(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、
該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、
該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、
逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、
商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、
入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、
該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、 
該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ/又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備え、
該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、
該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクスに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第一のブリッジ整流器及び該同期波形フィルタに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第二のブリッジ整流器を備え、
逐次変化する印加電圧と素子の要求電圧を最適化し、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失を最小化することを特徴とする、
ＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項２】
複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、
該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、
該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、
該ＬＥＤを用いた照明装置は、夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備え、
該一定電流制御回路は、該ＬＥＤマトリクスの外部に一括制御定電流制御回路として配置されてなり、
該ＬＥＤを用いた照明装置は、一定電流制御回路により制御するステート制御電流ルックアップテーブルを含み、 
該正規化された電圧と電流の関係を保持するルックアップテーブルと逐次変化する電圧比較により一括制御定電流制御回路による段階的な一定電流制御を行うことを特徴とする、
ＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項３】
該ＬＥＤマトリクスは２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子により構成され、
該ＬＥＤマトリクス内でのマトリクス構造変更制御は全数より小さい２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、
該マトリクス状発光エレメントの接続形態を変更するエレメントスイッチ回路へ最適な構造を確定するマトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的に変化させることを特徴とする、
請求項１又は２記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項４】
該マトリクス構造変更制御回路またはソフトウエアアルゴリズムは、逐次変化する電力交流波形電圧に対応して、正規化された基準電圧との比較を動的に行うことによりマトリクス制御構造ビットの出力値を最適な値に確定することを特徴とする、
請求項１乃至３の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項５】
該ＬＥＤを用いた照明装置は、
夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備えてなることを特徴とする、
請求項１乃至４の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項６】
該一定電流制御回路は、
該ＬＥＤマトリクスの外部に一括制御定電流制御回路として配置されてなることを特徴とする、
請求項５に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項７】
該一括制御定電流制御回路は、
定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とする、
請求項６に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項８】
該一定電流制御回路は、
該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されてなることを特徴とする、
請求項５に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項９】
該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、
定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とする、
請求項８に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項１０】
該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、
印加される電圧にかかわらずフィードバックにより動的に一定電流制御を行うことを特徴とする、
請求項８又は９に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項１１】
複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、
該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、
該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、
逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、
商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、
入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、
該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、
該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ／又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備えることを特徴とする、
請求項１乃至１０の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項１２】
該同期波形フィルタは商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部に接続され、
該脈流からのフィルタリング信号を取得し、動作ステートを決定する動作ステート比較検出器に出力することを特徴とする、
請求項１１記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項１３】
該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、
該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタの双方に商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力することを特徴とする、
請求項１１又は１２記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項１４】
該複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスはＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、
該マトリクス状発光エレメントは任意の構造を逐次変更するためのエレメントスイッチユニットによって連接され、
各エレメントスイッチユニットがマトリクス構造変更制御回路からの制御信号に対応してその接続状態を変更することによって、ＬＥＤマトリクスの接続構造を最適な状態に変更することを特徴とする、
請求項１乃至１３の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項１５】
該エレメントスイッチユニットは、
３個以上のスイッチを含んで構成され、
これらスイッチの接続状態を変更することによりＬＥＤマトリクスの接続構造を変更することを特徴とする、
請求項１４に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項１６】
該エレメントスイッチユニットは、
３個以上のスイッチを含んで構成され、
該スイッチは夫々電界効果トランジスタＦＥＴ、バイポーラトランジスタを含む切り替え回路であることを特徴とする、
請求項１５に記載のＬＥＤを用いた照明装置。
【請求項１７】
複数のＬＥＤ発光素子を駆動するＬＥＤ駆動回路であって、
該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、
該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、
逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、
商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、
入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、
該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、 
該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ/又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備え、
該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、
該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクスに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第一のブリッジ整流器及び該同期波形フィルタに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第二のブリッジ整流器を備え、
逐次変化する印加電圧と素子の要求電圧を最適化し、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失を最小化することを特徴とする、
ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項１８】
複数のＬＥＤ発光素子を駆動するＬＥＤ駆動回路であって、
該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、
該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、
該ＬＥＤを用いた照明装置は、夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備え、
該一定電流制御回路は、該ＬＥＤマトリクスの外部に一括制御定電流制御回路として配置されてなり、
該ＬＥＤを用いた照明装置は、一定電流制御回路により制御するステート制御電流ルックアップテーブルを含み、 
該正規化された電圧と電流の関係を保持するルックアップテーブルと逐次変化する電圧比較により一括制御定電流制御回路による段階的な一定電流制御を行うことを特徴とする、
ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項１９】
該ＬＥＤマトリクスは２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子により構成され、
該ＬＥＤマトリクス内でのマトリクス構造変更制御は全数より小さい２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、
該マトリクス状発光エレメントの接続形態を変更するエレメントスイッチ回路へ最適な構造を確定するマトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的に変化させることを特徴とする、
請求項１７又は１８記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２０】
該マトリクス構造変更制御回路またはソフトウエアアルゴリズムは、逐次変化する電力交流波形電圧に対応して、正規化された基準電圧との比較を動的に行うことによりマトリクス制御構造ビットの出力値を最適な値に確定することを特徴とする、
請求項１７乃至１９の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２１】
該ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路は、
夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備えてなることを特徴とする、
請求項１７乃至２０の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２２】
該一定電流制御回路は、
該ＬＥＤマトリクスの外部に一括制御定電流制御回路として配置されてなることを特徴とする、
請求項２１に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２３】
該一括制御定電流制御回路は、
定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とする、
請求項２２に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２４】
該一定電流制御回路は、
該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されてなることを特徴とする、
請求項２１に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２５】
該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、
定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とする、
請求項２４に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２６】
該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、
印加される電圧にかかわらずフィードバックにより動的に一定電流制御を行うことを特徴とする、
請求項２４又は２５に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２７】
複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、
該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、
該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、
逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、
商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、
入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、
該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、
該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ／又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備えることを特徴とする、
請求項１７乃至２６の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２８】
該同期波形フィルタは商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部に接続され、
該脈流からのフィルタリング信号を取得し、動作ステートを決定する動作ステート比較検出器に出力することを特徴とする、
請求項２７記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項２９】
該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、
該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタの双方に商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力することを特徴とする、
請求項２７又は２８記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項３０】
該複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスはＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、
該マトリクス状発光エレメントは任意の構造を逐次変更するためのエレメントスイッチユニットによって連接され、
各エレメントスイッチユニットがマトリクス構造変更制御回路からの制御信号に対応してその接続状態を変更することによって、ＬＥＤマトリクスの接続構造を最適な状態に変更することを特徴とする、
請求項１７乃至２９の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項３１】
該エレメントスイッチユニットは、
３個以上のスイッチを含んで構成され、
これらスイッチの接続状態を変更することによりＬＥＤマトリクスの接続構造を変更することを特徴とする、
請求項３０に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項３２】
該エレメントスイッチユニットは、
３個以上のスイッチを含んで構成され、
該スイッチは夫々電界効果トランジスタＦＥＴ、バイポーラトランジスタを含む切り替え回路であることを特徴とする、
請求項３１に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路。
【請求項３３】
ＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法であって、
複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、
該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、
該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、
逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、
商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、
入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、
該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、 
該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ/又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備え、
該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、
該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクスに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第一のブリッジ整流器及び該同期波形フィルタに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第二のブリッジ整流器を備え、
逐次変化する印加電圧と素子の要求電圧を最適化し、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失を最小化することを特徴とする、
ＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項３４】
ＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法であって、
複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、
該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、
該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、
該ＬＥＤを用いた照明装置は、夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備え、
該一定電流制御回路は、該ＬＥＤマトリクスの外部に一括制御定電流制御回路として配置されてなり、
該ＬＥＤを用いた照明装置は、一定電流制御回路により制御するステート制御電流ルックアップテーブルを含み、 
該正規化された電圧と電流の関係を保持するルックアップテーブルと逐次変化する電圧比較により一括制御定電流制御回路による段階的な一定電流制御を行うことを特徴とする、
ＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項３５】
該ＬＥＤマトリクスは２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子により構成され、
該ＬＥＤマトリクス内でのマトリクス構造変更制御は全数より小さい２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、
該マトリクス状発光エレメントの接続形態を変更するエレメントスイッチ回路へ最適な構造を確定するマトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的に変化させることを特徴とする、
請求項３３又は３４記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項３６】
該マトリクス構造変更制御回路またはソフトウエアアルゴリズムは、逐次変化する電力交流波形電圧に対応して、正規化された基準電圧との比較を動的に行うことによりマトリクス制御構造ビットの出力値を最適な値に確定することを特徴とする、
請求項３３乃至３５の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項３７】
該ＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法は、
夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備えてなることを特徴とする、
請求項３３乃至３６の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項３８】
該一定電流制御回路は、
該ＬＥＤマトリクスの外部に一括制御定電流制御回路として配置されてなることを特徴とする、
請求項３７に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項３９】
該一括制御定電流制御回路は、
定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とする、
請求項３８に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項４０】
該一定電流制御回路は、
該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されてなることを特徴とする、
請求項３７に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項４１】
該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、
定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とする、
請求項４０に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項４２】
該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、
印加される電圧にかかわらずフィードバックにより動的に一定電流制御を行うことを特徴とする、
請求項４０又は４１に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項４３】
複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、
該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、
該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、
逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、
商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、
入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、
該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、
該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ／又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備えることを特徴とする、
請求項３３乃至４２の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項４４】
該同期波形フィルタは商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部に接続され、
該脈流からのフィルタリング信号を取得し、動作ステートを決定する動作ステート比較検出器に出力することを特徴とする、
請求項４３記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項４５】
該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、
該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタの双方に商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力することを特徴とする、
請求項４３又は４４記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項４６】
該複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスはＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、
該マトリクス状発光エレメントは任意の構造を逐次変更するためのエレメントスイッチユニットによって連接され、
各エレメントスイッチユニットがマトリクス構造変更制御回路からの制御信号に対応してその接続状態を変更することによって、ＬＥＤマトリクスの接続構造を最適な状態に変更することを特徴とする、
請求項３３乃至４５の何れか一に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項４７】
該エレメントスイッチユニットは、
３個以上のスイッチを含んで構成され、
これらスイッチの接続状態を変更することによりＬＥＤマトリクスの接続構造を変更することを特徴とする、
請求項４６に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【請求項４８】
該エレメントスイッチユニットは、
３個以上のスイッチを含んで構成され、
該スイッチは夫々電界効果トランジスタＦＥＴ、バイポーラトランジスタを含む切り替え回路であることを特徴とする、
請求項４７に記載のＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ素子、以下単にＬＥＤとも称する）を使用した照明装置は、蛍光灯や白熱電球といった従来の照明器具に比べ、長寿命かつ低消費電力であるという特徴を有しており、環境への配慮に優れた次世代の照明機器として期待されている。交流電源を直接的に駆動電源として用いるものでは、当該交流電源を全波整流してＬＥＤ列に供給する。
【０００３】
交流電源を両波整流した場合は交流交番波形の一方の極性（例えばプラス側）の半波のみの間歇的な脈動波形となる。一方、全波整流した場合、一方の極性（例えばプラス側）に他方の極性（マイナス側）半波が折り返した連続する脈流波形となる。交流直接駆動は、このような脈流波形を持つ電源をＬＥＤに直接印加して点灯する方式である。
【０００４】
ＬＥＤには点灯のための所定の電圧（点灯電圧）があり、点灯電圧以下では消灯となる。全波整流した脈流電圧を印加した場合に、脈流波形の電圧が上記点灯電圧以上で点灯（オン）し、それ以下の電圧では消灯（オフ）し、これを繰り返すため、この点灯から消灯、消灯から次の点灯までの期間（消灯期間）の繰り返しは所謂、フリッカ（照明光のちらつき）となる。５０Ｈｚの交流電源の場合、毎秒１００回のフリッカが発生する。
【０００５】
この消灯期間が長くなると、心理的にも不快な現象として認識される。このようなＬＥＤの点滅に伴う駆動回路の作動電流の変化は高調波を伴う電磁波として周囲に放射される。この電磁波はテレビやラジオ、医療用機器を含む様々な電子機器に干渉し、雑音の原因となる。
【０００６】
なお、このようなＬＥＤ駆動回路からの高周波雑音の発生は、現在多くのＬＥＤ照明装置が採用している直流駆動方式では極めて顕著である。直流駆動方式は、交流を平滑直流電圧に一旦変換し、ＬＥＤを所定レベルの直流にて駆動させるものである。交流電源を直流化するために用いる交直変換回路、所謂インバータ回路でのスイッチング動作に起因してエネルギーの大きな高周波が発生する。さらに、このような電源回路は素子数も多く、回路が複雑になり、コスト高となっている。また、この場合の整流回路には電解コンデンサなどの大容量のコンデンサや電圧変圧器（トランス）を必要とする。このような電気部品は、ＬＥＤと比べて寿命が短く、長寿命の照明手段であることを特徴とするＬＥＤとの組み合わせは好ましくない。
【０００７】
ＬＥＤの駆動に関する従来技術を開示したものとして、例えば、特許文献１には、直流駆動方式のＬＥＤ技術が開示されており、商用交流入力電流の高周波成分を低減させながら、直流平滑電圧で点灯させた場合と同等の光出力が得られるＬＥＤ点灯装置（ＬＥＤ駆動回路）が開示されている。
【０００８】
より具体的には、商用交流電流を全波整流する全波整流器の出力端に並列接続される第１のコンデンサと、第１のコンデンサに入力端を並列接続されるスイッチング電源回路部と、スイッチング電源回路部の出力端に接続されるＬＥＤ発光部と、ＬＥＤ発光部に並列接続される第２のコンデンサとを備え、第１のコンデンサの容量が１μＦ未満であり、第２のコンデンサはＬＥＤ発光部に流れる電流のリップル率が１未満になる容量に設定したものである。
【０００９】
一方、特許文献２には、直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤ列を駆動するＬＥＤ駆動回路であって、交流入力を整流する整流器と。オペアンプと該オペアンプの出力群に分圧抵抗を介して接続された複数の駆動用トランジスタとを有する定電流回路とを備え、整流器の出力側の一端をＬＥＤ列の入力側に接続し、複数のトランジスタの出力側の一端をそれぞれ、ＬＥＤ列における異なるＬＥＤ群数の接続ポイントに接続することにより、交流入力の電圧に応じて複数のトランジスタが選択的にＬＥＤ列を駆動するように構成したＬＥＤ駆動回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９ー１３４９４５号公報
【特許文献２】特開２０１３ー２０９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、普及の促進を考慮した結果、特許文献２に開示されたＬＥＤ駆動回路においても、交流入力で直接駆動できるような回路構成を採用していることから、例えば、５０Ｈｚの交流入力電圧であれば、全波整流した毎秒１００回にも及ぶ電圧の増減に対して、よりきめ細やかに電流も追従可能な改善されたＬＥＤ駆動回路が望まれる。また、特に多数のＬＥＤを直列接続したＬＥＤ列を駆動する場合など、交流入力電圧の変動によりＬＥＤ列が点灯しない期間（消灯期間）が長くなってフリッカが顕著になる。  このような人の眼に感じるフリッカをさらに抑制可能なＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法が求められている。総合的に、簡便な構造で、部品点数の削減が可能であり低コストで製造可能で、信頼性が高いこととともに、フリッカや暗時間の問題を解決した安定した発光が得られ、高周波ノイズ問題がなく、低消費電力化と長寿命化を実現することが求められていると言える。
【００１２】
本発明は、これらの課題を解決し、簡便な構成で安定した発光が得られ、平滑コンデンサは不必要でコストダウンと信頼性向上がなされ、低消費電力を実現し、且つスイッチングレギュレータを使用しないので電磁波ノイズがまったく発生しないＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ＬＥＤを用いた照明装置であって、複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により、入力される交流波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、逐次変化する印加電圧と素子の要求電圧を最適化し、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失を最小化することを特徴とするＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００１４】
また本発明は、該ＬＥＤマトリクスは２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子により構成され、該ＬＥＤマトリクス内でのマトリクス構造変更制御は全数より小さい２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、該マトリクス状発光エレメントの接続形態を変更するエレメントスイッチ回路へ最適な構造を確定するマトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的に変化させることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００１５】
また本発明は、該マトリクス構造変更制御回路またはソフトウエアアルゴリズムが、逐次変化する電力交流波形電圧に対応して、正規化された基準電圧との比較を動的に行うことによりマトリクス制御構造ビットの出力値を最適な値に確定することを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００１６】
また本発明は、夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備えてなることを特徴とするＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００１７】
また本発明は、該一定電流制御回路が、該ＬＥＤマトリクスの外部に一括制御定電流制御回路として配置されてなることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００１８】
また本発明は、該一括制御定電流制御回路が、定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００１９】
また本発明は、該一定電流制御回路が、該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されてなることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００２０】
また本発明は、該一定電流制御回路が、該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されてなることを特徴とし、また該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とし、さらに該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、印加される電圧にかかわらずフィードバックにより動的に一定電流制御を行うことを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００２１】
また本発明は、複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ／又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備えることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００２２】
また本発明は、該同期波形フィルタは商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部に接続され、該脈流からのフィルタリング信号を取得し、動作ステートを決定する動作ステート比較検出器に出力することを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００２３】
また本発明は、該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタの双方に商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力することを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００２４】
また本発明は、該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクスに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第一のブリッジ整流器及び該同期波形フィルタに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第二のブリッジ整流器を備えることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００２５】
また本発明は、一定電流制御回路により制御するステート制御電流ルックアップテーブルを含み、該正規化された電圧と電流の関係を保持するルックアップテーブルと逐次変化する電圧比較により一括制御定電流制御回路による段階的な一定電流制御を行うことを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００２６】
また本発明は、該複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスはＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、該マトリクス状発光エレメントは任意の構造を逐次変更するためのエレメントスイッチユニットによって連接され、各エレメントスイッチユニットがマトリクス構造変更制御回路からの制御信号に対応してその接続状態を変更することによって、ＬＥＤマトリクスの接続構造を最適な状態に変更することを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００２７】
また本発明は、該エレメントスイッチユニットが、３個以上のスイッチを含んで構成され、これらスイッチの接続状態を変更することによりＬＥＤマトリクスの接続構造を変更することを特徴とし、さらに該スイッチは夫々電界効果トランジスタＦＥＴ、バイポーラトランジスタを含む切り替え回路であることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法は、簡便な構成でフリッカや暗時間の問題を解決した安定した発光が得られ、整流後の平滑用キャパシタ及び大容量電解コンデンサが不要となり低コストで製造可能であり且つ長期信頼性が向上するとともに、高周波ノイズ問題がなく、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失の最小化を実現するＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法を提供できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法の機能を説明するための概念図である。
【図２】図２は、本実施例に於けるスイッチマトリクス動作の理解のための説明図である。
【図３】図３は、実用正規化を行ったあとの交流電圧と状態（ステート２乃至６）とＬＥＤアレイマトリクスのスイッチタイミング、波形同期のパターンを示した概念図である。
【図４】図４は、ＬＥＤアレイマトリクスのアレイ形状の変化パターンを説明する図である。
【図５】図５は、ＬＥＤアレイマトリクスのアレイ形状の変化パターンを説明する図である。
【図６】図６は、すべてのＬＥＤがＬＥＤの最小起動電圧ＶＦを越えた時点で全点灯が可能であることを説明する図である。
【図７】図７は、本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路の機能ブロックダイヤグラムを示す概念図である。
【図８】図８は、ＬＥＤエレメントスイッチユニットとＬＥＤエレメントの関係を示すＬＥＤエレメントスイッチブロックダイヤグラムである。
【図９】図９は、マトリクススイッチの動作を示す概念図である。
【図１０】図１０はマトリクススイッチユニット内のスイッチの状態と動作状態の関係を示す表である。
【図１１】図１１は、マトリクススイッチの動作例を説明する概念図である。
【図１２】図１２は、マトリクススイッチの動作例を説明する概念図である。
【図１３】図１３は、マトリクススイッチの動作例を説明する概念図である。
【図１４】図１４は、本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路の実装形態の例を示す概念図である。
【図１５】図１５は、本発明に係るエレメントスイッチユニットの直並列切り替え回路と単層基板上配線の方式を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法を図面を用いて説明する。
【００３１】
図１は、本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法の機能を説明するための概念図である。本発明は、従来ＬＥＤ素子はアナログ電球の代替として扱われていたものを、デジタルのビット列のように扱うことにより、簡便な構成でフリッカや暗時間の問題を解決した安定した発光が得られ、整流後の平滑用キャパシタ及び大容量電解コンデンサが不要となり低コストで製造可能であり且つ長期信頼性が向上するとともに、高周波ノイズ問題がなく、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失の最小化を実現するＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法を実現した。
【００３２】
本発明は、ＬＥＤを用いた照明装置であって、複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により、入力される交流波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、逐次変化する印加電圧と素子の要求電圧を最適化し、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失を最小化することを特徴とするＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００３３】
また本発明は、該ＬＥＤマトリクスは２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子により構成され、該ＬＥＤマトリクス内でのマトリクス構造変更制御は全数より小さい２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、該マトリクス状発光エレメントの接続形態を変更するエレメントスイッチ回路へ最適な構造を確定するマトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的に変化させることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００３４】
また本発明は、該マトリクス構造変更制御回路またはソフトウエアアルゴリズムが、逐次変化する電力交流波形電圧に対応して、正規化された基準電圧との比較を動的に行うことによりマトリクス制御構造ビットの出力値を最適な値に確定することを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００３５】
また本発明は、夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備えてなることを特徴とするＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００３６】
また本発明は、夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備えてなることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００３７】
また本発明は、該一括制御定電流制御回路が、定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００３８】
また本発明は、該一定電流制御回路が、該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されてなることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００３９】
また本発明は、該一定電流制御回路が、該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されてなることを特徴とし、また該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路であることを特徴とし、さらに該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、印加される電圧にかかわらずフィードバックにより動的に一定電流制御を行うことを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００４０】
また本発明は、複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ／又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備えることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００４１】
また本発明は、該同期波形フィルタは商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部に接続され、該脈流からのフィルタリング信号を取得し、動作ステートを決定する動作ステート比較検出器に出力することを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００４２】
また本発明は、該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタの双方に商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力することを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００４３】
また本発明は、該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器であり、該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクスに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第一のブリッジ整流器及び該同期波形フィルタに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第二のブリッジ整流器を備えることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００４４】
また本発明は、一定電流制御回路により制御するステート制御電流ルックアップテーブルを含み、該正規化された電圧と電流の関係を保持するルックアップテーブルと逐次変化する電圧比較により一括制御定電流制御回路による段階的な一定電流制御を行うことを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００４５】
また本発明は、該複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスはＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、該マトリクス状発光エレメントは任意の構造を逐次変更するためのエレメントスイッチユニットによって連接され、各エレメントスイッチユニットがマトリクス構造変更制御回路からの制御信号に対応してその接続状態を変更することによって、ＬＥＤマトリクスの接続構造を最適な状態に変更することを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００４６】
また本発明は、該エレメントスイッチユニットが、３個以上のスイッチを含んで構成され、これらスイッチの接続状態を変更することによりＬＥＤマトリクスの接続構造を変更することを特徴とし、さらに該スイッチは夫々電界効果トランジスタＦＥＴ、バイポーラトランジスタを含む切り替え回路であることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００４７】
本発明は、電球照明装置の発展型ではなく、デジタル技術を適用した、新しい着想に基ついた照明電力制御方式であり、スイッチングレギュレータを使用しないので、電磁波ノイズがまったく発生せず、平滑コンデンサが不必要となるためコストダウンに寄与し、低電圧からの全ＬＥＤ素子の発光が可能なため良好なフリッカ性能を有し、寿命部品が無いので信頼性が非常に高いＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００４８】
本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置は、調光機能の追加も可能であり、街路灯、 防犯灯、病院、医療機器、アミューズメント施設、無線施設、航空機などに好適に応用でき、製品としては蛍光灯型直管、ベースライト、ダウンライト、投光器、交換型ＬＥＤ電球などに好適に用いられる。さらに、ＬＳＩ化が容易な回路構成のため、将来的に更なるコストダウンが可能である。
【実施例１】
【００４９】
図１は、本発明を説明するための図であり、理解しやすいことと、現状のＬＥＤ素子性能を勘案して、１２８個のＬＥＤをドライブする場合を実用的な例として説明したものである。ここで、本実施例においてＬＥＤマトリクスを構成する単位数を１２８個で説明を行ったが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく任意のサイズのマトリクスを形成する素子数にて構成することができる。ただし、その構成が２の冪乗になるようにすることが有利である。本実施例の説明とは別に、例えば６４個、３２個或いは２５６個のユニットからなる構成等も好適に適用することが出来る。
【００５０】
本発明に於いては、ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により、入力される交流波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、逐次変化する印加電圧と素子の要求電圧を最適化し、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失を最小化する。
【００５１】
図１に示した例に於いては、ビット数は１２８個であるから、２進冪乗で考えると、必要となる２進桁数は７ビットとなる。本実施例に於いては、７ビットのＬＥＤを順次桁数ごとに切り替えてＬＥＤの接続構造を変化させることにより、逐次変化する交流波形電圧ごとにＬＥＤにかかる電圧を最適化する方法を概念的に示している。
【００５２】
図２は、本実施例に於けるスイッチマトリクス動作の理解のための説明図である。最高動作電圧を超える電圧域に於いては図中最上段に示すように全ＬＥＤ発光素子が直列になるようにスイッチされる。電圧が最高動作電圧の１／２の場合は１／２直列となるようにスイッチされる。以下、ビット数に対応してマトリクスがスイッチングされ、最終的に最高動作電圧の１／１２８の場合はすべて並列になるようにスイッチングされる。
【００５３】
論理的には１２８個のＬＥＤを２の冪乗となる形状に逐次変化させ、同時に要求される電圧を加えればよいが、実際のＬＥＤ素子の動作電圧は最低でも３Ｖ必要となるため、それぞれのマトリクススイッチの形状の要求電圧は、必ずしも交流１００Ｖの周期的な電圧波形と一致しない。そのため、正規化を行うことによりマトリクス構造制御ビットの最適化を行う。図３は、本実施例に於ける正規化の例を示したものであり、このような正規化により高効率な駆動が実現される。
【００５４】
図４は、実用正規化を行ったあとの交流電圧と状態（ステート２乃至６）とＬＥＤアレイマトリクスのスイッチタイミング、波形同期のパターンを示した概念図である。実用化の為のマトリクス構造の切り替え方法と基板上配線数の決定のため、かかる正規化が必要となる。動作メカニズムとしては、交流電源の変化する電圧に応じた動作ステートに従い、ＬＥＤマトリクスを動的に変形させると同時に、逐次変化するＬＥＤエレメントの印加電圧に応じてその動作ステートに必要となるＬＥＤの電流値も制御する。
【００５５】
図５は、ＬＥＤアレイマトリクスのアレイ形状の変化パターンを説明する図である。ＬＥＤアレイマトリクスを直列、並列で切り替えることにより全ＬＥＤをどの動作電圧でも点灯させることができる。本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法は、１２８個のＬＥＤアレイ形状を入力される交流波形に伴って、並列、直列構造を変化させることにより、印加電圧と素子の要求電圧を最適化し、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失（廃熱）を最小化することができる。
【００５６】
本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法は、すべてのＬＥＤは、ＬＥＤの最小起動電圧ＶＦを越えた時点で全点灯が可能である。図６は、すべてのＬＥＤがＬＥＤの最小起動電圧ＶＦを越えた時点で全点灯が可能であることを説明する図である。交流電圧の低い部分では並列化されているために、低電圧から点灯可能となる。また、常時すべてのＬＥＤが点灯しているため、一般的なコンデンサレス方式とは異なり、フリッカが発生しないという利点がある。
【００５７】
図７は、本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路の機能ブロックダイヤグラムを示す概念図である。本発明に於いては、ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により、入力される交流波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、逐次変化する印加電圧と素子の要求電圧を最適化し、電流制御回路の動作効率が最適化される。本発明は、夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備えてなる。該一定電流制御回路は、該ＬＥＤマトリクスの外部に一括制御定電流制御回路として配置されてもよく、該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されてもよい。本図は、そのいずれをも記載しているが、実際はいずれか一を選択すれば良い。
【００５８】
該一括制御定電流制御回路としては、定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路が好適に用いられる。また、該一定電流制御回路が、該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されて場合には、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、定電流素子（ＣＲＤ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタを含む定電流回路が好適に用いられ、さらに該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子は、印加される電圧にかかわらずフィードバックにより動的に一定電流制御を行うことが望ましい。
【００５９】
また本発明は、複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ／又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備えることを特徴とする。
【００６０】
ここで、同期波形フィルタは商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部に接続され、該脈流からのフィルタリング信号を取得して、動作ステートを決定する動作ステート比較検出器に出力する。該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器が好適に用いられる。該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタの双方に商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する形態、或いは該ＬＥＤマトリクスに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第一のブリッジ整流器及び該同期波形フィルタに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第二のブリッジ整流器を備える形態、のいずれかの形態を選択することができる。
【００６１】
図８は、ＬＥＤエレメントスイッチユニットとＬＥＤエレメントの関係を示すＬＥＤエレメントスイッチブロックダイヤグラムである。
【００６２】
かかる構成により、入力される交流波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、逐次変化する印加電圧と素子の要求電圧を最適化し、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失を最小化することが可能となる。なお、各ＬＥＤエレメントは１個の素子でも集合型の素子でも問題なく好適に用いることが出来る。
【００６３】
図９は、マトリクススイッチの動作を示す概念図である。また、図１０はマトリクススイッチユニット内のスイッチの状態と動作状態の関係を示す表である。具体的には、スイッチ１及び２がオンでスイッチ３がオフの場合は該ユニットは並列接続を形成し、スイッチ１及び２がオフでスイッチ３がオンの場合は該ユニットは直列接続を形成する。これらのマトリクススイッチユニットの制御により、ＬＥＤマトリクス内でのマトリクス構造変更制御が実現される。
【００６４】
図１１乃至図１３は、マトリクススイッチの動作例を説明する概念図である。マトリクスエレメントスイッチの切り替えにより、図１１では全並列、図１２では全直列、図１３では１／２並列の状態が得られる。このように、マトリクススイッチユニットの制御により、ＬＥＤマトリクス内で必要なマトリクス状発光エレメントの全ての接続形態を実現することが出来る。該ＬＥＤマトリクスは２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子により構成され、該ＬＥＤマトリクス内でのマトリクス構造変更制御は全数より小さい２の冪乗の数のＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、該マトリクス状発光エレメントの接続形態を変更するエレメントスイッチ回路へ最適な構造を確定するマトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的に変化させることが出来る。
【００６５】
また本発明は、該マトリクス構造変更制御回路またはソフトウエアアルゴリズムが、逐次変化する電力交流波形電圧に対応して、正規化された基準電圧との比較を動的に行うことによりマトリクス制御構造ビットの出力値を最適な値に確定することを特徴とする。図１４は、本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路の実装形態の例を示す概念図である。本発明に於いては、夫々のＬＥＤ発光素子に印加される電流がＬＥＤ接続構造の変更に関わらず一定となるような一定電流制御回路を備えてなることが望ましい。該一定電流制御回路は、該ＬＥＤマトリクスの外部に一括制御定電流制御回路として配置されてもよく、該ＬＥＤマトリクスの内部に、該マトリクス状発光エレメント毎の一定電流制御素子として配置されてもよい。
【００６６】
また本発明は、複数のＬＥＤ発光素子と、これを駆動するＬＥＤ駆動回路を備え、該ＬＥＤ発光素子は複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスを形成し、該ＬＥＤマトリクスは、マトリクス構造変更制御回路により印加される波形に対応して動的にＬＥＤ接続構造を変更する構成を有し、逐次変化する交流波形電圧に応じて夫々のＬＥＤ素子に印加される電圧を最適化するＬＥＤを用いた照明装置であって、商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部と、入力される商用電源の波形に対する同期信号を生成する同期波形フィルタと、該同期波形フィルタからの信号による動作ステートを決定する動作ステート比較検出器と、該ＬＥＤマトリクスの接続構造を任意且つ／又は最適な状態に変更するＬＥＤエレメントスイッチユニットとマトリクス構造変更制御回路とを備えるＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００６７】
ここで、同期波形フィルタは商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクスに供給する電源部に接続され、該脈流からのフィルタリング信号を取得し、動作ステートを決定する動作ステート比較検出器に出力する。該商用電源から全波整流または両波整流した脈流をＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタに供給する電源部はブリッジ整流器が好適に用いられる。該ブリッジ整流器は該ＬＥＤマトリクス及び該同期波形フィルタの双方に商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する形態、或いは該ＬＥＤマトリクスに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第一のブリッジ整流器及び該同期波形フィルタに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第二のブリッジ整流器を備える形態、のいずれかの形態を選択することができる。
【００６８】
図１４は、該ＬＥＤマトリクスに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第一のブリッジ整流器及び該同期波形フィルタに商用電源から全波整流または両波整流した脈流を出力する第二のブリッジ整流器を備える形態を示しているが、本発明はかかる形態に限定されるものではなく、マトリクスアレーへの給電部及び波形分析フィルタの双方に整流後の出力が供給されるような構成であれば良い。
【００６９】
また本発明は、一定電流制御回路により制御するステート制御電流ルックアップテーブルを含み、該正規化された電圧と電流の関係を保持するルックアップテーブルと逐次変化する電圧比較により一括制御定電流制御回路による段階的な一定電流制御を行うことを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００７０】
また本発明は、該複数のＬＥＤ発光素子により構成されたＬＥＤマトリクスはＬＥＤ発光素子によって構成されるマトリクス状発光エレメントに分割され、該マトリクス状発光エレメントは任意の構造を逐次変更するためのエレメントスイッチユニットによって連接され、各エレメントスイッチユニットがマトリクス構造変更制御回路からの制御信号に対応してその接続状態を変更することによって、ＬＥＤマトリクスの接続構造を最適な状態に変更することを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００７１】
また本発明は、該エレメントスイッチユニットが、３個以上のスイッチを含んで構成され、これらスイッチの接続状態を変更することによりＬＥＤマトリクスの接続構造を変更することを特徴とし、さらに該スイッチは夫々電界効果トランジスタＦＥＴ、バイポーラトランジスタを含む切り替え回路であることを特徴とする、ＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法である。
【００７２】
図１５は、本発明に係るエレメントスイッチユニットの直並列切り替え回路と単層基板上配線の方式を示した概念図である。かかる構成になる配線を用いることにより、より簡便に本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置であり、かかるＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路であり、これを用いたＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法が実現される。
【００７３】
ここで、一連の説明においてＬＥＤマトリクスを構成する単位数を１２８個で説明を行ったが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく任意のサイズのマトリクスを形成する素子数にて構成することができる。ただし、その構成が２の冪乗になるようにすることが有利であることは述べて来た通りである。本実施例の説明とは別に、例えば６４個、３２個或いは２５６個のユニットからなる構成等も好適に適用することが出来る。
【００７４】
以上述べてきたように、本発明に係る構成を用いることにより、本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法は、簡便な構成でフリッカや暗時間の問題を解決した安定した発光が得られ、整流後の平滑用キャパシタ及び大容量電解コンデンサが不要となり低コストで製造可能であり且つ長期信頼性が向上するとともに、高周波ノイズ問題がなく、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失の最小化を実現するＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る本発明に係るＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法は、簡便な構成でフリッカや暗時間の問題を解決した安定した発光が得られ、整流後の平滑用キャパシタ及び大容量電解コンデンサが不要となり低コストで製造可能であり且つ長期信頼性が向上するとともに、高周波ノイズ問題がなく、電流制御回路の動作効率が最適化されることにより、制御回路、素子における損失の最小化を実現するＬＥＤを用いた照明装置、ＬＥＤを用いた照明装置の駆動回路及びＬＥＤを用いた照明装置の駆動方法が実現され、以って産業上の利用価値は多大であると言える。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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