JP2009129688A

JP2009129688A - 発光ダイオード照明器具

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Publication number: JP2009129688A
Application number: JP2007303232A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Murakami; 善宣村上
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: JP4988525B2

Abstract

【課題】発光ダイオード照明器具において、温度変化に起因する照明光の色度変動の抑制を可能にする。
【解決手段】発光ダイオード照明器具１は、互いに光出力のピーク波長が異なる赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃと、これらと同様に構成された緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ及び青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃと、周辺雰囲気温度を検出する温度センサ８と、制御部９とを備える。制御部９は、温度センサ８による検出結果に応じて、温度変化に拘らず赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃの合成光出力、緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの合成光出力及び青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの合成光出力の各々のピーク値及びピーク波長が変動しないように各ＬＥＤの光出力比を制御する。このため、温度変化に起因する照明光の色度変動を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを光源とする発光ダイオード照明器具に関する。

従来から、赤色、緑色、青色及び白色発光ダイオード（以下、赤色発光ダイオード等と総称する）から出射される合成光の三刺激値をカラーセンサによって検出し、その検出結果に基づいて、上記の合成光の輝度及びクロミナンス特性が所望の輝度及びクロミナンス特性となるように赤色発光ダイオード等を制御する発光ダイオード照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、発光ダイオードの光出力のピーク波長は、発光ダイオードの温度特性に起因して変化する。従って、上記の発光ダイオード照明器具においても、発光ダイオードの周辺雰囲気温度の変化に伴って、各色の発光ダイオードの光出力のピーク波長が変化し、各光色の色度が変動する虞がある。このため、各色の光を合わせて成る照明光の色度が温度変化に起因して変動する虞がある。しかしながら、特許文献１に記載の技術ではこの問題を解決できない。
特開２００５−２５９６９９号公報

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、温度変化に起因する照明光の色度変動を抑制することができる発光ダイオード照明器具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請求項１の発明は、第１の発光ダイオードと、前記第１の発光ダイオードの発光色と略同一色で、且つ、該第１の発光ダイオードの光出力のピーク波長よりも短いピーク波長の光を出力する第２の発光ダイオードと、前記第１の発光ダイオードの発光色と略同一色で、且つ、該第１の発光ダイオードの光出力のピーク波長よりも長いピーク波長の光を出力する第３の発光ダイオードと、前記第１、第２及び第３の発光ダイオードの周辺雰囲気温度を検出する温度センサと、前記温度センサによる検出結果に応じて、温度変化に拘らず前記第１、第２及び第３の発光ダイオードの合成光出力のピーク値及びピーク波長が変動しないようにそれらの光出力比を制御する制御部と、を備える発光ダイオード照明器具である。

請求項１の発明によれば、第１、第２及び第３の発光ダイオードの光出力比が温度センサの検出結果に基づいて制御部により制御され、その結果、温度変化に拘らず上述の発光ダイオードの合成光出力のピーク値及びピーク波長が変動しないので、温度変化に起因する上述の合成光すなわち照明光の色度変動を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る発光ダイオード照明器具（以下、照明器具という）について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の照明器具の構成を示す。この照明器具１は、光源として、互いに光出力のピーク波長が異なる３種の赤色発光ダイオード２ａ、２ｂ、２ｃを備える。赤色発光ダイオード２ｂは、赤色発光ダイオード２ａ（第１の発光ダイオード）と略同一色で、赤色発光ダイオード２ａの光出力のピーク波長よりも短いピーク波長の光を出力し（第２の発光ダイオード）、赤色発光ダイオード２ｃは、赤色発光ダイオード２ａと略同一色で、赤色発光ダイオード２ａの光出力のピーク波長よりも長いピーク波長の光を出力するように構成されている（第３の発光ダイオード）。照明器具１は、同様の構成を有する緑色発光ダイオード３ａ、３ｂ、３ｃ及び青色発光ダイオード４ａ、４ｂ、４ｃをさらに備える。以下、発光ダイオードをＬＥＤといい、赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃ、緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ及び青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃを総称してＬＥＤ５という。

また、照明器具１は、ＬＥＤ５を点灯させるための点灯回路６と、ＬＥＤ５の光出力の三刺激値を検出する光センサ７と、ＬＥＤ５の周辺雰囲気温度を検出する温度センサ８と、ＬＥＤ５の各々の光出力を制御する制御部９と、点灯回路６及び制御部９に電源を供給する電源回路１０と、を備える。制御部９は、温度センサ８による検出結果に応じて、温度変化に拘らず赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃの合成光出力のピーク値及びピーク波長が変動しないようにそれらの光出力比を制御する。緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ及び青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃも同様に制御される。また、制御部９は、光センサ７による検出結果にも応じてＬＥＤ５の光出力を制御する。

ＬＥＤ５は、基板５１に実装されている。光センサ７は、図２に示されるように、赤色光透過フィルタ７１、緑色光透過フィルタ７２及び青色光透過フィルタ７３と、これらの各々に対応し、透過光を検出する３個の光検出素子７４、７５、７６とにより構成される。赤色光透過フィルタ７１は、赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃの合成光の分光分布に対応するフィルタ特性を有しており、その合成光出力のピーク波長と略等しい受光波長において光検出素子７４の受光感度を最大とする。緑色光透過フィルタ７２及び青色光透過フィルタ７３も、緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ及び青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃとの間で同様の関係を有するように構成されている。光センサ７は、光検出素子７４〜７６による検出結果に基づいて光の三刺激値を検出し、その検出結果を制御部９に出力する。

温度センサ８は、ＬＥＤ５の近傍に配置されており、例えば基板５１上に設けられている。ところで、ＬＥＤ５は、周辺雰囲気温度の変化に応じてＬＥＤ５の温度が変化し、その光出力のピーク波長が変動する。例えば、図３に示されるように、周辺雰囲気温度が常温Ｔ_０であるときのピーク波長がＦ_０である場合に、周辺雰囲気温度がＴ_０からＴ_１（Ｔ_１＞Ｔ_０）まで上昇すると、そのピーク波長はＦ_０からＦ_１（Ｆ_１＞Ｆ_０）まで長くなる。このため、光センサ７が、常温では、ＬＥＤ５のピーク波長の光出力を最大受光感度でもって検出できる場合においても、温度が変化してピーク波長がずれると、最大受光感度でもってピーク波長の光出力を検出できないので、検出誤差が発生する虞がある。従って、この検出誤差を補償するため温度センサ８が設けられている。

制御部９は、ＣＰＵを含むマイクロプロセッサにより構成することができ、電源回路１０からＬＥＤ５の各々に供給される電流を制御することで、それらの光出力を制御する。

図４は、ＬＥＤ５及び点灯回路６の回路構成の説明のため、それらの一部である青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃ及びこれらの点灯回路の回路構成を示す。青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃは、それぞれ、複数個ずつ、直列に接続されており、光源群４Ａ、４Ｂ、４Ｃを構成する。光源群４Ａ〜４Ｃは、互いに並列に接続されており、それらには、電流制限抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、トランジスタ等で構成されるドライブ回路Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３とが直列接続されている。ドライブ回路Ｑ１〜Ｑ３は、制御部９からスイッチング信号として入力される制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に基づいて駆動し、青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃへの通電を制御する。図示は省略するが、赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃ及び緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃとそれらの点灯回路も、上記と同様に構成されている。

図５は、制御信号Ｓ１〜Ｓ３の信号波形を示す。制御信号Ｓ１〜Ｓ３は、制御部９により温度センサ８からの検出信号に応じてデューティ比が独立に制御された、周期ＴのＰＷＭ信号とする。同図には、例えば、ＬＥＤ５の周辺雰囲気温度が略２５度の常温であるときのＰＷＭ信号が図示されており、そのときのＰＷＭ信号のデューティ比は、略同一の値Ｄｐとされる。デューティ比制御により青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの各々の光出力が制御されて、それらの合成光出力のピーク値及びピーク波長が制御される。

制御信号Ｓ１〜Ｓ３は点灯回路６における青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの点灯回路に送出されるが、赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃ及び緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの各々の点灯回路にも、制御信号Ｓ１〜Ｓ３と同様に制御されたＰＷＭ信号が入力される。ＰＷＭ信号のデューティ比は、照明光の光色制御のため、各色のＬＥＤ５ごとに独立して制御される。

図６は、周辺雰囲気温度が常温であるときのＬＥＤ５の各々の分光分布を示す。常温時の赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃの各々の分光分布をＳｒ_１、Ｓｒ_２、Ｓｒ_３とし、各々の光出力のピーク波長をｆｒ_１、ｆｒ_２、ｆｒ_３とする。同様に、緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの各々の分光分布をＳｇ_１、Ｓｇ_２、Ｓｇ_３とし、各々の光出力のピーク波長をｆｇ_１、ｆｇ_２、ｆｇ_３とする。また、青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの各々の分光分布をＳｂ_１、Ｓｂ_２、Ｓｂ_３とし、各々の光出力のピーク波長をｆｂ_１、ｆｂ_２、ｆｂ_３とする。

赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃの各々は、常温時には、上述のようにデューティ比を互いに略同一としたＰＷＭ信号により点灯駆動されるので、それらの光出力が互いに略等しい。波長ｆｒ_２とｆｒ_３との間、及び波長ｆｒ_２とｆｒ_１との間は、例えば１０［ｎｍ］以下とする。緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ及び青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの各々においても、常温時における各ＬＥＤの光出力は互いに略等しい。

図７は、周辺雰囲気温度が常温であるときの青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの合成光の分光分布と、光センサ７の受光感度分布の一部との関係を示す。青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの合成光の分光分布Ｓｂは、青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの各々の分光分布Ｓｂ_１〜Ｓｂ_３を足し合わせて成る。また、図示された受光感度分布Ｆｂは、青色光透過フィルタ７３により調整された光検出素子７６の受光感度分布を示す。

青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの合成光出力のピーク波長は、光検出素子７６の受光感度が最大となる受光波長と略等しい。本実施形態においては、上記のピーク波長すなわち受光波長は、上述のｆｂ_１とも略等しい。ここで、常温における光出力のピーク値をＬｐとする。図示は省略するが、赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃの合成光出力のピーク波長は、光検出素子７４の受光感度が最大となる受光波長と略等しく、上述のｆｒ_１とも略等しい。また、緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの合成光出力のピーク波長は、光検出素子７５の受光感度が最大となる受光波長と略等しく、上述のｆｇ_１とも略等しい。

図８は、周辺雰囲気温度が常温よりも上昇したときの制御信号Ｓ１〜Ｓ３の信号波形を示す。このときの制御信号Ｓ１〜Ｓ３の信号波形は、周辺雰囲気温度の変化に拘らず、青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの合成光出力のピーク値及びピーク波長が変動しないようにデューティ比が制御されている。例えば、温度上昇時には、制御信号Ｓ１のデューティ比が常温時のデューティ比Ｄｐと略等しいＤｓ_１（Ｄｓ_１≒Ｄｐ）に設定され、制御信号Ｓ２のデューティ比が常温時のデューティ比Ｄｐよりも高いＤｓ_２（Ｄｓ_２＞Ｄｐ）に設定され、制御信号Ｓ３のデューティ比が常温時のデューティ比Ｄｐよりも低いＤｓ_３（Ｄｓ_３＜Ｄｐ）に設定される。温度下降時には、制御信号Ｓ２、Ｓ３は、上記とは逆に設定される。

図９は、周辺雰囲気温度が常温よりも上昇したときのＬＥＤ５の各々の分光分布を示す。温度上昇に伴い、温度特性に起因して常温時よりも長くなった赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃの各々の分光分布をＳｒ_１’、Ｓｒ_２’、Ｓｒ_３’とし、各々の光出力のピーク波長をｆｒ_１’、ｆｒ_２’、ｆｒ_３’とする。同様に、緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの各々の分光分布をＳｇ_１’、Ｓｇ_２’、Ｓｇ_３’とし、各々の光出力のピーク波長をｆｇ_１’、ｆｇ_２’、ｆｇ_３’とする。また、青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの各々の分光分布をＳｂ_１’、Ｓｂ_２’、Ｓｂ_３’とし、各々の光出力のピーク波長をｆｂ_１’、ｆｂ_２’、ｆｂ_３’とする。

赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃの各々は、温度上昇時には、上述の図８に示されるようにデューティ比が制御された制御信号Ｓ１〜Ｓ３により点灯駆動されるので、赤色ＬＥＤ２ａよりもピーク波長が短い赤色ＬＥＤ２ｂの光出力が増加し、上記ピーク波長よりも長い赤色ＬＥＤ２ｃの光出力が低減される。赤色ＬＥＤ２ａの光出力は常温時と略等しい。緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ及び青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの光出力も同様に制御される。

図１０は、周辺雰囲気温度が常温よりも上昇したときの青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの合成光の分光分布と、光センサ７の受光感度分布の一部との関係を示す。青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの合成光の分光分布Ｓｂ’は、青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの各々の分光分布Ｓｂ_１’〜Ｓｂ_３’を足し合わせて成る。また、図示された受光感度分布Ｆｂは、上述の図７と同様に、光検出素子７６の受光感度分布を示す。

青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの合成光出力のピーク波長は、周辺雰囲気温度の変化に拘らず略一定で、上述の波長ｆｂ_１とされ、光検出素子７６の受光感度が最大となる受光波長と略等しい。また、上記の合成光出力のピーク値も、周辺雰囲気温度の変化の影響に起因して変動せず、常温時のピーク値Ｌｐと略等しい。図示は省略するが、赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃの合成光出力及び緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの合成光出力の各々のピーク値及びピーク波長も、周辺雰囲気温度の変化に起因して変動することはない。

本実施形態によれば、赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃ、緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ、及び青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの各々において各ＬＥＤの光出力比が周辺雰囲気温度の変化に応じて制御され、各々の合成光出力すなわち各色の光出力のピーク値及びピーク波長は、周辺雰囲気温度の変化に拘らず略一定とされるので、各色の光出力の色度は温度変化に起因して変動しない。このため、それらを合わせて成る照明光の色度の、温度変化に起因する変動を抑制することができる。

また、各色の光出力のピーク波長は温度変化に拘わらず略一定であり、それらのピーク波長と略等しい受光波長で受光感度を最大とした光検出素子７４〜７６でもって各色の光が検出されるので、各色の光を高感度で検出することが可能になる。そして、各色の光出力のピーク値も、周辺雰囲気温度の変化に起因して変動しないように制御されるので、温度変化に拘らず各色の光出力の高精度な制御が可能となる。このため、光センサ７による照明光の三刺激値の検出結果を基に制御部９によりＬＥＤ５の光出力をフィードバック制御することで、照明光の色度及び演色性の高精度な制御が可能になる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、互いに光出力のピーク波長が異なるＬＥＤの種類は３種に限定されず、２種又は４種以上であってもよい。また、制御部９は、温度変化に拘らず赤色ＬＥＤ２ａ〜２ｃ、緑色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ、及び青色ＬＥＤ４ａ〜４ｃの各々の合成光出力すなわち合成光量が変動しないように、温度センサ８による検出結果に応じて各ＬＥＤの光出力比を制御するように構成されていても構わない。

本発明の一実施形態に係る発光ダイオード照明器具のブロック図。上記器具の光センサのブロック図。上記器具のＬＥＤの光出力ピーク波長と周辺雰囲気温度との関係を示す図。上記器具の複数の青色ＬＥＤ及びそれらの点灯回路の回路構成図。上記点灯回路に入力される信号波形図。上記器具の各色のＬＥＤの分光分布図。上記複数の青色ＬＥＤの合成光分布と光センサの受光感度分布の一部との関係を示す図。周辺雰囲気温度が上昇したときの上記信号波形図。周辺雰囲気温度が上昇したときの上記各色のＬＥＤの分光分布図。周辺雰囲気温度が上昇したときの上記複数の青色ＬＥＤの合成光分布と光センサの受光感度分布の一部との関係を示す図。

符号の説明

１発光ダイオード照明器具
２ａ〜２ｃ赤色ダイオード（第１、第２及び第３の発光ダイオード）
３ａ〜３ｃ緑色ダイオード（第１、第２及び第３の発光ダイオード）
４ａ〜４ｃ青色ダイオード（第１、第２及び第３の発光ダイオード）
８温度センサ
９制御部

Claims

第１の発光ダイオードと、
前記第１の発光ダイオードの発光色と略同一色で、且つ、該第１の発光ダイオードの光出力のピーク波長よりも短いピーク波長の光を出力する第２の発光ダイオードと、
前記第１の発光ダイオードの発光色と略同一色で、且つ、該第１の発光ダイオードの光出力のピーク波長よりも長いピーク波長の光を出力する第３の発光ダイオードと、
前記第１、第２及び第３の発光ダイオードの周辺雰囲気温度を検出する温度センサと、
前記温度センサによる検出結果に応じて、温度変化に拘らず前記第１、第２及び第３の発光ダイオードの合成光出力のピーク値及びピーク波長が変動しないようにそれらの光出力比を制御する制御部と、を備えることを特徴とする発光ダイオード照明器具。