JP5962946B2

JP5962946B2 - 発光素子点灯装置及び該回路を有する照明装置

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Publication number: JP5962946B2
Application number: JP2011254226A
Authority: JP
Inventors: 小西　洋史; 洋史小西; 正徳三嶋; 将直大川; 洋平林
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: JP2013109964A

Description

本発明は、有機ＥＬ等の発光素子を点灯する発光素子点灯装置及び該回路を有する照明装置に関する。

前記発光素子点灯装置には、発光素子又は該発光素子の電源回路の破壊又は故障等の異常発生によって、発光素子に異常な電力供給が行われた場合に、回路の短絡又は開放があったと判断し、発光素子への電力供給を低減又は停止する回路を備えるものがある。

例えば、特許文献１には、発光素子に印加される電圧を検知し、この電圧が上限値を越えた場合、又は、下限値を下回った場合に、異常発生と判断して回路内に流れる電流量を低減又は停止する手段を有する発光素子点灯装置が記載されている。

特開２０１１−１４６３２９号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の点灯装置は、発光素子点灯装置が発光素子へ定電流制御を行っている際に、発光素子が外部からの衝撃等によって半壊したときは、異常検出を行うことができないことがある。前記「半壊」とは、発光素子が例えば外部から力が掛けられて変形して壊れたが、完全に壊れて回路が短絡又は開放するに至っていない状態をいう。すなわち、抵抗値が急激に低くなったものの、その後に発光素子に印加される電圧が前記下限値を下回らなければ、前記特許文献１に記載の点灯装置では、異常は検出されない。この場合、発光素子が部分点灯する等の異常点灯が継続されるので、部分的な温度上昇により発光素子及び周辺回路がダメージを受けるおそれがある。特に有機ＥＬ発光素子は、薄型の面発光光源であるので、上述した半壊状態になりやすい。

本発明は、従来の発光素子点灯装置の有する上記問題を解決するためになされたものであり、前記のような発光素子の半壊による異常を検知して、発光素子に流れる電流量を低減又は停止する保護機能を有する発光素子点灯装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、有機ＥＬ発光素子を点灯させる発光素子点灯装置において、前記発光素子に流れる電流を一定に制御する電流制御部と、前記発光素子の両端電圧を検出する電圧検出部と、を備え、前記電流制御部は、前記電圧検出部で検出した電圧の単位時間当たりの電圧変化量から所定時間毎の前記電圧変化の傾きを算出し、前記算出した傾きが定格範囲内での動作時に検出される値よりも大きな値の閾値を越えた場合に、発光素子に流す電流量を低減又は停止する、ことを特徴とする。

上記発光素子点灯装置において、前記閾値は、設定環境下での温度変化に伴い生じる電圧の変化量から算出される前記傾きの値よりも大きな値に設定されていることが好ましい。

上記発光素子点灯装置において、前記電流制御部は、更に、前記電圧検出部により検出された電圧が下限値を下回った場合又は上限値を越えた場合に、前記発光素子に流す電流を停止することが好ましい。

上記発光素子点灯装置において、前記電流制御部は、入力される調光信号に応じて定められるデューティ比のＰＷＭ調光信号を生成し、該信号に基づいてＰＷＭ式の電流を前記発光素子に流すことが好ましい。

本発明の照明装置は、１以上の有機ＥＬ発光素子と、各発光素子を点灯するための上記何れかの発光素子点灯装置と、該発光素子点灯装置に電力を供給する電源ユニットと、を有している発光パネルを備えることを特徴とする。

上記照明装置において、前記電流制御部は、外部から入力された調光信号に応じて定められるデューティ比のＰＷＭ調光信号を生成し、該信号に基づいて電流制御を行うことが好ましい。

本発明によれば、有機ＥＬ発光素子に印加される電圧が、定格動作時よりも急激に大きく変化した場合、電流制御部は、発光素子が故障したと判断する。従って、発光素子に印加される前記変化後の電圧が、発光素子の入出力端子間の短絡又は開放を表す値で無い場合であっても、発光素子とその周辺回路の回路素子を保護できる。

実施例に係る発光素子点灯装置を有する照明装置の斜視図。照明装置の構成図。発光素子点灯装置の回路図。比較器の入出力波形のタイムチャート。制御部の実行する処理フローチャート。発光素子に印加される電圧の時間の経過に伴う変化を示す一例。

実施形態に係る照明装置の発光素子点灯装置は、発光素子に流れる電流を一定に制御する電流制御部と、発光素子の両端電圧の検出部と、を備える。前記電流制御部は、前記電圧の変化量が閾値を越えた場合に、前記発光素子に流す電流量を低減又は停止する。なお、前記発光素子は、有機ＥＬ発光素子のように、外部要因による半壊等の異常発生時、変形することによって内部抵抗が変化するものを用いる。前記電流制御部は、例えば、直流の定電流又はＰＷＭ調光信号に基づくＰＷＭ式の定電流を発光素子に流す。前記変化量は、発光素子に印加される電圧を周期的（例えば１０ｍｓ毎）に検出し、検出した電圧の単位時間（例えば、１００ｍｓ）当たりの変化量（｜正又は負の変化値｜/ｔ）を算出して求める。前記閾値は、定格範囲内での動作時（又は回路の安定動作時）に検出される値よりも大きな値である。以下、上記構成を有する照明装置の実施例について説明する。

図１は、前記構成の発光素子点灯装置を有している照明装置１の斜視図である。照明装置１は、発光部２と、発光部２を天井に吊り下げるための吊り具３と、発光部２と吊り具３とを繋ぐ電源コード４と、を備える。吊り具３は、天井に設けられている商用交流電圧の給電線と電源コード４とを接続する。これにより、電源コード４を介して発光部２に商用交流電圧が供給される。発光部２は、有機ＥＬ発光素子を有する発光パネル２ａと、該発光パネル２ａを囲むフレーム２ｂと、を備えている。

図２は、前記発光パネル２ａの構成を示す。発光パネル２ａは、商用交流電圧が入力され、入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力する電源ユニット５と、２つの同一構成の発光ユニット６、７を備えている。以下、発光ユニット６についてのみ説明する。発光ユニット６は、３つの同一構成の発光素子モジュール６ａ〜６ｃを備えている。以下、発光素子モジュール６ａについてのみ説明する。発光素子モジュール６ａは、有機ＥＬ発光素子８ａと、該発光素子８ａの発光素子点灯装置９ａと、図示しないリモコンから送信されてくる調光信号を受信する受信部１０ａと、を備えている。発光素子８ａは、例えば、定格電圧が７．５Ｖ、定格電流が０．３Ａ、発光面積が６４ｃｍ^２、の有機ＥＬ発光素子である。有機ＥＬ発光素子は、外部から力が掛けられて変形して半壊した場合に、内部抵抗が大幅に低下する。受信部１０ａは、受信した調光信号を発光素子点灯装置９ａに出力する。発光素子点灯装置９ａは、前記電源ユニット５から電力供給を受けるとともに、受信部１０ａからの調光信号に応じて定まるデューティ比のＰＷＭ調光信号を生成し、生成したＰＷＭ調光信号（ＰＷＭ式の電流）を発光素子８ａに供給する。発光素子点灯装置９ａは、前記ＰＷＭ調光信号の最大振幅値が安定するようにＰＷＭ式の定電流制御を行う。

図３は、発光素子８ａに接続されている発光素子点灯装置９ａの回路図である。発光素子点灯装置９ａは、内部回路用駆動電圧Ｖｃｃの生成回路１１と、発光素子８ａに流れる電流を一定に制御する電流制御部として、発光素子８ａ用の信号生成回路１２及び制御部１３と、を備えている。

駆動電源Ｖｃｃの生成回路１１は、直列に接続された抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２によって電源ユニット５から供給される直流電圧を分圧して、前記信号生成回路１２及び制御用ＩＣ１３を駆動する駆動電圧Ｖｃｃを生成する。

信号生成回路１２は、調光信号に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ調光信号生成回路１２ａと、該ＰＷＭ調光信号に基づいて動作する降圧チョッパ回路１２ｂと、発光素子８ａに流れる電流を検出する電流検出部１２ｃと、を備えている。降圧チョッパ回路１２ｂは、平滑用コンデンサＣ１、スイッチングトランジスタＱ１、ダイオードＤ１、リアクタンスＬ１、コンデンサＣ２を有し、図示する構成の一般的な降圧チョッパ回路である。降圧チョッパ回路１２ｂは、ＰＷＭ調光信号生成回路１２ａからのＰＷＭ調光信号のオン期間中に駆動トランジスタ１２ｃをチョップする駆動信号の生成回路１２ｄを有している。

前記ＰＷＭ調光信号生成回路１２ａは、２つの比較器ＯＰ１、ＯＰ２を備えている。比較器ＯＰ２は、調光信号に応じたＰＷＭ調光信号を出力する。比較器ＯＰ２の非反転入力端子（＋）には、比較器ＯＰ１の出力が入力されている。比較器ＯＰ１は、前記ＰＷＭ調光信号のデューティ比を定める基準電圧Ｖｒｅｆ０を出力する。比較器ＯＰ２の反転入力端子（−）には、スイッチングトランジスタＱ８を、オンすることで０Ｖとなり、オフすることによって抵抗Ｒ１４を介して入力される電源ＶｃｃがコンデンサＣ４に蓄積されて高くなる電圧が印加される。前記スイッチングトランジスタＱ８は、後述する制御ＩＣ１３ａの２番ピンから出力される信号に基づいてオン/オフされる。比較器ＯＰ２は、ＯＰ１から非反転入力端子（＋）に入力される電圧よりも反転入力端子（−）に入力される電圧が低い期間、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力する。

図４は、（ａ）が２番ピン、（ｂ）が比較器ＯＰ２の反転入力端子（−）、（ｃ）が比較器ＯＰ２の非反転入力端子（＋）、（ｄ）が比較器ＯＰ２の出力端子、での信号を表す。本図に示すように、比較器ＯＰ１の出力する基準電圧Ｖｒｅｆ０に応じて、ＰＷＭ調光信号のデューティ比が変化する。

再び図３を参照する。信号生成回路１２は、更に、発光素子８ａへ点灯用の定電流を供給する電源部として機能する。比較器ＯＰ１の反転入力端子（―）には、電流検出部１２ｃの電流検出抵抗Ｒ３によって検出される発光素子８ａに流れる電流に比例した電流検出電圧が入力される。スイッチングトランジスタＱ６は、直列接続されたＲ８、Ｒ９で構成される分圧回路の中点に接続されている。比較器ＯＰ１の非反転入力端子（＋）には、スイッチングトランジスタＱ６のオン/オフに応じて２種類の基準電圧Ｖｒｅｆ１/Ｖｒｅｆ２が入力される。異常の発生していない時、スイッチングトランジスタＱ６はオフに設定され、比較器ＯＰ１の非反転入力端子（＋）には、Ｖｒｅｆ２（＞Ｖｒｅｆ１）が入力される。比較器ＯＰ１は、比較結果を比較器ＯＰ２の非反転入力端子（＋）に出力する。上記構成により、電流検出部１２ｃに流れる電流量に応じて比較器ＯＰ１の出力する基準電圧Ｖｒｅｆ０が増減され、この結果、比較器ＯＰ２の出力する信号のデューティ比が増減されて定電流制御が行われる。

ＰＷＭ調光信号生成回路１２ａは、更に、オンすることによって、比較器ＯＰ１の非反転入力端子（＋）の電位を０ＶにするスイッチングトランジスタＱ７を備えている。後述する異常検出時、スイッチングトランジスタＱ７をオンすることで、比較器ＯＰ２からの信号出力を停止する。なお、Ｖｒｅｆ１の値を０．１〜１Ｖ等の０Ｖ近傍値に設定しておき、異常検出時にスイッチングトランジスタＱ６をオンにする構成を採用し、比較器ＯＰ２からの信号出力を大幅に低減して発光素子８ａに流れる電流を低減してもよい。後に説明するが、異常の程度、即ち、発光素子に印加される電圧の変化量に応じて、まず、スイッチングトランジスタＱ６をオンにし、次に、スイッチングトランジスタＱ７をオンにする構成を採用してもよい。

制御部１３は、制御ＩＣ１３ａと、直列接続された抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５で構成される分圧回路１３ｂと、を備えている。制御ＩＣ１３ａは、Ａ／Ｄ変換部１３ｃと、記憶部１３ｄと、該記憶部１３ｄに記憶しているプログラムを実行する演算部１３ｅと、を有するコンピュータである。１番ピンには、前記駆動電源Ｖｃｃの生成回路１１によって生成された電源電圧Ｖｃｃが入力される。２番ピン乃至５番ピンは、制御信号の出力端子である。６番ピンは、図２に示した受信部１０ａからの調光信号の入力端子である。７番ピンは、直列接続された抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５で構成される分圧回路１３ｂによって、発光素子８ａに印加されている電圧Ｖｌａの分圧値が入力される。前記Ａ／Ｄ変換部１３ｃは、７番ピンに接続されており、入力値を内部処理用にデジタル信号に変換して演算部１３ｅに出力する。８番ピンは、接地されている。

図５は、演算部１３ｅが実行する処理フローを示す。電源投入に応じて、ステップ＃１では、初期化処理を実行する。ステップ＃２では、２番ピンから調光信号に応じて定まる周期のオン信号を出力し、ＰＷＭ調光信号生成回路１２ａに、調光信号に応じて定まるデューティ比のＰＷＭ調光信号を生成させる。これにより、発光素子１０ａが発光する。ステップ＃３では、７番ピンへの入力値に基づいて発光素子８ａへの定電流制御を行う発光素子初期点灯処理を行う。ステップ＃４では、７番ピンへの入力値に基づいて発光素子８ａに印加されている電圧Ｖｌａを計測し、記憶部１３ｄに記憶する。前記計測は、７番ピンに入力される電圧を、異常を検知して処理するのに十分な極めて短い周期、例えば１０ｍｓの周期で検出して行う。

ステップ＃５では、発光素子電圧Ｖｌａの値が上限値Ｖｔｈ１以下で、かつ、下限値Ｖｔｈ２以上で無い場合（ステップ＃５でＮｏ）、ステップ＃１０に進む。ステップ＃１０では、３番ピンからオン信号を出力してＰＷＭ調光信号生成回路１２ａから出力される信号の電位を０Ｖにして回路を停止させた後、処理を終了する。前述したように、発光素子８ａの定格電圧が７．５Ｖの場合、前記上限値Ｖｔｈ１は、例えば１０数Ｖで、前記下限値Ｖｔｈ２は、例えば数Ｖである。前記処理を行うことによって、回路内で短絡又は開放が発生し、発光素子８ａに印加される電圧が上限値を越え、又は、下限値を下回った場合に、発光素子８ａへの給電を停止し、発光素子８ａ及び回路を保護することができる。演算部１３ｅは、前記ステップ＃５、＃１０を実行することによって、発光素子８ａの短絡又は開放による異常発生時に発光素子へ供給される電流を停止して発光素子８ａ及び回路を保護する保護手段として機能する。

ステップ＃５では、発光素子電圧Ｖｌａの値が上限値Ｖｔｈ１以下で、下限値Ｖｔｈ２以上の場合(ステップ＃５でＹｅｓ）、次のステップ＃６へと進む。ステップ＃６では、７番ピンへの入力値に基づいて発光素子８ａへの定電流制御を行う発光素子定常点灯処理を行う。

ステップ＃７では、前記記憶部１３ｄに記憶する電圧検出結果に基づいて、異常を検知して処理するのに十分短い周期、例えば１００ｍｓ毎の電圧変化の傾き（|ΔＶｌａ|/ｔ（例えばｔ＝１００ｍｓ））を求める。例えば１００ｍｓ毎であれば、前記ステップ＃４において１０ｍｓ毎に行う電位検出１０回分の変化量ΔＶｌａから傾きを算出する。

ステップ＃８において、ステップ＃７で求めた傾きが閾値α以下の場合（ステップ＃８でＹｅｓ）、発光素子８ａの消灯が検出されるまで(ステップ＃９でＮｏ）、前記ステップ＃４乃至ステップ＃８の処理を繰り返し実行する。前記閾値αは、定格範囲内での動作時に検出される値よりも大きな値であり、実際の統計データから、発光素子８ａの半壊による異常発生を最もよく検出できる値に設定する。前記定格範囲内での動作時に検出される値とは、例えば、定格範囲内での動作時に、設定環境下での温度変化に伴い生じる電圧の変化量を表す値である。環境温度が３７度から６０度に変化する場合、前記変化量は、変化に要する期間Ｔにより変わるが、例えば|―１０．３ｍＶ|/ｓｅｃであった。前記求めた傾きが閾値αを越えた場合(ステップ＃８でＮｏ）、又は、発光素子８ａの消灯が確認された場合(ステップ＃９でＹｅｓ）には、ステップ＃１０に進む。ステップ＃１０では、３番ピンからオン信号を出力してＰＷＭ調光信号生成回路１２ａから出力される信号の電位を０Ｖにして回路を停止させた後、処理を終了する。

図６は、点灯後の数１０秒の間に、発光素子８ａに印加される電圧（初期の電圧Ｖ０）の変化を示す図である。本図では、ｔ１迄の発光素子８ａに印加される電圧の変化量（例えば|−２．２３ｍＶ|/ｓｅｃ）は、設定された環境下において生じる温度変化によるものである。前記閾値αは、この時間の経過に伴う温度変化によって生じる傾きよりも変化量の多い、異常発生時に現れる値（例えば、|−１５８ｍＶ|/ｓｅｃ）を検出できる値(例えばα＝|―１００ｍＶ|/ｓｅｃ）に設定する。ｔ１の時に外部から衝撃を加えて発光素子８ａを半壊させた。図示するように、発光素子８ａの内部抵抗は、ｔ１（例えば１０秒）からｔ２（例えば１２秒）迄の短い間（約２秒間）に大きく減少し、結果、電圧が|―１００ｍＶ|/ｓｅｃより大きな変化量（例えば|―１５８ｍＶ|/ｓｅｃ）で大きく減少した。この場合、前記ステップ＃８の処理を実行することで、発光素子８ａの半壊を検知し、発光素子８ａに流れる電流を停止することができる。なお、前述したように、ステップ＃１０では、４番ピンからオン信号を出力して発光素子８ａに流れる電流を大幅に低減させてもよい。

なお、一般の有機ＥＬ発光素子は、経時劣化に伴い前記初期の電圧Ｖ０が上昇する。予め定めた時間経過（例えば１００００時間経過）することによって、初期の電圧が、予め設定した電圧Ｖ０より大きな閾値Ｖｔｈ１（上限値：例えば電圧Ｖ０の１２０％）にまで増大した場合、前記ステップ＃５、＃１０の処理が実行された後、発光素子８ａの取り換えが行われる。

更には、前記ステップ＃８では、閾値α１（例えば、α１＝|−１００ｍＶ|/ｓｅｃ）と、α２（例えばα２＝|−１５０ｍＶ|/ｓｅｃ）と、を用いてもよい。この場合、変化量が閾値α１以上、α２未満の場合（例えば|―１２０ｍＶ|／ｓｅｃ）、ステップ＃１０で４番ピンからオン信号を出力し、変化量がα２以上の場合（例えば、|―１５８ｍＶ|/ｓｅｃ）、ステップ＃１０で３番ピンからオン信号を出力する。これにより、異常発生の程度に応じた回路保護処理を行うことができる。

制御ＩＣ１３ａの演算部１３ｅは、上記ステップ＃８、＃１０の処理を実行することによって、発光素子８ａが使用中に半壊し、内部抵抗が急激に変化した場合、発光素子へ供給される電流を低減又は停止して発光素子８ａ及び周辺回路を保護する保護手段として機能する。

上記構成の点灯装置９ａを用いることによって、発光素子８ａが使用中に半壊し、内部抵抗が急激に変化したが、その後の電位が回路の短絡又は開放を表す値で無い場合でも、保護手段が作動して発光素子へ供給される電流を低減又は停止する。これによって、前記半壊した発光素子８ａ及び周辺回路の保護を行う。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、閾値αの値は、設定環境として、季節の変化に伴う温度変化等を考慮し、実際の使用状況で生じる温度変化で生じ得る電位変化よりも大きな値に設定するのが好ましい。また、有機ＥＬ発光素子は、半壊によって抵抗値が減少するが、本発明の発光素子点灯装置は、半壊によって抵抗値が増加するが、増加後の値が回路の開放を表す上限値を越えない発光素子にも、用いることができる。

本発明は、有機ＥＬ発光素子のように、回路の短絡又は開放以外に、内部抵抗の変化を伴うが、その後の電圧が短絡又は開放を表す程の値にならない「半壊」という異常の生じ得る発光素子に用いることができる。

１照明装置
２発光部
２ａ発光パネル
５電源ユニット
６、７発光ユニット
８ａ有機ＥＬ発光素子
９ａ発光素子点灯装置
１１駆動電圧Ｖｃｃの生成回路
１２信号生成回路
１３制御部

Claims

有機ＥＬ発光素子を点灯させる発光素子点灯装置において、
前記発光素子に流れる電流を一定に制御する電流制御部と、
前記発光素子の両端電圧を検出する電圧検出部と、を備え、
前記電流制御部は、前記電圧検出部で検出した電圧の単位時間当たりの電圧変化量から所定時間毎の前記電圧変化の傾きを算出し、前記算出した傾きが定格範囲内での動作時に検出される値よりも大きな値の閾値を越えた場合に、発光素子に流す電流量を低減又は停止する、
ことを特徴とする発光素子点灯装置。
前記閾値は、設定環境下での温度変化に伴い生じる電圧の変化量から算出される前記傾きの値よりも大きな値に設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子点灯装置。
前記電流制御部は、更に、前記電圧検出部により検出された電圧が下限値を下回った場合又は上限値を越えた場合に、前記発光素子に流す電流を停止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光素子点灯装置。
前記電流制御部は、入力される調光信号に応じて定められるデューティ比のＰＷＭ調光信号を生成し、該信号に基づいてＰＷＭ式の電流を前記発光素子に流す、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の発光素子点灯装置。
１以上の有機ＥＬ発光素子と、各発光素子を点灯するための請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の発光素子点灯装置と、該発光素子点灯装置に電力を供給する電源ユニットと、を有している発光パネルを備えることを特徴とする照明装置。
前記電流制御部は、外部から入力された調光信号に応じて定められるデューティ比のＰＷＭ調光信号を生成し、該信号に基づいて電流制御を行う、ことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。