ｉ_IN1に維持される。一方、電流源１００の出力端子に印加される電圧は、徐々に上昇する。

電流源１００の出力端子に印加される電圧が第２しきい値電圧Ｖ_TH2まで上昇すると、入力電流Ｉ_INの一部は、第２発光素子列１２に第２電流Ｉ₂として供給される。第２発光素子列１２に含まれる発光素子は、第２発光素子列１２に第２電流Ｉ₂が供給されることに応じて２７００Ｋの色温度を有する光を出射する。

さらに、入力電流Ｉ_INの電流が大きくなると、第２電流Ｉ₂が増加する一方、第１電流Ｉ₁が減少する。第２発光素子列１２に第２電流が流れ且つ第１抵抗素子２１の他端の電圧が第２電圧Ｖ₂未満であるとき、減少する第１電流Ｉ₁は、以下の式（１）で示される。
Ｉ₁＝（Ｖ₁－Ｉ₂Ｒ₃）／（Ｒ₁＋Ｒ₂＋Ｒ₃） （１）
ここで、Ｒ₁は第１抵抗素子２１の抵抗値であり、Ｒ₂は第２抵抗素子２２の抵抗値であり、Ｒ₃は第３抵抗素子２３の抵抗値である。第１電流制限素子２０は、第２電流が増加することに応じて、第１抵抗素子２１～第３抵抗素子２３の合成抵抗値に対する第３抵抗素子２３の抵抗値の比率に比例して第１電流Ｉ₁を減少させる。

さらに、入力電流Ｉ_INの電流が大きくなると、第１抵抗素子２１の他端の電圧は、第２電圧Ｖ₂まで上昇する。第１抵抗素子２１の他端の電圧が第２電圧Ｖ₂まで上昇したときに発光装置１に供給される入力電流Ｉ_INは、Ｉ_IN2である。

第１抵抗素子２１の他端の電圧が第２電圧Ｖ₂まで上昇すると、第２定電圧回路２６は、第１抵抗素子２１の他端に印加される電圧が第２電圧Ｖ₂になるように制御する。第２定電圧回路２６が第１抵抗素子２１の他端に印加される電圧が第２電圧Ｖ₂になるように制御することにより、入力電流Ｉ_INは、第２電流Ｉ₂が更に増加する一方、第１電流Ｉ₁が更に減少する。第２発光素子列１２に第２電流が流れ且つ第１抵抗素子の他端の電圧が第２電圧Ｖ₂であるとき、減少する第１電流Ｉ₁は、以下の式（２）で示される。
Ｉ₁＝（Ｖ₂－Ｉ₂Ｒ₃）／（Ｒ₂＋Ｒ₃） （２）
第１電流制限素子は、第２電流が増加することに応じて、第２抵抗素子２２及び第３抵抗素子２３の合成抵抗値に対する第３抵抗素子２３の抵抗値の比率に比例して第１電流Ｉ₁を減少させる。

そして、入力電流Ｉ_INがＩ_IN3まで増加すると、第１電流Ｉ₁がゼロになり、第１発光素子列１１に含まれる発光素子は、発光を停止し、発光装置１は、第１発光素子列１１に含まれる発光素子から出射される２７００Ｋの色温度を有する光を出射する。入力電流Ｉ_IN3は、第２電圧Ｖ₂及び第３抵抗素子２３の抵抗値Ｒ₃からＶ₂／Ｒ₃で示される。

発光装置１は、単一の電流制限素子、２つの定電圧回路及び抵抗素子という簡単な構成により、図３（ｂ）に示すように白熱球の色温度特性に近い色温度特性を実現することができる。

また、発光装置１は、第１電流制限素子２０のドレインの電圧が第１定電圧回路２５によって定電圧である第１電圧Ｖ₁以下になるように制御されるので、ＭＯＳＦＥＴである第１電流制限素子２０の製造ばらつき及び温度ばらつきによる影響を受けない。発光装置１は、第１電流制限素子２０の製造ばらつき及び温度ばらつきによる影響を受けずに、白熱球の色温度特性に近い色温度特性を実現することができる。

また、発光装置１から出射される光の色温度は、図３（ｂ）に示すように、入力電流の増加に応じて、傾きが連続的に減少する曲線となり、白熱球の色温度特性に近い色温度特性となる。

図４は、第２実施形態に係る発光装置の回路図である。

発光装置２は、第１発光素子列５１と、第２発光素子列５２と、電流制限回路５４とを有し、発光装置１と同様に、入力電流が供給され始めたときに、入力電流の増加に応じて白熱球の色温度変化に近い色温度特性を有するように色温度を変化させる。

第１発光素子列５１は、直列接続された１０個の発光素子５６を有する。発光素子５６のそれぞれは、第１発光素子列１１に含まれる発光素子と同様に、青色ＬＥＤダイと、青色ＬＥＤダイから出射される青色光を吸収し黄色の光を出射する蛍光体を含有し、２０００Ｋの色温度を有する光を出射するＳＭＤ型の発光素子である。

第２発光素子列５２は、直列接続された１２個の発光素子５７を有する。発光素子５７のそれぞれは、第２発光素子列１２に含まれる発光素子と同様に、青色ＬＥＤダイと、青色ＬＥＤダイから出射される青色光を吸収し黄色の光を出射する蛍光体を含有し、２７００Ｋの色温度を有する光を出射するＳＭＤ型の発光素子である。

電流制限回路５４は、第１過電圧防止素子２７、第２過電圧防止素子２８及びコンデンサ２９を有することが電流制限回路１４と相違する。第１過電圧防止素子２７、第２過電圧防止素子２８及びコンデンサ２９以外の電流制限回路５４の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された電流制限回路１４の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

第１過電圧防止素子２７及び第２過電圧防止素子２８は、ツェナーダイオードであり、降伏電圧以上の電圧がアノード‐カソード間に印加されたときに、アノード‐カソード間に電流を流す。第１過電圧防止素子２７及び第２過電圧防止素子２８のアノードは接地される。

第１過電圧防止素子２７のカソードは第１電流制限素子２０のゲート、第１降圧抵抗素子２４の他端及び第１定電圧回路２５の第１入力端子３３に接続され、第１過電圧防止素子２７のアノードは接地される。第１過電圧防止素子２７は、第１電流制限素子２０のゲート‐ソース間、及び第１定電圧回路２５の第１スイッチング素子３１のエミッタ‐コレクタ間に並列接続される。第１過電圧防止素子２７は、第１電流制限素子２０及び第１定電圧回路２５の第１スイッチング素子３１に過電圧が印加されることを防止する。

第２過電圧防止素子２８のカソードは第１電流制限素子２０のソース、第１抵抗素子２１の他端及び第１定電圧回路２５の第１定圧端子３５に接続され、第２過電圧防止素子２８のアノードは接地される。第２過電圧防止素子２８は、第２定電圧回路２６の第２スイッチング素子４１のエミッタ‐コレクタ間に並列接続される。第２過電圧防止素子２８は、第２定電圧回路２６の第２スイッチング素子４１に過電圧が印加されることを防止する。

コンデンサ２９は、第１過電圧防止素子２７に並列接続され、第１定電圧回路２５及び第２定電圧回路２６を、第１入力端子３３と第１出力端子３４との間及び第２入力端子４３と第２出力端子４４との間に所望の電流が供給可能な安定動作領域で動作させる。

図５は、発光装置２の外形図である。

発光装置２の構成素子は、略円形の平面形状を有する単一の回路基板５８に実装される。第１発光素子列５１及び第２発光素子列５２が有する複数の発光素子５６及び５７は、回路基板５８の中央部の矩形の領域に交互に配置される。電流制限回路５４の構成素子は、回路基板５８の外縁に沿って配置される。

図６は、第３実施形態に係る発光装置の回路図である。

発光装置３は、電流制限回路５５を電流制限回路５４の代わりに有することが発光装置２と相違する。電流制限回路５５は、第１過電圧防止素子２７を有さないこと、及び第２過電圧防止素子２８の接続位置が電流制限回路５４と相違する。第１過電圧防止素子２７を有さないこと、及び第２過電圧防止素子２８の接続位置以外の発光装置３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された発光装置２の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

第２過電圧防止素子２８のアノードは接地され、第２過電圧防止素子２８のカソードは、第２発光素子列５２の最終段の発光素子５７のカソード、第２抵抗素子２２の他端及び第３抵抗素子２３の一端に接続される。第２過電圧防止素子２８は、第３抵抗素子２３に並列接続される。

発光装置３では、第２過電圧防止素子２８が第３抵抗素子２３に並列接続されることで、第３抵抗素子２３に印加される電圧を第２過電圧防止素子２８の降伏電圧以下とする。発光装置３では、第３抵抗素子２３に印加される電圧が第２過電圧防止素子２８の降伏電圧以下になるので、第３抵抗素子２３に並列接続される第２定電圧回路２６の第２スイッチング素子４１に過電圧が印加されることを防止し、電流値がＩ_IN3以上の領域で第３抵抗素子２３での電圧降下を過電圧防止素子２８の降伏電圧で制限することにより、第３抵抗素子２３による電力消費を抑え、回路効率を向上させることができる。

図７は、第４実施形態に係る発光装置の回路図である。

発光装置４は、第３発光素子列１３を有することが発光装置１と相違する。また、発光装置４は、電流制限回路１５を電流制限回路１４の代わりに有することが発光装置１と相違する。第３発光素子列１３及び電流制限回路１５以外の発光装置４の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された発光装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。なお、発光装置４では、第１発光素子列１１に含まれる発光素子は２７００Ｋの色温度を有する光を出射し、第２発光素子列１２に含まれる発光素子は３５００Ｋの色温度を有する光を出射する。

第３発光素子列１３は、第２発光素子列１２に含まれる発光素子の数よりも少ない数の直列接続された発光素子を含む。例えば、第１発光素子列１１及び第２発光素子列１２のそれぞれが５個及び６個の発光素子を有するとき、第３発光素子列１３に含まれる発光素子の数は、４個である。第３発光素子列１３に含まれる初段の発光素子のアノードは、電流源１００の出力端子に接続され、第１発光素子列１１及び第２発光素子列１２に並列接続される。

第３発光素子列１３が有する複数の発光素子は、第１発光素子列１１と同様に、青色ＬＥＤダイと、青色ＬＥＤダイから出射される青色光を吸収し黄色の光を出射する蛍光体を含有し且つ青色ＬＥＤダイを封止する封止材とを含むＳＭＤ型の発光素子である。ＬＥＤダイから出射される青色の光の主波長は、第１発光素子列１１と同様に、４４５ｎｍと４９５ｎｍとの間の範囲内であり、一例では４５０ｎｍである。第３発光素子列１３は、青色ＬＥＤダイの順方向電圧の４倍の電圧であり、第１しきい値電圧Ｖ_TH1及び第２しきい値電圧Ｖ_TH2よりも低い第３しきい値電圧Ｖ_TH3が印加されて第３電流Ｉ₃が流れることに応じて発光する。第３発光素子列１３に含まれる発光素子は、第３発光素子列１３に第３電流Ｉ₃が供給されることに応じて２０００Ｋの色温度を有する光を出射する。

電流制限回路１５は、第２電流制限素子６０と、第４抵抗素子６１と、第２降圧抵抗素子６２と、第３定電圧回路６３とを更に有することが電流制限回路１４と相違する。第２電流制限素子６０～第３定電圧回路６３以外の電流制限回路１５の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された電流制限回路１４の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

第２電流制限素子６０は、第１電流制限素子２０と同様に、ｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、ゲート‐ソース間電圧が減少することに応じてドレイン‐ソース間に流れる第３電流Ｉ₃を制限する。第２電流制限素子６０のゲートには、電流源１００の出力端子の電圧が第２降圧抵抗素子６２によって降圧されて印加される。第２電流制限素子６０のソースは第４抵抗素子６１の一端にされ、第２電流制限素子６０のドレインは第２発光素子列１２に含まれる最終段の発光素子のカソードが接続される。第２電流制限素子６０のソースは第２電流出力端子の一例であり、第２電流制限素子６０のドレインは第２電流入力端子の一例である。

第４抵抗素子６１は、一端が第２電流制限素子６０のソースに接続されることで、第３発光素子列１３に直列接続されると共に、第１発光素子列１１及び第２発光素子列１２に並列接続される。第４抵抗素子６１の他端は、第１抵抗素子２１の他端及び第２抵抗素子２２の一端に接続される。

第２降圧抵抗素子６２は、一端が電流源１００の出力端子に接続され、他端が第２電流制限素子６０のゲート、並びに第３定電圧回路６３に接続される。

第３定電圧回路６３は、第１定電圧回路２５及び第２定電圧回路２６と同様に、シャントレギュレータである。第３定電圧回路６３は、第２電流制限素子６０のソース及び第４抵抗素子６１の一端に印加される電圧が所定の第３電圧以下になるように制御する。第３電圧は、一例では第２電圧Ｖ₂と同一であるが、第３電圧は、第２電圧Ｖ₂と相違してもよい。

図８（ａ）は発光装置４に入力電流Ｉ_INが供給されるときの第１発光素子列１１に流れる第１電流Ｉ₁、第２発光素子列１２に流れる第２電流Ｉ₂及び第３発光素子列１３に流れる第３電流Ｉ₃の変化を示す図である。図８（ｂ）は発光装置４から出射される光の色温度の変化を示すＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間の色度図である。図８（ａ）において、横軸は入力電流を示し、縦軸は第１電流Ｉ₁、第２電流Ｉ₂及び第３電流Ｉ₃の電流量を示す。図８（ａ）において、符号Ｌ２１は第１電流Ｉ₁を示し、符号Ｌ２２は第２電流Ｉ₂を示し、符号Ｌ２３は第３電流Ｉ₃を示す。図８（ｂ）において、符号Ｌ３０は、黒体軌跡を示す。また、Ｐ３１は第１発光素子列１１から出射される光の色度を示し、Ｐ３２は第２発光素子列１２から出射される光の色度を示し、Ｐ３３は第３発光素子列１３から出射される光の色度を示す。また、符号Ｌ３４は、発光装置４から出射される光の色度を示す。

まず、第３発光素子列１３が発光する第３しきい値電圧Ｖ_TH3以上の電圧が電流源１００の出力端子に印加されると共に、電流源１００から発光装置４への入力電流Ｉ_INの供給が開始される。電流源１００から発光装置４に供給される入力電流Ｉ_INの全ては、第３発光素子列１３に第３電流Ｉ₃として供給される。第３発光素子列１３に含まれる発光素子は、第３発光素子列１３に第３電流Ｉ₃が供給されることに応じて２０００Ｋの色温度を有する光を出射する。

第３電流Ｉ₃は、発光装置４に供給される入力電流Ｉ_INが増加することに応じて増加する。第２抵抗素子２２、第３抵抗素子２３及び第４抵抗素子６１を流れる第３電流Ｉ₃が増加すると、第４抵抗素子６１の一端の電圧が上昇する。第４抵抗素子６１の一端の電圧が第３電圧Ｖ₃まで上昇したときに発光装置４に供給される入力電流Ｉ_INは、Ｉ_IN1である。電流制限回路１５は、入力電流の電流量Ｉ_INがＩ_IN1未満の第１電流量であるとき、第３発光素子列１３のみが光を出射するように、第３電流Ｉ₃を制限する。

電流源１００の出力端子に印加される電圧が第１しきい値電圧Ｖ_TH1まで上昇すると、入力電流Ｉ_INの一部は、第１発光素子列１１に第１電流Ｉ₁として供給される。第１発光素子列１１に含まれる発光素子は、第１発光素子列１１に第１電流Ｉ₁が供給されることに応じて２７００Ｋの色温度を有する光を出射する。電流制限回路１５は、入力電流の電流量Ｉ_INがＩ_IN1以上Ｉ_IN2未満の第２電流量であるとき、第１発光素子列１１及び第３発光素子列１３が光を出射するように、第１電流Ｉ₁及び第３電流Ｉ₃を制限する。

電流源１００の出力端子に印加される電圧が第２しきい値電圧Ｖ_TH2まで上昇すると、入力電流Ｉ_INの一部は、第２発光素子列１２に第２電流Ｉ₂として供給される。第２発光素子列１２に含まれる発光素子は、第２発光素子列１２に第２電流Ｉ₂が供給されることに応じて３５００Ｋの色温度を有する光を出射する。電流制限回路１５は、入力電流の電流量Ｉ_INがＩ_IN2以上Ｉ_IN4未満の第３電流量であるとき、第１発光素子列１１、第２発光素子列１２及び第３発光素子列１３が光を出射するように、第１電流Ｉ₁及び第３電流Ｉ₃を制限する。

発光装置４は、第１発光素子列５１、第１発光素子列１１、第２発光素子列１２及び第３発光素子列１３のそれぞれから出射される２０００Ｋ、２７００Ｋ及び３５００Ｋの色温度を有する光を混色させた光を出射する。

第１抵抗素子２１の一端の電圧が第１電圧Ｖ₁まで上昇すると、第１定電圧回路２５は、第１抵抗素子２１の一端に印加される電圧が第１電圧Ｖ₁になるように制御する。第１定電圧回路２５が第１抵抗素子２１の一端に印加される電圧が第１電圧Ｖ₁になるように制御することにより、入力電流Ｉ_INは、第２電流Ｉ₂が更に増加する一方、第１電流Ｉ₁及び第３電流Ｉ₃が減少する。

発光装置４に供給される入力電流Ｉ_INがＩ_IN4まで増加すると、第３発光素子列１３に流れる第３電流Ｉ₃はゼロになる。第３電流Ｉ₃がゼロになると、第３発光素子列１３に含まれる発光素子は、発光を停止し、発光装置４は、第１発光素子列１１及び第２発光素子列１２のそれぞれから出射される２７００Ｋ及び３５００Ｋの色温度を有する光を混色させた光を出射する。電流制限回路１５は、入力電流の電流量Ｉ_INがＩ_IN4以上Ｉ_IN5未満の第４電流量であるとき、第１発光素子列１１及び第２発光素子列１２が光を出射するように、第１電流Ｉ₁及び第３電流Ｉ₃を制限する。

そして、発光装置４に供給される入力電流Ｉ_INがＩ_IN5まで増加すると、第１発光素子列１１に流れる第１電流Ｉ₁はゼロになる。第１電流Ｉ₁がゼロになると、第１発光素子列１１に含まれる発光素子は、発光を停止し、発光装置４は、第２発光素子列１２から出射される３５００Ｋの色温度を有する光を出射する。電流制限回路１５は、入力電流の電流量Ｉ_INがＩ_IN5以上の第５電流量であるとき、第２発光素子列１２のみが光を出射するように、第１電流Ｉ₁及び第３電流Ｉ₃を制限する。

ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間の色度図において、第２発光素子列１２から出射される光の色度Ｐ３２及び第３発光素子列１３から出射される光の色度Ｐ３３は、黒体軌跡Ｌ３０上に位置する。また、第１発光素子列１１から出射される光の色度Ｐ３１は、黒体軌跡Ｌ３０の上方に位置する。

発光装置４は、入力電流の電流量Ｉ_INがＩ_IN2以上Ｉ_IN4未満の第３電流量であるとき、第１発光素子列１１、第２発光素子列１２及び第３発光素子列１３が光を出射することで、発光装置４から出射される光の色度は、黒体軌跡Ｌ３０にほぼ一致するように変化する。

１～４ 発光装置
１１、５１ 第１発光素子列
１２、５２ 第２発光素子列
１３ 第３発光素子列
１４、１５、５４、５５ 電流制限回路
２０ 第１電流制限素子
２１ 第１抵抗素子
２２ 第２抵抗素子
２３ 第３抵抗素子
２４ 第１降圧抵抗素子
２５ 第１定電圧回路
２６ 第２定電圧回路
２７ 第１過電圧防止素子
２８ 第２過電圧防止素子
２９ コンデンサ
６０ 第２電流制限素子
６１ 第４抵抗素子
６２ 第２降圧抵抗素子
６３ 第３定電圧回路

Claims (14)

1. 第１しきい値電圧が印加されて第１電流が流れることに応じて発光する複数の発光素子を有する第１発光素子列と、
   前記第１発光素子列に並列接続され、前記第１しきい値電圧よりも高い第２しきい値電圧が印加されて第２電流が流れることに応じて発光する複数の発光素子を有する第２発光素子列と、
   前記第１電流を制限する電流制限回路と、を有し、
   前記電流制限回路は、
   前記第１発光素子列に接続される第１電流入力端子、及び前記第１電流入力端子に入力された前記第１電流を出力する第１電流出力端子を有する第１電流制限素子と、
   一端が電流出力端子に接続される第１抵抗素子と、
   一端が前記第１抵抗素子の他端に接続される第２抵抗素子と、
   一端が前記第２発光素子列及び前記第２抵抗素子の他端に接続される第３抵抗素子と、
   前記第１抵抗素子の一端に印加される電圧が所定の第１電圧以下になるように制御する第１定電圧回路と、
   前記第１抵抗素子の他端に印加される電圧が前記第１電圧よりも低い所定の第２電圧以下になるように制御する第２定電圧回路と、
   を有する、ことを特徴とする発光装置。
2. 前記第１抵抗素子は、前記第２発光素子列に前記第２電流が流れず且つ前記第１抵抗素子の一端の電圧が前記第１電圧であるときに、前記第１抵抗素子の他端の電圧が前記第２電圧未満となる抵抗値を有する、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１電流制限素子は、前記第２発光素子列に前記第２電流が流れ且つ前記第１抵抗素子の他端の電圧が前記第２電圧未満であるときに、前記第２電流が増加することに応じて、前記第１抵抗素子、前記第２抵抗素子及び前記第３抵抗素子の合成抵抗値に対する前記第３抵抗素子の抵抗値の比率に比例して前記第１電流を減少させる、請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記第１電流制限素子は、前記第２発光素子列に前記第２電流が流れ且つ前記第１抵抗素子の他端の電圧が前記第２電圧であるときに、前記第２電流が増加することに応じて、前記第２抵抗素子及び前記第３抵抗素子の合成抵抗値に対する前記第３抵抗素子の抵抗値の比率に比例して前記第２電流を減少させる、請求項３に記載の発光装置。
5. 前記第１定電圧回路に過電圧が印加されることを防止する第１過電圧防止素子を更に有する、請求項１～４の何れか一項に記載の発光装置。
6. 前記第１定電圧回路は、前記第２抵抗素子の一端に印加される電圧及び前記第１電圧が入力される第１オペアンプ、及び前記第１オペアンプの出力に応じて電流を流す第１スイッチング素子を有し、
   前記第１過電圧防止素子は、前記第１スイッチング素子に並列接続される、請求項５に記載の発光装置。
7. 前記第２定電圧回路に過電圧が印加されることを防止する第２過電圧防止素子を更に有する、請求項１～６の何れか一項に記載の発光装置。
8. 前記第２定電圧回路は、前記第２抵抗素子の他端に印加される電圧及び前記第２電圧が入力される第２オペアンプ、及び前記第２オペアンプの出力に応じて電流を流す第２スイッチング素子を有し、
   前記第２過電圧防止素子は、前記第２スイッチング素子に並列接続される、請求項７に記載の発光装置。
9. 前記第２過電圧防止素子は、前記第３抵抗素子に並列接続される、請求項７に記載の発光装置。
10. 前記第１発光素子列及び前記第２発光素子列に並列接続され、前記第２しきい値電圧よりも高い第３しきい値電圧が印加されたときに第３電流が流れることに応じて発光する複数の発光素子を有する第３発光素子列を更に有し、
    前記電流制限回路は、
    前記第２発光素子列に接続される第２電流入力端子、及び前記第２電流入力端子に入力された前記第２電流を出力する第２電流出力端子を有する第２電流制限素子と、
    一端が第２電流出力端子に接続され、他端が前記第１抵抗素子の他端に接続される第４抵抗素子と、
    前記第４抵抗素子の一端に印加される電圧が所定の第３電圧になるように制御する第３定電圧回路と、
    を更に有する、請求項１に記載の発光装置。
11. 前記第１発光素子列が有する発光素子は、色温度が第１色温度である光を出射し、
    前記第２発光素子列が有する発光素子は、色温度が前記第１色温度と異なる第２色温度である光を出射し、
    前記第３発光素子列が有する発光素子は、色温度が前記第１及び第２色温度と異なる第３色温度である光を出射し、
    前記第１色温度は、前記第２色温度と前記第３色温度との間の色温度である、請求項１０に記載の発光装置。
12. 前記第２発光素子列及び前記第３発光素子列が有する発光素子が出射する光の色度は、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間の色度図において、黒体軌跡上に位置し、
    前記第１発光素子列が有する発光素子が出射する光の色度は、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間の色度図において、前記黒体軌跡の上方に位置する、請求項１１に記載の発光装置。
13. 第１しきい値電圧が印加されて第１電流が流れることに応じて、色温度が第１色温度である光を出射する複数の発光素子を有する第１発光素子列と、
    前記第１発光素子列に並列接続され、前記第１しきい値電圧よりも高い第２しきい値電圧が印加されて第２電流が流れることに応じて、色温度が前記第１色温度と異なる第２色温度である光を出射する複数の発光素子を有する第２発光素子列と、
    前記第１発光素子列及び前記第２発光素子列に並列接続され、前記第２しきい値電圧よりも高い第３しきい値電圧が印加されて第３電流が流れることに応じて、色温度が前記第１及び第２色温度と異なる第３色温度である光を出射する発光する複数の発光素子を有する第３発光素子列と、
    供給される入力電流の電流量に応じて、前記第１電流及び前記第２電流を制限する電流制限回路と、を有し、
    前記第１色温度は、前記第２色温度と前記第３色温度との間の色温度であり、
    前記電流制限回路は、所定の電流量が供給される間、第１発光素子列、第２発光素子列及び第３発光素子列の全てが光を出射するように、前記第１電流及び前記第３電流を制限する、
    ことを特徴とする発光装置。
14. 前記電流制限回路は、
    前記入力電流の電流量が第１電流量であるとき、前記第３発光素子列が有する発光素子のみが光を出射し、
    前記入力電流の電流量が前記第１電流量よりも大きい第２電流量であるとき、前記第１発光素子列及び前記第３発光素子列が有する発光素子が光を出射し、
    前記入力電流の電流量が前記第２電流量よりも大きい第３電流量であるとき、前記第１発光素子列、前記第２発光素子列及び前記第３発光素子列が有する発光素子が光を出射し、
    前記入力電流の電流量が前記第３電流量よりも大きい第４電流量であるとき、前記第１発光素子列及び前記第２発光素子列が有する発光素子が光を出射し、
    前記入力電流の電流量が前記第４電流量よりも大きい第５電流量であるとき、前記第２発光素子列が有する発光素子のみが光を出射する、
    ように前記第１電流及び前記第３電流を制限する、請求項１３に記載の発光装置。

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