JP2010192842A - Ｌｅｄ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の異なる発光状態を実現しつつ小型化が可能な電球形ＬＥＤランプを提供する。
【解決手段】点灯回路42に並列に接続したＬＥＤ基板部13のＬＥＤ部25a，25bに流れる電流比率が外部入力信号Ｓに応じて変化する。それぞれのＬＥＤ部25a，25bに流れる電流比率を可変させるための構成および制御などが別途必要なく、複数の異なる発光状態を実現しつつ小型化が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤ部を備えたＬＥＤ点灯装置に関する。

従来、例えば互いに異なる相関色温度を有する複数種類のＬＥＤチップを備えた可変色発光のＬＥＤ点灯装置が知られている。このようなＬＥＤ点灯装置では、それぞれのＬＥＤチップを独立して配線し、それぞれの電源の出力を制御している(例えば、特許文献１および２参照。)。

特開２００５−１００７９９号公報(第５−８頁、図５) 特開２００５−１０１２９６号公報(第５−６頁、図１)

しかしながら、上述のＬＥＤ点灯装置では、複数の電源が必要になるだけでなく、それぞれの切り替えのための制御も必要となり、回路規模が大きくなって小型化が容易でないという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、複数の異なる発光状態を実現しつつ小型化が可能なＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

請求項１記載のＬＥＤ点灯装置は、点灯手段と；この点灯手段に対して互いに並列に接続された複数のＬＥＤ部を備え、これら並列に接続された複数のＬＥＤ部に流れる電流比率が外部入力信号に応じて変化するＬＥＤモジュールと；を具備しているものである。

点灯手段は、例えば、ＬＥＤ電流を制御するものである。

ＬＥＤ部は、それぞれ単数のＬＥＤチップでもよく、複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤチップ列でもよい。

外部入力信号は、赤外線などを用いた無線信号でもよく、有線の信号でもよい。

請求項２記載のＬＥＤ点灯装置は、請求項１記載のＬＥＤ点灯装置において、点灯手段は、外部入力信号に応じてＬＥＤモジュールへの供給電流を制御する点灯制御手段を備え、ＬＥＤ部のいずれかは、ＬＥＤ部の残りの他の少なくともいずれかと電圧電流特性が異なり、かつ、所定電流値での電圧が等しいものである。

点灯制御手段は、例えば、降圧レギュレータ回路などが用いられる。

ＬＥＤ部のいずれかの電圧電流特性がＬＥＤ部の残りの他の少なくともいずれかと異なっているとは、少なくとも１つのＬＥＤ部の電圧電流特性が、他のＬＥＤ部のいずれかの電圧電流特性と異なっていることをいい、全てのＬＥＤ部の電圧電流特性が互いに異なっていてもよい。

請求項３記載のＬＥＤ点灯装置は、請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置において、ＬＥＤ部のいずれかは、ＬＥＤ部の残りの他のいずれかと異なる相関色温度を有しているものである。

ＬＥＤ部のいずれかが、ＬＥＤ部の残りの他の少なくともいずれかと相関色温度が異なるとは、複数のＬＥＤ部のうち、少なくとも１つのＬＥＤ部の相関色温度が、他のＬＥＤ部のいずれかの相関色温度と異なっていることをいい、全てのＬＥＤ部の相関色温度が互いに異なっていてもよい。

請求項４記載のＬＥＤ点灯装置は、請求項２記載のＬＥＤ点灯装置において、ＬＥＤ部は、電圧増加に対する電流増加が小さいものほど相関色温度が低いものである。

請求項１記載のＬＥＤ点灯装置によれば、点灯手段に並列に接続したＬＥＤモジュールの複数のＬＥＤ部に流れる電流比率が外部入力信号に応じて変化することにより、それぞれのＬＥＤ部に流れる電流比率を可変させるための構成および制御などが別途必要なく、複数の異なる発光状態を実現しつつ小型化が可能となる。

請求項２記載のＬＥＤ点灯装置によれば、請求項１記載のＬＥＤ点灯装置の効果に加えて、ＬＥＤ部の電圧電流特性を互いに異ならせ、かつ、所定電流値での電圧を等しくすることにより、点灯制御手段によりＬＥＤモジュールへの供給電流を制御するだけで、ＬＥＤ部に流れる電流比率が自動的に変化するので、それぞれのＬＥＤ部に流れる電流比率を可変させるための構成および制御などが別途必要なく、複数の異なる発光状態を実現しつつ小型化が可能となる。

請求項３記載のＬＥＤ点灯装置によれば、請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置の効果に加えて、ＬＥＤ部のいずれかの相関色温度を、ＬＥＤ部の残りの他のいずれかと異なる相関色温度とすることにより、外部入力信号を可変させるだけで色を容易に可変させることができる。

請求項４記載のＬＥＤ点灯装置によれば、請求項２記載のＬＥＤ点灯装置の効果に加えて、ＬＥＤ部のうち、電圧増加に対する電流増加が小さいものほど相関色温度を低くすることにより、ＬＥＤモジュールへの供給電流の減少に対応して相関色温度を低下させる構成を、容易に形成できる。

本発明の第１の実施の形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。 同上ＬＥＤ点灯装置のＬＥＤ部の電圧電流特性を示すグラフである。 同上ＬＥＤ点灯装置の縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態を示すＬＥＤ点灯装置の縦断面図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１ないし図３に第１の実施の形態を示し、図１はＬＥＤ点灯装置の回路図、図２はＬＥＤ点灯装置のＬＥＤ部の電圧電流特性を示すグラフ、図３はＬＥＤ点灯装置の縦断面図である。

図３において、11はＬＥＤ点灯装置としての電球形ランプである電球形ＬＥＤランプを示し、この電球形ＬＥＤランプ11は、中空な略円筒状の本体部12の内部に、ＬＥＤモジュールとしての基板部であるＬＥＤ基板部13と、反射体14と、中空な略円筒状のケース体15とが配置され、このケース体15の内部に、点灯制御手段としての制御基板部16と点灯回路基板部17とが収容されている。また、本体部12の拡径された光出射側である一端部12aに、光制御部材18が取り付けられているとともに、この光制御部材18を覆って、カバー部材であるグローブ19が取り付けられ、本体部12の縮径された他端部12bからは、ケース体15の端部が突出して、この端部に口金20が取り付けられている。

本体部12は、例えば熱伝導性が良好なアルミニウムなどの金属材料、あるいは樹脂材料などにより成形されている。また、この本体部12の一端部12a側の外周面には、複数の放熱フィン12cが周方向に互いに離間されて放射状に形成されている。

ＬＥＤ基板部13は、平面視円形状の基板であるＬＥＤ基板23と、このＬＥＤ基板23の一主面23a側に実装された複数の発光素子としてのＬＥＤ24a，24b(図１)を有するＬＥＤ列であるＬＥＤ部25a，25b(図１)を備えている。なお、以下、ＬＥＤ24a，24bの少なくともいずれか、あるいは全体を単にＬＥＤ24ということがある。同様に、ＬＥＤ部25a，25bの少なくともいずれか、あるいは全体を単にＬＥＤ部25ということがある。

ＬＥＤ基板23は、例えば放熱性が良好なアルミニウムなどの金属材料、あるいは絶縁材料などにより形成されたメタルベース基板であり、他主面23bが本体部12内の一端部12a寄りの位置に段差状に形成された支持部12dに、放熱性および絶縁性を有する図示しないシリコーン樹脂などを介して支持されていることで、本体部12に対して熱的に接続されている。

ＬＥＤ24は、例えば青色の光を発する図示しないベアチップと、このベアチップを覆うシリコーン樹脂などにより形成された図示しない樹脂部とを備え、この樹脂部内に、ベアチップが発する青色光の一部により励起されて青色の補色である黄色の光を主として放射する図示しない蛍光体が混入されており、ＬＥＤ24が白色系の照明光を得られるように構成されている。

ここで、図１に示すＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)とＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)とは、異なる電圧電流特性を有している。具体的に、ＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)とＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)とは、図２に示すように、所定電流値である閾値電流値I0で交差する、互いに異なる特性曲線S1と特性曲線S2とを有している。すなわち、図１に示すＬＥＤ24a，24b(ＬＥＤ部25a，25b)は、ＬＥＤ基板部13に流れる電流が小さいとき、ＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)に電流が流れ、ＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)には電流が流れない。また、ＬＥＤ基板部13に流れる電流が徐々に大きくなり、閾値電流値I0になると、ＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)とＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)にそれぞれ等しい電流が流れるようになる。そして、ＬＥＤ基板部13に流れる電流が閾値電流値I0よりも大きくなると、ＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)に電流が流れ、ＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)には電流が流れなくなる。換言すれば、ＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)の方が、特性曲線が寝ており、電流増加に対する電圧増加が小さくなっている。したがって、ＬＥＤ基板部13は、供給電流に応じて、ＬＥＤ部25a，25bに流れる電流比率が変化するように構成されている。

さらに、ＬＥＤ24a，24b(ＬＥＤ部25a，25b)は、互いに相関色温度が異なっており、ＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)は、例えば常夜灯などに用いる、オレンジなどの相関色温度が低いものであり、ＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)は、例えば白色などの、相関色温度が高いものである。すなわち、ＬＥＤ部25a，25bは、電流増加に対する電圧増加が小さいもの(ＬＥＤ部25a)ほど相関色温度が低く設定されている。

なお、図１において、ＬＥＤ24a，24bは、それぞれ２つずつ記載しているが、３つ以上を直列に接続してもよく、あるいはそれぞれ１つずつであってもよい。

また、図３に示す反射体14は、耐候性、耐熱性および電気絶縁性などを有する材料、例えばＰＢＴなどの合成樹脂により略円盤状に形成されている。さらに、この反射体14には、光出射側へと拡径され内面が回転放物面状の複数の凹部14aが、ＬＥＤ24のそれぞれに対向する位置に形成されている。また、反射体14の外面および凹部14aの内面には、それぞれアルミニウムなどの光反射性を有する部材が蒸着されて鏡面加工が施されている。

ここで、各凹部14aは、各ＬＥＤ24からの光を反射させて出射させるものである。

また、ケース体15は、制御基板部16と点灯回路基板部17とを本体部12に対して絶縁するもので、耐熱性で、かつ、電気絶縁性を有する、例えばＰＢＴなどの合成樹脂により形成され、本体部12に対応して、一端部15a側が拡径され、他端部15b側が縮径された形状を有している。さらに、このケース体15は、本体部12内において、ＬＥＤ基板部13よりも、この本体部12の他端部12b側に配置されており、一端部15aが、ＬＥＤ基板部13のＬＥＤ基板23の他主面23bに密着している。また、この本体ケース15は、他端部15bが本体部12の他端部12bから外部に突出し、この他端部12bに口金20が、本体部12と絶縁された状態で取り付けられている。

また、制御基板部16は、制御基板31の一主面31a上に、電流制御手段である制御ユニット32と、例えば赤外線などの外部入力信号Ｓを受信する信号受信手段である信号受信ユニット33とがそれぞれ実装されている。さらに、この制御基板部16は、ケース体15内に、このケース体15の軸方向に対して交差(直交)する方向に沿って保持されている。

制御ユニット32は、ＬＥＤ24に流れる電流を、信号受信ユニット33により受信した外部入力信号Ｓに対応して制御するものである。

信号受信ユニット33は、受光量に応じて出力が制御されるフォトトランジスタなどの図示しない受光素子(光センサ)と、この受光素子に光を導く受信部としての受光部である導光ロッド35とを有している。

導光ロッド35は、例えばアクリルなどの透光性(導光性)を有する樹脂などの部材によって長尺状に形成され、ＬＥＤ基板23、反射体14(光制御部材18)およびグローブ19を貫通して先端部が電球形ＬＥＤランプ11の光出射側の外部に露出している。なお、この導光ロッド35の位置は、各ＬＥＤ24からの発光を阻害しない位置に適宜設定されている。

また、点灯回路基板部17は、平板状の点灯装置本体である点灯回路基板41と、この点灯回路基板41に形成された点灯手段としての点灯回路42とを有し、ケース体15の内部に、このケース体15の軸方向に沿って、すなわち制御基板部16と交差状に配置されている。そして、点灯回路42は、例えばＬＥＤ24に対して定電流を供給する回路などであり、図示しない配線を介してＬＥＤ基板部13、制御基板部16および口金20と電気的に接続されている。

また、光制御部材18は、遮光壁となる本体部12の一端部12a側の内周面を覆うように形成され、ＬＥＤ24からの直射光あるいは反射体14による反射光を反射させる反射部材である。

また、グローブ19は、光拡散性を有するガラスあるいは合成樹脂などにより扁平な曲面状に形成されており、光制御部材18に外周縁部が取り付けられている。

口金20は、図示しない照明器具のランプソケットにねじ込まれるねじ山を備えた、例えばＥ２６型のものであり、点灯回路基板部17側と図示しない配線により電気的に接続されている。

次に、上記第１の実施の形態の回路構成を説明する。

図１に示すように、電球形ＬＥＤランプ11は、商用交流電源ｅに対して、ノイズフィルタの機能を有するコンデンサC1を介して整流手段としての全波整流素子RECの入力側が接続され、この全波整流素子RECの出力側に、平滑用のコンデンサC2を介して降圧レギュレータ回路51が接続され、この降圧レギュレータ回路51の出力側にＬＥＤ基板部13のＬＥＤ部25a，25bの並列回路が接続され、全波整流素子REC、コンデンサC1，C2および降圧レギュレータ回路51などにより点灯回路42が構成されている。

降圧レギュレータ回路51は、コンデンサC2に対して並列に、ダイオードＤとスイッチング素子Ｑと抵抗Ｒとの直列回路が接続され、ダイオードＤのアノード側とスイッチング素子Ｑのドレイン端子との接続点にインダクタＬの一次巻線L1が接続され、この一次巻線L1の出力側に、ダイオードＤと並列にコンデンサC3が接続されて構成されている。さらに、インダクタＬの補助巻線である二次巻線L2、スイッチング素子Ｑのゲート端子、および、スイッチング素子Ｑのソース端子と抵抗Ｒとの接続点が、それぞれ制御基板部16の制御ユニット32に接続されている。

制御ユニット32は、信号受信ユニット33により受信した外部入力信号Ｓなどに応じて、スイッチング素子Ｑのオンデューティ(オフデューティ)を制御することにより、ＬＥＤ基板部13に流れる電流を所望の値に制御する、いわゆるＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御が可能な構成となっている。

次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。

図３に示す電球形ＬＥＤランプ11は、口金20を所定のソケットに装着して通電すると、点灯回路基板部17の点灯回路42が動作して、ＬＥＤ基板部13側に電力が供給される。

具体的に、図１および図２に示すように、商用交流電源ｅからの交流電源が全波整流素子RECにより全波整流され、コンデンサC2により平滑される。そして、制御ユニット32が、信号受信ユニット33の導光ロッド35(図３)により受信した外部入力信号Ｓに応じてスイッチング素子Ｑのオンデューティを制御することにより、ＬＥＤ電流を、外部入力信号Ｓに対応した所望の値に制御する。制御ユニット32では、スイッチング素子Ｑのソース抵抗となる抵抗Ｒを介して、スイッチング素子Ｑに流れる電流を検出し、この検出した電流に基づき、スイッチング素子Ｑのターンオフのタイミングを決定し、ターンオンのタイミングをインダクタＬの二次巻線L2の電圧により制御する。

このとき、ＬＥＤ基板部13に流れる電流が閾値電流値I0よりも小さい低電流領域では、対応する電圧が低いＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)に電流が流れ、ＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)が発光する。したがって、電球形ＬＥＤランプ11から照射される光は、ＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)の色を主とした、例えばオレンジ色となる。

ＬＥＤ基板部13に流れる電流を増加させて、特性曲線S1，S2が一致(交差)する閾値電流値I0としたときには、ＬＥＤ24a，24b(ＬＥＤ部25a，25b)のそれぞれに電流が流れ、ＬＥＤ24a，24b(ＬＥＤ部25a，25b)がそれぞれ発光する。したがって、電球形ＬＥＤランプ11から照射される光は、ＬＥＤ24a(ＬＥＤ部25a)からの光の色(オレンジ色)と、ＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)からの光の色(白色)との混色となる。

そして、ＬＥＤ基板部13に流れる電流をさらに増加させて閾値電流値I0よりも大きくすると、対応する電圧が低いＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)の電流が増加し、ＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)の発光が主となる。したがって、電球形ＬＥＤランプ11から照射される光は、ＬＥＤ24b(ＬＥＤ部25b)の色を主とした、例えば白色となる。

各ＬＥＤ24からの発光は、反射体14および光制御部材18により反射された後、グローブ19を介して拡散照射される。

また、ＬＥＤ基板部13にて各ＬＥＤ24から発生する熱は、本体部12の各放熱フィン12cなどを介して放熱される。

上述したように、上記第１の実施の形態では、点灯回路42に並列に接続したＬＥＤ基板部13のＬＥＤ部25a，25bに流れる電流比率が外部入力信号Ｓ(供給電流)に応じて変化する構成とした。具体的には、ＬＥＤ部25a，25bの電圧電流特性を互いに異ならせ、閾値電流値I0での電圧を等しくする構成とした。このため、それぞれのＬＥＤ部25a，25bに流れる電流比率を可変させるための切り替え回路などの構成および切り替え制御などが別途必要なく、外部入力信号Ｓに応じて制御基板部16によりＬＥＤ基板部13への供給電流を制御するだけで、ＬＥＤ部25a，25bに流れる電流比率が、閾値電流値I0よりも大きい領域と小さい領域とで自動的に変化するように切り替わるので、複数の異なる発光状態を実現しつつ、回路規模を小さくして小型化が可能となる。

また、ＬＥＤ部25aとＬＥＤ部25bとの相関色温度を、互いに異なる相関色温度とすることにより、外部入力信号Ｓを可変させてＬＥＤ基板部13への供給電流を制御するだけで電球形ＬＥＤランプ11からの発光色を容易に可変させることができる。

さらに、ＬＥＤ部25a，25bのうち、電流増加に対して電圧増加が相対的に小さいＬＥＤ部25aの相関色温度を電流増加に対して電圧増加が相対的に大きいＬＥＤ25bの相関色温度と比較して低くすることにより、外部入力信号Ｓに対応するＬＥＤ基板部13への供給電流の減少に伴い相関色温度を減少させる構成を、容易に形成できる。

次に、図４に第２の実施の形態を示し、図４はＬＥＤ点灯装置の縦断面図である。

図４において、55はＬＥＤ点灯装置としてのＬＥＤ照明器具を示し、このＬＥＤ照明器具55は、例えば天井面Ｃなどの造営物に埋設されるダウンライトである。そして、このＬＥＤ照明器具55は、装置本体としての器具本体56の内部に、上記第１の実施の形態と同様のＬＥＤ基板部13、制御基板部16、点灯回路基板部17、および、反射体としての金属体58などを備えている。なお、点灯回路基板部17の構成は上記第１の実施の形態と同様なので、その説明を省略する。

器具本体56は、例えば鉄板などの金属板により形成されており、有蓋円筒状の円筒体61と、この円筒体61の光出射用の開口部62の周縁部に一体に形成されたフランジ部63とを有している。そして、この器具本体56は、天井面Ｃにフランジ部63が当接されるように天井に埋設されている。

また、金属体58は、例えばアルミニウムなどの金属部材により形成されており、円筒状の金属体本体66、この金属体本体66の下側に一体に形成された反射部67、および、ＬＥＤ基板部13のＬＥＤ基板23を支持する支持部68とを備えている。そして、この金属体58は、器具本体56の内部に溶接などにより取り付けられた箱状の支持部材69，69に対して、金属体本体66が図示しないねじなどにより固定されている。

反射部67は、ＬＥＤ基板部13のＬＥＤ24(ＬＥＤ24a，24b)からの発光を反射させるものであり、光照射側へと拡開状に形成され、金属体58を器具本体56に取り付けた状態で、開口部62の端縁に先端側が位置している。

支持部68は、ＬＥＤ基板23の外周に沿うように円形状に形成されている。

また、制御基板部16は、支持部材69の上面に配置された固定板71上に取り付けられている。そして、この制御基板部16は、図示しない配線を介して、商用交流電源ｅおよび図示しない調光器にそれぞれ接続され、この調光器からの外部入力信号Ｓに応じて、ＬＥＤ基板部13に流れる電流をＰＷＭ制御可能となっている。

このように構成することにより、ＬＥＤ基板部13のＬＥＤ部25a，25bに流れる電流比率が調光器からの外部入力信号Ｓ(供給電流)に応じて変化するため、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

なお、上記各実施の形態において、ＬＥＤ部25a，25bは、ＬＥＤ24a，24bを１つのみ有していてもよいし、ＬＥＤ24a，24bを３つ以上の複数有していてもよい。

また、ＬＥＤ部25a，25bの相関色温度は、ＬＥＤ部25aをＬＥＤ部25bよりも高くしてもよい。すなわち、電圧増加に対して電流増加が小さいものほど相関色温度を高くしてもよい。

さらに、各ＬＥＤ部に用いるＬＥＤの電圧電流特性を互いに略同じものとし、少なくともいずれかのＬＥＤ部に抵抗器などのインピーダンス素子を直列に接続してもよい。この場合には、同一のＬＥＤを用いながら、電圧電流特性が異なる複数のＬＥＤ部を容易に構成できる。

そして、ＬＥＤ部は、ＬＥＤ基板部13に３つ以上設けてもよい。この場合には、例えば、ＬＥＤ部のいずれかの電圧電流特性を、ＬＥＤ部の残りの他の少なくともいずれかと異ならせ、かつ、閾値電流値I0での電圧が等しくなるように構成したり、ＬＥＤ部のいずれかの相関色温度を、ＬＥＤ部の残りの他の少なくともいずれかと異ならせたりすることにより、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

11 ＬＥＤ点灯装置としての電球形ＬＥＤランプ
13 ＬＥＤモジュールとしてのＬＥＤ基板部
16 点灯制御手段としての制御基板部
25a，25b ＬＥＤ部
42 点灯手段としての点灯回路
55 ＬＥＤ点灯装置としてのＬＥＤ照明器具

Claims (4)

1. 点灯手段と；
   この点灯手段に対して互いに並列に接続された複数のＬＥＤ部を備え、これら並列に接続された複数のＬＥＤ部に流れる電流比率が外部入力信号に応じて変化するＬＥＤモジュールと；
   を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 点灯手段は、外部入力信号に応じてＬＥＤモジュールへの供給電流を制御する点灯制御手段を備え、
   ＬＥＤ部のいずれかは、ＬＥＤ部の残りの他の少なくともいずれかと電圧電流特性が異なり、かつ、所定電流値での電圧が等しい
   ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
3. ＬＥＤ部のいずれかは、ＬＥＤ部の残りの他の少なくともいずれかと異なる相関色温度を有している
   ことを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置。
4. ＬＥＤ部は、電圧増加に対する電流増加が小さいものほど相関色温度が低い
   ことを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ点灯装置。

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