JP2006228529A - 照明器具 - Google Patents

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浩行 迫
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Abstract

【課題】小型化、薄型化及び低コストを実現する。
【解決手段】親ユニット1の親駆動部6において、変換回路部62で電源ACの交流電力から変換された脈流の直流電力、及び定電流回路部63で生成された定電流信号により、複数のLED50・・・が直列に接続しているLED群5に、電流が一定の大きさに維持された脈流の直流電力を出力し、LED群5を点灯させている。また、変換回路部62からの直流電力、及び定電流回路部63からの定電流信号を子ユニット2の子駆動部7に出力している。子ユニット2の子駆動部7において、定電流回路部72により電流が一定の大きさに維持された脈流の直流電力を、複数のLED50・・・が直列に接続しているLED群5aに出力し、LED群5aを点灯させている。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数のLEDを直列に接続する照明ユニットを複数備える照明器具に関するものである。
近年、青色LED(Light Emitting Diode)の商品化により、白色に発光する高輝度LEDが開発されている。これにより、主に表示等に用いられていたLEDを照明負荷として用いた照明器具の開発及び商品化が活発になっている。
LEDは基本的に不点灯になることがなく、温度設計に注意すれば光束減退を抑制することができるので、上記照明器具は、寿命(照明負荷が不点灯になるまでの時間)を数万時間以上と長くすることができるという特徴がある。例えば、約10万時間点灯可能な照明器具が開発されている。なお、ランプを照明負荷とする照明器具の寿命は短く、例えば、白熱電球であれば数千時間、蛍光灯であれば約1万時間である。
一方、上記照明器具は、LED1個当たりの形状が小さいので、ランプを照明負荷とする場合より小型にすることができるという特徴もある。また、複数(例えば10個以上)のLEDを備える照明ユニット(モジュール)を組み合わせることにより、照明器具の形状を自由に提案することもできる。
上記照明器具に備えられる照明ユニットとして、例えば、特許文献1には、複数のLEDを直列に接続し、各LEDからの出射光がボンディングワイヤの影響を受ける相対位置の割合を互いに略等しくする照明ユニット(LED集合体モジュール)が開示されている。上記より、特許文献1の照明ユニットは、全ての区分から出射される光の影響を略均等に受ける照射面において、ボンディングワイヤの影響が局部的に強調されることを大幅に低減し、十分に均質な平面発光体として機能させている。また、特許文献2には、複数のLEDをライン状に直列に接続し、かまぼこ形状の透明樹脂を備え、優れた放熱性を有している照明ユニット(光源デバイス)が開示されている。
上記照明器具のうち商品化されているものとして、例えば、長方形状に形成されたLED基板(例えばプリント基板等)に、複数のLEDが直列に接続し実装されて発光するLEDラインモジュール等の照明ユニットを備えるものがある。また、他の例として、複数のLEDを並べて平面光源のような照明ユニットを備える照明器具が提供され、道路の信号灯、遮断機の警報信号灯等に用いられている。さらに、例えばショーケース、陳列棚等を照明するものとして用いられている照明器具もある。ショーケース、陳列棚等の形状には基準があり、これにより、照明器具も予め決められた基準に統一される。具体的には、1つの照明器具の長さは、一般的に30cm、60cm及び90cmの3タイプである。上記の場合、長さが30cmの照明ユニットを作製し、複数の照明ユニットを接続することにより、60cm又は90cmとしている。なお、直管型の放電灯を照明負荷とする場合、通常30cmの照明器具を作製し、連結することにより、長さを60cm又は90cmとしている。
上記照明ユニットを複数接続して備える照明器具は、図8に示すように、各照明ユニット8に、ケーブル810を用いて電源ACからの交流電力(交流電圧)を供給している。各照明ユニット8は、ケーブル810と接続している駆動部8aを備えている。駆動部8aは、電源AC側から順に、端子部80,81と、保護回路部82と、変換回路部83と、定電流回路部84とを備え、複数のLED850・・・を直列に接続しているLED群85と接続している。上記照明器具は、できるだけ薄く小型にすることが要求されているので、照明ユニット8の断面積を薄くする必要がある。これにより、駆動部8aの小型、薄型化が求められている。
特開平7−307491号公報(第4,5頁及び第1図) 特開2002−299697号公報(第3,4頁及び第1図)
しかしながら、上記従来の照明器具は、図8に示すように、全ての照明ユニット8,8の駆動部8a,8aが、それぞれ変換回路部83,83を備えているので、薄型にすることができず大型になってしまうとともに、高コストになってしまうという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、小型化、薄型化及び低コストを実現することができる照明器具を提供することにある。
複数のLEDが直列に接続する第1のLED群と、前記第1のLED群を収納する第1の筐体と、前記第1の筐体に収納され、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する変換回路部と、前記第1の筐体に収納され、前記直流電力の電流を一定の大きさに維持する定電流信号を生成し、前記定電流信号により電流が一定の大きさに維持される前記直流電力に基づいて前記第1のLED群を点灯させる第1の点灯回路部とを設ける第1の照明ユニットを備えるとともに、前記第1の照明ユニットと電気的に接続し、複数のLEDが直列に接続する第2のLED群と、前記第2のLED群を収納する第2の筐体と、前記第2の筐体に収納され、前記第1の照明ユニットから前記直流電力及び前記定電流信号を入力し、前記定電流信号により電流が一定の大きさに維持される前記直流電力に基づいて前記第2のLED群を点灯させる第2の点灯回路部とを設ける第2の照明ユニットを1乃至複数備えることを特徴とする。
この構成では、1乃至複数の第2の照明ユニットが第1の照明ユニットの変換回路部を共用することができるので、小型化、薄型化及び低コストを実現することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の照明ユニットが、前記変換回路部が出力する直流電力を降圧し、降圧された電力を新たな直流電力として前記第1の点灯回路部及び第2の点灯回路部に出力する降圧回路部を備えることを特徴とする。この構成では、第1のLED群及び第2のLED群として接続されるLEDが少ない場合であっても、効率を高くすることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記第1のLED群及び前記第2のLED群のうち少なくとも一方が、複数、並列に接続して設けられることを特徴とする。この構成では、明るさを強くすることができる。
本発明によれば、小型化、薄型化及び低コストを実現することができる。
(実施形態1)
先ず、実施形態1の基本的な構成について図1,2を用いて説明する。実施形態1の照明器具は、例えば、ビル等の壁面において直線上に配置されてライン照明を行うものであり、図2に示すように、親ユニット(第1の照明ユニット)1と、複数(図2では3台)の子ユニット(第2の照明ユニット)2,2,2とを順に連結して備えている。親ユニット1は、筐体3と、パネル4と、LED群5と、親駆動部6(図1参照)とを備えている。一方、各子ユニット2は、筐体3aと、パネル4と、LED群5aと、子駆動部7(図1参照)とを備え、親ユニット1と電気的に接続している。
筐体3は、例えば樹脂成形により、長方形状に形成されている底部(図2の奥部)と、底部の周囲から前方(図2の手前方向)に延設されている左側部(図2の左側部)、右側部30(図3参照)、上側部31及び下側部(図2の下部)とを一体に備え、LED群5及び親駆動部6(図1参照)を収納している。左側部は、ケーブル32を介してACコンセント33を取り付けている。ACコンセント33は、電源AC(図1参照)と電気的に接続するものである。電源ACは、例えば商用電源等の交流電源であり、交流電力を供給している。
一方、筐体3aは、筐体3と同様に、底部(図2の奥部)と、左側部(図2の左側部)と、右側部30と、上側部31と、下側部(図2の下部)とを備えている。しかしながら、筐体3aは、筐体3とは異なり、LED群5a及び子駆動部7(図1参照)を収納している。
筐体3,3aの内部には、例えばシリコン樹脂等の透明樹脂34が充填されている。透明樹脂34を充填するに際し、透明樹脂34に気泡が発生しないように、充填前の透明樹脂34の泡抜きを行う脱泡手段、及び真空状態の下で透明樹脂34の気泡を抜きながら充填を行う充填手段等を用いている。これにより、LED群5,5aから放射される光を妨げることなく、LED群5,5a、親駆動部6及び子駆動部7(図1参照)等を構成する複数の電子部品を、水の侵入及び結露から保護しているので、照明器具を屋外で使用することができる。
パネル4は、例えば透明樹脂により長方形の板状に形成され、筐体3,3aに嵌め込まれている。
LED群5,5aは、それぞれ複数(図2では18個)のLED50・・・が直列に接続してLED基板(図示せず)上に備えている。各LED50は、例えば白色LED等であり、順方向電圧が3〜4Vである。上記のように、各LED50を複数直列に接続しているので、電源AC(図1参照)の交流電力の交流電圧(例えば100V)を上記順方向電圧に降圧させる必要がなく、簡単な回路構成で点灯させることができる。
LED基板(図示せず)は、例えば長方形の板状に形成されているプリント基板等であり、長手方向に並んでいる複数対のランド部と、ランド部間を電気的に接続している複数の導線とを備えている。各ランド部及び導線は、例えば銅箔等の金属で形成され、導電性を有している。各対のランド部上には、例えば、半田を付きやすくするために半田レベラーが設けられ、その上に複数のLED50・・・が、パネル4側(図2の手前側)に光を放射するように、長手方向に直列に接続して実装されている。
親駆動部6は、図1に示すように、電源AC側から順に、端子部60,60と、保護回路部61と、変換回路部62と、定電流回路部(点灯回路部)63と、端子部64,64,64とを、LED基板(図示せず)とは異なる回路基板(図示せず)に備えている。端子部60,60は、ケーブル32及びACコンセント33(図2参照)を介して電源ACと電気的に接続している。端子部64,64,64は、子ユニット2と電気的に接続している。
回路基板(図示せず)は、図2に示している筐体3の内部において、例えば、LED基板(図示せず)がLED群5を備えている側とは反対側(図2の奥側)に収納されている。これにより、回路基板は、LED群5から放射される光を妨げることがなく、また子ユニット7との送り配線を容易に構成することができる。
保護回路部61は、図1に示すように、電源AC側から順に、ヒューズ610と、サージアブソーバ(バリスタ、ZNR)611とを備え、親駆動部6を雷サージ等から保護している。変換回路部62は、4つのダイオード(図示せず)から構成されるダイオードブリッジ620を備え、電源ACから供給される交流電力を脈流の直流電力に変換している。上記変換回路部62は、脈流の直流電力を定電流回路部63に出力し、また、端子部64,64を介して後述する子駆動部7の定電流回路部72に出力している。なお、実施形態1における脈流の直流電力は、時間に対して大きさが変動するものの、出力方向が反転しないで同じ方向を維持している。
定電流回路部63は、LED群5と並列に接続している抵抗630,631及びツェナーダイオード632と、LED群5と直列に接続しているトランジスタ633及び抵抗634とを備え、抵抗631とツェナーダイオード632との間をトランジスタ633のベースに接続している。なお、抵抗630,631を1つの抵抗にしても同様の機能を有する。定電流回路部63は、変換回路部62から脈流の直流電力を入力し、ツェナーダイオード632によりトランジスタ633のベース電圧が一定の大きさとするとともに、トランジスタ633のベース電流である定電流信号を生成している。上記定電流回路部63は、端子部64を介して上記定電流信号を、後述する子駆動部7の定電流回路部72に出力している。
上記定電流回路部63は、上記定電流信号により、電流が一定の大きさに維持された脈流の直流電力をLED群5に供給し、LED群5を点灯させている。LED群5に流れる順方向電流(LED電流)をIf、ツェナーダイオード632の両端電圧であるツェナー電圧をVzd、トランジスタ633のベース−エミッタ間電圧をVbe、抵抗634の抵抗値をRとすると、If=(Vzd−Vbe)/Rとなり、順方向電流Ifは一定となる。上記より、定電流回路部63は、各LED50の順方向電圧のばらつき、電源ACの変動に影響されることなく順方向電流Ifを一定にする定電流制御を行うことができる。ただし、実施形態1ではパルス電流方式を採用し、脈流の直流電力の電圧がLED群5の順方向電圧Vf以上になった場合に、順方向電流Ifが流れている。
具体的に、LED群5としての順方向電圧Vfを求めると、例えば、1個当たりのLED50の順方向電圧を3.6Vとすると、LED50・・・を18個、直列に接続した場合の順方向電圧Vfは、3.6(V/個)×18(個)=64.8(V)となる。上記より、電源ACからの交流電力(電圧100V)を整流した脈流の直流電力をLED群5に供給し、LED群5を直接駆動することができる。
子駆動部7は、端子部70,70,70と、端子部71,71,71と、定電流回路部72とを、LED基板(図示せず)とは異なる回路基板(図示せず)に備えている。端子部70,70,70は、親駆動部6の端子部64,64,64、又は他の子駆動部7の端子部71,71,71と電気的に接続している。端子部71,71,71は、他の子駆動部7の端子部70,70,70と電気的に接続している。なお、末端の子ユニット2における子駆動部7(図1の右側)は、端子部71,71,71を備えなくてもよい。
回路基板(図示せず)は、図2に示している筐体3aの内部において、例えば、LED基板(図示せず)がLED群5aを備えている側とは反対側(図2の奥側)に収納されている。これにより、回路基板は、LED群5aから放射される光を妨げることがなく、また親ユニット6及び他の子ユニット7との送り配線を容易に構成することができる。
定電流回路部72は、図1に示すように、LED群5aと直列に接続しているトランジスタ720及び抵抗721を備えている。上記定電流回路部72は、端子部70,70,70を介して、親駆動部6から脈流の直流電力を入力するとともに、定電流信号をトランジスタ720のベースに入力している。これにより、定電流回路部72は、上記定電流信号により、電流が一定の大きさに維持された脈流の直流電力をLED群5aに供給して、LED群5aを点灯させている。LED群5aに流れる順方向電流をIf、定電流回路部63のツェナーダイオード633の両端電圧であるツェナー電圧をVzd、トランジスタ720のベース−エミッタ間電圧をVbe、抵抗721の抵抗値をRとすると、If=(Vzd−Vbe)/Rとなり、順方向電流Ifは一定となる。上記より、定電流回路部72は、トランジスタ720及び抵抗721を備えているだけでよく、各LED50の順方向電圧のばらつき、電源ACの変動に影響されることなく順方向電流Ifを一定にする定電流制御を行うことができる。ただし、実施形態1ではパルス電流方式を採用し、脈流の直流電力の電圧がLED群5aの順方向電圧Vf以上になった場合に、順方向電流Ifが流れている。
以上、実施形態1によれば、親ユニット1のみに変換回路部62を備え、複数の子ユニット2,2,2が変換回路部62を共用することができるので、複数の子ユニット2,2,2及び照明器具全体の小型化、薄型化及び低コストを実現することができる。
なお、実施形態1の変形例として、子ユニットを複数備えるものに限定されるものではなく、子ユニットを1台のみ備えるものであってもよい。このような構成にしても、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
また、実施形態1の他の変形例として、図3に示すように、親ユニット1及び複数の子ユニット2,2,2間をケーブル32,32,32で接続してもよい。具体的には、親ユニット1の親駆動部6の端子部64,64,64(図1参照)は、ケーブル32を介して子ユニット2の子駆動部7の端子部70,70,70(図1参照)と電気的に接続している。上記より、親駆動部6(図1参照)は、端子部64,64,64を介して、変換回路部62(図1参照)で変換された脈流の直流電力、及び定電流回路部63(図1参照)で生成された定電流信号を、子駆動部7の定電流回路部72に供給している。また、子駆動部7の端子部71,71,71(図1参照)は、ケーブル32を介して、他の子駆動部7の端子部70,70,70と電気的に接続している。このような構成にすると、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、親ユニット1及び複数の子ユニット2,2,2をそれぞれ離して設置することができる。
さらに、実施形態1の他の変形例として、親ユニットの定電流回路部は、回路構成が限定されるものではなく、定電流制御を行うことができる回路を備えていればよい。例えば、ツェナーダイオードに代わって、トランジスタと抵抗を直列に接続したものを有するカレントミラー回路を備えてもよい。このような構成にすると、各LEDの順方向電圧にばらつきがあったとしても、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、ツェナーダイオードを含まないので、周囲の温度に対して親ユニットの定電流回路部における動作のばらつきを低減することができる。
実施形態1の他の変形例として、親ユニットが一端側に備えられる構成に限定されるものではなく、親ユニットが複数の子ユニットの間に備えられる構成であってもよい。このような構成にしても、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
(実施形態2)
実施形態2の親駆動部6aは、図4のA1,A2,A3及びA4を図1のA1,A2,A3及びA4にそれぞれ接続したものであり、実施形態1の親駆動部6(図1参照)と同様に、端子部60,60と、保護回路部61と、定電流回路部63と、端子部64,64,64とを備えているが、実施形態1の親駆動部6にはない以下に記載の特徴部分がある。
実施形態2の親駆動部6aにおいて、変換回路部62aは、図4に示すように、ダイオードブリッジ620を備えているとともに、ダイオードブリッジ620の出力側に、コンデンサ621を備えている。コンデンサ621は、大容量の電解コンデンサであり、ダイオードブリッジ620により変換された脈流の直流電力をさらに平滑し、平滑された直流電力を定電流回路部63,72に出力している。なお、実施形態2の親駆動部6aは、上記以外の点において、実施形態1の親駆動部6(図1参照)と同様である。
以上、実施形態2によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、平滑された直流電力をLED群5,5aに供給することができるので、順方向電流Ifを完全直流電流にすることができる。
(実施形態3)
実施形態3の親駆動部6bは、図5のA1,A2,A3及びA4を図1のA1,A2,A3及びA4にそれぞれ接続したものであり、実施形態1の親駆動部6(図1参照)と同様に、端子部60,60と、保護回路部61と、定電流回路部63と、端子部64,64,64とを備えているが、実施形態1の親駆動部6にはない以下に記載の特徴部分がある。
実施形態3の親駆動部6bは、図5に示すように、変換回路部62aと、変換回路62aと定電流回路部63(図1参照)との間に接続されている降圧回路部65とを備えている。降圧回路部65は、変換回路部62aから出力されている直流電力を降圧し、降圧された電力を新たな直流電力として定電流回路部63,72(図1参照)に出力している。なお、実施形態3の変換回路部62aは、実施形態2の変換回路部62a(図4参照)と同様である。また、実施形態3の親駆動部6bは、上記以外の点において、実施形態1の親駆動部6(図1参照)と同様である。
以上、実施形態3によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、LED群5,5aとして接続されているLED50が少ない場合であっても、各LED50の消費電力以外の電力を低減することができるので、効率を高くすることができる。
(実施形態4)
実施形態4の親ユニット1aは、図6(a)に示すように、筐体3と、パネル4とを実施形態1の親ユニット1(図2参照)と同様に備えているとともに、実施形態4の子ユニット2aは、図6(b)に示すように、筐体3aと、パネル4とを実施形態1の子ユニット2(図2参照)と同様に備えている。しかしながら、実施形態4の親ユニット1a及び子ユニット2aは、実施形態1の親ユニット1及び子ユニット2にはない以下に記載の特徴部分がある。
実施形態4の親ユニット1aは、図6(a)に示すように、複数(図6(a)では2列)のLED群5,5を同一のLED基板(図示せず)に並列に接続して設けている。LED群5,5は、図7に示すような親駆動部6cと接続している。親駆動部6cは、図7のA3及びA4を図1のA3及びA4にそれぞれ接続したものである。親駆動部6cにおいて、定電流回路部63aは、各LED群5に対応してトランジスタ633及び抵抗634を備えている。また、筐体3の右側部30は、図6(a)に示すように、ケーブル32を介してコネクタ35を取り付けている。コネクタ35は、後述する子ユニット2aのコネクタ35と接続する。なお、実施形態4の親ユニット1aは、上記以外の点において、実施形態1の親ユニット1(図1,2参照)と同様である。
一方、実施形態4の子ユニット2aは、図6(b)に示すように、複数(図6(b)では2列)のLED群5a,5aを同一のLED基板(図示せず)に並列に接続して設けている。LED群5a,5aは、図7に示すような子駆動部7aと接続している。子駆動部7aにおいて、定電流回路部72aは、各LED群5aに対応してトランジスタ720及び抵抗721を備えている。また、筐体3aの左側部及び右側部30は、図6(b)に示すように、それぞれケーブル32を介してコネクタ35を取り付けている。コネクタ35は、親ユニット1aのコネクタ35、又は他の子ユニット2aのコネクタ35と接続する。上記より、子駆動部7aの端子部70,70,70(図7参照)は、ケーブル32及びコネクタ35を介して、親駆動部6cの端子部64,64,64(図7参照)と電気的に接続する。なお、実施形態4の子ユニット2aは、上記以外の点において、実施形態1の子ユニット2(図1,2参照)と同様である。
以上、実施形態4によれば、実施形態1と同様の効果を得ることができるとともに、親ユニット1aのLED群5,5及び子ユニット2aのLED群5a,5aをそれぞれ複数(図6(a),(b)では2列)、並列に接続しているので、明るさを強くすることができる。
なお、実施形態4の変形例として、親ユニット又は子ユニットのいずれか一方のみが、複数のLED群を並列に設ける構成であってもよい。このような構成にしても、明るさを強くすることができる。
本発明による実施形態1の照明器具の回路図である。 同上の照明器具の斜視図である。 同上の変形例である照明器具の斜視図である。 本発明による実施形態2の照明器具の要部回路図である。 本発明による実施形態3の照明器具の要部回路図である。 本発明による実施形態4の照明器具であって、(a)は親ユニットの斜視図、(b)は子ユニットの斜視図である。 同上の照明器具の要部回路図である。 従来の照明器具の回路図である。
符号の説明
1 親ユニット
2 子ユニット
5,5a LED群
50 LED
6 親駆動部
62 変換回路部
7 子駆動部
63,72 定電流回路部
AC 電源

Claims (3)

  1. 複数のLEDが直列に接続する第1のLED群と、
    前記第1のLED群を収納する第1の筐体と、
    前記第1の筐体に収納され、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する変換回路部と、
    前記第1の筐体に収納され、前記直流電力の電流を一定の大きさに維持する定電流信号を生成し、前記定電流信号により電流が一定の大きさに維持される前記直流電力に基づいて前記第1のLED群を点灯させる第1の点灯回路部と
    を設ける第1の照明ユニットを備えるとともに、
    前記第1の照明ユニットと電気的に接続し、
    複数のLEDが直列に接続する第2のLED群と、
    前記第2のLED群を収納する第2の筐体と、
    前記第2の筐体に収納され、前記第1の照明ユニットから前記直流電力及び前記定電流信号を入力し、前記定電流信号により電流が一定の大きさに維持される前記直流電力に基づいて前記第2のLED群を点灯させる第2の点灯回路部と
    を設ける第2の照明ユニットを1乃至複数備える
    ことを特徴とする照明器具。
  2. 前記第1の照明ユニットが、前記変換回路部が出力する直流電力を降圧し、降圧された電力を新たな直流電力として前記第1の点灯回路部及び第2の点灯回路部に出力する降圧回路部を備えることを特徴とする請求項1記載の照明器具。
  3. 前記第1のLED群及び前記第2のLED群のうち少なくとも一方が、複数、並列に接続して設けられることを特徴とする請求項1又は2記載の照明器具。
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