(57)【要約】【課題】特別な放熱手段がなく、取り扱い易く、商品としてのデザインの自由度が大きく、既存の白熱電球と自由に置換可能であって、周辺電子機器に対するノイズを誘発しないＬＥＤ電球を提供することにある。【解決手段】複数のＬＥＤを備え既存の照明灯と差し替え可能なＬＥＤ電球において、定電圧の商用電源を直接整流した電圧を使用する回路と、定電流制御回路とを備え、少なくとも１つ以上の直列に接続された１列あたりのＬＥＤ個数（Ｍ）が、Ｍ＝（−ｋ＋Ｎ√２（１００―Ｒ）／１００）（１−ＥＬ／１００）Ｉ／ＱＬＥＤ  且つ  ＱＬＥＤ＝Ｉ（１−ＥＬ／１００）Ｌｓ  ≦４６を満足することを特徴とするＬＥＤ電球。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤを備え既存の照明灯と差し替え可能なＬＥＤ電球において、定電圧の商用電源を直接整流した電圧を使用する回路と、定電流制御回路とを備え、少なくとも１つ以上の直列に接続された１列あたりのＬＥＤ個数（Ｍ）が、
Ｍ＝（−ｋ＋Ｎ√２（１００―Ｒ）／１００）（１−ＥＬ／１００）Ｉ／ＱＬＥＤ  
且つ  ＱＬＥＤ＝Ｉ（１−ＥＬ／１００）Ｌｓ  ≦４６
但し、Ｍ：ＬＥＤ個数（端数は切り捨て）、Ｎ：電源電圧（ＶＡＣ）、ｋ：定電流回路の動作電圧（ＶＤＣ）、Ｒ：定電圧電源の電圧の最大変動幅（％）、ＱＬＥＤ：ＬＥＤ１個あたりの発熱量（ｍＪ／ｓ）、Ｉ：順方向電流（ｍＡ）、ＥＬ：発光効率（％）、Ｌｓ：ＬＥＤの順方向電圧（ＶＤＣ）
を満足することを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項２】
前記ＬＥＤ電球は、位相調光方式の調光器又は電圧調光方式の調光器のいずれにも追従可能であって、純抵抗性負荷を実装するとともに調光追従回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球。
【請求項３】
前記ＬＥＤ電球の前記Ｍ個のＬＥＤは、台座を介して実装基板に配列され、前記台座の高さが前記実装基板の中央部が最も高く、前記実装基板の端部に向かって次第に低くなるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを備えたＬＥＤ電球に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明分野において従来の白熱電球などの代替としてＬＥＤを用いたＬＥＤ電球が開発されつつある。特にここ数年におけるＬＥＤの高光束化の進歩は著しく、一部の用途では、従来の白熱電球などの照明器具の代替として使用され始めている。ＬＥＤ電球は、白熱電球や蛍光灯などの既存の電灯と比べて、同じ照度を得るための電力消費量が少ない、紫外線や赤外線を含まない限定された波長の光が得られる、点灯と同時に最大光量が得られる、構造が簡単なため大量生産が容易である、フィラメントを使わないため耐衝撃性に優れる、電球としての寿命が長い、蛍光灯のような水銀を使っていない、などの長所がある。一方、ＬＥＤは耐熱性が低くＬＥＤ自体の発熱によって温度が上昇すると発光効率が著しく低下し、８０℃以上でＬＥＤの劣化が始まる、という短所がある。
【０００３】
特許文献１の段落[０００３]には、「…複数のＬＥＤが面実装されたＬＥＤモジュール１１は、放熱部１２の放熱板１３に接触して取り付けられている。また、放熱部１２の放熱板１３には、ＬＥＤモジュール１１を覆ってグローブ１４が取り付けられ、ＬＥＤモジュール１１のＬＥＤからの放射光を外部に出射する。一方、…、この放熱部１２の中空部にＬＥＤを点灯する点灯回路が内蔵されている。ＬＥＤモジュール１１のＬＥＤの熱は放熱板１３を通って放熱部１２の外表面に伝熱され放熱される。」と記載され、続けて段落[０００４]には、「…ＬＥＤモジュール１１は、平板状の直方体の基板１８の一面に複数の青色ＬＥＤ素子１９が面実装され、…。ＬＥＤモジュール１１は、ＬＥＤモジュール１１の青色ＬＥＤ素子１９が面実装された面をグローブ１４側の向きにして放熱部１２の放熱板１３に配置される。」と記載され、複数のＬＥＤが面実装された放熱板を有するＬＥＤモジュール１１が開示されている。
【０００４】
特許文献２の段落[０００６]には、「発明された本電球は、連続した、一様な且つ高輝度の照明が達成されるのを可能にする。５lm以上の光束を持つＬＥＤは、電球が熱放散手段を有する場合にのみ効率的に使用することができることが判った。通常の白熱電球は、斯様な高光束を持つようなＬＥＤを備えるＬＥＤ電球によってのみ置換することが可能である。本発明の特別な特徴は、上記熱放散手段が当該電球の動作中に発生される熱を、前記基板から前記ギア柱を介して、前記電球口金と該口金に接続された主電源とへ取り除く点にある。」と記載され、５lm以上の高光束を持ち熱放散手段を有するＬＥＤを備えたＬＥＤ電球によってのみ白熱電球と置換可能であることが開示されている。
【０００５】
特許文献３の段落[００８１]には、補償回路部２２は、例えば温度検出回路部２１の検出結果からＬＥＤ３ａの温度が高く発光出力が高くなるように補正する必要がある場合（高温度時：図１５参照）には、ＬＥＤ電流を大きく変化させるような補正信号（抵抗値）を決定し、可変抵抗Ｒ２の抵抗値を制御して、ＬＥＤ電流の波高値を決定する。つまり、…ＬＥＤの点滅制御とともにＬＥＤの流れる電流値を調整することが可能となり、高温温度の場合でも、最適な発光出力を得ることが可能となる。」と記載され、続いて、段落[００８２]には、「…駆動回路部によるＬＥＤ電流の波高値制御を併用して実施することにより、ＬＥＤの温度変化に伴い変化する発光出力を常に安定した規定の所定レベルの発光出力となるように補正制御することが可能となる。…」と記載されており、ＬＥＤの温度を検出し、温度上昇に伴う全光束の低下を補償回路部２２によって電流を補償（増量）し全光束を保持した構成が開示されている。
【０００６】
特許文献４の段落[００１０]には、「図３、図４は外部ＬＥＤ調光器と小型電源（３）との調光関係を示す説明図である。調光動作は調光器入力電圧波形（Sin波）の導通角を制御して調光する。ＬＥＤ電源は入力電圧の導通角に比例した直流電流を出力する。」と記載され、位相制御方式の調光器によって調光し、既存の照明器具に適用可能であることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１７０１１４号
【特許文献２】特表２００２−５２５８１４号
【特許文献３】特開２０００−１７３３０４号
【特許文献４】特開２００５−０４３６９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の白熱電球と代替可能なＬＥＤ電球は、ＬＥＤから発生する熱の放熱手段が電球の外部に装備されることによってＬＥＤ電球を取り扱い難いものにしていたのみならず、商品としてのデザインの自由度を大きく損なう要因にもなっていた。
【０００９】
また、特許文献２は、５lm以上の高光束のＬＥＤを備えたＬＥＤ電球は、放熱手段を備えたときのみ白熱電球と置換可能であるとされており、熱開放手段としてのギア柱がＬＥＤ電球の形状を縦に長く限定し、該電球を取り扱い難いものにするのみならず該電球の用途を狭くする要因にもなっていた。
【００１０】
更に、特許文献３に記載の複数のＬＥＤを配設した航空標識灯は、ＬＥＤの温度検出装置を備えＬＥＤの温度を検出しているが、ＬＥＤの発熱に基づく温度の上昇によって生じる全光束の低下を、補償回路でＬＥＤ電流を増やすことによって、発光の照度を保持するものであり、ＬＥＤの発熱を増加させ温度の上昇を加速させる結果となっていた。
【００１１】
更に、特許文献４は、位相制御方式の調光器に対応したＬＥＤ電球は、既存の白熱電球と置換可能であるとされているが、商用電源回路は位相制御方式ではなく電圧制御方式で調光する回路もあり、その場合には置換できないという問題があった。
【００１２】
また位相制御方式における位相調整光回路の部品には、通常「性能」として表記されない「最低動作電流」がある。白熱電球は１０Ｗ以上の製品がほとんどであるためこの「最低動作電流」を満たさないことは無いので白熱電球関連部品には「最低動作電流」が明記されない。しかし消費電力が白熱電球に比べて非常に少ないＬＥＤ電球においては、調光部品の最低動作電流が必ずしも確保できず、調光回路を通過後の商用電源波形が乱れたり、電球破損に至るほどの高い電圧成分のノイズを発生する事があった。
【００１３】
インバーターを使用することによる熱の発生があり、また直流から直流への電圧変換回路（インバーター）は、そこから発生するノイズが周辺電子機器に対する誤動作の要因になる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上記の課題を達成するため鋭意検討を行い、特別な放熱手段が不要であって、取り扱い易く且つデザインの自由度が高く、周辺機器に対してノイズによる誤動作を誘発せず、既存の照明具と自在に置換可能なＬＥＤ電球を完成するに至った。即ち、本発明は下記のとおりである。なお、本発明における電源とは商用電源をいう。また、一般的に電球は、球形、長球形、円筒型、円錐型などがあり、また蛍光灯は管形が多いが、本発明のＬＥＤ電球は、ＬＥＤの発光を利用した照明具であればよく、球形や管形などの形状にとらわれず、全ての形状を含む。
（１）複数のＬＥＤを備え既存の照明灯と差し替え可能なＬＥＤ電球において、定電圧の商用電源を直接整流した電圧を使用する回路と、定電流制御回路とを備え、少なくとも１つ以上の直列に接続された１列あたりのＬＥＤ個数（Ｍ）が、
Ｍ＝（−ｋ＋Ｎ√２（１００―Ｒ）／１００）（１−ＥＬ／１００）Ｉ／ＱＬＥＤ  
且つ  ＱＬＥＤ＝Ｉ（１−ＥＬ／１００）Ｌｓ  ≦４６    
但し、Ｍ：ＬＥＤ個数（端数は切り捨て）、Ｎ：電源電圧（ＶＡＣ）、ｋ：定電流回路の動作電圧（ＶＤＣ）、Ｒ：定電圧電源の電圧の最大変動幅（％）、ＱＬＥＤ：ＬＥＤ１個あたりの発熱量（ｍＪ／ｓ）、Ｉ：順方向電流（ｍＡ）、ＥＬ：発光効率（％）、
を満足することを特徴とするＬＥＤ電球。
（２）前記ＬＥＤ電球は、位相調光方式の調光器又は電圧調光方式の調光器のいずれにも追従可能であって、純抵抗性負荷を実装するとともに調光追従回路を備えたことを特徴とする上記（１）に記載のＬＥＤ電球。
（３）前記ＬＥＤ電球の前記Ｍ個のＬＥＤは、前記複数のＬＥＤが、台座を介して実装基板に配列され、前記台座の高さが前記実装基板の中央部が最も高く、前記実装基板の端部に向かって次第に低くなるように形成されていることを特徴とする上記（１）又は（２）のいずれか１項に記載のＬＥＤ電球。
【発明の効果】
【００１５】
ＬＥＤは電流が流れると温度が上昇し、温度が上昇するほど発光効率が低下し、８０℃以上になるとＬＥＤ自体の劣化が起こる。このため発光源としてＬＥＤを備えたＬＥＤ電球は、ＬＥＤを流れる電流が小さいほど発光効率が高く劣化も起こり難い。ＬＥＤ電球の発熱は、ＬＥＤ自体にかかる電力からＬＥＤの発光によって消費されるエネルギーを差し引いたエネルギーによる発熱量（Ｈ１）と、ＬＥＤに消費される電圧と電源電圧との差から発生する発熱量（Ｈ２）とがある。複数個のＬＥＤは１個づつ電球のプラスチック製のＬＥＤ装着部に装着されるが、ＬＥＤ１個あたりの発熱量が一定値以下であれば、上記装着部の部材やＬＥＤ周辺の環境を経て外部に自然排熱できることを見出した。従って、ＬＥＤ１個あたりの発熱量が一定値以下であれば、ＬＥＤ個数が増えてもＬＥＤの自然排熱は可能である。また、上記自然排熱のためには、電力を消費する回路基板からの発熱によってＬＥＤ装着部材周辺の温度を上げないことも肝心である。そのために本発明では、上記Ｈ２を極小化する構成も備えた。
【００１６】
本発明（１）の構成は、ＱＬＥＤ＝Ｉ（１−ＥＬ／１００）Ｌｓ  ≦４６を前提条件としていると共に、直列配置の個数を発熱―自然放熱の関係を維持し、最適な発光量に対してさらに最適化するＬＥＤ個数を規定するもので、ＬＥＤ１個当りの発熱量（Ｈ２）を４６ｍＪ／ｓ以下とし、自然排熱が可能な発熱量の範囲のものを採用している。
【００１７】
上記式に基づいて、直列に接続された１列のＬＥＤにかかる電圧が一定の変動幅の定電圧電源の電圧の下限値以下であって且つその近傍になるように、該１列あたりのＬＥＤの個数を複数であってＭ以下に規定した。また、定電圧の商用電源を直接整流した電圧を使用する回路、即ちインバーターを使わない回路を、採用したことによって、インバーターによる発熱を排除した。これらによってＬＥＤ周辺の環境温度の上昇を抑制できた。また、インバーターを備える機器は周辺の電子機器のノイズを誘発し、また熱も発生する。しかし、本発明（１）はインバーターを使用しないため、本ＬＥＤ電球が使用される環境の周辺に散在する各種電子機器への、該電球のノイズによる誤動作の発生を防止でき、かつ余分な発熱を排除できるという効果がある。ＬＥＤ電球を室内で使用する場合、周辺に多くの電子機器、例えば、テレビ、パソコン、ケータイ電話、ゲーム器などが散在するはずであり、それらの機器に対して電球からのノイズによる誤動作の発生を防止することは、電球が備えるべき重要な要件である。
【００１８】
上記構成によって、本発明のＬＥＤ電球１の発熱量は、使用環境における自然放熱量と同程度以下となり、特別な排熱手段がなくても、発熱による温度上昇を招くことがなく、正常に発光させることが可能なＬＥＤ電球を提供できるという効果がある。特別な排熱手段とは、特許文献１に記載の放熱板や特許文献２に記載の熱放散手段、即ち、表面積を大きく形成された凹凸状のフィンや熱伝導性の高い金属製の板状の放熱板などの、電球の発光面以外の部位の外面に露出して備えられ放熱を目的として形成された装備をいう。
【００１９】
本発明（１）は特別な排熱手段を必要としないことによって、ＬＥＤ電球全体が嵩高にならず取り扱い易く、またＬＥＤ電球の発光面以外の外表面に露出させるべき部材が少ないことによって、既存のＬＥＤ電球に比べて取り扱い易く且つデザインの自由度が高まるという効果がある。電球は室内で使用することが多いので、単に照明灯というだけではなく美観が求められるので、デザインの自由度の高さは電球を作る上で重要な要素である。
【００２０】
本発明（２）は、電球入力部分に純抵抗性負荷を実装することで調光部品の最低動作電流を満たし、電圧波形の乱れや電圧成分のノイズ発生を防止したことによって、商用電源回路に使用されている位相調光方式あるいは電圧調光方式のいずれにも対応可能となり、既存電球との差し替えが自在であるという効果がある。
【００２１】
本発明（３）のＬＥＤ電球は、ＬＥＤモジュールの位置が、ＬＥＤ実装基板の中央部ほどＬＥＤ実装基板からの高さが高い位置に配され、周端部ほどＬＥＤモジュールのＬＥＤ実装基板からの高さが低い位置に配されたことによって、隣接するＬＥＤモジュールやその台座によって側方への光が遮断され難くなり、ＬＥＤが発光した光を有効に照度に反映させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のＬＥＤ電球の概観図
【図２】本発明のＬＥＤの断面図（図１のＡ−Ａ断面図）
【図３】制御回路図１（ブリッジ整流回路と定電流回路を併用した回路図）
【図４】ＥＬ−Ｉ−ＱＬＥＤ相関図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明のＬＥＤ電球について説明するが、本発明はこの事例に限られるものではない。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態であるＬＥＤ電球１の側面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面概略図である。ＬＥＤ電球１は、ＬＥＤモジュール１０を保護し発光を均一に周囲に分散する材質から形成されたカバー４と、ＬＥＤ実装基板１２、制御回路１３及びリード線１５などの主要部分を内蔵してそれらを保護し、且つカバー４の下部をねじ込み式で受け止めるグローブ３と、電源２０との接続部のひとつであるアイレット７と、電源２０にアイレット７を押接するための押し込み部であって、且つ電源２０との接続部のひとつであるねじ込み型の口金５と、口金５とグローブ３の連結部であってリード線を内蔵する基体２及びくびれ部６と、から構成されている。
【００２５】
口金５は、エジソンタイプのＥ２６型（Ｅ１７型あるいはＥ１１形であってもよい。）であって表面にねじ山を備えた筒状に形成され、この筒状部の一端側の頂部に絶縁部（不図示）を介して設けられたアイレット７を備えている。また、口金５は絶縁シートや絶縁性接着材などの絶縁物を介してくびれ部６と固着されている。
【００２６】
グローブ３及びカバー４は、透光性を有してなり、例えば透明あるいは半透明のガラスや合成樹脂などの材質により一般照明用電球と略同等の形状に形成されている。
【００２７】
ＬＥＤモジュール１０は、ＬＥＤ素子１１の発光面側に透明な樹脂が配され、該樹脂の表面にＬＥＤの発光を白色光に変換する蛍光体が塗布されて形成されている。
【００２８】
ＬＥＤモジュール１０とＬＥＤ実装基板１２との間にＬＥＤモジュール１０のＬＥＤ実装基板１０からの高さを調整するための台座１４が配される。台座１４はＬＥＤ実装基板１２の中央部ほど高く周辺部ほど低くなっている。台座１４の高さをこのように調整することによって、隣接するＬＥＤ同士が互いに隣のＬＥＤからの光を遮ることがなく、ＬＥＤ電球１の周囲への光の分散が可能になる。
【００２９】
本第１の実施形態のＬＥＤ電球１は、色温度２９００Ｋ、消費電力４．２Ｗ、全光束３４２ｌｍ、定格電圧１００ＶＡＣ、定格電流３０ｍＡ（平均）、ＬＥＤ個数７６個（直列３８個で２列）、口金型Ｅ２６、白熱電球６０Ｗ相当の照度、インバーターなし、調光器対応型（位相・電圧いずれも対応型）、電球外径６４ｍｍΦ、全高さ８１ｍｍ、である。
【００３０】
本第１の実施形態の制御回路を、図３に基づいて説明する。図３の点線内は本ＬＥＤ電球１に備えられた制御回路３０である。外部からの過電流に対し内部回路を保護する第１保護回路３１、外部からの過電圧に対し内部回路を保護する第２保護回路３２、交流５０Ｈｚ／６０Ｈｚの１００ＶＡＣ±５ＶＡＣから脈流を作るブリッジ整流回路３６、脈流を平滑化しリプル率５％以下の整流を作る平滑回路３５、交流を整流に変換する整流ダイオード３６、ＬＥＤ素子をチラツキの無い電流で駆動させる定電流制御回路３３、である。ＬＥＤ実装基板１２に、式（ａ）に基づいて算出されたＬＥＤ素子３８個を直列に接続した第１ＬＥＤ列５１と第２ＬＥＤ列５２が並列に配置される。
【００３１】
一般の白熱電球を使用した調光機能は白熱電球回路と商用電源間に外部調光回路３９を備え実現されている例が大多数である。本実施例のＬＥＤ電球回路３０には商用電源４０から外部調光回路３９を経て位相調光波又は電圧調光波が入力される。外部調光回路３９には、位相調光回路と電圧調光回路の２種類があり時間軸上で商用電源４０を一定の間隔で入り切りし、波形の面積を調整することで電力を調整し、調光を可能にする場合と、可変変圧器を使用し、商用電源の相似波形を作成し波形の面積を調整することで電力を調整し、調光を可能にする場合がある。従来のＬＥＤ電球は、位相調光の場合、調光開始タイミングを特別な回路で検出し、それを基準にＬＥＤ素子に流す電流を制御して行なわれていた。この回路は電圧調光回路では機能しない欠点が有った。本発明は定電流回路の動作を、入力電圧が−５％以下になった時停止させることによって、ＬＥＤを流れる電流を、入力電圧の整流電圧に比例させて発光量を入力電圧に比例させている。この方法によって位相調光回路と電圧調光回路のいずれにおいても従来の白熱電球と同様に、調光を実施することができる。また位相調光回路の部品では、通常「性能」として表記されない「最低動作電流」がある。白熱電球は１０Ｗ以上の製品がほとんどであるためこの最低電流を満たさないことは無いので部品に明記されない。しかし消費電力が非常に少ないＬＥＤ電球においては、調光部品の最低電流が必ずしも確保できず、調光回路を通過後の商用電源波形が乱れたり、電球破損に至るほどの高い電圧成分のノイズを発生する事がある。これらの不具合を抑制するために、電球の入力部分に、純抵抗性負荷３７を実装することで調光部品の最低電流を満たし、調光回路・電球を含む照明回路を使用可能なものとした。
【００３２】
第１ＬＥＤ列５１及び第２ＬＥＤ列５２の各列の一端及び他端からリード線が取り出され制御回路基板１３に接続される。制御回路基板１３から２本のリード線が取り出され１本はアイレット７の端子に他の１本は口金５の端子に接続される。本発明のＬＥＤ１は、３８個のＬＥＤが直列に配列された列を２列有する。直列の列数は１列だけであってもよく、２列以上であってもよい。
【００３３】
請求項１に記載の下記式は（ａ）は、
Ｍ＝（−ｋ＋Ｎ√２（１００―Ｒ）／１００）（１−ＥＬ／１００）Ｉ／ＱＬＥＤ  
…（ａ）
請求項１に記載の下記式（ｂ）と、
ＱＬＥＤ＝Ｉ（１−ＥＬ／１００）Ｌｓ  ≦４６  …（ｂ）
下記式（ｃ）から導かれる。
Ｍ＝（−ｋ＋Ｎ√２（１００―Ｒ）／１００  ）／Ｌｓに…（ｃ）、
（ａ）式よって算出される直列１列あたりのＬＥＤ個数Ｍは、ＬＥＤ電球に対する電圧負荷を最大限に有効活用可能に構成されるので最も好ましい個数である。直列１列あたりのＬＥＤ個数はＭより少なくてもよいが、Ｍよりも少ない個数分だけ無駄な発熱が発生しＬＥＤの温度上昇に影響するので、ＬＥＤ個数は０．９Ｍ（端数は切り捨てる。）以上が好ましい。
【００３４】
図４は、ＬＥＤの電流（Ｉ）―発光効率（ＥＬ）―発熱量（ＱＬＥＤ）の関係を示す図である。電球の照度を確保するためには発光効率は、高いほど好ましい。ＬＥＤの発光効率（ＥＬ）は、発光効率が１００％の場合の全光束に対する実績の全光束の割合（％）で示される。前記ＱＬＥＤ＝Ｉ（１−ＥＬ／１００）Ｌｓに対応する本第１の実施形態のＬＥＤ１は、その発光効率は１４．６％、電流値は１５ｍＡ、発熱量（ＱＬＥＤ）は３８ｍＪ／ｓである。また駆動電流が１８ｍＡよりも大きい場合は、ＬＥＤの発熱量が大きくなり、ＬＥＤが昇温して劣化の可能性が高まるのでよくない。
【００３５】
このように、第１の実施形態のＬＥＤ１の発熱量（ＱＬＥＤ）は３８ｍＪ／ｓと極めて小さく、通常の電球を構成する材料に組み込むことによって十分排熱は可能な熱量である。本発明のＬＥＤ電球に搭載されるＬＥＤの発熱量（ＱＬＥＤ）の上限は４６ｍＪ／ｓであって、それより少ない方が好ましい。
【実施例１】
【００３６】
本実施例は、電源電圧（Ｎ）は１００ＶＡＣ±変動幅（Ｒ）５％、の商用電源が使用され、制御回路基板１３において１００ＶＡＣから１４１ＶＤＣ（＝Ｎ√２）に交流／直流変換される。ＬＥＤの順方向電流（Ｉ）は１５ｍＡ、順方向電圧（Ｌｓ）は３ＶＤＣである。定電流制御回路の動作電圧（Ｆｖ）を３ＶＤＣ、平滑回路のリプル(脈流から直流分を除いた電圧)（Ｆｒ）を６．０ＶＤＣ、商用電源の変動分をうち消す定電流回路の動作余裕度（Ｔｍ）を５．７ＶＤＣとする。図４より、ＬＥＤ１の発熱量（ＱＬＥＤ）は３８ｍＪ／ｓ、発光効率（ＥＬ）は１４．６％である。以上より（ａ）式を用いて、Ｍ＝３８．１となり、端数０．１は切り捨てて、直列１列あたりのＬＥＤ個数は３８個となる。端数０．１に対応する電圧る。ＬＥＤ以外の部分による発熱量は、上述の定電流制御回路の動作電圧（Ｆｖ）５ＶＤＣ、平滑回路のリプル（Ｆｒ）８ＶＤＣ、商用電源の変動分をうち消す定電流回路の動作余は約０．３ＶＤＣは発熱（５ｍＪ／ｓ）となって消費されるが無視できる程度の発熱量であ裕度（Ｔｍ）６．７Ｖの合計が１９．７ＶＤＣであるから、発熱量＝１５ｍＡ×２列×１９．７ＶＤＣ＝５９１ｍＪ／ｓとなる。これらの熱は、図２の電源及び制御回路基板１３で発生するものであって、電源及び制御回路基板１３はＬＥＤモジュール１０からは離れているため、ＬＥＤ素子の温度上昇への影響は小さく、また通常の電球部材を経て大気や該電球の周囲の部材に放散されるので、特別な放熱手段を必要とするものではない。従って、本第１の実施形態のＬＥＤ電球１は、連続した稼動中においても、ＬＥＤの温度上昇を伴わないため、ＬＥＤの温度上昇による発光機能（照度）の低下やＬＥＤ自体の寿命の低下を引き起こすことがない。本実施例１のＬＥＤ１個の全光束は４．５ｌｍであって、ＬＥＤの全個数７６個では、３４２ｌｍとなり、白熱電球と比較した場合６０ワット相当の明るさとなる。本実施例１の評価結果は表１のとおりであった。
【実施例２】
【００３７】
実施例１において、ＬＥＤの発熱量（ＱＬＥＤ）は４４ｍＪ／ｓとして図４より、ＬＥＤの順方向電流（Ｉ）を１７ｍＡ、発光効率（ＥＬ）は１４．１％、消費電力４．８ワットとした以外は実施例１と同じとした。評価結果は表１のとおりであった。
【実施例３】
【００３８】
実施例１において、ＬＥＤの発熱量（ＱＬＥＤ）は本発明の上限４６ｍＪ／ｓとして図４より、ＬＥＤの順方向電流（Ｉ）を１８ｍＡ、発光効率（ＥＬ）は１４．０％、消費電力４．８ワットとした以外は実施例１と同じとした。評価結果は表１のとおりであった。
【実施例４】
【００３９】
実施例１において、列数を４、ＬＥＤ総個数１５２、消費電力８．４ワットとした以外は実施例１と同じとした。評価結果は表１のとおりであった。
【比較例１】
【００４０】
実施例１において、直列１列のＬＥＤ個数を、Ｍ値３８個より多い３９個、ＬＥＤ総個数を７３個とした以外は、実施例１と同じとした。評価結果は表１のとおりであった。
【比較例２】
【００４１】
実施例１において、ＬＥＤの発熱量（ＱＬＥＤ）は５２ｍＪ／ｓとして図４より、ＬＥＤの順方向電流（Ｉ）を２０ｍＡ、発光効率（ＥＬ）は１３．１％、消費電力５．６ワットとした以外は実施例１と同じとした。評価結果は表１のとおりであった。
【００４２】
実施例及び比較例の評価方法及び評価基準は次のとおりである。
【００４３】
２）ＬＥＤモジュール発光面の温度（ＴＬ（℃））
（１）評価方法
１００ＶＡＣの定電圧電源に接続された６０Ｗの白熱電球（口金Ｅ２６）を、本発明のＬＥＤ電球と交換し、１０時間点灯後、点灯した状態でカバー４を取り外し、ＬＥＤモジュール１０の発光面中央部の温度を表面温度計（メーカー：佐藤計量製作所、品番：ＰＣ−８４００II）で測定した。
（２）評価基準
○：ＴＬ≦６０℃
×：ＴＬ＞６０℃
【００４４】
３）発光状態
（１）評価方法
肉眼により発光のちらつき（照度が変る）の有無を観察する。
（２）評価基準
○：点滅しない。
×：点滅することがある。
【００４５】
（総合評価）
上記１）及至４）に記載の評価基準の全てが○の場合は総合評価結果は○とし、ひとつでも△がある場合は総合評価は△、ひとつでも×がある場合は総合評価は×とする。
【００４６】
【表１】
2012009369.tif 000003
【００４７】
（実施例１の検証）
実施例１は、本発明１の構成要件を全て備え、総合評価は良好（○）である。従って、無駄な発熱が少ないため特別な放熱手段が不要であって、且つ一般の白熱電球と差し替え可能な優れたＬＥＤ電球であることが明らかである。
【００４８】
（実施例２の検証）
実施例２は、本発明１の構成要件を全て備えており、本発明１の構成要件のＱＬＥＤの上限近傍４４ｍＪ／ｓの例について示したものであるが、総合評価は良好（○）である。従って、本発明１は、構成要件の境界領域近傍においても、無駄な発熱が少ないため特別な放熱手段が不要であって、且つ一般の白熱電球と差し替え可能な優れたＬＥＤ電球であることが明らかである。
【００４９】
（実施例３の検証）
実施例３は、本発明１の構成要件を全て備えており、本発明１の構成要件のＱＬＥＤの上限近傍４６ｍＪ／ｓの例について示したものであるが、総合評価は良好（○）である。従って、本発明１は、構成要件の境界領域においても、無駄な発熱が少ないため特別な放熱手段が不要であって、且つ一般の白熱電球と差し替え可能な優れたＬＥＤ電球であることが明らかである。
【００５０】
（実施例４の検証）
実施例４は、１２０Ｗの電球例であり、本発明１の構成要件を全て備えている。すなわち、本発明１の構成要件の直列に接続されたＬＥＤを４列備え、ＬＥＤ総個数が１５２、消費電力を８．４ワットの例について示したものである。総合評価は良好（○）であった。従って、本発明１は、直列に接続されたＬＥＤの列数を増加してもＬＥＤの温度上昇がなく、無駄な発熱が少ないため特別な放熱手段が不要であって、且つ一般の白熱電球と差し替え可能な優れたＬＥＤ電球であることが確認できた。
【００５１】
（比較例１の検証）
比較例１は、直列に接続するＬＥＤ個数が本発明１の構成要件のＭ値より１個多い３９個、ＬＥＤ総個数７８個の例について示したものである。これは、ＬＥＤにかかる所定電圧を超えたため、定電圧電源の変動幅が下限になった時、電圧が不足になって発光状態が不安定となり、一時的に照度が低下するちらつき現象が発生した。これは、ＬＥＤ個数は、Ｍ以下でなければ安定的な発光状態を得ることはできないことを示すものであり、本発明１の構成要件の境界領域が明確であることの証である。
【００５２】
（比較例２の検証）
比較例３は、本発明１の構成要件の、ＱＬＥＤの上限を超えた５２ｍＪ／ｓ、の例について示したものであるが、ＬＥＤモジュール発光面の温度が６４℃となり、自然放熱量の限界近傍となりＬＥＤの機能が低下しつつあることを示すものである。
【００５３】
（実施例４）
本発明のＬＥＤ電球１の、稼動中における周辺電子機器の誤動作の有無について次のとおりであった。８畳の広さの室内の天井の中央にある１００ＶＡＣの定電圧電源に接続された６０Ｗの白熱灯を、本発明のＬＥＤ電球１と交換し点灯状態とした。該室内には、ＡＭラジオ、テレビ、パソコン及びゲーム器が上記白熱灯と同じ電源に接続されているが、該電球の点灯状態において、それらの電子機器を５時間稼動させたが、一切誤動作が発生しなかった。またこの室内において、ケータイ電話は特に誤動作はなく正常に使用することができた。
【００５４】
（比較例３）
市販のＬＥＤ電球（メーカー：シャープ、型式：ＤＬＬ６０ＥＬ、消費電力：８．３Ｗ、全光束３３０ｌｍ、定格電圧１００Ｖ、定格電流：１１９ｍＡ、口金Ｅ２６、外径寸法：６０φ・Ｌ１１４、インバーター付き）の、稼動中における周辺電子機器の誤動作の有無について次のとおりであった。８畳の広さの室内の天井の中央にある１００ＶＡＣの定電圧電源に接続された６０Ｗの白熱灯を、本市販のＬＥＤ電球と交換し点灯状態とした。該室内には、ＡＭラジオ、テレビ、パソコン及びゲーム器が上記白熱灯と同じ電源に接続されているが、該電球の点灯状態において、ＡＭラジオは雑音を発生し音が聞きとれなかった。
【００５５】
（実施例５）
本発明のＬＥＤ電球１を位相調光波形を供給する外部調光回路を備えた商用電源を電源とする部屋に備えられた６０Ｗ白熱電球と交換し調光操作を行ったところ、最高照度から照度がなくなるまで自在に調光可能であった。また、電圧調光波形を供給する外部調光回路を備えた商用電源を電源とする室の６０Ｗ白熱電球と交換し調光操作を行ったところ、上記と同じく最高照度から照度がなくなるまで自在に調光可能であった。
【００５６】
（実施例６）
図２に示すように、本発明のＬＥＤ電球１は、中央部のＬＥＤモジュール１０が台座１４によって高くなるように形成されているために、ＬＥＤモジュール１０同士が互いに重ならず、ＬＥＤの横方向の光が遮られないので、ＬＥＤの発光が有効に照度に反映されることが明らかである。  
【００５７】
本発明によれば、上述した関係式（請求項１に規定）を満足し、定電圧の商用電源を直接整流した電圧を使用する回路と、定電流制御回路とを備え、ＬＥＤの発熱量及び発光効率と、直列に配列されるＬＥＤの個数を一定の範囲に限定し、効率よく電力消費可能なＬＥＤ配列を規定したことによって、無駄な発熱を抑制し特別な排熱手段の不要なＬＥＤ電球を提供できた。また、これに加えて、調光追従回路とともに純抵抗負荷を配することによって安定した位相調光及び電圧調光のいずれにも適応可能なＬＥＤ電球を提供するものである。また、台座を介して実装基板に配列され、前記台座の高さが前記実装基板の中央部が最も高く、前記実装基板の端部に向かって次第に低くなるように形成することで、電球の発光面方向のみならず電球の側方の照度も確保可能なＬＥＤ電球を提供できる。
【００５８】
本発明は、請求項１の規定に従えば、日本国で主要に用いられる１００Ｖ６０Ｗ電球等のＬＥＤ電球だけでなく、海外で使用される１２０Ｖ、２００Ｖ、２４０Ｖ等の電圧であっても、３０Ｗ〜２００Ｗ等のＬＥＤ電球にも適用でき、低発熱自然放熱できるので、付加的な冷却手段を設ける必要が無くなるという画期的なＬＥＤ電球を提供できる。なお、本発明のＭ個の直列配置ＬＥＤを多数並列に設ける際に、並列による弊害が出る場合は、本発明のＭ個の直列配置ＬＥＤを少数並列にした回路を複数設ける構成にしても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１  ＬＥＤ電球
２  基体
３  グローブ
４  カバー
５  口金
６  くびれ部
７  アイレット
１０  ＬＥＤモジュール
１２  ＬＥＤ実装基板
１３  電源及び制御回路基板
１４  台座
１５  リード線
３０  本電球の回路
３１  保護回路１
３２  保護回路２
３３  定電流制御回路
３４  調光追従回路
３５  平滑回路
３６  整流ダイオード
３７  純抵抗負荷
３８  位相調光波形（又は電圧調光波形）
３９  外部調光回路
４０  商用電源
５１  個数を調整したＬＥＤ素子列１
５２  個数を調整したＬＥＤ素子列２
【図１】
2012009369.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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