JP6137494B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
この技術では、三原色のLEDを用いればフルカラーの発光色が得られるため、車両用照明装置(例えば、イルミネーション付フロントグリル、イルミネーション付ガーニッシュなど)への利用が進められている。
そのため、同一電圧値の駆動電圧が各色のLEDに対して印加される場合、その駆動電圧が、赤色LEDや橙色LEDの順方向電圧よりも高く、且つ、緑色LEDや青色LEDの順方向電圧よりも低いときには、赤色LEDや橙色LEDが発光する一方で、緑色LEDや青色LEDは発光しないことになる。
また、電源電圧が緩やかに立ち下がった際には、先に緑色LEDや青色LEDが消灯し、遅れて赤色LEDや橙色LEDが消灯することがある。
また、電源電圧が過渡的に低下した後に復帰した際には、全色のLEDが点灯している状態から、緑色LEDや青色LEDが消灯すると共に、赤色LEDや橙色LEDだけが点灯した状態に変化し、その状態が電源電圧が過渡的に低下している期間だけ続いた後に、全色のLEDが点灯する状態に復帰することがある。
尚、電源電圧の緩やかな立ち上がり・立下がりは、直流電源のオン・オフ切替(電源投入・電源遮断切替)時に起こることがある。
また、電源電圧が過渡的に低下した後に復帰する状態は、例えば、サージ電圧の発生時、車両用照明装置に用いた場合には、エンジンのアイドリングストップ時における車載バッテリの電圧低下時などに起こることがある。
しかし、LEDおよびダイオードの順方向電圧にはバラツキがあるため、赤色LEDにダイオードを単純に直列接続しただけでは、前記電圧を略同一にすることが困難である。
特に、複数個のLEDを直列接続した場合には、個々のLEDの順方向電圧のバラツキが加算されるため、前記電圧を略同一にすることが非常に困難になる。
そこで、個々のLEDおよびダイオードの順方向電圧を実測して選別したものを接続することにより、前記電圧を略同一にすることが考えられるが、多大な手間を要するため大幅なコスト増を招くことになり、実際的ではない。
しかし、定電流ダイオードの順方向電圧にはバラツキがあるため、ダイオードの場合と同様に、前記電圧を略同一にすることは困難である。
しかし、ツェナーダイオードのツェナー降伏電圧にはバラツキがあるため、ダイオードの場合と同様に、前記電圧を略同一にすることは困難である。
しかし、赤色LEDの順方向電圧と、緑色LEDや青色LEDの順方向電圧との差電圧(約1V以下)程度の低い定電圧を生成する定電圧回路を具体化するのは困難であり、例え具体化できたとしてもコストが高くなる。
第1の局面は、
1個または直列接続された複数個の発光素子から構成され、動作電圧が異なる複数個の光源ブロックと、
複数個の光源ブロックに対して同一電圧値の駆動電圧を印加することにより、発光素子を発光させるための駆動電流を供給する直流電源と、
直流電源の電源電圧が設定電圧未満の場合に、直流電源から複数個の光源ブロックに供給される駆動電流を全て遮断することにより、全ての発光素子を発光不能状態にする電源遮断回路と
を備えた発光装置である。
また、第1の局面では、複数個の光源ブロックのそれぞれに定電圧回路を直列接続した場合に比べて、低コスト化を図ることができる。
第1の局面は、第2の局面または第3の局面のように具体化でき、第2の局面または第3の局面によれば第1の局面の作用・効果を確実に得られる。
第4の局面は、第2の局面または第3の局面において、電源遮断回路は、前記経路に直列接続された遮断用スイッチング素子を備え、遮断用スイッチング素子をオフ状態にすることにより、前記経路を遮断する。
第4の局面では、遮断用スイッチング素子をオフ状態にするという簡単な構成により、第2の局面または第3の局面を具体化可能であるため、低コスト化を図ることができる。
第5の局面は、第1の局面において、
複数個の光源ブロックにそれぞれ直列接続された複数個の駆動用スイッチング素子と、
複数個の駆動用スイッチング素子をパルス幅変調制御することにより、複数個の光源ブロックの発光素子をパルス幅変調制御する制御回路とを備え、
電源遮断回路は、制御回路の制御に関係なく、複数個の駆動用スイッチング素子を全てオフ状態にすることにより、直流電源から複数個の光源ブロックに供給される駆動電流を全て遮断する。
また、第5の局面では、各色の発光素子をパルス幅変調制御することにより、各色の発光素子の発光色を適宜混色させ、所望の発光色が得られるように調色することができる。
第6の局面は、第1〜第5の局面において、発光素子はLEDである、
LEDの順方向電圧(動作電圧、発光に必要な電圧)は発光色によって異なっており、赤色LEDや橙色LEDの順方向電圧は、緑色LEDや青色LEDの順方向電圧よりも低い電圧値である。
第6の局面では、順方向電圧が異なる各色のLEDに対して、直流電源から同一電圧値の駆動電圧を印加した場合でも、直流電源の電源電圧の変動時に赤色LEDや橙色LEDだけが発光するのを防止できる。
そして、LEDは安価であるため、第6の局面によれば第1〜第5の局面の発光装置の低コスト化を図ることができる。
第7の局面は、第1〜第6の局面において、直流電源の駆動電流を複数個の光源ブロックに供給するダイオードを備える。
第7の局面では、負サージ電圧や車載バッテリを逆接続した場合でも、ダイオードにより他の回路素子を保護することができる。
図1に示すように、第1実施形態の発光装置10は、車載バッテリ11、光源ブロック12〜14、赤色LED12a、緑色LED13a、青色LED14a、制御回路15、電源遮断回路16、ダイオードD1、ツェナーダイオードZD、NPNトランジスタQ1,Q3〜Q5、PNPトランジスタQ2、抵抗R1〜R3、定電流回路(電流制限回路)I1〜I3を備えており、自動車に搭載された車両用照明装置(例えば、イルミネーション付フロントグリル、イルミネーション付ガーニッシュなど)に用いられる。
光源ブロック(光源ユニット)12は、直列接続された2個の赤色LED12aから構成されている。
光源ブロック13は、直列接続された2個の緑色LED13aから構成されている。
光源ブロック14は、直列接続された2個の青色LED14aから構成されている。
光源ブロック13のカソード側(順方向接続された緑色LED13aのカソード側)は、定電流回路I2を介してトランジスタQ4のコレクタに接続されている。
光源ブロック14のカソード側(順方向接続された青色LED14aのカソード側)は、定電流回路I3を介してトランジスタQ5のコレクタに接続されている。
すなわち、各トランジスタQ3〜Q5はそれぞれ、各定電流回路I1〜I3を介して各光源ブロック12〜14の各LED12a,13a,14aに直列接続されている。
各トランジスタQ3〜Q5のベースにはそれぞれ、制御回路15から出力された制御信号S1〜S3が印加される。
逆方向接続されたツェナーダイオードZDのカソードはダイオードD1のカソードに接続され、ツェナーダイオードZDのアノードは抵抗R1を介してトランジスタQ1のベースに接続されている。
抵抗R1は、トランジスタQ1のベース電流を制限してトランジスタQ1を保護するための保護用抵抗である。
抵抗R2,R3は、トランジスタQ2のベース電圧を所望の電圧値にするためのバイアス用抵抗である。
トランジスタQ1のエミッタはグランドに接続されている。
トランジスタQ2のエミッタはダイオードD1のカソードに接続され、トランジスタQ2のコレクタは各光源ブロック12〜14のアノード側(順方向接続された各LED12a,13a,14aのアノード側)に接続されている。
すなわち、各光源ブロック12〜14の各LED12a,13a,14aには、車載バッテリ11から電源遮断回路16を介して同一電圧値の駆動電圧が印加されている。
制御回路15は、各トランジスタQ3〜Q5をパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御するための制御信号S1〜S3を生成し、その制御信号S1〜S3により各トランジスタQ3〜Q5のオン・オフ動作を制御することにより、各トランジスタQ3〜Q5に直列接続されている各光源ブロック12〜14の各LED12a,13a,14aをパルス幅変調制御し、各LED12a,13a,14aの発光色を適宜混色させ、フルカラーの所望の発光色が得られるように調色する。
各定電流回路I1〜I3はそれぞれ、各光源ブロック12〜14の各LED12a,13a,14aの駆動電流(投入電流)を一定電流値に制御することにより、各LED12a,13a,14aを定電流駆動する。
そのため、光源ブロック12の動作電圧は約4V以上であり、光源ブロック13,14の動作電圧は約6V以上である。
ツェナーダイオードZDのツェナー降伏電圧Vzは、光源ブロック13,14の動作電圧よりも高い7.5Vである。
ダイオードD1の順方向電圧Vfは0.7Vであり、トランジスタQ1のベース・エミッタ間電圧VBEは0.7Vであり、トランジスタQ2のエミッタ・コレクタ間電圧VECは0.3Vである。
抵抗R1の抵抗値は2.2kΩ、抵抗R2の抵抗値は3.3kΩ、抵抗R3の抵抗値は16kΩである。
ここで、トランジスタQ2のコレクタ電圧(各LED12a,13a,14aに対して共通に印加される駆動電圧)は、電源電圧Vbatから前記電圧Vf,VECの合計値(=1V)を減算した電圧値である。
ツェナーダイオードZDのツェナー降伏電流は、トランジスタQ1のベース電流になるため、ツェナー降伏電流が流れないとトランジスタQ1がオフ状態になり、トランジスタQ1にコレクタ電流が流れない。
トランジスタQ2のコレクタ電流は、各光源ブロック12〜14の各LED12a,13a,14aの駆動電流になるため、トランジスタQ2にコレクタ電流が流れないと全LED12a,13a,14aが消灯する。
また、電源遮断回路16を設けない場合、電源電圧Vbatが緩やかに立ち下がった際には、先に緑色LED13aおよび青色LED14aが消灯し、遅れて赤色LED12aが消灯することがある。
尚、電源電圧Vbatの緩やかな立ち上がり・立下がりは、車両用照明装置のオン・オフ切替(電源投入・電源遮断切替)時に起こることがある。
また、電源電圧Vbatが過渡的に低下した後に復帰する状態は、例えば、サージ電圧の発生時、エンジンのアイドリングストップ時における車載バッテリ11の電圧低下時などに起こることがある。
第1実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。
また、発光装置10では、各光源ブロック12〜14のそれぞれに定電圧回路を直列接続した場合に比べて、低コスト化を図ることができる。
ここで、電源遮断回路16は、前記経路に直列接続されたトランジスタQ2(遮断用スイッチング素子)を備え、トランジスタQ2をオフ状態にすることにより前記経路を遮断する。
従って、発光装置10では、トランジスタQ2をオフ状態にするという簡単な構成により、前記[1]の作用・効果が得られるため、低コスト化を図ることができる。
そのため、負サージ電圧が発生した場合や、車載バッテリ11を逆接続した場合に、ダイオードD1により発光装置10の他の回路素子を保護することができる。
図2に示すように、第2実施形態の発光装置20は、車載バッテリ11、光源ブロック12〜14、赤色LED12a、緑色LED13a、青色LED14a、制御回路15、電源遮断回路21、ダイオードD1、NPNトランジスタQ3〜Q5、PNPトランジスタQ2、抵抗R2〜R6、定電流回路I1〜I3、コンパレータCP、シャントレギュレータSRを備えており、第1実施形態の発光装置10と同様に車両用照明装置に用いられる。
電源遮断回路21は、トランジスタQ2、抵抗R2〜R6、コンパレータCP、シャントレギュレータSRから構成されている。
コンパレータCPのプラス側電源端子はダイオードD1のカソードに接続され、コンパレータCPのマイナス側電源端子はグランドに接続されており、コンパレータCPは単電源動作を行う。
コンパレータCPはオープンコレクタ出力方式であり、その出力端子は、直列接続された抵抗R2,R3を介してダイオードD1のカソードに接続されると共に、抵抗R2を介してトランジスタQ2のベースに接続されている。
コンパレータCPの非反転入力端子(プラス側入力端子)は、抵抗R6を介してダイオードD1のカソードに接続されると共に、シャントレギュレータSRを介してグランドに接続されている。
抵抗R4〜R6は、コンパレータCPの反転入力端子を所望の電圧値にするためのバイアス用抵抗である。
シャントレギュレータSRのアノード端子はグランドに接続され、シャントレギュレータSRのカソード端子およびリファレンス端子はコンパレータCPの非反転入力端子に接続されている。
抵抗R4の抵抗値は82kΩ、抵抗R5の抵抗値は36kΩ、抵抗R6の抵抗値は10kΩである。
シャントレギュレータSRの出力電圧は2.5Vである。
また、反転入力端子の入力電圧が非反転入力端子の入力電圧未満の場合には、オープンコレクタ出力がオープン状態になる。
ここで、コンパレータCPの非反転入力端子の入力電圧は、シャントレギュレータSRの出力電圧(=2.5V)である。
コンパレータCPの反転入力端子の入力電圧は、ダイオードD1のカソード電圧(電源電圧VbatからダイオードD1の順方向電圧Vfを減算した電圧値)を、直列接続された抵抗R4,R5により抵抗分圧した電圧値である。
すると、直列接続された抵抗R3,R2からコンパレータCPのオープンコレクタ出力を介してグランドに電流が流れ、その電流の一部はトランジスタQ2のベース電流になるため、トランジスタQ2がオン状態になる。
その結果、電源電圧VbatはダイオードD1からトランジスタQ2を介して各光源ブロック12〜14のアノード側(順方向接続された各LED12a,13a,14aのアノード側)に印加され、各LED12a,13a,14aは発光可能状態になり、制御回路15によりパルス幅変調制御される。
すると、トランジスタQ2にベース電流が流れず、トランジスタQ2がオフ状態になってコレクタ電流が流れないため、全LED12a,13a,14aが消灯する。
従って、第2実施形態の発光装置20においても、第1実施形態の発光装置10と同様の作用・効果が得られる。
尚、設定電圧は、各抵抗R4,R5の抵抗値と、シャントレギュレータSRの出力電圧とによって設定される。
尚、電源遮断回路21において、コンパレータCPにヒステリシスを持たせることにより、電源電圧Vbatが上昇する際の設定電圧と、電源電圧Vbatが下降する際の設定電圧とを異なる電圧値にしてもよい。
図3に示すように、第3実施形態の発光装置30は、車載バッテリ11、光源ブロック12〜14、赤色LED12a、緑色LED13a、青色LED14a、制御回路15、電源遮断回路31、ダイオードD1、ツェナーダイオードZD、NPNトランジスタQ3〜Q6、抵抗R1,R7、定電流回路I1〜I3を備えており、第1実施形態の発光装置10と同様に車両用照明装置に用いられる。
[3−1]各光源ブロック12〜14のアノード側(順方向接続された各LED12a,13a,14aのアノード側)は、ダイオードD1のカソードに直接接続されている。
逆方向接続されたツェナーダイオードZDのカソードは、ダイオードD1のカソードに接続されている。
ツェナーダイオードZDのアノードは、抵抗R1を介してトランジスタQ6のベースに接続されると共に、抵抗R7を介してグランドに接続されている。
トランジスタQ6のエミッタはグランドに接続されている。
抵抗R1は、トランジスタQ6のベース電流を制限してトランジスタQ6を保護するための保護用抵抗である。
抵抗R1,R7は、トランジスタQ6のベース電圧を所望の電圧値にするためのバイアス用抵抗である。抵抗R7の抵抗値は10kΩである。
電源電圧Vbatが定格値(=12V)に安定している定常状態では、トランジスタQ6がオン状態になり、各トランジスタQ3〜Q5のエミッタはトランジスタQ6のコレクタ・エミッタ間を介してグランドに接続される。
そのため、各トランジスタQ3〜Q5のエミッタ電圧は、トランジスタQ6のコレクタ・エミッタ間電圧VCE(=0〜0.3V)となる。
そのため、電源電圧VbatからトランジスタQ6のコレクタ・エミッタ間電圧VCEを減算した電圧値が、各LED12a,13a,14aに対して印加される駆動電圧となる。
ツェナーダイオードZDのツェナー降伏電流の一部は、トランジスタQ6のベース電流になるため、ツェナー降伏電流が流れないとトランジスタQ6がオフ状態になり、トランジスタQ6にコレクタ電流が流れない。
トランジスタQ6のコレクタ電流は、各光源ブロック12〜14の各LED12a,13a,14aの駆動電流になるため、トランジスタQ6にコレクタ電流が流れないと全LED12a,13a,14aが消灯する。
ここで、電源遮断回路36は、前記経路に直列接続されたトランジスタQ6(遮断用スイッチング素子)を備え、トランジスタQ6をオフ状態にすることにより前記経路を遮断する。
加えて、発光装置30では、電源遮断回路31が単純な構成であるため、第1実施形態の発光装置10と比べて低コスト化を図ることができる。
尚、設定電圧は、各抵抗R1,R7の抵抗値と、ツェナーダイオードZDのツェナー降伏電圧Vzとによって設定される。
図4に示すように、第4実施形態の発光装置40は、車載バッテリ11、光源ブロック12〜14、赤色LED12a、緑色LED13a、青色LED14a、制御回路15、電源遮断回路41、ダイオードD1、ツェナーダイオードZD、NPNトランジスタQ3〜Q5,Q7,Q8、抵抗R1,R7,R8、定電流回路I1〜I3を備えており、第1実施形態の発光装置10と同様に車両用照明装置に用いられる。
[4−1]各光源ブロック12〜14のアノード側(順方向接続された各LED12a,13a,14aのアノード側)は、ダイオードD1のカソードに直接接続されている。
逆方向接続されたツェナーダイオードZDのカソードは、ダイオードD1のカソードに接続されている。
ツェナーダイオードZDのアノードは、抵抗R1を介してトランジスタQ7のベースに接続されると共に、抵抗R7を介してグランドに接続されている。
抵抗R1は、トランジスタQ7のベース電流を制限してトランジスタQ7を保護するための保護用抵抗である。
抵抗R1,R7は、トランジスタQ7のベース電圧を所望の電圧値にするためのバイアス用抵抗である。
抵抗R8は、トランジスタQ8のベース電圧を所望の電圧値にするためのバイアス用抵抗であり、その抵抗値は10kΩである。
トランジスタQ8のコレクタは、各トランジスタQ3〜Q5のベースに接続されている。
各トランジスタQ7,Q8のエミッタはグランドに接続されている。
電源電圧Vbatが定格値(=12V)に安定している定常状態では、トランジスタQ7がオン状態になり、トランジスタQ7のコレクタ・エミッタ間を介してトランジスタQ8のベース電圧がプルダウンされるため、トランジスタQ8がオフ状態になり、制御回路15による各トランジスタQ3〜Q5のパルス幅変調制御に対してトランジスタQ8は無関係である。
そのため、電源電圧Vbatが、各LED12a,13a,14aに対して印加される駆動電圧となる。
ツェナーダイオードZDのツェナー降伏電流の一部は、トランジスタQ7のベース電流になるため、ツェナー降伏電流が流れないとトランジスタQ7がオフ状態になり、抵抗R8を介してトランジスタQ8のベース電圧がプルアップされるため、トランジスタQ8がオン状態になり、各トランジスタQ3〜Q5のベースはトランジスタQ8のコレクタ・エミッタ間を介してグランドに短絡された状態になり、制御回路15の制御信号S1〜S3に関係なく、各トランジスタQ3〜Q5はオフ状態になる。
各トランジスタQ3〜Q5がオフ状態になると、各光源ブロック12〜14の各LED12a,13a,14aに駆動電流が流れなくなり、全LED12a,13a,14aが消灯する。
すなわち、電源遮断回路41は、制御回路15の制御に関係なく、トランジスタQ8をオン状態にすることで、各トランジスタQ3〜Q5(駆動用スイッチング素子)を全てオフ状態にすることにより、車載バッテリ11(直流電源)から各光源ブロック12〜14に供給される駆動電流を全て遮断する。
尚、設定電圧は、各抵抗R1,R7の抵抗値と、ツェナーダイオードZDのツェナー降伏電圧Vzとによって設定される。
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
しかし、各光源ブロック12〜14のアノード側(順方向接続された各LED12a,13a,14aのアノード側)に各トランジスタQ3〜Q5を接続してもよい。
また、定電流回路I1〜I3を省いてもよい。
また、橙色LEDを備えた光源ブロックを、各光源ブロック12〜14に追加接続してもよい。
また、光源ブロック12,13(緑色LED13a,青色LED14a)のいずれか一方を省いてもよい。
11…車載バッテリ(直流電源)
12〜14…光源ブロック
12a…赤色LED(特定色の発光素子)
13a…緑色LED(発光素子)
14a…青色LED(発光素子)
15…制御回路
16,21,31,41…電源遮断回路
D1…ダイオード
Q2,Q6…遮断用トランジスタ
Q3〜Q5…駆動用トランジスタ
I1〜I3…定電流回路
Claims (7)
- 1個または直列接続された複数個の発光素子から構成され、動作電圧が異なる複数個の光源ブロックと、
前記複数個の光源ブロックに対して同一電圧値の駆動電圧を印加することにより、前記発光素子を発光させるための駆動電流を供給する直流電源と、
前記直流電源の電源電圧が設定電圧未満の場合に、前記直流電源から前記複数個の光源ブロックに供給される前記駆動電流を全て遮断することにより、全ての前記発光素子を発光不能状態にする電源遮断回路と
を備えた発光装置。 - 前記電源遮断回路は、前記直流電源のプラス側と前記複数個の光源ブロックとの間の経路を遮断することにより、前記直流電源から前記複数個の光源ブロックに供給される前記駆動電流を全て遮断する、
請求項1に記載の発光装置。 - 前記電源遮断回路は、前記直流電源のマイナス側と前記複数個の光源ブロックとの間の経路を遮断することにより、前記直流電源から前記複数個の光源ブロックに供給される前記駆動電流を全て遮断する、
請求項1に記載の発光装置。 - 前記電源遮断回路は、
前記経路に直列接続された遮断用スイッチング素子を備え、
前記遮断用スイッチング素子をオフ状態にすることにより、前記経路を遮断する、
請求項2または請求項3に記載の発光装置。 - 前記複数個の光源ブロックにそれぞれ直列接続された複数個の駆動用スイッチング素子と、
前記複数個の駆動用スイッチング素子をパルス幅変調制御することにより、前記複数個の光源ブロックの前記発光素子をパルス幅変調制御する制御回路と
を備え、
前記電源遮断回路は、前記制御回路の制御に関係なく、前記複数個の駆動用スイッチング素子を全てオフ状態にすることにより、前記直流電源から前記複数個の光源ブロックに供給される前記駆動電流を全て遮断する、
請求項1に記載の発光装置。 - 前記発光素子はLEDである、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記直流電源の前記駆動電流を前記複数個の光源ブロックに供給するダイオードを備えた、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光装置。
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