JP6396431B2 - Ｌｅｄ照明回路 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ照明回路と、所定のカラーポイントの光で物体を照射する照明装置とについて説明する。

様々な照明用途のために、様々な色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を組み合わせて、特定の所望のカラーポイントを有する光が提供される。ＬＥＤは、光スペクトルの可視領域における緑色光、青色光又は赤色光を放出できる。青色ＬＥＤによって放出された光を白色光に変換する蛍光体を使用して、「白色」ＬＥＤを得ることをもできる。同様に、青色発光ＬＥＤからの青色光は、適切な蛍光体を使用して、赤色光に変換することもできる。しかし、これは、蛍光体変換がストークス（Stokes）シフト損失に関連付けられていることにより、赤色発光ＬＥＤから赤色光を直接得るのに比べてあまり効率的ではない。「白色」ＬＥＤと着色ＬＥＤとの適切な組み合わせによって、特定の効果を有する光が達成される。例えば「白色」ＬＥＤは、赤色ＬＥＤと組み合わされて、赤みを帯びた色合いを有する光が得られる。「純粋」な白色光を使用した赤い物体の演色は、通常、芳しくないことから、このような組み合わせは、肉、果物、赤い色をした野菜等といった特定の食料品といった赤い又は赤みを帯びた物体の演色を高めることが望まれる場合に有用である。複合色光源のカラーポイントは、使用される白色ＬＥＤ及び着色ＬＥＤの数によって、及び／又は、これらのＬＥＤを動作させる方法によって決定される。例えば１つの方法では、特定のＬＥＤ色の寄与は、当該色のＬＥＤの公称順電流を調節することによって、増減される。或いは、所望の全体的な色を得るために、追加のＬＥＤが作動されてもよい。

どのダイオードでも、Ｐ／Ｎ接合点の活性化エネルギーレベルは、温度依存性を示し、これは、接合部温度とダイオード順電圧における降下との関係として定量化できる。この関係は、ダイオードに使用される材料に、非常に依存する。この理由から、様々な着色ＬＥＤは、様々な温度特性を有し、ＬＥＤの光束又は光子束、したがって、ＬＥＤの光出力は、したがって、温度に依存する。つまり、ＬＥＤの光出力は、特定の温度より上になると、減少し始める。したがって、様々な色のＬＥＤを使用する光源のカラーポイントは、最初のカラーポイントからずれる。例えば１つ以上の異なる色（例えば白色）のＬＥＤと組み合わされる赤色ＬＥＤは、温度が増加するにつれて、赤色から「離れる」ようにずれる。人間の目は、僅かな色変化、即ち、僅かなカラーポイント変動に非常に敏感であるため、これは問題になる。例えば冷蔵機能を備えたディスプレイ照明又は棚照明のための赤色成分が重要である照明用途では、このようなカラーポイントにおけるずれは、認識され、照明の知覚品質に悪影響を及ぼすことがある。例えば「赤色」ＬＥＤ（約６６０ｎｍの波長）及び「遠赤色」のＬＥＤ（約７３０ｎｍの波長）である特定の色範囲内の光を放出するＬＥＤの光出力も、接合部温度が上昇するにつれて、著しく異なる。人間の観察者には知覚されないが、光スペクトルの赤色成分と遠赤色成分との関係は、このようなＬＥＤの組み合わせを使用する照明装置によって照射される植物に、顕著な効果を有する。これは、植物のフィトクロムは、赤色光と遠赤色光とのバランスを必要とし、また、開花誘導、茎の伸長、発芽等といった植物の生理的な過程は、この植物のフィトクロムによって大きく制御されるからである。

温度上昇に伴うカラーポイントの「ずれ」の問題に対処するために、複合色ＬＥＤ照明装置は、通常、ＬＥＤの温度を検出する及び／又はＬＥＤによる光出力の色を感知するある種のセンサを利用する。例えば温度センサを使用する従来技術の照明装置は、特定の接合部温度に到達したときを決定でき、赤色ＬＥＤ電流を増加させることによって、より温度に敏感な赤色ＬＥＤを動作させる。別の従来治術の照明装置は、複合色出力を連続的にモニタリングするために、例えば３色又は２色フォトダイオードアレイである光学色センサを使用する。色ずれ又はカラーポイントドリフトを補正するためには、色フィードバック制御回路を使用して、「弱い」色のＬＥＤが全体の光出力により寄与するように、当該「弱い」色のＬＥＤを動作させる。ここでも、これらのＬＥＤのＬＥＤ電流を増加することによって、又は、より多くの当該色のＬＥＤを作動させることによって、達成される。もう１つの既知の方法は、一列の赤色ＬＥＤといった温度に敏感なＬＥＤの順電圧における降下を測定するように、回路内に電圧測定手段を含めることである。順電圧降下値は、次に、コントローラによって、より多くの温度に敏感なＬＥＤの電流増加に変換される。

しかし、このようなセンサ又は測定回路は、高価であり、照明装置の全体の費用を増加する。高温における可能な色ずれを補償するために、「追加の」ＬＥＤが含まれると、これらのＬＥＤも、照明装置の費用を増加させてしまうが、これらのＬＥＤは、高温時の色調節の間だけに使用され、それ以外は使用されない。

米国特許出願公開第２０１１／０１１５４０６号は、ＬＥＤの一次セット及び二次セット、具体的には、赤色光のセット及び青色光のセットを有する白色発光デバイスについて説明している。デバイスは、放出生成物における赤色光と青色光との比率の動作温度による変動を補償する駆動回路を含む。この回路は、発光強度は補償しない。ドライバは、温度センサ及び／又は温度依存抵抗器を適用する。

したがって、本発明は、より経済的で、好ましく一定の色出力を有する複合色ＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、請求項１の照明回路によって、請求項１２に記載の所定のカラーポイントの光で物体を照射する照明装置によって、請求項１５に記載の照明回路を動作させる方法によって達成される。

本発明によれば、照明回路は、第１の色の発光ダイオードからなる１つ以上の一次セットと、少なくとも１つの第２の色の発光ダイオードからなる１つ以上の二次セットと、光束比固定装置とを含み、発光ダイオードからなる一次セットの光出力の温度に依存する減少は、発光ダイオードからなる二次セットの光出力の温度に依存する減少よりも大きく、光束比固定装置は、照明回路の発光ダイオードの光出力全体の温度に依存する減少の間、発光ダイオードからなる一次セットの光出力と発光ダイオードからなる二次セットの光出力との間に、実質的に一定の比率を維持する。

「光出力」との用語は、放射光の波長に応じて、発光ダイオードセットの光束又は光子束を意味するものと理解されるべきである。可視スペクトルにおいて発光するＬＥＤについては、用語「光出力」は、「光束」と解釈されるべきである。同様に、可視スペクトル外、例えばスペクトルの遠赤端において発光するＬＥＤは、用語「光出力」は、「光子束」と解釈されるべきである。

ダイオードの温度と、そのダイオードの順電圧との関係は、はっきりと説明されている。即ち、温度の特定の変化は、対応する特定の変化を順電圧にもたらす。幾つかのタイプの従来技術の複合色照明回路は、この理由から、ダイオードを温度センサとして使用する。本発明による照明回路の「光束比固定装置」は、この事実を違う方法で利用する。従来技術の補正装置とは異なり、光束比固定装置は、測定回路又はセンサを使用して光出力の降下を測定又は定量化することを試みず、更に、照明回路の一定の全体の又は組み合わされた光出力を維持することも試みない。それよりむしろ、光出力の降下は容認され、光束比固定装置は、事実上、ＬＥＤの一次セットの両端間に電圧降下を直接的に適用して、ＬＥＤの一次セット（又は両方のセット）を流れる電流を調節して、一次セットの光出力の大きい減少と、二次セットの光出力のそこまで厳しくない減少との間の「差を縮め」、これにより、発光ダイオードからなる一次セットの光出力が発光ダイオードからなる二次セットの光出力よりも温度に依存するとしても、光出力比が実質的に一定のままであることが確実にされる。つまり、ダイオードからなる二次セットの光出力が、順電圧の温度に関連する降下の結果、減少しても、光束比固定装置は、少なくともダイオードからなる一次セットの光出力が上方向に補正されるように調節を行い、したがって、一次セットと二次セットとの光出力比は、温度に関係なく、実質的に一定のままである。このようにすると、上記照明回路は、照明回路全体の一定光出力を達成する努力をすることなく、どのように複合色照明回路の知覚色が一定のままであることを確実にするかという課題に対し、単純な解決策を提示する。光束比固定装置は、本発明による照明回路の一体部分として具現化される。本発明は、光覚の別の特性、即ち、目は、僅かに異なる光レベルはあまりよく区別できないということを利用する。例えば人間の目は、照明回路の全体の光出力の減少を感じることができない。しかし、色の僅かな変化には気付く。１つの色の光出力の減少を、当該色のアクティブＬＥＤの数を増やすことによって、又は、その光出力を増加させるようにＬＥＤ電流を延長させることによって補償することを試みるのではなく、本発明による照明回路は、まったく異なったアプローチを取り、一次セットの光出力を、二次セットの光出力の減少に事実上「一致する」又は「従う」ように調整する。したがって、色の知覚ができるほどの変化は回避される。本発明による照明回路のもう１つの利点は、単純かつ経済的に、一定のカラーポイントが達成されることである。これは、光束比固定装置が、照明回路の一体部分として具現化され、また、以下に説明されるように、比較的少ない回路コンポーネントを使用して具現化されることによる。これは、温度センサ、光学センサ、電圧計等といった追加の測定回路が不要であり、また、そのようなセンサから取得される測定結果を、調節ＬＥＤ電流信号に変換するコントローラも不要であることを意味する。

本発明によれば、所定のカラーポイントの光で物体を照射する照明装置は、このような照明回路を少なくとも１つ含み、照明回路の発光ダイオードセットは、組み合わせて、初期温度において、当該所定のカラーポイントの光を放出するように選択され、照明回路の光束比固定装置は、初期温度よりも高い温度において、当該カラーポイントを維持する。

本発明による照明装置の利点は、様々な色をしたＬＥＤの光出力が通常は著しく異なるレベルを超えて温度が増加する場合でも、物体が照射される光の色が変わらないことである。このようにすると、照明回路の全体の光出力が減少する場合でも、また、様々なＬＥＤセットの光出力が、異なる度合いで温度に依存する場合でも、物体は、一定の色品質の光で照射される。

本発明によれば、第１の色の発光ダイオードからなる一次セットと、他の色の発光ダイオードからなる二次セットとを含む照明回路であって、発光ダイオードからなる一次セットの光出力の温度に依存する減少が、発光ダイオードからなる二次セットの光出力の温度に依存する減少よりも大きい当該照明回路を動作させる方法は、照明回路の発光ダイオードの光出力全体の温度に依存する減少の間、一次セットの光出力と二次セットの光出力との間に、実質的に一定の比率が維持されるように、一次セットの光出力を増加させるステップを含む。

本発明による方法の利点は、温度、電圧、色等といった任意の量を実際に測定する必要がないという点である。代わりに、光出力の「補正」は、基本的に、二次ＬＥＤセットの光出力の固有の降下に従うようにするための少なくとも一次ＬＥＤセットの光出力の調節を含む。ここでも、本発明による方法は、高温において、光出力の特定の全体レベルを維持することを試みるのではなく、温度に関係なく、単に光出力の特定の比率を維持し、複合色照明回路の光出力の可能な全体の減少を容認する。

従属請求項及び以下の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴について開示する。実施形態の特徴は、適宜、組み合わされてもよい。１つの請求項のカテゴリのコンテキストにおいて説明される特徴は、他の請求項のカテゴリにも同等に適用される。

上記されたように、ＬＥＤの光出力は、温度に依存する。温度依存性は、ＬＥＤの色に関連している。ＬＥＤの接合部温度は、回路基板レベルにおいて測定されるそのパッド温度から推測される。例えばたった約５０℃のパッド温度において、アルミニウム‐インジウム‐ガリウム‐蛍光体（ＡｌＩｎＧａＰ）赤色ＬＥＤは、その定格又は公称光出力の約８０％しか供給しない。蛍光体ベースの「白色」ＬＥＤの光出力の減少は、この温度では、それほど激しくはない。つまり、光出力の降下は、様々な色のＬＥＤで異なる。より高いパッド温度において、光出力の差は、より一層顕著である（これは、以下にグラフで示され、また、図１を参照して説明される）。例えば１００℃において、赤色ＬＥＤの光出力は、たった約５０％である。通常、このような赤色ＬＥＤの光出力の温度依存性は、絶対温度１ケルビンにつき０．６％の減少である。「白色」ＬＥＤについては、光出力の温度依存性は、絶対温度１ケルビンにつき約０．１２％に過ぎない。したがって、光束の温度に依存する差は、絶対温度１ケルビンにつき約０．５％（０．５％Ｋ^−１）を含む。このようなＬＥＤを使用する複合色照明装置では、温度が増加するにつれて、赤色から離れて白色に近づく明らかに知覚可能な色ずれが生じる。ダイオードのパッド温度は、実験で測定され、通常、ダイオードの接合部温度に直接的に関連している。本発明は、はっきりと定義され知られている関係にある、接合部温度の増加は、接合点の両端間の順電圧の降下に関連付けられるという事実を利用する。したがって、本発明の特に好適な実施形態では、光束比固定装置は、一次セットの発光ダイオードを流れる電流を、二次セットの光出力に対して一次セットの光出力が減少する割合と実質的に同じ割合で増加する。例えば上記値を使用した場合、光束の０．５％Ｋ^−１の差は、一次セットのＬＥＤを流れるダイオード電流の０．５％Ｋ^−１の増加によって補正される。つまり、照明回路の光束比固定装置は、一次セットの光束と二次セットの光束との差に対応する量で、一次セットのＬＥＤを流れる電流を増加させるように作用する。

本発明の特に好適な実施形態では、光束比固定装置は、発光ダイオードからなる一次セットに接続される補償抵抗器を含み、補償抵抗器の抵抗は、発光ダイオードからなる一次セットの光出力の温度に依存する減少と、発光ダイオードからなる二次セットの光出力の温度に依存する減少との差に基づいて選択される。Ｕ＝ＩＲ（ここで、Ｕは電圧、Ｉは電流、Ｒは抵抗）の既知の関係を使用して、必要な抵抗値は、一次セットのＬＥＤの両端間の絶対温度１ケルビン毎の順電圧の既知の全体の降下と、一次セットのＬＥＤを流れるダイオード電流の所望の増加とに基づいて求められる。

光束比固定装置は、一次ＬＥＤセットを流れる電流を増加することに限定されない。それどころか、一次セットの順電圧の降下も、二次セットに影響を与えるために使用される。したがって、本発明の好適な実施形態では、光束比固定装置は、一次セットの発光ダイオードの順電圧の降下に基づいて、二次セットの発光ダイオードを流れる電流を減少させる。このような具現化において、一次セットを流れるダイオード電流は増加される一方で、二次セットを流れるダイオード電流は減少される。ここでは、効果は、一次セットの光出力の「上向き」の補正と、二次セットの光出力の「下向き」の補正とを行うことである。

一般に、照明回路におけるダイオードの列又はセットは、回路図では、電流源の電圧に比例する電流を供給する当該電流源（線形電流源）、又は、電流源の電圧に依存しない当該電流源（定電流源）として表される適切なドライバ回路によって動作させられる。本発明の好適な実施形態では、照明回路は、発光ダイオードセット用の線形電流源を含む。例えば本発明の好適な実施形態では、照明回路は、発光ダイオードセット用の温度依存型線形電流源を含む。そのような温度依存型線形電流源の一例として、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）が挙げられる。これは、このトランジスタを流れる電流が、ダイオードと実質的に同じように、接合部温度によって影響を受けるからである。

本発明の更なる好適な実施形態では、発光ダイオードセット用の線形電流源は、温度非依存型電流源を含む。例えば線形電流源は、実質的に一定の電圧基準を含む。いずれの上記電流源も、比較的安価で、すぐに入手可能なコンポーネントを使用して実現できる。

使用される電流源のタイプに関係なく、光束比固定装置の補償抵抗器は、一次ＬＥＤセットと二次ＬＥＤセットとの光出力の「差を縮める」ように取られるアプローチに応じて、幾つかの方法で配置される。本発明の１つの好適な実施形態では、補償抵抗器は、発光ダイオードからなる一次セットの電流源と並列に接続される。このような配置では、接合部温度が上昇、即ち、増加するにつれて、一次セットを流れるダイオード電流のみが影響を受けて、一次ＬＥＤ（例えば赤色ＬＥＤ）の光出力が増加され、これにより、一次セットのＬＥＤは、より高い接合部温度において、二次（例えば白色）ＬＥＤの光出力に一致する光出力レベルを供給する。或いは、補償抵抗器自体が、電流源の機能を果たしてもよい。

本発明の更なる好適な実施形態では、補償抵抗器は、一次セットと二次セットとの間に接続される。このようにすると、一次セットのＬＥＤの順電圧の降下も、二次セットのＬＥＤの光出力に影響を与えるように使用される。本発明の好適な実施形態では、補償抵抗器は、発光ダイオードからなる一次セットと、発光ダイオードからなる二次セットの電流源の電流検知抵抗器との間に接続される。このようにすると、一次セットのＬＥＤの順電圧の降下は、一次（例えば赤色又は琥珀色）ＬＥＤを流れる電流を増加させるように使用され、また、二次（例えば白色）ＬＥＤを流れる電流を減少させるようにも使用される。最終的な効果は、より温度に依存するＬＥＤの光出力を増加させると同時に、あまり温度に依存しないＬＥＤの光出力を減少させることである。このような実施形態に使用される補償抵抗器の値は、二次ＬＥＤセットの電流源の温度依存性の結果としての二次ＬＥＤを流れる電流の変化を考慮して、選択される。

上記実施形態は、ＬＥＤの線形ドライバについて説明した。線形ドライバでは、順電圧と供給電圧との差は、例えば抵抗器によって消散され、事実上、無駄使いされている。上記線形電流源の代案として、本発明による照明回路は、代わりに、スイッチモード電流源を、それらが一般的により効率的であるため、使用する。スイッチモードドライバ回路では、「余剰」のエネルギーは消散されず、コンデンサ及びインダクタといったコンポーネントを使用して、蓄積及び放出される。このようなコンポーネントは、交流電圧又は電流が印加される場合に、インピーダンスとしてのみ作用する。したがって、スイッチモードドライバは、スイッチングデバイスにおけるトランジスタからなる装置を使用して、（高周波）の交流電圧及び電流を生成することが好適である。このような実施形態では、ＬＥＤは、常に駆動されるのではなく、高周波信号を使用して高速スイッチングされ、これにより、連続的に「点灯」しているように見えるだけで、実際には、全時間のうちのかなりの間、「消灯」している。このような実施形態では、一次セット（任意選択的には二次セットも）を流れる電流の大きさは、上記されたように補償抵抗器によって調整される一方で、適切な集積回路コンポーネントを使用して、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）といった適切なトランジスタに、高周波パルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチング信号を与えて、ダイオード電流を切り替えることができる。

各ＬＥＤセットは、ダイオード電流調節を信頼度が高くかつ正確に行えるように、単一の色及びタイプのＬＥＤだけを含むことが好適である。しかし、照明回路は、１つ以上の一次ＬＥＤセット及び／又は１つ以上の二次ＬＥＤセットを含んでよい。例えば照明回路は、赤色ＬＥＤを有する一次セットに加えて、緑色ＬＥＤを有する一次セットだけでなく、「白色」ＬＥＤを有する二次セットと、青色ＬＥＤを有するもう１つの二次セットを含む。光束比固定装置は、片方又は両方の一次セットの光出力のみを補正するように具現化される。同様に、光束比固定装置は、片方又は両方の二次セットの光出力を補正するように具現化されてもよい。

本発明による照明装置の一実施形態は、肉、果物及び野菜といった食料品を照射するように使用される。例えば約２７００Ｋ及び３５００Ｋのカラーポイント又は色温度を有する「赤みを帯びた」光（「暖色」の白色）は、このような食料品を照射するのに最適である。したがって、このような照明装置は、赤色のＬＥＤからなる一次セットと、例えば蛍光体がコーティングされた青色ＬＥＤである「白色」ＬＥＤからなる少なくとも１つの二次セットとを含むことが好適である。このような実施形態では、一次セットのＬＥＤは、約６６０ｎｍの範囲における波長を有する光を放出することが好適である一方で、二次セットのＬＥＤは、実質的に白色の光を放出することが好適である。パッド温度が５０℃、７０℃又はそれ以上のレベルにまで増加される場合でも、照明回路の色温度は維持される。したがって、本発明による照明装置は、高価で複雑な温度センサ又は色センサを用いる必要なく、また、ダイオードの動作時の任意のダイオードの電圧降下を実際に測定する必要なく、所望のカラーポイント又は色温度を維持することができるようにする。光出力補正は、完全に自動的かつ即時的で、実質的に一定の所望の色温度が維持され、光出力全体の降下が許容される。

代替実施形態では、「暖色の白色」は、一次ＬＥＤセットが、赤色蛍光体は含まないが、緑又は黄色蛍光体のみを含む「緑色を帯びた」ＬＥＤを含む本発明による照明回路によって得られる。二次ＬＥＤセットは、赤色又は橙色を直接的に放出するエミッタ、即ち、赤色又は橙色の光を直接的に放出するＬＥＤからなる。一次ＬＥＤセットは、幾分「緑色を帯びた」色合いを有し、二次ＬＥＤセットは、赤く見えるので、この組み合わせによって放出される光は、白く見える。色温度は、２７００乃至３５００Ｋの範囲であり、この照明回路によって放出される光のカラーポイントは、黒体線上にある。

本発明による照明装置のもう１つの実施形態は、植物の屋内照明のための園芸照明を提供するように使用される。ここでは、照明回路の一次セットの発光ダイオードは、約６６０ｎｍの領域における波長を有する光（「赤色」光）を放出するように選択されることが好適である一方で、二次セットの発光ダイオードは、約７６０ｎｍの領域における波長を有する光（「遠赤色」光）を放出するように選択されることが好適である。光束比固定装置は、赤色光対遠赤色光の比が１対１のままであり、これにより、植物が、成長を正しく促進する光に確実に露光されるように具現化されることが好適である。このような赤色／遠赤色補正のない既知の照明装置は、成長不良又は弱い植物をもたらす。これは、赤色光と遠赤色光とのバランスの取れていない関係は、植物の成長に有害な影響があるからである。

本発明の他の目的及び特徴は、添付図面と合わせて考慮される以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、当然ながら、図面は、説明のためだけにデザインされたものであり、本発明の限定の定義としてデザインされたものではない。

図１は、従来の複合色ＬＥＤ照明回路の簡易回路図を示す。 図２は、白色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤの相対光束のグラフを示す。 図３は、本発明による照明回路の第１の実施形態の簡易回路図を示す。 図４は、図３の照明回路の回路図を示す。 図５は、本発明による照明回路の第２の実施形態の回路図を示す。 図６は、本発明による照明回路の第３の実施形態の回路図を示す。 図７は、本発明による照明回路の第４の実施形態の回路図を示す。 図８は、本発明による照明回路の第５の実施形態の回路図を示す。 図９は、本発明による照明装置の第１の実施形態を示す。 図１０は、本発明による照明装置の第２の実施形態を示す。

図面において、同様の参照符号は、全体を通して、同様の物体を指している。図面中の物体は、必ずしも縮尺通りではない。

図１は、従来の複合色ＬＥＤ照明回路１００の簡略回路図を示す。回路１００は、２列のＬＥＤ１０１、１０２を含む。第１の列は、直列に接続された赤色ＬＥＤ１０１を含み、第２の列は、直列にある白色ＬＥＤを含む。この従来表現は、ＬＥＤ列の両端間に電位差を印加する電圧源１０３と、各ＬＥＤ列を動作させるドライバとを含む。照明回路１００内のＬＥＤ数が、全体の色を決定する。全体の色は、ＬＥＤが動作させられる方法によっても影響を受ける。照明回路の動作中、ＬＥＤの接合部温度が増加する。これは、色ずれにつながる。この従来技術の照明回路は、適切なセンサを含む検知ユニット１０５によって、このような色ずれを検出できる。例えば温度センサが、温度増加を検出し、感知ユニット５の制御装置が、検出された温度増加に基づいて、必要な補正ＬＥＤ電流を決定する。電圧センサが、赤色ＬＥＤ１０１の順電圧の降下を測定し、制御装置が、電圧降下に基づいて、必要な補正ＬＥＤ電流を決定する。フォトダイオードセンサが、実際の色ずれを検出し、制御装置が、色ずれに基づいて、必要な補正ＬＥＤ電流を決定する。検知ユニット５は、動作される白色ＬＥＤ及び／又は赤色ＬＥＤの数を調節することによって、及び／又は、アクティブＬＥＤのデューティサイクルを調節することによって、測定量（温度、電圧、光出力）に対処する。このような検知回路を含める必要があるということは、このような従来の複合色照明回路の費用及び複雑さが、比較的高いことを意味する。更に、色の極端なずれを補償するその能力は限られている場合がある。例えば当該照明回路が十分な赤色ＬＥＤを有さない場合、単一のＬＥＤが発光できる赤色光の最大量は、そのチップサイズ及び熱構造によって決定されるため、高温における目立った色ずれを補正することは不可能である。

図２は、パッド温度［℃］に対してプロットされた白色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤの相対光束の代表的なグラフを示す。このグラフは、複合色照明装置において、色ずれが生じる様子を説明する。第１の曲線２００は、白色ＬＥＤのかなり一定の光出力を示す。第２の曲線２０１は、赤色ＬＥＤの明らかに減少している光出力を示す。たった約５０℃のパッド温度においても、第１の垂直線ｄｉｆｆ_５０によって示されるように、赤色ＬＥＤは、すでに約８０％の光束しか供給していない。白色ＬＥＤは、ほぼ１００％を供給し続けている。より高いパッド温度では、第２の垂直線ｄｉｆｆ_１００によって示されるように、差は、一層顕著である。例えば１００℃では、赤色ＬＥＤの光束は、ほぼ半分になっている。例えばアルミニウム‐インジウム‐ガリウム‐蛍光体赤色ＬＥＤである典型的な赤色ＬＥＤの光束の温度依存性は、摂氏又は華氏１度につき０．６％の減少である。白色ＬＥＤについては、光束の温度依存性は、絶対温度１ケルビンにつき約０．１２％に過ぎない。したがって、温度依存性の差は、絶対温度１ケルビンにつき約０．５％を含む。このようなＬＥＤを使用する複合色照明装置では、温度が増加するにつれて、赤色ＬＥＤが供給する光が徐々に少なくなるので、赤色から明らかに知覚可能な色ずれが生じる。

図３は、本発明の第１の実施形態による照明回路１の簡略回路図を示す。照明回路１は、赤色ＬＥＤ１１０の一次セット１１と、白色ＬＥＤ１２０の二次セット１２とを含む。電圧は、ＤＣ電圧源３によって供給される。電流源２１、２２が、各ＬＥＤセット１１、１２と直列に配置されている。この回路の組み合わされた光出力は、２０℃において所望の赤みを帯びたカラーポイントを有する。本発明による照明回路１は、以下に説明されるように、高温においても、このカラーポイントを維持することができる。

ＬＥＤ１１０、１２０の温度特性は、上記図１において述べられた通りであると仮定する。即ち、白色ＬＥＤ及び赤色ＬＥＤは、絶対温度１ケルビンにつき約０．５％の光束差を示す。つまり、温度が増加するにつれて、赤色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤの光出力は減少するが、赤色ＬＥＤ１１０の光出力の方が、白色ＬＥＤ１２０によって示される光出力の減少よりも、大きな程度で減少する（以下において、本発明の説明のために、この大きさのオーダーが仮定されるが、当然ながら、実際の値は、半導体デバイスの組成に依存するので、異なる）。温度依存型色補正は、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰによって達成される。この補償抵抗器は、高温において、赤色ＬＥＤ１１０の順電圧が降下すると、赤色ＬＥＤ１１０を流れる電流を増加させる働きをする。例えば回路は、１０個の赤色ＬＥＤ１１０を含む。赤色ＬＥＤ１１０の順電圧の降下は、１つの接合点毎に、絶対温度１ケルビンにつき２．０ｍＶであると仮定される。したがって、１０個の赤色ＬＥＤ１１０は、絶対温度１ケルビンにつき２０．０ｍＶの順電圧の組み合わせ降下を有する。赤色ＬＥＤ１１０を流れる公称電流Ｉ_ｒｅｄは、この例では、２０．０ｍＡであると仮定される。したがって、光束における絶対温度１ケルビンにつき０．５％の差を補償するためには、赤色ＬＥＤ１１０を流れる電流は、絶対温度１ケルビン毎の温度増加に、０．５％で増加されるべきである。これは、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰによって達成される。この抵抗の値は、直列にある赤色ＬＥＤ１１０の数によって選択され、次式を使用して計算される。
ここで、Ｒ_ＣＯＭＰは、オームで表される抵抗の値であり、ｎは、直列にある赤色ＬＥＤ１１０の数であり、Ｖ_ｆは、１つの赤色ＬＥＤ１００の順電圧の降下であり、Ｋ_ｄｉｆｆは、パーセンテージで表される赤色ＬＥＤと白色ＬＥＤ間の光束差であり、Ｉ_ｒｅｄは、赤色ＬＥＤ１１０を流れる公称電流である。

例えば直列にある１０個のこのような赤色ＬＥＤ１１０では、順電圧における全体の降下は、絶対温度１ケルビンにつき２０ｍＶであり、絶対温度１ケルビン毎の所望の電流増加は、０．５％であり、２０ｍＡの０．５％は、０．１ｍＡである。これらの値を、式（１）に当てはめると、式は、
をもたらす。

したがって、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰは、高温に依存する赤色ＬＥＤ１１０と、あまり温度に依存しない白色ＬＥＤ１２０との間に、絶対温度１ケルビンにつき０．５％の温度補正を達成するように、２００Ωの値を有するべきである。１０個ではなく、９個の赤色ＬＥＤを、２００Ωの抵抗と共に使用すると、光束補正は、絶対温度１ケルビンにつき０．４６％を含む。ここでは、絶対温度１ケルビンにつき０．５％の所望の光束補正を達成するためには、１８０Ωの抵抗が必要となる。この例では、赤色ＬＥＤを流れる電流のみが補償される。

図４は、図３の照明回路１の回路図の一実施形態を示す。ここでは、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰは、赤色ＬＥＤ１１０のセットの電流源２１としての機能も果たす。白色ＬＥＤ１２０の電流源２２は、抵抗Ｑ２２と、電流検知抵抗器Ｒ２２と、温度非依存型電圧源Ｕ２２とを含む。供給電流抵抗Ｒ_ＳＣは、電流源２２と、ＬＥＤ１２０との間に接続され、電圧源の供給電流を提供する。白色ＬＥＤ１２０を流れる電流Ｉ_{ｗｈｉｔｅ}は、高温において減少する。同時に、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰは、赤色ＬＥＤ１１０を流れる電流Ｉ_ｒｅｄを増加させるように作動し、これにより、光束の白色対赤色比が、基本的に一定のままとなる。したがって、照明回路１の全体の光出力は、温度が増加すると減少するが、照明回路１によって放出される光のカラーポイント又は色温度は、基本的に変わらない。したがって、人間の観察者は、赤色からの色ずれに気付かず、また、光出力の減少も気付かない。

図５は、本発明の第２の実施形態による照明回路１の回路図を示す。ここでは、白色ＬＥＤ１２０は、２つのトランジスタＱ２２Ａ、Ｑ２２Ｂがアクティブフィードバックループで配置されている温度依存電流源２２を使用して動かされる。原則的に、これは、上記された基準電圧を使用するフィードバックループと同じ方法で動作する。（温度補償のために幾つかのトランジスタからなる図４に説明される集積回路Ｕ２２ではなく）１つのトランジスタＱ２２Ｂを使用して、より安価な具現化が可能である。これは、より多くのドライバヘッドルームと、電流検知抵抗器Ｒ２２の小さい電圧降下とを与える。通常、このような方法は、バイポーラ接合トランジスタＱ２２を有するフィードバックループは明らかに温度に依存するため、満足のいかないものと見なされる。しかし、本発明による照明回路では、この温度依存性は、有利に使用される。これは、白色ＬＥＤ電流Ｉ_{ｗｈｉｔｅ}及び白色ＬＥＤの光出力は、トランジスタＱ２２の接合部温度が増加すると減少するからである。したがって、トランジスタＱ２２は、赤色ＬＥＤの光束における減少の部分的な補償を自動的に提供する。したがって、この照明回路の全体の光出力の減少は、図４の照明回路に比べてより顕著であるが、この回路は、より安価に製造できる。例えば白色ＬＥＤ１２０を流れる電流Ｉ_{ｗｈｉｔｅ}は、絶対温度１ケルビンにつき０．３％で減少する。したがって、赤色ＬＥＤ１１０について、０．２％の補償しか必要としない。２０ｍＡの赤色ＬＥＤ電流Ｉ_ｒｅｄについては、これは、たった０．０４ｍＡの電流増加が、照明回路１の色彩比が一定のままであることを確実にすることを意味する。直列にある９個の赤色ＬＥＤ１１０について、この補正は、図示されるように、トランジスタＱ２１と、温度非依存型電圧源Ｕ２１と、１２５Ωの値を有する電流検知抵抗器Ｒ２１とを含む温度非依存型電流源２１と並列にある４５０Ωの補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰを使用することによって達成される。

図６は、本発明の第３の実施形態による照明回路１の回路図を示す。ここでは、ＬＥＤ１１０、１２０の両セット１１、１２は、上記されたタイプの温度依存型電流源２１、２２を使用して動かされる。しかし、この実施形態では、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰは、赤色ＬＥＤ１１０の一次セット１１と、白色ＬＥＤの電流源２２の電流検知抵抗器Ｒ２２との間に接続されている。この場合、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰは、赤色ＬＥＤ１１０を流れる電流Ｉ_ｒｅｄを増加させるだけでなく、白色ＬＥＤ１２０を流れる電流Ｉ_{ｗｈｉｔｅ}も減少させる。「補償電流」Ｉ_ＣＯＭＰは、上記図５の実施形態において計算される値の半分でさえあればよく、また、白色ＬＥＤ電流Ｉ_{ｗｈｉｔｅ}が減少する量は、赤色ＬＥＤ電流Ｉ_ｒｅｄが増加する量と同じである。ここに示されるように、温度依存型電流源２１、２２を使用する代わりに、上記されたような温度非依存型コンポーネント（図５におけるコンポーネントＵ２１、図４におけるコンポーネントＵ２２）が、トランジスタＱ２１Ｂ及びＱ２２Ｂの代わりに使用されてもよい。

ＬＥＤ照明回路を調光するために、ＬＥＤの電圧が減少される。低い光レベルでは、照明回路におけるＬＥＤの接合部温度は、公称又は高光レベルにおけるよりも低い。様々な着色ＬＥＤの様々な温度依存性によって、低い接合部温度は、複合色ＬＥＤ照明回路が調光される場合に、望ましくない色ずれにつながる。

本発明による照明回路内の光束比固定装置によってもたらされるフィードフォワード温度補償は、調光時も、自動的に補償する。図７は、本発明による照明回路１の更なる実施形態を示す。ここでは、調光入力部５が、電流源２１、２２に接続され、ＬＥＤ電流Ｉ_ｒｅｄ、Ｉ_{ｗｈｉｔｅ}が調節される。調光電圧が十分に低い限り、一部の電流が、調光電圧のレベルに比例して、ダイオードＤ３を流れる。特定の調光電圧よりも上では、電流源２１、２２は、ＬＥＤセット１１、１２を直接に動作させる。この実施形態では、（ここでは、赤色ＬＥＤの電流源２１と並列に配置されている）光束比固定装置Ｒ_ＣＯＭＰによって提供される温度補償が、調光時の色ずれを防ぐ。したがって、組み合わされたＬＥＤセットのカラーポイントは、所望のレベルに固定されたままとなる。代替実施形態では、電力線調光が適用されてもよく、この場合、供給電力は、例えばＰＷＭ動作されるスイッチ又はパワーＦＥＴによって遮断される。

図８は、本発明の別の実施形態による複合色照明回路１のスイッチモードバージョンを示す。このバージョンの照明回路１は、赤色ＬＥＤ１１０を流れる電流Ｉ_ｒｅｄを制御する第１の集積回路コンポーネントＩＣ１と、白色ＬＥＤ１２０を流れる電流Ｉ_{ｗｈｉｔｅ}を制御する第２の集積回路コンポーネントＩＣ２とを使用する。スイッチモードバージョンの照明回路１は、図３乃至図６において上記された回路よりも効率的である。ＮチャネルエンハンスメントモードＭＯＳＦＥＴといった電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｆ１、Ｆ２が、各ＬＥＤ列１１、１２を「オン」又は「オフ」に切り替えるように使用され、「オン」時間の継続時間は、いずれの場合も、集積回路コンポーネントＩＣ１、ＩＣ２によって制御され、各集積回路コンポーネントは、対応するＦＥＴ Ｆ１、Ｆ２のバルクに高周波パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を供給する。各集積回路コンポーネントＩＣ１、ＩＣ２は、他の通常の供給電圧及び接地ピンの他に、調光のための外部入力部（「Ｄ」とラベル付けされる）を有してよい。ＬＥＤの調光は、この場合、ＰＷＭによって行われる。ここでも、光束比固定装置Ｒ_ＣＯＭＰによって提供される温度補償は、調光時の望ましくない色ずれを防ぐ。したがって、組み合わされたＬＥＤセットのカラーポイントは、所望のレベルに固定されたままである。

この具現化では、各電流検知抵抗器Ｒ２１、Ｒ２２は、そのダイオード列１１、１２の「前」に配置されている。各ダイオード列１１、１２と直列にあるインダクタＬ１、Ｌ２を使用して、滑らかなスイッチングが達成される。ＭＯＳＦＥＴスイッチＦ１、Ｆ２が「開かれた」ときに生じる電圧スパイクによって、ダイオード列１１、１２が損傷されないことを確実とするために、フライバックダイオードＤ１、Ｄ２が使用される。

ツェナーダイオードＺ１が、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰにおける損失を最小限に抑えるために含められ、また、最低温度においても、即ち、ダイオード列１１、１２の最も高い全体の順電圧においても、最小補償電流Ｉ_ＣＯＭＰが補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰを流れるように選択される。１つの例では、赤色ダイオード列１１は、６個の赤色ＬＥＤ１１０を含み、赤色ＬＥＤ１１０を流れる電流Ｉ_ｒｅｄは、１．０Ａである。

上昇温度における絶対温度１ケルビンにつき０．５％の色差を「補正」するには、電流は、絶対温度１ケルビンにつき５．０ｍＡで増加されなければならない。ここでも、絶対温度１ケルビンにつき１つの接合点毎に２．０ｍＶの順電圧降下では、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰの値は、上記式（１）に与えられる関係を使用して求めることができ、これは、補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰに対し２．４Ωの値をもたらす。

図９に、３色を使用する一実施形態が示されている。ここでは、２つのＬＥＤの「一次セット」１１、１３があり、ともに、二次セット１２の光出力を調節する。第１の一次セット１１は、赤色ＬＥＤ１１０を含み、もう１つの一次セット１３は、琥珀色ＬＥＤ１３０を含む。高アルミニウムドーピングされた琥珀色ＬＥＤは、通常、かなり非効率的で、赤色ＬＥＤよりもより一層、温度に依存する。即ち、その光束は、その接合部温度が増加するにつれて、より一層激しく減少する。典型的に、琥珀色ＬＥＤの光束は、ＬＥＤ赤色の光束の約３倍、減少する。照明回路１のこの実施形態では、光束比固定装置は、一次ＬＥＤセット１１、１３の両方に流れる電流Ｉ_ｒｅｄ、Ｉ_{ａｍｂｅｒ}を増加させ、白色ＬＥＤセット１２を流れる電流Ｉ_{ｗｈｉｔｅ}を減少させる。赤色ＬＥＤセット１１の補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰは、白色ＬＥＤ電流源２２の電流検知抵抗器Ｒ２２に接続され、琥珀色ＬＥＤセット１３の補償抵抗器Ｒ_{ＣＯＭＰ＿１３}も、電流検知抵抗器Ｒ２２に接続されている。琥珀色ＬＥＤ１３０を流れる電流Ｉ_{ａｍｂｅｒ}は、赤色ＬＥＤ１１０を流れる電流Ｉ_ｒｅｄの約３倍で増加される必要があるため、琥珀色ＬＥＤセット１３の補償抵抗器Ｒ_{ＣＯＭＰ＿１３}の値は、赤色ＬＥＤセット１１の補償抵抗器Ｒ_ＣＯＭＰの値よりも低くなる。その値は、上記されたように、絶対温度１ケルビン毎の全体の順電圧降下と、琥珀色ＬＥＤを流れる公称電流と、絶対温度１ケルビン毎の琥珀色ＬＥＤと白色ＬＥＤとの光束のパーセンテージで表される差とに基づいて、計算される。

図１０は、新鮮な果物及び野菜といった商品４０の表示の食欲をそそり、魅力的な照明のための本発明による照明装置４の第１の実施形態を示す。ここでは、照明装置４は、上記されたような照明回路１を１つ以上含む。ここでは、簡潔とするために、１つの照明回路１しか示されていない。照明回路１の一次セット１１は、赤色ＬＥＤを含み、二次セット１２は、「白色」ＬＥＤを含み、したがって、大気温度で、約２７００〜３５００Ｋのカラーポイントが達成される。照明回路の光束比固定装置によって、食料品が常に最適に照射されるように、カラーポイントが基本的に２７００〜３５００Ｋに確実に維持される。

図１１は、屋内園芸応用における植物４１の最適な照明のための本発明による照明装置４の第２の実施形態を示す。ここでは、照明装置４は、上記されたような照明回路１を１つ以上含む。ここでは、簡潔とするために、１つの照明回路１しか示されていない。照明回路１の一次セット１１は、遠赤色ＬＥＤを含み、二次セット１２は、赤色ＬＥＤを含む。この装置は、通常、「赤色／遠赤色比」と呼ばれる光スペクトルの赤色部（約６６０ｎｍ）及び遠赤色部（約７３０ｎｍ）における感度ピークを有する植物フィトクロムの吸収スペクトルに最適な大気温度における「光レシピ」を提供する。照明装置は更に、例えば日光が最適にシミュレートされるように、適切な割合で青色、緑色及び／又は「白色」ＬＥＤを有する任意の数の追加の二次ＬＥＤセットを含んでもよい。このような照明回路のそれぞれの光束比固定装置によって、一次セットの光子束と二次セットの光子束との比が、確実に基本的に変わらず、これにより、全体的な光出力がフィトクロムの赤色／遠赤色要件が満たされ、また、植物が常に最適に照射されるように、ＬＥＤのパッド温度が増加しても維持され、植物の発芽及び／又は成長に有益な効果がもたらされる。約６６０ｎｍにおいて発光する赤色ＬＥＤと、４５０ｎｍにおいて発光する青色又は白色ＬＥＤとは、ほぼ同じ温度依存性を示す。したがって、このようなＬＥＤは、照明装置４の照明回路１の更なる二次ＬＥＤセット内に配置されてもよい。

本発明は、好適な実施形態及びその変更態様の形で開示されたが、当然ながら、発明の範囲から離れることなく、当該好適な実施形態及びその変更態様は、更に修正及び変更されてもよい。

明瞭とするために、本願全体における「ａ」又は「ａｎ」との使用は、複数を排除するものではなく、また、「含む」は、他のステップ又は要素を排除するものではないことは理解されるものとする。

Claims (11)

1. 第１の色の発光ダイオードからなる一次セットと、
   他の色の発光ダイオードからなる二次セットと、
   光束比固定装置と、
   を含む照明回路であって、
   前記第１の色の前記発光ダイオードからなる前記一次セットの光出力の温度に依存する減少は、前記他の色の前記発光ダイオードからなる前記二次セットの光出力の温度に依存する減少よりも大きく、
   前記光束比固定装置は、前記照明回路の前記発光ダイオードの光出力全体の温度に依存する減少の間、前記一次セットの前記光出力と前記二次セットの前記光出力との間に、実質的に一定の比率を維持し、
   前記光束比固定装置は、前記一次セットの前記発光ダイオードの順電圧の降下に基づいて、前記二次セットの前記発光ダイオードを流れる電流を減少させるか、又は、前記光束比固定装置は、前記二次セットの前記発光ダイオードの順電圧の降下に基づいて、前記一次セットの前記発光ダイオードを流れる電流を増加させ、
   前記光束比固定装置は、
   前記一次セットに電流を供給するために、当該一次セットと直列の第１の電流源と、
   前記二次セットに電流を供給するために、当該二次セットと直列の第２の電流源と、
   前記一次セットと前記第１の電流源との直列接続に並列であり、前記二次セットと前記第２の電流源との直列接続に並列であるＤＣ定電圧源と、
   前記第１の色の前記発光ダイオードからなる前記一次セットに接続される補償抵抗器と、を含み、前記補償抵抗器の抵抗は一定であり、前記第１の色の前記発光ダイオードからなる前記一次セットの前記光出力の温度に依存する前記減少と、前記他の色の前記発光ダイオードからなる前記二次セットの前記光出力の温度に依存する前記減少との差に基づいて選択されている、
   照明回路。
2. 発光ダイオードセットに電流を供給する線形電流源を含む、請求項１に記載の照明回路。
3. 前記線形電流源は、温度依存型ドライバを含む、請求項２に記載の照明回路。
4. 前記線形電流源は、温度非依存型ドライバを含む、請求項２又は３に記載の照明回路。
5. 前記補償抵抗器は、前記第１の色の前記発光ダイオードからなる前記一次セットの前記線形電流源と並列に接続される、請求項２乃至４の何れか一項に記載の照明回路。
6. 前記補償抵抗器は、前記第１の色の前記発光ダイオードからなる前記一次セットと、前記他の色の前記発光ダイオードからなる前記二次セットとの間に接続される、請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明回路。
7. 前記補償抵抗器は、前記第１の色の前記発光ダイオードからなる前記一次セットと、前記他の色の前記発光ダイオードからなる前記二次セットの前記線形電流源の電流検知抵抗器との間に接続される、請求項２乃至５の何れか一項に記載の照明回路。
8. 少なくとも２つの一次発光ダイオードセットを含み、各一次セットは、異なる色の光を放出する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明回路。
9. 所定のカラーポイントの光で物体を照射する照明装置であって、
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明回路を少なくとも１つ含み、
   前記照明回路の前記発光ダイオードセットは、組み合わせて、初期温度において、前記所定のカラーポイントの光を放出するように選択され、前記照明回路の前記光束比固定装置は、前記初期温度よりも高い温度において、前記所定のカラーポイントを維持する、照明装置。
10. 前記照明回路の前記一次セットの前記発光ダイオードは、約６６０ｎｍの領域における波長を有する光を放出し、前記照明回路の前記二次セットの前記発光ダイオードは、実質的に白色の光を放出する、食料品の照明のための請求項９に記載の照明装置。
11. 前記照明回路の前記一次セットの前記発光ダイオードは、約７４０ｎｍの領域における波長を有する光を放出し、前記照明回路の前記二次セットの前記発光ダイオードは、約６６０ｎｍの領域における波長の光を放出する、植物の照明のための請求項９に記載の照明装置。