JP6725558B2 - 発光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、空気殺菌に用いる発光モジュールに関する。

紫外線を用いて細菌などを殺菌する紫外線殺菌装置が知られている。例えば、特許文献１には、空気中に浮遊する細菌やウイルス等を紫外線により殺菌する紫外線殺菌装置が記載されている。特許文献１に記載の紫外線殺菌装置は、紫外線ランプと所定の樹脂部材とを備え、紫外線ランプと樹脂部材との間の空気に紫外線を照射して空気中の細菌等を殺菌すると共に、樹脂部材を透過する可視光線を照明光として用いる。

国際公開第２０１１／０４９０４７号

本発明者は、紫外線を用いた紫外線殺菌装置について以下の認識を得た。
空気感染を抑制するためには、室内の空気を殺菌するための紫外線殺菌装置を設置することが望ましい。しかし、室内照明器具とは別に、空気殺菌用の紫外線殺菌装置を設けると、設置スペースや設置作業の負担が大きい。

紫外線殺菌装置を室内照明と一体化するために、可視光線のみを透過させるフィルタや波長変換部材を用いることが考えられる。この構成によれば、発光部からフィルタまでの空間の空気を紫外線で殺菌し、フィルタを透過した可視光線を照明に利用することができる。しかし、この構成では紫外線と可視光線とを独立して制御することができないという問題がある。例えば、誰もいない深夜に殺菌するときにも可視光線を止められないという問題がある。
これらから、本発明者は、紫外線殺菌装置には紫外線と可視光線とを独立して制御可能にする観点で改善すべき課題があることを認識した。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、紫外線と可視光線とを独立して制御することが可能な発光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、紫外線と可視光線とを切り替えて出力する発光モジュールであって、紫外線を発光する第１ＬＥＤを複数直列に接続してなる第１発光素子と、可視光線を発光する第２ＬＥＤを複数直列に接続してなる第２発光素子と、を備える。第１発光素子と第２発光素子の一方の素子が発光するとき、他方の素子は一方の素子の保護回路として機能するように構成され、第１発光素子および第２発光素子それぞれは、発光時に電流が流入する流入端子と、電流が流出する流出端子と、を有し、第１発光素子の流入端子は第２発光素子の流出端子と接続され、第２発光素子の流入端子は第１発光素子の流出端子と接続され、第２ＬＥＤの直列接続数は、第２発光素子の合計の順電圧が第１発光素子の合計の逆電圧の最大定格より低くなるように設定され、第１ＬＥＤの直列接続数は、第１発光素子の合計の順電圧が第２発光素子の合計の逆電圧の最大定格より低くなるように設定されている。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、紫外線と可視光線とを独立して制御することが可能な発光モジュールを提供することができる。

実施の形態に係る発光モジュールの一例を概略的に示すブロック図である。 図１の発光モジュールの第２発光素子の構成を概略的に示す図である。 図１の発光モジュールの一例を示す回路図である。 図１の発光モジュールの保護回路の動作を説明する回路図である。 図１の発光モジュールの報知部の一例を示す回路図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［実施の形態］
以下、図面を参照して、実施の形態に係る発光モジュール１００の構成について説明する。図１は、実施の形態に係る発光モジュール１００の一例を概略的に示すブロック図である。

発光モジュール１００は、電源３０からの電力により、紫外線と可視光線とを切り替えて出力する発光モジュールである。発光モジュール１００は、一例として室内照明やデスクライトなどの照明器具に備えられる発光モジュールとして利用することができる。発光モジュール１００は、照明器具であってもよい。発光モジュール１００は、人が存在する時間帯に白色光などの可視光線を出力し、照明として機能するように構成できる。発光モジュール１００は、人が存在しない深夜などの時間帯は紫外線を出力し、室内空気を殺菌する殺菌灯として機能するように構成できる。

発光モジュール１００は、第１発光素子１０と、第２発光素子２０と、切替回路２４と、制御部２８と、センサ部３２と、ファン４０と、光触媒部４４と、報知部４８と、を主に含む。

第１発光素子１０は、紫外線を発光する素子であり、様々な原理の発光素子を採用することができる。実施の形態では、第１発光素子１０としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を採用している。第１発光素子１０は、１または複数のＬＥＤを含む。このＬＥＤの波長特性は、所望の殺菌効果を発揮しうるものであれば限定されない。この例では、第１発光素子１０は、ピーク波長が２６０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外線を発光するＬＥＤ１２と、ピーク波長が３８０ｎｍ付近の紫外線を発光するＬＥＤ１４と、を交互に配列している。波長２６０ｎｍ〜２９０ｎｍの紫外線は空気を直接殺菌し、波長３８０ｎｍ付近の紫外線は後述する光触媒４４ｍを励起して、その光触媒反応により殺菌効果を発揮する。複数波長のＬＥＤを備えることは必須ではなく、一方の波長のみのＬＥＤを備えてもよい。このようなＬＥＤとして、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のＬＥＤが知られている。

図２は、第２発光素子２０の構成を概略的に示す図である。第２発光素子２０は、可視光線を発光する素子であり、様々な原理の発光素子を採用することができる。実施の形態では、第２発光素子２０として白色光を発光するＬＥＤ２２を採用している。ＬＥＤ２２は、紫外線２２ｅを発するＬＥＤチップ２２ｂと、ＬＥＤチップ２２ｂからの紫外線２２ｅを可視光線２２ｆに変換する変換部材２２ｃと、を含む。変換部材２２ｃは、照射された紫外線２２ｅを可視光線２２ｆに変換して放出する蛍光ガラスで形成されてもよい。

次に、図３を参照して発光モジュール１００の回路を説明する。図３は、発光モジュール１００の一例を示す回路図である。図３の例では、第１発光素子１０は、３個のＬＥＤ１２と３個のＬＥＤ１４を交互に直列接続したユニット１５を２つと、５個のＬＥＤ２２を直列接続したユニット１６と、を含む。２つのユニット１５は同方向に並列に接続され、ユニット１６はユニット１５に逆並列接続される。

逆並列接続について具体的に説明する。ユニット１５は、発光時に電流が流入する流入端子１５ｂと、電流が流出する流出端子１５ｃと、を有する。流入端子１５ｂは、直列接続された一端側のＬＥＤ１４のアノードＡであり、流出端子１５ｃは、直列接続された他端側のＬＥＤ１２のカソードＫである。ユニット１６は、発光時に電流が流入する流入端子１６ｂと、電流が流出する流出端子１６ｃと、を有する。流入端子１６ｂは、直列接続された一端側のＬＥＤ２２のアノードＡであり、流出端子１６ｃは、直列接続された他端側のＬＥＤ２２のカソードＫである。

（保護回路）
ＬＥＤの逆方向電圧（以下、逆電圧という）の最大定格値は低く、何らかの原因で逆電圧が印加されると素子が破壊される可能性がある。また、１つの回路内で正負の両方向の電流それぞれからＬＥＤを保護するための保護回路が必要である。また、ＬＥＤの回路はすべてつながっているため、発光する必要がない方向には、発光させないようにするための回路も必要である。そこで、実施の形態では、図３に示すように、ＬＥＤを逆電圧から保護する保護回路を設けている。保護回路としては、別途の回路を設けてもよいが、実施の形態では、ユニット１５とユニット１６の一方のユニットが発光するとき、他方のユニットは一方のユニットの保護回路として機能するように構成される。実施の形態では、ユニット１６は、ユニット１５に逆並列接続される。具体的には、ユニット１５の流入端子１５ｂは接続点ｍにおいてユニット１６の流出端子１６ｃと接続され、ユニット１６の流入端子１６ｂは接続点ｎにおいてユニット１５の流出端子１５ｃと接続される。

図３に示す保護回路は、発光を必要としないＬＥＤを発光させない機能も有する。ＬＥＤには、結線ミス、落雷によるサージ電流、装置駆動時の突入電流などの要因により、逆方向の過電流が入力されることがある。実施の形態では、図３に示す保護回路を設けたことにより、ユニット１５とユニット１６とは、逆方向の過電流が入力されたときにも、互いに相手を保護するように機能する。

図４を参照して、ＬＥＤを逆電圧から保護する機序について説明する。図４は、発光モジュール１００の保護回路の動作を説明する回路図である。この例では、ユニット１５の合計の順方向電圧（以下、順電圧という）ＶＦ１５は、ユニット１６の合計の逆圧電の最大定格ＶＲ１６より低く設定されている。また、ユニット１６の合計の順電圧ＶＦ１６は、ユニット１５の合計の逆圧電の最大定格ＶＲ１５より低く設定されている。

図４（ａ）に示すように、ユニット１６に逆電圧が印加されるとき、ユニット１５には順電圧ＶＦ１５が印加され駆動電流Ｉ１５が流れる。この状態ではこの電圧は順電圧ＶＦ１５でクランプされるため、ＶＲ１６＞ＶＦ１５であればユニット１６は逆電圧から保護される。図４（ｂ）に示すように、ユニット１５に逆電圧が印加されるとき、ユニット１６には順電圧ＶＦ１６が印加され駆動電流Ｉ１６が流れる。この状態ではこの電圧は順電圧ＶＦ１６でクランプされるため、ＶＲ１５＞ＶＦ１６であればユニット１６は逆電圧から保護される。

このように、他方のユニットの順電圧が一方のユニットの逆電圧の最大定格未満であれば、一方のユニットは逆電圧から保護される。合計の順電圧ＶＦ１５、ＶＦ１６は、１つのＬＥＤの順電圧に直列接続数を乗じることで得られる。したがって、順電圧ＶＦ１５、ＶＦ１６は、直列接続数を変更することで変更できる。

（切替回路）
図３に戻り切替回路２４について説明する。発光モジュールは、昼間や夕方など人が存在する時間帯は可視光線を出力し、深夜など人が存在しない時間帯は紫外線を出力することが望ましい。そこで、発光モジュール１００は、第１発光素子１０と第２発光素子２０とを切り替えて発光させる切替回路２４を備える。切替回路２４は互いに連動して動作する選択スイッチＳＷ１、ＳＷ２を含む。接続点ｍは、選択スイッチＳＷ１により制御回路の正出力Ｐと負出力Ｎの一方に接続され、接続点ｎは、選択スイッチＳＷ２により正出力Ｐと負出力Ｎの他方に接続される。

接続点ｍが正出力Ｐに接続され接続点ｎが負出力Ｎに接続されると、ユニット１５には順電流が流れ、ユニット１５は紫外線を発光し、ユニット１６はユニット１５の保護回路として機能する。接続点ｍが負出力Ｎに接続され接続点ｎが正出力Ｐに接続されると、ユニット１６には順電流が流れ、ユニット１６は可視光線を発光し、ユニット１５はユニット１６の保護回路として機能する。選択スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、機械接点を含む機械式スイッチであってもよいし、半導体スイッチング素子を含む電子スイッチであってもよい。選択スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、ユーザが操作可能なものであってもよいし、制御部２８の制御によって自動的に切り替わるものであってもよい。図３の例では、選択スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、制御部２８からの制御信号２８ｓによって制御される。

図１に戻る。制御部２８は、選択スイッチＳＷ１、ＳＷ２の切替およびユニット１５、１６の駆動電流を制御する。制御部２８は、ユニット１５を発光させるときの駆動電流Ｉ１５を、ユニット１６を発光させるときの駆動電流Ｉ１６と同じ値に制御してもよい。実施の形態では、ユニット１５、１６のそれぞれが所望の光出力を得るように、制御部２８は、駆動電流Ｉ１５、Ｉ１６を独立に制御する。

制御部２８は、ユーザ操作用の操作部２６の操作により、発光モジュール１００のＯＮ／ＯＦＦと、可視光線（ＶＬ）と紫外線（ＵＶ）の選択と、を操作可能に構成される。操作部２６は、発光モジュール１００のＯＮ／ＯＦＦ操作するスイッチ２６ｂと、可視光線と紫外線の選択操作するスイッチ２６ｃと、を含む。この場合、制御部２８は、操作部２６の操作に応じてユニット１５、１６を制御する。

制御部２８は、予め設定された深夜や休日などの時間帯に紫外線を出力するようにスケジュールタイマを備えてもよい。

（センサ部）
人の存在を検知した場合、発光モジュール１００は紫外線の発光を停止することが望ましい。そこで、実施の形態では、制御部２８は、人の存在を検知すると、第１発光素子１０の発光を実質的に停止するように構成されている。具体的には、発光モジュール１００は人の存在を検知するセンサ部３２を備えており、制御部２８は、センサ部３２から検知結果を取得し、人の存在を検知した場合、ユニット１５の駆動電流Ｉ１５の供給を実質的に停止する。「実質的に停止する」とは、停止することと、人体に殆ど影響を与えない程度以下に駆動電流Ｉ１５を減少させることと、を含む。この場合、人が紫外線を受ける可能性を低減できる。

人を検知して紫外線の発光を停止した後、センサ部３２が人を検知しない状態（以下、非検知状態という）になったら、すぐに紫外線の発光を再開するようにしてもよいが、実施の形態の発光モジュール１００は、非検知状態になったときに所定のタイマ時間経過後に紫外線の発光を再開するように構成されている。この場合、退出途中の人が紫外線を受ける可能性を低減できる。

ユーザがマニュアル操作により紫外線を発光させる操作をしたとき、すぐに紫外線の発光を開始するようにしてもよいが、実施の形態の発光モジュール１００は、当該操作をしたときに所定のタイマ時間経過後に紫外線の発光を開始するように構成されている。この場合、人がいなくなってから紫外線の発光を開始することが可能になる。

（ファン）
実施の形態の発光モジュール１００は、発光モジュール１００の少なくとも一部に向けて空気流を送るためのファン４０を備える。ファン４０からの空気流が、第１発光素子１０および第２発光素子２０の少なくとも一部の表面を通過するように、ファン４０が配置されている。この場合、第１発光素子１０や第２発光素子２０を冷却できる。

（光触媒部）
実施の形態の発光モジュール１００は、第１発光素子１０からの光を受光する光触媒４４ｍを有する光触媒部４４を備える。光触媒４４ｍは、光触媒部４４に塗布されており、第１発光素子１０からの波長３８０ｎｍ付近の紫外線に励起され、光触媒反応により殺菌効果を発揮する。光触媒部４４は、第１発光素子１０からの光を反射する反射板として機能する。この場合、室内とは逆向きに発せられた紫外線を有効に利用できる。

（報知部）
実施の形態の発光モジュール１００は、第１発光素子１０が発光していることを報知する報知部４８を備えてもよい。報知部４８は、可視光線や音など人間が知覚可能な合図によって、第１発光素子１０が発光していることを人に報知する。図５は発光モジュール１００の報知部４８の一例を示す回路図である。図５の例では、報知部４８は、ユニット１５に流れる電流の経路上に設けられた報知用のＬＥＤ４８ｅを含む。報知用のＬＥＤ４８ｅは、ユニット１６と異なる色の可視光線を発するものであってもよい。この報知部４８によれは、ユニット１５に流れる電流はＬＥＤ４８ｅにも流れ、ユニット１５が発光するときＬＥＤ４８ｅも発光することにより、第１発光素子１０が発光していることを報知する。この場合、人は、報知用のＬＥＤ４８ｅにより第１発光素子１０が発光していることを知ることができる。

次に、本発明の一態様の概要について説明する。本発明のある態様の発光モジュールは、紫外線と可視光線とを切り替えて出力する発光モジュールであって、紫外線を発光する第１発光素子と、可視光線を発光する第２発光素子と、を備え、第１発光素子と第２発光素子の一方の素子が発光するとき、他方の素子は一方の素子の保護回路として機能するように構成される。

この態様によれば、紫外線と可視光線とを切り替えて出力することができ、他方の素子は一方の素子の保護回路として機能させることができる。この発光モジュールを用いることにより、室内灯と殺菌灯とを一体に構成することができるので、別々に設ける場合と比べて、設置スペースや設置作業の負担を小さくできる。また、第１発光素子と第２発光素子とは、逆方向の過電流が入力されたときにも互いに相手を保護する保護回路として機能することができる。

第１発光素子および第２発光素子それぞれは、発光時に電流が流入する流入端子と、電流が流出する流出端子と、を有する。第１発光素子の流入端子は第２発光素子の流出端子と接続され、第２発光素子の流入端子は第１発光素子の流出端子と接続されてもよい。この場合、ＬＥＤの保護回路を別途設ける場合と比べて、部品点数の増加を抑えることができるので、モジュールの小型・軽量化が容易になる。

第２発光素子は、紫外線を発するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップからの紫外線を可視光線に変換する変換部材と、を含んでもよい。この場合、第１発光素子と第２発光素子とを同様の特性を有する紫外線ＬＥＤで構成することが可能になる。

第１発光素子と第２発光素子とを切り替えて発光させる切替回路を備えてもよい。この場合、発光モジュールは、昼間や夕方など人が存在する時間帯は可視光線を出力し、深夜など人が存在しない時間帯は紫外線を出力することができる。

本発光モジュールは、人の存在を検知すると、第１発光素子の発光を実質的に停止するように構成されてもよい。この場合、人がいるときに、紫外線を発光する可能性を低減することができる。

本発光モジュールの少なくとも一部に向けて空気流を送るためのファンを備えてもよい。この場合、第１発光素子や第２発光素子の温度上昇を抑えられるので、より大きな光出力を得ることが可能になる。

第１発光素子からの光を受光する光触媒を有する光触媒部を備えてもよい。この場合、紫外線による空気の直接殺菌に加えて光触媒の光触媒反応により殺菌効果を発揮することができる。

以上、本発明の各実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施の形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施の形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。

実施の形態では、それぞれ直列接続した複数の紫外線ＬＥＤのユニットと可視光線ＬＥＤのユニットとを逆並列接続する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。発光モジュールは、１個の紫外線ＬＥＤと１個の可視光線ＬＥＤとを逆並列接続したものを複数直列に接続して構成されてもよい。

実施の形態では、ＬＥＤ２２は、紫外線ＬＥＤチップと変換部材と、を含む例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ＬＥＤ２２は、三原色の光を発する３つのＬＥＤチップを有するＬＥＤであってもよいし、互いに補色関係の２色の光を発する２つのＬＥＤチップを有するＬＥＤであってもよい。

実施の形態では、各ＬＥＤが１種類のＬＥＤチップからなるシングルチップの例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、紫外線ＬＥＤチップと可視光線ＬＥＤチップとを一つのパッケージに収めたマルチチップＬＥＤであってもよい。

上述の各変形例は実施の形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる各実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０・・第１発光素子、 １５・・ユニット、 １５ｂ・・流入端子、 １５ｃ・・流出端子、 １６・・ユニット、 １６ｂ・・流入端子、 １６ｃ・・流出端子、 ２０・・第２発光素子、 ２２ｅ・・紫外線、 ２２ｆ・・可視光線、 ２４・・切替回路、 ３２・・センサ部、 ４０・・ファン、 ４４・・光触媒部、 ４８・・報知部、 １００・・発光モジュール。

Claims (7)

1. 紫外線と可視光線とを切り替えて出力する発光モジュールであって、
   紫外線を発光する第１ＬＥＤを複数直列に接続してなる第１発光素子と、
   可視光線を発光する第２ＬＥＤを複数直列に接続してなる第２発光素子と、
   を備え、
   前記第１発光素子と前記第２発光素子の一方の素子が発光するとき、他方の素子は前記一方の素子の保護回路として機能するように構成され、
   前記第１発光素子および前記第２発光素子それぞれは、発光時に電流が流入する流入端子と、電流が流出する流出端子と、を有し、
   前記第１発光素子の流入端子は前記第２発光素子の流出端子と接続され、
   前記第２発光素子の流入端子は前記第１発光素子の流出端子と接続され、
   前記第２ＬＥＤの直列接続数は、前記第２発光素子の合計の順電圧が前記第１発光素子の合計の逆電圧の最大定格より低くなるように設定され、
   前記第１ＬＥＤの直列接続数は、前記第１発光素子の合計の順電圧が前記第２発光素子の合計の逆電圧の最大定格より低くなるように設定されていることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記第１発光素子の一端側の前記第１ＬＥＤのアノードは、前記第２発光素子の一端側の前記第２ＬＥＤのカソードと直接接続され、
   前記第１発光素子の他端側の前記第１ＬＥＤのカソードは、前記第２発光素子の他端側の前記第２ＬＥＤのアノードと直接接続され、
   前記複数の第１ＬＥＤは、互いにピーク波長が異なる紫外線を発光するＬＥＤで構成され、
   前記第１ＬＥＤの直列接続数は、前記第２ＬＥＤの直列接続数より多いことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記第２ＬＥＤは、紫外線を発するＬＥＤチップと、
   前記ＬＥＤチップからの紫外線を可視光線に変換する変換部材と、
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の発光モジュール。
4. 前記第１発光素子と前記第２発光素子とを切り替えて発光させる切替回路を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光モジュール。
5. 人の存在を検知すると、前記第１発光素子の発光を実質的に停止するように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発光モジュール。
6. 本発光モジュールの少なくとも一部に向けて空気流を送るためのファンをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の発光モジュール。
7. 第１発光素子からの光を受光する光触媒を有する光触媒部をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の発光モジュール。

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