(57)【要約】【課題】  交流電圧の変動にかかわらずＬＥＤを安定して動作させることができるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明のＬＥＤ照明装置１は、ＬＥＤダイオード１０−１、１０−２、・・・、１０−ｍ、１０−ｎを直列に接続して構成された第１組のＬＥＤダイオード群１０と、ＬＥＤダイオード２０−１、２０−２、・・・、２０−ｍ、２０−ｎを直列に接続して構成された第１組のＬＥＤダイオード群２０と、第１組のＬＥＤダイオード群１０のＬＥＤダイオード１０−ｎに接続された第１の定電流ダイオード１２と、第２組のＬＥＤダイオード群２０のＬＥＤダイオード２０−ｎに接続された第２の定電流ダイオード２２とを有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源によって駆動される照明装置であって、
ｐｎ接合を有する発光素子を複数直列に接続して構成された第１組の発光素子群と、
ｐｎ接合を有する発光素子を複数直列に接続して構成された第２組の発光素子群と、
第１組の発光素子群に含まれる１つの発光素子と直列に接続された第１の定電流ダイオードと、
第２組の発光素子群に含まれる１つの発光素子と直列に接続された第２の定電流ダイオードとを有し、
第１組の発光素子群および第１の定電流ダイオードは、第２組の発光素子群および第２の定電流ダイオードに対して逆極性となるように電気的に並列に接続されている、照明装置。
【請求項２】
第１の定電流ダイオードのアノードは、第１組の発光素子群の発光素子のカソードに接続され、第１の定電流ダイオードのカソードは、第２組の発光素子群の発光素子のアノードに接続され、第２の定電流ダイオードのアノードは、第２組の発光素子群の発光素子のカソードに接続され、第２の定電流ダイオードのカソードは、第１組の発光素子群の発光素子のアノードに接続される、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
第１の定電流ダイオードのアノードは、第２組の発光素子群の発光素子のカソードに接続され、第１の定電流ダイオードのカソードは、第１組の発光素子群の発光素子のアノードに接続され、第２の定電流ダイオードのアノードは、第１組の発光素子群の発光素子のカソードに接続され、第２の定電流ダイオードのカソードは、第２組の発光素子群の発光素子のアノードに接続される、請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
第１組の発光素子群は、Ｒ（赤色）を発光する発光素子を複数直列接続したもの、Ｇ（緑色）を発光する発光素子を複数直列接続したもの、Ｂ（青色）を発光する発光素子を複数直列接続したものを含み、第２組の発光素子群は、Ｒ（赤色）を発光する発光素子を複数直列接続したもの、Ｇ（緑色）を発光する発光素子を複数直列接続したもの、Ｂ（青色）を発光する発光素子を複数直列接続したものを含み、第１の定電流ダイオードは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光素子にそれぞれ直列に接続された複数の定電流ダイオードを含み、第２の定電流ダイオードは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光素子にそれぞれ直列に接続された複数の定電流ダイオードを含む、請求項１ないし３いずれか１つに記載の照明装置。
【請求項５】
少なくとも第１組の発光素子群と第２組の発光素子群とをアレイ状に集積したチップと、前記チップ上に形成された電極と電気的な配線を介して電気的に接続された第１および第２の定電流ダイオードとを有する、請求項１ないし４いずれか１つに記載の照明装置。
【請求項６】
前記チップ、第１および第２の定電流ダイオードは、１つもパッケージ内にモジュールされている、請求項１ないし５いずれか１つに記載の照明装置。
【請求項７】
前記モジュールは、複数のチップと、複数のチップに対応する複数の第１および第２の定電流ダイオードを有する、請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
交流電源と、
交流電源を直流電源に変換するダイオードブリッジと、
ダイオードブリッジからの直流電圧によって駆動される少なくとも１つのｐｎ接合を有する発光素子と、
前記発光素子と前記ダイオードブリッジとの間に接続された定電流ダイオードと、
を有する照明装置。
【請求項９】
交流電源と、
交流電源を直流電源に変換するダイオードブリッジと、
前記ダイオードブリッジに接続される定電流ダイオードとを有し、
前記ダイオードブリッジの各々は、ｐｎ接合を有する発光素子を複数直列に接続して構成される、照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐｎ接合を有する発光素子を光源に用いた照明装置に関し、特に、ＬＥＤ（light emit diode）を交流電源により直接駆動することが可能なＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、既存の発熱電球などと比較して、消費電力が小さく、節電効果が大きいため、家庭用、オフィス用、自動車用などの照明に急速に実用化されつつある。典型的なＬＥＤ照明装置は、交流電源を利用する場合に、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータを利用するが、近年、特許文献１に示されるように、交流電源によって直接駆動することができる発光装置が提案されている。図１は、特許文献１の発光装置の等価回路図である。発光装置は、複数のＬＥＤダイオードを直列に接続した第１組のダイオード群１０と、第１組のダイオード群とは逆極性となるように並列に接続されかつ複数のＬＥＤダイオード群を直列に接続した第２組のダイオード群２０とを備えている。第１組のダイオード群１０と第２組のダイオード群２０を接続する一方のノードＮ１は、交流電源の一方の電極に接続され、第１組のダイオード群１０と第２組のダイオード群２０を接続する他方のノードＮ２は、交流電源の他方の電極に接続される。そして、第１組および第２組のダイオード群１０、２０のいずれかが交流電源によって駆動され、照明される。ＬＥＤダイオードは、ＧａＮ系の半導体層を用いて形成され、複数のＬＥＤダイオードが基板上にアレイ状に配列される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１９５０４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示すＬＥＤ照明装置では、交流電圧が変動すると、駆動電流が変化し、ＬＥＤの明るさが変化してしまうという課題がある。さらに、ＬＥＤには定格電流が規定されるが、交流電圧の変化により駆動電流がＬＥＤの定格電流を超えてしまうと、ＬＥＤが破壊されてしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決し、交流電圧の変動にかかわらずＬＥＤを安定して動作させることができるＬＥＤ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】
本発明の照明装置は、交流電源によって駆動されるものであって、ｐｎ接合を有する発光素子を複数直列に接続して構成された第１組の発光素子群と、ｐｎ接合を有する発光素子を複数直列に接続して構成された第２組の発光素子群と、第１組の発光素子群に含まれる１つの発光素子と直列に接続された第１の定電流ダイオードと、第２組の発光素子群に含まれる１つの発光素子と直列に接続された第２の定電流ダイオードとを有し、第１組の発光素子群および第１の定電流ダイオードは、第２組の発光素子群および第２の定電流ダイオードに対して逆極性となるように電気的に並列に接続されている。
【０００７】
好ましくは第１の定電流ダイオードのアノードは、第１組の発光素子群の発光素子のカソードに接続され、第１の定電流ダイオードのカソードは、第２組の発光素子群の発光素子のアノードに接続され、第２の定電流ダイオードのアノードは、第２組の発光素子群の発光素子のカソードに接続され、第２の定電流ダイオードのカソードは、第１組の発光素子群の発光素子のアノードに接続される。好ましくは第１の定電流ダイオードのアノードは、第２組の発光素子群の発光素子のカソードに接続され、第１の定電流ダイオードのカソードは、第１組の発光素子群の発光素子のアノードに接続され、第２の定電流ダイオードのアノードは、第１組の発光素子群の発光素子のカソードに接続され、第２の定電流ダイオードのカソードは、第２組の発光素子群の発光素子のアノードに接続される。
【０００８】
また、第１組の発光素子群は、Ｒ（赤色）を発光する発光素子を複数直列接続したもの、Ｇ（緑色）を発光する発光素子を複数直列接続したもの、Ｂ（青色）を発光する発光素子を複数直列接続したものを含み、第２組の発光素子群は、Ｒ（赤色）を発光する発光素子を複数直列接続したもの、Ｇ（緑色）を発光する発光素子を複数直列接続したもの、Ｂ（青色）を発光する発光素子を複数直列接続したものを含み、第１の定電流ダイオードは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光素子にそれぞれ直列に接続された複数の定電流ダイオードを含み、第２の定電流ダイオードは、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光素子にそれぞれ直列に接続された複数の定電流ダイオードを含むことができる。
【０００９】
好ましくは少なくとも第１組の発光素子群と第２組の発光素子群とをアレイ状に集積したチップと、前記チップ上に形成された電極と電気的な配線を介して電気的に接続された第１および第２の定電流ダイオードとを有する。好ましくは前記チップ、第１および第２の定電流ダイオードは、１つもパッケージ内にモジュールされている。好ましくは前記モジュールは、複数のチップと、複数のチップに対応する複数の第１および第２の定電流ダイオードを有する。
【００１０】
さらに本発明の照明装置は、交流電源と、交流電源を直流電源に変換するダイオードブリッジと、ダイオードブリッジからの直流電圧によって駆動される少なくとも１つのｐｎ接合を有する発光素子と、前記発光素子と前記ダイオードブリッジとの間に接続された定電流ダイオードとを有する。
【００１１】
さらに本発明の照明装置は、交流電源と、交流電源を直流電源に変換するダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジに接続される定電流ダイオードとを有し、前記ダイオードブリッジの各々は、ｐｎ接合を有する発光素子を複数直列に接続して構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、定電流ダイオードを設けることで交流電圧が変動しても一定の駆動電流によりＬＥＤを駆動させることができる。これにより、ＬＥＤのチラツキを抑制し、また定格電流を超える異常な駆動電流からＬＥＤを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のＬＥＤ照明装置の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るＬＥＤ照明装置の等価回路図である。
【図３Ａ】本発明の第２の実施例に係るＬＥＤ照明装置の等価回路図である。
【図３Ｂ】第２の実施例に係るＬＥＤ照明装置の変形例である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るＬＥＤ照明装置の等価回路図である。
【図５】本発明の実施例に係る照明装置の外観構成を示す図である。
【図６】照明装置に搭載されるＬＥＤモジュールの平面図である。
【図７】複数のチップを回路基板に実装したときのＬＥＤモジュールの平面図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係るＬＥＤ照明装置の等価回路図である。
【図９】本発明の第４の実施例に係るＬＥＤ照明装置の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の最良の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。ここでは、典型的にＬＥＤを点灯させるためのＬＥＤ駆動装置の例を説明する。
【実施例】
【００１５】
図２は、本発明の実施例に係るＬＥＤ照明装置の等価回路図である。本実施例のＬＥＤ照明装置１は、ＬＥＤダイオード１０−１、１０−２、・・・、１０−ｍ、１０−ｎを直列に接続して構成された第１組のＬＥＤダイオード群１０と、ＬＥＤダイオード２０−１、２０−２、・・・、２０−ｍ、２０−ｎを直列に接続して構成された第１組のＬＥＤダイオード群２０と、第１組のＬＥＤダイオード群１０のＬＥＤダイオード１０−ｎに接続された第１の定電流ダイオード１２と、第２組のＬＥＤダイオード群２０のＬＥＤダイオード２０−ｎに接続された第２の定電流ダイオード２２とを有する。
【００１６】
第１の定電流ダイオード１２のアノードは、ＬＥＤダイオード１０−ｎのカソードに接続され、そのカソードは、ＬＥＤダイオード２０−１のアノードおよびノードＮ２に接続されている。第２の定電流ダイオード２２のアノードは、ＬＥＤダイオード２０−ｎのカソードに接続され、そのカソードは、ＬＥＤダイオード１０−１のアノードおよびノードＮ１に接続されている。
【００１７】
第１組のＬＥＤダイオード群１０および第１の定電流ダイオード１２と、第２のＬＥＤダイオード群２０および第２の定電流ダイオード２２とが逆極性となるように並列に接続され、ノードＮ１およびノードＮ２が交流電源に接続される。ＬＥＤダイオード１０−１〜１０−ｎ、ＬＥＤダイオード２０−１〜２０−ｎを直列接続することで、各ＬＥＤダイオードの駆動電圧が加算され、第１組および第２組のＬＥＤダイオード群１０、２０において高い耐圧を得ることができる。また、第１および第２の定電流ダイオード１２、２２をそれぞれ第１組および第２組ＬＥＤダイオード群１０、２０に直列に接続することで、第１および第２組のＬＥＤダイオード群に流れる駆動電流を一定にすることができる。
【００１８】
ＬＥＤダイオードの光出力は、駆動電流の大きさに比例するが、定電流ダイオードによって駆動電流を一定にすることで光出力を安定化させることができる。交流電圧が変動してもＬＥＤダイオードの光出力を安定させることができる。定電流ダイオードは、好ましくは、ＬＥＤダイオードの定格電流を超えない駆動電流を供給するものを選択する。または、所望される光出力に応じた駆動電流を供給する定電流ダイオードが選択される。定電流ダイオードは、例えば、石塚電子製のＣＲＤＬＥＤ安定化素子を用いることができる。また、定電流ダイオードは、ＭＯＳトランジスタを用いて構成されるもの、あるいはその他の定電流回路によって代用されてもよい。
【００１９】
図３Ａは、本発明の第２の実施例に係るＬＥＤ照明装置の等価回路図である。第２の実施例のＬＥＤ照明装置１Ａにおいて、第１の定電流ダイオード１２のアノードがノードＮ１およびＬＥＤダイオード２０−ｎのカソードに接続され、そのカソードがＬＥＤダイオード１０−１のアノードに接続され、第２の定電流ダイオード２２のアノードがノードＮ２およびＬＥＤダイオード１０−ｎのカソードに接続され、そのカソードがＬＥＤダイオード２０−１のアノードに接続される。
【００２０】
図３Ｂは、第２の実施例のＬＥＤ照明装置の変形例である。第１組のＬＥＤダイオード群１０が直列された複数のＬＥＤダイオードを並列に接続して構成された場合、第１の低電流ダイオード１２を第１組のＬＥＤダイオード群の入力ノード（アノード側）に接続することで並列のＬＥＤダイオードに共用することができる。第２組のＬＥＤダイオード群２０についても入力ノード側に第２の定電流ダイオード２２を接続することで並列のＬＥＤダイオードに共用することができる。
【００２１】
ＬＥＤダイオードは、ＧａＮ系の化合物半導体を用いたもの、あるいはシリコン系のｐｎ接合を有するものを用いて構成される。第１組のＬＥＤダイオード群１０は、基板上にモノリシックに形成された２次元アレイ状の複数のＬＥＤダイオードから構成され、同様に、第２組のＬＥＤダイオード群２０は、基板上にモノリシックに形成された２次元アレイ状の複数のＬＥＤダイオードから構成される。ＬＥＤダイオードからの光は、基板の主面と垂直な方向に面光源の如く発せられる。ＬＥＤダイオードから発せらる光の波長は、特に制限されないが、ＬＥＤダイオードが青色光のように短波長の光を発する場合には、その光の波長を変換する蛍光物質などを用いて白色光を出力させるようにしてもよい。
【００２２】
交流電源の電圧は、家庭用の１００Ｖ電圧、あるいはそれよりも大きい電圧であってもよいし（例えば、１１０Ｖ、２００Ｖなど）、反対に１００Ｖよりも小さい電圧であってもよい。交流電圧の大きさに応じて直列に接続されるＬＥＤダイオードの数を適宜選択することができる。
【００２３】
図４は、本発明の第３の実施例に係るＬＥＤ照明装置の等価回路図である。第３の実施例のＬＥＤ照明装置１Ｂにおいて、第１組のＬＥＤダイオード群１０は、Ｒ（赤色）を発光するＬＥＤダイオード１０Ｒ−１、１０Ｒ−２、・・・１０Ｒ−ｍ、１０Ｒ−ｎと、Ｇ（緑色）を発光するＬＥＤダイオード１０Ｇ−１、１０Ｇ−２、・・・１０Ｇ−ｍ、１０Ｇ−ｎと、青色を発光するＬＥＤダイオード１０Ｂ−１、１０Ｂ−２、・・・１０Ｂ−ｍ、１０Ｂ−ｎとを有し、ダイオード１０Ｒ−ｎ、１０Ｇ−ｎ、１０Ｂ−ｎのそれぞれに定電流ダイオード１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが接続されている。また、第２組のＬＥＤダイオード群２０は、Ｒ（赤色）を発光するＬＥＤダイオード２０Ｒ−１、２０Ｒ−２、・・・２０Ｒ−ｍ、２０Ｒ−ｎと、Ｇ（緑色）を発光するＬＥＤダイオード２０Ｇ−１、２０Ｇ−２、・・・２０Ｇ−ｍ、２０Ｇ−ｎと、青色を発光するＬＥＤダイオード２０Ｂ−１、２０Ｂ−２、・・・２０Ｂ−ｍ、２０Ｂ−ｎとを有し、ダイオード２０Ｒ−ｎ、２０Ｇ−ｎ、２０Ｂ−ｎのそれぞれに定電流ダイオード２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂが接続されている。
【００２４】
本実施例では、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤダイオードを用いることで白色光の照明を行うことができる。また、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤダイオードに適切な駆動電流を供給するように適宜定電流ダイオードを選択することにより、白色光の明るさを調整することができる。
【００２５】
図５は、本実施例のＬＥＤ照明装置の外観形状を示している。ＬＥＤ照明装置１００は、家庭またはオフィスなどに設置された既存のソケットに接続される円筒状の電極部１１０と、電極部１１０に取り付けられた光透過性のガラスまたはプラスチックから構成される中空の封止体１２０とを有する。封止体１２０内の内部空間には、電極部１１０に電気的に接続されるモジュール化された回路基板１３０が搭載される。回路基板１３０には、本発明の第１ないし第３の実施例で示した第１組および第２組のＬＥＤダイオード群１０、２０が集積化されたチップや、第１および第２の定電流ダイオード１２、２２が実装される。
【００２６】
図６は、ＬＥＤモジュールである回路基板１３０の概略平面図である。回路基板１３０には、図示しない導電パターンが形成されている。第１組および第２組のＬＥＤダイオード群をモノリシックに集積したチップ１３２が回路基板１３０上に実装される。回路基板１３０上にはさらに、定電流ダイオード１２、２２が実装され、第１および第２の定電流ダイオード１２、２２は、電気的な接続手段１４０によってチップ１３２に電気的に接続される。また、回路基板１３０上には、交流電源に接続された電極１１０Ａ、１１０Ｂが形成され、電極１１０Ａ、１１０Ｂは、電気的な接続手段１５０によって第１および第２の定電流ダイオード１２、２２に接続される。このように１つの回路基板１３０上に、必要なチップ１３２および定電流ダイオード１２、２２を実装し、モジュール化することで、ＬＥＤ照明装置１００の組立工程は簡易になり、かつ実装部品を低減することで低コストな照明装置を提供することができる。
【００２７】
図７は、ＬＥＤモジュールである回路基板１３０上に複数のチップ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ、１３２Ｄを実装した例を示している。各チップ１３２Ａ〜１３２Ｄには、第１組のＬＥＤダイオード群と第２組のダイオード群がアレイ状に集積されている。なお、定電流ダイオードは、図示を省略してある。電極１１０Ａ、１１０Ｂは、各チップ１３２Ａ〜１３２Ｄにそれぞれ配線１６０を介して電気的に接続される。交流電源の駆動によりチップ１３２Ａ〜１３２Ｄは、同時に点灯される。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例は、交流電源から変換された直流電源によって駆動されるＬＥＤ照明装置に関する。図８は、第３の実施例のＬＥＤ照明装置１０Ｂの等価回路図である。同図に示すように、ＬＥＤ照明装置１０Ｂは、交流電源ＡＣと、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４からなるダイオードブリッジと、定電流ダイオード１４と、ＬＥＤダイオード１６とを含んで構成される。公知のように、交流電源ＡＣの一方の電極は、ダイオードＤ１、Ｄ３の間に接続され、他方の電極は、ダイオードＤ２、Ｄ４の間に接続され、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソードに接続されたノードＮ１と、ダイオードＤ３、Ｄ４のアノードに接続されたノードＮ２間に直流電圧が生成される。本実施例のＬＥＤ照明装置１０Ｂでは、ノードＮ１は、定電流ダイオード１４のアノードに接続され、定電流ダイオード１４のカソードは、ＬＥＤダイオード１６のアノードに接続され、ＬＥＤダイオードのカソードは、ノードＮ２に接続される。但し、ＬＥＤダイオード１６は、少なくとも１つのダイオードを含めばよく、複数のＬＥＤダイオードを含む場合にはそれらが順方向に直列に接続される。また、定電流ダイオード１４は、ノードＮ１とＬＥＤダイオード１６の間に接続する代わりに、ノードＮ２とＬＥＤダイオード１６の間に順方向バイアスとなるように接続されるようにしてもよい。
【００２９】
図９は、本発明の第４の実施例に係るＬＥＤ照明装置の等価回路図である。第４の実施例に係るＬＥＤ照明装置１０Ｃは、図８に示したダイオードブリッジをＬＥＤダイオードにより構成するものである。同図に示すように、交流電源ＡＣの一方の電極は、第１組のＬＥＤダイオード群３１と第３組のＬＥＤダイオード群３３との間に接続され、他方の電極は、第２組のＬＥＤダイオード群３２と第４組のＬＥＤダイオード群３４との間に接続される。第１ないし第４組のＬＥＤダイオード群３１〜３４は、複数のＬＥＤダイオードを直列に接続するものであり、高耐圧のＬＥＤダイオードブリッジを構成する。第１組および第２組のＬＥＤダイオード群３１、３２のカソードに接続されたノードＮ１と、第３組および第４組のＬＥＤダイオード群３３、３４のアノードに接続されたノードＮ２の間に定電流ダイオード３５が順方向となるように接続される。
【００３０】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、請求項の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１、１Ａ、１Ｂ：ＬＥＤ照明装置
１０：第１組のＬＥＤダイオード群
２０：第２組のＬＥＤダイオード群
１００：ＬＥＤ照明装置
１１０：電極部
１２０：封止体
１３０：回路基板
１４０、１５０：電気的接続手段
１６０、１６２：配線
【図１】
2011159495.tif 000003
【図２】
2011159495.tif 000004
【図３Ａ】
2011159495.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図４】
2011159495.tif 000007
【図５】
2011159495.tif 000008
【図６】
2011159495.tif 000009
【図７】
2011159495.tif 000010
【図８】
2011159495.tif 000011
【図９】
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