JP2002324685A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、照明光の色度と輝度とを調整する
ことができる照明装置に関する。 【解決手段】 本発明にかかる照明装置は、発光ダイオ
ードに供給する電流のレベルを電流値制御回路１２およ
びＬＥＤ駆動用電流源１１で制御し、発光ダイオードに
供給する電流のオン時間とオフ時間との比率をスイッチ
１４、デューティ比制御回路１６およびＰＷＭ発生回路
１３で制御する。このように制御された電流を発光ダイ
オードに供給することによって得た光で蛍光体を発光さ
せるので、白色ＬＥＤ１５からの照明光は、色度と光度
とが安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、白色ＬＥＤを備え
る照明装置に関し、特に、照明光の色度と輝度とを調整
することができる照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラ、電子スチルカメラおよび
ノート型コンピュータなどの表示装置として、バックラ
イトを搭載した液晶表示装置がよく利用されている。バ
ックライトとしては、蛍光管光源が利用されているが、
高電圧電源を必要とし、取り扱いが容易ではない。そこ
で、青色の発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と略記す
る。）から射出される青色でＹＡＧ系の蛍光体を発光さ
せて白色光を得る白色ＬＥＤが光源として利用されつつ
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、白色ＬＥＤ
は、光度と色度とがＬＥＤの順電流に依存するため、所
定の光度を得ようとして順電流値を大きくすると、これ
にともない色度が変化してしまうという問題がある。特
に、白色ＬＥＤを液晶表示装置のバックライトとして利
用する場合、輝度および色度ともに安定した白色光を得
る必要があり、重大な問題となる。

【０００４】なお、光度は、光源を点光源とする点で、
面積を考慮する輝度と異なる。

【０００５】そこで、本発明は、電流のレベルおよび電
流のオン時間とオフ時間との比率を相互に調整すること
で、色度と光度とを制御することができる白色ＬＥＤの
照明装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の照明装置は、発
光ダイオードからの光で蛍光体を発光させ照明光を得る
光源と、前記発光ダイオードに供給する電流のレベルを
制御するレベル制御手段と、前記発光ダイオードに供給
する電流のオン時間とオフ時間との比率を制御するデュ
ーティ比制御手段とを備えて構成される。

【０００７】このような照明装置は、光源の順電流−色
度図特性および順電流−相対光度特性に合わせて、順電
流の電流レベルと、電流を光源に流す時間的な割合を制
御することができるので、光度と色度とに関して安定的
な照明光を得ることができる。

【０００８】そして、本発明では、上述の照明装置にお
いて、前記発光ダイオードの温度変化を検出する温度検
出手段をさらに備え、前記レベル制御手段は、前記温度
検出手段の検出結果に基づいて、温度変化前の色度とな
るように前記レベルを制御するとともに、前記デューテ
ィ比制御手段は、光度変化前の光度となるように前記比
率を制御することで構成してもよい。

【０００９】このような照明装置は、光源の周囲温度−
色度図特性をさらに考慮して、順電流の電流レベルおよ
び通電時間割合を調整するでの、環境温度の変化に対し
ても色度と光度とに関して安定的な照明光を得ることが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の
符号は、同一の構成であることを示す。

【００１１】（第１の実施形態）図１は、第１の実施形
態の照明装置の構成を示すブロック図である。

【００１２】図１において、第１の実施形態の照明装置
は、ＬＥＤ駆動用電流源１１、電流値制御回路１２、パ
ルス変調発生回路（以下、「ＰＷＭ発生回路」と略記す
る。）１３、スイッチ１４、白色ＬＥＤ１５およびデュ
ーティ比制御回路１６を備えて構成される。

【００１３】ＬＥＤ駆動用電流源１１は、電流値制御回
路１２によって設定された電流レベルの電流をスイッチ
１４を介して、白色ＬＥＤ１５に供給する。

【００１４】スイッチ１４のオン／オフ（入り／切り）
は、ＰＷＭ発生回路１３からの信号によって制御され、
そのオン時間（オフ時間）は、ＰＷＭのパルス幅によっ
て制御される。そして、ＰＷＭのパルス幅は、デューテ
ィ比制御回路１６によって制御される。

【００１５】白色ＬＥＤは、駆動電流によって青色を発
光する青色ＬＥＤと、青色を黄色に変換するＹＡＧ（yt
trium-aluminum-garnet）系の蛍光体とから構成され、
蛍光体が青色ＬＥＤからの青色で蛍光発光することで白
色光を射出する。

【００１６】このような照明装置の動作について、色度
と光度との調整方法に関し次に説明する。

【００１７】図２は、白色ＬＥＤの順電流−色度図特性
の一例を示す図である。

【００１８】図３は、白色ＬＥＤの順電流−相対光度特
性の一例を示す図である。

【００１９】なお、これらの図は、後述の図７も含めて
白色ＬＥＤであるＮＳＣＷ１００（日亜化学工業株式会
社）の特性である。

【００２０】図２に示すように、白色ＬＥＤ１５の色度
は、室温（２５℃）の下で、順電流値の変化に応じて変
化する。すなわち、順電流値が、５ｍＡ、１０ｍＡ、２
０ｍＡ、３０ｍＡと変化するに従って、色度は、色度図
上、約（０．３１４，０．３３５）、約（０．３１２，
０．３２８）、約（０．３１，０．３２）、約（０．３
０７，０．３１４）と変化する。

【００２１】一方、図３に示すように、白色ＬＥＤ１５
の光度は、室温（２５℃）の下で、順電流値の変化に応
じて変化する。すなわち、順電流値が、２０ｍＡ、４０
ｍＡ、６０ｍＡ、８０ｍＡ、１００ｍＡと変化するに従
って、光度は、相対光度図上、約１．０、約１．７５、
約２．３５、約２．７５、約３．２５と変化する。

【００２２】そこで、照明装置は、所定の色度となるよ
うに電流値設定回路１２でＬＥＤ駆動用電流源１１の電
流レベルを調整する。そして、この調整された電流レベ
ルの電流が一定時間中に白色ＬＥＤ１５に流れるオン時
間をデューティ比制御回路１６、ＰＷＭ発生回路１３お
よびスイッチ１４が調整することによって、照明装置
は、所定の光度が得られる。すなわち、スイッチ１４の
オン時間をＰＷＭ発生回路１３から供給されるＰＷＭの
パルス幅と相関させ、ＰＷＭのパルス幅は、デューティ
比制御回路１６で調整される。これによって、スイッチ
１４のオン状態の時間だけ、所定電流レベルの電流がＬ
ＥＤ駆動用電流源１１からスイッチ１４を介して白色Ｌ
ＥＤ１５に供給され、ＰＷＭのパルスに合わせて発光・
消光を繰り返すことになるので、白色ＬＥＤ１５は、所
定の光度が得られることになる。

【００２３】ここで、所定の光度において、最も明るい
場合は、駆動電流がＰＷＭのパルスではなく連続オン状
態となった場合であり、所定の色度に応じた電流値から
与えられる相対光度となる。一方、最も暗い場合は、駆
動電流がＰＷＭのパルスではなく連続オフ状態となった
場合であり、相対光度０である。

【００２４】次に、本発明に係る照明装置について、よ
り具体的な回路の一例を示して説明する。

【００２５】図４は、照明装置の回路例である。

【００２６】図４において、照明装置は、トランジスタ
（以下、「Ｔｒ」と略記する。）２１、２２、２４、２
８、白色ＬＥＤ１５、抵抗器２７、３１、３２、可変抵
抗器２５、３０、ノコギリ波発生回路２６およびオペア
ンプ２９を備えて構成される。

【００２７】Ｔｒ２１、２２の各エミッタ端子は、それ
ぞれ各抵抗器３１、３２を介して電源Ｖｃｃに接続さ
れ、各ベース端子は、互いに接続される。Ｔｒ２１のコ
レクタ端子は、白色ＬＥＤ１５を介して接地され、Ｔｒ
２２のコレクタ端子は、Ｔｒ２４のコレクタ端子に接続
される。さらに、Ｔｒ２２のコレクタ端子とベース端子
とは、互いに接続されている。このようにＴｒ２１、２
２は、カレントミラ回路を構成し、白色ＬＥＤ１５の電
流源である。

【００２８】Ｔｒ２４のエミッタ端子は、抵抗２７を介
して接地され、ベース端子は、Ｔｒ２８のコレクタ端子
および可変抵抗器２５の端子ｂに接続される。可変抵抗
器２５の端子ａは、電源Ｖｃｃに接続され、端子ｃは、
接地される。可変抵抗器２５、３０は、ボリュームを回
転させることによって端子ａ−端子ｂ間の抵抗値Ｒabと
端子ｂ−端子ｃ間の抵抗値Ｒbcとの比率を変更すること
ができる。

【００２９】Ｔｒ２４、抵抗器２７および可変抵抗器２
５は、Ｖ−Ｉ変換回路を構成し、可変抵抗器２５によっ
て白色ＬＥＤ１５に供給される電流レベルが調整され
る。

【００３０】Ｔｒ２８のエミッタ端子は、接地され、ベ
ース端子は、オペアンプ２９の出力に接続される。Ｔｒ
２８は、電子スイッチを構成する。

【００３１】オペアンプ２９（オペアンプ）の反転入力
（−）は、可変抵抗器３０の端子ｂに接続され、オペア
ンプ２９の非反転入力（＋）は、ノコギリ波発生回路２
６の出力に接続され、ノコギリ波状の電圧が印加され
る。オペアンプ２９は、反転入力（−）に印加される電
圧値Ｖ（−）と非反転入力（＋）に印加される電圧値Ｖ
（＋）とを比較し、電圧値Ｖ（＋）が電圧値Ｖ（−）よ
り大きい場合にＴｒ２８をオンする信号を出力する。す
なわち、オペアンプ２９は、コンパレータである。

【００３２】可変抵抗器３０の端子ａは、電源Ｖｃｃに
接続され、端子ｃは、接地される。

【００３３】ノコギリ波発生回路２６、オペアンプ２９
および可変抵抗器３０は、可変抵抗器３０の端子ｂと端
子ｃとの間の抵抗値を変えることによって反転入力
（−）に印加される電圧値が変わり、白色ＬＥＤ１５に
供給される電流のオン時間（オフ時間）が可変抵抗器３
０によって調整される。

【００３４】図５は、照明装置の波形図である。

【００３５】図５ＡおよびＤは、オペアンプ２９の非反
転入力（＋）に印加される電圧波形（ノコギリ波）と反
転入力（−）に印加される電圧波形（フラット）とを示
し、図５ＡとＤとでは、反転入力（−）に印加される電
圧レベルが異なる。図５Ｂは、図５Ａの場合におけるオ
ペアンプ２９の出力電圧波形を示し、図５Ｅは、図５Ｄ
の場合におけるオペアンプ２９の出力電圧波形を示す。
そして、図５Ｃは、図５Ａの場合における白色ＬＥＤ１
５に供給される電流波形を示し、図５Ｆは、図５Ｄの場
合における白色ＬＥＤ１５に供給される電流波形を示
す。

【００３６】図５Ａに示すように、非反転入力（＋）に
ノコギリ波発生回路２６からのノコギリ波状の電圧が印
加され、反転入力（−）に可変抵抗器３０によって調整
された電圧レベルの電圧が印加されると、オペアンプ２
９は、非反転入力（＋）の電圧値Ｖ（＋）と反転入力
（−）の電圧値Ｖ（−）とを比較し、比較の結果、電圧
値Ｖ（＋）が反転入力（−）の電圧値Ｖ（−）より大き
い場合に信号を出力する。

【００３７】したがって、図５Ｂに示すようにオペアン
プ２９の出力は、所定のデューティ比のパルス波にな
り、このパルス波状の電圧がＴｒ２８のベース端子に印
加される。Ｔｒ２８は、パルス波のオン時間（所定の電
圧レベルの期間）にオン状態となり、コレクタ端子とエ
ミッタ端子間の電圧がほぼゼロレベルとなる。これによ
って、Ｔｒ２４は、オフ状態となり、カレントミラ回路
をオフ状態にするので、白色ＬＥＤ１５には電流が供給
されない状態となり、消灯状態となる。一方、Ｔｒ２８
は、パルス波のオフ時間（ほぼゼロ電圧レベルの期間）
にオフ状態となり、コレクタ端子とエミッタ端子との間
が開放状態となる。これによって、Ｔｒ２４は、可変抵
抗器２５によって所定値の電圧が印加されることにな
り、オン状態となる。このため、カレントミラ回路は、
オン状態となるので、白色ＬＥＤ１５に所定値の電流が
供給され、発光状態となる。

【００３８】ここで、白色ＬＥＤ１５に供給される電流
値ｉaは、Ｔｒ２４のコレクタ端子とエミッタ端子との
間に流れる電流値に依存するので、結局、可変抵抗器２
５の端子ｂと端子ｃとの間の抵抗値によって決まること
になる。

【００３９】さらに、可変抵抗器３０の端子ｂと端子ｃ
との間の抵抗値とを変えることによって、反転入力
（−）に印加される電圧レベルが変更される。このた
め、電圧値Ｖ（＋）が反転入力（−）の電圧値Ｖ（−）
より大きくなる期間が変更されるので、オペアンプ２９
から出力されるパルス幅が変更され、結局、白色ＬＥＤ
１５に供給される電流の供給時間が変わることになる。

【００４０】なお、図５Ｄ、Ｅ、Ｆは、図５Ａに示す場
合よりも電圧値Ｖ（−）が大きい場合であり、図５Ｆに
示すように、図５Ｃに示す場合よりも白色ＬＥＤ１５に
供給される電流の供給時間が長くなる。そして、図示し
ないが、図５Ａに示す場合よりも電圧値Ｖ（−）を小さ
くすると、図５Ｃに示す場合よりも白色ＬＥＤ１５に供
給される電流の供給時間は短くなる。

【００４１】したがって、可変抵抗器２５を調整するこ
とによって白色ＬＥＤ１５の駆動電流のレベルが変更さ
れるから、これによって図２を用いて説明したように、
色度が調整される。そして、可変抵抗器３０を調整する
ことによって白色ＬＥＤ１５の一定時間中における発光
時間が変更されるから、これによって白色ＬＥＤ１５の
光度が調整される。

【００４２】（第２の実施形態）第２の実施形態は、環
境温度の変化に対しても、色度および光度を所定の状態
に維持する照明装置である。

【００４３】図６は、第２の実施形態の照明装置の構成
を示すブロック図である。

【００４４】図６において、第２の実施形態の照明装置
は、ＬＥＤ駆動用電流源１１、電流値制御回路４１、Ｐ
ＷＭ発生回路１３、スイッチ１４、白色ＬＥＤ１５、デ
ューティ比制御回路４２および温度検出回路４３を備え
て構成される。

【００４５】図１に示す照明装置との相違点のみを説明
すると、第２の実施形態の照明装置は、白色ＬＥＤ１５
の温度を検出する温度検出回路４３を備え、温度検出回
路４３は、検出された温度に対応する信号を電流値制御
回路４１およびディーティ比制御回路４２に出力する。
温度検出回路４３は、例えば、サーミスタを備えて構成
される。

【００４６】電流値制御回路４１は、白色ＬＥＤ１５が
所定の色度となるように ＬＥＤ駆動用電流源１１の電
流値を設定し、白色ＬＥＤ１５の温度が変化した場合に
は、所定の色度に戻るようにＬＥＤ駆動用電流源１１の
電流値を温度検出回路４３の出力信号に対応して再設定
する。

【００４７】図７に白色ＬＥＤ１５の周囲温度−色度図
特性の一例を示す。図７に示すように、白色ＬＥＤ１５
の色度は、電流値２０ｍＡの下で、温度の変化に応じて
変化する。すなわち、温度が、−３０℃、０℃、２５
℃、５０℃、８５℃と変化するに従って、色度は、色度
図上、約（０．３１８，０．３２９）、約（０．３１
６，０．３２５）、約（０．３１１，０．３１９）、約
（０．３０６，０．３１６）、約（０．２９８，０．３
１１）と変化する。なお、電流値２０ｍＡの場合を図７
に示すが、他の電流値においても、同様な特性図を作成
することができる。

【００４８】そして、デューティ比制御回路４２は、白
色ＬＥＤ１５が所定の光度となるようにＰＷＭ発生回路
１３のパルス幅を設定し、白色ＬＥＤ１５の温度が変化
した場合には、所定の光度に戻るようにＰＷＭ発生回路
１３のパルス幅を温度検出回路４３の出力信号に対応し
て再設定する。

【００４９】このように第２の実施形態の照明装置は、
温度変化に伴う白色ＬＥＤ１５の色度変化を電流値およ
びディーティ比を再設定することで、温度変化前の色度
および光度に戻すことができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の照明装置は、発光ダイオードに
供給する電流のレベルを調整することで色度を制御する
ことができ、所定の一定時間中における該電流のオン時
間とオフ時間の比率を調整することで光度を制御するこ
とができる。

【００５１】これによって、本発明の照明装置は、光度
変化に拘わらず色度を所定値に保持することができ、安
定した白色光を発光することができる。

【００５２】このため、本発明の照明装置は、液晶表示
装置のバックライトなどに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の照明装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】白色ＬＥＤの順電流−色度図特性の一例を示す
図である。

【図３】白色ＬＥＤの順電流−相対光度特性の一例を示
す図である。

【図４】照明装置の回路例である。

【図５】照明装置の波形図である。

【図６】第２の実施形態の照明装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】周囲温度−色度図特性を示す図である。

【符号の説明】

１１ ＬＥＤ駆動用電流源 １２、４１ 電流値制御回路 １３ パルス幅変調発生回路 １４ スイッチ １５、２３ 白色発光ダイオード １６、４２ デューティ比制御回路 ２１、２２、２４、 ２８ トランジスタ ２５、３０ 可変抵抗器 ２６ ノコギリ波発生回路 ２７、３１、３２ 抵抗器 ２９ オペアンプ ４３ 温度検出回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光ダイオードからの光で蛍光体を発光
   させ照明光を得る光源と、 前記発光ダイオードに供給する電流のレベルを制御する
   レベル制御手段と、 前記発光ダイオードに供給する電流のオン時間とオフ時
   間との比率を制御するデューティ比制御手段とを備える
   ことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記発光ダイオードの温度変化を検出す
   る温度検出手段をさらに備え、 前記レベル制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に
   基づいて、温度変化前の色度となるように前記レベルを
   制御するとともに、前記デューティ比制御手段は、光度
   変化前の光度となるように前記比率を制御することを特
   徴とする請求項１に記載の照明装置。