JP2009272154A - 発光ダイオード照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】既存のインバータ方式の蛍光管用照明器具に装着して使用可能な発光ダイオード照明装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオードを含む発光回路10と、発光回路10が内側に配置され、発光ダイオードの出射光が透過する照明カバー200と、照明カバー200の長手方向の一方の端部に配置された第1電極ピン41及び第2電極ピン42、及び他方の端部に配置された第3電極ピン43及び第4電極ピン44と、第1電極ピン41と第3電極ピン43間に印加された交流電力及び第2電極ピン42と第4電極ピン44間に印加された交流電力を直流電力に整流し、その直流電力を発光ダイオード11〜1nに供給する第1の整流回路21及び第2の整流回路22と、第1電極ピン41と第2電極ピン42間に接続された第1のインピーダンス回路31と、第3電極ピン43と第4電極ピン44間に接続された第2のインピーダンス回路32とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光ダイオードを光源とする発光ダイオード照明装置に関する。
近年、蛍光灯等に代えて発光ダイオード(LED)を光源とする照明装置の実用化が進められている。発光ダイオードを光源とすることにより、蛍光灯を使用する場合に比べて長寿命、省エネルギー等の効果が得られる。
特に、発光ダイオードを用いた発光ダイオード照明装置を蛍光管の代わりに既存の蛍光管用照明器具に取り付けることができれば、蛍光管用照明器具の改造等が不要になり、既存の設備をそのまま使用することができる(例えば、特許文献1参照。)。ここで、蛍光管用照明器具とは、蛍光管を支持し、かつ蛍光管に電力を供給する電源として機能する器具である。
特開2004−192833号公報
しかしながら、特許文献1に記載された構成の発光ダイオード照明装置を既存のインバータ方式の蛍光管用照明器具に取り付けた場合、インバータ回路が正常に動作せず、発光ダイオードが発光しないという問題があった。これは、インバータ回路が正常に動作するための共振回路が構成されないためである。
上記問題点を鑑み、本発明は、既存のインバータ方式の蛍光管用照明器具に装着して使用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する。
本発明の一態様によれば、インバータ方式の蛍光管用照明器具に装着可能な発光ダイオード照明装置であって、(イ)発光ダイオードを含む発光回路と、(ロ)発光回路が内側に配置され、発光ダイオードの出射光が透過する照明カバーと、(ハ)照明カバーの長手方向の一方の端部に配置された第1及び第2電極ピン、及び照明カバーの長手方向の他方の端部に配置された第3及び第4電極ピンと、(ニ)第1電極ピンと第3電極ピン間に印加された交流電力及び第2電極ピンと第4電極ピン間に印加された交流電力を直流電力に整流し、その直流電力を発光ダイオードに供給する整流回路群と、(ホ)第1電極ピンと第2電極ピン間に接続された第1のインピーダンス回路と、(ヘ)第3電極ピンと第4電極ピン間に接続された第2のインピーダンス回路とを備える発光ダイオード照明装置が提供される。
本発明によれば、既存のインバータ方式の蛍光管用照明器具に装着して使用可能な発光ダイオード照明装置を提供できる。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置1は、インバータ方式の蛍光管用照明器具に装着可能な発光ダイオード照明装置であって、図1に示すように、発光ダイオード11〜1nを含む発光回路10と、発光回路10が内側に配置され、発光ダイオード11〜1nの出射光が透過する照明カバー200と、照明カバー200の長手方向の一方の端部に配置された第1電極ピン41及び第2電極ピン42、及び照明カバー200の長手方向の他方の端部に配置された第3電極ピン43及び第4電極ピン44と、第1電極ピン41と第3電極ピン43間に印加された交流電力及び第2電極ピン42と第4電極ピン44間に印加された交流電力を直流電力に整流し、その直流電力を発光ダイオード11〜1nに供給する第1の整流回路21及び第2の整流回路22と、第1電極ピン41と第2電極ピン42間に接続された第1のインピーダンス回路31と、第3電極ピン43と第4電極ピン44間に接続された第2のインピーダンス回路32とを備える。(n:2以上の整数)。発光回路10は発光ダイオード11〜1nを直列接続した構造を有し、発光ダイオード11のアノードは発光回路10の入力端子P101に接続し、発光ダイオード1nのカソードは発光回路10の出力端子P102に接続する。
図1に示した例では、基板100上に発光回路10、第1の整流回路21、第2の整流回路22、第1のインピーダンス回路31、第2のインピーダンス回路32が配置され、この基板100は内側が空洞の筐体である照明カバー200内に収納される。照明カバー200の長手方向の一方の端部を構成する第1の端子部210に第1電極ピン41及び第2電極ピン42は配置される。また、照明カバー200の長手方向の他方の端部を構成する第2の端子部220に第3電極ピン43及び第4電極ピン44は配置される。
図1に示すように、第1電極ピン41〜第4電極ピン44は、第1の端子部210及び第2の端子部220の端面を照明カバー200の長手方向に貫通して配置される。つまり、第1電極ピン41〜第4電極ピン44の一端は、照明カバー200の外側に露出して配置される。一方、第1電極ピン41〜第4電極ピン44の他端は照明カバー200の内側に露出し、基板100上に配置された発光回路10、第1の整流回路21、第2の整流回路22、第1のインピーダンス回路31、第2のインピーダンス回路32等と電気的に接続される。なお、図1では第1の端子部210及び第2の端子部220が照明カバー200の中央部分より長手方向に垂直な方向に幅が広い例を示したが、照明カバー200の中央部分の方が広くてもよいし、照明カバー200全体で同一の幅でもよい。
また、照明カバー200の内側に露出した第1電極ピン41又は第2電極ピン42の端部の少なくともいずれか、及び第3電極ピン43又は第4電極ピン44の端部の少なくともいずれかを、それぞれ基板100に固定し、これにより基板100を照明カバー200内に支持してもよい。或いは、他の方法により、例えば基板100の周辺部を照明カバー200の内側に接合する等の方法によって、基板100を照明カバー200内に支持するようにしてもよい。
図2に示すように発光ダイオード照明装置1を第1電極ピン41〜第4電極ピン44によって既存のインバータ方式の蛍光管用照明器具300に装着可能なように、発光ダイオード照明装置1の外形寸法、即ち、長手方向の長さWや幅D、及び第1電極ピン41〜第4電極ピン44の配置等は、従来の蛍光管と同じにする。例えば、照明カバー200の外形寸法を日本工業規格(JIS)により規定された蛍光管の外形寸法に合わせて設定する。特に、蛍光管用照明器具300への取り付け部品である口金具に相当する第1の端子部210及び第2の端子部220の形状、構造は、従来の蛍光管の口金具と互換性を持たせる。蛍光管用照明器具300の詳細については後述する。
図3に、第1の端子部210を透過して長手方向と垂直な面からみた発光ダイオード照明装置1の構造例を示す。ここで、発光ダイオード照明装置1は、例えば、口金具に想到する第1の端子部210及び第2の端子部220がG13タイプであり照明カバー200が直径φ26の管形状である。なお、図3に示すように、基板100の表面に配置された発光ダイオード11〜1n等から発生する熱を放出するために、表面に対向する基板100の裏面にアルミニウム(Al)等からなる放熱板110を配置してもよい。
発光ダイオード照明装置1の照明カバー200には、発光ダイオード11〜1nの出射光が透過する材料を採用可能である。例えば、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等により照明カバー200は形成される。照明カバー200は、基板100上に配置された発光ダイオード11〜1n等を保護すると共に、発光ダイオード11〜1nの出射光を拡散して発光ダイオード照明装置1の外部に出力する。このため、発光ダイオード11〜1nからそれぞれ出射される指向性の高い光を、発光ダイオード照明装置1から広い面積に均一に照射できる。また、照明カバー200に蛍光体を塗布することにより、発光ダイオード照明装置1からの出射光を所望の色彩に調整できる。照明カバー200の外形は種々の形状が採用可能であり、例えば角柱形状であっても円筒形状であってもよい。
基板100には、例えばアルミニウム板等のプリント基板が採用可能である。基板100に形成された配線パターンやワイヤー配線等により、第1電極ピン41〜第4電極ピン44、発光回路10、第1の整流回路21、第2の整流回路22、第1のインピーダンス回路31、第2のインピーダンス回路32が互いに電気的に接続される。
図1に示すように、第1の整流回路21及び第2の整流回路22は、それぞれ整流ブリッジダイオードである。
第1の整流回路21は、ダイオードD211〜D214を有する。第1の整流回路21は、ダイオードD211のカソードとダイオードD213のアノードとの接続点である交流端子ac11、及びダイオードD212のアノードとダイオードD214のカソードとの接続点である交流端子ac12に入出力される交流を、全波整流して出力する。整流された出力は、ダイオードD211のカソードとダイオードD212のカソードとの接続点である直流端子dc11、及びダイオードD213のアノードとダイオードD214のアノードとの接続点である直流端子dc12から供給される。なお、直流端子dc11がプラス電位、直流端子dc12がマイナス電位になる。
第1の整流回路21の交流端子ac11は第1電極ピン41に接続し、交流端子ac12は第2電極ピン42に接続する。そして、直流端子dc11は発光回路10の入力端子P101に接続し、直流端子dc12は発光回路10の出力端子P102に接続する。
第2の整流回路22は、ダイオードD221〜D224を有する。第2の整流回路22は、ダイオードD221のアノードとダイオードD223のカソードとの接続点である交流端子ac21、及びダイオードD222のアノードとダイオードD224のカソードとの接続点である交流端子ac22に入出力される交流を、全波整流して出力する。整流された出力は、ダイオードD221のカソードとダイオードD222のカソードとの接続点である直流端子dc21、及びダイオードD223のアノードとダイオードD224のアノードとの接続点である直流端子dc22から供給される。なお、直流端子dc21がプラス電位、直流端子dc22がマイナス電位になる。
第2の整流回路22の交流端子ac21は第3電極ピン43に接続し、交流端子ac22は第4電極ピン44に接続する。そして、直流端子dc21は発光回路10の入力端子P101に接続し、直流端子dc22は発光回路10の出力端子P102に接続する。
第1のインピーダンス回路31及び第2のインピーダンス回路32は、それぞれインダクタL1と抵抗R1を直列接続して構成される。つまり、第1のインピーダンス回路31においては、インダクタL1の一端が第1電極ピン41に接続し、他端が抵抗R1の一端に接続する。そして、抵抗R1の他端が第2電極ピン42に接続する。同様に、第2のインピーダンス回路32においては、インダクタL1の一端が第3電極ピン43に接続し、他端が抵抗R1の一端に接続する。そして、抵抗R1の他端が第4電極ピン44に接続する。
第1のインピーダンス回路31及び第2のインピーダンス回路32の回路インピーダンスZが電子回路320の出力する高周波交流電力の周波数fにおいて所定のインピーダンス値になるように、周波数fに応じて第1のインピーダンス回路31及び第2のインピーダンス回路32は構成される。具体的には、蛍光管用照明器具300に装着可能な蛍光管のフィラメントの周波数fにおけるインピーダンス値と同程度になるように、第1電極ピン41及び第2電極ピン42からみた第1のインピーダンス回路31の回路インピーダンスZ、及び第3電極ピン43及び第4電極ピン44からみた第2のインピーダンス回路32の回路インピーダンスZが設定される。例えば、電子回路320が出力する高周波交流電力の周波数が50kHzの場合、第1のインピーダンス回路31及び第2のインピーダンス回路32の回路インピーダンスZは、2.7〜3.3Ω程度に設定される。より具体的には、インダクタL1のインダクタンスは0.4〜1.0μH程度、抵抗R1の抵抗値は2.7〜3.3Ω程度である。
なお、図1にはインダクタL1と抵抗R1が直列接続されて第1のインピーダンス回路31及び第2のインピーダンス回路32が構成される例を示したが、この構成に限られないのはもちろんである。例えば、第1のインピーダンス回路31及び第2のインピーダンス回路32をパターンコイルによって構成してもよい。
ここで、蛍光管用照明器具300について説明する。図2に示すように、インバータ方式の蛍光管用照明器具300は、電源310、電子回路320、共振コンデンサ330を有する。電子回路320は、電源310から供給される例えば50Hz若しくは60Hzの交流電力を整流平滑化した後、例えば20000〜50000Hz程度の高周波交流電力に変換して、この高周波交流電力を発光ダイオード照明装置1に供給する。共振コンデンサ330は、共振回路を構成してインバータ動作を実現するための共振コンデンサであり、更に共振コンデンサ330を配置することによりノイズ除去の効果も奏する。共振コンデンサ330の値により高周波交流電力の周波数が決まる。
図1に示した発光ダイオード照明装置1を、図2に示すように蛍光管用照明器具300に装着すると、例えば、第1電極ピン41及び第3電極ピン43が電子回路320と電気的に接続する。同時に、第2電極ピン42が共振コンデンサ330の一方の電極に接続し、第4電極ピン44が共振コンデンサ330の他方の電極に接続する。なお、第1電極ピン41及び第3電極ピン43が共振コンデンサ330に接続し、第2電極ピン42及び第4電極ピン44が電子回路320に接続してもよい。ただし、発光ダイオード11〜1nの出射光が発光ダイオード照明装置1から所望の方向に出射されるように、発光ダイオード照明装置1を蛍光管用照明器具300に装着する。
蛍光管用照明器具300に装着された発光ダイオード照明装置1の動作例を以下に説明する。先ず、第1電極ピン41と第3電極ピン43を介して高周波交流電力が発光ダイオード照明装置1に供給される場合を説明する。
ここで、第1電極ピン41から電流が流入する場合には、電流はダイオードD211を介して直流端子dc11及び入力端子P101を経由して発光回路10に流れる。そして、発光回路10から流れ出た電流は、出力端子P102及び直流端子dc22を経由した後、ダイオードD223を介して第3電極ピン43に流れる。
一方、第3電極ピン43から電流が流入する場合には、電流はダイオードD221を介して直流端子dc21及び入力端子P101を経由して発光回路10に流れる。そして、発光回路10から流れ出た電流は、出力端子P102及び直流端子dc12を経由した後、ダイオードD213を介して第1電極ピン41に流れる。
次に、第2電極ピン42と第4電極ピン44を介して高周波交流電力が発光ダイオード照明装置1に供給される場合を説明する。第2電極ピン42から電流が流入する場合には、電流はダイオードD212を介して直流端子dc11及び入力端子P101を経由して発光回路10に流れる。そして、発光回路10から流れ出た電流は、出力端子P102及び直流端子dc22を経由した後、ダイオードD224を介して第4電極ピン44に流れる。
一方、第4電極ピン44から電流が流入する場合には、電流はダイオードD222を介して直流端子dc21及び入力端子P101を経由して発光回路10に流れる。そして、発光回路10から流れ出た電流は、出力端子P102及び直流端子dc12を経由した後、ダイオードD214を介して第2電極ピン42に流れる。
上記のように、第1電極ピン41と第3電極ピン43間に高周波交流電力が印加された場合であっても、第2電極ピン42と第4電極ピン44間に高周波交流電力が印加された場合であっても、第1の整流回路21及び第2の整流回路22によって蛍光管用照明器具300が出力する高周波交流電力が全波整流されて、発光回路10に直流電流が供給される。このため、発光ダイオード11〜1nを発光させることができる。
ここで、図4に、蛍光管用照明器具300に蛍光管400を装着した例を示す。蛍光管400のフィラメント401、402に高周波交流電力が供給され、蛍光管400が点灯する。インバータ方式の蛍光管用照明器具300が正常にインバータ動作するためには、図4に示すような電子回路320、フィラメント401、402、及び共振コンデンサ330を含むループ状の共振回路が必要である。したがって、蛍光管用照明器具に接続する第1電極ピン41と第2電極ピン42間、及び第3電極ピン43と第4電極ピン44間がオープンの場合は、インバータ回路が正常に動作するための共振回路が構成されず、その結果、インバータ回路が正常に動作せずに発光ダイオード11〜1nが発光しない。
図1に示した発光ダイオード照明装置1では、第1のインピーダンス回路31及び第2のインピーダンス回路32が蛍光管400のフィラメント401、402の代わりになる。つまり、図2に示したように発光ダイオード照明装置1を既存のインバータ方式の蛍光管用照明器具300に装着した場合には、インバータ動作するために必要な共振回路が蛍光管400を装着した場合と同様に構成される。その結果、蛍光管用照明器具300と発光ダイオード照明装置1により、正常なインバータ動作が実現される。つまり、蛍光管用照明器具300に装着された発光ダイオード照明装置1は、蛍光管用照明器具300によって支持され、蛍光管用照明器具300から供給される高周波交流電力により発光する。
なお、発光回路10に含まれる発光ダイオード11〜1nの直列接続される発光ダイオードの個数は、蛍光管用照明器具300が供給する交流電圧Vfに応じて設定されることが好ましい。例えば、交流電圧Vfが第1電極ピン41と第3電極ピン43間に印加された場合に入力端子P101と出力端子P102間に生じる電圧を発光ダイオード11〜1nの所望の各アノード−カソード間電圧で割った値とほぼ等しくなるように、発光回路10に含まれる発光ダイオード11〜1nの直列接続される個数を設定する。設定された個数が直列接続された複数の発光ダイオード列を、入力端子P101と出力端子P102間に互いに並列に接続してもよいことはもちろんである。
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置1によれば、発光ダイオード照明装置1を蛍光管の代わりに既存のインバータ方式の蛍光管用照明器具300に装着し、正常に発光ダイオード11〜1nを発光させることができる。つまり、既存のインバータ方式の蛍光管用照明器具の改造等を行わずに使用可能な発光ダイオード照明装置が提供される。
(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
既に述べた実施形態の説明においては、発光ダイオード照明装置1が直管蛍光管と同様の外観形状である場合を示したが、発光ダイオード照明装置1の外観形状が平面らせん形状や電球形状であってもよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置をインバータ方式の蛍光管用照明器具に装着した例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置の端面からみた構造を示す模式図である。 インバータ方式の蛍光管用照明器具に蛍光管を装着した例を示す模式図である。
符号の説明
1…発光ダイオード照明装置
10…発光回路
11〜1n…発光ダイオード
21…第1の整流回路
22…第2の整流回路
31…第1のインピーダンス回路
32…第2のインピーダンス回路
41…第1電極ピン
42…第2電極ピン
43…第3電極ピン
44…第4電極ピン
100…基板
110…放熱板
200…照明カバー
210…第1の端子部
220…第2の端子部
300…蛍光管用照明器具
310…電源
320…電子回路
330…共振コンデンサ
D211〜D214…ダイオード
D221〜D224…ダイオード
L1…インダクタ
R1…抵抗

Claims (6)

  1. インバータ方式の蛍光管用照明器具に装着可能な発光ダイオード照明装置であって、
    発光ダイオードを含む発光回路と、
    前記発光回路が内側に配置され、前記発光ダイオードの出射光が透過する照明カバーと、
    前記照明カバーの長手方向の一方の端部に配置された第1及び第2電極ピン、及び前記照明カバーの長手方向の他方の端部に配置された第3及び第4電極ピンと、
    前記第1電極ピンと前記第3電極ピン間に印加された交流電力及び前記第2電極ピンと前記第4電極ピン間に印加された交流電力を直流電力に整流し、該直流電力を前記発光ダイオードに供給する整流回路群と、
    前記第1電極ピンと前記第2電極ピン間に接続された第1のインピーダンス回路と、
    前記第3電極ピンと前記第4電極ピン間に接続された第2のインピーダンス回路と
    を備えることを特徴とする発光ダイオード照明装置。
  2. 前記整流回路群が、
    前記第1電極ピンに接続する第1の交流端子、前記第2電極ピンに接続する第2の交流端子、前記発光ダイオードのアノードに接続する第1の直流端子、及び前記発光ダイオードのカソードに接続する第2の直流端子を有する整流ブリッジダイオードからなる第1の整流回路と、
    前記第3電極ピンに接続する第3の交流端子、前記第4電極ピンに接続する第4の交流端子、前記発光ダイオードのアノードに接続する第3の直流端子、及び前記発光ダイオードのカソードに接続する第4の直流端子を有する整流ブリッジダイオードからなる第2の整流回路と
    を備えることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード照明装置。
  3. 前記第1の整流回路が、
    アノードが前記第1の交流端子に接続し、カソードが前記第1の直流端子に接続する第1のダイオードと、
    アノードが前記第2の交流端子に接続し、カソードが前記第1の直流端子に接続する第2のダイオードと、
    アノードが前記第2の直流端子に接続し、カソードが前記第1の交流端子に接続する第3のダイオードと、
    アノードが前記第2の直流端子に接続し、カソードが前記第2の交流端子に接続する第4のダイオードと
    を備え、
    前記第2の整流回路が、
    アノードが前記第3の交流端子に接続し、カソードが前記第3の直流端子に接続する第5のダイオードと、
    アノードが前記第4の交流端子に接続し、カソードが前記第3の直流端子に接続する第6のダイオードと、
    アノードが前記第4の直流端子に接続し、カソードが前記第3の交流端子に接続する第7のダイオードと、
    アノードが前記第4の直流端子に接続し、カソードが前記第4の交流端子に接続する第8のダイオードと
    を備えることを特徴とする請求項2に記載の発光ダイオード照明装置。
  4. 前記発光回路が、直列接続された複数の発光ダイオードを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光ダイオード照明装置。
  5. 前記第1及び第2のインピーダンス回路の回路インピーダンスが、前記蛍光管用照明器具の出力する高周波交流電力の周波数に応じて設定されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光ダイオード照明装置。
  6. 前記第1及び第2のインピーダンス回路が、インダクタと抵抗とを直列接続した構成を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発光ダイオード照明装置。
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