特開 2023-76217 照明装置、照明装置の駆動方法、車両用灯具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023076217

(43)【公開日】2023-06-01

(54)【発明の名称】照明装置、照明装置の駆動方法、車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/20 20200101AFI20230525BHJP

   H05B 45/325 20200101ALI20230525BHJP

   H05B 45/375 20200101ALI20230525BHJP

   H05B 45/38 20200101ALI20230525BHJP

   H05B 45/345 20200101ALI20230525BHJP

   H05B 45/48 20200101ALI20230525BHJP

   H05B 45/10 20200101ALI20230525BHJP

【ＦＩ】

H05B45/20

H05B45/325

H05B45/375

H05B45/38

H05B45/345

H05B45/48

H05B45/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021189505

(22)【出願日】2021-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001184

【氏名又は名称】弁理士法人むつきパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】新岡 秀将

【テーマコード（参考）】

3K273

【Ｆターム（参考）】

3K273AA02

3K273BA02

3K273CA01

3K273CA02

3K273CA13

3K273FA03

3K273FA04

3K273FA07

3K273FA14

3K273FA26

3K273FA27

3K273GA14

3K273GA25

(57)【要約】      （修正有）

【課題】発光素子を用いた照明装置における放出光の色味の変化を抑えること。
【解決手段】少なくとも１つの第１発光素子と、前記第１発光素子とは発光色の異なる少なくとも１つの第２発光素子と、前記第１発光素子及び前記第２発光素子と接続されており、当該第１発光素子及び第２発光素子へ駆動電圧を供給する電源回路と、前記駆動電圧により生じる電流の前記第１発光素子及び前記第２発光素子の各々への流れを制御する制御回路と、を含み、前記制御回路は、第１期間において前記第１発光素子に第１電流が流れて前記第２発光素子は非導通状態となるように前記電流の流れを制御し、前記第１期間に次ぐ第２期間において前記第１発光素子に前記第１電流よりも相対的に小さい第２電流が流れるとともに前記第２発光素子に第３電流が流れるように前記電流の流れを制御する、照明装置である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの第１発光素子と、
前記第１発光素子とは発光色の異なる少なくとも１つの第２発光素子と、
前記第１発光素子及び前記第２発光素子と接続されており、当該第１発光素子及び第２発光素子へ駆動電圧を供給する電源回路と、
前記駆動電圧により生じる電流の前記第１発光素子及び前記第２発光素子の各々への流れを制御する制御回路と、
を含み、
前記制御回路は、第１期間において前記第１発光素子に第１電流が流れて前記第２発光素子は非導通状態となるように前記電流の流れを制御し、前記第１期間に次ぐ第２期間において前記第１発光素子に前記第１電流よりも相対的に小さい第２電流が流れるとともに前記第２発光素子に第３電流が流れるように前記電流の流れを制御する、
照明装置。

【請求項2】

前記第１期間と前記第２期間からなる周期が繰り返し到来し、
前記制御回路は、各周期において前記電流の流れの制御を行う、
請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記第１発光素子は、前記第１期間における発光色の色味が前記第２期間において特定色に近づくようにシフトするものであり、
前記第２発光素子は、発光色の色味が前記特定色との間で補色の関係にある、
請求項１又は２に記載の照明装置。

【請求項4】

前記第１発光素子と前記第２発光素子は、並列接続されており、
前記制御回路は、
前記第２発光素子に対して並列接続された第１定電流源と、
前記第２発光素子に対して直列接続された第２定電流源と、
前記第１定電流源及び前記第２定電流源の各々のオンオフ動作を切り替えるためのパルス信号を生成して前記第１定電流源及び前記第２定電流源の各々に供給するパルス信号供給回路と、
を含む、請求項１～３の何れか１項に記載の照明装置。

【請求項5】

前記パルス信号供給回路は、
前記第１定電流源に対して前記パルス信号を供給する第１パルス生成回路と、
前記第２定電流源に対して前記パルス信号を供給する第２パルス生成回路と、
を含む、請求項４に記載の照明装置。

【請求項6】

少なくとも１つの第１発光素子と、前記第１発光素子とは発光色の異なる少なくとも１つの第２発光素子を含んで構成される照明装置の駆動方法であって、
第１期間において前記第１発光素子に第１電流が流れて前記第２発光素子は非導通状態となるように前記電流の流れを制御し、
前記第１期間に次ぐ第２期間において前記第１発光素子に前記第１電流よりも相対的に小さい第２電流が流れるとともに前記第２発光素子に第３電流が流れるように前記電流の流れを制御する、
照明装置の駆動方法。

【請求項7】

請求項１～６の何れか１項に記載の照明装置を用いて構成される車両用灯具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、照明装置、照明装置の駆動方法、車両用灯具に関する。

【背景技術】

【0002】

特許第６１５１５２３号公報（特許文献１）には、複数の半導体発光素子が直列接続された発光部に直流電圧を印加するＤＣ－ＤＣコンバータと、複数の半導体発光素子のうち少なくとも１つの半導体発光素子に対して並列に接続された定電流源を含み、定電流源をオンにしている期間においてこの定電流源と並列接続された半導体発光素子に対して相対的に低いアイドル電流を流すように構成された駆動回路が記載されている。

【0003】

しかし、複数の半導体発光素子のうち一部（少なくとも１つ）の半導体発光素子にアイドル電流を流している期間においては、この半導体発光素子の発光色が変動してしまい、発光部全体としても放出光の色味が変わってしまう可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６１５１５２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示に係る具体的態様は、発光素子を用いた照明装置等における放出光の色味の変化を抑えることを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

［１］本開示に係る一態様の照明装置は、（ａ）少なくとも１つの第１発光素子と、（ｂ）前記第１発光素子とは発光色の異なる少なくとも１つの第２発光素子と、（ｃ）前記第１発光素子及び前記第２発光素子と接続されており、当該第１発光素子及び第２発光素子へ駆動電圧を供給する電源回路と、（ｄ）前記駆動電圧により生じる電流の前記第１発光素子及び前記第２発光素子の各々への流れを制御する制御回路と、を含み、（ｅ）前記制御回路は、第１期間において前記第１発光素子に第１電流が流れて前記第２発光素子は非導通状態となるように前記電流の流れを制御し、前記第１期間に次ぐ第２期間において前記第１発光素子に前記第１電流よりも相対的に小さい第２電流が流れるとともに前記第２発光素子に第３電流が流れるように前記電流の流れを制御する、照明装置である。
［２］本開示に係る一態様の照明装置の駆動方法は、（ａ）少なくとも１つの第１発光素子と、前記第１発光素子とは発光色の異なる少なくとも１つの第２発光素子とを含んで構成される照明装置の駆動方法であって、（ｂ）第１期間において前記第１発光素子に第１電流が流れ、前記第２発光素子は非導通状態となるように前記電流の流れを制御し、（ｃ）前記第１期間に次ぐ第２期間において前記第１発光素子に前記第１電流よりも相対的に小さい第２電流が流れるとともに前記第２発光素子に第３電流が流れるように前記電流の流れを制御する、照明装置の駆動方法である。
［３］本開示に係る一態様の車両用灯具は、前記［１］の照明装置を用いて構成される車両用灯具である。

【0007】

上記構成によれば、発光素子を用いた照明装置等における放出光の色味の変化を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態の車両用灯具の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、各定電流回路の構成例を示す回路図である。

【図3】図３は、各発光素子を含んで構成される発光体の構成例を示す模式的な斜視図である。

【図4】図４は、各発光素子に流れる電流を説明するための波形図である。

【図5】図５（Ａ）は、期間Ｔ１における回路動作について説明するための図である。図５（Ｂ）は、期間Ｔ２における回路動作について説明するための図である。

【図6】図６は、各発光素子に流れる電流を説明するための波形図である。

【図7】図７は、補正用の複数の発光素子を並列に接続する場合の回路構成例である。

【図8】図８は、補正用の複数の発光素子を直列に接続する場合の回路構成例である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、一実施形態の車両用灯具の構成を示すブロック図である。図示の車両用灯具は、照明装置の一種であり、例えば車幅灯、デイライト（昼間走行灯）などとして車両に搭載して用いられる。この車両用灯具は、車両のバッテリ等の電源２から電力供給を受けて駆動電圧を生成する駆動回路１と、駆動回路１によって生成される駆動電圧によって動作する発光素子３、４を含んで構成されている。

【0010】

駆動回路１は、電源回路１０、コントローラ１１、２つのＰＷＭ回路１２、１３、２つの定電流回路１４、１５を含んで構成されている。なお、各ＰＷＭ回路１２、１３が第１パルス生成回路、第２パルス生成回路に対応し、これらとコントローラ１１を含んでパルス信号供給回路が構成されている。

【0011】

電源回路１０は、各発光素子３、４を接続されており、電源２から供給される直流電圧を用いて各発光素子３、４の駆動電圧を生成して各発光素子３、４へ供給する。この電源回路１０としては、例えば昇圧型、降圧型ないし昇降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータを用いることができる。

【0012】

コントローラ１１は、電源回路１０、ＰＷＭ回路１２、１３と接続されており、電源回路１０によって生成される電圧を受けて動作し、ＰＷＭ回路１２、１３の動作を制御する。このコントローラ１１は、例えばプロセッサを含んで構成されるマイクロコンピュータやＦＰＧＡを用いて構成することができる。

【0013】

ＰＷＭ回路１２は、電源回路１０、コントローラ１１、定電流回路１４と接続されており、定電流回路１４による定電流生成動作のオンオフを切り替えるためのパルス信号を生成する。

【0014】

ＰＷＭ回路１３は、電源回路１０、コントローラ１１、定電流回路１５と接続されており、定電流回路１５による定電流生成動作のオンオフを切り替えるためのパルス信号を生成する。

【0015】

定電流回路１４は、ＰＷＭ回路１２と接続され、かつ発光素子４と並列に接続されており、ＰＷＭ回路１２から供給されるパルス信号に応じて定電流生成動作のオン（生成）とオフ（非生成）が切り替わるように動作する。

【0016】

定電流回路１５は、ＰＷＭ回路１３と接続され、かつ発光素子４と直列接続されており、ＰＷＭ回路１３から供給されるパルス信号に応じて定電流生成動作のオン（生成）とオフ（非生成）が切り替わるように動作する。より詳細には、定電流回路１５は、発光素子４の一方端（カソード）と接続されている。そして、この発光素子４と定電流回路１５からなる直列回路は、発光素子３に対して並列に接続されている。

【0017】

発光素子３は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子であり、電源回路１０と接続されており、この電源回路１０から供給される駆動電圧によって動作して光を放出する。本実施形態では、この発光素子３は、白色光を放出する白色ＬＥＤであり、青色ＬＥＤとこの青色ＬＥＤからの発光を部分的に黄色発光へ変換する蛍光体を含んで構成され、青色ＬＥＤからの発光と蛍光体からの発光を混色して擬似的に白色光を作り出すものである。

【0018】

発光素子４は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子であり、電源回路１０と接続されており、この電源回路１０から供給される駆動電圧によって動作して光を放出する。本実施形態では、この発光素子４は、発光素子３とは異なる発光色の光を放出するものであり、例えば青色光を放出する青色ＬＥＤである。

【0019】

図示のように、発光素子３と発光素子４は互いに並列に接続されており、各々の一方端（アノード）が電源回路１０の高電位端に接続されている。そして、発光素子３の他方端（カソード）は基準電位端（低電位端）に接続されており、発光素子４の他方端（カソード）は定電流回路１５を介して基準電位端に接続されている。

【0020】

図２は、各定電流回路の構成例を示す回路図である。図示の例の定電流回路１４は、発光素子４に対して並列接続された電界効果型トランジスタ２０と、この電界効果型トランジスタ２０の電流入出力端（ソース／ドレイン）の１つと制御端（ゲート）との間に接続された抵抗素子２１と、電界効果型トランジスタ２０の制御端とＰＷＭ回路１２との間に接続された抵抗素子２２を含んで構成されている。この定電流回路１４では、ＰＷＭ回路１２からのパルス信号（ＰＷＭ信号）を受けて電界効果型トランジスタのオン（導通）とオフ（非導通）が制御され、オン時には定電流が流れ、オフ時には電流が流れない状態となる。

【0021】

また、定電流回路１５は、発光素子４に対して直列接続された電界効果型トランジスタ２３と、この電界効果型トランジスタ２３の電流入出力端（ソース／ドレイン）の１つと制御端（ゲート）との間に接続された抵抗素子２４と、電界効果型トランジスタ２３の制御端とＰＷＭ回路１３との間に接続された抵抗素子２５を含んで構成されている。この定電流回路１５では、ＰＷＭ回路１３からのパルス信号（ＰＷＭ信号）を受けて電界効果型トランジスタのオン（導通）とオフ（非導通）が制御され、オン時には定電流が流れ、オフ時には電流が流れない状態となる。

【0022】

図３は、各発光素子を含んで構成される発光体の構成例を示す模式的な斜視図である。図示の発光体は、アクリル板（導光板）３０と、このアクリル板３０の一面側に配置された反射板３１と、アクリル板３０の他面側に配置された拡散板３２を含んで構成されている。各発光素子３、４は、アクリル板３０の側面の１つに配置されており、アクリル板３０の内部へ光を放射できるように各々の光出射面が配置されている。なお、図示の都合上、省略しているが、アクリル板３０の各側面には反射膜が設けられているものとする。各発光素子３、４から放出される光は、アクリル板３０の内部で反射を繰り返し、最終的には拡散板３２を通してアクリル板３０の他面側から出射する。その際、反射板３１による反射と拡散板３２による拡散を通して各発光素子３、４から放出される光が混合し、アクリル板３０の他面側から放出される光の色味はそれぞれの光の色味の混合色となる。つまり、各発光素子３、４からの発光は、適宜な反射面や光拡散面により混色されて同一の出射面から放出することができる。

【0023】

詳細を後述するように、発光素子３に流れる電流の低下によって発光素子３から放射される光の色味が本来の白色から黄色に近づくようにシフトした場合に、発光素子４から放射される青色の光と混合されることで、混合色を白色に近づけるように補正することができる。このような観点からは、発光素子４の発光色は、発光素子３の発光色が電流の低下によってシフトした際に近づく色に対して補色の関係にある色であることが望ましい。本実施形態では、発光素子４として、発光素子３の発光色がシフトした際に近づく色である黄色に対して補色の関係にある青色の光を放出する発光素子が用いられている。

【0024】

図４は、各発光素子に流れる電流を説明するための波形図である。図中、上段の波形図は発光素子３に流れる電流Ｉ_１の波形図であり、下段の波形図は発光素子４に流れる電流Ｉ_２の波形図である。図示のように、本実施形態では、発光素子３は、相対的に大きな電流が流れる期間Ｔ１と相対的に小さな電流が流れる期間Ｔ２を含む周期Ｔが繰り返し到来するようにして駆動される。周期Ｔは、例えば数十ヘルツ～数百ヘルツに相当する長さに設定されており、発光素子３から放出される光は人間の目には実質的に連続的に点灯した光と認識される。図示の例では、期間Ｔ１と期間Ｔ２の長さが等しい場合（デューティ比５０％の場合）が示されている。このように、期間Ｔ１と期間Ｔ２の長さを可変に設定した駆動（すなわちＰＷＭ駆動）を行うことで、発光素子３の実効的な明るさを制御することができる。しかし、期間Ｔ２においては電流Ｉ_１が小さくなることから、上記したように発光素子３の発光色が白色から黄色へ近づくようにシフトする現象が生じる。

【0025】

これに対して、本実施形態では、発光素子３の電流Ｉ_１が相対的に小さくなる期間Ｔ２において、これを補うように発光素子４に電流Ｉ_２が流れる。それにより、発光素子４から青色の光が放出される。そして、この発光素子４からの青色光が発光素子３からの白色光（黄色側へシフトした白色光）に混合されることで、合成光の混合色が白色に近づくように補正することができる。

【0026】

なお、図４に示した例では期間Ｔ１における電流Ｉ_２が０であるが、期間Ｔ１における電流Ｉ_２を０より大きくしてもよい。ただし、期間Ｔ２よりは電流Ｉ_２の大きさが相対的に小さく設定されるものとする。

【0027】

図５（Ａ）は、期間Ｔ１における回路動作について説明するための図である。期間Ｔ１では、少なくとも定電流回路１５がオフとなるようにＰＷＭ回路１３からのパルス信号によって定電流回路１５が制御される。本実施形態ではさらに定電流回路１４もオフとなるようにＰＷＭ回路１２によって定電流回路１４が制御される。それにより、発光素子４を含む電流経路には電流が流れず発光素子４は非導通状態となるので、電源回路１０の駆動電圧によって生じる全電流Ｉ_０はすべて発光素子３に流れる。それにより、発光素子３は白色光を放出する。

【0028】

図５（Ｂ）は、期間Ｔ２における回路動作について説明するための図である。期間Ｔ２では、各定電流回路１４、１５がともにオンとなるようにＰＷＭ回路１２、１３からのパルス信号によって各定電流回路１４、１５が制御される。定電流回路１５に流れる電流（一定電流）に応じて、全電流Ｉ_０は所定比で電流Ｉ_１と電流Ｉ_２に分けられる。発光素子３は、全電流Ｉ_０よりも相対的に小さい電流Ｉ_１が与えられ、その大きさに応じて光を放出する。このとき、電流の低下により発光素子３の発光色がシフトする。

【0029】

また、発光素子４を含む電流経路に流入した電流Ｉ_２は、定電流回路１４に流れる電流（一定電流）に応じて電流Ｉ_２－１と電流Ｉ_２－２に分けられる。発光素子４には電流Ｉ_２－１が流れ、その大きさに応じて発光素子４から青色光が放出される。これにより、発光素子３のシフトした発光色に発光素子４の発光色が混合され、全体的な光が白色に近づくように補正される。色味の補正度合いについては、電流Ｉ_２－１の大きさによって発光素子４の光の輝度を適宜設定することで調整することができる。また、定電流回路１４には電流Ｉ_２－２が流れる。発光素子４に流れる電流Ｉ_２－１と定電流回路１４に流れる電流Ｉ_２－２が再び合流して得られる電流Ｉ_２は、発光素子３に流れる電流Ｉ_１と合流して全電流Ｉ_０となり、基準電位端へ流れる。

【0030】

なお、図４に示した波形図の一例では期間Ｔ１と期間Ｔ２が同じ長さ（デューティ比５０％）であったが、図６に例示するように、両期間の長さは異なっていてもよい。その場合でも、発光素子３の電流Ｉ_１が相対的に低下する期間Ｔ２においてこれと相補的に発光素子４へ電流Ｉ_２を流すようにすることで、１周期Ｔ内において色味（色度）の変化が少ない状態での調光が実現される。

【0031】

ところで、従前、発光素子をＰＷＭ制御している場合、その点滅周期によっては、カメラによる撮影タイミング（露光タイミング）と発光素子の消灯時期とが重なることで、発光素子が発光した状態を撮影できない場合が生じ得る。近年では種々の制御において車両周辺をカメラにより撮影した画像が用いられるため、発光素子の発光した状態を撮影できないことが不都合となる場合もある。これについて、本実施形態の車両用灯具では、期間Ｔ２においても定電流値で点灯し、カメラにより常時点灯した状態で撮影されるため、上記不都合が解消されるという副次的効果を得ることもできる。

【0032】

以上のような実施形態によれば、発光素子を用いた車両用灯具（照明装置）における放出光の色味の変化を抑えることが可能となる。

【0033】

なお、本開示は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態の回路構成は一例であってこれに限定されない。例えば、発光素子４に対して並列にスイッチング素子を接続し、このスイッチング素子のオン（導通）とオフ（非導通）を切り替える構成としてもよい。また、上記した実施形態では発光素子３の色味を補正するために用いられる発光素子は１つであったが、補正用の発光素子を複数設けてもよい。

【0034】

図７は、補正用の複数の発光素子を並列に接続する場合の回路構成例である。図示の例では、補正用の各発光素子４ａ、４ｂ、４ｃが並列に接続されており、それぞれに対して各定電流回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃが並列に接続されている。発光素子４ａには定電流回路１５が直列接続されている。また、図示を省略するが各定電流回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃを制御するためのＰＷＭ回路も備わっており、各定電流回路１４ａ等にはそれぞれパルス信号が与えられる。この構成例において、各発光素子４ａ、４ｂ、４ｃは、互いに異なる発光色（例えば、赤色、緑色、青色など）であってもよいし、同じ発光色であってもよい。また、各発光素子４ａ等の発光タイミングは同じでもよいし異なってもよい。

【0035】

図８は、補正用の複数の発光素子を直列に接続する場合の回路構成例である。図示の例では、補正用の各発光素子４ａ、４ｂ、４ｃが直列に接続されており、それぞれに対して各定電流回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃが並列に接続されている。発光素子４ｃには定電流回路１５が直列接続されている。また、図示を省略するが各定電流回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃを制御するためのＰＷＭ回路も備わっており、各定電流回路１４ａ等にはそれぞれパルス信号が与えられる。この構成例においても、各発光素子４ａ、４ｂ、４ｃは、互いに異なる発光色（例えば、赤色、緑色、青色など）であってもよいし、同じ発光色であってもよい。また、各発光素子４ａ等の発光タイミングは同じでもよいし異なってもよい。

【0036】

また、上記した実施形態では、発光素子３、発光素子４をそれぞれ１つだけ示していたが、発光素子３、発光素子４のそれぞれを複数の発光素子からなる発光素子群と置き換えてもよい。この場合の各発光素子群における各発光素子相互の接続状態は直列接続でもよいし並列接続でもよい。

【0037】

また、上記した実施形態では発光素子の一例としてＬＥＤを挙げていたが、発光素子はこれに限定されず、例えばレーザーダイオードであってもよい。

【0038】

また、上記した実施形態では照明装置の一例として車両用灯具を挙げていたが、本開示の内容は照明装置一般に対して適用することが可能である。

【符号の説明】

【0039】

１：駆動回路、２：電源、３、４：発光素子、１０：電源回路、１１：コントローラ、１２、１３：ＰＷＭ回路、１４、１５：定電流回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】