JP5288082B1 - 発光モジュール - Google Patents

Abstract

照明装置は、直列接続された複数の発光モジュール（１００）と、定電流源（３００）と、複数の発光モジュール（１００）の少なくとも１つに短絡故障が発生したことを検出するための異常検出回路（２００）とを備える。発光モジュール（１００）は、有機ＥＬパネル（１０）と、有機ＥＬパネル（１０）のアノードおよびカソード間に発生する電位差が閾値以上であるときに、定電圧を出力するように構成された閾値検出回路（６０）と、閾値検出回路（６０）の定電圧出力を定電流に変換して出力するＶＩ変換回路（７０）とを含む。異常検出回路（２００）は、発光モジュール（１００）ごとの定電流出力の合計値に基づいて、複数の発光モジュール（１００）の短絡故障を検出する。

Description

この発明は、照明装置および発光モジュールに関し、より特定的には、複数の発光モジュールを直列接続して構成した照明装置で発生した短絡故障を検出する技術に関する。

従来より、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を光源として利用した照明装置が広く普及している。たとえば、特開２００６−２１０２７２号公報（特許文献１）は、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源を点灯させるＬＥＤ駆動装置とを備えた照明装置を開示する。この特許文献１に記載される照明装置においては、ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤを直列接続して形成される。そして、このＬＥＤ光源に流す電流を一定に制御することにより、各ＬＥＤの明るさを一定に保っている。

また、近年では、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルを光源として利用した照明装置が多数提案されている。有機ＥＬパネルは面発光素子であるため、発光面の面積が大きいほど、照明装置が発生する光の量を大きくすることができる。その一方で、有機ＥＬパネルの基板を大型化することは、製造装置の大型化や歩留まりの悪化などの不具合を招いてしまう虞がある。そのため、製造が容易に行なうことができる大きさの有機ＥＬパネルを複数個並べることによって、発光面を大型化させる構成が採用されている。この構成においては、上記のＬＥＤ光源を用いた照明装置と同様、複数の有機ＥＬパネルを直列接続するとともに、該複数の有機ＥＬパネルに所定の電流を流すことによって、一定の明るさを確保している。

ここで、直列接続された複数の発光素子からなる照明装置においては、複数の発光素子のいずれかに短絡故障（ショート）が発生した場合には、短絡故障した部分が局所的に発熱することにより、照明装置を損傷させる虞がある。したがって、発光素子の短絡故障を検出し、複数の発光素子の駆動を停止させる必要がある。

複数の発光素子の短絡故障を検出するための構成として、上記の特許文献１に記載される照明装置は、複数のＬＥＤを、各々が直列接続された３つのＬＥＤからなるＬＥＤ群に分割し、ＬＥＤ群ごとに電圧を検出する電圧検出部と、当該電圧検出手部の検出電圧値に基づいてＬＥＤ光源の異常を検出する異常検出部とを備えている。異常検出部は、各電圧検出部で検出した電圧に基づいて、各ＬＥＤ群の順方向電圧を演算する。そして、この順方向電圧と異常検出用の閾値とを比較し、順方向電圧が閾値を下回ったときに、該当するＬＥＤ群において少なくとも１つのＬＥＤが短絡故障していると判断する。

特開２００６−２１０２７２号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載される構成では、検出精度を確保するためには、ＬＥＤ群を構成するＬＥＤの個数を制限する必要がある。これは、同じ電流値で使用する場合であっても、個々のＬＥＤによって順方向電圧にばらつきが生じることに基づいている。

詳細には、たとえばＬＥＤの順方向電圧がＶＬ〜ＶＨの範囲（電圧幅ΔＶ＝ＶＨ−ＶＬ）でばらつくとした場合、ｎ（ｎ＞１）個のＬＥＤを直列接続してなるＬＥＤ群においては、いずれのＬＥＤも短絡故障していないときの順方向電圧ＶＢは、ｎ×ＶＬ＜ＶＢ＜ｎ×ＶＨの範囲内の値となる。一方、少なくとも１つのＬＥＤが短絡故障しているときの順方向電圧ＶＢの最大値は、（ｎ−１）×ＶＨとなる。したがって、順方向電圧ＶＢと異常検出用の閾値ＶＳとの比較に基づいてＬＥＤの短絡故障を精度良く検出するためには、閾値ＶＳを、（ｎ−１）×ＶＨ＜ＶＳ＜ｎ×ＶＬとなるように設定する必要がある。そのためには、（ｎ−１）×ＶＨ＜ｎ×ＶＬを満たすことが必要となり、その結果、ＬＥＤ群を構成するＬＥＤの個数ｎの最大値はｎ＜ＶＨ／ｄＶに制限されることとなる。

上記のように、ＬＥＤ群の順方向電圧と閾値との比較に基づいてＬＥＤの短絡故障を検出する構成では、ＬＥＤの順方向電圧のばらつきに起因してＬＥＤ群を構成するＬＥＤの個数が制限される。そのため、照明装置の大型化によってＬＥＤ群の個数が増えるに従って、各ＬＥＤ群と異常検出部とを結ぶ配線数が増加してしまい、回路構成が複雑化するという問題が発生する。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な回路構成で、直列接続された複数の発光素子からなる照明装置で発生した短絡故障を精度良く検出することである。

この発明のある局面に従えば、発光モジュールは、供給される電流に応じて発光する発光素子と、発光素子のアノードおよびカソード間に発生する電位差が予め定められた閾値以上であるときに、定電圧を出力するように構成された閾値検出回路と、閾値検出回路の定電圧出力を定電流に変換して出力する電圧電流変換回路とを備える。閾値検出回路は、ツェナーダイオードおよび抵抗からなる直列回路を、発光素子に並列に接続して構成される。ツェナーダイオードは、電位差が閾値以上となったときに降伏することにより、ツェナーダイオードおよび抵抗素子の接続端子に定電圧を出力する。電圧電流変換回路は、発光素子のアノードと電流出力端子との間に接続され、かつ、制御端子が接続端子に接続されるトランジスタを含む。

この発明によれば、簡易な回路構成で、直列接続された複数の発光素子からなる照明装置で発生した短絡故障を精度良く検出することができる。

本発明の実施の形態１に従う照明装置に適用される発光モジュールの断面図である。 本発明の実施の形態１に従う発光モジュールの概略構成図である。 図２に示す発光モジュールを用いて構成した照明装置の概略構成図である。 図２に示した発光モジュールの回路構成図である。 閾値検出回路およびＶＩ変換回路の動作を説明する図である。 本発明の実施の形態２に従う発光モジュールの回路構成図である。 実施の形態２によるＶＩ変換回路における順方向電圧Ｖｆと電流Ｉｃとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態３に従う発光モジュールの回路構成図である。 図８に示す発光モジュールを用いて構成された照明装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態４に従う発光モジュールの回路構成図である。 図１０に示す発光モジュールを用いて構成された照明装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明を繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に従う照明装置に適用される発光モジュール１００の断面図である。

図１を参照して、発光モジュール１００は、発光素子である有機ＥＬ（Organic Electroluminescence）パネル１０と、有機ＥＬパネル１０を保持するための筐体３０と、有機ＥＬパネル１０に給電するための給電部などが搭載された回路基板４０とを備える。

有機ＥＬパネル１０は、透明基板２０と、陽極（アノード）１２と、有機層１４と、陰極（カソード）１６と、封止基板２２と、接着剤層２４とを含む。陽極１２、有機層１４および陰極１６は、透明基板２０の上に順次積層される。封止基板２２は、陽極１２、有機層１４および陰極１６を覆うように設けられる。

透明基板２０は、発光面としての表面を構成し、代表的には、ガラス基板が適用される。あるいは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーポネート（ＰＣ）等からなる透明樹脂基板によって、透明基板２０を構成してもよい。

陽極１２は、透明性を有する導電膜である。陽極１２を形成するためには、スパッタリング法などによって、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）等が透明基板２０上に成膜される。そして、フォトリソグラフィ法等によりＩＴＯ膜が所定の形状にパターニングされることによって、陽極１２が形成される。

有機層１４は、電力が供給されることによって光（可視光）を生成する。有機層１４は、単層の発光層から構成されていてもよく、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、および電子輸送層などが順次積層されることによって構成されていてもよい。

陰極１６は、たとえばアルミニウムである。陰極１６は、真空蒸着法等によって有機層１４を覆うように形成される。陰極１６を所定の形状にパターニングするために、真空蒸着の際にはマスクが用いられるとよい。

封止基板２２は、絶縁性を有する。封止基板２２は、有機層１４を水分等から保護するために形成される。封止基板２２の表面に、有機ＥＬパネル１０としての裏面が形成される。封止基板２２は、たとえばガラス基板を用いて、周囲にエポキシ系の光硬化型の接着剤層２４で接着させることによって形成される。

有機ＥＬパネル１０においては、陽極１２から陰極１６に向けて電圧（順方向電圧）が印加されると、陽極１２から有機層１４へ正孔が注入され、陰極１６から有機層１４へ電子が注入されて、有機層１４の発光体が励起されることにより発光する。有機層１４において生成された光は、透明基板２０側（表面）から外部に取り出される。

有機ＥＬパネル１０の裏面には、回路基板４０が設けられる。回路基板４０には、陽極１２および陰極１６の間に電圧を印加するための電源端子（図示せず）が設けられる。陽極１２および陰極１６はそれぞれ、封止基板２２から引き出され、この引き出し部分が接続電極３２を介して電源端子と電気的に接続される。

さらに回路基板４０には、図２で説明するように、有機ＥＬパネル１０で発生した短絡故障を検出するための回路が設けられる。

図２は、本発明の実施の形態１に従う発光モジュール１００の概略構成図である。
図２を参照して、発光モジュール１００は、有機ＥＬパネル１０と、閾値検出回路６０と、ＶＩ変換回路７０とを備える。閾値検出回路６０およびＶＩ変換回路７０は、有機ＥＬパネル１０の状態（正常状態または異常状態）に応じた電流を発生する電流発生回路を構成する。

閾値検出回路６０は、有機ＥＬパネル１０の陽極と陰極との間に接続される。有機ＥＬパネル１０が発光状態のときには、有機ＥＬパネル１０の陽極の電圧をＶ１とし、有機ＥＬパネル１０の陰極の電圧をＶ２とすると、陽極および陰極の間に順方向電圧Ｖｆ＝Ｖ１−Ｖ２が発生する。

閾値検出回路６０は、有機ＥＬパネル１０の順方向電圧Ｖｆの閾値Ｖｔｈを発生する回路を含む。閾値検出回路６０は、順方向電圧Ｖｆと閾値Ｖｔｈとを比較し、比較結果として電圧ＶＡを出力する。具体的には、有機ＥＬパネル１０の順方向電圧Ｖｆが閾値Ｖｔｈを超える場合（Ｖｆ＞Ｖｔｈ）には、閾値検出回路６０は、陽極の電圧Ｖ１と閾値Ｖｔｈとの電圧差に等しい電圧ＶＡ（＝Ｖ１−Ｖｔｈ）を出力する。これに対して、順方向電圧Ｖｆが閾値Ｖｔｈ以下となる場合（Ｖｆ≦Ｖｔｈ）には、閾値検出回路６０は、電圧ＶＡ＝０を出力する。したがって、有機ＥＬパネル１０に短絡故障が発生した場合には、順方向電圧Ｖｆ＝０となるため、閾値検出回路６０からは電圧ＶＡ＝０が出力される。

なお、順方向電圧Ｖｆには、有機ＥＬパネル１０に供給される電流値、有機ＥＬパネル１０の温度および劣化度合い等に依存したばらつきが存在する。そのため、順方向電圧Ｖｆは、電圧範囲（たとえば３Ｖ〜５Ｖとする）を有する。したがって、有機ＥＬパネル１０が短絡故障しているか否かを判別するためには、閾値検出回路６０における閾値Ｖｔｈを、この電圧範囲よりも小さい値（たとえば０Ｖ＜Ｖｔｈ＜３Ｖ）にすればよい。

このような構成とすることにより、有機ＥＬパネル１０が短絡故障していない、すなわち、正常状態である場合には、閾値検出回路６０は、定電圧（ＶＡ＝Ｖ１−Ｖｔｈ）を出力する。一方、有機ＥＬパネル１０が短絡故障している、すなわち、異常状態である場合には、閾値検出回路６０は、電圧ＶＡ＝０を出力する。

ＶＩ変換回路７０は、有機ＥＬパネル１０の陽極の電圧Ｖ１を電源とし、閾値検出回路６０の出力電圧ＶＡを入力とする。ＶＩ変換回路７０は、閾値検出回路６０の出力電圧ＶＡを電流Ｉｃに変換して出力する。具体的には、ＶＩ変換回路７０は、定電圧（ＶＡ＝Ｖ１−Ｖｔｈ）を受けたときには、この定電圧を定電流Ｉｃ＝Ｉｃ１に変換して出力する。一方、電圧ＶＡ＝０を受けたときには、この零電圧を電流Ｉｃ＝０に変換して出力する。

ＶＩ変換回路７０から出力された電流Ｉｃは、回路基板４０（図１）に設けられた複数の端子Ｐ３〜Ｐ６のうちの電流出力用の端子（以下、電流端子ともいう）Ｐ６から発光モジュール１００の外部へ出力することができる。なお、端子Ｐ３，Ｐ４は、有機ＥＬパネル１０の陽極および陰極にそれぞれ接続されており、有機ＥＬパネル１０に順方向電圧を印加するための電源端子を構成する。また、端子Ｐ５は、複数の発光モジュール１００が直列接続された場合（図３参照）において、隣り合う発光モジュール１００の電流端子Ｐ６と接続されることにより、当該電流端子Ｐ６から電流Ｉｃを受ける端子を構成する。電流端子Ｐ５と電流端子Ｐ６との間には、電流Ｉｃを流すための電流線８０が配設される。

以上に説明したように、本発明の実施の形態１による発光モジュール１００は、有機ＥＬパネル１０が正常状態であるときには定電流Ｉｃ＝Ｉｃ１を出力する一方で、有機ＥＬパネル１０が短絡故障しているときには電流Ｉｃ＝０を出力するように構成される。したがって、この電流Ｉｃを検出することにより、有機ＥＬパネル１０に短絡故障が生じているか否かを判定することができる。

図３は、図２に示す発光モジュール１００を用いて構成した照明装置の概略構成図である。

図３を参照して、照明装置は、直列接続された複数の発光モジュール１００と、定電流源３００と、異常検出回路２００と、検出抵抗２１０とを備える。図３では、一例として、照明装置は、３個の発光モジュール１００を含む。なお、発光モジュール１００の個数は３個に限定されない。照明装置に要求される明るさなどに応じて、２個以上の発光モジュール１００を搭載する構成を採用することができる。

複数の発光モジュール１００は、各々の電源端子Ｐ３を隣り合う発光モジュール１００の電源端子Ｐ４に配線によって連結することにより、直列に接続される。図３の最上段に示される発光モジュール１００の電源端子Ｐ３には、定電流源３００が接続される。また、図３の最下段に示される発光モジュール１００の電源端子Ｐ４には、接地電圧が接続される。これにより、定電流源３００から供給される定電流は、複数の発光モジュール１００の有機ＥＬパネル１０を通じて接地電圧に向かって流れる。各発光モジュール１００では、有機ＥＬパネル１０が電流の供給を受けて発光する。

さらに複数の発光モジュール１００は、各々の電流端子Ｐ６が隣り合う発光モジュール１００の電流端子Ｐ５と配線によって連結される。そして、図３の最下段に示される発光モジュール１００の電流端子Ｐ６と接地電圧との間には、検出抵抗２１０が接続される。

異常検出回路２００は、検出抵抗２１０に発生する電圧を検出する。異常検出回路２００は、検出した電圧に基づいて、複数の発光モジュール１００のいずれかに短絡故障が発生しているか否かを判断する。複数の発光モジュール１００のいずれかに短絡故障が発生していると判断された場合、異常検出回路２００は、定電流源３００からの電流供給を停止するための制御信号を生成して定電流源３００に出力する。

ここで、図２で説明したように、発光モジュール１００は、内蔵する有機ＥＬパネル１０が正常状態である場合には、定電流Ｉｃ＝Ｉｃ１を出力する。したがって、図３に示す３個の有機ＥＬパネル１０が全て正常であれば、最下段の発光モジュール１００の電流端子Ｐ６からは、各発光モジュール１００から出力される定電流Ｉｃ＝Ｉｃ１を合計した電流（すなわち、３×Ｉｃ１）が出力される。この出力電流３×Ｉｃ１が検出抵抗２１０を流れることにより、検出抵抗２１０の両端には電位差（３×Ｉｃ１×Ｒ）が発生する。なお、Ｒは検出抵抗２１０の抵抗値である。異常検出回路２００は、検出抵抗２１０に発生した電位差を検出する。図３の場合、検出した電位差が（３×Ｉｃ１×Ｒ）であれば、異常検出回路２００は、３個の発光モジュール１００の有機ＥＬパネル１０が全て正常であると判断する。

これに対して、３個の有機ＥＬパネル１０のうちのいずれか１つに短絡故障が発生したときには、この短絡故障した有機ＥＬパネル１０を含む発光モジュール１００からは電流Ｉｃ＝０が出力される。したがって、図３の最下段の発光モジュール１００の電流端子Ｐ６から出力される電流は、正常な２個の発光モジュール１００から出力される定電流Ｉｃ＝Ｉｃ１を合計した電流（すなわち、２×Ｉｃ１）となる。そして、検出抵抗２１０には電位差（２×Ｉｃ１×Ｒ）が発生する。異常検出回路２００は、検出した電位差（２×Ｉｃ１×Ｒ）に基づいて、３個の発光モジュール１００のいずれか１つが異常であると判断する。この場合、異常検出回路２００は、電流供給を停止するように定電流源３００を制御する。

このように異常検出回路２００は、各発光モジュール１００からの出力電流Ｉｃの合計値を検出抵抗２１０によって電圧に変換し、この変換した電圧に基づいて複数の発光モジュール１００の少なくとも１つが異常であるか否かを判断する。たとえば照明装置がｎ（ｎは２以上の自然数）個の発光モジュール１００から構成される場合には、異常検出回路２００は、このｎ個の発光モジュール１００の少なくとも１つが異常であるか否かを判断するための判定値を（ｎ×Ｉｃ１×Ｒ）に設定する。そして、検出抵抗２１０に発生した電位差がこの判定値（ｎ×Ｉｃ１×Ｒ）を下回る場合には、ｎ個の発光モジュール１００のうちの少なくとも１つが異常であると判断する。

なお、ｎ個の発光モジュール１００のうちの１個が異常である場合には、検出抵抗２１０に発生する電位差は（ｎ−１）×Ｉｃ１×Ｒとなる。すなわち、ｎ個の発光モジュール１００のうちの１個が異常であることによって、検出抵抗２１０に発生する電位差はＩｃ１×Ｒだけ低下する。この電圧低下分Ｉｃ１×Ｒを正確に検出するためには、異常検出回路２００のダイナミックレンジをｎ：１にすればよい。たとえば異常検出回路２００を８ビットのＡＤ（Analogue to Digital）コンバータで構成した場合には、ｎ＝２５６となり、２５６個の発光モジュール１００から構成される照明装置に対して適用することが可能となる。

従来の照明装置においては、発光素子の順方向電圧のばらつきによる検出精度の低下を回避する観点から、直列接続できる発光モジュールの個数を制限する必要があった。これに対して、本発明の実施の形態１によれば、発光モジュール１００は、有機ＥＬパネル１０が正常であるか否かに応じて２値（Ｉｃ１または０）の電流Ｉｃを出力するように構成されるため、順方向電圧のばらつきの影響を受けることなく、照明装置を構成する複数の発光モジュール１００の異常を精度良く検出することが可能となる。

さらに、本発明の実施の形態１によれば、隣り合う発光モジュール１００の電流端子Ｐ５，Ｐ６を連結することにより、各発光モジュール１００から出力される電流Ｉｃを、１本の配線にまとめて検出抵抗２１０に入力することができる。その結果、異常検出精度の高い照明装置を、少ない配線数で構築することができる。

（発光モジュールの回路構成）
以下、閾値検出回路６０およびＶＩ変換回路７０の具体的な回路構成および動作について説明する。

図４は、図２に示した発光モジュール１００の回路構成図である。
図４を参照して、閾値検出回路６０は、ツェナーダイオードＺＤおよび抵抗Ｒ１からなる直列回路を、有機ＥＬパネル１０に並列に接続して構成される。ツェナーダイオードＺＤは、陰極が有機ＥＬパネル１０の陽極に接続され、陽極が抵抗Ｒ１に接続される。ツェナーダイオードＺＤおよび抵抗Ｒ１の接続端子は、閾値検出回路６０の出力端子（図中のノードＮＡに相当）を構成する。

ＶＩ変換回路７０は、ＰＮＰトランジスタＴｒ１と、抵抗Ｒ２とを含む。ＰＮＰトランジスタＴｒ１は、エミッタが抵抗Ｒ２を介して有機ＥＬパネル１０の陽極に接続され、コレクタが電流線８０を介して電流端子Ｐ６に接続され、かつ、ベースが閾値検出回路６０の出力端子（ノードＮＡ）に接続される。

有機ＥＬパネル１０に印加する順方向電圧Ｖｆを大きくしていくと、ツェナーダイオードＺＤに加わる逆方向電圧が増加する。逆方向電圧が降伏電圧を超えると、ツェナーダイオードＺＤの陰極から陽極へ流れる電流（逆方向電流）が急激に増加する。降伏現象が起きると、ツェナーダイオードＺＤの電圧は、逆方向電流の大きさとは無関係に一定値（降伏電圧）をとる。

本実施の形態１では、ツェナーダイオードＺＤは、閾値Ｖｔｈを降伏電圧とする。したがって、ツェナーダイオードＺＤの電圧は、逆方向電流が変化してもほとんど一定（閾値Ｖｔｈ）となる。これにより、閾値検出回路６０の出力端子（ノードＮＡ）には、定電圧（ＶＡ＝Ｖ１−Ｖｔｈ）が出力される。

図５を用いて、閾値検出回路６０およびＶＩ変換回路７０の動作を詳細に説明する。
図５（ａ）は、有機ＥＬパネル１０に加わる順方向電圧Ｖｆと、出力端子（ノードＮＡ）および有機ＥＬパネル１０の陰極間の電圧（ＶＡ−Ｖ２）との関係を示す図である。図５（ａ）を参照して、順方向電圧Ｖｆが閾値Ｖｔｈよりも低いときには、ツェナーダイオードＺＤには電流が流れないため、電圧ＶＡ−Ｖ２＝０となる。そして、順方向電圧Ｖｆが閾値Ｖｔｈに到達すると、ツェナーダイオードＺＤが降伏して逆方向電流が流れるため、電圧（ＶＡ−Ｖ２）は、抵抗Ｒ１における電圧降下と等しくなる。すなわち、電圧（ＶＡ−Ｖ２）は、逆方向電流が増加するに従って大きくなる。

ＶＩ変換回路７０においては、順方向電圧Ｖｆと電流Ｉｃとの間に、図５（ｂ）に示すような関係が生じる。ＰＮＰトランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間には、電圧（Ｖ１−ＶＡ）が印加される。ＰＮＰトランジスタＴｒ１がオンすると、コレクタ電流が流れる。このコレクタ電流がＶＩ変換回路７０の出力電流Ｉｃとなる。

図５（ｂ）を参照して、順方向電圧Ｖｆが閾値Ｖｔｈよりも低いときには、電圧ＶＡ＝Ｖ２となるため、ＰＮＰトランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥは順方向電圧Ｖｆと等しくなる（ＶＢＥ＝Ｖｆ）。

ここで、ＰＮＰトランジスタＴｒ１がオンするときのベース−エミッタ間電圧ＶＢＥをＶｘとすると、順方向電圧Ｖｆが電圧Ｖｘよりも低いときには、ＰＮＰトランジスタＴｒ１がオンされないため、電流Ｉｃは流れず、Ｉｃ＝０となる。なお、電圧Ｖｘは閾値Ｖｔｈよりも低く、たとえば約０．６Ｖである。

そして、順方向電圧Ｖｆが電圧Ｖｘを超えると、ＰＮＰトランジスタＴｒ１がオンされ、コレクタ電流Ｉｃが流れる。コレクタ電流Ｉｃは、順方向電圧Ｖｆが増加するに従って増加する。

さらに、順方向電圧Ｖｆが閾値Ｖｔｈに達すると、ツェナーダイオードＺＤが降伏することにより、ツェナーダイオードＺＤの電圧（Ｖ１−ＶＡ）が閾値Ｖｔｈに固定される。これにより、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥも閾値Ｖｔｈに固定されるため、コレクタ電流Ｉｃも一定値となる。このときのコレクタ電流Ｉｃは、式（１）で表わすことができる。

Ｉｃ＝（Ｖ１−ＶＡ−Ｖｘ）／Ｒ２＝（Ｖｔｈ−Ｖｘ）／Ｒ２ ・・・（１）
式（１）中のＲ２は抵抗Ｒ２の抵抗値を示す。すなわち、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することにより、電流Ｉｃの値を調整することができる。たとえば、閾値Ｖｔｈ＝３Ｖおよび電圧Ｖｘ＝０．６Ｖとしたときに、電流Ｉｃ＝０．１ｍＡとするためには、抵抗Ｒ２の抵抗値を２４ｋΩとすればよい。

ここで、図４に示す発光モジュール１００を１０個直列に接続することによって、図３に示すような照明装置を構成した場合を考える。１個の発光モジュール１００における順方向電圧Ｖｆの電圧範囲を３Ｖ〜５Ｖとすると、照明装置における最上段の発光モジュール１００の電源端子Ｐ３の電圧Ｖ１は、３０Ｖ〜５０Ｖの電圧範囲を有することとなる。そして、１０個の発光モジュール１００のうちの１個に短絡故障が生じると、電源端子Ｐ３の電圧Ｖ１の電圧範囲は、２７Ｖ〜４５Ｖに変化する。

１０個の発光モジュール１００が全て正常であるときの電圧範囲３０Ｖ〜５０Ｖと、１０個の発光モジュール１００のうちの１個が異常であるときの電圧範囲２７Ｖ〜４５Ｖとでは、電圧範囲の一部が重複する。したがって、電源端子Ｐ３の電圧Ｖ１の大きさに基づいて、照明装置を構成する複数の発光モジュール１００が正常であるか否かを見分けることは不可能である。なお、上記の例では、複数の発光モジュール１００が正常であるときの電圧範囲と当該複数の発光モジュール１００のうちの１個が異常であるときの電圧範囲とが重ならないようにするためには、直列接続される発光モジュール１００の個数が最大２個に制限されてしまう。すなわち、２個の発光モジュール１００ごとに異常検出回路２００を設ける必要が生じるため、回路構成が大きくなるという問題が生じる。

これに対して、本実施の形態１によれば、正常である発光モジュール１００からは定電流（たとえば電流Ｉｃ＝０．１ｍＡ）が出力されるため、検出抵抗２１０（図３）の抵抗値を５ｋΩとすると、１０個の発光モジュール１００が全て正常である場合には、検出抵抗２１０には５Ｖ（＝１０個×０．１ｍＡ×５ｋΩ）の電圧が発生する。一方、１０個の発光モジュール１００のうちの１個が異常である場合には、検出抵抗２１０には４．５Ｖ（＝９個×０．１ｍＡ×５ｋΩ）の電圧が発生する。したがって、異常検出回路２００は、この検出抵抗２１０の電圧に基づいて、１０個の発光モジュール１００が正常であるか否かを容易に見分けることができる。

また、本実施の形態１によれば、閾値検出回路６０およびＶＩ変換回路７０は、それぞれ、有機ＥＬパネル１０の陽極の電圧を電源として駆動する素子（ツェナーダイオードＺＤ、ＰＮＰトランジスタＴｒ１）を用いて構成されるため、各回路を駆動するための外部電源を必要としない。これにより、簡易な構成で発光モジュール１００の異常を検出することができる。

［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２に従う発光モジュール１１０の回路構成図である。

図６を参照して、実施の形態２に従う発光モジュール１１０は、図４に示した実施の形態１による発光モジュール１００と比較して、縦列接続された複数段のダイオードＤ１，Ｄ２をさらに備える。

複数段のダイオードＤ１，Ｄ２は、閾値検出回路６０の出力端子（ノードＮＡ）とＰＮＰトランジスタＴｒ１のベースとの間に接続される。複数段のダイオードＤ１，Ｄ２は、出力端子（ノードＮＡ）とＰＮＰトランジスタＴｒ１のベースとの間に所定の電位差を発生させる機能を有する。したがって、縦列接続させるダイオードの段数は、発生させたい電位差に応じて調整することができる。

図４に示した実施の形態１による発光モジュール１００では、ＰＮＰトランジスタＴｒ１のＶｆ−Ｉｃ特性上（図５（ｂ）参照）、順方向電圧Ｖｆが電圧Ｖｘを超えると、順方向電圧Ｖｆが閾値Ｖｔｈに満たない場合でもコレクタ電流Ｉｃが流れてしまう（Ｉｃ＞０）。有機ＥＬパネル１０が短絡故障している場合には、順方向電圧Ｖｆ＝０となるため、コレクタ電流Ｉｃが流れるという事態は生じないが、有機ＥＬパネル１０が完全に短絡故障に至る前においては、順方向電圧Ｖｆ＞０となる可能性がある。そして、順方向電圧Ｖｆが電圧Ｖｘを超えるとコレクタ電流Ｉｃが流れるため（Ｉｃ＞０）、発光モジュール１００が正常であると誤って判断してしまう虞がある。

本実施の形態２では、このような不具合を回避するために、複数段のダイオードＤ１，Ｄ２を用いて、閾値検出回路６０の出力端子とＰＮＰトランジスタＴｒ１のベースとの間に電位差を発生させる。たとえばダイオード１個当たりの電圧を０．６Ｖとすると、図６では、約１．２Ｖの電位差を発生させることができる。

このような構成とすることにより、ＰＮＰトランジスタＴｒ１がオンするときのベース−エミッタ間電圧ＶＢＥは、電圧Ｖｘに複数段のダイオードＤ１，Ｄ２の電圧を上乗せ加算した値となる。図７に、実施の形態２によるＶＩ変換回路７０における順方向電圧Ｖｆと電流Ｉｃとの関係を示す。図７を参照して、順方向電圧Ｖｆが電圧Ｖｘ２（Ｖｘ２＞Ｖｘ）を超えると、ＰＮＰトランジスタＴｒ１がオンされ、コレクタ電流Ｉｃが流れる。この電圧Ｖｘ２は、電圧Ｖｘに複数段のダイオードＤ１，Ｄ２の電圧を上乗せ加算した値に相当する。そして、順方向電圧Ｖｆが閾値Ｖｔｈに達すると、コレクタ電流Ｉｃは一定値となる。

図７中には、実施の形態１によるＶＩ変換回路７０における順方向電圧Ｖｆと電流Ｉｃとの関係が破線で示されている。この破線で示す関係と本実施の形態３による関係とを比較すると、順方向電圧Ｖｆが電圧Ｖｘ２を下回るときにはコレクタ電流Ｉｃが流れない（Ｉｃ＝０）。これにより、コレクタ電流Ｉｃに基づいて、完全な短絡故障に至る前の状態を正常状態と誤って判断してしまうのを防止できる。

なお、図７における電圧Ｖｘ２は、縦列接続させるダイオードの段数によって調整可能である。したがって、電圧Ｖｘ２が閾値Ｖｔｈに近づくようにダイオードの段数を調整することによって、完全な短絡故障に至る前の状態についても異常として検出することが可能となる。その結果、異常検出精度の向上を実現できる。

［実施の形態３］
図８は、本発明の実施の形態３に従う発光モジュール１２０の回路構成図である。

図８を参照して、実施の形態３による発光モジュール１２０は、図４に示した実施の形態１による発光モジュール１００と比較して、端子Ｐ１，Ｐ２と、端子Ｐ１，Ｐ２間を結ぶ接続線９０とをさらに備える。

発光モジュール１２０において、端子Ｐ１〜Ｐ６は、複数の発光モジュール１２０を直列に接続する際に、隣り合う発光モジュール１２０との電気的接続を確保するために設けられる。図９は、図８に示す発光モジュール１２０を用いて構成された照明装置の概略構成図である。

図９を参照して、照明装置は、複数（たとえば４個とする）の発光モジュール１２０と、複数の発光モジュール１２０に電流を供給するための駆動回路４００とから構成される。図９では、複数の発光モジュール１２０の各々は、発光モジュール１２０を裏面から見た背面図で表わされている。すなわち、回路基板４０（図１）と、回路基板４０上に設けられた端子Ｐ１〜Ｐ６とが図示されている。

複数の発光モジュール１２０は、配線によって連結されることにより、直列に接続される。具体的には、隣り合う発光モジュール１２０の間において、一方の発光モジュール１２０の電源端子Ｐ３と他方の発光モジュール１２０の電源端子Ｐ４とが配線により連結される。最左側の発光モジュール１２０の電源端子Ｐ３は、駆動回路４００内部の定電流源３００に接続される。

また、一方の発光モジュール１２０の電流端子Ｐ６と他方の発光モジュール１２０の電流端子Ｐ５とは配線により連結される。これにより、各発光モジュール１２０内の電流線８０が互いに接続される。最左側の発光モジュール１２０の電流端子Ｐ５は、駆動回路４００内部の異常検出回路２００に接続される。異常検出回路２００は、電流端子Ｐ５と接地電圧との間に接続された検出抵抗２１０に発生する電圧を検出する。

さらに、一方の発光モジュール１２０の端子Ｐ１と他方の発光モジュール１２０の端子Ｐ２とは配線により連結される。これにより、各発光モジュール１２０内の接続線９０が互いに接続される。そして、最右側の発光モジュール１２０においては、端子Ｐ２と電源端子Ｐ４とを渡すようにジャンパー線１２５が配設される。また、最左側の発光モジュール１２０においては、端子Ｐ１は接地電圧に接続される。

このような構成とすることにより、定電流源３００から供給される定電流は、複数の発光モジュール１２０を流れると、各発光モジュール１２０では、有機ＥＬパネル１０が電流の供給を受けて発光する。そして、最右側の発光モジュール１２０の有機ＥＬパネル１０から出力された電流は、電源端子Ｐ４および端子Ｐ２間に配設されたジャンパー線１２５を経由して接続線９０に戻される。そして、各発光モジュール１２０の接続線９０を通じて駆動回路４００に戻されると、接地電圧に向かって流れる。

本実施の形態３によれば、発光モジュール１２０に端子Ｐ１，Ｐ２および接続線９０を設けるとともに、ジャンパー線１２５を配設したことによって、定電流源３００と複数の発光モジュール１２０との間には、複数の有機ＥＬパネル１０に供給される電流のリターンパスを形成することができる。すなわち、各発光モジュール１２０の端子間を配線で連結することによって複数の発光モジュール１２０と駆動回路４００とを接続できるため、照明装置の配線構成を簡略化することができる。

［実施の形態４］
図１０は、本発明の実施の形態４に従う発光モジュール１３０の回路構成図である。

図１０を参照して、実施の形態４による発光モジュール１３０は、図４に示した実施の形態１による発光モジュール１００と比較して、ＮＰＮトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３と、抵抗Ｒ３〜Ｒ５と、端子Ｐ７〜Ｐ１０とをさらに備える。

ＮＰＮトランジスタＴｒ２は、ベースが抵抗Ｒ４を介してＶＩ変換回路７０の出力端子（図中のノードＮＢ）に接続され、コレクタが抵抗Ｒ５を介して端子Ｐ７に接続され、エミッタが端子Ｐ１０に接続される。ＶＩ変換回路７０の出力端子（ノードＮＢ）とＮＰＮトランジスタＴｒ２のエミッタとの間には抵抗Ｒ３が接続される。

なお、端子Ｐ７は、発光モジュール１３０の外部に設けられた電源回路２３０に接続されており、電源回路２３０から電源電圧が供給される外部電源端子を構成する。端子Ｐ８は、外部電源線８２によって端子Ｐ７に接続されており、外部電源端子を構成する。

また、端子Ｐ１０は接地電圧に接続されており、接地端子を構成する。端子Ｐ９は、接地線８４によって端子Ｐ９に接続されており、接地端子を構成する。すなわち、ＮＰＮトランジスタＴｒ２は、エミッタ接地されている。

ＮＰＮトランジスタＴｒ３は、ベースが抵抗Ｒ５およびＮＰＮトランジスタＴｒ２の接続端子に接続され、コレクタが電流端子Ｐ６に接続され、エミッタが接地端子Ｐ１０に接続される。すなわち、ＮＰＮトランジスタＴｒ３は、コレクタが電流端子Ｐ６に接続され、かつエミッタが接地された態様（オープンコレクタ形式）で設けられている。

発光モジュール１３０の外部には、電源回路２３０、異常検出回路２００およびプルアップ抵抗２２０が設けられる。電源回路２３０は、発光モジュール１３０の外部電源端子Ｐ７に電源電圧（たとえば＋５Ｖとする）を供給する。発光モジュール１３０の電流端子Ｐ５は、プルアップ抵抗２２０を介して電源回路２３０および異常検出回路２００に接続される。

先の実施の形態１で説明したように、発光モジュール１３０内部の有機ＥＬパネル１０が正常であるときには、ＶＩ変換回路７０のＰＮＰトランジスタＴｒ１には定電流Ｉｃ＝Ｉｃ１が流れる。一方、有機ＥＬパネル１０が短絡故障しているときには、ＰＮＰトランジスタＴｒ１のコレクタ電流Ｉｃ＝０となる。ＶＩ変換回路７０から出力された電流Ｉｃを抵抗Ｒ３に流すことにより、電流Ｉｃは電圧に変換される。抵抗Ｒ４は、ＮＰＮトランジスタＴｒ３のベースに入力される電流を制限するためのベース電流制限抵抗である。

電流Ｉｃ＝Ｉｃ１のとき、すなわち、発光モジュール１３０が正常であるときには、抵抗Ｒ３により変換された電圧をベース−エミッタ間に受けてベース電流が流れることにより、ＮＰＮトランジスタＴｒ３がオンする。ＮＰＮトランジスタＴｒ３がオンすると、外部電源端子Ｐ７から接地端子Ｐ１０に向かってコレクタ電流が流れる。このとき、ＮＰＮトランジスタＴｒ３は、ベース電流が流れないためにオフされる。ＮＰＮトランジスタＴｒ３がオフのときには、電流端子Ｐ５の電圧はプルアップ抵抗２２０により外部電源電圧（＋５Ｖ）にプルアップされて異常検出回路２００に入力される。

これに対して、電流Ｉｃ＝０のとき、すなわち、発光モジュール１３０が異常であるときには、ＮＰＮトランジスタＴｒ２にはベース電流が流れないため、オフされる。そして、ＮＰＮトランジスタＴｒ２がオフされることにより、ＮＰＮトランジスタＴｒ３には抵抗Ｒ５を介してベース電流が流れる。これにより、ＮＰＮトランジスタＴｒ３がオンされる。ＮＰＮトランジスタＴｒ３がオンされると、電流端子Ｐ５は接地電圧となる。したがって、異常検出回路２００には、接地電圧が入力される。

以上に説明したように、本実施の形態４においては、発光モジュール１３０が正常である場合には、異常検出回路２００には外部電源電圧（＋５Ｖ）が入力される。その一方で、発光モジュール１３０が異常である場合には、異常検出回路２００には接地電圧が入力される。異常検出回路２００に入力される電圧は、マイクロコンピュータの入力ポートを直接的に接続できる電圧レベルになっている。そのため、異常検出回路２００を簡易に構成することができる。

図１１は、図１０に示す発光モジュール１３０を用いて構成された照明装置の概略構成図である。

図１１を参照して、照明装置は、複数（たとえば４個とする）の発光モジュール１３０と、複数の発光モジュール１３０に電流を供給するための駆動回路４１０とから構成される。図１１では、複数の発光モジュール１３０の各々は、発光モジュール１２０を裏面から見た背面図で表わされている。すなわち、回路基板４０（図１）と、回路基板４０上に設けられた端子Ｐ１〜Ｐ１０とが図示されている。

複数の発光モジュール１３０は、配線によって連結されることにより、直列に接続される。隣り合う発光モジュール１３０の端子Ｐ１〜Ｐ４は、図９に示した照明装置と同じ配線構成によって接続される。

さらに、一方の発光モジュール１３０の電流端子Ｐ５と他方の発光モジュール１３０の電流端子Ｐ６とは配線により連結される。最左側の発光モジュール１３０の電流端子Ｐ５は、駆動回路４１０内部のプルアップ抵抗２２０を介して電源回路２３０に接続されるとともに、異常検出回路２００に接続される。異常検出回路２００は、電流端子Ｐ５に生じる電圧を検出する。

また、一方の発光モジュール１３０の外部電源端子Ｐ７と他方の発光モジュール１３０の外部電源端子Ｐ８とは配線により連結される。これにより、各発光モジュール１３０内の外部電源線８２が互いに接続される。そして、最左側の発光モジュール１３０においては、外部電源端子Ｐ７は電源回路２３０に接続される。

さらに、一方の発光モジュール１３０の接地端子Ｐ９と他方の発光モジュール１３０の接地端子Ｐ１０とは配線により連結される。これにより、各発光モジュール１３０内の接地線８４が互いに接続される。そして、最左側の発光モジュール１３０において、接地端子Ｐ９は接地電圧に接続される。

図１１に示す照明装置においても、図９に示す照明装置と同様に、定電流源３００から供給される定電流は、複数の発光モジュール１３０を流れると、最右側の発光モジュール１３０の電源端子Ｐ４および端子Ｐ２間に配設されたジャンパー線１２５を経由して接続線９０に戻される。そして、各発光モジュール１２０の接続線９０を通じて駆動回路４１０に戻されると、接地電圧に向かって流れる。

そして、複数の発光モジュール１３０が全て正常である場合には、最左側の発光モジュール１３０の電流端子Ｐ５は、プルアップ抵抗２２０により外部電源電圧（＋５Ｖ）にプルアップされる。異常検出回路２００は、電流端子Ｐ５の電圧に基づいて、複数の発光モジュール１３０が全て正常であると判断する。

これに対して、複数の発光モジュール１３０の少なくとも１つが異常である場合には、最左側の発光モジュール１３０の電流端子Ｐ５は接地電圧となる。異常検出回路２００は、電流端子Ｐ５の電圧に基づいて、複数の発光モジュール１３０の少なくとも１つが異常であると判断する。

なお、上述の実施の形態１〜４では、本発明に係る照明装置および発光モジュールに適用される発光素子の代表例として有機ＥＬパネルについて説明した。しかしながら、本発明の適用は有機ＥＬパネルを用いた照明装置に限定されるものではない。具体的には、直列接続された複数の発光素子を備えていれば、本発明を適用可能である点について確認的に記載する。たとえば、ＬＥＤを用いた照明装置についても本発明は適用可能である。

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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。

１０ 有機ＥＬパネル、１２ 陽極、１４ 有機層、１６ 陰極、２０ 透明基板、２２ 封止基板、２４ 接着剤層、３０ 筐体、３２ 接続電極、４０ 回路基板、６０ 閾値検出回路、７０ ＶＩ変換回路、８０ 電流線、８２ 外部電源線、８４ 接地線、９０ 接続線、１００，１１０，１２０，１３０ 発光モジュール、１２５ ジャンパー線、２００ 異常検出回路、２１０ 検出抵抗、２２０ プルアップ抵抗、２３０ 電源回路、３００ 定電流源、４００，４１０ 駆動回路、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｔｒ１ ＰＮＰトランジスタ、Ｔｒ２，Ｔｒ３ ＮＰＮトランジスタ、ＺＤ ツェナーダイオード。

Claims (5)

1. 供給される電流に応じて発光する発光素子と、
   前記発光素子のアノードおよびカソード間に発生する電位差が予め定められた閾値以上であるときに、定電圧を出力するように構成された閾値検出回路と、
   前記閾値検出回路の定電圧出力を定電流に変換して出力する電圧電流変換回路とを備え、
   前記閾値検出回路は、ツェナーダイオードおよび抵抗からなる直列回路を、前記発光素子に並列に接続して構成され、
   前記ツェナーダイオードは、前記電位差が前記閾値以上となったときに降伏することにより、前記ツェナーダイオードおよび前記抵抗素子の接続端子に前記定電圧を出力し、
   前記電圧電流変換回路は、前記発光素子のアノードと電流出力端子との間に接続され、かつ、制御端子が前記接続端子に接続されるトランジスタを含む、発光モジュール。
2. 前記トランジスタは、エミッタが前記発光素子のアノードに接続され、コレクタが前記電流出力端子に接続され、かつ、ベースが前記接続端子に接続されるＰＮＰトランジスタであり、
   前記ＰＮＰトランジスタは、ベース−エミッタ間電圧が前記閾値以上であるときに前記電流出力端子に前記定電流を駆動する、請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記電圧電流変換回路は、前記接続端子から前記制御端子に向けて順方向電圧を印加するように接続されたダイオードをさらに含む、請求項１に記載の発光モジュール。
4. 電源電圧を受ける電源端子と接地電圧を受ける接地端子との間に接続され、かつ、前記定電流出力を制御端子に受けて、電源電圧レベルおよび接地電圧レベルのいずれか一方を出力するオープンコレクタのトランジスタをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
5. 前記発光素子は、有機ＥＬパネルである、請求項１から４のいずれか１項に記載の発光モジュール。

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