(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用発光ダイオードと、この照明用発光ダイオードに対して５０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数で周期的にパルス状に電力を供給する照明用発光ダイオード用電源を有し、照明用発光ダイオードを周期的にパルス状に発光させ、１周期の時間に対してパルス状に電力を供給する時間の比が１０％以下である照明装置。
【請求項２】
１回のパルス状電力供給をする時間が１．７ミリ秒以下である請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
６０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の周波数でパルス状に電力を供給する請求項１または請求項２のいずれかに記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオードを用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、小型・軽量で、低消費電力の光源として、広く使用されている。その多くは、イルミネーション、電光掲示板、インディケータランプなど発光ダイオードを直接見るような用途で使用される。例えば、特許文献１には、省電力で作動し、高輝度の面発光表示盤および標識装置が記載されている。
【０００３】
また発光ダイオードは、直接見るような用途のほか、他の対象物に光を放射し、その反射光や透過光により照らし出されたものを認識するための照明装置としても使用されつつある。たとえば、特許文献２には、異なる色の発光ダイオードを組み合わせて、白色に近い光による照明がおこなえる照明器具が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１９５７９２号公報
【特許文献２】特開２００７−２６５８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された発明は面発光表示盤および標識装置に関するものであり、同文献には照明に関する事項は記載されていない。一方、特許文献２に記載された発明は照明装置に関するものである。複数の発光ダイオードを組み合わせ、そのいくつかの明るさを変えることによって、電球色・温白色・白色・昼白色・昼光色の白色５色が実現できる。ここで、明るさを変えるとは、白色５色の切替えのためであり、そのどれかが選択されれば、時間的には一定の明るさである。このように、発光ダイオードを使用した照明装置は、白熱電球に比べて消費電力が少ない。しかし、エネルギー消費の低減のため、さらに消費電力の小さい効率的な照明装置の開発が望まれる。
【０００５】
この発明は、従来の発光ダイオード照明装置よりもさらに消費電力の小さい効率的な照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、照明用発光ダイオードと、この照明用発光ダイオードに対して周期的にパルス状に電力を供給する照明用発光ダイオード用電源を有し、照明用発光ダイオードを周期的にパルス状に発光させるものである。１周期に対してパルス状に電力を供給する時間の比が１０％程度またはそれ以下とすることが好ましい。また、１回のパルス状電力供給をする時間を１．７ミリ秒程度またはそれ以下とすることが好ましい。さらに、６０Hz以上１００Hz以下の周波数でパルス状に電力を供給することが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、照明用発光ダイオードを周期的にパルス状に発光させることにより、少ない発光量（光束）で大きな心理的輝度を得ることができる。したがって、エネルギー消費の小さい照明装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、発光ダイオード照明装置の例を示す回路図である。発光ダイオード照明装置１は照明用発光ダイオード２を有する。そして図１において、照明用発光ダイオード２以外のものが照明用発光ダイオード用電源である。
【０００９】
照明用発光ダイオード用電源は照明用発光ダイオード２に対して周期的にパルス状に電力を供給する。図１に示す例では、直流電源３と、ＦＥＴ４と、ファンクションジェネレータ５によって照明用発光ダイオード用電源を構成する。直流電源３はＦＥＴ４を介して照明用発光ダイオード２に接続されている。また、ファンクションジェネレータ５の信号は、ＦＥＴ４のゲートに入力される。
【００１０】
ファンクションジェネレータ５の信号に基いてＦＥＴ４は増幅作用またはＯＮ−ＯＦＦ動作を行い、照明用発光ダイオード２への電力の供給が制御される。なお、照明用発光ダイオード２の両極にはオシロスコープのプローブＣＨ１，ＣＨ２を接続し、照明用発光ダイオード２に印加される電圧を測定できるようにした。
【００１１】
図２はファンクションジェネレータ５の出力信号の例を示す説明図である。所定の形状のパルス信号を一定の周期で繰り返している。たとえば図２においては、一周期の時間ｔｃにおいて、パルス時間幅ｔｐの矩形波のパルス信号が送られる。これによって、ほぼ同じ波形の電力供給が照明用発光ダイオード２に施される。照明用発光ダイオード２は、このパルス時間幅ｔｐのみ強く発光し、残りの時間（ｔｃ−ｔｐ）においては消えた状態となる。
【００１２】
したがって、この照明装置によって照らし出された対象物は、やはりパルス状に反射光を発生させる。しかし、短い周期ｔｃでパルス発光を行った場合、この反射光を人間はパルス発光であることを感じることなく、通常の連続的な照明と同様に認識する。そして、この光量を時間的に積算した値（光束）を求めたところ、連続発光の場合の光束よりも少ない量で、同じくらいの明るさであると認識することを見出した。
【００１３】
すなわち、照明として同じ心理的輝度を得るのに、実際はより少ない光束しか必要とせず、エネルギー効率を改善できることが判明した。
【００１４】
なお、図２示すパルス波形は一例であり、三角波やのこぎり波など矩形波以外の波形でも使用できる。さらに、パルス時間幅ｔｐ以外の時間において、完全に消灯していなくてもよい。弱い発光が連続している状態に、短時間の強い発光が重ね合わされたようなものも、この発明においてはパルス状に含むものとする。
【実施例１】
【００１５】
ついで、第１の実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。図３は、照明装置の試験装置を示す正面図である。試験装置１１は、同じ大きさの第１空間１２ａと第２空間１２ｂを有し、それぞれの空間は仕切板１３によって区切られている。第１空間１２ａと第２空間１２ｂはそれぞれ高さ０．２５ｍ、幅０．２５ｍである。
【００１６】
それぞれの空間の天井には同じ種類の照明用発光ダイオード２ａ，ｂが設けられている。そして、一方の照明用発光ダイオード２ａには図１に示す照明用発光ダイオード用電源が接続されており、パルス状の発光を行う。他方の照明用発光ダイオード２ｂには図４に示す照明用発光ダイオード用電源が接続されており、通常の照明装置のように一定の強度で連続的な発光を行う。
【００１７】
照明用発光ダイオードとして、日亜化学株式会社製の型式ＮＳＰＧ５１０Ｓ（緑色ＬＥＤ）と型式ＮＳＰＢ５００Ｓ（青色ＬＥＤ）の２種類を使用する。試験に使用する照明用発光ダイオードの選定にあたっては、同じ型式のものを２０個用意し、入力電力と光束の関係を測定して、そのカーブがほぼ同じになるもの２個を選び出した。
【００１８】
第１空間１２ａと第２空間１２ｂの床部には、それぞれ同じ種類の自動車模型１４ａ、ｂをおいて、観察対象物とした。ここで、自動車模型１４ａ、ｂは縮尺１／６４のもので、レーシングカーをモデルにしたものである。この自動車模型１４ａ、ｂは白・青・緑・赤などの色に塗装されており、観察に適している。
【００１９】
ついで、照明装置の試験方法について説明する。パスル発光の周波数は６０Ｈｚであり、周期ｔｃに対するパルス時間幅ｔｐの比ｔｐ／ｔｃ（デューティ比）は５％および１０％とした。すなわち、それぞれのパルス時間幅ｔｐは、１．７ミリ秒および０．８ミリ秒程度である。
【００２０】
一方の照明用発光ダイオード２ａはパルス状に発光させ、他方の照明用発光ダイオード２ｂは一定の強度で連続的に発光させる。それぞれの電源装置において直流電源の電圧は可変となっており、あらかじめ乱数によって決められた電圧値の組み合わせに従ってそれぞれの照明用発光ダイオード２ａ，ｂの発光量を変えながら、発光させる。被験者は試験装置１１の正面で、０．３ｍ程度はなれた位置より自動車模型１４ａ，ｂを観察する。そして、それぞれの条件ごとにどちらの自動車模型がより明るく見えるか、あるいは同程度かを判定する。ここで、どちらがパルス状発光であるかや電源電圧の値についての情報は、被験者には知らされていない。２名の被験者に同様の判定をさせた。
【００２１】
光束の測定にはOcean Optic社の積分球を用い、同社の分光分析装置USB2000によって光束を求めた。
【００２２】
図５は第１の被験者による緑色ＬＥＤでパルス発光のデューティ比５％での試験結果を示すグラフであり、図６は同じく第２の被験者によるデューティ比５％、図７は同じく第１の被験者によるデューティ比１０％、図８は同じく第２の被験者によるデューティ比１０％での試験結果を示すグラフである。また、図９は第１の被験者による青色ＬＥＤでパルス発光のデューティ比５％での試験結果を示すグラフであり、図１０は同じく第２の被験者によるデューティ比５％、図１１は同じく第１の被験者によるデューティ比１０％、図１２は同じく第２の被験者によるデューティ比１０％での試験結果を示すグラフである。それぞれのグラフにおいて、縦軸はパルス発光のＬＥＤの光束φpulseを、横軸は連続発光のＬＥＤの光束φDCを示し、各判定時における両ＬＥＤの光束の値（φDC，φpulse）によってマッピングしている。グラフ中において、○印は連続発光の方が明るいと感じたことを、×印はパルス発光の方が明るいと感じたことを、△印は同程度の明るさであると感じたことを示す。
【００２３】
どのグラフにおいても、若干のバラツキはあるものの○印は右下部に多く、×印は左上部に多く分布しており、その境界領域に△印の点が現れている。パルス発光照明と連続発光照明が同程度の明るさに感じられるとき、パルス発光照明の光束φpulseとφDCの間にφpulse＝Ｋ・φDCの関係があるとして、△印の点に最も合う係数Ｋの値を最小二乗法により求めた。その結果を表１に示す。また、得られたＫの値に基づいてφpulse＝Ｋ・φDCを示す線を表示した。このＫは同じ心理的輝度を得るために、パルス光が連続発光に対してどれだけの大きさ必要であるかの比率を示しており、Ｋが1のときパルス光と連続光は同じ光束で同じ心理輝度を与え、Ｋが１より小さければ、心理的輝度を得るのにパルス光の方が連続光よりも小さい光束ですむことを示している。
【表１】
0005540292.tif 000002
【００２４】
すべての場合において係数Ｋは１より小さく、パルス発光照明はより少ない光束で連続発光照明と同じ明るさ（心理的輝度）を実現することができることが確認できる。すなわち、この発明によるパルス発光照明によってエネルギー効率を向上させることができる。また、デューティ比あるいはパルス時間幅で比較した場合、デューティ比５％（パルス時間幅０．８ミリ秒程度）の方がよりエネルギー効率が高いことがわかる。なお、２１人の被験者に対しても同様の試験を行ったところ、すべての被験者について係数Ｋは１より小さく、しかも大半の被験者について係数Ｋは近い値が得られた。
【実施例２】
【００２５】
さらに、第２の実施例について説明する。この実施例においては、照明用発光ダイオードとして、赤色ＬＥＤである日亜化学株式会社製の型式ＮＳＰＲ５１０ＣＳを使用する。第１の実施例と同様に図３に示す試験装置を使用した。試験方法も同様である。図１３は第１の被験者による赤色ＬＥＤでパルス発光のデューティ比５％での試験結果を示すグラフであり、図１４は同じく第２の被験者によるデューティ比５％、図１５は同じく第１の被験者によるデューティ比１０％、図１６は同じく第２の被験者によるデューティ比１０％での試験結果を示すグラフである。これらのグラフ中の△印のデータに基づいて、パルス発光照明の光束φpulseと連続発光照明の光束φDCの関係であるφpulse＝Ｋ・φDCの係数Ｋの値を最小二乗法により求めた。その結果を表２に示す。
【表２】
0005540292.tif 000003
【００２６】
以上、赤色ＬＥＤにおいても、緑色ＬＥＤや青色ＬＥＤの場合と同様にパルス発光を行うことによって、少ない光束で連続発光照明と同じ明るさ（心理的輝度）を実現することができることが確認できる。デューティ比あるいはパルス時間幅で比較した場合、デューティ比５％（パルス時間幅０．８ミリ秒程度）の方がよりエネルギー効率が高いことがわかる。
【００２７】
以上、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤのすべてにおいて、エネルギー効率を向上させることができる。緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤを組み合わせることによって、エネルギー効率が高い白色光の照明装置を構成することもできる。
【実施例３】
【００２８】
第３の実施例について図１７と図１８に基づいて説明する。この実施例においては、実施例１で使用した青色ＬＥＤを用いた。デューティ比を２〜４０％の範囲で変化させながら、係数Ｋの評価を行った。周波数は６０Hzの場合と８０Hzの場合について行った。それぞれの条件で、２人の被験者による試験を行っている。それ以外の試験条件は実施例１と同じである。したがって、青色ＬＥＤより発生した光を観察対象物に照射して、その反射光を観察した例である。
【００２９】
図１７は周波数６０Hzで反射光観察におけるデューティ比と係数Ｋの関係を示すグラフであり、図１８は同じく周波数８０Hzのデューティ比と係数Ｋの関係を示すグラフである。ここで、縦軸は係数Ｋの逆数で表示している。
【００３０】
周波数６０Hzおよび周波数８０Hzの双方で、デューティ比１０％以下においては１／Ｋは１より大きい、すなわち、係数Ｋは１より小さいことが確認できる。したがって、デューティ比１０％以下においては、省エネルギー効果が実現でき、特に５％以下では省エネルギー効果が向上する。なお、この実施例では、デューティ比４０％当たりになると１／Ｋは１に近くなっている。
【実施例４】
【００３１】
第４の実施例について図１９と図２０に基づいて説明する。この実施例においては、デューティ比を５％または１０％に設定し、周波数を４０〜２００Ｈｚの範囲で変化させながら、係数Ｋの評価を行った。それぞれの条件で、２人の被験者による試験を行っている。それ以外の試験条件は実施例１、実施例３と同じである。
【００３２】
図１９はデューティ比５％で反射光観察における周波数と係数Ｋの関係を示すグラフであり、図２０は同じくデューティ比１０％で反射光観察における周波数と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【００３３】
全ての条件において１／Ｋは１より大きい。そして、４０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の範囲において、ちらつきが生じず、良好に観察できた。４０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数範囲においては、１／Ｋは高い値となっており、８０Ｈｚあたりを極大とする１／Ｋの増減が生じた。周波数が６０Ｈｚより低下しても１／Ｋは増加する傾向があるが、４０Ｈｚ未満ではちらつきを感じるようになる。図面中で縦の点線は被験者がちらつきを感じた条件を示している。したがって、４０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の範囲が好ましく、さらに周波数６０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の範囲が好ましく、周波数８０Ｈｚ程度が特に好ましい。
【実施例５】
【００３４】
第５の実施例について図２１から図２４に基づいて説明する。これまでの実施例が反射光観察の例であったのに対し、この実施例においては発光ダイオードの光を直接観察する試験を行って、係数Ｋの評価を行った。周波数を６０Ｈｚまたは８０Ｈｚに設定し、デューティ比を変化させながら、係数Ｋの評価を行った。また、デューティ比を５％または１０％に設定し、周波数を４０〜２００Ｈｚの範囲で変化させながら、係数Ｋの評価を行った。それぞれの条件で、２人の被験者による試験を行っている。自動車模型への照射による反射光を観察する代わりに、発光ダイオードを直接観察する試験である。それ以外の試験条件は実施例１と同じである。
【００３５】
図２１は周波数６０Ｈｚで直接光観察におけるデューティ比と係数Ｋの関係を示すグラフ、図２２は同じく周波数８０Ｈｚのデューティ比と係数Ｋの関係を示すグラフ、図２３はデューティ比５％で直接光観察における周波数と係数Ｋの関係を示すグラフ、図２４は同じくデューティ比１０％で直接光観察における周波数と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【００３６】
この実施例においても、反射光観察の実施例３、実施例４と同様の傾向が確認できる。全ての条件において１／Ｋは１より大きい。デューティ比１０％以下で１／Ｋの増加が見られ、デューティ比５％以下ではその増加が著しい。
【００３７】
５０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の範囲において、ちらつきが生じず、８０Ｈｚあたりを極大とする１／Ｋの増減が生じている。周波数が６０Ｈｚより低下しても１／Ｋは増加する傾向があるが、５０Ｈｚを下回るとちらつきを感じるようになる。したがって、周波数６０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の範囲が好ましく、周波数８０Ｈｚ程度が特に好ましい。
【００３８】
以上、直接光として発光ダイオードを使用する場合にも本発明が有効であることがわかる。したがって、発光ダイオードの光を反射光として間接的に視認する場合に加えて、たとえば表示灯のように発光ダイオードの光を直接見るような用途にも適用できる。また、直接光と間接光の中間的な用途、例えば液晶パネルのバックライトなどにも適しており、発光ダイオードを使用した光源装置として広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】発光ダイオード照明装置の例を示す回路図である。
【図２】ファンクションジェネレータの出力信号の例を示す説明図である。
【図３】照明装置の試験装置を示す正面図である。
【図４】連続発光の発光ダイオード照明装置の例を示す回路図である。
【図５】第１の被験者による緑色ＬＥＤでパルス発光のデューティ比５％の試験結果を示すグラフである。
【図６】同じく第２の被験者によるデューティ比５％の試験結果を示すグラフである。
【図７】同じく第１の被験者による緑色ＬＥＤでパルス発光のデューティ比１０％の試験結果を示すグラフである。
【図８】同じく第２の被験者によるデューティ比１０％の試験結果を示すグラフである。
【図９】第１の被験者による青色ＬＥＤでパルス発光のデューティ比５％の試験結果を示すグラフである。
【図１０】同じく第２の被験者によるデューティ比５％の試験結果を示すグラフである。
【図１１】同じく第１の被験者による青色ＬＥＤでパルス発光のデューティ比１０％の試験結果を示すグラフである。
【図１２】同じく第２の被験者によるデューティ比１０％の試験結果を示すグラフである。
【図１３】第１の被験者による赤色ＬＥＤでパルス発光のデューティ比５％の試験結果を示すグラフである。
【図１４】同じく第２の被験者によるデューティ比５％の試験結果を示すグラフである。
【図１５】同じく第１の被験者による赤色ＬＥＤでパルス発光のデューティ比１０％の試験結果を示すグラフである。
【図１６】同じく第２の被験者によるデューティ比１０％の試験結果を示すグラフである。
【図１７】周波数６０Ｈｚで反射光観察におけるデューティ比と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【図１８】周波数８０Ｈｚで反射光観察におけるデューティ比と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【図１９】デューティ比５％で反射光観察における周波数と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【図２０】デューティ比１０％で反射光観察における周波数と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【図２１】周波数６０Ｈｚで直接光観察におけるデューティ比と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【図２２】周波数８０Ｈｚで直接光観察におけるデューティ比と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【図２３】デューティ比５％で直接光観察における周波数と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【図２４】デューティ比１０％で直接光観察における周波数と係数Ｋの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１．発光ダイオード照明装置
２．照明用発光ダイオード
３．直流電源
４．ＦＥＴ
５．ファンクションジェネレータ
１１．照明装置の試験装置
１２ａ．第１空間
１２ｂ．第２空間
１３．仕切板
１４．観察対象物（自動車模型）
【図１】
0005540292.tif 000004
【図２】
0005540292.tif 000005
【図３】
0005540292.tif 000006
【図４】
0005540292.tif 000007
【図５】
0005540292.tif 000008
【図６】
0005540292.tif 000009
【図７】
0005540292.tif 000010
【図８】
0005540292.tif 000011
【図９】
0005540292.tif 000012
【図１０】
0005540292.tif 000013
【図１１】
0005540292.tif 000014
【図１２】
0005540292.tif 000015
【図１３】
0005540292.tif 000016
【図１４】
0005540292.tif 000017
【図１５】
0005540292.tif 000018
【図１６】
0005540292.tif 000019
【図１７】
0005540292.tif 000020
【図１８】
0005540292.tif 000021
【図１９】
0005540292.tif 000022
【図２０】
0005540292.tif 000023
【図２１】
0005540292.tif 000024
【図２２】
0005540292.tif 000025
【図２３】
0005540292.tif 000026
【図２４】
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