JP5643773B2 - 色温度のシフトを用いた調光可能な光源 - Google Patents

Description

本発明は一般的に、光源としてＬＥＤを有する照明装置に関する。

高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発以来、単なるインジケータではなく照明のための光源としてのＬＥＤの利用は、良く知られている。欧州では典型的に２３０Ｖ、５０Ｈｚである電源から、照明装置が電源供給されることが標準的である。ＬＥＤは比較的低い電圧しか必要とせず（典型的には３Ｖのオーダー）、一方向のみに電流を許容するため、交流（ＡＣ）電源に基づいて直流（ＤＣ）のＬＥＤ電流を生成するための駆動回路が開発されてきた。しかしながら、斯かる駆動回路は比較的高価である。

より単純な方法では、ＬＥＤの列が、安定抵抗器と直列に、電源に直接に接続される。ＡＣ周期の前半及び後半の両方においてＬＥＤ電流及び従って光出力を可能とするため、２つの斯かる列が逆並列に接続される。この概念は例えば、７０個のＬＥＤが２１０Ｖの電圧効果に対応し、残りの２０Ｖが安定抵抗器により対応されるというものである。電圧変化は安定抵抗器によって引き受けられる。

この方法の簡便さ、及びそれ故比較的安価な実装は、一定の魅力があるが、照明装置が調光されることが望ましい場合には問題がある。

特定の用途に対しては、照明装置が調光可能であることが望ましいばかりでなく、出力光の色温度が調光の際に低い値にシフトされることも望ましい。この要件は、小型のベッドサイドランプ又は読書用ランプの場合に特に重要であるが、同様の特徴が望ましい他の用途もあり得る。

本発明の目的は、光源として複数のＬＥＤを持つ簡便且つコスト効率の良い照明装置であって、単純な方法で調光されることが可能であり、同時に該装置の光出力が自動的に低い色温度にシフトするような照明装置を提供することにある。

本発明の重要な態様によれば、調節可能な電圧源が少なくとも１つの白色ＬＥＤに直列に接続され、当該電圧源は少なくとも１つの赤色ＬＥＤに電源供給する。該電圧源の出力が増大させられると、該電圧源における電圧降下が増大させられ、それにより白色ＬＥＤがより小さな出力を受け、赤色ＬＥＤがより大きな出力を受ける。

更なる有利な詳細は、従属請求項において言及される。

本発明のこれらの及びその他の態様、特徴及び利点は、図面を参照しながら、１つ以上の好適な実施例の以下の記載により更に説明され、ここで同一の参照番号が同一又は類似する部分を示す。

照明装置のブロック図を模式的に示す。 図１の照明装置における使用のための電圧源のブロック図を模式的に示す。

図１は、本発明による照明装置１のブロック図を模式的に示す。照明装置１は、ＡＣ電源に結合するための入力端子２を有する。ＬＥＤ列１０は、入力端子２に直列に接続される。ＬＥＤ列１０は、主出力ＬＥＤの第１の列１１と、該第１の列に逆並列に接続された主出力ＬＥＤの第２の列１２とを有する。第１の安定抵抗器１３が、ＬＥＤ列１０に直列に接続される。

主ＬＥＤ１１、１２は、好適には白色ＬＥＤである。しかしながら、これらＬＥＤのうちの１つ以上が色付きのＬＥＤであっても良い。

整流器３０は、ＬＥＤ列１０に直列に配置された入力端子３１、３２を持つ。整流器３０は、一般に知られているように、ダイオードのブリッジ回路を適切に有しても良い。

整流器３０は、該整流器３０の出力端子３３、３４において、整流されたＤＣ電圧Ｖ１を供給する。必要であれば、該電圧は出力端子３３、３４に並列なコンデンサにより平滑化されても良いが、このことは単純さのため図示されていない。

照明装置１は更に、整流されたＤＣ電圧Ｖ１を入力電圧として受けるための、整流器出力端子３３、３４に結合された入力端子４１、４２を持つ、制御可能な電圧源４０を有する。参照番号４５は、ユーザ制御可能な制御入力を示す。制御可能な電圧源４０は、出力端子４３、４４において、ＤＣ出力電圧Ｖ２を供給し、該電圧の大きさは、ユーザ制御入力４５において受容された入力に依存する。少なくとも１つの副ＬＥＤ５１と第２の安定抵抗器５２との直列の構成は、制御可能な電圧源４０の出力端子４３、４４に接続される。

通常、１個の副ＬＥＤ５１のみで十分であるが、本発明の要旨は、２つ以上の副ＬＥＤが直列に接続された場合にも適用可能である。

好適には、副ＬＥＤ５１は赤色出力ＬＥＤである。しかしながら、本発明の要旨は、副ＬＥＤ５１の色が主ＬＥＤ１１、１２の色よりも低い色温度を持つ場合にも適用可能である。例えば、主ＬＥＤ１１、１２が白色ＬＥＤであり、副ＬＥＤ５１が橙色又は黄色ＬＥＤである実施例も可能である。更に、複数の副ＬＥＤの場合には、全ての副ＬＥＤが相互に同じ色を持つことは必須ではない。

制御可能な電圧源４０の代わりに、制御可能な電流源が利用されても良いことに留意されたい。

更に、制御可能なＤＣ電圧（又は電流）源の代わりに、制御可能なＡＣ電圧（又は電流）源が利用されても良いことに留意されたい。この場合、整流器３０は省略されることができ、副ＬＥＤは逆並列に配置された少なくとも２つのＬＥＤを有しても良い。

主ＬＥＤ１１、１２及び副ＬＥＤ５１は、照明装置１において互いに近接して配置され、それにより照明装置１が全体として生成しユーザにより知覚される全体の出力光が、個々のＬＥＤ１１、１２、５１の個々の光出力の混合となる。

電源により供給されＬＥＤ列１０により受容される電流は、Ｉ_{ｍａｉｎｓ}と示される。当該電流は、整流器３０により入力電流として受容される。整流器３０においては電流が損失されないことが仮定される。整流された電源電流（整流器３０の出力電流）は、＜Ｉ_{ｍａｉｎｓ}＞と示され、電圧源４０に入力電流として供給される。該整流された電源電流の一部は、制御可能な電圧源４０により消費される。当該電流は、安定器電流Ｉ１と示される。電圧源４０の出力部において生成され副ＬＥＤ５１により受容される電流は、副電流Ｉ２と示される。斯くして、＜Ｉ_{ｍａｉｎｓ}＞＝Ｉ１＋Ｉ２であることは明らかであろう。

動作は以下のとおりである。ユーザが、制御可能なＤＣ電圧源４０を低出力電圧に設定しており、そのため副ＬＥＤ５１は光を生成しないか、又は少量の光しか発しないと仮定する。このとき、電圧源４０の入力端子４１、４２における電圧降下は比較的小さく、従って整流器３０の入力端子における電圧降下は小さく、そのためＬＥＤ列１０は最大の駆動電圧を受け、最大の光出力をもたらす。

ユーザが、制御可能な電圧源４０を、より高い出力電圧に調節すると仮定する。結果として、副ＬＥＤ５１は増大した量の光をもたらす。同時に、電圧源４０の入力端子４１、４２における電圧降下が増大し、それ故、整流器３０の入力端子３１、３２における電圧降下が増大し、ＬＥＤ列１０のための駆動電圧が減少し、ＬＥＤ列１０により生成される光の量が減少する。全体として、該照明装置の光出力レベルは低減され（調光され）、出力光における赤色光の相対量が増大する（より低い色温度にシフトする）。

図２は、単純さのため好適な電圧源４０の実施例のブロック図である。調節可能なツェナーダイオード４９（例えばMotorola社、Texas Instruments社、Fairchild Semiconductor社から市販されている標準的なコンポーネントTL431又はLM431）が、出力端子４３、４４に並列に接続されている。第１の抵抗４６と第２の抵抗４７との直列構成は、入力端子４１、４２に並列に接続される。２つの抵抗４６、４７間のノードは、調節可能なツェナーダイオード４９の制御入力端子４８に接続される。正の出力端子４３は正の入力端子４１に接続され、負の出力端子４４は負の入力端子４２に接続される。抵抗４６、４７の一方は調節可能な抵抗であり、ユーザ制御入力４５を実装する。図示された実施例においては、このことは正の入力端子４１に接続された第１の抵抗４６に当てはまる。

図２の回路を用いると、出力電圧Ｖ２は式Ｖ２＝（１＋Ｒ１／Ｒ２）・Ｖ_ｒｅｆを満たす。ここで、
Ｒ１は、第１の抵抗４６の抵抗値であり、
Ｒ２は、第２の抵抗４７の抵抗値であり、
Ｖ_ｒｅｆは、調節可能なツェナーダイオード４９の内部基準電圧であり、典型的には約１．２Ｖ又は２．５Ｖである。

当該回路においてはＶ１＝Ｖ２であることに留意されたい。

Ｒ１＝０である場合、出力電圧Ｖ２はＶ_ｒｅｆに等しくなり、副ＬＥＤ５１が電流を引き込むには低過ぎる（副ＬＥＤ５１及び第２の安定抵抗器５２の特性に依存する）。入力電圧Ｖ１もＶ_ｒｅｆに等しくなるため、ＬＥＤ列１０は略最大の電源電圧を受ける。その結果の大きな電源電流＜Ｉ_{ｍａｉｎｓ}＞は、主にツェナーダイオード４９を通り、一部は第２の抵抗器４７を通って流れる。

Ｒ１が増大させられると、出力電圧Ｖ２が増大し、そのため副ＬＥＤ５１が更なる電流Ｉ２を引き込むことができる（副電流Ｉ２の正確な量は副ＬＥＤ５１及び第２の安定抵抗器５２の特性に依存する）。入力電圧Ｖ１も増大するため、ＬＥＤ列１０は少ない電圧しか受けず、従って少ない電源電流Ｉ_ｍａｉｎしか引き込まない。差分Ｉ１＝＜Ｉ_{ｍａｉｎｓ}＞−Ｉ２は、主にツェナーダイオード４９を通り（Ｉｚで示される）、一部は第１及び第２の抵抗４６、４７を通って流れる。当業者には明らかであるように、ＬＥＤの数及びこれらＬＥＤの光出力と共に、各構成要素の、とりわけ第１及び第２の安定抵抗器１３、５２並びにＬＥＤ１１、１２、５１の順方向電圧の適切な設定が、調光の間の所望の色シフトに帰着する。

要約すると、本発明は、
交流電源に結合された入力端子２と、
前記入力端子に直列に接続された発光ダイオード列１０と、
前記発光ダイオード列に直列に接続された入力端子を持つ整流器３０と、
前記整流器の出力端子に結合された入力端子を持つ制御可能な電圧源４０と、
前記制御可能な電圧源の出力端子に接続された、少なくとも１つの副発光ダイオード５１と第２の安定抵抗器５２との直列構成と、
を有する照明装置１を提供する。

前記電圧源は、
前記入力端子に並列に接続された調節可能な第１の抵抗４６と第２の抵抗４７との直列構成と、
前記出力端子に並列に接続され、前記２つの抵抗の間のノードに接続された制御入力端子４８を持つ、調節可能なツェナーダイオード４９と、
を有する。

正の出力端子は正の入力端子に接続され、負の出力端子は負の入力端子に接続される。

本発明は図面及び以上の記述において説明され記載されたが、斯かる説明及び記載は説明するもの又は例示的なものとみなされるべきであり、限定するものではないことは当業者には明らかであろう。本発明は開示された実施例に限定されるものではなく、請求項に記載された本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形及び変更が可能である。例えば、第１の安定抵抗器１３は、整流器３０又は電圧源４０に向けて移動させられても良い。

更に、ＬＥＤ列１０は、図１に示された構成とは異なる構成を持っても良い。例えば、該ＬＥＤ列は、ＬＥＤユニットの直列配置として実装され、各ＬＥＤユニットが、少なくとも１つの第２のＬＥＤに逆並列に接続された少なくとも１つの第１のＬＥＤを有しても良い。他の梯子型構成も考えられ得る。

開示された実施例に対する他の変形が、図面、説明及び添付される請求項を読むことにより、請求される本発明を実施化する当業者によって理解され実行され得る。請求項において、「有する（comprising）」なる語は他の要素又はステップを除外するものではなく、「１つの（a又はan）」なる不定冠詞は複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又はその他のユニットが、請求項に列記された幾つかのアイテムの機能を実行しても良い。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体上で保存／配布されても良いが、インターネット又はその他の有線若しくは無線通信システムを介してのような、他の形態で配布されても良い。請求項におけるいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (8)

1. 交流電源に結合された入力端子と、
   前記入力端子に直列に接続された発光ダイオード列と、
   前記発光ダイオード列に直列に接続された入力端子と、出力端子と、を持つ整流器と、
   前記整流器の出力端子に結合された入力端子と、出力端子と、を持つ制御可能な電圧源と、
   前記制御可能な電圧源の出力端子に接続された、少なくとも１つの副発光ダイオードと第２の安定抵抗器との直列構成と、
   を有する、照明装置。
2. 前記発光ダイオード列に直列に接続された第１の安定抵抗器を更に有する、請求項１に記載の照明装置。
3. 主発光ダイオードの少なくとも幾つかは白色発光ダイオードである、請求項１に記載の照明装置。
4. 前記副発光ダイオードは赤色出力発光ダイオードを有する、請求項１に記載の照明装置。
5. 前記副発光ダイオードの出力光の相関色温度は、前記発光ダイオード列の出力光の相関色温度よりも低い、請求項１に記載の照明装置。
6. 前記電圧源は、
   前記入力端子に並列に接続された第１の抵抗と第２の抵抗との直列構成と、
   前記出力端子に並列に接続され、前記２つの抵抗の間のノードに接続された制御入力端子を持つ、調節可能なツェナーダイオードと、
   を有し、正の出力端子は正の入力端子に接続され、負の出力端子は負の入力端子に接続され、
   前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗の一方は調節可能な抵抗である、請求項１に記載の照明装置。
7. 前記正の入力端子と前記ツェナーダイオードの制御入力端子との間に接続された前記第１の抵抗は、調節可能な抵抗である、請求項６に記載の照明装置。
8. 前記発光ダイオード列は、主出力発光ダイオードの第１の列と、前記第１の列に逆並列に接続された主出力発光ダイオードの第２の列と、を有する、請求項１に記載の照明装置。

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