JP5912184B2 - 半導体発光素子を適用した照明装置 - Google Patents

半導体発光素子を適用した照明装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体発光素子を光源とする照明装置に関し、より詳細には、交流電圧を用いて複数の発光素子を駆動する場合、交流電圧の大きさ変動を考慮して発光素子全体を発光可能にし得る半導体発光素子を適用した照明装置に関する。
最近、半導体発光素子は、高効率、低電力及び高輝度などの多様な特性のため、多くの分野で光源として活用されている。特に、最近の照明分野では、従来の一般的な白熱電球や蛍光灯に取って代わる用途で半導体発光素子が適用された照明器具が急速に普及している。
白熱電球、蛍光灯を光源として使用する従来の照明装置は、商用交流電圧を用いて発光するので、照明用半導体発光素子も交流電圧を用いて駆動しなければならない。
通常、交流電圧を用いて半導体発光素子を駆動するためには、正負の値を有する交流電圧を正の値を有する脈流電圧に変換し、この脈流電圧の大きさ変動に応じて発光する半導体発光素子の個数を調整するように回路を構成している。
このような通常の技術の場合、脈流電圧の大きさ変動に応じて複数の半導体発光素子のうち一部は持続的に発光し、発光時間が長く決定される一方、半導体発光素子の残りの一部は、脈流電圧の大きさが特定大きさ以上になる場合のみに制限的に発光するので、照明器具を構成する半導体発光素子ごとに発光時間が異なる。その結果、照明器具を構成する半導体発光素子のうち一部が先に劣化し、照明器具の調光状態が不良になり、深刻な場合、照明器具の動作が不可能になるという問題が発生し得る。
本発明の実施形態は、従来技術の限界及びデメリットによる１つ以上の問題点を実質的に解決するために提供される。本発明の実施形態は、発光素子を駆動するための交流電圧の大きさ変動を考慮して発光素子全体を発光可能にし得る、半導体発光素子を適用した照明装置を提供することを技術的課題とする。
上述した課題を達成するための本発明は、交流電源の入力を受けて脈流電圧形態の駆動電圧を生成する整流部、前記駆動電圧を基準電圧と比較することによってサンプリング信号を生成し、サンプリング信号に対する論理演算を行ってスイッチ制御信号及び電流制御信号を生成する制御信号生成部、前記スイッチ制御信号に応じてオン／オフ動作を行い、前記駆動電圧を選択的に伝達するスイッチ部、前記サンプリング信号を受信し、アナログ信号である目標電圧を生成する総電流制御部、前記電流制御信号によって活性化され、前記目標電圧を受信することによって駆動電流を決定する複数の駆動電流制御部を有する電流制御部、及び前記電流制御部に接続されて発光動作を行うための発光素子を有する発光部、を含む照明装置を提供する。
本発明によると、複数の発光素子を駆動するための交流電圧の大きさ変動に応じて複数の発光素子間の電気的接続関係を適宜変更することによって、照明装置に適用された複数の発光素子を全て発光可能にすることができる。
また、本発明によると、複数の発光素子を全て発光可能にすることによって、照明装置に適用された各発光素子のうち一部が他の発光素子に比べて長く発光し、先に劣化するという問題を解消することができる。
また、本発明によると、必要に応じて全体の発光素子に提供される電流の総和を一定に制御したり、各発光素子に提供される電流の大きさを一定に制御することができる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子を適用した照明装置の回路図である。 図１の制御信号生成部を示した回路図である。 図１の電流制御部のそれぞれの構成を示した回路図である。 図１の総電流制御部を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る図１の照明装置の動作を説明するためのグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る図１の照明装置の動作を説明するための別のグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子を適用した照明装置の回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る制御信号生成部を示した回路図である。 本発明の第２の実施形態に係るスイッチ部を示した回路図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態及びその利点が詳細に説明されるが、様々な変更、置換および改変が本発明の範囲から逸脱することなく、なされ得ることが理解されるべきである。本発明の実施形態は、多様な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されることはない。本発明の実施形態は、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。また、本発明を説明するにおいて、定義される各用語は、本発明での機能を考慮して定義したものであって、これは、当分野に携わる技術者の意図または慣例などによって変わり得るので、本発明の技術的構成要素を限定する意味として理解してはならない。
本発明の実施形態は、本明細書に開示されている。しかしながら、本明細書に開示された特定の構造及び機能の詳細は、本発明の例示的な実施形態を説明するための単なる代表例であり、本発明の例示的な実施形態は多くの代替形態で具現化することができ、ここに記載される実施形態の一例に限定されると解釈されるべきではない。
従って、本発明は、様々な修正および代替形態が可能であるが、特定の実施形態が図面に例として示されており、本明細書に詳細に説明される。しかし、開示された特定の形態に本発明を限定する意図がないことが理解されるべきであり、逆に、本発明は、すべての修正、均等物、および本発明の精神および範囲内に入る代替物を網羅するものである。参照番号は、図面の説明全体を通して同じ要素を指す。
「第１」、「第２」などの用語が様々な要素を説明するために使用され得るが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、ある要素を別の要素から区別するために使用される。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素は、第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素は、第１の要素と呼ぶことができる。本明細書において、用語「及び/又は」は、列挙された関連項目の一つまたは複数のあらゆる組合せを含む。
ある要素が別の要素に「接続」又は「結合」されていると言及されるとき、他の要素に直接接続又は結合され得る、或は介在する要素が存在し得ることもできることが理解される。逆に、要素が別の要素に「直接接続」又は「直接結合」されるといわれる場合は、介在要素は存在しない。要素間の関係を記述するために使用される他の単語（即ち、「間に」と「直接的に間に」、「隣接する」と「直接隣接する」、など）も同様に解釈されるべきである。
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためにのみ用いられ、本発明を限定することを意図するためのものではない。本明細書では、単数形の「a」、「an」および「the」は、文脈が明確に示さない限り、複数形も含むことを意図している。さらに、用語「comprises」、「comprising」、「includes」及び／又は「including」が本明細書で使用される場合、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定、他の１つ以上に特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又ははそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことが理解されるであろう。
特に定義しない限り、本明細書で使用される（技術用語および科学用語を含む）全ての用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって理解されるものと同じ意味を有する。さらに、一般に使用される辞書で定義されている用語は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものであり、本明細書で明白に定義されない限り、理想化又は過度に形式的な意味に解釈されないことが理解されるであろう。
また、いくつかの代替実施形態では、機能（functions）／動作（acts）は、フローチャートにしめされた順序を外れることがあることに留意するべきである。例えば、連続して示す２つのブロックは、実質的に同時に行われてもよく、又は、そのブロックが該当する機能／動作に応じて逆の順序で実行されてもよい。
様々な例示的な実施形態を、幾つかの実施形態が示されている添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明は、異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底的かつ完全であり、十分に、当業者に本発明の範囲を伝えるように設けられている。用語は、本発明の機能を考慮して定義されており、また、それらは、ユーザの意図又は実行によって変わり得る。従って、これらの用語は、本発明の技術的構成要素を限定するものとして解釈されるべきではない。
第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子を適用した照明装置の回路図である。
図１に示した照明装置は、４個の発光素子Ｌ１ないしＬ４を適用した照明装置の一例を示す。しかし、本発明は、発光素子の個数は限定されるものではなく、図１の照明装置が、直列に接続された少なくとも２個以上の発光素子、または直列または並列に接続された複数の発光チップを含む発光素子を適用した他の実施形態に変更・改造することは当業者にとって自明である。
図１に示したように、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子を適用した照明装置は、整流部１００、制御信号生成部１１０、スイッチ部１２０、電流制御部１３０、総電流制御部１４０及び発光部１５０を含んで構成されてもよい。
整流部１００は、正負の値を有する交流電圧ＶＡＣを整流し、これを脈流電圧の形態を有する駆動電圧Ｖｉｎに変換することができる。整流部１００としては、ダイオードからなるダイオードブリッジ回路などの当技術分野でよく知られている多様な整流回路を採用することができる。
制御信号生成部１１０は、駆動電圧Ｖｉｎを受信し、スイッチ部１２０のオン／オフ動作を制御するためのスイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３を生成し、電流制御部１３０の動作を制御する電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４を生成し、総電流制御部１４０の出力である目標電圧Ｖｔを決定するためのサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を生成する。
スイッチ部１２０は、互いにに並列に接続された複数のスイッチ１２１、１２２、１２３を有し、スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３に応答してオン／オフ動作を行う。その結果、駆動電圧Ｖｉｎを各発光素子Ｌ２ないしＬ４に選択的に印加することができる。
電流制御部１３０は、それぞれの発光素子Ｌ１ないしＬ４のカソード端に接続され、電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４に応答して接続された発光素子の動作を制御する。また、電流制御部１３０には目標電圧Ｖｔが印加される。印加される目標電圧Ｖｔに応じて、電流制御部１３０に接続された発光素子Ｌ１ないしＬ４の電流量が決定される。このために、電流制御部１３０は、複数の駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４を有する。それぞれの駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４は互いにに並列に接続される。例えば、第１の駆動電流制御部１３１は、電流制御信号ＳＣ１及び目標電圧Ｖｔを受信する。電流制御信号ＳＣ１に応答して第１の駆動電流制御部１３１が活性化または非活性化され、第１の駆動電流制御部１３１が活性化された場合、第１の駆動電流制御部１３１は、目標電圧Ｖｔに対応する駆動電流が発光素子Ｌ１に流れるようにする。
総電流制御部１４０は、制御信号生成部１１０のサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信し、これらのサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３をアナログ信号に変換する。変換されたアナログ信号は、目標電圧Ｖｔの形態で電流制御部１３０に印加される。
発光部１５０は、複数の発光素子Ｌ１ないしＬ４と、複数のダイオードＤ１ないしＤ３とを有する。例えば、発光素子Ｌ１は、駆動電圧Ｖｉｎと第１の駆動電流制御部１３１との間に接続される。また、残りの発光素子Ｌ２ないしＬ４は、スイッチ部１２０と各駆動電流制御部１３２、１３３、１３４との間に接続される。例えば、発光素子Ｌ１は、第１の発光グループとして表すことができ、残りの発光素子Ｌ２ないしＬ４は、第２の発光グループとして表すことができる。第１の発光グループは、駆動電圧Ｖｉｎと直接接続されて発光動作を行ってもよい。一方、第２の発光グループは、スイッチ部１２０のスイッチ１２１、１２２及び１２３の各々が導通状態であるときのみに駆動電圧Ｖｉｎを受信してもよい。
図２は、図１の制御信号生成部を示した回路図である。
図２を参照すると、制御信号生成部は、比較部１１２及び論理組み合わせ部１１４を有する。
比較部１１２は、整流部１００から出力されたで駆動電圧Ｖｉｎを受信し、この駆動電圧Ｖｉｎを基準電圧ＶＦと比較する。比較結果は、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３のレベルで示される。このために、比較部１１２は、駆動電圧Ｖｉｎと接地との間に直列に接続された複数の分圧抵抗Ｒｓ１ないしＲｓ５を有する。また、各分圧抵抗Ｒｓ１ないしＲｓ５間のノードから分岐した枝は、比較器１１２１ないし１１２４に入力される。比較器１１２１ないし１１２４の正の入力端には各分圧抵抗Ｒｓ１ないしＲｓ５間のノードの電圧が印加され、比較器１１２１ないし１１２４の負の入力端には基準電圧ＶＦが共通して入力される。
それぞれの比較器１１２１ないし１１２４の正の入力端に印加される各分圧抵抗Ｒｓ１ないしＲｓ５間のノード電圧が負の入力端に印加される基準電圧ＶＦ以上である場合、比較器１１２１ないし１１２４はハイレベルを出力する。また、それぞれの比較器１１２１ないし１１２４の正の入力端に印加される各分圧抵抗Ｒｓ１ないしＲｓ５間のノード電圧が負の入力端の基準電圧ＶＦ未満である場合、比較器１１２１ないし１１２４はローレベルを出力する。
論理組み合わせ部１１４は、第１のロジック部１１５及び第２のロジック部１１６を有する。
第１のロジック部１１５は、それぞれの比較器１１２１ないし１１２４から出力される各サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信し、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３に対する論理組み合わせを実行して電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４を生成する。電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４は、図１の電流制御部１３０の動作を制御する。第１のロジック部１１５は、入力と出力の状態に応じて多様な論理素子の組み合わせで構成することができる。また、第１のロジック部１１５には、選択信号ＳＥＬが入力されてもよい。選択信号ＳＥＬは、演算の対象となるサンプリング信号を選択することができる。
第２のロジック部１１６は、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信し、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３に対する論理組み合わせを実行してスイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３を生成する。スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３は、図１のスイッチ部１２０をそれぞれ制御する。第２のロジック部１１６は、入力と出力の状態に応じて多様な論理素子の組み合わせで構成することができる。また、前記第２のロジック部１１６には、選択信号ＳＥＬが入力されてもよい。選択信号ＳＥＬは、演算の対象となる所定のサンプリング信号を選択することができる。
前記第１のロジック部１１５及び第２のロジック部１１６は、各論理素子の組み合わせで構成することができる。これは、入力されるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３の状態と、出力されるスイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３または電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４の状態に応じて多様に選択することができる。例えば、２個のロジック部１１５、１１６の各々は、プログラマブル論理アレイを含んでもよく、プログラマブルアレイ論理を含んでもよい。
また、サンプリング信号の数には特別な制限がなく、出力されるスイッチ制御信号の数と電流制御信号の数に応じて多様に選択されてもよい。
図３は、図１の電流制御部のそれぞれの構成を示した回路図である。
図３に示した回路図は、電流制御部を構成する４個の駆動電流制御部のうち任意の一つを示している。
図３を参照すると、駆動電流制御部は、線形増幅器１３０１、バッファー１３０２、駆動トランジスタＱｄ及び検出抵抗Ｒｄを有する。
線形増幅器１３０１の負の入力端には、検出抵抗Ｒｄによって検出された電圧が印加される。また、線形増幅器１３０１の正の入力端には目標電圧Ｖｔが印加される。目標電圧Ｖｔは、図１の総電流制御部１４０で生成された電圧である。線形増幅器１３０１の出力はバッファー１３０２に入力される。バッファー１３０２は、電流制御信号ＳＣ０ないしＳＣ３に応答して活性化または非活性化される。
「活性化」は、動作の対象となる素子が入出力（Ｉ／Ｏ）機能を行うことを意味する。また、「非活性化」は、動作の対象となる素子が機能を行わず、オフ状態またはフローティング状態に進むことを意味する。したがって、非活性化モードでは、信号の処理や伝送は発生しない。以下では、本発明における活性化と非活性化の意味は、上述したように解釈すべきである。
活性化されたバッファー１３０２は、線形増幅器１３０１の出力を駆動トランジスタＱｄに伝達する。駆動トランジスタＱｄは、発光素子Ｌ１乃至Ｌ４の各々のカソード端と検出抵抗Ｒｄとの間に接続される。また、駆動トランジスタＱｄは、ゲート端子に印加されるバッファー１３０２の出力に応答してオン／オフ動作を行う。バッファー１３０２としては、電流制御信号ＳＣに応答してオン／オフ動作を行える素子であれば如何なる構成も可能でる。したがって、バッファー１３０２はスイッチに取り替えられてもよい。
バッファー１３０２が活性化される場合、駆動トランジスタＱｄ、線形増幅器１３０１及びバッファー１３０２で構成された負帰還が構成される。検出抵抗Ｒｄでの検出電圧が目標電圧Ｖｔ未満であると、線形増幅器１３０１はハイレベルを出力する。これは、バッファー１３０２を経て駆動トランジスタＱｄのゲート端子に印加される。駆動トランジスタＱｄゲート−ソース電圧のＶｇｓは、上昇した電圧レベルによって上昇する。したがって、検出抵抗Ｒｄに流れる電流量は増加する。増加した電流量によって検出抵抗Ｒｄでの検出電圧が上昇する。すなわち、検出抵抗Ｒｄでの検出電圧は、目標電圧Ｖｔに追従する特性を有する。
バッファー１３０２が非活性化される場合、バッファー１３０２は、ローレベルを出力する、又はフローティング状態に進み、駆動トランジスタＱｄをオフ状態にする。したがって、駆動電流制御部には電流が供給されない。
図４は、図１の総電流制御部を示したブロック図である。
図４を参照すると、総電流制御部は、図２に示した制御信号生成部１１０で生成されるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３の入力を受け、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３の状態に応じて事前に設定された目標値を出力するデジタル／アナログ変換器１４１を含む。例えば、デジタル／アナログ変換器１４１は、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３のロジック値である００００ないし１１１１の入力を受け、各ロジック値である００００ないし１１１１に対して事前に設定された目標値に対応する電圧を出力することができる。この目標値に対応する電圧である目標電圧Ｖｔは、バッファー１４３を経て駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４の線形増幅器１３０１の入力に提供される。
また、図４では、総電流制御部１４０の出力が一つである場合を示したが、これは例示に過ぎない。したがって、総電流制御部１４０の出力は、目標電圧Ｖｔが入力される駆動電流制御部の個数に対応して複数で構成することもできる。また、複数出力される目標電圧Ｖｔは、互いに異なる値であってもよい。
また、総電流制御部１４０には選択信号ＳＥＬが入力されてもよい。選択信号ＳＥＬが活性化される場合、総電流制御部１４０は、互いに異なる目標電圧Ｖｔを出力してもよい。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る図１の照明装置の動作を説明するためのグラフである。
図５を参照すると、駆動電圧Ｖｉｎ、全ての発光素子に流れる総電流の大きさＩＴ及び各発光素子に流れる電流の大きさＩＬを示している。
ここでは、脈流電圧形態の駆動電圧Ｖｉｎの一周期を示しており、駆動電圧Ｖｉｎは、０Ｖとピーク電圧との間を周期的に増減する。図５に示したように、全ての発光素子Ｌ１ないしＬ４に流れる電流の和、すなわち、総電流の大きさＩＴは一定に制御される。
スイッチ部１２０及び電流制御部１３０は、表１のように制御されてもよい。
表１に示される第１の実施形態の動作は、図１ないし図３に基づいて説明する。
また、説明の便宜上、図２において、抵抗Ｒｓ５は、除去される値であるか、微々たる値を有するものつる。したがって、駆動電圧Ｖｉｎは、レベルの降下が起こらない状態で比較器１１２４に印加されると仮定する。
整流部１００から出力される駆動電圧Ｖｉｎが０Ｖから漸次増加して基準電圧ＶＦ以上、２ＶＦ未満になると、比較器１１２４の出力ＣＯＭ３はハイレベルになり、残りの比較器１１２１、１１２２、１１２３の各出力はローレベルになる。基準電圧ＶＦは、それぞれの発光素子Ｌ１またはＬ４が発光動作を開始できる順方向電圧であってもよい。
比較部１１２の出力を受信した第１のロジック部１１５は、電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４を全て活性化させる。また、第２のロジック部１１６は、スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３を全て活性化させる。したがって、スイッチ部１２０の全てのスイッチ１２１、１２２、１２３はターンオンされ、各駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４も全て活性化される。
すなわち、図２において、各サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３は、（０００１）の形態で第１のロジック部１１５及び第２のロジック部１１６に入力される。サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信した第１のロジック部１１５は、電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４を全て活性化させる。例えば、電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４は全てハイレベルになる。また、第２のロジック部１１６は、スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３を活性化させる。したがって、第１のスイッチ１２１ないし第３のスイッチ１２３はターンオンされる。ターンオンされた各スイッチ１２１、１２２、１２３及び活性化された各駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４により、全ての発光素子Ｌ１ないしＬ４は並列に接続される。
また、総電流制御部１４０のデジタル／アナログ変換器１４１は、制御信号生成部１１０の比較部１１２から出力されるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３のロジック信号（例えば、０００１）の入力を受け、このロジック信号に応答して事前に設定された目標値に対応する目標電圧Ｖｔを生成する。このとき、全体の電流ＩＴを一定に制御できるように、目標値は、全体の電流ＩＴの１／４に該当する値であってもよい。
このような動作を通じて、駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４及びスイッチ１２１、１２２、１２３は、全て導通状態または活性化状態になり、駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４及びスイッチ１２１、１２２、１２３の状態により、複数の発光素子Ｌ１ないしＬ４は、相互に並列に接続されるようになる。したがって、各発光素子Ｌ１ないしＬ４には、全体の駆動電流ＩＴが１／４ずつ分配されて流れるようになる。
以上の内容をまとめると、駆動電圧Ｖｉｎが基準電圧ＶＦ以上になると、駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４のそれぞれのバッファー１３０２に制御信号生成部１１０からハイレベルの電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４が印加され、駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４のそれぞれの線形増幅器１３０１には、全体の駆動電流ＩＴの１／４に該当する目標値に対応する目標電圧Ｖｔが総電流制御部１４０から印加される。その結果、線形増幅器１３０１は、検出抵抗Ｒｄに印加された電圧が目標電圧Ｖｔと同一になるように駆動トランジスタＱｄのゲート電圧を調整するようになり、駆動トランジスタＱｄのソースとドレインとの間に全体の駆動電流ＩＴの１／４に該当する電流が流れる状態になる。結果的に、各発光素子Ｌ１ないしＬ４には、全体の駆動電流ＩＴの１／４に該当する電流ＩＬが分配されて流れるようになる。
続いて、整流部１００から出力される駆動電圧Ｖｉｎの大きさが漸次増加して２ＶＦ以上、３ＶＦ未満になると、制御信号生成部１１０は、発光素子Ｌ１ないしＬ４のうち二つの発光素子間に直列接続を形成できるスイッチ制御信号を生成して出力する。すなわち、図２において、２個の比較器１１２３、１１２４がハイレベルを出力する。各比較器１１２１ないし１１２４の出力であるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３は、（００１１）の形態で出力される。
また、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信する第１のロジック部１１４は、電流制御信号ＳＣ２及びＳＣ４を活性化させる。したがって、発光素子Ｌ２に流れる電流は第２の駆動電流制御部１３２に供給され、発光素子Ｌ４に流れる電流は第４の駆動電流制御部１３４に供給される。
また、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信する第２のロジック部１１６は、スイッチ制御信号ＳＷ２を活性化させる。したがって、第２のスイッチ１２２はターンオンされ、残りのスイッチ１２１、１２３はオフされる。
総電流制御部１４０は、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信する。入力される信号は、（００１１）の形態を有する。入力されるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３は、アナログ信号に変換されて、目標電圧Ｖｔとして出力される。目標電圧Ｖｔは、活性化された駆動電流制御部１４２、１４４の駆動電流ＩＬが全体の電流ＩＴの１／２になるようにする。
スイッチ部１２０及び電流制御部１３０の動作により、第２のスイッチ１２２はターンオンされ、第２の駆動電流制御部１４２及び第４の駆動電流制御部１４４は活性化される。したがって、発光素子Ｌ１、ダイオードＤ１、発光素子Ｌ２及び第２の駆動電流制御部１４２を含む電流経路が形成され、発光素子Ｌ３、ダイオードＤ３、発光素子Ｌ４及び第４の駆動電流制御部１４４を含む別の電流経路が形成される。
したがって、それぞれの電流経路には、全体の駆動電流ＩＴが１／２ずつ分配されて流れるようになる。
続いて、整流部１００から出力される駆動電圧Ｖｉｎの大きさが３ＶＦ以上、４ＶＦ未満であると、制御信号生成部１１０は、各発光素子Ｌ１ないしＬ４のうち３つの発光素子間に直列接続を形成できるスイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３を生成し、電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４を出力する。
制御信号生成部１１０の比較部１１２の出力であるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３は、（０１１１）の形態で出力される。これは、サンプリング信号ＣＯＭ０はローレベルであって、残りのサンプリング信号ＣＯＭ１ないしＣＯＭ３はハイレベルであることを意味する。
サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信した第１のロジック部１１５は、電流制御信号ＳＣ３を活性化させる。したがって、第３の駆動電流制御部１３３のみが活性化され、残りの駆動電流制御部１３１、１３２、１３４は非活性化される。
また、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信した第２のロジック部１１６は、全てのスイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３を非活性化させる。したがって、スイッチ部１２０の全てのスイッチ１２１、１２２、１２３はオフされる。
したがって、発光素子Ｌ１、ダイオードＤ１、発光素子Ｌ２、ダイオードＤ２、発光素子Ｄ３及び第３の駆動電流制御部１３３を含む電流経路が形成される。したがって、図１の３個の発光素子Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は発光動作を行う。
また、総電流制御部１４０は、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信し、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を目標電圧Ｖｔに変換する。すなわち、総電流制御部１４０は、ロジック信号（０１１１）を受信し、ロジック信号（０１１１）に応答して目標電圧Ｖｔを生成する。生成された目標電圧Ｖｔに応答して直列に接続された３つの発光素子Ｌ１、Ｌ２及びＬ３のみが動作するので、生成された目標電圧Ｖｔのレベルは、全体の電流に対応する値を有してもよい。
また、発光素子Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に直列接続されない発光素子Ｌ４は、選択的に発光してもよい。このため、制御信号生成部１１０の第１のロジック部１１５及び第２のロジック部１１６には、外部から選択信号ＳＥＬが入力されてもよい。選択信号ＳＥＬが活性化されると、第１のロジック部１１５は電流制御信号ＳＣ３及びＳＣ４を活性化させる。したがって、第３の駆動電流制御部１３３及び第４の駆動電流制御部１３４は活性化される。また、第２のロジック部１１６は、活性化された選択信号ＳＥＬを受信し、活性化された選択信号ＳＥＬに対して論理演算をしてスイッチ制御信号ＳＷ１を活性化させる。その結果、第１のスイッチ１２０はオン状態になる。
したがって、発光素子Ｌ１、ダイオードＤ１、発光素子Ｌ２、ダイオードＤ２、発光素子Ｌ３及び第３の駆動電流制御部１３３を含む電流経路が形成され、発光素子Ｌ４及び第４の駆動電流制御部１３４を含む別の電流経路が形成される。
また、選択信号ＳＥＬは総電流制御部１４０に入力されてもよい。総電流制御部１４０を構成するデジタル／アナログ変換器１４１は、制御信号生成部１１０のサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３以外に選択信号ＳＥＬを受信してもよい。選択信号ＳＥＬが活性化されると、総電流制御部１４０は２つの目標電圧を形成する。例えば、総電流制御部１４０は、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を処理して第３の駆動電流制御部１３３に供給される目標電圧Ｖｔ１を形成し、サンプリング信号及び選択信号ＳＥＬを用いて第４の駆動電流制御部１３４に供給される目標電圧Ｖｔ２を形成してもよい。
第３の駆動電流制御部１３３に供給される目標電圧Ｖｔ１は、全体の駆動電流ＩＴの３／４に該当する値に設定されてもよく、第４の駆動電流制御部１３４に供給される目標電圧Ｖｔ２は、全体の駆動電流ＩＴの１／４に該当する値に設定されてもよい。
続いて、整流部１００の出力電圧である駆動電圧Ｖｉｎが基準電圧ＶＦの少なくとも４倍以上である場合、制御信号生成部１１０の全ての比較器１１２１ないし１１２４はハイレベルの信号を生成する。したがって、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３は、（１１１１）のロジック値を有する。
このサンプリング信号を受信する第１のロジック部１１５は、電流制御信号ＳＣ４を活性化させる。その結果、第４の駆動電流制御部１３４は活性化される。また、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信する第２のロジック部１１６は、全てのスイッチ制御信号を非活性化させる。その結果、スイッチ部１２０の全てのスイッチ１２１、１２２、１２３はオフされる。
したがって、図１において、発光素子Ｌ１、ダイオードＤ１、発光素子Ｌ２、ダイオードＤ２、発光素子Ｌ３、ダイオードＤ３、発光素子Ｌ４及び第４の駆動電流制御部１３４で構成された電流経路が形成される。
また、総電流制御部１４０は、制御信号生成部１１０の比較部１１２の出力であるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信し、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３をアナログ信号である目標電圧Ｖｔに変換する。前記目標電圧Ｖｔは第４の駆動電流制御部１３４に印加され、第４の駆動電流制御部１３４は、全体の駆動電流ＩＴに該当する電流を駆動する。
図５を参照すると、全体の電流ＩＴの大きさを一つの矩形波の形態で一定に制御する。駆動電圧Ｖｉｎが変化したとしても、全体の電流ＩＴは適宜分配されてそれぞれの発光素子に提供される。それぞれの発光素子に流れる電流は、駆動電圧Ｖｉｎのレベルに応じて変更される。上述の場合、それぞれのＬＥＤに供給される平均電力量は互いに同一になり、力率及び臨界条件を満足させることができる。
図６は、本発明の第１の実施形態に係る図１の照明装置の動作を説明するための別のグラフである。
図６を参照すると、駆動電圧Ｖｉｎ、全体の発光素子に流れる総電流の大きさＩＴ及び各発光素子に流れる電流の大きさＩＬを示している。
上述した図５においては、全体の電流ＩＴの大きさを一定に制御することを特徴とするが、図６においては、スイッチング条件が変化するにもかかわらず、各発光素子に流れる電流の大きさを一定に制御して発光量を一定に制御する。
スイッチング条件は表１と同一であるので、スイッチング条件についての説明は省略する。また、それぞれの発光素子に流れる電流量は同一であるので、各サンプリング信号を用いた目標電圧Ｖｔの生成過程は省略される。したがって、総電流制御部１４０を使用する目標電圧Ｖｔの生成以外に、別途の供給電圧を使用して目標電圧Ｖｔをそれぞれの駆動電流制御部に１３１、１３２、１３３、１３４に印加することができる。
まず、整流部１００から出力される駆動電圧Ｖｉｎが０Ｖから漸次増加して基準電圧ＶＦ以上、２ＶＦ未満の値を有すると、４個の発光素子Ｌ１ないしＬ４が互いに並列に接続された構造が形成される。このとき、総電流制御部１４０は、事前に設定された基準電流Ｉｒｅｆがそれぞれの駆動電流制御部１３１、１３２、１３３、１３４に流れるように目標電圧Ｖｔを供給する。その結果、それぞれの発光素子には基準電流Ｉｒｅｆが流れ、全体の電流量は４Ｉｒｅｆになる。
続いて、整流部１００から出力される駆動電圧Ｖｉｎの大きさが２ＶＦ以上、３ＶＦ未満であると、互いに直列に接続された二つの発光素子Ｌ１とＬ２とのアレイと、互いに直列に接続された二つの発光素子Ｌ３とＬ４とのアレイとが互いに並列に接続された接続構造が形成される。このとき、総電流制御部１４０は、目標電圧Ｖｔを第２の駆動電流制御部及び第４の駆動電流制御部に供給する。したがって、直列に接続されたＬ１とＬ２には基準電流Ｉｒｅｆが流れ、直列に接続されたＬ３及びＬ４にも基準電流Ｉｒｅｆが流れる。その結果、全体の電流量は２Ｉｒｅｆである。
続いて、整流部１００から出力される駆動電圧Ｖｉｎの大きさが３ＶＦ以上、４ＶＦ未満であると、互いに直列に接続された三つの発光素子Ｌ１ないしＬ３からなるアレイと一つの発光素子Ｌ４とが互いに並列に接続された接続構造が形成される。総電流制御部１４０は、目標電圧Ｖｔを第３の駆動電流制御部１３３及び第４の駆動電流制御部１３４に供給する。それぞれの駆動電流制御部１３３、１３４は、基準電流Ｉｒｅｆを駆動する。その結果、全体の電流量は２Ｉｒｅｆである。
続いて、整流部１００から出力される駆動電圧Ｖｉｎの大きさが４ＶＦ以上であると、全ての発光素子Ｌ１ないしＬ４は直列に接続される。総電流制御部１４０は、目標電圧Ｖｔを第４の駆動電流制御部１３４に供給する。その結果、全体の電流量はＩｒｅｆになる。
図６に示したように、全体の電流ＩＴは、駆動電圧Ｖｉｎの大きさに応じて変更される。また、一つの発光素子に流れる電流は、常に一定に制御することができる。この場合、それぞれのＬＥＤに供給される平均電力量には互いに異なってもよいが、接続関係が変更されたとしても各発光素子の発光量が常に一定に維持されるので、照明装置は一定の明るさを維持することができる。
第２の実施形態
図７は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子を適用した照明装置の回路図である。
図７は、４個の発光素子を適用した照明装置の一例を示す。但し、本実施形態においては、発光素子の数は限定されるものではなく、それぞれの発光素子は、２個以上の発光素子が直列に接続された構造、２個以上の発光素子が並列に接続された構造、又は直列及び並列の混合構造をモデリングすることにより得られる一つの発光素子であってもよい。
また、本実施形態における照明装置は、整流部２００、制御信号生成部２１０、スイッチ部２２０、電流制御部２３０、総電流制御部２４０及び発光部２５０を含む。
整流部２００は、正負の値を有する交流電圧を整流し、交流電圧を脈流電圧の形態を有する駆動電圧Ｖｉｎに変換する。整流部２００としては、ダイオードを含むダイオードブリッジ回路などの当技術分野で知られている多様な整流回路が採用できる。
制御信号生成部２１０は、駆動電圧Ｖｉｎを検出し、検出された駆動電圧Ｖｉｎの大きさに応じて、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３、スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３及び電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４を生成する。サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３は総電流制御部２４０に入力され、スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３はスイッチ部２２０に印加される。また、電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４は、電流制御部２３０のそれぞれの駆動電流制御部２３１ないし２３４に入力される。
スイッチ部２２０は、駆動電圧Ｖｉｎと発光部２５０との間に構成される。また、スイッチ部２２０は複数のスイッチを有し、それぞれのスイッチは、スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３に応答して短絡または開放される。
電流制御部２３０は、複数の駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４を有する。駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４は、発光素子Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４それぞれのカソード端に接続される。駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４には電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４が入力される。入力される電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４に応答して、駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４は活性化又は非活性化される。例えば、電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４がハイレベルに活性化されると、駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４は、所定の電流駆動能力を有して動作を行う。その一方、電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４がローレベルに非活性化されると、駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４は、ハイインピーダンス状態又はフローティング状態になって電流駆動動作を行わない。また、駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４には目標電圧Ｖｔ１ないしＶｔ４が入力される。駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４が活性化状態にある場合、目標電圧Ｖｔ１ないしＶｔ４は、照明装置を駆動する電流量を決定する。
電流制御部２３０を構成する駆動電流制御部２３１ないし２３４は、第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。
したがって、電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４が活性化されると、バッファーは、活性化されて増幅器の出力を受信する。増幅器の出力は、バッファーを通じてトランジスタのゲート−ソース電圧Ｖｇｓを変更する。変更されたゲート−ソース電圧Ｖｇｓは駆動電流を変化させる。変更された駆動電流は検出抵抗に流れ、検出抵抗で感知された電圧は増幅器の負の入力端子に印加される。検出抵抗で感知された電圧は、増幅器の正の入力端子に印加される目標電圧に追従する特性を有する。その結果、目標電圧が上昇すると、各駆動電流制御部２３１ないし２３４で設定される駆動電流も増加するという特性を有する。
総電流制御部２４０は、制御信号生成部２１０のサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３を受信する。サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ３はデジタルデータの形態で入力される。したがって、総電流制御部２４０は、デジタル―アナログ変換動作を行って、目標電圧Ｖｔ１ないしＶｔ４を生成する。目標電圧Ｖｔ１ないしＶｔ４はそれぞれの駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４に入力されろ。目標電圧Ｖｔ１ないしＶｔ４は、互いにに同一の値を有してもよく、互いに異なる値を有してもよい。
発光部２５０は、第１の発光素子Ｌ２１、第２の発光素子Ｌ２２、第３の発光素子Ｌ２３及び第４の発光素子Ｌ２４を有する。また、発光部２５０は、スイッチ部２２０と電流制御部２３０との間に接続される。発光素子Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４のカソード電極は、駆動電流制御部２３１、２３２、２３３、２３４にそれぞれ接続される。また、各発光素子Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４間にはダイオードＤ２１、Ｄ２２及びＤ２３が接続される。各ダイオードＤ２１、Ｄ２２及びＤ２３は、各発光素子Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４間で順方向の接続関係を有する。例えば、第１の発光素子Ｌ２１及び第２の発光素子Ｌ２２が電気的に直列に接続される場合、２個の発光素子Ｌ２１及びＬ２２間に接続されたダイオードＤ２１は、順方向接続を通じて第１の発光素子Ｌ２１から第２の発光素子Ｌ２２に電流を供給する。また、各ダイオードＤ２１、Ｄ２２、Ｄ２３及びＤ２４は、スイッチ部２２０から電流制御部２３０に向かう電流経路で逆方向に接続される。その結果、スイッチ部２２０を介して供給される駆動電圧Ｖｉｎが電流制御部２３０に直接印加されることは防止される。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る制御信号生成部２１０を示した回路図である。
図８を参照すると、制御信号生成部２１０は、比較部２１１及び論理組み合わせ部２１２を有する。
比較部２１１は、複数の比較器２１１０ないし２１１５を有し、比較器２１１０ないし２１１５それぞれの負の入力端には基準電圧ＶＦが印加され、正の入力端には、抵抗によって駆動電圧Ｖｉｎを分配することにより得られる電圧が印加される。その結果、それぞれの経路には２個の抵抗が直列に接続され、各抵抗間のノードで検出される電圧が比較器２１１０ないし２１１５それぞれの正の入力端に入力される。
比較器２１１０ないし２１１５は、比較動作を行ってサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ５を生成する。
例えば、抵抗Ｒ２１ないしＲ２６にＲ２６＞Ｒ２５＞Ｒ２４＞Ｒ２３＞Ｒ２２＞Ｒ２１の関係が成立し、駆動電圧Ｖｉｎに接続された抵抗Ｒｒｅｆが所定の抵抗値を有し、それぞれの経路で同一の値を有する場合、駆動電圧Ｖｉｎの上昇にともなって出力されるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ５は、（００００００）から（１１１１１１）にまで変更することができる。
また、本実施形態の比較部２１１は、第１の実施形態の比較部１１２に取り替えることができる。出力されるサンプリング信号の数に応じて、第１の実施形態の比較部の直列抵抗の個数及び比較器の個数も変更可能である。
比較部２１１の出力である各サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ５は、総電流制御部２４０に供給されて且つ論理組み合わせ部２１２に供給される。
論理組み合わせ部２１２は、比較部２１１の出力であるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ５を受信し、サンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ５に対する論理演算をする。この結果、スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３及び電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４が生成される。
論理組み合わせ部２１２は、各論理素子の組み合わせで構成することができる。これは、入力されるサンプリング信号ＣＯＭ０ないしＣＯＭ５の状態と、出力されるスイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３または電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４の状態に応じて多様に選択することができる。例えば、論理組み合わせ部２１２は、プログラマブル論理アレイを含んでもよく、プログラマブルアレイ論理を含んでもよい。
また、サンプリング信号の数には特別な制限はなく、、出力されるスイッチ制御信号の個数と電流制御信号の個数に応じて多様に選択可能である。
図９は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチ部２２０を示した回路図である。
図９を参照すると、スイッチ部は、３個のスイッチ２２１、２２２、２２３を有し、それぞれのスイッチ２２１、２２２、２２３は、スイッチＱＷ１ないしＱＷ３及び制御トランジスタＱＳ１ないしＱＳ３を含む。
スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３及び制御トランジスタＱＳ１ないしＱＳ３はＭＯＳＦＥＴであることが望ましく、ｎタイプ導電型またはｐタイプの導電型として選択的に使用することができる。スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３がそれぞれｎ−ＭＯＳＦＥＴである場合、ｎ−ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子は駆動電圧Ｖｉｎに接続され、スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３のドレイン端子とゲート端子との間には抵抗ＲＺ１ないしＲＺ３が接続される。また、スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３のゲート端子とソース端子との間にはツェナーダイオードＤＺ１ないしＤＺ３が備えられる。ツェナーダイオードＤＺ１ないしＤＺ３のゲート端子に瞬間的な高電圧であるサージ電圧が印加される場合、ツェナーダイオードＤＺ１ないしＤＺ３はこれを一定のレベルでクリッピングする。また、スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３のゲート端子とドレイン端子との間では、抵抗ＲＺ１ないしＲＺ３を使用して、制御トランジスタＱＳ１ないしＱＳ３のカットオフ状態でスイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３のスイッチング動作を行うことができる。
制御トランジスタＱＳ１ないしＱＳ３は、スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３のゲート端子と接地との間に接続され、制御トランジスタＱＳ１ないしＱＳ３のゲート端子にはスイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３が入力される。
スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３がハイレベルに活性化されると、制御トランジスタＱＳ１ないしＱＳ３はターンオンされる。したがって、スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３のゲート端子にはローレベルに非活性化される。その結果、スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３はオフされる。
また、スイッチ制御信号ＳＷ１ないしＳＷ３がローレベルに非活性化されると、制御トランジスタＱＳ１ないしＱＳ３はオフされる。また、スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３のゲート端子とドレイン端子との間に接続された抵抗ＲＺ１ないしＲＺ３により、スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３には所定レベルの電圧が印加される。特に、カットオフ状態である制御トランジスタＱＳ１ないしＱＳ３により、駆動電圧Ｖｉｎ及び抵抗ＲＺ１ないしＲＺ３を含む電流経路は遮断される。したがって、スイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３のゲート端子には、駆動電圧Ｖｉｎと実質的に同一のレベルの電圧が印加される。その結果、スイッチ部のスイッチトランジスタＱＷ１ないしＱＷ３はターンオンされる。
説明の便宜上、スイッチトランジスタをターンオンさせるのに適したスイッチ制御信号のレベルが印加される状態は、スイッチ制御信号が活性化された状態であると記述する。また、スイッチのトランジスタがオフされるのに適したスイッチ制御信号が印加される場合、スイッチ制御信号は非活性化された状態であると記述する。
スイッチ２２１、２２２、２２３がターンオンされる場合、駆動電圧Ｖｉｎは、各ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３を介して各発光素子Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４に印加される。
また、本実施形態において、照明装置の動作は以下の表２を参照して説明することができる。
表２は、本実施形態に係る図７の照明装置の動作の一例を示す。
まず、スイッチ制御信号ＳＷ１が活性化され、残りのスイッチ制御信号は非活性化される。したがって、スイッチトランジスタＱＷ１のみがターンオンされ、第１のスイッチ２２１は導通状態になる。駆動電圧Ｖｉｎは、スイッチトランジスタＱＷ１を介して第１のノードＮ１に印加される。
また、第１の駆動電流制御部２３１ないし第４の駆動電流制御部２３４は、入力される各電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４に応答して活性化される。また、第１の駆動電流制御部２３１ないし第４の駆動電流制御部２３４には、総電流制御部２４０によって印加される各目標電圧Ｖｔ１ないしＶｔ４が印加される。各目標電圧Ｖｔ１ないしＶｔ４は互いにに同一であってもよい。
したがって、ターンオンされた第１のスイッチ２２１により、第１のノードＮ１、第１の発光素子Ｌ２１及び第１の駆動電流制御部２３１を含む電流経路が形成され、第１の発光素子Ｌ２１は発光動作を行う。また、第１のノードＮ１、第２の発光素子Ｌ２２及び第２の駆動電流制御部２３２を含む電流経路が形成され、第１のノードＮ１、第３の発光素子Ｌ２３及び第３の駆動電流制御部２３３を含む電流経路が形成され、第１のノードＮ１、第４の発光素子Ｌ２４及び第４の駆動電流制御部２３４を含む電流経路が形成される。これは、それぞれの発光素子Ｌ２１ないしＬ２４が互いにに並列に接続されて発光動作を行うことを意味する。
また、それぞれの各ノードと各発光素子Ｌ２１ないしＬ２４との間には、各ダイオードを別途に備えることができる。これは、各発光素子のアノード端とカソード端の間の逆方向電流を遮断するために備えられる。
また、スイッチ制御信号ＳＷ１及びＳＷ２が活性化されると、第１のスイッチ２２１及び第２のスイッチ２２２はターンオンされる。したがって、ターンオンされた第１のスイッチ２２１を介して第１のノードＮ１には駆動電圧Ｖｉｎが印加され、ターンオンされた第２のスイッチ２２２を介して第２のノードＮ２にも駆動電圧Ｖｉｎが印加される。また、第１の駆動電流制御部２３１ないし第４の駆動電流制御部２３４には、活性化された各電流制御信号ＳＣ１ないしＳＣ４が印加される。その結果、第１の駆動電流制御部２３１ないし第４の駆動電流制御部２３４は活性化される。また、それぞれの各駆動電流制御部２３１ないし２３４には各目標電圧Ｖｔ１ないしＶｔ４が印加される。各目標電圧Ｖｔ１ないしＶｔ４は、互いに同一の値を有してもよい。
したがって、発光素子Ｌ２１及び第１の駆動電流制御部２３１を含む電流経路が形成される。電流経路には、第１のノードＮ１から駆動電圧Ｖｉｎが印加され、第２のノードＮ２から駆動電圧Ｖｉｎが印加される。また、発光素子Ｌ２２及び第２の駆動電流制御部２３２を含む電流経路が形成される。また、発光素子Ｌ２３は、第１のノードＮ１から駆動電圧Ｖｉｎの供給を受け、第２のノードＮ２から駆動電圧Ｖｉｎの供給を受ける。また、発光素子Ｌ２４は第１のノードＮ１から駆動電圧Ｖｉｎの印加を受ける。
したがって、スイッチ制御信号ＳＷ１及びＳＷ２が活性化され、それぞれの駆動電流制御部２３１ないし２３４が活性化されると、それぞれの発光素子Ｌ２１ないしＬ２４は並列的な発光動作を行う。これは、発光素子Ｌ２１ないしＬ２４が隣接した他の発光素子の発光動作に影響を受けず、相互独立的に同時に発光動作を行うことを意味する。
また、各発光素子Ｌ２１ないしＬ２４間にはダイオードＤ２１ないしＤ２３が備えられる。ダイオードＤ２１ないしＤ２３は、隣接した各発光素子のアノード端子とカソード端子との間に逆方向バイアスが印加される場合、逆方向電流を遮断するために備えられる。
また、スイッチ制御信号ＳＷ２が活性化されると、第２のスイッチ２２２はターンオンされる。その結果、第２のノードＮ２には駆動電圧Ｖｉｎが印加される。
また、電流制御信号ＳＣ２及びＳＣ４が活性化される。したがって、第２の駆動電流制御部２３２及び第４の駆動電流制御部２３４は活性化される。活性化された各駆動電流制御部２３２、２３４には各目標電圧Ｖｔ２及びＶｔ４が印加される。印加される各目標電圧Ｖｔ２及びＶｔ４は互いに同一であってもよい。
スイッチ制御信号ＳＷ２及び電流制御信号ＳＣ２及びＳＣ４に応答して、第２のノードＮ２、発光素子Ｌ２１、ダイオードＤ２１、発光素子Ｌ２２及び第２の駆動電流制御部２３２を含む電流経路が形成される。また、第２のノードＮ２の駆動電圧Ｖｉｎは前記電流経路に印加され、前記電流経路に流れる電流量は、第２の駆動電流制御部２３２に印加された目標電圧Ｖｔ２によって決定される。
前記電流経路と並列に、発光素子Ｌ２３、ダイオードＤ２３、発光素子Ｌ２４及び第４の駆動電流制御部２３４を含む電流経路が形成される。第２のノードＮ２の駆動電圧Ｖｉｎはこの電流経路に印加され、形成された電流経路に流れる電流量は、第４の駆動電流制御部２３４に印加される目標電圧Ｖｔ４によって決定される。
上述した動作は、２個の発光素子が直列に接続された構成により可能である。また、２つの直列に接続された構成が提供されて、これらが互いにに並列に接続されてもよい。
また、スイッチ制御信号ＳＷ３が活性化されると、第３のスイッチ２２３はターンオンになる。したがって、ターンオンされた第３のスイッチ２２３を介して第３のノードＮ３に駆動電圧Ｖｉｎが印加される。
また、電流制御信号ＳＣ３は活性化され、残りの電流制御信号は非活性化される。したがって、第４の駆動電流制御部２３４のみが活性化され、電流駆動動作を行う。すなわち、発光素子Ｌ２１、ダイオードＤ２１、発光素子Ｌ２２、ダイオードＤ２２、発光素子Ｌ２３、ダイオードＤ２３、発光素子Ｌ２４及び第４の駆動電流制御部２３４を含む電流経路が形成される。形成された電流経路は、直列に接続された４個の発光素子を含む。これに流れる電流は、第４の駆動電流制御部２３４に入力される目標電圧Ｖｔ４によって決定される。
上述した動作によって、各発光素子は、駆動電流制御部によって個々に直接駆動することができ、多様な形態の接続を通じて発光動作を行うことができる。
また、本実施形態において、総電流制御部によって決定される目標電圧は駆動電流制御部に印加される。目標電圧は、駆動電流制御部の駆動電流を決定する。図５及び図６を参照して説明した第１の実施形態のように、照明装置の総電流量を一定に設定する駆動をすることもでき、それぞれの電流経路に流れる電流量を一定に設定することもできる。これにより、消耗電力量を適宜分配したり、各発光素子の輝度を一定に制御することができる。
以上に説明したように、本発明の一実施形態において、複数の発光素子を駆動するための交流電圧の大きさ変動に応じて複数の発光素子間の電気的接続関係を適宜変更することによって、照明装置に適用された複数の発光素子を全て発光可能にすることができる。したがって、照明装置に適用された各発光素子のうち一部が他の発光素子よりも長く発光し、先に劣化するという現象を予防することができる。また、必要に応じて、発光素子全体に提供される電流の総和を一定に制御したり、各発光素子に提供される電流の大きさを一定に制御することができる。

Claims (14)

  1. 交流電源（ＡＣ）の入力を受け、脈流電圧形態の駆動電圧を生成する整流部；
    前記駆動電圧を基準電圧と比較してサンプリング信号を生成し、前記サンプリング信号に対する論理演算を行ってスイッチ制御信号及び電流制御信号を生成する制御信号生成部；
    前記スイッチ制御信号に応答してオン／オフ動作を行い、前記駆動電圧を選択的に伝達するスイッチ部；
    前記サンプリング信号を受信し、アナログ信号である目標電圧を生成する総電流制御部；
    前記電流制御信号に応答して活性化され、前記目標電圧を受信することによって駆動電流を決定する複数の駆動電流制御部を有する電流制御部；及び
    前記電流制御部に接続されて発光動作を行うための各発光素子を有する発光部；を含む照明装置。
  2. 前記発光部は、
    前記駆動電圧に接続された第１の発光グループ；及び
    前記スイッチ部に接続された第２の発光グループ；を含むことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記制御信号生成部は、
    前記第１の発光グループを構成する発光素子と前記第２の発光グループを構成する発光素子とが直列に接続されるようにするスイッチ制御信号を生成することを特徴とする、請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記制御信号生成部は、
    前記直列に接続された発光素子のうち、電流経路の末端に配置された発光素子のカソード端に接続された駆動電流制御部のみを活性化させる電流制御信号を生成することを特徴とする、請求項３に記載の照明装置。
  5. 前記制御信号生成部は、
    前記第１の発光グループ及び前記第２の発光グループを構成する発光素子が前記駆動電圧を受信し、前記電流制御部によって駆動されて互いに並列に配置されるようにするスイッチ制御信号を生成することを特徴とする、請求項２に記載の照明装置。
  6. 前記制御信号生成部は、
    前記各発光素子に接続された各駆動電流制御部を全て活性化させる電流制御信号を生成することを特徴とする、請求項５に記載の照明装置。
  7. 前記制御信号生成部は、
    前記発光部の各発光素子が直列に接続された複数の電流経路が形成されるようにスイッチ制御信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
  8. 前記制御信号生成部は、
    前記直列に接続された発光素子の末端に接続された発光素子のカソード端に接続された各駆動電流制御部のみが活性化されるように電流制御信号を生成することを特徴とする、請求項７に記載の照明装置。
  9. 前記制御信号生成部は、
    前記駆動電圧を分圧し、分圧された前記駆動電圧を事前に設定された基準電圧と比較してサンプリング信号を生成する比較部；及び
    前記サンプリング信号に対する論理演算を行い、前記スイッチ制御信号及び前記電流制御信号を生成する論理組み合わせ部；を含むことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
  10. 前記比較部は、
    前記駆動電圧を分圧するための直列に接続された複数の直列抵抗；及び
    前記複数の直列抵抗間の各接続ノード電圧と、前記事前に設定された基準電圧とを比較してサンプリング信号を生成する複数の比較器；を含むことを特徴とする、請求項９に記載の照明装置。
  11. 前記駆動電流制御部は、
    前記各発光素子のカソード端にドレイン端子が接続された駆動トランジスタ；
    前記駆動トランジスタのソース端子に接続されたソース端子を有する検出抵抗；
    前記検出抵抗の電圧と前記目標電圧との差を増幅する線形増幅器；及び
    前記スイッチ制御信号に応答して活性化され、前記線形増幅器の出力を前記駆動トランジスタのゲート端子に伝達するバッファー；を含むことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
  12. 前記総電流制御部は、
    前記スイッチ制御信号の状態に応じて前記目標電圧を決定し、全ての発光素子に流れる電流の合計を一定にすることを特徴とする、請求項２に記載の照明装置。
  13. 前記総電流制御部は、
    前記制御信号生成部から出力されるスイッチ制御信号の状態に応じて前記目標電圧を決定し、それぞれの電流経路を形成する発光素子に流れる電流が互いに同一になるようすることを特徴とする、請求項２に記載の照明装置。
  14. 前記発光部は、前記スイッチ部と前記電流制御部との間に接続されて発光動作を行うことを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
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