(57)【要約】    【課題】  ドロッパー抵抗による電力消費を低減して発光ダイオード電力投入効率を高めた発光ダイオード点灯回路を提供する。    【解決手段】  発光ダイオード点灯回路は、多数の発光ダイオードLEDおよびドロッパー抵抗Ｒを具備して電源ＤＣに接続し、前記ドロッパー抵抗Ｒは、前記多数の発光ダイオードLEDのうち少なくとも一部の複数とともに電源ＤＣに対して直列接続するとともに、前記発光ダイオードの点灯中における電圧降下をＶＲ〔Ｖ〕とし、単一の発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕としたとき、ＶＲ≦ｅを満足するように設定されている。  好ましくは前記ドロッパー抵抗Ｒと直列接続する複数の発光ダイオードは、そのバイアス電圧が、公称順電圧−順電流特性における発光ダイオードの設計順電流値に対する順電圧より低い値になっている。【選択図】    図２
2005229037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の発光ダイオードおよびドロッパー抵抗を具備して電源に接続し；
前記ドロッパー抵抗は、前記多数の発光ダイオードのうち少なくとも一部の複数とともに電源に対して直列接続するとともに、前記発光ダイオードの点灯中における電圧降下をＶＲ〔Ｖ〕とし、単一の発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕としたとき、ＶＲ≦ｅを満足するようにその抵抗値が設定されている；
ことを特徴とする発光ダイオード点灯回路。
【請求項２】
多数の発光ダイオードおよびドロッパー抵抗を具備して電源に接続し；
前記ドロッパー抵抗は、前記多数の発光ダイオードのうち少なくとも一部の複数とともに電源に対して直列接続するとともに、前記発光ダイオードの点灯中における電圧降下をＶＲ〔Ｖ〕とし、単一の発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕としたとき、ＶＲ≦ｅを満足するようにその抵抗値が設定されており；
前記ドロッパー抵抗と直列接続する複数の発光ダイオードは、そのバイアス電圧が、公称順電圧−順電流特性における発光ダイオードの設計順電流値に対する順電圧より低い値になっている；
ことを特徴とする発光ダイオード点灯回路。
【請求項３】
多数の発光ダイオードおよびドロッパー抵抗を具備して電源に接続し；
前記ドロッパー抵抗は、前記複数の発光ダイオードのうち少なくとも一部の複数とともに電源に対して直列接続するとともに、前記発光ダイオードの点灯中における電圧降下をＶＲ〔Ｖ〕とし、単一の発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕としたとき、ＶＲ≦ｅを満足するようにその抵抗値が設定されており；
前記多数の発光ダイオードは、ドロッパー抵抗と直列接続する複数の発光ダイオードからなる発光ダイオード直列回路の複数が並列接続されているとともに、発光ダイオード直列回路の数をｍ（ただし、整数とする。）、発光ダイオードの設計順電流値をｉＤ、定格順電流値をｉＲとしたときｍ≧１／（１−ｉＤ／ｉＲ）を満足する；
ことを特徴とする発光ダイオード点灯回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光ダイオードを同時に点灯するのに好適な発光ダイオード点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の発光ダイオードを同時に点灯するのには、複数の発光ダイオードを同一の電源に接続するのが一般的であり、電源に対して複数の発光ダイオードを並列または直列に接続するとともに、ドロッパー抵抗や定電流レギュレータを介して所定の電流を流すようにすればよい。上記において並列接続の場合には、それぞれの発光ダイオードにドロッパー抵抗などを接続するので回路部品数が多くなり接続が複雑になるが、発光ダイオードが故障したときに当該発光ダイオードが点灯しないだけであり、他の発光ダイオードに対する障害の波及がない。これに対して、直列接続の場合には、ドロッパー抵抗などの回路部品数が少なくて、しかも接続が簡単になるが、発光ダイオードが開放モードの故障をしたときには直列接続している発光ダイオードが全部消灯してしまい他の発光ダイオードに対する障害の波及が大きい。
【０００３】
直列接続の利点を残しながら一部の発光ダイオードの故障に対する影響を最小限にするための改良がなされており、例えば複数の発光ダイオードからなる直列回路の複数を互いに並列接続するとともに、さらにマトリックス状に各発光ダイオードを直並列接続した点灯回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この点灯回路によれば、いずれかの直列回路に属する発光ダイオードのどれかに開放モードの故障が発生すると、当該発光ダイオードに直列接続している他の発光ダイオードに対して、当該発光ダイオードに並列接続している発光ダイオードを経由して電流が流れるので、健全なその他の発光ダイオードが点灯する。また、特許文献１のような接続では並列接続した発光ダイオードが同じ順方向電圧特性を有している必要があるとして、このような問題のない回路構成も提案されている（特許文献２、３および４参照。）。しかしながら、本発明者の試作によれば、同一製造メーカの同一品種であれば、順方向電圧特性にばらつきがあったとしても、実用上は上述したような問題はないことが分かった。反対に、特許文献２ないし４に記載の発光ダイオード点灯回路は、配線基板の構造が複雑になり、製造が困難でコスト高になるという問題がある。
【特許文献１】ＷＯ  ９９／２００８５
【特許文献２】特表２００３−５１３４５３
【特許文献３】特表２００３−５１３４５４
【特許文献４】特表２００３−５２９１９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術のドロッパー抵抗を用いる発光ダイオード点灯回路は、構成が簡単で安価に得られる利点がある反面、ドロッパー抵抗による電力消費が大きいために、入力電力に対する発光ダイオードに投入される電力の比を百分率で表した数値を発光ダイオード電力投入効率とすれば、この発光ダイオード電力投入効率が低くなり、商用１００Ｖ交流電源を整流して得た直流電源を用いて点灯する発光ダイオード直列点灯回路の場合、高々８０％台にしかなっていなかったという問題がある。
【０００５】
本発明は、ドロッパー抵抗による電力消費を低減して発光ダイオード電力投入効率を高めた発光ダイオード点灯回路を提供することを主たる目的とする。
【０００６】
また、本発明は、加えて発光ダイオードの直列接続可能な数を多くした発光ダイオード点灯回路を提供することを他の目的とする。
【０００７】
さらに、本発明は、加えて発光ダイオードの開放モードの故障発生時に残余の発光ダイオードが安全に点灯する発光ダイオード点灯回路を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明の発光ダイオード点灯回路は、多数の発光ダイオードおよびドロッパー抵抗を具備して電源に接続し；前記ドロッパー抵抗は、前記多数の発光ダイオードのうち少なくとも一部の複数とともに電源に対して直列接続するとともに、前記発光ダイオードの点灯中における電圧降下をＶＲ〔Ｖ〕とし、発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕としたとき、ＶＲ≦ｅを満足するように設定されている；ことを特徴としている。
【０００９】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１０】
＜多数の発光ダイオードについて＞    多数の発光ダイオードは、少なくともその一部が複数であり、しかも、その複数が直列接続している関係にある。多数の発光ダイオードの残余も一つまたは複数の直列回路を形成していることが好ましい。したがって、多数の発光ダイオードとは、系全体の発光ダイオードを意味し、複数の発光ダイオードとは全体の一部または全部であって、直列接続している発光ダイオードを意味する。また、全体として複数の発光ダイオードからなる直列回路が一つまたは複数形成されているのが好ましい態様である。複数の直列回路を形成している場合、各直列回路は、互いに並列接続している。また、複数の発光ダイオードからなる直列回路において、各発光ダイオードは、同一極性になるように接続される。
【００１１】
複数の発光ダイオードからなる直列回路が複数並列接続されている態様においては、加えて直列回路の各発光ダイオードが横方向に互いに並列接続されていることを許容するものである。すなわち、直列回路の各発光ダイオードは、障子の桟を形成するように、したがって特許文献１に示すようにマトリックス状に接続されている。このため、いずれかの発光ダイオードに開放モードの故障が発生したとしても、横方向に並列接続している残余の発光ダイオードを経由して故障した発光ダイオードに直列接続している発光ダイオードに電流が流れるので、残余の発光ダイオードが点灯し続ける。
【００１２】
本発明において、「発光ダイオードのバイアス電圧」とは、発光ダイオードの点灯時にアノード・カソード間に印加される順電圧、換言すればアノード・カソード間の電圧降下をいう。このバイアス電圧の如何によって発光ダイオードの電気特性すなわち電流・電圧特性における動作点が決まる。したがって、周囲温度が一定であれば、発光ダイオードの光出力も決定される。
【００１３】
本発明において用いる発光ダイオードは、その発光色が特定のものに限定されない。例えば、発光ダイオード点灯回路を例えば照明器具、バックライトなどの照明に用いる場合、発光ダイオードとしては白色光発光形のものが好ましい。なお、白色光発光形の発光ダイオードは、青色発光形の発光ダイオードに補色関係にある黄色発光形の蛍光体層を配設することにより得ることができる。しかし、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の発光色それぞれのカラー色発光形の発光ダイオードを対にして配設して、加法混色による白色光を得るように構成してもよい。また、信号灯、サイン灯、装飾照明などに用いる場合には、所望の発光色の発光ダイオードを用いることが許容される。
【００１４】
また、発光ダイオードは、その実装態様、封装態様、電気特性、光学特性および光度などの諸特性が多様であることを許容する。なお、上述したように多数の発光ダイオードを障子の桟のように接続する場合、少なくとも電気特性が同じであること、例えば同一メーカの同一品種の発光ダイオードを用いるのが望ましい。
【００１５】
＜ドロッパー抵抗について＞    ドロッパー抵抗は、複数の発光ダイオードの直列回路と電源との間に直列接続に介在して、発光ダイオードに流れる電流を所望値、換言すれば設計順電流になるように限流する作用を行う。ドロッパー抵抗が点灯回路に直列に接続していないと発光ダイオードに流れる電流を設計順電流に制御することが実際上困難である。複数の発光ダイオードからなる直列回路が複数並列接続する場合、各直列回路に対して共通のドロッパー抵抗を用いることができる。しかし、所望により各直列回路にそれぞれドロッパー抵抗を接続したり、いくつかの直列回路をグループ化して、グループごとに共通のドロッパー抵抗を接続したりすることもできる。
【００１６】
本発明において、ドロッパー抵抗は、前記発光ダイオードの点灯中における電圧降下をＶＲ〔Ｖ〕とし、発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕としたとき、ＶＲ≦ｅを満足するようにその抵抗値Ｒ〔Ω〕が設定されている。発光ダイオードのバイアス電圧ｅ〔Ｖ〕は、少なくとも直列接続している複数の発光ダイオードにおけるバイアス電圧の平均値以下であればよいことが本発明者の調査により判明した。本発明の好ましい態様によれば、直列接続した複数の発光ダイオードの中で最低のバイアス電圧以下にすることが可能である。しかし、ドロッパー抵抗の抵抗値の下限は、発光ダイオードの直列回路に対して所要の限流作用を呈する値でなければならないのはいうまでもない。
【００１７】
ドロッパー抵抗を発光ダイオードの周囲温度に影響を与えるような位置（例えば灯体内など）に配設する場合、ドロッパー抵抗の表面温度が高くなると、発光ダイオードの周囲温度が高くなり、そのため発光ダイオードの光出力が低減してしまうという問題がある。この問題を回避するには、ドロッパー抵抗の定格負荷率に対する負荷率を小さくして、ドロッパー抵抗の表面温度上昇分が所望値になるようにすればよい。
【００１８】
＜電源について＞    電源は、直流電源、交流電源およびパルス電源のいずれであってもよい。直流電源は、蓄電池、太陽電池および電気二重層などの二次電池および交流電源を整流した整流化直流電源などを用いることができる。交流電源を用いる場合、複数の発光ダイオードからなる直列回路の複数を逆極性になるように接続するのがよい。そうすれば、交流電圧が一方の極性のときに順方向になる直列回路の発光ダイオードが点灯し逆方向になる直列回路が消灯し、次に極性が反転すると、前の極性時に消灯していた直列回路が点灯し、反対に点灯していた直列回路が消灯する。パルス電源を用いる場合、パルスが直流パルスであれば上記直流電源におけるのと同様に用いることができ、また交流パルスであれば交流電源におけるのと同様に用いることができる。
【００１９】
＜本発明の作用について＞    本発明においては、ドロッパー抵抗を用いて発光ダイオードに流れる順電流を設計順電流に制御するとともに、その電圧降下ＶＲ〔Ｖ〕が直列接続した発光ダイオードのバイアス電圧ｅ〔Ｖ〕に対してＶＲ≦ｅを満足するようにドロッパー抵抗の抵抗値Ｒ〔Ω〕を設定したことによって、ドロッパー抵抗に消費される電力Ｐr（W）が小さくなる。そして、これに伴って発光ダイオードに投入される電力ｎ×ＰＬＥＤ〔Ｗ〕が大きくなる。ただし、ＰＬＥＤは発光ダイオード１個当たりの消費電力、ｎは直列接続される発光ダイオードの数である。この結果、発光ダイオード点灯回路に電源ＤＣから投入される入力電力をＰＩＮとすれば、電力投入効率ηＬＥＤは下式のようになる。
【００２０】
ηＬＥＤ＝ＰＬＥＤ／ＰＩＮ＝ＰＬＥＤ／（ＰＬＥＤ＋Ｐr）
そして、発光ダイオード電力投入効率ηＬＥＤを発光ダイオードの直流列数に応じて高い値、例えば１２Ｖ直流電源の場合には発光ダイオードを３個直列接続でも８５％以上にすることができる。また、１００Ｖ交流電源を整流した直流電源の場合には、発光ダイオード電力投入効率を９５％以上にすることができる。なお、ドロッパー抵抗が複数の発光ダイオードの直列回路に対して共通に接続している場合、ドロッパー抵抗の電圧降下および消費電力はそれぞれの直列回路に流れる電流に基づいて直列回路ごとに求めるものとする。
【００２１】
ドロッパー抵抗の抵抗値は、次の手順により求めることができる。まず、使用する発光ダイオードの定格順電流を基準にして発光ダイオードの設計順電流を決定する。次に、電源電圧を考慮しながら直列接続する発光ダイオードの数を決定し、設計順電流が流れたときにドロッパー抵抗に生じる電圧降下が定格順電圧より小さくなるように抵抗値を決定する。なお、「設計順電流」とは、発光ダイオード点灯回路として設計された点灯時に流れる順電流を意味する。
【００２２】
また、本発明においては、ドロッパー抵抗の消費電力が上述のように小さくなることによって、ドロッパー抵抗の温度上昇を小さくすることができる。その結果、ドロッパー抵抗が発光ダイオードと同じ空間内に配設される場合において、発光ダイオードの周囲温度を低く抑えることができる。このため、発光ダイオードの光出力の不所望な低下を防止することができる。
【００２３】
請求項２の発明の発光ダイオード点灯回路は、多数の発光ダイオードおよびドロッパー抵抗を具備して電源に接続し；前記ドロッパー抵抗は、前記多数の発光ダイオードのうち少なくとも一部の複数とともに電源に対して直列接続するとともに、前記発光ダイオードの点灯中における電圧降下をＶＲ〔Ｖ〕とし、発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕としたとき、ＶＲ≦ｅを満足するように設定されており；前記ドロッパー抵抗と直列接続する複数の発光ダイオードは、そのバイアス電圧が、公称順電圧−順電流特性における発光ダイオードの設計順電流値に対する順電圧より低い値になっている；ことを特徴としている。
【００２４】
本発明は、請求項１の発明の構成に加えて発光ダイオードの接続数についての構成が付加されている。本発明者は、発光ダイオードが複数直列接続している場合には、発光ダイオードのバイアス電圧が公称順電圧−順電流特性における発光ダイオードの設計順電流値に対する順電圧より低くなり、しかも、直列数が多くなるほど低くなることを見出した。バイアス電圧の低下率は、例えば直列数が３では２〜３％程度である。これに対して、直列数が３６程度になると約２８％程度にもなる。本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。なお、「公称順電圧−順電流特性」とは、発光ダイオードの製品カタログに公表されている電気特性をいう。
【００２５】
そうして、本発明によれば、同一電源電圧に対する直列可能な発光ダイオードの数を増加することによって発光ダイオード一個当たりのバイアス電圧が公称値より低下するので、これに伴ってドロッパー抵抗の電圧降下を発光ダイオードのバイアス電圧以下に設定することにより、ドロッパー抵抗による電力消費を一層低下させることができる。したがって、発光ダイオード電力投入効率がさらに増大する。１２Ｖ電池電源に接続する直列回路の場合は、発光ダイオード電力投入効率がそれほど高くならない。これに対して、１００Ｖ交流電圧を整流した９０Ｖ整流化電源に接続する直列回路の場合には、発光ダイオード電力投入効率を著しく高く、例えば約９８％程度にすることが可能になる。したがって、本発明は、電源電圧が高い場合、例えば１００Ｖ以上の交流電源電圧または９０Ｖ以上の直流電源を用いる場合に特に効果的である。
【００２６】
請求項３の発明の発光ダイオード点灯回路は、多数の発光ダイオードおよびドロッパー抵抗を具備して電源に接続し；前記ドロッパー抵抗は、前記複数の発光ダイオードのうち少なくとも一部の複数とともに電源に対して直列接続するとともに、前記発光ダイオードの点灯中における電圧降下をＶＲ〔Ｖ〕とし、発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕としたとき、ＶＲ≦ｅを満足するように設定されており；前記多数の発光ダイオードは、ドロッパー抵抗と直列接続する複数の発光ダイオードからなる発光ダイオード直列回路の複数が並列接続されているとともに、発光ダイオード直列回路の数をｍ（ただし、整数とする。）、発光ダイオードの設計順電流値をｉＤ、定格順電流値をｉＲとしたときｍ≧１／（１−ｉＤ／ｉＲ）を満足する；ことを特徴としている。
【００２７】
本発明は、請求項１の発明の構成に加えて多数の発光ダイオードをマトリックス状に接続して開放モードの故障発生時に残余の発光ダイオードが引き続き点灯するように構成する場合において、最も発生確率の高い単一の発光ダイオードが故障した際に、本来当該発光ダイオードに流れるべき順電流が並列接続している残余の発光ダイオードを迂回して流れることによって、残余の発光ダイオードに流れる順電流が増加しても定格順電流値を超えないようにする構成を規定している。なお、「定格順電流値」とは、製品カタログに掲載されている絶対最大定格としての順電流値をいう。
【００２８】
また、本発明の好ましい構成は、請求項２に規定されている「前記ドロッパー抵抗と直列接続する複数の発光ダイオードは、そのバイアス電圧が、公称順電圧−順電流特性における発光ダイオードの設計順電流値に対する順電圧より低い値になっている」構成、換言すれば発光ダイオードの直列数を公称順電流−順電圧特性における設計順電流値に対する順電圧より小さくする構成を付加することである。
【００２９】
ドロッパー抵抗の抵抗値Ｒ〔Ω〕は、直流電源の電圧をＥs〔Ｖ〕、発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕、同じく直列数をｎとしたとき、下式により求めることができる。
【００３０】
Ｒ＝（Ｅs−ｅ×ｎ）／（ｉＤ×ｍ）
また、ドロッパー抵抗の定格電力Ｐr0は、発光ダイオード点灯時の負荷率をｒとしたとき、下式により求めることができる。
【００３１】
Ｐr0≧［（ｉＤ×ｍ）２×Ｒ］／ｒ
そうして、本発明においては、直列点灯する複数の発光ダイオードに対する発光ダイオード電力投入効率を高くすることができるのに加えて、いずれか一個の発光ダイオードが開放モードの故障時に当該発光ダイオードに並列接続している他の直列回路に属している発光ダイオードを経由して当該発光ダイオードに直列接続している残余の発光ダイオードにほぼ設計順電流が流れるので、残余の発光ダイオードは点灯を継続する。しかも、上述の故障時に故障した発光ダイオードに並列接続している発光ダイオードに流れる電流は、定格電流を越えないので、上記並列接続している発光ダイオードが短寿命にならない。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１の発明によれば、ドロッパー抵抗が、前記多数の発光ダイオードのうち少なくとも一部の複数とともに電源に対して直列接続するとともに、前記発光ダイオードの点灯中における電圧降下をＶＲ〔Ｖ〕とし、発光ダイオードのバイアス電圧をｅ〔Ｖ〕としたとき、ＶＲ≦ｅを満足するように設定されていることにより、ドロッパー抵抗による電力消費を低減して発光ダイオード電力投入効率を高め、その結果省エネルギーとなり、環境負荷を軽減する発光ダイオード点灯回路を提供することができる。
【００３３】
請求項２の発明によれば、請求項１の構成に加えてドロッパー抵抗と直列接続する複数の発光ダイオードは、そのバイアス電圧が、公称順電圧−順電流特性における発光ダイオードの設計順電流値に対する順電圧より低い値になっていることにより、請求項１の効果に加えて発光ダイオードの直列接続可能な数を多くするとともに、発光ダイオード電力投入効率がより一層高くなって省エネルギーとなり、環境負荷を軽減する発光ダイオード点灯回路を提供することができる。
【００３４】
請求項３の発明によれば、請求項１の構成に加えて多数の発光ダイオードが、ドロッパー抵抗と直列接続する複数の発光ダイオードからなる発光ダイオード直列回路の複数が並列接続されているとともに、発光ダイオード直列回路の数をｍ（ただし、整数とする。）、発光ダイオードの設計順電流値をｉＤ、定格順電流値をｉＲとしたときｍ≧１／（１−ｉＤ／ｉＲ）を満足することにより、請求項１の効果に加えて発光ダイオードの開放モードの故障発生時に残余の発光ダイオードが安全に点灯する発光ダイオード点灯回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００３６】
図１は、本発明の発光ダイオード点灯回路を実施するための第１の形態を示す回路図である。図において、発光ダイオード点灯回路は、多数の発光ダイオードLEDおよびドロッパー抵抗Ｒを具備し、電源ＤＣに接続している。
【００３７】
多数の発光ダイオードLEDは、いずれも白色発光形で、その少なくとも一部が複数の発光ダイオードからなる直列回路を構成して電源ＤＣに接続している。例えば、図に示すように多数の発光ダイオードLEDは、互いに並列接続された複数の直列回路ＳＣ１〜ＳＣｍを構成している。各直列回路ＳＣ１〜ＳＣｍは、それぞれ複数の発光ダイオードａ１、ａ２、ａ３〜ａｎを直列接続して構成されている。なお、複数の発光ダイオードａ１、ａ２、ａ３〜ａｎは、設計順電流が流れて点灯するときのバイアス電圧がｅ〔Ｖ〕となる。
【００３８】
また、直列回路ＳＣ１〜ＳＣｍを構成する複数の発光ダイオードａ１、ａ２、ａ３〜ａｎは、点灯中における個々の発光ダイオードのバイアス電圧が公称順電圧−順電流特性における発光ダイオードの設計順電流値に対する順電圧より低い値になるようにその直列数が多くなっている。
【００３９】
一方、ドロッパー抵抗Ｒは、複数の直列回路ＳＣ１〜ＳＣｍと電源ＤＣとの間に直列に接続している。したがって、各直列回路ＳＣ１〜ＳＣｍは、ドロッパー抵抗Ｒと直列接続して電源ＤＣに接続している。なお、ドロッパー抵抗Ｒは、所望により各直列回路ＳＣ１〜ＳＣｍに対して１対１の関係に分散されていてもよいし、あるいは各直列回路ＳＣ１〜ＳＣｍが複数のグループに分けられて各グループに対して共通するように複数に分散されていてもよい。
【００４０】
また、ドロッパー抵抗Ｒは、各直列回路ＳＣ１〜ＳＣｍに設計順電流が流れるように電流を調整するとともに、直列回路中の発光ダイオードの点灯中にドロッパー抵抗Ｒに生じる電圧降下ＶＲがＶＲ≦ｅを満足するように、その抵抗値が設定されている。
【００４１】
電源ＤＣは、直列接続したドロッパー抵抗Ｒおよび各直列回路ＳＣ１〜ＳＣｍに対して直流電圧を印加する。
【実施例１】
【００４２】
発光ダイオード：ＮＳＰｘ（Ｗ）５００ｘｘ形（日亜化学工業（株）製）、
順電圧３．６Ｖ（標準値）、１直列回路当たりの直列数３６個、
並列接続される直列回路の数４
ドロッパー抵抗：１２０Ω
電    源      ：商用交流電源に全波整流回路を接続した整流化直流電源、
直流出力電圧９０Ｖ
電気特性      ：設計順電流１６ｍＡ、発光ダイオードの平均バイアス電圧２．４５Ｖ、
１直列回路の全発光ダイオードの消費電力１．４Ｗ、
ドロッパー抵抗の電圧降下１．９２Ｖ、
消費電力０．０３Ｗ（１直列回路当たり）、
発光ダイオード電力投入効率９７．９％
次に、図２ないし図５を参照して本発明の発光ダイオード点灯回路を実施するための第２および第３の形態を説明する。なお、各図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００４３】
図２および図３は、本発明の発光ダイオード点灯回路を実施するための第２の形態を示し、図２は回路図、図３は抵抗器の負荷率と表面温度上昇分の関係を示すグラフである。本形態は、次の点で第１の形態と異なる。第１に多数の発光ダイオードLEDを全体としてマトリクス状に接続している。また、第２にドロッパー抵抗Ｒにおける温度上昇が所望値になるように構成している。
【００４４】
すなわち、図２において、多数の発光ダイオードLEDは、４個の直列回路ＳＣ１〜ＳＣ４が並列接続しているのに加えて、各列のそれぞれ単体の発光ダイオードが互いに並列接続している。これにより直列回路ＳＣ１〜ＳＣ４は、障子の桟のように格子状の接続態様となり、多数の発光ダイオードLEDがマトリクス状に接続される。発光ダイオードは、絶対最大定格順電流が３０ｍＡ、周囲温度６０℃における許容順電流が２０ｍＡであるが、安全係数を考慮して設計順電流ｉＤを１６ｍＡに設定している。なお、図中ａ１〜ａｎは単体の発光ダイオード、ｉａ１〜ｉａｎは発光ダイオードを流れる順電流、ｅａ１〜ｅａｎは同じく順電圧を、それぞれ示し、それらはほぼ等しい値となる。
【００４５】
ドロッパー抵抗Ｒは、６個の抵抗器Ｒ１〜Ｒ６を直並列接続して構成されているが、その抵抗値は第１の形態におけるのと同様である。上記の接続構成は、抵抗器の温度上昇を２０℃以下に抑制するために、抵抗器の定格電力に対する必要な負荷率が、この抵抗器が該当する図３に示す○で囲んだ記号Ａの曲線から求めると、７％であるのに基づいている。なお、図３は、複数の仕様による３Ｗ酸化金属皮膜抵抗についてのもので、横軸が定格電力に対する負荷率〔％〕を、縦軸が表面温度上昇分〔℃〕を、それぞれ示している。
【００４６】
なお、電源ＤＣは、その全波整流器ＦＢＲの交流入力端が商用１００Ｖ交流電源ＡＣに接続し、直流出力端の正極がドロッパー抵抗Ｒに、また負極が４個の直列回路ＳＣ１〜ＳＣ４における発光ダイオードのカソード側に、それぞれ接続している。
【００４７】
そうして、本形態によれば、次に列挙する作用、効果を奏する。
（１）多数の発光ダイオードLEDがマトリクス状に接続しているので、いずれか１個の発光ダイオードに開放モードの故障が発生した場合、当該発光ダイオードに流れていた設計順電流１６ｍＡは、当該発光ダイオードに並列に接続している残余の３個の発光ダイオードに分流する。その結果、残余の３個の発光ダイオードには５．３３ｍＡが加算されるため、２１．３３ｍＡの電流が流れることになる。この電流は絶対定格電流より十分に低いとともに公称順電流に接近した値であるので、実用上問題にならない。なお、本形態において、直列回路が５個以上になれば、上記の場合に残余の直列回路に分流する電流が小さくなるので、残余の発光ダイオードに流れる電流は、許容順電流２０ｍＡ以下になる。
（２）周囲温度２５℃の場合、ドロッパー抵抗Ｒの表面温度は最大でも４５℃までしか上昇にないので、内部機器の劣化を抑制できる。したがって、発光ダイオードを実装している配線基板と一緒にドロッパー抵抗Ｒを灯体内に配設することも可能になる。この場合、所望によりドロッパー抵抗Ｒを上記配線基板に発光ダイオードと一緒に実装するように構成してもよい。
【００４８】
図４は、本発明の発光ダイオード点灯回路を実施するための第３の形態を示す回路図である。本形態は、電源ＤＣが２次電池からなる場合に好適な回路構成である。
【００４９】
すなわち、電池電源の場合、電源電圧が低いので、多数の発光ダイオードLEDは、直列回路ＳＣを構成する発光ダイオードの数より並列接続する直列回路の数の方が多くなっている。
【実施例２】
【００５０】
発光ダイオード：ＮＳＰｘ（Ｗ）５００ｘｘ形（日亜化学工業（株）製）、
順電圧３．６Ｖ（標準値）、１直列回路当たりの直列数３個、
並列接続される直列回路の数５０
ドロッパー抵抗：２．５Ω、電圧降下２．０Ｖ
電    源      ：２次電池、直流出力電圧１２Ｖ
電気特性      ：設計順電流１６ｍＡ、発光ダイオードの平均バイアス電圧３．３３Ｖ、
多数の発光ダイオードLEDの消費電力７．９９Ｗ、
ドロッパー抵抗の消費電力１．２Ｗ、
発光ダイオード電力投入効率８６．９％
図５は、本発明の発光ダイオード点灯回路を実施するための第４の形態を示す配線基板の平面図である。本形態は、マトリクス状接続用で、しかも、放熱特性を良好にするのに好適な基板構成に特徴がある。
【００５１】
図において、ＰＣは配線基板、Ｌはランド、○で囲んだ＋記号および同じく−記号は電源接続端子、小さな○で囲んだ：記号は発光ダイオードの接続位置をそれぞれ示す。
【００５２】
配線基板ＰＣは、エポキシ樹脂基板などの既知の材料からなり、外径が円形をなしている。
【００５３】
ランドＬは、図においてほぼ配線基板ＰＣの中央位置で左右に分離するとともに、さらにそれぞれ上下方向に１６に分離した全部で３２個のランド素子ｌｅによって構成されている。そして、配線基板ＰＣの面積に対するランドＬの面積比率が大きくなるように各ランド素子ｌｅの図において上下方向の幅を、そこを流れる電流に対して必要な幅より大きく設定している。
【００５４】
○で囲んだ＋記号および同じく−記号を付した電源接続端子は、電源の正極および負極を接続するための端子であり、配線基板ＰＣの周縁部に配設されている。
【００５５】
小さな○で囲んだ：記号を付した発光ダイオードの接続位置は、図において上下に隣接する一対のランド素子ｌｅに形成された発光ダイオードのリード挿入孔である。そして、小さな○で囲んだ：記号の部分で一対のランド素子ｌｅ間の離間距離は１ｍｍに設定されている。また、小さな○で囲んだ：記号は、配線基板の左右方向と上下方向に均等に分散するように配置されている。
【００５６】
そうして、本形態によれば、ランドＬの面積が大きいため、発光ダイオードの発光に伴って発生する熱に対して配線基板ＰＣが放熱板として作用する。そのため、発光ダイオードの温度上昇を効果的に抑制するので、自己発熱による発光ダイオードの光出力の低下を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の発光ダイオード点灯回路を実施するための第１の形態を示す回路図
【図２】本発明の発光ダイオード点灯回路を実施するための第２の形態を示す回路図
【図３】同じく抵抗器の負荷率と表面温度上昇分の関係を示すグラフ
【図４】本発明の発光ダイオード点灯回路を実施するための第３の形態を示す回路図
【図５】本発明の発光ダイオード点灯回路を実施するための第４の形態を示す配線基板の平面図
【符号の説明】
【００５８】
ＡＣ…商用１００Ｖ交流電源、ＤＣ…電源、ＦＢＲ…全波整流器、LED…多数の発光ダイオード、Ｒ…ドロッパー抵抗、Ｒ１〜Ｒ６…抵抗器、ＳＣ１〜ＳＣ４…直列回路
【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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