JP2013140873A - 交流発光ダイオード照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動方式が簡単であり、且つ電源利用効率が高い交流発光ダイオード照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】放熱基板と、放熱基板に熱的に接続され且つ少なくとも２つの逆方向に並列接続された発光ダイオードチップを含む複数の発光ダイオードチップと、放熱基板に設置され且つ複数の発光ダイオードチップに電気的に接続される回路層と、２つの電極と、変圧器及びスイッチを含み、変圧器は、交流電源に接続される入力端及びスイッチを介して電極に電気的に接続される出力端を有し、スイッチは、変圧器の出力端に選択的に接続されて、複数の発光ダイオードチップに異なる大きさを有する駆動電圧を出力する駆動ユニットと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード照明装置に関するものであって、特に交流電源によって駆動する発光ダイオード照明装置に関するものである。

半導体発光素子を採用して製作された発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）は、高輝度、低作動電圧、低消費電力、集積回路にマッチングし易く、駆動が簡単であり、長寿命である等の利点を有することから、光源として照明分野に広く応用される。発光ダイオードの発光強度と注入電流はほぼ正比例するので、一般的に直流電流によって発光ダイオードを駆動して発光させる。

しかし、発光ダイオードの発光効率は注入電流の増大にしたがって低減するとともに、発光ダイオードの温度も注入電流の増大にしたがって高くなり、発光ダイオードの寿命を短縮する。発光ダイオードが動作している最中に生じる熱を減少するために、ＰＷＭ調光（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｉｍｍｉｎｇ，ＰＷＭ Ｄｉｍｍｉｎｇ）方式を採用して、発光ダイオードを制御するが、ＰＷＭ調光方式は定電流で作動するので、発光ダイオードの駆動回路は少なくとも１つのＡＣ−ＤＣ変換器を必要として、発光ダイオード照明装置全体の電源利用効率を低下させ、コストを高くしてしまう。

本発明の目的は、前記課題を解決し、駆動方式が簡単であり、且つ電源利用効率が高い交流発光ダイオード照明装置を提供することである。

本発明に係る交流発光ダイオード照明装置は、放熱基板と、前記放熱基板に設置され且つ前記放熱基板に熱的に接続され、少なくとも２つの逆方向に並列接続された発光ダイオードチップを含む複数の発光ダイオードチップと、前記放熱基板に設置され且つ複数の前記発光ダイオードチップに電気的に接続される回路層と、複数の前記発光ダイオードチップ及び前記回路層の一部分を覆うパッケージ層と、前記放熱基板に設置されて前記回路層に電気的に接続され、且つ前記パッケージ層の外部に暴露される２つの電極と、変圧器及びスイッチを含み、前記変圧器は入力端及び出力端を有し、前記入力端は、交流電源に接続するために用いられ、前記出力端は、前記スイッチを介して前記電極に電気的に接続され、前記スイッチは、前記変圧器の出力端に選択的に接続されて、複数の前記発光ダイオードチップに異なる大きさを有する駆動電圧を出力する駆動ユニットと、を備える。

本発明の交流発光ダイオード照明装置の駆動ユニットは、交流電源に直接に接続されて、少なくとも２つの逆方向に並列接続された発光ダイオードチップを含む複数の前記発光ダイオードチップを駆動することができるので、従来の駆動回路に比べて簡単である。本発明の交流発光ダイオード照明装置は、ＡＣ−ＤＣ変換器を使用しないので、電源利用効率を高める。前記駆動ユニットのスイッチは、変圧器の出力端に選択的に接続されて、複数の前記発光ダイオードチップに異なる大きさを有する駆動電圧を出力することにより、複数の前記発光ダイオードチップの光強度を変調して、異なる需要に適応することができる。

本発明の第一実施形態に係る交流発光ダイオード照明装置の構造を示す図である。 図１に示す交流発光ダイオード照明装置の回路図である。 本発明の第二実施形態に係る交流発光ダイオード照明装置の回路図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１を参照すると、本発明の第一実施形態に係る交流発光ダイオード照明装置１００は、放熱基板１０と、複数の発光ダイオードチップ２０と、回路層３０と、２つの電極４０と、パッケージ層５０と、駆動ユニット６０と、を備える。

前記放熱基板１０は、絶縁材料であり且つ熱伝導率が高い材料からなり、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、ＺｒＯ_２、Ｂ_４Ｃ、ＴｉＢ_２、Ａｌ_ｘＯ_ｙ、ＡｌＮ、ＢｅＯ又はこれらの材料の混合物などである。前記放熱基板１０は、その表面に絶縁材料を塗布した導電基板であってもよい。

複数の前記発光ダイオードチップ２０は、前記放熱基板１０の表面に設置される。複数の前記発光ダイオードチップ２０は、前記放熱基板１０に熱的に接続される。隣り合う２つの前記発光ダイオードチップ２０の間の間隔は、５００μｍより大きいか等しく、好ましくは９００μｍより大きいか等しい。各々の前記発光ダイオードチップ２０の長さは３５０μｍより小さいか等しく、好ましくは３００μｍより小さいか等しい。各々の前記発光ダイオードチップ２０の厚さは、２００μｍより小さいか等しく、好ましくは１５０μｍより小さいか等しい。前記発光ダイオードチップ２０は、黄色発光ダイオード、青色発光ダイオード又はＵＶ発光ダイオードであってもよい。

前記回路層３０は、化学蒸着法又はスパッタリングによって前記放熱基板１０に形成される。本実施形態において、前記回路層３０は、前記放熱基板１０の前記発光ダイオードチップ２０を積載した表面に形成される。各々の前記発光ダイオードチップ２０の正負電極（図示せず）は、前記回路層３０に電気的に接続される。

前記電極４０は、前記放熱基板１０の前記発光ダイオードチップ２０を積載した表面に形成される。前記電極４０は、前記回路層３０に電気的に接続される。

前記パッケージ層５０は、前記放熱基板１０に設置されて複数の前記発光ダイオードチップ２０及び前記回路層３０の一部分を覆う。前記電極４０は、前記パッケージ層５０の外部に暴露される。前記パッケージ層５０の材料として、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ）、ＰＭＭＡ、プラスチックなどの透光材料を採用する。前記パッケージ層５０に少なくとも一種の蛍光物質を混合することができ、例えば、硫化物（Ｓｕｌｆｉｄｅｓ）、アルミン酸塩（Ａｌｕｍｉｎａｔｅｓ）、酸化物（Ｏｘｉｄｅｓ）、ケイ酸塩（Ｓｉｌｉｃａｔｅｓ）又は窒化物（Ｎｉｔｒｉｄｅｓ）などである。常に使用される蛍光物質は、ＹＡＧ(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)蛍光粉及びＴＡＧ(テルビウム・アルミニウム・ガーネット) 蛍光粉である。

図２を参照すると、前記駆動ユニット６０は、変圧器６１及びスイッチ６２を備える。前記変圧器６１は、一次コイルＮ１及び二次コイルＮ２を有する。前記一次コイルＮ１の両端ａ、ｂは、前記変圧器６１の入力端として交流電源に接続され、交流電圧は通常１００〜２３０Ｖである。前記二次コイルＮ２の両端ｃ及びｄの間から複数のタッピング（ｔａｐｐｉｎｇ）６１２が伸び出し、前記二次コイルＮ２の両端ｃ、ｄ及び複数のタッピング６１２は、前記変圧器６１の出力端を構成する。前記スイッチ６２の一端は、前記二次コイルＮ２の端点ｃ又はいずれか１つのタッピング６１２に選択的に接続され、前記スイッチ６２の他端は、コンデンサーＣ１の一端に接続され、前記二次コイルＮ２の端点ｄは、レジスターＲ１の一端に接続される。前記コンデンサーＣ１の他端及び前記レジスターＲ１の他端は、前記駆動ユニット６０の出力端として、前記放熱基板１０に設置された２つの電極４０にそれぞれに接続されて、複数の前記発光ダイオードチップ２０に駆動電圧を提供する。前記スイッチ６２の一端は、前記二次コイルＮ２の端点ｃ又はいずれか１つのタッピング６１２に選択的に接続されて、別々に異なる大きさを有する駆動電圧を出力することができ、異なる数又は一定数の前記発光ダイオードチップ２０に電力を供給する。比較的に大きい駆動電圧を出力すると、さらに多い前記発光ダイオードチップ２０を点灯するか、一定数の前記発光ダイオードチップ２０の光強度を高める。比較的に小さい駆動電圧を出力すると、さらに少ない前記発光ダイオードチップ２０を点灯するか、又は一定数の前記発光ダイオードチップ２０の光強度を下げる。前記二次コイルＮ２の複数のタッピング６１２の隣り合う各々２つのタッピング６１２の間のコイル数が接近すると、調光効果も柔らかく、視覚的に強烈な現象は発生しない。

本実施形態において、図２に示すように、２つの前記電極４０には、各々２つの発光ダイオード列の各一端が接続されている。２つの発光ダイオード列の他端は互いに接続されている。前記各発光ダイオード列は、複数の発光ダイオード２０の各々２つ発光ダイオード２０が逆方向に並列接続されて発光ダイオードグループを形成してから、各々発光ダイオードグループが直列に接続されてなる。

前記交流発光ダイオード照明装置１００の駆動ユニット６０は、交流電源に直接に接続されて、複数の前記発光ダイオードチップ２０を駆動することができるので、従来の駆動回路に比べて簡単である。なお、前記交流発光ダイオード照明装置１００は、ＡＣ−ＤＣ変換器を使用しないので、電源利用効率を高める。前記駆動ユニット６０のスイッチ６２は、前記変圧器６１の出力端に選択的に接続されて、複数の前記発光ダイオードチップ２０に異なる大きさを有する駆動電圧を出力することにより、複数の前記発光ダイオードチップ２０の光強度を変調して、異なる需要に適応することができる。本実施形態において、前記発光ダイオードチップ２０に注入する操作電流は、５０ｍＡより小さいか等しく、好ましくは３０ｍＡより小さいか等しい。

図３を参照すると、本発明の第二実施形態に係る交流発光ダイオード照明装置２００は、第一発光ダイオードグループ２２１、第二発光ダイオードグループ２２２及び第三発光ダイオードグループ２２３を備え、３つの前記発光ダイオードグループがそれぞれに含む複数の発光ダイオードチップは全て直列接続される。前記第一発光ダイオードグループ２２１及び前記第二発光ダイオードグループ２２２は並列接続し、前記第三発光ダイオードグループ２２３の一端は、前記第一発光ダイオードグループ２２１の中心ノードに接続され、前記第三発光ダイオードグループ２２３の他端は、前記第二発光ダイオードグループ２２２の中心ノードに接続される。前記第一発光ダイオードグループ２２１及び前記第二発光ダイオードグループ２２２は、別々に２つ以上の偶数の発光ダイオードチップを備える。前記第三発光ダイオードグループ２２３は、２つまたは２つ以上の発光ダイオードチップを備えることができる。スイッチ２６２の一端は、前記第一発光ダイオードグループ２２１及び前記第二発光ダイオードグループ２２２の共有ノードに直接に電気的に接続される。

以上本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。

１０ 放熱基板
２０ 発光ダイオードチップ
３０ 回路層
４０ 電極
５０ パッケージ層
６０ 駆動ユニット
６１ 変圧器
６２，２６２ スイッチ
２２１ 第一発光ダイオードグループ
２２２ 第二発光ダイオードグループ
２２３ 第三発光ダイオードグループ
６１２ タッピング
１００，２００ 交流発光ダイオード照明装置

Claims (4)

1. 放熱基板と、
   前記放熱基板に設置され且つ前記放熱基板に熱的に接続され、少なくとも２つの逆方向に並列接続された発光ダイオードチップを含む複数の発光ダイオードチップと、
   前記放熱基板に設置され且つ複数の前記発光ダイオードチップに電気的に接続される回路層と、
   複数の前記発光ダイオードチップ及び前記回路層の一部分を覆うパッケージ層と、
   前記放熱基板に設置されて前記回路層に電気的に接続され、且つ前記パッケージ層の外部に暴露される２つの電極と、
   変圧器及びスイッチを含み、前記変圧器は入力端及び出力端を有し、前記入力端は、交流電源に接続するために用いられ、前記出力端は、前記スイッチを介して前記電極に電気的に接続され、前記スイッチは、前記変圧器の出力端に選択的に接続されて、複数の前記発光ダイオードチップに異なる大きさを有する駆動電圧を出力する駆動ユニットと、
   を備えることを特徴とする照明装置。
2. 前記電極には、各々２つの発光ダイオード列の各一端が接続され、前記各発光ダイオード列は、順方向に複数の発光ダイオード２０が直列に接続される順方向発光ダイオード列と、逆方向に複数の発光ダイオード２０が直列に接続される逆方向発光ダイオード列とから構成されているとともに、複数の順方向各発光ダイオード２０と複数の逆方向各発光ダイオード２０との中間点では並列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の交流発光ダイオード照明装置。
3. 複数の前記発光ダイオードチップは、第一発光ダイオードグループ、第二発光ダイオードグループ及び第三発光ダイオードグループに分かれ、３つの前記発光ダイオードグループがそれぞれに含む複数の発光ダイオードチップは全て直列接続され、前記第一発光ダイオードグループ及び前記第二発光ダイオードグループは並列接続し、前記第三発光ダイオードグループの一端は、前記第一発光ダイオードグループの中心ノードに接続され、前記第三発光ダイオードグループの他端は、前記第二発光ダイオードグループの中心ノードに接続されることを特徴とする請求項１に記載の交流発光ダイオード照明装置。
4. 前記第一発光ダイオードグループ及び前記第二発光ダイオードグループは、別々に２つ以上の偶数の発光ダイオードチップを備え、前記第三発光ダイオードグループは、２つまたは２つ以上の発光ダイオードチップを備えることを特徴とする請求項３に記載の交流発光ダイオード照明装置。

Images