LED照明装置.pdf

本发明提供LED照明装置。以往内部没有整流单元的LED照明装置，存在利用商用电源亮灯时能够感觉到闪烁，而且欠缺照明质量、商品性的问题。本发明的LED照明装置，利用5个LED芯片构成桥式接线电路，将流过半波整流电流的其他4个LED芯片设置在隔着流过全波整流电流的LED芯片(5)大致呈十字状对峙的位置，而且使大致被设置在垂直方向的各个LED芯片流过相位相差180°(半周期)的半波整流电流。另外，限定5个LED芯片的设置范围，利用荧光体(8)密封所有LED芯片。

1.  一种LED照明装置，该LED照明装置利用桥式接线电路构成，该电路具有：由将阴极彼此连接的两个LED芯片构成的第1LED芯片组；由将阳极彼此连接的两个LED芯片构成的第2LED芯片组；在所述第1LED芯片组的阴极侧连接阳极，在所述第2LED芯片组的阳极侧连接阴极的第3LED芯片；以及所述第1LED芯片组的各个阳极和所述第2LED芯片组的各个阴极一对一连接的一对接点，该LED照明装置的特征在于，
所述第3LED芯片的活性层的面积为构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的活性层的面积的1.5～3倍。

2.  根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于，所述第3LED芯片的活性层的面积为构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的活性层的面积的2.0～2.5倍。

3.  一种LED照明装置，该LED照明装置利用桥式接线电路构成，该电路具有：由将阴极彼此连接的两个LED芯片构成的第1LED芯片组；由将阳极彼此连接的两个LED芯片构成的第2LED芯片组；在所述第1LED芯片组的阴极侧连接阳极，在所述第2LED芯片组的阳极侧连接阴极的第3LED芯片；以及所述第1LED芯片组的各个阳极和所述第2LED芯片组的各个阴极一对一连接的一对接点，该LED照明装置的特征在于，
所述第3LED芯片的额定电流值为构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的额定电流值的两倍。

4.  根据权利要求1～3中的任一项所述的LED照明装置，其特征在于，构成所述第1LED芯片组的两个LED芯片和构成所述第2LED芯片组的两个LED芯片，分别被设置在隔着所述第3LED芯片呈十字状相对的位置。

5.  根据权利要求1～3中的任一项所述的LED照明装置，其特征在于，该LED照明装置涂覆了至少一种荧光体，以覆盖构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片及所述第3LED芯片。

6.  根据权利要求1～3中的任一项所述的LED照明装置，其特征在于，构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片被设置成为如下状态：构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的侧边与所述第3LED芯片的各个侧面相对。

7.  根据权利要求1～3中的任一项所述的LED照明装置，其特征在于，所述第3LED芯片的设置面的高度与构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的设置面的高度不同。

8.  根据权利要求1～3中的任一项所述的LED照明装置，其特征在于，设置构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片以及所述第3LED芯片的范围在直径8mm的圆内。

LED照明装置
技术领域
本发明涉及LED照明装置，具体讲涉及利用商用电源直接亮灯的LED照明装置。
背景技术
以往，LED照明装置的亮灯方法有：(1)通过从干电池和电池等直流电源直接施加直流电压而亮灯的方法，(2)施加来自如商用电源的交流电源的交流电压通过恒压源转换后的直流电压而亮灯的方法，(3)使来自如商用电源的交流电源的交流电压不通过恒压源而直接以交流电压施加而亮灯的方法。
其中，像方法(3)那样，把交流电压作为源电压不通过恒压源而保持交流电压状态，使LED照明装置亮灯时，一般采用图8～图10所示的电路结构。其结构有以下结构，如图8中的电路图所示结构，串联连接多个LED并接线电流限制电阻，对其两端施加将基于商用电源的交流输入电压通过变压器降压为合适电压后通过整流器全波整流得到的脉动电流，使LED亮灯，如图9中的电路图所示结构，相反并行连接两个LED并使其无极性后作为LED组，串联连接多个LED组并接线电流限制电阻，对其两端施加将基于商用电源的交流输入电压通过变压器降压为合适电压后的交流电压，从而使LED亮灯，如图10中的电路图所示结构，桥接LED并使其无极性后作为LED组，串联连接多个LED组并接线电流限制电阻，对其两端施加将基于商用电源的交流输入电压通过变压器降压为合适电压后的交流电压，使LED亮灯等(例如，参照专利文献1和2。)。
上述图9和图10的电路结构基本是基于相同的思考方式而做成，但在图9中的电路结构中，对施加给相反并行连接的LED组的一方LED的逆向电压，利用另一方LED的顺向电压进行钳制，从而防止因逆向电压造成的LED的破坏，不需要在电路上设置整流器。
另外，在图9中的电路结构中，所有LED借助半波整流电压而亮灯，但在图10中的电路结构中，只有成为桥式接线电路的中央负荷的LED 5借助全波整流电压而亮灯，其他4个LED 1～LED 4借助半波整流电压而亮灯。并且，对4个LED 1～LED 4分别施加约相当于两个LED的顺向电压的电压，作为逆向电压。
图10中的电路结构的LED照明装置具体用于所有LED都利用红色LED构成的防灾灯等异常报警灯中。
专利文献1日本实开昭58-158458号公报
专利文献2日本特开平5-2942号公报
可是，在按照图8的电路结构制作LED照明装置时，由于在照明装置内设置全波整流用的整流器，所以部件数量增加，导致照明装置大型化，而且制作成本上升。
另一方面，在按照图9和图10的电路结构制作LED照明装置时，不需要设置整流器，但借助商用电源的半波整流电压而亮灯的LED由于光量脉动的频率较低，所以给人眼带来闪烁感，存在欠缺作为照明装置的照明质量、商品性的问题。
这是因为人眼的视觉特性的临界柔和频率(观看以一定频率断续发光的光时，不会感觉到闪烁的极限频率)约为20Hz，借助商用频率(东日本为50Hz，西日本为60Hz)的半波整流电压而亮灯的LED的光还有视觉对明亮度变化的跟踪性，而且临界柔和频率与平均亮度的大致对数成正比，所以亮度较高的点光源即LED具有临界柔和频率升高的趋势，平面设置了多个LED的LED照明装置中，为了缩短实现闪烁感觉的降低的时间条件，而容易感觉到面亮度分布波动。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种LED照明装置，该LED照明装置为在通过直接施加商用电源而亮灯的、由多个LED构成的LED照明装置中，不需在内部设置整流单元，即可降低闪烁感和面亮度分布波动感，而且照明质量、商品性良好。
为了解决上述课题，本发明之一的LED照明装置，该LED照明装置利用桥式接线电路构成，该电路具有：由将阴极彼此连接的两个LED芯片构成的第1LED芯片组；由将阳极彼此连接的两个LED芯片构成的第2LED芯片组；在所述第1LED芯片组的阴极侧连接阳极，在所述第2LED芯片组的阳极侧连接阴极的第3LED芯片；以及所述第1LED芯片组的各个阳极和所述第2LED芯片组的各个阴极一对一连接的一对接点，该LED照明装置的特征在于，所述第3LED芯片的活性层的面积为构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的活性层的面积的1.5～3倍。
此外，本发明之二的LED照明装置，其特征在于，在上述发明中，所述第3LED芯片的活性层的面积为构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的活性层的面积的2.0～2.5倍。
并且，本发明之三的LED照明装置，该LED照明装置利用桥式接线电路构成，该电路具有：由将阴极彼此连接的两个LED芯片构成的第1LED芯片组；由将阳极彼此连接的两个LED芯片构成的第2LED芯片组；在所述第1LED芯片组的阴极侧连接阳极，在所述第2LED芯片组的阳极侧连接阴极的第3LED芯片；以及所述第1LED芯片组的各个阳极和所述第2LED芯片组的各个阴极一对一连接的一对接点，该LED照明装置的特征在于，所述第3LED芯片的额定电流值为构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的额定电流值的两倍。
此外，本发明之四的特征在于，在本发明之一至三中的任一发明中，构成所述第1LED芯片组的两个LED芯片和构成所述第2LED芯片组的两个LED芯片，分别被设置在隔着所述第3LED芯片呈十字状相对的位置。
此外，本发明之五的特征在于，在本发明之一至三中的任一发明中，涂覆了至少一种荧光体，以覆盖构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片及所述第3LED芯片。
本发明之六的特征在于，在本发明之一至三中的任一发明中，构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片被设置成为如下状态：构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的侧边与所述第3LED芯片的各个侧面相对。
本发明之七的特征在于，在本发明之一至三中的任一发明中，所述第3LED芯片的设置面的高度与构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片的设置面的高度不同。
本发明之八的特征在于，在本发明之一至三中的任一发明中，设置构成所述第1LED芯片组和所述第2LED芯片组的各个LED芯片以及所述第3LED芯片的范围在直径8mm的圆内。
通过施加商用电源而亮灯的本发明的LED照明装置，利用桥式接线电路结构使5个LED芯片无电极化，而且隔着全波整流电流流过的1个LED芯片，使同相的半波整流电流流过的LED芯片彼此呈十字状对峙，并且使相位偏移了180°(半周期)的半波整流电流流过被大致设置于垂直方向的各个LED芯片之间。另外，限定5个LED芯片的设置范围，利用荧光体密封所有LED芯片。
因此，尽管内部没有整流单元，但能够直接利用商用电源亮灯，而且减轻亮灯时基于商用频率的亮灯闪烁，并且降低面亮度分布波动感，从而可以实现照明质量、商品性良好的LED照明装置。
附图说明
图1是本发明的LED照明装置的实施例1的俯视图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是本发明的LED照明装置的实施例1的电路图。
图4是本发明的LED照明装置的实施例1的电流波形图。
图5是本发明的LED照明装置的实施例2的俯视图。
图6是图5的A-A剖面图。
图7是本发明的半导体发光装置的LED芯片的配置图。
图8是以往的LED照明装置的电路图。
图9是以往的其他LED照明装置的电路图。
图10是以往的其他LED照明装置的电路图。
具体实施方式
在利用商用电源直接亮灯的LED照明装置中，通过优化LED芯片的电路结构和设置方法，实现了减轻闪烁感、提高照明质量和商品性的目的。
以下，参照图1～图7具体说明本发明的优选实施方式(对相同部分赋予相同符号)。另外，以下叙述的实施方式是本发明的优选具体示例，所以在技术上进行了各种优选限定，但本发明的范围只要在以下说明中没有特别限定本发明的描述，就不限于这些实施方式。
实施例1
图1是本发明的LED照明装置的实施例1的俯视图，图2是图1的A-A剖面图，图3是电路图，图4是电流波形图。
本发明的LED照明装置1的光源部利用LED芯片1～LED芯片5这5个LED芯片构成，所有LED芯片在上侧形成有阳极电极，在下侧形成有阴极电极。用于安装LED芯片的管壳2使用金属管或陶瓷载体，具有大致圆形状的内底面3、和从该内底面3的缘部相对内底面3大致垂直立起的侧壁4，在管壳2的下方设有被从该管壳2的内底面3导出到外部的引线5a、5b。
在管壳的内底面形成有被分离为4个部分的导体图形6a、6b、6c、6d，其中的两个导体图形6a、6b分别连接引线5a、5b并且电气导通。
并且，在内底面3的中央部，在导体图形6d上设有LED芯片5，在隔着LED芯片5相对的位置，在导体图形6c和导体图形6a上分别设有LED芯片1和LED芯片3，同样在与连接所述LED芯片1和LED芯片3的线大致垂直的方向上隔着LED芯片5相对的位置，在导体图形6c和导体图形6b上分别设有LED芯片2和LED芯片4。由此，各个LED芯片的下侧电极与设有该LED芯片的导体图形电气导通。
LED芯片1的上侧电极通过接合线7连接导体图形6b，LED芯片2的上侧电极通过接合线7连接导体图形6a，LED芯片3和LED芯片4的上侧电极通过接合线7连接导体图形6d，LED芯片5的上侧电极通过接合线7连接导体图形6c。由此，各个LED芯片的上侧电极与通过接合线连接的导体图形电气导通。
并且，LED芯片1～LED芯片5是对峙的，使得LED芯片1～LED芯片4的各个侧面与LED芯片5大致平行。
该情况时，优选LED芯片1～LED芯片4的所有高度和主光射出面的面积(相当于活性层的面积)大致相等，但LED芯片5的高度与LED芯片1～LED芯片4大致相等，而主光射出面的面积约为它们的1.5～3倍。
这是因为LED芯片5的元件结构、即电流扩散层厚度、层电阻、图形结构和热扩散结构等存在差异，所以把PN结温度和发光的微分效率等参数作为指标进行选定。如果LED芯片5的元件结构与LED芯片1～LED芯片4相同，则更优选主光射出面的面积约为它们的2.0～2.5倍。
另外，至少涂覆一种荧光体8，并在其上填充透光性树脂9，以覆盖LED芯片1～LED芯片5和接合线。
荧光体的作用如下，通过在LED芯片上涂覆荧光体，利用从LED芯片射出的光激励荧光体并转换波长，可以得到色调与LED芯片的所发的光不同的光。例如，如果从LED芯片射出的光是蓝色光，通过使用被蓝色光激励并将波长转换为作为蓝色的补色的黄色光的荧光体，借助从LED芯片射出的蓝色光的一部分激励荧光体并转换波长后的黄色光、与从LED芯片射出的蓝色光的加法混色，可以产生白色光。
同样，在从LED芯片射出的光是蓝色光时，通过使用被蓝色光激励并且波长分别转换为绿色光和红色光的两种荧光体的混合物，借助从LED芯片射出的蓝色光的一部分激励荧光体并转换波长后的绿色光和红色光、与从LED芯片射出的蓝色光的加法混色，也可以产生白色光。
并且，在从LED芯片射出的光是紫外光时，通过使用被紫外光激励并且波长分别转换为蓝色光、绿色光和红色光的三种荧光体的混合物，借助从LED芯片射出的紫外光激励荧光体并转换波长后的蓝色光、绿色光和红色光的加法混色，也可以产生白色光。另外，通过适当组合从LED芯片射出的光的波长和荧光体种类，可以获得除白色光以外的各种色调的光。
图3利用电路图表示LED芯片1～LED芯片5的电气连接。LED芯片1的阴极、LED芯片2的阴极和LED芯片5的阳极相连接，LED芯片3的阳极、LED芯片4的阳极和LED芯片5的阴极相连接。并且，LED芯片1的阳极和LED芯片4的阴极相连接构成输入输出端a，LED芯片2的阳极和LED芯片3的阴极相连接构成输入输出端b。
该接线方法被称为桥式接线，在向输入输出端a和输入输出端b之间施加像商用电源那样的交流电源时，在输入输出端a的电压高于输入输出端b时，电流按照输入输出端a～LED芯片1～LED芯片5～LED芯片3～输入输出端b的路径顺序流过，输入输出端b的电压高于输入输出端a时，电流按照输入输出端b～LED芯片2～LED芯片5～LED芯片4～输入输出端a的路径顺序流过。
此时，流过各个LED芯片的电流的波形如图4所示。在LED芯片1～LED芯片4流过半波整流电流，在LED芯片5流过全波整流电流。并且，LED芯片1～LED芯片4被设置在隔着全波整流电流流过的LED芯片5大致呈十字状对峙的位置，隔着LED芯片5相对的LED芯片1和LED芯片3、LED芯片2和LED芯片4分别流过同相的半波整流电流，而且被设置在大致垂直方向的各个LED芯片(LED芯片1、LED芯片3和LED芯片2、LED芯片4)流过相位相差180°(半周期)的半波整流电流。因此，LED芯片1、LED芯片3和LED芯片2、LED芯片4的亮灯定时也错开半周期。
在向这样构成的桥式接线电路施加了商用电源时，流过LED芯片1～LED芯片4的是半波整流电流，而流过LED芯片5的电流是全波整流电流。因此，流过各个LED芯片的平均电流为LED芯片5约是LED芯片1～LED芯片4的两倍。因此，在LED芯片1～LED芯片5的主光射出面(活性层)的面积大致相等时，可以流过的电流按照LED芯片5的额定电流确定，此时的LED芯片1～LED芯片4只流过额定电流的大致一半的电流，处于不能有效发挥发光性能的状态。
对此，本发明的LED照明装置通过把LED芯片5的额定电流设为LED芯片1～LED芯片4的额定电流的大致两倍，可以有效活用LED芯片1～LED芯片5的所有LED芯片的额定电流。因此，优选把LED芯片5的主光射出面的面积设为LED芯片1～LED芯片4的大致1.5～3.0倍。另外，在LED芯片5的元件结构与LED芯片1～LED芯片4相同的条件下，更优选设为约2.0～2.5倍。
另外，通过增大被全波整流电流驱动的LED芯片5的光射出面(活性层)的面积，提高从LED照明装置射出的光量中，从被全波整流电流驱动的LED芯片5射出的光的比率，所以从照明装置射出的光的闪烁降低，并且可以降低面亮度分布波动。特别是通过荧光体射出到外部的光，由于从LED芯片射出的光的闪烁而形成的时间性色调变化显著。因此，通过优化LED芯片的设置方法和光射出面的大小，可以减少利用商用电源亮灯时产生的闪烁感，从而可以获得色调稳定的光。
实施例2
图5是本发明的LED照明装置的实施例2的俯视图，图6是图5的A-A剖面图。本实施例除了LED芯片1～LED芯片4和LED芯片5的设置方向及高度的关系不同外，其他与实施例1相同。
首先，说明设置方向，为了减轻接近设置的LED芯片5和LED芯片1～LED芯片4分别射出的光相互吸收、并降低了光取出效率的吸收损失，确保两者的间隔约为几百μm是非常重要的，但如图5所示，通过设置成使LED芯片1～LED芯片4的侧边(棱)11与LED芯片5的侧面相对，也可以减轻吸收损失。
说明LED芯片的高度，如图6所示，提高设于中央部的LED芯片5的设置面12，使LED芯片5的高度高于接近LED芯片5设置的LED芯片1～LED芯片4，使LED芯片5的活性层的位置高于其他LED芯片1～LED芯片4的高度，从而减轻吸收损失。即，利用上述LED芯片的设置方向和高度的相乘效果，大幅降低吸收损失，极力减小从LED芯片射出的光中作为照明装置的射出光没有贡献的光的比率，提高光取出效率，实现明亮的LED照明装置。
LED芯片1～LED芯片5的设置范围如图7所示，被设定为收纳在直径大约8mm的圆内。这是为了在从距离50cm的距离处观看照明装置时，对应从5个LED芯片分别射出的光相互重叠并相互增强明亮度的范围的极限视觉1°而设定的。
另外，在上述实施例1和实施例2中，涂覆荧光体以覆盖LED芯片和接合线，并在其上填充了透光性树脂，但也可以利用透光性树脂对LED芯片和接合线进行树脂密封。该情况时，可以在透光性树脂上涂覆荧光体，也可以不涂覆荧光体。
如以上说明的那样，可以直接利用商用电源亮灯的本发明的LED照明装置，将5个LED芯片利用桥式接线电路电连接，并且将流过半波整流电流的其他4个LED芯片设置在隔着流过全波整流电流的LED芯片5大致呈十字状对峙的位置，而且使大致被设置在垂直方向的各个LED芯片流过相位相差180°(半周期)的半波整流电流。另外，限定5个LED芯片的设置范围，利用荧光体密封LED芯片。
因此，可以提供一种LED照明装置，该LED照明装置尽管内部没有整流单元，但能够直接利用商用电源亮灯，而且减轻亮灯时基于商用频率的亮灯闪烁，并且还降低面亮度分布波动感，且照明质量、商品性良好。