(57)【要約】【課題】  経時的なＬＥＤ破壊を有効に防止する。【解決手段】  搭載面と当該搭載面の裏側に反搭載面を有する回路基板（２３）と、当該回路基板の搭載面上に回路パターン（２５）を介して搭載した直列ＬＥＤ群（２７）と、当該直列ＬＥＤ群のアノード側からカソード側に順方向直流電流を流すための整流回路（５）と、当該整流回路に交流電圧を供給するためのホット側入力端子（３Ｈ）及びコールド側入力端子（３Ｃ）と、を含めて構成してあるＬＥＤ駆動回路（１）において、当該回路パターンの対地浮遊容量（Ｃ）を通じた対地結合を抑制若しくは防止する対地結合抑制防止手段（１１，１１´）を設けてある。対地結合抑制防止手段の働きによって対地浮遊容量に電流が流れないようにすることによって、ＬＥＤに逆方向電圧が印加されないようにし、逆方向電圧の印加を要因とする経時的なＬＥＤ破壊を有効に防止する。【選択図】図２
2010021332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭載面と当該搭載面の裏側に反搭載面を有する回路基板と、
当該回路基板の搭載面上に回路パターンを介して搭載した直列ＬＥＤ群と、
当該直列ＬＥＤ群のアノード側からカソード側に順方向直流電流を流すための整流回路と、
当該整流回路に交流電圧を供給するためのホット側入力端子及びコールド側入力端子と、
を含めて構成してあるＬＥＤ駆動回路において、
当該回路パターンの対地浮遊容量を通じた対地結合を抑制若しくは防止する対地結合抑制防止手段を設けてある
ことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
前記対地結合抑制防止手段が、
前記回路基板の反搭載面を少なくとも部分的に被覆するためのシールド層と、
当該シールド層と前記直列ＬＥＤ群のアノード側若しくはカソード側とを直流的に接続するための接続部材と、を含めて構成してある
ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記反搭載面側から前記回路基板を透視したときに、前記回路パターンのほぼすべてが下に隠れるように前記シールド層を形成してある
ことを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
前記交流電圧の電源が商用電源である
ことを特徴とする請求項１乃至３何れか記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項５】
搭載面と当該搭載面の裏側に反搭載面を有する回路基板と、
当該回路基板の搭載面上に回路パターンを介して搭載した直列ＬＥＤ群と、
当該反搭載面側から前記回路基板を透視したときに、少なくとも当該回路パターンのほぼすべてが下に隠れるように当該反搭載面側に形成したシールド層と、
当該導電体層と当該直列ＬＥＤ群のアノード側若しくはカソード側とを直流的に接続するための接続部材と、を含めて構成してあり、
当該直列ＬＥＤ群のアノード側からカソード側に順方向の直流電流を流すように構成してある
ことを特徴とするＬＥＤ駆動回路に用いるＬＥＤ搭載基板。
【請求項６】
回路基板の搭載面上に回路パターンを介して搭載した直列ＬＥＤ群に、受けた交流電圧を整流して得た順方向直流を流すことにより点灯駆動するＬＥＤ駆動方法において、
回路パターンの対地浮遊容量を通じた対地結合を抑制若しくは防止する
ことを特徴とするＬＥＤ駆動方法。
【請求項７】
当該回路パターンの対地浮遊容量を、当該直列ＬＥＤ群のアノード側若しくはカソード側と直流的に接続したシールド層によってシールドする
ことを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）を用いたＬＥＤ駆動回路、ＬＥＤ搭載基板及びＬＥＤ駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のＬＥＤを、商用電源（たとえば、ＡＣ１００Ｖ）を用いて同時に点灯駆動させるＬＥＤ駆動回路が知られている。そのようなものとして、図７に示すＬＥＤ駆動回路（以下、適宜「従来の駆動回路」という）がある。従来の駆動回路１０１は、交流入力端子１０３と、ブリッジ整流回路１０５と、平滑コンデンサ１０７と、直流出力端子１０９と、ＬＥＤ搭載基板１１１と、から概ね構成されている。交流入力端子１０３に入力される交流電圧は、たとえば、１００Ｖの商用電源から供給される。交流入力端子に入力された交流電圧は、ブリッジ整流回路１０５によって全波整流された後、平滑コンデンサ１０７によって脈動分が低減され直流電圧となって直流出力端子１０９を介してＬＥＤ搭載基板１１１に印加される。ＬＥＤ搭載基板１１１は、回路パターン１１５（図１２参照）を介して直列接続された複数のＬＥＤ（直列ＬＥＤ群１１３）を備えていて、これらが、直流出力端子１０９を介して印加された直流電圧によって点灯駆動される。従来の駆動回路と動作原理を同じくする駆動回路として、たとえば、特許文献１乃至６に開示されている。なお、交流入力端子１０３は、ホットライン側の入力端子１０３Ｈとコールドライン側の入力端子１０３Ｃとから構成してある。符号１０３Ｈｓは、入力端子１０３Ｈとブリッジ整流回路１０５との間、符号１０３Ｃｓは入力端子１０３Ｃとブリッジ整流回路１０５との間に、それぞれ設けられたスイッチを示す。直流出力端子１０９は、正極側の正極出力端子１０９Ｐと負極側の負極出力端子１０９Ｎとから構成してある。
【特許文献１】特開昭５４−１５２９８７号公報（第３図参照）
【特許文献２】特開平７−２７３３１号公報（図１参照）
【特許文献３】特開２００５−１４２１３７号公報（図１参照）
【特許文献４】特開２００７−２８７６１７号公報（図１参照）
【特許文献５】特開２００８−１３０４３８号公報（図１参照）
【特許文献６】国際公開ＷＯ０１／０４５４７０（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記した従来の駆動回路及び各特許文献記載の回路の何れも、次に述べる問題を解決することができない。その問題とは、ＬＥＤ搭載基板に搭載された直列ＬＥＤ群のうち、アノード側端に位置するＬＥＤ、若しくは、カソード側端に位置するＬＥＤが経時的に劣化または破損してしまうというＬＥＤ破壊問題である。本発明が解決しようとする課題は、上記したＬＥＤ破壊問題を解決可能なＬＥＤ駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
解決手段を見出すためには、そのＬＥＤ破壊問題の原因を知る必要がある。発明者らはＬＥＤの経時破壊がＬＥＤのアノード、カソード間に逆方向電圧（アノードがカソードより低電位である電圧）が繰り返し印加され、逆方向微小電流が繰り返し流れることであると推測した。ところで回路各部に対地浮遊容量が全く存在しなければ、各部の電流は回路内各部の電位差で決定され、回路各部の（対地）電位には全く依存しない。しかし、対地浮遊容量は必ず存在するので、これを念頭におき通常は問題としない整流回路出力端子の電位の振る舞いを詳細に検討した。前掲した図７に加え、図８及び９を参照しながら説明する。発明者らが行った解析は、図７に示す従来の駆動回路の（１）計測点Ｐ１（出力端子１０９Ｐと等電位）とグラウンド（入力端子１０３Ｃと等電位）との間の電位差（計測点Ｐ１の対地電位）（２）同じく計測点Ｐ２（出力端子１０９Ｎと等電位）とグラウンドとの間の電位差（計測点Ｐ２の対地電位）、さらに、（３）計測点Ｐ１と計測点Ｐ２との間の電位差を計測した。計測の前提として、スイッチ１０３Ｈｓとスイッチ１０３Ｃｓの閉鎖タイミングを僅かにずらして行った。なお、直流出力端子１０９を無負荷（ＬＥＤ搭載基板１１１を取り外した状態）にして解析した。
【０００５】
図７は、スイッチ１０３Ｃｓを閉じた後に、それまで開放してあったスイッチ１０３Ｈｓを閉じたときの電位差を示している。図８（ａ）は、同（ｂ）〜（ｄ）を重ねて表したものである。スイッチ１０３Ｃｓの閉鎖をｘ軸上の「０（ゼロ、原点）」時点で行い、その５５ｍｓ後にスイッチ１０３Ｈｓを閉鎖した。５５ｍｓに設定したのは、５０Ｈｚの商用電源においてスイッチ１０３Ｃｓの閉鎖時に０（ゼロ）Ｖであった電位が負電位最大値になるタイミングが、５５ｍｓだからである。すなわち、１Ｈｚに要する時間が２０ｍｓ（１０００ｍｓ／５０）であるから、その４分の３の時間（１５ｍｓ）が負電位最大値となるタイミングである。５５ｍｓは、２Ｈｚ分の時間（２０ｍｓ×２）と１Ｈｚの３／４分の時間（１５ｍｓ）との和（４０＋１５ｍｓ）に等しい時間である。負電位最大値のタイミングを選択したのは、上掲した逆方向微小電流が最大となるのが同タイミングであると考えたからである。図８（ａ）（ｂ）が示すように、スイッチ１０３Ｈｓの閉鎖後、１ｍｓ経過したとき（すなわち、原点から５６ｍｓ経過したとき）に、計測点Ｐ１と計測点Ｐ２との間の電位差が＋１４０Ｖ前後まで上昇する。同様にして図８（ａ）（ｄ）が示すように、計測点Ｐ２の電位が−１４０Ｖ前後まで下降する。これらの点に何ら問題はない。しかし、図８（ｃ）が示すように、計測点Ｐ１、すなわち、正極側の出力端子１０９Ｐには、±０Ｖから急下降して―７０．７Ｖをピークとする負電位のスパイクが発生することが分かった。この−７０．７Ｖは、ブリッジ整流回路１０５のダイオード２個（図７の右側縦に並ぶ２個）と抵抗Ｒ３とにより分割された電位である。後述するように、この負電位のスパイクが、ＬＥＤ搭載基板１１１を接続していたとすればその直列ＬＥＤ群１１３のうち最も出力端子１０９Ｐに近いＬＥＤ１１３ｐのアノードに印加されてこのＬＥＤ１１３ｐを経時破壊する原因となり得る。
【０００６】
次は、図７と９とを参照する。図９は、スイッチ１０３Ｃｓを閉じた後に、それまで開放してあったスイッチ１０３Ｈｓを閉じたときの電位差を示している。図８における場合と異なるのは、スイッチ閉鎖の時間差が図８では５５ｍｓであったものを図９では６５ｍｓとした点である。６５ｍｓに設定したのは、５０Ｈｚの商用電源においてスイッチ１０３Ｃｓの閉鎖時に０（ゼロ）Ｖであった電位が正電位最大値になるタイミングだが、６５ｍｓだからである。すなわち、前述したように１Ｈｚに要する時間が２０ｍｓ（１０００ｍｓ／５０）であるから、その４分の１の時間（５ｍｓ）が正電位最大値となるタイミングである。６５ｍｓは、３Ｈｚ分の時間（２０ｍｓ×３）と１Ｈｚの１／４分の時間（５ｍｓ）との和（６０＋５ｍｓ）に等しい時間である。正電位最大値のタイミングを選択したのは、上掲した逆方向微小電流が最大となるのが同タイミングであると考えたからである。図９（ａ）は、同（ｂ）〜（ｄ）を重ねて表したものである。スイッチ１０３Ｃｓの閉鎖をｘ軸上の「０（ゼロ、原点）」地点で行い、その６５ｍｓ後にスイッチ１０３Ｈｓを閉鎖した。図９（ａ）（ｂ）が示すように、スイッチ１０３Ｈｓの閉鎖後、１ｍｓ経過したとき（すなわち、原点から６６ｍｓ経過したとき）に、計測点Ｐ１と計測点Ｐ２との間の電位差が＋１４０Ｖ前後まで上昇する。同様にして図９（ａ）（ｃ）が示すように、計測点Ｐ１の電位が＋１４０Ｖ前後まで上昇する。これらの点に何ら問題はない。しかし、図９（ｄ）が示すように、計測点Ｐ２、すなわち、負極側の出力端子１０９Ｎには、±０Ｖから急上昇して＋７０．７Ｖをピークとする正電位のスパイクが発生することが分かった。この＋７０．７Ｖは、ブリッジ整流回路１０５のダイオード２個（図７の右側縦に並ぶ２個）と抵抗Ｒ４（Ｒ３と同じ定数）とにより分割された電位である。７０．７Ｖとなるこの正電位のスパイクが、ＬＥＤ搭載基板１１１を接続していたとすればその直列ＬＥＤ群１１３のうち最も出力端子１０９Ｎに近いＬＥＤ１１３ｎに印加されて、後述するようにこのＬＥＤ１１３ｎを経時破壊する原因となりうる。
【０００７】
さらに、図７と図１０とを参照する。図１０は、スイッチ１０３Ｈｓを閉じた後に、それまで開放してあったスイッチ１０３Ｃｓを閉じたときの電位差を示している。図８に示す場合とスイッチの閉鎖順が逆になる。図１０（ａ）は、同（ｂ）〜（ｄ）を重ねて表したものである。スイッチ１０３Ｈｓの閉鎖をｘ軸上の「０（ゼロ、原点）」地点で行い、その５５ｍｓ後にスイッチ１０３Ｃｓを閉鎖した。５５ｍｓに設定した理由は、前掲したとおりである。図１０（ａ）（ｂ）が示すように、スイッチ１０３Ｃｓの閉鎖後、１ｍｓ経過したとき（すなわち、原点から５６ｍｓ経過したとき）に、計測点Ｐ１と計測点Ｐ２との間の電位差が＋１４０Ｖ前後まで上昇する。この点に何ら問題はない。一方、図１０（ａ）（ｄ）が示すように、計測点Ｐ２の電位が−１４０Ｖから−７０．７Ｖまで急上昇するがそれをピークに−１４０Ｖ前後まで下降することが分かった。この−７０．７Ｖは、ブリッジ整流回路１０５のダイオード２個（図７の右側縦に並ぶ２個）と抵抗Ｒ４とにより分割された電位である。この計測点Ｐ２の電位の急上昇は、ＬＥＤ搭載基板１１１を接続していたとすればその直列ＬＥＤ群１１３のうち最も出力端子１０９Ｎに近いＬＥＤ１１３ｎに印加されて、このＬＥＤを経時破壊する原因となり得る。さらに、図１０（ｃ）が示す状況が注目に値する。すなわち、スイッチ１０３Ｈｓを閉じた後に、それまで開放してあったスイッチ１０３Ｃｓを閉じる前に出力端子１０９Ｐに−１４０Ｖの負電位が印加されている。この負電位がが、直列ＬＥＤ群１１３のうち最も出力端子１０９Ｐに近いＬＥＤ１１３ｐに印加されて、後述するように、このＬＥＤ１１３ｐを経時破壊する原因となり得る。
【０００８】
最後に、図７と図１１とを参照する。図１１は、スイッチ１０３Ｈｓを閉じた後に、それまで開放してあったスイッチ１０３Ｃｓを閉じたときの電位差を示している。図９に示す場合とスイッチの閉鎖順が逆になる。図１０における場合と異なるのは、スイッチ閉鎖の時間差が図１０では５５ｍｓであったものを図１１では６５ｍｓとした点である。図１１（ａ）は、同（ｂ）〜（ｄ）を重ねて表したものである。スイッチ１０３Ｈｓの閉鎖をｘ軸上の「０（ゼロ、原点）」地点で行い、その６５ｍｓ後にスイッチ１０３Ｃｓを閉鎖した。６５ｍｓに設定した理由は、前掲したとおりである。図１１（ａ）（ｂ）が示すように、スイッチ１０３Ｃｓの閉鎖後、１ｍｓ経過したとき（すなわち、原点から６６ｍｓ経過したとき）に、計測点Ｐ１と計測点Ｐ２との間の電位差が＋１４０Ｖ前後まで上昇する。この点に何ら問題はない。一方、図１１（ａ）（ｃ）が示すように、計測点Ｐ１の電位が＋１４０Ｖから＋７０．７Ｖまで急降下するがそれをピークに＋１４０Ｖ前後まで上昇することが分かった。この＋７０．７Ｖは、ブリッジ整流回路１０５のダイオード２個（図７の右側縦に並ぶ２個）と抵抗Ｒ１とにより分割された電位である。この計測点Ｐ１の電位の急降下はＬＥＤ搭載基板１１１を接続していたとすればその直列ＬＥＤ群１１３のうち最も出力端子１０９Ｐに近いＬＥＤに印加されて、このＬＥＤ１１３ｐを経時破壊する原因となり得る。さらに、図１１（ｄ）が示す状況が注目に値する。すなわち、スイッチ１０３Ｈｓを閉じた後に、それまで開放してあったスイッチ１０３Ｃｓを閉じる前に出力端子１０９Ｎに＋１４０Ｖの正電位が印加されている。この正電位が、直列ＬＥＤ群１１３のうち最も出力端子１０９Ｎに近いＬＥＤ１１３ｎに印加されてこのＬＥＤ１１３ｎを経時破壊する原因となり得る。
【０００９】
図７〜１１を参照しながら述べた電位またはその変化を整理すると、計測点Ｐ１と計測点Ｐ２との間（出力端子１０９Ｐと出力端子１０９Ｎとの間）の電位差については、ホットライン側のスイッチＨｓとコールドライン側のスイッチＣｓとの間で閉鎖タイミングに一方の遅れがあっても問題を発見することはできなかった。これが今までの常識であった。しかし、コールドラインから見た、すなわち大地側から見た出力端子１０９Ｐの電位は回路非点灯時、すなわち、スイッチ１０３Ｈｓ若しくはスイッチ１０３Ｃｓの何れか一方が開放されている状態で負電位が印加されたり、点灯過渡時、すなわち最終的に２つのスイッチ１０３Ｈｓ及びスイッチ１０３Ｃｓが閉鎖状態になる瞬間に負電位方向のスパイクが印加されたりする場合があることが分かった。また出力端子１０９Ｎの電位は回路非点灯時、すなわち、スイッチ１０３Ｈｓ若しくはスイッチ１０３Ｃｓの何れか一方が開放されている状態で正電位が印加されたり、点灯過渡時、すなわち、最終的に２つのスイッチ１０３Ｈｓ及びスイッチ１０３Ｃｓが閉鎖状態になる瞬間に正電位方向のスパイクが印加されたりする場合があることが分かった。
【００１０】
では、上述した逆極性電位の印加が何故ＬＥＤの経時的破壊をもたらすか。ＬＥＤ駆動回路１０１の各部が全く対地浮遊容量をもたなければＬＥＤ駆動回路１０１の各部の電流は回路内での電位差だけで決定され、各部の（対地）電位は全く関係しない。しかし、現実には必ずいわゆる浮遊容量（寄生容量、ストレーキャパシタンス，ｓｔｒａｙ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）による対地結合が存在する。回路図に現れないコンデンサとも言われるこの浮遊容量には、回路基板上の部品間容量や線間容量等も含まれるが、当該ＬＥＤ破壊において問題となるのは、ＬＥＤ群１１３を搭載しているＬＥＤ搭載基板１１１の回路パターン１１５が大地に対して有するパターン浮遊容量（パターン対地浮遊容量）である（図１２に示すＣ）。回路パターン１１５は相隣るＬＥＤ群（直列ＬＥＤ群、直列接続した複数のＬＥＤ）１１３を半田付け等により電気的に連結する役割をもつが、同時に直列ＬＥＤ群１１３の発生熱を基板に逃がす重要な役割があるため一般的にある程度の大きさが必要である。例えば、回路パターンが半径１ｃｍの導体円板とすると、この対地容量は０．７１ｐFとなる。常識的には極めて微小な静電容量であり、ＬＥＤ駆動回路が直列ＬＥＤ群を点灯駆動している状態、すなわち、直列ＬＥＤ群導通状態においてはこのパターン対地浮遊容量の存在は全く問題とならない。しかし、ＬＥＤ駆動回路非点灯状態、若しくは点灯過渡時においてはＬＥＤの逆方向インピーダンスに比して当該パターン対地浮遊容量のインピーダンスが十分小であることが問題となる。すなわちＬＥＤ逆バイアス時には当該パターン対地浮遊容量を通じてＬＥＤ端子が接地されているわけである。従って、前掲した非点灯時若しくは点灯過渡時に生じる、ＬＥＤ群アノード端への負電位印加（又は負方向電位スパイク印加）、若しくはＬＥＤ群カソード端への正電位印加（又は正方向電位スパイク印加）の際には、それぞれアノード端ＬＥＤ端子間、カソード端ＬＥＤ端子間に逆方向電圧が印加されることになり、これが経時的にＬＥＤ破壊をもたらすと考えられる。
【００１１】
上述した解析結果に基づき発明者らは、回路パターンの対地浮遊容量を通じた対地結合を抑制若しくは防止する対地結合抑制防止する手段を講じることによってＬＥＤへの不適切な逆方向電圧の繰り返し印加を有効に抑制若しくは防止し、これによって、ＬＥＤ破壊問題を解決した。その詳しい内容については、項を改めて説明する。なお、何れかの請求項記載の発明を説明するに当って行う用語の定義等は、その記載順や表現の違い、さらには発明カテゴリーの違い等に関わらず、可能な範囲において他の請求項記載の発明にも適用があるものとする。
【００１２】
（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係るＬＥＤ駆動回路（以下、適宜「請求項１の駆動回路」という）は、搭載面と当該搭載面の裏側に反搭載面を有する回路基板と、当該回路基板の搭載面上に回路パターンを介して搭載した直列ＬＥＤ群と、当該直列ＬＥＤ群のアノード側からカソード側に順方向直流電流を流すための整流回路（電圧制御回路、電流制御回路、スイッチング電源等を含む）と、当該整流回路に交流電圧を供給するためのホット側入力端子及びコールド側入力端子と、を含めて構成してあるＬＥＤ駆動回路である。ここで、当該回路パターンの対地浮遊容量を通じた対地結合を抑制若しくは防止する対地結合抑制防止手段を設けてある。
【００１３】
回路基板には、パッド群や各種配線パターン群を含めた回路パターンが形成されていて、その回路パターン（のパッド群）にＬＥＤ群が半田付けされている。複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群は、それらが直列に接続され、その直列接続されたＬＥＤ群には、順方向の電圧が印加される。印加される電圧は、ホット側入力端子とコールド側入力端子から入力された交流電圧を整流して、場合により適切な制御回路を通して得たものである。ここで、通常であれば、パターン対地浮遊容量の存在により、非点灯時、若しくは点灯過渡時において一部のＬＥＤのアノード端子とカソード端子との間に、逆方向電圧が繰り返し印加され、経時的にＬＥＤ破壊をもたらす恐れがあるが、請求項１の駆動回路によれば、対地結合抑制防止手段の働きによるパターン対地浮遊容量を通じた対地結合を抑制若しくは防止によってそのような恐れを払拭することができる。したがって、請求項１の駆動回路によれば、ＬＥＤ破壊が有効に防止される。
【００１４】
（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係るＬＥＤ駆動回路（以下、適宜「請求項２の駆動回路」という）には、請求項１の駆動回路の基本構成を備えさせた上で、前記対地結合抑制防止手段が、前記回路基板の反搭載面を少なくとも部分的に被覆するシールド層と、前記シールド層と当該直列ＬＥＤ群のアノード側若しくはカソード側とを直流的に接続するための接続部材と、を含めて構成してある。シールド層は、反搭載面に設置したシールド板によって構成することが簡便で低コストであるが、作用効果に遜色がなければシールド板の代わりにメッシュ板その他の形態のものを採用してもよい。さらに、シールドケースのような立体的形態をもつものも、シールド層に含まれる。シールド層として機能を損なわない範囲であれば、シールド層の形状や厚みに制限はない。
【００１５】
請求項２の駆動回路によれば、請求項１の駆動回路の作用効果が、直列ＬＥＤ群のアノード側端もしくはカソード側端と接続されたシールド層によって奏される。すなわち、非点灯時、若しくは点灯過渡時において一部のＬＥＤ端子間に逆方向電圧が繰り返し印加され、経時的にＬＥＤ破壊をもたらす主要因がパターン対地浮遊容量にあることは、請求項１記載の発明を説明する際に述べた。このパターン対地浮遊容量を通じた対地結合を抑制若しくは防止するための一つの方法として、このパターン対地浮遊容量を通じた電流が流れないようにする方法がある。シールド層は、回路パターンと大地との間に介在することになるが、これによって、一見して回路パターンと大地との間の結合が遮断されたように見えるが、他方で回路パターンとシールド層との間、さらに、シールド層と大地との間のそれぞれにコンデンサ構造が形成されることになる。両コンデンサ構造は、直列に接続されているので、回路パターンと大地とが結合されていることに変わりはない。回路パターンと大地との間に電位差があれば電流が流れ得る状態である。ここで、直列ＬＥＤ群のアノード側若しくはカソード側とシールド層とを、少なくとも逆方向電圧が印加される非点灯時若しくは点灯過度時において等電位にすれば、直列接続した上記コンデンサ構造の一方における電流の流れを断ち切ることができ、これによって、対地結合を抑制若しくは防止することができる。なお、等電位にする役は、接続部材が担っている。
【００１６】
（請求項３記載の発明の特徴）
請求項３記載の発明に係るＬＥＤ駆動回路（以下、適宜「請求項３の駆動回路」という）には、請求項２の駆動回路の基本構成を備えさせた上で、前記反搭載面側から前記回路基板を透視したときに、前記回路パターンのほぼすべてが下に隠れるように前記シールド層を形成してある。
【００１７】
請求項３の駆動回路によれば、請求項２の駆動回路の作用効果に加え、回路パターンのほぼすべてをシールド層が隠すことにより、回路パターンと大地との間のシールド層介在が充分なものとなる。これにより、回路パターンを構成する各部位のうち、シールド層によって隠されず露出した部位があったなら生じたであろう当該露出部位と大地との結合が有効に抑制若しくは防止される。
【００１８】
（請求項４記載の発明の特徴）
請求項４記載の発明に係るＬＥＤ駆動回路（以下、適宜「請求項４の駆動回路」という）には、請求項１乃至３何れかの駆動回路の基本構成を備えさせた上で、前記交流電圧の電源が商用電源である。
【００１９】
請求項４の駆動回路によれば、請求項１乃至３何れかの駆動回路の作用効果に加え、商用電源を直接の電源としてＬＥＤ群を点灯駆動させることができるので、シンプルな回路とすることができる。トランス使用を否定する趣旨ではないが、トランスを用いないで済めばその分だけ軽量化と低コスト化に大きく貢献する。
【００２０】
（請求項５記載の発明の特徴）
請求項５記載の発明に係るＬＥＤ搭載基板（以下、適宜「請求項５の基板」という）は、搭載面と当該搭載面の裏側に反搭載面を有する回路基板と、当該回路基板の搭載面上に回路パターンを介して搭載した直列ＬＥＤ群と、当該反搭載面側から前記回路基板を透視したときに、少なくとも当該回路パターンのほぼすべてが下に隠れるように当該反搭載面側に形成したシールド層と、当該導電体層と当該直列ＬＥＤ群のアノード側若しくはカソード側とを直流的に接続するための接続部材と、を含めて構成してある。さらに請求項５の基板は、当該直列ＬＥＤ群のアノード側からカソード側に順方向の直流電流を流すように構成してある。
【００２１】
請求項５の基板によれば、アノード側からカソード側に直流電流を流すことにより、当該直列ＬＥＤ群を点灯駆動することができる。そのとき、アノード側端、若しくはカソード側端と等電位である導電体層が、回路パターンの対地浮遊容量をシールドするので、対地結合に基づくＬＥＤ破壊を有効に防止することができる。
【００２２】
（請求項６記載の発明の特徴）
請求項６記載の発明に係るＬＥＤ駆動方法（以下、適宜「請求項６の駆動方法」という）は、回路基板の搭載面上に回路パターンを介して搭載した直列ＬＥＤ群に、受けた交流電圧を整流して得た順方向直流を流すことにより点灯駆動するＬＥＤ駆動方法である。ここで、回路パターンの対地浮遊容量を通じた対地結合を抑制若しくは防止することにより、ＬＥＤに逆方向電圧が印加されることを抑制若しくは防止する。
【００２３】
請求項６の駆動方法によれば、ＬＥＤに逆方向電圧が印加されることが抑制若しくは防止されるので、そのような印加を主要因とするＬＥＤの破壊を有効に防止することができる。
【００２４】
（請求項７記載の発明の特徴）
請求項７記載の発明に係るＬＥＤ駆動方法（以下、適宜「請求項７の駆動方法」という）は、請求項６の駆動方法であって、当該回路パターンの対地浮遊容量を、当該直列ＬＥＤ群のアノード側若しくはカソード側と直流的に接続したシールド層によってシールドする。
【００２５】
請求項７の駆動方法によれば、請求項６の駆動方法の作用効果が、直列ＬＥＤ群のアノード側端もしくはカソード側端と接続されたシールド層によって具体的に奏される。すなわち、非点灯時、若しくは点灯過渡時において一部のＬＥＤ端子間に逆方向電圧が繰り返し印加され、経時的にＬＥＤ破壊をもたらす主要因がパターン対地浮遊容量にあることは、請求項１記載の発明を説明する際に述べた。このパターン対地浮遊容量を通じた対地結合を抑制若しくは防止するための一つの方法として、このパターン対地浮遊容量を通じた電流が流れないようにする方法がある。シールド層は、回路パターンと大地との間に介在することになるが、これによって、一見して回路パターンと大地との間の結合が遮断されたように見えるが、他方で回路パターンとシールド層との間、さらに、シールド層と大地との間のそれぞれにコンデンサ構造が形成されることになる。両コンデンサ構造は、直列に接続されているので、回路パターンと大地とが結合されていることに変わりはない。回路パターンと大地との間に電位差があれば電流が流れ得る状態である。ここで、直列ＬＥＤ群のアノード側若しくはカソード側とシールド層とを、少なくとも逆方向電圧が印加される非点灯時若しくは点灯過度時において等電位にすれば、直列接続した上記コンデンサ構造の一方における電流の流れを断ち切ることができ、これによって、対地結合を抑制若しくは防止することができる。なお、等電位となるのは、直列ＬＥＤ群のアノード側若しくはカソード側とシールド層とを直流的に接続してあるからである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、交流を整流して直列ＬＥＤ群を点灯駆動させるＬＥＤ駆動回路、ＬＥＤ搭載基板及びＬＥＤ駆動方法においてＬＥＤの破壊問題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、各図を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態（以下、適宜「本実施形態」という）について説明する。図１は、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の回路図である。図２は、ＬＥＤ駆動回路が備えるＬＥＤ搭載基板の斜視図である。図３は、図２に示すＬＥＤ搭載基板のＡ−Ａ断面図である。図４は、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の変形回路図である。図５及び６は、図１に示す回路図の解析結果を示す図である。
【００２８】
（ＬＥＤ駆動回路の概略構造）
図１に示すＬＥＤ駆動回路１は、交流入力端子３（ホット側入力端子３Ｈ、コールド側入力端子３Ｃ）と、ブリッジ整流回路５と、平滑コンデンサ７と、定電流回路８と、直流出力端子９（正極出力端子９Ｐ、負極出力端子９Ｎ）と、２点鎖線で囲んだＬＥＤ搭載基板２１と、をその主要部品とする。符号３Ｈｓはホット側入力端子３Ｈとブリッジ整流回路５との間に挿入したスイッチを、符号３Ｃｓはコールド側入力端子３Ｃとブリッジ整流回路５との間に挿入したスイッチを、それぞれ示す。ブリッジ整流回路５は、全波整流回路となっているが、半波整流回路であってもよい。また、スイッチング電源等のように、ＬＥＤ搭載基板２１が含む直列ＬＥＤ群（後述）に順方向直流電流を流すことのできる整流回路であれば、適宜採用することを妨げない。平滑コンデンサ７は、不要であれば省略してもよい。定電流回路８は、負荷電流を一定に保つための回路である。抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、点灯過渡時の平滑コンデンサへの突入電流を制限して整流ダイオードを保護するための抵抗である。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２は、何れか一方を省略可能であるが、計測点Ｐ１と計測点Ｐ２における計測状態を同じくするために両者を挿入した。
【００２９】
（ＬＥＤ搭載基板の構造）
図１乃至３に示すように、ＬＥＤ搭載基板２１は、回路基板２３、回路パターン２５、直列ＬＥＤ群２７、シールド層２９、接続部材３１及び直流入力端子３３から概ね構成してある。回路基板２３は、一方側に搭載面２３ａと他方側に反搭載面２３ｂとを備えた矩形の合成樹脂製基板であって、搭載面２３ａ上又は積層内部若しくは両者に回路パターン２５を設けることができる。図３に示すように本実施形態における回路パターン２５は、回路基板２３の内部にある。回路パターン２５は、直列ＬＥＤ群２７を構成する各ＬＥＤを半田付けするためのパッド群、配線パターン群、さらに、層間連結用の孔（ビアホール）に充填された導電ペースト（内壁に塗布されたするホールメッキ）等も回路パターンに含まれる。直列ＬＥＤ群２７は、複数（本実施形態では２０個）を回路パターン２５を介して直列接続したものであって、直列接続したＬＥＤのうち正極入力端子９Ｐにもっとも近いＬＥＤ２７ｐのアノード端子１１Ａが正極入力端子３３Ｐに、もっとも遠いＬＥＤ２７ｎのカソード端子１１Ｃが負極入力端子３３Ｎに、それぞれ接続してある。正極入力端子３３Ｐと負極入力端子３３Ｎとが、上記した直流入力端子３３を構成する。正極出力端子９Ｐと正極入力端子３３Ｐとは接続線３０ｐにより、負極出力端子９Ｎと負極入力端子３３Ｎとは接続線３０ｎにより、それぞれ接続した。シールド層２９及び接続部材３１については、次項で説明する。
【００３０】
（シールド層の構造）
図２及び３に示すように、シールド層２９は、回路基板２３の反搭載面２３ｂ上に形成してある。シールド層２９は、たとえば、反搭載面２３ｂに貼り付けた銅箔のような金属箔、反搭載面２３ｂに塗布した導電性樹脂、固定部材を用いて反搭載面上に固定した金属板や金属ケースによって構成することができる。本実施形態では、反搭載面２３ｂに貼り付けた銅箔をもってシールド層２９とした。シールド層２９は、反搭載面２３ｂ全面を被覆する大きさに形成してもよいが、図２に示すように、反搭載面２３ｂ側から回路基板２３を透視したときに、その形状に制限はないが少なくとも回路パターン２５のほぼすべてが下に隠れる大きさに形成することが好ましい。回路パターン２５のほぼすべてをシールド層２９が隠すことにより、回路パターン２５と大地との間のシールド層２９の介在が充分なものとなる。これにより、回路パターン２５を構成する各部位のうち、シールド層２９によって隠されず露出した部位があったなら生じたであろう当該露出部位と大地との結合を有効に抑制若しくは防止することができる。接続部材３１は、シールド層２９と直列ＬＥＤ群２７のアノード側であるアノード端子１１Ａとを直流的に接続してシールド層２９をアノード側若しくはカソード側と等電位とするための導電部材である。本実施形態では、シールド層２９に一端を半田付けした被覆線（図示を省略）の他端をアノード端子１１Ａに半田付けすることによって、両者を直流的に接続した。この被覆線が、本実施形態における接続部材３１に該当する。被覆線以外にも、図示は省略するが、たとえば、回路パターンに含まれる両者を接続する部位、スルーホールに充填した導電樹脂や内壁メッキ、その他の導電部材を、接続部材３１として採用することもできる。シールド層２９と接続部材３１により、本実施形態における対地結合抑制防止手段１１を構成する（図１参照）。なお、本実施形態では、シールド層２９とアノード側に接続したが、図４に示すように、接続部材３１を外してアノード端子１１Ａをオープンにするとともに、接続部材３１´を用いてカソード端子１１Ｃに接続してもよい。図４に示す回路図と図１に示す回路図とは、接続部材３１´に係る点を除き両回路図に差異はなく、シールド層２９と接続部材３１´によって対地結合抑制防止手段１１´を構成する。
【００３１】
（本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の作用効果）
図２及び３を参照しながら、ＬＥＤ駆動回路１の作用効果について説明する。ＬＥＤ駆動回路１の交流入力端子３に入力される交流電圧は、５０Ｈｚの商業電源である。ホットラインを入力端子３Ｈに、コールドラインを入力端子３Ｃに、それぞれ接続する。スイッチ３Ｈｓ及びスイッチ３Ｃｓの両者を閉じることによってブリッジ整流回路５によって整流され、平滑コンデンサ７によって平滑された直流電圧が直流出力端子９（正極出力端子９Ｐ、負極出力端子９Ｎ）に現れる。現れた直流電圧は直流入力端子３３（正極入力端子３３Ｐ、負極入力端子３３Ｎ）を介して直列ＬＥＤ群２７に印加され、これによって、アノード端子１１Ａからカソード端子１１Ｃへ順方向直流電流が流れて直列ＬＥＤ群２７を点灯させる。一方で、接続部材３１の接続によってアノード端子１１Ａと等電位に保たれるシールド層２９は、回路基板２３の回路パターン２５と大地との間に介在して両者間の対地浮遊容量（パターン浮遊容量）を通じた回路パターン２５と大地との間の結合（対地結合）を、ＬＥＤ破壊を生じさせる電流が流れない程度にまで抑制若しくは防止する。
【００３２】
（対地結合の抑制若しくは防止）
非点灯時、若しくは点灯過渡時において一部のＬＥＤ端子間に逆方向電圧が繰り返し印加され、経時的にＬＥＤ破壊をもたらす主要因がパターン対地浮遊容量にあることは、前掲した課題を解決するための手段の欄において図８乃至１１を参照しながら既に述べた。このパターン対地浮遊容量を通じた対地結合を抑制若しくは防止するために本実施形態では、このパターン対地浮遊容量を通じた電流が流れないようにする方法を採用した。図１に示すシールド層２９は、回路パターンと大地との間に介在することになるが、これによって、一見して回路パターン２５と大地Ｅとの間の結合が遮断されたように見えるが、実際は、直列に接続された回路パターン２５とシールド層２９との間に形成されるコンデンサ構造に係る容量Ｃ１、さらに、シールド層２９と大地Ｅとの間に形成されるコンデンサ構造に係る容量Ｃ２を介して接続されている。容量Ｃ１と容量Ｃ２との合成容量を容量Ｃとする。この容量Ｃがパターン浮遊容量となる。回路パターン２５と大地Ｅとが結合されていることに変わりはない。回路パターン２５と大地Ｅとの間に電位差があれば電流が流れ得る状態である。ここで本実施形態では、直列ＬＥＤ群の２７アノード側（アノード端子１１Ａ）とシールド層２９とを、接続部材３１によって直流的に接続することによって少なくとも逆方向電圧が印加される非点灯時若しくは点灯過度時において等電位となるように構成してある。こうすれば、その時点においてＬＥＤの逆方向インピーダンスに比してパターン対地浮遊容量のインピーダンスが十分に大となり、これによって直列接続した上記容量Ｃ１若しくは容量Ｃ２の一方における電流の流れを断ち切ることができ、その結果、パターン浮遊容量である容量Ｃを介した対地結合を抑制若しくは防止することができるからである。このようなシールド層２９とアノード端子１１Ａとを、非点灯時若しくは点灯過度時において等電位に保ちながら直列ＬＥＤ群２７を点灯駆動することによって、直列ＬＥＤ群２７の非点灯時若しくは点灯過渡時に生じる、ＬＥＤ群アノード端（アノード端子１１Ａ）への負電位印加の際の、それぞれアノード端ＬＥＤ端子間、カソード端ＬＥＤ端子間に逆方向電圧の印加を阻止することができる。逆方向電圧の印加の防止が、同印加が厳によって生じる経時的なＬＥＤ破壊を有効に防止する。図４に示す回路の場合も、上記の場合と正負が逆になるだけでＬＥＤ破壊を有効防止する原理に違いはない。
【００３３】
図２及び３に加え図５及び６をも参照する。図５は、ホットライン側のスイッチ３Ｈｓを０（ゼロ）ｓで閉鎖して５５ｍｓ後にコールドライン側のスイッチ３Ｃｓを閉じたとき、さらに、その逆を行ったときのＬＥＤ２７ｐ及びＬＥＤ２７ｎ両端の電位変化を示す。スイッチ３Ｈｓとスイッチ３Ｃｓの何れを先行させた場合であっても（グラフの線が重なっている）、スイッチ３Ｃｓが閉鎖されるまでＬＥＤ２７ｐには電位が印加されず、閉鎖によって一気に３．７Ｖ付近まで電位が上昇している。逆方向の電圧が印加されることはない。逆方向スパイク電圧も印加されていない。図６に示す電位変化も、スイッチ３Ｈｓとスイッチ３Ｃｓの閉鎖タイミングが６５ｍｓである点を除いて、何れのスイッチの閉鎖を先行させた場合であっても、図５に示すそれと同じである。やはりグラフの線は重なっている。逆方向の電圧が印加されることはない。逆方向スパイク電圧も印加されていない。図示は省略するが、図４に示すＬＥＤ駆動回路を用いて行った解析でも同じ結果を得た。以上のことから、対地結合抑制防止手段１１（対地結合抑制防止手段１１´）を備えるＬＥＤ駆動回路１によるＬＥＤ点灯駆動方法によれば、逆方向の電圧印加や逆方向スパイク電位印加を有効に防止することができるので、これによって、ＬＥＤ破壊の問題の解消が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図２】ＬＥＤ駆動回路が備えるＬＥＤ搭載基板の斜視図である。
【図３】図２に示すＬＥＤ搭載基板のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の変形回路図である。
【図５】図１に示す回路図の解析結果を示す図である
【図６】図１に示す回路図の解析結果を示す図である
【図７】従来のＬＥＤ駆動回路図である。
【図８】従来のＬＥＤ回路図の解析結果を示す図である。
【図９】従来のＬＥＤ回路図の解析結果を示す図である。
【図１０】従来のＬＥＤ回路図の解析結果を示す図である。
【図１１】従来のＬＥＤ回路図の解析結果を示す図である。
【図１２】従来のＬＥＤ搭載基板の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    ＬＥＤ駆動回路
３    交流入力端子
３Ｈ  ホット側入力端子
３Ｃ  コールド側入力端子
５    ブリッジ整流回路
７    平滑コンデンサ
８    定電圧回路
９    直流出力端子
９Ｐ  正極出力端子
９Ｎ  負極出力端子
１１    対地浮遊容量抑制防止手段
１１´  対地浮遊容量抑制防止手段
２１    ＬＥＤ搭載基板
２３    回路基板
２５    回路パターン
２７    直列ＬＥＤ群
２９    シールド層
３０ｐ  接続線
３０ｎ  接続線
３１    接続部材
３１´  接続部材
３３    直流入力端子
３３Ｐ  正極入力端子
３３Ｎ  負極入力端子
１０１    （従来の）ＬＥＤ駆動回路
１０３    交流入力端子
１０５    ブリッジ整流回路
１０７    平滑コンデンサ
１０９    直流出力端子
１０９Ｐ  正極出力端子
１０９Ｎ  負極出力端子
１１１    ＬＥＤ搭載基板
１１３    直列ＬＥＤ群
１１５    回路パターン
【図１】
2010021332.tif 000003
【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】
2010021332.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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