JP2009054987A - 発光ダイオード光源および発光ダイオードランプ - Google Patents

Abstract

【課題】電力線との電気接続に適した発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を提供する。
【解決手段】該ＬＥＤ光源は、ＬＥＤアレイと、電力線搬送通信（ＰＬＣ）ユニットと、電流制御ユニットを備える。ＰＬＣユニットは電力線に電気的に接続され、電流制御ユニットはＬＥＤアレイおよびＰＬＣユニットと電気的に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は照明システムに関する。特に本発明は、電力線搬送通信（ＰＬＣ）ユニットを有する照明システムに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は半導体デバイスである。発光チップは、例えばＧａＰおよびＧａＡｓなどの３−５族化学元素を含む半導体化合物材料を主な材料とし、電気エネルギーを光に変換することに基づいて動作する。つまり半導体化合物は、電力の供給を受けると電子と正孔が結びつくことによって過剰なエネルギーが放出される結果、光子（光）を発する。ＬＥＤの発光には、加熱または放電を必要としない。このため、ＬＥＤの寿命は１０万時間にものぼり、アイドル・タイムも必要ない。これ以外にもＬＥＤの利点として、応答速度が速いこと（約１０^−９秒）、体積が小さいこと、省電力を実現できること、汚染が少ないこと、信頼性が高いこと、および大量生産が容易であることが挙げられる。従ってＬＥＤは、大型掲示板、信号機、携帯電話、スキャナーおよびファックスなどにおいて光源や照明デバイスとして利用されるなど、多くの分野で多用されている。

ＬＥＤの発光輝度および発光効率が近年向上を続けていると共に、高輝度の白色ＬＥＤの大量生産が成功している。このため、室内照明および屋外街灯などの照明デバイスにおいて白色ＬＥＤを利用することが徐々に増えている。しかしながら、屋外の街灯にＬＥＤを利用する場合、通行人または管理者に対して付加価値をもたらすことなく、単に照明機能を持つように設計されるのが一般的である。

また、一般的な街灯の照明は通常、高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプである。このような街灯の駆動に必要な電圧は通常４０００ボルトから５０００ボルトであり、ＨＰＳランプにはスタビライザを設ける必要があるので、製造コストおよび総重量が実質的に増加してしまう。また、街灯は普通屋外に設置されるので、街灯を清潔に保つ方法を考案することは、街灯照明に関連して最も重要な課題の一つであった。

本発明は、電力線搬送通信（ＰＬＣ）ユニットを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に関する。

本発明は、前述のＬＥＤ光源を備えるＬＥＤランプに関する。

本発明は、電力線との電気接続に適したＬＥＤ光源を提供する。当該ＬＥＤ光源は、ＬＥＤアレイと、ＰＬＣユニットと、電流制御ユニットを備える。ＰＬＣユニットは電力線に電気的に接続され、電流制御ユニットは電力線、ＬＥＤアレイおよびＰＬＣユニットと電気的に接続される。

本発明はさらに、電力線との接続に適したＬＥＤランプを提供する。当該ＬＥＤランプは、上述のＬＥＤ光源と、筐体と、プラスチック製のランプシェードと、光触媒層を備える。筐体とプラスチック製のランプシェードは、ＬＥＤアレイ、ＰＬＣユニットおよび電流制御ユニットを収容する。光触媒層は、プラスチック製のランプシェードにコーティングされている。

本発明の一実施形態によると、前述のＬＥＤアレイはキャリアと複数のＬＥＤを有する。ＬＥＤは、キャリアにアレイ状に配設され、キャリアと電気的に接続される。

本発明の一実施形態によると、前述のキャリアは基板を含む。

本発明の一実施形態によると、前述の基板はメタルコアプリント配線基板（ＭＣＰＣＢ）を含む。

本発明の一実施形態によると、前述のＰＬＣユニットは基板に集積化されている。

本発明の一実施形態によると、ＰＬＣユニットは、基板に電気的に接続されるＰＬＣチップである。

本発明の一実施形態によると、前述の電流制御ユニットは基板に集積化される。

本発明の一実施形態によると、前述のＬＥＤは表面実装デバイス（ＳＭＤ）型のパッケージまたはピンスルーホール（ＰＴＨ）型のパッケージを含む。

本発明の一実施形態によると、前述のＰＬＣユニットは高解像度電力線搬送通信（ＨＤ−ＰＬＣ）ユニットを含む。

本発明の一実施形態によると、前述のＬＥＤ光源はさらに、ＰＬＣユニットに電気的に接続された無線通信ユニットを含む。本発明の一実施形態によると、無線通信ユニットはＩＥＥＥ８０２．１５．４ＺｉｇＢｅｅ無線通信ユニットまたはワイマックス（ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｃｃｅｓｓ：ＷｉＭＡＸ）無線通信ユニットを含む。

本発明の一実施形態によると、前述のＬＥＤ光源はさらに、ＰＬＣユニットに電気的に接続された撮像装置を含むとしてもよい。

本発明の一実施形態によると、前述のＰＬＣユニットはイーサネット・ネットワーク・ポートを含み、撮像装置はイーサネット・ネットワーク・ポートに電気的に接続されたＩＰカメラを含む。

本発明によると、ＰＬＣユニットがＬＥＤ光源またはＬＥＤランプに集積化されているので、本発明に係るＬＥＤ光源またはＬＥＤランプは電力線を介して他のＬＥＤ光源または他のＬＥＤランプと通信することができる。また、本発明に係るＬＥＤ光源またはＬＥＤランプは、電力線を介して、離れた監視センターにデータを伝送することもできる。

本発明の目的を上述したが、本発明のそれ以外の目的、特徴および利点を説明するべく、図面を参照しつつ実施形態を以下で詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源を示す概略図である。

本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ光源を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ光源を示す概略図である。

本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤ光源を示す概略図である。

本発明の第４の実施形態に係るＬＥＤ光源を示す概略図である。

本発明に係るＬＥＤランプを示す概略図である。

（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を示す概略図である。図１に示すように、本発明に係るＬＥＤ光源１００はＬＥＤアレイ１１０、電力線搬送通信（ＰＬＣ）ユニット１２０および電流制御ユニット１３０を備える。電流制御ユニット１３０は、電力線（ＰＬ）、ＬＥＤアレイ１１０およびＰＬＣユニット１２０に電気的に接続されている。図１に示すように、ＰＬＣユニット１２０は電力線（ＰＬ）と接続され、電力線（ＰＬ）を介して送信される制御信号を受信する。ＰＬＣユニット１２０は、当該制御信号に従って電流制御ユニット１３０を制御してＬＥＤアレイ１１０に対する駆動電流を出力させる。この結果、ＬＥＤアレイ１１０は所定の輝度を実現することができる。特定の状況下では（例えば緊急時において）、ＰＬＣユニット１２０は電流制御ユニット１３０を制御してＬＥＤアレイ１１０に対して過剰駆動電流を出力させて、ＬＥＤアレイ１１０に非常に高い輝度（通常輝度の１５０％から３００％の範囲）を実現させることもできる。

図２に示すように、本発明に係るＬＥＤアレイ１１０は例えばチップ・オン・ボード（ＣＯＢ）型のパッケージである。ＬＥＤアレイ１１０が、リードフレーム型のパッケージといった他の種類のパッケージであってもよいのは言うまでもない。ＣＯＢ型パッケージを例として説明すると、ＬＥＤアレイ１１０はキャリア１１０ａおよび複数のＬＥＤ１１０ｂを有する。複数のＬＥＤ１１０ｂはキャリア１１０ａにアレイ状に配設され、キャリア１１０ａと電気的に接続されている。図２に示すように、キャリア１１０ａは例えば基板である。ＬＥＤアレイ１１０について良好な熱放散特性を実現するべく、一般的には、キャリア１１０ａは熱放散特性が良好なメタルコアプリント配線基板（ＭＣＰＣＢ）であってもよい。本発明に係るキャリア１１０ａが、ヒートシンク、ヒートパイプなどの熱放散デバイスを持つ基板といった他の種類の基板であってもよいことは言うまでもない。

本実施形態に係るＬＥＤ１１０ｂは例えば、表面実装デバイス（ＳＭＤ）型のパッケージまたはピンスルーホール（ＰＴＨ）型のパッケージである。ＬＥＤ１１０ｂが、キャリア１１０ａとの接続に適したこれ以外のパッケージであってもよいのは言うまでもない。

本実施形態に係るＰＬＣユニット１２０は例えば、高解像度ＰＬＣ（ＨＤ−ＰＬＣ）ユニットである。ＨＤ−ＰＬＣユニットの伝送速度は例えば、４２Ｍｂｐｓから７２Ｍｂｐｓである。

（第２の実施形態）
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ光源を示す概略図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、本実施形態に係るＬＥＤアレイ１１０はＣＯＢ型のパッケージなので、ＰＬＣユニット１２０および電流制御ユニット１３０のうち少なくとも１つはキャリア１１０ａ（基板）に集積化されているとしてもよい。このため、ＰＬＣユニット１２０および電流制御ユニット１３０はキャリア１１０ａ（基板）を介して互いに電気的に接続されている。つまり、実需に応じてＰＬＣユニット１２０をキャリア１１０ａ（基板）に集積化して電流制御ユニット１３０をキャリア１１０ａ（基板）から独立させて設けるように設計するとしてもよい。しかし図３Ｂに示すように、電流制御ユニット１３０をキャリア１１０ａ（基板）に集積化してＰＬＣユニット１２０をキャリア１１０ａ（基板）から独立させて設けるように設計するとしてもよいのは言うまでもない。また図３Ａに示すように、ＰＬＣユニット１２０および電流制御ユニット１３０の両方をキャリア１１０ａ（基板）に集積化するように設計するとしてもよい。

図３Ｂに示すように、ＰＬＣユニット１２０をキャリア１１０ａ（基板）から独立させて設ける場合、ＰＬＣユニット１２０は例えばＰＬＣチップである。ＰＬＣチップは、キャリア１１０ａ（基板）の一面に配設され、キャリア１１０ａ（基板）内に設けられた回路を介して電流制御ユニット１３０と電気的に接続される。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤ光源を示す概略図である。図４に示すように、ＬＥＤ光源１００ｂは第１の実施形態に係るＬＥＤ光源１００に類似している。ＬＥＤ光源１００ｂとＬＥＤ光源１００の主な違いは、ＬＥＤ光源１００ｂはさらに無線通信ユニット１４０を備え、当該無線通信ユニット１４０はＰＬＣユニット１２０と電気的に接続されている点にある。本発明の一実施形態によると、無線通信ユニット１４０はＩＥＥＥ８０２．１５．４ＺｉｇＢｅｅ無線通信ユニットまたはワイマックス（ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｃｃｅｓｓ：ＷｉＭＡＸ）無線通信ユニットを含む。無線通信ユニット１４０がこれ以外の無線通信プロトコルに準拠した通信ユニットであってもよいのは言うまでもない。本発明に係る無線通信ユニット１４０は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＺｉｇＢｅｅ無線通信ユニットまたはワイマックス無線通信ユニットに限定されない。

ＬＥＤ光源１００ｂが街灯または室内照明機器に設けられていると仮定した場合、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＺｉｇＢｅｅタグを装着した監視対象がＬＥＤ光源１００ｂを通り過ぎると、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＺｉｇＢｅｅ無線通信ユニットは当該監視対象を監視することができる。このため、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＺｉｇＢｅｅ無線通信ユニットを有するＬＥＤ光源１００ｂは、該ＬＥＤ光源１００ｂの周囲の物体または人物の動きを監視する目的で利用することができる。上述の説明によると、ロジスティックス監視機能および人物行動監視機能を持つ、本実施形態に係るＬＥＤ光源１００ｂは、建物の治安監視システムに利用することができる。このため、建物内に設けられたＬＥＤ光源１００ｂはどれも、緊急事態（例えば火災）が発生した場合に、救助隊が正しい判断を下せるように十分な情報を提供することができ、迅速な救助を実現することができる。

また、無線通信ユニット１４０を有するＬＥＤ光源１００ｂを複数設けることによって、メッシュ状の無線通信ネットワークを構成することができ、無線通信ユニット１４０の監視範囲内において信号受信の死角が発生しないようにすることができる。

（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係るＬＥＤ光源を示す概略図である。図５に示すように、ＬＥＤ光源１００ｃは第１の実施形態に係るＬＥＤ光源１００に類似している。ＬＥＤ光源１００ｃとＬＥＤ光源１００の主な違いは、ＬＥＤ光源１００ｃはさらにＰＬＣユニット１２０に電気的に接続される撮像装置１５０を備える点にある。本発明の一実施形態によると、ＰＬＣユニット１２０は例えばイーサネット・ネットワーク・ポート１２２を有する。撮像装置１５０は例えば、イーサネット・ネットワーク・ポート１２２に電気的に接続されたＩＰカメラである。

当該ＩＰカメラが撮像する画像の解像度が約１３０メガピクセルもしくは約２００メガピクセルである場合、ＰＬＣユニット１２０はＨＤ−ＰＬＣユニットであってもよい。ＨＤ−ＰＬＣユニットは、４２Ｍｂｐｓから７２Ｍｂｐｓの範囲内の高い転送速度で、離れた監視センターに高解像度の画像を伝送できる。

上述した実施形態で開示した特徴はすべて、互いに組み合わせることができる。このようにして、ＬＥＤ光源に多くの機能を持たせることができる。

（第５の実施形態）
図６は、本発明に係るＬＥＤランプを示す概略図である。図６に示すように、本発明に係るＬＥＤランプ２００は、筐体２１０、プラスチック製ランプシェード２２０、光触媒層２３０および上述した実施形態に係るＬＥＤ光源１００、１００ａ、１００ｂおよび１００ｃを備える。筐体２１０およびプラスチック製ランプシェード２２０は、ＬＥＤアレイ１１０、ＰＬＣユニット１２０および電流制御ユニット１３０（図１から図５を参照のこと）を収納するべく設けられる。光触媒層２３０はプラスチック製ランプシェード２２０に対してコーティングされている。

街灯は一般的に、定期的に人の手によって清掃を行うことによって清潔に保たれているが、この方法はコストが非常に高い。しかし、ＬＥＤランプにおいて自動的に清掃を行うべく光触媒を用いると、従来のガラス製ランプシェードには光触媒材料を円滑にコーティングできないという技術上の問題にぶつかる。現在の街灯には耐熱性の良いガラス製のランプシェードが利用されているので、ランプシェードの清掃は通常人の手によって行われている。

先行技術とは違って、本実施形態ではプラスチック製のランプシェード２２０に対して容易に光触媒層２３０をコーティングすることができる。このため、光触媒層２３０をＬＥＤランプに組み込むことができる。ＬＥＤランプ２００の電力および動作温度は高圧ナトリウム（ＨＰＳ）ランプの電力および動作温度よりも低いので、光触媒層２３０がコーティングされたプラスチック製のランプシェード２２０を用いて本発明に係るＬＥＤランプ２００を構成することができる。このため、総重量および製造コストを大幅に減少させることができる。

要約すると、本発明に係るＬＥＤ光源またはＬＥＤランプは電力線を介して他のＬＥＤ光源または他のＬＥＤランプと通信できる。また、本発明に係るＬＥＤ光源またはＬＥＤランプは、電力線を介して、離れた監視センターにデータを伝送することもできる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の目的を離れることなく上述の実施形態に変更を加えることができるのは当業者には明らかである。従って本発明の範囲は本願の特許請求の範囲によって定義されるものであり、上述の詳細な説明によって限定されない。

Claims (16)

1. 電力線との電気接続に適した発光ダイオード（ＬＥＤ）光源であって、
   ＬＥＤアレイと、
   前記電力線に電気的に接続される電力線搬送通信（ＰＬＣ）ユニットと、
   前記電力線、前記ＬＥＤアレイおよび前記ＰＬＣユニットと電気的に接続される電流制御ユニットと
   を備える、ＬＥＤ光源。
2. 前記ＬＥＤアレイは、
   キャリアと、
   前記キャリアにアレイ状に配設されており、前記キャリアと電気的に接続される複数のＬＥＤと
   を有する、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
3. 前記キャリアは基板を含む
   請求項２に記載のＬＥＤ光源。
4. 前記ＰＬＣユニットは、前記基板に集積化されている
   請求項３に記載のＬＥＤ光源。
5. 前記ＰＬＣユニットは、前記基板に電気的に接続される電力線搬送通信チップである
   請求項３に記載のＬＥＤ光源。
6. 前記電流制御ユニットは、前記基板に集積化されている
   請求項３に記載のＬＥＤ光源。
7. 前記ＰＬＣユニットに電気的に接続される無線通信ユニット
   をさらに備える、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
8. 前記ＰＬＣユニットに電気的に接続される撮像装置
   をさらに備える、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
9. 電力線との電気接続に適したＬＥＤランプであって、
   請求項１に記載のＬＥＤ光源と、
   筐体と、
   プラスチック製のランプシェードと、
   前記プラスチック製のランプシェードにコーティングされた光触媒層と
   を備え、
   前記筐体と前記プラスチック製のランプシェードは、前記ＬＥＤアレイ、前記ＰＬＣユニットおよび前記電流制御ユニットを収容する
   ＬＥＤランプ。
10. 前記ＬＥＤアレイは、
    キャリアと、
    前記キャリアにアレイ状に配設され、前記キャリアと電気的に接続される複数のＬＥＤと
    を有する、請求項９に記載のＬＥＤランプ。
11. 前記キャリアは基板を含む
    請求項１０に記載のＬＥＤランプ。
12. 前記ＰＬＣユニットは、前記基板に集積化されている
    請求項１１に記載のＬＥＤランプ。
13. 前記ＰＬＣユニットは、前記基板に電気的に接続されるＰＬＣチップである
    請求項１１に記載のＬＥＤランプ。
14. 前記電流制御ユニットは、前記基板に集積化されている
    請求項１１に記載のＬＥＤランプ。
15. 前記ＰＬＣユニットに電気的に接続される無線通信ユニット
    をさらに備える、請求項９に記載のＬＥＤランプ。
16. 前記ＰＬＣユニットに電気的に接続される撮像装置
    をさらに備える、請求項９に記載のＬＥＤランプ。

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