JPWO2014087874A1 - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
照明装置(100)は、直列接続された発光スペクトルが各々異なる複数の発光素子(1,2,3)と、複数の発光素子に定電流を供給する定電流源(40)と、複数の発光素子の各々に並列接続された複数の電流バイパス回路(10,20,30)と、を備え、複数の電流バイパス回路の各々は、自身の回路に流れる電流(IB1,IB2,IB3)を制御することにより、並列接続された発光素子に供給される電流(IL1,IL2,IL3)を増減させる。照明装置(100)は、発光素子に供給される電流を多値的に制御可能とする。
Description
本発明は、定電流源に直列接続された複数の発光素子を備える照明装置に関する。
特開2009−134933号公報(特許文献1)は、LED点灯装置に関する発明を開示している。このLED点灯装置は、直列接続された複数のLED素子と、LED素子の各々に並列接続された複数のスイッチ素子と、LED素子とスイッチ素子の直並列回路に定電流を供給する定電流源と、スイッチ素子のオンオフを制御することによりLED素子の輝度を制御する制御回路と、を備える。
特開2009−134933号公報(特許文献1)に開示される装置は、直列接続された複数のLED素子のうち、スイッチ素子のオンオフによって発光させる素子の数を制御することにより、LED点灯装置の輝度を調整している。このように、特許文献1では、LED点灯装置の輝度を調整することを目的としている。しかしながら特許文献1は、発光スペクトルが各々異なる複数の発光素子、たとえば赤色発光素子、緑色発光素子および青色発光素子に流れる電流を多値的に制御することにより、白色に調光するといった解決課題や、その解決手段については開示されていない。
本発明は、発光素子に供給される電流を多値的に制御可能とする照明装置を提供することを目的とする。
本発明に基づく照明装置は、直列接続された発光スペクトルが各々異なる複数の発光素子と、複数の上記発光素子に定電流を供給する定電流源と、複数の上記発光素子の各々に並列接続された複数の電流バイパス回路と、を備え、複数の上記電流バイパス回路の各々は、自身の回路に流れる電流を制御することにより、並列接続された上記発光素子に供給される電流を増減させる。
本発明によれば、発光スペクトルが各々異なる複数の発光素子に供給される電流を多値的に制御可能とする照明装置を提供できる。
本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数およびその量などに限定されない。実施の形態の説明において、同一の部品および相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。特に制限が無い限り、実施の形態に示す構成に示す構成を適宜組み合わせて用いることは、当初から予定されていることである。
図1は、実施の形態における照明装置100の構成を示す回路図である。照明装置100は、赤色、緑色および青色の光をそれぞれ発光する複数の発光素子(赤色発光素子1、緑色発光素子2および青色発光素子3)、電流バイパス回路10,20,30、ならびに定電流源40を備える。
(定電流源)
定電流源40は、直列接続された各発光素子1,2,3に定電流を供給するためのものであり、電流検出抵抗41、トランジスター42、電流センスアンプ43および電流設定アンプ44を含む。電流検出抵抗41の一端は、図示しない電源装置に接続されている。電流検出抵抗41の他端は、トランジスター42に接続されている。電流センスアンプ43は、2つの入力端子が電流検出抵抗41の両端にそれぞれ接続され、出力端子が電流設定アンプ44の一方の入力端子に接続されている。
定電流源40は、直列接続された各発光素子1,2,3に定電流を供給するためのものであり、電流検出抵抗41、トランジスター42、電流センスアンプ43および電流設定アンプ44を含む。電流検出抵抗41の一端は、図示しない電源装置に接続されている。電流検出抵抗41の他端は、トランジスター42に接続されている。電流センスアンプ43は、2つの入力端子が電流検出抵抗41の両端にそれぞれ接続され、出力端子が電流設定アンプ44の一方の入力端子に接続されている。
電流センスアンプ43は、電流検出抵抗41の両端の電位差に応じた信号を、適宜増幅して電流検出信号として出力する。電流検出信号は、電流設定アンプ44に入力され、基準レベル信号45と比較される。電流設定アンプ44は、電流検出信号と基準レベル信号45とに基づいて、制御信号をトランジスター42(FET:Field Effect Transistor)のゲートに出力し、トランジスター42を流れる電流の大きさを制御する。定電流源40からは、駆動電流IDが定電流として出力される(吐き出される)。定電流源40は、本実施の形態では複数の発光素子の陽極側に配置されるが、陰極側に配置されてもよい。
(発光素子)
本実施の形態では、発光スペクトルが各々異なる複数の発光素子として、赤色発光素子1、緑色発光素子2および青色発光素子3が用いられる。赤色発光素子1、緑色発光素子2および青色発光素子3は、直列接続されている。これらを構成する発光素子としては、有機EL(OLED:Organic Light Emitting Diode、若しくはOrganic Electroluminescenceともいう)等が挙げられる。あるいは、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が用いられてもよい。照明装置100は、これらに加えて他の発光素子をさらに備えていてもよい。なお、本実施の形態においては3種類の発光素子について説明するが、本実施の形態は特にこれらに限定されるものではなく、複数(2以上)の発光素子が直列に接続される構成であれば、どのような構成を採用してもよく、異なる種類の他の発光素子や、同一の種類の他の発光素子をさらに設けるという構成を採用してもよい。
本実施の形態では、発光スペクトルが各々異なる複数の発光素子として、赤色発光素子1、緑色発光素子2および青色発光素子3が用いられる。赤色発光素子1、緑色発光素子2および青色発光素子3は、直列接続されている。これらを構成する発光素子としては、有機EL(OLED:Organic Light Emitting Diode、若しくはOrganic Electroluminescenceともいう)等が挙げられる。あるいは、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が用いられてもよい。照明装置100は、これらに加えて他の発光素子をさらに備えていてもよい。なお、本実施の形態においては3種類の発光素子について説明するが、本実施の形態は特にこれらに限定されるものではなく、複数(2以上)の発光素子が直列に接続される構成であれば、どのような構成を採用してもよく、異なる種類の他の発光素子や、同一の種類の他の発光素子をさらに設けるという構成を採用してもよい。
図2は、照明装置100の構成の一例を示す概略図である。図2紙面内の上から下に向かって、赤色発光素子1(赤色発光層)、緑色発光素子2(緑色発光層)および青色発光素子3(青色発光層)が積層されている。赤色発光素子1、緑色発光素子2および青色発光素子3は、いずれも有機EL素子であり、これらの各有機層は電極4で挟持されている。各電極に外部電源から給電することにより、各有機層が発光する。このとき、各電極に供給される電流を制御回路5によって制御することにより、各発光素子の輝度バランスを調光し、照明装置100から発光される光の調光および調色を制御することができる。
(電流バイパス回路)
電流バイパス回路10は、赤色発光素子1に並列接続される。具体的には、電流バイパス回路10は、電流検出抵抗11、トランジスター12、電流センスアンプ13および電流設定アンプ14を含む。電流検出抵抗11およびトランジスター12は直列接続され、電流センスアンプ13は、2つの入力端子が電流検出抵抗11の両端にそれぞれ接続され、出力端子が電流設定アンプ14の一方の入力端子に接続されている。
電流バイパス回路10は、赤色発光素子1に並列接続される。具体的には、電流バイパス回路10は、電流検出抵抗11、トランジスター12、電流センスアンプ13および電流設定アンプ14を含む。電流検出抵抗11およびトランジスター12は直列接続され、電流センスアンプ13は、2つの入力端子が電流検出抵抗11の両端にそれぞれ接続され、出力端子が電流設定アンプ14の一方の入力端子に接続されている。
電流センスアンプ13は、電流検出抵抗11の両端の電位差に応じた信号を、適宜増幅して電流検出信号として出力する。電流検出信号は、電流設定アンプ14に入力され、電流設定信号15と比較される。電流設定信号15は、たとえば、照明装置100のユーザーによって入力される指令値である。電流設定アンプ14は、電流検出信号と所望の電流設定信号15とに基づいて、制御信号をトランジスター12に出力し、トランジスター12を流れる電流IB1(バイパス電流)の電流値を制御する。
赤色発光素子1に電流バイパス回路10が並列接続されていることにより、赤色発光素子1に流れる電流IL1(IL1=ID−IB1)の電流値を、所望の電流設定信号15に応じて(換言すると、電流バイパス回路10自身に流れる電流の電流値に応じて)多値的に増減することが可能となる。
同様に、電流バイパス回路20は、緑色発光素子2に並列接続される。具体的には、電流バイパス回路20は、電流検出抵抗21、トランジスター22、電流センスアンプ23および電流設定アンプ24を含む。電流検出抵抗21およびトランジスター22は直列接続され、電流センスアンプ23は、2つの入力端子が電流検出抵抗21の両端にそれぞれ接続され、出力端子が電流設定アンプ24の一方の入力端子に接続されている。
電流センスアンプ23は、電流検出抵抗21の両端の電位差に応じた信号を、適宜増幅して電流検出信号として出力する。電流検出信号は、電流設定アンプ24に入力され、電流設定信号25と比較される。電流設定信号25は、たとえば、照明装置100のユーザーによって入力される指令値である。電流設定アンプ24は、電流検出信号と所望の電流設定信号25とに基づいて、制御信号をトランジスター22に出力し、トランジスター22を流れる電流IB2(バイパス電流)の電流値を制御する。
緑色発光素子2に電流バイパス回路20が並列接続されていることにより、緑色発光素子2に流れる電流IL2(IL2=ID−IB2)の電流値を、所望の電流設定信号25に応じて(換言すると、電流バイパス回路20自身に流れる電流の電流値に応じて)多値的に増減することが可能となる。
同様に、電流バイパス回路30は、青色発光素子3に並列接続される。具体的には、電流バイパス回路30は、電流検出抵抗31、トランジスター32、電流センスアンプ33および電流設定アンプ34を含む。電流検出抵抗31およびトランジスター32は直列接続され、電流センスアンプ33は、2つの入力端子が電流検出抵抗31の両端にそれぞれ接続され、出力端子が電流設定アンプ34の一方の入力端子に接続されている。
電流センスアンプ33は、電流検出抵抗31の両端の電位差に応じた信号を、適宜増幅して電流検出信号として出力する。電流検出信号は、電流設定アンプ34に入力され、電流設定信号35と比較される。電流設定信号35は、たとえば、照明装置100のユーザーによって入力される指令値である。電流設定アンプ34は、電流検出信号と所望の電流設定信号35とに基づいて、制御信号をトランジスター32に出力し、トランジスター32を流れる電流IB3(バイパス電流)の電流値を制御する。
青色発光素子3に電流バイパス回路30が並列接続されていることにより、青色発光素子3に流れる電流IL3(IL3=ID−IB3)の電流値を、所望の電流設定信号35に応じて(換言すると、電流バイパス回路30自身に流れる電流の電流値に応じて)多値的に増減することが可能となる。
以上のように構成される照明装置100においては、3色の発光素子1,2,3の輝度バランスを調節することにより、照明装置100から発光される光の調光および調色を自由に制御することが可能となる。照明装置100においては、冒頭で説明した特開2009−134933号公報(特許文献1)に開示される装置とは異なり、各発光素子に供給される電流を多値的に制御可能であるため、きめ細やかな調光および調色を実現することができる。
ここで、照明装置100に用いられる複数の発光素子の電流許容値(定格電流)は、互いに異なっている場合もある。上述のとおり、上記公報(特許文献1)に開示される装置では、定電流源に直列接続された複数のLED素子に供給される電流を、それぞれのLED素子に並列接続されたスイッチ素子のオンオフによってのみ制御している。
上記公報(特許文献1)に開示される装置では、各LED素子の輝度を変更しようとした場合、定電流の電流値は、最も小さい電流許容値を有するLED素子の電流許容値に合わせる必要がある。それ以外のLED素子は、定格電流以下の電流値で駆動され、定格輝度を出力することができなくなる。仮に、定電流の電流値を、最も大きい電流許容値を有するLED素子の電流許容値に合わせた場合、小さい電流許容値を有するLED素子は、劣化等を防止するためにオフ時間を長くとる必要があり、輝度変更幅を広くとることができない。きめ細やかな調光および調色を実現することは難しくなる。
本実施の形態の照明装置100においては、各発光素子に供給される電流を多値的に制御可能である。したがって、照明装置100に用いられる複数の発光素子の電流許容値が異なっている場合であっても、駆動電流IDの電流値は、最も大きい電流許容値を有する発光素子の電流許容値(若しくはそれ以上)に合わせることができる。この場合、小さな許容電流値を有する発光素子の電流許容値を超えないように、その発光素子のバイパス回路に流れるバイパス電流を小さくする。バイアス電流の電流値を適切に調節することによって、全ての発光素子が、定格輝度で出力することが可能となる。
照明装置100においては、上記のような多値的な調光に限られず、電流バイパス回路を用いて二値的な調光(いわゆるPWM(Pulse Width Modulation)制御)が行なわれてもよい。多値的調光および二値的調光は、電流バイパス回路を用いて双方が重畳的に実施されてもよく、電流バイパス回路を用いていずれか一方のみが実施されてもよい。
図3を参照して、たとえば、赤色発光素子1に並列接続された電流バイパス回路10には、図3中の線Sで示すようなレベル1,2を有する電流設定信号15を入力する。電流設定信号15がレベル1(第1設定値)のときには、定電流源40からの駆動電流IDの全てが電流バイパス回路10に流れる(バイパス電流IB=ID)。PWM制御(赤色発光素子1に流れる電流)は、オフ状態となる。電流設定信号15がレベル2(第2設定値)のときには、定電流源40からの駆動電流IDの一部が電流バイパス回路10に流れる(IB=ID−IL)。PWM制御は、オン状態となる。
図3中の線Sで示すように、レベル1およびレベル2を周期的に繰り返す電流設定信号15が電流バイパス回路10に入力されることによって、PWM制御はオン状態およびオフ状態を繰り返し、赤色発光素子1に流れる電流ILの電流値も周期的に切り替えられることとなる。PWM制御によるデジタル的な調光が可能となる。各発光素子において同様な制御が行なわれることによって、照明装置100の全体としてPWM制御による二値的調光が可能となる。
多値的調光および二値的調光を組み合わせて実施する場合には、レベル1およびレベル2の設定値が適宜調節される。組合せにより、さらに細かな調光および調色を行うことが可能となる。また、レベル1およびレベル2の設定値を連続的に変更することにより、のこぎり波電流による電流制御が行なわれてもよい。レベル1およびレベル2に加えて、さらに複数のレベルで電流制御が行なわれてもよい。
以上、本発明に基づいた実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 赤色発光素子、2 緑色発光素子、3 青色発光素子、10,20,30 電流バイパス回路、11,21,31,41 電流検出抵抗、12,22,32,42 トランジスター(FET)、13,23,33,43 電流センスアンプ、14,24,34,44 電流設定アンプ、15,25,35 電流設定信号、40 定電流源、45 基準レベル信号、100 照明装置。
Claims (5)
- 直列接続された発光スペクトルが各々異なる複数の発光素子と、
複数の前記発光素子に定電流を供給する定電流源と、
複数の前記発光素子の各々に並列接続された複数の電流バイパス回路と、を備え、
複数の前記電流バイパス回路の各々は、自身の回路に流れる電流を制御することにより、並列接続された前記発光素子に供給される電流を増減させる、
照明装置。 - 前記電流バイパス回路は、並列接続された前記発光素子に供給される電流の電流値を制御することにより、並列接続された前記発光素子から発光される光の輝度を調節する、
請求項1に記載の照明装置。 - 前記電流バイパス回路は、並列接続された前記発光素子に供給される電流の電流値を複数の設定値に周期的に切り替えることで、並列接続された前記発光素子から発光される光の輝度を調節する、
請求項1または2に記載の照明装置。 - 複数の前記発光素子は、赤色、緑色および青色発光素子を含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載の照明装置。 - 複数の前記発光素子の各々は有機EL素子であり、
複数の前記発光素子は積層されており、前記発光素子の各々は電極で挟持されている、
請求項1から4のいずれか1項に記載の照明装置。
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