JPWO2014087874A1 - 照明装置 - Google Patents

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。

実施の形態における照明装置の構成を示す回路図である。 実施の形態における照明装置の構成の一例を示す概略図である。 実施の形態における照明装置に用いられる各部の動作を示す図である。

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。

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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