JP2009206383A - Ｌｅｄモジュール及びそれを備えるｌｅｄ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】演色制御が可能であって発熱による寿命低下を抑制することができるＬＥＤモジュールを提供する。
【解決手段】短波長単色光のＬＥＤチップ４及び蛍光体が分散しているシリコン樹脂７を有する疑似白色のＬＥＤを複数個直列接続した第１ＬＥＤ群と、オレンジ色のＬＥＤチップ５からなるオレンジ色のＬＥＤを複数個直列接続した第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続したものを１パッケージ化して一つのユニット１０とし、ユニット１０を複数個備え、その複数個のユニットを第１ＬＥＤ群の順方向（矢印Ａ方向）及び第２ＬＥＤ群の順方向（矢印Ｂ方向）をそれぞれ揃えて直列接続していることを特徴とするＬＥＤモジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）駆動回路によって交流電源電圧にて直接駆動されることで点灯可能なＬＥＤモジュール及びそれを備えるＬＥＤ点灯装置に関する。

従来から表示用やネオンサイン、バックライト等に使用されてきたＬＥＤは、昨今、用途の拡大が進み照明用や各種工業用等多岐にわたって使用され、蛍光灯や電球の代替としてのＬＥＤ照明装置が普及し始めており、今後様々な応用商品への展開が期待されている。

ＬＥＤの駆動方式は、一般的には直流電源電圧又は交流電源電圧を直流電圧に変換しその変換した直流電圧にてＬＥＤを駆動する方式が主流である。これに対して、ＬＥＤ駆動回路によって交流電源電圧にてＬＥＤモジュールを直接駆動する方式が、本出願人による特許出願（特許文献１、特願２００７−０５０４２５号）等で提案されている。なお、本出願人による特許出願（特許文献１、特願２００７−０５０４２５号）で提案されているＬＥＤの駆動方式は、ＬＥＤ照明を一般家庭等に普及させるためには、照明用ＬＥＤ駆動回路並びにそれを含むモジュール及び装置を、安価な回路で構成するとともに、それらを既に設置されている交流電源配線に直接接続可能に構成して従来の蛍光灯との置き換えを容易としておくことが肝要であると共に、ＯＮ／ＯＦＦ機能や調光機能、更には演色性に優れたものも照明用途としては必要とされるという観点から、創出されたものである。

交流電源電圧にてＬＥＤモジュールを直接駆動するＬＥＤ駆動回路及びそれによって駆動されるライン照明用ＬＥＤモジュールであって、現在市販されているＬＥＤ駆動回路及びＬＥＤモジュールは、それぞれ図８及び図９に示すような構成である。図８に示すＬＥＤ駆動回路は、ヒューズ２０２と、バリスタ２０３と、ブリッジダイオード２０４と、電流制限抵抗２０５とを備え、ＡＣプラグ２０１に入力される商用交流電圧をブリッジダイオード２０４で全波整流した後の脈流電圧にて順方向が矢印Ａ方向であるＬＥＤモジュール２０６を駆動するものであり、スイッチ機能は有していない。図９に示すＬＥＤモジュール２０６は、順方向が矢印Ａ方向である複数のＬＥＤチップ２０７−１〜２０７−ｎが直列接続されたものであり、複数のＬＥＤチップ２０７−１〜２０７−ｎそれぞれの発光色は擬似白色やＲ、Ｇ、Ｂ等の単色である。

特開２００７−１９４０７１号公報 特開２００２−１６３９０７号公報 特開２００５−２４３３９６号公報

現在商品化されているライン型のＬＥＤ照明装置は、図８及び図９に示すように表面実装タイプの単色ＬＥＤチップをライン状に並べた構成であるが、蛍光灯の代替となる主照明の用途には光束が不十分である現状では、間接照明やバックライト等に用途が限定されている。

なお、間接照明や、蛍光灯の代替照明、看板などのバックライト用途に用いられるライン型のＬＥＤモジュールは、これらの用途から演色制御が可能な方が望ましく、これに関する本出願人による特許出願（特許文献１、特願２００７−０５０４２５号）がなされているが、かかる特許出願においては、ＬＥＤモジュールの具体的な構造については言及されていない。

一方、高輝度のパワーＬＥＤと呼ばれる点光源が昨今商品化されているが、このパワーＬＥＤを使用すると、色の強弱が点状に見えて照度の均一性が悪いこと、発熱が大きいことなどの問題が生じる。

また、ＬＥＤは、発熱によって寿命（使用開始から光束が７０％以下に劣化する迄の期間）が短くなるという問題を有している。例えば、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップとそのＬＥＤチップが発する光によって励起されて発光する蛍光体とを有する擬似白色のＬＥＤの場合、発熱によって、蛍光体やＬＥＤチップ上のシリコン樹脂や、ＬＥＤチップの接着材、ＬＥＤチップ自身の劣化等が加速し、寿命が短くなる。このため、放熱性を良くするためのヒートシンクが重要な設計事項となっている。

なお、上述した交流電源電圧にてＬＥＤモジュールを直接駆動するＬＥＤ駆動回路は、安価な回路構成で実現できる手軽さはあるが、脈流電圧でＬＥＤモジュールを動作させる構成にすると、ピーク電流時の発熱が大きくなり、さらに、ＬＥＤを光飽和領域で動作することになるため投入電力に見合う光を得られず発光効率［ｌｍ／Ｗ］が低いという特有の問題もある。

本発明は、上記の状況に鑑み、演色制御が可能であって発熱による寿命低下を抑制することができるＬＥＤモジュール及びそれを備えるＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係るＬＥＤモジュールは、同色のＬＥＤを複数個直列接続した第１ＬＥＤ群と、第１ＬＥＤ群のＬＥＤとは異なる色の同色のＬＥＤを複数個直列接続した第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続したものを１パッケージ化して一つのユニットとし、前記ユニットを複数個備え、その複数個のユニットを第１ＬＥＤ群の順方向及び第２ＬＥＤ群の順方向をそれぞれ揃えて直列接続している構成とする。

このような構成によると、互いに発光色の異なる第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続しているので、交流電源電圧にて直接駆動し、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群に対して個別に位相制御による発光のオン／オフ制御を行うことで、演色制御が可能となる。また、このような構成によると、複数個のユニットが直列接続されることにより各ユニットの分散配置が可能となるので、発熱による寿命低下を抑制することができる。

また、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群の各ＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップが発する光によって励起されて発光する蛍光体とを有し、第１ＬＥＤ群のＬＥＤと第２ＬＥＤ群のＬＥＤとでは、前記蛍光体の材料の少なくとも一部が互いに異なるようにしてもよい。この場合、充填の際に２種類の蛍光体が混ざり合うことを防止する観点から、二つの窪み部を有する基板を備え、前記二つの窪み部の一方に第１ＬＥＤ群を配設し、前記二つの窪み部の他方に第２ＬＥＤ群を配設することが望ましい。

また、第１ＬＥＤ群のＬＥＤ直列段数を２〜６とし、第２ＬＥＤ群のＬＥＤ直列段数を２〜６としてもよい。

また、上記目的を達成するために本発明に係るＬＥＤモジュールは、同色のＬＥＤを複数個直列接続した第１ＬＥＤ群と、第１ＬＥＤ群のＬＥＤとは異なる色の同色のＬＥＤを複数個直列接続した第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続したものをセラミック基板又は金属基板上に配設している構成とする。

このような構成によると、互いに発光色の異なる第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続しているので、交流電源電圧にて直接駆動し、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群に対して個別に位相制御による発光のオン／オフ制御を行うことで、演色制御が可能となる。また、このような構成によると、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群をセラミック基板若しくは金属基板上に実装しているので、発熱による寿命低下を抑制することができる。

また、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群の各ＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップが発する光によって励起されて発光する蛍光体とを有し、第１ＬＥＤ群のＬＥＤと第２ＬＥＤ群のＬＥＤとでは、前記蛍光体の材料の少なくとも一部が互いに異なるようにしてもよい。この場合、充填の際に２種類の蛍光体が混ざり合うことを防止する観点から、前記セラミック基板又は金属基板が二つの窪み部を有し、前記二つの窪み部の一方に第１ＬＥＤ群を配設し、前記二つの窪み部の他方に第２ＬＥＤ群を配設することが望ましい。

また、前記セラミック基板又は金属基板が、第１ＬＥＤ群用と第２ＬＥＤ群用とで独立して樹脂基板上に形成されてもよい。この場合、ＬＥＤ群毎に独立させたセラミック基板又は金属基板を使用しているため、点灯状態のＬＥＤ群が不灯状態のＬＥＤ群に及ぼす熱的影響を軽減することができる。したがって、第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とに点灯頻度の偏りが生じる利用方法に対して好適である。

また、上記いずれかのＬＥＤモジュールにおいて、高電源効率の観点から、第１ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計と第２ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計とが±１０％の範囲で同じであるようにすることが望ましい。

また、上記いずれかのＬＥＤモジュールにおいて、高電源効率及び機能安定化の観点から、第１ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値が０．６より大きく０．９８未満であり、第２ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値が０．６より大きく０．９８未満であるようにすることが望ましい。

また、上記目的を達成するために本発明に係るＬＥＤ点灯装置は、上記いずれかの本発明に係るＬＥＤモジュールと、その本発明に係るＬＥＤモジュールを、ソリッドステートリレーを用いて、交流電源電圧にて直接駆動し、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群に対して個別に位相制御による発光のオン／オフ制御を行うＬＥＤ駆動回路とを備える構成とする。

本発明に係るＬＥＤモジュールによると、互いに発光色の異なる第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続しているので、交流電源電圧にて直接駆動し、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群に対して個別に位相制御による発光のオン／オフ制御を行うことで、演色制御が可能となる。また、本発明に係るＬＥＤモジュールによると、複数個のユニットが直列接続されることにより各ユニットの分散配置が可能となるので、又は、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群をセラミック基板若しくは金属基板上に実装しているので、発熱による寿命低下を抑制することができる。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。

まず、本発明の第一実施形態に係るＬＥＤモジュールについて説明する。本発明の第一実施形態に係るＬＥＤモジュールの一構成例を図１及び図２に示す。図１は本発明の第一実施形態に係るＬＥＤモジュールに用いられるユニットの上面図であり、図２は本発明の第一実施形態に係るＬＥＤモジュールの上面図である。

図１に示すユニット１０は、順方向が矢印Ａ方向である擬似白色のＬＥＤを３段直列接続した第１ＬＥＤ群と、順方向が矢印Ｂ方向であるオレンジ色のＬＥＤを３段直列接続した第２ＬＥＤ群とを並列接続したものを、樹脂基板２上に実装し、第１電極１と第２電極３との間に配設して、１パッケージ化している。擬似白色のＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップ４と、その短波長単色光のＬＥＤチップ４が発する光によって励起されて発光する蛍光体が分散しているシリコン樹脂７とを有し、３個の擬似白色のＬＥＤにおいてシリコン樹脂７は一体化している。オレンジ色のＬＥＤは、オレンジ色のＬＥＤチップ５からなる。第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群の各直列接続にはワイヤー配線６が用いられており、第１電極１は第１ＬＥＤ群のアノード側電極及び第２ＬＥＤ群のカソード側電極となり、第２電極３は第１ＬＥＤ群のカソード側電極及び第２ＬＥＤ群のアノード側電極となる。

図１に示すレイアウトでは、第１ＬＥＤ群の直列接続されるＬＥＤの段数、第２ＬＥＤ群の直列接続されるＬＥＤの段数がそれぞれ３であったが、２〜６の範囲が好適である。ただし、第１ＬＥＤ群の直列接続されるＬＥＤの段数、第２ＬＥＤ群の直列接続されるＬＥＤの段数は、２〜６の範囲に限定されることはなく、その上限値は熱的制限を考慮して適正化するとよい。

図２に示す本発明の第一実施形態に係るＬＥＤモジュールは、図１に示すユニット１０と同一構造であるｎ個のユニット１０−１〜１０−ｎを、第１ＬＥＤ群の順方向（矢印Ａ方向）及び第２ＬＥＤ群の順方向（矢印Ｂ方向）をそれぞれ揃えて所定の間隔（器具の熱的制限を満足する間隔）Ｌで並べ、直列接続している構成である。なお、図２中の符号１−１〜１−ｎは各ユニットの第１電極であり、符号３−１〜３−ｎは各ユニットの第２電極である。

図２に示すレイアウトではｎ個のユニット１０−１〜１０−ｎがライン状に並んでいるが、ｎ個のユニット１０−１〜１０−ｎの並びはこれに限定されることはなく、例えば円形状や四角形状であっても構わない。

ユニット１０−１〜１０−ｎの個数ｎは、ＡＣ１００Ｖ仕様用の場合には例えば１０にし、ＡＣ２００Ｖ仕様用の場合には例えば２０にするが、これらの値に限定されることはなく、その下限値は電源効率を考慮して適正化するとよい。

本発明の第一実施形態に係るＬＥＤモジュールは、互いに発光色の異なる第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続しているので、交流電源電圧にて直接駆動し、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群に対して個別に位相制御による発光のオン／オフ制御を行うことで、演色制御が可能となる。また、発明の第一実施形態に係るＬＥＤモジュールは、ｎ個のユニット１０−１〜１０−ｎを所定の間隔（器具の熱的制限を満足する間隔）Ｌで並べ、直列接続している構成であるので、発熱による寿命低下を抑制することができる。

また、現在商品化されているライン型のＬＥＤ照明装置で用いられている表面実装タイプの単色ＬＥＤチップよりも電流定格の大きいミディアムサイズチップをＬＥＤチップ４及び５に採用し、必要とされる光束が得られる数量のＬＥＤチップを使用することで、従来の問題点であった光束不足を改善することができるとともに、パワーＬＥＤに比べて明るさが均一に分散するので、パワーＬＥＤと比較して照度の均一性が向上する。

次に、本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールについて説明する。本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールの一構成例を図３及び図４に示す。図３は本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールに用いられるユニットの上面図であり、図４は本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールの上面図である。なお、図３及び図４において図１及び図２と同一の部分には同一の符号を付す。

図３に示すユニット２０は、順方向が矢印Ａ方向である第１擬似白色のＬＥＤを３段直列接続した第１ＬＥＤ群と、順方向が矢印Ｂ方向である第１擬似白色と異なる色である第２疑似白色のＬＥＤを３段直列接続した第２ＬＥＤ群とを並列接続したものを、樹脂基板２上に実装し、第１電極１と第２電極３との間に配設して、１パッケージ化している。第１擬似白色のＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップ４と、その短波長単色光のＬＥＤチップ４が発する光によって励起されて発光する蛍光体が分散しているシリコン樹脂７とを有し、３個の第１擬似白色のＬＥＤにおいてシリコン樹脂７は一体化している。第２擬似白色のＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップ４’と、その短波長単色光のＬＥＤチップ４’が発する光によって励起されて発光する蛍光体が分散しているシリコン樹脂８とを有し、３個の第２擬似白色のＬＥＤにおいてシリコン樹脂８は一体化している。

第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とで発光色が異なるようにするために、本実施形態では、シリコン樹脂７に分散している蛍光体の材料を一部変更したものを、シリコン樹脂８に分散している蛍光体として用い、シリコン樹脂７に分散している蛍光体が発する光のピーク波長とシリコン樹脂８に分散している蛍光体が発する光のピーク波長とが互いに異なるようにしている。例えば、シリコン樹脂７に分散している蛍光体として、一般的な蛍光体であるアルミン酸イットリウム（通称ＹＡＧ）に付活剤としてのセリウムを導入したものから成る酸化物蛍光体を用い、シリコン樹脂７に分散している蛍光体において、蛍光体母体であるＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂のＹの一部をＧｄ、Ｔｂ等で置換し、Ａｌの一部をＧａ等で置換したものを、シリコン樹脂８に分散している蛍光体として用いるようにすればよい。

また、本実施形態では、互いに異なる蛍光体が分散しているシリコン樹脂７及び８が混ざり合うことを防止するために、シリコン樹脂７を充填する際にガイドとして機能する窪み部２ａとシリコン樹脂８を充填する際にガイドとして機能する窪み部２ｂとを樹脂基板２の上部に設けている。

図３に示すレイアウトでは、第１ＬＥＤ群の直列接続されるＬＥＤの段数、第２ＬＥＤ群の直列接続されるＬＥＤの段数がそれぞれ３であったが、２〜６の範囲が好適である。ただし、第１ＬＥＤ群の直列接続されるＬＥＤの段数、第２ＬＥＤ群の直列接続されるＬＥＤの段数は、２〜６の範囲に限定されることはなく、その上限値は熱的制限を考慮して適正化するとよい。

図４に示す本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールは、図３に示すユニット２０と同一構造であるｎ個のユニット２０−１〜２０−ｎを、第１ＬＥＤ群の順方向（矢印Ａ方向）及び第２ＬＥＤ群の順方向（矢印Ｂ方向）をそれぞれ揃えて所定の間隔（器具の熱的制限を満足する間隔）Ｌで並べ、直列接続している構成である。なお、図４中の符号１−１〜１−ｎは各ユニットの第１電極であり、符号３−１〜３−ｎは各ユニットの第２電極である。

図４に示すレイアウトではｎ個のユニット２０−１〜２０−ｎがライン状に並んでいるが、ｎ個のユニット２０−１〜２０−ｎの並びはこれに限定されることはなく、例えば円形状や四角形状であっても構わない。

ユニット２０−１〜２０−ｎの個数ｎは、ＡＣ１００Ｖ仕様用の場合には例えば１０にし、ＡＣ２００Ｖ仕様用の場合には例えば２０にするが、これらの値に限定されることはなく、その下限値は電源効率を考慮して適正化するとよい。

本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールは、互いに発光色の異なる第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続しているので、交流電源電圧にて直接駆動し、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群に対して個別に位相制御による発光のオン／オフ制御を行うことで、演色制御が可能となる。また、本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールは、ｎ個のユニット２０−１〜２０−ｎを所定の間隔（器具の熱的制限を満足する間隔）Ｌで並べ、直列接続している構成であるので、発熱による寿命低下を抑制することができる。

また、現在商品化されているライン型のＬＥＤ照明装置で用いられている表面実装タイプの単色ＬＥＤチップよりも電流定格の大きいミディアムサイズチップをＬＥＤチップ４及び４’に採用し、必要とされる光束が得られる数量のＬＥＤチップを使用することで、従来の問題点であった光束不足を改善することができるとともに、パワーＬＥＤに比べて明るさが均一に分散するので、パワーＬＥＤと比較して照度の均一性が向上する。

次に、本発明の第三実施形態に係るＬＥＤモジュールについて説明する。本発明の第三実施形態に係るＬＥＤモジュールの一構成例を図５に示す。図５は本発明の第三実施形態に係るＬＥＤモジュールの上面図である。なお、図５において図３と同一の部分には同一の符号を付す。

図５に示す本発明の第三実施形態に係るＬＥＤモジュール３０は、順方向が矢印Ａ方向である第１擬似白色のＬＥＤを３０段直列接続した第１ＬＥＤ群と、順方向が矢印Ｂ方向である第１擬似白色と異なる色である第２疑似白色のＬＥＤを３０段直列接続した第２ＬＥＤ群とを並列接続したものを、放熱目的としてのセラミック基板９上に実装し、第１電極１と第２電極３との間に配設している。第１擬似白色のＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップ４と、その短波長単色光のＬＥＤチップ４が発する光によって励起されて発光する蛍光体が分散しているシリコン樹脂７とを有し、３０個の第１擬似白色のＬＥＤにおいてシリコン樹脂７は一体化している。第２擬似白色のＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップ４’と、その短波長単色光のＬＥＤチップ４’が発する光によって励起されて発光する蛍光体が分散しているシリコン樹脂８とを有し、３０個の第２擬似白色のＬＥＤにおいてシリコン樹脂８は一体化している。

第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とで発光色が異なるようにするために、本実施形態では、第二実施形態と同様に、シリコン樹脂７に分散している蛍光体の材料を一部変更したものを、シリコン樹脂８に分散している蛍光体として用い、シリコン樹脂７に分散している蛍光体が発する光のピーク波長とシリコン樹脂８に分散している蛍光体が発する光のピーク波長とが互いに異なるようにしている。例えば、シリコン樹脂７に分散している蛍光体として、一般的な蛍光体であるアルミン酸イットリウム（通称ＹＡＧ）に付活剤としてのセリウムを導入したものから成る酸化物蛍光体を用い、シリコン樹脂７に分散している蛍光体において、蛍光体母体であるＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂のＹの一部をＧｄ、Ｔｂ等で置換し、Ａｌの一部をＧａ等で置換したものを、シリコン樹脂８に分散している蛍光体として用いるようにすればよい。

また、本実施形態では、互いに異なる蛍光体が分散しているシリコン樹脂７及び８が混ざり合うことを防止するために、シリコン樹脂７を充填する際にガイドとして機能する窪み部９ａとシリコン樹脂８を充填する際にガイドとして機能する窪み部９ｂとをセラミック基板９の上部に設けている。

また、セラミック基板９の代わりに同一形状の金属基板（例えば、アルミニウム基板）を用いてもよい。セラミック基板９の代わりに同一形状の金属基板を用いる場合は、金属基板と第１電極１及び第２電極３との間に絶縁部材を設けるようにする。

図５に示すレイアウトでは第１ＬＥＤ群のＬＥＤと第２ＬＥＤ群のＬＥＤがそれぞれライン状に並んでいるが、第１ＬＥＤ群のＬＥＤ及び第２ＬＥＤ群のＬＥＤの各並びはこれに限定されることはなく、例えば円形状や四角形状であっても構わない。

本実施形態では、第１ＬＥＤ群のＬＥＤと第２ＬＥＤ群のＬＥＤの個数をそれぞれ３０にしているが、これらの値に限定されることはなく、その下限値は電源効率を考慮して適正化するとよい。

本発明の第三実施形態に係るＬＥＤモジュールは、互いに発光色の異なる第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続しているので、交流電源電圧にて直接駆動し、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群に対して個別に位相制御による発光のオン／オフ制御を行うことで、演色制御が可能となる。また、本発明の第三実施形態に係るＬＥＤモジュールは、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群をセラミック基板上に実装しているので、発熱による寿命低下を抑制することができる。

また、現在商品化されているライン型のＬＥＤ照明装置で用いられている表面実装タイプの単色ＬＥＤチップよりも電流定格の大きいミディアムサイズチップをＬＥＤチップ４及び４’に採用し、必要とされる光束が得られる数量のＬＥＤチップを使用することで、従来の問題点であった光束不足を改善することができるとともに、パワーＬＥＤに比べて明るさが均一に分散するので、パワーＬＥＤと比較して照度の均一性が向上する。

次に、本発明の第四実施形態に係るＬＥＤモジュールについて説明する。本発明の第四実施形態に係るＬＥＤモジュールの一構成例を図６に示す。図６は本発明の第四実施形態に係るＬＥＤモジュールの上面図である。なお、図６において図５と同一の部分には同一の符号を付す。

図６に示す本発明の第四実施形態に係るＬＥＤモジュール４０は、セラミック基板９−１及び９−２の支持板として機能する樹脂基板２上にセラミック基板９−１及び９−２を配設し、順方向が矢印Ａ方向である第１擬似白色のＬＥＤを３０段直列接続した第１ＬＥＤ群を放熱目的としてのセラミック基板９−１上に実装し、順方向が矢印Ｂ方向である第１擬似白色と異なる色である第２疑似白色のＬＥＤを３０段直列接続した第２ＬＥＤ群を放熱目的としてのセラミック基板９−２上に実装し、それらを第１電極１と第２電極３との間に配設している。第１擬似白色のＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップ４と、その短波長単色光のＬＥＤチップ４が発する光によって励起されて発光する蛍光体が分散しているシリコン樹脂７とを有し、３０個の第１擬似白色のＬＥＤにおいてシリコン樹脂７は一体化している。第２擬似白色のＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップ４’と、その短波長単色光のＬＥＤチップ４’が発する光によって励起されて発光する蛍光体が分散しているシリコン樹脂８とを有し、３０個の第２擬似白色のＬＥＤにおいてシリコン樹脂８は一体化している。

第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とで発光色が異なるようにするために、本実施形態では、第二実施形態及び第三実施形態と同様に、シリコン樹脂７に分散している蛍光体の材料を一部変更したものを、シリコン樹脂８に分散している蛍光体として用い、シリコン樹脂７に分散している蛍光体が発する光のピーク波長とシリコン樹脂８に分散している蛍光体が発する光のピーク波長とが互いに異なるようにしている。例えば、シリコン樹脂７に分散している蛍光体として、一般的な蛍光体であるアルミン酸イットリウム（通称ＹＡＧ）に付活剤としてのセリウムを導入したものから成る酸化物蛍光体を用い、シリコン樹脂７に分散している蛍光体において、蛍光体母体であるＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂のＹの一部をＧｄ、Ｔｂ等で置換し、Ａｌの一部をＧａ等で置換したものを、シリコン樹脂８に分散している蛍光体として用いるようにすればよい。

また、本実施形態では、互いに異なる蛍光体が分散しているシリコン樹脂７及び８が混ざり合うことを防止するために、シリコン樹脂７を充填する際にガイドとして機能する窪み部９−１ａをセラミック基板９−１の上部に設け、シリコン樹脂８を充填する際にガイドとして機能する窪み部９−２ａをセラミック基板９−２の上部に設けている。

また、セラミック基板９−１の代わりに同一形状の金属基板（例えば、アルミニウム基板）を用い、セラミック基板９−２の代わりに同一形状の金属基板（例えば、アルミニウム基板）を用いてもよい。

図６に示すレイアウトでは第１ＬＥＤ群のＬＥＤと第２ＬＥＤ群のＬＥＤがそれぞれライン状に並んでいるが、第１ＬＥＤ群のＬＥＤ及び第２ＬＥＤ群のＬＥＤの各並びはこれに限定されることはなく、例えば円形状や四角形状であっても構わない。

本実施形態では、第１ＬＥＤ群のＬＥＤと第２ＬＥＤ群のＬＥＤの個数をそれぞれ３０にしているが、これらの値に限定されることはなく、その下限値は電源効率を考慮して適正化するとよい。

本発明の第四実施形態に係るＬＥＤモジュールは、互いに発光色の異なる第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続しているので、交流電源電圧にて直接駆動し、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群に対して個別に位相制御による発光のオン／オフ制御を行うことで、演色制御が可能となる。また、本発明の第四実施形態に係るＬＥＤモジュールは、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群をセラミック基板上に実装しているので、発熱による寿命低下を抑制することができる。

また、現在商品化されているライン型のＬＥＤ照明装置で用いられている表面実装タイプの単色ＬＥＤチップよりも電流定格の大きいミディアムサイズチップをＬＥＤチップ４及び４’に採用し、必要とされる光束が得られる数量のＬＥＤチップを使用することで、従来の問題点であった光束不足を改善することができるとともに、パワーＬＥＤに比べて明るさが均一に分散するので、パワーＬＥＤと比較して照度の均一性が向上する。

また、用途により第１ＬＥＤ群と第２ＬＥＤ群とに点灯頻度の偏りが生じる利用方法が想定されるが、本発明の第四実施形態に係るＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ群毎に独立させたセラミック基板又は金属基板を使用しているため、点灯状態のＬＥＤ群が不灯状態のＬＥＤ群に及ぼす熱的影響を軽減することができ、上記利用方法に対して好適である。

次に、本発明に係るＬＥＤモジュールにおいて、第１ＬＥＤ群のＬＥＤの総数と第２ＬＥＤ群のＬＥＤの総数とを設定する際に留意すべき点について説明する。

電源効率を高めるために、第１ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値、第２ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値がそれぞれ０．６より大きくなるようにすることが望ましい。例えば、第１ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値、第２ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値がそれぞれ０．６である場合、交流電源電圧の約４０％が電流制限抵抗やソリッドステートリレーのオン電圧として消費されてしまい、著しく電源効率が低下する。

また、機能が不安定になることを防止するために、第１ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値、第２ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値がそれぞれ０．９８未満になるようにすることが望ましい。

第１ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値、第２ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値がそれぞれ０．９８以上である場合、電流制限抵抗の抵抗値を限りなく小さくする必要があるため、制限したい電流値のバラツキが大きくなり、機能が不安定になる。なお、このような設定にする場合には、第１ＬＥＤ群のＬＥＤの個数と第２ＬＥＤ群のＬＥＤの個数を同数にするとよい。

より好適には、第１ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値、第２ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計を前記ＬＥＤモジュールに供給される交流電源電圧（実効値）で除した値がそれぞれ０．８５より大きく０．９８未満になるようにすることが望ましい。

また、ＬＥＤの順方向電圧の製造バラツキによる損失は電源効率の低下につながるため、第１ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計と第２ＬＥＤ群のＬＥＤの順方向電圧（実効値）の合計とが±１０％の範囲で同じになるようにすることが望ましい。

最後に、本発明に係るＬＥＤ点灯装置について説明する。本発明に係るＬＥＤ点灯装置の一構成例を図７に示す。

図７に示す本発明に係るＬＥＤ点灯装置は、本発明に係るＬＥＤモジュール１０２と、本発明に係るＬＥＤモジュール１０２に流れる電流を制限する電流制限抵抗１０３と、２次側フォトトライアックが端子Ｔ₁及びＴ₂を介して本発明に係るＬＥＤモジュール１０２及び電流制限抵抗１０３に直列接続される非ゼロクロス型のソリッドステートリレー（以下、ＳＳＲという）１０４と、ＳＳＲ１０４の導通／非導通を制御するための制御信号を端子Ｔ_A及びＴ_Kを介してＳＳＲ１０４の１次側ＬＥＤに供給するドライバ回路１０５と、ドライバ回路１０５に直流電圧を印加するＤＣ電源１０６と、動作制御信号をドライバ回路１０５に出力する操作部１０７と、リモコン送信機１０９からの赤外線信号を受信し、その赤外線信号に基づいて生成した動作制御信号をドライバ回路１０５に出力する赤外線信号受信部１０８と、本発明に係るＬＥＤモジュール１０２、電流制限抵抗１０３、及びＳＳＲ１０４の２次側フォトトライアックに直列接続されるＡＣプラグ１０１とを備えている。

ドライバ回路１０５は、ＳＳＲ１０４の導通／非導通を制御するための制御信号として、端子Ｔ_Kを基準として端子Ｔ_Aに、比較的高電位を有する発光オン電圧または比較的低電位を有する発光オフ電圧を印加する。以下の説明において、特に断らなくても、発光オン電圧及び発光オフ電圧は、端子Ｔ_Kを基準として端子Ｔ_Aに印加されるものとする。

端子Ｔ_Aに発光オン電圧が印加されるタイミングではＳＳＲ１０４の一次側ＬＥＤに電流が流れてＳＳＲ１０４の一次側ＬＥＤが発光し、端子Ｔ_Aに発光オフ電圧が印加されるタイミングではＳＳＲ１０４の一次側ＬＥＤに電流は流れずＳＳＲ１０４の一次側ＬＥＤは発光しない。ＳＳＲ１０４の一次側ＬＥＤが発した光は、ＳＳＲ１０４の２次側フォトトライアックによって受光される。

ＳＳＲ１０４の２次側フォトトライアックに固有のオン電圧（例えば、約１．５Ｖ）よりも大きな電圧が印加されている状態で、発光オン電圧の供給によるＳＳＲ１０４の一次側ＬＥＤからの光がＳＳＲ１０４の２次側フォトトライアックに供給されると、ＳＳＲ１０４の２次側フォトトライアックはＰＮＰＮ接合の正帰還によりＡＣプラグ１０１に入力される商用交流電圧の半サイクルだけオンする。これにより、本発明に係るＬＥＤモジュール１０２が有する二つのＬＥＤ群のうち一つが発光する。

ＳＳＲ１０４の一次側ＬＥＤからの光が継続的に照射されている場合は、次の半サイクルもＳＳＲ１０４の２次側フォトトライアックはオンする。一方、次の半サイクルに至る前にＳＳＲ１０４の一次側ＬＥＤの発光が停止した場合は、ＳＳＲ１０４の２次側フォトトライアックに流れる電流が固有の保持電流値以下となることにより、次の半サイクルにおいてＳＳＲ１０４の２次側フォトトライアックはオフとなる。このように、ドライバ回路１０５は、ＳＳＲ１０４の導通／非導通を制御し、これによって本発明に係るＬＥＤユニット１０２の発光のオン／オフ制御を行う。

なお、ＳＳＲ１０４が非ゼロクロス型となっているため、ＳＳＲ１０４に対してＡＣプラグ１０１に入力される商用交流電圧に同期した位相制御を行うことにより（換言すれば、本発明に係るＬＥＤユニット１０２に流れる負荷電流の位相を制御することにより）、本発明に係るＬＥＤユニット１０２の輝度調整及び演色調整が可能となる。尚、ドライバ回路１０５は、上記位相制御が可能となるように、例えばゲートトリガ素子等を用いて構成される。

は、本発明の第一実施形態に係るＬＥＤモジュールに用いられるユニットの上面図である。 は、本発明の第一実施形態に係るＬＥＤモジュールの上面図である。 は、本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールに用いられるユニットの上面図である。 は、本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールの上面図である。 は、本発明の第三実施形態に係るＬＥＤモジュールの上面図である。 は、本発明の第四実施形態に係るＬＥＤモジュールの上面図である。 は、本発明に係るＬＥＤ点灯装置の一構成例を示す図である。 は、交流電源配線に直接接続される従来のＬＥＤ駆動回路の一構成例を示す図である。 は、図８に示すＬＥＤ駆動回路によって駆動する従来のＬＥＤモジュールの一構成例を示す図である。

符号の説明

１、１−１〜１−ｎ 第１電極
２ 樹脂基板
２ａ、２ｂ 窪み部
３、３−１〜３−ｎ 第２電極
４、４’ 短波長単色光のＬＥＤチップ
５ オレンジ色のＬＥＤチップ
６ ワイヤー配線
７、８ 蛍光体が分散しているシリコン樹脂
９、９−１、９−２ セラミック基板
９ａ、９ｂ、９−１ａ、９−２ａ 窪み部
１０、１０−１〜１０−ｎ 本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールに用いられるユニット
２０、２０−１〜２０−ｎ 本発明の第二実施形態に係るＬＥＤモジュールに用いられるユニット
３０ 本発明の第三実施形態に係るＬＥＤモジュール
４０ 本発明の第四実施形態に係るＬＥＤモジュール
１０１ ＡＣプラグ
１０２ 本発明に係るＬＥＤモジュール
１０３ 電流制限抵抗
１０４ ソリッドステートリレー
１０５ ドライバ回路
１０６ ＤＣ電源
１０７ 操作部
１０８ 赤外線信号受信部
１０９ リモコン送信機

Claims (8)

1. 同色のＬＥＤを複数個直列接続した第１ＬＥＤ群と、第１ＬＥＤ群のＬＥＤとは異なる色の同色のＬＥＤを複数個直列接続した第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続したものを１パッケージ化して一つのユニットとし、
   前記ユニットを複数個備え、その複数個のユニットを第１ＬＥＤ群の順方向及び第２ＬＥＤ群の順方向をそれぞれ揃えて直列接続していることを特徴とするＬＥＤモジュール。
2. 第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群の各ＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップが発する光によって励起されて発光する蛍光体とを有し、
   第１ＬＥＤ群のＬＥＤと第２ＬＥＤ群のＬＥＤとでは、前記蛍光体の材料の少なくとも一部が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
3. 二つの窪み部を有する基板を備え、
   前記二つの窪み部の一方に第１ＬＥＤ群を配設し、前記二つの窪み部の他方に第２ＬＥＤ群を配設することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤモジュール。
4. 同色のＬＥＤを複数個直列接続した第１ＬＥＤ群と、第１ＬＥＤ群のＬＥＤとは異なる色の同色のＬＥＤを複数個直列接続した第２ＬＥＤ群とを順方向が互いに逆になるように並列接続したものをセラミック基板又は金属基板上に配設していることを特徴とするＬＥＤモジュール。
5. 第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群の各ＬＥＤは、蛍光体の励起が可能な青色や近紫外光等の短波長単色光のＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップが発する光によって励起されて発光する蛍光体とを有し、
   第１ＬＥＤ群のＬＥＤと第２ＬＥＤ群のＬＥＤとでは、前記蛍光体の材料の少なくとも一部が互いに異なることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤモジュール。
6. 前記セラミック基板又は金属基板が二つの窪み部を有し、
   前記二つの窪み部の一方に第１ＬＥＤ群を配設し、前記二つの窪み部の他方に第２ＬＥＤ群を配設することを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤモジュール。
7. 前記セラミック基板又は金属基板が、第１ＬＥＤ群用と第２ＬＥＤ群用とで独立して樹脂基板上に形成されたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のＬＥＤモジュール。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のＬＥＤモジュールと、
   前記ＬＥＤモジュールを、ソリッドステートリレーを用いて、交流電源電圧にて直接駆動し、第１ＬＥＤ群及び第２ＬＥＤ群に対して個別に位相制御による発光のオン／オフ制御を行うＬＥＤ駆動回路とを備えることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。

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