專利名稱：照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使串聯(lián)連接的多個LED(發(fā)光二極管)元件一起發(fā)光以進(jìn)行照明 的照明裝置。
背景技術(shù)：
日本國的專利特開2005-100799號公報披露了將安裝于印刷基板的多個LED元件 串聯(lián)連接而成的LED照明器具。該LED照明器具在由多個LED元件構(gòu)成的串聯(lián)電路的一端 連接陽極電極，在另一端連接陰極電極。陽極電極和陰極電極都并排設(shè)置在印刷基板的一 側(cè)邊緣的單面。若在這些電極間施加12伏特(V)的直流電壓，則LED照明器具使各LED元 件一起發(fā)光。現(xiàn)有的LED照明器具目前是施加IOV 15V的電壓。例如，在記載于專利特開 2005-100799號公報中的LED照明器具的情況下，也是施加12V的電壓。這樣，若施加電壓 為低壓，則供電裝置的電路效率變得極差。例如，在電源的額定電壓為100V的情況下，只能 使用電源電壓的10%至15%的電能。而且，LED元件的數(shù)量越多，加到串聯(lián)連接的各個LED 元件的電壓越低。因此，若施加電壓較低，則各LED難以以高亮度發(fā)光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種照明裝置，使得能夠提高電路效率及發(fā)光強(qiáng)度。照明裝置具有裝置基板；與商用電源連接的整流裝置；安裝于裝置基板上、且串 聯(lián)連接多個LED元件而成的串聯(lián)電路；及與該串聯(lián)電路串聯(lián)連接、且對串聯(lián)電路中流過的 最大電流進(jìn)行限制的限流單元，通過將整流裝置的輸出施加到LED串聯(lián)電路和限流單元的 串聯(lián)電路，從而使各LED元件分別點(diǎn)亮。在這種照明裝置中，權(quán)利要求1的發(fā)明將LED元件 的數(shù)量設(shè)定成使得施加到LED串聯(lián)電路的電壓成為整流裝置的輸出電壓的70% 90%。本發(fā)明人改變形成LED串聯(lián)電路的LED元件的數(shù)量，對發(fā)光效率和電路效率進(jìn)行 了測定。具體而言，形成了分別串聯(lián)連接10個至50個的各種個數(shù)的LED元件的電路。而 且，對各個LED串聯(lián)電路施加商用電源以使LED元件點(diǎn)亮，測定了此時的發(fā)光效率和電路效 率。所使用的LED元件在流過20毫安的直流電流時在約3V的電壓下發(fā)光效率最高。這種 LED元件目前很常用。使LED串聯(lián)電路點(diǎn)亮的點(diǎn)亮控制電路包含全波整流裝置、和限流單元。點(diǎn)亮控制 電路利用全波整流裝置對商用電源的100V電壓進(jìn)行整流，并利用限流單元對該整流輸出 的最大電流進(jìn)行限制，從而對LED串聯(lián)電路施加與該被限制后的最大電流對應(yīng)的電壓。圖7中示出發(fā)光效率和電路效率的測定結(jié)果。由圖7可知，發(fā)光效率在LED串聯(lián) 電路所具有的LED元件的數(shù)量為25個前后成為峰值。而且，從成為該峰值的數(shù)量起LED元 件的數(shù)量越多，發(fā)光效率越低。這是由于LED元件的數(shù)量越多、施加到各LED元件的電壓越 低而引起的。若施加電壓下降，則各LED元件不能進(jìn)行獲得高亮度的發(fā)光。若LED元件的 數(shù)量超過36個，則發(fā)光效率不足0. 5，無法滿足實(shí)用上所要求的發(fā)光效率。此外，本說明書中，將施加到各LED元件的電壓稱為LED點(diǎn)亮電壓。電路效率在LED串聯(lián)電路所具有的LED元件的數(shù)量為39個前后成為峰值。這是 由于隨著LED元件的數(shù)量朝向成為該峰值的數(shù)量增加，因構(gòu)成限流單元的晶體管的發(fā)熱所 導(dǎo)致的損耗減少而引起的。將所述發(fā)光效率與電路效率相乘后的綜合效率在LED串聯(lián)電路所具有的LED元件 的數(shù)量為33個前后成為峰值。而且綜合效率從成為該峰值的數(shù)量起不管是變多還是變少 都下降。為了使綜合效率成為0. 54以上的個數(shù)的LED元件全部分別以約3V的LED點(diǎn)亮電 壓進(jìn)行點(diǎn)亮，施加到LED串聯(lián)電路的適當(dāng)?shù)碾妷喝鐖D7的曲線圖的橫軸所記載的那樣。由圖7可知，當(dāng)施加到LED串聯(lián)電路的電壓為80V時，照明裝置的綜合效率最高。 即使是在70V 90V的電壓范圍內(nèi)，照明裝置也可得到超過0. 5的效率。此外，在使發(fā)光效率優(yōu)先、將LED元件的數(shù)量設(shè)為25個的情況下的適當(dāng)電壓小于 70V。在這種情況下，由于照明裝置會產(chǎn)生30%以上的電能損耗，因此不優(yōu)選。另外，在使電 路效率優(yōu)先、將LED元件的數(shù)量設(shè)為39個的情況下的適當(dāng)電壓超過100V。在這種情況下， 由于以100V的電源電壓加到各LED元件的LED點(diǎn)亮電壓下降，因此照明裝置無法得到0. 5 以上的發(fā)光效率。根據(jù)以上的情況，權(quán)利要求1的發(fā)明將LED元件的數(shù)量定為使得對串聯(lián)連接多個 LED元件的LED串聯(lián)電路施加的電壓成為對商用電源的電壓進(jìn)行整流的整流裝置的輸出電 壓的70% 90%。具體而言，如權(quán)利要求2的發(fā)明所示，在商用電源的電壓為100V的情況下，照明裝 置中將串聯(lián)電路所具有的LED元件的數(shù)量設(shè)定成30 34個。在商用電源的電壓為200V 的情況下，照明裝置中將串聯(lián)電路所具有的LED元件的數(shù)量設(shè)定成60 64個。整流裝置的輸出電壓例如為(100士 10) V，LED串聯(lián)電路所具有的LED元件的數(shù)量 設(shè)為30 34個。在這種情況下，由圖7可知，照明裝置的電路效率較高，電能的損耗較少。 另外照明裝置的發(fā)光效率也可得到實(shí)用上足夠高的值。這樣，能夠使照明裝置的電路效率 及發(fā)光效率提高。權(quán)利要求3的發(fā)明是在權(quán)利要求1或2的發(fā)明中，裝置基板具有金屬制的基底、層 疊于該基底上的絕緣層、及相互電絕緣地層疊于該絕緣層上的多個金屬層。各金屬層分別 安裝由串聯(lián)連接的多個LED元件構(gòu)成的元件串。各金屬層和各元件串分別電連接，使得對 各金屬層施加安裝于該金屬層上的元件串的電壓。該權(quán)利要求3的發(fā)明中，安裝有由多個LED元件構(gòu)成的元件串的金屬層遠(yuǎn)比LED 元件的面積要大。因此，作為金屬制的基底的功能，另外還起到作為LED元件的散熱構(gòu)件的 作用。即，因各LED元件點(diǎn)亮而發(fā)出的熱量迅速擴(kuò)散至金屬層。而且，熱量從這些金屬層經(jīng) 過絕緣層釋放至金屬制的基底。其結(jié)果是，照明裝置中能抑制因各LED元件的溫度過高而 引起的發(fā)光效率的下降。另外，權(quán)利要求3的發(fā)明中，各金屬層與安裝于該金屬層上的LED元件串電連接。 因此，在點(diǎn)亮狀態(tài)下成為對各金屬層加有電位的狀態(tài)。在對各金屬層未加有電位的情況下， 金屬層會受到電噪聲的影響。另外，由于天線效果而成為噪聲發(fā)射源。若采用權(quán)利要求3 的發(fā)明，則能防止這種問題。
而且，權(quán)利要求3的發(fā)明中，金屬層并非單個金屬層而被分成電絕緣的多個金屬 層。因此，盡管對LED串聯(lián)電路施加電源電壓，但電源電壓的最大值不會加到一個LED元件 上。若各LED元件與各金屬層之間以及這些金屬層與金屬制基底之間的電壓差較小，則密 封各LED元件的密封構(gòu)件隨之發(fā)生密封不佳。然而，即使是在發(fā)生這種密封不佳的情況下， 若采用權(quán)利要求3的發(fā)明，則由于也可維持LED元件與各金屬層之間、以及這些金屬層與金 屬制基底之間的電絕緣，因此可確保預(yù)定的耐電壓性能。因而照明裝置在電氣方面的安全 性優(yōu)異。在這種情況下，如權(quán)利要求4的發(fā)明所示，照明裝置中，可將這些元件串所具有的 LED元件的數(shù)量設(shè)定成使得施加到各LED元件串的電壓成為30V以下。具體而言，一個元件 串所具有的LED元件的數(shù)量為2 10個。而且，關(guān)于確保耐電壓性能，如權(quán)利要求5的發(fā)明所示，照明裝置中，可將元件串 所具有的LED元件的數(shù)量設(shè)定成使得相鄰的金屬層間的電壓差成為30V以下。該權(quán)利要求5的發(fā)明中，能抑制在相鄰的金屬層間發(fā)生離子遷移。離子遷移是如 下現(xiàn)象即，在兩個金屬之間加有電壓時，金屬離子從一個金屬朝向另一個金屬，沿著具有 導(dǎo)電性的通路移動。該現(xiàn)象中，加到兩個金屬之間的電壓越高，電能增加得越顯著。因此，在 加有電位的金屬層間會發(fā)生離子遷移，若該現(xiàn)象發(fā)展下去，則照明裝置中，可能會導(dǎo)致在加 有電位的金屬層間發(fā)生絕緣劣化或短路。在假設(shè)發(fā)生短路的情況下，各LED元件與金屬層 之間、以及金屬層與金屬制基底之間的電壓差增大，照明裝置中，耐電壓的可靠性降低。此 外，離子遷移也被稱為電化學(xué)遷移。然而，權(quán)利要求5的發(fā)明中，將各LED元件串所具有的LED元件的數(shù)量設(shè)定成使得 加到元件串的一端和另一端之間的電壓成為30V以下。因此，照明裝置中，能將相鄰的金屬 層間的電壓差抑制在30V以下。若將相鄰的金屬層間的電壓差抑制在30V以下，則在加有 電位的金屬層間不會發(fā)生離子遷移。而且，可維持LED元件與金屬層之間、以及金屬層與金 屬制的基底之間的電絕緣，可確保預(yù)定的耐電壓性能。因而，照明裝置在電氣方面的安全性 優(yōu)異。權(quán)利要求6的發(fā)明中，將LED元件的數(shù)量設(shè)定成使得施加到LED串聯(lián)電路的LED 元件正向電壓相對于商用電源的額定輸入電壓成為70 % 90 %，LED元件正向電壓為，在流過由限流單元進(jìn)行限制的最大電流時、LED串聯(lián)電路中 產(chǎn)生的電壓的峰值。本發(fā)明人改變形成LED串聯(lián)電路的LED元件的數(shù)量，對發(fā)光強(qiáng)度和電路效率進(jìn)行 了測定。具體而言，形成了分別串聯(lián)連接10個至50個的各種個數(shù)的LED元件的電路。而 且，對各個LED串聯(lián)電路施加電源電壓以使LED元件點(diǎn)亮，測定了此時的發(fā)光強(qiáng)度和電路效 率。所使用的LED元件在流過20毫安的直流電流時在約3V的電壓下發(fā)光效率最高。使LED串聯(lián)電路點(diǎn)亮的點(diǎn)亮控制電路包含全波整流裝置和限流單元。點(diǎn)亮控制電 路利用全波整流裝置對電源電壓進(jìn)行整流，并利用限流單元對該整流輸出的最大電流進(jìn)行 限制，從而對LED串聯(lián)電路施加與該被限制后的最大電流對應(yīng)的電壓。商用電源的額定輸入電壓為100V，但一般若考慮電壓波動，則有效值在士 10%的 范圍內(nèi)波動。因此本發(fā)明人使用了 90V、100V、和IlOV這三種電壓以作為電源電壓。利用限 流單元限制的最大電流設(shè)為30mA。
圖8A及圖8B中示出電路效率和發(fā)光強(qiáng)度的測定結(jié)果。另外，圖8C中示出將電路 效率和發(fā)光強(qiáng)度相乘后的綜合效率的運(yùn)算結(jié)果。圖8A 圖8C中，橫軸表示LED元件正向 電壓Vf相對于商用電壓的額定輸入電壓的比例(％ )。 由圖8C可知，在使用了 90V、100V及1IOV中的任一個電源電壓的情況下，若上述 比例在70% 90%的范圍內(nèi)，則照明裝置也可得到超過0. 5的綜合效率。因而，根據(jù)將LED 元件的數(shù)量設(shè)定成使得施加到LED串聯(lián)電路的LED元件正向電壓Vf相對于商用電源的額 定輸入電壓成為70 % 90 %的權(quán)利要求6的發(fā)明，能夠使照明裝置的電路效率及發(fā)光強(qiáng)度提尚。


圖IA是表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的照明裝置的裝置基板的簡略正視 圖，其中將該基板所具有的密封構(gòu)件去除。圖IB是放大表示圖IA的照明裝置的一個串聯(lián)電路配置區(qū)域的正視圖。圖2是進(jìn)一步放大表示圖IB的串聯(lián)電路配置區(qū)域的正視圖。圖3A是沿圖IB中X-X線示出的裝置基板的剖視圖。圖3B是沿圖IB中Y-Y線示出的裝置基板的剖視圖。圖3C是沿圖IC中Z-Z線示出的裝置基板的剖視圖。圖4是表示使照明裝置點(diǎn)亮的點(diǎn)亮控制電路的圖。圖5A是表示圖4的點(diǎn)亮控制電路中的商用電源的交流電壓波形的圖。圖5B是表示利用圖4的點(diǎn)亮控制電路中的整流裝置進(jìn)行平滑化后的電壓波形的 圖。圖5C是表示利用圖4的點(diǎn)亮控制電路中的晶體管對最大電流進(jìn)行限制從而對峰 值進(jìn)行控制后的狀態(tài)的電壓波形的圖。圖6是表示作為本發(fā)明的一個實(shí)施方式所涉及的照明裝置的燈泡型LED燈的剖視 圖。圖7是表示LED元件的數(shù)量及施加到串聯(lián)電路的電壓與效率之間的關(guān)系的曲線 圖。圖8A是表示作為商用電源而使用了 90V、100V及IlOV這三種電壓時的、LED元件 正向電壓相對于額定輸入電壓的比例與電路效率之間的關(guān)系的曲線圖。圖8B是表示作為商用電源而使用了 90V、100V及IlOV這三種電壓時的、LED元件 正向電壓相對于額定輸入電壓的比例與發(fā)光強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖。圖8C是表示作為商用電源而使用了 90V、100V及IlOV這三種電壓時的、LED元件 正向電壓相對于額定輸入電壓的比例與綜合效率之間的關(guān)系的曲線圖。圖9A是圖1的照明裝置的串聯(lián)電路配置區(qū)域的一部分，而且是表示金屬層和安裝 在與其相鄰的其它金屬層上的元件串之間的電連接的變形例的正視圖。圖9B是表示圖9A所示的變形例的其它部分的正視圖。圖IOA是將LED元件的數(shù)量設(shè)為25個的情況下的LED串聯(lián)電路中流過的電流和 LED元件正向電壓的波形圖。圖IOB是將LED元件的數(shù)量設(shè)為30個的情況下的LED串聯(lián)電路中流過的電流和LED元件正向電壓的波形圖。圖IOC是將LED元件的數(shù)量設(shè)為35個的情況下的LED串聯(lián)電路中流過的電流和 LED元件正向電壓的波形圖。
具體實(shí)施例方式(第1實(shí)施方式)第1實(shí)施方式使用圖6所示的燈泡型LED燈以作為照明裝置1。照明裝置1具有裝置基板21、和電路基板51。裝置基板21安裝在散熱體52的一 端側(cè)。另外，在散熱體51的一端側(cè)安裝有燈罩53，以使其覆蓋裝置基板21。電路基板51 容納在安裝于散熱體52的另一端側(cè)的容納殼體54中。燈頭55安裝在容納殼體54上。裝 置基板21利用插入并通過布線孔56的布線(未圖示)與電路基板51電連接，該布線孔56 穿過散熱體52及容納殼體54而設(shè)置。圖4表示通過商用電源2的供電而使照明裝置1點(diǎn)亮的點(diǎn)亮控制電路。點(diǎn)亮控制 電路安裝在裝置基板21和電路基板51上商用電源2例如是電源電壓為100V的交流電源。圖5A表示商用電源2的交流電 壓波形。商用電源2的交流電壓由平滑電容3進(jìn)行平滑化后，被提供給整流裝置5。整流裝 置5是全波整流器，對平滑化后的交流電壓進(jìn)行全波整流。圖5B表示該整流波形。在作為整流裝置5的輸出端的陽極端子35和陰極端子36上，并聯(lián)連接有四個點(diǎn) 亮控制電路6，整流裝置5的輸出電壓同時被施加到各點(diǎn)亮控制電路6。各點(diǎn)亮控制電路6 包括LED串聯(lián)電路7及限流電路11。LED串聯(lián)電路7串聯(lián)連接LED元件。限流電路11具有電阻12、穩(wěn)壓二極管13、晶 體管13、及電阻15。穩(wěn)壓二極管13與電阻12串聯(lián)連接。晶體管14的基極與電阻12和穩(wěn) 壓二極管13的連接點(diǎn)連接。電阻15與晶體管14的集電極連接。LED串聯(lián)電路7與晶體管 14的發(fā)射極連接。因而，晶體管14與LED串聯(lián)電路7串聯(lián)連接。限流電路11所具有的作為限流單 元的晶體管14對流過LED串聯(lián)電路7的最大電流進(jìn)行限制。圖5C表示利用晶體管14對 最大電流進(jìn)行限制從而對峰值進(jìn)行限制后的狀態(tài)的電壓波形。圖1A、圖1B、圖2及圖3A 圖3C中示出裝置基板21。圖IA是裝置基板21的俯 視圖。其中省略了裝置基板21所具有的密封構(gòu)件。圖IB是放大表示圖IA所示的裝置基 板21的一個串聯(lián)電路配置區(qū)域的圖。圖2是進(jìn)一步放大表示圖IB的串聯(lián)電路配置區(qū)域的 圖。圖3A是沿圖IB中X-X線示出的裝置基板21的剖視圖。圖3B是沿圖IB中Y-Y線示 出的裝置基板21的剖視圖。圖3C是沿圖IC中Z-Z線示出的裝置基板21的剖視圖。裝置基板21具有基底22、絕緣層23、多個例如第1金屬層24 第6金屬層29、多 個中繼焊盤30、陽極端子35、和陰極端子36。基底22為金屬制例如由鋁板形成，以便向外部釋放后述的LED元件T的發(fā)熱。絕 緣層23層疊在形成基底22的正面的整個一個表面。對絕緣層23選定材料及厚度，使得例 如發(fā)揮6W/K的較高的熱傳導(dǎo)。平滑電容3、整流裝置5及形成限流電路11的各電路元器件安裝于基底22。各電路元器件內(nèi)置在基底22中。或者，各電路元器件露出于基底22的背面等來進(jìn)行安裝。裝置基板21例如如圖IA所示，等分成四個區(qū)域A D，這四個區(qū)域A D分別占 據(jù)以裝置基板21的中心為基準(zhǔn)的90度的角度范圍。而且，在各區(qū)域A D中，分別設(shè)置第 1金屬層24 第6金屬層29、和多個中繼焊盤30。如圖3A 圖3C所代表示出的那樣，第1金屬層24 第6金屬層29都層疊在絕 緣層23上。第1金屬層24 第6金屬層29如圖IB及圖2所代表示出的那樣，相互隔開 且平行地配置。因而，第1金屬層24 第6金屬層29相互電絕緣。如圖2所代表示出的 那樣，在第6金屬層29的長邊方向的端部附近設(shè)有中繼金屬層31。如圖IB所代表示出的那樣，中繼焊盤30與第1金屬層24 第6金屬層29分別 對應(yīng)地進(jìn)行配置。詳細(xì)而言，中繼焊盤30沿著這些第1金屬層24 第6金屬層29的長邊 方向上延伸的一側(cè)邊緣以一定間隔進(jìn)行配置。這些各中繼焊盤30與各金屬層24 29隔 開而與其絕緣。排列在各金屬層24 29 —側(cè)的中繼焊盤30的數(shù)量與分別安裝在各金屬 層24 29上的后述的LED元件T的個數(shù)相同。作為整流裝置5的一個輸出端的陽極端子35設(shè)置在裝置基板21的中心部。對于 各LED串聯(lián)電路7設(shè)置公共的陽極端子35。作為整流裝置5的另一個輸出端的陰極端子 36設(shè)置在裝置基板21的周邊部。對于各LED串聯(lián)電路7分別設(shè)置陰極端子36。各金屬層24 29、各中繼焊盤30、中繼金屬層31、陽極端子35及陰極端子36都 是在由銅構(gòu)成的基底層上以該記載的順序鍍覆鎳和金而形成的。LED元件T分別安裝在各金屬層24 29上。此外，為了區(qū)別各個LED元件，在圖 2中表示LED元件的標(biāo)號T之后標(biāo)記帶括號的編號。如圖3A、圖3B所代表示出的那樣，各 LED元件T在元件基板Ta的一個表面設(shè)有半導(dǎo)體發(fā)光層Tb。另外，各LED元件T在該半導(dǎo) 體發(fā)光層Tb側(cè)設(shè)有形成元件電極的陽極Tc和陰極Td。元件基板Ta用透光性絕緣材料、例如厚度100 μ m的藍(lán)寶石來制成。若半導(dǎo)體發(fā) 光層Tb通電，則主要發(fā)射藍(lán)色的光。這種LED元件T被稱為藍(lán)色發(fā)光二極管。為了將這些 LED元件T安裝在各金屬層24 29上，利用未圖示的透明芯片接合材料將該元件基板Ta 的與所述一個表面平行的另一個表面與金屬層24 29粘合。芯片接合材料使用透明的硅 糊料。將多個LED元件T串聯(lián)連接而成的LED串聯(lián)電路7分別設(shè)置在各區(qū)域A D。這 些串聯(lián)電路7分別包括串聯(lián)連接多個LED元件的LED元件串TLl TL6。各LED元件串 TLl TL6分別安裝在各金屬層24 29上。LED串聯(lián)電路7是進(jìn)一步串聯(lián)連接各LED元 件串TLl TL6而形成的。對于LED元件串TLl TL6，進(jìn)行具體說明。本實(shí)施方式中，安裝在一個金屬層上 的多個LED元件T的陽極Tc和陰極Td分別和與各LED元件T對應(yīng)的位置的相鄰的兩個中 繼焊盤30連接。在陽極Tc及陰極Td與中繼焊盤30的連接中，使用由金細(xì)線構(gòu)成的接合 引線38。利用這種連接，經(jīng)由分別沿各金屬層排列的中繼焊盤30，串聯(lián)連接多個LED元件 T0由此，在各金屬層24 29上，分別形成LED元件串TLl TL6。此外，也可通過直接使用接合引線38來連接相鄰的LED元件T的陽極Tc和陰極 Td，從而形成LED元件串Ll TL6。在這種情況下，照明裝置1中，可省略中繼焊盤30。另外，LED元件T也可不是上述的雙引線連接型。例如LED元件T也可為在LED元
8件的厚度方向兩個表面部分別設(shè)有元件電極的單引線連接型。在單引線連接型的情況下， LED元件安裝在布線圖案上。在這種情況下，通過使用接合引線38將LED元件的上表面的 元件電極與安裝相鄰的其它LED元件的其它布線圖案連接，從而形成LED元件串Ll TL6。位于各LED元件串TLl TL6的各另一端的LED元件T的陰極Td、與安裝有該元 件串TLl TL6的金屬層24 29連接。在這種情況下的連接中，也使用接合引線39。其 結(jié)果是，各LED元件串TLl TL6分別與金屬層24 29電連接，該金屬層24 29分別安 裝有這些LED元件串TLl TL6。由此，加在各LED元件串TLl TL6的供電側(cè)的一端和與 其相反一側(cè)的另一端之間的電壓、所謂的LED元件正向電壓，分別獨(dú)立地向與這些元件串 TLl TL6對應(yīng)的金屬層24 29來進(jìn)行施加。圖2中，LED元件串TLl TL6的供電側(cè)的一端在元件串TLl中是指位于其一端 的LED元件T(I)。在元件串TL2中是指位于其一端的LED元件T(7)。在元件串TL3中是 指位于其一端的LED元件T(13)。在元件串TL4中是指位于其一端的LED元件T(19)。在 元件串TL5中是指位于其一端的LED元件T(25)。在元件串TL6中是指位于其一端的LED 元件T (30)。另夕卜，圖2中，關(guān)于與LED元件串TLl TL6的供電側(cè)的一端相反一側(cè)的另一端， 在元件串TLl中是指位于其另一端的LED元件T (6)。在元件串TL2中是指位于其另一端的 LED元件T (12)。在元件串TL3中是指位于其另一端的LED元件T (18)。在元件串TL4中是 指位于其另一端的LED元件T (24)。在元件串TL5中是指位于其另一端的LED元件T (29)。 在元件串TL6中是指位于其另一端的LED元件T (33)。接著，說明LED元件串TLl TL6之間的串聯(lián)連接。本實(shí)施方式中，將形成與LED 元件串TLl TL5的供電側(cè)的一端相反一側(cè)的另一端的元件串TLl TL5的端部、和與其相 鄰的元件串TL2 TL6的相同端部加以連接。在這些端部間的連接中，使用接合引線40及 接合引線41、和位于相同端部側(cè)的中繼焊盤30或中繼金屬層31。利用這樣的連接，將LED 元件串TLl TL6之間串聯(lián)連接，形成LED串聯(lián)電路7。在該連接中，接合引線40將金屬層 24 28與中繼焊盤30或中繼金屬層31加以連接。接合引線41將中繼焊盤30或中繼金 屬層31、與LED元件T (7)、T (13)、T (19)、T (25)、T (30)中的任一個LED元件加以連接。在如上述那樣構(gòu)成的各LED串聯(lián)電路7的供電側(cè)的一端配置的LED元件T(I)，通 過接合引線42與所述陽極端子35連接。在與各LED串聯(lián)電路7的供電側(cè)的一端相反一側(cè) 的另一端配置的LED元件T (33)，通過接合引線43與所述陰極端子36連接。關(guān)于各LED串聯(lián)電路7所具有的LED元件T的數(shù)量，被設(shè)定成使得施加到該串聯(lián) 電路7的電壓成為整流裝置5的輸出電壓的70% 90%。本實(shí)施方式對各點(diǎn)亮控制電路6 施加將電源電壓100V進(jìn)行整流后的整流裝置5的輸出電壓，在本實(shí)施方式中，只要將一個 LED串聯(lián)電路7所具有的LED元件T的數(shù)量設(shè)定在30 34個的范圍內(nèi)即可。圖2表示使 用了 33個LED元件T的例子。這33個LED元件T這樣來分配，使得施加到所述各LED元件串TLl TL6的電壓 成為30V以下，并且相鄰的金屬層24 29間的電壓差成為30V以下。此外，在整流裝置5 的輸出電壓為100V的本實(shí)施方式中，分別安裝于各LED元件串TLl TL6的LED元件T的 數(shù)量被選定在2個 10個的范圍內(nèi)。具體而言，如圖2所示，對于金屬層24 27，分別安 裝6個LED元件T以形成LED元件串TLl TL4。對于金屬層28，安裝5個LED元件T，以形成LED元件串TL5。對于金屬層29，安裝4個LED元件T，以形成LED元件串TL6。利用電絕緣材料例如合成樹脂將框體45制成為與裝置基板21的形狀相配的形 狀。框體45如圖IA所示，固定在安裝有上述的各LED串聯(lián)電路7的裝置基板21的一個表 面的外周部。各LED串聯(lián)電路7位于框體45的內(nèi)側(cè)?？蝮w45最好例如由白色類的合成樹 脂形成，使得能夠在其內(nèi)表面反射光。密封構(gòu)件47被注入框體45的內(nèi)側(cè)，利用加熱處理進(jìn)行固化。密封構(gòu)件47將各 LED串聯(lián)電路7及金屬層24 29等加以填埋以進(jìn)行密封。密封構(gòu)件47由透光性材料例如 透明硅樹脂構(gòu)成，在其內(nèi)部混入有熒光體(未圖示)。熒光體最好以大致均勻分散的狀態(tài)混 入封裝構(gòu)件47。本實(shí)施方式中，由于LED元件T發(fā)藍(lán)色光，因此作為熒光體，使用被該光激 勵且主要發(fā)射黃色光的YAG熒光體。在所述結(jié)構(gòu)的照射裝置1中，若對各點(diǎn)亮控制電路6施加利用整流裝置5將100V 的電源電壓進(jìn)行整流后的輸出電壓，則這些點(diǎn)亮控制電路6中的LED串聯(lián)電路7分別所具 有的33個LED元件T 一起點(diǎn)亮。由于該點(diǎn)亮，從各LED元件T發(fā)射的藍(lán)色光的一部分透過 密封構(gòu)件47而未射到熒光體。另一方面，若藍(lán)色光射到熒光體，則熒光體被激勵，發(fā)射黃色 光。該黃色光透過密封構(gòu)件47。因而，利用這些具有補(bǔ)色關(guān)系的兩種顏色的混合，照明裝置 1向被照射對象照射白色光。當(dāng)照射白色光時，各LED元件T隨之發(fā)熱。發(fā)熱經(jīng)由元件基板Ta傳遞至金屬層 24 29。安裝有各LED元件T的金屬層24 29的面積遠(yuǎn)比各LED元件T要大。因此，金 屬層24 29起到作為擴(kuò)散熱量的散熱器的作用。即，隨著各LED元件T的點(diǎn)亮而從各LED 元件T傳遞至金屬層24 29的熱量被迅速擴(kuò)散至這些金屬層24 29的整個區(qū)域。而且 該熱量還經(jīng)由裝置基板21的絕緣層23傳導(dǎo)至裝置基板21的基底22的整個區(qū)域。傳遞至 基底22的熱量利用該基底22的散熱器的作用而釋放至照明裝置1外。由此，各LED元件T 發(fā)出的熱量被迅速從基底22釋放。因而，照明裝置1中，能抑制因各LED元件T的溫度過 高而引起的發(fā)光效率的下降。照明裝置1如上所述，將LED元件的數(shù)量例如定為33個，使得施加到LED串聯(lián)電 路7的電壓成為整流裝置5的輸出電壓的70% 90%。而且，作為優(yōu)選的例子，串聯(lián)連接 的多個LED元件T分別以大致3V來點(diǎn)亮。因此，照明裝置1能提高電路效率及發(fā)光強(qiáng)度。即照明裝置1中，對各LED串聯(lián)電 路7施加整流裝置5的輸出電壓的70% 90%的電壓。另外，即使在該電壓下降幅度最大 的情況下，照明裝置1中，對于100V電源電壓的電能的損耗也較小。因而，由圖7的曲線圖 可知，照明裝置1的電路效率較高。并且，由圖7的曲線圖還可知，在對各LED串聯(lián)電路7施 加整流裝置5的輸出電壓的70% 90%的電壓的范圍內(nèi)，照明裝置1能得到超過0. 54的 較高的發(fā)光效率。而且，對于在點(diǎn)亮狀態(tài)下如上所述使各LED元件T發(fā)出的熱量大范圍擴(kuò)散的金屬 層24 29，分別通過接合引線40施加有加在安裝于這些金屬層上的LED元件串TLl TL6 的兩端間的電位。此外，也可對金屬層施加LED元件串的中間的電位。因此，能防止不對金 屬層24 29施加電位而導(dǎo)致電位不確定時的問題。即，金屬層24 29不會受到周圍的 電噪聲的影響。另外，也不會由于天線效果而成為噪聲發(fā)射源。
通過對點(diǎn)亮控制電路6分別施加100V的電源電壓，從而將照明裝置1點(diǎn)亮。點(diǎn)亮 控制電路6是串聯(lián)連接各LED元件串TLl TL6而形成的。但是，如上所述，該100V的電 源電壓不會加在形成點(diǎn)亮控制電路6的各個LED元件T、和安裝有該LED元件T的金屬層 24 29之間。金屬層24 29并非是對于一個LED串聯(lián)電路7而準(zhǔn)備一個。金屬層24 29以 電絕緣的狀態(tài)被分成多個。對各個金屬層24 29分別施加安裝于這些各金屬層24 29 上的LED元件串的電壓，具體而言，金屬層24的電位為18V，金屬層25 27的各個電位都 為15V，金屬層28的電位為12V，金屬層29的電位為9V。此外，金屬層24上，安裝有分別以大致3V的電壓進(jìn)行點(diǎn)亮的6個LED元件T⑴ (6)。金屬層25 27上，分別安裝有相同的6個LED元件T(7) (12)、T(13) (18)、 T (19) (24)。金屬層28上，安裝有相同的5個LED元件T (25) (29)。金屬層29上，安 裝有相同的4個LED元件T (30) (33)。這樣，由于對金屬層24 29分別施加LED元件串的電壓，因此各LED元件T和金 屬層24 29之間的電壓差減小。所以，照明裝置1即使是在例如密封構(gòu)件47剝落等而發(fā) 生密封不佳的情況下，也不會在各LED元件T和金屬層24 29之間、以及金屬層24 29 和基底22之間，施加100V的電壓。因而，由于可維持各LED元件T和金屬層24 29之間、 及金屬層24 29和基底22之間的電絕緣，確保預(yù)定的耐電壓性能，因此照明裝置1在電 氣方面的安全性優(yōu)異。而且，本實(shí)施方式中，通過將各金屬層24 29的電位設(shè)為30V以下，來確保各LED 元件T的耐電壓性能。因而，照明裝置1中，也能將相鄰的金屬層24 29間的電壓差設(shè)為 30V以下。具體而言，能夠?qū)⒔饘賹?4、25間的電位差抑制在3V，將金屬層25 27間的電 位差抑制在3V，將金屬層27、28間的電位差抑制在3V，將金屬層28、29間的電位差抑制在 3V。由此，可抑制在加有電位的金屬層24 29之間發(fā)生的離子遷移。其結(jié)果是，能消除在 金屬層24 29之間發(fā)生絕緣劣化或短路的可能性。因此，由于可維持LED元件T和金屬 層24 29之間的電絕緣，確保預(yù)定的耐電壓性能，所以照明裝置1在電氣方面的安全性非 吊尚。此外，本實(shí)施方式中，也可如圖9A、9B所示，在金屬層24 29的長邊方向的一端 部突出設(shè)置一體的中繼凸部30a，以取代在與各元件串TLl TL6的供電側(cè)的一端相反一側(cè) 的另一端的附近設(shè)置的中繼焊盤。(第2實(shí)施方式)第1實(shí)施方式中，將各LED串聯(lián)電路7所具有的LED元件T的數(shù)量設(shè)定成使得經(jīng) 由整流裝置5施加到該串聯(lián)電路7的電壓成為商用電源2的輸出電壓的70% 90%。這 是由于電源電壓波動所導(dǎo)致的結(jié)果。即，商用電源2的電壓一般在10%的范圍內(nèi)波動。例 如在額定輸入電壓為100V的交流電源的情況下，一般若考慮電壓波動，則其有效值成為 (100士 10) V。即，在90V至IlOV之間變化。第2實(shí)施方式考慮電源電壓的波動。第2實(shí)施方式中，也和第1實(shí)施方式相同，使 用圖6所示的燈泡型LED燈，以作為照明裝置1。因而，第2實(shí)施方式也可與第1實(shí)施方式 共同使用圖1 圖5。若電源電壓波動，則LED串聯(lián)電路7中流過的電流變化。該電流的最大值被限流電路11限制為一定值。第2實(shí)施方式中，將LED串聯(lián)電路7中流過的最大電流設(shè)為30mA。圖IOA中示出 將LED元件的數(shù)量設(shè)為25個的情況下的串聯(lián)電路7中流過的電流I 1和LED元件正向電 壓Vfl之間的對應(yīng)關(guān)系。圖IOB中示出將LED元件的數(shù)量設(shè)為30個的情況下的串聯(lián)電路7 中流過的電流12和LED元件正向電壓Vf2之間的對應(yīng)關(guān)系。圖IOC中示出將LED元件的 數(shù)量設(shè)為35個的情況下的串聯(lián)電路7中流過的電流13和LED元件正向電壓Vf3之間的對 應(yīng)關(guān)系。此外，圖IOA 圖IOC中，橫軸表示時間，左側(cè)的縱軸表示電流，右側(cè)的縱軸表示電 壓。當(dāng)LED串聯(lián)電路7中流過的最大電流為一定時，LED串聯(lián)電路7的電路效率隨著 形成該電路的LED元件的數(shù)量增加而提高。但是，由圖8A 圖8C及圖IOA 圖IOC可知， 當(dāng)LED串聯(lián)電路7中流過的最大電流為一定時，隨著LED元件的數(shù)量增加，LED元件正向電 壓Vf變高。而且，之后，若該電壓Vf超過電源電壓，則照明裝置1中，LED元件的發(fā)光強(qiáng)度 下降。第2實(shí)施方式中，將各LED串聯(lián)電路7所具有的LED元件的數(shù)量這樣設(shè)定，使得 LED元件正向電壓Vf相對于商用電源2的額定輸入電壓100V的比例成為70 % 90 %。通 過這樣，如圖8A所示，當(dāng)相對于商用電源2的額定輸入電壓的比例在70%至90%之間時， 在電源電壓為90V、100V、110V中的任一種電壓的情況下，由于電路效率都為0. 5%以上，且 有上升趨勢，因此即使在電源電壓波動的情況下，電路效率也較高。另外，如圖8B所示，當(dāng)相對于商用電源2的額定輸入電壓的比例在70 %至90 %之 間時，在電源電壓為90V的情況下，發(fā)光強(qiáng)度從峰值附近開始下降，但仍可確保在0. 5以上 的范圍內(nèi)，在100V的情況下，包含發(fā)光強(qiáng)度的峰值，可確保在0.6%以上的范圍內(nèi)，在IlOV 的情況下，發(fā)光強(qiáng)度維持在0. 6%以上，且上升至峰值附近，因此較適合。另外，當(dāng)在70%至 90 %之間時，在電源電壓為90V、100V、1IOV中的任一種電壓的情況下，都不包含發(fā)光強(qiáng)度 極端下降的區(qū)域。因而，作為發(fā)光強(qiáng)度可得到較高的值。而且，如圖8c所示，當(dāng)相對于商用電源2的額定輸入電壓的比例在70%至90%之 間時，在使用90V、100V、110V中的任一種電源電壓的情況下，都可得到超過0. 5的綜合效 率。因而，通過將LED元件的數(shù)量設(shè)定成使得施加到LED串聯(lián)電路7的LED元件正向電壓 Vf相對于商用電源2的額定輸入電壓成為70 % 90 %，從而能夠使照明裝置1的電路效率 及發(fā)光強(qiáng)度提高。此外，本發(fā)明并不限于所述實(shí)施方式。例如，雖然在所述實(shí)施方式中，將商用電源的額定輸入電壓設(shè)為110V，但電壓值并 不限于此。例如即使使用具有120V、200V、220V、230V等各種額定輸入電壓的商用電源，也 可采用本發(fā)明。另外，即使使用在整流裝置5的輸出端子間接有0. 1 μ F以下的小容量的電容的發(fā) 光控制電路，以用于防止外來噪聲，也可采用本發(fā)明。工業(yè)上的實(shí)用性本發(fā)明可用于使用多個LED元件而構(gòu)成的照明裝置。
權(quán)利要求
一種照明裝置，其特征在于，具有裝置基板；與市電連接的整流裝置；安裝于所述裝置基板上、且串聯(lián)連接多個LED元件而構(gòu)成的LED串聯(lián)電路；及與該LED串聯(lián)電路串聯(lián)連接、且對所述LED串聯(lián)電路中流過的最大電流進(jìn)行限制的限流單元，通過將所述整流裝置的輸出施加到所述LED串聯(lián)電路和所述限流單元的串聯(lián)電路，從而使所述各LED元件分別點(diǎn)亮，將所述LED元件的數(shù)量設(shè)定成使得施加到所述LED串聯(lián)電路的電壓成為所述整流裝置的輸出電壓的70％～90％。
2.如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，在所述整流裝置的輸出電壓的有效值為(100士 10)V的情況下，將所述串聯(lián)電路所具 有的所述LED元件的數(shù)量設(shè)為30至34個。
3.如權(quán)利要求1或2所述的照明裝置，其特征在于，所述裝置基板具有金屬制的基底、層疊于該基底上的絕緣層、及相互電絕緣地層疊于 該絕緣層上的多個金屬層，在所述各金屬層上分別安裝由串聯(lián)連接的多個所述LED元件構(gòu) 成的元件串，對所述各元件串和所述各金屬層分別進(jìn)行電連接，使得對安裝有所述各元件 串的所述金屬層分別加有施加到所述各元件串的電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的照明裝置，其特征在于，將所述元件串所具有的所述LED元件的數(shù)量設(shè)定成使得施加到所述各元件串的電壓 成為30V以下。
5.如權(quán)利要求3或4所述的照明裝置，其特征在于，將所述元件串所具有的所述LED元件的數(shù)量設(shè)定成使得相鄰的所述金屬層間的電壓 差成為30V以下。
6.一種照明裝置，其特征在于，具有裝置基板；與市電連接的整流裝置；安裝于所述裝置基板上、且串聯(lián)連接多個LED元件而構(gòu)成的LED串聯(lián)電路；及與該LED串聯(lián)電路串聯(lián)連接、且對所述LED串聯(lián)電路中流過的最大電流進(jìn)行限制的限 流單元，通過將所述整流裝置的輸出施加到所述LED串聯(lián)電路和所述限流單元的串聯(lián)電路，從 而使所述各LED元件分別點(diǎn)亮，將所述LED元件的數(shù)量設(shè)定成使得施加到所述LED串聯(lián)電路的LED元件正向電壓相對 于所述商用電源的額定輸入電壓成為70 % 90 %。
全文摘要
本發(fā)明的照明裝置(1)具備裝置基板、與商用電源(2)連接的整流裝置(5)、串聯(lián)電路(7)、及對串聯(lián)電路(7)中流過的最大電流進(jìn)行限制的晶體管(限流單元)(14)。安裝于裝置基板的串聯(lián)電路(7)串聯(lián)連接多個LED元件(T)而構(gòu)成，通過對串聯(lián)電路(7)施加整流裝置(5)的輸出電壓，從而分別點(diǎn)亮各LED元件(T)。其特征在于，將串聯(lián)電路所具有的LED元件(T)的數(shù)量設(shè)定成使得施加到串聯(lián)電路(7)的電壓成為整流裝置(5)的輸出電壓的70％～90％。
文檔編號H05B37/02GK101919315SQ20098010249
公開日2010年12月15日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者三瓶友廣, 大武寬和, 松田周平, 西村潔 申請人:東芝照明技術(shù)株式會社