CN101919315A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的照明装置(1)具备装置基板、与商用电源(2)连接的整流装置(5)、串联电路(7)、及对串联电路(7)中流过的最大电流进行限制的晶体管(限流单元)(14)。安装于装置基板的串联电路(7)串联连接多个LED元件(T)而构成,通过对串联电路(7)施加整流装置(5)的输出电压,从而分别点亮各LED元件(T)。其特征在于,将串联电路所具有的LED元件(T)的数量设定成使得施加到串联电路(7)的电压成为整流装置(5)的输出电压的70%~90%。
Description
技术领域
本发明涉及一种使串联连接的多个LED(发光二极管)元件一起发光以进行照明的照明装置。
背景技术
日本国的专利特开2005-100799号公报披露了将安装于印刷基板的多个LED元件串联连接而成的LED照明器具。该LED照明器具在由多个LED元件构成的串联电路的一端连接阳极电极,在另一端连接阴极电极。阳极电极和阴极电极都并排设置在印刷基板的一侧边缘的单面。若在这些电极间施加12伏特(V)的直流电压,则LED照明器具使各LED元件一起发光。
现有的LED照明器具目前是施加10V~15V的电压。例如,在记载于专利特开2005-100799号公报中的LED照明器具的情况下,也是施加12V的电压。这样,若施加电压为低压,则供电装置的电路效率变得极差。例如,在电源的额定电压为100V的情况下,只能使用电源电压的10%至15%的电能。而且,LED元件的数量越多,加到串联连接的各个LED元件的电压越低。因此,若施加电压较低,则各LED难以以高亮度发光。
发明内容
本发明的目的在于提供一种照明装置,使得能够提高电路效率及发光强度。
照明装置具有:装置基板;与商用电源连接的整流装置;安装于装置基板上、且串联连接多个LED元件而成的串联电路;及与该串联电路串联连接、且对串联电路中流过的最大电流进行限制的限流单元,通过将整流装置的输出施加到LED串联电路和限流单元的串联电路,从而使各LED元件分别点亮。在这种照明装置中,权利要求1的发明将LED元件的数量设定成使得施加到LED串联电路的电压成为整流装置的输出电压的70%~90%。
本发明人改变形成LED串联电路的LED元件的数量,对发光效率和电路效率进行了测定。具体而言,形成了分别串联连接10个至50个的各种个数的LED元件的电路。而且,对各个LED串联电路施加商用电源以使LED元件点亮,测定了此时的发光效率和电路效率。所使用的LED元件在流过20毫安的直流电流时在约3V的电压下发光效率最高。这种LED元件目前很常用。
使LED串联电路点亮的点亮控制电路包含全波整流装置、和限流单元。点亮控制电路利用全波整流装置对商用电源的100V电压进行整流,并利用限流单元对该整流输出的最大电流进行限制,从而对LED串联电路施加与该被限制后的最大电流对应的电压。
图7中示出发光效率和电路效率的测定结果。由图7可知,发光效率在LED串联电路所具有的LED元件的数量为25个前后成为峰值。而且,从成为该峰值的数量起LED元件的数量越多,发光效率越低。这是由于LED元件的数量越多、施加到各LED元件的电压越低而引起的。若施加电压下降,则各LED元件不能进行获得高亮度的发光。若LED元件的数量超过36个,则发光效率不足0.5,无法满足实用上所要求的发光效率。此外,本说明书中,将施加到各LED元件的电压称为LED点亮电压。
电路效率在LED串联电路所具有的LED元件的数量为39个前后成为峰值。这是由于随着LED元件的数量朝向成为该峰值的数量增加,因构成限流单元的晶体管的发热所导致的损耗减少而引起的。
将所述发光效率与电路效率相乘后的综合效率在LED串联电路所具有的LED元件的数量为33个前后成为峰值。而且综合效率从成为该峰值的数量起不管是变多还是变少都下降。
为了使综合效率成为0.54以上的个数的LED元件全部分别以约3V的LED点亮电压进行点亮,施加到LED串联电路的适当的电压如图7的曲线图的横轴所记载的那样。
由图7可知,当施加到LED串联电路的电压为80V时,照明装置的综合效率最高。即使是在70V~90V的电压范围内,照明装置也可得到超过0.5的效率。
此外,在使发光效率优先、将LED元件的数量设为25个的情况下的适当电压小于70V。在这种情况下,由于照明装置会产生30%以上的电能损耗,因此不优选。另外,在使电路效率优先、将LED元件的数量设为39个的情况下的适当电压超过100V。在这种情况下,由于以100V的电源电压加到各LED元件的LED点亮电压下降,因此照明装置无法得到0.5以上的发光效率。
根据以上的情况,权利要求1的发明将LED元件的数量定为使得对串联连接多个LED元件的LED串联电路施加的电压成为对商用电源的电压进行整流的整流装置的输出电压的70%~90%。
具体而言,如权利要求2的发明所示,在商用电源的电压为100V的情况下,照明装置中将串联电路所具有的LED元件的数量设定成30~34个。在商用电源的电压为200V的情况下,照明装置中将串联电路所具有的LED元件的数量设定成60~64个。
整流装置的输出电压例如为(100±10)V,LED串联电路所具有的LED元件的数量设为30~34个。在这种情况下,由图7可知,照明装置的电路效率较高,电能的损耗较少。另外照明装置的发光效率也可得到实用上足够高的值。这样,能够使照明装置的电路效率及发光效率提高。
权利要求3的发明是在权利要求1或2的发明中,装置基板具有金属制的基底、层叠于该基底上的绝缘层、及相互电绝缘地层叠于该绝缘层上的多个金属层。各金属层分别安装由串联连接的多个LED元件构成的元件串。各金属层和各元件串分别电连接,使得对各金属层施加安装于该金属层上的元件串的电压。
该权利要求3的发明中,安装有由多个LED元件构成的元件串的金属层远比LED元件的面积要大。因此,作为金属制的基底的功能,另外还起到作为LED元件的散热构件的作用。即,因各LED元件点亮而发出的热量迅速扩散至金属层。而且,热量从这些金属层经过绝缘层释放至金属制的基底。其结果是,照明装置中能抑制因各LED元件的温度过高而引起的发光效率的下降。
另外,权利要求3的发明中,各金属层与安装于该金属层上的LED元件串电连接。因此,在点亮状态下成为对各金属层加有电位的状态。在对各金属层未加有电位的情况下,金属层会受到电噪声的影响。另外,由于天线效果而成为噪声发射源。若采用权利要求3的发明,则能防止这种问题。
而且,权利要求3的发明中,金属层并非单个金属层而被分成电绝缘的多个金属层。因此,尽管对LED串联电路施加电源电压,但电源电压的最大值不会加到一个LED元件上。若各LED元件与各金属层之间以及这些金属层与金属制基底之间的电压差较小,则密封各LED元件的密封构件随之发生密封不佳。然而,即使是在发生这种密封不佳的情况下,若采用权利要求3的发明,则由于也可维持LED元件与各金属层之间、以及这些金属层与金属制基底之间的电绝缘,因此可确保预定的耐电压性能。因而照明装置在电气方面的安全性优异。
在这种情况下,如权利要求4的发明所示,照明装置中,可将这些元件串所具有的LED元件的数量设定成使得施加到各LED元件串的电压成为30V以下。具体而言,一个元件串所具有的LED元件的数量为2~10个。
而且,关于确保耐电压性能,如权利要求5的发明所示,照明装置中,可将元件串所具有的LED元件的数量设定成使得相邻的金属层间的电压差成为30V以下。
该权利要求5的发明中,能抑制在相邻的金属层间发生离子迁移。离子迁移是如下现象:即,在两个金属之间加有电压时,金属离子从一个金属朝向另一个金属,沿着具有导电性的通路移动。该现象中,加到两个金属之间的电压越高,电能增加得越显著。因此,在加有电位的金属层间会发生离子迁移,若该现象发展下去,则照明装置中,可能会导致在加有电位的金属层间发生绝缘劣化或短路。在假设发生短路的情况下,各LED元件与金属层之间、以及金属层与金属制基底之间的电压差增大,照明装置中,耐电压的可靠性降低。此外,离子迁移也被称为电化学迁移。
然而,权利要求5的发明中,将各LED元件串所具有的LED元件的数量设定成使得加到元件串的一端和另一端之间的电压成为30V以下。因此,照明装置中,能将相邻的金属层间的电压差抑制在30V以下。若将相邻的金属层间的电压差抑制在30V以下,则在加有电位的金属层间不会发生离子迁移。而且,可维持LED元件与金属层之间、以及金属层与金属制的基底之间的电绝缘,可确保预定的耐电压性能。因而,照明装置在电气方面的安全性优异。
权利要求6的发明中,将LED元件的数量设定成使得施加到LED串联电路的LED元件正向电压相对于商用电源的额定输入电压成为70%~90%,
LED元件正向电压为,在流过由限流单元进行限制的最大电流时、LED串联电路中产生的电压的峰值。
本发明人改变形成LED串联电路的LED元件的数量,对发光强度和电路效率进行了测定。具体而言,形成了分别串联连接10个至50个的各种个数的LED元件的电路。而且,对各个LED串联电路施加电源电压以使LED元件点亮,测定了此时的发光强度和电路效率。所使用的LED元件在流过20毫安的直流电流时在约3V的电压下发光效率最高。
使LED串联电路点亮的点亮控制电路包含全波整流装置和限流单元。点亮控制电路利用全波整流装置对电源电压进行整流,并利用限流单元对该整流输出的最大电流进行限制,从而对LED串联电路施加与该被限制后的最大电流对应的电压。
商用电源的额定输入电压为100V,但一般若考虑电压波动,则有效值在±10%的范围内波动。因此本发明人使用了90V、100V、和110V这三种电压以作为电源电压。利用限流单元限制的最大电流设为30mA。
图8A及图8B中示出电路效率和发光强度的测定结果。另外,图8C中示出将电路效率和发光强度相乘后的综合效率的运算结果。图8A~图8C中,横轴表示LED元件正向电压Vf相对于商用电压的额定输入电压的比例(%)。
由图8C可知,在使用了90V、100V及110V中的任一个电源电压的情况下,若上述比例在70%~90%的范围内,则照明装置也可得到超过0.5的综合效率。因而,根据将LED元件的数量设定成使得施加到LED串联电路的LED元件正向电压Vf相对于商用电源的额定输入电压成为70%~90%的权利要求6的发明,能够使照明装置的电路效率及发光强度提高。
附图说明
图1A是表示本发明的一个实施方式所涉及的照明装置的装置基板的简略正视图,其中将该基板所具有的密封构件去除。
图1B是放大表示图1A的照明装置的一个串联电路配置区域的正视图。
图2是进一步放大表示图1B的串联电路配置区域的正视图。
图3A是沿图1B中X-X线示出的装置基板的剖视图。
图3B是沿图1B中Y-Y线示出的装置基板的剖视图。
图3C是沿图1C中Z-Z线示出的装置基板的剖视图。
图4是表示使照明装置点亮的点亮控制电路的图。
图5A是表示图4的点亮控制电路中的商用电源的交流电压波形的图。
图5B是表示利用图4的点亮控制电路中的整流装置进行平滑化后的电压波形的图。
图5C是表示利用图4的点亮控制电路中的晶体管对最大电流进行限制从而对峰值进行控制后的状态的电压波形的图。
图6是表示作为本发明的一个实施方式所涉及的照明装置的灯泡型LED灯的剖视图。
图7是表示LED元件的数量及施加到串联电路的电压与效率之间的关系的曲线图。
图8A是表示作为商用电源而使用了90V、100V及110V这三种电压时的、LED元件正向电压相对于额定输入电压的比例与电路效率之间的关系的曲线图。
图8B是表示作为商用电源而使用了90V、100V及110V这三种电压时的、LED元件正向电压相对于额定输入电压的比例与发光强度之间的关系的曲线图。
图8C是表示作为商用电源而使用了90V、100V及110V这三种电压时的、LED元件正向电压相对于额定输入电压的比例与综合效率之间的关系的曲线图。
图9A是图1的照明装置的串联电路配置区域的一部分,而且是表示金属层和安装在与其相邻的其它金属层上的元件串之间的电连接的变形例的正视图。
图9B是表示图9A所示的变形例的其它部分的正视图。
图10A是将LED元件的数量设为25个的情况下的LED串联电路中流过的电流和LED元件正向电压的波形图。
图10B是将LED元件的数量设为30个的情况下的LED串联电路中流过的电流和LED元件正向电压的波形图。
图10C是将LED元件的数量设为35个的情况下的LED串联电路中流过的电流和LED元件正向电压的波形图。
具体实施方式
(第1实施方式)
第1实施方式使用图6所示的灯泡型LED灯以作为照明装置1。
照明装置1具有装置基板21、和电路基板51。装置基板21安装在散热体52的一端侧。另外,在散热体51的一端侧安装有灯罩53,以使其覆盖装置基板21。电路基板51容纳在安装于散热体52的另一端侧的容纳壳体54中。灯头55安装在容纳壳体54上。装置基板21利用插入并通过布线孔56的布线(未图示)与电路基板51电连接,该布线孔56穿过散热体52及容纳壳体54而设置。
图4表示通过商用电源2的供电而使照明装置1点亮的点亮控制电路。点亮控制电路安装在装置基板21和电路基板51上
商用电源2例如是电源电压为100V的交流电源。图5A表示商用电源2的交流电压波形。
商用电源2的交流电压由平滑电容3进行平滑化后,被提供给整流装置5。整流装置5是全波整流器,对平滑化后的交流电压进行全波整流。图5B表示该整流波形。
在作为整流装置5的输出端的阳极端子35和阴极端子36上,并联连接有四个点亮控制电路6,整流装置5的输出电压同时被施加到各点亮控制电路6。各点亮控制电路6包括LED串联电路7及限流电路11。
LED串联电路7串联连接LED元件。限流电路11具有电阻12、稳压二极管13、晶体管13、及电阻15。稳压二极管13与电阻12串联连接。晶体管14的基极与电阻12和稳压二极管13的连接点连接。电阻15与晶体管14的集电极连接。LED串联电路7与晶体管14的发射极连接。
因而,晶体管14与LED串联电路7串联连接。限流电路11所具有的作为限流单元的晶体管14对流过LED串联电路7的最大电流进行限制。图5C表示利用晶体管14对最大电流进行限制从而对峰值进行限制后的状态的电压波形。
图1A、图1B、图2及图3A~图3C中示出装置基板21。图1A是装置基板21的俯视图。其中省略了装置基板21所具有的密封构件。图1B是放大表示图1A所示的装置基板21的一个串联电路配置区域的图。图2是进一步放大表示图1B的串联电路配置区域的图。图3A是沿图1B中X-X线示出的装置基板21的剖视图。图3B是沿图1B中Y-Y线示出的装置基板21的剖视图。图3C是沿图1C中Z-Z线示出的装置基板21的剖视图。
装置基板21具有基底22、绝缘层23、多个例如第1金属层24~第6金属层29、多个中继焊盘30、阳极端子35、和阴极端子36。
基底22为金属制例如由铝板形成,以便向外部释放后述的LED元件T的发热。绝缘层23层叠在形成基底22的正面的整个一个表面。对绝缘层23选定材料及厚度,使得例如发挥6W/K的较高的热传导。
平滑电容3、整流装置5及形成限流电路11的各电路元器件安装于基底22。各电路元器件内置在基底22中。或者,各电路元器件露出于基底22的背面等来进行安装。
装置基板21例如如图1A所示,等分成四个区域A~D,这四个区域A~D分别占据以装置基板21的中心为基准的90度的角度范围。而且,在各区域A~D中,分别设置第1金属层24~第6金属层29、和多个中继焊盘30。
如图3A~图3C所代表示出的那样,第1金属层24~第6金属层29都层叠在绝缘层23上。第1金属层24~第6金属层29如图1B及图2所代表示出的那样,相互隔开且平行地配置。因而,第1金属层24~第6金属层29相互电绝缘。如图2所代表示出的那样,在第6金属层29的长边方向的端部附近设有中继金属层31。
如图1B所代表示出的那样,中继焊盘30与第1金属层24~第6金属层29分别对应地进行配置。详细而言,中继焊盘30沿着这些第1金属层24~第6金属层29的长边方向上延伸的一侧边缘以一定间隔进行配置。这些各中继焊盘30与各金属层24~29隔开而与其绝缘。排列在各金属层24~29一侧的中继焊盘30的数量与分别安装在各金属层24~29上的后述的LED元件T的个数相同。
作为整流装置5的一个输出端的阳极端子35设置在装置基板21的中心部。对于各LED串联电路7设置公共的阳极端子35。作为整流装置5的另一个输出端的阴极端子36设置在装置基板21的周边部。对于各LED串联电路7分别设置阴极端子36。
各金属层24~29、各中继焊盘30、中继金属层31、阳极端子35及阴极端子36都是在由铜构成的基底层上以该记载的顺序镀覆镍和金而形成的。
LED元件T分别安装在各金属层24~29上。此外,为了区别各个LED元件,在图2中表示LED元件的标号T之后标记带括号的编号。如图3A、图3B所代表示出的那样,各LED元件T在元件基板Ta的一个表面设有半导体发光层Tb。另外,各LED元件T在该半导体发光层Tb侧设有形成元件电极的阳极Tc和阴极Td。
元件基板Ta用透光性绝缘材料、例如厚度100μm的蓝宝石来制成。若半导体发光层Tb通电,则主要发射蓝色的光。这种LED元件T被称为蓝色发光二极管。为了将这些LED元件T安装在各金属层24~29上,利用未图示的透明芯片接合材料将该元件基板Ta的与所述一个表面平行的另一个表面与金属层24~29粘合。芯片接合材料使用透明的硅糊料。
将多个LED元件T串联连接而成的LED串联电路7分别设置在各区域A~D。这些串联电路7分别包括串联连接多个LED元件的LED元件串TL1~TL6。各LED元件串TL1~TL6分别安装在各金属层24~29上。LED串联电路7是进一步串联连接各LED元件串TL1~TL6而形成的。
对于LED元件串TL1~TL6,进行具体说明。本实施方式中,安装在一个金属层上的多个LED元件T的阳极Tc和阴极Td分别和与各LED元件T对应的位置的相邻的两个中继焊盘30连接。在阳极Tc及阴极Td与中继焊盘30的连接中,使用由金细线构成的接合引线38。利用这种连接,经由分别沿各金属层排列的中继焊盘30,串联连接多个LED元件T。由此,在各金属层24~29上,分别形成LED元件串TL1~TL6。
此外,也可通过直接使用接合引线38来连接相邻的LED元件T的阳极Tc和阴极Td,从而形成LED元件串L1~TL6。在这种情况下,照明装置1中,可省略中继焊盘30。
另外,LED元件T也可不是上述的双引线连接型。例如LED元件T也可为在LED元件的厚度方向两个表面部分别设有元件电极的单引线连接型。在单引线连接型的情况下,LED元件安装在布线图案上。在这种情况下,通过使用接合引线38将LED元件的上表面的元件电极与安装相邻的其它LED元件的其它布线图案连接,从而形成LED元件串L1~TL6。
位于各LED元件串TL1~TL6的各另一端的LED元件T的阴极Td、与安装有该元件串TL1~TL6的金属层24~29连接。在这种情况下的连接中,也使用接合引线39。其结果是,各LED元件串TL1~TL6分别与金属层24~29电连接,该金属层24~29分别安装有这些LED元件串TL1~TL6。由此,加在各LED元件串TL1~TL6的供电侧的一端和与其相反一侧的另一端之间的电压、所谓的LED元件正向电压,分别独立地向与这些元件串TL1~TL6对应的金属层24~29来进行施加。
图2中,LED元件串TL1~TL6的供电侧的一端在元件串TL1中是指位于其一端的LED元件T(1)。在元件串TL2中是指位于其一端的LED元件T(7)。在元件串TL3中是指位于其一端的LED元件T(13)。在元件串TL4中是指位于其一端的LED元件T(19)。在元件串TL5中是指位于其一端的LED元件T(25)。在元件串TL6中是指位于其一端的LED元件T(30)。
另外,图2中,关于与LED元件串TL1~TL6的供电侧的一端相反一侧的另一端,在元件串TL1中是指位于其另一端的LED元件T(6)。在元件串TL2中是指位于其另一端的LED元件T(12)。在元件串TL3中是指位于其另一端的LED元件T(18)。在元件串TL4中是指位于其另一端的LED元件T(24)。在元件串TL5中是指位于其另一端的LED元件T(29)。在元件串TL6中是指位于其另一端的LED元件T(33)。
接着,说明LED元件串TL1~TL6之间的串联连接。本实施方式中,将形成与LED元件串TL1~TL5的供电侧的一端相反一侧的另一端的元件串TL1~TL5的端部、和与其相邻的元件串TL2~TL6的相同端部加以连接。在这些端部间的连接中,使用接合引线40及接合引线41、和位于相同端部侧的中继焊盘30或中继金属层31。利用这样的连接,将LED元件串TL1~TL6之间串联连接,形成LED串联电路7。在该连接中,接合引线40将金属层24~28与中继焊盘30或中继金属层31加以连接。接合引线41将中继焊盘30或中继金属层31、与LED元件T(7)、T(13)、T(19)、T(25)、T(30)中的任一个LED元件加以连接。
在如上述那样构成的各LED串联电路7的供电侧的一端配置的LED元件T(1),通过接合引线42与所述阳极端子35连接。在与各LED串联电路7的供电侧的一端相反一侧的另一端配置的LED元件T(33),通过接合引线43与所述阴极端子36连接。
关于各LED串联电路7所具有的LED元件T的数量,被设定成使得施加到该串联电路7的电压成为整流装置5的输出电压的70%~90%。本实施方式对各点亮控制电路6施加将电源电压100V进行整流后的整流装置5的输出电压,在本实施方式中,只要将一个LED串联电路7所具有的LED元件T的数量设定在30~34个的范围内即可。图2表示使用了33个LED元件T的例子。
这33个LED元件T这样来分配,使得施加到所述各LED元件串TL1~TL6的电压成为30V以下,并且相邻的金属层24~29间的电压差成为30V以下。此外,在整流装置5的输出电压为100V的本实施方式中,分别安装于各LED元件串TL1~TL6的LED元件T的数量被选定在2个~10个的范围内。具体而言,如图2所示,对于金属层24~27,分别安装6个LED元件T以形成LED元件串TL1~TL4。对于金属层28,安装5个LED元件T,以形成LED元件串TL5。对于金属层29,安装4个LED元件T,以形成LED元件串TL6。
利用电绝缘材料例如合成树脂将框体45制成为与装置基板21的形状相配的形状。框体45如图1A所示,固定在安装有上述的各LED串联电路7的装置基板21的一个表面的外周部。各LED串联电路7位于框体45的内侧。框体45最好例如由白色类的合成树脂形成,使得能够在其内表面反射光。
密封构件47被注入框体45的内侧,利用加热处理进行固化。密封构件47将各LED串联电路7及金属层24~29等加以填埋以进行密封。密封构件47由透光性材料例如透明硅树脂构成,在其内部混入有荧光体(未图示)。荧光体最好以大致均匀分散的状态混入封装构件47。本实施方式中,由于LED元件T发蓝色光,因此作为荧光体,使用被该光激励且主要发射黄色光的YAG荧光体。
在所述结构的照射装置1中,若对各点亮控制电路6施加利用整流装置5将100V的电源电压进行整流后的输出电压,则这些点亮控制电路6中的LED串联电路7分别所具有的33个LED元件T一起点亮。由于该点亮,从各LED元件T发射的蓝色光的一部分透过密封构件47而未射到荧光体。另一方面,若蓝色光射到荧光体,则荧光体被激励,发射黄色光。该黄色光透过密封构件47。因而,利用这些具有补色关系的两种颜色的混合,照明装置1向被照射对象照射白色光。
当照射白色光时,各LED元件T随之发热。发热经由元件基板Ta传递至金属层24~29。
安装有各LED元件T的金属层24~29的面积远比各LED元件T要大。因此,金属层24~29起到作为扩散热量的散热器的作用。即,随着各LED元件T的点亮而从各LED元件T传递至金属层24~29的热量被迅速扩散至这些金属层24~29的整个区域。而且该热量还经由装置基板21的绝缘层23传导至装置基板21的基底22的整个区域。传递至基底22的热量利用该基底22的散热器的作用而释放至照明装置1外。由此,各LED元件T发出的热量被迅速从基底22释放。因而,照明装置1中,能抑制因各LED元件T的温度过高而引起的发光效率的下降。
照明装置1如上所述,将LED元件的数量例如定为33个,使得施加到LED串联电路7的电压成为整流装置5的输出电压的70%~90%。而且,作为优选的例子,串联连接的多个LED元件T分别以大致3V来点亮。
因此,照明装置1能提高电路效率及发光强度。即照明装置1中,对各LED串联电路7施加整流装置5的输出电压的70%~90%的电压。另外,即使在该电压下降幅度最大的情况下,照明装置1中,对于100V电源电压的电能的损耗也较小。因而,由图7的曲线图可知,照明装置1的电路效率较高。并且,由图7的曲线图还可知,在对各LED串联电路7施加整流装置5的输出电压的70%~90%的电压的范围内,照明装置1能得到超过0.54的较高的发光效率。
而且,对于在点亮状态下如上所述使各LED元件T发出的热量大范围扩散的金属层24~29,分别通过接合引线40施加有加在安装于这些金属层上的LED元件串TL1~TL6的两端间的电位。此外,也可对金属层施加LED元件串的中间的电位。因此,能防止不对金属层24~29施加电位而导致电位不确定时的问题。即,金属层24~29不会受到周围的电噪声的影响。另外,也不会由于天线效果而成为噪声发射源。
通过对点亮控制电路6分别施加100V的电源电压,从而将照明装置1点亮。点亮控制电路6是串联连接各LED元件串TL1~TL6而形成的。但是,如上所述,该100V的电源电压不会加在形成点亮控制电路6的各个LED元件T、和安装有该LED元件T的金属层24~29之间。
金属层24~29并非是对于一个LED串联电路7而准备一个。金属层24~29以电绝缘的状态被分成多个。对各个金属层24~29分别施加安装于这些各金属层24~29上的LED元件串的电压,具体而言,金属层24的电位为18V,金属层25~27的各个电位都为15V,金属层28的电位为12V,金属层29的电位为9V。
此外,金属层24上,安装有分别以大致3V的电压进行点亮的6个LED元件T(1)~(6)。金属层25~27上,分别安装有相同的6个LED元件T(7)~(12)、T(13)~(18)、T(19)~(24)。金属层28上,安装有相同的5个LED元件T(25)~(29)。金属层29上,安装有相同的4个LED元件T(30)~(33)。
这样,由于对金属层24~29分别施加LED元件串的电压,因此各LED元件T和金属层24~29之间的电压差减小。所以,照明装置1即使是在例如密封构件47剥落等而发生密封不佳的情况下,也不会在各LED元件T和金属层24~29之间、以及金属层24~29和基底22之间,施加100V的电压。因而,由于可维持各LED元件T和金属层24~29之间、及金属层24~29和基底22之间的电绝缘,确保预定的耐电压性能,因此照明装置1在电气方面的安全性优异。
而且,本实施方式中,通过将各金属层24~29的电位设为30V以下,来确保各LED元件T的耐电压性能。因而,照明装置1中,也能将相邻的金属层24~29间的电压差设为30V以下。具体而言,能够将金属层24、25间的电位差抑制在3V,将金属层25~27间的电位差抑制在3V,将金属层27、28间的电位差抑制在3V,将金属层28、29间的电位差抑制在3V。由此,可抑制在加有电位的金属层24~29之间发生的离子迁移。其结果是,能消除在金属层24~29之间发生绝缘劣化或短路的可能性。因此,由于可维持LED元件T和金属层24~29之间的电绝缘,确保预定的耐电压性能,所以照明装置1在电气方面的安全性非常高。
此外,本实施方式中,也可如图9A、9B所示,在金属层24~29的长边方向的一端部突出设置一体的中继凸部30a,以取代在与各元件串TL1~TL6的供电侧的一端相反一侧的另一端的附近设置的中继焊盘。
(第2实施方式)
第1实施方式中,将各LED串联电路7所具有的LED元件T的数量设定成使得经由整流装置5施加到该串联电路7的电压成为商用电源2的输出电压的70%~90%。这是由于电源电压波动所导致的结果。即,商用电源2的电压一般在10%的范围内波动。例如在额定输入电压为100V的交流电源的情况下,一般若考虑电压波动,则其有效值成为(100±10)V。即,在90V至110V之间变化。
第2实施方式考虑电源电压的波动。第2实施方式中,也和第1实施方式相同,使用图6所示的灯泡型LED灯,以作为照明装置1。因而,第2实施方式也可与第1实施方式共同使用图1~图5。
若电源电压波动,则LED串联电路7中流过的电流变化。该电流的最大值被限流电路11限制为一定值。
第2实施方式中,将LED串联电路7中流过的最大电流设为30mA。图10A中示出将LED元件的数量设为25个的情况下的串联电路7中流过的电流I 1和LED元件正向电压Vf1之间的对应关系。图10B中示出将LED元件的数量设为30个的情况下的串联电路7中流过的电流I2和LED元件正向电压Vf2之间的对应关系。图10C中示出将LED元件的数量设为35个的情况下的串联电路7中流过的电流I3和LED元件正向电压Vf3之间的对应关系。此外,图10A~图10C中,横轴表示时间,左侧的纵轴表示电流,右侧的纵轴表示电压。
当LED串联电路7中流过的最大电流为一定时,LED串联电路7的电路效率随着形成该电路的LED元件的数量增加而提高。但是,由图8A~图8C及图10A~图10C可知,当LED串联电路7中流过的最大电流为一定时,随着LED元件的数量增加,LED元件正向电压Vf变高。而且,之后,若该电压Vf超过电源电压,则照明装置1中,LED元件的发光强度下降。
第2实施方式中,将各LED串联电路7所具有的LED元件的数量这样设定,使得LED元件正向电压Vf相对于商用电源2的额定输入电压100V的比例成为70%~90%。通过这样,如图8A所示,当相对于商用电源2的额定输入电压的比例在70%至90%之间时,在电源电压为90V、100V、110V中的任一种电压的情况下,由于电路效率都为0.5%以上,且有上升趋势,因此即使在电源电压波动的情况下,电路效率也较高。
另外,如图8B所示,当相对于商用电源2的额定输入电压的比例在70%至90%之间时,在电源电压为90V的情况下,发光强度从峰值附近开始下降,但仍可确保在0.5以上的范围内,在100V的情况下,包含发光强度的峰值,可确保在0.6%以上的范围内,在110V的情况下,发光强度维持在0.6%以上,且上升至峰值附近,因此较适合。另外,当在70%至90%之间时,在电源电压为90V、100V、110V中的任一种电压的情况下,都不包含发光强度极端下降的区域。因而,作为发光强度可得到较高的值。
而且,如图8c所示,当相对于商用电源2的额定输入电压的比例在70%至90%之间时,在使用90V、100V、110V中的任一种电源电压的情况下,都可得到超过0.5的综合效率。因而,通过将LED元件的数量设定成使得施加到LED串联电路7的LED元件正向电压Vf相对于商用电源2的额定输入电压成为70%~90%,从而能够使照明装置1的电路效率及发光强度提高。
此外,本发明并不限于所述实施方式。
例如,虽然在所述实施方式中,将商用电源的额定输入电压设为110V,但电压值并不限于此。例如即使使用具有120V、200V、220V、230V等各种额定输入电压的商用电源,也可采用本发明。
另外,即使使用在整流装置5的输出端子间接有0.1μF以下的小容量的电容的发光控制电路,以用于防止外来噪声,也可采用本发明。
工业上的实用性
本发明可用于使用多个LED元件而构成的照明装置。
Claims (6)
1.一种照明装置,其特征在于,具有:
装置基板;
与市电连接的整流装置;
安装于所述装置基板上、且串联连接多个LED元件而构成的LED串联电路;及
与该LED串联电路串联连接、且对所述LED串联电路中流过的最大电流进行限制的限流单元,
通过将所述整流装置的输出施加到所述LED串联电路和所述限流单元的串联电路,从而使所述各LED元件分别点亮,
将所述LED元件的数量设定成使得施加到所述LED串联电路的电压成为所述整流装置的输出电压的70%~90%。
2.如权利要求1所述的照明装置,其特征在于,
在所述整流装置的输出电压的有效值为(100±10)V的情况下,将所述串联电路所具有的所述LED元件的数量设为30至34个。
3.如权利要求1或2所述的照明装置,其特征在于,
所述装置基板具有金属制的基底、层叠于该基底上的绝缘层、及相互电绝缘地层叠于该绝缘层上的多个金属层,在所述各金属层上分别安装由串联连接的多个所述LED元件构成的元件串,对所述各元件串和所述各金属层分别进行电连接,使得对安装有所述各元件串的所述金属层分别加有施加到所述各元件串的电压。
4.如权利要求3所述的照明装置,其特征在于,
将所述元件串所具有的所述LED元件的数量设定成使得施加到所述各元件串的电压成为30V以下。
5.如权利要求3或4所述的照明装置,其特征在于,
将所述元件串所具有的所述LED元件的数量设定成使得相邻的所述金属层间的电压差成为30V以下。
6.一种照明装置,其特征在于,具有:
装置基板;
与市电连接的整流装置;
安装于所述装置基板上、且串联连接多个LED元件而构成的LED串联电路;及
与该LED串联电路串联连接、且对所述LED串联电路中流过的最大电流进行限制的限流单元,
通过将所述整流装置的输出施加到所述LED串联电路和所述限流单元的串联电路,从而使所述各LED元件分别点亮,
将所述LED元件的数量设定成使得施加到所述LED串联电路的LED元件正向电压相对于所述商用电源的额定输入电压成为70%~90%。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101215 |