JP2010040170A - 発光装置、照明装置及びそれを備えた照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】直列接続される複数の発光ダイオードに対する逆電圧の印加およびこれに伴う発光ダイオードの発光不良の発生を抑制する。
【解決手段】照明システムは、それぞれが青色ＬＥＤを備えた複数の発光チップ５２と、複数の青色ＬＥＤを、極性が揃えられた状態で直列接続して発光ダイオード列を形成する基板５１と、基板５１が取り付けられ、電気的に接地されるシェード１２と、交流電源から第１給電線および第２給電線を介して供給される交流を直流に変換し、発光ダイオード列に供給する交直流変換装置と、基板５１とシェード１２との間に配置され、基板５１およびシェード１２と電気的に絶縁され、第１給電線と電気的に接続される導電シートと、第２給電線を電気的に接続および切断するスイッチとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードを用いた発光装置、照明装置及びそれを備えた照明システムに関する。

近年、電球や蛍光ランプに代えて、高効率、長寿命が期待される発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下、ＬＥＤと略す）を照明器具として利用する技術が提案されている。このようなＬＥＤは、順方向に電流が流れた際に発光し、逆方向に電流が流れた場合には発光しないという特性を有している。また、ＬＥＤは、一般的な整流用ダイオードと比較して、逆方向にかかる電圧（逆電圧）に対する耐性が低いことが知られている。

ここで、一般的な商用電源は交流を採用しているため、交流に直接ＬＥＤを接続した場合には、周期的にＬＥＤに過大な逆電圧がかかってしまい、ＬＥＤの発光不良を招くおそれがある。
このため、商用電源等の交流を直流に変換した後に、ＬＥＤに供給する技術が種々提案されている。

公報記載の技術として、例えばダイオードブリッジ回路を用いて商用交流電源を全波整流し、直列接続された複数のＬＥＤに供給する交流電源用発光装置において、直列接続される複数のＬＥＤに対してキャパシタを並列接続し、各ＬＥＤでの明滅（フリッカ）を抑制する技術が存在する（特許文献１参照）。
また、別の公報記載の技術として、例えばダイオードブリッジ回路を用いて交流電源を全波整流し、直列接続された複数の発光ダイオードに供給する発光ダイオード表示素子において、交流電源とダイオードブリッジ回路とを電気的に接続・切断するためのスイッチを設け、スイッチのオン・オフによって各発光ダイオードを点灯・消灯させる技術が存在する（特許文献２参照）。

特開２００７−１２８０８号公報 特開平５−６６７１８号公報

しかしながら、交流を直流に変換してＬＥＤに供給を行う場合において、例えばＬＥＤを発光させないようにスイッチをオフにしている間に、ＬＥＤに逆電圧がかかってしまうという現象が発生することがあった。
そして、このような現象が発生すると、直列接続された複数のＬＥＤのうち、接続方向の両端側に配置されたＬＥＤが発光しなくなってしまうおそれがあった。

本発明は、直列接続される複数の発光ダイオードに対する逆電圧の印加およびこれに伴う発光ダイオードの発光不良の発生を抑制することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明が適用される照明システムは、複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオードを、極性が揃えられた状態で直列接続して発光ダイオード列を形成する基板と、基板が取り付けられ、電気的に接地される筐体と、交流電源から第１給電線および第２給電線を介して供給される交流を直流に変換し、発光ダイオード列に供給する交直流変換部と、第２給電線を電気的に接続および切断するスイッチと、基板と筐体との間に配置され、筐体と電気的に絶縁され、第１給電線から第２給電線に設けられたスイッチまでの間の電気回路のいずれかの部位と電気的に接続される導電部材とを含んでいる。

このような照明システムにおいて、導電部材が第１給電線から発光ダイオード列のアノード端部までの間、または、第２給電線に設けられたスイッチから発光ダイオード列のカソード端部までの間のいずれかの部位と電気的に接続されることを特徴とすることができる。また、導電部材が第１給電線と電気的に接続されることを特徴とすることができる。また、導電部材が発光ダイオード列のいずれか一方の端部と電気的に接続されることを特徴とすることができる。さらに、交直流変換部は、交流電源に接続される１次側と発光ダイオード列に接続される２次側とを絶縁しない非絶縁型であることを特徴とすることができる。さらにまた、交直流変換部がダイオードブリッジ回路からなることを特徴とすることができる。この場合に、ダイオードブリッジ回路は、第１給電線および第２給電線にそれぞれ接続される２つの入力接続部と発光ダイオード列に接続される２つの出力接続部を備え、２つの出力接続部の間にコンデンサを接続することを特徴とすることができる。また、導電部材と基板との間および導電部材と筐体との間にそれぞれ設けられる絶縁部材をさらに含むことを特徴とすることができる。そして、導電部材が基板と一体化していることを特徴とすることができる。

また、他の観点から捉えると、本発明が適用される照明システムは、複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオードを、極性が揃えられた状態で直列接続して発光ダイオード列を形成する基板と、基板が取り付けられ、電気的に接地される筐体と、交流電源から第１給電線および第２給電線を介して供給される交流を直流に変換し、発光ダイオード列に供給する交直流変換部と、第２給電線を電気的に接続および切断するスイッチと、基板と一体化し筐体に対峙するように設けられ、筐体と電気的に絶縁され、第１給電線から第２給電線に設けられたスイッチまでの間の電気回路のいずれかの部位と電気的に接続される導電部材とを含んでいる。

このような照明システムにおいて、導電部材が、基板に設けられ複数の発光ダイオードを接続する配線に接続されることを特徴とすることができる。また、導電部材が発光ダイオード列のいずれか一方の端部と電気的に接続されることを特徴とすることができる。

さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される照明装置は、複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオードを、極性が揃えられた状態で直列接続して発光ダイオード列を形成する基板と、基板が取り付けられ、電気的に接地される筐体と、基板と筐体との間に配置され、複数の発光ダイオードで発生した熱を、基板を介して筐体に伝達する放熱部材とを含み、放熱部材は、絶縁性を有し筐体と接する側に設けられた第１絶縁部材と、絶縁性を有し基板と接する側に設けられた第２絶縁部材と、導電性を有し第１絶縁部材と第２絶縁部材との間に設けられた導電部材とを備えることを特徴としている。

このような照明装置において、発光ダイオード列には、交流電源から第１給電線およびスイッチが設けられた第２給電線を介して供給される交流を変換して得られた直流が供給され、導電部材は、第１給電線と電気的に接続されることを特徴とすることができる。また、筐体は、複数の発光ダイオードから出射された光を反射する反射部材を兼ねることを特徴とすることができる。

さらにまた、他の観点から捉えると、本発明が適用される発光装置は、複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオードを、極性が揃えられた状態で直列接続して発光ダイオード列を形成する基板と、基板の複数の発光ダイオードの取り付け面の背後に基板と一体化して形成され、複数の発光ダイオードを接続する配線に接続される導電部材とを含んでいる。

このような発光装置において、導電部材は、基板のほぼ全面にわたって形成されることを特徴とすることができる。また、導電部材が発光ダイオード列のいずれか一方の端部と電気的に接続されることを特徴とすることができる。さらに、導電部材が、基板の裏面に形成されることを特徴とすることができる。さらにまた、基板は、複数の発光ダイオードが取り付けられる第１基板と、第１基板の複数の発光ダイオードが取り付けられる面とは反対側の面に対向配置される第２基板とを備え、導電部材が、第１基板と第２基板との間に形成されることを特徴とすることができる。

本発明によれば、直列接続される複数の発光ダイオードに対する逆電圧の印加およびこれに伴う発光ダイオードの発光不良の発生を抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜実施の形態１＞
図１は実施の形態１が適用される照明システムの全体構成の一例を示す図である。
この照明システムは、例えば街灯や室内灯として用いられる照明装置１０と、第１給電線２１および第２給電線２２を用いてＡＣ１００Ｖ（実効値）の電力供給を行う交流電源の一例としての商用電源２０と、商用電源２０から供給される交流電圧を直流電圧に変換する交直流変換装置３０と、商用電源２０と交直流変換装置３０とを電気的に接続および切断するスイッチ４０とを備えている。

交直流変換部の一例としての交直流変換装置３０は、４つのダイオードすなわち第１ダイオード３１、第２ダイオード３２、第３ダイオード３３および第４ダイオード３４によって構成されたダイオードブリッジ回路３５を備えている。ここで、ダイオードブリッジ回路３５においては、第１ダイオード３１のカソードと第２ダイオード３２のカソードとが接続され、第２ダイオード３２のアノードと第４ダイオード３４のカソードとが接続され、第４ダイオード３４のアノードと第３ダイオード３３のアノードとが接続され、第３ダイオード３３のカソードと第１ダイオード３１のアノードとが接続されている。なお、以下の説明においては、第１ダイオード３１のアノードと第３ダイオード３３のカソードとの接続部を第１入力接続部３７ａと呼び、第２ダイオード３２のアノードと第４ダイオード３４のカソードとの接続部を第２入力接続部３７ｂと呼ぶ。また、第１ダイオード３１のカソードと第２ダイオード３２のカソードとの接続部を第１出力接続部３８ａと呼び、第３ダイオード３３のアノードと第４ダイオード３４のアノードとの接続部を第２出力接続部３８ｂと呼ぶ。なお、本実施の形態では、第１入力接続部３７ａおよび第２入力接続部３７ｂが２つの入力接続部として機能し、また、第１出力接続部３８ａおよび第２出力接続部３８ｂが２つの出力接続部として機能している。

また、交直流変換装置３０は、２つの入力端子すなわち第１入力端子７１および第２入力端子７２と、３つの出力端子すなわち第１出力端子７３、第２出力端子７４および第３出力端子７５とをさらに備えている。ここで、第１入力端子７１は、第１給電線２１に接続され、内部配線を介してダイオードブリッジ回路３５の第１入力接続部３７ａと第３出力端子７５とに接続されている。一方、第２入力端子７２は、第２給電線２２に接続され、内部配線を介してダイオードブリッジ回路３５の第２入力接続部３７ｂに接続されている。また、第１出力端子７３は、内部配線を介してダイオードブリッジ回路３５の第１出力接続部３８ａに接続されている。一方、第２出力端子７４は、内部配線を介してダイオードブリッジ回路３５の第２出力接続部３８ｂに接続されている。

さらに、交直流変換装置３０は、ダイオードブリッジ回路３５の第１出力接続部３８ａと第２出力接続部３８ｂとに接続されるコンデンサ３６をさらに備えている。したがって、コンデンサ３６は、第１出力端子７３と第２出力端子７４との間に接続されていることになる。なお、コンデンサ３６は電解コンデンサで構成される。

また、交直流変換装置３０の第１出力端子７３は第１出力線８１を介して、第２出力端子７４は第２出力線８２を介して、第３出力端子７５は第３出力線８３を介して、それぞれ照明装置１０に接続されている。

そして、この交直流変換装置３０では、商用電源２０から第１給電線２１および第２給電線２２を介して入力されてくるＡＣ１００Ｖの入力電圧を、そのまま直流の出力電圧に変換するようになっている。このため、交直流変換装置３０は、ＡＣ１００Ｖを一旦別の交流電圧に変換するためのトランスを有しておらず、結果として、１次側（商用電源２０側）と２次側（照明装置１０）とが、トランス等によって絶縁されない非絶縁型となっている。ここで、直流の出力電圧は、第１出力端子７３を正極、第２出力端子７４を負極として照明装置１０に供給される。

なお、非絶縁型の交直流変換装置３０には、１次側と２次側とを例えばトランスで接続することにより絶縁し、且つ、制御回路についても１次側と２次側とを例えばフォトカプラで接続することにより絶縁を行うもの以外のすべてが含まれる。

また、スイッチ４０は、商用電源２０からの電力供給に使用される第１給電線２１、第２給電線２２のうち、第２入力端子７２側すなわち第２給電線２２の接続および切断を行う所謂片切りスイッチで構成される。

図２は、照明装置１０の構成の一例を説明するための図である。ここで、図２（ａ）は照明装置１０を被照射側からみた正面図であり、図２（ｂ）は照明装置１０の側面図である。

この照明装置１０は、配線やスルーホール等が形成された基板５１と、基板５１の表面に取り付けられた複数の発光チップ５２とを備えた発光装置１１と、凹字状の断面形状を有し、凹部内側の底部に発光装置１１が取り付けられるように構成されたシェード１２とを備えている。また、照明装置１０は、発光装置１１の基板５１の裏面と、シェード１２の凹部内側の底部との間に挟まれるように配置された放熱部材１３をさらに備えている。そして、発光装置１１および放熱部材１３は、金属製のねじ１４によってシェード１２に取り付けられ、固定されている。このため、基板５１には、ねじ１４の取り付け位置に対応したねじ穴（図示せず）が形成されている。なお、照明装置１０には、必要に応じて、発光チップ５２から出射される光を均一にするための拡散レンズ等を設けるようにしてもよい。

基板５１は、例えばガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板（ガラエポ基板）等で構成され、長方形状の形状を有している。そして、基板５１の内部には複数の発光チップ５２を電気的に接続するための配線が形成され、その表面には白色レジスト膜が塗布形成されている。また、基板５１は表面、裏面ともに放熱性をよくするため、できる限り多くの面積の銅箔を残した配線となっており、表裏面はスルーホールで電気的・熱的な導通をとっている。なお、白色レジスト塗装膜に代えて、蒸着等により金属膜を形成するようにしてもよい。

また、発光チップ５２は、基板５１の表面に、基板５１の短手方向に３列且つ長手方向に１４列の合計４２個が取り付けられている。

さらに、筐体および反射部材の一例としてのシェード１２は、例えば折り曲げ加工された金属板で構成されており、その凹部内側は白色に塗装されている。そして、シェード１２は、照明装置１０を構成した際に、電気的に接地される。なお、シェード１２の凹部内側には、白色塗装膜に代えて、蒸着等により金属膜を形成するようにしてもよい。

図３は、放熱部材１３の構成を説明するための図である。ここで、図３（ａ）は放熱部材１３の上面図を、図３（ｂ）は図３（ａ）のIIIＢ−IIIＢ断面図を、それぞれ示している。

放熱部材１３は、シェード１２（図２参照）と接する側に設けられた第１絶縁部材の一例としての第１放熱シート１３１と、第１放熱シート１３１上に設けられた導電部材の一例としての導電シート１３２と、導電シート１３２上であって発光装置１１の基板５１（図２参照）の裏面と接する側に設けられた第２絶縁部材の一例としての第２放熱シート１３３とを備える。つまり、放熱部材１３は、第１放熱シート１３１と第２放熱シート１３３とによって導電シート１３２を挟み込んだ構成を有している。なお、本実施の形態では、第１放熱シート１３１および第２放熱シート１３３が、絶縁部材として機能している。ここで、第１放熱シート１３１および第２放熱シート１３３は、例えばシート状熱伝導ゲル（株式会社タイカ製、ＣＯＨ−４０００、厚さ１ｍｍ）など、熱伝導性が高く絶縁性も高い材料で構成される。一方、導電シート１３２は、例えば銅箔やアルミ箔など、熱伝導性が高く導電性も高い材料で構成される。

また、放熱部材１３の導電シート１３２は、図２に示す照明装置１０を構成した場合に、図１に示す第３出力線８３を介して交直流変換装置３０の第３出力端子７５と電気的に接続されるようになっている。

そして、放熱部材１３には、対角の位置に２つの穿孔１３０が貫通形成されている。２つの穿孔１３０は、図２に示す発光装置１１および放熱部材１３をシェード１２に取り付ける際に、ねじ１４が貫通する位置に形成されている。なお、穿孔１３０の直径はねじ１４の径よりも大きく設定されており、ねじ１４を用いて発光装置１１および放熱部材１３をシェード１２に取り付けた際に、導電シート１３２にねじ１４が接触しないようになっている。なお、穿孔１３０の内壁に、樹脂等を用いた絶縁保護層を形成するようにしてもよい。

これにより、放熱部材１３の導電シート１３２は、図２に示す照明装置１０を構成した際に、ねじ１４および接地されたシェード１２と電気的に絶縁され、非接地状態におかれる。一方、発光装置１１の基板５１は、ねじ１４およびシェード１２を介して接地される。

図４は、発光チップ５２の構成を説明するための図である。ここで、図４(ａ)は発光チップ５２の上面図を、図４（ｂ）は図４（ａ）のIVＢ−IVＢ断面図を、それぞれ示している。

この発光チップ５２は、一方の側に凹部６１ａが形成された筐体６１と、筐体６１に形成されたリードフレームからなる第１リード部６２および第２リード部６３と、凹部６１ａの底面に取り付けられた青色ＬＥＤ６６と、凹部６１ａを覆うように設けられた封止部６９とを備えている。なお、図４（ａ）においては、封止部６９の記載を省略している。

筐体６１は、第１リード部６２および第２リード部６３を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。

第１リード部６２および第２リード部６３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄／銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μｍ積層して構成されている。

そして、本実施の形態では、第１リード部６２および第２リード部６３の一部が、凹部６１ａの底面に露出するようになっている。また、第１リード部６２および第２リード部６３の一端部側は筐体６１の外側に露出し、且つ、筐体６１の外壁面から裏面側に折り曲げられている。

金属リード部のうち、第２リード部６３は底面の中央部まで延設されており、第１リード部６２は、底面において中央部に到達しない部位まで延設されている。そして、青色ＬＥＤ６６は、その裏面側が図示しないダイボンディングペーストによって第２リード部６３に固定されている。また、第１リード部６２と青色ＬＥＤ６６の上面に設けられたアノード電極（図示せず）とが、金線によって電気的に接続されている。一方、第２リード部６３と青色ＬＥＤ６６の上面に設けられたカソード電極（図示せず）とが、金線によって電気的に接続されている。

また、発光ダイオードの一例としての青色ＬＥＤ６６の発光層はＧａＮ（窒化ガリウム）を含む構成を有しており、青色光を出射するようになっている。そして、本実施の形態で用いた青色ＬＥＤ６６は、２５℃の環境下において＋３．２Ｖの順方向電圧Ｖ_Fを印加した際に、２０ｍＡの順方向電流Ｉ_Fが流れるようになっている。また、青色ＬＥＤ６６の逆方向電圧Ｖ_Rの絶対最大定格は−５．０Ｖとなっている。

封止部６９は、可視領域の波長において光透過率が高く、また屈折率が高い透明樹脂にて構成される。また、封止部６９の表面側は平坦面となっている。封止部６９を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部６９を構成する透明樹脂に、青色ＬＥＤ６６から出射される青色光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。

図５は、発光装置１１における回路構成の一例を説明するための図である。
発光装置１１は、上述したように４２個の発光チップ５２を有している。なお、以下の説明では、４２個の発光チップ５２を、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２と呼ぶことにする。

また、発光装置１１は、電力供給用の２個の電極すなわち第１電極５４と第２電極５５とを有している。そして、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２は、第１電極５４から第２電極５５に向けて、番号順に直列に接続されている。このとき、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２は、それぞれが有する青色ＬＥＤ６６のアノードすなわち第１リード部６２（図４参照）が第１電極５４側となり、カソードすなわち第２リード部６３側が第２電極５５側となるように、極性が揃えられた状態で順次接続されている。したがって、発光装置１１では、発光ダイオード列として機能する合計４２個の青色ＬＥＤ６６が、一方向に直列接続されていることになる。なお、第１電極５４と第２電極５５との間には、必要に応じて、電流制限抵抗や、定電流ダイオード（ＣＲＤ）あるいはトランジスタを用いたトランジスタ回路等を直列に接続するようにしてもよい。

そして、第１電極５４は、図１に示す第１出力線８１を介して交直流変換装置３０の第１出力端子７３と電気的に接続され、第２電極５５は、図１に示す第２出力線８２を介して交直流変換装置３０の第２出力端子７４と電気的に接続される。

では、図１に示す照明システムの動作を、上述した図１〜図５を参照しつつ説明する。
最初に、スイッチ４０をオンすることにより、第２給電線２２を導通させ、商用電源２０と交直流変換装置３０とを電気的に接続する。これにより、商用電源２０は、第１給電線２１（第１入力端子７１）および第２給電線２２（第２入力端子７２）を介して交直流変換装置３０にＡＣ１００Ｖを供給する。

次に、交直流変換装置３０のダイオードブリッジ回路３５は、第１入力接続部３７ａ（第１入力端子７１）および第２入力接続部３７ｂ（第２入力端子７２）を介して供給されてくるＡＣ１００Ｖを、全波整流することによって直流に変換し、第１出力接続部３８ａおよび第２出力接続部３８ｂを介して出力する。ただし、ダイオードブリッジ回路３５からの出力はリップルの大きい脈流となっているため、交直流変換装置３０は、この脈流をコンデンサ３６で平滑化し、第１出力端子７３および第２出力端子７４から照明装置１０に出力する。なお、ＡＣ１００Ｖを全波整流した場合、変換後の直流電圧はＤＣ１４１Ｖ（理論値）となる。

そして、照明装置１０の発光装置１１には、第１出力線８１を介して第１出力端子７３に接続された第１電極５４を正極、第２出力線８２を介して第２出力端子７４に接続された第２電極５５を負極として、ＤＣ１４１Ｖが供給される。すると、第１電極５４および第２電極５５に直列接続された第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２にＤＣ１４１Ｖが印加され、第１発光チップ５２_１から第４２発光チップ５２_４２に向かう方向に、直流の順方向電流Ｉ_Fが流れる。その結果、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２に設けられた青色ＬＥＤ６６は、それぞれ青色に発光する。そして、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２では、封止部６９内に存在する蛍光体が、青色ＬＥＤ６６から出射された青色光の一部を緑色および赤色に変換する。その結果、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２の封止部６９からは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射される。そして、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２から出射された白色光は、直接あるいは基板５１やシェード１２で反射した後に、空間あるいは対象物に向けて照射される。

一方、発光に伴って各発光チップ５２の青色ＬＥＤ６６で発生した熱は、それぞれが取り付けられた第２リード部６３を介して基板５１の表面に伝達され、さらに基板５１に貫通形成されたスルーホール（図示せず）を介して基板５１の裏面に伝達される。そして、基板５１の裏面に伝達された熱は、放熱部材１３すなわち第２放熱シート１３３、導電シート１３２および第１放熱シート１３１を介してシェード１２へと伝達され、外部に放出される。

その後、スイッチ４０をオフにすると、第２給電線２２が非導通状態になるため、照明装置１０の発光装置１１を構成するすべての発光チップ５２において、青色ＬＥＤ６６が消灯する。

なお、この例では、発光動作において、直列接続された４２個の青色ＬＥＤ６６に、２０ｍＡの順方向電流Ｉ_Fを流している。したがって、発光装置１１全体としてみた場合には、第１電極５４と第２電極５５との間で、３．２Ｖ×４２個＝１３４．４Ｖの電圧降下が生じる。すなわち、発光装置１１全体で生じる電圧降下の大きさは、交直流変換装置３０から供給されるＤＣ１４１Ｖとほぼ一致する。これにより、この照明システムでは、商用電源２０から供給されるＡＣ１００Ｖを、交直流変換装置３０において交直変換前に昇圧あるいは降圧させるためのトランスを不要としている。

ところで、例えば日本で一般的に使用される商用電源２０すなわち単相２線式のＡＣ１００Ｖ電源は、通常、次のような手順を経て供給される。まず、送電線を用いて高圧（６，６００Ｖ等）で供給される交流電圧を、柱上トランスや屋内外の変圧設備などで、接地電位を含む単相３線式のＡＣ２００Ｖとしてオフィスや一般家庭に給電する。そして、この単相３線式のＡＣ２００Ｖを、中点を介して２系統の単相２線式のＡＣ１００Ｖに分離し、上述した照明装置１０等の各種電気・電子機器に給電している。そして、単相２線式の交流電源の２線のうち、一方は中性線（ニュートラル側）として変電設備において接地され、他方は活性線（ライブ側）としてＡＣ１００Ｖの活電線となる。このとき、ニュートラル側は常にほぼ０Ｖの電位を維持するのに対し、ライブ側は±１４１Ｖをピーク値とし正弦波状に電位が変動する挙動を示す。

また、本実施の形態の照明システムでは、図１に示したように、スイッチ４０が所謂片切りスイッチで構成されている。一般に、スイッチ４０は商用電源２０のライブ側に接続されることが好ましいが、ニュートラル側に接続されることもある。

ではここで、図１に示す照明システムにおいて、スイッチ４０が商用電源２０のニュートラル側に接続され、且つ、スイッチ４０がオフに設定されている状態を仮定する。そして、この条件下における交直流変換装置３０および照明装置１０の挙動について説明を行う。

図６（ａ）は、スイッチ４０が商用電源２０のニュートラル側に接続され、且つ、スイッチ４０がオフに設定されている場合における照明システムの等価回路を示している。このような条件下では、交直流変換装置３０の第２入力端子７２（図１参照）は開放状態となる。したがって、等価回路上では、図１に示すダイオードブリッジ回路３５を構成する第２ダイオード３２および第４ダイオード３４の存在を無視することができる。

また、本実施の形態で用いた照明装置１０では、シェード１２が接地される一方、シェード１２と発光装置１１の基板５１との間に、導電シート１３２を備えた放熱部材１３が設けられている。このため、基板５１上の第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２（青色ＬＥＤ６６）と導電シート１３２との間には、浮遊容量が存在することになる。なお、以下の説明においては、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２を構成する各青色ＬＥＤ６６と導電シート１３２との間に存在する浮遊容量を、それぞれ第１浮遊容量Ｃ１〜第４３浮遊容量Ｃ４３と呼ぶことにする。また、同様に、導電シート１３２とシェード１２との間にも浮遊容量が存在している（図示せず）。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す等価回路における第１入力端子７１（ダイオードブリッジ回路３５の第１入力接続部３７ａ）の電位を示している。スイッチ４０が商用電源２０のニュートラル側に接続されている場合、スイッチ４０がオフに設定された状態であっても、第１入力端子７１には、商用電源２０の周波数に対応した周期で±１４１Ｖの交流電圧が加わる。したがって、第１入力端子７１に接続される第１入力接続部３７ａの電位は、±１４１Ｖの範囲で周期的に変動する。

図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す等価回路における放熱部材１３の導電シート１３２の電位を示している。導電シート１３２は、上述したように交直流変換装置３０の第３出力端子７５を介して第１入力接続部３７ａに接続されている。このため、導電シート１３２の電位は、図６（ｂ）に示す第１入力接続部３７ａの電位と同期し、±１４１Ｖの範囲で周期的に変動する。

したがって、どのタイミングにおいても、基板５１上の各発光チップ５２（青色ＬＥＤ６６）の電位と導電シート１３２の電位との差は、ほぼ０となる。これにより、本実施の形態の照明装置１０では、基板５１側から第１浮遊容量Ｃ１〜第４３浮遊容量Ｃ４３を介して導電シート１３２に漏れ電流が流れにくくなる。

ではここで、比較のため、図１に示す照明システムにおいて、導電シート１３２を有しない放熱部材１３を用いて照明装置１０を構成した場合における交直流変換装置３０および照明装置１０の挙動について説明を行う。

図７（ａ）は、上記構成において、図６（ａ）と同様の条件下における照明システムの等価回路を示している。したがって、図６（ａ）と同様、等価回路上では、図１に示すダイオードブリッジ回路３５を構成する第２ダイオード３２および第４ダイオード３４の存在を無視することができる。

また、導電シート１３２を有しない放熱部材１３を用いた照明装置１０では、導電シート１３２が存在しないため、基板５１上の第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２（青色ＬＥＤ６６）とシェード１２との間に浮遊容量が発生することになる。なお、以下の説明においては、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２を構成する各青色ＬＥＤ６６とシェード１２との間に存在する浮遊容量を、それぞれ第１浮遊容量Ｃ１’〜第４３浮遊容量Ｃ４３’と呼ぶことにする。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す等価回路における第１入力端子７１（ダイオードブリッジ回路３５の第１入力接続部３７ａ）の電位を示している。図６（ｂ）を用いて説明した場合と同様に、スイッチ４０が商用電源２０のニュートラル側に接続されている場合、スイッチ４０がオフに設定された状態であっても、第１入力端子７１には、商用電源２０の周波数に対応した周期で±１４１Ｖの交流電圧が加わる。したがって、第１入力端子７１に接続される第１入力接続部３７ａの電位は、±１４１Ｖの範囲で周期的に変動する。

図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す等価回路におけるシェード１２の電位を示している。ここで、シェード１２は接地されているため、シェード１２の電位は、常時ほぼ０Ｖとなる。

したがって、基板５１上の各発光チップ５２（青色ＬＥＤ６６）とシェード１２の間に電位差が発生する。これにより、導電シート１３２を有しない放熱部材１３を用いた照明装置１０においては、第１浮遊容量Ｃ１’〜第４３浮遊容量Ｃ４３’を介して基板５１とシェード１２の間に漏れ電流が流れる。

すなわち、図７（ｂ）で図示した正電位（期間Ｔ１）により、基板５１から第１浮遊容量Ｃ１’〜第４３浮遊容量Ｃ４３’に充電電流が流れ、逆に、負電位（期間Ｔ２）により、逆方向に放電電流が流れる。なお、容量成分にかかる電圧と電流には位相差があることや、発光チップ５２自身にも容量（接合容量）を有すること等の影響により、図７（ｂ）で図示したＴ１，Ｔ２の電圧と第１浮遊容量Ｃ１’〜第４３浮遊容量Ｃ４３’の充放電電流との位相に差異が発生し、これらは時間的に必ずしも一致するものではない。

このようにして、基板５１とシェード１２の間に電流が流れると、発光チップ５２にも電流が流れることになる。
一般に発光ダイオードにおいては微小な電流が流れた場合においても明確な電圧降下の発生が認められる。例えば、一般的な青色ＬＥＤでは１μＡ程度の微小な電流においても、２Ｖ以上の電圧降下を生じる。

ここで、図７（ｂ）で図示した正電位（期間Ｔ１）により、基板５１から第１浮遊容量Ｃ１’〜第４３浮遊容量Ｃ４３’に充電電流が流れると、ほとんどの発光チップ５２には順方向に電流が流れ、発光チップ５２の正−負極間には電位差が発生する。そのため、発光チップ５２においては、最も正極側に位置する第１発光チップ５２_１で最も電位が高く、負極側になるにしたがって電位が低下していく。

一方、整流ダイオードである第１ダイオード３１の正極側と第３ダイオード３３の負極側は等電位であり、電位は最も高くなる。したがって、第１ダイオード３１から第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２を経由し、第３ダイオード３３に至る電気回路においては、いずれかの場所において最低電位を生じ、この場所より負極側の青色ＬＥＤ６６においては逆電圧がかかることになる。

同様にして、図７（ｂ）で図示した負電位（期間Ｔ２）により、基板５１から第１浮遊容量Ｃ１’〜第４３浮遊容量Ｃ４３’に放電電流が流れた場合においても、上述の回路のいずれかの場所に最低電位を生じることとなり、この場所より正極側の青色ＬＥＤ６６においては逆電圧がかかることになる。

このように、導電シート１３２を有しない放熱部材１３を用いた照明装置１０においては、逆電圧に対する耐性が低い青色ＬＥＤ６６に対して逆電圧がかかりうる構造となり、青色ＬＥＤ６６の耐久性が低下する懸念が生ずることになる。

なお、本実施の形態では、導電シート１３２を第１給電線２１に接続するようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば交直流変換装置３０に設けられたダイオードブリッジ回路３５の第１入力接続部３７ａ、第２入力接続部３７ｂ、第１出力接続部３８ａあるいは第２出力接続部３８ｂに接続するようにしてもよい。また、導電シート１３２を、例えば交直流変換装置３０に設けられた第１出力端子７３あるいは第２出力端子７４に接続するようにしてもよい。

さらに、導電シート１３２を、発光装置１１に設けられた４２個の発光チップ５２のいずれかに接続するように構成した場合にも、第１給電線２１に接続した場合と同様の効果が得られる。なお、導電シート１３２の接続部位については適宜設定して差し支えないが、発光ダイオード列の両端すなわち第１発光チップ５２_１を構成する青色ＬＥＤ６６のアノード側あるいは第４２発光チップ５２_４２を構成する青色ＬＥＤ６６のカソード側に接続することが好ましい。なお、発光ダイオード列と導電シート１３２とを接続する構成を採用した場合には、照明装置１０内の配線にて構成が実現できることから、装置構成を簡易化することができる。

＜実施の形態２＞
図８は、実施の形態２が適用される照明システムの全体構成の一例を示す図である。
この照明システムの基本構成は、実施の形態１で説明したものとほぼ同様であるが、交直流変換装置３０に第３出力端子７５を設けていない点が実施の形態１とは異なる。また、照明装置１０の基本構成も、実施の形態１で説明したものとほぼ同様であるが、放熱部材１３（図３参照）が、導電シート１３２を備えておらず、例えばシート状熱伝導ゲルからなる放熱シートから構成されている点が実施の形態１とは異なる。なお、実施の形態２において、実施の形態１と同様のものについては、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９は、本実施の形態の照明装置１０で用いられる発光装置１１の構成を示す図である。ここで、図９（ａ）は発光装置１１の上面図を、図９（ｂ）は発光装置１１の側面図を、それぞれ示している。

発光装置１１は、実施の形態１と同様に、長方形状の基板５１と、基板５１の表面側に配列された４２個の発光チップ５２とを備えている。また、基板５１の裏面すなわち基板５１の複数の発光チップ５２の取り付け面の背後には、ねじ１４用の穿孔形成部位を除いて、ほぼ全面にわたって導電部材の一例としての導電層５３が形成されている。ここで、導電層５３は、基板５１に貼り付けられた銅箔にて構成されており、基板５１および導電層５３は一体化している。そして、導電層５３は、図示しないスルーホールを介して、基板５１内に形成され各発光チップ５２を接続する配線（図示せず）とスルーホール等を介して電気的に接続される。なお、導電層５３と基板５１に設けられた配線との接続部位については適宜選定して差し支えないが、基板５１に設けられた第１電極５４と第１発光チップ５２_１（図５参照）との間、あるいは、第２電極５５と第４２発光チップ５２_４２（図５参照）との間に接続することが好ましい。また、導電層５３およびシェード１２は絶縁されている。

本実施の形態では、基板５１の裏面に導電層５３を形成し、この導電層５３を商用電源２０のライブ側に接続することにより、基板５１から図示しない浮遊容量を介して導電層５３に漏れ電流が流れにくくなる。それゆえ、実施の形態１と同様に、スイッチ４０をオフに設定した状態で、第１発光チップ５２_１〜第４２発光チップ５２_４２に逆電圧がかかるという事態を防止あるいは抑制することができる。

なお、本実施の形態では、基板５１の裏面に導電層５３を形成していたが、これに限られるものではなく、基板５１の複数の発光チップ５２の取り付け面の背後であればよい。ここで、図９（ｃ）は、本実施の形態が適用される発光装置１１の他の側面図を示している。すなわち、図９（ｃ）に示すように、例えば基板５１を、各発光チップ５２が実装される第１基板５１ａと第１基板５１ａの背面側に設けられた第２基板５１ｂとで構成し、これら第１基板５１ａと第２基板５１ｂとの間に、導電層５３を挟み込むようにしてもよい。

また、実施の形態１、２では、発光装置１１を用いて照明装置１０を構成する例について説明を行ったが、これに限られるものではなく、上述した発光装置１１を例えば信号機、液晶表示装置等のバックライト装置、スキャナの光源装置、プリンタの露光装置、車載用の照明機器、ＬＥＤのドットマトリクスを用いたＬＥＤディスプレイ装置等にも適用することができる。

また、実施の形態１、２では、１つの発光チップ５２が１個の青色ＬＥＤ６６を搭載する例について説明を行ったが、これに限られるものではなく、１つの発光チップ５２に搭載する青色ＬＥＤ６６の数については、単数または複数から適宜設計変更することができる。

また、実施の形態１、２では、青色ＬＥＤ６６を搭載した発光チップ５２を例として説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えば紫外ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、あるいは赤外ＬＥＤを搭載するものであってもよく、また、異なる色のＬＥＤを複数搭載するものであってもよい。

また、実施の形態１、２では、４２個の発光チップ５２をすべて直列接続するようにしていたが、これに限られるものではなく、一部を並列接続するようにしてもよい。

また、実施の形態１、２では、交直流変換装置３０において、ダイオードブリッジ回路３５を用いて交流を全波整流するようにしていたが、これに限られるものではなく、例えば２つのダイオードを用いて交流を半波整流するものであってもよい。

また、実施の形態１、２では、ダイオードブリッジ回路３５およびコンデンサ３６のみで構成された交直流変換装置３０を用いていたが、これに限られるものではなく、電流を安定させるための回路、例えば、電流制限抵抗、定電圧回路や定電流回路を搭載してもよい。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

実施の形態１が適用される照明システムの全体構成の一例を示す図である。 照明装置の構成の一例を説明するための図である。 放熱部材の構成の一例を説明するための図である。 (ａ)は発光チップの上面図であり、（ｂ）は（ａ）のIVＢ−IVＢ断面図である。 発光装置における回路構成の一例を説明するための図である。 本実施の形態にかかる照明システムの等価回路を示す図である。 比較のための照明システムの等価回路を示す図である。 実施の形態２が適用される照明システムの全体構成の一例を示す図である。 （ａ）は発光装置の上面図であり、（ｂ）は発光装置の側面図であり、（ｃ）は発光装置の他の例の側面図である。

符号の説明

１０…照明装置、１１…発光装置、１２…シェード、１３…放熱部材、１４…ねじ、２０…商用電源、３０…交直流変換装置、３１…第１ダイオード、３２…第２ダイオード、３３…第３ダイオード、３４…第４ダイオード、３５…ダイオードブリッジ回路、３６…コンデンサ、４０…スイッチ、５１…基板、５１ａ…第１基板、５１ｂ…第２基板、５２…発光チップ、５３…導電層、６１…筐体、６６…青色ＬＥＤ、６９…封止部、１３１…第１放熱シート、１３２…導電シート、１３３…第２放熱シート

Claims (20)

1. 複数の発光ダイオードと、
   前記複数の発光ダイオードを、極性が揃えられた状態で直列接続して発光ダイオード列を形成する基板と、
   前記基板が取り付けられ、電気的に接地される筐体と、
   交流電源から第１給電線および第２給電線を介して供給される交流を直流に変換し、前記発光ダイオード列に供給する交直流変換部と、
   前記第２給電線を電気的に接続および切断するスイッチと、
   前記基板と前記筐体との間に配置され、当該筐体と電気的に絶縁され、前記第１給電線から前記第２給電線に設けられたスイッチまでの間の電気回路のいずれかの部位と電気的に接続される導電部材と
   を含む照明システム。
2. 前記導電部材が前記第１給電線から前記発光ダイオード列のアノード端部までの間、または、前記第２給電線に設けられたスイッチから前記発光ダイオード列のカソード端部までの間のいずれかの部位と電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の照明システム。
3. 前記導電部材が前記第１給電線と電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の照明システム。
4. 前記導電部材が前記発光ダイオード列のいずれか一方の端部と電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の照明システム。
5. 前記交直流変換部は、前記交流電源に接続される１次側と前記発光ダイオード列に接続される２次側とを絶縁しない非絶縁型であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の照明システム。
6. 前記交直流変換部がダイオードブリッジ回路からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の照明システム。
7. 前記ダイオードブリッジ回路は、前記第１給電線および前記第２給電線にそれぞれ接続される２つの入力接続部と前記発光ダイオード列に接続される２つの出力接続部を備え、
   前記２つの出力接続部の間にコンデンサを接続することを特徴とする請求項６記載の照明システム。
8. 前記導電部材と前記基板との間および当該導電部材と前記筐体との間にそれぞれ設けられる絶縁部材をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の照明システム。
9. 前記導電部材が前記基板と一体化していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の照明システム。
10. 複数の発光ダイオードと、
    前記複数の発光ダイオードを、極性が揃えられた状態で直列接続して発光ダイオード列を形成する基板と、
    前記基板が取り付けられ、電気的に接地される筐体と、
    交流電源から第１給電線および第２給電線を介して供給される交流を直流に変換し、前記発光ダイオード列に供給する交直流変換部と、
    前記第２給電線を電気的に接続および切断するスイッチと、
    前記基板と一体化し前記筐体に対峙するように設けられ、当該筐体と電気的に絶縁され、前記第１給電線から前記第２給電線に設けられたスイッチまでの間の電気回路のいずれかの部位と電気的に接続される導電部材と
    を含む照明システム。
11. 前記導電部材が、前記基板に設けられ前記複数の発光ダイオードを接続する配線に接続されることを特徴とする請求項１０記載の照明システム。
12. 前記導電部材が前記発光ダイオード列のいずれか一方の端部と電気的に接続されることを特徴とする請求項１０記載の照明システム。
13. 複数の発光ダイオードと、
    前記複数の発光ダイオードを、極性が揃えられた状態で直列接続して発光ダイオード列を形成する基板と、
    前記基板が取り付けられ、電気的に接地される筐体と、
    前記基板と前記筐体との間に配置され、前記複数の発光ダイオードで発生した熱を、当該基板を介して当該筐体に伝達する放熱部材と
    を含み、
    前記放熱部材は、
    絶縁性を有し前記筐体と接する側に設けられた第１絶縁部材と、
    絶縁性を有し前記基板と接する側に設けられた第２絶縁部材と、
    導電性を有し前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材との間に設けられた導電部材と
    を備えることを特徴とする照明装置。
14. 前記発光ダイオード列には、交流電源から第１給電線およびスイッチが設けられた第２給電線を介して供給される交流を変換して得られた直流が供給され、
    前記導電部材は、前記第１給電線と電気的に接続されることを特徴とする請求項１３記載の照明装置。
15. 前記筐体は、前記複数の発光ダイオードから出射された光を反射する反射部材を兼ねることを特徴とする請求項１３または１４記載の照明装置。
16. 複数の発光ダイオードと、
    前記複数の発光ダイオードを、極性が揃えられた状態で直列接続して発光ダイオード列を形成する基板と、
    前記基板の前記複数の発光ダイオードの取り付け面の背後に当該基板と一体化して形成され、当該複数の発光ダイオードを接続する配線に接続される導電部材と
    を含む発光装置。
17. 前記導電部材は、前記基板のほぼ全面にわたって形成されることを特徴とする請求項１６記載の発光装置。
18. 前記導電部材が前記発光ダイオード列のいずれか一方の端部と電気的に接続されることを特徴とする請求項１６または１７記載の発光装置。
19. 前記導電部材が、前記基板の裏面に形成されることを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれか１項記載の発光装置。
20. 前記基板は、
    前記複数の発光ダイオードが取り付けられる第１基板と、
    前記第１基板の前記複数の発光ダイオードが取り付けられる面とは反対側の面に対向配置される第２基板とを備え、
    前記導電部材が、前記第１基板と前記第２基板との間に形成されることを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれか１項記載の発光装置。

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