(57)【要約】【課題】駆動方式が簡単であり、且つ電源利用効率が高い交流発光ダイオード照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】放熱基板と、放熱基板に設置され且つ放熱基板に熱的に接続され、発光ダイオードチップグループに分けられ、複数の発光ダイオードチップと、放熱基板に設置され且つ複数の発光ダイオードチップに接続される回路層と、変圧器及び双方向スイッチを含み、変圧器は交流電源に接続する入力端及び双方向スイッチを介して電極に電気的に接続される出力端を有し、双方向スイッチは、変圧器の出力端に選択的に接続されて複数の発光ダイオードチップに異なる大きさの駆動電圧を出力する駆動ユニットと、を備える。【選択図】図２
2013134933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱基板と、
前記放熱基板に設置され且つ前記放熱基板に熱的に接続され、少なくとも２つの直列接続された発光ダイオードチップグループに分けられ、各々の発光ダイオードチップグループは、少なくとも２つの逆方向に並列接続された発光ダイオードチップを含む複数の発光ダイオードチップと、
前記放熱基板に設置され且つ複数の前記発光ダイオードチップに電気的に接続される回路層と、
複数の前記発光ダイオードチップ及び前記回路層の一部分を覆うパッケージ層と、
前記放熱基板に設置されて前記パッケージ層の外部に露出され、且つ少なくとも三つの接触点を含む電極と、
変圧器及び双方向スイッチを含み、前記変圧器は入力端及び出力端を有し、前記入力端は、交流電源に接続するために用いられ、前記出力端は、前記双方向スイッチを介して前記電極に電気的に接続され、前記双方向スイッチは、変圧器に近い第一スイッチ及び前記発光ダイオードチップに近い第二スイッチを含み、前記第一スイッチの一端は、前記変圧器の出力端に選択的に接続されて、複数の前記発光ダイオードチップに異なる大きさの駆動電圧を出力し、前記第二スイッチの一端は、前記第一スイッチに接続され、前記第二スイッチの他端は、複数の前記発光ダイオードチップの一部又は全てに選択的に電気的に接続される駆動ユニットと、
を備えることを特徴とする交流発光ダイオード照明装置。
【請求項２】
前記第一スイッチと前記第二スイッチとの間には、コンデンサが直列接続されることを特徴とする請求項１に記載の交流発光ダイオード照明装置。
【請求項３】
前記第一スイッチと複数の前記発光ダイオードチップに接続されている端部に、抵抗が直列接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の交流発光ダイオード照明装置。
【請求項４】
前記電極は、４つの接触点を含み、複数の前記発光ダイオードチップは、第一発光ダイオードチップグループと、第二発光ダイオードチップグループと、第三発光ダイオードチップグループで構成され、前記第一発光ダイオードチップグループは、順方向に複数の発光ダイオードが直列に接続される順方向発光ダイオード列と、逆方向に複数の発光ダイオードが直列に接続される逆方向発光ダイオード列とから構成されているとともに、複数の順方向各発光ダイオードと複数の逆方向各発光ダイオードとの中間点では並列接続され、前記第一発光ダイオードチップグループは、前記第二発光ダイオードチップグループのノードに接続され、前記第二発光ダイオードチップグループは、前記第三発光ダイオードチップグループのノードに接続され、直列接続された発光ダイオードチップグループの両端は、前記電極の４つの接触点にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の交流発光ダイオード照明装置。
【請求項５】
放熱基板と、
前記放熱基板に設置されて直列接続され、且つ前記放熱基板に熱的に接続される複数の発光ダイオードチップと、
前記放熱基板に設置され且つ複数の前記発光ダイオードチップに電気的に接続される回路層と、
複数の前記発光ダイオードチップ及び前記回路層の一部分を覆うパッケージ層と、
前記放熱基板に設置されて前記パッケージ層の外部に露出され、且つ少なくとも三つの接触点を含む電極と、
変圧器及び双方向スイッチを含み、前記変圧器は入力端及び出力端を有し、前記入力端は、交流電源に接続するために用いられ、前記出力端は、前記双方向スイッチを介して前記電極に電気的に接続され、前記双方向スイッチは、前記変圧器に近い第一スイッチ及び前記発光ダイオードチップに近い第二スイッチを含み、前記第一スイッチの一端は、前記変圧器の出力端に選択的に接続されて、複数の前記発光ダイオードチップに異なる大きさの駆動電圧を出力し、前記第二スイッチの出力端は、複数の前記発光ダイオードチップの一部又は全てに選択的に電気的に接続され、前記第一スイッチの出力端と前記第二スイッチの入力端との間には、順方向に導通する第一ダイオードが直列接続され、前記第一スイッチの出力端と複数の前記発光ダイオードチップの負電極との間には、逆方向に導通する第二ダイオードが直列接続され、前記変圧器の出力端と前記第二スイッチの入力端との間には、順方向に導通する第三ダイオードが直列接続され、前記変圧器の出力端と複数の前記発光ダイオードチップの負電極との間には、逆方向に導通する第四ダイオードが直列接続される駆動ユニットと、
を備えることを特徴とする交流発光ダイオード照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード照明装置に関するものであって、特に交流電源によって駆動する発光ダイオード照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子を利用して製作された発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）は、高輝度、低消費電力で駆動が簡単であり、集積回路にマッチングし易い等の利点を有することから、光源として照明分野で広く利用されている。また発光ダイオードの発光強度と注入電流は、ほぼ正比例するので、一般的に直流によって発光ダイオードを駆動して発光させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、発光ダイオードの発光効率は注入電流の増大に伴い低減するとともに、これに従って発光ダイオードの温度も高くなるために、発光ダイオードの寿命を短くする。そこで発光ダイオードが作動している間に生じる熱を減少させるために、従来は、ＰＷＭ調光（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｄｉｍｍｉｎｇ，ＰＷＭ  Ｄｉｍｍｉｎｇ）方式を採用して、発光ダイオードを制御させているが、ＰＷＭ調光方式は定電流で作動するので、発光ダイオードの駆動回路は、少なくとも１つのＡＣ−ＤＣ変換器を必要とし、発光ダイオード照明装置全体の電源利用効率を低減させ、コストを高くしている。
【０００４】
本発明の目的は、前記課題を解決し、駆動方式が簡単であり、且つ電源利用効率が高い交流発光ダイオード照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る交流発光ダイオード照明装置は、放熱基板と、前記放熱基板に設置され且つ前記放熱基板に熱的に接続され、少なくとも２つの直列接続された発光ダイオードチップグループに分けられ、各々の発光ダイオードチップグループは、少なくとも２つの逆方向に並列接続された発光ダイオードチップを含む複数の発光ダイオードチップと、、前記放熱基板に設置され且つ複数の前記発光ダイオードチップに電気的に接続される回路層と、複数の前記発光ダイオードチップ及び前記回路層の一部分を覆うパッケージ層と、前記放熱基板に設置されて前記パッケージ層の外部に露出され、且つ少なくとも三つの接触点を含む電極と、変圧器及び双方向スイッチを含み、前記変圧器は入力端及び出力端を有し、前記入力端は、交流電源に接続するために用いられ、前記出力端は、前記双方向スイッチを介して前記電極に電気的に接続され、前記双方向スイッチは、変圧器に近い第一スイッチ及び前記発光ダイオードチップに近い第二スイッチを含み、前記第一スイッチの一端は、前記変圧器の出力端に選択的に接続されて、複数の前記発光ダイオードチップに異なる大きさの駆動電圧を出力し、前記第二スイッチの一端は、前記第一スイッチに接続され、前記第二スイッチの他端は、複数の前記発光ダイオードチップの一部分又は全てに選択的に電気的に接続される駆動ユニットと、を備える。
【０００６】
本発明に係る他の交流発光ダイオード照明装置は、放熱基板と、前記放熱基板に設置されて直列接続され、且つ前記放熱基板に熱的に接続される複数の発光ダイオードチップと、前記放熱基板に設置され且つ複数の前記発光ダイオードチップに電気的に接続される回路層と、複数の前記発光ダイオードチップ及び前記回路層の一部分を覆うパッケージ層と、前記放熱基板に設置されて前記パッケージ層の外部に露出され、且つ少なくとも三つの接触点を含む電極と、変圧器及び双方向スイッチを含み、前記変圧器は入力端及び出力端を有し、前記入力端は、交流電源に接続するために用いられ、前記出力端は、前記双方向スイッチを介して前記電極に電気的に接続され、前記双方向スイッチは、前記変圧器に近い第一スイッチ及び前記発光ダイオードチップに近い第二スイッチを含み、前記第一スイッチの一端は、前記変圧器の出力端に選択的に接続されて、複数の前記発光ダイオードチップに異なる大きさの駆動電圧を出力し、前記第二スイッチの出力端は、複数の前記発光ダイオードチップの一部又は全てに選択的に電気的に接続され、前記第一スイッチの出力端と前記第二スイッチの入力端との間に順方向にする第一ダイオードが直列接続され、前記第一スイッチの出力端と複数の前記発光ダイオードチップの負電極との間には、逆方向に導通する第二ダイオードが直列接続され、前記変圧器の出力端と前記第二スイッチの入力端との間には、順方向に導通する第三ダイオードが直列接続され、前記変圧器の出力端と複数の前記発光ダイオードチップの負電極との間には、逆方向に導通する第四ダイオードが直列接続される駆動ユニットと、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の交流発光ダイオード照明装置の駆動ユニットは、交流電源に直接接続されて、複数の発光ダイオードチップを駆動することができるので、従来の駆動回路に比べて簡単である。また、本発明の交流発光ダイオード照明装置は、ＡＣ−ＤＣ変換器を使用しないので、電源利用効率を高くすることができる。双方向スイッチの第一スイッチは、変圧器の出力端に選択的に接続されて、複数の発光ダイオードチップに異なる大きさの駆動電圧を出力することができる。従って、複数の発光ダイオードチップの光強度が変調でき、異なる需要に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施形態に係る交流発光ダイオード照明装置の構造を示す図である。
【図２】図１に示す本発明の第一実施形態に係る交流発光ダイオード照明装置の回路図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る交流発光ダイオード照明装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１を参照すると、本発明の第一実施形態に係る交流発光ダイオード照明装置１００は、放熱基板１１０と、複数の発光ダイオードチップ１２０と、回路層１３０と、電極１４０と、パッケージ層１５０と、駆動ユニット１６０と、を備える。
【００１１】
前記放熱基板１１０は、絶縁材料で且つ熱伝導率が高い材料からなり、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、ホウ化チタニウム（ＴｉＢ２）、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）又はこれら材料の混合物などである。前記放熱基板１１０は、その表面に絶縁材料を塗布した導電基板であってもよい。
【００１２】
複数の前記発光ダイオードチップ１２０は、前記放熱基板１１０の表面に設置された後、前記放熱基板１１０に熱的に接続される。前記発光ダイオードチップ１２０は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオード、黄色発光ダイオード又はＵＶ発光ダイオードであってもよい。
【００１３】
前記回路層１３０は、化学蒸着法又はスパッタリングによって前記放熱基板１１０に形成される。本実施形態において、前記回路層１３０は、前記放熱基板１１０の前記発光ダイオードチップ１２０を積載した表面に形成される。各々の前記発光ダイオードチップ１２０の正負電極（図示せず）は、前記回路層１３０に電気的に接続される。
【００１４】
前記電極１４０は、前記放熱基板１１０の前記発光ダイオードチップ１２０を積載した表面に形成される。前記電極１４０は、少なくとも三つの接触点を備える。本実施形態において、前記電極１４０は、前記回路層１３０に電気的に接続される四つの接触点を備える。
【００１５】
前記パッケージ層１５０は、前記放熱基板１１０上に複数の前記発光ダイオードチップ１２０及び前記回路層３０の一部分を被覆して設置され、前記電極１４０は、前記パッケージ層１５０の外部に露出する。前記パッケージ層１５０の材料は、シリコン、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ  ｒｅｓｉｎ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、プラスチックなどの透光材料からなる。また前記パッケージ層１５０には、少なくとも一種の蛍光物質を混合することができ、例えば、硫化物（Ｓｕｌｆｉｄｅｓ）、アルミン酸塩（Ａｌｕｍｉｎａｔｅｓ）、酸化物（Ｏｘｉｄｅｓ）、ケイ酸塩（Ｓｉｌｉｃａｔｅｓ）又は窒化物（Ｎｉｔｒｉｄｅｓ）などであるが、これら蛍光物質の中で特に使用されるのは、ＹＡＧ(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)蛍光粉及びＴＡＧ(テルビウム・アルミニウム・ガーネット)蛍光粉である。  
【００１６】
図２を参照すると、前記駆動ユニット１６０は、変圧器１６１及び双方向スイッチ１６２を備える。前記変圧器１６１は、一次コイルＮ１及び二次コイルＮ２を有する。前記一次コイルＮ１の両端ａ、ｂは、前記変圧器１６１の入力端として交流電源に接続される。ここで交流電圧は通常１００〜２３０Ｖである。前記二次コイルＮ２の両端ｃ、ｄの間から複数のタッピング（ｔａｐｐｉｎｇ）１６１１が延伸する。前記双方向スイッチ１６２は、前記変圧器１６１に近い第一スイッチ１６２１及び前記発光ダイオードチップ１２０に近い第二スイッチ１６２２を備える。前記第一スイッチ１６２１の一端は、前記二次コイルＮ２の端点ｃ又はいずれか１つのタッピング１６１１に選択的に接続され、前記第一スイッチ１６２１の他端は、コンデンサＣ１の一端に接続される。前記コンデンサＣ１の他端は、前記第二スイッチ１６２２に接続され、前記第二スイッチ１６２２の他端は、前記発光ダイオードチップ１２０の一部又は全てに選択的に電気的に接続される。前記二次コイルＮ２の端点ｄは、抵抗Ｒ１の一端に接続される。前記抵抗Ｒ１の他端及び前記第二スイッチ１６２２の前記発光ダイオードチップ１２０に電気的に接続された端部は、前記駆動ユニット１６０の出力端として、前記放熱基板１１０に設置された電極１４０の接触点にそれぞれ接続されて、複数の前記発光ダイオードチップ１２０に駆動電圧を提供する。前記第一スイッチ１６２１は、複数の前記発光ダイオードチップ１２０に入力する駆動電圧の大きさを調整して、異なる数又は決まった数の前記発光ダイオードチップ１２０に電力を供給する。前記発光ダイオードチップ１２０は、異なる色の光を出すことができるチップを備え、前記第二スイッチ１６２２は、異なる前記発光ダイオードチップ１２０に電力を供給できるため、異なる色の光出力を調整することができる。比較的大きい駆動電圧を出力すると、より多くの前記発光ダイオードチップ１２０が点灯する又は電流がより大きくなり、前記発光ダイオードチップ１２０の光強度も高くなる。これとは逆に、比較的小さい駆動電圧を出力すると、前記発光ダイオードチップ１２０の点灯数は少なくなる又は電流が小さくなり、前記発光ダイオードチップ１２０の光強度も低下する。前記二次コイルＮ２のタッピング１６１１の間のコイル数は、少なければ少なくなるほど、調光で光が柔らかくなり、従って光が強過ぎるという現象は起きない。
【００１７】
本実施形態において、複数の前記発光ダイオードチップ１２０は、前記回路層１３０によって第一発光ダイオードチップグループ１０１、第二発光ダイオードチップグループ１０２及び第三発光ダイオードチップグループ１０３で構成される。前記第一発光ダイオードチップグループ１０１は、順方向に複数の発光ダイオード１２０が直列に接続される順方向発光ダイオード列と、逆方向に複数の発光ダイオード１２０が直列に接続される逆方向発光ダイオード列とから構成されているとともに、複数の順方向各発光ダイオード１２０と複数の逆方向各発光ダイオード２０との中間点では並列接続されている。前記第二発光ダイオードチップグループ１０２及び第三発光ダイオードチップグループ１０３も、前記第一発光ダイオードチップグループ１０１と同様に構成される。前記第一発光ダイオードチップグループ１０１は、前記第二発光ダイオードチップグループ１０２のノードに接続され、前記第二発光ダイオードチップグループ１０２は、前記第三発光ダイオードチップグループ１０３のノードに接続される。直列接続された発光ダイオードチップグループ１０１、１０２及び１０３の両端は、前記電極１４０の４つの接触点にそれぞれ接続される。
【００１８】
前記交流発光ダイオード照明装置１００の駆動ユニット１６０は、交流電源に直接接続されて、複数の前記発光ダイオードチップ１２０を駆動させる。前記双方向スイッチ１６２の第一スイッチ１６２１は、複数の前記発光ダイオードチップ１２０に入力する駆動電圧を調整することができるので、前記駆動ユニット１６０は、従来の駆動回路に比べて簡単である。また、前記交流発光ダイオード照明装置１００は、ＡＣ−ＤＣ変換器を使用しないので、電源利用効率を高めることができる。
【００１９】
図３を参照すると、本発明の第二実施形態に係る交流発光ダイオード照明装置２００は、直列接続される複数の発光ダイオードチップ２２０を備える。駆動ユニット２６０の双方向スイッチ２６２は、変圧器２６１に近い第一スイッチ２６２１及び前記発光ダイオードチップ２２０に近い第二スイッチ２６２２を備える。前記第一スイッチ２６２１の入力端は、二次コイルＮ２の端点ｃ又はいずれか１つのタッピング２６１１に選択的に接続される。前記第二スイッチ２６２２の出力端は、前記発光ダイオードチップ２２０の一部又は全てに選択的に電気的に接続される。前記第一スイッチ２６２１の出力端と前記第二スイッチ２６２２の入力端との間には、順方向に導通する第一ダイオードＤ１が直列接続され、前記第一スイッチ２６２１の出力端と複数の前記発光ダイオードチップ２２０の負電極との間には、逆方向に導通する第二ダイオードＤ２が直列接続される。また二次コイルＮ２の端点ｄと前記第二スイッチ２６２２の入力端との間には、順方向に導通する第三ダイオードＤ３が直列接続され、二次コイルＮ２の端点ｄと複数の前記発光ダイオードチップ２２０の負電極との間には、逆方向に導通する第四ダイオードＤ４が直列接続される。本実施形態において、変圧器２６１から出力された電圧は、複数の前記発光ダイオードチップ２２０に対して順方向電圧である。
【００２０】
以上本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。
【符号の説明】
【００２１】
１００，２００  交流発光ダイオード照明装置
１０１  第一発光ダイオードチップグループ
１０２  第二発光ダイオードチップグループ
１０３  第三発光ダイオードチップグループ
１１０  放熱基板
１２０、２２０  発光ダイオードチップ
１３０  回路層
１４０  電極
１５０  パッケージ層
１６０、２６０  駆動ユニット
１６１、２６１  変圧器
１６２、２６２  双方向スイッチ
１６１１、２６１１  タッピング
１６２１、２６２１  第一スイッチ
１６２２、２６２２  第二スイッチ
ａ、ｂ、ｃ、ｄ  端点
Ｎ１  一次コイル
Ｎ２  二次コイル
Ｒ１  抵抗
Ｃ１  コンデンサ
Ｄ１  第一ダイオード
Ｄ２  第二ダイオード
Ｄ３  第三ダイオード
Ｄ３  第四ダイオード
【図１】
2013134933.tif 000003
【図２】
2013134933.tif 000004
【図３】
2013134933.tif 000005