CN103069209B - 发光装置、照明***以及照明方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供发光装置、使用了该发光装置的照明***以及照明方法。该发光装置具有:多个LED芯片(3),它们配置于布线基板(2)的LED芯片安装面上,并且被划分为多个LED组;波长转换部件(5),其设置于与所述LED芯片安装面对应的位置处,对由对应的LED芯片(3)发出的光进行波长转换,放射出具有对于每个波长转换区域相互不同的色温的一次光;电流提供部(15),其经由布线基板(2),针对每个LED组,独立地向所述LED芯片(3)提供驱动电流;以及控制部(16),其根据从外部输入的控制信号,控制提供给每个所述LED组的电流量,控制部(16)根据调光等级独立地控制LED组的点亮开始时期,由此,既能确保优异的显色性,又能抑制色温调整时的不理想的光通量的减少,能够控制发光强度和色温而得到具有与期望的发光强度相适应的色温的光。
Description
技术领域
本发明涉及使用了发出可见光区域到近紫外区域之间的预定波长范围的光的LED芯片和对该LED芯片发出的光进行波长转换的波长转换部件的发光装置、使用了该发光装置的照明***、以及用于通过波长转换部件对从多个LED芯片放射的光进行波长转换并且进行合成来形成期望的合成光的照明方法。
背景技术
一直以来广泛采用了白炽灯泡和荧光灯作为发光装置的光源。近年来,除了它们以外,正在不断开发并使用将发光二极管(LED:Light Emitting Diode)或有机EL(OLED)等半导体发光元件作为光源的发光装置。利用这些半导体发光元件能够得到各种各样的发光色,因此还开发出并开始使用如下的发光装置:该发光装置组合发光色不同的多个半导体发光元件,对各自的发光色进行合成来得到期望颜色的放射光。
例如,在专利文献1中公开了如下的发光装置:该发光装置将使用了发光色为红色的LED芯片的红色LED、使用了发光色为绿色的LED芯片的绿色LED、和使用了发光色为蓝色的LED芯片的蓝色LED相组合,调整提供给各LED的驱动电流,对从各LED发出的光进行合成,由此放射出期望的白色光。
LED芯片自身的发光光谱宽度原本比较窄,因此在将LED芯片自身发出的光直接用于照明的情况下,存在着对于一般照明光非常重要的显色性降低的问题。因此,为了消除这种问题,开发出通过荧光体等波长转换部件对LED芯片发出的光进行波长转换,并放射出通过波长转换得到的光的LED,例如在专利文献2中公开了组合了这种LED的发光装置。
在专利文献2的发光装置中,除了使用了发光色为蓝色的LED芯片的蓝色LED以外,还使用了在同样的LED芯片中组合被该LED芯片发出的光激发而发出绿色光的绿色荧光体而得到的绿色LED、和在同样的LED芯片中组合被该LED芯片发出的光激发而发出红色光的红色荧光体而得到的红色LED。并且,通过这些蓝色LED、绿色LED和红色LED各自发出的光的合成,能够确保发光装置放射的光具有优异的显色性,并且通过调整各LED的光输出,能够使发光装置放射的光的颜色多彩地变化。
一般而言,在发光装置和照明装置中,优选的是能够调整为得到各种各样色温的白色光。但是,如专利文献2的发光装置那样,在通过蓝色LED、绿色LED和红色LED各自发出的光的合成得到了期望发光色的情况下,例如为了能够在预定范围内变更白色光的色温,需要执行用于恰当地调整提供给各个LED的驱动电流的复杂控制。
此外,近年来,在白炽灯泡以外的发光装置中,要求同时改变发光强度和色温来得到具有期望的发光强度和色温的白色光。即,要求如下这样的控制:同时地控制发光强度和色温,得到对于期望的发光强度具有最佳色温的白色光。但是,在专利文献2那样的发光装置中,虽然能够通过复杂的控制动作得到具有期望色温的白色光,但是难以控制成得到上述那样对于期望的发光强度具有最佳色温的白色光。为了应对这种要求,例如在专利文献3公开了能够同时控制发光强度和色温而具备期望的发光强度和色温的发光装置。
在专利文献3的发光装置中,采用了如下部件:放射出色温不同的白色光的多个发光源;调光装置,其对从交流电压源提供的电压波形进行控制和调光,以得到期望的发光强度;检测与调光等级有关的相位角的相位角检测器;驱动器控制部,其根据从相位角检测装置提供的相位角信息来决定提供给各个发光源的驱动电流的量;以及驱动器,其根据驱动器控制部的指示向各个发光源提供预定的驱动电流。由此,在专利文献3的发光装置中,根据与发光强度有关的相位角信息来决定提供给每个发光源的驱动电流的量,因此能够得到具有与发光强度相适应的色温的白色光。
此外,在专利文献4的照明装置中,采用了发出第1色温的白色光的第1发光装置、和发出比第1色温高的第2色温的白色光的第2发光装置。并且,将第1和第2发光装置各自的发光色设定为,使得在CIE(1976)L*u*v*表色系色度图中相对于黑体辐射轨迹的偏差Δuv处于-0.02~+0.02的范围内,并且调整第1和第2发光装置各自发出的光的强度,由此能够在第1色温至第2色温的范围内变更从照明装置发出的合成光的色温,并且得到无不舒适感的自然的白色光。
从这种照明装置发出的白色光的色度在CIE(1931)XYZ表色系的XY色度图中,在连接第1发光装置发出的光的色度点与第2发光装置发出的光的色度点的线上移动,因此不会大幅偏离于黑体辐射轨迹,能够得到无不舒适感的良好的白色光。但是,在该XY色度图中黑体辐射轨迹成为上凸的曲线,与此相对,连接第1发光装置发出的光的色度点与第2发光装置发出的光的色度点的线为直线,因此根据色温不同,相对于黑体辐射轨迹的偏差变大。因此,对于这种照明装置,为了得到良好的白色光,存在进一步改善的余地。
因此,在专利文献4中,还提出了考虑到这一点的照明装置。即,提出了如下的照明装置:除了第1和第2发光装置以外,还使用了色温处于第1色温和第2色温的中间、且相对于黑体辐射轨迹的偏差Δuv处于-0.02~+0.02的范围内的发光色的第3发光装置。在该照明装置中,通过调整第1~第3发光装置各自发出的光的强度,能够使得从照明装置发出的白色光的色度更加良好地模仿黑体辐射轨迹而变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-4839号公报
专利文献2:日本特开2007-122950号公报
专利文献3:美国专利第7288902号说明书
专利文献4:国际公开第2009/063915号
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献3所公开的发光装置中,所有发光源都是在调光等级的整个范围内放射光,因此存在如下问题:需要在调光等级的整个范围内考虑从多个发光源放射的光的合成,为了得到具有期望色温的白色光,提供给各发光源的驱动电流的计算步骤始终非常复杂。当发光源增加时上述问题更加明显。并且,在专利文献3所公开的发光装置中,上述那样的驱动电流的计算步骤非常复杂,因此对驱动器控制部和驱动器的负担变大。为了降低这种对驱动器控制部和驱动器的负担,需要采用具有高处理能力的驱动器控制部和驱动器,但会引起发光装置的制造成本增加的问题。
此外,在专利文献4的照明装置中,虽然从照明装置发出的白色光的色温可变, 但是在改变白色光的色温时,不能与此对应地恰当地改变亮度,因此,在色温低时亮度过高、或者在色温高时亮度过低,由此产生了人未必舒适地感受到色温变化的问题。
并且,由于使用了发出作为范围内的下限色温的第1色温的白色光的第1发光装置,因此在从照明装置放射第1色温的白色光的情况下,仅使用从第1发光装置发出的白色光,从而第2和第3发光装置成为熄灭的状态。因此产生如下问题:在这样地从照明装置放射第1色温的白色光的情况下、或者在放射与第1色温接近的色温的白色光的情况下,从照明装置得到的照明光的总光通量的降低过度。
本发明正是鉴于这种问题而完成的,其目的在于提供一种既能确保优异的显色性、又能够抑制色温调整时的不理想的光通量减少的发光装置,即,提供一种能够控制发光强度和色温而得到具有与期望的发光强度相适应的色温的光、并且能够抑制制造成本的发光装置和使用了该发光装置的照明***。此外,其目的在于提供一种既能抑制发光装置的制造成本、又能控制发光强度和色温而发出具有与期望的发光强度相适应的色温的光的照明方法。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的,本发明的发光装置的亮度随着调光等级的变动而变动,其特征在于,该发光装置具有:布线基板;多个LED芯片,它们配置于所述布线基板的LED芯片安装面,发出从可见光区域到近紫外区域的波长区域中的预定波长范围的光,并且被划分为多个LED组;波长转换部件,其设置于与所述布线基板的所述LED芯片安装面对应的位置,与所述多个LED芯片对应地分割为多个波长转换区域,所述多个波长转换区域与所述LED组对应地划分为多个波长转换区域,并且该波长转换部件按照所述波长转换区域具有不同的波长转换特性,对由对应的LED芯片发出的光进行波长转换,按照每个所述波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光;电流提供部,其经由所述布线基板,针对每个所述LED组独立地向所述LED芯片提供驱动电流;以及控制部,其根据从外部输入的控制信号,控制提供给每个所述LED组的电流,所述控制部根据所述调光等级独立地控制所述LED组的点亮开始时期。
在上述发光装置中,可以是,随着从所述电流提供部提供给所述多个LED组的电流的总量上升,所述控制部依次点亮所述LED组。
在上述发光装置中,可以是,所述多个LED芯片被划分3个以上的LED组。
在上述发光装置中,可以是,随着从所述电流提供部提供给所述多个LED组的电流的总量上升,所述控制部从与放射出色温低的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组到与放射出色温高的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组,依次点亮所述LED组。
在上述发光装置中,可以是,随着从所述电流提供部提供给所述多个LED组的电流的总量上升,所述控制部增加点亮的LED组。
在上述发光装置中,可以是,所述控制部包含:相位角检测器,其接收作为导通相位角与所述调光等级对应地变化的电压波形的控制信号,检测所述导通相位角;以及选择电路,其根据所述导通相位角选择待点亮的LED组。
在上述发光装置中,可以是,所述控制部接收作为振幅电压值与所述调光等级对应地变化的电压波形的控制信号,根据所述振幅电压值选择待点亮的LED组。
此外,为了达成上述目的,本发明的发光装置的特征在于,该发光装置具有:布线基板;多个LED芯片,它们配置于所述布线基板的LED芯片安装面,发出从可见光区域到近紫外区域的波长区域中的预定波长范围的光,并且被划分为多个LED组;波长转换部件,其设置于与所述布线基板的所述LED芯片安装面对应的位置,与所述多个LED芯片对应地分割为多个波长转换区域,所述多个波长转换区域与所述LED组对应地划分为多个波长转换区域,并且该波长转换部件按照所述波长转换区域具有不同的波长转换特性,对由对应的LED芯片发出的光进行波长转换,按照每个所述波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光;电流提供部,其经由所述布线基板,针对每个所述LED组独立地向所述LED芯片提供驱动电流;以及控制部,其根据从外部输入的控制信号,控制提供给每个所述LED组的电流量,随着对从所述多个波长转换区域放射的一次光进行合成而得到的合成白色光的亮度上升,所述控制部依次点亮所述LED组。
在上述发光装置中,可以是,随着所述合成白色光的亮度上升,所述控制部从与放射出色温低的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组到与放射出色温高的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组,依次点亮所述LED组。
在上述发光装置中,可以是,分离地设置所述多个LED芯片和所述波长变化部件,由各个所述LED组和与每个所述LED组对应的各个所述波长转换区域形成多个发光单元,所述多个发光单元彼此一体地设置并且形成发光单元组。
在上述发光装置中,可以是,以覆盖所述多个LED芯片的方式设置所述波长变化部件,由各个所述LED组和与每个所述LED组对应的各个所述波长转换区域形成多个发光单元,所述多个发光单元彼此分体地设置并且形成发光单元组。
在上述发光装置中,可以是,由所述多个LED芯片和所述波长转换部件形成1个封装件,该发光装置具有多个所述封装件。
此外,作为具体的照明***的结构,例如具有:布线基板;多个LED芯片,它们配置于所述布线基板的LED芯片安装面,发出从可见光区域到近紫外区域的波长区域中的预定波长范围的光,并且被划分为多个LED组;波长转换部件,其设置于与所述布线基板的所述LED芯片安装面对应的位置,与所述多个LED芯片对应地分割为多个波长转换区域,所述多个波长转换区域与所述LED组对应地划分为多个波长转换区域,并且该波长转换部件按照所述波长转换区域具有不同的波长转换特性,对由对应的LED芯片发出的光进行波长转换,按照每个所述波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光;电流提供部,其经由所述布线基板,针对每个所述LED组独立地向所述LED芯片提供驱动电流;以及指示部,其给出指示,以对所述一次光进行合成而得到具有期望亮度的合成白色光;调光部,其根据来自所述指示部的指示,输出用于改变所述合成白色光的亮度的控制信号;以及控制部,其根据从所述调光部输出的控制信号,控制提供给每个所述LED组的电流量,随着所述合成白色光的亮度上升,所述控制部依次点亮所述LED组。
在上述照明***中,可以是,随着所述合成白色光的亮度上升,所述控制部从与放射出色温低的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组到与放射出色温高的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组,依次点亮所述LED组。
在上述照明***中,可以是,随着所述合成白色光的亮度上升,所述控制部增加点亮的LED组。
在上述照明***中,可以是,从所述调光部输出的控制信号是电压波形,并且导通相位角按照来自所述指示部的指示而变化,所述控制部包含检测所述导通相位角的相位角检测器和根据所述导通相位角选择待点亮的LED组的选择电路。
在上述照明***中,可以是,从所述调光部输出的控制信号是电压波形,并且振幅电压值按照来自所述指示部的指示变化,所述控制部根据所述振幅电压值选择待点亮的LED组。
在上述照明***中,可以是,随着调光等级在所述合成白色光的亮度上升的方向上发生变化,所述控制部增加提供给每个所述LED组的所述驱动电流的总和。
在上述照明***中,可以是,所述控制部根据目标相关色温T改变目标光通量Φ,将所述目标相关色温和目标总光通量设定为,存在使得以下不等式成立的常数A0:
-80743·(1000/T)5+164973·(1000/T)4-135260·(1000/T)3+57994·(1000/T)2-13995·(1000/T)+1632.9<Φ/A0<exp{-342.11·(1000/T)3+450.43·(1000/T)2-212.19×(1000/T)+39.47}。
并且,用于达成上述目的的照明方法的特征在于,针对被划分为多个LED组的多个LED芯片,独立地对每个所述LED组提供电流而使每个所述LED组进行发光,与所述多个LED芯片对应地分割为多个波长转换区域,且与所述LED组对应地将所述多个波长转换区域划分为多个波长转换区域,并且,向按照每个所述波长转换区域具有不同的波长转换特性的波长转换部件提供LED芯片发出的光,按照每个所述波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光,对所述一次光进行合成而形成合成白色光,随着使所述合成白色光的亮度上升,控制提供给每个所述LED组的电流量,依次点亮所述LED组。
在上述照明方法中,可以是,随着使所述合成白色光的亮度上升,从与放射出色温低的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组到与放射出色温高的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组,依次点亮所述LED组。
此外,为了达成上述目的,本发明的发光装置具有:发光单元组,其由各自发出的光的色度不同的2个以上的发光单元构成,放射出对从所述发光单元分别放射的一次光进行合成后的合成光;以及控制单元,其控制所述发光单元各自的发光,使得从所述发光单元组放射的合成光的色度点处于控制曲线上,该控制曲线是在CIE(1931)XYZ表色系的XY色度图中从第1色温到比所述第1色温高的第2色温的范围内预先设定的,该发光装置的特征在于,所述控制单元具有:目标值设定部,其设定从所述发光单元组放射的合成光的目标总光通量或目标相关色温T中的一方,并且根据所述一方来设定另一方;以及发光控制部,其控制所述发光单元各自的发光,使得从所述发光单元组放射的合成光的色温和总光通量成为由所述目标值设定部设定的所述目标总光通量和所述目标相关色温T,所述目标设定部使所述目标相关色温T至少在3500K到4500K的范围内依次变化,并且与被照射所述合成光的被照射物对 于所述发光装置的要求照度对应地,将4500K处的所述目标总光通量设定为3500K处的所述目标总光通量的2倍以上30倍以下。
在上述发光装置中,可以是,所述目标设定部将所述目标总光通量设定为,使得3500K处的所述被照射物的照度处于100Lux到500Lux的范围内,4500K处的所述被照射物的照度处于300Lux到40000Lux的范围内。
在上述发光装置中,可以是,所述目标设定部使所述目标相关色温T在2000K到4500K的范围内依次变化,并且与所述要求照度的范围对应地,将4500K处的所述目标总光通量设定为2000K处的所述目标总光通量的10倍以上100倍以下。
在上述发光装置中,可以是,所述目标设定部将所述目标总光通量设定为,使得2000K处的所述被照射物的照度处于15Lux到20Lux的范围内,4500K处的所述被照射物的照度处于300Lux到40000Lux的范围内。
在上述发光装置中,可以是,所述目标值设定部将所述目标总光通量设定为存在常数A0,该常数A0使得在所述目标相关色温T的下限到上限的设定范围内以下不等式成立:
-80743·(1000/T)5+164973·(1000/T)4-135260·(1000/T)3+57994·(1000/T)2-13995·(1000/T)+1632.9<Φ/A0<exp{-342.11·(1000/T)3+450.43·(1000/T)2-212.19×(1000/T)+39.47}。
作为具体的结构,优选的是,所述发光单元为3个以上。
此外,为了达成上述目的,本发明的发光装置具有:发光单元组,其由各自发出的光的色度不同的3个以上的发光单元构成,放射出对从所述发光单元分别放射的一次光进行合成后的合成光;以及控制单元,其控制所述发光单元各自的发光,使得从所述发光单元组放射的合成光的色度点处于朝向上方凸的控制曲线上,该控制曲线是在CIE(1931)XYZ表色系的XY色度图中从第1色温到比所述第1色温高的第2色温的范围内预先设定的,该发光装置的特征在于,所述控制单元具有:目标值设定部,其设定从所述发光单元组放射的合成光的目标相关色温T和目标总光通量以及发光控制部,其控制所述发光单元各自的发光,使得从所述发光单元组放射的合成光的色温和总光通量成为由所述目标值设定部设定的所述目标相关色温T和所述目标总光通量所述目标值设定部根据所述目标相关色温T改变所述目标光通量Φ,将所述目标相关色温T和所述目标总光通量设定为,存在使得以下不等式成立的 常数A0:
-80743·(1000/T)5+164973·(1000/T)4-135260·(1000/T)3+57994·(1000/T)2-13995·(1000/T)+1632.9<Φ/A0<exp{-342.11·(1000/T)3+450.43·(1000/T)2-212.19×(1000/T)+39.47},
将所述发光单元各自发出的一次光的色度设定为,使得所述控制曲线包含在所述XY色度图中以所述发光单元各自发出的一次光的色度点为顶点而形成的多边形内。
发明效果
根据本发明的发光装置,能够控制发光强度和色温而得到具有与期望的发光强度相适应的色温的光,并且能够抑制制造成本。
此外,在上述发光装置中,在随着提供给多个LED组的电流的总量上升而依次点亮相应LED组的情况下,能够使得从发光装置放射的合成白色光的亮度上升,并且能够与该亮度的上升相适应地改变该合成白色光的色温。
此外,上述发光装置中,在将多个LED芯片划分为3个以上的LED组的情况下,能够使得从发光装置放射的合成光白色光沿着CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的黑体辐射轨迹而变化。
此外,在上述发光装置中,随着合成白色光的亮度上升,控制部从与放射出色温低的一次光的波长转换区域对应的LED组到与放射出色温高的一次光的波长转换区域对应的LED组,依次点亮LED组,在此情况下,能够使得从发光装置放射的合成白色光的亮度上升,并且能够与该亮度的上升相适应地改变该合成白色光的色温。
此外,在上述发光装置中,在随着提供给LED组的电流的总量上升,增加点亮的LED组的情况下,能够在提高从发光装置放射的合成白色光的亮度的同时,改变合成白色光的色温。
此外,在本发明的发光装置中,上述控制信号是电压波形,因此能够利用已有的照明***,使用本发明的发光装置。
作为发光装置的更具体的结构,分离地设置多个LED芯片和波长变化部件,由各个LED组和与每个相应的LED组对应的各个波长转换区域形成多个发光单元,多个发光单元彼此一体地设置并且形成发光单元组,在此情况下,发光单元组的处理变得容易,且能够减少发光装置的制造工时和制造成本。
作为发光装置的更具体的结构,以覆盖多个LED芯片的方式设置波长变化部件, 由各个LED组和与每个相应的LED组对应的各个波长转换区域形成多个发光单元,多个发光单元彼此分体地设置并且形成发光单元组,在此情况下,各发光单元的配置自由度增大。
此外,根据本发明的照明***,能够控制发光强度和色温而得到具有与期望的发光强度相适应的色温的光,并且能够抑制制造成本。
此外,在上述照明***中,随着合成白色光的亮度上升,控制部从与放射出色温低的一次光的波长转换区域对应的LED组到与放射出色温高的一次光的波长转换区域对应的LED组,依次点亮LED组,因此,在使从该照明***提供的合成白色光的亮度上升的情况下,能够与该亮度的上升相适应地改变该合成白色光的色温。
并且,根据本发明的照明方法,能够抑制发光装置的制造成本,并且控制发光强度和色温而发出具有与期望的发光强度相适应的色温的光。
此外,在上述照明方法中,随着使合成白色光的亮度上升,从与放射出色温低的一次光的波长转换区域对应的LED组到与放射出色温高的一次光的波长转换区域对应的LED组,依次点亮LED组,在此情况下,通过照明方法得到的合成白色光具有与通过调光得到的期望亮度相适应的色温。
在本发明的发光装置中,由各自发出的一次光的色度不同的3个以上的发光单元构成发光单元组,控制单元控制发光单元的发光,使得从发光单元组放射的合成光的色度点位于朝向上方凸的控制曲线上,该控制曲线是在CIE(1931)XYZ表色系的XY色度图中从第1色温到第2色温的范围内预先设定的。此时,将发光单元各自发出的一次光的色度设定为,使得控制曲线包含在XY色度图中连接发光单元各自发出的一次光的色度点而形成的多边形内,因此,能够将从发光装置放射的光控制为期望的色度。例如,通过沿着黑体辐射轨迹进行调色/调光,能够提供更舒适的照明。
此外,发光控制部控制各发光单元的发光,使得从发光单元组放射的合成光的色温成为由控制单元的目标值设定部设定的目标相关色温,因此,如果针对每个发光单元,将与目标相关色温对应的发光单元的发光控制量预先存储到存储装置中,则不需要根据目标相关色温反复地运算发光控制量,能够降低控制单元的运算负荷。
并且,在发光控制部根据由目标值设定部设定的目标相关色温控制各发光单元的发光时,一并控制从发光单元组放射的合成光的总光通量,因此,在使照明装置的照明光的色温多样地变化的情况下,能够根据照明装置的使用目的和使用者的要求等, 也一并调整照明光的总光通量。例如,对于白炽灯泡而言,在改变其亮度的情况下,随着变暗,色温降低,因此,通过与在这种白炽灯泡中得到的照明光的变化近似地改变照明装置的照明光,能够消除调整照明光时的不舒适感。或者,还有时,根据照明装置的使用目的不同,即使在低色温时,也不怎么希望降低亮度,但也能够实现这种照明光的变化。
并且,根据目标相关色温T改变目标光通量Φ,将目标相关色温T和目标总光通量设定为,存在使得以下不等式成立的常数A0:
-80743·(1000/T)5+164973·(1000/T)4-135260·(1000/T)3+57994·(1000/T)2-13995·(1000/T)+1632.9<Φ/A0<exp{-342.11·(1000/T)3+450.43·(1000/T)2-212.19×(1000/T)+39.47},
将发光单元各自发出的一次光的色度设定为,使得控制曲线包含在XY色度图中以发光单元各自发出的一次光的色度点为顶点而形成的多边形内,因此,从发光装置得到的光在色温发生变化时,能够始终确保舒适性。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施例的发光装置中的发光光源的结构的立体图。
图2是图1的发光光源的概略俯视图。
图3是沿着图2中的III-III线的概略剖视图。
图4是图3中的要部的放大剖视图。
图5是示出CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的、第1实施例的发光部的每个发光单元的色度点与控制曲线之间的关系的要部放大图。
图6是示出在第1实施例中使用的荧光部件的荧光体混合比以及膜厚的表。
图7是示出第1实施例的照明***的电路结构的概略的电路图。
图8是示出在第1实施例的照明***中使用的指示部(操作部)的一例的示意图。
图9是示出第1实施例的照明***中的调光等级、与按照每个相应的调光等级得到的合成白色光的发光强度之间的关系的曲线图。
图10是示出在第1实施例的照明***中得到的合成白色光的色温、与合成白色光的总光通量之间的关系的曲线图。
图11是示出第1实施例的照明***中的仿真结果的表。
图12是示出第1实施例的照明***中的仿真结果的曲线图。
图13是示出第1实施例的照明***中的仿真结果的曲线图。
图14是示出第1实施例的照明***中的仿真结果的曲线图。
图15(a)~图15(d)是示出在本发明的第1实施例的发光装置中使用的LED组和波长转换区域的模式形状的变形例的概略图。
图16是示出本发明的第1实施例的发光装置的变形例中的发光光源的结构的立体图。
图17(a)和图17(b)是示出在本发明的第1实施例的发光装置的变形例中使用的单元区域的示意图。
图18是部分地示出图16的发光部中的单元区域的配置例的示意图。
图19是示出本发明的第2实施例的发光装置中的发光光源的结构的立体图。
图20是图19的发光光源的概略俯视图。
图21是示出CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的、发光部的每个发光单元的色度点与控制曲线之间的关系的要部放大图。
图22是示出在第2实施例中使用的荧光部件的荧光体混合比以及膜厚的表。
图23是示出第2实施例的照明***的电路结构的概略的电路图。
图24是示出第2实施例的照明***中的调光等级、与按照每个相应的调光等级得到的合成白色光的发光强度之间的关系的曲线图。
图25是示出在第2实施例的照明***中得到的合成白色光的色温、与合成白色光的总光通量之间的关系的曲线图。
图26是示出第2实施例的照明***中的仿真结果的表。
图27是示出第2实施例的照明***中的仿真结果的曲线图。
图28是示出第2实施例的照明***中的仿真结果的曲线图。
图29是示出第2实施例的照明***中的仿真结果的曲线图。
图30是示出在本发明的第2实施例的发光装置中使用的LED组和波长转换区域的模式形状的变形例的概略图。
图31是示出本发明的第3实施例的发光装置中的发光光源的结构的立体图。
图32是图31的发光光源的概略俯视图。
图33是示出CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的、发光部的每个发光单 元的色度点与控制曲线之间的关系的要部放大图。
图34是示出在第3实施例中使用的荧光部件的荧光体混合比以及膜厚的表。
图35是示出第3实施例的照明***的电路结构的概略的电路图。
图36是示出第3实施例的照明***中的调光等级、与按照每个相应的调光等级得到的合成白色光的发光强度之间的关系的曲线图。
图37是示出在第3实施例的照明***中得到的合成白色光的色温、与合成白色光的总光通量之间的关系的曲线图。
图38是示出第3实施例的照明***中的仿真结果的表。
图39是示出第3实施例的照明***中的仿真结果的曲线图。
图40是示出第3实施例的照明***中的仿真结果的曲线图。
图41是示出第3实施例的照明***中的仿真结果的曲线图。
图42是示出在本发明的第3实施例的发光装置中使用的LED组和波长转换区域的模式形状的变形例的概略图。
图43(a)是示出在第2实施例的发光装置中流过驱动电流时、从发光装置放射的合成白色光的色温与总光通量之间的关系的曲线图,图43(b)示出在第3实施例的发光装置中流过驱动电流时、从发光装置放射的合成白色光的色温与总光通量之间的关系的曲线图。
图44是示出第4实施例的发光装置中的发光部的基本结构的立体图。
图45是图44的发光部的俯视图。
图46是沿着图45中的XXXXVI-XXXXVI线的剖视图。
图47是第4实施例的发光装置中的发光部的变形例的概略俯视图。
图48是第4实施例的发光装置中的发光部的变形例的概略俯视图。
图49是示出CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的、发光部的每个发光单元的色度点与控制曲线之间的关系的要部放大图。
图50是示出在图49的照明***中得到的合成白色光的色温、与合成白色光的总光通量之间的关系的曲线图。
图51是示出第5实施例的照明装置中的发光部的整体结构的概略的立体图。
图52是图51的发光部的俯视图。
图53是沿着图52中的LIII-LIII线的发光部的剖视图。
图54是图53所示的发光部的截面的要部放大图。
图55是示出图51的发光部中的各波长转换区域的单元区域数的一例的表。
图56是部分地示出图51的发光部中的单元区域的配置例的示意图。
图57是示出CIE(1931)XYZ表色系的XY色度图中的、发光部的每个发光单元的色度点与控制曲线之间的关系的要部放大图。
图58是示出第5实施例的照明装置的电路结构的概略的电路图。
图59是示出在第5实施例的照明装置中使用的操作单元的一例的示意图。
图60是示出在第5实施例的照明装置中得到的照明光的色温、每个发光单元的供给电力、总供给电力以及照明光的总光通量之间的关系的曲线图。
图61是示出第5实施例的照明装置的电路结构的变形例的电路图。
图62是示出在使用图61的电路结构的情况下、与目标色温对应的每个发光单元的供给电力的一例的表。
图63是示出CIE(1931)XYZ表色系的XY色度图中的、发光部的每个发光单元的色度点与控制曲线之间的关系的其他例子的要部放大图。
图64是示出CIE(1931)XYZ表色系的XY色度图中的、发光部的每个发光单元的色度点与控制曲线之间的关系的其他例子的要部放大图。
图65是示出第5实施例的照明装置中的荧光部件的第1变形例的俯视图。
图66是作为第5实施例的照明装置中的荧光部件的第2变形例,示出一个单元区域的俯视图。
图67是部分示出第2变形例的荧光部件中的图66的单元区域的配置例的示意图。
图68是示出第5实施例的照明装置中的荧光部件的第3变形例的俯视图。
图69是示出在由照明装置执行的发光控制的第1变形例中使用的操作单元的示意图。
图70是示出由照明装置执行的发光控制的第1变形例中的、照明装置的照明光的色温与总光通量之间的关系的一例的曲线图。
图71是示出用于使得照明装置的照明光的色温以及总光通量的变化舒适的、与目标色温对应的每个发光单元的供给电力的一例的表。
图72是示出向各发光单元提供了图71的表所示的电力时的、色温与总光通量之 间的关系的曲线图。
图73是示出第6实施例的照明装置中的发光部的基本结构的立体图。
图74是图73的发光部的俯视图。
图75是沿着图74中的LXXV-LXXV线的第1发光部的剖视图。
图76是沿着图74中的LXXV-LXXV线的第2发光部的剖视图。
图77是示出第6实施例的照明装置的电路结构的概略的电路图。
图78是示出第6实施例的照明装置中的、第1发光部和第2发光部的配置例的示意图。
图79是示出第7实施例的照明装置中的发光部的概略结构的俯视图。
图80是示出第7实施例的照明装置中的发光部的整体结构的俯视图。
图81是示出第7实施例的照明装置的电路结构的概略的电路图。
图82是示出第8实施例的照明装置中的发光单元的基本结构的剖视图。
图83是示出第8实施例的照明装置中的第1~第4发光单元的配置例的示意图。
图84是示出向各发光单元提供了图71的表所示的电力时的、色温与照度之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下,参照附图,根据几个实施例详细说明本发明的实施方式。另外,本发明不限于以下说明的内容,可以在不变更其主旨的范围内任意地变更并实施。此外,各实施例的说明中使用的附图都是示意性示出本发明的发光装置,为了加深理解而进行了局部的强调、放大、缩小或省略等,有时没有正确地表现各结构部件的缩尺和形状等。并且,各实施例中使用的各种数值都只是表示一例,可以根据需要进行各种变更。
<第1实施例>
(发光部的结构)
图1是示出本实施例的发光装置(照明装置)中的发光部1的整体结构的概略的立体图,图2是图1的发光部1的俯视图。另外,在图1和图2中,将发光部1的宽度方向定义为X方向、长度方向定义为Y方向、高度方向定义为Z方向。如图1所示,发光部1具备电绝缘性优异且具有良好散热性的由氧化铝系陶瓷构成的布线基板2。在布线基板2的芯片安装面2a上,以在布线基板2的宽度方向(即X方向)上 等间隔地排列4个、在长度方向(即Y方向)上等间隔地排列5个的方式,排列了合计20个发光二极管(LED:Light Emitting Diode)芯片3。虽然在图1中未作图示,但在布线基板2上,形成有用于向这些LED芯片3分别提供电力的布线图案,构成了后述的电路。
另外,布线基板2的材质不限于氧化铝系陶瓷,例如也可以使用从树脂、玻璃环氧树脂、在树脂中含有填料的复合树脂等中选择的材料作为电绝缘性优异的材料,形成布线基板2的主体。或者,从优化布线基板2的芯片安装面2a上的光的反射性来提高发光部1的发光效率的方面看,优选使用包含氧化铝粉末、氧化硅粉末、氧化镁、氧化钛等白色颜料的硅树脂。另一方面,为了得到更优异的散热性,可以用金属制作布线基板2的主体。在该情况下,需要使布线基板2的布线图案等与金属制的主体电绝缘。
如图1所示,以与布线基板2的安装有LED芯片3的芯片安装面2a相对的方式,配设有玻璃制板状的透光基板4。另外,为了便于说明,在图1中分离地示出了布线基板2和透光基板4,但如后所述,实际上是接近地配置布线基板2和透光基板4。另外,透光基板4的材质不限于玻璃,也可以使用对于LED芯片3发出的光具有透光性的树脂等形成透光基板4。
荧光部件5被划分为第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2两个波长转换区域。与这样的荧光部件5的划分对应地,如图1和图2所示,安装在布线基板2上的各LED芯片3也与第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2的各位置对应地划分为各LED组。即,如图2所示,在俯视发光部1的情况下(即在发光部1的XY俯视图中),与这些第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2两个波长转换区域对应地,分别各配置有10个LED芯片3。这里,“对应”是指如下状态:与第1LED组D1相对(即,重合或重叠)地设置第1波长转换区域P1,与第2LED组D2相对地设置第2波长转换区域P2。以下,在按照这些波长转换区域的每一个进行区分来称呼LED芯片3时,与第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2对应地,在标号的末尾分别加上a或b。由此,处于与第1波长转换区域P1对应的位置的10个LED芯片3a构成第1LED组D1,处于与第2波长转换区域P2对应的位置的10个LED芯片3b构成第2LED组D2。
因此,在本实施例中,第1波长转换区域P1及第2波长转换区域P2各自与和其 对应的第1LED组D1及第2LED组D2的组合分别相当于本发明的各发光单元。即,第1LED组D1和第1波长转换区域P1构成第1发光单元U1,第2LED组D2和第2波长转换区域P2构成第2发光单元U2。合并了这两个发光单元后的发光部1相当于本发明的发光单元组。在本实施例中,第1发光单元U1和第2发光单元U2一体地设置并且构成了作为发光单元组的发光部1。另外,以下将第1发光单元U1和第2发光单元U2各自放射的光称作一次光,将对第1发光单元U1和第2发光单元U2各自放射的一次光进行合成而从发光部1放射的光称作合成白色光。
图3是沿着图2中的III-III线的发光部1的剖视图,图4是图3所示的剖视图的要部放大图。如图3所示,透光基板4隔着多个间隔件6与布线基板2接合,如图4所示,通过夹设这些间隔件6,在透光基板4与各LED芯片3之间设置了空隙。
以距离L1来设置这里设置的空隙,所述距离L1被预先计算成,使得从LED芯片3发出的光可靠地到达处于与该LED芯片3对应的位置的荧光部件5。如果使LED芯片3尽可能地接近荧光部件5,则从LED芯片3发出的光可靠地到达荧光部件5,但如果LED芯片3过于接近荧光部件5,可能会由于LED芯片3发出的热量对荧光部件5进行加热而导致波长转换功能和发光效率的降低。因此,从防止这种过度温度上升的方面看,LED芯片3与荧光部件5之间的间隔优选为0.01mm以上。
此外,如果在发光部1中存在热裕度,则也可以不设置这样的空隙,而是将透光基板4的第1面4a紧贴于LED芯片3。此外,即使在隔开LED芯片3和透光基板4的情况下,也可以利用具有透光性的硅树脂、环氧树脂或者玻璃等将空隙封闭。由此,能够将来自LED芯片3的光高效地引导至荧光部件5。
另外,在本实施例中,在透光基板4的第2面4b上设置了荧光部件5,但是也可以在透光基板4的第1面4a、即靠布线基板2侧的面上设置荧光部件5。该情况下,与本实施例同样,也可以在荧光部件5与LED芯片3之间设置适当的空隙,但在存在热裕度的情况等中,也可以使荧光部件5紧贴LED芯片3或接近至其跟前。
(LED芯片)
在本实施例中,LED芯片3使用了发出具有460nm的峰值波长的蓝色光的LED芯片。具体而言,作为这种LED芯片,例如有在发光层中采用了InGaN半导体的GaN系LED芯片。另外,LED芯片3的种类和发光波长特性不限于此,只要不脱离本发明的主旨,则可以使用各种各样的LED芯片等半导体发光元件。在本实施例中, LED芯片3发出的光的峰值波长优选处于420nm~500nm的波长范围内。
在各LED芯片3的朝向布线基板2侧的面上,设置有p电极7和n电极8。在图4所示的LED芯片3的情况下,p电极7与形成于布线基板2的芯片安装面2a上的布线图案9接合,并且n电极8与同样形成于芯片安装面2a上的布线图案10接合。通过未图示的金属凸块,利用焊接进行这些p电极7和n电极8与布线图案9和布线图案10的连接。关于其他LED芯片3,也是和各个LED芯片3对应地,各自的p电极7和n电极8同样与形成于布线基板2的芯片安装面2a上的布线图案接合。
另外,LED芯片3在布线基板2上的安装方法不限于此,可以根据LED芯片3的种类和构造等选择恰当的方法。例如,可以在将LED芯片3粘接固定于布线基板2的预定位置后,通过引线接合(wire bonding)将各LED芯片3的两个电极连接到对应的布线图案,也可以将一个电极如上所述地接合到对应的布线图案,并且通过引线接合将另一个电极连接到对应的布线图案。
(荧光部件)
如上所述,荧光部件5与第1LED组D1和第2LED组D2对应地划分为第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2两个区域。第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2分散地保持着对从LED芯片3放射的光进行波长转换而放射出具有各种波长的光的各种荧光体。作为各种荧光体,使用了如下荧光体:对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射红色光的红色荧光体(第1荧光体)、对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射绿色光的绿色荧光体(第2荧光体)、和对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射黄色光的黄色荧光体(第3荧光体)。另外,还可以使用对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射橙色光的橙色荧光体(第4荧光体)。此外,荧光部件5不需要完全分散地保持上述红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,只要能够从荧光部件5放射出期望的一次光,则可以从上述荧光体中选择1种或2种以上的荧光体。例如,荧光部件5可以分散地保持红色荧光体和绿色荧光体,而不分散地保持黄色荧光体。
这里,以下对上述各荧光体的具体例子进行说明。另外,关于这些荧光体,在本实施例中例示出的是优选的荧光体,但所能应用的荧光体不限于此,只要不脱离本发明的主旨,则可以应用各个种类的荧光体。
(红色荧光体)
红色荧光体的发光峰值波长适合处于如下的波长范围:通常为570nm以上、优选为580nm以上、更优选为585nm以上,通常为780nm以下、优选为700nm以下、更优选为680nm以下。其中,作为红色荧光体,例如优选为(Ca、Sr、Ba)2Si5(N、O)8:Eu、(Ca、Sr、Ba)Si(N、O)2:Eu、(Ca、Sr、Ba)AlSi(N、O)3:Eu、(Sr、Ba)3SiO5:Eu、(Ca、Sr)S:Eu、SrAlSi4N7:Eu、(La、Y)2O2S:Eu、Eu(二苯甲酰甲烷)3·1、10-菲咯啉络合物等β-二酮类Eu络合物、羧酸系Eu络合物、K2SiF6:Mn,更优选为(Ca、Sr、Ba)2Si5(N、O)8:Eu、(Sr、Ca)AlSi(N、O)3:Eu、SrAlSi4N7:Eu、(La、Y)2O2S:Eu、K2SiF6:Mn(其中Si的一部分可以用Al或Na置换)。
(绿色荧光体)
绿色荧光体的发光峰值波长适合处于如下波长范围内:通常为500nm以上、优选为510nm以上、更优选为515nm以上,通常小于550nm、优选为542nm以下、更优选为535nm以下。其中,作为绿色荧光体,例如优选为Y3(Al、Ga)5O12:Ce、CaSc2O4:Ce、Ca3(Sc、Mg)2Si3O12:Ce、(Sr、Ba)2SiO4:Eu、(Si、Al)6(O、N)8:Eu(β-赛隆(Sialon))、(Ba、Sr)3Si6O12:N2:Eu、SrGa2S4:Eu、BaMgAl10O17:Eu、Mn。
(黄色荧光体)
黄色荧光体的发光峰值波长适合处于如下波长范围:通常为530nm以上、优选为540nm以上、更优选为550nm以上,通常为620nm以下、优选为600nm以下、更优选为580nm以下。其中,作为黄色荧光体,例如优选为Y3Al5O12:Ce、(Y、Gd) 3Al5O12:Ce、(Sr、Ca、Ba、Mg)2SiO4:Eu、(Ca、Sr)Si2N2O2:Eu、α-赛隆(Sialon)、La3Si6N11:Ce(其中,其一部分可以用Ca或O置换)。
(橙色荧光体)
发光峰值波长处于580nm以上、优选为590nm以上,且620nm以下、优选为610nm以下的范围的橙色荧光体适合替代红色荧光体来使用。作为这种橙色荧光体,有(Sr、Ba)3SiO5:Eu、(Sr、Ba)2SiO4:Eu、(Ca、Sr、Ba)2Si5(N、O)8:Eu、(Ca、Sr、Ba)AlSi(N、O)3:Ce等。
此外,在第1波长转换区域P1与第2波长转换区域P2中,红色荧光体、绿色荧光体以及黄色荧光体的质量和混合比率不同。因此,被波长转换而从第1波长转换区域P1放射的红色光、绿色光和黄色光以及未被波长转换而放射的蓝色光比率,与被 波长转换而从第2波长转换区域P2放射的红色光、绿色光和黄色光以及未被波长转换而放射的蓝色光的比率不同。因此,对从第1波长转换区域P1放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成而得到的作为一次光的白色光,与对从第2波长转换区域P2放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成而得到的作为一次光的白色光具有相互不同的色温。
另外,也可以使第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2中分散地保持的荧光体的种类数量相互不同。例如,可以仅在第1波长转换区域P1中分散地保持红色荧光体,使得从第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2各自放射的一次光的色温不同。
接着,参照图5,对第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2中的荧光体的混合比率的设定方法进行说明。图5是CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的黑体辐射轨迹BL周边的要部放大图。在本实施例中,将第1波长转换区域P1中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第1LED组D1和第1波长转换区域P1构成的第1发光单元U1放射的一次光具有图5中的色度点T1(约2700K)的色度。此外,将第2波长转换区域P2中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第2LED组D2和第2波长转换区域P2构成的第2发光单元U2放射的一次光具有图5中的色度点T2(约6500K)的色度。
另外,从第1发光单元U1和第2发光单元U2分别放射的一次光的色度点在CIE(1931)XYZ表色系中的y值都优选为0.65以下。在y值超过0.65的情况下,各发光单元中的可见光的取出效率变差,作为发光装置整体,不能高效地发光。另一方面,在使用了后述的发出近紫外光的LED芯片替代发出蓝色光的LED芯片3的情况下,即使y值超过0.65也不会造成障碍。
通过利用上述方法设定各波长转换区域中的荧光体的混合比率,能够使得从第2发光单元U2放射的一次光的色温比从第1发光单元U1放射的一次光的色温高。
在本实施例中,使用了(Sr、Ca)1AlSiN3:Eu作为红色荧光体,使用了Ca3(Sc、Mg)2Si3O12:Ce作为绿色荧光体,使用了Y3Al5O12:Ce作为黄色荧光体。此外,如图6所示,第1波长转换区域P1中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.24:1:0.05,第2波长转换区域P2中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0:0.9:0.1。
进而,第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2具有不同的膜厚。具体而言,如图6所示,第1波长转换区域P1的膜厚为110μm,第2波长转换区域P2的膜厚为35μm。
(发光装置的电路结构)
如上所述,在本实施例的发光装置中,将从第1发光单元U1和第2发光单元U2分别放射的一次光的色温设定为相互不同,从发光装置放射出对从这些发光单元放射的一次光进行合成而得到的合成白色光。因此,在本实施例的发光装置中,通过改变分别从第1发光单元U1和第2发光单元U2放射的一次光的总光通量(即发光强度或亮度),来调整从发光装置放射的合成白色光的总光通量,根据该合成白色光的总光通量改变合成白色光的色温,放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光。以下,参照图7对构成为能够放射出具有上述那样的期望强度和与该总光通量相适应的色温的合成白色光的发光装置的电路进行说明。
图7是示出本实施例的发光装置11和照明***12的电路结构的概略的电路图。如图7所示,照明***12具有作为灯泡或卤素灯等各种照明器具的发光装置11、与发光装置11连接的调光部13以及与调光部13连接的指示部14。此外,发光装置11由发光部1、电流提供部15和控制部16构成。
发光部1具有上述第1LED组D1的LED芯片3a和第2LED组D2的LED芯片3b。作为第1LED组D1和第2LED组D2的具体结构,极性相同地相互串联连接第1LED组D1的10个LED芯片3a。同样,也是极性相同地相互串联连接第2LED组D2的10个LED芯片3b。此外,第1LED组D1和第2LED组D2经由后述的开关电路15c相互并联连接。另外,同一LED组内的LED芯片3的连接方式不限于串联连接,例如也可以是并联连接,即:极性相同地相互并联连接LED芯片3。
调光部13与指示部14、电流提供部15、控制部16和交流电压源VAC连接。调光部13根据从指示部14提供的指示信号(表示调光等级的信号)控制从交流电压源VAC提供的交流电压波形的导通相位角,生成交流的调光电压VDIM(AC)。并且,调光部13将生成的调光电压VDIM(AC)提供给电流提供部15和控制部16。例如,调光部13是由被用作相位控制元件的三端双向开关(双向可控硅)构成的调光电路。
这里,调光等级可以用以下的数学式表示。
[数学式1]
最大供给电流是提供给发光装置11(更具体而言是指发光部1)的最大电流,实际供给电流是实际提供给发光装置11(更具体而言是指发光部1)的电流。即,在调光等级为0%的情况下向发光部1提供最大电流,当调光等级增加时,提供给发光部1的电流量减少。
如图8所示,指示部14具备:供使用本实施例的发光装置11的人进行操作的操作旋钮14a;以及主体14b,其内置有用于检测操作旋钮14a的操作位置而生成指示信号,并将该指示信号发送到调光部13的电路(省略图示)。操作旋钮14a根据使用者的操作进行转动,如图8所示,在主体14b上进行如下显示:使操作旋钮14a向顺时针方向转动得越大,从发光装置11放射的合成白色光的总光通量(发光强度或亮度)越高。操作旋钮14a可以与主体14b的这样的表述对应地阶段性转动,也可以连续地转动。
电流提供部15由整流电路15a、电压电流转换电路15b和开关电路15c构成。整流电路15a是由4个二极管构成的全波整流电路,或者是由一个二极管构成的半波整流电路。整流电路15a与调光部13连接,将从调光部13提供的交流的调光电压VDIM(AC)转换为直流的调光电压VDIM(DC)。电压电流转换电路15b将从整流电路15a提供的直流的调光电压VDIM(DC)转换为提供给LED芯片3的驱动电流。因此,驱动电流根据导通相位角而增减。开关电路15c由晶体管Q1、Q2构成。晶体管Q1、Q2各自的集电极与第1LED组D1和第2LED组D2的最阴极侧端部连接,晶体管Q1、Q2的发射极与电压电流转换电路15b连接,晶体管Q1、Q2的基极与控制部16连接。另外,电流提供部15也可以不具备整流电路15a,而是将交流的驱动电流提供给LED芯片3。该情况下,LED芯片3周期性地发光。
根据上述这样的调光部13、指示部14和电流提供部15的结构和连接关系,只需转动操作旋钮14a,即可对提供给LED芯片3的驱动电流的量(供给电流量)进行调整。并且,通过调整对发光部1的供给电流量,能够从发光装置11放射出具有期望的总光通量的合成白色光(即调光)。
控制部16由相位角检测器16a、存储器16b和选择电路16c构成。相位角检测器16a与调光部13连接,检测在调光部13中进行控制后的导通相位角。在存储器16b中,存储有根据导通相位角而应该提供给晶体管Q1、Q2的基极的电压值数据。 这里,电压值数据不是用于使晶体管Q1、Q2简单地导通或截止的数据,而是用于变更施加给晶体管Q1、Q2的基极的基极电压VS的电压值来变更从电压电流转换电路15b分别提供给第1LED组D1和第2LED组D2的驱动电流的大小的数据。选择电路16c对相位角检测器16a检测到的导通相位角和存储器所存储的电压值数据进行对照,决定应施加给晶体管Q1、Q2的基极电压VS的电压值。并且,选择电路16c将具有所决定的电压值的基极电压VS施加到晶体管Q1、Q2的基极。
由此,控制部16根据交流的调光电压VDIM(AC)对晶体管Q1、Q2进行独立的导通驱动,因此,能够根据从发光部1放射的合成白色光的总光通量,从发光单元U1和发光单元U2双方、或者从发光单元U1或发光单元U2中的任意一方放射一次光。此外,控制部16根据调光等级变更施加给晶体管Q1、Q2的基极的基极电压VS的电压值,对从电压电流转换电路15b分别提供给第1LED组D1和第2LED组D2的驱动电流的大小进行变更,因此能够调整从发光单元U1和发光单元U2放射的一次光的总光通量。并且,如上所述,第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2的荧光体重量、混合比率和膜厚相互不同,因此从第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2放射的一次光的色温不同。由此,在本实施例的发光装置11中,当为了得到期望的总光通量而变更调光等级时,还能够根据该调光等级改变从发光装置11放射的合成白色光的色温。
(发光部的控制)
当发光装置11的使用者对操作旋钮14a进行操作时,指示部14的主体14b检测操作旋钮14a的位置,将基于检测到的操作旋钮14a的位置的指示信号(表示调光等级的信号)提供给调光部13。调光部13根据从指示部14提供的指示信号,控制从交流电压源VAC提供的交流电压的波形的导通相位角,生成交流的调光电压VDIM(AC)。作为具体的控制方法,调光部13通过对从交流电压源提供的交流的正弦波形的过零点输入具有任意相位差的触发·脉冲来控制导通相位角。因此,当所提供的指示信号变动时,调光部13与此对应地改变触发·脉冲的相位差来控制导通相位角。
电流提供部15的整流电路15a将从调光部13提供的交流的调光电压VDIM(AC)转换为直流的调光电压VDIM(DC),并将该直流的调光电压VDIM(DC)提供给电压电流转换电路15b。电压电流转换电路15b将从整流电路15a提供的直流的调光电压VDIM(DC)转换为用于提供给LED芯片3的驱动电流,并将该驱动电流提供给第1LED组 D1和第2LED组D2。因此,驱动电流根据交流的调光电压VDIM(AC)的导通相位角而增减。
控制部16根据从调光部13提供的交流的调光电压VDIM(AC)对晶体管Q1、Q2进行选择性的导通驱动,并且控制施加给晶体管Q1、Q2的基极的基极电压VS的电压值,控制流过每个LED组的驱动电流的大小。这里,当对晶体管Q1、Q2的基极施加相等的电压时,在第1LED组D1和第2LED组D2中流过的驱动电流的量相等。此外,在未对晶体管Q1、Q2的基极施加基极电压VS的情况下不对晶体管Q1、Q2进行导通驱动,因此,即使从电压电流转换电路15b将驱动电流提供给第1LED组D1和第2LED组D2,在第1LED组D1和第2LED组D2中也不流过驱动电流,LED芯片3不发光。在本实施例中,当从未施加基极电压VS的状态使基极电压VS逐渐上升时,对晶体管Q1进行导通驱动。
本实施例的控制部16中的详细控制方法如下。控制部16的相位角检测器16a根据从调光部13提供的调光电压VDIM(AC)检测在调光部13中进行控制后的导通相位角。具体而言,相位角检测器16a根据调光电压VDIM(AC)的电压波形(控制信号)检测导通相位角。相位角检测器16a将表示检测到的导通相位角的数据信号提供给选择电路16c。选择电路16c对存储器16b中存储的电压值数据和表示所提供的导通相位角的数据信号进行对照,以便根据所提供的导通相位角决定施加给晶体管Q1和Q2的基极的基极电压VS的电压值。并且,选择电路16c将具有通过该对照而决定的电压值的基极电压VS施加到晶体管Q1、Q2的基极。由此,对晶体管Q1、Q2中的任意一方或双方进行导通驱动,并且根据施加到晶体管Q1、Q2的基极的基极电压VS的电压值控制提供给第1LED组D1和第2LED组D2的驱动电流的大小,从第1发光单元U1和第2发光单元U2中的任意一方或双方,放射出具有与调光等级对应的总光通量和与各波长转换区域对应的色温的一次光。
接着,参照图9和图10,说明如下情况:为了从发光装置11放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光,以怎样的方式向晶体管Q1、Q2的基极施加基极电压VS,并如何控制提供给第1LED组D1和第2LED组D2的驱动电流的大小。图9是示出调光部13的调光等级和从发光装置11放射的合成白色光的发光强度之间的关系的曲线图。图10是示出从发光装置11放射的合成白色光的总光通量(单位:流明(lm))与色温(单位:开氏温标(K))之间的关系的曲线图。
首先,在对操作旋钮14a进行操作,以从发光装置11放射出最暗的合成白色光的方式开始LED组的点亮的情况下,仅对晶体管Q1进行导通驱动,仅从第1发光单元U1放射一次光。即,此时从发光装置11放射的合成白色光仅由从第1发光单元U1放射的一次光构成。在图9和图10中,用点A表示上述第1LED组D1的点亮开始。
当进一步对操作旋钮14a进行操作,以放射出更亮的合成白色光的方式进行调光(即,降低调光等级)时,提供给第1LED组D1的驱动电流增加,从第1发光单元U1放射的一次光的总光通量增加。该总光通量的增加对应于图9的曲线图上的曲线9A部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第1发光单元U1放射的一次光的色温成为大约2700K,因此在仅从第1发光单元U1放射一次光的情况下,从发光装置11放射的合成白色光的色温维持大约2700K。在维持着上述色温的同时总光通量增加的情况对应于图10的实线10A。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16控制施加给晶体管Q1的基极的基极电压VS的电压值,使得流过第1LED组D1的驱动电流不增加,从而从第1发光单元U1放射的一次光的总光通量不再增加。将这样的总光通量不增加的状态定义为第1发光单元U1的全亮状态。这样的总光通量不增加的状态对应于图9的曲线图上的直线9B部分。像这样不增加总光通量的原因是为了防止过剩的驱动电流对LED芯片3产生热影响。
当从上述那样的抑制了合成白色光的总光通量的增加的状态起进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,也对晶体管Q2进行导通驱动从而第2LED组开始点亮,也从第2发光单元U2放射出一次光。此时,控制部16以维持第1发光单元U1的全亮状态的方式向晶体管Q1的基极施加基极电压VS。在图9和图10中,用点B表示该状态。
当从第2LED组的点亮开始起进一步对操作旋钮14a进行操作从而进一步降低调光等级时,以维持第1发光单元U1的全亮状态,并且使得从第2发光单元U2放射的一次光的总光通量增加的方式,向晶体管Q1、Q2的基极施加基极电压VS。该总光通量的增加对应于图9的曲线图上的曲线9C部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第2发光单元U2放射的一次光的色温成为大约6500K,因此,当从第2发光单元U2放射的一次光的总光通量增加时,从发光装置11放射的合成白色光的 色温以接近6500K的方式增加。用图10的实线10B表示该色温的增加。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16不仅不增加流过第1LED组D1的驱动电流,而且以不增加流过第2LED组D2的驱动电流的方式,控制施加给晶体管Q2的基极的基极电压VS的电压值,从而从第2发光单元U2放射的一次光的总光通量不再增加。即,第2发光单元U2也成为全亮状态。这样的第1发光单元U1和第2发光单元U2的全亮状态对应于图9的曲线图上的直线9D部分。另外,在第1发光单元U1和第2发光单元U2的全亮状态下,从发光装置11放射的合成白色光的色温未达到6500K,但是达到了大约5300K(图9和图10中的点C)。
在上述这样的控制中,根据调光等级对晶体管Q1、Q2进行独立的导通驱动,因此,能够根据调光等级控制构成第1LED组D1的LED芯片3a的发光开始定时、和构成第2LED组D2的LED芯片3b的发光开始定时。即,在本实施例的发光装置11中,能够根据调光等级独立地控制第1LED组D1和第2LED组D2的点亮开始定时(点亮开始时期)。换言之,在本实施例的发光装置11中,驱动电流的供给开始定时对于每个LED组不同,关于该电流供给开始的定时,根据调光等级针对每个LED组设定为电流供给开始调光等级,依照从指示部14提供的指示信号(表示调光等级的信号)与该电流供给开始调光等级之间的关系,选择待点亮的LED组。
此外,在开始点亮第1LED组D1且第1发光单元U1成为全亮状态后,开始点亮第2LED组D2。即,随着提供给第1LED组D1的电流量的上升,开始点亮第2LED组D2。并且,在从第2发光单元U2放射的一次光的总光通量增加的期间,维持第1发光单元U1的全亮状态,因此在第2LED组D2的点亮开始以后,与从发光装置11放射的合成白色光的总光通量的增加对应地,合成白色光的色温接近从第2发光单元U2放射的一次光的色温(即色温增加)。一般而言,在总光通量低的情况下优选色温低的白色光(即,从灯丝式灯泡放射的光),在总光通量高的情况下优选色温高的白色光(即,从荧光灯放射的光),因此在本实施例的发光装置11和照明***12中,随着合成白色光的总光通量的增加,也同时控制色温,从而能够放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光。
图11~图14记载了本实施例的发光装置中的光线跟踪仿真的结果。图11示出了在仅第1LED组D1点亮的模式(第1点亮模式)、第1LED组D1和第2LED组 D2都点亮的模式(第2点亮模式)中,从发光装置11放射的合成白色光的相关色温、CIE1931中的Cx和Cy值、平均显色评价数以及总光通量的仿真结果。图12是示出在第1点亮模式和第2点亮模式中,从发光装置11放射的合成白色光的光谱辐射通量的曲线图。图13是示出在第1点亮模式和第2点亮模式中,设图11所示的相关色温的仿真结果为横轴、总光通量的仿真结果为第1纵轴、平均显色评价数为第2纵轴时,总光通量相对于相关色温的变化和平均显色评价数相对于相关色温的变化的曲线图。图14是在CIE1931的色温坐标上示出了在第1点亮模式和第2点亮模式中,从本实施例的发光装置11放射的合成白色光的Cx、Cy值的仿真结果的曲线图。
(LED组和波长转换区域的模式形状的变形例)
在上述实施例中,荧光部件5被划分为长方形的一个第1波长转换区域P1和长方形的一个第2波长转换区域P2,但不限于此。例如,也可以如图15(a)~图15(b)所示的那样将荧光部件5划分为第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2。另外,在图15(a)~(d)中,示出了将16个LED芯片3配置成4列×4行的情况。
如图15(a)所示,荧光部件5被划分为长方形的两个第1波长转换区域P1和长方形的两个第2波长转换区域P2,并且交替地(即,呈条纹状地)配置第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2。此外,交替配置的第1波长转换区域P1和长方形的第2波长转换区域P2各自在图15(a)中的平面状的面积相等,并具有相同的平面形状。而且,虽然未图示标号,但由LED芯片3a构成的第1LED组D1和由LED芯片3b构成的第2LED组D2也是被交替地划分,第1LED组D1与第1波长转换区域P1相对,第2LED组D2与第2波长转换区域P2相对。因此,与一个第1波长转换区域P1相对地设置4个LED芯片3a,与一个第2波长转换区域P2相对地设置4个LED芯片3b。
配置在一个第1LED组D1内的4个LED芯片3a可以串联连接或者并联连接。此外,与相离地划分的两个第1波长转换区域P1相对的两个第1LED组D1可以彼此串联连接或者并联连接。同样,配置在一个第2LED组D2内的4个LED芯片3b可以串联连接或者并联连接。并且,与相离地划分的两个第2波长转换区域P2相对的两个第2LED组D2可以彼此串联连接或者并联连接。
如图15(b)所示,也可以将荧光部件5划分为正方形的一个第1波长转换区域P1和环状的一个第2波长转换区域P2,以第2波长转换区域P2围着第1波长转换 区域P1的外周部分的方式配置第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2。此外,虽然未图示标号,但多个LED芯片3也被划分为正方形的第1LED组D1和环状的第2LED组,并且配置成第2LED组D2围着第1LED组D1,并且第1LED组D1与第1波长转换区域P1相对,第2LED组D2与第2波长转换区域P2相对。因此,与第1波长转换区域P1相对地设置4个LED芯片3a,与第2波长转换区域P2相对地设置12个LED芯片3b。
配置在第1LED组D1内的4个LED芯片3a可以串联连接或者并联连接。同样,配置在第2LED组D2内的12个LED芯片3b可以串联连接或者并联连接。
如图15(c)所示,也可以将荧光部件5划分为长方形的两个第1波长转换区域P1和长方形的一个第2波长转换区域P2,以两个第1波长转换区域P1夹着第2波长转换区域P2的方式配置第1波长转换区域P1和第1波长转换区域P2。两个第1波长转换区域P1各自的面积相等,并具有相同的平面形状。此外,图15(c)中的第2波长转换区域P2的平面状面积是第1波长转换区域P1的平面状面积的2倍。此外,虽然未图示标号,但由LED芯片3a构成的第1LED组D1也被配置成夹着由LED芯片3b构成的第2LED组D2,第1LED组D1与第1波长转换区域P1相对,第2LED组D2与第2波长转换区域P2相对。因此,与一个第1波长转换区域P1相对地设置4个LED芯片3a,与第2波长转换区域P2相对地设置8个LED芯片3b。
配置在一个第1LED组D1内的4个LED芯片3a可以串联连接或者并联连接。此外,与相离地划分的两个第1波长转换区域P1相对的两个第1LED组D1彼此可以串联连接或者并联连接。同样,配置在第2LED组D2内的8个LED芯片3b可以串联连接或者并联连接。
如图15(d)所示,还可以将荧光部件5划分为格子状,交替地配置正方形的8个第1波长转换区域P1和正方形的8个第2波长转换区域P2。此外,交替配置的第1波长转换区域P1和长方形的第2波长转换区域P2各自在图15(a)中的平面状的面积相等,并具有相同的平面形状。即,将第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2配置成格子交错图样状。此外,虽然未图示标号,但由LED芯片3a构成的第1LED组D1和由LED芯片3b构成的第2LED组D2也被交替地划分,第1LED组D1与第1波长转换区域P1相对,第2LED组D2与第2波长转换区域P2相对。即,第1LED组D1和第2LED组D2也与第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2 同样地被配置成格子交错图样状。因此,与一个第1波长转换区域P1相对地设置1个LED芯片3a,与一个第2波长转换区域P2相对地设置1个LED芯片3b。
配置在第1LED组D1内的LED芯片3a彼此可以串联连接或者并联连接。同样,配置在第2LED组D2内的LED芯片3b彼此可以串联连接或者并联连接。
(发光部的变形例)
关于荧光部件5,在本实施例中,荧光部件5的第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2都是混合并分散地保持着红色荧光体、绿色荧光体和蓝色荧光体这3种荧光体。但是,也可以替代这样的分散保持方式,而是如图16、图17(a)、图17(b)所示的那样,将第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2分别分割为与1个LED芯片3对应的多个单元区域17,在每个单元区域17中分别独立地配置红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体。
图16是示出将第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2分割为了多个单元区域17时的发光部1的整体结构的概略的立体图,图17(a)示出了第1波长转换区域P1内的单元区域17的荧光体部分,图17(b)示出了第2波长转换区域P2内的单元区域17的荧光体部分。在图17(a)中,从图的左侧起,按照红色荧光体18a、绿色荧光体18b和黄色荧光体18c的顺序独立地设置各荧光体。另外,在图17(a)中,为了识别各荧光体的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。通过在第1波长转换区域P1内的单元区域17中,调整这三种荧光体的面积比率,使得从各单元区域17放射出2700°K的色温的一次光。在图17(b)中,从图的左侧起,按照绿色荧光体19b和黄色荧光体19c的顺序独立地设置各荧光体。另外,在图17(b)中,为了识别各荧光体的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。通过在第2波长转换区域P2内的单元区域17中,调整这2种荧光体的面积比率,使得从各单元区域17放射出6500°K的色温的一次光。在这样地对第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2进行分割而形成了单元区域17的情况下,也能够得到与上述那样的发光装置同样的效果。另外,单元区域17中的荧光体的组合不限于上述情况,可以根据所要放射的一次光进行适当变更。
此外,在混合并分散地保持着红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的情况下,虽然具有在各个荧光区域中能够良好地进行光的合成并进行放射这样的效果,但是由于在1个荧光区域内,混合存在有红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,可能产生 级联激发。因此,通过这样地独立配置红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,能够良好地防止级联激发。另一方面,从来自各荧光体的放射光的合成方面看,在各个单元区域17中观察的情况下,与混合并分散地保持着红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的情况相比有所变差,但在独立地配置红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的情况下,也可以实施使得放射光的合成良好地进行的设计。
即,多样地改变第1波长转换区域P1内的多个单元区域17的方向来进行分散配置,并且多样地改变第2波长转换区域P2内的多个单元区域17的方向来进行分散配置,由此,整体上也能够良好地进行来自各波长转换区域的放射光的合成。图18示出了这样的单元区域17的配置例。图18是荧光部件5的概略俯视图。另外,在图18中,为了识别各荧光体的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。如图18所示,将第1波长转换区域P1内的多个单元区域17各自的方向变化为4种方式,分散地设置单元区域17。关于第2波长转换区域P2内的多个单元区域17,也同样地改变方向进行分散配置。
另外,在上述变形例中,在第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2各自之中,红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的排列顺序相同,多样地改变第1波长转换区域P1的方向和第2波长转换区域P2的方向来进行分散配置,但除此以外,还可以改变各个单元区域17的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的排列顺序。
此外,在上述实施例和变形例中,在第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2中分别使用了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这三个种类,但在利用了使用了蓝色的颜色的色质(显色性)的情况下,可使用发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片。在该情况下,除了上述荧光体以外,还要使用将近紫外光波长转换为蓝色光的蓝色荧光体。该情况下,这种蓝色荧光体的发光峰值波长适合处于如下波长范围:通常为420nm以上、优选为430nm以上、更优选为440nm以上,通常小于500nm、优选为490nm以下、更优选为480nm以下、进一步优选为470nm以下、特别优选为460nm以下。其中,作为蓝色荧光体,例如优选为(Ca、Sr、Ba)MgAl10O17:Eu、(Sr、Ca、Ba、Mg)10(PO4)6(Cl、F)2:Eu、(Ba、Ca、Mg、Sr) 2SiO4:Eu、(Ba、Ca、Sr)3MgSi2O8:Eu,更优选为(Ba、Sr)MgAl10O17:Eu、(Ca、Sr、Ba)10(PO4)6(Cl、F)2:Eu、Ba3MgSi2O8:Eu,特别优选为Sr10(PO4)6Cl2:Eu、BaMgAl10O17:Eu。
另外,在使用发出近紫外光的LED芯片的情况下,红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的比例调整与使用发出蓝色光的LED芯片时的调整不同。
这样,在使用发出近紫外光的LED芯片的情况下,如果如上所述地变更发光部件的种类、数量比、数量,则也能够与上述实施例的情况同样地得到目标光的颜色,因此能够放射出与上述实施例的发光装置同样的合成白色光,通过阶段性地调整各发光单元的数量,能够得到与上述实施例的发光装置同样的效果。
(发光装置的电路结构的变形例)
在上述实施例中,调光部13根据从指示部14提供的指示信号控制从交流电压源VAC提供的交流电压的波形的导通相位角来进行调光。但是,调光部13也可以改变从交流电压源VAC提供的交流电压的电压值自身来实施调光,例如可以改变交流电压的电压波形(控制信号)的振幅电压值来实施调光。
此外,在改变交流电压的电压波形的振幅电压值来实施调光的情况下,控制部16具有检测振幅电压值的电压检测器来替代相位角检测器16a,在构成控制部16的存储器中,记录有与振幅电压值对应的基极电压的电压值数据。并且,在基于振幅电压值进行调光时,也能够得到与上述实施例相同的效果。
此外,作为晶体管Q1、Q2的导通截止控制,不限于上述那样的基于基极电压VS的电压值的调整,也可以是基于施加给晶体管Q1、Q2的基极的基极电压VS的供给时间(即,脉宽的占空比)的调整。
在上述实施例中,与调光部13连接着交流电压源VAC,但也可以连接直流电压源VDC。在该情况下,不需要整流电路15a。
(本实施例的效果)
本实施例的发光装置11具有:布线基板2;多个LED芯片3,它们配置于布线基板2的LED芯片安装面上,发出从可见光区域到近紫外区域的波长区域中的预定波长范围的光,并被划分为多个LED组;荧光部件5,其设置于与布线基板2的LED芯片安装面对应的位置处,与多个LED芯片3对应地分割为多个波长转换区域,多个波长转换区域与LED组对应地划分为多个波长转换区域,并且,该荧光部件5按照每个波长转换区域具有不同的波长转换特性,对由对应的LED芯片3发出的光进行波长转换,按照每个波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光;电流提供部15,其经由布线基板2,针对每个LED组独立地向LED芯片3提供驱动电流;以 及控制部16,其根据作为从外部输入的控制信号的电压波形控制提供给每个LED组的电流量。并且,控制部16根据调光等级独立地控制多个LED组的点亮开始时期,因此能够控制发光强度和色温而得到具有与期望的发光强度相适应的色温的光,并且能够抑制制造成本。
此外,本实施例的发光装置11具有:布线基板2;多个LED芯片3,它们配置于布线基板2的LED芯片安装面上,发出从可见光区域到近紫外区域的波长区域中的预定波长范围的光,并被划分为多个LED组;荧光部件5,其设置于与布线基板2的LED芯片安装面对应的位置处,与多个LED芯片3对应地分割为多个波长转换区域,多个波长转换区域与LED组对应地划分为多个波长转换区域,并且,该荧光部件5按照每个波长转换区域具有不同的波长转换特性,对由对应的LED芯片3发出的光进行波长转换,按照每个波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光;电流提供部15,其经由布线基板2,针对每个LED组独立地向LED芯片3提供驱动电流;以及控制部16,其根据作为从外部输入的控制信号的电压波形控制提供给每个LED组提供的电流量。并且,随着对从多个波长转换区域放射的一次光进行合成而得到的合成白色光的亮度的上升,控制部16依次点亮LED组,因此能够控制发光强度和色温而得到具有与期望的发光强度相适应的色温的光,并且能够抑制制造成本。
此外,在上述发光装置11中,随着合成白色光的亮度上升,控制部从与放射出色温低的一次光的波长转换区域对应的LED组到与放射出色温高的一次光的波长转换区域对应的LED组,依次点亮LED组,因此能够使得从发光装置11放射的合成白色光的亮度上升,并且能够与该亮度的上升相适应地改变该合成白色光的色温。
作为发光装置11的更具体的结构,相离地设置多个LED芯片和波长变化部件,由各个LED组和与相应的每个LED组对应的各个波长转换区域形成多个发光单元,多个发光单元彼此一体地设置并且形成发光单元组,在此情况下,发光单元组的处理变得容易,能够减少发光装置的制造工时和制造成本。
此外,本实施例的照明***12具有:布线基板2;多个LED芯片3,它们配置于布线基板2的LED芯片安装面上,发出从可见光区域到近紫外区域的波长区域中的预定波长范围的光,并被划分为多个LED组;荧光部件5,其设置于与布线基板2的LED芯片安装面对应的位置处,与多个LED芯片3对应地分割为多个波长转换区域,多个波长转换区域与LED组对应地划分为多个波长转换区域,并且,该荧光部 件5按照每个波长转换区域具有不同的波长转换特性,对由对应的LED芯片3发出的光进行波长转换,按照每个波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光;电流提供部15,其经由布线基板2,针对每个LED组独立地向LED芯片3提供驱动电流;指示部14,其给出指示,以对一次光进行合成而得到具有期望亮度的合成白色光;调光部13,其根据来自指示部14的指示,输出作为用于改变合成白色光的亮度的控制信号的电压波形;以及控制部16,其根据从调光部13输出的电压波形控制提供给每个LED组的电流量。并且,随着合成白色光的亮度上升,控制部16依次点亮LED组,因此能够控制发光强度和色温而得到具有与期望的发光强度相适应的色温的光,并且能够抑制制造成本。
此外,在上述照明***12中,随着合成白色光的亮度上升,控制部从与放射出色温低的一次光的波长转换区域对应的LED组到与放射出色温高的一次光的波长转换区域对应的LED组,依次点亮LED组,因此能够使得从照明***12提供的合成白色光的亮度上升,并且能够与该亮度的上升相适应地改变该合成白色光的色温。
此外,本实施例的照明方法针对被划分为多个LED组的多个LED芯片3,独立地向每个LED组提供电流而使每个LED组进行发光,与多个LED芯片3对应地分割为多个波长转换区域,且与LED组对应地将多个波长转换区域划分为多个波长转换区域,并且向按照每个波长转换区域具有不同的波长转换特性的波长转换部件提供LED芯片3发出的光,按照每个波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光,对一次光进行合成来形成合成白色光。并且,在该照明方法中,随着使合成白色光的亮度上升,控制提供给每个LED组的电流量来依次点亮LED组,因此,既能抑制发光装置11的制造成本,又能控制发光强度和色温而发出具有与期望的发光强度相适应的色温的光。
此外,在上述照明方法中,随着使合成白色光的亮度上升,从与放射出色温低的一次光的波长转换区域对应的LED组到与放射出色温高的一次光的波长转换区域对应的LED组,依次点亮LED组,因此,利用照明方法得到的合成白色光具有与调光得到的期望亮度相适应的色温。
另外,在上述实施例中,设为发光装置11具备一个发光部1的结构,但不限于此,也可以使发光装置11具备多个发光部1,并放射出具有对于每个发光部1不同的色温的合成白色光。即,也可以使每一个发光部1成为封装件,由多个封装件构成 发光装置11。此外,在本实施例中,对发光装置(照明装置)单独的结构进行了说明,不过,即使是在本实施例的发光装置中追加了灯泡和吊灯等其他发光装置(照明措置)、并进一步追加散热***和光学透镜***而得到的照明器具,也能够得到上述效果。
<第2实施例>
在上述第1实施例中,利用放射出色温相互不同的一次光的第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2来构成荧光部件5。即,从荧光部件5放射出色温不同的2种一次光。但是,只要不脱离本发明的主旨,即可进行各种变更或置换。因此,以下,作为本发明的第2实施例,说明使用了具备与第1实施例的荧光部件5的结构不同的结构的荧光部件5’构成的发光部1’、发光装置11’和照明***12’的一例。另外,关于与第1实施例同样的部件和结构部分,标注同一标号并省略其说明。
(发光部的结构)
图19是示出本实施例的发光装置11’中的发光部1’的整体结构的概略的立体图,图20是图19的发光部1’的俯视图。另外,在图19和图20中,将发光部1’的一个方向定义为X方向,与该一个方向垂直的方向定义为Y方向,发光部1’的高度方向定义为Z方向。如图19所示,发光部1’具备XY平面内的形状为正方形的布线基板2。在布线基板2的芯片安装面2a上,以在布线基板2的X方向上等间隔地排列4个、在Y方向上等间隔地排列4个的方式,排列了合计16个LED芯片3。另外,发光部1’、布线基板2和LED芯片3的基本构造与第1实施例的LED芯片3相同,因此省略其说明。此外,如图19所示,以与布线基板2的安装有LED芯片3的芯片安装面2a相对的方式,配设有玻璃制板状的、XY平面内的形状为正方形的透光基板4。
荧光部件5’被划分为第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’这4个波长转换区域。在XY平面中,第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’具有相同的平面形状和面积。与荧光部件5’的这样的划分对应地,如图19和图20所示,安装在布线基板2上的各LED芯片3也与第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’的各位置对应地划分为各LED组。即,如图20所示,在俯视发光部1’的情况下,与第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’这4个 波长转换区域对应地,分别各配置有4个LED芯片3。这里,“对应”的含义与第1实施例相同。以下,在按照这些波长转换区域的每一个进行区分来称呼LED芯片3时,与第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’对应地,在标号的末尾分别加上a’、b’、c’或d’。由此,处于与第1波长转换区域P1’对应的位置的4个LED芯片3a’构成第1LED组D1’,处于与第2波长转换区域P2’对应的位置的4个LED芯片3b’构成第2LED组D2’,处于与第3波长转换区域P3’对应的位置的4个LED芯片3c’构成第3LED组D3’,处于与第4波长转换区域P4’对应的位置的4个LED芯片3d’构成第4LED组D4’。
因此,在本实施例中,第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’及第4波长转换区域P4’各自与和其对应的第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’及第4LED组D4’的组合分别相当于本发明的各发光单元。即,第1LED组D1’和第1波长转换区域P1’构成第1发光单元U1’,第2LED组D2’和第2波长转换区域P2’构成第2发光单元U2’,第3LED组D3’和第3波长转换区域P3’构成第3发光单元U3’,第4LED组D4’和第4波长转换区域P4’构成第4发光单元U4’。合并了这4个发光单元后的发光部1’相当于本发明的发光单元组。在本实施例中,第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’被设置为一体并且构成了作为发光单元组的发光部1’。另外,以下将第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’各自放射的光称作一次光,将对第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’各自放射的一次光进行合成而从发光部1’放射的光称作合成白色光。
(荧光部件)
如上所述,荧光部件5’与第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’对应地划分为4个第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’。第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’分散地保持对从LED芯片3放射的光进行波长转换而进行放射的各种荧光体。与第1实施例同样,作为各种荧光体,使用了如下荧光体:对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射红色光的红色荧光体、对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射绿色光的绿色荧光体、和对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射黄色光的黄色荧光体。并 且,还可以使用对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射橙色光的橙色荧光体。并且,与第1实施例同样,荧光部件5’不需要完全分散地保持上述红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,只要能够从荧光部件5’放射出期望的一次光,则可以从上述荧光体中选择1种或2种以上的荧光体。例如,荧光部件5’可以分散地保持红色荧光体和绿色荧光体,而不分散地保持黄色荧光体。各荧光体的其他具体的组成和构造等与第1实施例相同。
此外,在第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’中,红色荧光体、绿色荧光体以及黄色荧光体的质量和混合比率不同。因此,被波长转换而从各波长转换区域放射的红色光、绿色光和黄色光以及未被波长转换地放射的蓝色光的比率对于每个波长转换区域而不同。因此,作为对从第1波长转换区域P1’放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成而得到的一次光的白色光,作为对从第2波长转换区域P2’放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成而得到的一次光的白色光,作为对从第3波长转换区域P3’放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成而得到的一次光的白色光,以及作为对从第4波长转换区域P4’放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成而得到的一次光的白色光具有相互不同的色温。
也可以与第1实施例同样,使得第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’中分散地保持的荧光体的种类数量相互不同。在这种情况下,从第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’分别放射的一次光的色温也相互不同。
接着,参照图21,对第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’中的荧光体的混合比率的设定方法进行说明。图21是CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的黑体辐射轨迹BL周边的要部放大图。在本实施例中,将第1波长转换区域P1’中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第1LED组D1’和第1波长转换区域P1’构成的第1发光单元U1’放射的一次光具有图21中的色度点T1(约2700K)的色度。此外,将第2波长转换区域P2’中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第2LED组D2’和第2波长转换区域P2’构成的第2发光单元U2’放射的一次光具有图21中的色度点T2(约3400K)的色度。并且,将第3波长转换区域 P3’中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第3LED组D3’和第3波长转换区域P3’构成的第3发光单元U3’放射的一次光具有图21中的色度点T3(约4500K)的色度。此外,将第4波长转换区域P4’中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第4LED组D4’和第4波长转换区域P4’构成的第4发光单元U4’放射的一次光具有图21中的色度点T4(约6500K)的色度。
另外,从第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’各自放射的一次光的色度点在CIE(1931)XYZ表色系中的y值都优选为0.65以下。在y值超过0.65的情况下,各发光单元中的可见光的取出效果变差,作为发光装置整体,不能高效地发光。另一方面,在使用了发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片3的情况下,即使y值超过0.65也不会造成障碍。
通过利用上述方法设定各波长转换区域中的荧光体的混合比率,能够按照第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’的顺序提高从第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’放射的一次光的色温。
在本实施例中,使用了(Sr、Ca)1AlSiN3:Eu作为红色荧光体,使用了Ca3(Sc、Mg)2Si3O12:Ce作为绿色荧光体,使用了Y3Al5O12:Ce作为黄色荧光体。此外,如图22所示,第1波长转换区域P1’中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.24:1:0.05,第2波长转换区域P2’中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.15:1:0.05。并且,第3波长转换区域P3’中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.05:1:0.05,第4波长转换区域P4’中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0:0.9:0.1。
并且,第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’具有不同的膜厚。具体而言,如图22所示,第1波长转换区域P1’的膜厚为110μm,第2波长转换区域P2’的膜厚为80μm,第3波长转换区域P3’的膜厚为45μm,第4波长转换区域P4’的膜厚为30μm。
(发光装置的电路结构)
如上所述,在本实施例的发光装置中,将从第1发光单元U1’、第2发光单元 U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’分别放射的一次光的色温设定为相互不同,从发光装置放射出对从这些发光单元放射的一次光进行合成而得到的合成白色光。因此,在本实施例的发光装置中,通过改变从第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’分别放射的一次光的总光通量(即发光强度或亮度),来调整从发光装置放射的合成白色光的总光通量,根据该合成白色光的总光通量改变合成白色光的色温,放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光。以下,参照图23对与第1实施例不同的电路结构部分即发光部1’和电流提供部15’的结构进行说明。这里,图23是示出本实施例的发光装置11’中的发光部1’和电流提供部15’的电路结构的概略的电路图,省略了与第1实施例相同部分即调光部13、指示部(操作部)14和控制部16的图示。以下,根据第1实施例的附图对调光部13、指示部(操作部)14和控制部16进行说明。
发光部1’具有上述的第1LED组D1’的LED芯片3a’、第2LED组D2’的LED芯片3b’、第3LED组D3’的LED芯片3c’和第4LED组D4’的LED芯片3d’。作为第1LED组D1’和第2LED组D2’的具体结构,极性相同地相互串联连接第1LED组D1’的4个LED芯片3a’,而且也是极性相同地相互串联连接第2LED组D2’的4个LED芯片3b’。同样,作为第3LED组D3’和第4LED组D4’的具体结构,也是极性相同地相互串联连接第3LED组D3’的4个LED芯片3c’,并且极性相同地相互串联连接第4LED组D4’的4个LED芯片3d’。此外,第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’经由后述的开关电路15c’相互并联连接。另外,同一LED组内的LED芯片3的连接方式不限于串联连接,例如也可以是并联连接,即:极性相同地相互并联连接LED芯片3。
电流提供部15’由整流电路15a、电压电流转换电路15b和开关电路15c’构成。整流电路15a和电压电流转换电路15b是与第1实施例相同的结构,因此省略其说明。开关电路15c’由晶体管Q1、Q2、Q3、Q4构成。晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的集电极分别与第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’的最阴极侧端部连接,晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极与电压电流转换电路15b连接,晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极与控制部16连接。
在本实施例的照明***12’中,也是根据调光部13、指示部14和电流提供部15’的结构和连接关系,只需转动操作旋钮14a,即可对提供给LED芯片3的驱动电流的量(供给电流量)进行调整。并且,通过调整对发光部1’的供给电流量,能够从发光装置11’放射出具有期望的总光通量的合成白色光(即调光)。
(发光部的控制)
当发光装置11’的使用者对操作旋钮14a进行操作时,指示部14的主体14b检测操作旋钮14a的位置,将基于检测到的操作旋钮14a的位置的指示信号(表示调光等级的信号)提供给调光部13。在调光部13中,根据从指示部14提供的指示信号,控制从交流电压源VAC提供的交流电压的波形的导通相位角,生成交流的调光电压VDIM(AC)。作为具体的控制方法,调光部13对从交流电压源提供的交流的正弦波形的过零点输入具有任意相位差的触发·脉冲来控制导通相位角。因此,当所提供的指示信号变动时,调光部13与此对应地改变触发·脉冲的相位差来控制导通相位角。
电流提供部15’的整流电路15a将从调光部13提供的交流的调光电压VDIM(AC)转换为直流的调光电压VDIM(DC),并将该直流的调光电压VDIM(DC)提供给电压电流转换电路15b。电压电流转换电路15b将从整流电路15a提供的直流的调光电压VDIM(DC)转换为用于提供给LED芯片3的驱动电流,并将该驱动电流提供给第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’。
控制部16根据从调光部13提供的交流的调光电压VDIM(AC)对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4进行选择性的导通驱动,并且控制施加给晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极的基极电压VS的电压值,控制流过每个LED组的驱动电流。这里,在对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极施加电压值相等的基极电压VS时,流过第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’的驱动电流的量相等。此外,在未对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极施加基极电压VS的情况下不对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4进行导通驱动,因此,即使从电压电流转换电路15b将驱动电流提供给第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’,在第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’中也不流过驱动电流,LED芯片3不发光。在本实施例中,当从未施加基极电压VS的状态使基极电压VS逐渐上升时,按照晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的顺序对晶体管进行导通驱动。
本实施例的控制部16的详细控制方法如下。另外,在控制部16的存储器16b中,与调光部13中控制的导通相位角对应地记录有施加给晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极的基极电压的电压值数据。控制部16的相位角检测器16a根据从调光部13提供的交流的调光电压VDIM(AC)检测在调光部13中进行控制后的导通相位角。具体而言,相位角检测器16a根据调光电压VDIM(AC)的电压波形(控制信号)检测导通相位角。相位角检测器16a将表示检测到的导通相位角的数据信号提供给选择电路16c。选择电路16c对存储器16b中存储的与晶体管Q1、Q2、Q3、Q4有关的电压值数据、和表示所提供的导通相位角的数据信号进行对照,以便根据所提供的导通相位角决定施加给晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极的基极电压的电压值。并且,选择电路16c将具有通过该对照而决定的电压值的基极电压施加到晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极。由此,对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4中的至少一个进行导通驱动,并且根据施加到晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极的基极电压的电压值控制提供给第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’的驱动电流的大小,从第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’中的至少一个放射出具有与调光等级对应的总光通量和与各波长转换区域对应的色温的合成白色光。
接着,参照图24和图25,说明为了从发光装置11’放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光,以怎样的方式对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极施加基极电压,并如何控制提供给第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’的驱动电流的大小。图24是示出调光部13的调光等级和从发光装置11’放射的合成白色光的发光强度之间的关系的曲线图。图25是示出从发光装置11’放射的合成白色光的总光通量(单位:流明(lm))与色温(单位:开氏温标(K))之间的关系的曲线图。
首先,当对操作旋钮14a进行操作,以从发光装置11’放射出最暗的合成白色光的方式开始LED组的点亮时,仅对晶体管Q1进行导通驱动,仅从第1发光单元U1’放射一次光。即,此时从发光装置放射的合成白色光仅由从第1发光单元U1’放射的一次光构成。在图24和图25中,用点A表示上述第1LED组D1’的点亮开始。
当进一步对操作旋钮14a进行操作,以放射出更亮的合成白色光的方式进行调光(即,降低调光等级)时,提供给第1LED组D1’的驱动电流增加,从第1发光单元U1’放射的一次光的总光通量增加。该总光通量的增加对应于图24的曲线图上的曲线24A部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第1发光单元U1’放射的一次光的色温成为大约2700K,因此,在仅从第1发光单元U1’放射一次光的情况下,从发光装置11’放射的合成白色光的色温维持大约2700K。在维持上述色温的同时增加总光通量的情况对应于图25的实线25A。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16控制施加给晶体管Q1的基极的电压值,使得流过第1LED组D1’中的驱动电流不增加,从而从第1发光单元U1’放射的一次光的总光通量不再增加。将这样的总光通量不增加的状态定义为第1发光单元U1’的全亮状态。这样的总光通量不增加的状态对应于图24的曲线图上的直线24B部分。像这样不增加总光通量的原因是为了防止过剩的驱动电流对LED芯片3产生热影响。
当从上述那样抑制了合成白色光的总光通量的增加的状态起进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,也对晶体管Q2进行导通驱动从而第2LED组D2’开始点亮,也从第2发光单元U2’放射出一次光。此时,控制部16以维持第1发光单元U1’的全亮状态的方式对晶体管Q1的基极施加基极电压。在图24和图25中,用点B表示该状态。
当从第2LED组D2’的点亮开始进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,以维持第1发光单元U1’的全亮状态,并且使得从第2发光单元U2’放射的一次光的总光通量增加的方式,对晶体管Q1、Q2的基极施加基极电压。该总光通量的增加对应于图24的曲线图上的曲线24C部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第2发光单元U2’放射的一次光的色温成为大约3400K,因此,当从第2发光单元U2’放射的一次光的总光通量增加时,从发光装置11’放射的合成白色光的色温以接近3400K的方式增加。用图25的实线25B表示该色温的增加。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16不仅不增加流过第1LED组D1’的驱动电流,而且以不增加流过第2LED组D2’的驱动电流的方式,控制施加给晶体管Q2的基极的基极电压的电压值,从而从第2发光单元U2’放射的一次光的总光通量不再增加。即,第2发光单元U2’也成为全亮状态。这样的第1发光单元U1’和第2发光单元U2’的全亮状态对应于图24的曲线图上的直线24D部分。并且,当第2发光单元U2’成为全亮状态时,从发光装置11’放射的合成白色光的色温大约为3200K。
当从因第2发光单元U2’成为全亮状态而抑制了合成白色光的总光通量的增加的 状态起进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,也对晶体管Q3进行导通驱动从而第3LED组D3’开始点亮,也从第3发光单元U3’放射出一次光。此时,控制部16以维持第1发光单元U1’和第2发光单元U2’的全亮状态的方式,对晶体管Q1、Q2的基极施加基极电压。在图24和图25中,用点C表示该状态。
当从第3LED组D3’的点亮开始进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,以维持第1发光单元U1’和第2发光单元U2’的全亮状态,并且使得从第3发光单元U3’放射的一次光的总光通量增加的方式,对晶体管Q1、Q2、Q3的基极施加基极电压。该总光通量的增加对应于图24的曲线图上的曲线24E部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第3发光单元U3’放射的一次光的色温成为大约4500K,因此,当从第3发光单元U3’放射的一次光的总光通量增加时,从发光装置11’放射的合成白色光的色温以接近4500K的方式增加。用图25的实线25C表示该色温的增加。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16不仅不增加流过第1LED组D1’和第2LED组D2’的驱动电流,而且以不增加流过第3LED组D3’的驱动电流的方式,控制施加给晶体管Q3的基极的基极电压的电压值,从而从第3发光单元U3’放射的一次光的总光通量不再增加。即,第3发光单元U3’也成为全亮状态。这样的第1发光单元U1’、第2发光单元U2’和第3发光单元U3’的全亮状态对应于图24的曲线图上的直线24F部分。并且,当第3发光单元U3’成为全亮状态时,从发光装置11’放射的合成白色光的色温为约4300K。
当从因第3发光单元U3’成为全亮状态而抑制了合成白色光的总光通量的增加的状态起进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,也对晶体管Q4进行导通驱动从而第4LED组D4’开始点亮,也从第4发光单元U4’放射出一次光。此时,控制部16以维持第1发光单元U1’、第2发光单元U2’和第3发光单元U3’的全亮状态的方式,对晶体管Q1、Q2、Q3的基极施加基极电压。在图24和图25中,用点D表示该状态。
当从第4LED组D4’的点亮开始进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,以维持第1发光单元U1’、第2发光单元U2’和第3发光单元U3’的全亮状态,并且使得从第4发光单元U4’放射的一次光的总光通量增加的方式,对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极施加基极电压。该总光通量的增加对应于图24的曲线图上 的曲线24G部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第4发光单元U4’放射的一次光的色温成为大约6500K,因此,当从第4发光单元U4’放射的一次光的总光通量增加时,从发光装置11’放射的合成白色光的色温以接近6500K的方式增加。用图25的实线25D表示该色温的增加。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16不仅不增加流过第1LED组D1’、第2LED组D2’和第3LED组D3’的驱动电流,而且以不增加流过第4LED组D4’的驱动电流的方式,控制施加给晶体管Q4的基极的基极电压的电压值,从而从第4发光单元U4’放射的一次光的总光通量不再增加。即,第4发光单元U4’也成为全亮状态。这样的第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’的全亮状态对应于图24的曲线图上的直线24H部分。另外,在第1发光单元U1’、第2发光单元U2’、第3发光单元U3’和第4发光单元U4’的全亮状态下,从发光装置11’放射的合成白色光的色温虽然没有达到6500K,但是达到了大约5500K(图24和图25中的点E)。
在上述那样的控制中,根据调光等级对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4进行独立的导通驱动,因此,能够根据调光等级独立地控制LED芯片3a’的发光开始的定时、LED芯片3b’的发光开始的定时、LED芯片3c’的发光开始的定时和LED芯片3d’的发光开始的定时。即,在本实施例的发光装置11’中,能够根据调光等级控制第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’的点亮开始的定时。换言之,在本实施例的发光装置11’中,电流供给开始的定时对于每个LED组不同,关于该电流供给开始的定时,根据调光等级,按照每个LED组设定为电流供给开始调光等级,依照从指示部14提供的指示信号(表示调光等级的信号)与该电流供给开始调光等级之间的关系,选择待点亮的LED组。
此外,当第1LED组D1’开始点亮且第1发光单元U1’成为全亮状态时,第2LED组D2’开始点亮,在从第2发光单元U2’放射的一次光的总光通量增加的期间,维持第1发光单元U1’的全亮状态。因此,从第2LED组D2’的点亮开始后,合成白色光的色温也与从发光装置11’放射的合成白色光的总光通量的增加相应地增加。同样,第3LED组D3’开始点亮,在从第3发光单元U3’放射的一次光的总光通量增加的期间,维持第1发光单元U1’和第2发光单元U2’的全亮状态,进而第4LED组D4’开始点亮,在从第4发光单元U4’放射的一次光的总光通量增加的期间,维持第1发光 单元U1’、第2发光单元U2’和第3发光单元U3’的全亮状态。即,随着提供给多个LED组的电流的总量上升,使各LED组依次点亮。因此,在第3LED组D3’的点亮开始后、以及第4LED组D4’的点亮开始后,合成白色光的色温也与从发光装置11’放射的合成白色光的总光通量的增加对应地增加。一般而言,在总光通量低的情况下优选色温低的白色光(即,从灯丝式灯泡放射的光),在总光通量高的情况下优选色温高的白色光(即,从荧光灯放射的光),因此,在本实施例的发光装置11’和照明***12’中,随着合成白色光的总光通量的增加,同时也控制色温,从而能够放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光。
图26~图29记载了本实施例的发光装置中的光线跟踪仿真的结果。图26示出了在仅第1LED组D1’点亮的模式(第1点亮模式)、第1LED组D1’和第2LED组D2’点亮的模式(第2点亮模式)、第1LED组D1’、第2LED组D2’和第3LED组D3’点亮的模式(第3点亮模式)、以及第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’点亮的模式(第4点亮模式)中,从发光装置11’放射的合成白色光的相关色温、CIE1931中的Cx和Cy值、平均显色评价数以及总光通量的仿真结果。图27是示出在第1点亮模式、第2点亮模式、第3点亮模式和第4点亮模式中,从发光装置11’放射的合成白色光的光谱辐射通量的曲线图。图28是示出在第1点亮模式、第2点亮模式、第3点亮模式和第4点亮模式中,设图26所示的相关色温的仿真结果为横轴、总光通量的仿真结果为第1纵轴、平均显色评价数为第2纵轴时,总光通量相对于相关色温的变化和平均显色评价数相对于相关色温的变化的曲线图。图29是在CIE1931的色温坐标上示出了在第1点亮模式、第2点亮模式、第3点亮模式和第4点亮模式中,从本实施例的发光装置11’放射的合成白色光的Cx、Cy值的仿真结果的曲线图。
(LED组和波长转换区域的模式形状的变形例)
在上述实施例中,荧光部件5’被划分为4个正方形的波长转换区域(即第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’),但不限于此。例如,也可以如图30所示那样将荧光部件5’划分为第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’。
如图30所示,将荧光部件5’划分为长方形的第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’,且第1波长转换区域 P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’并列地设置。此外,第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’各自在图30中的平面状的面积相等,并具有相同的平面形状。此外,虽然未图示标号,但第1LED组D1’、第2LED组D2’、第3LED组D3’和第4LED组D4’也是并列地设置的,第1LED组D1’与第1波长转换区域P1’相对,第2LED组D2’与第2波长转换区域P2’相对,第3LED组D3’与第3波长转换区域P3’相对,第4LED组D4’与第4波长转换区域P4’相对。
配置在第1LED组D1’内的4个LED芯片3a’、和配置在第2LED组D2’内的4个LED芯片3b’可以串联连接或者并联连接。同样,配置在第3LED组D3’内的4个LED芯片3c’、和配置在第4LED组D4’内的4个LED芯片3d’可以串联连接或者并联连接。
(本实施例的效果)
本实施例的发光装置11’和照明***12’与第1实施例的发光装置11和照明***12相比,虽然LED组和波长转换区域的数量不同,但是基本的构造相同,因此在本实施例的发光装置11’、照明***12’和照明方法中也能够得到与第1实施例相同的效果。此外,本实施例的发光装置11’和照明***12’与第1实施例的发光装置11和照明***12相比,LED组和波长转换区域的数量更多,因此能够针对合成白色光的亮度变化,更高精度地控制色温。
<第3实施例>
在上述第1实施例中,利用放射出色温相互不同的一次光的第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2来构成荧光部件5。即,从荧光部件5放射出色温不同的2种一次光。但是,只要不脱离本发明的主旨,即可进行各种变更或置换。因此,以下,作为本发明的第3实施例,说明使用了具备与第1实施例的荧光部件5的结构不同的结构的荧光部件5”构成的发光部1”、发光装置11”和照明***12”的一例。另外,关于与第1实施例同样的部件和结构部分,标注同一标号并省略其说明。
(发光部的结构)
图31是示出本实施例的发光装置11”中的发光部1”的整体结构的概略的立体图,图32是图31的发光部1”的俯视图。另外,在图31和图32中,将发光部1”的一个方向定义为X方向,与该一个方向垂直的方向定义为Y方向,发光部1”的高度方向 定义为Z方向。如图31所示,发光部1”具备XY平面内的形状为正方形的布线基板2。在布线基板2的芯片安装面2a上,以在布线基板2的X方向上等间隔地排列6个、在Y方向上等间隔地排列6个的方式,排列了合计36个LED芯片3。另外,发光部1”、布线基板2和LED芯片3的基本构造与第1实施例的LED芯片3相同,因此省略其说明。此外,如图31所示,以与布线基板2的安装有LED芯片3的芯片安装面2a相对的方式,配设有玻璃制板状的、XY平面内的形状为正方形的透光基板4。
荧光部件5”被划分为第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”这5个波长转换区域。具体而言,正方形的第1波长转换区域P1”和第2波长转换区域P2”被配置于荧光部件5”的两个角部,长方形的第3波长转换区域P3”和第4波长转换区域P4”被配置成从荧光部件5”的端部朝向第1波长转换区域P1”或第2波长转换区域P2”并且在X方向上延伸,长方形的第5波长转换区域P5”以被第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”和第4波长转换区域P4”夹着并且在X方向上延伸的方式配置。此外,在XY平面中,第1波长转换区域P1”和第2波长转换区域P2”具有相同的平面形状和面积,第3波长转换区域P3”和第4波长转换区域P4”具有相同的平面形状和面积。
与荧光部件5”的这样的划分对应地,如图31和图32所示,安装在布线基板2上的各LED芯片3也与第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”的各位置对应地划分为各LED组。即,如图32所示,在俯视发光部1”的情况下,与第1波长转换区域P1”和第2波长转换区域P2”对应地分别各配置4个LED芯片3,与第3波长转换区域P3”和第4波长转换区域P4”对应地分别各配置8个LED芯片,与3第5波长转换区域P5”对应地分别配置16个LED芯片3。这里,“对应”的含义与第1实施例相同。
以下,在按照这些波长转换区域的每一个进行区分来称呼LED芯片3时,与第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”对应地,在标号的末尾分别加上a”、b”、c”、d”或e”。由此,处于与第1波长转换区域P1”对应的位置的4个LED芯片3a”构成第1LED组D1”,处于与第2波长转换区域P2”对应的位置的4个LED芯片3b”构成第2LED组D2”,处于与第3波长转换区域P3”对应的位置的8个LED芯片3c”构成第3LED 组D3”,处于与第4波长转换区域P4”对应的位置的8个LED芯片3d”构成第4LED组D4”,处于与第5波长转换区域P5”对应的位置的16个LED芯片3e”构成第5LED组D5”。
因此,在本实施例中,第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”及第5波长转换区域P5”各自与和其对应的第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”及第5LED组D5”的组合分别相当于本发明的各发光单元。即,第1LED组D1”和第1波长转换区域P1”构成第1发光单元U1”,第2LED组D2”和第2波长转换区域P2”构成第2发光单元U2”,第3LED组D3”和第3波长转换区域P3”构成第3发光单元U3”,第4LED组D4”和第4波长转换区域P4”构成第4发光单元U4”,第5LED组D5”和第5波长转换区域P5”构成第5发光单元U5”。合并了这5个发光单元后的发光部1”相当于本发明的发光单元组。在本实施例中,第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”被设置为一体并且构成了作为发光单元组的发光部1”。另外,以下将第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”各自放射的光称作一次光,将对第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”各自放射的一次光进行合成而从发光部1”放射的光称作合成白色光。
(荧光部件)
如上所述,荧光部件5”与第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”对应地划分为第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”这5个区域。第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”分散地保持着对从LED芯片3放射的光进行波长转换而进行放射的各种荧光体。与第1实施例同样,作为各种荧光体,使用了如下荧光体:对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射红色光的红色荧光体、对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射绿色光的绿色荧光体、和对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射黄色光的黄色荧光体。并且,还可以使用对LED芯片3发出的蓝色光进行波长转换而放射橙色光的橙色荧光体。并且, 与第1实施例同样,荧光部件5”不需要完全分散地保持上述红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,只要能够从荧光部件5”放射出期望的一次光,则可以从上述荧光体中选择1种或2种以上的荧光体。例如,荧光部件5”可以分散地保持红色荧光体和绿色荧光体,而不分散地保持黄色荧光体。各荧光体的其他具体的组成和构造等与第1实施例相同。
此外,在第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”中,红色荧光体、绿色荧光体以及黄色荧光体的质量和混合比率不同。因此,被波长转换而从各波长转换区域放射的红色光、绿色光和黄色光以及未被波长转换地放射的蓝色光的比率对于每个波长转换区域而不同。因此,作为对从第1波长转换区域P1”放射的红色光、绿色光、黄色光、和蓝色光进行合成而得到的一次光的白色光,作为对从第2波长转换区域P2”放射的红色光、绿色光、黄色光、和蓝色光进行合成而得到的一次光的白色光,作为对从第3波长转换区域P3”放射的红色光、绿色光、黄色光、和蓝色光进行合成而得到的一次光的白色光,作为对从第4波长转换区域P4”放射的红色光、绿色光、黄色光、和蓝色光进行合成而得到的一次光的白色光,以及作为对从第5波长转换区域P5”放射的红色光、绿色光、黄色光、和蓝色光进行合成而得到的一次光的白色光具有相互不同的色温。
也可以与第1实施例同样,使得第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”中分散地保持的荧光体的种类数量相互不同。在这种情况下,从第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”分别放射的一次光的色温也相互不同。
接着,参照图33,对第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”中的荧光体的混合比率的设定方法进行说明。图33是CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的黑体辐射轨迹BL周边的要部放大图。在本实施例中,将第1波长转换区域P1”中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第1LED组D1”和第1波长转换区域P1”构成的第1发光单元U1”放射的一次光具有图33中的色度点T1(约2050K)的色度。此外,将第2波长转换区域P2”中的红色荧光体、绿色荧光体和黄 色荧光体的混合比率设定为,使得从由第2LED组D2”和第2波长转换区域P2”构成的第2发光单元U2”放射的一次光具有图33中的色度点T2(约2300K)的色度。并且,将第3波长转换区域P3”中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第3LED组D3”和第3波长转换区域P3”构成的第3发光单元U3”放射的一次光具有图33中的色度点T3(约2550K)的色度。并且,将第4波长转换区域P4”中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第4LED组D4”和第4波长转换区域P4”构成的第4发光单元U4”放射的一次光具有图33中的色度点T4(约2800K)的色度。并且,将第5波长转换区域P5”中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率设定为,使得从由第5LED组D5”和第5波长转换区域P5”构成的第5发光单元U5”放射的一次光具有图33中的色度点T5(约3100K)的色度。
另外,从第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”分别放射的一次光的色度点在CIE(1931)XYZ表色系中的y值都优选为0.65以下。在y值超过0.65的情况下,各发光单元中的可见光的取出效果变差,作为发光装置整体,不能高效地发光。另一方面,在使用了发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片3的情况下,即使y值超过0.65也不会造成障碍。
通过利用上述方法设定各波长转换区域中的荧光体的混合比率,能够按照第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”的顺序提高从第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”放射的一次光的色温。
在本实施例中,使用了(Sr、Ca)1AlSiN3:Eu作为红色荧光体,使用了Ca3(Sc、Mg)2Si3O12:Ce作为绿色荧光体,使用了Y3Al5O12:Ce作为黄色荧光体。此外,如图34所示,第1波长转换区域P1”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.35:1:0.05,第2波长转换区域P2”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.30:1:0.05。并且,第3波长转换区域P3”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.20:1:0.05,第4波长转换区域P4”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.175:1.0:0.05,第5波长转换区域P5”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.150:1.0:0.05。
并且,第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”具有不同的膜厚。具体而言,如图34所示,第1波长转换区域P1”的膜厚为140μm,第2波长转换区域P2”的膜厚为120μm,第3波长转换区域P3”的膜厚为110μm,第4波长转换区域P4”的膜厚为95μm,第5波长转换区域P5”的膜厚为80μm。
(发光装置的电路结构)
如上所述,在本实施例的发光装置中,将从第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”分别放射的一次光的色温设定为相互不同,从发光装置放射出对从这些发光单元放射的一次光进行合成而得到的合成白色光。因此,在本实施例的发光装置中,通过改变从第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”分别放射的一次光的总光通量(即发光强度或亮度),来调整从发光装置放射的合成白色光的总光通量,根据该合成白色光的总光通量改变合成白色光的色温,放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光。以下,参照图35对与第1实施例不同的电路结构部分即发光部1”和电流提供部15”的结构进行说明。这里,图35是示出本实施例的发光装置11”中的发光部1”和电流提供部15”的电路结构的概略的电路图,省略了与第1实施例相同部分即调光部13、指示部(操作部)14和控制部16的图示。以下,根据第1实施例的附图对调光部13、指示部(操作部)14和控制部16进行说明。
发光部1”具有上述的第1LED组D1”的LED芯片3a”、第2LED组D2”的LED芯片3b”、第3LED组D3”的LED芯片3c”、第4LED组D4”的LED芯片3d”和第5LED组D5”的LED芯片3e”。作为第1LED组D1”和第2LED组D2”的具体结构,极性相同地相互串联连接第1LED组D1”的4个LED芯片3a”,而且也是极性相同地相互串联连接第2LED组D2”的4个LED芯片3b”。同样,作为第3LED组D3”和第4LED组D4”的具体结构,也是极性相同地相互串联连接第3LED组D3”的8个LED芯片3c”,而且极性相同地相互串联连接第4LED组D4”的8个LED芯片3d”。此外,作为第5LED组D5”的具体结构,也是极性相同地相互串联连接第5LED组D5”的16个LED芯片3e”。此外,第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组”、第4LED组D4”和第5LED组D5”经由后述的开关电路15c”相互并联连接。另外,同一LED组内的LED芯片3的连接方式不限于串联连接,例如也可以是并联连接,即:极性相同地相互并联连接LED芯片3。
电流提供部15”由整流电路15a、电压电流转换电路15b和开关电路15c”构成。整流电路15a和电压电流转换电路15b是与第1实施例相同的结构,因此省略其说明。开关电路15c”由晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5构成。晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的集电极分别与第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”的最阴极侧端部连接,晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的发射极与电压电流转换电路15b连接,晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的基极与控制部16连接。
在本实施例的照明***12”中,也是根据调光部13、指示部14和电流提供部15”的结构和连接关系,只需转动操作旋钮14a,即可对提供给LED芯片3的驱动电流的量(供给电流量)进行调整。并且,通过调整对发光部1”的供给电流量,能够从发光装置11”放射出具有期望的总光通量的合成白色光(即调光)。
(发光部的控制)
当发光装置11”的使用者对操作旋钮14a进行操作时,指示部14的主体14b检测操作旋钮14a的位置,将基于检测到的操作旋钮14a的位置的指示信号(表示调光等级的信号)提供给调光部13。在调光部13中,根据从指示部14提供的指示信号,控制从交流电压源VAC提供的交流电压的波形的导通相位角,生成交流的调光电压VDIM(AC)。作为具体的控制方法,调光部13对从交流电压源提供的交流的正弦波形的过零点输入具有任意相位差的触发·脉冲来控制导通相位角。因此,当所提供的指示信号变动时,调光部13与此对应地改变触发·脉冲的相位差来控制导通相位角。
电流提供部15”的整流电路15a将从调光部13提供的交流的调光电压VDIM(AC)转换为直流的调光电压VDIM(DC),并将该直流的调光电压VDIM(DC)提供给电压电流转换电路15b。电压电流转换电路15b将从整流电路15a提供的直流的调光电压VDIM(DC)转换为用于提供给LED芯片3的驱动电流,并将该驱动电流提供给第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”。
控制部16根据从调光部13提供的交流的调光电压VDIM(AC)对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5进行选择性的导通驱动,并且控制施加给晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、 Q5的基极的基极电压VS的电压值,控制流过每个LED组的驱动电流。这里,当对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的基极施加电压值相等的基极电压VS时,流过第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”的驱动电流的量大致相等。此外,在未对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的基极施加基极电压VS的情况下不对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5进行导通驱动,因此,即使从电压电流转换电路15b将驱动电流提供给第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”,在第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”中也不流过驱动电流,LED芯片3不发光。
本实施例的控制部16的详细控制方法如下。另外,在控制部16的存储器16b中,与调光部13中控制的导通相位角对应地记录有施加给晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的基极的基极电压的电压值数据。控制部16的相位角检测器16a根据从调光部13提供的交流的调光电压VDIM(AC)检测在调光部13中进行控制后的导通相位角。具体而言,相位角检测器16a根据调光电压VDIM(AC)的电压波形(控制信号)检测导通相位角。相位角检测器16a将表示检测到的导通相位角的数据信号提供给选择电路16c。选择电路16c对存储器16b中存储的与晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5有关的电压值数据、和表示所提供的导通相位角的数据信号进行对照,以便根据所提供的导通相位角决定施加给晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的基极的基极电压的电压值。并且,选择电路16c将具有通过该对照而决定的电压值的基极电压施加到晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的基极。由此,对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5中的至少一个进行导通驱动,并且根据施加到晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的基极的基极电压的电压值控制提供给第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”的驱动电流的大小,从第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”中的至少一个,放射出具有与调光等级对应的总光通量和与各波长转换区域对应的色温的合成白色光。在本实施例中,当从未施加基极电压VS的状态使基极电压VS逐渐上升时,按照晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的顺序对晶体管进行导通驱动。
接着,参照图36和图37,说明为了从发光装置11”放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光,以怎样的方式对晶体管Q1、Q2、Q3、 Q4、Q5的基极施加基极电压,并如何控制提供给第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”的驱动电流的大小。图36是示出调光部13的调光等级和从发光装置11”放射的合成白色光的发光强度之间的关系的曲线图。图37是示出从发光装置11”放射的合成白色光的总光通量(单位:流明(lm))与色温(单位:开氏温标(K))之间的关系的曲线图。
首先,当对操作旋钮14a进行操作,以从发光装置11”放射出最暗的合成白色光的方式开始LED组的点亮时,仅对晶体管Q1进行导通驱动,仅从第1发光单元U1”放射一次光。即,此时从发光装置放射的合成白色光仅由从第1发光单元U1”放射的一次光构成。在图36和图37中,用点A表示该第1LED组D1”的点亮开始。
当进一步对操作旋钮14a进行操作,以放射出更亮的合成白色光的方式进行调光(即,降低调光等级)时,提供给第1LED组D1”的驱动电流增加,从第1发光单元U1”放射的一次光的总光通量增加。该总光通量的增加对应于图36的曲线图上的曲线36A部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第1发光单元U1”放射的一次光的色温成为大约2050K,因此,在仅从第1发光单元U1”放射一次光的情况下,从发光装置11”放射的合成白色光的色温维持大约2050K。维持该色温的同时增加总光通量的情况对应于图37的实线37A。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16以不增加流过第1LED组D1”的驱动电流的方式,控制施加给晶体管Q1的基极的电压值,从而从第1发光单元U1”放射的一次光的总光通量不再增加。将这样的总光通量不增加的状态定义为第1发光单元U1”的全亮状态。这样的总光通量不增加的状态对应于图36的曲线图上的直线36B部分。像这样不增加总光通量的原因是为了防止过剩的驱动电流对LED芯片3产生热影响。
当从上述那样抑制了合成白色光的总光通量的增加的状态起进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,也对晶体管Q2进行导通驱动从而第2LED组D2”开始点亮,也从第2发光单元U2”放射出一次光。此时,控制部16以维持第1发光单元U1”的全亮状态的方式,对晶体管Q1的基极施加基极电压。在图36和图37中,用点B表示该状态。
当从第2LED组D2”的点亮开始进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,以维持第1发光单元U1”的全亮状态,并且使得从第2发光单元U2”放射的一次光的总光通量增加的方式,对晶体管Q1、Q2的基极施加基极电压。该总光通量的增加对应于图36的曲线图上的曲线36C部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第2发光单元U2”放射的一次光的色温成为大约2300K,因此,当从第2发光单元U2”放射的一次光的总光通量增加时,从发光装置11”放射的合成白色光的色温以接近2300K的方式增加。用图37的实线37B表示该色温的增加。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16不仅不增加流过第1LED组D1”的驱动电流,而且以不增加流过第2LED组D2”的驱动电流的方式,控制施加给晶体管Q2的基极的基极电压的电压值,从而从第2发光单元U2”放射的一次光的总光通量不再增加。即,第2发光单元U2”也成为全亮状态。这样的第1发光单元U1”和第2发光单元U2”的全亮状态对应于图36的曲线图上的直线36D部分。并且,当第2发光单元U2”成为全亮状态时,从发光装置11”放射的合成白色光的色温大约为2200K。
当从因第2发光单元U2”成为全亮状态而抑制了合成白色光的总光通量的增加的状态起进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,也对晶体管Q3进行导通驱动从而第3LED组D3”开始点亮,也从第3发光单元U3”放射出一次光。此时,控制部16以维持第1发光单元U1”和第2发光单元U2”的全亮状态的方式,对晶体管Q1、Q2的基极施加基极电压。在图36和图37中,用点C表示该状态。
当从第3LED组D3”的点亮开始进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,以维持第1发光单元U1”和第2发光单元U2”的全亮状态,并且使得从第3发光单元U3”放射的一次光的总光通量增加的方式,对晶体管Q1、Q2、Q3的基极施加基极电压。该总光通量的增加对应于图36的曲线图上的曲线36E部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第3发光单元U3”放射的一次光的色温成为大约2550K,因此,当从第3发光单元U3”放射的一次光的总光通量增加时,从发光装置11”放射的合成白色光的色温以接近2550K的方式增加。用图37的实线37C表示该色温的增加。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16不仅不增加流过第1LED组D1”和第2LED组D2”的驱动电流,而且以不增加流过第3LED组D3”的驱动电流的方式,控制施加给晶体管Q3的基极的基极电压的电压值,从而从第3发光单元U3”放射的一次光的总光通量不再增加。即,第3发光单元U3”也成为全亮状态。这样的第1发光单元U1”、第2发光单元U2”和第3发光单元U3”的全亮状态对应于图36的曲线图上的直线36F部分。并且,当第3发光单元U3”成为全亮状态时,从发光装置11”放射的合成白色光的色温大约为2470K。
当从因第3发光单元U3”成为全亮状态而抑制了合成白色光的总光通量的增加的状态起进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,也对晶体管Q4进行导通驱动从而第4LED组D4”开始点亮,也从第4发光单元U4”放射出一次光。此时,控制部16以维持第1发光单元U1”、第2发光单元U2”和第3发光单元U3”的全亮状态的方式,对晶体管Q1、Q2、Q3的基极施加基极电压。在图36和图37中,用点D表示该状态。
当从第4LED组D4”的点亮开始进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,以维持第1发光单元U1”、第2发光单元U2”和第3发光单元U3”的全亮状态,并且使得从第4发光单元U4”放射的一次光的总光通量增加的方式,对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极施加基极电压。该总光通量的增加对应于图36的曲线图上的曲线36G部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第4发光单元U4”放射的一次光的色温成为大约2800K,因此,当从第4发光单元U4”放射的一次光的总光通量增加时,从发光装置11”放射的合成白色光的色温以接近2800K的方式增加。用图37的实线37D表示该色温的增加。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16不仅不增加流过第1LED组D1”、第2LED组D2”和第3LED组D3”的驱动电流,而且以不增加流过第4LED组D4”的驱动电流的方式,控制施加给晶体管Q4的基极的基极电压的电压值,从而从第4发光单元U4”放射的一次光的总光通量不再增加。即,第4发光单元U4”也成为全亮状态。这样的第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”和第4发光单元U4”的全亮状态对应于图36的曲线图上的直线36H部分。并且,当第4发光单元U4”成为全亮状态时,从发光装置11”放射的合成白色光的色温大约为2670K。
当从因第4发光单元U4”成为全亮状态而抑制了合成白色光的总光通量的增加的状态起进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,也对晶体管Q5进行导通驱动从而第5LED组D5”开始点亮,也从第5发光单元U5”放射出一次光。此时,控制部16以维持第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”和 第4发光单元U4”的全亮状态的方式,对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的基极施加基极电压。在图36和图37中,用点E表示该状态。
当从第5LED组D5”的点亮开始进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,以维持第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”和第4发光单元U4”的全亮状态,并且使得从第5发光单元U5”放射的一次光的总光通量增加的方式,对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的基极施加基极电压。该总光通量的增加对应于图36的曲线图上的曲线36I部分。此外,调整荧光体的合成比率,使得从第5发光单元U5”放射的一次光的色温成为大约3100K,因此,当从第5发光单元U5”放射的一次光的总光通量增加时,从发光装置11”放射的合成白色光的色温以接近3100K的方式增加。用图37的实线37E表示该色温的增加。
当进一步对操作旋钮14a进行操作而进一步降低调光等级时,控制部16不仅不增加流过第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”和第4LED组D4”的驱动电流,而且以不增加流过第5LED组D5”的驱动电流的方式,控制施加给晶体管Q5的基极的基极电压的电压值,从而从第5发光单元U5”放射的一次光的总光通量不再增加。即,第5发光单元U5”也成为全亮状态。这样的第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”的全亮状态对应于图36的曲线图上的直线36J部分。另外,在第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”、第4发光单元U4”和第5发光单元U5”的全亮状态下,从发光装置11”放射的合成白色光的色温虽然未达到3100K,但是达到了大约2930K(图36和图37中的点E)。
此外,图49记载了第3实施例中的第1波长转换区域的设定为2400K、第2波长转换区域的设定为3100K、第3波长转换区域的设定为3900K、第4波长转换区域的设定为5000K、第5波长转换区域的设定为6500K时的CIE(1931)XYZ表色系的XY色度图中的、发光部的每个发光单元的色度点与控制曲线之间的关系的要部放大图。此外,图50记载了表示在图49的照明***中得到的合成白色光的色温与合成白色光的总光通量之间的关系的曲线图。
在上述那样的控制中,根据调光等级对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5进行独立的导通驱动,因此,能够根据调光等级独立地控制LED芯片3a”的发光开始的定时、LED芯片3b”的发光开始的定时、LED芯片3c”的发光开始的定时、LED芯片3d”的 发光开始的定时和LED芯片3e”的发光开始的定时。即,在本实施例的发光装置11”中,能够根据调光等级来控制第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”的点亮开始的定时。换言之,在本实施例的发光装置11”中,电流供给开始的定时对于每个LED组不同,关于该电流供给开始的定时,根据调光等级,按照每个LED组设定为电流供给开始调光等级,依照从指示部14提供的指示信号(表示调光等级的信号)、与该电流供给开始调光等级之间的关系,选择待点亮的LED组。
此外,当第1LED组D1”开始点亮且第1发光单元U1”成为全亮状态时,第2LED组D2”开始点亮,在从第2发光单元U2”放射的一次光的总光通量增加的期间,维持第1发光单元U1”的全亮状态。因此,从第2LED组D2”的点亮开始后,合成白色光的色温也与从发光装置11”放射的合成白色光的总光通量的增加相应地增加。同样,第3LED组D3”开始点亮,在从第3发光单元U3”放射的一次光的总光通量增加的期间,维持第1发光单元U1”和第2发光单元U2”的全亮状态,进而第4LED组D4”开始点亮,在从第4发光单元U4”放射的一次光的总光通量增加的期间,维持第1发光单元U1”、第2发光单元U2”和第3发光单元U3”的全亮状态。因此,从第3LED组D3”的点亮开始后、以及第4LED组D4”的点亮开始后,合成白色光的色温也与从发光装置11”放射的合成白色光的总光通量的增加相应地增加。进而,第5LED组D5”开始点亮,在从第5发光单元U5”放射的一次光的总光通量增加的期间,维持第1发光单元U1”、第2发光单元U2”、第3发光单元U3”和第4发光单元U4”的全亮状态。即,随着提供给多个LED组的电流的总量上升,依次点亮各LED组。因此,从第5LED组D5”的点亮开始后,合成白色光的色温也与从发光装置11”放射的合成白色光的总光通量的增加相应地增加。一般而言,在总光通量低的情况下优选色温低的白色光(即,从灯丝式灯泡放射的光),在总光通量高的情况下优选色温高的白色光(即,从荧光灯放射的光),因此在本发明的发光装置11”和照明***12”中,随着合成白色光的总光通量的增加,也同时控制色温,从而能够放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光。
图38~图41记载了本实施例的发光装置中的光线跟踪仿真的结果。图38示出了在仅第1LED组D1”点亮的模式(第1点亮模式)、第1LED组D1”和第2LED组D2”点亮的模式(第2点亮模式)、第1LED组D1”、第2LED组D2”和第3LED组 D3”点亮的模式(第3点亮模式)、第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”和第4LED组D4”点亮的模式(第4点亮模式)、以及第1LED组D1”、第2LED组D2”、第3LED组D3”、第4LED组D4”和第5LED组D5”点亮的模式(第5点亮模式)中,从发光装置11”放射的合成白色光的相关色温、CIE1931中的Cx和Cy值、平均显色评价数以及总光通量的仿真结果。图39是示出在第1点亮模式、第2点亮模式、第3点亮模式、第4点亮模式和第5点亮模式中,从发光装置11”放射的合成白色光的光谱辐射通量的曲线图。图40是示出了在第1点亮模式、第2点亮模式、第3点亮模式、第4点亮模式和第5点亮模式中,设图38所示的相关色温的仿真结果为横轴、总光通量的仿真结果为第1纵轴、平均显色评价数为第2纵轴时,总光通量相对于相关色温的变化和平均显色评价数相对于相关色温的变化的曲线图。图41是在CIE1931的色温坐标上示出了在第1点亮模式、第2点亮模式、第3点亮模式、第4点亮模式和第5点亮模式中,从本实施例的发光装置11”放射的合成白色光的Cx、Cy值的仿真结果的曲线图。
(LED组和波长转换区域的模式形状的变形例)
在上述实施例中,在荧光部件5”中,各波长转换区域各设置了1个,但不限于此。例如,也可以如图42所示那样,将荧光部件5”划分为第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3’、第4波长转换区域P4’和第5波长转换区域P5”。
如图42所示,可以将荧光部件5”划分为正方形的4个第1波长转换区域P1”、L字状的4个第2波长转换区域P2”、长方形的2个第3波长转换区域P3”、2个第4波长转换区域P4”和1个第5波长转换区域P5”。此外,第1波长转换区域P1”位于荧光部件5”的4个角,第2波长转换区域P2”位于第1波长转换区域P1”的周围。并且,第3波长转换区域P3”的位置是以填充第2波长转换区域P2”彼此在Y方向上的间隙的方式设置的,第4波长转换区域P4”的位置是以填充第2波长转换区域P2”彼此在X方向上的间隙的方式设置的。并且,第5波长转换区域P5”位于荧光部件5”的中央部,被第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”和第4波长转换区域P4”包围。通过如上所述地配置第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”,使得荧光部件5”关于X方向上的中心軸和Y方向上的中心軸对称。
此外,虽然未图示标号,但与上述实施例同样,与各波长转换区域对应的各LED组被设置成与各波长转换区域相对。并且,与第1波长转换区域P1”相对的第1LED组D1”分别具备1个LED芯片3a”,与第2波长转换区域P2”相对的第2LED组D2”分别具备3个LED芯片3b”,与第3波长转换区域P3”相对的第3LED组D3”分别具备2个LED芯片3c”,与第4波长转换区域P4”相对的第4LED组D4”分别具备2个LED芯片3d”,与第5波长转换区域P5”相对的第5LED组D5”分别具备6个LED芯片3e”。
与上述实施例同样,各LED组内的LED芯片3彼此可以串联连接或者并联连接。
此外,在文献Kruithof AA:Tubular Luminescence Lamps for General Illumination,Philips Technical Review,6,pp.65-96(1941)中,记载了在使合成白色光的色温变化时让人感觉舒适的照度。根据该文献(以下称作Kruithof文献)的记载,为了在维持舒适性的同时改变合成白色光的色温,当根据目标相关色温T改变目标光通量Φ时,只要控制发光单元的发光,以产生使得下述不等式(1)成立的常数A0即可。
-80743·(1000/T)5+164973·(1000/T)4-135260·(1000/T)3+57994·(1000/T)2-13995·(1000/T)+1632.9<Φ/A0<exp{-342.11·(1000/T)3+450.43·(1000/T)2-212.19×(1000/T)+39.47}···(1)
在上述第1实施例~第3实施例中,与发光部1、发光部1’、和发光部1”正对并且处于距离R的位置处的照射面中的照度为Φ/(π·R2)。这里,将该发光装置的配光分布设为朗伯方式(lambertian)。在设置了N个这样的发光装置的情况下,在上述不等式(1)中,通过使A0=π·R2/N,能够计算出与目标相关色温T对应的恰当的目标光通量。因此,当存在使得发光装置放射的照明光的总光通量与色温之间的关系始终满足上述不等式(1)的常数A0的情况下,如果恰当地设定上述R和N,则无论在怎样的照度下都能够实现让人感觉舒适的色温。
在进行了上述第1实施例~第3实施例的发光控制的情况下,通过设定使得从发光装置放射的照明光的总光通量与色温之间的关系满足上述(1)的A0所对应的R和N,基于Kruithof文献的记载,无论在怎样的调光等级下都能够根据照度实现具有让人感觉舒适的色温的照明。例如,针对第2实施例的发光装置,通过设R为2m、N=70,能够使得照度(总光通量)与色温沿着图43(a)中实线所示的关系变化。另外,基于Kruithof文献的记载,图43(a)中被两条点划线夹着的区域C1表示让人 感觉舒适的范围,除此以外的区域D1和D2表示让人感觉不舒适的范围。如图43(a)所示,可知从发光装置得到的照明光在照度和色温发生变化时,始终确保了舒适性。同样,针对第3实施例的发光装置,通设R为2m、N=33,能够使得照度与色温沿着图43(b)中实线所示的关系变化。另外,基于Kruithof文献的记载,图43(b)中被两条点划线夹着的区域C1表示让人感觉舒适的范围,除此以外的区域D1和D2表示让人感觉不舒适的范围。如图43(b)所示,可知从发光装置得到的照明光在照度和色温发生变化时,始终确保了舒适性。
(本实施例的效果)
本实施例的发光装置11”和照明***12”与第1实施例的发光装置11和照明***12相比,虽然LED组和波长转换区域的数量不同,但是基本的构造相同,因此,在本实施例的发光装置11”、照明***12”和照明方法中也能够得到与第1实施例相同的效果。此外,本实施例的发光装置11”和照明***12”与第1实施例和第2实施例的发光装置和照明***相比,LED组和波长转换区域的数量更多,因此,针对合成白色光的亮度变化,能够更高精度地控制色温。
<第4实施例>
在上述第1实施例~第3实施例中,使用了由安装在布线基板2上的多个LED芯片3、和设置于透光基板4上的荧光部件5构成的发光单元组来构成发光装置。但是,本发明的发光装置不限于这种方式,只要不脱离本发明的主旨,即可进行各种变更或置换。因此,以下,作为本发明的第4实施例,对使用了与第1~第3实施例的发光单元组不同的发光单元组构成的发光装置的一例进行说明。
(发光部的结构)
图44是示出本实施例的发光装置中的发光部101的基本结构的立体图,图45是发光部101的俯视图。发光部101在电绝缘性优异且具有良好散热性的由氧化铝系陶瓷构成的布线基板102的芯片安装面102a上,具备以2列每列4个的方式安装的LED芯片103。而且,在布线基板102的芯片安装面102a上,以围着这些LED芯片103的方式,设置有环状且为圆锥台形状的反射件(壁部件)104。
在反射件104的内侧,通过分隔部件105分割为第1区域106和第2区域107。并且,在第1区域106中,配置有排列成2列的LED芯片103中的一列LED芯片103,在第2区域107中,配置有另一列LED芯片103。另外,反射件104和分隔部 件105可由树脂、金属、陶瓷等形成,并用粘接剂等固定于布线基板102。此外,在反射件104和分隔部件105采用了具有导电性的材料的情况下,需要执行用于使它们相对于后述的布线图案具有电绝缘性的处理。
另外,本实施例中的LED芯片103的数量只是一个例子,可根据需要进行增减,也可以设为在第1区域106和第2区域107中各有1个LED芯片103,还可以使各自的区域中的数量不同。此外,关于布线基板102的材质,也不限于氧化铝系陶瓷,可以采用各种各样的材质,例如可使用从陶瓷、树脂、玻璃环氧树脂、在树脂中含有填料的复合树脂等中选择的材料。并且,从优化布线基板102的芯片安装面102a上的光的反射性来提高发光部101的发光效率的方面看,优选使用包含氧化铝粉末、氧化硅粉末、氧化镁、氧化钛等白色颜料的硅树脂。另一方面,还可以使用铜制基板或铝制基板等金属制基板来提高散热性。但是该情况下,需要以彼此之间电绝缘的方式在布线基板上形成布线图案。
此外,上述反射件104和分隔部件105的形状也只是示出一个例子,可以根据需要进行各种变更。例如,也可以替代预先成型的反射件104和分隔部件105,而使用点胶机(dispenser)等,在布线基板102的芯片安装面102a上形成相当于反射件104的环状壁部(壁部件),之后形成相当于分隔部件105的分隔壁(分隔部件)。该情况下,对于环状壁部和分隔壁部所采用的材料,例如有浆状的热硬化性树脂材料或UV硬化性树脂材料等,优选的是含有无机填料的硅树脂。
如图44和图45所示,在反射件104内的第1区域106中,4个LED芯片103被配置成与分隔部件105的延伸设置方向平行地排成一列,在反射件104内的第2区域107中,4个LED芯片103也被配置成与分隔部件105的延伸设置方向平行地排成一列。另外,在图45中,为了便于说明,用虚线来表示反射件104和分隔部件105。
在布线基板102的芯片安装面102a上,如图45所示地形成了用于向各个LED芯片103提供驱动电流的布线图案108、109、110和111。布线图案108在处于反射件104的外侧的一个端部处形成有外部连接用的连接端子108a,处于第1区域106内的另一个端部侧如图45所示与分隔部件105平行地延伸设置。此外,布线图案109在处于反射件104的外侧的一个端部处形成有外部连接用的连接端子109a,处于第1区域106内的另一个端部侧如图45所示与分隔部件105平行地延伸设置。
处于第1区域106内的4个LED芯片103在这样形成的布线图案108与布线图案109之间,彼此以极性方向相同的方式并联连接。更具体而言,LED芯片103在布线基板102侧的面上具有驱动电流供给用的两个电极(省略图示)。并且,这些LED芯片103的一个电极(p电极)与布线图案108连接,并且它们的另一个电极(n电极)与布线图案109连接。另外,LED芯片103不限于并联连接,也可以相互串联连接。
另一方面,布线图案110在处于反射件104的外侧的一个端部处形成有外部连接用的连接端子110a,处于第2区域107内的另一个端部侧如图45所示与分隔部件105平行地延伸设置。此外,布线图案111在处于反射件104的外侧的一个端部处形成有外部连接用的连接端子111a,处于第2区域107内的另一个端部侧如图45所示与分隔部件105平行地延伸设置。
处于第2区域107内的4个LED芯片103在这样形成的布线图案110与布线图案111之间,彼此以极性方向相同的方式并联连接。更具体而言,这些LED芯片103的一个电极(p电极)与布线图案110连接,并且它们的另一个电极(n电极)与布线图案111连接。
这样的LED芯片103的安装以及两个电极与各布线图案的连接采用了倒装安装,通过未图示的金属凸块,利用共晶焊料来进行。另外,LED芯片103在布线基板102上的安装方法不限于此,可以根据LED芯片103的种类和构造等选择恰当的方法。例如,可以采用双线接合(double wire bonding):在将LED芯片103粘接固定到上述那样的布线基板102的预定位置后,利用引线接合将LED芯片103的电极连接到对应的布线图案。或者,也可以采用单线接合:将一个电极如上所述地接合到布线图案,并且利用引线接合将另一个电极连接到布线图案。
在反射件104内的第1区域106和第2区域107中,以覆盖LED芯片103的方式,分别收纳有具备不同的波长转换特性的荧光部件(波长转换部件)。在本实施例中,采用了2种荧光部件。此外,该2种荧光部件由3种荧光体构成,该2种荧光部件的荧光体的混合比不同。因此,以下,设第1区域106中的发光部为第1发光部101A、第2区域107中的发光部为第2发光部101B。
如上所述,这些第1发光部101A和第2发光部101B除了荧光部件以外,其余基本构造都相同,LED芯片103也全部为相同类型。不过,为了便于说明,对位于 第1区域106的LED芯片应用标号103a,对位于第2区域107的LED芯片应用标号103b。关于除荧光部件和LED芯片以外的各个部件,在第1发光部101A和第2发光部101B中使用相同的标号。
图46是沿着图45中的XXXXVI-XXXXVI线的发光部101的剖视图。如图46所示,在发光部101中,在反射件104内的第1区域106中,以分别覆盖4个LED芯片103a的方式收纳有第1荧光部件(波长转换部件)112a,在反射件104内的第2区域107中,以分别覆盖4个LED芯片103b的方式收纳有第2荧光部件(波长转换部件)112b。
第1荧光部件112a由以下部分构成:多个荧光体,它们被LED芯片103a发出的光激发,放射出与LED芯片103a发出的光不同波长的光;以及分散地保持该多个荧光体的填充材料。此外,第2荧光部件112b由以下部分构成:多个荧光体,它们被LED芯片103b发出的光激发,放射出与LED芯片103b发出的光不同波长的光;以及分散地保持该多个荧光体的填充材料。另外,作为填充材料,可使用热塑性树脂、热硬化性树脂、光硬化性树脂和玻璃等。
因此,在本实施例中,第1荧光部件112a及第2荧光部件112b各自与和其对应地使用的LED芯片103a及LED芯片103b的组合分别相当于本发明的各发光单元。这里,“对应地使用”,是指以覆盖LED芯片103a的方式设置第1荧光部件112a的情况、以覆盖LED芯片103b的方式设置第2荧光部件112b的情况、利用第1荧光部件112a对从LED芯片103a放射的光进行波长转换的情况、以及利用第2荧光部件112b对从LED芯片103b放射的光进行波长转换的情况。由此,LED芯片103a和第1荧光部件112a构成第1发光单元U101,LED芯片103b和第2荧光部件112b构成第2发光单元U102。此外,合并了这2种发光单元后的发光单元组相当于本发明的发光单元组。另外,以下,将这些第1发光单元U101和第2发光单元U102各自放射的光称作一次光,将对第1发光单元U101和第2发光单元U102各自放射的一次光进行合成而从发光部101放射的光称作合成白色光。
(LED芯片)
在本实施例中,LED芯片103a和103b采用了发出具有460nm的峰值波长的蓝色光的LED芯片。具体而言,作为这种LED芯片,例如有在发光层中采用了InGaN半导体的GaN系LED芯片。另外,LED芯片103的种类和发光波长特性不限于此, 只要不脱离本发明的主旨,即可使用各种各样的LED芯片等半导体发光元件。在本实施例中,LED芯片103a和103b发出的光的峰值波长优选处于420nm~500nm的波长范围内。
(荧光部件)
第1荧光部件112a构成为与第1实施例中的荧光部件5的第1波长转换区域P1相同地,放射出具有图5的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T1(约2700K)的色度的一次光。即,第1荧光部件112a中的荧光体的混合比与第1实施例中的荧光部件5的第1波长转换区域P1相同。此外,第2荧光部件112b构成为与第1实施例中的荧光部件5的第2波长转换区域P2相同地,放射出具有图5的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T2(约6500K)的色度的一次光。即,第2荧光部件112b中的荧光体的混合比与第1实施例中的荧光部件5的第2波长转换区域P2相同。因此,在本实施例中,使用了(Sr、Ca)1AlSiN3:Eu作为红色荧光体,使用了Ca3(Sc、Mg)2Si3O12:Ce作为绿色荧光体,使用了Y3Al5O12:Ce作为黄色荧光体。此外,如图6所示,第1波长转换区域P1中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.24:1:0.05,第2波长转换区域P2中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0:0.9:0.1。
通过如上所述地设定荧光体的混合比率,能够使得从第2发光单元U102放射的一次光的色温比从第1发光单元U101放射的一次光的色温高。
另外,与第1实施例同样,第1荧光部件112a和第2荧光部件112b不需要完全分散地保持上述红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,只要能够从第1荧光部件112a和第2荧光部件112b放射出期望的一次光,则可以从上述荧光体中选择1种或2种以上的荧光体。例如,第1荧光部件112a和第2荧光部件112b可以分散地保持红色荧光体和绿色荧光体,而不分散地保持黄色荧光体。各荧光体的其他具体的组成和构造等与第1实施例相同。
(发光装置的电路结构和发光部的控制)
如上所述,在本实施例的发光装置中,将从第1发光单元U101和第2发光单元U102分别放射的一次光的色温设定为相互不同,从发光装置放射出对从这些发光单元放射的一次光进行合成而得到的合成白色光。因此,在本实施例的发光装置中,通过改变从第1发光单元U101和第2发光单元U102分别放射的一次光的总光通量(即 发光强度或亮度),来调整从发光装置放射的合成白色光的总光通量,根据该合成白色光的总光通量改变合成白色光的色温,放射出具有期望的总光通量和与该总光通量相适应的色温的合成白色光。因此,本实施例中的发光装置与第1实施例中的发光装置11相比,仅外观形状的结构不同,使用了具备与第1实施例中的发光部1的第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2相同的混合比的第1荧光部件112a和第2荧光部件112b,因此内部的电路结构与发光装置11的电路结构相同。即,在本实施例中,使用了第1实施例中分离地设置第1波长转换区域P1和第2波长转换区域P2的结构。因此,省略关于本实施例中的发光装置的电路结构和发光部的控制的说明。
(发光部的变形例)
在上述实施例中,利用分隔部件105对反射件104内进行分隔来形成第1区域106和第2区域107,在第1区域106内设置了LED芯片103a和第1荧光部件112a,在第2区域107内设置了LED芯片103b和第2荧光部件112b,但不限于这种结构。可以将具有图47或图48所示的结构的发光部201或发光部301用于发光装置。另外,图47和图48是发光部201和发光部301的俯视图。
在图47所示的发光部201中,通过十字状的分隔部件205将反射件104的内部区域分离为4个区域,即第1区域206、第2区域207、第3区域208和第4区域209。具体而言,在俯视发光部201的情况下,第1区域206、第2区域207、第3区域208和第4区域209具有相同的形状和相同的面积。即,第1区域206、第2区域207、第3区域208和第4区域209被配置成以分隔部件205的交点为中心而对称。
在第1区域206内,设置有4个LED芯片203a和覆盖该4个LED芯片203a的第1荧光部件211。因此,由4个LED芯片203a和第1荧光部件211构成第1发光单元U201。此外,在第2区域207内,设置有4个LED芯片203b和覆盖该4个LED芯片203b的第2荧光部件212。因此,由4个LED芯片203b和第2荧光部件212构成第2发光单元U202。并且,在第3区域208内,设置有4个LED芯片203c和覆盖该4个LED芯片203c的第3荧光部件213。因此,由4个LED芯片203c和第3荧光部件213构成第3发光单元U203。并且,在第4区域209内,设置有4个LED芯片203d和覆盖该4个LED芯片203d的第4荧光部件214。因此,由4个LED芯片203d和第4荧光部件214构成第4发光单元U204。另外,在图47中,为了识别各荧光部件的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。
第1荧光部件211构成为与第2实施例中的荧光部件5’的第1波长转换区域P1’相同地,放射出具有图21的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T1(约2700K)的色度的一次光。即,第1荧光部件211中的荧光体的混合比与第2实施例中的荧光部件5’的第1波长转换区域P1’相同。此外,第2荧光部件212构成为与第2实施例中的荧光部件5’的第2波长转换区域P2’相同地,放射出具有图21的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T2(约3400K)的色度的一次光。即,第2荧光部件212中的荧光体的混合比与第2实施例中的荧光部件5’的第2波长转换区域P2’相同。进而,第3荧光部件213构成为与第2实施例中的荧光部件5’的第3波长转换区域P3’相同地,放射出具有图21的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T3(约4500K)的色度的一次光。即,第3荧光部件213中的荧光体的混合比与第2实施例中的荧光部件5’的第3波长转换区域P3’相同。并且,第4荧光部件214构成为与第2实施例中的荧光部件5’的第4波长转换区域P4’相同地,放射出具有图21的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T4(约6500K)的色度的一次光。即,第4荧光部件214中的荧光体的混合比与第2实施例中的荧光部件5’的第4波长转换区域P4’相同。
因此,在图47所示的发光部201中,使用了(Sr、Ca)1AlSiN3:Eu作为红色荧光体,使用了Ca3(Sc、Mg)2Si3O12:Ce作为绿色荧光体,使用了Y3Al5O12:Ce作为黄色荧光体。此外,如图22所示,第1波长转换区域P1’中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.24:1:0.05,第2波长转换区域P2’中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.15:1:0.05。并且,第3波长转换区域P3’中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.05:1:0.05,第4波长转换区域P4’中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0:0.9:0.1。
通过如上所述地设定荧光体的混合比率,能够按照第1发光单元U201、第2发光单元U202、第3发光单元U203和第4发光单元U204的顺序提高从第1发光单元U201、第2发光单元U202、第3发光单元U203和第4发光单元U204放射的一次光的色温。
另外,与第2实施例同样,第1荧光部件211、第2荧光部件212、第3荧光部件213和第4荧光部件214不需要完全分散地保持上述红色荧光体、绿色荧光体和黄 色荧光体,只要能够从第1荧光部件211、第2荧光部件212、第3荧光部件213和第4荧光部件214放射出期望的一次光,则可以从上述荧光体中选择1种或2种以上的荧光体。例如,第1荧光部件211、第2荧光部件212、第3荧光部件213和第4荧光部件214可以分散地保持红色荧光体和绿色荧光体,而不分散地保持黄色荧光体。各荧光体的其他具体的组成和构造等与第1实施例相同。
另外,图47所示的发光部201与第2实施例中的发光部1’相比,仅外观形状的结构不同,使用了具备与第2实施例中的发光部1’的第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’相同的混合比的第1荧光部件211、第2荧光部件212、第3荧光部件213和第4荧光部件214,因此内部的电路结构与第2实施例中的发光装置11’的电路结构相同。即,在图47所示的发光部201中,使用了第2实施例中分离地设置第1波长转换区域P1’、第2波长转换区域P2’、第3波长转换区域P3’和第4波长转换区域P4’的结构。因此,省略关于本实施例中的发光装置的电路结构和发光部的控制的说明。
在图48所示的发光部301中,利用分隔部件305将反射件104的内部区域分离为5个区域,即第1区域306、第2区域307、第3区域308、第4区域309和第5区域310。具体而言,在俯视发光部301的情况下,分隔部件305被设置成从反射件104的中心朝向外部呈放射线状扩展,第1区域306、第2区域307、第3区域308、第4区域309和第5区域310具有相同的形状和相同的面积。
在第1区域306内,设置有4个LED芯片303a和覆盖该4个LED芯片303a的第1荧光部件311。因此,由4个LED芯片303a和第1荧光部件311构成第1发光单元U301。此外,在第2区域307内,设置有4个LED芯片303b和覆盖该4个LED芯片303b的第2荧光部件312。因此,由4个LED芯片303b和第2荧光部件312构成第2发光单元U302。并且,在第3区域308内,设置有4个LED芯片303c和覆盖该4个LED芯片303c的第3荧光部件313。因此,由4个LED芯片303c和第3荧光部件313构成第3发光单元U303。并且,在第4区域309内,设置有4个LED芯片303d和覆盖该4个LED芯片303d的第4荧光部件314。因此,由4个LED芯片303d和第4荧光部件314构成第4发光单元U304。同样,在第5区域310内,设置有4个LED芯片303e和覆盖该4个LED芯片303e的第5荧光部件315。因此,由4个LED芯片303e和第5荧光部件315构成第5发光单元U305。另外,在图48 中,为了识别各荧光部件的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。
第1荧光部件311构成为与第3实施例中的荧光部件5”的第1波长转换区域P1”相同地,放射出具有图33的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T1(约2050K)的色度的一次光。即,第1荧光部件311中的荧光体的混合比与第3实施例中的荧光部件5”的第1波长转换区域P1”相同。此外,第2荧光部件312构成为与第3实施例中的荧光部件5”的第2波长转换区域P2”相同地,放射出具有图33的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T2(约2300K)的色度的一次光。即,第2荧光部件312中的荧光体的混合比与第3实施例中的荧光部件5”的第2波长转换区域P2”相同。进而,第3荧光部件313构成为与第3实施例中的荧光部件5”的第3波长转换区域P3”相同地,放射出具有图33的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T3(约2550K)的色度的一次光。即,第3荧光部件313中的荧光体的混合比与第3实施例中的荧光部件5”的第3波长转换区域P3”相同。并且,第4荧光部件314构成为与第3实施例中的荧光部件5”的第4波长转换区域P4”相同地,放射出具有图33的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T4(约2800K)的色度的一次光。即,第4荧光部件314中的荧光体的混合比与第3实施例中的荧光部件5”的第4波长转换区域P4”相同。同样,第5荧光部件315构成为与第3实施例中的荧光部件5”的第5波长转换区域P5”相同地,放射出具有图33的CIE(1931)XYZ表色系的xy色度图中的色度点T5(约3100K)的色度的一次光。即,第5荧光部件315中的荧光体的混合比与第3实施例中的荧光部件5”的第5波长转换区域P5”相同。
因此,在图48所示的发光部301中,使用了(Sr、Ca)1AlSiN3:Eu作为红色荧光体,使用了Ca3(Sc、Mg)2Si3O12:Ce作为绿色荧光体,使用了Y3Al5O12:Ce作为黄色荧光体。此外,如图34所示,第1波长转换区域P1”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.35:1:0.05,第2波长转换区域P2”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.30:1:0.05。并且,第3波长转换区域P3”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.20:1:0.05,第4波长转换区域P4”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.175:1.0:0.05,第5波长转换区域P5”中的荧光体的混合比率为红色荧光体:绿色荧光体:黄色荧光体=0.150:1.0:0.05。
通过如上所述地设定荧光体的混合比率,能够按照第1发光单元U301、第2发光单元U302、第3发光单元U303、第4发光单元U304和第5发光单元U305的顺序提高从第1发光单元U301、第2发光单元U302、第3发光单元U303、第4发光单元U304和第5发光单元U305放射的一次光的色温。
另外,与第3实施例同样,第1荧光部件311、第2荧光部件312、第3荧光部件313、第4荧光部件314和第5荧光部件315不需要完全分散地保持上述红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,只要能够从第1荧光部件311、第2荧光部件312、第3荧光部件313、第4荧光部件314和第5荧光部件315放射出期望的一次光,则可以从上述荧光体中选择1种或2种以上的荧光体。例如,第1荧光部件311、第2荧光部件312、第3荧光部件313、第4荧光部件314和第5荧光部件315可以分散地保持红色荧光体和绿色荧光体,而不分散地保持黄色荧光体。各荧光体的其他具体的组成和构造等与第1实施例相同。
另外,图48所示的发光部301与第3实施例中的发光部1”相比,仅外观形状的结构不同,使用了具备与第3实施例中的发光部1”的第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”相同的混合比的第1荧光部件311、第2荧光部件312、第3荧光部件313、第4荧光部件314和第5荧光部件315,因此内部的电路结构与第3实施例中的发光装置11”的电路结构相同。即,在图48所示的发光部301中,使用了第3实施例中分离地设置第1波长转换区域P1”、第2波长转换区域P2”、第3波长转换区域P3”、第4波长转换区域P4”和第5波长转换区域P5”的结构。因此,省略关于本实施例中的发光装置的电路结构和发光部的控制的说明。
(本实施例的效果)
本实施例的发光装置和照明***与第1实施例的发光装置11和照明***12相比,虽然外观上的结构不同,但是基本的内部结构相同,因此在本实施例的发光装置、照明***和照明方法中也能够得到与第1实施例相同的效果。
<第5实施例>
(发光部的结构)
图51是示出本实施例的照明装置(发光装置)中的发光部501的整体结构的概略的立体图,图52是图51的发光部501的俯视图。如图51所示,发光部501具备 电绝缘性优异且具有良好的散热性的由氧化铝系陶瓷构成的布线基板502。在布线基板502的芯片安装面502a上,以在布线基板502的长度方向上等间隔地排列16个、在宽度方向上等间隔地排列10个的方式,排列了合计160个LED芯片503。虽然在图51中未示出,但在布线基板502上,形成有用于向这些LED芯片503分别提供电力的布线图案,构成了后述的电路。
另外,布线基板502的材质不限于氧化铝系陶瓷,作为电绝缘性优异的材料,例如也可以使用从树脂、玻璃环氧树脂、在树脂中含有填料的复合树脂等中选择的材料,形成布线基板502的主体。或者,从优化布线基板502的芯片安装面502a上的光的反射性来提高发光部501的发光效率的方面看,优选使用包含氧化铝粉末、氧化硅粉末、氧化镁、氧化钛等白色颜料的硅树脂。另一方面,为了得到更优异的散热性,可以用金属制造布线基板502的主体。在该情况下,需要使布线基板502的布线图案等与金属制的主体电绝缘。
如图51所示,以与布线基板502的安装有LED芯片503的芯片安装面502a相对的方式,配设有玻璃制板状的透光基板504。另外,为了便于说明,在图51中分离地示出了布线基板502和透光基板504,但如后所述,实际上是接近地配置布线基板502和透光基板504。另外,透光基板504的材质不限于玻璃,也可以使用相对于LED芯片503发出的光具有透光性的树脂等形成透光基板504。
在与布线基板502所面对的第1面504a相反侧的透光基板504的第2面504b上,以覆盖安装在布线基板502上的LED芯片503的方式设置了荧光部件(波长转换部件)505。因此,荧光部件505隔着透光基板504,配置在与布线基板502的芯片安装面502a相对的位置。该荧光部件505与处于相对的位置的各LED芯片503对应地分割为多个单元区域506,如图52所示,在俯视发光部501的情况下,对应的LED芯片503分别位于各单元区域506的中央部分。因此,荧光部件505与LED芯片503的数量相同地分割为160个单元区域506。
如之后详细叙述的那样,荧光部件505具有如下功能:对LED芯片503发出的光进行波长转换,放射出与LED芯片503发出的光不同的峰值波长的光。如上所述,由于荧光部件505被分割为160个单元区域506,并且与各个LED芯片503一一对应地设置单元区域506,因此,从与发光的LED芯片503对应的单元区域506分别放射的光进行合成而从荧光部件505放射出去。并且,从荧光部件505放射的光是本 实施例的照明装置的照明光。
如图51和图52所示,这些单元区域506分别划分为分别存在40个单元区域506的第1波长转换区域P51、第2波长转换区域P52、第3波长转换区域P53和第4波长转换区域P54。因此,换言之,荧光部件505被划分为第1波长转换区域P51、第2波长转换区域P52、第3波长转换区域P53和第4波长转换区域P54这4个波长转换区域,这些波长转换区域被分别分割为40个单元区域506。
与荧光部件505的这样的划分对应地,如图51所示,安装在布线基板502上的各LED芯片503也与第1波长转换区域P51、第2波长转换区域P52、第3波长转换区域P53和第4波长转换区域P54的各位置对应地划分为各LED组。以下,在按照这些波长转换区域的每一个进行区分来称呼LED芯片503时,与第1波长转换区域P51、第2波长转换区域P52、第3波长转换区域P53和第4波长转换区域P54对应地,在标号的末尾分别加上a、b、c或d。
即,处于与第1波长转换区域P1对应的位置的40个LED芯片503a构成第1LED组D51,处于与第2波长转换区域P2对应的位置的40个LED芯片503b构成第2LED组D52。并且,处于与第3波长转换区域P53对应的位置的40个LED芯片503c构成第3LED组D53,处于与第4波长转换区域P54对应的位置的40个LED芯片503d构成第4LED组D54。
因此,在本实施例中,第1~第4波长转换区域P1~P54各自与和其对应的第1~第4LED组D51~D54的组合分别相当于本发明的各发光单元。即,第1LED组D51和第1波长转换区域P51构成第1发光单元U51,第2LED组D52和第2波长转换区域P52构成第2发光单元U52。此外,第3LED组D53和第3波长转换区域P53构成第3发光单元U53,第4LED组D54和第4波长转换区域P54构成第4发光单元U54。合并了这4个发光单元后的发光部501相当于本发明的发光单元组。另外,以下将这些第1~第4发光单元U51~U54各自放射的光称作一次光,将对第1~第4发光单元U51~U54各自放射的一次光进行合成而从发光部501放射的光称作合成光。
图53是沿着图52中的LIII-LIII线的发光部501的剖视图,图54是其要部放大图。如图53所示,透光基板504隔着多个间隔件507与布线基板502接合,如图54所示,通过夹设这些间隔件507,在透光基板504与各LED芯片503之间设置了空 隙。
以具有距离L51的方式设置这里设置的空隙,距离L51被预先求出为,使得从LED芯片503发出的光可靠地到达处于与该LED芯片503对应的位置的荧光部件505的单元区域506,并且泄漏到与该单元区域506相邻的其他单元区域506的光的量少。即,例如图54所示,从LED芯片503发出的光在图54中点划线所示的范围内到达透光基板504后,进一步透射过透光基板504内而到达荧光部件505。空隙的距离L51被设定为,使得此时的荧光部件505中的光的到达范围处于与该LED芯片503对应地设置的单元区域506的范围内。
在实现方面,在本实施例中,LED芯片503与荧光部件505之间的间隔必须为5mm以下,通过设定空隙的距离L51,使得包含透光基板504的厚度在内成为5mm以下。这对于本实施例中的所有LED芯片503都是同样的。通过设置这种距离L51的空隙,能够可靠地防止光泄漏到相邻的其他单元区域。其结果,能够与荧光部件505配置在与LED芯片503相对的位置相辅相成地,高精度地进行荧光部件505的波长转换,并且能够确保较高的发光效率。
另外,如果使LED芯片503尽可能地接近对应的单元区域506,则从LED芯片503发出的光可靠地到达该单元区域506,但当LED芯片503过于接近单元区域506时,LED芯片503发出的热量可能会对单元区域506进行加热从而导致波长转换功能和发光效率的降低。因此,从防止这种过度的温度上升的方面看,LED芯片503与荧光部件505之间的间隔优选为0.01mm以上。因此,将空隙的距离L51设定为,在考虑了透光基板504的厚度的基础上,使得LED芯片503与荧光部件505之间的间隔处于0.01mm~5mm的范围内。
在本实施例中,将空隙的距离L51设为0.1mm,利用对其加上LED芯片503的高度L52后的L53,来规定透光基板504的第1面504a与布线基板502的芯片安装面502a之间的距离。另外,如果在发光部501中存在热裕度,则也可以不设置这样的空隙,而是在将透光基板504的第1面504a紧贴于LED芯片503的状态下,设定透光基板504的厚度,使得LED芯片503与单元区域506之间的距离成为上述那样的恰当距离。此外,即使在LED芯片503和透光基板504相离的情况下,也可以利用具有透光性的硅树脂、环氧树脂或者玻璃等将空隙封闭。由此,能够将来自LED芯片503的光高效地引导至荧光部件505。
另外,在本实施例中,在透光基板504的第2面504b上设置了荧光部件505,但是也可以在透光基板504的第1面504a、即靠布线基板502侧的面上设置荧光部件505。该情况下,也可以与本实施例同样地在荧光部件505与LED芯片503之间设置恰当的空隙,但在存在热裕度的情况等中,也可以使荧光部件505紧贴LED芯片503或接近至其跟前。
(LED芯片)
在本实施例中,LED芯片503使用了发出具有460nm的峰值波长的蓝色光的LED芯片。具体而言,作为这种LED芯片,例如有在发光层中采用了InGaN半导体的GaN系LED芯片。另外,LED芯片503的种类和发光波长特性不限于此,只要不脱离本发明的主旨,即可使用各种各样的LED芯片等半导体发光元件。在本实施例中,LED芯片503发出的光的峰值波长优选处于420nm~500nm的波长范围内。
在各LED芯片503的朝向布线基板502侧的面上,设置有p电极508和n电极509。在图54所示的LED芯片503的情况下,p电极508与形成于布线基板502的芯片安装面502a上的布线图案510接合,并且n电极509与同样形成于芯片安装面502a上的布线图案511接合。利用未图示的金属凸块,通过焊接来进行这些p电极508和n电极509与布线图案510和511的连接。其他LED芯片503各自的p电极508和n电极509也是同样地接合到与各个LED芯片503对应地形成于布线基板502的芯片安装面502a上的布线图案。
另外,LED芯片503在布线基板502上的安装方法不限于此,可以根据LED芯片503的种类和构造等选择恰当的方法。例如,可以在将LED芯片503粘接固定到布线基板502的预定位置后,利用引线接合将各LED芯片503的两个电极连接到对应的布线图案,也可以将一个电极如上所述地接合到对应的布线图案,并且利用引线接合将另一个电极连接到对应的布线图案。
(荧光部件)
如上所述,荧光部件505与安装在布线基板502上的各LED芯片503的位置对应地分割为160个单元区域506。这些单元区域506被划分为红色单元(第1单元区域)506r、绿色单元(第2单元区域)506g、黄色单元(第3单元区域)506y和蓝色单元(第4单元区域)506b这4种单元区域。在红色单元506r中,分散地保持有对LED芯片503发出的蓝色光进行波长转换而放射红色光的红色荧光体(第1荧光体)。 因此,从红色单元506r放射出被红色荧光体进行波长转换而放射的红色光、和未被红色荧光体进行波长转换而透射过红色单元506r的LED芯片503的蓝色光。
此外,在绿色单元506g中,分散地保持有对LED芯片503发出的蓝色光进行波长转换而放射绿色光的绿色荧光体(第2荧光体)。因此,从绿色单元506g放射出被绿色荧光体进行波长转换而放射的绿色光、和未被绿色荧光体进行波长转换而透射过绿色单元506g的LED芯片503的蓝色光。
并且,在黄色单元506y中,分散地保持有对LED芯片503发出的蓝色光进行波长转换而放射黄色光的黄色荧光体(第3荧光体)。因此,从黄色单元506y放射出被黄色荧光体进行波长转换而放射的黄色光、和未被黄色荧光体进行波长转换而透射过黄色单元506y的LED芯片503的蓝色光。
另一方面,蓝色单元506b是不对LED芯片503发出的蓝色光进行波长转换而使其透射过的单元区域,且分散地保持有用于使蓝色光良好地扩散而进行放射的扩散用粒子。作为该扩散用粒子,具体而言,优选使用氧化铝、二氧化钛、氧化锆或二氧化硅等。因此,从蓝色单元506b放射出未被波长转换而透射过蓝色单元506b的LED芯片503的蓝色光。
荧光部件505被划分为第1波长转换区域P51、第2波长转换区域P52、第3波长转换区域P53和第4波长转换区域P54这4个波长转换区域,但这4个波长转换区域各自包含的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b这4种单元区域的数量不同。图55是示出各波长转换区域中的这些单元区域的数量的一例的表。
在第1波长转换区域P51、第2波长转换区域P52、第3波长转换区域P53和第4波长转换区域P54的各波长转换区域中,为了在各LED芯片503发光时对从各个单元区域放射的光进行良好的合成,分散地配置各单元区域,由此使得相同种类的单元区域尽可能地不相邻。图56是提取第1波长转换区域P51的一部分而部分地示出第1波长转换区域P51中的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b这4种单元区域的分散配置的例子的示意图。另外,在图56中,为了识别各单元的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。在第2波长转换区域P52、第3波长转换区域P53和第4波长转换区域P54中,也与第1波长转换区域P51的情况同样,对于各自具有的多种单元区域,分散地配置成不同种类的单元区域尽可能地不相 邻。
通过如图56例示的那样在各波长转换区域中分散地配置多种单元区域506,由此,在与第1波长转换区域P51对应的第1LED组D51的各LED芯片503a发光的情况下,从第1波长转换区域P51、即第1发光单元U51放射出对从红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。图57是CIE(1931)XYZ表色系的XY色度图中的黑体辐射轨迹BL周边的要部放大图。在本实施例中,将第1波长转换区域P51中的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的数量设定为,使得如上所述地从第1发光单元U51放射的一次光具有图57中的色度点WP1的色度。
如图55所示,关于第2波长转换区域P52,红色单元506r的数量为0个,即在第2波长转换区域P52中不包含红色单元506r。因此,在与第2波长转换区域P52对应的第2LED组D52的LED芯片503b发光的情况下,从第2波长转换区域P52、即第2发光单元U52,放射出对从绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自放射的绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。在本实施例中,将第2波长转换区域P52中的绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的数量设定为,使得这样地从第2发光单元U52放射的一次光具有图57中的色度点WP2的色度。
并且如图56所示,关于第3波长转换区域P53,蓝色单元506b的数量为0个,即在第3波长转换区域P53中不包含蓝色单元506b。因此,在与第3波长转换区域P53对应的第3LED组D53的LED芯片503c发光的情况下,从第3波长转换区域P53、即第3发光单元U53放射出对从红色单元506r、绿色单元506g和黄色单元506y各自放射的红色光、绿色光和黄色光进行合成后的一次光。在本实施例中,将第3波长转换区域P53中的红色单元506r、绿色单元506g和黄色单元506y的数量设定为,使得这样地从第3发光单元U53放射的一次光具有图57中的色度点WP3的色度。
并且,在与第4波长转换区域P54对应的第4LED组D54的LED芯片503d发光的情况下,从第4波长转换区域P54、即第4发光单元U54放射出对从红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自放射的红色光、绿色光、 黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。在本实施例中,将第4波长转换区域P54中的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的数量设定为,使得这样地从第4发光单元U54放射的一次光具有图57中的色度点WP4的色度。
如图57所示,第1发光单元U51放射的一次光的色度点WP1、和第2发光单元U52放射的一次光的色度点WP2相对于黑体辐射轨迹BL的偏差Δuv处于正侧,与此相对,第3发光单元U53放射的一次光的色度点WP3、和第4发光单元U54放射的一次光的色度点WP4相对于黑体辐射轨迹BL的偏差Δuv处于负侧。即,如图57所示,色度点WP1和WP2、色度点WP3和WP4相对于黑体辐射轨迹BL处于彼此相反侧,形成了以这4个色度点为顶点的四边形。
另外,第1~第4发光单元U51~U54各自放射的一次光的色度点不限于图57所示的色度点WP1~WP4,可以进行各种变更。其中,在像本实施例这样组合地使用发出蓝色光的LED芯片503和荧光部件505的情况下,从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的色度点在CIE(1931)XYZ表色系中的y值都优选为0.65以下。在y值超过0.65的情况下,各发光单元中的可见光的取出效果变差,作为照明装置整体,不能高效地发光。另一方面,在使用后述那样的发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片503的情况下,即使y值超过0.65也不会造成障碍。
此外,在像本实施例这样使用4个发光单元的情况下,各发光单元放射的一次光的色度点优选如图57所示的色度点WP1~WP4那样,在高色温侧和低色温侧分别各设定2个。具体而言,优选4个色度点中两个色度点及其中点处于0.22<x<0.36且0.23<y<0.40的范围,其余的两个色度点及其中点处于0.37<x<0.55且0.30<y<0.50的范围。在4个色度点不处于这种范围的情况下,也可以进行沿着控制曲线CL的调色,但各发光单元的利用效果降低,作为照明装置整体,不能高效地发光。
这里,以下对红色单元506r、绿色单元506g和黄色单元506y各自所能应用的各种荧光体的具体例子进行说明。另外,这些荧光体在本实施例中例示了优选的荧光体,但所能应用的荧光体不限于此,只要不脱离本发明的主旨,即可应用各个种类的荧光体。
(红色荧光体)
红色荧光体的发光峰值波长适合处于如下波长范围内:通常为570nm以上、优 选为580nm以上、更优选为585nm以上,通常为780nm以下、优选为700nm以下、更优选为680nm以下。其中,作为红色荧光体,例如优选为(Ca、Sr、Ba)2Si5(N、O)8:Eu、(Ca、Sr、Ba)Si(N、O)2:Eu、(Ca、Sr、Ba)AlSi(N、O)3:Eu、(Sr、Ba)3SiO5:Eu、(Ca、Sr)S:Eu、SrAlSi4N7:Eu、(La、Y)2O2S:Eu、Eu(二苯甲酰基甲烷)3·1、10-菲咯啉络合物等β-二酮类Eu络合物、羧酸系Eu络合物、K2SiF6:Mn,更优选为(Ca、Sr、Ba)2Si5(N、O)8:Eu、(Sr、Ca)AlSi(N、O)3:Eu、SrAlSi4N7:Eu、(La、Y)2O2S:Eu、K2SiF6:Mn。
(橙色荧光体)
发光峰值波长处于580nm以上、优选为590nm以上,且620nm以下、优选为610nm以下的范围的橙色荧光体适合替代红色荧光体来使用。作为这种橙色荧光体,有(Sr、Ba)3SiO5:Eu、(Sr、Ba)2SiO4:Eu、(Ca、Sr、Ba)2Si5(N、O)8:Eu、(Ca、Sr、Ba)AlSi(N、O)3:Ce等。
(绿色荧光体)
绿色荧光体的发光峰值波长适合处于如下波长范围内:通常为500nm以上、优选为510nm以上、更优选为515nm以上,通常小于550nm、优选为542nm以下、更优选为535nm以下。其中,作为绿色荧光体,例如优选为Y3(Al、Ga)5O12:Ce、CaSc2O4:Ce、Ca3(Sc、Mg)2Si3O12:Ce、(Sr、Ba)2SiO4:Eu、(Si、Al)6(O、N)8:Eu(β-赛隆(Sialon))、(Ba、Sr)3Si6O12:N2:Eu、SrGa2S4:Eu、BaMgAl10O17:Eu、Mn。
(黄色荧光体)
黄色荧光体的发光峰值波长适合处于如下波长范围内:通常为530nm以上、优选为540nm以上、更优选为550nm以上,通常为620nm以下、优选为600nm以下、更优选为580nm以下。其中,作为黄色荧光体,例如优选为Y3Al5O12:Ce、(Y、Gd) 3Al5O12:Ce、(Sr、Ca、Ba、Mg)2SiO4:Eu、(Ca、Sr)Si2N2O2:Eu、α-赛隆(Sialon)、La3Si6N11:Ce(其中,其一部分可以用Ca或O置换)。
(照明装置的电路结构)
如上所述,在本实施例的照明装置中,将从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的色度设定为相互不同,放射出对从这些发光单元放射的一次光进行合成得到的合成光作为照明装置的照明光。因此,在本实施例的照明装置中,通过调整 从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的强度,由此放射出各种各样色温的白色光作为照明光。此处,根据图58对构成为能够变更从各发光单元放射的一次光的强度的照明装置的电路结构进行说明。
图58是示出本实施例的照明装置的电路结构的概略的电路图。如图58所示,在发光部501中,除了上述的第1LED组D51的LED芯片503a、第2LED组D52的LED芯片503b、第3LED组D53的LED芯片503c和第4LED组D54的LED芯片503d以外,还设置有电流限制用的电阻R1、R2、R3和R4、以及用于按照每个LED组对各LED芯片503提供驱动电流的晶体管Q51、Q52、Q53和Q54。这里,电阻R1~R4是为了将流过各自所对应的LED芯片503的电流限制为恰当的大小(例如,每1个LED芯片503为60mA)而设置的。
具体而言,极性相同地相互并联连接第1LED组D51的LED芯片503a,各LED芯片503a的阳极经由电阻R1与电源512的正极连接。此外,各LED芯片503a的阴极与晶体管Q51的集电极连接,晶体管Q51的发射极与电源512的负极连接。第2LED组D52的LED芯片503b也是极性相同地相互并联连接,与LED芯片503a同样,阳极经由电阻R2与电源512的正极连接,并且阴极经由晶体管Q52与电源512的负极连接。此外,第3LED组D53的LED芯片503c也是极性相同地相互并联连接,与LED芯片503a同样,阳极经由电阻R3与电源512的正极连接,并且阴极经由晶体管Q53与电源512的负极连接。并且,第4LED组D54的LED芯片503d也是极性相同地相互并联连接,与LED芯片503a同样,阳极经由电阻R4与电源512的正极连接,并且阴极经由晶体管Q54与电源512的负极连接。
在这种电路结构中,通过使晶体管Q51成为导通状态,在第1LED组D51的各LED芯片503a中流过从电源512提供的正向的电流,LED芯片503a分别进行发光。因此,通过使晶体管Q51成为导通状态,从由第1LED组D51和与其对应的第1波长转换区域P51构成的第1发光单元U51放射出具有图57中的色度点WP1的色度的一次光。
同样,通过使晶体管Q52成为导通状态,在第2LED组D52的各LED芯片503b中流过从电源512提供的正向的电流,LED芯片503b分别进行发光。因此,通过使晶体管Q52成为导通状态,从由第2LED组D52和与其对应的第2波长转换区域P52构成的第2发光单元U52放射出具有图57中的色度点WP2的色度的一次光。
此外,通过使晶体管Q53成为导通状态,在第3LED组D53的各LED芯片503c中流过从电源512提供的正向的电流,LED芯片503c分别进行发光。因此,通过使晶体管Q53成为导通状态,从由第3LED组D53和与其对应的第3波长转换区域P53构成的第3发光单元U53放射出具有图57中的色度点WP3的色度的一次光。
并且,通过使晶体管Q54成为导通状态,在第4LED组D54的各LED芯片503d中流过从电源512提供的正向的电流,LED芯片503d分别进行发光。因此,通过使晶体管Q54成为导通状态,从由第4LED组D54和与其对应的第4波长转换区域P54构成的第4发光单元U54放射出具有图57中的色度点WP4的色度的一次光。
为了控制这样的晶体管Q51~Q54的导通/截止状态,在本实施例的照明装置中设置了发光控制部513。晶体管Q51~Q54都可以根据各自的基极信号切换导通/截止状态,从发光控制部513向各个基极单独地送出基极信号。
从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的强度在使各自对应的晶体管Q51~Q54连续成为导通状态时达到最大。因此,在本实施例中,发光控制部513通过这样地使得晶体管Q51~Q54中的任意一个连续地成为导通状态,由此能够使得从与该晶体管对应的发光单元放射的一次光的强度达到最大。另一方面,在使从第1~第4发光单元U51~U54中的任意一个放射的一次光的强度低于其最大值的情况下,使与该发光单元对应的晶体管按预定周期间断地导通、截止,通过调整此时的电流供给脉冲的占空比,来调整提供给该发光单元的LED组的电力。此外,当减少此时的电流供给脉冲的占空比而未提供能够使LED芯片503发光的电力时,不从具备该LED芯片503的发光单元放射一次光。
如图58所示,能够针对晶体管Q51~Q54彼此独立地控制导通/截止状态,因此能够分别独立地调整提供给第1~第4发光单元U51~U54各自的LED组的电力。因此,能够在从熄灭状态到各发光单元放射出最大强度的一次光的状态的任意状态下,单独地调整从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光。
在本实施例的照明装置中,对第1~第4发光单元U51~U54放射的一次光进行合成而得到的合成光成为照明装置的照明光,因此,通过这样地调整从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的不同色度的一次光的强度,能够对照明装置的照明光的色度进行各种调整。因此,在本实施例的照明装置中,为了得到期望的照明光,设置了供使用者进行操作的操作单元(操作部件)514、和根据与该操作单元514对应的 操作来设定用于恰当地调整照明光的色度的目标值的目标值设定部515。在本实施例中,这些发光控制部513、操作单元514和目标值设定部515构成本发明的控制单元。
图59是示出在本实施例中使用的操作单元514的一例的示意图。如图59所示,操作单元514具备:供使用者进行操作的操作旋钮514a;以及主体514b,其内置有用于检测操作旋钮14a的操作位置,并将操作旋钮514a的位置信息送出到发光控制部513的电路(省略图示)。操作旋钮514a根据使用者的操作进行转动,如图59所示,在主体514b的操作面上,沿着设置于操作旋钮514a的标记514c的移动范围,按顺时针方向,标注了“灯泡色”、“暖白色”、“白色”、“自然白”、“日光色”。
该标记与照明装置作为照明光放射的白色光的色温相对应,与将色温的数量值自身标记在主体514b上的情况相比,使用者能够更直观地理解色温的高低。具体而言,例如“灯泡色”大约为2550°K,“暖白色”大约为3500°K,“白色”大约为4200°K,“自然白”大约为5000°K,“日光色”大约为6400°K。操作旋钮514a可以与这样的标记对应地阶段性地转动,也可以连续地转动。
(发光部的控制)
操作单元514的主体514b检测操作旋钮514a的位置,将检测到的操作旋钮514a的位置通知给目标值设定部515。在目标值设定部515中,根据以与操作单元514的主体514b的显示相匹配的方式预先设定的、操作旋钮514a的位置和目标相关色温之间的关系,决定与检测到的操作旋钮514a的位置对应的目标相关色温。这样决定的目标相关色温从目标值设定部515被送到发光控制部513,发光控制部513根据从目标值设定部515送来的目标相关色温执行用于控制发光部501的发光的发光控制。
此时发光控制部513进行的发光控制是如下控制:调整从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的强度,使得从照明装置放射的照明光成为通过操作单元514设定的目标相关色温的白色光。具体而言,进行发光控制,使得在图57的XY色度图中,照明光的色度位于控制曲线CL上。如图57所示,在本实施例中,控制曲线CL是相对于黑体辐射轨迹BL的偏差Δuv处于+0.005以内、且与黑体辐射轨迹BL近似的上凸的曲线。
此外,如图57所示,控制曲线CL包含在以从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的色度点WP1~WP4为顶点而形成的四边形内。即,换言之,将从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的色度设定为,使得以色度点 WP1~WP4为顶点的四边形包含控制曲线CL。并且,控制曲线CL上的作为下限色温(第1色温)T1的色度点CT1处于连接色度点WP1和色度点WP3的线上,控制曲线CL上的作为上限色温(第2色温)T2的色度点CT2比连接色度点WP2和色度点WP4的线更靠低色温侧。
另外,在本实施例中,将下限色温T1设为2550K、并且将上限色温T2设为6400K,使得也与上述操作单元514对色温的设定范围相匹配。通过这样地设定下限色温T1和上限色温T2,能够从照明装置放射出在一般的照明装置中得到的照明光的色温范围的照明光。这些下限色温T1和上限色温T2不限于上述的值,可以根据需要进行增减,但为了从照明装置放射出在一般的照明装置中得到的照明光的色温范围的照明光,优选将下限色温T1设为2800K以下,并且将上限色温T2设为6000K以上。
从照明装置放射的照明光是对从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光进行合成后的光,因此需要使得4个色度点WP1~WP4中的至少一个比控制曲线CL的下限色温T1更靠低色温侧,并且使得至少一个比控制曲线CL的上限色温T2更靠高色温侧。因此,在本实施例的情况下,将4个色度点WP1~WP4中的作为最低色温的色度点WP3设定为比控制曲线CL的下限色温T1更靠低色温侧,并且将作为最高色温的色度点WP2和作为次高色温的色度点WP4设定为比控制曲线CL的上限色温T2更靠高色温侧。
此外,如上所述,控制曲线CL包含在以色度点WP1~WP4为顶点而形成的四边形内,并且色度点WP1~WP4分别处于以其他的3个色度点为顶点而形成的三角形的外侧。如果第1~第4发光单元U51~U54中的任意一个发光单元发出的一次光的色度点处于以其他色度点为顶点而形成的三角形的内侧,则根据待调整的照明光的色温不同,有时只要使用与该处于内侧的色度点对应的发光单元即可、而不使用与该处于内侧的色度点的两侧的色度点对应的两个发光单元,可能导致照明光的总光通量降低从而不能得到所需的总光通量。因此,如果像本实施例这样使得色度点WP1~WP4分别处于以其他的3个色度点为顶点而形成的三角形的外侧,则能够使得第1~第4发光单元U51~U54分别以最大限度的平衡性良好地进行发光,能够确保照明光所需的总光通量。
图60是示出在本实施例的照明装置中由发光控制部513进行发光控制时从照明装置放射的照明光的色温、分别提供给第1~第4发光单元U51~U54的电力、这些 供给电力的总和即总供给电力以及照明光的总光通量之间的关系的曲线图。另外,在本实施例中,将提供给第2发光单元U52的电力与提供给第4发光单元U54的电力设为相同大小,但图60所示的针对各发光单元的供给电力的大小和总供给电力的大小只是一个例子,不限于此。因此,对于分别提供给第2发光单元U52和第4发光单元U54的电力,也有时根据各发光单元的发光特性和照明光的特性等而相互不同。
另外,在本实施例中,根据设置于发光部501的散热部件的热容,将可提供给发光部501的电力的上限设定为8W(瓦特)。因此,需要将分别提供给第1~第4发光单元U51~U54的电力设定为其总和不超过8W那样的大小。另一方面,根据设置于各发光单元的LED芯片503的最大额定电力来设定可分别提供给第1~第4发光单元U51~U54的电力的上限,在本实施例中设定为4W。因此,可提供给每个发光单元的电力的上限和为16W,大于可提供给发光部501的合计电力的上限即8W。
由此,由于可提供给每个发光单元的电力的上限之和大于可提供给发光部501的合计电力的上限,因此,能够在分别提供给第1~第4发光单元U51~U54的电力之和不超过可提供给发光部501的合计电力的上限即8W的条件下,在上限4W以内设定提供给第1~第4发光单元U51~U54中的任意一个发光单元的电力。其结果,与将可提供给每个发光单元的电力的上限之和限制为可提供给发光部501的合计电力的上限以下的情况相比,能够增大从照明装置放射的照明光的总光通量。
另外,这里给出的可提供给发光部501的电力的上限值、和可提供给每个发光单元的电力的上限值都只是一个例子,不限于此,可以根据照明装置和各发光单元的规格等适当进行变更。在任何情况下,如果考虑到能够增大从照明装置放射的照明光的总光通量的优点,则优选将可提供给每个发光单元的电力的上限之和设定得比可提供给发光部501的合计电力的上限大。
通过如上那样地设定控制曲线CL,并且设定可分别提供给第1~第4发光单元U51~U54的电力的上限,如图60所示,能够以在色温为约4000K以上的区域中尽可能不产生偏差的方式对各发光单元供给电力,同时将超过2W(用可提供给发光部501的合计电力的上限即8W除以发光单元的数量而得到的)的电力提供给一部分的发光单元,能够使照明装置的照明光确保500流明以上的总光通量。
另外,在色温4000K以下的区域中,为了消除一般的白炽灯泡中的总光通量和色温的变化的不舒适感,与照明装置的照明光的色温降低相应地降低总光通量。但是, 在本实施例中,即使在这种情况下,即使色温降低到下限色温T1,也能够确保最大光通量的1/3以上的总光通量,抑制色温降低时的照明光的总光通量降低,即使在低色温下也能够得到明亮的照明光。
上述那样的照明光的色温与供给电力之间的关系是通过仿真或实验等预先掌握的,根据作为其结果得到的图60所示的关系,能够求出得到期望色温的照明光所需的针对各发光单元的供给电力。并且,针对各发光单元的供给电力是根据针对各发光单元的电流供给脉冲的占空比确定的。
因此在本实施例中,根据图60中的色温与针对各发光单元的供给电力之间的关系,预先求出照明光的色温与分别针对发光部501的晶体管Q51~Q54的导通/截止控制的控制量(发光控制量)之间的关系。并且,将图60中的照明光的色温设为目标相关色温,在发光控制部513所具有的存储器(存储装置)513a中将与目标值设定部515可设定的目标相关色温对应的晶体管Q51~Q54的控制量作为控制映射,预先进行存储。另外,如果根据图60所示的关系进行晶体管Q51~Q54的导通/截止控制,则如图60所示,能够与此时的目标相关色温对应地自动设定照明光的总光通量,因此,通过设定目标相关色温,还能够设定目标总光通量。因此,基于目标相关色温的晶体管Q51~Q54的导通/截止控制实质上是基于目标相关色温和目标总光通量的控制。
发光控制部513在从目标值设定部515接收到与操作单元514中的操作旋钮514a的操作位置对应的目标相关色温时,从存储器513a所存储的控制映射中取得与目标相关色温对应的晶体管Q51~Q54各自的导通/截止控制量,并使用所取得的控制量对发光部501的晶体管Q51~Q54分别进行导通/截止控制。其结果,从照明装置放射出具有图57的XY色度图中的控制曲线CL上的色度的色温的照明光,此时的照明光的色温成为在操作单元514中设定的色温。
如上所述,在图57的XY色度图中,控制曲线CL相对于黑体辐射轨迹BL的偏差Δuv处于+0.005以内,并且能够能够得到平均显色评价数Ra为90以上的显色性极其优异的白色光。另外,控制曲线CL相对于黑体辐射轨迹BL的偏差Δuv越小,越能够得到无不舒适感的自然的白色光,并且能够在不降低显色性的情况下实现较高的总光通量,但偏差Δuv不是必须像本实施例这样处于0.005以内,可以根据照明装置所要求的特性和使用目的等来设定偏差Δuv的大小。但是,一般而言,在将偏差Δuv 设为正值的情况下,与以相同的绝对值设为负值的情况相比,能够更高地提高发光效率,因此,从得到高亮度的照明光的方面看,优选将偏差Δuv设定为正值,在还考虑到上述效果的情况下,优选将控制曲线CL设定为使得偏差Δuv为+0.01±0.01。
如上所述,在本实施例的照明装置中,能够根据操作单元514的操作旋钮514a的操作量,在从下限色温T1到上限色温T2的范围内,改变从照明装置放射的照明光的色温,此时的照明光的色度与黑体辐射轨迹BL近似,偏差Δuv处于+0.005以内,因此能够使得照明光成为无不舒适感的自然的白色光。并且,能够利用对操作旋钮514a的操作,恰当地调整照明光的色温和总光通量双方。
此外,在图57的XY色度图中,将控制曲线CL设定为包含在以从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的色度点WP1~WP4为顶点而形成的四边形内,因此,必然有两个以上的发光单元发出的一次光被用于得到照明光,能够抑制照明光的总光通量的不理想的降低。
并且,在本实施例中,组合地使用了LED芯片503和含有荧光体的单元区域506,因此,利用荧光体的发光光谱特性,在各发光单元的发光光谱中,不再存在直接使用LED芯片发出的光时的欠缺部分,能够得到显色性优异的照明光。
而且,在各单元区域506中没有混合使用波长转换特性不同的多种荧光体,因此,能够抑制由一个荧光体进行波长转换后的光被另一个荧光体再次进行波长转换那样的级联激发的产生,能够防止由于这种级联激发引起的各波长转换区域中的发光效率的降低。
此外,在本实施例中,将设置有荧光部件505的透光基板504设置成与安装有LED芯片503的布线基板502相对,由此形成具有发光单元组的发光部501,因此第1~第4发光单元U51~U54被设置为一体,对发光部501的处理变得容易,并且能够减少照明装置的制造工时和制造成本。
(照明装置的电路结构的变形例)
为了放射出作为照明光的各种色温的白色光而变更从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的强度的照明装置的电路不限于上述那样图58所示的结构。因此,以下根据图61对用于变更从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的强度的照明装置的电路结构的变形例进行说明。另外,本变形例的发光部521与上述第5实施例的发光部501同样地在基板上排列有160个LED芯片503,并且, 与这些LED芯片503对应地使用了与第5实施例同样地设置了荧光部件505的透光基板504。即,在本变形例中,仅基板中的电路结构及其发光控制与上述第5实施例不同,其他结构与第5实施例相同。
在本变形例中,也与第5实施例同样,40个LED芯片503a构成第1LED组D51,40个LED芯片503b构成第2LED组D52。并且同样地,40个LED芯片503c构成第3LED组D53,40个LED芯片503d构成第4LED组D54。但是,如图61所示,在本变形例中,在各LED组中LED芯片被串联连接。
如图61所示,与上述第1LED组D51的LED芯片503a串联连接着用于调整并提供针对各LED芯片503a的驱动电流的晶体管Q61和电流检测用的电阻R21,它们连接在电源522的正极与负极之间。同样,与第2LED组D52的LED芯片503b串联连接着晶体管Q62和电流检测用的电阻R22,与第3LED组D53的LED芯片503c串联连接着晶体管Q63和电流检测用的电阻R23,与第4LED组D54的LED芯片503d串联连接着晶体管Q64和电流检测用的电阻R24。
晶体管Q61~Q64的基极分别与对应的运算放大器OP1~OP4的输出连接。并且,如图61所示,这些运算放大器OP1~OP4各自的反相输入端分别与对应的电流检测用的电阻R21~R24连接。因此,例如当根据运算放大器OP1的输出信号电平,对应的晶体管Q61成为导通状态而在LED芯片503a和电阻R21中流过电流时,电阻R21的电位上升。此时,在运算放大器OP1的反相输入端的电位与同相输入端的电位相等以前,允许晶体管Q61的导通状态,当反相输入端的电位超过同相输入端的电位时,运算放大器OP1的输出信号反转,晶体管Q61成为非导通状态。其结果,LED芯片503a中流过的电流被保持为与运算放大器OP1的同相输入端的电位对应的恒定值。即,利用运算放大器OP1、电阻R21和晶体管Q61来构成提供给LED芯片503a的驱动电流用的恒流电路,其电流值由运算放大器OP1的同相输入端的电位决定。
同样,运算放大器OP2、电阻R22和晶体管Q62构成提供给LED芯片503b的驱动电流用的恒流电路,运算放大器OP3、电阻R23和晶体管Q63构成提供给LED芯片503c的驱动电流用的恒流电路,运算放大器OP4、电阻R24和晶体管Q64构成提供给LED芯片503d的驱动电流用的恒流电路。并且,这些LED芯片503b~503d的驱动电流的大小与LED芯片503a的情况相同,分别由对应的运算放大器的同相输入端的电位决定。
在本变形例中,在仅向第1~第4LED组D51~D54中的任意1个LED组提供驱动电流时,从第1~第4发光单元U51~U54中与该LED组对应的发光单元放射的一次光与上述第5实施例的情况相同。即,当第1LED组D51的各LED芯片503a分别进行发光时,从由第1LED组D51和与其对应的第1波长转换区域P51构成的第1发光单元U51放射出具有图57中的色度点WP1的色度的一次光。同样,当第2LED组D52的各LED芯片503b分别进行发光时,从由第2LED组D52和与其对应的第2波长转换区域P52构成的第2发光单元U52放射出具有图57中的色度点WP2的色度的一次光。此外,当第3LED组D53的各LED芯片503c分别进行发光时,从由第3LED组D53和与其对应的第3波长转换区域P53构成的第3发光单元U53放射出具有图57中的色度点WP3的色度的一次光。并且,当第4LED组D54的各LED芯片503d分别进行发光时,从由第4LED组D54和与其对应的第4波长转换区域P54构成的第4发光单元U54放射出具有图57中的色度点WP4的色度的一次光。
对这样的第1~第4发光单元U51~U54的发光进行控制,与第5实施例的照明装置同样,能够使得对从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光进行合成并从照明装置放射的照明光的色度在图57所示的控制曲线CL上变化,因此,在本变形例中,发光部521具备微计算机CPU1、存储器(存储装置)M1和D/A转换器DAC1。另外,这些微计算机CPU1、存储器M1和D/A转换器DAC1与上述LED芯片503a~503d、晶体管Q61~Q64、电阻R21~R24和运算放大器OP1~OP4一起安装在发光部521的基板上。
微计算机CPU1具备两个模拟输入端口IP1和IP2,并且具备输出8比特数字信号的4个数字输出端口#1、#2、#3和#4。此外,存储器M1为了与微计算机CPU1之间进行数据的收发,通过信号线与微计算机CPU1连接。而且,D/A转换器DAC1具备4个数字输入端口DP1、DP2、DP3和DP4,并且具备将输入到这些数字输入端口DP1、DP2、DP3和DP4的数字信号转换为模拟信号并输出的模拟输出端口AP1、AP2、AP3和AP4。另外,数字输入端口DP1、DP2、DP3和DP4与模拟输出端口AP1、AP2、AP3和AP4以该记载顺序一一对应。
可变电阻VR1可根据使用者的操作调整照明光的色温,因此,能够按照与第5实施例的操作单元514相同的方式,以能够通过色温调整旋钮(省略图示)进行操作的方式设置于照明装置。可变电阻VR1的两个固定端子中的一方与电源522的正极 连接,另一方与电源522的负极连接。另一方面,可变端子与微计算机CPU1的模拟输入端口IP1连接,根据使用者对色温调整旋钮的操作,改变施加到模拟输入端口IP1的电位。
在本变形例中,进行如下发光控制:当可变电阻VR1的可变端子的电位达到最小值时,照明光的色温成为图57的控制曲线CL中的下限色温(第1色温)T1,当该电位达到最大值时,照明光的色温成为图57的控制曲线CL中的上限色温(第2色温)T2。并且,进行如下发光控制:当可变电阻VR1的可变端子的电位在最小值与最大值之间变化时,照明光的色温与其电位对应地,在图57的控制曲线CL上,在下限色温T1’与上限色温T2’之间连续地变化。另外,在本变形例中,与第5实施例的情况相比,略微延长了控制曲线CL,将下限色温T1’设为2500K,并且将上限色温T2’设为6500K。该情况下,即使在控制曲线CL的延长部分中,也能够利用与第5实施例的情况同样的方法来设定对于第1~第4发光单元U51~U54的电力分配。
由此,可变电阻VR1的可变端子的电位与通过色温调整旋钮的操作而调整的期望照明光的色温一一对应,与可变电阻VR1的可变端子的电位对应地设定照明光的目标相关色温。另一方面,用于在控制曲线CL上实现所设定的目标相关色温的、对于第1~第4发光单元U51~U54的电力分配与上述第5实施例的情况相同,利用同样的方法与可设定的目标相关色温对应地预先求出对各发光单元的电力供给量。此外,如果设定了第1~第4发光单元U51~U54的供给电力,则还能够确定LED芯片503a~503d各自的驱动电流的大小。因此,在本变形例中,将表示目标相关色温的可变电阻VR1的可变端子的电位作为参数,将相当于与下限色温T1’到上限色温T2’之间的各种色温对应的针对第1~第4发光单元U51~U54的驱动电流值的8比特数据作为控制映射,预先存储到存储器M1中。图62是示出与这种目标相关色温对应的每个发光单元的供给电力的一例的表。根据图62所示的目标温度与供给电力之间的关系,将按照每个发光单元与目标相关色温对应地求出的驱动电流值作为控制映射,存储到存储器M1中。
在将与色温调整旋钮的操作位置对应的可变端子的电位施加到微计算机CPU1的模拟输入端口IP1时,微计算机CPU1从存储器M1取得施加到模拟输入端口IP1的电位、即表示与目标相关色温对应的针对第1~第4发光单元U51~U54的驱动电流值的4个8比特数据。微计算机CPU1将这样取得的4个8比特数据与第1~第4 发光单元U51~U54分别对应地,输出到输出端口#1~#4。另外,此时如果对4个8比特数据分别乘以相同的降低系数,则能够在不变更色温的情况下降低照明光的总光通量。因此,在本变形例中,在对所取得的4个8比特数据乘以了总光通量调整用的0~1的降低系数后,输出到输出端口#1~#4。关于该总光通量调整用的降低系数,将在后面进行叙述,下面以将降低系数设为1而不减低总光通量的情况为例进行说明。
微计算机CPU1的输出端口#1与D/A转换器DAC1的数字输入端口DP1连接,输入到该数字输入端口DP1的数字信号在被转换为模拟信号后从模拟输出端口AP1输出。模拟输出端口AP1与运算放大器OP1的同相输入端连接,运算放大器OP1的输出端如上所述与对应于第1发光单元U51的晶体管Q61的基极连接。因此,微计算机CPU1从输出端口#1输出如上所述地从存储器M1取得的4个8比特数据中、表示提供给第1发光单元U51的驱动电流的8比特数据。
同样,与微计算机CPU1的输出端口#2连接的D/A转换器DAC1的数字输入端口DP2对应于模拟输出端口AP2,模拟输出端口AP2与运算放大器OP2的同相输入端连接。并且,运算放大器OP2的输出端与对应于第2发光单元U52的晶体管Q62的基极连接。因此,微计算机CPU1从输出端口#2输出如上所述地从存储器M1取得的4个8比特数据中、表示提供给第2发光单元U52的驱动电流的8比特数据。
此外,与微计算机CPU1的输出端口#3连接的D/A转换器DAC1的数字输入端口DP3对应于模拟输出端口AP3,模拟输出端口AP3与运算放大器OP3的同相输入端连接。并且,运算放大器OP3的输出端与对应于第3发光单元U53的晶体管Q63的基极连接。因此,微计算机CPU1从输出端口#3输出如上所述地从存储器M1取得的4个8比特数据中、表示提供给第3发光单元U53的驱动电流的比特数据。
进而,与微计算机CPU1的输出端口#4连接的D/A转换器DAC1的数字输入端口DP4对应于模拟输出端口AP4,模拟输出端口AP4与运算放大器OP4的同相输入端连接。并且,运算放大器OP4的输出端与对应于第4发光单元U54的晶体管Q64的基极连接。因此,微计算机CPU1从输出端口#4输出如上所述地从存储器M1取得的4个8比特数据中、表示提供给第4发光单元U54的驱动电流的8比特数据。
因此,为了得到由可变电阻VR1决定的目标相关色温的照明光,从D/A转换器DAC1的4个模拟输出端口AP1~AP4分别输出与应该分别提供给第1~第4发光单 元U51~U54的驱动电流对应的电压值的模拟信号。并且,这些模拟信号被分别提供给对应的运算放大器OP1~OP4的同相输入端。如上所述,通过将这些运算放大器OP1~OP4的输出信号分别提供到对应的晶体管Q61~Q64的基极,在对应的LED芯片503a~503d各自中,流过与提供到运算放大器OP1~OP4的同相输入端的模拟信号的电压值对应的电流。其结果,通过对从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光进行合成,能够得到通过色温调整旋钮的操作设定的色温的照明光。
如上所述,在本变形例中,除了这种色温的调整以外,还能够调整照明光的总光通量。图61的电路中的可变电阻VR2是为了在从熄灭状态到照明装置中所能得到的总光通量的上限的范围中调整照明光的总光通量而设置的,以能够通过供使用者进行操作的总光通量调整旋钮(省略图示)进行操作的方式设置于照明装置。可变电阻VR2的两个固定端子中的一个与电源522的正极连接,另一个与电源522的负极连接。另一方面,可变端子与微计算机CPU1的模拟输入端口IP2连接,通过使用者对总光通量调整旋钮的操作,来改变施加给模拟输入端口IP2的电位。
在本变形例中,以与照明装置所能得到的总光通量的上限对应的比率来设定照明光的总光通量的目标值,在熄灭状态下目标值为0,在得到上限的总光通量的状态下目标值为1。并且,当可变电阻VR2的可变端子的电位为最小值时,目标值为0,当该电位为最大值时,目标值为1。此外,当可变电阻VR2的可变端子的电位在最小值与最大值之间变化时,总光通量的目标值与其电位相应地在0到1之间连续地变化。
如上所述,微计算机CPU1在从存储器M1取得表示与目标相关色温对应的针对第1~第4发光单元U51~U54的驱动电流值的4个8比特数据并输出到输出端口#1~#4时,对这4个8比特数据分别乘以用于降低照明光的总光通量的降低系数。微计算机CPU1对这里使用的降低系数应用根据可变电阻VR2的可变端子的电位设定的0~1的目标值。因此,通过操作可变电阻VR2的总光通量调整用旋钮,能够针对照明光,在从熄灭状态到总光通量达到上限的状态的范围内,连续地调整照明光的总光通量。
由此,在本变形例中,也能够与上述第5实施例同样地调整照明光的色温,因此能够得到与第5实施例同样的效果。此外,在本变形例中,除了色温的调整以外,还能够调整照明光的总光通量,因此,能够在实现色温调整的同时,得到使用者期望的各种色温和亮度的照明光。另外,根据对本变形例的以上说明可以清楚地看出,除了 微计算机CPU1以外,存储器M1、D/A转换器DAC1、可变电阻VR1和可变电阻VR2也相当于本发明的控制单元。
(发光单元数量的其他例子)
在本实施例中,在图57的XY色度图中,将控制曲线CL设定为包含在以从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的色度点WP1~WP4为顶点而形成的四边形内。但是,在照明装置中使用的发光单元的数量不限于4个,只要是在XY色度图中能够形成多边形的数量即可。
例如,图63示出了将发光单元的数量设为3个的情况,即从各发光单元放射的一次光的色度点为3个的例子。图63对图57的XY色度图进行了部分简化。在图63的例子中,替代第2发光单元U52和第4发光单元U54,而与第1发光单元U51和第3发光单元U53组合地使用了第5发光单元U55,从第5发光单元U55放射的一次光的色度点为WP5。此外,控制曲线CL使用了与上述第5实施例相同的控制曲线。
如图63所示,色度点WP5被设定为,以3个色度点WP1、WP3和WP5为顶点而形成的三角形包含控制曲线CL。因此,色度点WP5比控制曲线CL的上限色温T2更靠高色温侧。具体而言,例如可以在连接上述第5实施例中使用的色度点WP2和色度点WP4的线上设定色度点WP5。当然,也可以在与此不同的位置处设定色度点WP5。通过设定与第5发光单元U55对应地设置的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量来进行这种色度点WP5的设定。
在图63的例子中,以3个色度点WP1、WP3和WP5为顶点而形成的三角形也包含控制曲线CL,因此,通过与上述第5实施例同样地调整从第1发光单元U51、第3发光单元U53和第5发光单元U55分别放射的一次光的强度,能够使得从照明装置放射的照明光的色度位于控制曲线CL上,同时能够在下限色温T1到上限色温T2的范围内调整照明光的色温。因此,在图63所示的例子中,也能够得到与上述第5实施例的照明装置同样的效果。
即使在将发光单元的数量设为4个的情况下,各个发光单元放射的光的色度点也不限于上述第5实施例的情况,可以根据需要进行各种变更。图64与图63同样地对图57的XY色度图进行了部分简化,示出了采用与第5实施例不同的4个色度点的例子。在图64的例中,使用了第5实施例中使用的控制曲线CL,但使用了第6~第 9发光单元U56~U59来替代第1~第4发光单元U51~U54。并且,从这些第6~第9发光单元U56~U59分别放射的一次光的色度点分别为WP6~WP9。
如图64所示,从第6发光单元U56放射的一次光的色度点WP6、和从第8发光单元U58放射的一次光的色度点WP8都比控制曲线CL的下限色温T1更靠低色温侧。另一方面,从第7发光单元U57放射的一次光的色度点WP7、和从第9发光单元U59放射的一次光的色度点WP9都比控制曲线CL的上限色温T2更靠高色温侧。这4个色度点WP6~WP9被设定为,以色度点WP6~WP9为顶点而形成的四边形包含控制曲线CL。此外,色度点WP6~WP9分别位于以其余的色度点为顶点而形成的三角形的外侧。通过设定分别设置于第6~第9发光单元U56~U59的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量来进行这种设定。
在图64的例子中,以4个色度点WP6~WP9为顶点而形成的四边形也包含控制曲线CL,因此,通过与上述第5实施例同样地调整从第6~第9发光单元U56~U59分别放射的一次光的强度,能够使得从照明装置放射的照明光的色度位于控制曲线CL上,同时能够在下限色温T1到上限色温T2的范围内调整照明光的色温。因此,在图64的例子中,也能够得到与上述第5实施例的照明装置同样的效果。
发光单元的数量还可以从4个起进一步增加。例如,作为将发光单元的数量设为5个时的一个例子,除了第6~第9发光单元U56~U59以外,还可以使用第10发光单元U60。该情况下,为了防止由于上述原因相对于特定的发光单元产生偏差,可以以位于以色度点WP6~WP9为顶点而形成的四边形的外侧的方式,例如设定图64所示的色度点WP10。
通过这样地设定色度点WP10,使得控制曲线CL包含在以色度点WP6~WP10为顶点而形成的五边形内。此外,色度点WP6~WP10分别位于以其余的色度点为顶点而形成的四边形的外侧。这种色度点WP10的设定也是通过设定设置于第10发光单元U60的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量来进行的。
该情况下,以5个色度点WP6~WP10为顶点而形成的五边形也包含控制曲线CL,因此,通过与上述第5实施例同样地调整从第6~第10发光单元U56~U60分别放射的光的强度,能够使得从照明装置放射的照明光的色度位于控制曲线CL上,同时能够在下限色温T1到上限色温T2的范围内调整照明光的色温。因此,能够得 到与上述第5实施例的照明装置同样的效果。
(LED芯片的变形例)
在上述第5实施例中,LED芯片503发出具有460nm的峰值波长的蓝色光,但如上所述,LED芯片503的种类和发光波长特性不限于此,只要不脱离本发明的主旨,即可使用各种各样的LED芯片等半导体发光元件。因此,例如作为LED芯片的变形例,以下对使用了发出具有405nm的峰值波长的近紫外光的LED芯片的情况进行说明。另外,在本变形例的情况下,伴随这种LED芯片的变更,如后所述,仅荧光部件505中使用的荧光体的种类的一部分与第5实施例不同,结构与第5实施例相同。因此,使用在第5实施例中用于说明的附图来进行以下的说明。
本变形例使用的LED芯片发出具有405nm的峰值波长的近紫外光,但作为这种LED芯片,优选的是在发光层中使用了InGaN半导体而发出近紫外区域的光的GaN系LED芯片等。此外,在本变形例中,LED芯片发出的光的峰值波长优选处于360nm~420nm的波长范围内。
荧光部件的单元区域506与第5实施例同样地划分为红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b这4种。在红色单元506r、绿色单元506g和黄色单元506y中,替代蓝色光而使用了将近紫外光分别波长转换为红色光、绿色光和黄色光的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,但关于这些荧光体,可以应用第5实施例中例示的各种荧光体。另一方面,关于蓝色单元506b,不像第5实施例的蓝色单元506b那样使蓝色光透射过,而是分散地保持有将LED芯片503发出的近紫外光波长转换为蓝色光的蓝色荧光体(第4荧光体)。
这种蓝色荧光体的发光峰值波长适合处于如下波长范围内:通常为420nm以上、优选为430nm以上、更优选为440nm以上,通常小于500nm、优选为490nm以下、更优选为480nm以下、进一步优选为470nm以下、特别优选为460nm以下。其中,作为蓝色荧光体,例如优选为(Ca、Sr、Ba)MgAl10O17:Eu、(Sr、Ca、Ba、Mg) 10(PO4)6(Cl、F)2:Eu、(Ba、Ca、Mg、Sr)2SiO4:Eu、(Ba、Ca、Sr)3MgSi2O8:Eu,更优选为(Ba、Sr)MgAl10O17:Eu、(Ca、Sr、Ba)10(PO4)6(Cl、F)2:Eu、Ba3MgSi2O8:Eu,特别优选为Sr10(PO4)6Cl2:Eu、BaMgAl10O17:Eu。
另外,在使用发出近紫外光的LED芯片的情况下,不再存在透射过红色单元506r、绿色单元506g和黄色单元506y而放射的蓝色光,因此,为了对这种蓝色光的 减少进行补偿,要调整第1~第4波长转换区域P51~P54中的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的数量。
由此,即使在使用发出近紫外光的LED芯片的情况下,只要如上所述地变更蓝色单元506b,即可与第5实施例的情况同样地从蓝色单元506b得到蓝色光,因此,能够放射出与第5实施例的照明装置同样的照明光,通过调整从各发光单元放射的一次光的强度,能够得到与第5实施例的照明装置同样的效果。
(荧光部件的第1变形例)
在上述第5实施例中,与第1~第4发光单元U51~U54对应地将荧光部件505划分为第1~第4波长转换区域P51~P54,与各LED芯片503对应地将这些波长转换区域分别分割为单元区域506。并且这些单元区域506被进一步划分为分散地保持的荧光体的种类分别不同的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b这4种。并且,第1~第4波长转换区域P51~P54各自中的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的数量不同,由此使得从第1~第4发光单元U51~U54分别放射的一次光的色度不同。
但是,第5实施例中的荧光部件的结构不限于此,可以进行各种变更。因此,以下根据图65,将其中一个作为荧光部件的第1变形例进行说明。另外,在本变形例中,对于与上述第5实施例同样的部件,使用相同标号并省略详细说明。
图65是应用了本变形例的发光部501’的俯视图。与第5实施例同样,在透光基板504的第2面504b上设置有荧光部件(波长转换部件)505’,在图65中未示出的布线基板502的芯片安装面502a上,与第5实施例同样地排列安装有160个LED芯片503。并且,与第5实施例同样,以与布线基板502的芯片安装面502a相对的方式配设透光基板504,由此荧光部件505’隔着该透光基板504,配置在与布线基板502的芯片安装面502a相对的位置。
与第5实施例同样,荧光部件505’被划分为第1波长转换区域P51’、第2波长转换区域P52’、第3波长转换区域P53’和第4波长转换区域P54’这4个波长转换区域。另外,在图65中,为了识别各波长转换区域的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。因此,如图65所示,在俯视发光部501’的情况下,与这些第1波长转换区域P51’、第2波长转换区域P52’、第3波长转换区域P53’和第4波长转换区域P54’这4个波长转换区域对应地,分别各配置有40个LED芯片503。即,与第5实施例 同样,如图65所示,各LED芯片503与第1波长转换区域P51’、第2波长转换区域P52’、第3波长转换区域P53’和第4波长转换区域P54’的位置对应地分别划分为第1LED组D51、第2LED组D52、第3LED组D53和第4LED组D54。
因此,在本变形例中,第1LED组D51和第1波长转换区域P51’构成第1发光单元U51’,第2LED组D52和第2波长转换区域P52’构成第2发光单元U52’。并且,第3LED组D53和第3波长转换区域P53’构成第3发光单元U53’,第4LED组D54和第4波长转换区域P54’构成第4发光单元U54’。并且,合并了这4个发光单元后的发光部501’相当于本发明的发光单元组。另外,以下将这些第1~第4发光单元U51’~U54’各自放射的光称作一次光,将对第1~第4发光单元U51’~U54’各自放射的一次光进行合成而从发光部501’放射的光称作合成光。
荧光部件505’与第5实施例的荧光部件505同样具有如下功能:按照每个波长转换区域对LED芯片503发出的光进行波长转换,放射出与LED芯片503发出的光不同的峰值波长的光。但是,荧光部件505’未被分割为单元区域,实质上在每个波长转换区域中,均匀地分散保持荧光体。具体而言,在本变形例的荧光部件505’中,混合使用了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,替代第5实施例那样在各波长转换区域中调整红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的数量的方式,而是按照每个波长转换区域改变这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率。
更具体而言,以图55所示的第5实施例中的每个波长转换区域的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,针对每个波长转换区域设定红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率。由此,从第1~第4发光单元U51’~U54’分别放射的一次光与第5实施例的情况相同,在图57的XY色度图中具有色度点WP1、色度点WP2、色度点WP3和色度点WP4的色度。
另外,如图55所示,在第5实施例中,第2波长转换区域P52不包含红色单元506r,因此,以此为基准,在本变形例中,第2波长转换区域P52’中的红色荧光体的混合比率也为0%。此外,在第5实施例中,关于从蓝色单元506b放射的蓝色光,使用了不被波长转换而透射过各波长转换区域而放射的蓝色光。因此,在本变形例中,为了从各波长转换区域放射出与第5实施例的情况相同等级的蓝色光,按照每个波长转换区域设定红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的密度。
通过如上所述地构成荧光部件505’的第1~第4波长转换区域P51’~P54’,使得从第1~第4发光单元U51’~U54’分别放射的一次光与第5实施例的情况相同地在图57的XY色度图中具有色度点WP1~WP4的色度。因此,通过与第5实施例的情况同样地调整从发光单元U51’~U54’分别放射的一次光的强度,能够按照图57所示的控制曲线CL上的色度将本变形例的照明装置的照明光调整为下限色温T1到上限色温T2之间的色温。其结果,在本变形例中,也能够得到与第5实施例的情况同样的效果。
另外,在本变形例中,还可以使用发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片。该情况下,除了在荧光部件505’中使用的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体以外,还可以混合地使用对LED芯片发出的近紫外光进行波长转换而放射出蓝色光的蓝色荧光体。
(荧光部件的第2变形例)
以下,根据图66和图67,作为第2变形例,对荧光部件的进一步的变形例进行说明。另外,在本变形例中,对于与上述第5实施例同样的部件,也使用相同标号并省略详细说明。此外,在图66和图67中,为了识别各单元的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。
在本变形例中,发光部的基本结构也与第5实施例相同,与第5实施例和第1变形例的不同点仅在于设置在透光基板504上的荧光部件的划分。具体而言,与第5实施例同样,在本变形例中,荧光部件也与LED芯片503分别对应地分割为160个单元区域506”,但各个单元区域506”的结构与第5实施例的单元区域506不同。
即,在本变形例中,也与第5实施例同样,荧光部件被分割为第1波长转换区域、第2波长转换区域、第3波长转换区域和第4波长转换区域这4个波长转换区域,在各个波长转换区域中各含有40个单元区域506”。在第5实施例中,将160个单元区域506划分为红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b这4种单元区域,在各波长转换区域中,这些红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的数量不同。
与此相对,在本变形例中,各单元区域506”被进一步被分割为红色区域520r、绿色区域520g、黄色区域520y和蓝色区域520b这4个区域。在红色区域520r中,分散地保持有对LED芯片503发出的蓝色光进行波长转换而放射红色光的红色荧光 体,在绿色区域520g中,分散地保持有对LED芯片503发出的蓝色光进行波长转换而放射绿色光的绿色荧光体。此外,在黄色区域520y中,分散地保持有对LED芯片503发出的蓝色光进行波长转换而放射黄色光的黄色荧光体。并且,蓝色区域520b与第5实施例的蓝色单元506b同样是不对LED芯片503发出的蓝色光进行波长转换而使其透过的单元区域,且分散地保持有用于使蓝色光良好地扩散而进行放射的扩散用粒子。
图66是例示本变形例中的单元区域506”中的1个区域的俯视图,如图66所示,各单元区域506”中的这些红色区域520r、绿色区域520g、黄色区域520y和蓝色区域520b的面积不一定相同。即,在本变形例中,替代第5实施例那样在各波长转换区域中调整红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的数量的方式,而是按照每个波长转换区域改变单元区域506”中的红色区域520r、绿色区域520g、黄色区域520y和蓝色区域520b的面积。
具体而言,以图55所示的第5实施例中的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,按照每个波长转换区域设定单元区域506”中的红色区域520r、绿色区域520g、黄色区域520y和蓝色区域520b的面积。由此,从各发光单元放射的一次光与第5实施例的情况相同,在图57的XY色度图中具有色度点WP1、色度点WP2、色度点WP3和色度点WP4的色度。
另外,如图55所示,在第5实施例中,第2波长转换区域P52不包含红色单元506r,因此,以此为基准,在本变形例中,处于第2波长转换区域的单元区域506”未设置红色区域520r。此外,在第5实施例中,第3波长转换区域P53不包含蓝色单元506b,因此,以此为基准,在本变形例中,处于第3波长转换区域的单元区域506”未设置蓝色区域520b。
图67是部分地进行提取而示出这样形成的单元区域506”的第1波长转换区域中的配置例的示意图。在各个波长转换区域中,单元区域506”的红色区域520r、绿色区域520g、黄色区域520y和蓝色区域520b的面积被设定为恒定,但如图67所示,以在相邻的单元区域506”之间单元区域506”的方向不相同的方式,以逐个旋转90度的状态排列了各个单元区域506”。在第2~第4波长转换区域中,也与此同样地排列了各单元区域506”。由此,能够更加良好地进行从各单元区域506”放射的光的合成。另外,各单元区域506”的排列方法不限于图67的方式,可以进行各种变更。
通过如上所述地构成各波长转换区域中包含的单元区域506”,由此,从各发光单元放射的一次光与第5实施例的情况相同地在图57的XY色度图中具有色度点WP1~WP4的色度。因此,通过与第5实施例的情况同样地调整从各发光单元放射的一次光的强度,能够按照图57所示的控制曲线CL上的色度,将本变形例的照明装置的照明光调整为下限色温T1到上限色温T2之间的色温。其结果,在本变形例中,也能够得到与第5实施例的情况同样的效果。
另外,在本变形例中,也可以使用发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片。该情况下,在单元区域506”中的蓝色区域520b中,可以分散地保持对LED芯片发出的近紫外光进行波长转换而放射出蓝色光的蓝色荧光体。但是,在使用发出近紫外光的LED芯片的情况下,不再存在透射过红色区域520r、绿色区域520g和黄色区域520y而放射的蓝色光,因此为了对这种蓝色光的减少量进行补偿,针对每个波长转换区域在各单元区域506”中调整红色区域520r、绿色区域520g、黄色区域520y和蓝色区域520b的面积。
(荧光部件的第3变形例)
在第5实施例中,对荧光部件505进行4分割而成为第1~第4波长转换区域P51~P54,与这些波长转换区域对应地,一一地形成被划分为第1~第4LED组D51~D54的LED芯片503以及第1~第4发光单元U51~U54。但是,也可以对这些第1~第4波长转换区域P51~P54中的至少1个进一步进行分割。
作为这种情况下的一例,图68是作为第3变形例而示出分别对第1波长转换区域P51和第3波长转换区域P53进一步进行2分割时的荧光部件的俯视图。如图68所示,第1波长转换区域P51被2分割,之间夹着第2波长转换区域P52而进行配置。同样,第3波长转换区域P53被2分割,之间夹着第4波长转换区域P54而进行配置。
伴随这种波长转换区域的分割,第1LED组D51也被2分割,之间夹着第2LED组D52。同样,第3LED组D53也被2分割,之间夹着第4LED组D54而进行配置。其结果,由第1LED组D51和第1波长转换区域P51构成的第1发光单元U51也被2分割,并且之间夹着第2发光单元U52而进行配置。此外,由第3LED组D53和第3波长转换区域P53构成的第3发光单元U53也被2分割,并且之间夹着第4发光单元U54而进行配置。另外,该情况下,由这些第1~第4发光单元U51~U54构成的发光部501”也相当于本发明的发光单元组。
被2分割的第1波长转换区域P51中的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的总数与第5实施例的第1波长转换区域P51相同,被2分割的第3波长转换区域P53中的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b的总数也与第5实施例的第3波长转换区域P53相同。因此,通过与第5实施例的情况同样地调整从各发光单元放射的一次光的强度,能够按照图57所示的控制曲线CL上的色度将本变形例的照明装置的照明光调整为下限色温T1到上限色温T2之间的色温。其结果,在本变形例中,也能够得到与第5实施例的情况同样的效果。
而且,分别对第1波长转换区域P51和第3波长转换区域P53进行了2分割并分散地进行配置,因此能够更加良好地进行从各波长转换区域放射的一次光的合成。另外,在本变形例中,对第1波长转换区域P51和第3波长转换区域P53分别进行了2分割,但进行分割的波长转换区域不限于这些,可以对第1~第4波长转换区域P51~P54中的至少1个同样地进行分割。此外,分割数也不限于2,可以分割为3个以上。并且,各波长转换区域的配置也不限于图68的方式,可以进行各种变更。
本变形例是像第5实施例那样把对各波长转换区域进一步分割为单元区域后的区域作为对象,但在图65所示的第1变形例中也可以应用本变形例。即,可以像本变形例这样,对图65所示的未被分割为单元区域的第1~第4波长转换区域P51’~P54’中的至少1个进行分割。此外,在作为将各波长转换区域进一步分割为单元区域时的变形例的第2变形例中,也可以与针对第5实施例的应用同样地应用本变形例。
(发光控制的第1变形例)
在第5实施例中,根据操作单元514中的操作旋钮514a的操作位置来设定目标相关色温,执行控制第1~第4发光单元U51~U54的发光的发光控制,使得照明装置(发光装置1)的照明光的色温成为目标相关色温。此时,特别在4000K以下的色温区域中,如图60所示,与色温的降低相应地降低照明光的总光通量,消除了一般白炽灯泡的总光通量和色温的变化的不舒适感。通过从图60所示的大小改变分别提供给第1~第4发光单元U51~U54的电力的大小,能够对这种与色温降低相伴的总光通量的降低程度进行各种调整。
因此,还可以替代如第5实施例那样根据对操作单元514的操作调整色温的方式,而从熄灭状态到最大总光通量的状态之间调整照明装置的照明光的总光通量。此外, 如果像对第5实施例的发光控制进行说明的那样,根据图60所示的关系进行晶体管Q51~Q54的导通/截止控制,则如图60所示,与此时的目标相关色温对应地自动设定照明光的总光通量,因此,通过设定目标相关色温,还能够设定目标总光通量。以下,作为第5实施例中由发光控制部513进行的发光控制的变形例,对能够这样地调整照明光的总光通量时的发光控制进行说明。
图69是在本变形例的发光控制中,替代第5实施例的操作单元514而使用的操作单元514’的示意图。另外,在本变形例中,仅发光控制的内容和操作单元514’与第5实施例不同,其他结构与第5实施例相同,对于与第5实施例同样构成的部件,使用相同标号并且省略详细说明。
如图69所示,操作单元514’具备:供使用者进行操作的操作旋钮514a’;以及主体514b’,其内置有用于检测操作旋钮514a’的操作位置并送到发光控制部513的电路(省略图示)。操作旋钮514a’根据使用者的操作进行转动,如图69所示,在主体514b’上进行如下显示:操作旋钮514a’向顺时针方向转动得越大,从照明装置放射出的照明光的总光通量越高。操作旋钮514a’可以与主体514b’的这样的表述对应地阶段性转动,也可以连续地转动。
图70是示出通过进行本变形例的发光控制而与操作单元514’的操作旋钮514a’的位置相应地从照明装置放射的照明光的色温与总光通量之间的关系的曲线图。如图70所示,在本变形例中,通过对操作单元514’的操作旋钮514a’进行操作,能够从熄灭状态到600lm附近的范围内调整照明光的总光通量,并且照明光的色温与总光通量的这样的变化对应地在下限色温T1到上限色温T2的范围内变化。
通过如上所述地从图60所示的大小改变分别提供给第1~第4发光单元U51~U54的电力的大小,能够实现照明光中这样的色温和总光通量的变化。在第5实施例中,根据照明光的色温、和分别针对第1~第4发光单元U51~U54的供给电力之间的关系,将目标相关色温与发光部501的晶体管Q51~Q54的控制量(发光控制量)之间的关系预先作为控制映射存储到发光控制部513的存储器513a中。此时,通过进行仿真或实验等预先掌握照明光的色温与供给电力之间的关系,而且也一并掌握色温与总光通量之间的关系。因此,通过同样的仿真或者实验,还能够掌握图70所示的关系即色温、总光通量和供给电力的相互关系。即,如果设定了作为目标的总光通量或者色温,则可以使用与第5实施例的情况同样地设定的控制映射,设定分别针对 第1~第4发光单元U51~U54的供给电力、即发光部501的晶体管Q51~Q54的控制量(发光控制量)。因此,在本变形例中,替代第5实施例中使用的目标相关色温,而以目标总光通量为主体进行发光控制。
操作单元514’的主体514b’检测操作旋钮514a’的位置,并与第5实施例同样地将检测到的操作旋钮514a’的位置通知给目标值设定部515。在目标值设定部515中,根据以与操作单元514’的主体514b’的显示相匹配的方式预先设定的、操作旋钮514a’的位置与目标总光通量之间的关系,决定与检测到的操作旋钮514a’的位置对应的总光通量,并送到发光控制部513。另外,针对照明光的色温和总光通量,预先设定了图70那样的关系,因此与这样的目标总光通量的决定对应地,也自动地设定目标相关色温。
发光控制部513从存储器513a所存储的控制映射中取得与从目标值设定部515送来的目标总光通量对应的晶体管Q51~Q54的控制量,并使用所取得的控制量控制晶体管Q51~Q54的导通/截止。其结果,从照明装置放射出与操作单元514’的操作旋钮514a的位置对应的总光通量的照明光。
如图70所示,此时的照明光的色温与总光通量的降低相应地逐渐降低,在即将成为熄灭状态之前色温达到下限色温T1。由于将下限色温T1设为约2550K,因此,通过这种色温的变化,能够实现与使一般的白炽灯泡从点亮状态逐渐变化至熄灭状态的情况实质相同的发光色的变化。
此外,在文献Kruithof AA:Tubular Luminescence Lamps for General Illumination,Philips Technical Review,6,pp.65-96(1941)中,记载了在使照明光的色温变化时让人感觉舒适的照度。根据该文献(以下称作Kruithof文献)的记载,当为了在维持舒适性的同时改变照明光的色温而根据目标相关色温T改变目标光通量Φ时,只要控制发光单元的发光,以产生使得下述不等式(1)成立的常数A0即可。
-80743·(1000/T)5+164973·(1000/T)4-135260·(1000/T)3+57994·(1000/T)2-13995·(1000/T)+1632.9<Φ/A0<exp{-342.11·(1000/T)3+450.43·(1000/T)2-212.19×(1000/T)+39.47}···(1)
在上述第5实施例中,与照明装置的发光部501正对并且处于距离R的位置处的照射面(即,被照明装置照射光的被照射物)中的照度为Φ/(π·R2)。这里,将该照明装置的配光分布设为朗伯方式。在设置了N个这种照明装置的情况下(即, 在上述被照射物中的照度为N·Φ/(π·R2)的情况下),在上述不等式(1)中,通过使A0=π·R2·N,能够计算出与目标相关色温T对应的恰当的目标光通量。例如,在设R为2m、N=12的情况下,如图71的表所示,如果进行发光控制以将与目标相关色温对应的电力分别提供给第1~第4发光单元U51~U54,则能够使得照明装置的照明光中的色温和总光通量的变化舒适。该情况下使用的电路可以是图58和图61中的任意1种结构。
通过进行这样的发光控制,从照明装置放射的照明光的总光通量和色温按照图72中实线所示的关系变化。另外,基于Kruithof文献的记载,图72中被两条点划线夹着的区域C1表示让人感觉舒适的范围,除此以外的区域D1和D2表示让人感觉不舒适的范围。如图72所示,可知从照明装置得到的照明光在色温发生变化时,始终确保了舒适性。
此外,图84是将图72的纵轴变更为被照明装置照射光的被照射物的照度后的曲线图。在图84中,基于Kruithof文献的记载,被两条点划线夹着的区域C1也表示让人感觉舒适的范围,除此以外的区域D1和D2也表示让人感觉不舒适的范围。在图84中,在使色温(即目标相关色温T)在3500K到4500K的范围内依次变化的情况下,为了在3500K到4500K的整个范围内得到区域C1中的照度,根据图72和图84的关系以及表示被照射物中的照度的式子(即N·Φ/(π·R2)),需要与3500K到4500K的范围内恰当的照度(即,被照射物对于各照明装置的要求照度)对应地,使4500K处的总光通量(即目标总光通量)成为3500K处的总光通量(即目标总光通量)的2倍以上30倍以下。更优选为2倍以上20倍以下,进一步优选为2倍以上10倍以下。这里,“与3500K到4500K的范围内恰当的照度对应地”是指:例如将目标总光通量设定为,使得3500K处的被照射物的照度处于100Lux到500Lux的范围内、4500K处的被照射物的照度处于300Lux到40000Lux的范围内。
在图84中,在使色温(即目标相关色温T)在2000K到4500K的范围内依次变化的情况下,为了在2000K到4500K的整个范围内得到区域C1中的照度,根据图72和图84的关系以及表示被照射物的照度的式子(即N·Φ/(π·R2)),需要与2000K到4500K的范围内恰当的照度(即,被照射物对于各照明装置的要求照度)对应地,使4500K处的总光通量(即目标总光通量)成为2000K处的总光通量(即目标总光通量)的10倍以上100倍以下。更优选为15倍以上85倍以下,进一步优选为 20倍以上70倍以下。这里,“与2000K到4500K的范围内恰当的照度对应地”是指:例如将目标总光通量设定为,使得2000K处的被照射物的照度处于15Lux到50Lux的范围内、4500K处的被照射物的照度处于300Lux到40000Lux的范围内。
如上所述,在设定了目标相关色温T并与其对应地设定目标总光通量的情况(本实施例的情况)、以及设定了目标总光通量并与其对应地设定目标相关色温T的情况(变形例的情况)中的任意一个情况下,都能够在所设定的全部色温范围内,得到恰当的照度,即使在从照明装置放射的光的色温变化的情况下,也能够始终提供舒适的光。
(发光控制的第2变形例)
在第5实施例中,根据对操作单元514的操作来决定目标相关色温,从预先存储的控制映射中取得与目标相关色温对应的控制量,进行晶体管Q51~Q54的导通/截止控制。由此,能够减少发光控制部513的运算负荷。但是,在发光控制部513的运算能力存在余力的情况等中,也可以不使用这样的控制映射,而是每次都运算与所设定的目标相关色温对应的控制量。该情况下,能够减少在设置于发光控制部513的存储器513a中占据的数据量。
(发光控制的第3变形例)
在第5实施例中,能够根据对操作单元514的操作来变更照明光的色温,但也可以替代这种使用者的操作,而根据预先设定的模式来变更照明光的色温和总光通量。该情况下,可以在发光控制部513的存储器513a中,预先存储与照明光的色温随时间经过的变化或者总光通量随时间经过的变化的模式对应的控制量(发光控制量),使用根据发光控制部513内置的定时器的时间计数所取得的控制量,控制晶体管Q51~Q54。此外,也可以替代预先设定的模式,而检测温度、湿度、季节、照明装置的使用场所或者使用目的等来检测使用照明装置的环境,根据检测到的环境来变更照明光的色温和总光通量。
(发光控制的第4变形例)
在第5实施例中,是根据对操作单元514的操作来决定目标相关色温,进一步根据该目标相关色温,设定对应的控制量来控制晶体管Q51~Q54,但也可以根据对操作单元514的操作直接决定控制量(发光控制量)。该情况下,也与第5实施例的情况同样,根据图60所示的关系确定控制量,因此,实质上是根据目标相关色温进行 控制。
<第6实施例>
在上述第5实施例中,使用了由安装在布线基板502上的多个LED芯片503、和设置于透光基板504上的荧光部件505构成的发光单元组来构成照明装置。但是,本发明的照明装置不限于这种方式,只要不脱离本发明的主旨,即可进行各种变更或置换。因此,以下,作为本发明的第6实施例,对使用了与第5实施例的发光单元组不同的发光单元组而构成的照明装置的一例进行说明。
(发光部的结构)
图73是示出本实施例的照明装置中的发光部601的基本结构的立体图,图74是发光部601的俯视图。发光部601在电绝缘性优异且具有良好散热性的由氧化铝系陶瓷构成的布线基板602的芯片安装面602a上,具备以2列每列4个的方式安装的LED芯片603。而且,在布线基板602的芯片安装面602a上,以围着这些LED芯片603的方式,设置有环状且为圆锥台形状的反射件(壁部件)604。
在反射件604的内侧,利用分隔部件605分割为第1区域606和第2区域607。并且,在第1区域606中,配置有排列成2列的LED芯片603中的一列LED芯片603,在第2区域607中,配置有另一列LED芯片603。另外,反射件604和分隔部件605可由树脂、金属、陶瓷等形成,用粘接剂等固定于布线基板602。此外,在反射件604和分隔部件605采用了具有导电性的材料的情况下,需要执行用于使它们相对于后述的布线图案具有电绝缘性的处理。
另外,本实施例中的LED芯片603的数量只是一个例子,可根据需要进行增减,也可设为在第1区域606和第2区域607中各有1个LED芯片603,还可以在各个区域中使数量不同。此外,关于布线基板602的材质,也不限于氧化铝系陶瓷,可应用各种各样的材质,例如可使用从陶瓷、树脂、玻璃环氧树脂、在树脂中含有填料的复合树脂等中选择的材料。并且,从优化布线基板602的芯片安装面602a上的光的反射性来提高发光部601的发光效率的方面看,优选使用包含氧化铝粉末、氧化硅粉末、氧化镁、氧化钛等白色颜料的硅树脂。另一方面,还可以使用铜制基板或铝制基板等金属制基板来提高散热性。但是在该情况下,需要以彼此之间电绝缘的方式在布线基板上形成布线图案。
此外,上述反射件604和分隔部件605的形状也只是示出一个例子,可以根据需 要进行各种变更。例如,可以替代预先成型的反射件604和分隔部件605,而使用点胶机等,在布线基板602的芯片安装面602a上形成相当于反射件604的环状壁部(壁部件),之后形成相当于分隔部件605的分隔壁(分隔部件)。该情况下,对于环状壁部和分隔壁部所采用的材料,例如有浆状的热硬化性树脂材料或UV硬化性树脂材料等,优选的是含有无机填料的硅树脂。
如图73和图74所示,在反射件604内的第1区域606中,4个LED芯片603被配置成与分隔部件605的延伸设置方向平行地排成一列,在反射件604内的第2区域607中,4个LED芯片603也被配置成与分隔部件605的延伸设置方向平行地排成一列。另外,图74中,为了便于说明,用虚线表示反射件604和分隔部件605。
在布线基板602的芯片安装面602a上,如图74所示地形成了用于向各个LED芯片603提供驱动电流的布线图案608、609、610和611。布线图案608在处于反射件604的外侧的一个端部处形成有外部连接用的连接端子608a,处于第1区域606内的另一个端部侧如图74所示与分隔部件605平行地延伸设置。此外,布线图案609在处于反射件604的外侧的一个端部处形成有外部连接用的连接端子609a,处于第1区域606内的另一个端部侧如图74所示与分隔部件605平行地延伸设置。
处于第1区域606内的4个LED芯片603在这样形成的布线图案608与布线图案609之间,彼此以极性方向相同的方式并联连接。更具体而言,LED芯片603在布线基板602侧的面上具有驱动电流供给用的两个电极(省略图示)。并且,这些LED芯片603的一个电极(p电极)与布线图案608连接,并且它们的另一个电极(n电极)与布线图案609连接。
另一方面,布线图案610在处于反射件604的外侧的一个端部处形成有外部连接用的连接端子610a,处于第2区域607内的另一个端部侧如图74所示与分隔部件605平行地延伸设置。此外,布线图案611在处于反射件604的外侧的一个端部处形成有外部连接用的连接端子611a,处于第2区域607内的另一个端部侧如图74所示与分隔部件605平行地延伸设置。
处于第2区域607内的4个LED芯片603在这样形成的布线图案610与布线图案611之间,彼此以极性方向相同的方式并联连接。更具体而言,这些LED芯片603的一个电极(p电极)与布线图案610连接,并且它们的另一个电极(n电极)与布线图案611连接。
这样的LED芯片603的安装以及两个电极与各布线图案的连接采用了倒装安装,通过未图示的金属凸块,利用共晶焊料来进行。另外,LED芯片603在布线基板602上的安装方法不限于此,可以根据LED芯片603的种类和构造等选择恰当的方法。例如,可以采用双线接合(double wire bonding):在将LED芯片603粘接固定到上述那样的布线基板602的预定位置后,利用引线接合将LED芯片603的电极连接到对应的布线图案。或者,也可以采用单线接合:将一个电极如上所述地接合到布线图案,并且利用引线接合将另一个电极连接到布线图案。
在反射件604内的第1区域606和第2区域607中,以覆盖LED芯片603的方式分别收纳有具备不同的波长转换特性的荧光部件(波长转换部件)。在本实施例中,采用了4种荧光部件,使用了收纳这些荧光部件中的2种荧光部件的发光部、和收纳其余的2种荧光部件的发光部这两个类型的发光部。因此,以下设一方的发光部为第1发光部601A,另一方的发光部为第2发光部601B。
这些第1发光部601A和第2发光部601B如上所述除了荧光部件以外,基本构造都相同,LED芯片603也全部为相同类型。但是为了便于说明,关于第1发光部601A,对位于第1区域606的LED芯片应用标号603a,对位于第2区域607的LED芯片应用标号603b。此外,关于第2发光部601B,对位于第1区域606的LED芯片应用标号603c,对位于第2区域607的LED芯片应用标号603d。关于除荧光部件和LED芯片以外的各个部件,在第1发光部601A和第2发光部601B中使用相同的标号。
图75是沿着图74中的LXXV-LXXV线的第1发光部601A的剖视图。如图75所示,在第1发光部601A中,在反射件604内的第1区域606中,以分别覆盖4个LED芯片603a的方式收纳有第1荧光部件(波长转换部件)612a,在反射件604内的第2区域607中,以分别覆盖4个LED芯片603b的方式收纳有第2荧光部件(波长转换部件)612b。
第1荧光部件612a由以下部分构成:第1荧光体613,其被LED芯片603a发出的光激发,放射出与LED芯片603a发出的光不同波长的光;以及分散地保持该第1荧光体613的第1填充材料614。此外,第2荧光部件612b由以下部分构成:第2荧光体615,其被LED芯片603b发出的光激发,放射出与LED芯片603b发出的光不同波长的光;以及分散地保持该第2荧光体615的第2填充材料616。
图76是沿着图74中的LXXV-LXXV线的第2发光部601B的剖视图。如图76所示,在第2发光部601B中,在反射件604内的第1区域606中,以分别覆盖4个LED芯片603c的方式收纳有第3荧光部件(波长转换部件)617,在反射件604内的第2区域607中,以分别覆盖4个LED芯片603d的方式收纳有第4荧光部件(波长转换部件)618。
第3荧光部件617由以下部分构成:第3荧光体619,其被LED芯片603c发出的光激发,放射出与LED芯片603c发出的光不同波长的光;以及分散地保持该第3荧光体619的第3填充材料620。此外,第4荧光部件618由以下部分构成:第4荧光体621,其被LED芯片603d发出的光激发,放射出与LED芯片603d发出的光不同波长的光;以及分散地保持该第4荧光体621的第4填充材料622。
因此,在本实施例中,第1荧光部件612a、第2荧光部件612b、第3荧光部件617及第4荧光部件618各自与和其对应地使用的LED芯片603a、603b、603c及603d的组合分别相当于本发明的各发光单元。即,LED芯片603a和第1荧光部件612a构成第1发光单元U601,LED芯片603b和第2荧光部件612b构成第2发光单元U602。并且,LED芯片603c和第3荧光部件617构成第3发光单元U603,LED芯片603d和第4荧光部件618构成第4发光单元U604。此外,合并了这4种发光单元后的部件相当于本发明的发光单元组。另外,以下将这些第1~第4发光单元U601~U604各自放射的光称作一次光,将对第1~第4发光单元U601~U604各自放射的一次光进行合成而从第1发光部601A和第2发光部601B一并放射的光称作合成光。
(LED芯片)
在本实施例中,LED芯片603a、603b、603c和603d采用了发出具有460nm的峰值波长的蓝色光的LED芯片。具体而言,作为这种LED芯片,例如有在发光层中采用了InGaN半导体的GaN系LED芯片。另外,LED芯片603的种类和发光波长特性不限于此,只要不脱离本发明的主旨,即可使用各种各样的LED芯片等半导体发光元件。在本实施例中,LED芯片603a、603b、603c和603d发出的光的峰值波长优选处于420nm~500nm的波长范围内。
(荧光部件)
第1荧光部件612a构成为与第5实施例中的荧光部件505的第1波长转换区域P51相同地,放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP1的色度的一次光。具体而言,作为第1荧光体613,混合了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这3种荧光体并分散地保持于第1填充材料614中。这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体是对LED芯片603a发出的蓝色光进行波长转换,并分别放射出红色光、绿色光和黄色光的荧光体,可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。此外,作为第1填充材料614,可使用热塑性树脂、热硬化性树脂、光硬化性树脂、玻璃等。
LED芯片603a发出的蓝色光的一部分被第1荧光部件612a中包含的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体进行波长转换,从第1荧光部件612a放射出红色光、绿色光和黄色光。此时,与这些红色光、绿色光和黄色光一起,从第1荧光部件612a放射出从LED芯片603a发出的、未被第1荧光部件612a进行波长转换而透射过第1荧光部件612a的蓝色光。因此,从第1发光单元U601放射出对这样放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。
以图55所示的第5实施例的第1波长转换区域P51中包含的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,设定第1荧光部件612a中的第1填充材料614中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得第1发光单元U601放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP1的色度的一次光。
第2荧光部件612b构成为与第5实施例中的荧光部件505的第2波长转换区域P52相同地,放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP2的色度的一次光。具体而言,作为第2荧光体615,混合了绿色荧光体和黄色荧光体这2种荧光体并分散地保持于第2填充材料616中。这些绿色荧光体和黄色荧光体是对LED芯片603b发出的蓝色光进行波长转换,并分别放射出绿色光和黄色光的荧光体,可以使用在第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。此外,作为第2填充材料616,与第1填充材料614同样,可使用热塑性树脂、热硬化性树脂、光硬化性树脂、玻璃等。
LED芯片603b发出的蓝色光的一部分被第2荧光部件612b中包含的绿色荧光体和黄色荧光体进行波长转换,从第2荧光部件612b放射出绿色光和黄色光。此时,与这些绿色光和黄色光一起,从第2荧光部件612b放射出从LED芯片603b发出的、未被第2荧光部件612b进行波长转换而透射过第2荧光部件612b的蓝色光。因此,从第2发光单元U602放射出对这样放射的绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。
以图55所示的第5实施例的第2波长转换区域P52中包含的绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,设定第2荧光部件612b中的第2填充材料616中的绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得第2发光单元U602放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP2的色度的一次光。另外,如图55所示,在第5实施例中,第2波长转换区域P52中的红色单元506r的数量为0个。因此,在本实施例中,第2荧光体615没有使用红色荧光体。
第3荧光部件617构成为与第5实施例中的荧光部件505的第3波长转换区域P53相同地,放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP3的色度的一次光。具体而言,作为第3荧光部件617,混合了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这3种荧光体并分散地保持于第3填充材料620中。这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体是对LED芯片603c发出的蓝色光进行波长转换,并分别放射出红色光、绿色光和黄色光的荧光体,可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。此外,作为第3填充材料620,与第1填充材料614和第2填充材料616同样,可使用热塑性树脂、热硬化性树脂、光硬化性树脂、玻璃等。
LED芯片603c发出的蓝色光的一部分被第3荧光部件617中包含的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体进行波长转换,从第3荧光部件617放射出红色光、绿色光和黄色光。此时,与这些红色光、绿色光和黄色光一起,从第3荧光部件617放射出从LED芯片603c发出的、未被第3荧光部件617进行波长转换而透射过第3荧光部件617的蓝色光。因此,从第3发光单元U603放射出对这样放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。
以图55所示的第5实施例的第3波长转换区域P53中包含的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,设定第3荧光部件617中的第3填充材料620中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得第3发光单元U603放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP3的色度的一次光。另外,如图55所示,在第5实施例中,第3波长转换区域P53中的蓝色单元506b的数量为0个,但在从第3波长转换区域P53放射的光中,包含分别透射过红色单元506r、绿色单元506g和黄色单元506y的蓝色光。因此,在本实施例中,还考虑到这一点来决定第3填充材料620中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度。
第4荧光部件618构成为与第5实施例中的荧光部件505的第4波长转换区域P54相同地,放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP4的色度的一次光。具体而言,作为第4荧光体621,混合了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这3种荧光体并分散地保持于第4填充材料622中。这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体是对LED芯片603d发出的蓝色光进行波长转换,并分别放射出红色光、绿色光和黄色光的荧光体,可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。此外,作为第4填充材料622,与第1填充材料614、第2填充材料616和第3填充材料620同样,可使用热塑性树脂、热硬化性树脂、光硬化性树脂、玻璃等。
LED芯片603d发出的蓝色光的一部分被第4荧光部件618中包含的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体进行波长转换,从第4荧光部件618放射出红色光、绿色光和黄色光。此时,与这些红色光、绿色光和黄色光一起,从第4荧光部件618放射出从LED芯片603d发出的、未被第4荧光部件618进行波长转换而透射过第4荧光部件618的蓝色光。因此,从第4发光单元U604放射出对这样放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。
以图55所示的第5实施例的第4波长转换区域P54中包含的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,设定第4荧光部件618中的第4填充材料622中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得第4发光单元U604放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP4的色度的光。
(照明装置的电路结构)
在本实施例的照明装置中,第1~第4发光单元U601~U604各自至少需要1个,因此,以至少各有1个的方式组合第1发光部601A和第2发光部601B而用于照明装置。并且,与第5实施例同样,放射出对从第1~第4发光单元U601~U604分别放射的一次光进行合成而得到的合成光,作为照明装置的照明光。因此,通过调整从第1~第4发光单元U601~U604分别放射的一次光的强度,与第5实施例同样,能够放射出各种各样色温的白色光作为照明光。以下,根据图77对构成为能够这样地变更从各发光单元放射的一次光的强度的照明装置的电路结构进行说明。
图77是示出本实施例的照明装置的电路结构的概略的电路图。如图77所示,本实施例中的照明装置的电路构成为与第5实施例的照明装置的电路实质上相同。即,在本实施例中,各使用了1个上述第1发光部601A和第2发光部601B,因此,除了它们以外,还设置有电流限制用的电阻R11、R12、R13和R14以及用于分别向LED芯片603a~603d提供驱动电流的晶体管Q611、Q612、Q613和Q614。这里,电阻R11~R14是为了将流过各自所对应的LED芯片的电流限制为恰当的大小(例如,每1个LED芯片都为60mA)而设置的。
在第1发光部601A中,LED芯片603a和603b被如上所述地安装到布线基板602上,由此LED芯片603a相互并联连接,阳极与连接端子608a连接,并且阴极与连接端子609a连接。此外,LED芯片603b相互并联连接,阳极与连接端子610a连接,并且阴极与连接端子611a连接。
与第1发光部601A同样,在第2发光部601B中,LED芯片603c相互并联连接,阳极与连接端子608a连接,并且阴极与连接端子609a连接。此外,LED芯片603d相互并联连接,阳极与连接端子610a连接,并且阴极与连接端子611a连接。
第1发光部601A的连接端子608a经由电阻R11与电源623的正极连接,并且连接端子609a与晶体管Q611的集电极连接。此外,连接端子610a经由R12与电源623的正极连接,并且连接端子611a与晶体管Q612的集电极连接。另一方面,第2发光部601B的连接端子608a经由电阻R13与电源623的正极连接,并且连接端子609a与晶体管Q613的集电极连接。此外,连接端子610a经由R14与电源623的正极连接,并且连接端子611a与晶体管Q614的集电极连接。并且,晶体管Q611~614各自的发射极与电源623的负极连接。
在这种电路结构中,通过使晶体管Q611成为导通状态,在第1发光部601A的各LED芯片603a中流过从电源623提供的正向的电流,LED芯片603a分别进行发光。因此,通过使晶体管Q611成为导通状态,从由LED芯片603a和第1荧光部件612a构成的第1发光单元U601放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP1的一次光。
同样,通过使晶体管Q612成为导通状态,在第1发光部601A的各LED芯片603b中流过从电源623提供的正向的电流,LED芯片603b分别进行发光。因此,通过使晶体管Q612成为导通状态,从由LED芯片603b和第2荧光部件612b构成的第2发光单元U602放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP2的一次光。
此外,通过使晶体管Q613成为导通状态,在第2发光部601B的各LED芯片603c中流过从电源623提供的正向的电流,LED芯片603c分别进行发光。因此,通过使晶体管Q613成为导通状态,从由LED芯片603c和第3荧光部件617构成的第3发光单元U603放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP3的一次光。
并且,通过使晶体管Q614成为导通状态,在第2发光部601B的各LED芯片603d中流过从电源623提供的正向的电流,LED芯片603d分别进行发光。因此,通过使晶体管Q614成为导通状态,从由LED芯片603d和第4荧光部件618构成的第4发光单元U604放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP4的一次光。
为了控制这种晶体管Q611~Q614的导通/截止状态,在本实施例的照明装置中设置了发光控制部624。晶体管Q611~Q614都可以根据各自的基极信号切换导通/截止状态,从发光控制部624向各个基极单独地送出基极信号。发光控制部624与第5实施例的发光控制部513实质上同样地构成,执行与发光控制部513同样的发光控制。
因此,发光控制部624自身具有用于发光控制所需的信息的蓄积等的存储器(存储装置)624a。此外,在本实施例的照明装置中,也与第5实施例的情况同样,设置了用于使用者设定照明光的色温和总光通量的操作单元625、和根据对该操作单元625的操作来设定目标相关色温和目标总光通量的目标值设定部626。因此,在本实施例中,这些发光控制部624、操作单元625和目标值设定部626构成本发明的控制单元。
由于发光控制部624与第5实施例的情况同样地执行发光控制,因此在本实施例的照明装置中,也能够得到与第5实施例的照明装置同样的照明光。因此,能够在下限色温T1到上限色温T2的范围内改变从照明装置放射的照明光的色温,并且此时的照明光的色度与黑体辐射轨迹BL近似,能够使照明光成为无不舒适感的自然的白色光。
另外,在本实施例中,照明装置的电路不限于图77所示的结构。即,例如还可以应用第5实施例中作为变形例示出的图61的电路结构。
(发光部的配置例)
在图77的电路结构中,各使用了1个第1发光部601A和第2发光部601B,不过,也可以彼此地组合多个而进行使用。图78是示出这种情况下的、第1发光部601A和第2发光部601B的配置例的示意图。另外,在图78中,为了识别各荧光部件的 发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。如图78所示,将第1发光部601A和第2发光部601B以相同的发光部不偏向地进行配置的方式交替地配置,并且在相邻的同种发光部之间角度依次旋转90度。通过进行这样的配置,能够良好地进行从各发光部的各发光单元放射的一次光的合成。另外,第1发光部601A和第2发光部601B的配置不限于图78的方式,可以进行各种变更。
(发光部的变形例)
此外,在本实施例中,在第1发光部601A中形成有第1发光单元U601和第2发光单元U602,在第2发光部601B中形成有第3发光单元U603和第4发光单元U604,但各发光单元的组合不限于此,还可以以各有2个的方式组合这4种发光单元中的任意2种。并且,关于4种发光单元的组合,不限于本实施例那样仅采用第1发光部601A和第2发光部601B这2种发光部的方式,还可以采用其他组合而使用3种以上的发光部。
另外,在本实施例中,还可以使用发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片。该情况下,为了得到蓝色光,只要在本实施例中使用的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的基础上,进一步使用对LED芯片发出的近紫外光进行波长转换而放射出蓝色光的蓝色荧光体即可。该情况下,替代分别透射过第1荧光部件612a、第2荧光部件612b、第3荧光部件617和第4荧光部件618而放射的蓝色光,使用了从蓝色荧光体放射的蓝色光,因此,可以考虑这一点来调整各荧光部件中的各荧光体的含有率和密度。
此外,在使用发出近紫外光的LED芯片的情况下,关于第1荧光部件612a、第2荧光部件612b、第3荧光部件617和第4荧光部件618中使用的第1填充材料614、第2填充材料616、第3填充材料620和第4填充材料622,优选使用对于LED芯片发出的近紫外光具有足够的透明性和耐久性的材料。作为这些填充材料,具体而言,例如可列举出聚(间位:meta)丙烯酸甲酯等(间位)丙烯酸类树脂、聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈共聚物等苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、苯氧基树脂、丁醛树脂、聚乙烯醇、乙基纤维素、乙酸纤维素或乙酸丁酸纤维素等纤维素系树脂、环氧树脂、酚树脂和硅树脂等。此外,无机系材料例如可以使用金属醇盐、通过溶胶-凝胶法对含有陶瓷前体聚合物或金属醇盐的溶液进行水解缩聚而成的溶液、或者对它们的组合进行硬化后的无机系材料,例如具有硅氧烷结合的无机系材料或玻璃。
如上所述,在本实施例及其变形例中,使用了由两个发光单元一体化得到的发光部来形成发光单元组,因此发光单元组的处理变得容易,能够减少照明装置的制造工时和制造成本。
<第7实施例>
在上述第6实施例中,使用了组合各由两个发光单元构成的第1发光部601A和第2发光部601B而得到的发光单元组来构成照明装置。但是,也可以使形成于这些第1发光部601A和第2发光部601B的各发光单元一体化。因此,以下,作为本发明的第7实施例,对使与第6实施例的各发光单元同样地形成的各发光单元一体化而构成的照明装置的一例进行说明。
(发光部的结构)
图79是以省略了一部分部件的状态示出本实施例的照明装置中的发光部701的概略结构的俯视图,图80是示出发光部701的整体结构的俯视图。另外,在图80中,为了识别各荧光部件的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。发光部701在电绝缘性优异且具有良好散热性的由氧化铝系陶瓷构成的布线基板702的芯片安装面702a上具备被划分为各具有4个LED的4个LED组而安装的LED芯片。这些LED芯片是与第6实施例中使用的LED芯片603同样的LED芯片,以下为了便于说明,按照每个LED组设为LED芯片703a、LED芯片703b、LED芯片703c和LED芯片703d来进行说明。
在布线基板702的芯片安装面702a上,以围着这些LED芯片703a~703d的方式,设置有与第6实施例的反射件604同样的环状且为圆锥台形状的反射件(壁部件)704。反射件704的内侧被十字状的分隔部件705分割为第1区域706、第2区域707、第3区域708和第4区域709这4个区域。另外,在图79中,为了便于说明,用虚线表示这些反射件704和分隔部件705。在第1区域706中,配置有4个LED芯片703a,在第2区域707中,配置有4个LED芯片703b。此外,在第3区域708中,配置有4个LED芯片703c,在第4区域709中,配置有4个LED芯片703d。
反射件704和分隔部件705与第6实施例的反射件604和分隔部件605同样,可由树脂、金属、陶瓷等形成,并用粘接剂等固定于布线基板702。此外,在反射件704和分隔部件705采用了具有导电性的材料的情况下,需要执行用于使它们对于后述的布线图案具有电绝缘性的处理。
另外,本实施例中的LED芯片703a~703d各自的数量只是一个例子,可根据需要进行增减,也可设为在第1~第4区域706~709中各有1个LED芯片,还可以在各个区域中使数量不同。此外,关于布线基板702的材质,不限于氧化铝系陶瓷,可应用各种各样的材质,例如可使用从陶瓷、树脂、玻璃环氧树脂、在树脂中含有填料的复合树脂等中选择的材料。并且,从优化布线基板702的芯片安装面702a上的光的反射性来提高发光部701的发光效率的方面看,优选使用包含氧化铝粉末、氧化硅粉末、氧化镁、氧化钛等白色颜料的硅树脂。另一方面,还可以使用铜制基板或铝制基板等金属制基板来提高散热性。但是在该情况下,需要以彼此之间电绝缘的方式在布线基板上形成布线图案。
此外,上述的反射件704和分隔部件705的形状也只是示出一个例子,可以根据需要进行各种变更。例如,也可以替代预先成型的反射件704和分隔部件705,而是使用点胶机等,在布线基板702的芯片安装面702a上形成相当于反射件704的环状壁部(壁部件),之后形成相当于分隔部件705的分隔壁(分隔部件)。该情况下,对于环状壁部和分隔壁部所采用的材料,例如有浆状的热硬化性树脂材料或UV硬化性树脂材料等,优选的是含有无机填料的硅树脂。
在布线基板702的芯片安装面702a上,如图79所示地形成了用于分别向LED芯片703a、703b、703c和703d提供驱动电流的布线图案710、711、712、713、714、715、716和717。这些布线图案710、711、712、713、714、715、716和717在处于反射件704的外侧的一个端部处分别形成有外部连接用的连接端子710a、711a、712a、713a、714a、715a、716a和717a。
此外,在处于第1区域706内的布线图案710与布线图案711之间,处于第1区域706内的4个LED芯片703a以极性方向相同的方式相互并联连接。更具体而言,LED芯片703a在布线基板702侧的面上具有驱动电流供给用的两个电极(省略图示)。并且,各LED芯片703a的一个电极(p电极)与布线图案710连接,并且它们的另一个电极(n电极)与布线图案711连接。
同样,在第2区域707内的布线图案712与布线图案713之间,处于第2区域707内的4个LED芯片703b以极性方向相同的方式相互并联连接。更具体而言,LED芯片703b也在布线基板702侧的面上具有驱动电流供给用的两个电极(省略图示)。并且,各LED芯片703b的一个电极(p电极)与布线图案712连接,并且它们的另 一个电极(n电极)与布线图案713连接。
并且,在第3区域708内的布线图案714与布线图案715之间,处于第3区域708内的4个LED芯片703c以极性方向相同的方式相互并联连接。更具体而言,LED芯片703c也在布线基板702侧的面上具有驱动电流供给用的两个电极(省略图示)。并且,各LED芯片703c的一个电极(p电极)与布线图案714连接,并且它们的另一个电极(n电极)与布线图案715连接。
而且,在第4区域709内的布线图案716与布线图案717之间,处于第4区域709内的4个LED芯片703d以极性方向相同的方式相互并联连接。更具体而言,LED芯片703d也在布线基板702侧的面上具有驱动电流供给用的两个电极(省略图示)。并且,各LED芯片703d的一个电极(p电极)与布线图案716连接,并且它们的另一个电极(n电极)与布线图案717连接。
这样的LED芯片703a~703d的安装以及两个电极与各布线图案的连接采用了倒装安装,通过未图示的金属凸块,利用共晶焊料来进行。另外,LED芯片703a~703d在布线基板702上的安装方法不限于此,可以根据LED芯片703a~703d的种类和构造等选择恰当的方法。例如,可以采用双线接合(double wire bonding):在将LED芯片703a~703d粘接固定到上述那样的布线基板702的预定位置后,利用引线接合将LED芯片703a~703d的各电极连接到对应的布线图案。或者,也可以采用单线接合:将一个电极如上所述地接合到对应的布线图案,并且利用引线接合将另一个电极连接到对应的布线图案。
如图80所示,在反射件704内的第1区域706中,以分别覆盖4个LED芯片703a的方式收纳有第1荧光部件(波长转换部件)718。该第1荧光部件718与第6实施例的第1荧光部件612a同样地构成。因此,在本实施例的情况下,第1区域706中的4个LED芯片703a和第1荧光部件718的组合相当于本发明的发光单元。即,LED芯片703a和第1荧光部件718构成第1发光单元U701。
此外,如图80所示,在反射件704内的第2区域707中,以分别覆盖4个LED芯片703b的方式收纳有第2荧光部件(波长转换部件)719。该第2荧光部件719与第6实施例的第2荧光部件612b同样地构成。因此,在本实施例的情况下,第2区域707中的4个LED芯片703b和第2荧光部件719的组合相当于本发明的发光单元。即,LED芯片703b和第2荧光部件719构成第2发光单元U702。
并且,如图80所示,在反射件704内的第3区域708中,以分别覆盖4个LED芯片703c的方式收纳有第3荧光部件(波长转换部件)720。该第3荧光部件720与第6实施例的第3荧光部件617同样地构成。因此,在本实施例的情况下,第3区域708中的4个LED芯片703c和第3荧光部件720的组合相当于本发明的发光单元。即,LED芯片703c和第3荧光部件720构成第3发光单元U703。
此外,如图80所示,在反射件704内的第4区域709中,以分别覆盖4个LED芯片703d的方式收纳有第4荧光部件(波长转换部件)721。该第4荧光部件721与第6实施例的第4荧光部件618同样地构成。因此,在本实施例的情况下,第4区域709中的4个LED芯片703d和第4荧光部件721的组合相当于本发明的发光单元。即,LED芯片703d和第4荧光部件721构成第4发光单元U704。
由此,在本实施例中,4个第1~第4发光单元U701~U704被设置为一体,具有这些第1~第4发光单元U701~U704的发光部701形成了本发明的发光单元组。另外,以下将这些第1~第4发光单元U701~U704各自放射的光称作一次光,将对第1~第4发光单元U701~U704各自放射的一次光进行合成而从发光部701放射的光称作合成光。
(LED芯片)
在本实施例中,LED芯片703a、703b、703c和703d采用了发出具有460nm的峰值波长的蓝色光的LED芯片。具体而言,作为这种LED芯片,例如有在发光层中采用了InGaN半导体的GaN系LED芯片。另外,LED芯片703的种类和发光波长特性不限于此,只要不脱离本发明的主旨,即可使用各种各样的LED芯片等半导体发光元件。在本实施例中,LED芯片703a、703b、703c和703d发出的光的峰值波长优选处于420nm~500nm的波长范围内。
(荧光部件)
如上所述,第1荧光部件718与第6实施例的第1荧光部件612a同样地构成,混合使用了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这3种荧光体。并且,与第6实施例的第1荧光部件612a同样地设定第1荧光部件718中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得:通过利用红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体对LED芯片703a发出的蓝色光进行波长转换而得到的红色光、绿色光和黄色光、以及透射过第1荧光部件718的LED芯片703a的蓝色光的合成,由此从第1荧光部 件718放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP1的色度的一次光。因此,通过LED芯片703a的发光,从第1发光单元U701放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP1的色度的一次光。另外,这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。
此外,第2荧光部件719与第6实施例的第2荧光部件612b同样地构成,混合使用了绿色荧光体和黄色荧光体这2种荧光体。并且,与第6实施例的第2荧光部件612b同样地设定第2荧光部件719中的绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得:通过利用绿色荧光体和黄色荧光体对LED芯片703b发出的蓝色光进行波长转换而得到的绿色光和黄色光、以及透射过第2荧光部件719的LED芯片703b的蓝色光的合成,由此从第2荧光部件719放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP2的色度的一次光。因此,通过LED芯片703b的发光,从第2发光单元U702放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP2的色度的一次光。另外,关于这些绿色荧光体和黄色荧光体,也可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。
并且,第3荧光部件720与第6实施例的第3荧光部件617同样地构成,混合使用了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这3种荧光体。并且,与第6实施例的第3荧光部件617同样地设定第3荧光部件720中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得:通过利用红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体对LED芯片703c发出的蓝色光进行波长转换而得到的红色光、绿色光和黄色光、以及透射过第3荧光部件720的LED芯片703c的蓝色光的合成,由此从第3荧光部件720放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP3的色度的一次光。因此,通过LED芯片703c的发光,从第3发光单元U703放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP3的色度的一次光。另外,这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体也可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。
此外,第4荧光部件721与第6实施例的第4荧光部件618同样地构成,混合使用了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这3种荧光体。并且,与第6实施例的第4荧光部件618同样地设定第4荧光部件721中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得:通过利用红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体对LED芯片703d发出的蓝色光进行波长转换而得到的红色光、绿色光和黄色光、以及透射过第4荧光部件721的LED芯片703d的蓝色光的合成,由此从第4荧光部件 721放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP4的色度的一次光。因此,通过LED芯片703d的发光,从第4发光单元U704放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP4的色度的一次光。另外,这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体也可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。
(照明装置的电路结构)
通过如上所述地构成发光部701,在本实施例的照明装置中,也与第1和第6实施例的照明装置同样地放射出通过对分别来自第1~第4发光单元U701~U704的一次光进行合成而得到的合成光,作为照明装置的照明光。因此,通过调整从第1~第4发光单元U701~U704分别放射的一次光的强度,与第1和第6实施例的照明装置同样,能够放射出各种各样色温的白色光作为照明光。以下根据图81对构成为能够这样地变更从各发光单元放射的一次光的强度的照明装置的电路结构进行说明。
图81是示出本实施例的照明装置的电路结构的概略的电路图。如图81所示,本实施例中的照明装置的电路与第6实施例的照明装置的电路实质上同样地构成。即,除了上述发光部701以外,还设置有电流限制用的电阻R21、R22、R23和R24、以及用于分别向LED芯片703a~703d提供驱动电流的晶体管Q721、Q722、Q723和Q724。这里,电阻R21~R24是为了将流过各自所对应的LED芯片中流过的电流限制为恰当的大小(例如,每1个LED芯片都为60mA)而设置的。
在发光部701中,LED芯片703a~703d被如上所述地安装到布线基板702上,由此LED芯片703a相互并联连接,阳极与连接端子710a连接,并且阴极与连接端子711a连接。此外,LED芯片703b相互并联连接,阳极与连接端子712a连接,并且阴极与连接端子713a连接。并且,LED芯片703c相互并联连接,阳极与连接端子714a连接,并且阴极与连接端子715a连接。此外,LED芯片703d相互并联连接,阳极与连接端子716a连接,并且阴极与连接端子717a连接。
如图81所示,连接端子710a、712a、714a和716a分别经由对应的电阻R21、R22、R23和R24与电源723的正极连接。另一方面,连接端子711a、713a、715a和717a分别与对应的晶体管Q721、Q722、Q723和Q724的集电极连接。此外,晶体管Q721~724各自的发射极与电源723的负极连接。
在这种电路结构中,通过使晶体管Q721成为导通状态,在各个LED芯片703a中流过从电源723提供的正向的电流,LED芯片703a分别进行发光。因此,通过使 晶体管Q721成为导通状态,从由LED芯片703a和第1荧光部件718构成的第1发光单元U701放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP1的一次光。
同样,通过使晶体管Q722成为导通状态,在各个LED芯片703b中流过从电源723提供的正向的电流,LED芯片703b分别进行发光。因此,通过使晶体管Q722成为导通状态,从由LED芯片703b和第2荧光部件719构成的第2发光单元U702放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP2的一次光。
此外,通过使晶体管Q723成为导通状态,在各个LED芯片703c中流过从电源723提供的正向的电流,LED芯片703c分别进行发光。因此,通过使晶体管Q723成为导通状态,从由LED芯片703c和第3荧光部件720构成的第3发光单元U703放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP3的一次光。
并且,通过使晶体管Q724成为导通状态,在各个LED芯片703d中流过从电源723提供的正向的电流,LED芯片703d分别进行发光。因此,通过使晶体管Q724成为导通状态,从由LED芯片703d和第4荧光部件721构成的第4发光单元U704放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP4的一次光。
为了控制这种晶体管Q721~Q724的导通/截止状态,在本实施例的照明装置中设置了发光控制部724。晶体管Q721~Q724都可以根据各自的基极信号切换导通/截止状态,从发光控制部724向各个基极单独地送出基极信号。发光控制部724与第5实施例的发光控制部513实质上同样地构成,执行与发光控制部513同样的发光控制。因此,发光控制部724自身具有用于发光控制所需的信息的蓄积等的存储器(存储装置)724a。
此外,在本实施例的照明装置中,与第5实施例的情况同样,设置了用于使用者设定照明光的色温和总光通量的操作单元725、和根据对该操作单元725的操作来设定目标相关色温和目标亮度的目标值设定部726。因此,在本实施例中,这些发光控制部724、操作单元725和目标值设定部726构成本发明的控制单元。
由于发光控制部724与第5实施例的情况同样地执行发光控制,因此在本实施例的照明装置中,也能够得到与第5实施例的照明装置同样的照明光。因此,能够在下限色温T1到上限色温T2的范围内改变从照明装置放射的照明光的色温,并且此时的照明光的色度与黑体辐射轨迹BL近似,能够使照明光成为无不舒适感的自然的白色光。
另外,在本实施例中,照明装置的电路不限于图81所示的结构。即,例如还可以应用第5实施例中作为变形例示出的图61的电路结构。
在图81的电路结构中,仅使用了一个发光部701,但也可以使用多个发光部701。如图80所示,本实施例中使用的发光部701在由分隔部件705进行了4分割后的区域中配置了第1~第4发光单元U701~U704,因此,不需要像第6实施例的情况那样考虑光的良好合成来配置各个发光部,只要单纯地以相同方向排列多个发光部701,即可对从第1~第4发光单元U701~U704分别放射的一次光进行良好的合成。
(发光部的变形例)
在本实施例中,也可以使用发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片。该情况下,为了得到蓝色光,只要在本实施例中使用的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的基础上,进一步使用对LED芯片发出的近紫外光进行波长转换而放射出蓝色光的蓝色荧光体即可。该情况下,替代分别透射过第1荧光部件718、第2荧光部件719、第3荧光部件720和第4荧光部件721而放射的蓝色光,使用了从蓝色荧光体放射的蓝色光,因此,可以考虑这一点来调整各荧光部件中的各荧光体的混合比率和密度。
此外,在采用了发出近紫外光的LED芯片的情况下,如在第6实施例的说明中叙述的那样,关于第1~第4荧光部件718~721所分别采用的填充材料,优选使用对于LED芯片发出的近紫外光具有足够的透明性和耐久性的材料。这些填充材料的具体例也可以使用第6实施例的说明中示出的填充材料。
如上所述,在本实施例及其变形例中,利用由4个发光单元一体化得到的发光部来形成发光单元组,因此发光单元组的处理变得更容易,能够减少照明装置的制造工时和制造成本。
<第8实施例>
在第5~第7实施例中,将使4个发光单元的一部分或全部一体化而构成的发光部用于照明装置,但是,还可以单独地形成发光单元而用于照明装置。因此,以下作为第8实施例,对这样的一个例子进行说明。
(发光单元的结构)
图82是示出本实施例的照明装置中的发光单元801的基本结构的剖视图。如图82所示,发光单元801具备安装于布线基板802上的LED芯片803。另外,在本实 施例中,使用了散热性优异的金属制基板作为布线基板802的基板主体802a。
作为该金属制基板,优选使用铝制基板或铜制基板等散热性优异的基板,其中,从成本、轻量性和散热性的观点出发,优选的是铝制基板。并且,由于使用了这种金属制的基板主体802a,因此在布线基板802的安装LED芯片803的面上,与基板主体802a之间夹着电绝缘层802b而形成了布线图案804和布线图案805。另外,基板主体802a的材质不限于这样的金属制基板,也可以与第5~第7实施例的情况同样地使用电绝缘性优异且具有良好散热性的氧化铝系陶瓷等具有电绝缘性的材料。
LED芯片803在上表面具有用于提供驱动电流的两个电极中的一方(例如p电极),并且在下表面具有另一方(例如n电极),上表面的电极通过金属线806与布线图案804连接,并且下表面的电极使用共晶焊料807与布线图案805直接连接。另外,LED芯片803在布线基板802上的安装方法不限于此,可以根据设置于LED芯片803上的电极的位置等适当恰当的方法。例如,可以采用双线接合:在将LED芯片803粘接固定到布线基板802的预定位置后,利用金属线将位于LED芯片803的上表面侧的两个电极与布线基板802的对应的布线图案分别连接。或者,还可以像第5~第7实施例那样,采用倒装安装等:通过金属凸块将位于LED芯片803的下表面侧的两个电极与对应的布线图案分别连接。
如图82所示,针对安装于布线基板802上的LED芯片803,设置有对LED芯片803发出的光进行波长转换的荧光部件(波长转换部件)808。该荧光部件808例如使用点胶机以覆盖LED芯片803的方式而设置。荧光部件808由以下部分构成:荧光体809,其被LED芯片803发出的光激发,放射出与LED芯片803发出的光不同波长的光;以及分散地保持该荧光体809的填充材料810。
以上是本实施例中的发光单元的基本结构,但在本实施例中,可以与第2和第7实施例的情况同样地使用4种发光单元,构成本发明的发光单元组。并且,在这4种发光单元相互之间,荧光部件808的波长转换特性不同。因此,以下将这4种发光单元分别设为第1发光单元801a、第2发光单元801b、第3发光单元801c和第4发光单元801d。
与此对应,将设置于第1发光单元801a的荧光部件808设为在填充材料810中分散地保持有第1荧光体的第1荧光部件。同样,将设置于第2发光单元801b的荧光部件808设为在填充材料810中分散地保持有第2荧光体的第2荧光部件,将设置于第3发光单元801c的荧光部件808设为在填充材料810中分散地保持有第3荧光体的第3荧光部件。并且,将设置于第4发光单元801d的荧光部件808设为在填充材料810中分散地保持有第4荧光体的第4荧光部件。另外,以下将从这些第1~第4发光单元801a~801d分别放射的光称作一次光,将对第1~第4发光单元801a~801d各自放射的一次光进行合成得到的光称作合成光。
(LED芯片)
与第5~第7实施例的照明装置同样,LED芯片803是发出具有460nm的峰值波长的蓝色光的LED芯片,例如有在发光层中采用了InGaN半导体的GaN系LED芯片等。另外,LED芯片803的种类和发光波长特性不限于此,只要不脱离本发明的主旨,即可使用各种各样的LED芯片。在本变形例中,LED芯片803发出的光的峰值波长优选处于420nm~500nm的波长范围内。
(荧光部件)
第1发光单元801a的荧光部件808即第1荧光部件构成为与第5实施例中的荧光部件505的第1波长转换区域P51相同地,放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP1的色度的一次光。具体而言,作为第1荧光体,混合了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这3种荧光体并分散地保持于填充材料810中。这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体是对LED芯片803发出的蓝色光进行波长转换,并分别放射出红色光、绿色光和黄色光的荧光体,可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。此外,作为各发光单元中的填充材料810,可使用热塑性树脂、热硬化性树脂、光硬化性树脂、玻璃等。
第1发光单元801a的LED芯片803发出的蓝色光的一部分被第1荧光部件中包含的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体进行波长转换,从而放射出红色光、绿色光和黄色光。此时,与这些红色光、绿色光和黄色光一起,从第1荧光部件放射出未被第1荧光部件进行波长转换而透射过第1荧光部件的蓝色光LED芯片803的蓝色光。因此,从第1发光单元801a放射出对这样放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。
以图55所示的第5实施例的第1波长转换区域P51中包含的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,设定第1荧光部件中的填充材料810中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度, 使得第1发光单元801a放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP1的色度的一次光。
第2发光单元801b的荧光部件808即第2荧光部件构成为与第5实施例中的荧光部件505的第2波长转换区域P52相同地,放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP2的色度的一次光。具体而言,作为第2荧光体,混合了绿色荧光体和黄色荧光体这2种荧光体并分散地保持于填充材料810中。这些绿色荧光体和黄色荧光体是对LED芯片803发出的蓝色光进行波长转换,并分别放射出绿色光和黄色光的荧光体,可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。
第2发光单元801b的LED芯片803发出的蓝色光的一部分被第2荧光部件中包含的绿色荧光体和黄色荧光体进行波长转换,从而放射出绿色光和黄色光。此时,与这些绿色光和黄色光一起,从第2荧光部件放射出未被第2荧光部件进行波长转换而透射过第2荧光部件的蓝色光LED芯片803的蓝色光。因此,从第2发光单元801b放射出对这样放射的绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。
以图55所示的第5实施例的第2波长转换区域P52中包含的绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,设定第2荧光部件中的填充材料810中的绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得第2发光单元801b放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP2的色度的一次光。另外,如图55所示,在第5实施例中,第2波长转换区域P52中的红色单元506r的数量为0个。因此,在本实施例中,第2荧光体也没有使用红色荧光体。
第3发光单元801c的荧光部件808即第3荧光部件构成为与第5实施例中的荧光部件505的第3波长转换区域P53相同地,放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP3的色度的一次光。具体而言,作为第3荧光体,混合了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这3种荧光体并分散地保持于填充材料810中。这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体是对LED芯片803发出的蓝色光进行波长转换,并分别放射出红色光、绿色光和黄色光的荧光体,可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。
第3发光单元801c的LED芯片803发出的蓝色光的一部分被第3荧光部件中包含的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体进行波长转换,从而放射出红色光、绿色光和黄色光。此时,与这些红色光、绿色光和黄色光一起,从第3荧光部件放射出未被第3荧光部件进行波长转换而透射过第3荧光部件的蓝色光LED芯片803的蓝色光。因此,从第3发光单元801c放射出对这样放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。
以图55所示的第5实施例的第3波长转换区域P53中包含的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,设定第3荧光部件中的填充材料810中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得第3发光单元801c放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP3的色度的一次光。另外,如图55所示,在第5实施例中,第3波长转换区域P53中的蓝色单元506b的数量为0个,但在从第3波长转换区域P53放射的一次光中,包含了分别透射过红色单元506r、绿色单元506g和黄色单元506y的蓝色光。因此,在本实施例的第3荧光部件中,也考虑了这一点来决定填充材料810中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度。
第4发光单元801d的荧光部件808即第4荧光部件构成为与第5实施例中的荧光部件505的第4波长转换区域P54相同地,放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP4的色度的一次光。具体而言,作为第4荧光体,混合了红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体这3种荧光体并分散地保持于填充材料810中。这些红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体是对LED芯片803发出的蓝色光进行波长转换,并分别放射出红色光、绿色光和黄色光的荧光体,可以使用第5实施例中示出了具体例子的各种荧光体。
第4发光单元801d的LED芯片803发出的蓝色光的一部分被第4荧光部件中包含的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体进行波长转换,从而放射出红色光、绿色光和黄色光。此时,与这些红色光、绿色光和黄色光一起,从第4荧光部件放射出未被第4荧光部件进行波长转换而透射过第4荧光部件的蓝色光LED芯片803的蓝色光。因此,从第4发光单元801d放射出对这样放射的红色光、绿色光、黄色光和蓝色光进行合成后的一次光。
以图55所示的第5实施例的第4波长转换区域P54中包含的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b各自的数量为基准,设定第4荧光部件中的填充材料810中的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的混合比率和密度,使得第4发光单元U801d放射出具有图57的XY色度图中的色度点WP4的色度的 一次光。
(照明装置的电路结构)
通过如上所述地构成第1~第4发光单元801a~801d,能够与图81所示的第7实施例的电路同样地构成本实施例中的照明装置的电路。即,在图81的电路结构中,可以将由发光部701表示的4个发光单元置换为本实施例中的第1~第4发光单元801a~801d。
因此,通过调整从第1~第4发光单元801a~801d分别放射的一次光的强度,与第7实施例的情况同样,能够放射出各种各样色温的白色光作为照明光。因此,通过执行与第5~第7实施例的情况同样的发光控制,能够在下限色温T1到上限色温T2的范围内改变从照明装置放射的照明光的色温,并且此时的照明光的色度与黑体辐射轨迹BL近似,能够使照明光成为无不舒适感的自然的白色光。
(发光单元的变形例)
在本实施例中,也可以使用发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片。该情况下,为了得到蓝色光,只要在本实施例中使用的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体的基础上,进一步使用对LED芯片发出的近紫外光进行波长转换而放射出蓝色光的蓝色荧光体即可。该情况下,替代分别透射过第1荧光部件、第2荧光部件、第3荧光部件和第4荧光部件而放射的蓝色光,而使用从蓝色荧光体放射的蓝色光,因此,可以考虑这一点来调整各荧光部件中的各荧光体的含有率和密度。
此外,在使用了发出近紫外光的LED芯片的情况下,关于填充材料810,优选使用对于LED芯片发出的近紫外光具有足够的透明性和耐久性的材料。作为该情况下的填充材料810,可以使用第6实施例中示出具体例子的填充材料。
(发光单元的配置例)
另外,本实施例中使用的第1~第4发光单元801a~801d的数量可以根据照明装置要求的规格、和各发光单元的特性等任意地设定。例如,在分别使用了多个第1~第4发光单元801a~801d的情况下,在相同类型的发光单元不存在偏向的情况下,对于进行良好的一次光的合成是理想的。图83是示出这些第1~第4发光单元801a~801d的配置例的示意图。另外在图83的例子中,各发光单元共同使用布线基板802。此外,在图83中,为了识别各荧光部件的发光色,使用了点状阴影来表示各荧光体。
在图83的配置例中,以相同类型的发光单元不相邻的方式分散地配置各发光单 元,并且在彼此相邻的两个横向的列相互之间,使各个发光单元的中心在横向上错开与其半径相应的量,由此尽可能地紧密地排列各发光单元。通过这种配置,能够良好地进行从各发光单元放射的一次光的合成。并且,能够尽可能地减小照明装置中的各发光单元的占有面积。另外,各发光单元的数量和分散配置的方法不限于图83的方式,可以进行各种变更。此外,在本实施例中,将各发光单元的形状设为圆形,但也可以采用四边形或六边形等圆形以外的形状。
<第8实施例的变形例>
在第8实施例中,使用图82所示的基本结构来构成4种发光单元801。但是,也可以不将图82所示的基本结构用作各发光单元,而是将图82所示的基本结构用作第5实施例的各单元区域和LED芯片503的组合的替代。即,第5实施例的LED芯片503和第8实施例的基本结构中的LED芯片803都发出蓝色光,因此,如果替代第5实施例的各单元区域而使用第8实施例的基本结构的荧光部件808,则能够得到与第5实施例的各单元区域和LED芯片503的组合相同的组合。
具体而言,通过将第5实施例的红色单元506r中使用的红色荧光体用于荧光体809并分散地保持于填充材料810来形成红色发光部,通过将第5实施例的绿色单元506g中使用的绿色荧光体用于荧光体809并分散地保持于填充材料810来形成绿色发光部。并且,通过将第5实施例中的黄色单元506y中使用的黄色荧光体用于荧光体809并分散地保持于填充材料810来形成黄色发光部,通过将第5实施例中的蓝色单元506b中使用的扩散用粒子用作荧光体809的替代并分散地保持于填充材料810来形成蓝色发光部。
如果替代第5实施例的红色单元506r、绿色单元506g、黄色单元506y和蓝色单元506b,根据图55的表所示的这各个单元区域的数量,针对第1~第4波长转换区域P51~P54的每个波长转换区域配置这样构成的红色发光部、绿色发光部、黄色发光部和蓝色发光部,则能够构成与第5实施例的照明装置同样的照明装置。
另外,在这种变形例中,还可以进一步变更红色发光部、绿色发光部和黄色发光部中使用的LED芯片803,在红色发光部中使用发出红色光的LED芯片,在绿色发光部中使用发出绿色光的LED芯片,在黄色发光部中使用发出黄色光的LED芯片。该情况下,作为荧光体809,可以替代红色发光部、绿色发光部和黄色发光部中使用的红色荧光体、绿色荧光体和黄色荧光体,而是与蓝色发光部同样地使用扩散用粒子。并且,也可以不使用扩散用粒子,而直接地放射各LED芯片发出的光。
此外,作为红色发光部、绿色发光部、黄色发光部和蓝色发光部中分别使用的LED芯片803,可以使用发出近紫外光的LED芯片来替代发出蓝色光的LED芯片。该情况下,在蓝色发光部中,只要替代扩散用粒子而使用蓝色荧光体作为荧光体809即可。
以上结束了本发明的实施方式的照明装置的说明,但本发明不限于上述各实施例和变形例。例如,在各实施例和变形例中,利用红色光、绿色光、黄色光和蓝色光这4种光来得到从各发光单元放射的一次光,但在从各发光单元放射的一次光的合成中使用的光的种类不限于此,只要不脱离本发明的主旨,即可使用各个种类的光。此外,用于发出这些光的结构也不限于上述各实施例和变形例那样的LED芯片、或者LED芯片与荧光部件的组合,例如使用有机EL元件等也能够得到同样的发光色。
此外,各实施例和变形例中的照明装置的电路结构只是一个例子,只要不脱离本发明的主旨,即可进行各种变更。例如,可以替代并联连接而串联连接LED芯片,还可以一并使用串联连接和并联连接。此外,可以使用低电流电路来替代电流限制用的电阻。并且,在用于控制电流供给的晶体管的导通/截止控制时,可以根据针对晶体管的基极信号,一并控制流过晶体管的电流。在该情况下也不需要电流限制用的电阻。
以上参照详细或特定的实施方式对本发明进行了说明,但是本领域技术人员应该清楚,可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种变更和修正。
本申请基于2010年9月9日申请的日本专利申请(日本特愿2010-202493)、2011年3月9日申请的日本专利申请(日本特愿2011-051854)、2011年8月29日申请的日本专利申请(日本特愿2011-186451),将它们的内容作为参照结合于此。
标号说明
1、1’、1”、21:发光部(发光单元组)
2、102:布线基板
3、3a、3b、3c、3d:LED芯片
5、5’、5”:荧光部件(波长转换部件)
11、11’、11”:发光装置(照明装置)
12、12’、12”:照明***
13:调光部
14:指示部
15、15’、15”:电流提供部
16:控制部
101:发光部
102:布线基板
103、103a、103b:LED芯片
104:反射件(壁部件)
105:分隔部件
112a:第1荧光部件(波长转换部件)
112b:第2荧光部件(波长转换部件)
201:发光部
203a、203b、203c、203d:LED芯片
205:分隔部件
211:第1荧光部件(波长转换部件)
212:第2荧光部件(波长转换部件)
213:第3荧光部件(波长转换部件)
214:第4荧光部件(波长转换部件)
301:发光部
303a、303b、303c、303d、303e:LED芯片
305:分隔部件
311:第1荧光部件(波长转换部件)
312:第2荧光部件(波长转换部件)
313:第3荧光部件(波长转换部件)
314:第4荧光部件(波长转换部件)
315:第5荧光部件(波长转换部件)
Claims (17)
1.一种发光装置,该发光装置的亮度随着调光等级的变动而变动,其特征在于,
该发光装置具有:
布线基板;
多个LED芯片,它们配置于所述布线基板的LED芯片安装面,发出从可见光区域到近紫外区域的波长区域中的预定波长范围的光,并且被划分为多个LED组;
波长转换部件,其设置于与所述布线基板的所述LED芯片安装面对应的位置,与所述LED组对应地分割为多个波长转换区域,并且该波长转换部件按照每个所述波长转换区域具有不同的波长转换特性,对由对应的LED芯片发出的光进行波长转换,按照每个所述波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光;
电流提供部,其经由所述布线基板,针对每个所述LED组独立地向所述LED芯片提供驱动电流;以及
控制部,其根据从外部输入的控制信号,控制提供给每个所述LED组的电流,
所述控制部根据所述调光等级独立地控制所述LED组的点亮开始时期,
所述控制部包含:相位角检测器,其接收作为导通相位角与所述调光等级对应地变化的电压波形的控制信号,检测所述导通相位角;以及选择电路,其根据所述导通相位角选择待点亮的LED组。
2.根据权利要求1所述的发光装置,其特征在于,
随着从所述电流提供部提供给所述多个LED组的电流的总量上升,所述控制部依次点亮所述LED组。
3.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于,
所述多个LED芯片被划分为3个以上的LED组。
4.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于,
随着从所述电流提供部提供给所述多个LED组的电流的总量上升,所述控制部从与放射出色温低的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组到与放射出色温高的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组,依次点亮所述LED组。
5.根据权利要求4所述的发光装置,其特征在于,
随着从所述电流提供部提供给所述多个LED组的电流的总量上升,所述控制部增加点亮的LED组。
6.一种发光装置,其特征在于,该发光装置具有:
布线基板;
多个LED芯片,它们配置于所述布线基板的LED芯片安装面,发出从可见光区域到近紫外区域的波长区域中的预定波长范围的光,并且被划分为多个LED组;
波长转换部件,其设置于与所述布线基板的所述LED芯片安装面对应的位置,与所述LED组对应地分割为多个波长转换区域,并且该波长转换部件按照每个所述波长转换区域具有不同的波长转换特性,对由对应的LED芯片发出的光进行波长转换,按照每个所述波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光;
电流提供部,其经由所述布线基板,针对每个所述LED组独立地向所述LED芯片提供驱动电流;以及
控制部,其根据从外部输入的控制信号,控制提供给每个所述LED组的电流量,
随着对从所述多个波长转换区域放射的一次光进行合成而得到的合成白色光的亮度上升,所述控制部依次点亮所述LED组,
所述控制部包含:相位角检测器,其接收作为导通相位角与调光等级对应地变化的电压波形的控制信号,检测所述导通相位角;以及选择电路,其根据所述导通相位角选择待点亮的LED组。
7.根据权利要求6所述的发光装置,其特征在于,
随着所述合成白色光的亮度上升,所述控制部从与放射出色温低的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组到与放射出色温高的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组,依次点亮所述LED组。
8.根据权利要求7所述的发光装置,其特征在于,
分离地设置所述多个LED芯片和所述波长转换部件,
由各个所述LED组和与每个所述LED组对应的各个所述波长转换区域形成多个发光单元,
所述多个发光单元彼此一体地设置并且形成发光单元组。
9.根据权利要求7所述的发光装置,其特征在于,
以覆盖所述多个LED芯片的方式设置所述波长转换部件,
由各个所述LED组和与每个所述LED组对应的各个所述波长转换区域形成多个发光单元,
所述多个发光单元彼此分体地设置并且形成发光单元组。
10.根据权利要求7所述的发光装置,其特征在于,
由所述多个LED芯片和所述波长转换部件形成1个封装件,
该发光装置具有多个所述封装件。
11.一种照明***,其特征在于,该照明***具有:
布线基板;
多个LED芯片,它们配置于所述布线基板的LED芯片安装面,发出从可见光区域到近紫外区域的波长区域中的预定波长范围的光,并且被划分为多个LED组;
波长转换部件,其设置于与所述布线基板的所述LED芯片安装面对应的位置,与所述LED组对应地分割为多个波长转换区域,并且该波长转换部件按照每个所述波长转换区域具有不同的波长转换特性,对由对应的LED芯片发出的光进行波长转换,按照每个所述波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光;
电流提供部,其经由所述布线基板,针对每个所述LED组独立地向所述LED芯片提供驱动电流;
指示部,其给出指示,以对所述一次光进行合成而得到具有期望亮度的合成白色光;
调光部,其根据来自所述指示部的指示,输出用于改变所述合成白色光的亮度的控制信号;以及
控制部,其根据从所述调光部输出的控制信号,控制提供给每个所述LED组的电流量,
随着所述合成白色光的亮度上升,所述控制部依次点亮所述LED组,
所述控制部包含:相位角检测器,其接收作为导通相位角与调光等级对应地变化的电压波形的控制信号,检测所述导通相位角;以及选择电路,其根据所述导通相位角选择待点亮的LED组。
12.根据权利要求11所述的照明***,其特征在于,
随着所述合成白色光的亮度上升,所述控制部从与放射出色温低的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组到与放射出色温高的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组,依次点亮所述LED组。
13.根据权利要求12所述的照明***,其特征在于,
随着所述合成白色光的亮度上升,所述控制部增加点亮的LED组。
14.根据权利要求11~13中的任意一项所述的照明***,其特征在于,
随着调光等级在所述合成白色光的亮度上升的方向上变化,所述控制部增加提供给每个所述LED组的所述驱动电流的总和。
15.根据权利要求11~13中的任意一项所述的照明***,其特征在于,
所述控制部根据目标相关色温T改变目标光通量Φ,将所述目标相关色温和目标总光通量设定为,存在使得以下不等式成立的常数A0:
-80743·(1000/T)5+164973·(1000/T)4-135260·(1000/T)3+57994·(1000/T)2-13995·(1000/T)+1632.9<Φ/A0<exp{-342.11·(1000/T)3+450.43·(1000/T)2-212.19×(1000/T)+39.47}。
16.一种照明方法,针对被划分为多个LED组的多个LED芯片,独立地对每个所述LED组提供电流而使每个所述LED组进行发光,与所述LED组对应地分割为多个波长转换区域,并且,向按照每个所述波长转换区域具有不同的波长转换特性的波长转换部件提供LED芯片发出的光,按照每个所述波长转换区域放射出具有相互不同的色温的一次光,对所述一次光进行合成而形成合成白色光,
该照明方法的特征在于,
随着使所述合成白色光的亮度上升,控制提供给每个所述LED组的电流量,依次点亮所述LED组,
接收作为导通相位角与调光等级对应地变化的电压波形的控制信号,检测所述导通相位角,根据所述导通相位角选择待点亮的LED组。
17.根据权利要求16所述的照明方法,其特征在于,
随着使所述合成白色光的亮度上升,从与放射出色温低的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组到与放射出色温高的所述一次光的所述波长转换区域对应的所述LED组,依次点亮所述LED组。
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