JP2018182049A - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成が簡単で小型化が図れる、パルス変調出力電源からの電力入力によって発光色が変化する発光装置を提供する。
【解決手段】 発光装置は、電極端子と、電極端子の接続点から並列に接続された第１の回路および第２の回路を備え、第１の回路はコンデンサを有し、第１の回路と第２の回路はそれぞれ一つ以上の半導体発光素子を含む発光部を有し、第１の回路の発光部の発光色は第２の回路の発光部の発光色と異なり、第１の回路上のコンデンサと半導体発光素子は直列に接続し、コンデンサは抵抗を含む閉回路を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は発光装置に関し、より特定的にはパルス変調出力電源からの入力に応じて発光色の変化が可能な発光装置に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を始め、有機ＥＬ、無機ＥＬなどの半導体発光素子が開発され、発光効率の高さや長寿命であることから、照明などの用途に多く普及している。

一方で、従来光源、特に白熱電球やハロゲンランプなどは、入力電力の減少に応じて、発せられる白色光の色温度が低くなり、より黄味と赤味が増すという特徴を有する。この色の変化は心地良く、自然であると感じられるため、一般に好まれている。また、朝昼夜の時間帯やシーンに応じて照明の発光色を変えることも好まれている。

半導体発光素子を用いた発光装置においても、用途に応じて発光色の変化が求められているが、半導体発光素子は一般に入力電力に対して略一定の発光色を示す。そのため、例えばＬＥＤを用いた発光装置において発光色を調整する場合は通常、異なる発光色を発するＬＥＤを独立した回路で駆動させる必要がある。これは他の半導体発光素子についても同様である。

しかし、異なる発光色を発するＬＥＤを独立した回路で駆動させる手法は、発光装置の発光色を指定するための制御信号の入力を必要とし、それぞれの独立した回路に対する電流制御を行い、さらに必要な場合には発光装置の発する光を検知してフィードバック制御を行うなど、複雑な装置を必要とし、コストが高くなるという欠点がある。

一方で、このような問題を解決するために、例えば、特許第５７６３５５５号公報（特許文献１）において提案されているような、入力電流の平均の大きさを検出する要素を有し、トランジスタや高速のスイッチ等を用いた制御回路によって、並列に接続された２つの異なる発光色を有するＬＥＤグループに入力電流を分流し、発光装置の発光色を入力電流の大きさの関数として変化させるという発光装置も提案されている。かかる提案によれば、外部からの制御信号を必要とすることなく、電力入力ターミナルのみからの入力によって色変化を実現することができ、例えば調光時に白熱電球やハロゲンランプの発光色変化と同様の挙動を有するＬＥＤ発光装置を提供することができる。

また、入力電流の検出要素や分流をする複雑な回路を有さなくても、全体の発光色が入力電流の大きさによって変化する発光装置も既に提案されている。例えば特許第５８０７１９５号公報（特許文献２）において提案されている発光装置は、並列に接続された２つの異なる発光色を有するＬＥＤグループの一方に直列に抵抗を接続し、入力電流の大きさによってそれぞれのＬＥＤグループに流れる電流のバランスを変化させ、発光装置全体の光出力に応じて発光色を調整可能としている。入力電流の大きさの制御は一般的な可変電流電源を用いて行うことができる。

特許第５７６３５５５号公報 特許第５８０７１９５号公報

しかしながら、特許文献２の手法において使用される可変電流電源は、一般的に、定格出力電流値に対して１０％程度が出力可能範囲の下限となっているため、１０％未満の減光が求められる用途には不向きである。

これは、定格出力電流値に対して１０％以下の出力になると、出力電流が安定せず、点灯状態のちらつき、いわゆるフリッカーが発生するためである。

さらに、５％以下の出力が非常に低い領域では連続的な出力低下が不可能になり、出力が途切れることもある。

これらの懸念点に対応するためには、複雑な対策回路が必要となり、その結果、電源が非常に高価となる。

さらに、電流の制御には電源と接続する調光器も必要となるが、一般に多く使用されるトライアック調光において、電源と調光器の相性により、電源の調光器に対する電流出力特性が変化するため、所望の出力電流値や調光特性を安定的に得ることが難しい。また、トライアックは一般に４００Ｗまでが対応可能であり、大規模な施設で調光制御することには不向きである。

そのため、特に１０％以下の減光が必要な場合や大規模に調光を行う場合、光出力をより安定化させるためには、一般にパルス変調出力電源が多く用いられている。しかし、入力電流の大きさによって異なる発光色のＬＥＤグループに分流し、光出力に相関して発光色を変化させる特許文献２の手法はパルス変調出力電源には対応していない。

特許文献１に示される手法では、パルス変調出力電源からの入力に対応するためには、瞬時に平均入力電流の大きさを検出する要素、および入力電流の分流を行う制御回路を必要とし、部品点数が多く、煩雑であり、コストも高くなる。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成が簡単で小型化が図れる、パルス変調出力電源からの電力入力によって発光色が変化する発光装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の発光装置は、電極端子と、電極端子の接続点から並列に接続された第１の回路および第２の回路を備え、第１の回路はコンデンサを有し、第１の回路と第２の回路はそれぞれ一つ以上の半導体発光素子を含む発光部を有し、第１の回路の発光部の発光色は第２の回路の発光部の発光色と異なり、第１の回路上のコンデンサと半導体発光素子は直列に接続し、コンデンサは抵抗を含む閉回路を有することを特徴とする。

本発明の発光装置の一様態において、第１の回路は第２の回路と比べて駆動電圧が低いことを特徴とする。

本発明の発光装置の一様態において、第１の回路の駆動電圧は第２の回路の閾値電圧と比べて低いことを特徴とする。

本発明の発光装置の一様態において、閉回路の抵抗値は、第１の回路と第２の回路の駆動電圧の差を入力電流値で割った値よりも大きい値であることを特徴とする。

本発明の発光装置の一様態において、第１の回路の発光部と第２の回路の発光部は単一のパッケージ内に配置され、それぞれの発光部は所定の領域内にあることを特徴とする。

本発明の発光装置の一様態において、第1の回路は複数であり、それぞれ異なる発光色を有する発光部を備え、それぞれ異なる駆動電圧を有することを特徴とする。

本発明に係る照明装置は、パルス変調出力電源と、上記の発光装置を備える。

本発明の発光装置において、半導体発光素子は、ダイオード特性を有する発光体から適宜選択される。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ、無機ＥＬなどのいずれの形態の素子であっても良い。ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ系などの青色ＬＥＤやＧａＡｌＡｓ系などの赤色ＬＥＤなど、固有の発光色を発する種々のタイプのＬＥＤ素子が用いられる。一般に、半導体発光素子はパッケージ化され、パッケージの発光部を構成する一部となる。

本発明の発光装置に電力を入力するパルス変調出力電源とは、出力のＯＮとＯＦＦを高速で繰り返す電源であり、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し出力によって出力電力の調整を行うあらゆる種類の電源を意味し、パルス幅変調出力電源やパルス周期変調出力電源などがある。一般に出力ＯＮは矩形波のパルス出力であり、パルス幅変調出力電源はＯＮ／ＯＦＦの繰返し周期を変えずに出力ＯＮの時間を変える方式であり、パルス周期変調出力電源は出力ＯＮの時間が一定でＯＮ／ＯＦＦの繰り返し周期を変える方式である。出力の制御は、例えば、０−１０Ｖ信号もしくはＰＷＭ信号などが電源装置に入力され、パルス幅変調出力電源であれば出力ＯＮのパルス幅が制御されて行われる。

ＬＥＤなど半導体発光素子は時間応答に優れた発光素子であるため、出力ＯＮ／ＯＦＦに応答してパルス発光するが、通常パルス変調出力電源のＯＮ／ＯＦＦの繰り返しは１００Ｈｚ以上と非常に早く設定されており、人間の目にはパルス発光は視認されず、光出力は時間平均として視認される。

そのため、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し周期に対する出力ＯＮの時間比率（デューティー比）を変えることで、平均出力の大きさを制御することが可能である。つまり、出力ＯＮの時間比率が小さい場合は、人間の目にはＬＥＤからの光を暗く感じ、出力ＯＮの時間比率が大きい場合は、人間の目にはＬＥＤからの光を明るく感じる。出力が最大の時はＯＮの時間比率が最も大きく（デューティー比１００）、出力を下げるにしたがって、出力ＯＮの時間比率が小さくなり、ＯＮの時間比率が０（デューティー比０）となることによって、出力は０となる。また、一般にＯＮ時の出力は定電流もしくは定電圧であるため、より正確な出力値の制御が可能であり、かつ、０に近いデューティー比にも比較的容易に対応することが可能であるため、出力する電流値もしくは電圧値の大きさを制御する電源方式と比べて、一般に正確かつ広い調光レンジを得ることが可能である。

本発明の発光装置においては、出力は定電流出力であることが好ましい。第１の回路の駆動電圧および第２の回路の駆動電圧とは、パルス変調電源の出力ＯＮ時の電流をそれぞれの回路に流すために必要な電圧であり、ＬＥＤの直列数や種類および回路内の抵抗などによって決まる。特に記載の無い限り、第１の回路の駆動電圧とはコンデンサが放電された状態で出力ＯＮの電流を第１の回路に流した時の電圧とし、コンデンサに電荷が溜まるに従って、第１の回路の駆動電圧は上昇する。それぞれの駆動電圧は、半導体発光素子の電圧温度特性などにより、温度によっても変化するが、本発明においては第１の回路と第２の回路の駆動電圧の差が重要であり、第１の回路と第２の回路の駆動電圧の大小の関係は、実際に使用される温度環境においても維持さることが好ましい。本明細書では特に記載の無い場合、駆動電圧は室温でのパルス電流印加時の電圧とする。

なお、閾値電圧とは半導体発光素子などのダイオードへの順方向電圧印加に対して、電流が急激に上昇し始める電圧であり、例えば、第２の回路の閾値電圧とは、第２の回路上に直列に並んだ半導体発光素子などのダイオードの閾値電圧の合計となる。一般に、半導体発光素子は閾値電圧を超えて電流が流れ始めることで、発光し始める。

本発明によれば、構成が簡単で小型化が図れる、パルス変調出力電源からの電力入力によって発光色が変化する発光装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１に関わる発光装置の配線図である。 本発明の実施の形態１の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２に関わる発光装置の配線図である。 本発明の実施の形態２の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態３に関わる発光装置の配線図である。 入力電力のデューティー比と本発明の発光装置の発する発光色の色温度との関係を表すグラフである。 本発明の発光装置の発する光の相対光束と発光色の色温度との関係を表すグラフである。

以下、本発明の発光装置について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

（実施の形態１）
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る発光装置１００はパルス変調出力電源と電気的に接続する電極端子１０４、１０５の間で並列に分岐された、複数のＬＥＤパッケージＬＡ１〜ＬＡｍを有する第１の回路１１１と、第１の回路と発光色の異なる複数のＬＥＤパッケージＬＢ１〜ＬＢｎを有する第２の回路１１２を備える。第１の回路１１１はＬＥＤパッケージと直列に接続したコンデンサ１０２を有し、コンデンサ１０２は抵抗１０３を有する回路と閉回路を形成する。

ＬＥＤパッケージ群ＬＡ、ＬＢは１つ以上の任意の数で構成されて良いが、第１の回路１１１の駆動電圧は第２の回路１１２の駆動電圧よりも低くなるよう、各ＬＥＤパッケージの直列数は調整される。各ＬＥＤパッケージの駆動電圧が凡そ同じ場合、第１の回路１１１のＬＥＤパッケージの直列数は第２の回路１１２のＬＥＤパッケージの直列数よりも小さいことが好ましい。また、ＬＥＤパッケージの直列数が同数であっても、第１の回路１１１には駆動電圧の低い赤色などのＬＥＤ素子を用いたＬＥＤパッケージを用い、第２の回路１１２には駆動電圧の高い青色などのＬＥＤ素子を用いた白色のＬＥＤパッケージにより、第１の回路と第２の回路の駆動電圧差を調整しても良い。なお、ＬＥＤパッケージの直列数によらず、ダイオード部品や抵抗などで各回路の駆動電圧を調整しても良い。

また、第２の回路１１２の閾値電圧は、第１の回路１１１の駆動電圧よりも高いことが好ましく、出力ＯＮの初期において、入力電流が第１の回路１１１のみに流れることで、発光装置１００のより大きな色の変化が可能となる。

本発明の発光装置において、コンデンサ１０２が十分に放電されていれば、パルス変調出力電源の出力がＯＮとなった際、第１の回路１１１の駆動電圧が第２の回路１１２の閾値電圧よりも低ければ、入力電流は第１の回路１１１のみに流れる。しかし、コンデンサ１０２が直列に接続されているため、コンデンサに電荷が溜まると入力電流はコンデンサ１０２を通じて第１の回路１１１に流れなくなる。

このときコンデンサの電荷量とコンデンサと直列に接続された回路に流れる電流の関係は極めて単純化すれば次式によって一般に知られている。
Ｃ×ΔＶ = I×Δｔ
Ｃ：コンデンサ静電容量
ΔＶ：コンデンサの電圧上昇
Ｉ：電流
Δｔ：通電時間

上式に拠れば、第１の回路の駆動電圧は電流ＩをΔｔ時間通電後に以下のとおり上昇する。
ΔＶ＝I×Δt÷Ｃ
つまり、Δｔ時間以前は第１の回路１１１に入力電流が流れ、Δｔ時間後にΔＶが第１の回路１１１の駆動電圧と第２の回路１１２の閾値電圧の差と等しくなれば、以降の時間において入力電流は第２の回路１１２に流れ始めることとなる。また、ΔＶが第１の回路１１１の駆動電圧と第２の回路１１２の駆動電圧の差よりも大きくなれば、入力電流は抵抗１０３の閉回路を通じて第１の回路１１１に流れる電流以外は、第２の回路１１２に電流が流れることとなる。

なお、出力ＯＮ時から第２の回路１１２に電流が流れ始めるまでの時間は電源出力のＯＮ／ＯＦＦ周期よりも短い時間に調整されることが好ましく、この調整は第１の回路の駆動電圧と第２の回路の閾値電圧の差、パルス変調出力電源からの出力電流値、第１の回路に直列に接続されたコンデンサ１０２の静電容量、第１の回路の直列抵抗成分などを適宜選択することなどによって行われる。結果として、パルス変調出力電源の出力ＯＮ時間に応じて、第１の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＡのみ、もしくは第１の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＡの発光に続いて、第２の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＢが発光する。

また、コンデンサ１０２には抵抗１０３が並列に接続されているが、コンデンサ飽和時に入力電流が第２の回路１１２よりも抵抗１０３を通じて第１の回路１１１に多く流れないよう制限する抵抗値を有することが好ましく、発光装置のより大きい発光色の変化が可能となる。

一方、パルス変調出力電流がＯＦＦになると、ＯＦＦの間にコンデンサ１０２に溜まっていた電荷が抵抗１０３の接続された閉回路を通じて放電される。

コンデンサ１０２の電荷が放電された後、パルス変調出力電源が再びＯＮになれば、入力電流は再び第１の回路１１１に流れることとなる。

このように第１の回路上のコンデンサ１０２への充電と放電を繰り返すことによって、パルス変調出力電源からの入力電流は出力ＯＮ時に一定時間は第１の回路１１１のみに流れ、第１の回路上のコンデンサ１０２の充電後には第２の回路にも流れることをＯＦＦ時を介して繰り返す。第１の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＡによる発光と第２の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＢによる発光が出力ＯＮ時間内の短い時間で切り替わるため、発光装置１００からの光は、人の目にはＬＥＤパッケージ群ＬＡの光とＬＥＤパッケージ群ＬＢの光の混合光として認識される。

つまり、本発明の発光装置１００からの光出力は、ＬＥＤパッケージ群ＬＡの光出力とＬＥＤパッケージ群ＬＢの光出力の和が時間平均された値であり、本発明の発光装置１００の発光色は、ＬＥＤパッケージ群ＬＡの発光色とＬＥＤパッケージ群ＬＢの発光色がそれぞれの光出力と発光時間で重みづけされた混合色を示す。

出力ＯＮ時間が十分に短く、第２の回路に電流が流れない場合、発光装置１００からの光はＬＥＤパッケージ群ＬＡからの光出力のみが寄与する。

パルス変調出力電源の出力ＯＮ時間を徐々に長くすれば、第２の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＢからの光出力が寄与し始め、発光装置１００からの光出力は大きくなり、発光色は次第にＬＥＤパッケージ群ＬＢの発光色に近づくよう変化していく。

パルス変調出力電源からの出力電流値、出力ＯＮ時間やＯＮ／ＯＦＦ繰り返し周期などの変化に対する発光装置の発光色の変化の様相は、第１の回路１１１および第２の回路１１２の駆動電圧および閾値電圧、第１の回路上のコンデンサ１０２の静電容量、閉回路上の抵抗１０３の抵抗値などを適切に選択することにより調整される。

例えば、第１の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＡの発光色を色温度２０００ケルビンとし、第２の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＢの発光色を色温度３０００Ｋとして設定し、パルス変調出力電源からの入力電力を小さくすることで、発光装置の出射光の色温度を減光と併せて２０００Ｋに近づくよう変化させることも可能である。

これは、パルス変調出力電源を使った調光によっても、ＬＥＤによる発光装置が比較的簡易な機構によって、白熱電球ないしはハロゲンランプの色温度変化挙動を再現することができることを示す。

また、発光装置１００において、第１の回路と第２の回路上のＬＥＤパッケージを異なる色温度や演色性の組み合わせとし、異なる色変化の様相を提供することも可能である。

また、発光装置１００において、パッケージの個数や発光効率の選択により、第１の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＡからの光出力が第２の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＢからの光出力に比較して十分に小さければ、パルス変調出力電源の操作により調光した際に、低い入力電力領域での光出力変化率は高い入力電力領域での光出力変化率よりも緩やかになり、調光による明るさの変化が光出力の大きさに依存するダイナミックな調光が可能となるため、好ましい。

定電流電源もしくは定電圧電源もしくは交流電源からパルス変調出力に変換する回路は本発明の発光装置内に組み込まれていても良い。

または、ＬＥＤパッケージ群に変えて異なる発光色の発光装置を用い、コンデンサと抵抗を含む閉回路を駆動電圧の低い発光装置に接続し、同様の回路構成として、、パルス変調出力電源によって発光色の変化する照明装置としても良い。

（ＬＥＤパッケージ）
ＬＥＤパッケージＬＡ１〜ＬＡｍ、ＬＢ１〜ＬＢｎは、ＬＥＤ素子が搭載され、ＬＥＤ素子からの光を透光性樹脂などを介して発光部より発光する電子部品であり、ＬＥＤ素子からの光をそのまま変換せずに発する単色タイプ、ＬＥＤ素子からの光を蛍光体により変換するタイプなどがある。また、パッケージとして、チップスケールパッケージタイプ、表面実装タイプ、チップオンボード（ＣＯＢ）タイプ、等を問わない。照明用として使用される場合は、一般にＩｎＧａＮ系のＬＥＤ素子からの光の一部もしくは全部を蛍光体により変換し白色光とする、白色ＬＥＤパッケージが好ましく、それぞれのＬＥＤパッケージ群の発光色が異なるよう色味は適宜選択される。また、第１の回路上のＬＥＤパッケージ群に赤色ＬＥＤパッケージを使用することで、低い入力電力領域でより低い色温度の発光色を発することが可能となるため、好ましい。

第１の回路１１１と第２の回路１１２の駆動電圧が発光装置の色変化の特性に影響を与えるため、電圧値の選別されたＬＥＤパッケージを使用することが好ましい。

（第１の回路および第２の回路）
パルス変調出力電源からの過電流を制限する目的等で、第１の回路１１１上もしくは第２の回路１１２上に直列に抵抗などの保護素子が接続されても良い。

第１の回路１１１及び第２の回路１１２はそれぞれ複数であって、それぞれ並列に接続されて構成されていても良く、大電流に対応することが可能となる。

（第１の回路および第２の回路の発光部の発光色）
第１の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＡの発光色と第２の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＢの発光色はそれぞれ異なっており、同一回路内でのＬＥＤパッケージの発光色は発光装置としての色の均一性などの品質を確保するため、同じであることが好ましい。または、所望の発光色に応じて同一回路内で異なる発光色のＬＥＤパッケージから構成されても良い。

発光装置として均一な光を発するために、各ＬＥＤパッケージはそれぞれの回路の発光部からの光が十分に混ざり合うことができるよう近い距離、もしくは各発光色が等間隔に配置されることが好ましい。

もしくは、装置の発する光の方向を光出力の大きさによって変える等の特別な照明の演出を行うため、各ＬＥＤパッケージは敢えて混ざり合わない位置に配置されることも可能である。

（コンデンサ）
コンデンサ１０２は電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、電気二重層コンデンサなどあらゆる種類のコンデンサを用いることができる。

コンデンサの静電容量は、例えば０．１ｕＦ以上であることが好ましい。

コンデンサの静電容量が発光装置の色変化の特性に影響を与えるため、コンデンサは静電容量にバラツキの少ないもの、もしくは選別されたものを使用することが好ましい。

（抵抗）
抵抗１０３は抵抗素子もしくは配線抵抗により形成される。

抵抗１０３は出力ＯＦＦ時にコンデンサ１０２に溜まった電荷を放電するための閉回路上に接続されているが、コンデンサ１０２充電後には第２の回路１１２に電流が流れるようにするため、抵抗１０３は第２の回路１１２と第１の回路１１１の駆動電圧の差を入力電流値で割った値よりも大きい抵抗値を有することが好ましい。コンデンサ１０２充電後に第２の回路１１２に電流が流れることで、第１の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＡと第２の回路上のＬＥＤパッケージ群ＬＢの発光の混合により、発光装置１００の色変化を実現することができる。

抵抗１０３の値が発光装置１００の色変化の特性に影響を与えるため、抵抗１０３は抵抗値にバラツキの少ないもの、もしくは選別して使用することが好ましい。

抵抗１０３以外にも、インダクタやサーミスタ、ダイオード等他の抵抗を有する電気部品を使用しても良いし、抵抗と併用しても良い。

配線抵抗は、酸化ルテニウムなどの抵抗体を印刷するなどにより形成されることが好ましい。さらに、レーザートリミングによって抵抗値を精度よく調整することが、より好ましい。

配線抵抗上にコンデンサ１０２を実装することで、実装スペースの削減が可能となる。このことはさらに、通電による温度上昇時に抵抗の発熱によってコンデンサの静電容量減少をもたらし、入力電力の高い領域において、第２の回路１１２へ電流が流れる時間比率をより大きくすることが可能となる。

コンデンサ１０２に対する閉回路の抵抗１０３は可変であっても良く、それによって調光時に色の変化するポイントを調整することができる。

抵抗１０３を有する閉回路は、非通電時にコンデンサ１０２の電荷を放電することができれば良く、例えば、図２のような配置も可能である。回路設計を適切にすることによって照明装置の設計最適化を実現することができる。

また、コンデンサ１０２および抵抗１０３を含む閉回路は第１の回路１１１上のいずれの位置にあっても良く、カソード側、アノード側、ＬＥＤパッケージ配列間など問わない。

（実施の形態２）
図３に示すように、本発明の実施の形態２に係る発光装置３００は基板３０１上にパルス変調出力電源と電気的に接続する電極端子３０４、３０５を有し、電極端子３０４，３０５から並列に分岐されたＬＥＤ素子Ｄ１〜Ｄ４を有する第１の回路３１１とＬＥＤ素子Ｄ５〜Ｄ１０を有する第２の回路３１２を備えたＣＯＢタイプのパッケージによる発光装置である。駆動電圧の低い第１の回路３１１上には直列にコンデンサ３０２が接続されており、さらにコンデンサと閉回路を形成するように抵抗３０３が接続されている。第１の回路３１１上のＬＥＤ素子Ｄ１〜Ｄ４は発光部３２１内に配置され、第２の回路３１２上のＬＥＤ素子Ｄ５〜Ｄ１０は発光部３２２内に配置される。

（ＬＥＤ素子）
ＬＥＤ素子Ｄは、アノード用電極パッドとカソード用電極パッドを有し、ワイヤーもしくはバンプおよび基板上の回路パターンを介して、それぞれの回路が最適な電圧を有するようにＬＥＤ素子同士が接続されている。

発光部の発光色が白色である場合は、青色領域（波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の領域）にピーク発光波長の存在するＩｎＧａＮ系のＬＥＤ素子を使用することが好ましい。また、ＬＥＤの発光色をそのまま発光部の発光色とする場合は、ＧａＡｌＡｓやＧａＰ、ＩｎＧａＮなどＬＥＤ素子、もしくはその組み合わせが用いられる。各回路の駆動電圧の制御のために、予め電圧のソーティングされたＬＥＤ素子を用いることが好ましい。

第１の回路と第２の回路は同じＬＥＤ素子が使用される場合、１チップあたりの駆動電圧が同じであるため、ＬＥＤ素子配列数の違いによって、例えば第１の回路を４直列とし、第２の回路を６直列として、第１の回路よりも第２の回路の駆動電圧が高くなるようにする。駆動電圧の調整のために、それぞれの回路にダイオード部品や抵抗などを接続しても良い。

もしくは、第１の回路上のＬＥＤ素子の一部もしくは全てにＧａＡｌＡｓ系やＧａＰ系などの駆動電圧の低いＬＥＤ素子を用い、第２の回路のＬＥＤ素子をＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤを用いることで、ＬＥＤ素子数が同じ場合でも、第１の回路と第２の回路に駆動電圧差を設けることができる。さらに、赤色ＬＥＤ素子を用いることで、より色温度の低い発光色を実現することが容易となる。

（基板）
ＬＥＤ素子が実装される基板３０１は光反射率が高く、放熱性の高い材料であることが好ましく、アルミナセラミックやアルミニウムなどが用いられ、ＬＥＤ素子などの部品実装や電極のための配線パターンが形成されている。

第１の回路３１１と第２の回路３１２は同じ基板上にあることが好ましく、またコンデンサ３０２や抵抗３０３等の部品も同じ基板に実装される所謂チップオンボードタイプであれば、取り扱いが容易であり好ましい。

蛍光体を含んだ樹脂で第１の回路の発光部３２１と第２の回路の発光部３２２を形成する際に、所望の色温度となっているかを確認するため、それぞれの回路に測定用の端子を設けている基板パターンであることが好ましい。

また、コンデンサ３０２や抵抗３０３が設計値通りの値であることを確認するために、それぞれの特性を測定することができる測定用の端子を設けている基板パターンであることが好ましい。

なお、裏面に電極端子を有する表面実装タイプのパッケージを用いて、パッケージ内の実装部にＬＥＤ素子やコンデンサ、抵抗などの部品が実装され、第１の回路と第２の回路が同様に構成されても良い。

（発光部）
発光部３２１、３２２は樹脂ダムに囲われ、透光性樹脂によって覆われており、透光性樹脂の内側にＬＥＤ素子が配置されている。白色光の発光が所望される場合は蛍光体を含んだ透光性樹脂によって青色ＬＥＤ素子が覆われており、青色ＬＥＤ素子から放射された一次光の一部が蛍光体によって緑色から赤色にスペクトル成分を有する光に変換される。好適には、第１の回路の発光部３２１と第２の回路上３２２の発光部が所望する特性となるように蛍光体の混合比率が設定されることが好ましい。

発光部３２１、３２２を形成する透光性樹脂は、透光性を有する樹脂であれば限定されない。例えば、優れた耐熱性を有するシリコーン樹脂などであることが好ましい。

樹脂ダムは発光部を覆う透光性樹脂を堰き止めるための樹脂であり、透明や白色などの光を吸収しにくい材質であることが好ましい。樹脂ダムによって、第１の回路の発光部３２１と第２の回路の発光部３２２を形成する樹脂を所定の領域内に収めることが容易となる。なお、コンデンサ３０２や抵抗３０３などの部品は発光部の透光性樹脂内もしくは樹脂ダムの下に配置されていても良い。

なお、発光部３２１内に配置されるＬＥＤ素子Ｄ１〜Ｄ４と発光部３２２内に配置されるＬＥＤ素子Ｄ５〜Ｄ１０の種類が異なることなどにより、ＬＥＤ素子Ｄ１〜４とＬＥＤ素子Ｄ５〜Ｄ１０の発光色が異なるのであれば、発光部３２１、３２２を均一の透光性樹脂で覆っても、発光部３２１と発光部３２２の発光色は異なることが可能となる。この場合、発光部３２１、３２２は必ずしも領域や蛍光体の色など外観上で区別されていなくても良く、第１の回路と第２の回路のＬＥＤ素子Ｄ１〜Ｄ１０が近接して配置されて、均一の透光性樹脂で覆われた一つの領域を形成している場合など、第１の回路の発光部と第２の回路の発光部は、一部または全体において、共有されていても良い。

また、発光部３２１、３２２はそれぞれ異なる発光色を有する複数のサブ発光領域を有しても良く、例えば、発光部は異なる蛍光体の混合比率を有する複数のサブ発光領域により構成されていても良い。

なお、第１の回路の発光部３２１と第２の回路の発光部３２２は任意の形状を取り得るが、例えば、第１の回路の発光部３２１と第２の回路の発光部３２２が所定の領域内で隣接し、一つの光源を形成しても良い。より好適には、図４に示す発光装置４００の発光部４２１、４２２がドーナツ形状となる配置や図５に示す発光装置５００の発光部５２１、５２２が鏡対称となる配置のように、発光部の発光色が回転対称に配置されることで、光学部品によって照明器具の発光パターンをより均一にすることが容易となる。

発光装置４００、５００において、第１の回路と第２の回路のいずれが中央側にあっても良い。発光装置５００の外側の回路を有する２つの発光部５２２は同一の発光色であることが好ましく、チップも鏡対称にかつ等間隔に配置されることで、発光装置全体としてより均一な光を発することができるため、好ましい。

（実施の形態３）
図６に示すように、本発明の実施の形態３に係る発光装置６００はパルス変調出力電源と電気的に接続する電極端子６０４、６０５を有し、電極端子６０４、６０５より並列に分岐されたＬＥＤパッケージ群６ＬＡを有する第１Ａの回路６１１Ａと、ＬＥＤパッケージ群６ＬＡとは異なる発光色を発するＬＥＤパッケージ群６ＬＢを有する第１Ｂの回路６１１Ｂと、ＬＥＤパッケージ群６ＬＡ、６ＬＢとは異なる発光色を発するＬＥＤパッケージ群６ＬＣを有する第２の回路６１２と、を含み、第１Ａおよび第１Ｂの回路６１１Ａ、６１１Ｂにはそれぞれ直列にコンデンサ６０２Ａ、６０２Ｂが接続されている。第１Ａおよび第１Ｂの回路６１１Ａ、６１１Ｂの駆動電圧は第２の回路６１２の閾値電圧と比べて低く、さらに第１Ａの回路６１１Ａの駆動電圧は第１Ｂの回路６１１Ｂの閾値電圧よりも低い。それぞれのコンデンサ６０２Ａ、６０２Ｂには、閉回路を形成するように抵抗６０３Ａ、６０３Ｂが接続されている。

なお、各回路の発光部は実施の形態２のように基板上にＬＥＤ素子が実装され、蛍光体を含む樹脂により封止されて形成されても良い。

それぞれのコンデンサが放電された状態において、発光装置６００にパルス変調出力電源から通電された際、第１Ａの回路６１１Ａは他の回路の閾値電圧よりも駆動電圧が低いため、入力電流は第１Ａの回路に流れる。この際、発光装置６００の発光色は第１Ａの回路上のＬＥＤパッケージ群６ＬＡが有する発光色となる。

コンデンサ６０２Ａが第１Ａの回路６１１Ａに直列に接続されているため、コンデンサ６０２Ａに電荷が溜まると、電流を流すためには第１Ａの回路にかかる電圧が上がることとなる。

さらに電流が流れ続ければ、第１Ａの回路６１１Ａにかかる電圧が第１Ｂの回路６１１Ｂの閾値電圧がよりも高くなり、入力電流は第１Ｂの回路６１１Ｂに流れ始め、次第に発光装置６００の発光色は第１Ｂの回路上のＬＥＤパッケージ群６ＬＢの発光色に近くなる。

同様に、コンデンサ６０２Ｂが第１Ｂの回路６１１Ｂに直列に接続されているため、コンデンサ６０２Ｂに電荷が溜まると、電流を流すためには第１Ｂの回路６１１Ｂにかかる電圧が上がることとなる。

さらに電流が流れ続ければ、第１Ａおよび第１Ｂの回路６１１Ａ、６１１Ｂにかかる電圧が第２の回路６１２の閾値電圧がよりも高くなり、入力電流は第２の回路６１２に流れ始め、次第に発光装置６００の発光色は第２の回路上のＬＥＤパッケージ群６ＬＣの発光色が支配的となる。

十分に短いパルス駆動の発光において人間の目が感じる光は、時間平均されるため、実際は各回路の発光の混合色が発光装置の発光色として認識される。

各回路のＬＥＤパッケージ群の発光色を適切に設定すれば、ｘｙ色度図上で色度点が曲線を描くような色変化を実現することが可能となる。

さらに、第１Ａおよび第１Ｂのみでなく、さらにコンデンサが直列に接続された発光部を有する回路を増やしていけば、より自在な色度点変化を実現することも可能となる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものでは無く、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

実施例では、実施の形態２と同様の構成の発光装置を用いて試験を行った。基板はセラミック基板を用い、セラミック基板上に電極および配線パターンが形成されている。

ＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子がセラミック基板上に実装され、第１の回路および第２の回路を形成するように金属ワイヤーで電気的に接続し、第１の回路のＬＥＤ素子は４直列に接続され、第２の回路のＬＥＤ素子は６直列に接続されている。第１の回路の発光部が発する光の色温度が２０００Ｋ、第２の回路の発光部が発する光の色温度が３０００Ｋとなるように、それぞれの回路上の青色ＬＥＤ素子は緑色蛍光体および赤色蛍光体を含んだシリコーン樹脂で封止されている。

第１の回路に直列に接続するコンデンサは１００μＦであり、コンデンサとの閉回路には７５Ωの抵抗を用いた。

出力電流３５０ｍＡ、ＯＮ／ＯＦＦ繰り返し周期２４０Ｈｚのパルス幅変調出力電源を入力電源として用い、電源出力デューティー比と発光装置の発する光の色温度との関係を調べた。この際、第１の回路の駆動電圧は１２．５Ｖであり、第２の回路の駆動電圧は１８．８Ｖであった。

デューティー比が５％の時の発光装置の発する光の色温度は２０００Ｋであり、デューティー比が２０％の時の発光装置の発する光の色温度は２５００Ｋであり、デューティー比が５０％の時の発光装置の発する光の色温度は２７００Ｋであり、デューティー比が１００％の時の発光装置の発する光の色温度は２８５０Ｋであった。

図７は、デューティー比に対して発光装置の発する光の色温度の変化を示すグラフである。図８は、発光装置の発する相対光束と色温度の関係を示すグラフである。パルス幅変調出力電源からの電力入力に応じて色温度が変化し、白熱電球ないしはハロゲンランプの色温度変化挙動と同様に光出力が減少すると色温度が低くなるように変化することが分かる。

１００，２００，３００，４００，５００，６００ 発光装置
３０１，４０１，５０１ 基板
１０２，３０２，４０２，５０２，６０２Ａ，６０２Ｂ コンデンサ
１０３，３０３，４０３，５０３，６０３Ａ，６０３Ｂ 抵抗
１０４，３０４，４０４，５０４，６０４ アノード用電極端子
１０５，３０５，４０５，５０５，６０５ カソード用電極端子
１１１，３１１，４１１，５１１，６１１Ａ，６１１Ｂ 第１の回路
１１２，３１２，４１２，５１２，６１２ 第２の回路
３２１，４２１，５２１ 第１の回路の発光部
３２２，４２２，５２２ 第２の回路の発光部
ＬＡ１〜ＬＡＭ，ＬＢ１〜ＬＢＮ ＬＥＤパッケージ
ＬＡ，ＬＢ，６ＬＡ，６ＬＢ，６ＬＣ ＬＥＤパッケージ群
Ｄ１〜Ｄ１０，Ｄ ＬＥＤ素子

Claims (7)

1. 電極端子と、
   前記電極端子の接続点から並列に接続された第１の回路および第２の回路を備え、
   前記第１の回路はコンデンサを有し、
   前記第１の回路と前記第２の回路はそれぞれ一つ以上の半導体発光素子を含む発光部を有し、
   前記第１の回路の発光部の発光色は前記第２の回路の発光部の発光色と異なり、
   前記第１の回路上の前記コンデンサと前記半導体発光素子は直列に接続し、
   前記コンデンサは抵抗を含む閉回路を有することを特徴とする、発光装置。
2. 前記第１の回路は前記第２の回路と比べて駆動電圧が低いことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の回路の駆動電圧は前記第２の回路の閾値電圧と比べて低いことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
4. 前記閉回路の抵抗値は、前記第１の回路と前記第２の回路の駆動電圧の差を入力電流値で割った値よりも大きい値であることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
5. 前記第１の回路の発光部と前記第２の回路の発光部は単一のパッケージ内に配置され、
   前記それぞれの発光部は所定の領域内にあることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
6. 前記第1の回路は複数であり、
   それぞれ異なる発光色を有する発光部を備え、
   それぞれ異なる駆動電圧を有することを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
7. パルス変調出力電源と、
   請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の発光装置を備えた照明装置。
   
   

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