專利名稱：照明裝置和照明系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有LED (Light Emitting Diode :發(fā)光二極管)等發(fā)光元件的照明裝置和照明系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，從保護地球環(huán)境的角度出發(fā)，LED等發(fā)光元件被逐步應用于一般照明。例如，非專利文獻I中公開了一種利用整流平滑電路將商用電源供給的交流電壓變換為直流電壓，并一邊將直流電壓施加到LED陣列上一邊進行恒定電流控制使LED陣列點亮的照明裝置。另外，專利文獻I中公開了一種交流點亮方式的照明裝置，該照明裝置將商用電源供給的交流電壓直接施加到LED陣列上?，F(xiàn)有技術文獻
專利文獻
專利文獻I :特表2008-544569號公報 非專利文獻
非專利文獻 I http://www. ednjapan, com/content/issue/2006/09/idea/ideaOl.
html
然而一直以來，使用了三端雙向可控硅開關(triac)等的相位控制裝置作為白熾燈泡的調光裝置被廣泛地普及。相位控制裝置的電路結構簡單，因此被認為不僅適宜于白熾燈泡，而且也適用于LED照明裝置。另外，白熾燈泡具有一種獨特的氛圍，即隨著調光所導致的亮度下降，發(fā)光顏色的色溫也將下降(紅色增加)。在LED照明裝置中，也可以根據(jù)用途的不同而考慮使發(fā)光顏色的色溫相應于調光所導致的亮度變化而變化。但是，在非專利文獻I的照明裝置采用的是在恒定電流控制中通過改變電流值的設定來進行調光的方式，因此，沒有設想使用相位控制裝置進行調光的情況。另外，在專利文獻I的照明裝置中，雖然可以應用相位控制裝置，但無法相應于調光等級而改變發(fā)光顏色的色溫。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠調光、并且能夠相應于調光等級而改變發(fā)光顏色的色溫的具有LED等發(fā)光元件的照明裝置。本發(fā)明的照明裝置是一種接受被相位控制的交流電的照明裝置，其具有發(fā)光部陣列，包含多個發(fā)光部，所述多個發(fā)光部由發(fā)光顏色不同的2種以上發(fā)光部構成；開關單元，相應于供給到所述發(fā)光部陣列的電壓，以如下方式切換所述發(fā)光部陣列中所包含的多個發(fā)光部的電氣連接關系，即改變被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的發(fā)光部的個數(shù)以及其中包含的發(fā)光部的每個發(fā)光顏色的個數(shù)的比例。發(fā)明效果
根據(jù)上述結構，發(fā)光部陣列中所包含的多個發(fā)光部之中被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的發(fā)光部點亮。相應于供給到發(fā)光部陣列上的電壓而點亮的發(fā)光部的個數(shù)發(fā)生變化，因而能夠實現(xiàn)調光。進而，此時點亮的發(fā)光部中的每個發(fā)光顏色個數(shù)的比例將發(fā)生變化，因而，能夠使發(fā)光顏色的色溫相應于調光等級而變化。


圖I是表示本發(fā)明第I實施方式中的燈泡型照明裝置的概略結構的局部剖切圖。圖2是表示本發(fā)明第I實施方式中的照明電路的結構的電路圖。圖3是供給到LED陣列的電壓、被置為導通的開關元件的編號、以及LED陣列的發(fā)光的合成顏色的表。圖4是表示本發(fā)明第2實施方式中的照明電路的結構的電路圖。圖5是供給到LED陣列的電壓、被置為導通的開關元件的編號、以及LED陣列的發(fā)
光的合成顏色的表。圖6是表示在按照圖5所示的表進行FET的導通/截止控制的情況下串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED個數(shù)的變化的圖。圖7是表示交流電壓的相位角、供給到LED陣列上的電壓、以及串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED個數(shù)的表。圖8是表示在3種調光等級中串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED個數(shù)的時間變化的圖。圖9是表示微型機12的內部結構的圖。圖10是交流電源的電壓相位、被置為導通的開關元件的編號、以及LED陣列的發(fā)光的合成顏色的表。圖11是表示微型機的動作的流程圖。圖12是表示交流電源的周期與電壓的采樣間隔的關系的圖。圖13是表示LED結構的變形例的電路圖。圖14是表示LED結構的變形例的電路圖。圖15是發(fā)光模塊中的LED的配置的示例圖。圖16是表示發(fā)光模塊的變形例的圖。圖17是表示LED結構的變形例的電路圖。圖18是表示照明系統(tǒng)的結構的圖。
具體實施例方式參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。(第I實施方式)
圖I是表示本發(fā)明第I實施方式中的燈泡型照明裝置的概略結構的局部剖切圖。照明裝置I具有與白熾燈泡相似的外觀形狀。圓筒狀的殼體2由樹脂等絕緣材料形成，在其一端設置有E型燈頭3，在另一端設置有圓板狀的散熱器5。在被燈頭3和散熱器5所封閉的殼體2的內部空間中容納了點燈裝置4。在與散熱器5的殼體封閉面相反側的面上搭載了發(fā)光模塊6，并安裝了覆蓋發(fā)光模塊6的球狀物(globe) 7。發(fā)光模塊6是通過在基板6a的表面上配設布線圖案，在該布線圖案上安裝LED芯片6b，并利用樹脂成型構件6c包裹住該LED芯片6b而形成的。樹脂成型構件6c中含有對LED芯片6b發(fā)射出來的光的波長進行變換的材料(例如，熒光體物質)，起到波長變換構件的作用。LED芯片6b的一部分出射光在穿過樹脂成型構件6c時發(fā)生波長變換,與未經(jīng)波長變換而原樣射出的光混色后，成為期望色溫的光。在利用LED芯片與含有波長變換材料的樹脂成型構件的組合而實現(xiàn)了期望的色溫的情況下，LED芯片和包裹LED芯片的樹脂成型構件部分的組相當于“發(fā)光部”，而在僅利用LED芯片實現(xiàn)了期望的色溫的情況下，LED芯片就相當于“發(fā)光部”。在本實施方式中，發(fā)光模塊6中安裝了發(fā)光顏色的色溫為2800[K]、3500[K]、5000 [K] ,6700 [K]的 4 種 LED。燈頭3安裝到照明器具上之后，就會從商用交流電源供給電力。所供給的電力通過點燈裝置4輸送到發(fā)光模塊6。下面說明在點燈裝置4和發(fā)光模塊6中所設置的照明電路。圖2是表示本發(fā)明第I實施方式的照明電路的結構的電路圖。在點燈電路10中，二極管電橋DB和電解電容器Cl構成了整流平滑電路。整流平滑電路經(jīng)由電流熔絲和三端雙向可控硅開關15連接到交流電源AC。另外，在整流平滑電路的二次端連接了由LEDl至LED8的8組、共計48個LED構成的LED陣列。LED的發(fā)光顏色以組為單位設定，在本實施方式中，色溫以從LEDl至LED8依次升高的方式設定為以下數(shù)值。LEDl 2800 [K]
LED2 2800[K]
LED3 3500[K]
LED4 3500[K]
LED5 5000[K]
LED6 5000[K]
LED7 6700[K]
LED8 6700[K]
LED陣列的節(jié)點NO連接到二極管電橋DB的正端子。LEDl末端的節(jié)點NI經(jīng)由開關元件FETl連接到二極管電橋DB的負端子。LED2末端的節(jié)點N2經(jīng)由開關元件FET2連接到二極管電橋DB的負端子。節(jié)點N3至節(jié)點NS也按照同樣的方式分別經(jīng)由開關元件FET3 FET8連接到二極管電橋DB的負端子。微型機12發(fā)揮相應于供給到LED陣列上的電壓對開關元件FETl FET8的導通/截止進行控制的作用。作為微型機12的具體產(chǎn)品,可使用例如Microchip Technology公司的PIC18F252。微型機12的電源端子Vin上連接了直流電源部11。直流電源部11為了驅動微型機12而生成了 5 [V]直流電壓。模擬輸入端子Ain上連接了由電阻元件R1、R2構成的分壓器。由此，微型機12就能夠檢測出LED陣列上所供給的直流電壓。數(shù)字輸出端子DOO D07上分別連接了開關元件FET3 FET8的柵極端子。開關元件與微型機12的組發(fā)揮對LED陣列中所包含的48個LED的連接關系進行切換的開關單元的作用。在LED陣列和二極管電橋DB的正端子之間插入了過電流保護元件，即自恢復保險絲(p0lySWitch)14，利用該元件也能夠防止LED陣列中流過過剩電流。自恢復保險絲14是PTC熱敏電阻的一種，可使用例如泰科電子雷伊化學株式會社生產(chǎn)的LVR005S。特別地，由于微型機12的運算延遲或不穩(wěn)定動作，對于交流電源的電壓瞬時值，需要考慮串聯(lián)連接的LED的個數(shù)變得過小的情形。在這種情況下，如果有自恢復保險絲14，就能夠防止LED中流過過電流。此外，具有過電流保護元件的功能即可，并不限于PTC熱敏電阻，也可使用電流熔絲等。不過，PTC熱敏電阻能夠隨著溫度下降而復原，因此與每次熔斷時就需要更換的電流熔絲相比，其更便于使用。根據(jù)上述結構，利用開關元件FETl FET8的導通/截止，就能夠切換串聯(lián)式插入到來自交流電源AC的電力供應路徑中的LED的個數(shù)。例如，在FETl為導通、FET2 FET8為截止的情況下，LEDl中所包含的6個L ED被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中而點亮。在FET2為導通、FET1、FET3 FET8為截止的情況下，LEDl和LED2中所包含的12個LED被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中而點亮。一旦切換LED的個數(shù)，該個數(shù)中包含的LED中的不同發(fā)光顏色的個數(shù)的比例就會隨之發(fā)生切換。例如，在LED1、LED2點亮的情況下，點亮的總數(shù)為12個的LED中包含12個2800[K]的LED。因此，如下所示，LED陣列的發(fā)光顏色的色溫就變成了 2800[K]。2800[K]X12[個]/ 12[個]
=2800 [ K ]
另外，例如在LEDl LED3點亮的情況下，點亮的總數(shù)為18個的LED中包含12個2800 [K]的LED、6個3500[Κ]的LED。因此，如下所示，LED陣列的發(fā)光顏色的色溫(合成顏色的色溫)就變成了它們的平均值3000[K]。(2800[K]X12[個]+ 3500[K] X6[個])/ 18[個]
=3033 [ K ]
^ 3000 [ K ]
按照這種方式就能夠改變LED陣列的發(fā)光顏色的色溫。圖3是供給到LED陣列的電壓、被置為導通的開關元件的編號、以及LED陣列的發(fā)光的合成顏色的表。當供給到LED陣列上的電壓是交流電源的110[V]交流電壓的情況下，其相應于調光等級在15[V]左右到155[V]之間變動。當調光等級最大(額定點亮)時，向LED陣列上供給155 [V]的電壓。這時，微型機12將開關元件FET8置為導通，因此，LEDl LED8點亮，其結果是，LED陣列的發(fā)光顏色的色溫變?yōu)?500[ K ]。如果降低三端雙向可控硅開關15的調光等級，則LED8到LEDl就會隨之按照降序依次不點亮，因此，LED陣列的亮度逐漸降低，而且LED的發(fā)光顏色的色溫也逐漸降低。由此，就能夠在LED照明裝置中實現(xiàn)與對白熾燈泡進行調光點亮時同等的特性。(第2實施方式)
圖4是表示本發(fā)明第2實施方式中的照明電路的結構的電路圖。在第I實施方式中對LED陣列進行直流點亮，與此不同的是，在第2實施方式中對LED陣列進行交流點亮。因此，在第2實施方式中設置整流電路取代了整流平滑電路。另夕卜，與交流點亮相適應，LED陣列的結構發(fā)生了變化。除此之外的結構與第I實施方式相同。在LED陣列中，LEDl至LED8的8組、共計46個LED串聯(lián)連接。各組中包含的LED的個數(shù)和色溫如下所示。LEDl :9 個、2800 [K]LED2 8 個、2800 [K]
LED3 8 個、3500 [K]
LED4 7 個、3500 [K]
LED5 6 個、5000 [K]
LED6 4 個、5000 [K]
LED7 3 個、6700 [K]
LED8 1 個、6700 [K]
LED的總數(shù)N[個]由以下關系式?jīng)Q定。N=Veff XI. IX
^2 / V f
這里，設交流電源的基準電壓(有效值)為Veff [V]、單個LED中流過規(guī)格電流時所感應產(chǎn)生的電壓為Vf [V]。其中，規(guī)格電流是指能夠使LED保持最優(yōu)發(fā)光效率的電流值、或者是指進行照明器具設計時的、與使用環(huán)境下的散熱設計或亮度條件相匹配的電流值。在本實施方式中，Veff=100 [ V ]、V f = 3. 4[ V ]，因此，N = 46 [個]。
根據(jù)Ve f f XI. IX ^所得到的電壓是交流電源的峰值電壓的I. I倍。商用交流電源
的電壓具有±10%左右的公差。通過設定為I. I倍，即使交流電源的電壓在公差范圍內上升了 10%，LED中也不會流過過剩的電流。圖5是供給到LED陣列的電壓、被置為導通的開關元件的編號、以及LED陣列的發(fā)光的合成顏色的表。微型機12對LED陣列上所供給的電壓(瞬時值)進行檢測，將與所檢測到的電壓相應的開關元件FET置為導通。由此，就能夠切換串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED的個數(shù)。另外，一旦LED的個數(shù)發(fā)生切換，則該個數(shù)中包含的LED中的不同發(fā)光顏色的個數(shù)的比例就會隨之發(fā)生切換。其結果，就能夠改變LED陣列的發(fā)光顏色的色溫。此外，在本實施方式中，LEDl LED8各組中包含的LED的個數(shù)與第I實施方式中的情形不同，因此，置為導通的每個開關元件的LED陣列的發(fā)光顏色與第I實施方式中的情形不同。圖6表示在按照圖5所示的表進行FET的導通/截止控制的情況下串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED的個數(shù)的變化。這里示出了 0[deg]到90[deg]的范圍(相當于交流電源的半周期的前半段)。另外，圖中的虛線表示峰值電壓為155[V]的交流電源的電壓。如果電壓在0[V]到30[V]的范圍內，則FETl變?yōu)閷āET2 8變?yōu)榻刂?。這時，LEDl中所包含的9個LED被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中。如果電壓在31 [V]到59 [V]的范圍內，則FET2變?yōu)閷?、FET1、FET3 8變?yōu)榻刂?。這時，LEDl和LED2中所包含的17個LED被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中。以后同樣地，隨著電壓的增大，被串聯(lián)式插入的LED的個數(shù)逐漸增加，當電壓在153 [V]到155 [V]的范圍內時，LEDl LED8中所包含的全部46個LED被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中。另外，根據(jù)表可知，在91 [deg]到180 [deg]的范圍(相當于交流電源的半周期的后半段)內，隨著電壓的降低，被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED的個數(shù)逐漸減少。此外，如圖6所示，各個范圍內的LED的個數(shù)被設定為該范圍內的電壓瞬時值除以Vf [V]所得到的數(shù)值。例如，在電壓瞬時值為0[V]到30[V]的情況下，LED的個數(shù)就是電壓瞬時值30[V]除以LED的規(guī)格電壓3. 4[V]所得的9個。因此，在各個范圍內，將相應于交流電源的電壓瞬時值而串聯(lián)連接適當個數(shù)的LED。另外，各范圍是按照使交流電壓的半周期(相位角從O [deg]到90 [deg])被大約8等分的方式設定的。圖7是表示交流電壓的相位角、供給到LED陣列上的電壓、以及串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED的個數(shù)的表。如圖7 (a)所示，在日本，交流電源的基準電壓為100[V]，因此，將±10[% ]的公差考慮在內，交流電壓的瞬時值的峰值設想為155[V]。在相位角從O [deg]到ll[deg]的區(qū)間內，被串聯(lián)式插入的 LED的個數(shù)就是相位角為ll[deg]時的電壓瞬時值30[V]除以LED的規(guī)格電壓Vf=3. 4[V]所得的9個。在除此之外的區(qū)間內也按照同樣方式進行計算。圖7 (b)是歐洲等交流電源的基準電壓為230[V]的情況下的表，圖7 (C)是美國等交流電源的基準電壓為120[V]的情況下的表，圖7 (d)是中國等交流電源的基準電壓為110[V]的情況下的表。這些表也是按照與圖7 Ca)同樣的方式生成的。圖8表示在3種調光等級中被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED的個數(shù)的時間變化。除了 LED的個數(shù)隨時間的變化之外，也一并表示出三端雙向可控硅開關柵極信號和供給到照明裝置的電壓。圖8 Ca)示出調光等級設定為最大的情形。在使用了三端雙向可控硅開關15的情況下，即使將調光等級設定為最大，供給電壓從零交叉僅延遲少許后上升。在零交叉到電壓上升之間的期間內，串聯(lián)連接的LED的個數(shù)為零。在電壓上升到下一個零交叉之間的期間內，串聯(lián)連接的LED的個數(shù)相應于所檢測到的電壓而切換。圖8 (b)表示出調光等級設定為中間值時的情形。在這種情況下，相位達到90[deg]之前電壓沒有上升，串聯(lián)連接的LED的個數(shù)也為零。電壓在相位為90[deg]時上升，此后，串聯(lián)連接的LED的個數(shù)相應于所檢測到的電壓而切換。圖8 (c)示出調光等級設定為最小的情形。在使用了三端雙向可控硅開關15的情況下，當調光等級設定為最小時，電壓在半周期的末期附近上升，僅在極少的期間內供給電力。該電力能夠將直流電壓保證在15[V]左右，因此，即使在調光等級設定為最小時，微型機12也能夠工作。按照這種方式，在本實施方式中，能夠相應于調光等級而改變LED陣列的點亮期間。因此，可利用相位控制實現(xiàn)調光點亮。此外，在實施調光點亮時，LED陣列在交流電壓的每半周期內閃爍，但人眼不會感受到這種閃爍，而是感受到平均化后的亮度。同樣地，在本實施方式中，在交流電壓的半周期中LED陣列的色溫依次變化，但人眼感受到的是平均化后的色溫。此外，感覺上的顏色差異稱為色差(Λ Ε)，根據(jù)CIE均勻顏色空間中的顏色的三刺激值的Uv色度坐標和L亮度，按照以下方式進行定義。Δ ECC I E L U V) = (( Δ L)2 + ( Δ u)2 + ( Δ v ) 2) 1 7 2
在本實施方式中，利用交流(嚴格說是被全波整流后的脈動電流)使LED點亮，因此不需要平滑用電解電容器。因此，能夠減小燈泡型照明裝置的殼體尺寸，其結果是，能夠實現(xiàn)照明裝置的小型化。另外，電解電容器是決定電源電路的壽命長短的主要因素。不使用這種元件，能夠穩(wěn)定地延長電源電路的使用壽命。(第3實施方式)在第3實施方式中，將交流電壓從零交叉開始之后的經(jīng)過時間作為用于表示LED陣列上所供給的電壓的信息進行處理。點燈電路的電路結構本身與第2實施方式是相同的，但微型機12的動作與第2實施方式不同。圖9表不微型機12的內部結構。微型機12具有模數(shù)變換器121、計時器122、CPU123、R0M124、RAM125、輸入端口 126和輸出端口 127。輸入端口 126上設置有模擬輸入端子Ain、數(shù)字輸入端子DI0、DI1。輸出端口 127上設置有數(shù)字輸出端子DOO D07。CPU123按照R0M124和RAM125中存儲的程序和數(shù)據(jù)進行動作。圖10表示交流電源的電壓相位、被置為導通的開關元件的編號、以及LED陣列的發(fā)光的合成顏色的表。交流電源的電壓相位相當于從零交叉開始的經(jīng)過時間，置為導通的開關元件的編號相當于被串聯(lián)式插入的LED的個數(shù)。在電壓相位欄中，0[deg]到180[deg]的范圍(相當于交流電源的半周期)被分割為16個區(qū)間。在FET編號欄中表示出各區(qū)間內被置為導通的FET的編號。圖11是表示微型機的動作的流程圖。圖12是表示交流電源的周期與電壓的采樣間隔的關系的圖。首先，通過對照明裝置I接通電力從而在微型機12的電源端子Vin上輸入5[V]直流電壓后，微型機12就進行初始化(步驟S11)。接著，檢測交流電源的頻率(步驟S12)，剛接通電源后對交流波形進行采樣，并自動計算出頻率。如果頻率為50[Hz](步驟S13 :50Hz)，則將90[deg]相位與5[ms]相對應(步驟S14)，如果頻率為60 [Hz](步驟S13 :60Hz)，則將90 [deg]相位與4. 16 [ms]相對應(步驟S15)。接著，接受模擬輸入端子Ain的輸入(步驟S16)，將計時器122重置(步驟S17)，并將FETl 8全部置為截止，由此使LED滅燈(步驟S18)。接著，檢測出交流電源的電壓的零交叉(步驟S19)。一旦檢測到零交叉(步驟S19:是)，就按照固定的采樣間隔待機(步驟S20)，判斷交流電源的電壓是否已經(jīng)上升(步驟S21)。如果電壓沒有上升(步驟S21 :否)，則只要相位尚未達到180[deg](步驟S22 :否)，就反復按照采樣間隔待機(步驟S20)和判斷電壓是否上升(步驟S21)。如果在尚未檢測到電壓上升時相位就達到了 180[(1叩]，則返回步驟517。在使用了三端雙向可控硅開關15的相位控制中，電壓上升的時序相應于調光等級的設定而變化。利用上述判定動作就能夠檢測出電壓上升的時序。此外，如圖12所示，采樣間隔采用的是將I個區(qū)間分割成10份以上所得到的間隔。在本實施方式中，將半周期分割為16個區(qū)間，因此，I個區(qū)間在60 [Hz]時是O. 521 [ms]，在50 [Hz]時是O. 625 [ms]。因此，例如采樣間隔在60 [Hz]時是50 [μ s]，在50 [Hz]時是62 [μ s]。另外，所謂的“電壓上升”既包含從O [V]變?yōu)檎档那樾?，也包含從O [V]變?yōu)樨撝档那樾?。如果檢測到交流電源的電壓上升(步驟S21 :是)，就讀取計時器上所顯示的時間，由此檢測出從檢測到零交叉時開始到檢測到電壓上升時為止的時間Λ t (步驟S23)。接著，確定與所檢測到的時間△ t相對應的相位,根據(jù)圖10所示的表確定應該導通的FETn (η是大于等于I而小于等于8的整數(shù))(步驟S24)，將所確定的FETn置為導通(步驟S25)。在根據(jù)時間Λ t確定相位時，利用步驟S13 S15的結果。接著，保持FETn導通在與第η區(qū)間相當?shù)臅r間內待機(步驟S26),判斷相位是不足90 [deg]還是剛好90 [deg]、或者是大于90 [deg](步驟S27)。如果相位不足90 [deg],則將數(shù)值η增加(步驟S28)，返回步驟S25。如果相位剛好90 [deg]，則保持數(shù)值η不變(步驟S29)，返回步驟S25。如果相位大于90 [deg]，則只要相位不超過180 [deg](步驟S30 :否)就將數(shù)值η減小(步驟S31)，返回步驟S25。重復該動作后，則在O [deg]到90 [deg]的區(qū)間內，被串聯(lián)連接的LED的個數(shù)相應于相位的增加而增加，在90[deg]到180[deg]的區(qū)間內，被串聯(lián)連接的LED的個數(shù)相應于相位的增加而減少。如果相位達到180[deg](步驟S30 :是),則返回步驟S17。由此,在每個半周期內重復同樣的動作。
在本實施方式中，相應于交流電壓從零交叉開始的經(jīng)過時間來切換被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED的個數(shù)。交流電壓的波形和有效值是已知的，因此，從零交叉開始的經(jīng)過時間相當于交流電壓的瞬時值。因而，在本實施方式中也可以說是相應于交流電壓來切換被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED的個數(shù)。另外，在實施方式2中，當交流電源的基準電壓(有效值)下降到公差范圍內時，LED8變?yōu)槌掷m(xù)不點亮，恐怕會發(fā)生照度不均。但是，在本實施方式中由于采用的是相應于從零交叉開始的經(jīng)過時間來切換LED個數(shù)的方式，故不會發(fā)生這種情況。以上基于實施方式說明了本發(fā)明的照明裝置，但本發(fā)明并不限于這些實施方式。例如，可以考慮以下變形例。 (I)在第2和第3實施方式中，利用二極管電橋DB對交流電壓進行全波整流，然后將經(jīng)過全波整流后的電壓供給到LED陣列，
但本發(fā)明并不限于此。例如，如圖13所示，也可以排除二極管電橋DB，將正負交流電壓直接供給到LED陣列。在正極點燈電路(LED1 LED8)中，F(xiàn)ETl FET8的各源極端子連接到節(jié)點N22。另外，在負極點燈電路(LED9 LEDG)中，F(xiàn)ET9 FET16的各源極端子連接到節(jié)點N21。即，正極點燈電路和負極點燈電路以逆并聯(lián)方式連接到交流電源。微型機22在交流電源的電壓為正的半周期內有選擇地將FETl 8置為導通，并將FET9 16中的某一個置為截止。另一方面，在交流電源的電壓為負的半周期內有選擇地將FET9 16置為導通，并將FETl 8中的某一個置為截止。由此，由于LED的一半在半周期中滅燈，因而能夠降低熱應力。另外，由于排除了二極管電橋DB，因而能夠減少零件數(shù)目。因此，能夠實現(xiàn)進一步的小型化和長壽命化。(2)在實施方式中考慮交流電壓的公差，根據(jù)交流電壓的峰值155[V]推導出LED的總數(shù)為46個。但是，對±10[%]的公差做何種處理則依賴于設計者的設計思想，并不一定要根據(jù)155[V]推導出LED的總數(shù)。例如，也可以根據(jù)交流電壓的峰值141[V]推導出LED的總數(shù)為42個。在這種情況下，當交流電壓在公差范圍內上升時，大部分過電壓變?yōu)闊?，在散熱設計時預先留出余量，就能夠確保LED的額定壽命。另外，也可稍微降低LED的額定壽命而加以使用。另外，如圖14所示，也可以設置用于過電壓保護的電阻R3。在圖14的結構中，如果交流電壓的瞬時值達到144 [V]以上，則FET7就會變?yōu)閷?，電阻R3中流過電流。由此，能夠防止LED上被施加過電壓。(3)圖15中示例出發(fā)光模塊中的LED的配置。圖15中對不同的發(fā)光顏色賦予不同的圖案。在圖15 (a)、(d)中，一種發(fā)光顏色的LED集中配置在一個區(qū)域內。另外，在圖15 (b)、(c)、(e)、(f)中，一種發(fā)光顏色的LED分散配置在多個區(qū)域內。利用這種分散配置，能夠有效地將各種發(fā)光顏色進行混色。另外，在圖15 (b)、(c)、(e)、(f)中，進一步以各種發(fā)光顏色的重心位置一致的方式進行配置。由此能夠抑制照射面上發(fā)生色斑。另外，也可以將在交流點亮時最后點亮的LED8配置在中央附近。這是因為，在設置為燈形狀時，中央部最后點亮的方式在質感上更漂亮，而且在使用了二次光學系統(tǒng)時也能夠對利用反射板等進行照射時的照度不均進行抑制。另外，如圖15 (f)所示，也可以設置反射板6d。由此能夠實現(xiàn)光的有效利用。(4)可以采用以下方法使LED的發(fā)光顏色各不相同。A.使樹脂成型構件6c所含有的熒光體的 種類各不相同。B.使穿過樹脂成型構件6c的光路長度各不相同。C.使樹脂成型構件6c所含有的熒光體濃度各不相同。D.使LED的發(fā)光顏色本身各不相同。在上述A中，可適當?shù)剡x擇使用例如紅色熒光體、橙色熒光體、綠色熒光體、藍色突光體等。上述B的具體實例如圖16 (a)所示。在該實例中，使用襯底(sub — mounts)6e,使從樹脂成型構件6c的上表面到LED的距離出現(xiàn)4種不同種類。由此，即使使用單一的熒光體也能夠使各LED的發(fā)光顏色的色溫各不相同。上述C的具體實例如圖16 (b)所示。在該實例中，通過使樹脂成型構件6c中散布的熒光體的濃度在厚度方向各不相同，就能夠使各LED的發(fā)光顏色的色溫各不相同。在上述D中，可使用例如紅色LED、綠色LED、藍色LED等。(5)人眼在亮視覺的情況下對波長為555[nm]的光靈敏度高，在暗視覺的情況下對波長為507 [nm]的光靈敏度高。亦即，暗視覺的相對視見度(luminosity function)的峰值與亮視覺的相對視見度的峰值相比而言位于短波長側。據(jù)此，在黑暗環(huán)境中也能夠看清楚的照明裝置也能有隨著調光等級下降而提高LED陣列的發(fā)光顏色的色溫的規(guī)格。為了實現(xiàn)這種規(guī)格，可以按照例如以下所示進行設定，使LEDl至LED8的色溫按順序降低。LEDl 6700 [K]
LED2 6700[K]
LED3 5000[K]
LED4 5000[K]
LED5 3500[K]
LED2 3500[K]
LED2 2800[K]
LED2 2800[K]
(6)在上述實施方式中，發(fā)光顏色的種類有4種，但有2種以上就能夠實現(xiàn)本發(fā)明的效
果O(7)在上述實施方式中，將LED以組為單位插入到電力供應路徑中，但本發(fā)明并不限于此。例如，也可以采用將LED以I個為單位插入到電力供應路徑中的方式。(8)在上述實施方式中示例了與白熾燈泡外形相似的照明裝置，但本發(fā)明并不限于此。另外，三端雙向可控硅開關被配置在照明裝置的外部，但也可以內置在照明裝置中。(9)在第3實施方式中,在微型機的模擬輸入端子一邊監(jiān)視電壓變化一邊檢測電壓從零交叉開始的上升，但也可以使用數(shù)字輸入端子根據(jù)某一閾值電壓進行檢測。在這種情況下，微型機中不需要模擬輸入端子，因而可使用價格低廉的微型機。(10)在第2和第3實施方式中，將分壓電阻R1、R2配置在與二極管電橋DB相比更靠近交流電源側，對交流電壓進行檢測。但本發(fā)明并不限于此。例如也可以將分壓電阻R1、R2配置在與二極管電橋DB相比更靠近負載側，對經(jīng)過全波整流后的交流電壓進行檢測。另夕卜，在實施方式中采用了通過分壓電阻檢測相對電壓(ratio voltage)的方法進行電壓檢測，但并不限于此，也可以采用通過齊納二極管和光耦合器進行的微分檢測方法。(11)在第3實施方式中按照動作流程執(zhí)行了依次處理，但為了提高處理速度，也可以通過零交叉檢測進行中斷處理，從而實施多任務控制。但是，零交叉中斷過程中偶爾可能發(fā)生的異常信號等導致的不定期零交叉恐怕會引起誤動作，因此，也可以使用在動作流程初期檢測到的頻率信息，將不定期發(fā)生的零交叉不作為零交叉進行檢測。(12)在上述實施方式中，交流電壓的半波長，即0[deg]到90[deg]區(qū)間被大致8等分，但分割份數(shù)并不限于此，分割為2份以上即可。(13)在第3實施方式中，如圖11所示，將I個點燈區(qū)間分割為10份后得到的間隔設定為采樣間隔，但本發(fā)明并不限于此。例如，為了提高點亮和滅燈的時序的精度，也可以將分割份數(shù)增加到100或1000等。(14)三端雙向可控硅開關15在二次端連接了負載時動作穩(wěn)定。在LED點亮的期間內，正在點亮的LED成為負載，因此，三端雙向可控硅開關15能夠穩(wěn)定地工作。另一方面，在LED滅燈的期間內，LEDl LED8中任何一個都不作為負載工作，因此，三端雙向可控硅開關15的動作恐怕會變得不穩(wěn)定。因此，為了在LED滅燈的期間內使三端雙向可控硅開關15也穩(wěn)定地工作，也可以在三端雙向可控硅開關15的二次端串聯(lián)式或并聯(lián)式插入電阻或發(fā)光元件或二極管，產(chǎn)生數(shù)十[mA]的負載電流。圖17是表示LED結構的變形例的圖。負載(電阻R4)經(jīng)由微型機12的內部電路連接到三端雙向可控硅開關的二次端。此外，在圖17的實例中，負載(電阻R4)隔著微型機12中內置的開關元件128，但在始終連接的情況下不需要開關元件128。此外，該電阻、發(fā)光元件或二極管的負載也可以設置為始終連接，但也可以僅在交流電壓的半周期內從零交叉開始到檢測出電壓上升的期間內，即LED滅燈的期間內進行連接。這樣，能夠降低功耗。在圖17的實例中，這可通過由微型機12在交流電壓的半周期內從零交叉開始到檢測出電壓上升的期間內對負載(電阻R4)通電，而在從檢測出電壓上升開始到下一個零交叉的期間內則停止對負載(電阻R4)通電來實現(xiàn)。通電和停止通電可通過對微型機12中內置的開關元件128進行導通/截止控制來實現(xiàn)。另外，當調光等級的設定接近最小的情況下，即使LED已經(jīng)點亮，為了使三端雙向可控硅開關穩(wěn)定動作，往往不流過充分的負載電流。因此，也可以是當交流電壓的半周期內串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的LED的最大個數(shù)大于等于預定個數(shù)的情況下，僅在LED滅燈的期間內連接負載，而在未達到預定個數(shù)的情況下則始終連接負載。例如，當電壓在半周期的前半段(相位角是O 90 [deg])上升的情況下,在相位角為90 [deg]時LED陣列的所有LED都點亮。在這種情況下，在半周期內點亮的LED的最大個數(shù)就是LED陣列中所含的LED總數(shù)。另外，當電壓在半周期的后半段(相位角是91 180 [deg])上升的情況下，在半周期內點亮的LED的最大個數(shù)是根據(jù)電壓上升時的相位角決定的。微型機12檢測到電壓的上升，就能夠根據(jù)此時的相位角確定半周期內點亮的LED的最大個數(shù)。因此就能夠實現(xiàn)如果最大個數(shù)大于等于預定個數(shù)則在下一個半周期內僅在LED滅燈的期間內連接負載、而如果不足預定個數(shù)則在下一個半周期內始終連接負載這樣的控制。此外，負載的連接位置只要是在三端雙向可控硅開關的二次端即可，既可以在二極管電橋的一次端(交流端)，也可以在二極管電橋的二次端(脈動電流端)。(15)在實施方式中采用了含有波長變換材料的樹脂成型構件6c作為波長變換構件，但本發(fā)明并不限于此。例如，也可以采用含有波長變換材料的玻璃構件或陶瓷構件作為波長變換構件。(16)上述實施方式的照明裝 置能夠與安裝了照明裝置的照明器具組合起來作為照明系統(tǒng)使用。圖18是表示照明系統(tǒng)的結構的圖。照明系統(tǒng)具有照明裝置I和照明器具100。照明器具100安裝在天花板等的安裝面103上，具有碗狀反射鏡101和插口 102。將照明裝置I的燈頭擰到插口 102上，就能夠將照明裝置I安裝到照明器具100上。工業(yè)實用性
本發(fā)明能夠應用于一般照明。附圖標記的說明 I照明裝置
2殼體 3燈頭 4點燈裝置 5散熱器 6發(fā)光模塊 6a基板 6b LED芯片 6c樹脂成型構件 6d反射板 6e襯底 7球狀物 10點亮電路 11直流電源部 12、22 微型機 14自恢復保險絲 15三端雙向可控娃開關 100照明器具
101反射鏡
102插口
103安裝面
121模數(shù)變換器
122計時器
123CPU124ROM
125RAM
126輸入端口
127輸出端口
128開關元件。
權利要求
1.一種照明裝置，接受被相位控制的交流電，其特征在于，具有 發(fā)光部陣列，包含多個發(fā)光部，所述多個發(fā)光部由發(fā)光顏色不同的2種以上發(fā)光部構成； 開關單元，相應于供給到所述發(fā)光部陣列的電壓，以如下方式切換所述發(fā)光部陣列中包含的多個發(fā)光部的電氣連接關系，即改變被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的發(fā)光部的個數(shù)以及其中包含的發(fā)光部的每個發(fā)光顏色的個數(shù)的比例。
2.如權利要求I所述的照明裝置，其特征在于， 所述開關單元以如下方式對所述發(fā)光部陣列中包含的多個發(fā)光部的電氣連接關系進行切換，即隨著串聯(lián)式插入到所述電力供應通道中的發(fā)光部的個數(shù)增多，其中包含的發(fā)光部的合成后的色溫隨之上升或下降。
3.如權利要求2所述的照明裝置，其特征在于， 進一步包含對所述交流電進行平滑整流的整流平滑電路； 所述多個發(fā)光部按照發(fā)光顏色的色溫順序串聯(lián)連接到布線上，所述布線的一端連接到所述整流平滑電路的正端子，從所述布線的一端到另一端的多個節(jié)點分別經(jīng)由另外的開關元件連接到所述整流平滑電路的負端子； 所述開關單元隨著供給到所述發(fā)光部陣列上的電壓升高，將所述多個節(jié)點之中遠離所述一端的節(jié)點的開關元件置為導通。
4.如權利要求2所述的照明裝置，其特征在于， 進一步包含對所述交流電進行整流的整流電路； 所述多個發(fā)光部按照發(fā)光顏色的色溫順序串聯(lián)連接到布線上，所述布線的一端連接到所述整流電路的正端子，從所述布線的一端到另一端的多個節(jié)點分別經(jīng)由另外的開關元件連接到所述整流電路的負端子； 所述開關單元隨著供給到所述發(fā)光部陣列上的電壓升高，將所述多個節(jié)點之中遠離所述一端的節(jié)點的開關元件置為導通。
5.如權利要求4所述的照明裝置，其特征在于， 設所述多個發(fā)光部的總數(shù)為N[個]、所述交流電源的電壓有效值為Veff [V]、所述單個發(fā)光部中流過規(guī)格電流時感應產(chǎn)生的電壓為Vf [V]，則其滿足以下關系式N = VeffXLlX^2 /V f。
6.如權利要求I所述的照明裝置，其特征在于， 所述各發(fā)光部包含發(fā)光芯片；以及含有用于對所述發(fā)光芯片的出射光的波長進行變換的波長變換材料的波長變換構件， 所述多個發(fā)光部通過使所述波長變換材料的種類各不相同來使發(fā)光顏色各不相同。
7.如權利要求I所述的照明裝置，其特征在于， 所述各發(fā)光部包含發(fā)光芯片；以及含有用于對所述發(fā)光芯片的出射光的波長進行變換的波長變換材料的波長變換構件， 所述多個發(fā)光部通過使穿過所述波長變換構件內部的光路長度各不相同來使發(fā)光顏色各不相同。
8.如權利要求I所述的照明裝置，其特征在于， 所述多個發(fā)光部由發(fā)光顏色各不相同的發(fā)光芯片構成。
9.如權利要求4所述的照明裝置，其特征在于， 進一步在所述發(fā)光部陣列上并聯(lián)連接了負載。
10.如權利要求9所述的照明裝置，其特征在于， 進一步具有控制單元，在所述交流電的交流電壓的半周期內從零交叉開始到檢測出電壓上升的期間內對所述負載通電，在從檢測出電壓上升開始到下一個零交叉的期間內停止對所述負載通電。
11.如權利要求9所述的照明裝置，其特征在于， 進一步具有控制單元，在所述交流電的交流電壓的半周期內串聯(lián)式插入到所述電力供應路徑中的LED的最大個數(shù)大于等于預定個數(shù)的情況下，僅在LED滅燈的期間內對所述負載通電，而在未達到預定個數(shù)的情況下則始終連接所述負載。
12.—種照明系統(tǒng)，其特征在于， 包含如權利要求I所述的照明裝置；以及安裝所述照明裝置的照明器具。
全文摘要
提供一種既可以調光、并且又能夠相應于調光等級而改變發(fā)光顏色的色溫的照明裝置。一種接受被相位控制的交流電的照明裝置，其具有發(fā)光部陣列，包含多個發(fā)光部，多個發(fā)光部由發(fā)光顏色各不相同的2種以上發(fā)光部構成；開關單元，相應于供給到發(fā)光部陣列的電壓，以如下方式切換發(fā)光部陣列中包含的多個發(fā)光部的電氣連接關系，即改變被串聯(lián)式插入到電力供應路徑中的發(fā)光部的個數(shù)以及其中包含的發(fā)光部的每個發(fā)光顏色的個數(shù)的比例。
文檔編號H05B37/02GK102804923SQ20108002572
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者瀨戶本龍海, 永井秀男, 植本隆在 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社