JP2011171024A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置の構成によらずに、発光ダイオードおよび筐体間の浮遊容量に起因する発光ダイオードのちらつきを防止するＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】開口部１２を有し、接地される金属製の筐体２と、発光ダイオード２０の放射光が筐体２の開口部１２から外方に出射されるように筐体２内に配設され、筐体２との配置関係において基板２１に発生する浮遊容量が相対的に大小となる領域が形成されているＬＥＤモジュール３と、筐体２との浮遊容量が相対的に大きい領域側の基板２１の他方の面と筐体２との間に配設された絶縁体４と、ＬＥＤモジュール３の発光ダイオード２０を点灯する電源装置を具備している。
【選択図】図１

Description

発光ダイオードを光源とし、その放射光を照明に利用するＬＥＤ照明装置に関する。

この種のＬＥＤ照明装置は、複数個の発光ダイオードが基板に実装されてＬＥＤモジュール化され、例えば金属製の筐体（器具本体）に配設されている。ＬＥＤモジュールは、発光ダイオードを点灯する電源装置からの出力線を接続していので、ＬＥＤ照明装置は、その筐体がアース線により接地されているものがある。

そして、発光ダイオードと筐体との間には浮遊容量が発生することが知られており、電源装置の出力線に重畳したノイズ電圧によるパルス電流が発光ダイオードから浮遊容量を介してアース線に流れることにより、発光ダイオードにおいてちらつきや破壊などが発生することが知られている。このノイズ電圧による発光ダイオード（ＬＥＤ）の破壊が防止されるＬＥＤ点灯装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。この従来技術のＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤユニットと電源ユニットにて構成され、その電源ユニットは、整流回路とＤＣ−ＤＣコンバータ回路を金属ケース内に収納している。

そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の２次側グランドを金属ケースに接続する対地ノイズ電圧バイパス用のコンデンサを設けるとともに、金属ケースとＬＥＤユニットの導電部とを接続するアース線を設け、前記コンデンサの静電容量は、ＬＥＤユニットの各ＬＥＤと導電部との間の合成浮遊容量よりも大きく設定したものである。これにより、交流電源に対地ノイズ電圧が印加されたときに、ＬＥＤユニットの浮遊容量を介して対地ノイズ電圧によるパルス電流が流れようとしても、前記コンデンサを介してパルス電流がバイパスされるので、ＬＥＤの耐圧を超えるパルス電流が流れることを防止でき、ＬＥＤの破壊が生じないというものである。

しかし、上記従来技術のＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤの耐圧を超えるパルス電流が流れることを防止するものであり、対地ノイズ電圧によるパルス電流やＤＣ−ＤＣコンバータ回路からの漏れ高周波電流が浮遊容量の大きいＬＥＤと導電部との間を介してアースに流れることがあり、これにより、個々のＬＥＤの点灯状態がちらつくことがある。このＬＥＤのちらつきを防止するには、ＬＥＤ点灯装置のコンデンサ容量を相当大きくする必要がある。この結果、前記コンデンサが大形化や高コスト化し、ＬＥＤ点灯装置が大形化し、高コスト化する。さらに、前記コンデンサは、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の２次側グランドと金属ケースとの間に接続するので、少なくとも数百ボルトの耐電圧を必要とする高価な部品となる。これにより、ＬＥＤ点灯装置がさらにコスト上昇するものである。

特開２００８−１３０４３８号公報（第４−６頁、第１図）

特許文献１のＬＥＤ点灯装置では、発光ダイオードとＬＥＤユニット間の浮遊容量に起因する発光ダイオードのちらつきを十分抑制することはできない。そして、対地ノイズ電圧による発光ダイオードのちらつきを防止するためにノイズフィルタ回路を使用することも考えられるが、ノイズフィルタ回路を付加することによって、ＬＥＤ点灯装置が大形化や高コスト化してしまう。

本発明は、電源装置の構成によらずに、発光ダイオードおよび筐体間の浮遊容量に起因する発光ダイオードのちらつきを防止するＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載のＬＥＤ照明装置の発明は、開口部を有し、接地される金属製の筐体と；発光ダイオードが一方の面側に実装された基板を有し、発光ダイオードの放射光が筐体の開口部から外方に出射されるように筐体内に配設され、前記筐体との配置関係において前記基板に発生する浮遊容量が相対的に大小となる領域が形成されているＬＥＤモジュールと；筐体との浮遊容量が相対的に大きい領域側の基板の他方の面と筐体との間に配設された絶縁体と；ＬＥＤモジュールの発光ダイオードを点灯する電源装置と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

ＬＥＤモジュールと電源装置とは、電源装置の出力線（リード線）により電気接続される。そして、ノイズは、当該出力線と接地された筐体（アース）との間に発生する。

「浮遊容量が相対的に小」とは、この浮遊容量の小の基板領域と筐体との間にノイズが印加されても、発光ダイオードのちらつきが人に視認されにくいほどの極めて小さい浮遊容量であることを意味する。一方、「浮遊容量が相対的に大」とは、この浮遊容量の大の基板領域と筐体との間にノイズが印加されると、人に視認される発光ダイオードのちらつきが発生する浮遊容量であることを意味する。

浮遊容量の大小は、基板の種類、厚さや大きさ、基板に形成された配線パターンの種類、幅や厚さ、発光ダイオードの配置など、多様の方法により形成することができる。

絶縁体は、絶縁性の板材またはシリコーン樹脂等の樹脂からなる絶縁物など、ＬＥＤモジュールの基板と筐体との間を絶縁するものであればよい。その厚さは、浮遊容量の大きさに応じて適宜設定すればよい。

本発明によれば、筐体との浮遊容量が相対的に大きい領域側の基板の他方の面と筐体との間に絶縁体が介在することにより、筐体との浮遊容量が相対的に大きい基板の領域側と筐体との間の浮遊容量が小さくなる。これにより、基板の各領域と筐体との浮遊容量が小さく、ノイズが電源装置の出力線と筐体（アース）との間に発生しても、発光ダイオードに流れる電流がアース側に漏れるのが極めて小さくなり、発光ダイオードのちらつきが防止される。

請求項２に記載のＬＥＤ照明装置の発明は、請求項１記載のＬＥＤ照明装置の発明において、前記基板は、その一方の面側に形成された配線パターンにより複数個の発光ダイオードを直列接続または直並列接続しているとともに、筐体との浮遊容量が相対的に大きい領域側の配線パターンの幅および厚さの少なくとも一方が他の領域側よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする。

複数個の発光ダイオードが直列接続または直並列接続されることにより、配線パターンの形成が簡素化されて、配線パターンの幅や厚さを変化させやすい。

本発明によれば、筐体との浮遊容量が相対的に大小となる基板の領域が配線パターンの幅および厚さの少なくとも一方を変化させることにより、容易に形成される。

請求項１の発明によれば、筐体との浮遊容量が相対的に大小となる基板領域が形成され、筐体との浮遊容量が相対的に大きい領域側の基板の他方の面と筐体との間に絶縁体が配設されるので、絶縁体が基板全体と筐体との間に配設するよりも削減されてコスト低減を図ることができるとともに、電源装置をノイズの発生を防止するように高機能に構成しないので、小形化およびコスト低減を図ることができ、この結果、小形化され、低コストのＬＥＤ照明装置を提供することができる。

請求項２の発明によれば、ＬＥＤモジュールの基板は、筐体との浮遊容量が相対的に大きい領域側の配線パターンの幅および厚さの少なくとも一方が他の領域側よりも大きくなるように形成されているので、筐体との浮遊容量が相対的に大小となる基板領域を比較的容易に形成することができ、これにより、ＬＥＤ照明装置をさらに低コストにすることができる。

本発明の実施例１を示すＬＥＤ照明装置の一部切り欠き概略側面図。 同じく、ＬＥＤ照明装置の概略斜視図。 同じく、ＬＥＤ照明装置の概略側面図。 同じく、ＬＥＤモジュールを示し、（ａ）は概略上面図、（ｂ）は概略側面図。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

本発明において、ＬＥＤモジュールは、基板において筐体との浮遊容量が相対的に大小となる領域が形成され、絶縁体は、筐体との浮遊容量が相対的に大きい領域側の基板の他方の面と筐体との間に配設される。この絶縁体の配設により、筐体との浮遊容量が相対的に大きい基板領域側と筐体との間の浮遊容量が小さくなって、基板の各領域と筐体との浮遊容量は小さくなる。これにより、基板と接地された筐体（アース）との間にノイズが印加されても、発光ダイオードに流れる電流は、アース側に漏れることが極めて小さくなって、発光ダイオードのちらつきが防止される。そして、電源装置は、ノイズの発生を抑制する構成にしなくて済むので、ＬＥＤ照明装置の小形化、低コスト化が図られる。また、絶縁体は、筐体との浮遊容量が相対的に大きい基板領域側と筐体との間に部分的に配設され、基板全体と筐体との間に配設されるものでないので、絶縁体の使用量を削減することができ、これにより、ＬＥＤ照明装置を低コストに抑えることができる。

図１ないし図４は、本発明の実施例１を示し、図１はＬＥＤ照明装置の一部切り欠き概略側面図、図２はＬＥＤ照明装置の概略斜視図、図３はＬＥＤ照明装置の概略側面図、図４はＬＥＤモジュールを示し、（ａ）は概略上面図、（ｂ）は概略側面図である。

図１および図３において、ＬＥＤ照明装置１は、筐体２、ＬＥＤモジュール３、絶縁体４および電源装置５を有して構成されている。ＬＥＤ照明装置１は、天井面等に埋設されるダウンライトである。

図１において、筐体２は、器具本体６および化粧枠７を有して形成されている。器具本体６は、アルミダイキャストによって成型されており、内部にＬＥＤモジュール３等を収納する収納空間８を有し、外面側に多様な放熱フィン９を有する略円柱状に形成されている。化粧枠７は、ＡＢＳ樹脂からなり、外面側に多様な補強片１０および円形状のフランジ部１１を有する略椀状に形成されている。化粧枠７は、器具本体６の放熱フィン９，９間の上面から図示しないねじによりねじ止めされて、器具本体６と一体化している。

そして、化粧枠７の内面７ａは、例えば白色塗装により反射面に形成されていて、ＬＥＤモジュール３からの放射光を出射する筐体２の開口部１２となっている。開口部１２の最奥側は、環状の段部１３に形成されている。この段部１３には、透光性カバー１４が固定されることなく設けられている。透光性カバー１４は、例えばアクリル樹脂からなり、円板状に形成されている。また、化粧枠７の外面には、フランジ部１１との間で天井面等を挟持することにより筐体２を天井等に固定する一対の取付けばね１５，１５が取り付けられている。

筐体２は、図２に示すように、器具本体６の上端側に天板１６が取り付けられており、この天板１６に端子台１７が配設されている。この端子台１７には、図３に示すように、電源装置５から導出された電源コード１８の先端側に取り付けられたコネクタ１９が着脱自在に取り付けられる。そして、端子台１７にコネクタ１８が取り付けられると、電源コード１８の図示しないアース線がアルミダイキャストからなる器具本体６に電気接続される。すなわち、筐体２は、電源装置５を介して接地電位となっている。

ＬＥＤモジュール３は、図１に示すように、器具本体６の収納空間８に配設されている。そして、ＬＥＤモジュール３は、複数個の発光ダイオード２０および基板２１を有して形成され、発光ダイオード２０が化粧枠７の開口部１２側に面するようにし、発光ダイオード２０の放射光が開口部１２から外方に出射されるように筐体２内に配設されている。

発光ダイオード２０は、面実装形であり、可視光例えば白色光を放射するように形成されている。また、基板２１は、例えば１ｍｍの厚さを有するアルミニウム（Ａｌ）板からなり、図４に示すように、図示しない
絶縁層を介して一方の面２１ａ側に複数個の発光ダイオード２０を同心円状に実装している。すなわち、発光ダイオード２０は、基板２１の中心２１ｃの周りに４個、その外側に８個、さらにその外側に１４個が同心円上で略等間隔となるようにして実装されている。

基板２１の一方の面２１ａの外周端側には、コネクタ部２２が配設されている。このコネクタ部２２には、基板２１の他方の面２１ｂ側へ配線されて端子台１７に接続されているリード線２３が取り付けられている。

そして、基板２１の一方の面２１ａには、図示しない絶縁層を介して銅箔からなる複数個の配線パターン２４が形成されている。この配線パターン２４は、その幅およびパターン形状が異なっていて、複数個の発光ダイオード２０を直列接続してコネクタ部２２に接続している。そして、基板２１の中心２１ｃよりも図４（ａ）中左側の領域の配線パターン２４，２４間は、同じく右側の領域の配線パターン２４，２４間よりも大きい絶縁距離となるように形成されている。すなわち、基板２１の一方の面２１ａにおいて、図４（ａ）中右側の領域の配線パターン２４の合計面積（銅箔面積）が図４（ａ）中左側の領域の配線パターン２４の合計面積（銅箔面積）よりも大きくなるように形成している。

また、図４（ａ）中右側の領域の配線パターン２４の厚さは、例えば５０μｍに形成され、図４（ａ）中左側の領域の配線パターン２４の厚さ例えば３５μｍよりも大きくしている。上記により、ＬＥＤモジュール３を単独で筐体２の収納空間８に収納、配設した状態では、基板２１の図４（ａ）中右側の領域と筐体２との間には、大きい浮遊容量が発生し、基板２１の図４（ａ）中左側の領域と筐体２との間には、小さい浮遊容量が発生するものである。すなわち、ＬＥＤモジュール３は、筐体２との配置関係において基板２１に発生する浮遊容量が相対的に大小となる領域が強制的に形成されているものである。ここで、前記小さい浮遊容量は、直列接続された発光ダイオード２０に所定の直流電圧が印加されたときに、当該浮遊容量を介してアース側に漏れる電流が極めて小さくなるものに設定されている。

なお、基板２１は、発光ダイオード２０およびコネクタ部２２等を除く配線パターン２４の表面および配線パターン２４の非形成部分に図示しない絶縁層が形成されている。

また、配線パターン２４は、複数個の発光ダイオード２０を直並列接続するように、その幅、パターン形状や厚さ等が形成されていてもよい。この場合においても、筐体２との配置関係において基板２１に発生する浮遊容量が相対的に大小となる領域が形成されるものである。

そして、基板２１の中心２１ｃには、孔２５が形成されている。この孔２５には、図示しないねじが挿通され、図４（ｂ）に示すように、スペーサ２６を介して、当該ねじが筐体２の図示しないねじ孔にねじ込まれる。これにより、ＬＥＤモジュール３は、筐体２の収納空間８において、筐体２に仮固定される。スペーサ２６は、ねじが貫通される中空を有する円筒状に形成されており、その全長分、基板２１を筐体２から離間させている。

また、基板２１は、その中心２１ｃから所定距離の同心円上に、図４（ａ）に示すように、等間隔で４個の孔２７が形成されている。この孔２７は、筐体２の器具本体６の上面から器具本体６を貫通するねじが、図４（ｂ）に示すように、スペーサ２８を介して挿通されるものである。スペーサ２８は、スペーサ２６よりも径大に形成されているが、その全長は、スペーサ２６と同等に形成されている。

図１において、基板２１の孔２７を挿通したねじは、反射板ユニット２９にねじ込まれるものである。これにより、ＬＥＤモジュール３は、スペーサ２６およびスペーサ２８と、反射板ユニット２９とにより挟持されて、筐体２の収納空間８において、器具本体６に固定されている。

反射板ユニット２９は、例えばＰＣ／ＡＳＡからなり、発光ダイオード２０を個々に包囲する反射板３０が形成されている。反射板３０は、略方物体に形成されており、発光ダイオード２０の放射光による配光を制御するものである。そして、反射板３０は、筐体２の器具本体６と化粧枠７が一体化されたときに、透光性カバー１４に近接するように、その大きさが設定されている。

絶縁体４は、例えばシリコーン樹脂からなり、図４（ｂ）に示すように、基板２１の他方の面２１ｂと筐体２との間に配設されている。そして、基板２１において、筐体２との浮遊容量が大きい領域側と筐体２との間に配設されているものである。すなわち、基板２１の図４（ａ）中の右側の領域の他方の面２１ｂと、筐体２との間に絶縁体４としてのシリコーン樹脂が埋め込まれている。そして、基板２１の図４（ａ）中の左側の領域の他方の面２１ｂと筐体２との間は、空間となっている。

電源装置５は、図３に示すように、電源ユニット３１に収納されている。電源ユニット３１からは、電源装置５の出力線およびアース線を備える電源コード１８が導出され、コネクタ１９により、筐体２の端子台１７に着脱自在に接続されている。

電源装置５は、ＬＥＤモジュール３の発光ダイオード２０を点灯させる周知の回路で形成されている。そして、電源装置５および電源ユニット３１は、図示しないアース線により接地されており、筐体２の金属製の器具本体６を接地させている。

次に、本発明の実施例１の作用について述べる。

発光ダイオード２０は、その点灯により熱が発生する。この熱を迅速に伝達して放熱させるために、ＬＥＤモジュール３の基板２１は、熱伝導性の良好な金属板例えばアルミニウム（Ａｌ）板が用いられる。また、基板２１が樹脂であっても、その表面に金属膜を形成して伝熱を向上させている。また、筐体２は、外部空間への放熱性を向上させること等により、アルミニウム（Ａｌ）などの金属で形成されている。

このように、基板２１および筐体２がそれぞれ金属で形成されると、それらの間に必然的に浮遊容量が発生する。この浮遊容量は、発光ダイオード２０に流れる電流をアース側に漏れさせるほどの大きい容量となっている。基板２１および筐体２の間の浮遊容量を小さくするには、配線パターン２４を形成する金属膜（銅箔）の面積を小さくすることがひとつの方法であるが、この場合、発光ダイオード２０に発生した熱が金属膜を介して迅速に伝熱しにくくなり、発光ダイオード２０が温度上昇して短寿命になるおそれがある。

また、基板２１および筐体２の間の浮遊容量を小さくする他の方法として、基板２１および筐体２の間に絶縁体４を配設することが行われている。例えば、絶縁体４としてのシリコーン樹脂を基板２１および筐体２の間に埋め込み、介在させている。しかし、当該シリコーン樹脂は、少なくとも基板２１および筐体２の間の全域に介在させるので、その使用量が多く、ＬＥＤ照明装置のコスト高の一要素となっている。

しかしながら、本発明のＬＥＤ照明装置１は、その筐体２の金属製の器具本体６には、筐体２との浮遊容量が大きい基板２１の領域側（図４（ａ）中右側の領域）の他方の面２１ｂと、器具本体６との間に絶縁体４であるシリコーン樹脂が配設されている。この絶縁体４が配設されていることにより、筐体２との浮遊容量が大きい基板２１の領域側と、器具本体６との間の浮遊容量が小さくなる。基板２１は、その全体の領域に亘って、器具本体６との浮遊容量が小さくなる。

そして、電源装置６から所定の電力が供給され、筐体２の端子台１７に接続されている出力線２３と器具本体６との間にノイズが発生しても、器具本体６と基板２１との間の浮遊容量を介して、発光ダイオード２０に流れる電流がアース側に漏れるのが極めて小さくなる。この結果、発光ダイオード２０のちらつきが防止される。

そして、発光ダイオード２０の点灯により、図４（ａ）中右側の領域に発生した発光ダイオード２０からの熱は、配線パターン２４および図示しない絶縁層を介して基板２１に伝熱される。また、図４（ａ）中左側の領域に発生した発光ダイオード２０からの熱は、配線パターン２４および図示しない絶縁層を介して基板２１に伝熱され、さらに、図４（ａ）中右側の領域の配線パターン２４に伝熱されて基板２１に伝熱される。

基板２１に伝熱した熱は、基板２１から絶縁体４に伝熱され、絶縁体４から筐体２（器具本体６）に伝熱されて、筐体２から外部空間に放出される。こうして、基板２１の図４（ａ）中右側の領域に実装された発光ダイオード２０の温度上昇が抑制されるとともに、図４（ａ）中左側の領域に実装された発光ダイオード２０の温度上昇が抑制される。すなわち、基板２１の図４（ａ）中左側の領域は、その領域に実装された発光ダイオード２０の温度上昇を抑制でき、かつ筐体２との浮遊容量が小さくなる配線パターン２４の合計面積を有するように、その配線パターン（銅箔）２４が形成されている。

上述したように、筐体２との浮遊容量が相対的に大小となる基板２１の領域を形成して、筐体２との浮遊容量が大きい領域側の基板２１の他方の面２１ｂと筐体２との間に絶縁体４を配設させることにより、絶縁体４が基板２１全体と筐体２との間に配設するよりも削減されてコスト低減を図ることができる。また、電源装置５をノイズの発生を防止するように高機能に構成しないので、電源装置５の小形化およびコスト低減を図ることができ、これにより、ＬＥＤ照明装置１を小形化し、低コスト化することができる。

そして、筐体２との浮遊容量が相対的に大小となる基板２１の領域は、配線パターン２４の幅および厚さ等の大きさにより容易に形成することができるので、ＬＥＤ照明装置１をさらに低コストにすることができる。

本発明は、ＬＥＤ電球などの電球型ランプや天井等の造営物に取り付けられる照明器具に用いることができる。

１…ＬＥＤ照明装置、 ２…筐体、 ３…ＬＥＤモジュール、 ４…絶縁体、 ５…電源装置、 １２…開口部、２０…発光ダイオード、 ２１…基板

Claims (2)

1. 開口部を有し、接地される金属製の筐体と； 発光ダイオードが一方の面側に実装された基板を有し、発光ダイオードの放射光が筐体の開口部から外方に出射されるように筐体内に配設され、前記筐体との配置関係において前記基板に発生する浮遊容量が相対的に大小となる領域が形成されているＬＥＤモジュールと； 筐体との浮遊容量が相対的に大きい領域側の基板の他方の面と筐体との間に配設された絶縁体と； ＬＥＤモジュールの発光ダイオードを点灯する電源装置と；を具備していることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記基板は、その一方の面側に形成された配線パターンにより複数個の発光ダイオードを直列接続または直並列接続しているとともに、筐体との浮遊容量が相対的に大きい領域側の配線パターンの幅および厚さの少なくとも一方が他の領域側よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。

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