JP2014203570A - Led点灯装置および照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
LEDの温度上昇に対して感温素子が効果的に作用するLED点灯装置およびこのLED点灯装置を配設する照明装置を提供する。
【解決手段】
LED点灯装置1は、スイッチング手段5と、感温素子4を有し、LED15に所定の電流が供給されるようにスイッチング手段5をオンオフ制御し、感温素子4の温度上昇に応じてLED15に供給される電流が減少するようにスイッチング手段5を制御する制御手段12と、を具備するLED点灯回路9において、LED点灯回路9を構成する回路部品3が基板2に実装され、回路部品3のうち比較的発熱の大きい複数個の発熱部品の間に感温素子4が配置されている。
【選択図】図1
LEDの温度上昇に対して感温素子が効果的に作用するLED点灯装置およびこのLED点灯装置を配設する照明装置を提供する。
【解決手段】
LED点灯装置1は、スイッチング手段5と、感温素子4を有し、LED15に所定の電流が供給されるようにスイッチング手段5をオンオフ制御し、感温素子4の温度上昇に応じてLED15に供給される電流が減少するようにスイッチング手段5を制御する制御手段12と、を具備するLED点灯回路9において、LED点灯回路9を構成する回路部品3が基板2に実装され、回路部品3のうち比較的発熱の大きい複数個の発熱部品の間に感温素子4が配置されている。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、光源としてのLEDを点灯するLED点灯装置およびこのLED点灯装置を配設する照明装置に関する。
光源としてのLEDは、消費電力が小さく、長寿命であり、各種の色光が容易に得られるなどの利点を有している。このLEDを点灯するLED点灯装置は、一般に、装置本体内に収納され、LEDに所定の電流を供給している。しかしながら、LEDは、過度に温度上昇すると、発光効率が低下し、長寿命が損なわれるという欠点を有している。近年、LEDが高出力化され、装置本体が小型化されており、LEDの温度上昇の抑制が課題となっている。LEDの発生熱は、一般に、ヒートシンクを用いて装置本体から外部空間に放熱させている。また、LED点灯装置に発生した熱も装置本体から放熱させている。
そして、LED点灯装置に感温素子を含む温度特性回路を組み込み、LEDに流れる電流を装置本体内の温度によって変化させるLED点灯装置が提案されている(例えば特許文献1参照。)。すなわち、LED点灯装置は、感温素子としてのNTCサーミスタの抵抗値が温度上昇により低下することを利用して、所定の温度まではLEDに流れる電流を一定に制御し、所定の温度を超えるとLEDに流れる電流を温度に対して線形に減少させるように制御するように形成されている。
LED点灯装置は、その回路部品が基板に実装されている。そして、基板において、トランジスタやトランスなどの発熱部品の周囲温度が相対的に高くなっている。また、LEDに近い基板部分は、LEDからの熱影響が大きい。すなわち、基板の温度は部分的に異なっている。このため、基板に実装された感温素子は、その温度特性が基板の実装位置によってLEDの温度上昇と相関しにくいということがある。
本発明の実施形態は、LEDの温度上昇に対して感温素子が効果的に作用するLED点灯装置およびこのLED点灯装置を配設する照明装置を提供することを目的とする。
実施形態のLED点灯装置は、スイッチング手段および感温素子を有する制御手段を具備するLED点灯回路に構成される。LED点灯回路を構成する回路部品は、基板に実装されている。スイッチング手段は、LEDに所定の電流が供給されるようにオンオフ制御されるものである。
制御手段は、LEDに所定の電流が供給されるようにスイッチング手段をオンオフ制御するように形成されている。また、制御手段は、感温素子の温度上昇に応じてLEDに供給される電流が減少するようにスイッチング手段を制御するように形成されている。そして、感温素子は、基板において、回路部品のうち比較的発熱の大きい複数の発熱部品の間に配置されている。
本実施形態によれば、感温素子は、回路部品の比較的発熱の大きい複数の発熱部品の間に配置されているので、当該発熱部品による熱を直接かつ迅速に受けるものであり、当該発熱部品がLEDに流れる電流に応じて発熱することにより、感温素子の温度上昇がLEDに流れる電流に応じたものとなり、制御手段が感温素子の温度上昇に応じてLEDに供給される電流を低減させることにより、LEDの温度上昇が抑制されてLEDの長寿命を維持できることが期待できる。
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。まず、本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態のLED点灯装置1は、図1に示すように、基板2および多種類かつ多数個の回路部品3を有して形成されている。
基板2は、合成樹脂例えばガラスエポキシ材からなり、一面2aおよび他面(図示しない。)が平面状である長方形に形成されている。回路部品3は、基板2の一面2a側に実装されている。回路部品3は、感温素子4、スイッチング手段としてのスイッチング素子5、トランス(カレントトランス)6、コンデンサC1〜C4、抵抗R1〜R4、トランスT1、電流ヒューズF1などからなっている。そして、スイッチング素子5およびトランス6などは、回路部品3のうち、比較的発熱量が大きいものであり、回路部品3の発熱部品となっている。また、基板2の一面2a側には、入力端子7a,7bおよび出力端子8a,8bが設けられている。回路部品3、入力端子7a,7bおよび出力端子8a,8bは、不図示の配線パターンにより電気接続されている。すなわち、基板2に回路部品3によりLED点灯回路9が形成されている。
そして、本実施形態において、発熱部品であるスイッチング素子5およびトランス6は、並設されるように基板2の一面2a側に実装されている。そして、感温素子4は、スイッチング素子5およびトランス6の間に設けられている。感温素子4は、スイッチング素子5およびトランス6とのそれぞれの間隔L1,L2が0.5〜2.0mmとなるように設けられている。前記間隔L1,L2が0.5mm以上であると、感温素子4は、スイッチング素子5およびトランス6との絶縁距離が確保される。また、前記間隔L1,L2が2.0mm以下であると、感温素子4は、スイッチング素子5およびトランス6からの熱影響を直接受けてそれらの温度に応じた温度になり易く、また、スイッチング素子5およびトランス6の温度上昇に即応して温度上昇し易いものである。
LED点灯回路9は、図2に示すように、整流装置10、スイッチング素子5、起動回路11、制御手段としての制御回路12を有して形成されている。整流装置10は、例えば整流器からなり、その入力側が電流ヒューズF1、コンデンサC1およびトランスT1からなるノイズフィルター回路13を介して入力端子7a,7bに接続されている。入力端子7a,7bには、商用交流電源Vs(AC100V)が接続されている。また、整流装置10の出力側には、平滑用コンデンサC2が接続されている。整流装置10および平滑用コンデンサC2により、平滑用コンデンサC2の両端間に直流電源が形成されている。
平滑用コンデンサC2の両端間は、スイッチング素子5、抵抗R1およびトランス6を介して出力端子8a,8bに接続されている。すなわち、平滑用コンデンサC2の正極側と出力端子8aとの間に、スイッチング素子5、抵抗R1およびトランス6の一次巻線6aが接続されている。そして、出力端子8a,8bとトランス6との間には、コンデンサC3および抵抗R2からなる平均化回路14が接続されている。また、抵抗R1およびトランス6の一次巻線6aの中点A1と、出力端子8bとの間には、還流用のダイオードD1が接続されている。そして、出力端子8a,8bには、光源としてのLED15が接続されている。
スイッチング素子5は、例えば電界効果トランジスタであり、ドレイン、ソース間にコンデンサC4が接続されている。スイッチング素子5は、制御回路12によりオンオフ制御される。スイッチング素子5がオンすることにより、平滑用コンデンサC2からLED15に電流が供給される。そして、スイッチング素子5のオン期間が短くなるにつれて、平滑用コンデンサC2からLED15に供給される電流が減少される。
起動回路12は、入力端子7a,7bに商用交流電源Vsが投入されたときに、スイッチング素子5のゲートに起動電圧を供給してスイッチング素子5をオンにするものである。起動回路12は、例えば直列接続された複数個の抵抗からなり、スイッチング素子5のドレイン、ゲート間に接続されている。
制御回路12は、感温素子4、主制御回路16および調整回路17を有して形成されている。感温素子4は、例えばNTCサーミスタからなり、その抵抗値が温度上昇に応じて低下するものである。感温素子4の抵抗値は、温度の上昇に対して二次関数的に減少する。感温素子4は、抵抗R3および抵抗R4と直列接続されて、主制御回路16および調整回路17にそれぞれ接続されている。
主制御回路16は、トランス6の二次巻線6bからLED15に流れる電流を検出している。そして、LED15に所定の電流が流れるように、スイッチング素子5をオンオフ制御している。すなわち、スイッチング素子5のオン期間に亘ってスイッチング素子5のゲートに駆動電圧を供給している。
調整回路17は、感温素子4と協働して動作し、主制御回路16からスイッチング素子5のゲートに供給される駆動電圧をバイパスして、前記駆動電圧の供給期間を減少させるように形成されている。すなわち、感温素子4が温度上昇すると、感温素子4の抵抗値が減少し、抵抗R3、感温素子4および抵抗R5の直列回路の合成抵抗値が低下する。そして、感温素子4が所定の温度例えば80℃になったときに、抵抗R3、感温素子4および抵抗R4の直列回路に電流が流れる。そして、当該直列回路に流れる電流は、感温素子4がさらに温度上昇して抵抗値が低下するにしたがい増加していく。調整回路17は、当該電流の変化に応じて、主制御回路16からスイッチング素子5のゲートに出力された駆動電圧をバイパスする。これにより、スイッチング素子5のオン期間は、短くなり、平滑用コンデンサC2からLED15に供給される電流が減少することになる。
なお、感温素子4は、NTCサーミスタに限らず、温度に応じて結果的にLED15に流れる電流を調整できるものであればよく、例えばPTCサーミスタやツェナーダイオードを用いてもよい。また、基板2の一面2a側に熱伝導性および絶縁性を有する樹脂をポッティングして回路部品3を埋めていてもよい。
次に、第1の実施形態の作用について述べる。
次に、第1の実施形態の作用について述べる。
商用交流電源Vsが投入されると、起動回路11によりスイッチング素子5がオンされて平滑用コンデンサC2からLED15に電流が供給される。そして、制御回路12の主制御回路16は、LED15に所定の電流が流れるようにスイッチング素子5をオンオフ制御する。LED15は、点灯して、所定の色光を放射するとともに発熱する。
LED15に供給される電流が流れる経路上の回路素子3は、当該電流が流れることによって大きく発熱する。すなわち、整流装置10、スイッチング素子5、抵抗R1およびトランス6は、他の回路部品3に対して発熱量が多く、次第に大きく温度上昇していく。そして、スイッチング素子5およびトランス6の間に設けられている感温素子4は、それらの発熱により次第に温度上昇していき、感温素子4の抵抗値が次第に低下していく。そして、感温素子4が所定の温度例えば80℃になったときに、抵抗R3、感温素子4および抵抗R4の直列回路に電流が流れる。当該直列回路に流れる電流は、感温素子4がさらに温度上昇して抵抗値が低下するにしたがい増加していく。
調整回路17は、抵抗、感温素子4および抵抗R4の直列回路に流れる電流の増加に応じて、主制御回路16から出力された駆動電圧をバイパスし、スイッチング素子5のオン期間を減少させる。これにより、平滑用コンデンサC2からLED15に供給される電流が減少し、LED15の発生熱が減少して、LED15の温度上昇が抑制される。
そして、LED15に供給される電流が減少することにより、スイッチング素子5およびトランス6の温度上昇がそれぞれ抑制され、スイッチング素子5およびトランス6は、所定の範囲内の温度になり、感温素子4の温度も所定の範囲内となる。主制御回路16および調整回路17は、スイッチング素子5を所定のオン期間でオンオフ制御する。これにより、LED15に感温素子4の温度に応じた所定の電流が流れるようになり、LED15は、温度上昇が抑制されて長寿命化される。
そして、装置本体内の温度が激変して感温素子4が温度上昇すると、上述したように、制御回路12によりLED15に流れる電流が減少され、LED15の発生熱が減少するので、装置本体内の温度上昇が抑制されるとともに、LED15の温度上昇も抑制される。こうして、感温素子4は、LED15の温度上昇に対して効果的に作用し、LED15の長寿命を維持させている。
本実施形態のLED点灯装置1によれば、感温素子4は、回路部品3の発熱部品であるスイッチング素子5およびトランス6の間であって近傍に配置されているので、スイッチング素子5およびトランス6の温度上昇による熱影響を直接かつ迅速に受けることになり、スイッチング素子5およびトランス6がLED15に流れる電流に応じて発熱することにより、感温素子4の温度上昇がLED15に流れる電流に応じたものとなり、制御回路12が感温素子4の温度上昇に応じてLED15に供給される電流を低減させることにより、LED15の温度上昇が抑制されてLED15を長寿命化できるという効果を有する。
また、感温素子4は、スイッチング素子5およびトランス6とのそれぞれの間隔L1,L2が0.5〜2.0mmとなるように設けられているので、スイッチング素子5およびトランス6との絶縁距離を確保することができ、スイッチング素子5およびトランス6の温度に応じた温度になり易くなるとともにスイッチング素子5およびトランス6の温度上昇に即応して温度上昇し易くなるという効果を有する。
なお、感温素子4は、スイッチング素子5およびトランス6の間に限らず、他の発熱部品の間に配置されていてもよい。また、感温素子4は、3個以上の発熱部品の間に配置されてもよい。これらの場合であっても、上述と同様の作用、効果が得られる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態のLED点灯装置1Aは、図3に示すように形成されている。なお、図3において、図1と同一部分には同一符号を付して重複した説明は省略する。
LED点灯装置1Aは、図1に示すLED点灯装置1において、基板2の一面2a側であって感温素子4の近傍に温度ヒューズ18が設けられているものである。そして、温度ヒューズ18は、感温素子4と不図示の配線パターンにより直列接続されている。温度ヒューズ18は、図2に示すLED点灯回路9において、感温素子4と抵抗R3との間または感温素子4と抵抗R4との間に設けられ、それらと直列接続されている。温度ヒューズ18は、感温素子4の近傍に設けられることにより、スイッチング素子5およびトランス6のそれぞれの近辺に設けられている。
温度ヒューズ18は、感温素子4の近傍に設けられているので、感温素子4の温度上昇に即応して温度上昇する。そして、感温素子4が許容温度を超えるように過度に温度上昇すると、当該許容温度の付近で断線するものである。温度ヒューズ18が断線すると、抵抗R3、感温素子4および抵抗R4の直列回路に電流が流れなくなり、この電流遮断が調整回路17により検出される。調整回路17は、主制御回路16から出力される駆動電圧をバイパスし、スイッチング素子5のゲートに印加させなくする。すなわち、制御回路12は、スイッチング素子5のオンオフ制御を停止する。これにより、LED15に電流が流れなくなり、LED15は消灯し、発熱しなくなる。LED15が発熱しなくなることにより、回路部品3の発熱部品および感温素子4は、温度上昇しなくなり、熱破壊することがなくなる。
本実施形態のLED点灯装置1Aによれば、感温素子4の近傍に感温素子4に直列接続された温度ヒューズ18を有し、感温素子4の温度が許容温度を超えるような異常温度となったときに、温度ヒューズ18が断線して、制御回路12がスイッチング素子5のオンオフ制御を停止するので、LED15が消灯して発熱しなくなることにより、感温素子4の温度上昇がなくなり、これにより、感温素子4を熱破壊などから保護できるという効果を有する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
本実施形態の照明装置21は、電球用ソケットに着脱されるLED電球であり、図4に示すように構成される。なお、図1と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。照明装置21は、発光体22、装置本体としての外囲器23、取付け体24、図1に示すLED点灯装置1およびグローブ25を有して構成されている。
発光体22は、実装基板26、LED15である複数個のLEDベアチップ15aおよび封止樹脂27を有して形成されている。実装基板26は、例えばアルミニウム(Al)の金属板からなり、外形が例えば正四角形に形成されている。LEDベアチップ15aは、例えば青色光を発光するように形成され、COB(Chip On board)方式によって実装基板26に実装されている。封止樹脂27は、例えばシリコーン樹脂からなり、LEDベアチップ15aからの青色光の一部により励起されて黄色光を放射する図示しない黄色蛍光体が混入されている。
外囲器23は、高熱伝導率を有する金属材料例えばアルミニウム(Al)からなり、一端側23aから他端側23bに緩やかに径大する柱状に形成しているとともに、その中心軸部に挿入孔28が一端側23aから他端側23bに沿って所定の深さで円柱状に形成されている。また、外囲器23は、その他端側23bの端面23dが平面に形成されている。そして、端面23dに例えばシリコーン樹脂からなる絶縁紙29を介在させて発光体22が図示しないねじにより取り付けられている。
外囲器23の挿入孔28には、略円筒状に形成された取付け体24が挿入されて取り付けられている。取付け体24は、例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂により挿入孔28の壁面に密接する大きさに形成され、電気絶縁性を有する。取付け体24は、その両端側24a,24bにそれぞれ開口30,31を有している。そして、取付け体24の他端側24bの端面24dには、複数個のねじ孔32が設けられており、このねじ孔32にねじ33が外囲器23の端面23dから螺着されている。すなわち、外囲器23の端面23dには、ねじ孔32に対応した取付け孔34が形成されている。この取付け孔34は、ねじ33を埋め込み、ねじ33が端面23dから突出しないように段付きに形成されている。
そして、取付け体24は、その一端側24a側に外囲器23の一端側23aの端面23cに当接する環状座35が設けられている。この環状座35は、取付け体24の他端側24bがねじ33により外囲器23の他端側23bに取り付けられたときに、外囲器23の端面23cに当接する。こうして、取付け体24は、外囲器23の挿入孔28に挿入されて外囲器23に固定されている。
そして、取付け体24は、その一端側24aの外面に凸条36が螺旋状に形成されていて、この凸条36にE形の口金37が螺合されている。口金37は、取付け体24の一端側24aの外面にかしめられて固定されている。
LED点灯装置1は、発光体22のLEDベアチップ15aを点灯するものであり、取付け体24内に収納されている。そして、入力端子7a,7b(図示しない。)が不図示のリード線(ワイヤ)により、口金37のシェル部38およびアイレット部39にそれぞれ接続されている。また、出力端子8a,8b(図4中、一方のみを示す。)は、出力線39により発光体22に接続されている。
グローブ25は、透光性を有する樹脂材料からなっている。ここでは、例えばポリカーボネート(PC)樹脂により、他端側25bが閉塞され一端25aが開口されるとともに発光体22を覆うように略球面状に成型されている。そして、グローブ25は、一端側25aの係止部40が外囲器23の他端側23bの被係止部41に係止して外囲器23に取り付けられている。
照明装置21は、その口金37が給電されると、LED点灯装置1が動作し、発光体22のLEDベアチップ15aが点灯する。発光体22から白色光が放射され、この白色光は、グローブ25を透過して外部空間に出射される。また、発光体22は、点灯により発熱する。この熱の一部は、外囲器23に熱伝導して外囲器23から外部空間に放出されるとともに、取付け体24の内部温度を上昇させ、LED点灯装置1の温度を上昇させる。
LED点灯装置1は、感温素子4が所定の温度例えば80℃を超えてさらに温度上昇すると、感温素子4の温度上昇に応じて、発光体22に供給する電流を減少させる。発光体22は、供給される電流の減少に伴って発熱量が減少する。これにより、取付け体24の内部温度が所定の温度範囲となり、LED点灯装置1の温度も所定の範囲内となる。LED点灯装置1は、発光体22に所定の電流を供給して、発光体22のLEDベアチップ15aを点灯させる。
本実施形態の照明装置21によれば、感温素子4の温度上昇に応じて発光体22に供給する電流を減少させるLED点灯装置1を配設しているので、発光体22の発熱を抑制して発光体22の温度上昇を抑制することができ、これにより、発光体22を長寿命化することができるという効果を有する。
なお、本実施形態において、照明装置21は、LED電球に構成したが、これに限らず、GX53形などのランプや直付け形、吊下げ形や埋込み形などの照明器具であってもよい。
また、本発明の上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…LED点灯装置、 2…基板、 3…回路部品、 4…感温素子、 5…スイッチング手段としてのスイッチング素子、 6…発熱部品としてのトランス、 9…LED点灯回路、 12…制御手段としての制御回路、 15…LED、 21…照明装置としてのLED電球、 23…装置本体としての外囲器
Claims (4)
- LEDに所定の電流が供給されるようにオンオフ制御されるスイッチング手段と;
感温素子を有し、LEDに所定の電流が供給されるように前記スイッチング手段をオンオフ制御し、前記感温素子の温度上昇に応じてLEDに供給される電流が減少するように前記スイッチング手段を制御する制御手段と;
を具備するLED点灯回路において、
LED点灯回路を構成する回路部品が基板に実装され、前記回路部品のうち比較的発熱の大きい複数の発熱部品の間に前記感温素子が配置されていることを特徴とするLED点灯装置。 - 前記感温素子は、前記スイッチング手段と前記発熱部品であるトランスとの間に設けられ、それらとの間隔が0.5〜2.0mmであることを特徴とする請求項1記載のLED点灯装置。
- 前記制御手段は、前記感温素子の近傍に設けられ前記感温素子と直列接続された温度ヒューズを有し、この温度ヒューズが断線すると前記スイッチング手段のオンオフ制御を停止するように形成され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。
- 請求項1ないし3いずれか一記載のLED点灯装置と;
このLED点灯装置により点灯されるLEDと;
このLEDおよび前記LED点灯装置を配設している装置本体と;
を具備していることを特徴とする照明装置。
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WO2016129307A1 (ja) * | 2015-02-13 | 2016-08-18 | アイリスオーヤマ株式会社 | Led照明装置 |
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