JP4899527B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光色の異なる複数種の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたＬＥＤ照明装置に関するものである。

従来から、発光色の異なる複数種のＬＥＤ（例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ）を備えたＬＥＤ照明装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

ところで、上記特許文献１〜３に開示されたＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤの光出力を検出するフォトダイオードと、ＬＥＤから放射された光をフォトダイオードへ導光する導光手段と、フォトダイオードにより検出されたＬＥＤの光出力に基づいてＬＥＤへの電流の通電量をフィードバック制御する制御部とを備えている。なお、上記特許文献１には導光手段として光ファイバが例示され、上記特許文献２には導光手段としてＬＥＤからの光の一部を透過させ残りを反射させる部分反射素子が例示され、上記特許文献３には導光手段として複数種のＬＥＤを被覆した透明樹脂層が例示されている。
特表２００２−５３３８７０号公報 特表２００４−５３３０９７号公報 特開２００２−３４４０３１号公報

上記特許文献１〜３に開示されたＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤの光出力を検出するフォトダイオードを別途用意するとともに当該フォトダイオードを配置するための専用のスペースを確保する必要があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＬＥＤの光出力を検出するフォトダイオードを別途に設けることなく各ＬＥＤへの通電量をフィードバック制御することが可能で、低コスト化が可能なＬＥＤ照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、発光色の異なる複数種のＬＥＤからなるＬＥＤモジュールを複数備えたＬＥＤ発光装置であって、複数のＬＥＤモジュールが回路基板の一表面上に配置されたＬＥＤユニットと、ＬＥＤユニットにおける回路基板の前記一表面側に配置され各ＬＥＤモジュールそれぞれから放射された光の配光を制御するレンズ部をＬＥＤモジュールごとに有するレンズブロックと、各ＬＥＤモジュールそれぞれの点灯・消灯を各別に制御する制御部と、各ＬＥＤそれぞれの光出力の基準値を記憶する記憶部とを備え、制御部は、点灯状態のＬＥＤモジュールと消灯状態のＬＥＤモジュールとが混在する期間が時系列的に現れるように各ＬＥＤモジュールを各別に制御するとともに、消灯状態のＬＥＤモジュールの各ＬＥＤそれぞれを点灯状態のＬＥＤモジュールの各ＬＥＤから放射された光を検出するフォトダイオードとして動作させ、当該フォトダイオードとして動作させる各ＬＥＤの出力に基づいて点灯状態のＬＥＤモジュールの各ＬＥＤそれぞれの光出力が記憶部に記憶されている基準値となるように順方向電流の通電量をフィードバック制御するものであり、レンズブロックは、レンズ部間を繋ぐ部位が点灯状態のＬＥＤモジュールからレンズ部に入射した光の一部を消灯状態のＬＥＤモジュールに対応するレンズ部へ導光する導光部を構成していることを特徴とする。

この発明によれば、制御部が、消灯状態のＬＥＤモジュールの各ＬＥＤそれぞれを点灯状態のＬＥＤモジュールの各ＬＥＤから放射された光を検出するフォトダイオードとして動作させ、当該フォトダイオードとして動作させる各ＬＥＤの出力に基づいて点灯状態のＬＥＤモジュールの各ＬＥＤそれぞれの光出力が記憶部に記憶されている基準値となるように順方向電流の通電量をフィードバック制御するので、ＬＥＤの光出力を検出するフォトダイオードを別途に設けることなく各ＬＥＤへの通電量をフィードバック制御することが可能で、低コスト化が可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御部は、前記各ＬＥＤモジュールそれぞれを間欠的に点灯させることを特徴とする。

この発明によれば、前記各ＬＥＤモジュールごとの点灯時間のばらつきを低減でき、長寿命化を図れる。

請求項１の発明では、ＬＥＤの光出力を検出するフォトダイオードを別途に設けることなく各ＬＥＤへの通電量をフィードバック制御することが可能で、低コスト化が可能になるという効果がある。

以下、本実施形態のＬＥＤ照明装置について図１〜図４を参照しながら説明する。

本実施形態のＬＥＤ照明装置は、１個の赤色ＬＥＤ１１と１個の緑色ＬＥＤ１２と１個の青色ＬＥＤ１３とからなる複数（図示例では、５つ）のＬＥＤモジュール１０が各ＬＥＤモジュール１０への給電路となる導体パターンを有する回路基板２の一表面上に配置されたＬＥＤユニット１と、ＬＥＤユニット１における回路基板２の上記一表面側に配置され各ＬＥＤモジュール１０それぞれから放射された光の配光を制御するレンズ部３１をＬＥＤモジュール１０ごとに有するレンズブロック３と、各ＬＥＤモジュール１０の赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれを駆動する駆動回路部４と、駆動回路部４を介して各ＬＥＤモジュール１０それぞれの状態を各別に制御するマイクロコンピュータなどからなる制御部５と、赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれの光出力の基準値を記憶するメモリからなる記憶部６とを備えている。

回路基板２は、円板状に形成されており、複数のＬＥＤモジュール１０が当該回路基板２の上記一表面側において周方向に沿って等間隔で配列されている。なお、本実施形態では、各ＬＥＤモジュール１０を構成する各ＬＥＤ１１，１２，１３を回路基板２上に直接実装してあるが、各ＬＥＤ１１，１２，１３を収納したパッケージを回路基板２上に実装するようにしてもよい。

各ＬＥＤモジュール１０における赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３としてはそれぞれベアチップを用いており、ＬＥＤユニット１は、回路基板２の上記一表面側でＬＥＤモジュール１０ごとに赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３を封止した封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂など）からなる半球状の封止部１４が設けられ、封止部１４がレンズとしての機能を有している。なお、本実施形態では、回路基板２の上記一表面上に各ＬＥＤモジュール１０を配置してあるが、図５に示すように、回路基板２の上記一表面に各ＬＥＤモジュール１０それぞれを収納する収納凹所２２を設け、各収納凹所２２の内底面上にＬＥＤモジュール１０を配置するようにしてもよい。

レンズブロック３は、透光性材料（例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ガラスなど）の成形品により構成されている。ここにおいて、レンズブロック３の各レンズ部３１には、封止部１４を収納する凹所３３を有しており、各レンズ部３１がレンズとして機能する封止部１４に光軸を一致させる形で配置されている。ここで、各レンズ部３１は、凹所３３の内側面３３ｂから入射した光を外側面３１ｂで反射して当該レンズ部３１の光出射面３１ａ側に導くように形状を設計してある。なお、レンズブロック３の形状は特に限定するものではなく、例えば、図６に示すように、ＬＥＤモジュール１０に半球状の封止部１４を設けずに、レンズ部３１をＬＥＤモジュール１０側の光入射面３１ｃが凸曲面状でＬＥＤモジュール１０側とは反対側の光出射面３１ａが平面状の平凸型レンズの形状としてもよい。

駆動回路部４は、ＬＥＤモジュール１０ごとに赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれへの通電方向と通電量とを切り換えることができるように構成されており、ＬＥＤモジュール１０ごとに、赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれへ順方向電流を供給する発光ダイオードモード（以下、ＬＥＤモードと称す）と、赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれへ逆方向電圧を印加するフォトダイオードモード（以下、ＰＤモードと称す）との２つの動作モードで選択的に駆動できるように構成されている。したがって、ＬＥＤモジュール１０は、駆動回路部４によりＬＥＤモードで駆動された場合には、赤色ＬＥＤ１１、緑色ＬＥＤ１２、青色ＬＥＤ１３からそれぞれ赤色光、緑色光、青色光が放射され、駆動回路部４によりＰＤモードで駆動された場合には、赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれがフォトダイオード（以下、ＰＤと称す）として動作する。

ところで、図２における５つのＬＥＤモジュール１０のうち左上のＬＥＤモジュール１０をＬＥＤモジュール１０Ａとし、当該ＬＥＤモジュール１０Ａを基準として時計回りの方向に並んでいるＬＥＤモジュール１０をそれぞれ、ＬＥＤモジュール１０Ｂ、ＬＥＤモジュール１０Ｃ、ＬＥＤモジュール１０Ｄ、ＬＥＤモジュール１０Ｅとしたとき、上述の制御部５は、例えば図４（ａ）や図４（ｂ）に示すように、点灯状態（図４（ａ），（ｂ）では点灯状態を「ＯＮ」で表してある）のＬＥＤモジュール１０と消灯状態のＬＥＤモジュール１０とが混在する期間が時系列的に現れるように各ＬＥＤモジュール１０を各別に制御するとともに、消灯状態のＬＥＤモジュール１０の赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれを点灯状態のＬＥＤモジュール１０の赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれから放射された光を検出するＰＤとして動作させ（消灯状態のＬＥＤモジュール１０をＰＤモジュールとして動作させ）、当該ＰＤとして動作させる赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３の各出力に基づいて点灯状態のＬＥＤモジュール１０の赤色ＬＥＤ１１および緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれの光出力が記憶部６に記憶されている基準値となるように順方向電流の通電量をフィードバック制御する。

図４（ａ），（ｂ）に示した例では、制御部５は、各ＬＥＤモジュール１０を各別に制御するにあたって、規定数（図４（ａ）では３つ、図４（ｂ）では４つ）のＬＥＤモジュール１０を点灯状態として、残りのＬＥＤモジュール１０をＰＤモジュールとして動作させる組み合わせを時系列的に変化させている。なお、図４（ａ），（ｂ）では、期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５それぞれで上述の組み合わせが異なっている。

ここで、ＰＤモジュールとして動作させるＬＥＤモジュール１０で検出される光は近くのＬＥＤモジュール１０からの光が支配的になるので、例えば図４（ｂ）の例においては、期間Ｔ１にはＬＥＤモジュール１０Ｂによって主に隣のＬＥＤモジュール１０Ａ，１０Ｃからの光が検出され、期間Ｔ２にはＬＥＤモジュール１０Ｃによって主に隣のＬＥＤモジュール１０Ｂ，１０Ｅからの光が検出され、期間Ｔ３にはＬＥＤモジュール１０Ｄによって主に隣のＬＥＤモジュール１０Ｃ，１０Ｅからの光が検出され、期間Ｔ４にはＬＥＤモジュール１０Ｅによって主に隣のＬＥＤモジュール１０Ｄ，１０Ａからの光が検出され、期間Ｔ５にはＬＥＤモジュール１０Ａによって主に隣のＬＥＤモジュール１０Ｅ，１０Ｂからの光が検出される。一方、上述の制御部５は、各期間Ｔ１〜Ｔ５においてＰＤモジュールとして動作させるＬＥＤモジュール１０の各ＬＥＤ１１〜１３それぞれの光出力が記憶部６に記憶されている基準値となるように順方向電流の通電量をフィードバック制御するので、全ＬＥＤモジュール１０の光出力が略均一になるように調整される。なお、図４（ａ）の例についても同様に、全ＬＥＤモジュール１０の光出力が略均一になるように調整される。また、各ＬＥＤモジュール１０はＬＥＤモジュール１０ごとに高速で点滅させることにより、人間の目でちらつきを感じるのを防止することができ、ＬＥＤ照明装置としての点灯開始後のように急激な温度変化がある場合には、高速で点滅させるほうが有利になる。

ところで、ＰＤモードの青色ＬＥＤ１３は、ＬＥＤモードの青色ＬＥＤ１３からの放射光のみを吸収するが、ＰＤモードの緑色ＬＥＤ１２は、ＬＥＤモードの青色ＬＥＤ１３および緑色ＬＥＤ１２それぞれから放射された光を吸収するので、制御部５には、ＰＤモードの緑色ＬＥＤ１２の出力からＰＤモードの青色ＬＥＤ１３の出力を減算する第１の演算手段を設けてある。同様に、ＰＤモードの赤色ＬＥＤ１１は、ＬＥＤモードの青色ＬＥＤ１３および緑色ＬＥＤ１２および赤色ＬＥＤ１１それぞれから放射された光を吸収するので、制御部５には、ＰＤモードの赤色ＬＥＤ１１の出力からＰＤモードの緑色ＬＥＤ１２および青色ＬＥＤ１３それぞれの出力を減算する第２の減算手段を設けてある。なお、第１の演算手段および第２の演算手段は、例えば、制御部５を構成するマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現することができる。

また、本実施形態のＬＥＤ照明装置では、上述のレンズブロック３においてレンズ部３１間を繋ぐ部位がＬＥＤモードで駆動されたＬＥＤモジュール１０からレンズ部３１に入射した光の一部をＰＤモードで駆動されたＬＥＤモジュール１０に対応するレンズ部３１へ導光する導光部３２を構成しており、レンズブロック３が、ＬＥＤモードで駆動されているＬＥＤモジュール１０から放射された光をＰＤモードで駆動されているＬＥＤモジュール１０へ導光する導光手段を構成している。なお、図３および図６それぞれにおける二点鎖線は、ＬＥＤモードで駆動されているＬＥＤモジュール１０から放射されＰＤモードで駆動されているＬＥＤモジュール１０へ導光される光の伝搬経路の一例を示している。

以上説明した本実施形態のＬＥＤ照明装置では、制御部５が、消灯状態のＬＥＤモジュール１０の各ＬＥＤ１１，１２，１３それぞれを点灯状態のＬＥＤモジュール１０の各ＬＥＤ１１，１２，１３から放射された光を検出するフォトダイオードとして動作させ、当該フォトダイオードとして動作させる各ＬＥＤ１１，１２，１３の出力に基づいて点灯状態のＬＥＤモジュール１０の各ＬＥＤ１１，１２，１３それぞれの光出力が記憶部６に記憶されている基準値となるように順方向電流の通電量をフィードバック制御するので、各ＬＥＤ１１，１２，１３の光出力を検出するフォトダイオードを別途に設けることなく各ＬＥＤ１１，１２，１３それぞれへの通電量をフィードバック制御することが可能で、低コスト化が可能になる。また、本実施形態のＬＥＤ照明装置では、制御部５が各ＬＥＤモジュール１０それぞれを間欠的に点灯させるので、各ＬＥＤモジュール１０ごとの点灯時間のばらつきを低減でき、長寿命化を図れる。

なお、点灯状態のＬＥＤモジュール１０と消灯状態のＬＥＤモジュール１０とが混在する期間における点灯状態のＬＥＤモジュール１０の数と消灯状態のＬＥＤモジュール１０の数とは特に限定するものではないが、最初は消灯状態のＬＥＤモジュール１０の数を比較的多めにして点灯状態のＬＥＤモジュール１０の各ＬＥＤ１１，１２，１３の光出力を高精度に検出するようにしておき、寿命末期に近づいたときに消灯状態のＬＥＤモジュール１０の数を少なめにしてＬＥＤユニット１全体として所望の光出力を確保するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、各ＬＥＤモジュール１０を赤色ＬＥＤ１１と緑色ＬＥＤ１２と青色ＬＥＤ１３とで構成して各ＬＥＤモジュール１０から所望の混色光として白色光を得るようにしているが、各ＬＥＤモジュール１０を構成するＬＥＤの組み合わせは、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの組み合わせに限定するものではなく、所望の混色光を得ることが可能な発光色のＬＥＤの組み合わせであればよい。

実施形態を示すブロック図である。 同上におけるＬＥＤユニットの概略斜視図である。 同上の要部説明図である。 同上の動作説明図である。 同上の他の構成例の要部説明図である。 同上の別の構成例におけるＬＥＤユニットの概略斜視図である。

符号の説明

１ ＬＥＤユニット
２ 回路基板
３ レンズブロック
４ 駆動回路部
５ 制御部
６ 記憶部
１０ ＬＥＤモジュール
１１ 赤色ＬＥＤ
１２ 緑色ＬＥＤ
１３ 青色ＬＥＤ
３１ レンズ部
３２ 導光部

Claims (2)

1. 発光色の異なる複数種のＬＥＤからなるＬＥＤモジュールを複数備えたＬＥＤ発光装置であって、複数のＬＥＤモジュールが回路基板の一表面上に配置されたＬＥＤユニットと、ＬＥＤユニットにおける回路基板の前記一表面側に配置され各ＬＥＤモジュールそれぞれから放射された光の配光を制御するレンズ部をＬＥＤモジュールごとに有するレンズブロックと、各ＬＥＤモジュールそれぞれの点灯・消灯を各別に制御する制御部と、各ＬＥＤそれぞれの光出力の基準値を記憶する記憶部とを備え、制御部は、点灯状態のＬＥＤモジュールと消灯状態のＬＥＤモジュールとが混在する期間が時系列的に現れるように各ＬＥＤモジュールを各別に制御するとともに、消灯状態のＬＥＤモジュールの各ＬＥＤそれぞれを点灯状態のＬＥＤモジュールの各ＬＥＤから放射された光を検出するフォトダイオードとして動作させ、当該フォトダイオードとして動作させる各ＬＥＤの出力に基づいて点灯状態のＬＥＤモジュールの各ＬＥＤそれぞれの光出力が記憶部に記憶されている基準値となるように順方向電流の通電量をフィードバック制御するものであり、レンズブロックは、レンズ部間を繋ぐ部位が点灯状態のＬＥＤモジュールからレンズ部に入射した光の一部を消灯状態のＬＥＤモジュールに対応するレンズ部へ導光する導光部を構成していることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記制御部は、前記各ＬＥＤモジュールそれぞれを間欠的に点灯させることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。

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