JP2012142453A - 半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
AC駆動されるLED群を複数の発光出力部に分けて、広い範囲の照明を行う方式のLED発光装置が望まれていた。
【解決手段】
基板上に実装した、複数の半導体発光素子を第1群と第2群の少なくとも2つのグループに分割して電気的に接続し、交流電源の電圧レベル、または電流量に応じて第1群、第2群の順序で駆動する発光装置において、前記発光装置は複数の発光出力部を有し、各発光出力部に割り当てられる前記第1群及び第2群のLEDの数が同じであること。
【選択図】 図1
AC駆動されるLED群を複数の発光出力部に分けて、広い範囲の照明を行う方式のLED発光装置が望まれていた。
【解決手段】
基板上に実装した、複数の半導体発光素子を第1群と第2群の少なくとも2つのグループに分割して電気的に接続し、交流電源の電圧レベル、または電流量に応じて第1群、第2群の順序で駆動する発光装置において、前記発光装置は複数の発光出力部を有し、各発光出力部に割り当てられる前記第1群及び第2群のLEDの数が同じであること。
【選択図】 図1
Description
本発明はLED素子等の半導体発光素子を備えた半導体発光装置に関するものであり、詳しくは交流駆動される半導体発光素子を用いた複数の発光出力部を有する半導体発光装置に関する。
近年、LED素子(以下LEDと略記する)は半導体発光素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本発明においても半導体発光装置としてLED発光装置を実施形態として説明する。
特に近年、LEDを交流電源(以下AC電源と記載)を用い、時間的に変化するAC電源の電圧レベル又は電流レベルに応じてLEDの直列接続数を切り替えて点灯を行なうAC駆動方式の発光装置が広く採用されている。
また、照明装置の利用方法としても、複数のLEDを直列に実装した場合、屈曲性があって形状の自由度があるため、形状を変形させて広告や装飾用に利用することが提案されている(例えば引用文献1)。
以下図面により引用文献1における従来のLED発光装置について説明する。図9は引用文献1におけるLED発光装置の構成を示す平面図であり、4個から2個のようにLED数の異なるLEDブロックC1〜C7を用意し、これらのLEDブロックを任意の形状になるように配置して文字等を表現している。例えば図9はカタカナの「ス」の字を表現している。
引用文献1に開示された従来技術は、複数のLEDブロックを構成して、各LEDブロックの配置を自由にすることで、表示デザインを行うことが目的であり、LEDブロック毎の駆動条件を一定にすることについては、まったく考慮されていない。
本発明の目的はAC電源で駆動するLED発光装置において、前記発光装置を複数の発光出力部を有する構成とし、各発光出力部に対応するLEDブロックごとの明るさや、色調や寿命を均一化させて、照明条件が全体的に同条件で動作させ得る複数発光出力部の半導体発光装置を提供することである。
上記目的を達成するための本発明における構成は、基板上に実装した、複数の半導体発光素子を第1群と第2群の少なくとも2つのグループに分割して電気的に接続し、交流電源の電圧レベル、または電流量に応じて第1群、第2群の順序で駆動する発光装置において、前記発光装置は複数の発光出力部を有し、各発光出力部に割り当てられる前記第1群及び第2群のLEDの数が同じであることを特徴とする半導体発光装置。
上記構成によれば、AC駆動によって第1群のLEDブロックだけが発光している時も、第1群と第2群のLEDブロックが同時に発光している時も各発光出力部の照明光の明るさは常に同条件となり、各発光出力部に対応するLEDブロックの寿命も同じになる。
発光出力部の数は3または4の発光出力部であるであると良い。
上記の如く本発明によれば、AC駆動によって第1群のLEDブロックだけが発光している時も、第1群と第2群のLEDブロックが同時に発光している時も各窓部の照明光の明るさは常に同条件となり、各窓部に対応するLEDブロックの寿命も同じになる。
(第1実施形態)
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図1〜図5は本発明の第1実施形態におけるLED発光装置10を示すもので、図1は本発明の第1実施形態におけるLED発光装置10の斜視図、図2は図1に示すLED発光装置10の各発光出力部に対するLEDブロックの配置図、図3は図1に示すLED発光装置10のA−A断面図、図4は図1に示すLED発光装置10の回路構成を示すブロック図、図5はLED発光装置10の駆動波形を示す波形図である。
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図1〜図5は本発明の第1実施形態におけるLED発光装置10を示すもので、図1は本発明の第1実施形態におけるLED発光装置10の斜視図、図2は図1に示すLED発光装置10の各発光出力部に対するLEDブロックの配置図、図3は図1に示すLED発光装置10のA−A断面図、図4は図1に示すLED発光装置10の回路構成を示すブロック図、図5はLED発光装置10の駆動波形を示す波形図である。
図1においてLED発光装置10は1例として街路灯100に用いた場合をしめしており、LED発光装置10は3個の発光出力部10a,10b,10cを有している。そして発光出力部10a、10b,10cは所定の角度を有して支柱101に取り付けられており、広角度範囲に街路を照明している。
図2において、LED発光装置10を構成する複数のLED1は第1LED群3と第2LED群4の2つのグループに分けられており、第1LED群3はさらに複数のLEDブロックに分けられており、本実施形態ではLEDブロックA1〜A3の3ブロックに分けられている。また第2LED群4もLEDブロックB1〜B3の3ブロックに分けられている。ここで重要なことは第1LED群3を構成するLEDブロックA1,A2,A3はいずれも同数のLED1で構成されており、また第2LED群4を構成するLEDブロックB1,B2,B3も同数のLED1で構成されていることである。
そして、図3に示す如くLED発光装置10の発光出力部10aにはLEDブロックA1とB1が配置され、同様に発光出力部10bにはLEDブロックA2とB2が配置され、発光出力部10cにはLEDブロックA3とB3が配置されている。
すなわち図2に示す如くLEDブロックA1,A2,A3が全て同数で、またLEDブロックB1,B2,B3が全て同数なので、各発光出力部10aに配置されたLEDブロックA1+B1、発光出力部10bに配置されたLEDブロックA2+B2、発光出力部10cに配置されたLEDブロックA3+B3は全て同数のLED1によって構成されている。
すなわち図2に示す如くLEDブロックA1,A2,A3が全て同数で、またLEDブロックB1,B2,B3が全て同数なので、各発光出力部10aに配置されたLEDブロックA1+B1、発光出力部10bに配置されたLEDブロックA2+B2、発光出力部10cに配置されたLEDブロックA3+B3は全て同数のLED1によって構成されている。
次に図4によりLED発光装置10の電圧レベル切り替え方式の回路システムと駆動方法について説明する。図4において、複数のLEDが第1LED群3と第2LED群4の2群に構成されており、第1LED群3と第2LED群4はそれぞれ第1リード端子2a、第2リード端子2b、第3リード端子2cを入力端子として直列に接続されている。また電源11はAC電源12と、そのAC電圧を全波整流する整流器13とにより構成されており、電源端子13a,13bに後述する全波整流された脈波信号(以後AC駆動電圧と記載する)を出力する。前記AC電源12の1例として本実施形態ではAC120V、60Hzの電源を用いている。
さらに電源端子13a,13bに接続されてAC電圧レベル(LV、HV)を検出する電圧レベル検出回路15と、2つの切替スイッチ16a,16bを有する切替回路16が設けられており、切替回路16は電圧レベル検出回路15の検出信号によって、2つの切替スイッチ16a,16bを制御し、整流器13の一方の電源端子13bに対し、LED発光装置10の第2リード端子2bと第3リード端子2cを切り替え接続する。また整流器13の他方の電源端子13aは電流制限素子17(例えば抵抗素子)を介してLED発光装置10の第1リード端子2aに接続されている。
上記構成において、電圧レベル検出回路15が低い電圧レベルLVを検出している間は、切替回路16は切替スイッチ16aがONで、切替スイッチ16bがOFF状態に維持されている。そして電圧レベル検出回路15が高い電圧レベルHVを検出している間は、切替回路16は切替スイッチ16aがOFFで、切替スイッチ16bがON状態にきりかわる。
この結果、電圧レベル検出回路15が低い電圧レベルLVを検出している間は、整流器13の電源端子13aから電流制限素子17を介してLED発光装置10の第1リード端子2aに接続され、また第1LED群3を流れた電流は第2リード端子2bから切替回路16のON状態にある切替スイッチ16aを通って整流器13の電源端子13bに接続される。すなわち電圧レベル検出回路15が低い電圧レベルLVを検出している間は整流器13の電源端子13a,13b間に第1LED群3が接続され、第1LED群3を構成しているLEDブロックA1、A2,A3が発光している。この時に前術の如くLEDブロックA1、A2,A3は全て同じ数のLED1によって構成されているため、発光出力部10a,10b,10cの発光強度、すなわち照明としての明るさは同じ条件となっている。
そしてAC駆動電圧が上昇していき、電圧レベル検出回路15が高い電圧レベルHVを検出した時点で、切替回路16が切替スイッチ16aがOFFで、切替スイッチ16bがON状態に切り替わると、整流器13の電源端子13aから電流制限素子17を介してLED発光装置10の第1リード端子2aに接続され、また第1LED群3を流れた電流は第2リード端子2bから、第2LED群4に流れこみ第3リード端子2cから、ON状態の切替スイッチ16bを通って整流器13の電源端子13bに接続される。すなわち電圧レベル検出回路15が高い電圧レベルHVを検出している間は整流器13の電源端子13a,13b間に第1LED群3と第2LED群4が直列に接続せれ、第1LED群3と第2LED群4との発光が行われる。
(LED発光装置10の各発光出力部に対するLEDブロックの配置説明)
図1に示す如くLED発光装置10は3個の発光出力部10a,10b,10cを有しており、これらの各発光出力部10a,10b,10cに対するLEDブロックの配置は図2に示す如く、第1LED群3と第2LED群4は配置構成としては並列に配置され、また電気的には直列に接続せれている。従って図2で説明した如く、LEDブロックA1,A2,A3が全て同数で、またLEDブロックB1,B2,B3が全て同数なので、図3に示す如く各発光出力部10aに配置されたLEDブロックA1+B1、発光出力部10bに配置されたLEDブロックA2+B2、発光出力部10cに配置されたLEDブロックA3+B3は全て同数のLED1によって構成されている。すなわち各発光出力部10a,10b,10cに対するLEDブロックの構成は、個数及び配置が全て同じになっているので、各発光出力部10a,10b,10cの3方向にたいする照明状態は同一となっている。
図1に示す如くLED発光装置10は3個の発光出力部10a,10b,10cを有しており、これらの各発光出力部10a,10b,10cに対するLEDブロックの配置は図2に示す如く、第1LED群3と第2LED群4は配置構成としては並列に配置され、また電気的には直列に接続せれている。従って図2で説明した如く、LEDブロックA1,A2,A3が全て同数で、またLEDブロックB1,B2,B3が全て同数なので、図3に示す如く各発光出力部10aに配置されたLEDブロックA1+B1、発光出力部10bに配置されたLEDブロックA2+B2、発光出力部10cに配置されたLEDブロックA3+B3は全て同数のLED1によって構成されている。すなわち各発光出力部10a,10b,10cに対するLEDブロックの構成は、個数及び配置が全て同じになっているので、各発光出力部10a,10b,10cの3方向にたいする照明状態は同一となっている。
次に図5の波形図を用いて、LED発光装置10の駆動方法をさらに詳しく説明する。第1LED群3の発光時間は第1LED群3のLEDの直列素子数で決まり、また第2LED群4の発光時間は第2LED群4のLEDの直列素子数で決まるものであるが、第1実施形態のLED発光装置10では第1LED群3の直列素子数を30個、第2LED群4の直列素子数を20個として説明する。
図5の(a)はAC電圧によって駆動される第1LED群3と第2LED群4との駆動電流を示すものであり、縦軸は電流示し、点線で示すAC電圧波形によって流れる電流であり、横軸は時間を示している。すなわちAC電圧波形は山形の脈波形を繰り返し、縦軸に示す電圧レベル検出回路15の検出レベルがLV1までは第1LED群3にのみ電流が流れる。
また、検出レベルがLV1からHV1に切り替わると、第1LED群3と第2LED群4の直列接続に電流が流れて、第1LED群3と第2LED群4とが発光する。そして、電流が流れて第1LED群3及び第2LED群4が発光している区間が発光区間Tであり、AC電圧が第1LED群3の閾値電圧より低い間は第1LED群3に電流が流れないため、この区間は発光が行われない非発光区間Toとなっている。
図5の(b)はLED群の発光波形を示しており、図5(a)の発光区間のうち、図4に示す電圧レベル検出回路15の検出レベルがLVの区間Taは第1LED群3を構成するLEDブロックAのみが点灯している区間で、電圧レベル検出回路15の検出レベルがHVの区間Tabは第1LED群3を構成するLEDブロックAと第2LED群4を構成するLEDブロックBが同時に点灯している区間であり、そして各発光出力部10a,10b,10cの発光波形KHは駆動電流波形と相似した同一の形状を有する発光波形となる。
上記の如く、本発明においてはLEDの直列接続のAC電源による切り替え駆動方式において、複数の発光出力部に対する発光条件が、AC電源の切り替え条件に関わらず、常に同一の発光状態を示しており、また各LEDに流れる駆動電流も同一となるため、発光装置としての駆動条件に差異がなく、同一の照明効果及び同一の寿命が保たれる。
(第2実施形態)
以下図面により、本発明の第2実施形態を説明する。図6は本発明の第2実施形態におけるLED発光装置20斜視図であり、設置型の照明装置に適用した例を示し、4個の発光出力部20a〜20dを備え四角形の照明装置である。
図7は図6に示すLED発光装置20の各発光出力部に対するLEDブロックの配置図であり、第1実施形態における図2の、LEDブロックの配置図に対応している。また、第2実施形態におけるLED発光装置20は、第1実施形態におけるLED発光装置10と基本的構成は同じなので、違いのみを説明する。
以下図面により、本発明の第2実施形態を説明する。図6は本発明の第2実施形態におけるLED発光装置20斜視図であり、設置型の照明装置に適用した例を示し、4個の発光出力部20a〜20dを備え四角形の照明装置である。
図7は図6に示すLED発光装置20の各発光出力部に対するLEDブロックの配置図であり、第1実施形態における図2の、LEDブロックの配置図に対応している。また、第2実施形態におけるLED発光装置20は、第1実施形態におけるLED発光装置10と基本的構成は同じなので、違いのみを説明する。
すなわち、第1実施形態のLED発光装置10に対して第2実施形態のLED発光装置20の異なるところは図6に示す通り、発光出力部が20a,20b,20c,20dの4個になっていることである。この結果第2実施形態では図7に示すようにLEDブロックA1〜A4の4ブロックに分けられている。また第2LED群4もLEDブロックB1〜B4の4ブロックに分けられている。ここで重要なことは第1LED群3を構成するLEDブロックA1,A2,A3、A4はいずれも同数のLED1で構成されており、また第2LED群4を構成するLEDブロックB1,B2,B3,B4も同数のLED1で構成されていることでる。
従って、各発光出力部20aに配置されたLEDブロックA1+B1、発光出力部20bに配置されたLEDブロックA2+B2、発光出力部20dに配置されたLEDブロックA4+B4は全て同数のLED1によって構成されている。すなわち各発光出力部20a,20b,20c、20dに対するLEDブロックの構成は、個数及び配置が全て同じになっている。
この結果、第1実施形態の図4に示す駆動回路で駆動されることにより、図5に示す波形図と同様に、各発光出力部20a,20b,20c、20dの発光波形KHは駆動電流波形と相似した同一の形状を有する。
この結果、第1実施形態の図4に示す駆動回路で駆動されることにより、図5に示す波形図と同様に、各発光出力部20a,20b,20c、20dの発光波形KHは駆動電流波形と相似した同一の形状を有する。
従って第1実施形態のLEDブロック10と同様に、LEDの直列接続のAC電源による切り替え駆動方式において、4個の発光出力部20a,20b,20c、20dに対する発光条件が、AC電源の切り替え条件に関わらず、常に同一の発光状態を示しており、また各LEDに流れる駆動電流も同一となるため、発光装置としての駆動条件に差異がなく、同一の照明効果及び同一の寿命が保たれる。
(第3実施形態)
以下図面により、本発明の第3実施形態を説明する。
図8は本発明のLED発光装置10の駆動回路を示すシステムブロック図であり、LED発光装置10の電流レベル切り替え方式の回路システムと駆動方法について説明する。図8の回路システムは図4に示す回路システムと基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図8に示す回路システムにおいて、図4に示す回路システムと異なるところは、図4に示す電圧レベル切り替え方式の回路システムでは第1LED群3と第2LED群4との切り替え接続を行う切替回路16の制御を、電圧レベル検出回路15の電圧レベル検出に基づいて行っていたものを、図8の電流レベル切り替え方式の回路システムでは、切替回路16の制御を電流レベル検出回路15aの電流レベル検出に基づいて行っているものである。すなわち電流レベル検出回路15aは電流レベルLA,HAの検出信号により電流制御を行うことによって、LED発光装置10の動作を行うものである。
以下図面により、本発明の第3実施形態を説明する。
図8は本発明のLED発光装置10の駆動回路を示すシステムブロック図であり、LED発光装置10の電流レベル切り替え方式の回路システムと駆動方法について説明する。図8の回路システムは図4に示す回路システムと基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図8に示す回路システムにおいて、図4に示す回路システムと異なるところは、図4に示す電圧レベル切り替え方式の回路システムでは第1LED群3と第2LED群4との切り替え接続を行う切替回路16の制御を、電圧レベル検出回路15の電圧レベル検出に基づいて行っていたものを、図8の電流レベル切り替え方式の回路システムでは、切替回路16の制御を電流レベル検出回路15aの電流レベル検出に基づいて行っているものである。すなわち電流レベル検出回路15aは電流レベルLA,HAの検出信号により電流制御を行うことによって、LED発光装置10の動作を行うものである。
上記の如く各実施形態においては、LEDの直列接続のAC電源による切り替え駆動方式において、複数個の発光出力部に対する発光条件が、AC電源の切り替え条件に関わらず、常に同一の発光状態を示しており、また各LEDに流れる駆動電流も同一となるため、発光装置としての駆動条件に差異がなく、同一の照明効果及び同一の寿命が保たれる。
1 LED
2a,2b,2c リード端子
3、23 第1LED群
4、24 第2LED群
10、20 LED発光装置
10a,10b,10c 発光出力部
20a、20b,20c、20d 発光出力部
11 電源
12 AC電源
13 整流器
13a,13b 電源端子
15 電圧レベル検出回路
15a 電流レベル検出回路
16 切替回路
16a,16b 切替スイッチ
17 電流制限素子
100 街路灯
200 照明装置
A1,A2、A3,A4 LEDブロック
B1,B2,B3,B4 LEDブロック
2a,2b,2c リード端子
3、23 第1LED群
4、24 第2LED群
10、20 LED発光装置
10a,10b,10c 発光出力部
20a、20b,20c、20d 発光出力部
11 電源
12 AC電源
13 整流器
13a,13b 電源端子
15 電圧レベル検出回路
15a 電流レベル検出回路
16 切替回路
16a,16b 切替スイッチ
17 電流制限素子
100 街路灯
200 照明装置
A1,A2、A3,A4 LEDブロック
B1,B2,B3,B4 LEDブロック
Claims (2)
- 基板上に実装した、複数の半導体発光素子を第1群と第2群の少なくとも2つのグループに分割して電気的に接続し、交流電源の電圧レベル、または電流量に応じて第1群、第2群の順序で駆動する発光装置において、前記発光装置は複数の発光出力部を有し、各発光出力部に割り当てられる前記第1群及び第2群のLEDの数が同じであることを特徴とする半導体発光装置。
- 前記発光出力部は3個または4個の発光出力部である請求項1に記載の半導体発光装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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