JP2010257763A - 長尺状ｌｅｄ照明装置及びそれを用いた平面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源を用いて駆動しても、電源周波数によるちらつき（フリッカ）の少ない照明光を得ることができるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】交流電源を用いて交流駆動される、発光ダイオードを用いた長尺状のＬＥＤ照明装置である。略等間隔に配置された複数の発光ダイオードをＮ個置き（Ｎは１を含む自然数）に直列接続して、交流電源の正の半波で導通させる第１の発光ダイオード列を作り、更に略等間隔に配置された複数の発光ダイオードのうち、第１のダイオード列を構成する各発光ダイオードを除いた発光ダイオードを直列に接続した第２の発光ダイオード列を作る。このように略等間隔に配列した発光ダイオードを交互に別極性で接続することでフリッカの少ない照明が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源で作動する発光ダイオードを用いたＬＥＤ照明装置を点灯させる技術に関し、特に、ちらつき（フリッカ）の少ない長尺状ＬＥＤ照明装置とそれを用いた平面状照明装置に関する。

近年、消費電力を軽減させるための省エネ化、あるいは長寿命化を目的として、蛍光灯に代えて発光ダイオードを複数接続して長尺状のＬＥＤ照明装置を作成する方法が提案されている。
例えば、図５に示すように、ｎ個の発光ダイオードＤ_１〜Ｄ_ｎを略等間隔に並べてこれを直列に接続した照明装置が知られている。
この発光ダイオード列は、例えば商用電源に代表される交流電源の信号が端子ＡＢ間に加えられた場合、端子Ａ側が正のときだけ発光し、端子Ｂ側が正のときには発光しない。つまり、交流電源周波数が５０Ｈｚであれば、１／５０秒毎にその半分の１／１００秒間光ることになる。

また、図５に示すような発光ダイオードＤ_１〜Ｄ_ｎを直列接続しただけの照明装置では、仮に発光ダイオードの１個が何らかの原因で破壊されると、発光ダイオード列全体に電流が流れなくなるため、照明装置としての機能を果たせなくなる。

そこで、仮に、破壊された発光ダイオードが１個ないし数個あったとしても、その破壊された発光ダイオードのアノードカソード間に保護回路としての迂回回路を設けて、全体としての照明装置の機能を保つようにしたものもある。例えば、発光ダイオードの両端に所定の電圧が加わった場合に、破壊された発光ダイオードと並列に接続されたツェナーダイオードが導通して他の発光ダイオードに電流が流れるようにした保護回路内蔵型のＬＥＤ照明装置も提案されている。

図６は、このような保護回路内蔵タイプのＬＥＤ照明装置を示すものである。図６に示す照明装置では、全ての発光ダイオードにツェナーダイオードが内蔵されているので、交流電源からの信号の一方の半波でツェナーダイオードに順方向電圧が加わり、ダイオード列の全体がツェナーダイオードを通して導通してしまう。この問題を防ぐためには、それぞれの発光ダイオード列と直列に一方の半波電流だけを導通させるための整流用のダイオードＤ_Ｒが必要になる。

もちろん、破壊された発光ダイオードが導通するといっても、ツェナーダイオードが導通するだけなので、破壊された発光ダイオード自体が発光することはない。図６に示すＬＥＤ照明装置では、複数の発光ダイオード列の中の一つのダイオードが壊れたとしても、照明装置としての機能がなくならないので、そのまま継続して利用できることになる。

また、図７に示すように、２ｎ個の発光ダイオードＤ_１〜Ｄ_２ｎを直列接続して、その半分の発光ダイオードＤ_１〜Ｄ_ｎを交流電源１０の端子Ａに加わる正の半波（端子Ｂに加わる負の半波）で導通させ、残りの半分の発光ダイオードＤ_ｎ＋１〜Ｄ_２ｎを交流電源１０の端子Ｂに加わる正の半波（端子Ａに加わる負の半波）で導通させる照明装置もある。

また、他にも、交流電源を用いたＬＥＤ照明装置としては、様々な提案がなされている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１に記載の技術は、発光ダイオード群に交流電力源から直接に電力を供給する照明装置であり、第１のキャパシタに接続された第１のダイオードからなる第１の回路と、第１の回路と並列に接続され、第２のキャパシタに接続された第２のダイオードからなる第２の回路とを備え、この第１の回路と第２の回路の間に発光ダイオード群が接続されている。この照明装置に用いられる発光ダイオード列には、交流電流の正負の半波の両方とも導通するようになっており、その分、電力の効率的な利用が図られている。

また、電気用品の常用照明灯に関するものであるが、反射器に多数の点光源(発光ダイオード)を組み込んで作成した照明システムであって、光分布を均一として、エネルギー効率が高く、かつ低コストを指向した照明システムが提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２に記載される技術は、交流の一方向のみ電流を流す第１の発光ダイオード列と、第１の発光ダイオード列とは反対方向のみに電流を流す第２の発光ダイオード列を並列に接続し、その両端に交流電源を接続している。すなわち、交流電源の正の半波では、第１の発光ダイオード列のみが発光し、交流電源の負の半波では第２のダイオード列のみが発光するというものである。

特開２００８−２６３２０３号公報 特表２００８−５０３０６８号公報

しかしながら、図５ないし図６に示すように接続された発光ダイオード列を用いた照明装置では、周期１／５０秒の脈流で点灯することとなるため、ちらつき（フリッカ）現象は避けられない。また、図７に示すような照明装置では、１／５０秒の半分の時間（１／１００秒）は、発光ダイオードＤ_１〜Ｄ_ｎが点灯し、残りの半分の時間（１／１００秒）は、発光ダイオードＤ_ｎ＋１〜Ｄ_２ｎが点灯することになる。このような場合も長尺化された照明装置の中心から半分が１／５０秒毎に交互に点灯するため、照明装置としてのちらつき（フリッカ現象）を防ぐことはできない。

また、特許文献１に記載された技術では、交流電源の正負両方のサイクルとも複数の発光ダイオードを直列接続した、同じ発光ダイオード群を流れるため、長尺化するためには、ダイオード数を多く（２倍）必要としていた。また、特許文献２に記載の技術でも、交流電源（例えば５０Ｈｚ）の正負の半波で異なる発光ダイオード列を発光させているものの、１／１００秒ごとに、発光する発光ダイオード列が切り替わるので、フリッカ現象が発生してしまうという問題があった。

本発明の目的は、かかる点に鑑みてなされたものであり、フリッカ現象を大幅に改善できるように接続した複数の発光ダイオードから構成されるＬＥＤ照明装置とそれを用いた平面状照明装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明のＬＥＤ照明装置は、交流電源によって駆動される発光ダイオードを用いた長尺状のＬＥＤ照明装置であって、略等間隔に配置される複数の発光ダイオードの接続の仕方を工夫している。すなわち、複数の発光ダイオードをＮ個置き（Ｎは１を含む自然数）に直列接続して、交流電源の正または負の一方の半波で導通させる第１の発光ダイオード列と、交流電源の第１の端子に接続され、第１の発光ダイオード列と直列に接続される第１の整流用ダイオードと、略等間隔に配置される複数の発光ダイオードのうち、第１の発光ダイオード列を構成する各発光ダイオードを除いた発光ダイオードを直列に接続し、交流電源の正または負の他方の半波で導通する第２の発光ダイオード列と、第２の発光ダイオード列と直列に接続される第２の整流用ダイオードから構成される。

本発明の好ましい形態では、上記第１の発光ダイオード列を構成する発光ダイオードは、略等間隔に配置された発光ダイオードを、通常は１個置きに接続するのがよいが、この数は電源周波数によるＬＥＤ照明装置のちらつき（フリッカ）を防止できる範囲であれば２個または３個以上でもかまわない。
また、本発明の好ましい形態としては、上記の発光ダイオードは、内部に保護用のツェナーダイオードを含むようにしてもよい。
更に、上記第１及び第２の整流用ダイオードは、電圧変動に対して電流を安定化するために、定電流ダイオードとすることが好ましい。

また、本発明の平面状照明装置の一例は、上述のような長尺状のＬＥＤ照明装置を平面状の導光板の上下または左右の一辺または複数辺に配置したものである。つまり、このようにＬＥＤ照明装置が配置された平面状の導光板と、この平面状導光板の背面に配置されて、導光板からの光を反射する平面反射板と、導光板の前面に配置され、導光板からの光を均質光とする平面状の拡散板とから構成されている。

更に、本発明の平面状照明装置の他の例は、上述の長尺状のＬＥＤ照明装置を平面状に複数列に配置し、前記平面状に複数列に配置したＬＥＤ照明装置からの光が背面から投射される拡散板からなる平面状照明装置であって、ＬＥＤ照明装置を構成する複数の発光ダイオードを平面状に配置したときに、この複数の発光ダイオードに供給する交流電源の正または負の半波電流が、平面状に配置された複数の発光ダイオードに千鳥状に供給されるように、交流電源とＬＥＤ照明装置とを接続することを特徴としている。

本発明の長尺状のＬＥＤ照明装置によれば、交流電源を用いて駆動しても、電源周波数によるちらつき（フリッカ）の少ない照明光を得ることができる。同様に、本発明の平面状照明装置においても、蛍光灯照明と比べると、ちらつきの少ない照明光を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態例の長尺状のＬＥＤ照明装置を構成する発光ダイオードの接続状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態例の長尺状のＬＥＤ照明装置を構成する発光ダイオードの発光出力と交流電源との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態例である、長尺状のＬＥＤ照明装置を並列に複数接続した発光ダイオード列からなる平面状照明装置を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態例の長尺状のＬＥＤ照明装置を用いた平面状照明装置の例を示す図である。 従来の交流電源を用いて駆動される長尺状のＬＥＤ照明装置を構成する発光ダイオード列を示す基本回路図である。 従来の交流電源を用いて駆動される保護回路を内蔵した発光ダイオードによる長尺状のＬＥＤ照明装置の一例を説明するための図である。 従来の交流電源を用いて駆動される発光ダイオードからなる長尺状のＬＥＤ照明装置の他の例を説明するための図である。

以下、図１に基づいて、本発明の長尺状ＬＥＤ照明装置の第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）について説明する。
本例のＬＥＤ照明装置を構成する発光ダイオード列は、一列にかつ順番に並べられた２ｎ個の発光ダイオードＤ_１〜Ｄ_２ｎと、整流用に用いられる２個のダイオードＤ_Ｒ１とＤ_Ｒ２が図示のように接続されている。ここでは、分かり易く説明するために、２ｎ個という偶数の発光ダイオードを用いた例で説明しているが、必ずしも偶数個である必要はなく、奇数個であってもよい。

すなわち、交流電源１０の端子Ａには、第１の整流用ダイオードＤ_Ｒ１のアノード側が接続され、この第１の整流用ダイオードＤ_Ｒ１のカソード側には、上記２ｎ個の発光ダイオードのうち、奇数番目の発光ダイオード群（Ｄ_１、Ｄ_３、Ｄ_５・・・Ｄ_２ｎ−１）が順方向に接続されている。これが第1の発光ダイオード列に相当する。また交流電源１０の端子Ｂには、第２の整流用ダイオードＤ_Ｒ２のアノードが接続され、この第２の整流用ダイオードＤ_Ｒ２のカソード側に、上記２ｎ個の発光ダイオードのうちの偶数番目の発光ダイオード群（Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６・・・Ｄ_２ｎ）が順方向に接続されている。これが第２の発光ダイオード列に相当する。

今、スイッチ１１がオンとなって、図２（ａ）に示すような交流電圧が端子Ａ、Ｂに供給されると、端子Ａ側が正の半波（＋側）のとき、第１の整流用ダイオードＤ_Ｒ１を経由して発光ダイオード群（Ｄ_１、Ｄ_３、Ｄ_５・・・Ｄ_２ｎ−１）が点灯する（図２（ｂ）参照）。そして、端子Ｂ側が正の半波（＋側）になると第２の整流用ダイオードＤ_Ｒ２を経由して発光ダイオード群（Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６・・・Ｄ_２ｎ）が点灯する（図２（ｃ）参照）。

本例の接続では、交流電源１０の正の半波と負の半波で互いに隣り合う発光ダイオードが点灯するため、距離的に近い発光ダイオードが両方とも１／５０秒の間に点灯する。すなわち、互いに隣り合う２個の発光ダイオードに注目すると、１周期の半分の期間、つまり１/１００秒の間は、どちらかの発光ダイオードが発光していることになる。このように、距離的に近い位置にある発光ダイオードが、交流信号の１周期の半分の時間（１／１００秒間）毎に順次発光する。このため、あたかも全波整流をした直流で、直列接続した発光ダイオード群を駆動するようになり、交流電源１０の周波数に依存するフリッカ現象は極めて少なくなる。
なお、第１及び第２の整流用ダイオードＤ_Ｒ１、Ｄ_Ｒ２として、定電流ダイオードを用いると、電圧変動に対してより安定な電流を供給することができるので、均一な明るさの照明光源が得られる。

以上説明した本発明の第１の実施の形態例では、一列に配列した発光ダイオードを１個置きに接続して交流電源のＡまたはＢ端子に接続し、プラスまたはマイナスの半波電流を供給していた。しかし、必ずしも１個置きである必要はなく、フリッカを防ぐことが可能な範囲ならば、２個または３個置きに接続するようにしてもよい。

図３は、本発明の第２の実施形態例として、図１に示した長尺状の発光ダイオード列を並列に２列接続したＬＥＤ照明装置を示している。ここでは、２列接続した例を示しているが、この並列接続する発光ダイオード列を複数列平面状に配置することにより、平面状のバックライトとしての照明装置とすることができる。
図３に示すように、交流電源１０の端子Ａ−Ｂ間に、長尺状の発光ダイオード列が、並列に接続されている。この接続方法では、交流電源１０の端子Ａが（＋）の半波のときは、上段の発光ダイオード群では奇数番目の発光ダイオード（Ｄ_１、Ｄ_３、Ｄ_５・・・Ｄ_２ｎ−１）が導通し、下段の発光ダイオード群では偶数番目の発光ダイオード（Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６・・・Ｄ_２ｎ）が導通するように接続されている。

また、交流電源１０の端子Ｂが（＋）の半波になると、上段の発光ダイオード群では偶数番目の発光ダイオード（Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６・・・Ｄ_２ｎ）が導通し、下段の発光ダイオード群では奇数番目の発光ダイオード（Ｄ_１、Ｄ_３、Ｄ_５・・・Ｄ_２ｎ−１）が導通するように接続される。このような接続をすることにより、上段と下段の発光ダイオード群は、それぞれ、交流電源の半周期毎に千鳥状に発光することになり、平面的に見るとより均一な照明光が得られる。

また、図３に示すように、２列のダイオード群を交流電源１０に並列に接続した場合には、交流電源１０から見た内部抵抗は１／２になる。したがって、上段と下段に流れる電流は、図１に示す１列に発光ダイオード群を並べた場合と同じである。その結果、同じ電流が流れる発光ダイオードの数が２倍になるから、明るさも２倍になる。
図３に示す実施形態例では、発光ダイオード列を上段と下段の２列設けた例を説明したが、この発光ダイオード列は、２列に限定されるものではない。上述したように、３列あるいは４列以上設けるようにしてもよいし、更に列数を増やして、所定の平面内に均一に配置すれば、背面型の平面状照明装置を実現することもできる。

図４は、本発明の第１の実施形態例の長尺状のＬＥＤ照明装置（発光ダイオードを１列に配置したもの）と導光板を用いた平面状照明装置を示したものである。
図４に示すように、平面状照明装置は、光源として上下に配置されるＬＥＤ照明装置２０、２１と、ＬＥＤ照明装置２０、２１からの光を下方または上方に導く導光板２２と、この導光板２２の背面に配置される反射板２３と、導光板２２の前面に配置される拡散板２４から構成される。

なお、長尺状のＬＥＤ照明装置と導光板の組み合わせに代えて、図３に示されるような平面状に配置した複数列の発光ダイオード群を、バックライトとして用いることも考えられる。この場合には、平面状に配置された発光ダイオード群（図３）と拡散板２４のみで平面状照明装置を構成することが可能となる。

以上、本発明の長尺状ＬＥＤ照明装置と、この長尺状ＬＥＤ照明装置を用いた平面状照明装置の例を説明したが、本発明は、ここで説明した例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の応用例、変形例が含まれることはいうまでもない。

１０・・・交流電源、１１・・・スイッチ、Ｄ_１〜Ｄ_２ｎ・・・発光ダイオード、Ｄ_Ｒ１、Ｄ_Ｒ２・・・ダイオード（整流用）、Ｄ_１ｚ〜Ｄ_ｎｚ・・・保護回路付き発光ダイオード、２０、２１・・・ＬＥＤ照明装置、２２・・・導光板、２３・・・反射板、２４・・・拡散板

Claims (6)

1. 交流電源によって駆動される発光ダイオードを用いた長尺状のＬＥＤ照明装置であって、
   略等間隔に配置される複数の発光ダイオードと、
   前記複数の発光ダイオードをＮ個置き（Ｎは１を含む自然数）に直列接続して、前記交流電源の正または負の一方の半波で導通させる第１の発光ダイオード列と、
   前記交流電源の第１の端子に接続され、前記第１の発光ダイオード列と直列に接続される第１の整流用ダイオードと、
   前記略等間隔に配置された複数の発光ダイオードのうち、前記第１のダイオード列を構成する各発光ダイオードを除いた発光ダイオードを直列に接続し、前記交流電源の正または負の他方の半波で導通する前記第２の発光ダイオード列と、
   前記交流電源の第２の端子に接続され、前記第２の発光ダイオード列に直列に接続される第２の整流用ダイオードと、
   から構成されるＬＥＤ照明装置。
2. 前記第１及び第２の整流用ダイオードは、定電流ダイオードである、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記第１の発光ダイオード列は、略等間隔に配置された発光ダイオードを１個置きに接続するものである、請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記発光ダイオードは、内部に保護用のツェナーダイオードを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置と、
   前記ＬＥＤ照明装置が上下または左右の一辺または複数辺に配置され、前記ＬＥＤ照明装置からの光を導く平面状の導光板と、
   前記導光板の背面に配置され、前記導光板からの光を反射する平面反射板と、
   前記導光板の前面に配置され、前記導光板からの光を均質光とする平面状の拡散板と、
   から構成される平面状照明装置。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置を平面状に複数列配置し、前記平面状に複数列に配置したＬＥＤ照明装置からの光が背面から投射される拡散板からなる平面状照明装置であって、
   前記ＬＥＤ照明板装置を構成する発光ダイオードを前記平面状に配置したときに、前記発光ダイオードに供給する交流電源の正または負の半波電流が、前記平面状に配置された前記複数の発光ダイオードに千鳥状に供給されるように、前記交流電源と前記ＬＥＤ照明装置とを接続することを特徴とする平面状照明装置。

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