JP2005183721A - Led照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】LED表示ユニットのブロックを切離して長さを調整できると共に、長さを調整したユニットを連結して発光領域の形状を自在に形成できる汎用的なLED照明装置を提供する。
【解決手段】前記ユニットが、基準ブロックと複数の結合ブロックとから構成され、前記基準ブロックは、三端子レギュレータを用いた定電流回路と、前記結合ブロックの数が減った時の順電圧降下分を賄うためのツェナーダイオード群とを備え、前記ツェナーダイオードを経由して還流する電流ループ経路がブロック数分、形成されており、次段のブロックが切離された時に、前段のブロックの電流出口からループする電流ループ経路内のツェナーダイオードが初めて能動となって該電流ループ経路に電流が流れると共に、ツェナー電圧と順電圧降下分との差分が前記三端子レギュレータによって逆バイアスされてツェナーに電流は流れないが、前記次段のブロックが切離された後はその差分を前記三端子レギュレータが補償して一定電流が流れるようにする。
【選択図】図1
【解決手段】前記ユニットが、基準ブロックと複数の結合ブロックとから構成され、前記基準ブロックは、三端子レギュレータを用いた定電流回路と、前記結合ブロックの数が減った時の順電圧降下分を賄うためのツェナーダイオード群とを備え、前記ツェナーダイオードを経由して還流する電流ループ経路がブロック数分、形成されており、次段のブロックが切離された時に、前段のブロックの電流出口からループする電流ループ経路内のツェナーダイオードが初めて能動となって該電流ループ経路に電流が流れると共に、ツェナー電圧と順電圧降下分との差分が前記三端子レギュレータによって逆バイアスされてツェナーに電流は流れないが、前記次段のブロックが切離された後はその差分を前記三端子レギュレータが補償して一定電流が流れるようにする。
【選択図】図1
Description
本発明は、交流電源によるLED(発光ダイオード)の点灯若しくは明滅により広告,装飾等のサインを表示する装置として使用されるLED照明装置に関し、特に、複数個のLEDが整列して実装されているLED表示ユニットを複数結合して所定形状の発光領域を形成可能で、且つ、LED表示ユニットを途中で切断して長さを調整することが可能なLED照明装置に関するものである。
広告や装飾用として使用されるサイン表示装置は、表示領域を構成する発光体の発光源としてネオン管を用いたネオンサインや、フィラメント発光する電球や蛍光表示管を用いたものが主であり、色彩変化による強い印象を与える媒体として古くから活用されている。これらのネオンサインや電球照明広告の代用としては、消費電力や耐久性などの点で利点のあるLEDを利用したサイン表示装置が実現されつつある。LEDは、上記のような利点の他、発光部の形状の自由度、光の三原色を利用した色彩の表現の自由度にも優れており、また、ネオン管等と同様に昼間でも明るく人目を惹き付けることができるため、例えば交通信号機の信号灯器や道路標識などにも適用されつつある(例えば、交通信号機については特許文献1、道路標識については特許文献2参照)。このように、表示領域を構成する発光体の発光源としてLEDを用いたサイン表示装置(以下、LED照明装置と言う)は、広告や装飾用に限らず、種々の情報を表示する装置としても適用することが可能である。
ところで、上述のようなLED照明装置は、電源としては50〜60Hzの交流で、電圧が100V±10V程度の交流電源、あるいはトランスを用いて電圧を下げた50V程度の交流電源が使用されるが、LEDは原理的に直流で駆動され、その電圧は数ボルト以下である。そこで、商用電源を用いてLEDを点灯させる場合は、LEDと電流制限抵抗を直列に繋いで電流を制限する方式がとられる。しかし、商用電源を用いてLEDを点灯する方法は、内部に整流回路(ダイオードブリッジ)を持って一種の直流で点灯している。その場合、電流制限抵抗の発熱を抑えるために多数(例えば100Vで点灯する場合、赤色LEDならば60個程度、白色LEDならば22個程度)のLEDと制限抵抗を直列に繋いで点灯させる必要がある。また、この方式では交流電源の電圧変動に大きく左右されて、明るさのバラツキが発生したり、劣化による寿命の低下が生じたりするという問題がある。
また、LEDは小光源であるため、異なる色や同一色のLEDを多数配列して表示部を形成することで、特許文献1や特許文献2に記載の交通信号機の信号灯器や道路標識のように、所定の形状、色から成る信号灯器の点灯又は点滅による標識表示や、マトリクス状に配列された個々のLEDの点灯順序の制御による動画表示が可能となる。しかし、このような表示装置は、用途に応じて専用の表示回路を製造する必要があり、汎用性が無く、また高価なものとなっていた。また、LEDを用いた表示装置は、複数個のLEDを直列に繋いで点灯する場合、電源の効率から考えると、DC24ボルト程度が望ましい。従来のLEDを用いた表示装置は、商用交流電源の電圧(例えばAC100ボルト)からDC24ボルト程度に変圧できる変圧器を用いて直流によりLEDを点灯させるものが一般的であった。しかしながら、交流電源を用いることができ、且つ、LEDユニットを組合せて表示部の形状を自在に変更することができるLED照明装置(LED表示装置)は実現されていなかった。
本発明は上述した事情から成されたものであり、本発明の目的は、電源電圧の変動が生じてもLEDの明るさが極力変化せず、交流電源を用いて少数のLEDを直接点灯することができるLED照明ユニットを実現し、且つ、必要に応じてユニットのブロックを切離して長さを調整することができると共に、長さを調整したユニットを連結して発光領域の形状を自在に形成することができる汎用的なLED照明装置を提供することにある。
本発明は、交流電源によるLEDの点灯若しくは明滅により広告,装飾等のサインを表示する装置として使用されるLED照明装置に関するものであり、本発明の上記目的は、複数のLEDを使用したLED表示ユニットを複数結合して所定形状の発光領域を形成可能なLED照明装置であって、前記LED表示ユニットは、1つの基準ブロックと複数の結合ブロックとから構成されており、前記基準ブロックは、交流電圧を半波又は全波整流する整流回路と、ユニット全体の電流値を一定に制御するための三端子レギュレータを用いた定電流回路と、前記結合ブロックの数が減った時に減少した順電圧降下分を賄うためのツェナーダイオード群と、1つ以上のLEDを光源とするLED発光部とを備え、且つ、前記基準ブロックには、次段への結合ブロックに電流を流すための電流出口と、各ブロックの終端から還流させるための電流入口とが設けられており、前記結合ブロックは、1つ以上のLEDを光源とするLED発光部を備え、且つ、前記結合ブロックには、LED点灯用の電流入口と、次段のブロックに連結するための電流出口と、次のブロックが無い時に前記基準ブロックに還流させるための電流出口とが設けられており、前記基準ブロックと前記結合ブロックとが全て連結された通常のユニット構成の場合は、各ブロックの終端から前記基準ブロックの0Vにツェナーダイオードを経由して還流する電流ループ経路がブロック数分、形成されていると共に、前記各々の電流ループ経路が、最終段のブロックを除いて通常はツェナー電流が流れないように、前記順電圧降下分より高いツェナー電圧を有するツェナーダイオードを経由したループとなっており、前記基準ブロックと前記結合ブロックとが連結されている状態で次段のブロックが切離されて次段以降のブロックが除外されたユニット構成となった場合は、前記次段のブロックが切離された時に、新たな最終段となる前段のブロックの電流出口からループする電流ループ経路内のツェナーダイオードが初めて能動となって該電流ループ経路に電流が流れると共に、前記ツェナー電圧と前記順電圧降下分との差分によるユニット全体の駆動電圧の差分が前記三端子レギュレータによって逆バイアスされてツェナーに電流は流れないが、前記次段のブロックが切離された後はその差分を前記三端子レギュレータが補償して一定電流が流れるようにしていることによって達成される。
さらに、前記LED表示ユニットにLEDが直線状に配列されていると共に、曲線型の発光部を形成し得るように、前記LED表示ユニット自体が長手方向に湾曲自在に形成されていること、前記LED表示ユニットのプリント基板が、フレキシブル基板で構成されていると共に、前記プリント基板及びその基板上に実装された各LEDを含む電子部品が、変形自在な収容体に収容されていること、前記LED表示ユニットに実装されたLED群に流れる電流を制限するための抵抗は複数の抵抗が使用され、抵抗の発熱を分散するために前記LED表示ユニット内の各ブロックに分散して配設されていること、前記LED表示ユニットに実装されるLEDが、実装面に対して平行な方向に発光するサイドビュータイプのチップLEDであること、によってそれぞれ一層効果的に達成される。
本発明によれば、照明装置の構成要素となるLED表示ユニットは、ユニット単体又は連結したユニットを交流電源に繋ぐだけで利用できる構成とし、さらに、LED表示ユニットの途中を切断して長さを調整してそのまま使用できると共に、ユニットを連結して発光領域の形状を自在に形成できる構成としている。そのため、多様なデザインに対応することができ、自発光型の文字看板や装飾用表示装置、その他各種の照明装置など、用途に応じたLED照明装置を安価且つ簡便に製作して提供することが可能となる。さらに、折り曲げ自在な構成とすることで、より多様なデザインに対応することが可能となる。また、LED表示ユニットの途中が切断されたときも、三端子レギュレータを用いた定電流回路によってユニット全体の電流値が一定となるように制御するようにしているので、切断後も各LEDに安定した電圧、電流を供給することができる。さらに、制限抵抗を複数使用して各ブロックに分散して配置する構成とすることにより、発熱を分散させることができる。
図1は、本発明に係るLED照明装置の構成要素であるLED表示ユニットの構成例を示している。本発明のLED照明装置は、広告や案内、装飾用として使用されるサイン表示装置、あるいはそのバックライトとして好適に利用されるものであり、照明装置の主要部は、商用交流電源1によってLEDが直接点灯されるLED表示ユニット10で構成される。1つのLED表示ユニット10の大きさは、例えば図1中に示すように複数のLED3を直線状に配列して矩形状の発光部を有する構成とした場合は、LED3が4個で幅10mm×長さ50mm程度の大きさである。このLED表示ユニット10は単独でも利用可能であるが、通常は、任意の数のLED表示ユニット10を照明部の形状に応じて配設し、隣接するユニット同志を連結して複数ユニットから成る装置構成とすることで、様々なサイン表示装置に利用することが可能である。また、多様なデザインに対応できるように、本発明では、LED表示ユニット10を複数のブロック10B1〜10Bnに分割して、個々のブロック10B1〜10Bnにそれぞれ1つ以上のLED素子3を実装し、分割されている2番目以降のブロック10B2〜10Bn−1のいずれかを切離してもそのまま使用できる構成としている。
図1に示されるLED表示ユニット10の例では、最初のブロック10B1(以下、「基準ブロック」と言う)の前端部には、電源ケーブルA1/F1を介して交流電源2と接続、あるいは連結用ケーブルA5/F5を介して連設する相手のLED表示ユニットと並列接続するための端子(電流入口)Tinと、各ブロックの終端から還流させるための電流入口とが設けられ、後端部には、次段への結合ブロックに電流を流すための電流出口Toutが設けられている。そして、基準ブロックに結合されるブロック10B2〜10Bn(以下、「結合ブロック」と言う)には、LED点灯用の電流入口と、次のブロックに連結するための端子(電流出口)Toutと、次のブロックが無い時に基準ブロックに還流させるための電流出口とが設けられている。最後の結合ブロック10Bnの端子Toutは、ユニット同志を接続するための端子(電流出口)として使用され、また、基準ブロック10B1の端子Tout、及び各結合ブロックB2〜10Bn−1の端子Toutは、上記のようにブロック単位で切離しがされたときに、ユニット同志を接続するための端子として使用される。これらの電流入口用の端子Tinと電流出口用の端子Toutは、コネクタによって構成しても良く、プリント配線された線の断線部分をそのまま接続用端子として、半田付けで連結用ケーブルA5/F5と接続するようにしても良い。
このように、各ブロック10B1〜10Bnの結合部C1〜Cn−1のいずれかの部分を切断して該当のブロックを切離すことで、LED表示ユニット10の長さを自在に調整できるようにしている。ここで言う「切断」とは、人がハサミやカッタでブロック間の結合部を切り取ったり、ブロック間に形成された筋の部分を手で折って切離したり、ブロック間に設けられたコネクタを外したりすることで、ブロックを意図的に「切離すこと」を言う。本発明では、LED点灯回路として後述する回路構成を採用することにより、AC/DCコンバータや変圧器等を介すことなく、交流電源に直接繋いで、少数(例えば4個〜10個程度)のLEDを安定した明るさで点灯させることができるようにし、また、ブロックを切離しても各LEDに安定した電圧、電流を供給できるようにしている。
なお、1ブロックに実装するLEDの数、及び1ユニットのブロック数は限定されるものではないが、複数のLED表示ユニット10を連結して多様な形状の発光部を形成できるようにするためには、それぞれ少ない個数(例えば1ブロックのLEDの数は2〜6程度、ブロックの数は3〜6程度)とするのが好ましい。また、電子部品を実装する基板は、図1に示したLED表示ユニットの例では、硬質の基板を用いているが、後述する他の例では、柔軟性を有する基板と収容体を用いて折り曲げ自在な構成としており、その場合は、1ブロック当たりのLEDの数を多くしても良い。
以下に、具体的な実施例を示して本発明の実施の形態を詳細に説明する。先ず、本発明に係るLED照明装置の用途について、具体例を示して説明する。
図2は、自発光型の文字看板のバックライトとして使用する場合の例を示しており、文字看板の場合は、例えば図2に示すように、該当の文字の形(本例ではN字型)に形成されたケース4内に、LED表示ユニット10をタイル状に貼り付け、電源側のLED表示ユニット10の電流入口用端子に交流電源ケーブルA1/F1を接続すると共に、各LED表示ユニット10の電流出口用端子と電流入口用端子とをそれぞれ連結用ケーブルで接続することで、N字型のバックライトを形成する。そして、ケース4の上部に例えばカラーフィルタを設けることで、N字型の文字を該当の色で点灯することが可能なLED照明装置を構成する。複数の文字列とする場合には、各文字の形に形成されたケース4内に収容されたLED表示ユニット群の端部のLED表示ユニット同志を結合することによって、任意の文字列から成るLED照明装置を構成することができる。また、1ユニットを途中で切断して長さを調整することができるので、発光部を所望の形状に形成することができる。
図3は、1ユニットの長さを調整して、所望の形状の発光部を有する照明装置を製作する場合の例を示している。ここでは、1ユニットが4ブロックから構成され、1ブロックが4個のLEDから構成される場合を例として説明する。また、LEDを直線上に配列した直線型ユニット(矩形状の発光面を有する棒状のLED表示ユニット)を例として説明する。図3に示すように、かたかなの「ス」の形状の発光面を形成する場合、「ス」の「ー」の部分が3ユニットでは長い場合は、例えば3ユニット目を半分に切断して、1/2の長さにしたユニットを2つのユニットに連結して「ス」の一画目の「ー」の部分を形成する。そして、一画目の「ノ」の部分は、2ユニットと1/2の長さのユニットを連結することで形成できるので、半分に切断した3ユニット目の余ったユニット(切離したユニット)を利用して「ノ」の部分を形成する。そして、二画目の部分(「ス」の最後の一筆の部分)は、2ユニットでは長いので2ユニット目(全体の7ユニット目)を1/2の長さとして、「ス」の形状を形成する。そして最初のユニットに電源ケーブルA1/F1を接続すると共に、各ユニット間を連結用ケーブルA5/F5を介して接続し、「ス」の形状の発光面を有する照明装置とする。
上述のように、本発明では、商用交流電源で直接LEDを点灯することができると共に、ユニットの途中で切断しても使用可能で且つユニット同志を連結可能なLED表示ユニットを実現しているので、様々な分野で利用可能なLED照明装置を提供することができる。
次に、上記のようなLED表示ユニットを実現する回路構成について説明する。
図4は、本発明に係るLED表示ユニット10の構成例を回路図で示しており、LED表示ユニット10の基準ブロックは、交流電源からの電圧を半波又は全波整流する整流回路11(本例では、4つのダイオードをブリッジ状に接続したブリッジ形全波整流回路)と、整流された電流の所定値以上の部分をカットして一定の電流値となるように制御するための定電流回路12とその外付抵抗13(R0)と、LED発光部と、結合ブロックの数が減った時に減少した順電圧降下分を賄い、電圧変動を抑えるための安定化回路15とを備えている。そして、各ブロック10B1〜10B4には、LED発光部の光源となる4個のLED3(D11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44)と、1つの制限抵抗14(R1,R2,R3,R4)とが配設されている。そして、整流回路11と、定電流回路12及びその外付抵抗(R0)と,LED3(D11〜D14)及び電流制限抵抗14(R1,R2,R3,R4)と、安定化回路15とによりループ回路RP1〜RP4を形成している。
定電流回路12は、LED3に直列接続された抵抗13(R1)にかかる電圧を調整して電流を一定にする回路であり、商用電源の交流電圧の変動に係らず常に所定の電流値がLED3に供給されるように、電流の所定値以上の部分をカットして一定の電流に調整するようにしている。本例では、定電流回路12として、外付抵抗13(R0)を介して上記電圧の調整が可能なように、入出力端子の他に調整用端子を有する出力可変型のレギュレータIC(例えば、テキサス・インスツルメンツ社の三端子レギュレータ「TL317」、ナショナル・セミコンダクター社の三端子レギュレータ「LM317」)を使用している。
そして、本例では三端子レギュレータ12の出力OUTに外付抵抗13(R0)を接続し、その抵抗13(R0)の出力を定電流回路12(以下、「三端子レギュレータ」とする)の調整用端子ADJに帰還させる形態とすることで、出力電圧の設定を抵抗R0により可変可能とし、LED3に対して一定の電流を供給すると共に、安定した出力電圧を供給できる回路構成としている。本発明では、次段のブロック以降が切離された時に、前段のブロックの電流ループ経路内のツェナーダイオードが初めて能動となってその電流ループ経路に電流が流れるが、その時のツェナー電圧と順電圧降下分との差分によるユニット全体の駆動電圧の差分が三端子レギュレータ12によって逆バイアスされてツェナーに電流は流れないが、切離された後はその差分を三端子レギュレータ12が電圧(図4の回路図の例では1V分の電圧若しくは電流)を上げて補償することによって一定電流が流れるように制御する形態としている。
上述のような構成において、交流電源である商用電源1からの電圧がLED表示ユニット10内の整流回路11に印加され、整流後の交流半波の電流が三端子レギュレータ12に供給される。そして、三端子レギュレータ12によって、図5に示すように、交流半波のリミットLi以上の部分がカットされ、図5中に示すような波形の電流がLED3に流れ、一定の電流値(例えばLi=20mAのパルス波形の平均電流値≒16mA)のもとでLED3が点灯する。このような点灯方式とすることで、制限抵抗を極力小さくし発熱を抑えることができる。本発明に係わるLED表示ユニットにおいては、制限抵抗は複数の抵抗を使用して各ブロックに分散して配設する構成とすることにより、発熱の分散を行なっている。
そして、図5中のAC90V、AC110Vの部分の波形例に示すように、電圧の変動によって、点灯のデューティ(T1とT2)が多少違ってくるが、常に所定の電流値でLEDを点灯させることができる。そのため、一定の明るさでLEDを点灯させることができ、また、過電流によるLEDの劣化を防ぐことができる。また、電源電圧を整流,平滑して得られた出力電圧を三端子レギュレータ12によって安定化させると共に、LED3を点灯する電圧を帰還させて安定化させるようにしているので、商用電源の電圧変動に伴うLEDの明るさの変化が極めて少ないサイン表示装置を提供することが可能となる。さらに、電圧が変化したときにおこしやすいLEDの熱暴走を防ぐことができる。
次に、2番目以降のブロックを切離した際の電圧/電流変動の発生を抑止する方法について、図4の回路図を例として説明する。
前述のように、本発明に係るLED表示ユニットは、ブロック単位で切離しても使用できるように、切離された結合ブロック内のLEDに印加されていた電圧に相当する電圧を負担して前記基準ブロックを含む他方のブロック内のLEDに対して一定の電流値の電流を供給する安定化回路15を備えている。安定化回路15としては、切離される結合ブロック内のLEDに印加される電圧より高いツェナー電圧を有するツェナーダイオードを使用するのが好ましい。
本実施の形態では、図4に示すように、各ブロック10B1〜10B4の終端からの電流、すなわち、分割された各ブロック10B1〜10B4内のLED3(D11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44,)からの電流を、基準ブロックの0V(本例では整流器であるブリッジ形全波整流回路11の0V)に還流させるようにループ接続し、1ブロック目10B1から最終ブロック10B4までそれぞれ電流ループ経路RP1〜RP4を形成している。そして、最終段のブロックを除いて通常はツェナー電流が流れないようにするため、次段のブロック以降が切離されて除外された時に生じる順電圧降下分より高いツェナー電圧を有する「ツェナーダイオード」ZD1〜ZD3が、最終ブロックの電流ループ経路RP4を除く各電流ループ経路RP1〜RP3内にそれぞれ設けられている。
このような構成とすることにより、結合部C1〜C3のいずれかの切断によって次段のブロックが切離された時点で、次段以降のブロックの電流ループ経路が途絶え、新たな最終段となる前段のブロックの電流出口からループする電流ループ経路内に設けられているツェナーダイオード15(ZD1〜ZD3のいずれか)が初めて能動となり、その電流ループ経路だけに電流が流れる。その際、ツェナー電圧と、次段以降のブロックが除外されたことによる順電圧降下分との差分による、ユニット全体の駆動電圧の差分(余分なバイアス電圧)は、三端子レギュレータ12が出力電圧を上げて電流が一定となるように制御している。すなわち、次段のブロックが切離された時点で、三端子レギュレータ12によって余分なバイアス電圧が逆バイアスされてツェナーに電流は流れないが、切離された後はその差分を三端子レギュレータ12が補償することによって、各LED3に対して一定の電流値の電流が供給されるようにしている。以下、電流値、抵抗値等を例示して、より詳細に説明する。
図4において、D11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44は、発光ダイオードであり、ここでは、説明の便宜上、電圧VF=2.5Vの白色の発光ダイオードとする。三端子レギュレータ12の抵抗13(R0)を60Ωとして、20mA(固定)がLED群に流れるようにする。但し、図5に示したように、パルス点灯となるので、平均電流値は16mA程度となる。1ブロック当たりの電圧VF(4つのブロックの各LED及び制限抵抗にかかる電圧VF1,電圧VF2,電圧VF3,電圧VF4)は、図6に示すように、VF≒2.5V×4+200Ω×0.02A≒14Vとなる。説明の便宜上、安定化回路15として使用されるツェナーダイオードZD1,ZD2,ZD3,ZD4,ZD5は、1ブロック当たりの電圧VF(14V)より少し高い電圧(15V)のツェナーダイオードとする。
ツェナーダイオードZD4,ZD5は、バイアス用のツェナーダイオードであり、三端子レギュレータ12及びその外付抵抗R0にかかる電圧をVREG、4つのブロックの各LED(D11〜D14,D21〜D24,D31〜D34,D41〜D44,)及び電流制限抵抗(R1,R2,R3,R4)にかかる電圧をそれぞれ電圧VF1,電圧VF2,電圧VF3,電圧VF4とすると、ツェナーダイオードZD4,ZD5の電圧VZD4+VZD5は、VZD4+VZD5≒100V−(VF1+VF2+VF3+VF4+VREG)を満たせば良い。但し、制限抵抗R1、R2,R3、R4の抵抗値を大きく取り、電圧降下を大きくすれば、バイアス用のツェナーダイオードZD4,ZD5は省略できる。また、LED表示ユニットに実装されたLED群に流れる電流を制限するための制限抵抗抗R1、R2,R3、R4は、発熱を分散するために各ブロックに分散して配設した構成としている。
上述のような構成において、図4に示したLED表示ユニット10の各ブロックを切断前後の動作例を説明する。
(1)4ブロックが結合されている場合
4ブロックが結合されている状態において、1ブロック10B1〜3ブロック10B3の終端の分岐ポイントB2〜B3ポイントにおける各ツェナー電圧とVF電圧(VF1〜VF4)とを比較すると、B2ポイントでは、ツェナー電圧(VZD1+VZD2+VZD3+VZD4+VZD5)=75V > VF電圧=72V(100V−VREG−VF1)、B3ポイントでは、ツェナー電圧(VZD2+VZD3+VZD4+VZD5)=60V > VF電圧=58V(100V−VREG−VF1−VF2)、B4ポイントでは、ツェナー電圧(VZD3+VZD4+VZD5)=45V > VF電圧(100V−VREG−VF1−VF2−VF3)=44Vであり、それぞれツェナー電圧の方が高いので、ツェナーダイオードZD1〜ZD3には電流は流れず、バイアス用のツェナーダイオードZD4,ZD5、ブリッジ形整流回路11、三端子レギュレータ12、及び各抵抗(R0〜R4)をループとした電流動作となる。
(2)カット3面(結合部C3)で切断した場合
カット3面で切断して3ブロックにすると、上記4ブロックでのループが断線されて、初めてツェナーダイオードZD3が能動となって電流が流れ、ツェナーダイオードZD3,ZD4,ZD5、ブリッジ形整流回路11、三端子レギュレータ12、及びR4を除く抵抗(R0〜R3)をループ(電流ループ経路RP3)とした電流動作となる。その時、ツェナーダイオードZD1,ZD2には電流は流れていない。
(3)カット2面(結合部C2)で切断した場合
カット2面で切断して2ブロックにすると、上記3ブロックでのループが断線され、初めてツェナーダイオードZD2が能動となって電流が流れ、ツェナーダイオードZD22〜ZD5、ブリッジ形整流回路11、三端子レギュレータ12、及びR3,R4を除く抵抗(R0〜R2)をループ(電流ループ経路RP2)とした電流動作となる。その時、ツェナーダイオードZD1には電流は流れていない。
(4)カット1面(結合部C1)で切断した場合
カット1面で切断して1ブロックにすると、上記3ブロックでのループが断線され、初めてツェナーダイオードZD1が能動となって電流が流れ、ツェナーダイオードZD21〜ZD5、ブリッジ形整流回路11、三端子レギュレータ12、及びR2〜R4を除く抵抗(R0,R1)をループ(電流ループ経路RP1)とした電流動作となる。
(1)4ブロックが結合されている場合
4ブロックが結合されている状態において、1ブロック10B1〜3ブロック10B3の終端の分岐ポイントB2〜B3ポイントにおける各ツェナー電圧とVF電圧(VF1〜VF4)とを比較すると、B2ポイントでは、ツェナー電圧(VZD1+VZD2+VZD3+VZD4+VZD5)=75V > VF電圧=72V(100V−VREG−VF1)、B3ポイントでは、ツェナー電圧(VZD2+VZD3+VZD4+VZD5)=60V > VF電圧=58V(100V−VREG−VF1−VF2)、B4ポイントでは、ツェナー電圧(VZD3+VZD4+VZD5)=45V > VF電圧(100V−VREG−VF1−VF2−VF3)=44Vであり、それぞれツェナー電圧の方が高いので、ツェナーダイオードZD1〜ZD3には電流は流れず、バイアス用のツェナーダイオードZD4,ZD5、ブリッジ形整流回路11、三端子レギュレータ12、及び各抵抗(R0〜R4)をループとした電流動作となる。
(2)カット3面(結合部C3)で切断した場合
カット3面で切断して3ブロックにすると、上記4ブロックでのループが断線されて、初めてツェナーダイオードZD3が能動となって電流が流れ、ツェナーダイオードZD3,ZD4,ZD5、ブリッジ形整流回路11、三端子レギュレータ12、及びR4を除く抵抗(R0〜R3)をループ(電流ループ経路RP3)とした電流動作となる。その時、ツェナーダイオードZD1,ZD2には電流は流れていない。
(3)カット2面(結合部C2)で切断した場合
カット2面で切断して2ブロックにすると、上記3ブロックでのループが断線され、初めてツェナーダイオードZD2が能動となって電流が流れ、ツェナーダイオードZD22〜ZD5、ブリッジ形整流回路11、三端子レギュレータ12、及びR3,R4を除く抵抗(R0〜R2)をループ(電流ループ経路RP2)とした電流動作となる。その時、ツェナーダイオードZD1には電流は流れていない。
(4)カット1面(結合部C1)で切断した場合
カット1面で切断して1ブロックにすると、上記3ブロックでのループが断線され、初めてツェナーダイオードZD1が能動となって電流が流れ、ツェナーダイオードZD21〜ZD5、ブリッジ形整流回路11、三端子レギュレータ12、及びR2〜R4を除く抵抗(R0,R1)をループ(電流ループ経路RP1)とした電流動作となる。
このように、ブロック間の結合部の切断により次段のブロックが切離された時点で、次段以降のブロックの電流ループ経路が途絶え、新たな最終段となる前段のブロックの電流出口からループする電流ループ経路内に設けられているツェナーダイオードが初めて能動となって、その電流ループ経路だけに電流が流れると共に、ツェナー電圧と順電圧降下分との差分(ユニット全体の駆動電圧の差分)が三端子レギュレータ12によって逆バイアスされてツェナーに電流は流れないが、切離された後はその差分を三端子レギュレータ12が補償して一定電流が流れるようにしている。これにより、切離しがなされた以降も継続して各LEDに対して一定の電流値の電流が供給される。
次に、折り曲げ自在なLED表示ユニットについて説明する。
上述した実施の形態では、LEDを直線上に配列し、硬質のプリント基板にLEDを含む電子部品を実装した直線型ユニットの例を示したが、柔軟性を有する基板と収容体とを用いて折り曲げ自在な構成としても良い。
図7は、LED表示ユニット自体を湾曲自在(緩い角度で折り曲げ自在)なLED表示ユニットの一例を模式的に示している。このLED表示ユニット10Aの回路構成は前述の直線型ユニットと同様であり、ここでは説明を省略する。図7において、LED3を含む電子部品が実装されるプリント基板5は、柔軟性がある絶縁基板を用いたプリント配線板(以下、「フレキシブル基板」とする)を基板としており、シリコンゴム等の弾性部材から成る帯状の収容体6にフレキシブル基板5が収容されている。LED素子3は予めフレキシブル基板5に接合されて、例えば等間隔で設けられた収納部6aに埋め込まれる。その際、本例では、フレキシブル基板5及びその基板上に実装された各LEDを含む電子部品、あるいは、フレキシブル基板5及びその基板上に実装された各LEDの発光部を除く電子部品を、変形自在な収容体6に収容する構成としている。なお、収容体6は、変形後に元の形状に戻る必要は良いため、収容体6に用いる部材としては、シリコンゴム等の弾性を有する部材に限らず、腰にするベルトの如く変形自在な部材(柔軟性を有する部材)であれば良い。また、本例では、レンズ効果を有する蓋体6bでLED素子3の発光部を覆うように一体成形されているが、収容体に設けられたLED挿脱部にLEDを挿入してコネクタを介して接続し、蓋体6bを嵌合してLED3を挿脱自在に挿設する形態としても良く、蓋体6bを設けない構成としても良い。このような構成とすることにより、LED表示ユニット10Aの形状を変形させることが可能となり、より多様なデザインに対応できるようになる。さらに、収容体6に収容(埋設)して防水構造とすることにより、利用場所が広がる。また、このLED表示ユニット10Aの場合は、変形させることができるので、1ブロック当たりのLEDの数を多くしても良い。なお、LED表示ユニットに実装されるLEDは、実装面に対して平行な方向に発光するサイドビュータイプのチップLEDを使用するのが望ましい。例えば、砲弾型LEDを使用した場合は、砲弾型LEDを半田付けして実装していたのに対し、サイドビュータイプのチップLEDは、LEDの表面実装の工程で一度に実装可能となり、工数を大幅に減らすことができる。
1 交流電源
A1/F1 電源ケーブル
A5/F5 連結用ケーブル
3,D LED
10 LED表示ユニット
10B1 基準ブロック
10B2〜10Bn 結合ブロック
11 整流器(整流ブリッジ)
12 定電流回路(三端子レギュレータ)
13 定電流回路の外付抵抗
15,ZD 安定化回路(ツェナーダイオード)
A1/F1 電源ケーブル
A5/F5 連結用ケーブル
3,D LED
10 LED表示ユニット
10B1 基準ブロック
10B2〜10Bn 結合ブロック
11 整流器(整流ブリッジ)
12 定電流回路(三端子レギュレータ)
13 定電流回路の外付抵抗
15,ZD 安定化回路(ツェナーダイオード)
Claims (5)
- 複数のLEDを使用したLED表示ユニットを複数結合して所定形状の発光領域を形成可能なLED照明装置であって、
前記LED表示ユニットは、1つの基準ブロックと複数の結合ブロックとから構成されており、
前記基準ブロックは、交流電圧を半波又は全波整流する整流回路と、ユニット全体の電流値を一定に制御するための三端子レギュレータを用いた定電流回路と、前記結合ブロックの数が減った時に減少した順電圧降下分を賄うためのツェナーダイオード群と、1つ以上のLEDを光源とするLED発光部とを備え、且つ、前記基準ブロックには、次段への結合ブロックに電流を流すための電流出口と、各ブロックの終端から還流させるための電流入口とが設けられており、
前記結合ブロックは、1つ以上のLEDを光源とするLED発光部を備え、且つ、前記結合ブロックには、LED点灯用の電流入口と、次段のブロックに連結するための電流出口と、次のブロックが無い時に前記基準ブロックに還流させるための電流出口とが設けられており、
前記基準ブロックと前記結合ブロックとが全て連結された通常のユニット構成の場合は、各ブロックの終端から前記基準ブロックの0Vにツェナーダイオードを経由して還流する電流ループ経路がブロック数分、形成されていると共に、前記各々の電流ループ経路が、最終段のブロックを除いて通常はツェナー電流が流れないように、前記順電圧降下分より高いツェナー電圧を有するツェナーダイオードを経由したループとなっており、
前記基準ブロックと前記結合ブロックとが連結されている状態で次段のブロックが切離されて次段以降のブロックが除外されたユニット構成となった場合は、前記次段のブロックが切離された時に、新たな最終段となる前段のブロックの電流出口からループする電流ループ経路内のツェナーダイオードが初めて能動となって該電流ループ経路に電流が流れると共に、前記ツェナー電圧と前記順電圧降下分との差分によるユニット全体の駆動電圧の差分が前記三端子レギュレータによって逆バイアスされてツェナーに電流は流れないが、前記次段のブロックが切離された後はその差分を前記三端子レギュレータが補償して一定電流が流れるようにしていることを特徴とするLED照明装置。 - 前記LED表示ユニットにLEDが直線状に配列されていると共に、曲線型の発光部を形成し得るように、前記LED表示ユニット自体が長手方向に湾曲自在に形成されている請求項1に記載のLED照明装置。
- 前記LED表示ユニットのプリント基板が、フレキシブル基板で構成されていると共に、前記プリント基板及びその基板上に実装された各LEDを含む電子部品が、変形自在な収容体に収容されている請求項2に記載のLED照明装置。
- 前記LED表示ユニットに実装されたLED群に流れる電流を制限するための抵抗は複数の抵抗が使用され、抵抗の発熱を分散するために前記LED表示ユニット内の各ブロックに分散して配設されている請求項1乃至3のいずれかに記載のLED照明装置。
- 前記LED表示ユニットに実装されるLEDが、実装面に対して平行な方向に発光するサイドビュータイプのチップLEDである請求項1乃至4のいずれかに記載のLED照明装置。
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