JP2006100633A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両室内照明ＬＥＤへの供給電流を安定化させ、ＬＥＤの安定的な駆動が可能な装置構成を提供することを目的とする。
【解決手段】 放熱性基板と、前記放熱性基板上に配置される少なくとも1個のＬＥＤと、前記ＬＥＤに接続されている定電流回路と、を備えるＬＥＤ照明装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明はＬＥＤ照明装置に関する。詳しくは、車両内で使用するＬＥＤ照明装置の改良に関する。

車両室内照明用の光源として、高輝度、長寿命等の利点からのＬＥＤが使用されつつある。このような照明における電源には車両用バッテリーが用いられるが、この車両用バッテリーは車両における他の電動駆動系（ワイパー、パワーウィンド、電動スライドドア、ウインカー、ヘッドライトなど）への電源となっている。近年では、車両用バッテリーは電動パワステやハイブリッドカーにおける電動駆動などの電源ともなっている。

車両用バッテリーから照明装置への供給電圧は電動駆動系の作動に伴って変動する。特に電動パワステやハイブリッドカーにおける電動駆動などの使用は車両用バッテリーに負担を掛け、今まで以上にバッテリー電圧の変動を生じさせる。このような状況でＬＥＤの電源として車両用バッテリーを用いれば、ＬＥＤに流れる電流量が変動し、その結果輝度が変化してしまう。また、必要以上の電流が流れた場合には過度の発熱が生じＬＥＤ自体が損傷する恐れがある。すなわち、バッテリー電圧の変動によりＬＥＤの発光にちらつきが生じるとともに、ＬＥＤに過電圧がかかればＬＥＤ自体への影響も発生する。
一方、ＬＥＤ以外の素子による発熱によってＬＥＤが損傷する恐れもある。
そこで、本発明はＬＥＤへの供給電流を安定化させ、ＬＥＤの安定的な駆動が可能な装置構成を提供することを目的とする。また、ＬＥＤへの熱の影響が少なく、信頼性及び安定性に優れた装置構成を提供することを目的とする。

本発明は以上の目的の少なくとも一つを達成するために、次の構成からなる。即ち、
放熱性基板と、前記放熱性基板上に配置される少なくとも1個のＬＥＤと、前記ＬＥＤに接続されている定電流回路と、を備えるＬＥＤ照明装置である。

上記構成によれば、ＬＥＤには定電流回路を介して一定値の電流が流れる。すなわち、バッテリー電圧が変動したとしても定電流回路よってＬＥＤに流れる電流を一定値に保つことができる。これにより、一定の輝度でＬＥＤを発光させることができる。加えて、電流の増大によるＬＥＤ自体の発熱による損傷を防止でき、ＬＥＤ素子の長寿命化が図られる。

以下、本発明におけるＬＥＤ照明装置の構成要素について詳細に説明する。
（放熱性基板）
放熱性基板によってその上に配置された回路素子の熱が効率的に外部に放出される。放熱性基板の材質は熱伝導性に優れたものが好ましい。例えば、アルミ、セラミックス、銅、鉄で放熱性基板を形成する。放熱性基板の形状は特に限定されない。
一層効率的な放熱を可能とすべく、ヒートシンクを併用することが好ましい。例えば、アルミ、セラミックス、銅、伝熱性の高い樹脂をヒートシンクとして用いることができる。ヒートシンクの形状は特に限定されない。例えば、図１(b)に示すように放熱用のフィン６aを多数設けることにより放熱領域の表面積を広くした形状であることが好ましい。なお、ヒートシンクと放熱性基板とを一体的に構成してもよい。

（ＬＥＤ）
本発明では光源としてＬＥＤを使用する。ＬＥＤの種類は特に限定されないが、例えば、封止樹脂にレンズを有する砲弾タイプやＳＭＤタイプ（表面実装型）の素子を用いる。ＬＥＤの発光色も特に限定されず、例えば、白色ＬＥＤを使用することができる。
現在、一般的に使用されるＬＥＤ（例えば白色ＬＥＤ）の動作電圧は約３Ｖ〜４Ｖである。ＬＥＤの電源として１２ボルトの車両用バッテリーを使用する場合にはＬＥＤの駆動電圧として約１０Ｖ〜１６Ｖを確保できる。以上のことを考慮すれば、ＬＥＤ照明装置に接続されるＬＥＤの個数は１〜３個が好ましい。さらに好ましくは２個である。

（定電流回路）
定電流回路はＬＥＤに流れる電流を一定に制御するために用いられる。定電流回路の回路構成、定電流回路で使用される素子等は限定されない。車内などの限られたスペースにＬＥＤ照明装置を設置する場合、定電流回路のサイズを小さくせざるを得ず、定電流回路を構成する素子を比較的狭い領域に配置することが要求される。このことから、定電流回路を構成する素子の数をできる限り少なくすることが好ましい。素子数を少なくすれば配置の自由度が高まり、発熱量の大きい素子をＬＥＤから離して配置することが容易になるからである。また、素子数が少なければ定電流回路全体としての発熱量も低減し、ＬＥＤへの熱の影響が少なくなる。

例えば、定電流回路を構成する回路素子としてトランジスタ、抵抗、ツェナーダイオード、ダイオード等を使用する場合、発熱量はトランジスタが最も大きい。ＬＥＤと定電流回路を同一基板上に配置した場合、ＬＥＤとトランジスタとを可能な限り離れた位置に配置し、トランジスタの発熱の影響を受けにくくすることが好ましい。

図２は本発明で用いる定電流回路の一例であり、図２(a)は、定電流回路をマイナス側で制御する場合の回路構成である。図２(b)は定電流回路をプラス側で制御する場合の回路構成である。

図１に本発明の実施例であるＬＥＤ照明装置１を示す。ＬＥＤ照明装置１は車両室内で使用される。図１(a)はＬＥＤ照明装置１の上面図であり、(b)及び(c)はそれぞれ(a)においてＡ側から観察した側面図及びＢ側から観察した側面図である。ＬＥＤ照明装置１では、放熱性基板５の上に定電流回路３並びにレンズ２が配置され、放熱性基板５の下にヒートシンク６が配置される。

放熱性基板５は、定電流回路を構成する回路素子が発する熱を効率的に放出するために使用される。放熱性基板５は熱伝導性の優れたアルミやセラミックス等からなる。
ヒートシンク６は回路素子から放熱性基板に伝導された熱を効率的に放熱するために使用される。この例では、ヒートシンク６の材質は熱伝導性に優れたアルミやセラミックス等を使用し、その形状はフィン６aをいくつか設けて空気と接する面積を広くし放熱効果を高めている。

定電流回路は図２(a)に示す構成である。接続端子４を介して制御スイッチ及び車両用バッテリーと接続される。定電流回路１０は、抵抗Ｒ_１、抵抗Ｒ_２、ツェナーダイオードＺ_１、ＰＮＰ型トランジスタＴｒ_１、ダイオードＤ_１から構成され、その定電流回路１０に２個のＬＥＤ_１素子が接続される。なお、２個のＬＥＤ_１素子が１個のＳＭＤ型（表面実装型）ＬＥＤ３２としてパッケージングされている。
レンズ２はＬＥＤ３２の発光を集光又は拡散するために用いられる。レンズ２の材質としてはポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂やガラス等の無機材料が使用される。レンズ２は所定の照明領域にＬＥＤ３２素子の光を集光又は拡散するために適した形状を有する。

図２(a)に示す定電流回路１０ではバッテリー電圧に対して並列に抵抗Ｒ_１とツェナーダイオードＺ_１が接続されている。ツェナーダイオードＺ_１はバッテリー電圧に対して逆方向電圧が印加されるように接続される。ツェナーダイオードＺ_１は降伏電圧以上の電圧値を印加することにより導通状態となる。抵抗Ｒ_１の他端はトランジスタＴｒ_１のエミッタ側に接続される。一方、ツェナーダイオードＺ_１の他端はトランジスタＴｒ_１のベース側と抵抗Ｒ_２とに接続される。トランジスタＴｒ_１のコレクタ側にはＬＥＤ_１素子が２個接続され、バッテリー電圧に対して順方向電圧が印加されるように接続される。さらに、抵抗Ｒ_２とＬＥＤ_１素子とが接続され、その接続点とグランドとの間にダイオードＤ_１がバッテリー電圧に対して順方向電圧が印加されるように接続される。

このように構成される定電流回路においてバッテリー電圧がツェナーダイオードＺ_１の降伏電圧Ｖ_Ｚを超える場合は、ツェナーダイオードＺ_１が導通状態となる。すなわち、トランジスタＴｒ_１のエミッタ−ベース間に順方向電圧がかかり、トランジスタＴｒ_１がオン状態となり、エミッタ−コレクタ間に電流が流れる。このとき、ＬＥＤ_１素子に流れる電流Ｉ_ＬＥＤは次の式となる。
（数１）
Ｉ_ＬＥＤ＝(Ｖ_Ｚ−Ｖ_ＢＥ)/Ｒ
ここで、Ｖ_ＺはツェナーダイオードＺ_１の降伏電圧である。Ｖ_ＢＥはトランジスタＴｒ_１のベース−エミッタ間の電圧である。Ｒは、抵抗Ｒ_１の抵抗値となる。
式１に示すようにツェナーダイオードＺ_１にかかる電圧が降伏電圧Ｖ_Ｚを超える電圧値を維持できれば、ツェナーダイオードＺ_１の端子間電圧は所定の降伏電圧Ｖ_Ｚに維持される。そのため、抵抗Ｒの抵抗値を調整することによりＬＥＤ_１素子に流れる電流Ｉ_ＬＥＤを調整することができる。一方、降伏電圧よりも低い電圧がかかる場合はツェナーダイオードＺ_１が導通状態とはならず、トランジスタＴｒ_１はオフ状態となり、エミッタ−コレクタ間に電流が流れない。そのため、ＬＥＤ_１素子へも電流Ｉ_ＬＥＤが流れず、ＬＥＤ_１素子の発光が生じない。すなわち、バッテリー電圧の変動範囲が、常にツェナーダイオードＺ_１の降伏電圧Ｖ_Ｚ以上であればＬＥＤ_１素子に対して一定の電流Ｉ_ＬＥＤを供給することができる。
なお、抵抗Ｒ_２を設けることにより所定の電流値以上のツェナー電流を流し、降伏電圧を安定化させる。また、ダイオードＤ_１は、例えばモーター負荷がロックした場合のようなグランド側から車両用バッテリー側への異常電流の流入を阻止する。

本実施例ではＬＥＤ_１素子を２個直列接続して使用する。これは、アノード−カソード間にかかる電圧に対し、ＬＥＤ_１素子の動作電圧内で動作させるためである。例えば、供給電圧としてバッテリー電圧１２Ｖを使用する場合、トランジスタＴｒ_１のコレクタとダイオードＤ_１のアノード間にかかる電圧は約８Ｖである。これに対して、本実施例で使用するＬＥＤ_１素子の動作電圧は約３.５Ｖである。すなわち、ＬＥＤ_１素子が１個であれば、トランジスタＴｒ_１にかかる電圧が大きく、ＬＥＤ_１素子が３個であればＬＥＤ_１素子１個当りのかかる電圧が低く、十分な発光が得られない。ＬＥＤ_１素子の接続個数が２個であればＬＥＤ_１素子１つ当りにかかる電圧が動作電圧となる。

以上のように構成される定電流回路により、ＬＥＤ_１素子に流れる電流Ｉ_ＬＥＤを一定値に保持することが可能となり、バッテリー電圧の変動による影響を受けることなく安定したＬＥＤ_１素子の発光を維持することが可能となる。

図３に定電流回路３３とＬＥＤ素子３１との配置関係を示す。定電流回路３３を構成する素子の数を少なくしたため、基板上における素子の配置に余裕を持たせることが可能となっている。図３に示すように定電流回路３３を構成する素子の中で発熱量の大きいトランジスタ３４とＬＥＤ素子３１とを基板の相対向する縁に沿って配置し、その離隔距離を最大とする。これによりトランジスタ３４からＬＥＤ素子３１へ伝導する熱が効率的に放熱性基板及びヒートシンクから放熱される。よって、トランジスタ３４の発熱からＬＥＤ素子３１を保護することができる。その結果、ＬＥＤ素子３１の安定駆動及びその長寿命化が達成される。
なお、基板上におけるＬＥＤ素子３１とトランジスタ３４との配置関係は図３に示すものに限定されず、２者間を基板の相対向する隅部に配置してもよい。

以上のようにＬＥＤ発光装置１ではＬＥＤとバッテリーとの間に定電流回路を接続することによりバッテリー電圧が変動したとしてもＬＥＤに流れる電流を安定化させることが可能となる。すなわち、バッテリー電圧の変動によるＬＥＤ発光のちらつき防止や、ＬＥＤにかかる電圧の増加に起因するＬＥＤの過剰発熱を回避できる。また、基板上でのＬＥＤとトランジスタなどの発熱量の大きい素子とを離すことによりＬＥＤ自体への熱伝導を回避することができる。よって、ＬＥＤの安定的な駆動及びＬＥＤの長寿命化を達成できる。

この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

図１はＬＥＤ照明装置を示す。(a)はＬＥＤ照明装置の上面図、(b)はＬＥＤ照明装置をＡ方向から観察した側面図、(c)はＬＥＤ照明装置をＢ方向から観察した側面図である。 図２はＬＥＤ照明装置に使用される定電流回路の回路構成である。 図３はＬＥＤ発光装置の基板上におけるＬＥＤと定電流回路の配置を示す。

符号の説明

１ ３０ ＬＥＤ照明装置
３ １０ ２０ ３３ 定電流回路
５ 放熱性基板
６ ヒートシンク
３１ ＬＥＤ素子

Claims (4)

1. 放熱性基板と、
   前記放熱性基板上に配置される少なくとも1個のＬＥＤと、
   前記ＬＥＤに接続されている定電流回路と、
   を備えるＬＥＤ照明装置。
2. 前記定電流回路はトランジスタを含み、該トランジスタと前記ＬＥＤとは基板の相対向する縁又は隅部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記ＬＥＤは２個のＬＥＤが直列に接続された状態で使用される、ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記定電流回路が、
   供給電圧に対して逆方向に接続されるツェナーダイオードと、
   前記ＬＥＤへ流れる電流を制御するためのトランジスタと、
   前記トランジスタのエミッタ電流を制御するための第１の抵抗と、
   前記ツェナーダイオードに流れる電流を制御するための第２の抵抗と、
   供給電圧に対して順方向に接続されるダイオードと、
   を含み、
   前記トランジスタのコレクタが前記ＬＥＤに接続され、前記トランジスタのエミッタが前記第１の抵抗に接続され、前記トランジスタのベースがツェナーダイオードに接続されると共に前記第２の抵抗に接続され、前記第１の抵抗と前記ツェナーダイオードとが接続され、前記第２の抵抗と前記ＬＥＤとが接続される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。

Images