(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で発光ダイオードの発光色を変更する。【解決手段】発光ダイオードを備える照明は、発光ダイオード１とこの発光ダイオードに接続してなる電源３を備える。電源３は、発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を発生するパルス発生回路４を備え、パルス発生回路４が、発光ダイオード１に順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を供給して発光ダイオード１を発光させる。【選択図】図２
2017103185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードと、この発光ダイオードに接続してなる電源とを備える発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、前記発光ダイオードの順方向の立ち上がり電圧を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を発生するパルス発生回路を備え、
前記パルス発生回路が、前記発光ダイオードに順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を供給して前記発光ダイオードを発光させることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項２】
請求項１に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、前記発光ダイオードの順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）の１．５倍以上の波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を前記発光ダイオードに印加して発光させることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項３】
請求項１に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、前記発光ダイオードの順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）の２倍以上の波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を前記発光ダイオードに印加して発光させることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項４】
請求項１に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、前記発光ダイオードの順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）の３倍以上の波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を前記発光ダイオードに印加して発光させることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が前記発光ダイオードに印加するパルス電圧のデューティーが１０％以下である発光ダイオードを備える照明。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記パルス発生回路が、前記発光ダイオードの実効電流を最大許容電流以下とする、波高値（Ｖｈ）と、パルス幅（Ｗ）と、デューティーのパルス電圧として、前記発光ダイオードに印加することを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を変化させるパルス発生回路を備え、
前記パルス発生回路がパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を変化させて、前記発光ダイオードの発光色をコントロールすることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項８】
請求項７に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）とデューティーを変化させるパルス発生回路を備え、
前記パルス発生回路は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高くしてデューティーを小さくすることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項９】
請求項７に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）とパルス幅（Ｗ）を変化させるパルス発生回路を備え、
前記パルス発生回路は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高くしてパルス幅（Ｗ）を小さくすることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が矩形波のパルス電圧を前記発光ダイオードに印加することを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項１１】
請求項１０に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が前記発光ダイオードに印加するパルス電圧が、オーバーシュートのある矩形波である発光ダイオードを備える照明。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、１パルスの波高値（Ｖｈ）を変化させるパルス発生回路を備え、
前記パルス発生回路が１パルスの波高値（Ｖｈ）を変化させて、１パルスの発光色を変化させることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、所定の周期でパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を変化させるパルス発生回路を備え、
前記パルス発生回路がパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を変化させて、発光ダイオードの発光色を所定の周期で変化させることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載される発光ダイオードを備える照明であって、
複数の発光ダイオードを並列に接続してなるダイオードユニットを備え、
前記電源が、前記ダイオードユニットに電流制限素子を介することなく接続されてなる発光ダイオードを備える照明。
【請求項１５】
請求項１４に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
発光色が異なる複数組のダイオードユニットを備えると共に、複数組の発光ダイオードは互いに並列に接続されて、電流制限素子を介することなく前記電源に接続され、
各組のダイオードユニットは同じ発光色の発光ダイオードを並列に接続しており、
前記電源が、順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を最大電圧とする発光ダイオードの順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を複数組のダイオードユニットに印加することを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項１６】
請求項１５に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が複数組の前記ダイオードユニットに供給するパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を制御するパルス発生回路を備え、
前記パルス発生回路がパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を制御して、複数組のダイオードユニットのトータル発光色のカラーポイントを制御するようにしてなる発光ダイオードを備える照明。
【請求項１７】
請求項１ないし１０のいずれかに記載される発光ダイオードを備える発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源が、第１の周期で複数のパルス電圧を出力する出力タイミングと、出力タイミングの後、パルス電圧の出力を休止する休止タイミングとを、第１の周期よりも遅い第２の周期で繰り返して、前記発光ダイオードにパルス電圧を供給するパルス発生回路を備え、
前記パルス発生回路が、第１の周期と第２の周期でパルス電圧を前記発光ダイオードに印加して発光させることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項１８】
請求項１７に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記電源のパルス発生回路が、前記第１の周期と前記第２の周期のデューティーのいずれか又は両方を制御して前記発光ダイオードの輝度をコントロールすることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載される発光ダイオードを備える照明であって、
前記パルス発生回路が、前記第１の周期で出力されるパルスの波高値（Ｖｈ）を変化させて、前記発光ダイオードの発光色を変化させることを特徴とする発光ダイオードを備える照明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを光源とする照明に関し、とくに室内や屋外の照明器具、液晶などの表示パネルのバック照明、車の前照灯や室内灯など車用の照明、看板や装飾用の照明、プロジェクターの光源に使用される照明などに最適な発光ダイオードを光源とする照明に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、高い発光効率と長寿命な特性が生かされて、モニタのバック照明、室内や屋外の照明、あるいは車用の照明等、種々の照明として使用される。発光ダイオードの照明は、発光ダイオードに順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を印加するために、図１１に示すように、電流制限抵抗９８や定電流回路等の電流制限素子を介して発光ダイオード９１を直流電源９３に接続している。発光ダイオード９１の電圧−電流特性が、図１２に示すように、順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越えると急激に増加するので、電圧のみをコントロールして、電流値を安定して所定値とするのが難しいからである。この照明は、電流制限抵抗や定電流回路等の電流制限素子の電力消費が電力効率を低下させる原因となる。
【０００３】
また、発光ダイオードは半導体素子で特定される発光色を変更できない欠点がある。ＰＮ接合層で再結合されるキャリアのエネルギーギャップで発光色の波長が特定されるからである。発光ダイオードは、エネルギーのエネルギーギャップをＥｇ、発光色の振動数をν（波長λの逆数１／λ）とすれば、以下の式で特定される。
Ｅｇ＝ｈν
ただし、この式においてｈはプランク定数である。
【０００４】
発光ダイオードは、半導体材料で特定されるキャリアのエネルギーギャップで発光色が特定されることから、発光色を変化できず、電流値による輝度のみをコントロールしている。発光ダイオードの発光色は変化できないので、たとえば、白色発光ダイオードは、青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを組み合わせて実現し、また赤色と、青色と、緑色の白色発光ダイオードを一緒に発光させて白色照明を実現している。ただ、青色発光ダイオードや三原色の白色照明は、発光色の色バランスを正確にコントロールして、白色に発光させるので、色バランスの調整が極めて難しく、発光色を理想的な白色とするのが極めて難しく、このことが歩留まりを低下させる原因となっている。白色発光ダイオードは、蛍光体の充填量のごく僅かなばらつきが、発光色を白色からずらせる原因となり、また、三原色の発光ダイオードを組み合わせ発光させる白色照明は、赤色と、青色と、緑色の発光ダイオードの発光強度のアンバランスが白色のカラーポイントをずらせるからである。さらに困ったことに、人間の目は、白色のわずかなずれも明確に判別できる能力があることから、特定のカラーポイントの白色に発光させる白色発光ダイオードの製造には極めて高い製造工程が要求され、さらに製造された白色発光ダイオードを選別して、特定のカラーポイントのものを製造することから、設備コストが高くなる欠点がある。
【０００５】
また、発光ダイオードの発光色を変化できないので、発光色を変更する必要のある照明は、発光色が異なる複数の発光ダイオードを組み合わせて、各色の発光ダイオードの発光強度を調整する必要があって部品コストが高くなる。
【０００６】
さらにまた、発光ダイオードは、前述したように、ＰＮ接合層で再結合するキャリアのエネルギーギャップで発光する光の波長が特定されることから、極めてバンド幅の狭い発光ピークのある発光特性を示す。白色の発光ダイオードは、図１３に示すように、極めて強い発光ピークのバンドスペクトルの青色と、なだらかでバンド幅の広い黄色の蛍光体による発光との混色で、人間の目に白色として認識されるように調整している。図１３の発光特性の照明は、青色バンドスペクトルの発光ピークが極め強いことから、種々の弊害があるとされる。理想的な照明は、バンドスペクトルのバンド幅を広くして波長による強度差を少なくすることにあるが、発光ダイオードは、ＰＮ接合層で再結合されるキャリアのエネルギーギャップで発光する光の波長が特定され、幅の狭いバンドスペクトルの発光特性となって、発光ピークが強くなる欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００２−５４２５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来の発光ダイオードの照明が有する以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電力効率を高くしながら簡単な回路構成で発光色を変更できる発光ダイオードの照明を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
本発明の発光ダイオードを備える照明は、発光ダイオード１と、この発光ダイオード１に接続してなる電源３とを備える。電源３は、発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を発生するパルス発生回路４を備え、このパルス発生回路４は、発光ダイオード１の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を供給して発光ダイオード１を発光させる。
【００１０】
以上の照明は、電力効率を高くしながら、簡単な回路構成で、発光色を発光ダイオードの標準の発光色から短波長側にシフトして発光できる特長がある。それは、以上の照明が、発光ダイオードの順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を発光ダイオードに印加して、キャリアを高電圧で加速して再結合させるからである。発光ダイオードの発光波長λは、ＰＮ接合層で再結合するキャリアのエネルギーギャップで特定されるが、以上の照明は、順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）よりも高いパルス電圧を印加して発光ダイオードを発光させるので、ＰＮ接合層で再結合するキャリアのエネルギーを大きくして短波長側の発光色に発光できる。
【００１１】
さらに、以上の照明は、波高値（Ｖｈ）を高くして実効電流が増加する状態にあっては、パルス電圧のパルス幅を狭くして発光ダイオードの損傷を防止できるので、順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を遙かに超える電圧を印加して発光できる。このことによって、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高くして、電子と正孔が再結合するときのエネルギーを大きくできるので、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）の数倍以上にも高くすることも可能で、順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を印加して発光させる標準の発光色から短波長に相当にシフトできる。
【００１２】
発光ダイオードは、温度上昇すると発光効率が低下する。たとえば、８０℃に温度上昇して発光効率は２０％も低下する。このため従来の照明は、発光ダイオードに大電流を流して温度が上昇すると発光効率が低下する欠点がある。これに対して、本発明の照明は、瞬間的に高い波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を供給して発光ダイオードを瞬間的に発光させるが、その後は電流を遮断して放熱できるので、強く発光させながら温度上昇を小さくして発光効率を高くできる特徴がある。さらに好都合なことに、以上の照明は、波高値（Ｖｈ）の高いパルス電圧で発光ダイオードを瞬間的に発光させた後、発光を休止するが、この発光状態は、人間の目の感覚を有効に利用して、消費電力を極めて小さく、温度上昇を少なくしながら、明るい照明を実現できる特徴を実現する。それは、人間の神経細胞の特性を有効に利用してパルス電圧で点滅させるからである。人間の眼の神経細胞は、光の刺激を受けて活動電位が１度発生すると、一定時間内に受ける次の刺激では反応性が低下して興奮しない不応期がある。とくに、大きい刺激に対して全く反応しない絶対不応期を有効に利用して発光ダイオードを点滅できるからである。
【００１３】
以上の照明は、波高値（Ｖｈ）の高いパルス電圧で発光ダイオードを瞬間的に強く発光させるので、人間の目は瞬間的な強い光の刺激を認識する。その後、光の刺激に反応しない不応期において発光ダイオードを消灯しても、人間の眼は明るい照明と認識する。このため、以上の照明は、発光ダイオードの発光時間に対する消灯時間の比率を大きくして、すなわち、実効電流を極めて小さくしながら、明るい照明を実現する。ちなみに、本発明者の実験では、窒化ガリウム製の青色発光ダイオードに、波高値（Ｖｈ）を順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）の約４倍の１０Ｖ、パルス幅（Ｗ）を１０μｓｅｃ、パルスの周期を１ｍｓｅｃとするパルス電圧と、パルスの周期を０．１ｍｓｅｃとするパルス電圧を印加して発光させると、目に感じる明るさにほとんど差がない。このことは、消費電力を１／１０に削減して、ほぼ同じ明るさの照明を実現できるという画期的な特徴を実現する。また、パルス幅（Ｗ）を１μｓｅｃ、パルスの周期を１ｍｓｅｃのパルス電圧はデューティーが０．１％と極めて小さく、デューティーを１００％とする直流で発光される発光ダイオードに比較して、消費電力を飛躍的に削減して、目には明るく認識される照明を実現する。
【００１４】
さらにまた、本発明の照明は、電流制限素子を使用することなく、発光ダイオードには順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える高い波高値（Ｖｈ）の電圧を供給して、発光ダイオードを高効率に発光できる。それは、発光ダイオードにパルス電圧を供給して、発光ダイオードには瞬間的に電流を流した後、電流を遮断するからである。このため、以上の照明は、電流制限抵抗による電力ロスを削減して電力効率をさらに高く、また回路構成も簡単にできる特長がある。
【００１５】
さらに、以上の照明は、発光ダイオードに順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）より高い波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を印加して強く発光でき、さらに、眼の不応期を有効に利用して消費電力を削減するので、発光ダイオードの温度上昇が小さく、温度上昇による寿命の低下と、発光効率の低下を有効に防止できる特徴も実現する。さらに、発光ダイオードは温度上昇で寿命が急激に短くなるのを防止するために、大きな放熱フィンなどを設けて温度上昇を防止する必要があるが、以上の照明は発光ダイオードの温度上昇が少なく、放熱フィンなどによる放熱を少なくしながら、寿命を長くできる特徴も実現する。この特徴は、たとえば車両のヘッドライトやプロジェクター等の照明において特に効果がある。強い発光強度が要求され、雰囲気温度が高くなる環境で使用されるからである。
【００１６】
本発明の照明は、発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）の１．５倍以上の波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を電源３から発光ダイオード１に印加して発光させることができる。
【００１７】
本発明の照明は、発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）の２倍以上の波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を電源３から発光ダイオード１に印加して発光させることができる。
【００１８】
本発明の照明は、発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）の３倍以上の波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を電源３から発光ダイオード１に印加して発光させることができる。
【００１９】
本発明の照明は、パルス電圧のデューティーを１０％以下とするパルス電圧を発光ダイオード１に供給して発光ダイオード１を発光させることができる。以上の照明は、デューティーを１０％以下とするパルス電圧を発光ダイオードに印加するので、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を、順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）よりも相当に高い電圧を印加して、発光色を標準の発光色から短波長側にシフトできる特長がある。
【００２０】
本発明の照明は、発光ダイオード１の実効電流を最大許容電流以下とする、波高値（Ｖｈ）と、パルス幅（Ｗ）と、デューティーのパルス電圧を電源３から発光ダイオード１に印加して発光させることができる。以上の照明は、発光ダイオードの実効電流を最大許容電流より小さくして、発光ダイオードを保護しながら発光できる。
【００２１】
本発明の照明は、電源３のパルス発生回路４でもって、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を変化させて、発光ダイオード１の発光色を変化することができる。以上の照明は、発光ダイオードに印加するパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を変化して、直流電源で発光させる標準の発光色から可変できる特長がある。
【００２２】
本発明の照明は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）とデューティーを変化させるパルス発生回路４を電源３に設け、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高くしてデューティーを小さくして発光ダイオード１を発光できる。以上の照明は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高くしてデューティーを小さくコントロールするので、発光ダイオードを保護しながら、発光色を大幅に可変できる特長がある。
【００２３】
本発明の照明は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）とパルス幅（Ｗ）を変化するさせるパルス発生回路４を設け、このパルス発生回路４でもって、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高くしてパルス幅（Ｗ）を小さくして発光ダイオード１を点灯できる。以上の照明は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高くしてパルス幅（Ｗ）を小さくするので、発光ダイオードを保護しながら、発光色を大幅に可変できる特長がある。
【００２４】
本発明の照明は、矩形波のパルス電圧を電源３から発光ダイオード１に印加して発光させることができる。この照明は、電源の回路構成を簡単にして発光ダイオードを発光できる特長がある。
【００２５】
本発明の照明は、発光ダイオードに印加するパルス電圧を、オーバーシュートのある矩形波として電源３から発光ダイオード１に供給することができる。この照明は、パルス電圧のオーバーシュートで瞬間的に電子と正孔を加速して、発光色を効果的に短波長側にシフトできる特長がある。また、オーバーシュートによってパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を変化して、発光ピークのバンド幅をより広くできる特長も実現する。
【００２６】
本発明の照明は、１パルスの波高値（Ｖｈ）を変化させるパルス発生回路４を設けて、このパルス発生回路４から発光ダイオード１にパルス電圧を供給し、パルス電圧の１パルスの波高値（Ｖｈ）を変化して、１パルスの発光色を変化させることもできる。この照明は、１パルスの波高値（Ｖｈ）を変化して１パルスの発光色を変化させるので、発光ピークのバンド幅をより広くできる特長も実現する。
【００２７】
本発明の照明は、所定の周期でパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を変化させるパルス発生回路４を設けて、このパルス発生回路４から発光ダイオード１に供給するパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を変化させて、発光ダイオード１の発光色を所定の周期で変化させることができる。この照明は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を所定の周期で変化して発光色を変化させるので、発光ピークのバンド幅をより広くできる特長も実現する。
【００２８】
本発明の照明は、複数の発光ダイオード１を並列に接続してダイオードユニット２とし、このダイオードユニット２に電流制限素子を介することなく電源３を接続することができる。この照明は、電流制限素子を使用することなく複数の発光ダイオードを効率よく、しかも損傷することなく所定の輝度で発光できる特長がある。並列に接続している各々の発光ダイオードにパルス電圧を印加して発光できるからである。
【００２９】
本発明の照明は、発光色の異なる複数組のダイオードユニット２を設け、複数組の発光ダイオード１を互いに並列に接続して、電流制限素子を介することなく電源３に接続し、各組のダイオードユニット２は同じ発光色の発光ダイオード１を並列に接続したものとし、電源３から順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を最大電圧とする発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を複数組のダイオードユニット２に印加して発光できる。この照明は、電流制限抵抗を使用することなく、発光色が異なる複数の発光ダイオードを発光でき、また、電流制限抵抗にる電力ロスを解消して電力効率を高くできる特長がある。
【００３０】
以上の照明は、複数組のダイオードユニット２に供給するパルス電圧の波高値（Ｖｈ）をパルス発生回路４で制御し、このパルス発生回路４でパルス電圧の波高値（Ｖｈ）を制御して、複数組のダイオードユニット２のトータル発光色のカラーポイントを制御することができる。
【００３１】
本発明の照明は、第１の周期で複数のパルス電圧を出力する出力タイミングと、出力タイミングの後、パルス電圧の出力を休止する休止タイミングとを、第１の周期よりも遅い第２の周期で繰り返して、パルス発生回路４から発光ダイオード１にパルス電圧を供給して、このパルス発生回路４が、第１の周期と第２の周期でパルス電圧を発光ダイオード１に印加して発光させることができる。
【００３２】
以上の照明は、出力タイミングにおいて発光ダイオードに複数のパルス電圧を印加して発光し、休止タイミングで電流を遮断するので、出力タイミングにおいてより高い波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を印加して発光色を基準発光色からより短波長側にシフトできる。また、休止タイミングを設けて発光ダイオードの実効電流小さくできるので、発光ダイオードを損傷することなく、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高くして発光色を短波長側に大きくシフトできる特長がある。
【００３３】
以上の照明は、第１の周期と第２の周期のデューティーのいずれか又は両方をパルス発生回路４で制御して、発光ダイオード１の輝度をコントロールすることができる。この照明は、パルス発生回路で第１の周期と第２の周期の何れかまたは両方のデューティーを制御して、発光ダイオードの発光輝度をコントロールできる特徴がある。
【００３４】
さらに、以上の照明は、第１の周期で出力されるパルスの波高値（Ｖｈ）を変化して、発光ダイオードの発光色を変化させることができる。この照明は、パルス発生回路で第１の周期でパルスの波高値（Ｖｈ）をコントロールして発光色を変化して、発光ピークのバンド幅を広くできる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例にかかる発光ダイオードを備える照明のブロック図である。
【図２】電源が出力するパルス電圧波形の一例を示す図である。
【図３】電源が出力するパルス電圧波形の他の一例を示す図である。
【図４】図４Ａは電源が出力するパルス電圧波形の他の一例を示す図であり、図４Ｂは図４Ａに示すパルス電圧波形の拡大図である。
【図５】図５Ａは電源が出力するパルス電圧波形の他の一例を示す図であり、図５Ｂは図５Ａに示すパルス電圧波形の拡大図である。
【図６】パルス電圧波形の１パルスの波形の一例を示す図である。
【図７】パルス電圧波形の１パルスの波形の他の一例を示す図である。
【図８】パルス電圧波形の１パルスの波形の他の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施例にかかる照明の電源の具体例を示す回路図である。
【図１０】本発明の実施例にかかる照明の電源の他の具体例を示す回路図である。
【図１１】従来の発光ダイオード照明の回路図である。
【図１２】発光ダイオードの電圧−電流特性を示すグラフである。
【図１３】白色発光ダイオードの発光特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための発光ダイオードを備える照明を例示するものであって、本発明は照明を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００３７】
図１に示す照明は、発光ダイオード１と、この発光ダイオード１に接続している電源３とを備える。図の照明は、複数の発光ダイオード１を並列に接続して電源３に接続している。電源３は、発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を発生するパルス発生回路４を備え、パルス発生回路４が、発光イオード１に順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を供給して発光ダイオード１を発光させる。
【００３８】
図１の照明は、複数の発光ダイオード１を並列に接続してダイオードユニット２とし、さらに、複数組のダイオードユニット２を並列に接続して電源３に接続している。図の照明は、赤色発光ダイオード１Ａを並列に接続している赤色のダイオードユニット２Ａと、緑色発光ダイオード１Ｂを並列に接続している緑色のダイオードユニット２Ｂと、青色発光ダイオード１Ｃを並列に接続している青色のダイオードユニット２Ｃとからなる３組のダイオードユニット２を並列に接続して、電源３に接続している。この照明は、３組のダイオードユニット２を発光して、発光色を白色にできる。図示しないが、白色発光ダイオードを並列に接続して、電源に接続して発光色を白色とする照明も実現できる。さらに、同じ発光色の発光ダイオードを並列に接続して、発光ダイオードの発光色の照明とすることもできる。さらに、図の照明は、全ての発光ダイオードを並列に接続しているが、発光ダイオードを直列に接続して発光でき、また直列と並列に接続して発光させることもできる。
【００３９】
同じ発光色の発光ダイオード１は、順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）が等しく、並列に接続して均等な電流を流すことができる。図１に示すように、異なる発光色の発光ダイオード１、すなわち順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）が異なる発光ダイオード１を並列や直列に接続して発光させることもできる。発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）よりも高い波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を印加して発光させるからである。また、図１の電源３は、パルス発生回路４でもってパルス電圧を発光ダイオード１に印加するので、パルス電圧のデューティーをコントロールして発光ダイオード１の電流をコントロールして、発光色が異なる複数の発光ダイオード１を損傷することなく発光できる。
【００４０】
電源３のパルス発生回路４は、発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）を越える波高値（Ｖｈ）のパルス電圧を発光ダイオード１に印加する。順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）より高い電圧のパルス電圧が供給される発光ダイオード１は、電子と正孔が再結合するエネルギーが大きくなり、半導体材料のエネルギーギャップで特定される波長よりも短い波長で発光する。また、立ち上がり電圧（Ｖｓ）よりも高電圧のパルスが印加される状態では大電流が流れるが、電流は瞬間的にしか流れず、温度上昇を少なくして温度上昇による発光強度の低下は少なくなる。
【００４１】
図２〜図５は、パルス発生回路４が発光ダイオード１に供給するパルス電圧の波形を示し、図６〜図８は、１パルスの波形を示している。これ等の図に示すパルス電圧波形は、パルス幅（Ｗ）の小さいパルスを一定の周期で発光ダイオード１にキャリアする。これ等の図において、横軸は時間、縦軸は電圧を示している。図２と図３のパルス電圧波形は、一定の周期（Ｔ）でパルスを出力する。
【００４２】
図２のパルス電圧波形は、同じ波高値（Ｖｈ）のパルスを一定の周期で出力し、図３のパルス電圧波形は、波高値（Ｖｈ）の異なるパルスを一定の周期で出力する。図２に示す同じ波高値（Ｖｈ）のパルスは、発光ダイオード１を同じ発光色と強度で発光させる。図３に示す波高値（Ｖｈ）の異なるパルスは、異なる発光色と強度で発光させる。したがって、図３のパルス電圧は、発光ダイオード１をより広い波長範囲で発光できる。
【００４３】
図２と図３に示す、パルス電圧波形は、周期（Ｔ）とパルス幅（Ｗ）から、デューティー（Ｄ）と周波数（ｆ）は、以下の式で特定される。
Ｄ＝Ｗ／Ｔ
ｆ＝１／Ｔ
【００４４】
図４と図５のパルス電圧波形は、出力タイミングと休止タイミングとを一定の周期（第２の周期）で繰り返し、出力タイミングにおいては、第１の周期（Ｔ１）で複数のパルス電圧を出力し、休止タイミングにおいては、パルス電圧の出力を休止する。第２の周期（Ｔ２）は第１の周期（Ｔ１）よりも長く設定される。図４のパルス電圧波形は、出力タイミングにおいて同じ波高値（Ｖｈ）のパルスを出力し、図５のパルス電圧波形は、第１の周期で出力されるパルスの波高値（Ｖｈ）を変化させている。図５のパルス電圧波形は、波高値（Ｖｈ）を変化させるので、出力タイミングにおいて発光ダイオード１の発光色を変化できる。
【００４５】
このパルス電圧波形は、第２の周期（Ｔ２）とパルス幅（Ｗ）と、出力タイミングにおけるパルス数（ｎ）から、デューティー（Ｄ）は、以下の式で特定される。
Ｄ＝（Ｗ×ｎ）／Ｔ２
【００４６】
パルス発生回路４は、以上の図に示すように、発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）よりも高い波高値（Ｖｈ）で、所定のパルス幅（Ｗ）のパルスを一定の周期のパルス電圧を発光ダイオード１に供給する。順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）よりも高い波高値（Ｖｈ）のパルス電圧が供給される発光ダイオード１は、導体材料のエネルギーギャップで特定される標準波長よりも短い波長にシフトされた光を放射する。順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）よりも高いパルス電圧が、電子と正孔を加速してＰＮ接合層で再結合するエネルギーを大きくするからである。この照明は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高くして、発光ダイオード１の発光色を、標準発光色からより短波長側にシフトできる。また、高い波高値（Ｖｈ）のパルス電圧が、発光ダイオード１の電流を大きくして発光強度を増加しても、電流は瞬間的にのみ流れて温度上昇は小さく、温度上昇による発光効率の低下を防止できる。
【００４７】
パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）よりも高くするほど、発光ダイオード１の発光色は、標準発光色からより短波長側にシフトされ、また大電流が流れても発光時間が短いので温度上昇は少ない。したがって、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）は、発光ダイオード１の発光色と発光強度を考慮して最適値に設定される。パルス電圧の波高値（Ｖｈ）は、例えば発光ダイオード１の順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）の１．５倍以上、好ましくは２倍以上、さらに好ましくは４倍以上に設定される。
【００４８】
また、パルス電圧の最大の波高値（Ｖｈ）は、パルス幅（Ｗ）を考慮して発光ダイオード１が損傷されない電圧に設定される。最大の波高値（Ｖｈ）は、パルス幅（Ｗ）を小さくして高くできる。したがって、たとえば、パルス幅（Ｗ）を１μｓｅｃとするパルスの波高値（Ｖｈ）は、立ち上がり電圧（Ｖｓ）の１００倍以下、好ましくは５０倍以下、さらに好ましくは３０倍以下として、発光色と発光強度をコントロールできる。さらに、パルス電圧は、パルスのパルス幅（Ｗ）を１μｓｅｃ以下として、最大の波高値（Ｖｈ）をさらに高くすることもできる。また、最大の波高値（Ｖｈ）は、発光ダイオード１の特性によっても変化するので、本発明は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）の最大値を以上の範囲に特定するものでなく、発光ダイオード１を損傷しない電圧に設定できる。
【００４９】
パルス発生回路４は、順方向の立ち上がり電圧（Ｖｓ）より高いパルス電圧を供給して、発光ダイオード１が損傷されないパルス幅（Ｗ）とデューティーのパルス電圧にコントロールする。パルス幅（Ｗ）とデューティーを小さくして、実効電流を減少できるので、パルス発生回路４は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）と、パルス幅（Ｗ）とデューティーをコントロールして、発光ダイオード１の実効電流を最大許容電流よりも小さくできる。このパルス発生回路４は、波高値（Ｖｈ）を高くして電流が増加する状態においては、パルス幅（Ｗ）を小さくし、またパルス幅（Ｗ）とデューティーを小さくして実効電流を小さくする。
【００５０】
パルスのパルス幅（Ｗ）は、発光ダイオード１が点灯する遅延時間、すなわちパルスの立ち上がりタイミングから発光タイミングまでの時間よりも長く設定される。パルス幅（Ｗ）が長すぎると、１パルスで発光ダイオード１に大電流が流れる時間が長くなって、発光ダイオード１を熱損傷するので、パルスのパルス幅（Ｗ）は、たとえば１ｍｓｅｃ以下、好ましくは１００μｓｅｃ以下、さらに好ましくは１０μｓｅｃ以下とする。パルス電圧のパルス幅（Ｗ）は、発光ダイオード１を発光できる最小値よりも大きく設定される。したがって、パルス幅（Ｗ）は、発光ダイオード１の遅延時間より大きく設定される。
【００５１】
発光ダイオード１は、電圧を供給して点灯するまでの遅延時間が１００ｎｓｅｃ以下と極めて短いので、パルス幅（Ｗ）を１μｓｅｃ以下とするパルスで効率よく発光できる。また、パルス電圧の周期を一定にしてパルス幅（Ｗ）を短くするとデューティーが小さくなるので、実効電流を小さくできる。発光ダイオード１に流れる実効電流は、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）が高くなると大きくなり、パルスのパルス幅（Ｗ）を小さくして小さくなり、またデューティーを小さくして小さくなる。したがって、パルス電圧のデューティーは、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）とパルス幅（Ｗ）によって最適値に設定されるが、たとえば１０％以下、好ましくは３％以下、さらに好ましくは１％以下とする。
【００５２】
たとえば、窒化ガリウムからなる青色発光ダイオード１に、波高値（Ｖｈ）を１０Ｖ（順方向の立ち上がり電圧の約４倍）、パルス幅（Ｗ）を１μｓｅｃ、パルスの周期を１ＫＨｚ、デューティーを０．１％とするパルス電圧が印加されると、発光色は標準の青色から紫色に変化して効率よく発光する。また、緑色発光ダイオード１に波高値（Ｖｈ）を１０Ｖ、パルス幅（Ｗ）を１μｓｅｃ、パルスの周期を１ＫＨｚ、デューティーを０．１％とするパルス電圧が印加されると、発光色は緑色からより深い緑色に変化する。
【００５３】
パルス発生回路４は、発光ダイオード１の実効電流が、発光ダイオード１に許容される最大電流よりも小さくなるようにパルス電圧をコントロールして出力する。発光ダイオード１の実効電流は、前述したように、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）と、パルス幅（Ｗ）と、パルスの周波数と、デューティーで特定されるので、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を高く、パルス幅（Ｗ）を大きく、パルスの周波数を低く、すなわちデューティーを大きくして、発光ダイオード１の実効電流は増加する。したがって、パルス電圧の波高値（Ｖｈ）を大きくするパルス発生回路４は、パルス電圧のパルス幅（Ｗ）とデューティーを小さくして実効電流が最大電流を越えないようにパルス発生回路４で制御する。
【００５４】
パルス電圧は、周期が長すぎて、発光ダイオード１が点灯する周波数が低すぎると照明に使用する状態でちらつきが発生する。したがって、パルスの周期、すなわちパルス電圧波形の周波数は３０Ｈｚよりも高く、好ましくは６０Ｈｚよりも高く、さらに好ましくは１００Ｈｚよりも高く、最適には５００ＫＨｚよりも高く設定される。パルス電圧の周波数が高くなって周期が短くなると、デューティーが大きくなって実効電流が増加する。したがって、パルス電圧の周期、すなわち周波数は、例えば１０ＫＨｚ以下、好ましくは５ＫＨｚ以下、さらに好ましくは３ＫＨｚ以下に設定する。
【００５５】
図６〜図８はパルスの波形を示している。図６のパルスは、矩形波であって波高値（Ｖｈ）を等しくするので、パルスが供給される状態で発光ダイオード１の発光色は変化しない。図７のパルスは、パルスの立ち上がりタイミングで波高値（Ｖｈ）を大きくするオーバーシュートのある矩形波である。このパルスが印加される発光ダイオード１は、パルスの立ち上がりタイミングのオーバーシュートで瞬間的に高電圧が供給される。したがって、パルスの立ち上がりタイミングで電子と正孔はより大きなエネルギーに加速されて発光色を短波長側にシフトし、その後は、矩形波の波高値（Ｖｈ）まで低下して発光色の波長は長くなる。図８のパルスは、立ち上がりタイミングで波高値（Ｖｈ）をピークとした後、次第に低下させる。このパルスは、時間と共に電圧が低下するので、パルス幅（Ｗ）は０Ｖで最大値（Ｗｍａｘ）となる。このパルスで発光する発光ダイオード１は、立ち上がりタイミングで発光色を標準発光色から短波長側にシフトした後、次第に標準発光色に近づくように変化する。
【００５６】
図６と図７のパルス電圧は、無安定マルチバイブレータ、タイマＩＣ、あるいはデジタル回路等の発振回路で発生できる。発振回路から状態されるパルス電圧は、電力増幅回路で電力増幅されて所定の波高値（Ｖｈ）のパルス電圧として発光ダイオード１に供給される。この電源３のパルス発生回路４は、発振回路と電力増幅回路を備える。図７のパルス電圧は、発振回路から出力される矩形波に、カップリングコンデンサーや積分回路などでオーバーシュートを設けて電力増幅回路に出力して得られる。また、図８のパルス電圧は、図９に示すように、発振回路５と電力増幅回路６との間にカップリングコンデンサ７を接続してなる電源３Ｂにより実現できる。この発振回路５は、カップリングコンデンサ７の静電容量でもって、ピークの波高値（Ｖｈ）から次第に低下する特性を調整でき、カップリングコンデンサ７の静電容量を小さくして急峻な降下特性にできる。したがって、カップリングコンデンサ７の静電容量を小さくして、１パルスのエネルギーを小さくできる。したがって、複数組のダイオードユニット２にパルス電圧を供給する照明は、図１０に示すように、静電容量の異なるカップリングコンデンサ７を入力側に接続している電力増幅回路６でもって、各々のダイオードユニット２を最適な電力を供給して発光できる。この電源３Ｃは、カップリングコンデンサ７で静電容量のダイオードユニット２に供給するパワーをコントロールできるので、簡単な回路で発光ダイオード１に最適パワーを供給できる特徴がある。ただ、発振回路で発振する矩形波の波高値（Ｖｈ）とパルス幅（Ｗ）をコントロールして、発振回路に接続している電力増幅回路に接続している発光ダイオードのパワーをコントロールできるのは言うまでもない。デジタル回路の発振回路を備える電源は、ソフトウエアでパルス電圧の波高値（Ｖｈ）と、パルス幅（Ｗ）と、周期とを制御して、電力増幅回路から発光ダイオードに出力できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の照明は、室内や屋外の照明器具、液晶などの表示パネルのバック照明、車の前照灯や室内灯など車用の照明、看板や装飾用の照明、プロゼクター用光源などに有効に使用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１…発光ダイオード
１Ａ…赤色発光ダイオード
１Ｂ…緑色発光ダイオード
１Ｃ…青色発光ダイオード
２…ダイオードユニット
２Ａ…赤色のダイオードユニット
２Ｂ…緑色のダイオードユニット
２Ｃ…青色のダイオードユニット
３、３Ｂ、３Ｃ…電源
４…パルス発生回路
５…発振回路
６…電力増幅回路
７…カップリングコンデンサ
９１…発光ダイオード
９３…直流電源
９８…電流制限抵抗
【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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