特許 7546241 照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-29

(45)【発行日】2024-09-06

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/44 20200101AFI20240830BHJP

   H05B 45/10 20200101ALI20240830BHJP

   H05B 47/105 20200101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

H05B45/44

H05B45/10

H05B47/105

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023066776

(22)【出願日】2023-04-15

【審査請求日】2024-01-17

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515339147

【氏名又は名称】株式会社ワイズテックファクトリー

(73)【特許権者】

【識別番号】516064699

【氏名又は名称】田中 冬人

(74)【代理人】

【識別番号】100185454

【弁理士】

【氏名又は名称】三雲 悟志

(74)【代理人】

【識別番号】100121337

【弁理士】

【氏名又は名称】藤河 恒生

(72)【発明者】

【氏名】田中 冬人

【審査官】塩治 雅也

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０２７１１３１９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３９／００－３９／１０

Ｈ０５Ｂ ４５／００－４５／５９

Ｈ０５Ｂ ４７／００－４７／２９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源の出力を整流する整流回路と、
前記整流回路で整流された電圧が印加される複数の発光ダイオードと、
スイッチを含み、該スイッチを切り替えることで前記複数の発光ダイオードを直列接続、並列接続、または直並列接続に切り替える切り替え回路と、
前記スイッチの切り替えを制御する制御回路と、
を含み、
前記制御回路の制御によって、一部の前記発光ダイオードが並列接続または直並列接続され、該並列接続または直並列接続された発光ダイオードに残りの発光ダイオードが直列接続されるときがあり、
前記並列接続または直並列接続された一部の発光ダイオードの電位差と直列接続された残りの発光ダイオードの電位差が異なるときがあり、
前記制御回路は、制御開始から整流回路で整流された電圧が最初のピーク電圧になるまで、複数の発光ダイオードを前記ピーク電圧のときの接続状態にする照明装置。

【請求項2】

前記発光ダイオードに流れる電流を制御する電流制御回路を備え、該電流制御回路に生じる電位または発光ダイオードに生じる電位を制御回路の電源として利用する請求項１の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は発光ダイオードを備えた照明装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１に入力電圧に応じて発光ダイオードの接続方法を変更する回路が開示されてる。入力電圧に応じて複数の発光ダイオードが直列、並列、または直並列に接続される。

【0003】

しかし、特許文献１は３段階にしか回路が変更できず、入力電圧と発光ダイオードの電位に差が生じるおそれがある。電力の利用効率が良くない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－２４３７５５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は電力の利用効率の良い照明装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の照明装置は、交流電源の出力を整流する整流回路と、複数の発光ダイオードと、スイッチを含み、該スイッチを切り替えることで前記複数の発光ダイオードを直列接続、並列接続、または直並列接続に切り替える切り替え回路と、前記スイッチの切り替えを制御する制御回路と、を含む。前記制御回路の制御によって、一部の前記発光ダイオードが並列接続または直並列接続され、該並列接続または直並列接続された発光ダイオードに残りの発光ダイオードが直列接続されるときがある。

【発明の効果】

【0007】

本発明によると発光ダイオードを直列、並列または直並列接続することで、発光ダイオードの電位差が整流された電圧に近づけることが可能であり、電力損失を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の照明装置の回路構成を示すブロック図である。

【図2】スイッチエレメントの回路構成を示す図である。

【図3】整流された電圧を実線で示し、発光ダイオードの電位を点線で示す図である。

【図4】（ａ）は時間Ｔ１～Ｔ２とＴ１１～Ｔ１２の発光ダイオードの接続状態、（ｂ）は時間Ｔ２～Ｔ３とＴ１０～Ｔ１１の発光ダイオードの接続状態を示す図である。

【図5】（ａ）は時間Ｔ３～Ｔ４とＴ９～Ｔ１０の発光ダイオードの接続状態、（ｂ）は時間Ｔ４～Ｔ５とＴ８～Ｔ９の発光ダイオードの接続状態を示す図である。

【図6】（ａ）は時間Ｔ５～Ｔ６とＴ７～Ｔ８の発光ダイオードの接続状態、（ｂ）は時間Ｔ６～Ｔ７の発光ダイオードの接続状態を示す図である。

【図7】スイッチエレメントの他の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の照明装置について図面を用いて説明する。複数の実施形態を説明するが、重複する部分は一の実施形態で説明し、他の実施形態で省略する場合がある。

【0010】

[実施形態１]
図１および図２に示す本発明の照明装置１０は整流回路１２、発光ダイオード１４、切り替え回路１６および制御回路１８を備える。

【0011】

整流回路１２はダイオードを利用した半波整流回路または全波整流回路である。交流電源２０の電圧が整流回路１２で整流される。整流された電圧が発光ダイオード１４に印加される。一般的に電解コンデンサおよびトランスなどを使用して発光ダイオードに印加する電圧を調節するが、照明装置１０はそのような部品を利用しない。照明装置１０が簡略化される。

【0012】

照明装置１０に備えられる発光ダイオード１４の数は複数である。複数の発光ダイオード１４が直列、並列、直並列に接続され、その接続状態が入力電圧に応じて切り替えられる。

【0013】

発光ダイオード１４の両端に切り替え回路１６が接続されている。切り替え回路１６はスイッチエレメント２２および相互接続回路２４を備える。

【0014】

スイッチエレメント２２は複数のスイッチ２６を備える（図２）。そのスイッチ２６はＦＥＴなどの電子的にオン・オフが可能な素子である。スイッチエレメント２２の中の複数のスイッチ２６は並列接続されている。各スイッチ２６のゲートが制御回路１８に接続されており、制御回路１８からスイッチ２６に入力される信号によってスイッチ２６がオン・オフする。複数のスイッチ２６の中で１つのスイッチ２６がオンになるように制御される。１つのスイッチ２６が発光ダイオード１４と相互接続回路２４とを接続する。

【0015】

相互接続回路２４は発光ダイオード１４を直列、並列または直並列に接続するための複数の配線が備えられる。複数の配線がスイッチ２６に接続されるようになっている。オンされたスイッチ２６に接続された配線が発光ダイオード１４に電力を供給できるようになる。オンされるスイッチ２６が変更されることで、発光ダイオード１４に電力を供給するための配線が変更される。スイッチ２６の選択によって複数の発光ダイオード１４を直列、並列または直並列に接続することができる。図１に２つの相互接続回路２４が示されているが、その２つの相互接続回路２４の中の配線が互いに接続される場合もある。

【0016】

スイッチ２６の数と相互接続回路２４の配線構造は発光ダイオード１４の数によって適宜変更してもよい。発光ダイオード１４の数が増えるとそれに伴ってスイッチ２６の数と配線の数が増える。

【0017】

制御回路１８はスイッチ２６のオン・オフを制御するための回路である。制御回路１８はＩＣで構成することができる。制御回路１８は整流回路１２で整流された電圧に応じてスイッチ２６を制御する。その電圧を測定するための電圧計を備える。電圧計はホール素子を利用したものであってもよいし、制御回路１８に直接電位が入力される構成であってもよい。制御回路１８がスイッチ２６を制御することで、複数の発光ダイオード１４が直列、並列または直並列に接続される。

【0018】

発光ダイオード１４の直列接続、並列接続または直並列接続は整流された電圧に応じて決定される。各発光ダイオード１４の電位が一定またはほぼ一定になるように発光ダイオード１４の接続状態が切り替えられる。

【0019】

たとえば、発光ダイオード１４の数が８個であり、各発光ダイオード１４の定格電圧がｘ（Ｖ）であるとする。整流された電圧のピーク電圧が６ｘ（Ｖ）であるとする（図３）。時間Ｔ１～Ｔ２とＴ１１～Ｔ１２の接続状態を図４（ａ）、時間Ｔ２～Ｔ３とＴ１０～Ｔ１１の接続状態を図４（ｂ）、時間Ｔ３～Ｔ４とＴ９～Ｔ１０の接続状態を図５（ａ）、時間Ｔ４～Ｔ５とＴ８～Ｔ９の接続状態を図５（ｂ）、時間Ｔ５～Ｔ６とＴ７～Ｔ８の接続状態を図６（ａ）、時間Ｔ６～Ｔ７の接続状態を図６（ｂ）に示す。各発光ダイオード１４が定格電圧ｘ（Ｖ）以下になるように接続される。なお、時間Ｔ６～Ｔ７はピーク電圧であり、非常に短い時間になる可能性がある。

【0020】

整流された電圧がｘ（Ｖ）以下の場合、すべての発光ダイオード１４が並列接続される（図４）。一方、整流された電圧がピーク電圧のときに直列接続される発光ダイオード１４の数が最も多くなる。いずれの場合であっても各発光ダイオード１４に印加される電圧は定格電圧以下になる。

【0021】

一部の発光ダイオード１４が並列接続または直並列接続され、その一部の発光ダイオード１４に残りの発光ダイオード１４が直列接続されてもよい。並列接続または直並列接続された部分の電位差と残りの直列接続された部分の電位差が異なってもよい。たとえば、時間Ｔ５～Ｔ６では、直列接続された発光ダイオード１４と並列接続された発光ダイオード１４がある。並列接続された部分は３ｘ（Ｖ）の電位差が生じ、直列接続された部分は２ｘ（Ｖ）の電位差が生じる。直列接続された部分と並列接続された部分で電位差のアンバランスが生じる。電位差のアンバランスを生じさせることで、整流された電圧と発光ダイオード１４に印加される電圧の差を小さくし、損失が生じにくくする。

【0022】

一部の発光ダイオード１４が並列接続または直並列接続され、残りの発光ダイオード１４も並列接続または直並列接続され、それらが直列接続されてもよい。時間Ｔ３～Ｔ４では、並列接続された部分と直並列接続された部分があり、それらが直列接続されている。並列接続された部分と直並列接続された部分はそれぞれ電位差が異なっていてもよく、図５（ａ）ではｘ（Ｖ）と２ｘ（Ｖ）になっている。

【0023】

図３では、図４～図６において点線で分けた各分で生じる電位差を点線で示している。発光ダイオード１４をアンバランスにグループ分けして直列、並列または直並列に接続することで、整流された電圧と発光ダイオード１４の電位差を近づけることができる。上記説明では発光ダイオード１４の数が８個であるため図３において発光ダイオード１４の電位と整流された電圧との差が大きな箇所がある。しかし、発光ダイオード１４の数が増えれば直列、並列および直並列にするパターンが増え、電位の差が小さくなる。

【0024】

複数の発光ダイオード１４をアンバランスに接続することができるため、各接続状態の時間の長さが異なる場合もある。たとえば、図３では時間Ｔ５～Ｔ６、Ｔ７～Ｔ８は長く、時間Ｔ６～Ｔ７は短くなっている。

【0025】

上記のように発光ダイオード１４の接続を切り替え易くするために、発光ダイオード１４の数は偶数、好ましくは２のべき乗にする。

【0026】

制御回路１８は制御を開始してから整流された電圧が最初のピーク電圧になるまで発光ダイオード１４を所定の接続状態になるように制御する。具体的には、ピーク電圧の時の発光ダイオード１４の接続状態にする。上記の例であれば図６（ｂ）の発光ダイオード１４の接続状態にする。最も直列接続が多くなる状態にする。発光ダイオード１４を最も直列接続多くなるように制御することで発光ダイオード１４を保護する。

【0027】

制御を開始した後の最初のピーク電圧を過ぎれば、上記したように整流された電圧に応じて発光ダイオード１４の接続状態を切り替える。

【0028】

以上のように、本発明は整流された電圧に応じて発光ダイオード１４の接続を切り替えることで電解コンデンサなどを使用せずに発光ダイオード１４の定格電圧にあった電圧を発光ダイオード１４に印加することできる。各発光ダイオード１４に生じる電位差をアンバランスにすることで、発光ダイオード全体の電位差を整流された電圧に近づけることができ、電力の利用効率を高めることができる。発光ダイオード１４が最初に接続されるとき、整流された電圧がピーク電圧の時の接続状態にすることで発光ダイオード１４を保護できる。チョッパ型スイッチング電源と異なり、ノイズが発生しないので、そのノイズ対策が不要になる。

【0029】

[実施形態２]
本発明は電流制御回路を備えてもよい。電流制御回路によって発光ダイオード１４に流れる電流を調節してもよい。たとえば、図１の相互接続回路２４とアースの間、交流電源２０と相互接続回路２４の間、図１に示す回路のその他の部品とアースの間に電流制御回路を接続してもよい。電流制御回路は、トランジスタ、抵抗、または定電流ダイオードなどで構成される。

【0030】

上記電流制御回路に生じる電位を制御回路１８の電源として利用してもよい。発光ダイオード１４に流れる電流を調節しながら、制御回路１８の電源を生成することができ、省エネ回路となる。なお、発光ダイオード１４に生じる電位を制御回路１８の電源に利用してもよい。

【0031】

[実施形態３]
スイッチエレメント２２に備えられるスイッチ２６をデジタルデコーダに置き換えてもよい。制御回路１８からデジタル信号でスイッチエレメント２２に発光ダイオード１４の接続構造を入力する。制御回路１８からスイッチエレメント２２に引き回される配線の本数を減らすことができる。発光ダイオード１４を１方向（長さ方向）に配列させたとき、幅方向が狭いと配線領域の確保が問題になるが、配線本数を減らすことで１方向に配列させやすくなる。

【0032】

[実施形態４]
切り替え回路１６は実施形態１で説明したスイッチエレメント２２および相互接続回路２４に限定されない。たとえば、図７に示す２つの発光ダイオード１４の間に接続されたスイッチエレメント２８であってもよい。

【0033】

スイッチエレメント２８は第１スイッチ３０、第２スイッチ３２および第３スイッチ３４を備える。第１スイッチ３０は発光ダイオード１４のアノード同士の間に接続されるＦＥＴであってもよい。第２スイッチ３２は発光ダイオード１４のカソード同士の間に接続されるＦＥＴであってもよい。２つのＦＥＴはｎ型ＭＯＳＦＥＴであってもよい。第３スイッチ３４は隣り合う発光ダイオード１４のカソードとアノードを接続するダイオードであってもよい。ダイオードのアノードが前段にある発光ダイオード１４のカソードと第２スイッチ３２の接続端子に接続され、ダイオードのカソードが後段にある発光ダイオード１４のアノードと第１スイッチ３０の接続端子に接続される。

【0034】

第１スイッチ３０と第２スイッチ３２がオンされることで、隣り合う発光ダイオード１４が並列接続される。第１スイッチ３０と第２スイッチ３２がオフされることで、隣り合う発光ダイオード１４が直列接続される。

【0035】

制御回路１８が第１スイッチ３０および第２スイッチ３２のゲートに信号を入力し、第１スイッチ３０および第２スイッチ３２がオン・オフされる。各スイッチ３０、３２を制御できるのであれば、制御回路１８の構成は限定されない。

【0036】

第３スイッチ３４はＦＥＴであってもよい。第１スイッチ３０と第２スイッチ３２がオンされるとき、第３スイッチ３４はオフされるようにする。第１スイッチ３０と第２スイッチ３２がオフされるとき、第３スイッチ３４はオンされるようにする。第１スイッチ３０と第２スイッチ３２がｎ型ＭＯＳＦＥＴを利用したが、第３スイッチ３４はｐ型ＭＯＳＦＥＴを利用してもよい。またはそれが逆であってもよい。

【0037】

[実施形態５]
図１では２つのスイッチエレメント２２に挟まれた発光ダイオード１４が１つになっている。２つのスイッチエレメント２２に挟まれた発光ダイオード１４が複数であってもよい。２つのスイッチエレメント２２に挟まれた複数の発光ダイオード１４が直列、並列、直並列に接続されていてもよい。その複数の発光ダイオード１４が直列、並列、直並列に接続を切り替えられる。図７においても同様である。

【0038】

[実施形態６]
照明装置１０は、発光ダイオード１４が形成された第１半導体基板および切り替え回路１６および制御回路１８が形成された第２半導体基板で構成されてもよい。第１半導体基板の発光ダイオード１４と第２半導体基板の切り替え回路１６が低抵抗金属（アルミニウムニッケル合金等）によってオーミック接続される。

【0039】

第１半導体基板と第２半導体基板は素材が異なる。第１半導体基板は窒化ガリウムを利用しており、第２半導体基板は半導体ＩＣ用シリコンウエハーを利用している。第１半導体基板と第２半導体基板が対向し、発光ダイオード１４の端子とスイッチ２２の端子がオーミック接続によって接合され、それ以外の部分は樹脂（接着剤）で接合される。

【0040】

[実施形態７]
上記第２半導体基板に形成される回路は第１半導体基板の発光ダイオード１４に比べて集積化が可能である。第１半導体基板と第２半導体基板の接合部分の面積が同じ場合、第２半導体基板に空きスペースが生じ易い。その空きスペースに上記した回路以外の他の回路（拡張回路）を形成してもよい。たとえば、拡張回路として通信回路が第２半導体基板に形成されてもよい。通信回路はＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信用の回路である。照明装置１０は天井または壁の上部などに設置されることが多く、無線通信用電波に対する障害物が少ない。本発明の照明装置１０にアンテナを取り付け、通信装置として機能させてもよい。また、制御回路１８に対する制御信号を送受信するために通信回路が利用されてもよい。

【0041】

また、上記第２半導体基板の空きスペースに形成される拡張回路は通信回路以外の回路であってもよい。たとえば、センサ回路が挙げられる。センサ回路は人感センサ、赤外線センサ、温度センサ、光センサの少なくとも１つであってもよい。照明装置が配置された空間の人、温度、照度などに応じて発光ダイオード１４の発光状態が制御されてもよい。

【0042】

上記第２半導体基板の空きスペースに形成されるセンサ回路は加速度センサであってもよい。照明装置１０が携行可能な装置であった場合に、加速度センサによって照明装置１０の角度を検出し、発光ダイオード１４の発光状態を変化させてもよい。加速度センサはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）によって構成されてもよい。

【0043】

上記第２半導体基板の空きスペースに形成される拡張回路はマイク、スピーカーまたはそれら両方を駆動させる回路であってもよい。マイクおよびスピーカーが照明装置１０に取り付けられる。照明装置１０が天井などの高いところに設置されることで、マイクに音が入ったりスピーカーから音が出たりするときに、音の障害物が少なくなる。

【0044】

拡張回路は上記した回路に限定されず、他の任意の回路であってもよい。

【0045】

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

【符号の説明】

【0046】

１０：照明装置
１２：整流回路
１４：発光ダイオード
１６：切り替え回路
１８：制御回路
２０：交流電源
２２、２８：スイッチエレメント
２４：相互接続回路
２６、３０、３２、３４：スイッチ

【要約】

【課題】電力の利用効率の良い照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１０は整流回路１２、発光ダイオード１４、切り替え回路１６および制御回路１８を備える。発光ダイオード１４の両端に切り替え回路１６が接続されている。切り替え回路１６はスイッチエレメント２２および相互接続回路２４を備える。制御回路１８は整流回路１２で整流された電圧に応じてスイッチ２６を制御する。制御回路１８がスイッチ２６を制御することで、複数の発光ダイオード１４が直列、並列または直並列に接続される。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】