JP4463024B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

この発明は、発光装置に関し、より特定的には、複数の発光波長の光を混合して白色光を作り出す発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ（Light Emitting Diode）とも称する）を用いて高品質な白色光源を作り出す研究開発が進められている。発光ダイオードを用いた白色光源は、たとえば、液晶表示装置のバックライト、照明装置、画像読取装置などに使用される。

発光ダイオードにより白色光源を作る方法は、蛍光材を用いる方法と、複数の発光波長を用いる方法とに大別される。蛍光材を用いる方法では、紫外から青色の発光ダイオードの放射光を黄色、緑色および赤色等に変換する蛍光材を使用して白色を作り出す。複数の発光波長を用いる方法では、２または３種類以上の異なる発光波長を有する複数の発光ダイオードを点灯させて白色を作り出す。

しかしながら、どちらの方法においても、所望の色度および発光強度を得ることは実際には困難である。

前者の蛍光材を用いる方法では、紫外から青色の発光ダイオードの輝度にバラツキがあるのに加えて、蛍光材の塗布バラツキによって色度が大きく異なってくる。さらに、蛍光材を用いた白色光源がいったん製品化されると、色度の調整は事実上不可能である。

後者の複数の発光波長を用いる方法については、たとえば特許文献１〜４に開示されている。

特許文献１には、単色ＬＥＤに流れる順方向電流を制御して発光色調を制御することにより、ＬＥＤの個々の色調のバラツキを補正することができる色調調整回路およびその回路を備えたＬＥＤ表示装置について開示されている。

特許文献２には、発光ダイオードに供給する電流のレベルおよびオン時間とオフ時間との比率を制御することによって、照明光の色度および輝度を調整することができる照明装置について開示されている。

特許文献３には、複数個の発光ダイオードの発光時間を記憶する時間メモリ回路と、時間メモリ回路の記憶情報に基づいて発光ダイオードの発光時間を可変する制御部とを含み、複数個の発光素子が発光して得られる光の白色バランスを時間メモリ回路の記憶情報を書き換えることによって調整するカラー表示装置について開示されている。

特許文献４には、それぞれ別個の電源を備える赤色、緑色および青色の各複数のＬＥＤと、すべてのＬＥＤの光出力を測定するように構成されたフォトダイオードとを含み、白色光を発するＬＥＤ照明器具について開示されている。

ここでは、特許文献１に開示された従来の色調調整回路について、図面を参照して詳しく説明する。

図１２は、従来の色調調整回路１００の具体的な回路構成について示した回路である。
図１２を参照して、従来の色調調整回路１００は、ＩｎＧａＮ（インジウムガリウムナイトライド）を用いた発光ダイオード１０１と、可変抵抗１０２と、トランジスタ１０３と、パルス幅変調回路（以下、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路と称す）１０４とを備える。発光ダイオード１０１、可変抵抗１０２およびトランジスタ１０３は、電源ノードＶｃｃと接地ノードとの間に直列接続されている。ＰＷＭ回路１０４は、トランジスタ１０３のベースに接続され、当該ベースを介してパルス幅が変調された駆動電圧を印加する。

従来の色調調整回路１００は、可変抵抗１０２の抵抗値を調整することで、発光ダイオード１０１に流れる順電流の値を調整している。これにより、発光ダイオード１０１の色調を調整することができる。また、従来の色調調整回路１００は、ＰＷＭ回路１０４により上記順電流のパルス幅（時間幅）を変化させてデューティ比を調整している。これにより、発光ダイオード１０１の光度を調整することができる。

このように、特許文献１〜４に開示された従来の色調調整回路等は、発光素子ごとに流れる電流量を調整して所望の色度を作り出し、駆動電圧のパルス幅またはデューティ比を変化させて発光強度を調整している。これは、一般的な発光ダイオードの特性として、流れる電流量が変化すると発光波長の変動が起こり、その結果として色度が変化するためである。そのため、いったん色度を決めると電流値は変化させず、代わりに、点灯時間を変化させて発光素子の輝度を変えるのが一般的である。

なお、発光強度を無調整で色度の調整だけを行なうのであれば、各発光波長の発光ダイオードの点灯時間の割合を変えることによっても可能である。また、特許文献５には、色度補正用の発光ダイオードを別に設けて、その発光強度を電流値で変化させて色度を調整する照明装置および液晶表示装置について開示されている。

さらに、１つの素子の中に異なる波長の発光領域を作り、それらの発光波長の混合により１素子で白色を発する発光ダイオードが考案されている。特許文献６には、多重量子障壁層で異なる発光波長を持つ２つ以上の井戸層を隔てて、１素子中で複数の異なる発光波長を可能にし、白色発光を実現する化合物半導体発光素子について開示されている。
特開２００１−２７２９３８号公報 特開２００２−３２４６８５号公報 特開２００４−８６０８１号公報 特表２００２−５３３８７０号公報 特開２００１−２０９０４９号公報 特開２００２−３６８２６８号公報

白色光源を複数個並べて液晶表示装置のバックライトや照明光源とする場合、個々の白色光源の間にわずかな色度の違いがあっても、人間の目には、比較によって色の違いが相対的に大きく感じられるため、違和感を生じてしまう。そのため、白色光源の色度を可能な限りそろえておく必要がある。

従来技術の複数の発光波長を用いて白色光源を作り出す方法では、各発光素子に流れる電流を独立して制御するため、発光素子または発光波長の数だけ独立した調整手段が必要となる。そのため、駆動回路全体が大きく複雑となり、コストアップにつながる。また、発光波長ごとに色度の調整が必要となり、調整作業が複雑になるという問題点があった。

それゆえに、この発明の目的は、発光素子または発光波長の数だけ独立した調整手段を
必要とせず、発光波長ごとの色度の調整も不要な発光装置を提供することである。

この発明は、複数の発光波長の光を混合して白色光を作り出す発光装置であって、第１の発光素子と、第１の発光素子と発光波長および通電電流に対する発光波長の変化量が異なる第２の発光素子と、第１および第２の発光素子に電圧を印加する共通の電源ノードとを備える。電源ノードから第１および第２の発光素子に流れる電流は同一または一定比率として、電流の値を少しずつ変え、第１および第２の発光素子の通電電流に対する発光波長の変化量の差異を利用して、第１および第２の発光素子からの混合光の色度が所望の白色となるように調整する。

好ましくは、電源ノードは、第１および第２の発光素子からの混合光の色度が所望の白色となるように電圧値が調整される。

好ましくは、第１および第２の発光素子は、電源ノードに対して並列に接続され、第１の発光素子に流れる電流値を調整する第１の可変抵抗と、第２の発光素子に流れる電流値を調整する第２の可変抵抗とをさらに備える。第１および第２の可変抵抗は、第１および第２の発光素子からの混合光の色度が所望の白色となるように各々の抵抗値が調整される。

好ましくは、第１および第２の発光素子は、第１および第２の発光素子に流れる電流が等しくなるように直列接続され、第１および第２の発光素子に流れる電流値を調整する可変抵抗をさらに備える。可変抵抗は、第１および第２の発光素子からの混合光の色度が所望の白色となるように抵抗値が調整される。

好ましくは、第２の発光素子は、第１の発光素子と比較して、流れる電流量の変化に対する波長変動が大きい。

好ましくは、第１の発光素子は青色を中心に発光し、第２の発光素子は緑色を中心に発光する。

好ましくは、第１および第２の発光素子からの混合光が所望の発光強度となるように第１および第２の発光素子に流れる電流のオンオフを制御して、第１および第２の発光素子の点灯時間を調整する変調回路をさらに備える。

好ましくは、第１および第２の発光素子に定電流を供給する定電流回路と、第１および第２の発光素子からの混合光の色度を所定の色度とを比較して、その色度比較結果を定電流回路に出力する色度検出演算部と、第１および第２の発光素子に流れる電流の平均値を所定の電流値と比較して、その電流比較結果を変調回路に出力する平均電流測定回路とをさらに備える。定電流回路は、色度比較結果を受けて、第１および第２の発光素子からの混合光の色度が所定の色度と一致するまで第１および第２の発光素子に供給する電流をゼロから増加させる。変調回路は、電流比較結果を受けて、第１および第２の発光素子に流れる電流の平均値が所定の電流値と一致するように第１および第２の発光素子の点灯時間を調整する。

好ましくは、色度検出演算部は、第１および第２の発光素子からの混合光のうち第１の発光素子からの光を透過する第１のフィルタと、第１および第２の発光素子からの混合光のうち第２の発光素子からの光を透過する第２のフィルタと、第１のフィルタを透過してくる第１の発光素子からの光を電流に変換する第１の光電変換素子と、第２のフィルタを透過してくる第２の発光素子からの光を電流に変換する第２の光電変換素子と、第１の光電変換素子から出力される電流を電圧に変換して増幅する第１の電流−電圧変換増幅器と、第２の光電変換素子から出力される電流を電圧に変換して増幅する第２の電流−電圧変換増幅器と、第１および第２の電流−電圧変換増幅器からそれぞれ出力される電圧を受けて所定の色度と比較し、その色度比較結果を定電流回路に出力する演算回路とを含む。

好ましくは、第１および第２の発光素子からの混合光の補色を発する第３の発光素子をさらに備える。

好ましくは、第１、第２および第３の発光素子は、発光ダイオードである。
この発明の他の局面によれば、複数の発光波長の光を混合して白色光を作り出す発光装置であって、複数の異なる発光波長で発光する発光素子と、発光素子に電圧を印加する共通の電源ノードとを備える。複数の異なる波長は、通電電流に対する発光波長の変化量が互いに異なる。電源ノードから発光素子に流れる電流は同一または一定比率として、電流の値を少しずつ変え、発光素子の通電電流に対する発光波長の変化量の差異を利用して、発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度が所望の白色となるように調整する。

好ましくは、電源ノードは、発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度が所望の白色となるように電圧値が調整される。

好ましくは、発光素子に流れる電流値を調整する可変抵抗をさらに備える。可変抵抗は、発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度が所望の白色となるように抵抗値が調整される。

好ましくは、複数の異なる発光波長は、第１および第２の発光波長を含み、第２の発光波長は、第１の発光波長と比較して、流れる電流量の変化に対する変動が大きい。

好ましくは、第１の発光波長は青色を中心とし、第２の発光波長は緑色を中心とする。
好ましくは、発光素子の複数の異なる波長からの混合光が所望の発光強度となるように発光素子に流れる電流のオンオフを制御して、発光素子の点灯時間を調整する変調回路をさらに備える。

好ましくは、発光素子に定電流を供給する定電流回路と、発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度を所定の色度とを比較して、その色度比較結果を定電流回路に出力する色度検出演算部と、発光素子に流れる電流の平均値を所定の電流値と比較して、その電流比較結果を変調回路に出力する平均電流測定回路とをさらに備える。定電流回路は、色度比較結果を受けて、発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度が所定の色度と一致するまで発光素子に供給する電流をゼロから増加させる。変調回路は、電流比較結果を受けて、発光素子に流れる電流の平均値が所定の電流値と一致するように発光素子の点灯時間を調整する。

好ましくは、色度検出演算部は、発光素子の複数の異なる波長からの混合光のうち第１の発光波長からの光を透過する第１のフィルタと、発光素子の複数の異なる波長からの混合光のうち第２の発光波長からの光を透過する第２のフィルタと、第１のフィルタを透過してくる第１の発光波長の光を電流に変換する第１の光電変換素子と、第２のフィルタを透過してくる第２の発光波長の光を電流に変換する第２の光電変換素子と、第１の光電変換素子から出力される電流を電圧に変換して増幅する第１の電流−電圧変換増幅器と、第２の光電変換素子から出力される電流を電圧に変換して増幅する第２の電流−電圧変換増幅器と、第１および第２の電流−電圧変換増幅器からそれぞれ出力される電圧を受けて所定の色度と比較し、その色度比較結果を定電流回路に出力する演算回路とを含む。

好ましくは、発光素子は、第１および第２の発光波長からの混合光の補色となる第３の発光波長においても発光する。

好ましくは、発光素子は、発光ダイオードである。

この発明によれば、発光素子または発光波長の数だけ独立した調整手段が必要なくなり、発光波長ごとの色度の調整も不要となる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による発光装置１０の回路構成を示した回路図である。

図１を参照して、実施の形態１の発光装置１０は、青色発光ダイオード１１と、緑色発光ダイオード１２と、可変抵抗１３，１４と、トランジスタ１５と、ＰＷＭ回路１６とを備える。青色発光ダイオード１１、可変抵抗１３およびトランジスタ１５は、電源ノードＶｃｃと接地ノードとの間に直列接続されている。緑色発光ダイオード１２および可変抵抗１４は、電源ノードＶｃｃとトランジスタ１５のコレクタとの間に直列接続されている。ＰＷＭ回路１６は、トランジスタ１５のベースに接続され、当該ベースにパルス幅が変調された駆動電圧を印加する。

トランジスタ１５は、ＰＷＭ回路１６によって印加される駆動電圧のハイレベル／ローレベルに応じてオン／オフされる。このため、ＰＷＭ回路１６から印加される駆動電圧のパルス幅を調整することにより、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の点灯時間を制御することができる。

図２は、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の発光波長の違いによる相対光強度の変化を電流量ごとにグラフで示した図である。図３は、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の電流量に応じた発光波長の変化を数値で示した図である。なお、図２では、計測の都合上、青色発光ダイオード１１のグラフと緑色発光ダイオード１２のグラフとを連続した曲線で表わしている。

図２，３に示すように、青色発光ダイオード１１は、電流量が５ｍＡのとき発光波長が４５２．４ｎｍで、電流量が増加するにつれて発光波長が小さく減少し、電流量が４０ｍＡのとき発光波長は４５０．０ｎｍとなる。緑色発光ダイオード１２は、電流量が５ｍＡのとき発光波長が５５２．８ｎｍで、電流量が増加するにつれて発光波長が大きく減少し、電流量が４０ｍＡのとき発光波長は５３７．８ｎｍとなる。

このように、青色発光ダイオード１１は電流量の変化による波長変動が小さいのに対し、緑色発光ダイオード１２は電流量の変化による波長変動が大きい。これは、青色発光ダイオードと緑色発光ダイオードとで使用する材料あるいは材料の割合が異なり、それによって発光に関係するエネルギー準位が変動する割合が異なるのが主な原因である。

図１に示す実施の形態１の発光装置１０は、電流量の変化による波長変動が小さい青色発光ダイオード１１と電流量の変化による波長変動が大きい緑色発光ダイオード１２とを並列に接続した構成となっている。緑色発光ダイオード１２は、波長変動の大きなダイオードであれば、黄緑色、黄色または橙色の発光ダイオードであってもよい。

青色発光ダイオード１１の色度の調整は、可変抵抗１３の抵抗値を変えて電流量を変化させることにより行なう。また、緑色発光ダイオード１２の色度の調整は、可変抵抗１４の抵抗値を変えて電流量を変化させることにより行なう。なお、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流量は、電源電圧Ｖｃｃを可変とすることによっても変化させることができる。一方、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の発光強度の調整は、トランジスタ１５のベースに印加される駆動電圧のパルス幅を変化させることで行なう。

この発明の実施の形態１による発光装置１０では、従来技術のように発光素子ごとに流れる電流量を調整して所望の色度を作り出すのではなく、各発光素子に流れる電流は同一または一定比率とし、流れる電流量の変化による波長変動が大きい発光素子と小さい発光素子とを組み合わせることによって所望の色度を作り出している。

具体的には、波長変動の少ない青色発光ダイオード１１と波長変動の大きい緑色発光ダイオード１２との組合せにおいて両者に同一または一定比率の電流を流す。これにより、流す電流量が増加するにつれて、波長変動の大きい緑色発光ダイオード１２の発光波長が長波長側から短波長側へと変化し、波長変動の少ない青色発光ダイオード１１の青色との混合によって、全体として徐々に色度が変化していく。そして、所望の色度になった時点で電流量を固定する。

このように、各発光素子に流れる電流は同一または一定比率とし、電流量の変化による波長変動が大きい発光素子と小さい発光素子とを組み合わせて色度を調整することによって、複数の発光素子にそれぞれ制御回路を設ける必要がなくなるため、非常に低コストで小型の発光装置とすることができ、高密度配置も可能となる。なお、発光強度については、ＰＷＭ回路１６からトランジスタ１５のベースに印加される駆動電圧のパルス幅を調整して青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の点灯時間を変化させることにより調整する。

実施の形態１の発光装置１０では、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に対して可変抵抗１３，１４がそれぞれ設けられている。そのため、青色発光ダイオード１１の青色と緑色発光ダイオード１２の緑色との混合比率が所望の白色に近くなるように予め可変抵抗１３，１４の抵抗値をそれぞれ調整しておき、その後、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流量をＰＷＭ回路１６で最終的に調整することによって、高品質の白色光源を効率的に得ることができる。

ところで、青色光源と緑色光源とを組み合わせた白色光源は、実用上の面からは十分な白色光源であるものの、光の３原色の１つである赤色光源が欠けている分だけ白色にやや青みがかかっており、理想的な白色光源とはなっていない。そこで、図１の発光装置１０に赤色光源を加えた発光装置を以下に示す。

図４は、この発明の実施の形態１による発光装置１０の変形例である発光装置１０Ａの回路構成を示した回路図である。

図４を参照して、発光装置１０Ａは、図１の発光装置１０に赤色発光ダイオード１８および固定抵抗１９を付加した構成となっている。赤色発光ダイオード１８および固定抵抗１９は、電源ノードＶｃｃとトランジスタ１５のコレクタとの間に直列接続されており、赤色発光ダイオード１８は、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に対して並列に接続されている。

上記のような発光装置１０Ａにおいて、赤色発光ダイオード１８を定電流で発光させて
おき、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流量を変化させて色度を調整することにより、図１の発光装置１０で生成される白色光をより理想的な白色に近づけることが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、各発光素子に流れる電流を同一または一定比率とし、流れる電流量の変化による波長変動が大きい発光素子と小さい発光素子とを組み合わせて電流量を調整することにより、発光素子または発光波長の数だけ独立した調整手段が必要なくなり、発光波長ごとの色度の調整も不要となる。

［実施の形態２］
実施の形態１の発光装置１０，１０Ａでは、電流量の変化による波長変動が小さい青色発光ダイオード１１と電流量の変化による波長変動が大きい緑色発光ダイオード１２とを並列に接続していた。そのため、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に対して、可変抵抗１３，１４がそれぞれ必要であった。

可変抵抗１３，１４を個々に設けることは、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流量を予め個別に設定できるという利点があるものの、その分調整作業が必要となり、しかも可変抵抗の数だけ回路面積が増すという課題があった。そこで、実施の形態２では、このような課題を克服した発光装置２０，２０Ａについて詳細に説明する。

図５は、この発明の実施の形態２による発光装置２０の回路構成を示した回路図である。

図５を参照して、実施の形態２の発光装置２０は、青色発光ダイオード１１と、緑色発光ダイオード１２と、可変抵抗１３と、トランジスタ１５と、ＰＷＭ回路１６とを備える。青色発光ダイオード１１、緑色発光ダイオード１２、可変抵抗１３およびトランジスタ１５は、電源ノードＶｃｃと接地ノードとの間に直列接続されている。ＰＷＭ回路１６は、トランジスタ１５のベースに接続され、当該ベースにパルス幅が変調された駆動電圧を印加する。

実施の形態２の発光装置２０は、青色発光ダイオード１１と緑色発光ダイオード１２とが直列に接続された点で実施の形態１の発光装置１０と異なる。これにより、簡単な回路構成で、青色発光ダイオード１２に流れる電流と緑色発光ダイオード１２に流れる電流とを等しくすることができる。

青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流量が増加するにつれて、波長変動の大きい緑色発光ダイオード１２の発光波長が長波長側から短波長側へと変化し、波長変動の少ない青色発光ダイオード１１の青色との混合によって、全体として徐々に色度が変化していく。そして、所望の色度になった時点で電流量を固定する。

このように、複数の発光素子を直列に接続して流れる電流を等しくし、電流量の変化による波長変動が大きい発光素子と小さい発光素子とを組み合わせて色度を調整することによって、複数の発光素子にそれぞれ制御回路を設ける必要がなくなるとともに、可変抵抗も１つで済む。そのため、実施の形態１に比べて、より低コストで小型の発光装置とすることができ、一層の高密度配置も可能となる。

図６は、この発明の実施の形態２による発光装置２０の変形例である発光装置２０Ａの回路構成を示した回路図である。

図６を参照して、発光装置２０Ａは、図５の発光装置２０に赤色発光ダイオード１８および固定抵抗１９を付加した構成となっている。赤色発光ダイオード１８および固定抵抗１９は、電源ノードＶｃｃとトランジスタ１５のコレクタとの間に直列接続されている。赤色発光ダイオード１８は、直列に接続された青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に対して並列に接続されている。

上記のような発光装置２０Ａにおいて、赤色発光ダイオード１８を定電流で発光させておき、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流量を変化させて色度を調整することにより、図５の発光装置２０で生成される白色光をより理想的な白色に近づけることが可能となる。

以上のように、実施の形態２によれば、複数の発光素子を直列に接続して流れる電流を等しくし、流れる電流量の変化による波長変動が大きい発光素子と小さい発光素子とを組み合わせて電流量を調整することにより、発光素子または発光波長の数だけ独立した調整手段が必要なくなり、発光波長ごとの色度の調整も不要となる。

［実施の形態３］
実施の形態１，２の発光装置１０，２０では、電流量の変化による波長変動が小さい青色発光ダイオード１１と電流量の変化による波長変動が大きい緑色発光ダイオード１２とを組み合わせていた。

青色発光ダイオード１１と緑色発光ダイオード１２とを別々に用いることは、各々が一般に安価なためコストの面で利点があるものの、発光ダイオードの数だけ回路面積が増すという課題があった。そこで、実施の形態３では、このような課題を克服した発光装置３０，３０Ａについて詳細に説明する。

図７は、この発明の実施の形態３による発光装置３０の回路構成を示した回路図である。

図７を参照して、実施の形態３の発光装置３０は、複数波長発光の発光ダイオード３１と、可変抵抗１３と、トランジスタ１５と、ＰＷＭ回路１６とを備える。複数波長発光の発光ダイオード３１、可変抵抗１３およびトランジスタ１５は、電源ノードＶｃｃと接地ノードとの間に直列接続されている。ＰＷＭ回路１６は、トランジスタ１５のベースに接続され、当該ベースにパルス幅が変調された駆動電圧を印加する。

図８は、複数波長発光の発光ダイオード３１の素子構造の一例を模式的に表わした模式図である。

図８を参照して、複数波長発光の発光ダイオード３１は、発光ダイオードチップ３２と、ワイヤ３５，３６と、外部電極３７，３８とを備える。ワイヤ３５，３６は、たとえばＡｕ（金）からなる。発光ダイオードチップ３２は、半導体多層構造を有し、内部電極３３，３４を含む。外部電極３７，３８からワイヤ３５，３６を介して内部電極３３，３４にそれぞれ電圧を印加することにより、発光ダイオードチップ３２は、青色および緑色という複数の異なる波長で発光し、それらが混合して白色光を発する。

図７に示す実施の形態３の発光装置３０は、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２を複数の異なる発光波長で発光する１つの発光ダイオード３１に置き換えた点で、実施の形態１，２の発光装置１０，２０と異なる。これにより、１つの発光ダイオードで、複数波長の発光を得ることが可能となる。

複数波長発光の発光ダイオード３１に流れる電流量が増加するにつれて、波長変動の大きい緑色の発光波長が長波長側から短波長側へと変化し、波長変動の少ない青色との混合によって、全体として徐々に色度が変化していく。そして、所望の色度になった時点で電流量を固定する。

このように、複数の異なる発光波長で発光する１つの発光素子に対して流れる電流量を少しずつ変えて色度を調整することによって、発光素子が１つで済むとともに、可変抵抗も１つで済む。そのため、実施の形態２に比べて、より小型の発光装置とすることができ、一層の高密度配置も可能となる。

図９は、この発明の実施の形態３による発光装置３０の変形例である発光装置３０Ａの回路構成を示した回路図である。

図９を参照して、発光装置３０Ａは、青色および緑色の２色を発光する発光ダイオード３１を青色、緑色および赤色の３色を発光する発光ダイオード３１Ａに置き換えた点で図７の発光装置３０と異なる。

上記のような発光装置３０Ａにおいて、複数波長発光の発光ダイオード３１が発する青色、緑色および赤色の適度なバランスのもと、流れる電流量を変化させて色度を調整することにより、図７の発光装置３０で生成される白色光をより理想的な白色に近づけることが可能となる。

以上のように、実施の形態３によれば、複数の異なる発光波長で発光する１つの発光素子に対して流れる電流量を少しずつ変えて色度を調整することによって、発光素子または発光波長の数だけ独立した調整手段が必要なくなり、発光波長ごとの色度の調整も不要となる。

［実施の形態４］
実施の形態４では、実施の形態１〜３の発光装置１０〜３０において、発光ダイオードの色度および発光強度をモニタしてその結果をフィードバックする機能を追加した発光装置４０について説明する。以下では、実施の形態２の発光装置２０に上記機能を追加した例について説明するが、実施の形態１，３の発光装置１０，３０についても同様に上記機能を追加することが可能である。

図１０は、この発明の実施の形態４による発光装置４０の回路構成を示した回路図である。

図１０を参照して、実施の形態４の発光装置４０は、青色発光ダイオード１１と、緑色発光ダイオード１２と、定電流回路４１と、電流検出用抵抗４２と、平均電流測定回路４３と、トランジスタ１５と、ＰＷＭ回路１６と、光検出用フォトダイオード５１，５２と、青色スペクトル透過用フィルタ５３と、緑色スペクトル透過用フィルタ５４と、電流−電圧変換増幅器５５，５６と、演算回路５７とを備える。

青色発光ダイオード１１、緑色発光ダイオード１２、電流検出用抵抗４２およびトランジスタ１５は、定電流回路４１と接地ノードとの間に直列接続されている。定電流回路４１は、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に定電流を供給する。平均電流測定回路４３は、電流検出用抵抗４２を流れる電流の値およびパルス変調の度合いから平均電流値を検出し、それをＰＷＭ回路１６に出力する。ＰＷＭ回路１６は、トランジスタ１５のベースに接続され、平均電流測定回路４３から出力される平均電流値に応じてパルス幅が変調された駆動電圧を当該ベースに印加する。

青色スペクトル透過用フィルタ５３は、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２から発せられる光のうち青色光のみを透過させる。光検出用フォトダイオード５１は、電源ノードＶｃｃに接続され、青色スペクトル透過用フィルタ５３を透過してくる青色光を電流に変換する。緑色スペクトル透過用フィルタ５４は、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２から発せられる光のうち緑色光のみを透過させる。光検出用フォトダイオード５２は、電源ノードＶｃｃに接続され、緑色スペクトル透過用フィルタ５４を透過してくる緑色光を電流に変換する。

電流−電圧変換増幅器５５は、光検出用フォトダイオード５１から出力される電流を電圧に変換して増幅する。電流−電圧変換増幅器５６は、光検出用フォトダイオード５２から出力される電流を電圧に変換して増幅する。演算回路５７は、電流−電圧変換増幅器５５，５６から出力される電圧を受けて、予め設定されている青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の色度の設定値との差を演算し、その結果を定電流回路４１に出力する。

次に、発光装置４０の動作について説明する。
まず、定電流回路４１から青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に出力される電流の値を０から徐々に増やしていく。演算回路５７は、当該電流値が増加する時々において、電流−電圧変換増幅器５５，５６から出力される電圧値と予め設定されている青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の色度の設定値とを比較演算し、その結果を定電流回路４１に出力する。

定電流回路４１は、演算回路５７から出力される比較結果が一致を示すまで、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に出力される電流の値を増加させ続ける。そして、演算回路５７から出力される比較結果が一致を示したとき、すなわち、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２が所望の色度に達したとき、定電流回路４１から出力される電流値の増加を停止し、その電流値で青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の駆動を行なう。

平均電流測定回路４３は、定電流回路４１から出力される電流値が定まる前後にかかわらず常に、電流検出用抵抗４２を流れる電流の値およびパルス変調の度合いから平均電流値を検出し、それをＰＷＭ回路１６に出力する。ＰＷＭ回路１６は、当該平均電流値が予め設定された電流値と一致するように駆動電圧のパルス幅を変調し、それをトランジスタ１５のベースに印加する。これにより、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる平均電流値が所望の値となるように点灯時間が制御される。その結果、所望の発光強度が得られる。

なお、演算回路５７における色度の計算には青色発光ダイオード１１と緑色発光ダイオード１２との波長スペクトルの比を用いる。そのため、演算回路５７は、ＰＷＭ回路１６による光量の変動の影響を受けず、所望の発光強度を得るための駆動電圧のパルス幅変調とは独立に色度の計算を行なう。

図１１は、定電流回路４１およびＰＷＭ回路１６からの制御に応じて青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流の変化を示した図である。

図１１を参照して、所望の発光強度に対応する平均電流値が１０ｍＡと仮定する。所望の色度に対応する電流値が２０ｍＡの場合、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流はＰ１のようになる。すなわち、定電流回路４１は、オン時に流
れる電流が２０ｍＡとなるよう制御し、ＰＷＭ回路１６は、当該電流のデューティ比が０．５（Ｔ１／Ｔ０）となるように当該電流のパルス幅Ｔ１を制御する。

また、所望の色度に対応する電流値が４０ｍＡの場合、青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流はＰ２のようになる。すなわち、定電流回路４１は、オン時に流れる電流が４０ｍＡとなるよう制御し、ＰＷＭ回路１６は、当該電流のデューティ比が０．２５（Ｔ２／Ｔ０）となるように当該電流のパルス幅Ｔ２を制御する。

以上のように、実施の形態４によれば、発光ダイオードのオン時に流れる電流値を調整して色度を設定した上で当該電流のデューティ比を変化させて発光強度を調整する機能を追加することにより、実施の形態１〜３における発光ダイオードの色度および発光強度を所望通りに設定することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による発光装置１０の回路構成を示した回路図である。 青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の発光波長の違いによる相対光強度の変化を電流量ごとにグラフで示した図である。 青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２の電流量に応じた発光波長の変化を数値で示した図である。 この発明の実施の形態１による発光装置１０の変形例である発光装置１０Ａの回路構成を示した回路図である。 この発明の実施の形態２による発光装置２０の回路構成を示した回路図である。 この発明の実施の形態２による発光装置２０の変形例である発光装置２０Ａの回路構成を示した回路図である。 この発明の実施の形態３による発光装置３０の回路構成を示した回路図である。 複数波長発光の発光ダイオード３１の素子構造の一例を模式的に表わした模式図である。 この発明の実施の形態３による発光装置３０の変形例である発光装置３０Ａの回路構成を示した回路図である。 この発明の実施の形態４による発光装置４０の回路構成を示した回路図である。 定電流回路４１およびＰＷＭ回路１６からの制御に応じて青色発光ダイオード１１および緑色発光ダイオード１２に流れる電流の変化を示した図である。 従来の色調調整回路１００の具体的な回路構成について示した回路である。

１０，２０，３０，４０，１００ 発光装置、１１ 青色発光ダイオード、１２ 緑色発光ダイオード、１３，１４，１０２ 可変抵抗、１５，１０３ トランジスタ、１０４，１６ ＰＷＭ回路、１８ 赤色発光ダイオード、１９ 固定抵抗、３１，３１Ａ 複数波長発光の発光ダイオード、４１ 定電流回路、４２ 電流検出用抵抗、４３ 平均電流測定回路、５１，５２ 光検出用フォトダイオード、５３ 青色スペクトル透過用フィル
タ、５４ 緑色スペクトル透過用フィルタ、５５，５６ 電流−電圧変換増幅器、５７ 演算回路、１０１ 発光ダイオード。

Claims (21)

1. 複数の発光波長の光を混合して白色光を作り出す発光装置であって、
   第１の発光素子と、
   前記第１の発光素子と発光波長および通電電流に対する発光波長の変化量が異なる第２の発光素子と、
   前記第１および第２の発光素子に電圧を印加する共通の電源ノードとを備え、
   前記電源ノードから前記第１および第２の発光素子に流れる電流は同一または一定比率として、電流の値を少しずつ変え、前記第１および第２の発光素子の通電電流に対する発光波長の変化量の差異を利用して、前記第１および第２の発光素子からの混合光の色度が所望の白色となるように調整する、発光装置。
2. 前記電源ノードは、前記第１および第２の発光素子からの混合光の色度が所望の白色となるように電圧値が調整される、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１および第２の発光素子は、前記電源ノードに対して並列に接続され、
   前記第１の発光素子に流れる電流値を調整する第１の可変抵抗と、
   前記第２の発光素子に流れる電流値を調整する第２の可変抵抗とをさらに備え、
   前記第１および第２の可変抵抗は、前記第１および第２の発光素子からの混合光の色度が所望の白色となるように各々の抵抗値が調整される、請求項１に記載の発光装置。
4. 前記第１および第２の発光素子は、前記第１および第２の発光素子に流れる電流が等しくなるように直列接続され、
   前記第１および第２の発光素子に流れる電流値を調整する可変抵抗をさらに備え、
   前記可変抵抗は、前記第１および第２の発光素子からの混合光の色度が所望の白色となるように抵抗値が調整される、請求項１に記載の発光装置。
5. 前記第２の発光素子は、前記第１の発光素子と比較して、流れる電流量の変化に対する波長変動が大きい、請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記第１の発光素子は青色を中心に発光し、前記第２の発光素子は緑色を中心に発光する、請求項５に記載の発光装置。
7. 前記第１および第２の発光素子からの混合光が所望の発光強度となるように前記第１および第２の発光素子に流れる電流のオンオフを制御して、前記第１および第２の発光素子の点灯時間を調整する変調回路をさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載の発光装置。
8. 前記第１および第２の発光素子に定電流を供給する定電流回路と、
   前記第１および第２の発光素子からの混合光の色度を所定の色度とを比較して、該色度比較結果を前記定電流回路に出力する色度検出演算部と、
   前記第１および第２の発光素子に流れる電流の平均値を所定の電流値と比較して、該電流比較結果を前記変調回路に出力する平均電流測定回路とをさらに備え、
   前記定電流回路は、前記色度比較結果を受けて、前記第１および第２の発光素子からの混合光の色度が前記所定の色度と一致するまで前記第１および第２の発光素子に供給する電流をゼロから増加させ、
   前記変調回路は、前記電流比較結果を受けて、前記第１および第２の発光素子に流れる電流の平均値が前記所定の電流値と一致するように前記第１および第２の発光素子の点灯時間を調整する、請求項７に記載の発光装置。
9. 前記色度検出演算部は、
   前記第１および第２の発光素子からの混合光のうち前記第１の発光素子からの光を透過する第１のフィルタと、
   前記第１および第２の発光素子からの混合光のうち前記第２の発光素子からの光を透過する第２のフィルタと、
   前記第１のフィルタを透過してくる前記第１の発光素子からの光を電流に変換する第１の光電変換素子と、
   前記第２のフィルタを透過してくる前記第２の発光素子からの光を電流に変換する第２の光電変換素子と、
   前記第１の光電変換素子から出力される電流を電圧に変換して増幅する第１の電流−電圧変換増幅器と、
   前記第２の光電変換素子から出力される電流を電圧に変換して増幅する第２の電流−電圧変換増幅器と、
   前記第１および第２の電流−電圧変換増幅器からそれぞれ出力される電圧を受けて前記所定の色度と比較し、該色度比較結果を前記定電流回路に出力する演算回路とを含む、請求項８に記載の発光装置。
10. 前記第１および第２の発光素子からの混合光の補色を発する第３の発光素子をさらに備える、請求項１から９のいずれかに記載の発光装置。
11. 前記第１、第２および第３の発光素子は、発光ダイオードである、請求項１から１０のいずれかに記載の発光装置。
12. 複数の発光波長の光を混合して白色光を作り出す発光装置であって、
    複数の異なる発光波長で発光する発光素子と、
    前記発光素子に電圧を印加する共通の電源ノードとを備え、
    前記複数の異なる発光波長は、通電電流に対する発光波長の変化量が互いに異なり、
    前記電源ノードから前記発光素子に流れる電流は同一または一定比率として、電流の値を少しずつ変え、前記発光素子の通電電流に対する発光波長の変化量の差異を利用して、前記発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度が所望の白色となるように調整する、発光装置。
13. 前記電源ノードは、前記発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度が所望の白色となるように電圧値が調整される、請求項１２に記載の発光装置。
14. 前記発光素子に流れる電流値を調整する可変抵抗をさらに備え、
    前記可変抵抗は、前記発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度が所望の白色となるように抵抗値が調整される、請求項１２に記載の発光装置。
15. 前記複数の異なる発光波長は、第１および第２の発光波長を含み、
    前記第２の発光波長は、前記第１の発光波長と比較して、流れる電流量の変化に対する変動が大きい、請求項１２から１４のいずれかに記載の発光装置。
16. 前記第１の発光波長は青色を中心とし、前記第２の発光波長は緑色を中心とする、請求項１５に記載の発光装置。
17. 前記発光素子の複数の異なる波長からの混合光が所望の発光強度となるように前記発光素子に流れる電流のオンオフを制御して、前記発光素子の点灯時間を調整する変調回路をさらに備える、請求項１２から１６のいずれかに記載の発光装置。
18. 前記発光素子に定電流を供給する定電流回路と、
    前記発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度を所定の色度とを比較して、該色度比較結果を前記定電流回路に出力する色度検出演算部と、
    前記発光素子に流れる電流の平均値を所定の電流値と比較して、該電流比較結果を前記変調回路に出力する平均電流測定回路とをさらに備え、
    前記定電流回路は、前記色度比較結果を受けて、前記発光素子の複数の異なる波長からの混合光の色度が前記所定の色度と一致するまで前記発光素子に供給する電流をゼロから増加させ、
    前記変調回路は、前記電流比較結果を受けて、前記発光素子に流れる電流の平均値が前記所定の電流値と一致するように前記発光素子の点灯時間を調整する、請求項１７に記載の発光装置。
19. 前記色度検出演算部は、
    前記発光素子の複数の異なる波長からの混合光のうち前記第１の発光波長からの光を透過する第１のフィルタと、
    前記発光素子の複数の異なる波長からの混合光のうち前記第２の発光波長からの光を透過する第２のフィルタと、
    前記第１のフィルタを透過してくる前記第１の発光波長の光を電流に変換する第１の光電変換素子と、
    前記第２のフィルタを透過してくる前記第２の発光波長の光を電流に変換する第２の光電変換素子と、
    前記第１の光電変換素子から出力される電流を電圧に変換して増幅する第１の電流−電圧変換増幅器と、
    前記第２の光電変換素子から出力される電流を電圧に変換して増幅する第２の電流−電圧変換増幅器と、
    前記第１および第２の電流−電圧変換増幅器からそれぞれ出力される電圧を受けて前記所定の色度と比較し、該色度比較結果を前記定電流回路に出力する演算回路とを含む、請求項１８に記載の発光装置。
20. 前記発光素子は、前記第１および第２の発光波長からの混合光の補色となる第３の発光波長においても発光する、請求項１２から１９のいずれかに記載の発光装置。
21. 前記発光素子は、発光ダイオードである、請求項１２から２０のいずれかに記載の発光装置。

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