JP2008041452A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、上記の問題点に鑑み、簡易な構成で、照明光の色度と輝度を広範囲に調整することが可能な照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る照明装置は、互いに色温度の異なるＬＥＤ１及びＬＥＤ２と、ＬＥＤ１及びＬＥＤ２の点消灯制御を行う制御回路ＣＴＲＬと、を有して成る照明装置であって、制御回路ＣＴＲＬは、ＬＥＤ１とＬＥＤ２を相補的に点消灯させる点灯期間と、ＬＥＤ１とＬＥＤ２の両方を消灯させる消灯期間と、を有するようにＬＥＤ１及びＬＥＤ２の周期的な点消灯制御を行う構成とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（以下ではＬＥＤ［Light Emitting Diode］と呼ぶ）を光源とする照明装置に関するものであり、特に、照明光の色度調整並びに輝度調整に関する。

特許文献１には、図１０（特許文献１の図１に相当）に示したように、白色ＬＥＤ１５に供給する電流のレベルを電流値制御回路１２とＬＥＤ駆動用電流源１１で制御するとともに、白色ＬＥＤ１５に供給する電流のオン時間とオフ時間との比率をスイッチ１４、デューティ比制御回路１６、及び、ＰＷＭ［Pulse Width Modulation］発生回路１３で制御することにより、白色ＬＥＤ１５の照明光の色度と輝度を調整することが可能な照明装置が開示・提案されている。

また、上記に関連するその他の従来技術としては、特許文献２〜特許文献５などを挙げることができる。

特許文献２には、ＬＥＤチップを含む第１の白色発光部分と、ＬＥＤチップを含み前記第１の白色発光部分とは発光色の相関色温度が２０００［Ｋ］以上低い第２の白色発光部分とを備え、この２種類の白色発光部分をそれぞれ独立に発光を制御できるように配線してモールドすることを特徴とする可変色発光ダイオード素子が開示・提案されている。

特許文献３には、第１の発光手段と、前記第１の発光手段と異なる発光色の第２の発光手段と、前記第１、第２の発光手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、全光時に前記第１の発光手段を主点灯手段として点灯し、調光時に前記第２の発光手段を主点灯手段として点灯し、前記第１または第２の発光手段の発光色のいずれか一方を白色とし、前記全光時の明るさ及び発光色と、前記調光時の明るさ及び発光色とを連続的に変化させることを特徴とするＬＥＤ点灯装置が開示・提案されている。

特許文献４には、所定の色温度に設定された白色ＬＥＤと、これに対して特定の波長域にピーク波長を有する補正色ＬＥＤとから成り、白色ＬＥＤと補正色ＬＥＤとの混色割合により、白色ＬＥＤの設定色温度を調整可能に構成して成ることを特徴とするＬＥＤ灯が開示・提案されている。

特許文献５には、青色発光ダイオードを光源とし、蛍光層を該発光ダイオード上に付着させ、蛍光層は赤、緑の２色の蛍光粉末と透明樹脂を均一に混合して成り、蛍光層中の赤色蛍光体は青色光に励起されて青色光と発光スペクトラム（波長）が異なる光を発し、緑色蛍光体は青色光に励起されて青色光と発光スペクトラム（波長）が異なる光を発し、この２種類の異なる発光スペクトラム（波長）に、一部の吸収されない青色光スペクトラムを加えることにより、混合して白色光を形成することを特徴とする白色発光装置が開示・提案されている。
特開２００２−３２４６８５号公報 特開２００５−１０１２９６号公報 特開２００４−１１１１０４号公報 再表２００３−０１９０７２号公報 特開２００４−３２７５１８号公報

確かに、特許文献１の従来技術であれば、白色ＬＥＤ１５の照明光の色度と輝度を調整することが可能である。

しかしながら、特許文献１の従来技術は、あくまで、白色ＬＥＤ１５の駆動電流を制御することで、照明光の色度を補正するものであり、その色度調整範囲については、特許文献１の図２（白色ＬＥＤの順電流−色度図特性の一例を示す図）で示されているように、必ずしも広いものではなかった（色度座標上で０．０１〜０．０２程度の調整範囲）。

また、特許文献１の従来技術では、白色ＬＥＤ１５の照明光の色度と輝度（光度）を調整するために、白色ＬＥＤ１５の駆動電流とオンデューティの双方を制御しなければならないので、その制御が複雑であった。

なお、特許文献２〜４の従来技術は、あくまで、照明光の色度調整のみを実現するものであって、照明光の輝度調整に関しては、何ら開示するものではなかった。

また、特許文献５の従来技術は、あくまで、高強度で、色の減衰のおそれがなく、色の再現性に優れた白色光を得るものであって、照明光の色度調整や輝度調整に関しては、何ら開示するものではなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、簡易な構成で、照明光の色度と輝度を広範囲に調整することが可能な照明装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、互いに色温度の異なる第１発光部及び第２発光部と、第１発光部及び第２発光部の点消灯制御を行う制御回路と、を有して成る照明装置であって、前記制御回路は、第１発光部と第２発光部を相補的に点消灯させる点灯期間と、第１発光部と第２発光部の両方を消灯させる消灯期間と、を有するように、第１発光部及び第２発光部の点消灯制御を行う構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る照明装置において、前記制御回路は、色度制御信号に応じて、前記点灯期間内における第１発光部の点灯期間と第２発光部の点灯期間との比率を可変制御する構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第１または第２の構成から成る照明装置において、前記制御回路は、前記点灯期間の長さを一定に維持する一方、輝度制御信号に応じて、前記消灯期間の長さを可変制御する構成（第３の構成）にするとよい。

或いは、上記第１または第２の構成から成る照明装置において、前記制御回路は、輝度制御信号に応じて、所定の点消灯周期内における前記点灯期間と前記消灯期間との比率を可変制御する構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第４いずれかの構成から成る照明装置において、第１発光部及び第２発光部は、青色光を発する青色発光ダイオードと、前記青色発光ダイオードを被覆する蛍光層と、を各々有して成り、かつ、前記蛍光層は、前記青色光に励起されて赤色光と緑色光を各々発する赤色蛍光体と緑色蛍光体を透明樹脂に均一に混合して成るか、若しくは、前記青色光に励起されて黄色光を発する黄色蛍光体を透明樹脂に均一に混合して成る構成（第５の構成）にするとよい。

本発明に係る照明装置であれば、簡易な構成で、照明光の色度と輝度を広範囲に調整することが可能となる。

図１は、本発明に係る照明装置の一実施形態を示すブロック図である。

本図に示すように、本実施形態の照明装置は、第１発光部ＬＥＤ１と、第２発光部ＬＥＤ２と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＮ１〜Ｎ２と、抵抗Ｒ１〜Ｒ２と、制御回路ＣＴＲＬと、を有して成る。

第１発光部ＬＥＤ１及び第２発光部ＬＥＤ２としては、互いに色温度の異なる２種類の白色発光ダイオードが用いられている。なお、本実施形態においては、第１発光部ＬＥＤ１として、５０００［Ｋ］の色温度を有する白色発光ダイオードを用い、また、第２発光部ＬＥＤ２として、２６００［Ｋ］の色温度を有する白色発光ダイオードを用いている。ただし、上記の色温度は例示であって、照明光の色温度（色度）を広範囲に調整するためには、できる限り色温度の離れた２種類の白色発光ダイオードを用いることが望ましい。

トランジスタＮ１、Ｎ２のコレクタは、いずれも電源ラインに接続されている。トランジスタＮ１のエミッタは、第１発光部ＬＥＤ１のアノードに接続されている。トランジスタＮ２のエミッタは、第２発光部ＬＥＤ２のアノードに接続されている。第１発光部ＬＥＤ１のカソードは、抵抗Ｒ１を介して接地ラインに接続されている。第２発光部ＬＥＤ２のカソードは、抵抗Ｒ２を介して接地ラインに接続されている。

制御回路ＣＴＲＬは、色度制御信号と輝度制御信号に基づいて、トランジスタＮ１〜Ｎ２のベースに供給するスイッチング制御信号Ｓ１、Ｓ２を生成することにより、第１発光部ＬＥＤ１及び第２発光部ＬＥＤ２の点消灯制御を行う手段である。

より具体的に述べると、第１発光部ＬＥＤ１の点灯時には、スイッチング制御信号Ｓ１がハイレベルとされ、トランジスタＮ１がオンされる。このような制御によって、第１発光部ＬＥＤ１に対する駆動電流の供給が許可され、第１発光部ＬＥＤ１が点灯される。逆に、第１発光部ＬＥＤ１の消灯時には、スイッチング制御信号Ｓ１がローレベルとされ、トランジスタＮ１がオフされる。このような制御によって、第１発光部ＬＥＤ１に対する駆動電流の供給が遮断され、第１発光部ＬＥＤ１が消灯される。

同様に、第２発光部ＬＥＤ２の点灯時には、スイッチング制御信号Ｓ２がハイレベルとされ、トランジスタＮ２がオンされる。このような制御によって、第２発光部ＬＥＤ２に対する駆動電流の供給が許可され、第２発光部ＬＥＤ２が点灯される。逆に、第２発光部ＬＥＤ２の消灯時には、スイッチング制御信号Ｓ２がローレベルとされ、トランジスタＮ２がオフされる。このような制御によって、第２発光部ＬＥＤ２に対する駆動電流の供給が遮断され、第２発光部ＬＥＤ２が消灯される。

なお、制御回路ＣＴＲＬによる照明光の色度調整動作及び輝度調整動作については、後ほど詳細な説明を行う。

次に、第１発光部ＬＥＤ１及び第２発光部ＬＥＤ２の構造について、図２を参照しながら詳細に説明する。

図２は、第１発光部ＬＥＤ１の構造を模式的に示す縦断面図である。なお、第２発光部ＬＥＤ２の構造も同様であるため、重複した説明は行わない。

本図に示すように、第１発光部ＬＥＤ１は、青色光を発する青色発光ダイオード１と、青色発光ダイオード１を被覆する蛍光層２と、を各々有して成る。また、蛍光層２は、青色光に励起されて赤色光を発する赤色蛍光体２ａと、青色光に励起されて緑色光を発する緑色蛍光体２ｂと、を透明樹脂２ｃに均一に混合して成る。

上記構成から成る第１発光部ＬＥＤ１では、赤色蛍光体２ａが発する赤色光と、緑色蛍光体２ｂが発する緑色光と、両蛍光体に吸収されなかった一部の青色光と、を混合することにより、演色性の高い白色光を生成することが可能である。

なお、演色性の向上よりも発光効率の向上を優先する場合、蛍光層２は、青色光に励起されて黄色光を発する黄色蛍光体を透明樹脂に均一に混合して成る構成とすればよい。

次に、制御回路ＣＴＲＬによる照明光の色度調整動作（色温度調整動作）について、図３を参照しながら詳細に説明する。

図３は、照明光の色度調整動作を説明するための図である。なお、本図（ａ）〜（ｃ）の符号Ｓ１〜Ｓ２は、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ２の論理状態（延いては、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ２の点消灯状態）を各々示している。

本図（ａ）〜（ｃ）に示すように、制御回路ＣＴＲＬは、第１発光部ＬＥＤ１と第２発光部ＬＥＤ２を相補的に（言い換えれば、両者のオンデューティが合計で１００［％］となるように）点消灯させる点灯期間Ｔｏｎと、第１発光部ＬＥＤ１と第２発光部ＬＥＤ２の両方を消灯させる消灯期間Ｔｏｆｆと、を有するように、第１発光部ＬＥＤ１及び第２発光部ＬＥＤ２の周期的な点消灯制御を行う構成とされている。

また、制御回路ＣＴＲＬは、入力される色度制御信号に応じて、点灯期間Ｔｏｎ内における第１発光部ＬＥＤ１の点灯期間Ｔ１と第２発光部ＬＥＤ２の点灯期間Ｔ２との比率を可変制御する構成とされている。

より具体的に述べると、照明光の色温度を下げる場合には、点灯期間Ｔｏｎに対して第２発光部ＬＥＤ２の点灯期間Ｔ２が占める比率（第２発光部ＬＥＤ２のオンデューティ）を順次上げていけばよく（図３（ｃ）→図３（ｂ）→図３（ａ））、逆に、照明光の色温度を上げる場合には、第２発光部ＬＥＤ２のオンデューティを順次下げていけばよい（図３（ａ）→図３（ｂ）→図３（ｃ））。

図４は、点灯期間Ｔｏｎ（＝Ｔ１＋Ｔ２）に対して第２発光部ＬＥＤ２のオン期間Ｔ２が占める比率に応じた色温度変化を説明するための図である。また、図５は、点灯期間Ｔｏｎ（＝Ｔ１＋Ｔ２）に対して第２発光部ＬＥＤ２のオン期間Ｔ２が占める比率に応じた色度変化を説明するための色度図である。図５中の実線は、黒体放射曲線を示している。

図４に示すように、本実施形態の照明装置であれば、第１発光部ＬＥＤ１の色温度（５０００［Ｋ］）から第２発光部ＬＥＤ２の色温度（２６００［Ｋ］）まで連続的に照明光の色温度を調整することが可能となる。また、照明光の色度について言えば、図５に示すように、色度座標上で０．０６〜０．１４程度の広い調整範囲を得ることが可能となる。

従って、本実施形態の照明装置であれば、１つのモジュールで様々な色調の白色照明を行うことが可能となる。

また、本実施形態の照明装置では、第１発光部ＬＥＤ１と第２発光部ＬＥＤ２のオンデューティが合計で１００［％］となるように、両者の点消灯制御が行われるので、点灯期間Ｔｏｎ内における第１発光部ＬＥＤ１の点灯期間Ｔ１と第２発光部ＬＥＤ２の点灯期間Ｔ２との比率を可変制御しても、点灯期間Ｔｏｎトータルとして見れば、常時点灯されている形となるので、照明光の明るさを一定に保つことが可能となる。

なお、第１発光部ＬＥＤ１と第２発光部ＬＥＤ２のうち、一方を常時点灯させ、他方のオンデューティのみを可変させる構成（言い換えれば、第１発光部ＬＥＤ１と第２発光部ＬＥＤ２のオンデューティが合計で１００［％］に維持されていない構成）であっても、照明光の色度調整を行うことは可能である。しかしながら、このような構成では、色度の調整範囲が狭まる上、照明光の明るさを一定に保つことができなくなるので、上記した本実施形態の構成を採用することが望ましい。

次に、制御回路ＣＴＲＬによる照明光の輝度調整動作について、図６を参照しながら詳細に説明する。

図６は、照明光の輝度調整動作の一例を説明するための図である。なお、本図（ａ）〜（ｃ）の符号Ｓ１〜Ｓ２は、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ２の論理状態（延いては、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ２の点消灯状態）を各々示している。

本図（ａ）〜（ｃ）に示すように、制御回路ＣＴＲＬは、点灯期間Ｔｏｎの長さを一定に維持する一方、輝度制御信号に応じて、消灯期間Ｔｏｆｆの長さを可変制御する構成とされている。

より具体的に述べると、照明光の輝度を下げる場合には、消灯期間Ｔｏｆｆを順次長くすればよく（図６（ａ）→図６（ｂ）→図６（ｃ））、逆に照明光の輝度を上げる場合には、消灯期間Ｔｏｆｆを順次短くすればよい（図６（ｃ）→図６（ｂ）→図６（ａ））。

図７は、消灯期間Ｔｏｆｆの長さに応じた輝度変化を説明するための図である。

本図に示すように、消灯期間Ｔｏｆｆが長いほど、照明光の輝度は低くなり、逆に、消灯期間Ｔｏｆｆが短いほど、照明光の輝度は高くなる。

図８は、照明光の輝度調整動作の別の例を説明するための図である。なお、本図（ａ）〜（ｃ）の符号Ｓ１〜Ｓ２は、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ２の論理状態（延いては、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ２の点消灯状態）を各々示している。

本図（ａ）〜（ｃ）に示すように、制御回路ＣＴＲＬは、輝度制御信号に応じて、所定の点消灯周期Ｔ内における点灯期間Ｔｏｎと消灯期間Ｔｏｆｆとの比率を可変制御する構成とされている。

より具体的に述べると、照明光の輝度を下げる場合には、点消灯周期Ｔに対して点灯期間Ｔｏｎが占める比率（第１発光部ＬＥＤ１及び第２発光部ＬＥＤ２を合わせたトータルのオンデューティ）を順次下げていけばよく（図８（ａ）→図８（ｂ）→図８（ｃ））、逆に、照明光の輝度を上げる場合には、トータルのオンデューティを順次上げていけばよい（図８（ｃ）→図８（ｂ）→図８（ａ））。

図９は、点消灯周期Ｔに対して点灯期間Ｔｏｎが占める比率に応じた輝度変化を説明するための図である。

本図に示すように、トータルのオンデューティが低いほど、照明光の輝度は低くなり、逆に、トータルのオンデューティが高いほど、照明光の輝度は高くなる。

なお、上記の点消灯周期Ｔについては、肉眼でちらつきを感じない長さ（数百［ｍｓ］程度）に設定すればよい。

上記したように、本発明に係る照明装置は、互いに色温度の異なる第１発光部ＬＥＤ１及び第２発光部ＬＥＤ２と、第１発光部ＬＥＤ１及び第２発光部ＬＥＤ２の点消灯制御を行う制御回路ＣＴＲＬと、を有して成る照明装置であって、制御回路ＣＴＲＬは、第１発光部ＬＥＤ１と第２発光部ＬＥＤ２を相補的に点消灯させる点灯期間Ｔｏｎと、第１発光部ＬＥＤ１と第２発光部ＬＥＤ２の両方を消灯させる消灯期間Ｔｏｆｆと、を有するように、第１発光部ＬＥＤ１及び第２発光部ＬＥＤ２の点消灯制御を行う構成とされている。

このような構成とすることにより、点灯期間Ｔｏｎ内における第１発光部ＬＥＤ１の点灯期間Ｔ１と第２発光部ＬＥＤ２の点灯期間Ｔ２との比率を適宜選択することにより、照明光の輝度には何ら影響を及ぼすことなく、照明光の色度を任意に調整することが可能となり、また、消灯期間Ｔｏｆｆの長さ、又は、点消灯周期Ｔ内における点灯期間Ｔｏｎと消灯期間Ｔｏｆｆとの比率を適宜選択することにより、照明光の色度には何ら影響を及ぼすことなく、照明光の輝度を任意に調整することが可能となる。また、本発明による照明光の色度制御及び輝度制御は、第１発光部ＬＥＤ１及び第２発光部ＬＥＤ２の駆動電流制御を伴わないので、制御回路ＣＴＲＬにおける制御を簡易に実現することが可能となる。

なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、図１のバイポーラトランジスタＮ１〜Ｎ２に代えて、電界効果トランジスタを用いても構わない。また、図１の抵抗Ｒ１〜Ｒ２に代えて、定電流源を用いても構わない。

本発明は、液晶ディスプレイのバックライトをはじめとして、種々の用途で用いられる照明装置全般に好適な技術である。

は、本発明に係る照明装置の一実施形態を示すブロック図である。 は、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２の構造を模式的に示す縦断面図である。 は、照明光の色度調整動作を説明するための図である。 は、点灯期間Ｔｏｎ（＝Ｔ１＋Ｔ２）に対してＬＥＤ２のオン期間Ｔ２が占める比率に応じた色温度変化を説明するための図である。 は、点灯期間Ｔｏｎ（＝Ｔ１＋Ｔ２）に対してＬＥＤ２のオン期間Ｔ２が占める比率に応じた色度変化を説明するための色度図である。 は、照明光の輝度調整動作の一例を説明するための図である。 は、消灯期間Ｔｏｆｆの長さに応じた輝度変化を説明するための図である。 は、照明光の輝度調整動作の別の一例を説明するための図である。 は、点消灯周期Ｔに対して点灯期間Ｔｏｎが占める比率に応じた輝度変化を説明するための図である。 は、照明装置の一従来例を示すブロック図である。

符号の説明

ＬＥＤ１ 第１発光部（第１白色発光ダイオード）
ＬＥＤ２ 第２発光部（第２白色発光ダイオード）
Ｎ１ ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ
Ｎ２ ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
ＣＴＲＬ 制御回路
１ 青色発光ダイオード
２ 蛍光層
２ａ 赤色発光体
２ｂ 緑色発光体
２ｃ 樹脂
Ｔ 点消灯周期（＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）
Ｔｏｎ 点灯期間（＝Ｔ１＋Ｔ２）
Ｔｏｆｆ 消灯期間
Ｔ１ 点灯期間Ｔｏｎ内におけるＬＥＤ１の点灯期間（ＬＥＤ２の消灯期間）
Ｔ２ 点灯期間Ｔｏｎ内におけるＬＥＤ２の点灯期間（ＬＥＤ１の消灯期間）

Claims (5)

1. 互いに色温度の異なる第１発光部及び第２発光部と、第１発光部及び第２発光部の点消灯制御を行う制御回路と、を有して成る照明装置であって、
   前記制御回路は、第１発光部と第２発光部を相補的に点消灯させる点灯期間と、第１発光部と第２発光部の両方を消灯させる消灯期間と、を有するように、第１発光部及び第２発光部の周期的な点消灯制御を行うことを特徴とする照明装置。
2. 前記制御回路は、色度制御信号に応じて、前記点灯期間内における第１発光部の点灯期間と第２発光部の点灯期間との比率を可変制御することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記制御回路は、前記点灯期間の長さを一定に維持する一方、輝度制御信号に応じて、前記消灯期間の長さを可変制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記制御回路は、輝度制御信号に応じて、所定の点消灯周期内における前記点灯期間と前記消灯期間との比率を可変制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
5. 第１発光部及び第２発光部は、青色光を発する青色発光ダイオードと、前記青色発光ダイオードを被覆する蛍光層と、を各々有して成り、かつ、前記蛍光層は、前記青色光に励起されて赤色光と緑色光を各々発する赤色蛍光体と緑色蛍光体を透明樹脂に均一に混合して成るか、若しくは、前記青色光に励起されて黄色光を発する黄色蛍光体を透明樹脂に均一に混合して成ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の照明装置。

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