JP5265937B2

JP5265937B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP5265937B2
Application number: JP2008018597A
Authority: JP
Inventors: 克行清積
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-01-30
Also published as: JP2009182074A

Description

本発明は、固体発光素子を光源とする発光装置に関する。

従来から、発光ダイオード等の固体発光素子を光源とする発光装置が提案されている。このような発光装置の点灯制御方式としては、例えば交流電圧を整流平滑した直流電圧を固体発光素子に印加して点灯する直流点灯制御方式（例えば特許文献１参照）と、交流電圧を整流平滑した直流電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧を高周波でスイッチングすることで得られる矩形波電圧を固体発光素子に印加して点灯するスイッチング点灯制御方式（例えば特許文献２参照）が知られている。
特開２００６−７３６３７号公報特開平１１−６７４７１号公報

ところで、固体発光素子の発光効率が近年大きく向上し、従来は補助照明用途にしか使えなかったものが、徐々に主照明用途に使用されるようになってきた。主照明用途に使用されるにあたり、今後注目せねばならないのは入力電流の高調波である。

特許文献１に開示された技術では、ＬＥＤと直列に接続されたトランジスタを制御することで、入力電流を正弦波に近づける工夫がなされている。また、特許文献２では、高周波でスイッチングすることにより、入力電流の高調波を低減する工夫がなされている。しかしながら、いずれにしても制御回路が必要であり、大型化、高コスト化の原因となる。さらに、特許文献２の従来例として開示されたコンデンサインプット型の構成では、制御回路は不要であるが、入力電流の高調波成分が増大するという課題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、簡単な回路構成で入力電流の高調波成分の少ない高力率な発光装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、図１に示すように、限流要素と１つ以上の発光ダイオードＬとを直列に接続した直列回路１１〜１４を複数個並列に接続して成る発光部１と、交流電源ＡＣに接続されて交流電圧を全波整流して発光部１に脈流電圧を供給する点灯装置２とを備えた発光装置であって、発光部１は、少なくとも点灯期間の異なる直列回路１１〜１４が複数個並列に接続されており、少なくとも１つの直列回路１１〜１４の発光ダイオードＬの個数が異なる組み合わせであり、上記点灯期間の異なる直列回路１１〜１４は、直列回路１１〜１４における発光ダイオードＬの直列個数が異なると共に、直列回路１１〜１４内において、固有電圧の異なる複数種の発光ダイオードＬが直列接続され、各直列回路１１〜１４における固有電圧の異なる発光ダイオードＬの使用比率が異なる構成により直列回路１１〜１４の順方向電圧を異ならせたものであって、並列に接続させた各直列回路１１〜１４に流れる電流の合成電流を正弦波に近い波形とさせてなり、上記点灯期間が異なる直列回路１１〜１４は平均電流値がほぼ等しく点灯駆動されることを特徴とするものである。

本願とは別の参考例１の発明は、限流要素と１つ以上の固体発光素子とを直列に接続した直列回路１１〜１４を複数個並列に接続して成る発光部１と、交流電源ＡＣに接続されて交流電圧を全波整流して発光部１に駆動電圧を供給する点灯装置２とを備えた発光装置であって、発光部１は、少なくとも点灯期間の異なる直列回路１１〜１４が複数個並列に接続されており、発光部１は、少なくとも１つの直列回路１１〜１４の固体発光素子の固有電圧が異なる組み合わせであることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、発光部１は、発光ダイオードＬの固有の明るさのばらつきに応じて、固有の明るさの明るい発光ダイオードＬほど点灯期間が短くなるように直列回路１１〜１４を構成してなることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、発光部１と、点灯装置２と、発光部１及び点灯装置２が収納される灯具３とを備えたことを特徴とする（図３）。

請求項１の発明によれば、複数個の直列回路において、直列回路の発光ダイオードの個数や固有電圧を異ならせることにより、交流電圧を整流した脈流電圧に対して、点灯期間が複数個の直列回路毎に異なり、結果的に複数個の直列回路に電流の流れる期間が異なることから、合成された電流は、ほぼ正弦波に近い形状となり、高調波の少ない入力電流を得ることができる。参考例１の発明によれば、複数個の直列回路において、直列回路の固体発光素子の個数や固有電圧を異ならせることにより、交流電圧を整流した脈流電圧に対して、点灯期間が複数個の直列回路毎に異なり、結果的に複数個の直列回路に電流の流れる期間が異なることから、合成された電流は、ほぼ正弦波に近い形状となり、高調波の少ない入力電流を得ることができる。

請求項１の発明によれば、点灯期間の異なる複数個の直列回路において、点灯期間の短い直列回路では、ピーク電流を他より多くするなどして平均電流がほぼ等しい電流となるように駆動することで、発光ダイオード全体の明るさのばらつき、つまり、直列回路毎の発光ダイオードの明るさの違いが少なくなるという効果が得られる。

請求項２の発明によれば、発光ダイオードの明るさのばらつきに応じて異なる点灯期間で使用することにより、発光ダイオード全体の明るさのばらつきが少なくなるという効果が得られる。つまり、相対的に明るい発光ダイオードは、点灯期間の短い直列回路に用いることで、全体の明るさを平均化することができる。

請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２の効果を奏する灯具を有した発光装置を実現することができる。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、限流素子である抵抗Ｒ（Ｒ１〜Ｒ４）と１つ以上の発光ダイオードＬとを直列に接続して成る複数の直列回路（１１〜１４）からなる発光部１と、交流電源ＡＣに接続されて交流電圧を全波整流して発光部１に駆動電圧Ｖｄｃを供給する点灯装置２とを備えて成る。

点灯装置２は、例えばダイオードブリッジから成り、交流電源ＡＣからの交流電圧を全波整流し、整流された脈流電圧Ｖｄｃを発光部１に出力する。尚、点灯装置２は、交流電圧を全波整流するものであれば、他の回路構成でも構わない。

発光部１は、抵抗Ｒ（Ｒ１〜Ｒ４）と１つ以上の発光ダイオードＬとを直列に接続して成る直列回路（１１〜１４）が複数個並列に接続されて成り、各直列回路１１〜１４における、発光ダイオードＬの直列接続された個数が異なることを特徴とする。

以下、本実施形態の動作説明をする。図２に示すように、第１の直列回路１１の発光ダイオードＬは、脈流電圧Ｖｄｃが発光ダイオードＬを点灯させるのに必要な順方向電圧Ｖｆ１を上回っている時のみ点灯するため、点灯状態と不点灯状態とを交互に繰り返す。ここで、発光ダイオードＬに流れる電流はＩｆ１となる。

次に、第２の直列回路１２の発光ダイオードＬの直列接続個数は、第１の直列回路１０の直列接続個数より少なく、したがって、順方向電圧Ｖｆ２は、順方向電圧Ｖｆ１より低くなり、第２の直列回路に流れる電流はＩｆ２となる。

同様に、第３の直列回路１３の発光ダイオードＬの直列接続個数は、第２の直列回路１２の直列接続個数よりさらに少なく、したがって、順方向電圧Ｖｆ３は、順方向電圧Ｖｆ２よりさらに低くなり、第３の直列回路１３に流れる電流はＩｆ３となる。

さらに、第４の直列回路１４の発光ダイオードＬの直列接続個数は、第３の直列回路１３の直列接続個数よりさらに少なく、したがって、順方向電圧Ｖｆ４は、順方向電圧Ｖｆ３よりさらに低くなり、第４の直列回路１４に流れる電流はＩｆ４となる。

以上のように、順方向電圧Ｖｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３、Ｖｆ４の異なる直列回路１１、１２、１３、１４を複数並列に接続させた構成であり、異なる点灯期間に応じた電流が流れ、入力電流Ｉｉｎとしては、各並列回路に流れる電流の合成電流Ｉｆ１＋Ｉｆ２＋Ｉｆ３＋Ｉｆ４として流れるので、結果的に正弦波に近い波形となり、高調波歪みの少ない電流が得られる。

尚、本実施形態では、順方向電圧の異なる直列回路は、それぞれ１回路ずつの記載としたが、それぞれの直列回路の数は、任意の数であっても構わない。つまり、点灯期間が同じ直列回路が２回路以上並列に接続されていても良い。

また、限流要素として抵抗Ｒを用いた構成を記載しているが、定電流素子、または、定電流回路であっても実現可能であることは、言うまでもない。

（実施形態２）
上述の実施形態１では、第１の直列回路１１、第２の直列回路１２、第３の直列回路１３、第４の直列回路１４の順方向電圧Ｖｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３、Ｖｆ４を異ならせるために、各直列回路１１〜１４における発光ダイオードＬの直列個数が異なる組み合わせとしているが、この構成に代えて、本実施形態では、各直列回路１１〜１４における発光ダイオードＬの直列個数は同じとし、固有電圧が異なる発光ダイオードＬを使用することで、順方向電圧Ｖｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３、Ｖｆ４を異ならせる。

また、各直列回路における発光ダイオードの直列個数を異ならせると共に、各直列回路における発光ダイオードの固有電圧についても異なる組み合わせとしても良い。

さらにまた、１つの直列回路内において、固有電圧の異なる複数種の発光ダイオードを直列接続して、各直列回路における固有電圧の異なる発光ダイオードの割合（使用比率）を異ならせる構成としても良い。

つまり、実施形態１の直列個数の異なる組み合わせと、実施形態２の固有電圧の異なる組み合わせとを適宜併用することにより、順方向電圧の異なる直列回路を任意に作成することが可能であり、入力電流をより正弦波に近づけることが可能となる。

（実施形態３）
上述の実施形態１，２では、各直列回路の順方向電圧が異なることにより、各直列回路に電流が流れている点灯期間が異なることになる。本実施形態では、各直列回路１１，１２，１３，１４の限流抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を異ならせることにより、点灯期間の異なる複数個の直列回路において、点灯期間の短い直列回路では、ピーク電流を他より多く流すなどして平均電流（交流半サイクルの実効電流）が各直列回路でほぼ等しい電流となるように駆動する。これにより、固体発光素子全体の明るさのばらつき、つまり、直列回路毎の発光素子の明るさの違いが少なくなるという効果が得られる。

なお、各直列回路１１，１２，１３，１４の限流抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に代えて、カレントミラー回路などの定電流回路を用いれば、ピーク電流をより精度良く規定することができ、点灯期間の短い直列回路ほどピーク電流を多く流すように設定しておくことにより、各直列回路の平均電流（＝ピーク電流×点灯期間／交流半周期）を等しく制御することができる。

（実施形態４）
上述の実施形態３では、固体発光素子の固有の明るさが略等しいという前提で、各直列回路の平均電流を略等しくすることにより固体発光素子全体の明るさのばらつきを低減しているが、本実施形態では、発光効率の異なる固体発光素子を使用し、発光効率の高い固体発光素子ほど点灯期間が短くなるように駆動することで、固体発光素子全体の明るさのばらつきを低減するものである。

例えば、図１の構成において、第１の直列回路１１の発光ダイオードは点灯期間が最も短いので、発光効率の最も高い発光ダイオードを使用する。また、第４の直列回路１４の発光ダイオードは点灯期間が最も長いので、発光効率の最も低い発光ダイオードを使用する。このように、固体発光素子の固有の明るさのばらつきに応じて、固有の明るさの明るい素子ほど点灯期間が短くなるように直列回路を構成することにより、固体発光素子全体の明るさのばらつきを低減することができる。

なお、実施形態３と実施形態４を適宜組み合わせて実施することで、固体発光素子全体の明るさのばらつきをさらに低減することができる。

（実施形態５）
本発明の実施形態５について図３を用いて説明する。本実施形態は、図３に示すように、実施形態１の発光部１及び点灯装置２を交通信号機の灯具３に収納して成る。灯具３は発光部１を外部に臨ませるための３つの略円形状の開口部４を有する略長円形状の箱体であって、各開口部４の全面に亘って発光部１の発光ダイオードが対向配置されている。３つの開口部４にそれぞれ配置される３つの発光部１は、信号制御用のリレー接点等を介して点灯装置２の出力に接続されている。

発光ダイオードが発光する色は開口部４毎に異なっており、図３における左の開口部４から緑色、黄色、赤色となっている。なお、発光ダイオードが発光する色及びその配列は上記のものに限定される必要は無く、交通信号機の用途に応じて変更可能であることは言うまでもない。例えば、歩行者用信号機であれば、赤色と青色の二色が縦方向に配置されることになるし、右折・左折・直進の矢印信号であれば、青色の発光ダイオードが右向き、左向き、上向きの各矢印形状を構成するように配置されることになる。

各開口部４では、個数の多い第１の直列回路１１の発光ダイオードが周縁部に配置され、個数の少ない第４の直列回路１４の発光ダイオードが略中央に配置されている。この場合、順方向電圧Ｖｆ４の低い第４の直列回路１４の発光ダイオードは不点灯期間が殆ど存在しないため、各開口部４の略中央の発光ダイオードは（交通信号の点灯期間中は図中の黒丸のように）ほぼ常時点灯するようになっている。したがって、例えばタクシー等に搭載されるドライブレコーダーのビデオカメラで事故の瞬間を撮影した場合に、各開口部４の略中央の発光ダイオードはほぼ常時点灯しているので、ビデオカメラの撮影間隔及びタイミングに依らず交通信号機の状態を認識することができる。

本発明の実施形態１〜４の構成を示す回路図である。本発明の実施形態１〜４の動作を示す波形図である。本発明の実施形態５の発光装置を示す正面図である。

符号の説明

１発光部
２点灯装置
Ｌ発光ダイオード（固体発光素子）
Ｒ１〜Ｒ４抵抗（限流要素）
１１〜１４第１〜第４の直列回路

Claims

限流要素と１つ以上の発光ダイオードとを直列に接続した直列回路を複数個並列に接続して成る発光部と、交流電源に接続されて交流電圧を全波整流して前記発光部に脈流電圧を供給する点灯装置とを備えた発光装置であって、前記発光部は、少なくとも点灯期間の異なる前記直列回路が複数個並列に接続されており、少なくとも１つの前記直列回路の前記発光ダイオードの個数が異なる組み合わせであり、前記点灯期間の異なる前記直列回路は、前記直列回路における前記発光ダイオードの直列個数が異なると共に、前記直列回路内において、固有電圧の異なる複数種の前記発光ダイオードが直列接続され、前記各直列回路における固有電圧の異なる前記発光ダイオードの使用比率が異なる構成により前記直列回路の順方向電圧を異ならせたものであって、並列に接続させた前記各直列回路に流れる電流の合成電流を正弦波に近い波形とさせてなり、前記点灯期間が異なる前記直列回路は平均電流値がほぼ等しく点灯駆動されることを特徴とする発光装置。
前記発光部は、前記発光ダイオードの固有の明るさのばらつきに応じて、固有の明るさの明るい前記発光ダイオードほど前記点灯期間が短くなるように前記直列回路を構成してなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記発光部と、前記点灯装置と、前記発光部及び前記点灯装置が収納される灯具とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。