JP2009032524A

JP2009032524A - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP2009032524A
Application number: JP2007195151A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Tanaka; 健一郎田中; Takanori Akeda; 孝典明田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】フィードバック制御を行うことなく簡単な構成で色再現性および混色性を高めることが可能なＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】ｘｙ色度図における黒体軌跡ＢＬ上で規定した２つの色度点Ｗ１，Ｗ２と、当該２つの色度点Ｗ１，Ｗ２それぞれにおいて黒体軌跡ＢＬに接する２つの接線の交点に位置する色度点Ｃとの３つの色度点Ｗ１，Ｗ２，Ｃを結んだ三角形を内包する多角形である三角形の各頂点の色度点Ｒ１，Ｂ１，Ｇ１の色を発光する発光装置１ａ，１ｂ，１ｃを備える。各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃは、青色ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、透光性材料により形成された保護カバー（保護部）１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを備える。保護カバー１３ａは、赤色蛍光体のみを含有させ、保護カバー１３ｂは、緑色蛍光体のみを含有させ、保護カバー１３ｃは、光拡散材のみを含有させてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光色の異なる複数種の発光装置を備えたＬＥＤ照明装置に関するものである。

従来から、発光色の異なる複数種の発光装置を同一基板上に実装し、所望の色温度の混色光を得るようにしたＬＥＤ照明装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここにおいて、上記特許文献１に記載されたＬＥＤ照明装置は、例えば、図４に示すように、ＬＥＤ照明装置は、色温度がＸＹＺ表示系のｘｙ色度図において黒体軌跡ＢＬ上の２つの色度点Ｗmin，Ｗmaxの中間の色度点（以下、白色点と称す）Ｗに設定された第１の発光装置（主光源）と、白色点Ｗと色温度の低い色度点Ｗminとを結ぶ直線をＷminの方向へ延長したときにスペクトル軌跡ＳＬと交わる点Ｌ１近傍に発光ピーク波長を有する第２の発光装置（第１の補助光源）と、白色点Ｗと色温度の高い色度点Ｗmaxとを結ぶ直線をＷmaxの方向へ延長したときにスペクトル軌跡ＳＬと交わる点Ｓ１近傍に発光ピーク波長を有する第３の発光装置（第２の補助光源）とを備えており、黒体軌跡ＢＬ上で主光源の色温度とは異なる色温度を得ることができ、しかも、演色性を補正することができる。ここで、第１の発光装置は、４５０〜４６０ｎｍの波長域に発光ピーク波長を有するＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤチップと当該青色ＬＥＤチップから放射される青色光によって励起されてブロードな黄色光を放射するＹＡＧ蛍光体とを組み合わせて白色光を得る白色ＬＥＤにより構成されており、第２の発光装置は、５９０ｎｍに発光ピーク波長を有するＡｌＩＮＧａＰ系の橙色ＬＥＤチップを用いて構成され、第３の発光装置は、４７０〜４８０ｎｍの波長域に発光ピーク波長を有する青色ＬＥＤチップを用いて構成されている。なお、上記特許文献１に記載されたＬＥＤ照明装置は、特に、無影灯、リビング室内灯、化粧灯などに適している。

また、上記特許文献２に記載されたＬＥＤ照明装置は、例えば、図５に示すように、青色ＬＥＤチップのみを利用した発光装置１１０と、青色ＬＥＤチップおよび緑色蛍光体を有する発光装置１１１と、青色ＬＥＤチップおよび赤色蛍光体を有する発光装置１１２と、青色ＬＥＤチップおよび黄色蛍光体を有する発光装置１１３と、緑色ＬＥＤチップのみを利用した発光装置１１４と、各発光装置１１０〜１１４それぞれの光出力を調整可能な制御装置１２０とを備えている。
特再ＷＯ０３／０１９０７２号公報（第４頁第４５行〜第５頁第８行、第５頁第２４行〜第４９行、第８頁第１５行〜第４４行、および図１，４，５，７）特開２００７−１２２９５０号公報（段落〔００１８〕〜〔００２７〕、および図１〜３）

ところで、上記特許文献１に開示されたＬＥＤ照明装置では、発光装置ごとに発光ピーク波長の異なるＬＥＤチップを用いているので、ＬＥＤチップの初期特性および経時変化特性が異なり、周囲環境や時間の経過により色ずれが生じてしまう。ここで、色再現性を高めるために、各発光装置それぞれの光出力を検出する複数個の光検出素子と、各発光装置それぞれのＬＥＤチップへの通電量をフィードバック制御する制御回路とを設けることも考えられるが、コストが高くなってしまうという問題があった。

また、上記特許文献２に開示された図５に示す構成のＬＥＤ照明装置においても、ＬＥＤチップとして、発光ピーク波長の異なる青色ＬＥＤチップと緑色ＬＥＤチップとを用いているので、ＬＥＤチップの初期特性および経時変化特性が異なり、周囲環境や時間の経過により色ずれが生じてしまう。また、上述の５種類の発光装置１１０〜１１４のうち３種類の発光装置１１０〜１１２を用いれば、ＬＥＤチップとして青色ＬＥＤチップのみを用いることができるが、青色ＬＥＤチップのみを利用した発光装置１１０の指向性が他の発光装置１１１，１１２の指向性に比べて強く、青色の発光色が目立つようになり、混色性が低いという問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、フィードバック制御を行うことなく簡単な構成で色再現性および混色性を高めることが可能なＬＥＤ照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、発光色の異なる複数種の発光装置を備えたＬＥＤ照明装置であって、所望の混色光に基づいてＸＹＺ表示系のｘｙ色度図における黒体軌跡上で規定した２つの色度点と、当該２つの色度点それぞれにおいて黒体軌跡に接する２つの接線の交点に位置する色度点との３つの色度点を結んだ三角形を内包する多角形の各頂点それぞれに対応する色度点の色を発光する複数種の発光装置を備え、当該複数種の発光装置は、青色ＬＥＤチップと透光性材料からなり青色ＬＥＤチップを保護する保護部とを有しており、前記多角形の各頂点のうち１つの頂点に対応する色度点の色を発光する発光装置は、保護部に、青色ＬＥＤチップから放射された光を拡散させる拡散材を含有させてあり、前記多角形の他の頂点に対応する色度点の色を発光する発光装置は、保護部に、青色ＬＥＤチップから放射された光によって励起され頂点に対応する色度点の色を発光する蛍光体を含有させてあることを特徴とする。

この発明によれば、所望の混色光に基づいてＸＹＺ表示系のｘｙ色度図における黒体軌跡上で規定した２つの色度点と、当該２つの色度点それぞれにおいて黒体軌跡に接する２つの接線の交点に位置する色度点との３つの色度点を結んだ三角形を内包する多角形の各頂点それぞれに対応する色度点の色を発光する複数種の発光装置を備え、当該複数種の発光装置は、青色ＬＥＤチップと透光性材料からなり青色ＬＥＤチップを保護する保護部とを有しており、前記多角形の各頂点のうち１つの頂点に対応する色度点の色を発光する発光装置は、保護部に、青色ＬＥＤチップから放射された光を拡散させる拡散材を含有させてあり、前記多角形の他の頂点に対応する色度点の色を発光する発光装置は、保護部に、青色ＬＥＤチップから放射された光によって励起され頂点に対応する色度点の色を発光する蛍光体を含有させてあるので、周囲環境や時間経過による色ずれを抑制することができ、しかも、全ての発光装置を単に点灯させるだけでよいから点灯用の回路構成が簡単であり、フィードバック制御を行うことなく簡単な構成で色再現性および混色性を高めることが可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記多角形が三角形であり、前記発光装置として、前記保護部が拡散材のみを含有してなる青色系発光装置と、前記保護部が前記蛍光体として赤色光を放射する赤色蛍光体のみを含有してなる赤色系発光装置と、前記保護部が前記蛍光体として緑色光を放射する緑色蛍光体のみを含有してなる緑色系発光装置とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、緑色蛍光体から放射された緑色光の一部が赤色蛍光体に二次吸収されて赤色光に変換されるのを抑制することができ、前記蛍光体の発光効率の向上を図れる。

請求項１の発明では、フィードバック制御を行うことなく簡単な構成で色再現性および混色性を高めることが可能になるという効果がある。

本実施形態のＬＥＤ照明装置は、所望の混色光に基づいて図１（ｂ）に示すＸＹＺ表示系のｘｙ色度図における黒体軌跡ＢＬ上で規定した２つの色度点Ｗ１，Ｗ２と、当該２つの色度点Ｗ１，Ｗ２それぞれにおいて黒体軌跡ＢＬに接する２つの接線の交点に位置する色度点Ｃとの３つの色度点Ｗ１，Ｗ２，Ｃを結んだ三角形を内包する多角形（本実施形態では、破線で結んだ三角形）の各頂点それぞれに対応する色度点（本実施形態では、色度点Ｒ１，Ｂ１，Ｇ１）の色を発光する複数種（本実施形態では、３種類）の発光装置１ａ，１ｂ，１ｃ（図１（ａ）参照）を備えている。なお、図１（ｂ）には、黒体軌跡ＢＬと交差する直線で与えられる一連の等色温度線も示してある。

本実施形態のＬＥＤ照明装置では、上述の発光装置１ａが、ｘｙ色度図において色度点Ｒ１で示される赤色系の色を発光する赤色系発光装置（赤色系光源）を構成し、発光装置１ｂが、ｘｙ色度図において色度点Ｇ１で示される緑色系の光を発光する緑色系発光装置（緑色系光源）を構成し、発光装置１ｃが、ｘｙ色度図において色度点Ｂ１で示される青色系の光を発光する青色系発光装置（青色系光源）を構成しており、色度点Ｒ１，Ｂ１，Ｇ１を破線で結んだ三角形の範囲内の色（本実施形態では、白色光）を得ることができる。

また、本実施形態のＬＥＤ照明装置では、２個の発光装置１ａと１個の発光装置１ｂと１個の発光装置１ｃとが各発光装置１ａ，１ａ，１ｂ，１ｃへの給電路となる導体パターンを有する回路基板２の一表面側に実装されている。なお、回路基板２は、矩形板状に形成されているが、矩形板状に限らず、例えば、円板状に形成されていてもよい。

各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃは、青色ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、青色ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが実装された矩形板状の実装基板１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、透光性材料（例えば、ガラス、シリコーン樹脂など）により形成されてなりＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを実装基板１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの間に囲む形で配設されたドーム状の保護カバー１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを備えている。ここで、保護カバー１３ａは、青色ＬＥＤチップ１１ａから放射される光によって励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体のみを含有させ、保護カバー１３ｂは、青色ＬＥＤチップ１１ｂから放射される光によって励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体のみを含有させ、保護カバー１３ｃは、青色ＬＥＤチップ１１ｃから放射される光を拡散させるガラスビーズなどの透明な光拡散材（例えば、ガラスビーズなど）のみを含有させてある。なお、本実施形態では、各保護カバー１３ａ，１３ｂ，１３ｃそれぞれが保護部を構成している。また、本実施形態では、実装基板１２ａ，１２ｂ，１２ｃとして、セラミック基板を用いているが、セラミック基板に限定するものではない。

また、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃは、保護カバー１３ａ，１３ｂ，１３ｃの内側においてＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを封止した透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）からなる封止部（図示せず）を備えており、各保護カバー１３ａ，１３ｂ，１３ｃの内面と各封止部の光出射面との間には空気層が形成されている。したがって、各保護カバー１３ａ，１３ｂ，１３ｃから各封止部側へ光が伝搬するのを抑制することができ外部への光取出し効率を高めることができる。なお、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれの封止部に、ガラスビーズなどの光拡散材（例えば、ガラスビーズなど）を含有させることにより、各ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃそれぞれからの放射光が封止部中の光拡散材により反射され混色されるので、混色性を高めることができる。また、赤色系光源と緑色系光源とで保護カバー１３ａ，１３ｂの蛍光体濃度が異なり、蛍光体の濃度が薄い色において青色ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂからの青色と蛍光体からの光色が混ざりにくいので、色変換部材１３ａ，１３ｂに拡散材を混ぜてもよい。

ところで、本実施形態のＬＥＤ照明装置では、各青色ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃとして、同一の仕様（発光層の組成、発光ピーク波長、および構造が同じ）の青色ＬＥＤチップを用いている。

以上説明した本実施形態のＬＥＤ照明装置では、ｘｙ色度図における黒体軌跡ＢＬ上で規定した２つの色度点Ｗ１，Ｗ２と、当該２つの色度点Ｗ１，Ｗ２それぞれにおいて黒体軌跡ＢＬに接する２つの接線の交点に位置する色度点Ｃとの３つの色度点Ｗ１，Ｗ２，Ｃを結んだ三角形を内包する三角形の各頂点それぞれに対応する色度点Ｒ１，Ｂ１，Ｇ１の色を発光する３種類の発光装置１ａ，１ｂ，１ｃを備え、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃが、青色ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃと透光性材料からなり青色ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを保護する保護カバー１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを有しており、各頂点のうち１つの頂点に対応する色度点の色を発光する発光装置１ｃは、保護カバー１３ｃに、青色ＬＥＤチップ１１ｃから放射された光を拡散させる拡散材を含有させてあり、他の頂点に対応する色度点の色を発光する発光装置１ａ，１ｂは、保護カバー１３ａ，１３ｂに、青色ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂから放射された光によって励起され頂点に対応する色度点の色を発光する蛍光体を含有させてあるので、周囲環境や時間経過による色ずれを抑制することができ、しかも、全ての発光装置１ａ，１ｂ，１ｃを単に点灯させるだけでよいから点灯用の回路構成が簡単であり、フィードバック制御を行うことなく簡単な構成で色再現性および混色性を高めることが可能になる。また、本実施形態のＬＥＤ照明装置の製造にあたっては、全ての発光装置１ａ，１ｂ，１ｃで同一仕様の青色ＬＥＤチップ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを用意するとともに、発光装置１ａ，１ｂ，１ｃごとに異なる保護カバー１３ａ，１３ｂ，１３ｃを用意しておけばよいから、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの製造が容易になり、色ずれの発生を抑制可能なＬＥＤ照明装置を容易に製造することが可能となる。

また、本実施形態のＬＥＤ照明装置では、発光装置１ａの保護カバー１３ａには蛍光体として赤色蛍光体のみを含有させ、発光装置１ｂの保護カバー１３ｂには蛍光体として緑色蛍光体のみを含有させ、発光装置１ｃの保護カバー１３ｃには蛍光体を含有させずに光拡散材のみを含有させているので、緑色蛍光体から放射された緑色光の一部が赤色蛍光体に二次吸収されて赤色光に変換されるのを抑制することができ、蛍光体の発光効率の向上を図れる。

ところで、緑色系光源としての発光装置１ｂの色度点Ｇ１は、図１（ｂ）に示すｘｙ色度図おいて、黒体軌跡ＢＬ上の色度点Ｗ１，Ｗ２間の曲線と、色度点Ｗ２，Ｐ２間の直線と、スペクトル軌跡ＳＬ上の色度点Ｐ２，Ｐ１間の曲線と、色度点Ｐ１，Ｗ１間の直線とで囲まれた領域内で設定し、赤色系光源としての発光装置１ａの色度点Ｒ１は、ｘｙ色度図において、色度点Ｗ１，Ｐ３間の直線と、スペクトル軌跡ＳＬ上の色度点Ｐ３，Ｑ１間の線で、色度点Ｑ１，Ｗ１間の直線とで囲まれた領域内で設定し、青色系光源としての発光装置１ｃの色度点Ｂ１は、ｘｙ色度図において、色度点Ｗ２，Ｐ４間の直線と、スペクトル軌跡ＳＬ上の色度点Ｐ４，Ｑ２間の線と、色度点Ｑ２，Ｗ２間の直線とで囲まれた領域内で設定することが望ましい。ここで、図１（ｂ）のｘｙ色度図では、色度点Ｗ１を通り色度点Ｃに対応する角の二等分線に平行な直線とスペクトル軌跡ＳＬとの交点をＰ１，Ｐ３とし、色度点Ｗ２を通り上記二等分線に平行な直線とスペクトル軌跡ＳＬとの交点をＰ２，Ｐ４とし、色度点Ｗ１と色度点Ｗ２とを結ぶ直線とスペクトル軌跡ＳＬとの交点をＱ１，Ｑ２としてあり、各色度点Ｇ１，Ｒ１、Ｂ１を上記各領域内で設定することにより、色再現性をより一層高めることができる。

また、黒体軌跡ＢＬ上で色温度を変化させることができるように、あらかじめ、図２に示すような色温度と各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃへの駆動電流の電流値との関係を測定し、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれを点灯させる各点灯回路（駆動回路）を制御する制御装置を設け、当該制御装置を構成するマイクロコンピュータの記憶部に、色温度と各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの電流比率とを対応させたテーブルを記憶させておき、操作部の操作によって設定された色温度に基づいて各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃへの駆動電流の電流値を制御するようにすれば、色温度を黒体軌跡ＢＬ上で調整することが可能となる。

また、色温度と照度との関係においては、光が人間に与える心理効果としてクルーゾフ効果と呼ばれる現象が広く知られており、図３に示すように、色温度により人間が快適と感じる照度の範囲が異なるので、色温度を変化させても照度が上述の快適な範囲内に収まるようにし、色温度を高くするにつれて照度を高くするように調整するようすれば、色温度を変化させても人が快適と感じる光を得ることが可能となる。

これに対して、一般的に明るさ感（照明された部屋全体を人間が見たときの明るさの印象）は、同じ照度であっても色温度が低いほど暗く感じる。そこで、色温度が低いほど照度が高くなるように全光束を調整するようにすれば、略一定の明るさ感を与えることが可能となる。

なお、本実施形態では、図１（ｂ）のｘｙ色度図において、多角形を破線で示した三角形としてあるが、三角形に限らず、多角形であればよく、例えば、実線で示した五角形でもよい。また、拡散透過性材料により形成した拡散パネルを回路基板２に対向する形で配置し、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃから放射された光を拡散パネルによって混色させるようにしてもよい。また、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃを回路基板２に実装する代わりに、例えば、照明器具において熱伝導性の高い材料（金属など）により形成された器具本体などのベース部材に搭載して、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれの一部ないし全部を露出させる複数の窓孔が形成された回路基板をベース部材に対向配置するようにしてもよい。

実施形態のＬＥＤ照明装置に関し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）はｘｙ色度図である。同上の他の構成例の説明図である。色温度と照度との関係説明図である。従来例の説明図である。他の従来例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ａ発光装置（赤色系発光装置）
１ｂ発光装置（緑色系発光装置）
１ｃ発光装置（青色系発光装置）
２回路基板
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ青色ＬＥＤチップ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ実装基板
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ保護カバー（保護部）
Ｗ１，Ｗ２，Ｃ，Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１色度点
ＢＬ黒体軌跡
ＳＬスペクトル軌跡

Claims

発光色の異なる複数種の発光装置を備えたＬＥＤ照明装置であって、所望の混色光に基づいてＸＹＺ表示系のｘｙ色度図における黒体軌跡上で規定した２つの色度点と、当該２つの色度点それぞれにおいて黒体軌跡に接する２つの接線の交点に位置する色度点との３つの色度点を結んだ三角形を内包する多角形の各頂点それぞれに対応する色度点の色を発光する複数種の発光装置を備え、当該複数種の発光装置は、青色ＬＥＤチップと透光性材料からなり青色ＬＥＤチップを保護する保護部とを有しており、前記多角形の各頂点のうち１つの頂点に対応する色度点の色を発光する発光装置は、保護部に、青色ＬＥＤチップから放射された光を拡散させる拡散材を含有させてあり、前記多角形の他の頂点に対応する色度点の色を発光する発光装置は、保護部に、青色ＬＥＤチップから放射された光によって励起され頂点に対応する色度点の色を発光する蛍光体を含有させてあることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記多角形が三角形であり、前記発光装置として、前記保護部が拡散材のみを含有してなる青色系発光装置と、前記保護部が前記蛍光体として赤色光を放射する赤色蛍光体のみを含有してなる赤色系発光装置と、前記保護部が前記蛍光体として緑色光を放射する緑色蛍光体のみを含有してなる緑色系発光装置とを備えていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。