(57)【要約】【課題】冷却手段を駆動させる冷却手段駆動部の電源を特別に設けることなく、安定した電圧を確保できるＬＥＤ点灯装置及びこのＬＥＤ点灯装置を用いる照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、直流電源２と、この直流電源２の出力端子間に接続され、複数のＬＥＤ４が接続された直列回路５と、この直列回路５から分岐されて、少なくとも一つ以上のＬＥＤ４２間に接続された、ＬＥＤが発生する熱を冷却する冷却手段駆動部６とを備えるＬＥＤ点灯装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と；
この直流電源の出力端子間に接続され、複数のＬＥＤが接続された直列回路と；
この直列回路から分岐されて、少なくとも一つ以上のＬＥＤ間に接続された、ＬＥＤが発生する熱を冷却する冷却手段駆動部と；
を具備することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
前記複数のＬＥＤは基板に実装されており、これら複数のＬＥＤは、ＬＥＤのベアチップが基板に直接実装されたＬＥＤと、ＬＥＤのベアチップがパッケージングされて表面実装されたＬＥＤとからなり、前記冷却手段駆動部は、前記ＬＥＤのベアチップがパッケージングされて表面実装されたＬＥＤの少なくとも一つのＬＥＤの両端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
装置本体と；
装置本体に配設された請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置と；
を具備することを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてのＬＥＤを冷却する冷却手段の駆動回路を備えたＬＥＤ点灯装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、照明装置の光源としてＬＥＤが用いられるようになってきている。ＬＥＤは、その温度が上昇するに従い、光の出力が低下し、耐用年数も短くなる。このため、ＬＥＤを光源とする照明装置にとって、耐用年数を延したり発光効率の特性を改善したりするために、ＬＥＤの温度が上昇するのを抑制することが重要である。
【０００３】
特に、ＬＥＤの高出力化に伴い、一層の温度上昇の抑制が必要となっている。このため、例えば、ＬＥＤ電球において、電球内に強制空冷を生じさせるファンの形態で使用される手段を組み込んだものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２９０８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示されたものは、抽象的に、強制空冷を生じさせるファンの形態との記載があるにとどまり、例えば、ファンを駆動させるための駆動電源の確保等について、何ら具体的な開示はなされていない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、冷却手段を駆動させる冷却手段駆動部の電源を特別に設けることなく、安定した電圧を確保できるＬＥＤ点灯装置及びこのＬＥＤ点灯装置を用いる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】
【０００７】
請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置は、直流電源と；この直流電源の出力端子間に接続され、複数のＬＥＤが接続された直列回路と；この直列回路から分岐されて、少なくとも一つ以上のＬＥＤ間に接続された、ＬＥＤが発生する熱を冷却する冷却手段駆動部と；を具備することを特徴とする。
直流電源としては、商用交流電源を受けて直流電源を生成する場合やバッテリを適用する場合が含まれる。
【０００８】
冷却手段駆動部は、例えば、冷却手段としてファンを用いる場合は、ファンモータを駆動し、また、ペルテイエ素子等の半導体素子を用いる場合には、これを駆動する駆動回路が適用される。駆動部としては、ファン等に電力を供給する電源部、ファン等の作動を制御する制御部、各種センサ等によって構成することができるが、本発明はこれに限られず、各種のものを許容する。また、駆動部は、ＩＣを用いて構成することもできる。
【０００９】
請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置は、請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記複数のＬＥＤは基板に実装されており、これら複数のＬＥＤは、ＬＥＤのベアチップが基板に直接実装されたＬＥＤと、ＬＥＤのベアチップがパッケージングされて表面実装されたＬＥＤとからなり、前記冷却手段駆動部は、前記ＬＥＤのベアチップがパッケージングされて表面実装されたＬＥＤの少なくとも一つのＬＥＤの両端に接続されていることを特徴とする。
このように構成することにより、輝度が低下する表面実装方式で実装されるＬＥＤを所望の位置に配設することが可能となる。
請求項３に記載の照明装置は、装置本体と；装置本体に配設された請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置と；を具備することを特徴とする。
照明装置には、光源や屋内又は屋外で使用される照明器具、ディスプレイ装置等が含まれる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、ＬＥＤの温度上昇を効果的に抑制でき、また、冷却手段駆動部には、特別に電源を設けることなく、安定した電圧を確保できるＬＥＤ点灯装置を提供することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、輝度が低下するＬＥＤは、表面実装方式で実装されるので、配置の自由度が高く、所望の位置に配設することが可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、上記請求項の発明の効果を奏する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ点灯装置を示す回路構成図である。
【図２】同照明装置として電球形ＬＥＤランプを示す正面図である。
【図３】同電球形ＬＥＤランプの要部を断面で示す正面図である。
【図４】同電球形ＬＥＤランプの光源部を示す平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ点灯装置を示す回路構成図である。
【図６】同電球形ＬＥＤランプの光源部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ点灯装置及び照明装置について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、ＬＥＤ点灯装置の概略を示す回路構成図であり、図２乃至図４は、このＬＥＤ点灯装置を組み込んだ照明装置としての電球形ＬＥＤランプを示している。
図１に示すように、ＬＥＤ点灯装置１は、直流電源２と、この直流電源２からの出力を受けてＬＥＤを点灯する点灯回路３とを備えている。
【００１４】
直流電源２は、商用交流電源ＡＣに接続されており、この交流電源ＡＣを受けて直流出力を生成するものである。商用交流電源ＡＣは、全波整流回路２１の入力端子に接続されており、この全波整流回路２１の出力端子間に平滑コンデンサ２２が接続されている。平滑コンデンサ２２に代えて昇圧チョッパを主として構成するような力率改善回路を用いてもよい。そして、この平滑コンデンサ２２に直流電圧変換回路２３及び電流検出手段２４が接続されている。この直流電源２は、出力電流を定電流化するため、電流検出手段２４での検出結果に応じて電流制御信号を直流電圧変換回路２３にフィードバックする制御機能を有している。
【００１５】
直流電圧変換回路２３としては、降圧チョッパ、昇圧チョッパ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等によって構成することができ、この場合、上記フィードバック制御によりチョッパ等のスイッチング素子のオン期間やオン・オフ周波数を制御することによって定電流化を図ることができる。なお、直流電源としては、定電圧化、定電力化するものであってもよく、また、出力をＰＷＭ制御のように、間欠的に発生するものであってもよい。
【００１６】
このような直流電源２には、点灯回路３が接続されている。点灯回路３は、直流電源２の出力端子間に接続され複数のＬＥＤ４が直列に接続された直列回路５と、冷却手段駆動部６とを備えている。
【００１７】
ＬＥＤ４は、後述するように複数のＬＥＤのベアチップが基板に直接実装された、すなわち、チップ・オン・ボード方式で実装されたＬＥＤ４１と、ＬＥＤのベアチップがパッケージングされて表面実装された、すなわち、表面実装方式で実装されたＬＥＤ４２とからなり、これらが全体として直列に接続されて直列回路５が構成されている。
【００１８】
チップ・オン・ボード方式で実装されたＬＥＤ４１は、複数のＬＥＤ４１が直列に接続された複数の直列回路がそれぞれ並列に接続されて構成されている。一方、表面実装方式で実装されたＬＥＤ４２は、例えば、２個接続されていて、一端側がＬＥＤ４１に接続され、他端側が直流電源２に接続されている。
【００１９】
また、冷却手段駆動部６は、ＬＥＤ４１とＬＥＤ４２との直列回路５から分岐されて接続されている。具体的には、冷却手段駆動部６は、一端側がＬＥＤ４１とＬＥＤ４２との接続点に接続され、他端側が直流電源２に接続されている。この冷却手段駆動部６は、ＩＣ等から構成されており、冷却手段を構成するファンモータ７に接続され、このファンモータ７に直流電源を供給するとともにファンモータ７を駆動制御する機能を有している。
【００２０】
また、冷却手段駆動部６には、サーミスタ等の温度検出素子からなる温度検出手段８が接続されている。この温度検出手段８は、ＬＥＤ４の温度を検出し、その検出信号を冷却手段駆動部６に出力するものである。冷却手段駆動部６は、この検出信号を受けファンモータ７を駆動制御するようになっている。
【００２１】
ところで、単一のＬＥＤの順方向電圧ＶＦは、３〜４Ｖ程度であり、この順方向電圧ＶＦは、入力側の電圧変動等に対しても略一定であることが知られている。本実施形態のＬＥＤ４では、順方向電圧ＶＦが３Ｖ程度のものを使用している。
一方、冷却手段駆動部６では、ファンモータ７を駆動する直流電源として６Ｖ程度の直流電圧を要する。
【００２２】
上述のように、冷却手段駆動部６は、ＬＥＤ４１とＬＥＤ４２との直列回路５から分岐されて接続されているので、冷却手段駆動部６には２個のＬＥＤ４２の順方向電圧ＶＦの和、つまり、６Ｖ程度の安定した直流電圧が供給されることとなる。したがって、特別に別個に電源を設けることなく、ＬＥＤ４の順方向電圧ＶＦを利用して安定した直流電圧を冷却手段駆動部６に供給できる。
【００２３】
以上のように構成されたＬＥＤ点灯装置１の動作を説明する。電源を投入すると、直流電源２から直流出力が点灯回路３に供給され、ＬＥＤ４が一斉に点灯する。ファンモータ７は、ＬＥＤ４の一定以上の温度上昇を温度検出手段８が検出した場合に、冷却手段駆動部６の出力によって駆動されるようになっている。したがって、ＬＥＤ４の温度が一定以上に上昇すると、ファンモータ７が駆動し、その送風によってＬＥＤ４は冷却され温度上昇が抑制される。
【００２４】
また、２個のＬＥＤ４２の両端間には、それぞれの順方向電圧ＶＦによって６Ｖ程度の安定した直流電圧が発生しており、この直流電圧が冷却手段駆動部６の両端に供給される。したがって、ファンモータ７は、安定して駆動されるようになる。
【００２５】
なお、上記構成では、ＬＥＤ４は、チップ・オン・ボード方式で実装されたＬＥＤ４１と、表面実装方式で実装されたＬＥＤ４２とで構成したものについて説明したが、チップ・オン・ボード方式で実装されたＬＥＤ４１のみで構成してもよい。この場合は、上述と同様に、所定の直流電圧が確保できるように、ＬＥＤ４１の直列回路から分岐して冷却手段駆動部６を接続するようにすればよい。また、冷却手段駆動部６を接続する直列回路５の分岐箇所は、冷却手段駆動部６が必要とする電圧に応じて適宜選定すればよい。
次に、上記ＬＥＤ点灯装置１を組み込んだ電球形ＬＥＤランプ１０について図２乃至図４を参照して説明する。
【００２６】
図２及び図３に示すように、ＬＥＤランプ１０は、略円筒状の本体ケース１１、この本体ケース１１内に配設された光源部１２、冷却手段を構成するファンモータ７及び点灯装置１、本体ケース１１の一端側に接続されたカバー部材１３、カバー部材１３に取付けられた口金１４及び光源部１２を覆って本体ケース１１に取付けられたグローブ１５を備えて構成されている。
【００２７】
本体ケース１１は、例えば、熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属材料からなり、一端側から他端側へ向かって徐々に拡径された略円筒状をなし、一端側には、複数の吸気口１１ａ、他端側には、複数の排気口１１ｂが形成されている。これら吸気口１１ａ及び排気口１１ｂは、本体ケース１１内外を貫通し、縦長の楕円形状をなし、周方向に略等間隔に離間して形成されている。なお、吸気口１１ａ及び排気口１１ｂの形成位置は、互いにずれた位置に形成されていて吸気口１１ａから排気口１１ｂに至るまでの外気の流れを拡散できるようになっている。  
【００２８】
本体ケース１１の他端側には、外周側から内周側へ向かう複数の取付けリブ１１ｃが形成されており、この取付けリブ１１ｃに円形板状のアルミニウム等の金属材料からなる放熱板１６が載置され取付けられている。
光源部１２は、基板１７と、この基板１７に実装された複数のＬＥＤ４（ＬＥＤ４１、４２）と、枠部材１２ａと、封止部材１２ｂとを備えている。
【００２９】
基板１７は、略円形状に形成されて前記放熱板１６に密着するように取付けられている。基板１７には、各ＬＥＤ４の放熱性を高めるうえで、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた金属材料をベース板として適用するのが好ましい。本実施形態では、このような基板１７として、アルミニウム製のべース板の一面に絶縁層が積層された金属製のべース基板を採用している。なお、ベース板の材料は、絶縁材とする場合には、放熱特性が比較的良好で、耐久性に優れたセラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。
【００３０】
基板１７の絶縁層の上には、チップ・オン・ボード方式で複数のＬＥＤ４１が実装されている。複数のＬＥＤ４１は、ＬＥＤのベアチップからなる。ＬＥＤのベアチップには、例えば、白色系の光を発光部で発光させるために、青色の光を発するものが用いられている。このＬＥＤのベアチップは、シリコーン樹脂系の接着剤を用いて、基板１７上に接着されている。これら複数のＬＥＤ４１は、マトリクス状に並べられて複数の列、例えば、６列を形成している。
【００３１】
ＬＥＤのベアチップは、例えば、ＩｎＧａＮ系の素子であり、透光性のサファイア素子基板に発光層が積層されており、発光層は、ｎ型窒化物半導体層と、ＩｎＧａＮ発光層と、ｐ型窒化物半導体層とが順次積層されて形成されている。そして、発光層に電流を流すための電極は、ｐ型窒化物半導体層上にｐ型電極パッドで形成されたプラス側電極と、ｎ型窒化物半導体層上にｎ型電極パッドで形成されたマイナス側電極とで構成されている。これら、電極は、ボンディングワイヤにより電気的に接続されている。ボンディングワイヤは、金（Ａｕ）の細線からなっており、実装強度の向上とＬＥＤのベアチップの損傷低減のため金（Ａｕ）を主成分とするバンプを介して接続されている。
【００３２】
枠部材１２ａは、例えば、ディスペンサを用いて所定の粘度を有する未硬化のシリコーン樹脂を基板１７上に枠状に塗布し、その後に加熱硬化することにより、基板１７上に接着されている。この枠部材１２ａは、四角形状に塗布され、内周面で囲まれた枠部材１２ａの内側にＬＥＤ４１が配設されている。つまり、ＬＥＤ４１の実装領域は、枠部材１２ａによって囲まれた状態となっている。
【００３３】
封止部材１２ｂは、透光性合成樹脂、例えば、透明シリコーン樹脂製であり、枠部材１２ａの内側に充填されて基板１７上に設けられていてＬＥＤ４１の実装領域を封止している。
【００３４】
封止部材１２ｂは、蛍光体を適量含有している。蛍光体は、ＬＥＤ４１が発する光で励起されて、ＬＥＤ４１が発する光の色とは異なる色の光を放射する。ＬＥＤ４１が青色光を発する本実施形態では、白色光を出射できるようにするために、蛍光体には青色の光とは補色の関係にある黄色系の光を放射する黄色蛍光体が使用されている。封止部材１２ｂは、未硬化の状態で枠部材１２ａの内側に所定量注入された後に加熱硬化させて設けられている。そのため、封止部材１２ａ封止面積は枠部材１２ｂで規定されている。  
【００３５】
ＬＥＤ４２は、図４に示すように、表面実装方式で前記ＬＥＤ４１の実装領域の周辺、すなわち、両側に半田付けして実装されている。ＬＥＤ４２は、表面実装型であり、ＬＥＤのベアチップがパッケージングされており、概略的にはセラミックスで形成された本体と、この本体に実装されたＬＥＤのベアチップと、このＬＥＤのベアチップを封止するエポキシ系樹脂やシリコーン樹脂等のモールド用の透光性樹脂とから構成されている。また、本体からはＬＥＤのベアチップに接続された一対のリード端子が水平方向に突出している。  なお、基板１７上には、ＬＥＤ４１の実装領域の周辺に位置して温度検出手段８が配設されている。  
【００３６】
冷却手段は、ファンモータ７と、このファンモータ７に取付けられたファン７１とを備えている。ファンモータ７は、アキシャルギャップタイプのブラシレスＤＣモータであり、放熱板１６の裏面側に取付けられている。ファンモータ７は、ステータ７２に取付けられたコイル７ａと、このコイル７ａと対向するように永久磁石７ｂが取付けられたロータ７３とから構成されており、ロータ７３の中心部には回転軸７ｃが固着されている。この回転軸７ｃは、その一端側が、ステータ７２側から軸方向に突出する軸受部に回転可能に支持されており、他端側には、ファン７１が取付けられている。このファン７１は、軸流ファンであり、ファン７１が回転されることにより、外気が強制的に本体ケース１１の吸気口１１ａから流入し、排気口１１ｂから流出されるようになっている。
【００３７】
カバー部材１３は、例えば、ＰＢＴ樹脂等の絶縁性を有する材料により、２段の略円筒状に形成されている。したがって、カバー部材１３が本体ケース１１と口金１４との間に介在することにより、本体ケース１１と口金１４との絶縁性が確保できるようになっている。
【００３８】
口金１４は、Ｅ型のものであり、点灯装置１と配線により電気的に接続されており、図示しない照明器具のランプソケットにねじ込まれるねじ山を備えた筒状のシェル１４ａと、このシェル１４ａの頂部に絶縁部を介して設けられたアイレット１４ｂとを備えている。
【００３９】
また、前記本体ケース１１、カバー部材１３及び口金１４で形成される収容空間内には、点灯装置１を構成する直流電源２や冷却手段駆動部６の電子部品が搭載された図示しない回路基板が配設されている。
グローブ１５は、光拡散性を有するガラス又は合成樹脂等により球面状に形成されており、本体ケース１１の他端側と連続する形状となっている。
【００４０】
このように構成された電球形ＬＥＤランプ１０が点灯装置１により通電されると、ＬＥＤ４１及びＬＥＤ４２が一斉に点灯されて光源部１２は白色の光を出射する面状光源として機能する。この光は、グローブ１５を透過して外部に放射される。この場合、冷却手段駆動部６が直列回路５から分岐され、ＬＥＤ４２の両端に接続されているので、この直列回路５を流れる順電流ＩＦが分流され、ＬＥＤ４２に流れる電流が減少することとなる。  
【００４１】
したがって、ＬＥＤ４２の輝度が若干低下することとなるが、このＬＥＤ４２は、ＬＥＤ４１の実装領域の周辺に配設されているので、輝度の低下が目立つことなく、違和感が生じるのを軽減することができる。また、ＬＥＤ４２は、表面実装方式で実装されるので、チップ・オン・ボード方式で実装されるＬＥＤ４１よりも配置の自由度が高く、所望の位置に配設することが可能となる。さらに、冷却手段駆動部６の分岐接続も行いやすい利点を有する。
【００４２】
ＬＥＤ４１及びＬＥＤ４２の点灯中に発生する熱は、主として基板１７の裏面側から放熱板１６、取付けリブ１１ｃを伝導し本体ケース１１に伝わる。このとき、基板１７上の温度検出手段８が一定以上の温度上昇を検出すると、冷却手段駆動部６から電力がファンモータ７へ供給され、ファンモータ７が駆動し、ファン７１が回転駆動する。その結果、外気が本体ケース１１の吸気口１１ａから流入し、放熱板１６の裏面側に作用し、また、本体ケース１１の内部に作用して排気口１１ｂから流出する。
したがって、ＬＥＤ４１及びＬＥＤ４２から発生する熱は、強制的に冷却され放熱されてＬＥＤ４１及びＬＥＤ４２の温度上昇を効果的に抑制できる。
また、この場合、ファンモータ７には、安定した直流電圧が供給され、駆動の安定化を図ることができる。
【００４３】
以上のように本実施形態によれば、ＬＥＤ４１及びＬＥＤ４２の温度上昇を効果的に抑制できる。また、冷却手段駆動部６には、特別に電源を設けることなく、安定した電圧を確保できる。さらに、輝度が低下するＬＥＤ４２は、表面実装方式で実装されるので、配置の自由度が高く、所望の位置に配設することが可能となる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ点灯装置及び照明装置について図５及び図６を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明を省略する。
【００４５】
本実施形態では、図５に示すように、前記直列回路５を構成するＬＥＤを表面実装方式で実装されたＬＥＤ４２で構成したものである。したがって、この直列回路５の所望の接続点から分岐して冷却手段駆動部６が接続される。
【００４６】
図６に示すように、複数のＬＥＤ４２は、基板１７上に略放射状に配設されている。第１の実施形態と同様に、直列回路５を流れる順電流ＩＦが分流され、冷却手段駆動部６の両端に接続されるＬＥＤ４２に流れる電流が減少し輝度が低下することとなるが、この場合、当該ＬＥＤ４２を中央部Ａに配置したり、あるいは周辺部Ｂに配置したりすることにより、違和感を軽減することができる。
【００４７】
本実施形態においては、中央部Ａに配置した場合、そもそも中央部Ａの輝度が相対的に大きいことから、冷却手段駆動部６が両端に接続される一部のＬＥＤの輝度が低下しても、全体の輝度、配光に与える影響を小さくできる。
【００４８】
以上のよう本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ＬＥＤ４２の温度上昇を効果的に抑制でき、また、冷却手段駆動部６には、特別に電源を設けることなく、安定した電圧を確保できる。さらに、輝度が低下するＬＥＤ４２による違和感を軽減することができる。
【００４９】
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、直流電源としては、商用交流電源を受けて直流電源を生成する場合やバッテリを適用する場合が含まれる。
【００５０】
ファンモータは、温度検出手段の検出結果に基づいて回転速度を変更するものであってもよい。さらには、温度検出手段を設けない場合は、ＬＥＤへの通電時、常時、ファンモータを駆動するように構成される。
冷却手段としては、ファンに限らず、例えば、ペルテイエ素子等の半導体素子を用いてもよい。
また、照明装置としては、光源や屋内又は屋外で使用される照明器具、ディスプレイ装置等に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・ＬＥＤ点灯装置、２・・・直流電源、４、４１、４２・・・ＬＥＤ、
５・・・直列回路、６・・・冷却手段駆動部、７・・・ファンモータ
１０・・・照明装置（電球形ＬＥＤランプ）、１７・・・基板
【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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