JP2008257993A - 発光ダイオード照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱による発光ダイオード素子の低寿命化を回避すると同時に、家庭等に用いても違和感を生じにくい発光状態を確保可能な、発光ダイオード照明装置を提供する。
【解決手段】中央領域５０における発光ダイオードモジュール５２や、第１環状領域６０の発光ダイオードモジュール６２等のインピーダンス変化が大きくなる。本実施例では、中央領域５０、第１環状領域６０、第２環状領域７０において、複数の発光ダイオードモジュールを並列接続しているので、発熱の影響を分散させることが可能となっている。また、定電流制御素子は、並列接続される複数個の定電流ダイオードＤによって構成されているので、各定電流ダイオードＤが負担する電流を小さくすることが可能となり、許容能力が高められている。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオードを用いた照明装置に関する。

従来、複数の発光ダイオード素子を配置することで、高輝度かつ長寿命の発光ダイオード照明装置が開発されている。この発光ダイオード素子は、基板に対して複数の発光ダイオード素子を実装して構成される。発光ダイオード素子の前面には、光透過性樹脂等によって構成された前面カバーが設置され、基板側には筐体が設置される。

この発光ダイオード照明装置は、例えば、方形の基板に対して数十から数百の発光ダイオード素子を敷き詰めて同時に点灯させることで、非常に明るい光が得られるようになっている。

しかし、この種の発光ダイオード照明装置では、複数の発光ダイオード素子を同時に点灯させるので、各発光ダイオード素子が発生する熱が、筐体内にこもり易く、発光ダイオード素子の寿命を低下させるという問題があった。

特に、敷き詰められた発光ダイオード素子の中でも、その中央近傍は、全ての発光ダイオード素子の熱が集中することになり、極めて高温になってしまう。従って、周囲の発光ダイオード素子と比較して、中央の発光ダイオード素子が熱劣化しやすいという問題があった。

また、この発光ダイオード素子の普及に伴って、発光ダイオード照明装置が、一般住宅等でも利用されるようになってきている。しかし、基板上に多数敷き詰められた発光ダイオード素子の全てを点灯させると、各発光ダイオード素子が強力に光を放つことで、いわゆる面発光状態となる。今まで蛍光灯に慣れ親しんできた利用者は、その面発光状態に違和感を得てしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、発熱による発光ダイオード素子の低寿命化を回避すると同時に、家庭等に用いても違和感を生じにくい発光状態を確保可能な、発光ダイオード照明装置を提供することを目的としている。

上記目的は、以下に示される手段によって達成される。

（１）配線が形成される基板と、前記基板における環状領域に配置される発光ダイオード素子群と、を備えることを特徴とする発光ダイオード照明装置。

（２）前記基板の第１の環状領域に配置される第１発光ダイオード素子群と、前記第１の環状領域の外周側の第２の環状領域に配置される第２発光ダイオード素子群と、を備え、前記第２の環状領域は、前記第１発光ダイオード素子群に対して独立して点灯可能となっていることを特徴とする上記（１）記載の発光ダイオード照明装置。

（３）前記基板における前記環状領域に囲まれた中央領域に、前記発光ダイオード群と独立して点灯可能な中央側発光ダイオード素子が配置されていることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の発光ダイオード照明装置。

（４）前記発光ダイオード素子群は、複数の発光ダイオード素子が直列接続されて構成される発光ダイオード素子列及び前記発光ダイオード素子列に直列接続される定電流制御素子から構成される発光ダイオードモジュールを備えることを特徴とする上記（１）、（２）又は（３）記載の発光ダイオード照明装置。

（５）前記発光ダイオード素子群は、複数の前記発光ダイオードモジュールが並列接続されて構成されることを特徴とする上記（４）記載の発光ダイオード照明装置。

（６）前記発光ダイオード素子群の各発光ダイオード素子の端子が、前記基板上において単一方向に整列していることを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれか記載の発光ダイオード照明装置。

（７）前記発光ダイオード素子群の近傍に配置される温度又は光を計測可能なセンサーと、前記センサーの計測値に基づいて前記発光ダイオード素子群の照明状態を制御する照明制御装置と、を備えることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれか記載の発光ダイオード照明装置。

（８）前記照明制御装置は、前記発光ダイオード素子群の照明領域を制御することを特徴とする上記（７）記載の発光ダイオード照明装置。

（９）前記照明制御装置は、前記発光ダイオード素子群に供給される電流又は電圧を制御することを特徴とする上記（７）又は（８）記載の発光ダイオード照明装置。

本発明によれば、発熱の影響を回避でき、かつ、従来の蛍光灯と比べて違和感の少ない照明装置を得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。

図１には、本発明の第１実施形態に係る発光ダイオード照明装置１００が示されている。この発光ダイオード照明装置１００は、円盤状のＬＥＤ基板１２０と、このＬＥＤ基板１２０に配置される発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）１１０と、駆動回路１３０と、駆動回路１３０、ＬＥＤ基板１２０や発光ダイオード素子１１０を保護する本体ケース１４０と、透明カバー１５０と、口金１６０を備えている。各ＬＥＤ素子１１０はここでは砲弾タイプが用いられており、一対の端子２０Ａ、２０ＢがＬＥＤ基板１２０側に突出している。この端子２０Ａ、２０ＢがＬＥＤ基板１２０にハンダ固定されることで、ＬＥＤ素子１１０に電流が供給される。

ＬＥＤＬＥＤ基板１２０は、ＬＥＤ素子１１０を接続する回路が構成された円盤状の基板であり、各ＬＥＤ素子１１０が表面に所定の配列で配設されている。ＬＥＤ基板１２０は、複数のネジ（図示省略）により本体ケース１４０に固定されている。

駆動回路１３０は、口金１６０に給電された交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を直流電圧に変換する整流回路、変換した直流電圧を所定の電圧に調節する降圧回路などからなる。この駆動回路１３０は、複数のネジ（図示省略）により本体ケース１４０に固定され、リード線等（図示省略）により口金１６０およびＬＥＤ基板１２０と電気的に接続されている。

本体ケース１４０は、略漏斗状の筐体であり、図１において下側に示す拡大端１４２近傍にＬＥＤ基板１２０が配設される。本体ケース１４０の内部には、駆動回路１３０が固定されている。また、図１において上側に示す縮小端１４４には、円筒状の突起部１４６が形成され、この突起部１４６の外周面にはおねじ部１４６Ａが形成されている。本実施形態では、本体ケース１４０の素材に、−２０℃以下の低温環境下での使用に耐えられるポリカーボネイトを採用している。

透明カバー１５０は、ＬＥＤ素子１１０およびＬＥＤ基板１２０を覆って保護するための略円筒状のカバーであり、本体ケースの拡大端１４２に複数のネジ（図示省略）により固定されている。本実施形態では、透明カバー１５０の素材に、透明のポリカーボネイトを採用している。

口金１６０は有底の略円筒形状であり、電球用ソケットに接続されて交流電圧を受電する。具体的に本実施形態では一般的なＥ２６の規格を採用している。これにより、照明装置１００は専用のソケットや他の部品等を必要とせずに、一般的な電球用ソケットに取り付けるだけでそのまま使用できるようになっている。

このＥ２６の規格では、口金１６０の外周面に電球用ソケットのめねじ部と螺合するおねじ部１６０Ａが形成されている。そして、このおねじ部１６０Ａは、円筒状の金属の周壁にスパイラル状の凹凸をプレス加工することにより形成されている。すなわち、口金１６０の外周面におねじ部１６０Ａが形成されるのと同時に、口金１６０の内周面にめねじ部１６０Ｂが形成されるようになっている。そして、本実施形態では、このめねじ部１６０Ｂを突起部１４６のおねじ部１４６Ａに螺合させることで、口金１６０を本体ケース１４０に確実に係合させて固定するようにしている。

このように口金１６０を本体ケース１４０に確実に係合させて固定することで、例えば−２０℃〜−４０℃に保たれた冷凍倉庫内で長期間使用した場合にも、口金１６０が本体ケース１４０から外れたり、緩んだりしないようになっている。

なお、口金１６０のめねじ部１６０Ｂを突起部１４６のおねじ部１４６Ａに螺合させた上で口金１６０の一部をかしめて本体ケース１４０の窪みに係合させ、より確実に口金１６０を本体ケース１４０に固定するようにしてもよい。

図２に示されるように、この発光ダイオード照明装置１００では、ＬＥＤ基板１２０において、複数の環状領域に区分けされてＬＥＤ素子１１０が配置される。具体的にＬＥＤ基板１２０には、中央に位置する円形の中央領域５０と、この中央領域５０の周囲に環状に配置される第１環状領域６０と、この第１環状領域６０の外周側に環状に配置される第２環状領域７０が形成されている。

中央領域５０には、複数のＬＥＤ素子１１０が配置されており、これらのＬＥＤ素子１１０によって中央側ＬＥＤ素子群が形成されている。第１環状領域６０には、複数のＬＥＤ素子１１０が環状に敷き詰められており、これらのＬＥＤ素子１１０によって第１ＬＥＤ素子群が形成されている。同様に、第２環状領域７０には、複数のＬＥＤ素子１１０が環状に敷き詰められており、これらのＬＥＤ素子１１０によって第２ＬＥＤ素子群が形成されている。本実施形態では、第１ＬＥＤ素子群と第２ＬＥＤ素子群が、それぞれ独立して点灯可能となっている。なお、中央ＬＥＤ素子群は第２ＬＥＤ素子群と同時に点灯する。従って、これらのＬＥＤ素子群は、外観上は識別することが出来ないが、実際の点灯状態や、ＬＥＤ基板１２０の配線や制御回路の構成によって、識別することが可能となる。

更に本実施形態では、ＬＥＤ素子群の各ＬＥＤ素子１１０の端子２０Ａ、２０Ｂが、単一方向に整列している。つまり、多数のＬＥＤ素子１１０自体は、同心円状に配置されているが、各ＬＥＤ素子１１０の端子２０Ａ、２０Ｂは、図２における上下方向に並ぶように配置される。これによって、製造時のＬＥＤ素子１１０の搭載行程が簡便となり、更に周囲の気体が整流されるので、放熱効率を高めることが可能になる。

更に、この発光ダイオード照明装置１００は、中央近傍に温度センサー９５が配置されている。この温度センサー９５は、周囲の雰囲気温度を検出する。

図３には、発光ダイオード照明装置１００のＬＥＤ基板１２０における配線構造が示されている。なお、配線構造は左右対称であるので、左右において符号を一致させて説明する。

第１環状領域６０には、４つの発光ダイオードモジュール６２、６２、６４、６４が並列配置されている。各発光ダイオードモジュール６２、６２、６４、６４は、複数のＬＥＤ素子１１０が直列接続されたＬＥＤ素子列と、これらの発光ダイオード素子列に直列接続される定電流制御素子６６、６８から構成される。なお、定電流制御素子５４は、ここでは２個の定電流ダイオード素子Ｄが並列接続されて構成されている。

第２環状領域７０には、６つの発光ダイオードモジュール７２、７２、７４、７４、７６、７６が並列配置されている。各発光ダイオードモジュール７２、７４、７６は、複数のＬＥＤ素子１１０と、定電流制御素子７８、８０、８２が直列接続されている。また、中央領域５０には、２つの発光ダイオードモジュール５２、５２が配置されている。この発光ダイオードモジュール５２、５２は、第２環状領域７０の発光ダイオードモジュール７２、７２に直列接続されている。

図４に示されるように、第１環状領域６０の４つの発光ダイオードモジュール６２、６２、６４、６４は互いに並列接続されている。また、第２環状領域７０の６つの発光ダイオードモジュール７２、７２、７４、７４、７６、７６も同様に並列接続されている。更に、中央領域５０の２つの発光ダイオードモジュール５２、５２は、第２環状領域７０の発光ダイオードモジュール７２、７２と一体化されている。従って、この２つの発光ダイオードモジュール５２、５２は互いに並列接続されていることになる。更に、第１環状領域６０と第２環状領域７０は、相互に並列接続されており、その接続点には切り替えスイッチＳＷが配置されている。また、この切り替えスイッチＳＷには、更に照明制御装置Ｃが接続されている。この照明制御装置Ｃには、温度センサー９５も接続されており、この温度センサー９５の検出値に基づいて、切り替えスイッチＳＷや、各発光ダイオードモジュールに供給する電流又は電圧値等を制御するようになっている。外部端子Ｔ１、Ｔ２は直流電源端子であり、駆動回路１３０に接続されて直流電流が供給される。

この結果、第１環状領域６０のみを点灯させたり、第２環状領域７０及び中央領域５０を点灯させたり、第１環状領域６０、第２環状領域７０、中央領域５０の全てを点灯させたりすることが可能となる。なお、ここでは第２環状領域７０と中央領域５０が、配線構造上において一体化している場合を示したが、この中央領域５０を第１及び第２環状領域６０、７０と同様に独立して配置し、点灯させることも好ましい。

図５に示されるように、この発光ダイオード照明装置１００は、ＬＥＤ素子１１０が同心円の複数列状態で配置されている。中央領域５０は、中心から２列を含み、第１環状領域６０は第３列から第５列を含む。また、第２環状領域７０は、第６列から第８列を含むようになっている。

また、第１環状領域６０における発光ダイオードモジュール６２は、内周側となる第３列のＬＥＤ素子１１０を含む。また、発光ダイオードモジュール６４は、外周側となる第４列及び第５列のＬＥＤ素子１１０を含む。従って、内周側の発光ダイオードモジュール６２は、外周側の発光ダイオードモジュール６４と比較してカバーする列数が少ない。これは、内周側のＬＥＤ素子１１０の方が、発熱の影響を受けやすいからである。このようにすることで、内周側の発光ダイオードモジュール６２の熱影響を軽減させることができる。

同様に、第２環状領域７０における発光ダイオードモジュール７６は、内周側となる第６列のＬＥＤ素子１１０を含む。また、発光ダイオードモジュール７８は、外周側となる第７列及び第８列のＬＥＤ素子１１０を含む。従って、内周側の発光ダイオードモジュール７６は、外周側の発光ダイオードモジュール７８と比較してカバーする列数が少ない。これは、内周側のＬＥＤ素子１１０の方が、発熱の影響を受けやすいからである。このようにすることで、内周側の発光ダイオードモジュール７６の熱影響を軽減させることができる。なお、発光モジュール７２、７４は、第６列、第７列、第８列を含んでいるが、その周方向のカバー範囲を小さく設定することで、同様に熱影響を軽減するようにしている。

次に、この発光ダイオード照明装置１００の作用について説明する。

通常モードでは、全てのＬＥＤ素子１１０を発光させる。即ち、中央領域５０、第１環状領域６０、第２環状領域７０の全てのＬＥＤ素子群を点灯させる。ＬＥＤ素子１１０は、点灯によって発熱が生じるため、ＬＥＤ素子１１０自体の温度が上昇してインピーダンスが変化する。一方、各発光モジュールにおける定電流ダイオードＤは、ＬＥＤ素子１１０のインピーダンスが変化しても、一定の電流を維持するようになっているので、ＬＥＤ素子１１０のインピーダンス変動を吸収することができる。

中央領域５０やその周囲は、放熱能力が低いために、ＬＥＤ素子１１０の熱が集中する。従って、中心から第１列、第２列、第３列、第４列等における温度上昇が激しい。この発光ダイオード照明装置１００では、中央領域５０における発光ダイオードモジュール５２や、第１環状領域６０の発光ダイオードモジュール６２等のインピーダンス変化が大きくなる。本実施例では、中央領域５０、第１環状領域６０、第２環状領域７０において、複数の発光ダイオードモジュールを並列接続しているので、発熱の影響を分散させることが可能となっている。また、定電流制御素子は、並列接続される複数個の定電流ダイオードＤによって構成されているので、各定電流ダイオードＤが負担する電流を小さくすることが可能となり、許容能力が高められている。特に、第１環状領域６０においても、中心側の第３列については、発光ダイオードモジュール６２によってインピーダンス変化を効果的に吸収できるので、発熱の影響を低減させることができる。一方、第４列及び第５列については発熱の影響があまり大きくないので、１つの発光ダイオードモジュール６４でそのインピーダンス変化をまとめて吸収することができる。

中間モードに切り替えられると、中央領域５０と第２環状領域７０が発光する。これにより、第１環状領域６０が消灯されるので、中央の円形領域と外周側のドーナツ形状領域が点灯する。このようにすると、明るすぎない優しい光となるので、従来の蛍光灯に慣れている人にとって違和感の少ない光を放つことが可能となる。

省力モードでは、第１環状領域６０のみを発光させる。これにより、中央領域５０と第２環状領域７０が消灯されるので、１つのドーナツ形状領域が点灯する。これも、優しい光となるために、従来の蛍光灯に慣れている人にとって違和感のない光を放つことが出来る。

更に、本実施形態では、照明制御装置Ｃが、中央に配置される温度センサー９５の検出値を参考にして上記通常モード、中間モード、省力モードを自動的に切り替えるようになっている。具体的に、温度が低い場合は通常モードに設定し、温度が所定の第１閾値を超えると中間モードに切り替える。この結果、第１環状領域６０が消灯するので、中央領域５０の熱を第１環状領域６０側に放出させることが可能になる。更に温度が上昇して所定の第２閾値を超えた場合には省力モードに切り替える。この結果、中央領域５０が消灯するので、中心部の局所的な温度上昇を直接回避することが可能になる。

以上、本実施形態では、センサーとして温度センサーを配置した場合を示したが、本発明はそれに限定されない。例えば、光（照度）センサーを配置するようにしてもよい。周囲が明るい場合には、照明が不要と考えて全体を消灯し、周囲が多少暗くなってきた際には省力モード、周囲がある程度暗くなってきた際には中間モード、周囲が完全に暗くなった際には通常モード等に切り替えるようにする。この結果、照明自体で自動調整されるので、建物の入り口の照明や、街灯などに利用することが可能になる。また、本実施形態では、照明制御装置Ｃによって照明モードを切り換える場合を示したが、本発明はそれに限定されず、供給電流や供給電圧を適宜制御するようにしても良い。

尚、本発明の照明装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の照明装置は、各種照明の分野で幅広く利用することができる。

本発明の実施の形態に係る照明装置の構造を示す部分断面図である。 ＬＥＤ基板の正面図である。 同ＬＥＤ基板の回路状態を示す正面図である。 同ＬＥＤ基板におけるＬＥＤ素子の接続構成を示す配線図である。 同ＬＥＤ基板における発行ダイオードモジュールの配置構成を示す正面図である。

符号の説明

１００・・・照明装置
１１０・・・ＬＥＤ
１２０・・・ＬＥＤ基板
１３０・・・駆動回路
１４０・・・本体ケース
１５０・・・透明カバー

Claims (9)

1. 配線が形成される基板と、
   前記基板における環状領域に配置される発光ダイオード素子群と、
   を備えることを特徴とする発光ダイオード照明装置。
2. 前記基板の第１の環状領域に配置される第１発光ダイオード素子群と、
   前記第１の環状領域の外周側の第２の環状領域に配置される第２発光ダイオード素子群と、を備え、
   前記第２の環状領域は、前記第１発光ダイオード素子群に対して独立して点灯可能となっていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード照明装置。
3. 前記基板における前記環状領域に囲まれた中央領域に、前記発光ダイオード群と独立して点灯可能な中央側発光ダイオード素子が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発光ダイオード照明装置。
4. 前記発光ダイオード素子群は、
   複数の発光ダイオード素子が直列接続されて構成される発光ダイオード素子列及び前記発光ダイオード素子列に直列接続される定電流制御素子から構成される発光ダイオードモジュールを備えることを特徴とする請求項１、２又は３記載の発光ダイオード照明装置。
5. 前記発光ダイオード素子群は、
   複数の前記発光ダイオードモジュールが並列接続されて構成されることを特徴とする請求項４記載の発光ダイオード照明装置。
6. 前記発光ダイオード素子群の各発光ダイオード素子の端子が、前記基板上において単一方向に整列していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の発光ダイオード照明装置。
7. 前記発光ダイオード素子群の近傍に配置される温度又は光を計測可能なセンサーと、
   前記センサーの計測値に基づいて前記発光ダイオード素子群の照明状態を制御する照明制御装置と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の発光ダイオード照明装置。
8. 前記照明制御装置は、前記発光ダイオード素子群の照明領域を制御することを特徴とする請求項７記載の発光ダイオード照明装置。
9. 前記照明制御装置は、前記発光ダイオード素子群に供給される電流又は電圧を制御することを特徴とする請求項７又は８記載の発光ダイオード照明装置。

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