JP2010231938A

JP2010231938A - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP2010231938A
Application number: JP2009076147A
Authority: JP
Inventors: Yuki Shirakawa; 友樹白川; Yoko Matsubayashi; 容子松林
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14
Also published as: EP2233819A1; US8455887B2; CN101846281A; US20100244061A1; CN101846281B; EP2233819B1

Abstract

【課題】複数の赤、緑、青などの単色ＬＥＤチップを組み合わせ、加法混色によって種々の照明色を得るＬＥＤ照明装置において、照射パターンの周辺近傍における色むらを生じ難くする。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置１は、赤、緑、青色ＬＥＤチップ４１〜４３をそれぞれ４個づつ円形の基板３上に備え、これら各色ＬＥＤチップにより照射光を発生する。各赤色ＬＥＤチップ４１の中心は基板３の中心点Ｐ１を中心とする第一の円４４の円周上に、各青色ＬＥＤチップの中心は、第一の円４４と同心で第一の円４４より大きな第二の円４５の円周上に、各緑色ＬＥＤチップの中心は、第一の円４４と第二の円４５とで囲まれた領域にそれぞれ配置される。これにより、照射パターン周辺に輝度差と色度差の判断が最も難しい青色の色相のみが配光されるようになり、照射パターンの周辺近傍における色むらを生じ難くすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、赤、緑、青などの単色ＬＥＤチップを組み合わせ、加法混色によって種々の照明色を得るＬＥＤ照明装置に関する。

従来、この種のＬＥＤ照明装置においては、例えば、白色の照明光を得るために、３原色の各単色ＬＥＤチップの発光中心を合わせることを目的として、一個の赤色ＬＥＤチップを基板の中心に置き、複数個の緑及び青色ＬＥＤチップのうち、それぞれ同じ表示色のＬＥＤチップを基板の中心に対して対称に配置して成るＬＥＤ照明装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

このＬＥＤ照明装置は、各色ＬＥＤが主に平面光源となるディスプレイ装置の発光ドットとして用いられることを考慮して、発光面の中心部の混色性に着目し、赤色ＬＥＤを中心に配置することにより、人間の目で最も敏感な赤の色度むらを生じ難くし、発光面の高輝度領域における色むらを軽減するものである。

しかしながら、上記のようなＬＥＤ表示装置においては、そのＬＥＤランプをスポットライトとして用い、壁面等を照射した場合、照射パターン周辺部の低輝度領域では、緑と青の２色の色相が生じ、色度むらが生じ易い。

実開平６−７９１６５号公報

本発明は、上記の問題を解決するものであり、加法混色によって種々の照明色を得る際に、照射パターン周辺の色むらが生じ難いＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、複数の赤色ＬＥＤチップと、複数の青色ＬＥＤチップと、前記とは他の色の複数のＬＥＤチップとを基板の上に配置してなるＬＥＤ照明装置であって、前記複数の赤色ＬＥＤチップのそれぞれの中心は、前記基板上の任意の点を中心とする第一の円の円周上に配置され、前記複数の青色ＬＥＤチップのそれぞれ中心は、前記第一の円と同心で該第一の円より大きな第二の円の円周上に配置され、他の色の複数のＬＥＤチップのそれぞれの中心は、前記第一の円と第二の円とで囲まれた領域に配置されるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、前記各ＬＥＤチップをそれぞれ覆う封止部はチップ毎に独立した釣鐘形状を有しており、前記各封止部表面と前記各ＬＥＤチップの光軸とが交差する箇所の近傍における封止部の曲率は、青色ＬＥＤチップを覆うものが、赤色ＬＥＤチップを覆うものより小さいものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、前記各ＬＥＤチップを覆う封止部はチップ全体を覆うと共に、光拡散剤を含有するものであり、前記封止部は、前記第一の円の中心近傍よりも周辺近傍における拡散剤濃度が大きいものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、前記各ＬＥＤチップの光照射側に光を拡散する拡散部材を有し、前記拡散部材は、前記第一の円の中心近傍よりも周辺近傍における拡散性が大きいものである。

請求項５の発明は、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、前記各ＬＥＤチップの光照射側に反射板を有し、前記反射板の内壁が釣鐘形状を有しており、前記反射板とＬＥＤチップ出射面とが交差する箇所の近傍における反射板表面の曲率は、青色ＬＥＤチップ周辺のものが、赤色ＬＥＤチップ周辺のものより小さいものである。

請求項１の発明によれば、輝度差と色度差の判断が最も難しい青色の色相のみを照射光の周辺近傍に配光しているので、照射パターン周辺における色むらを生じ難くすることができる。

請求項２の発明によれば、赤色ＬＥＤチップに比較して、青色ＬＥＤチップからの光が拡散され易くなり照射光の周辺領域に青色光がより配光されるので、色むらを生じ難くすることができると共に、青色ＬＥＤチップを基板の中心から必要以上に離さなくて済む。

請求項３の発明によれば、青色の照射光が周辺領域で拡散されされるので、色むらを生じ難くすることができると共に、１つの封止部でチップ全体を覆うので、ＬＥＤチップ毎の個々の封止部が必要でなくなり、封止部の生産工数を削減でき、低コスト化できる。

請求項４の発明によれば、拡散部材だけで青色ＬＥＤチップからの光が周辺領域で拡散されるので、より簡単に色むらを生じ難くすることができる。

請求項５の発明によれば、青色ＬＥＤチップからの光が周辺領域でより拡散されるので、色むらを生じ難くすることができると共に、各ＬＥＤチップからの光の拡散を釣鐘形状の反射板で行うので、封止部材を用いた場合に比べ光伝送損失が少なくなる。

本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の側面図。同装置の平面図。（ａ）は比較のためのＬＥＤ照明装置における照射パターンを示す図、（ｂ）は本実施形態による照射パターンを示す図。（ａ）は色むら評価実験に使用する色むらを発生するためのＬＥＤパッケージの側面図、（ｂ）は測定実験環境を示す図、（ｃ）は評価用照明パターンを示す図。上記実験結果を示すｘｙ色度図。（ａ）は同装置の青色ＬＥＤチップのシフト距離Ｄ＝０のときの色度分布図、（ｂ）は同シフト距離Ｄ＝２のときの色度分布図、（ｃ）は比較のための従来装置の色度分布図。（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の平面図、（ｂ）は同装置の各封止部の断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。同装置の各封止部材の形状における配光曲線を示す図。（ａ）は上記の変形例に係るＬＥＤ照明装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。（ａ）は本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。（ａ）は本発明の第４の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は同装置の拡散部材の拡散濃度の分布を説明する図。（ａ）は本発明の第５の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図。

以下、本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ照明装置について図１乃至図３を参照して説明する。図１及び図２に示すように、ＬＥＤ照明装置１は、樹脂性又は金属性部材等から成る略円筒形の筐体を有する本体２と、本体２内の底部に設けられプリント基板等から成る基板３と、基板３上に配置された複数のＬＥＤチップ４と、本体２内に設けられＬＥＤチップ４からの光を外部に反射する反射板５とを備える。本実施形態は、照射パターンの中心部のみならず周辺部の色みにまで着目し、周辺部での色の対比効果を起こさないよう１色相のみが照射パターン周辺に生じるようにし、かつ、その色相を主観評価実験により確認された輝度差と色度差の判断が最も難しい青色の色相とすることにより照射パターンの色むらを軽減するものである。

ＬＥＤチップ４は、赤色ＬＥＤチップ４１と、緑色ＬＥＤチップ４２と、青色ＬＥＤチップ４３とを４個づつ有して基板３上に実装されている。各ＬＥＤチップ４はそれぞれ１ｍｍ角の正方形状を成す。各色ＬＥＤチップ４１〜４３は、それらのプラス電極が基板３上に形成される各導電パターン（不図示）を介して給電用のリード端子にそれぞれ接続され、各マイナス電極は共に基板３上の接地用のコモン端子に接続される。これにより、各色ＬＥＤチップ４１〜４３は適宜選択されたそれらのリード端子とコモン端子間に駆動電圧が印加されることにより発光する。

各赤色ＬＥＤチップ４１の中心は、基板３上の任意の点Ｐ１を中心とする第一の円４４の円周上にそれぞれ配置され、各青色ＬＥＤチップ４３の中心は、第一の円４４と同心で第一の円４４より大きな第二の円４５の円周上にそれぞれ配置される。また、各緑色ＬＥＤチップ４２の中心は、第一の円４４と第二の円４５とで囲まれた領域内に配置され、本実施形態では、第一の円４４と同心で第一の円４４よりも大きく第二の円４５よりも小さい第三の円４６の円周上に位置させているが、これに限定されるものではない。また、全てのＬＥＤチップ４は、互いに重ならないように配置される。

各色４個のＬＥＤチップ４１、４２、４３は、各円４４、４６、４５の円周上において、基板３の中心点Ｐ１に対し、それぞれ対称に、かつ、ここでは互いに等距離間隔に配置されている。なお、これらのＬＥＤチップ４１、４２、４３は、各円周上で必ずしも等間隔に配置される必要はない。

さらに、詳細には、上記４個の赤色ＬＥＤチップ４１は、中心点Ｐ１の周りに０．１ｍｍの間隔で隣接されて正方形状に配置される。緑色ＬＥＤチップ４２は、隣り合う赤色ＬＥＤチップ４１間を通る、第三の円４６の半径上に１つの対角線を持ち、赤色ＬＥＤチップ４１の配置に対して４５°回転された配置とされ、赤色ＬＥＤチップ４１との最短の間隔は０．１ｍｍとなっている。青色ＬＥＤチップ４３は、各赤色ＬＥＤチップ４１の中心と基板３の中心点Ｐ１とを結ぶ、各赤色ＬＥＤチップ４１の対角線上に沿って該赤色ＬＥＤチップ４１を第２の円４５の円周上にシフト移動させた配置とされ、青色ＬＥＤチップ４３と赤色ＬＥＤチップ４１のそれぞれの対角線は同じ線上にある。青色ＬＥＤチップ４３をその対角線の延長線上に沿って、点線枠で示した青色ＬＥＤチップ４３ａまで移動させてもよく、そのときのシフト距離をＤで示す。

青色ＬＥＤチップ４３と赤色ＬＥＤチップ４１の各対角線上で互いに隣接するチップコーナ間の間隔は０．１ｍｍに設定され、赤色ＬＥＤチップ４１と青色ＬＥＤチップ４３との互いに平行する辺の間隔も０．１ｍｍとしている。このように、各色ＬＥＤチップ４１〜４３は、それぞれ１ｍｍ角サイズを成し、０．１ｍｍの最小間隔をもって配置されている。

反射板５は、ここでは、筺体２内に一体化して形成され、その表面における光の反射率が高くされていると共に、その形状によりＬＥＤチップ４からの光の配光を変えることができる。

ここで、図３（ａ）に、比較のために本実施形態を採用していないＬＥＤ配置を有するＬＥＤ照明装置１Ａによる照射パターンを示す。ＬＥＤ照明装置１Ａは、５個の１ｍｍ角のＬＥＤチップ４から成り、一個の赤色ＬＥＤチップ４１が基板３の中心に設けられ、この赤色ＬＥＤチップ４１を挟んで、各２個の緑色、青色ＬＥＤ毎に対称に位置し、各緑、青色列が互いに十字状に配置されている。また、チップ間隔は０．１ｍｍとなっている。

このＬＥＤ照明装置１Ａをスポットライトの光源として用いて壁面投射した場合の壁面２０上の照射パターンは、遠方の壁面２０上では略円形と見なす赤色パターンを中心に、緑、青色パターンがともに楕円形状を成して互いに十字状に重畳されるようになる。このため、照射パターンの中心付近は赤、緑、青色ＬＥＤチップ４１〜４３の発光に基づく赤色、緑色、青色の各パターン２１〜２３が重なる白色（Ｗ）と、その外側が赤、青色パターン２１、２３が重なる赤青混色（紫色Ｐ）と、赤、緑色パターン２１、２２が重なる赤緑混色（黄色Ｙ）となる。また、さらにその外側は緑及び青色パターン２２、２３による単色の緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）となる。このため、外側周辺の低輝度領域では、緑と青の２色の色相が生じ、色度むらが生じ易くなる。

図３（ｂ）は、本実施形態のＬＥＤ照明装置１をスポットライトの光源として用いた場合の照射パターンを示す。この照射パターンは、前記図２に示したＬＥＤチップ４の配置構成により決まる配光分布となる。ここでは、各色ＬＥＤチップ４１〜４３によるそれぞれの照射パターン２１〜２３は、それら色ＬＥＤチップ４１〜４３がそれぞれ円４４、４６、４５の各円周上に正方形状に配置されることにより、遠方の壁面２０上では略円形と見なせるので、赤色パターン２１、緑色パターン２２、及び青色パターン２３は、その順に大きくなる同心円状を成す。なお、これら各色パターンは、各色チップの数を増やすとより、より真円に近付く。

この結果、照射パターンは、中央部では赤、緑、青が重なる白色（Ｗ）となり、赤色パターン２１とその外側の緑色パターン２２との間の領域では、緑、青が重なる青緑混色（ＢＧ）となる。また、緑色パターン２２とその外側の青色パターン２３との間の領域では、青色（Ｂ）の単色となり、青色一色のみが照射光の最外周に現れることになり、色度むらが生じ難い。

ここで、発明者らが行った色ＬＥＤチップを用いた照明光による照射パターンの色相の主観評価実験について図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。この実験では、色相による色むらへの影響を明らかにするため、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色むらがパターン周辺に発生するように４つのＬＥＤパッケージを使用する。４つのＬＥＤパッケージのうち、３つのパッケージ（図４（ａ）の１１、１２，１３）は、ベース照明用として固定台１５に固定し、１つのパッケージ（図４（ａ）の１４）は回転板１６に取り付けた。この回転板１６の回転角度の設定により照射パターン周辺での単色光の強さを調整する。図４（ａ）において、ケース１は周辺に青色の単色光が発生し、ケース２は周辺に緑色の単色光が発生し、ケース３は周辺に赤色の単色光が発生するようにした。

具体的には、ＬＥＤパッケージ１１〜１４における各色の組み合わせは、ＬＥＤパッケージ１１、１４において、照射パターンの最外周に、ケース１では青色（Ｂ）の、ケース２では緑色（Ｇ）、ケース３では赤色（Ｒ）の各ＬＥＤチップがそれぞれ配置され、ＬＥＤパッケージ１２、１３において、ケース１では赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）の各ＬＥＤチップ、ケース２では青色（Ｂ）と赤色（Ｒ）の各ＬＥＤチップ、ケース３では青色（Ｂ）と緑色（Ｇ）の各ＬＥＤチップがそれぞれ配置され、それらの色は各パッケージ間で互いに上下逆方向に配置されている。

図４（ｂ）に示すように、被験者Ｍ（ここでは９名）は、紙面の左手に位置し、右手側のＬＥＤパッケージ１１〜１３、１４により壁面２０のスクリーンに照射される照射パターンを評価する。このとき、単色光の回転による補色が影響しないように、スクリーン２０の略中央部に遮光板１７を設けている。なお、順応時はさらに披験者前面に円形状の遮光板を設け、中心部の光に順応するようにした。スクリーン２０上の照射パターンは、図４（ｃ）に示すように、遮光板１７で遮られた半円状態の評価用照射パターンとなり、この半円パターンの周辺の色むら発生領域で主に色相評価する。

ここでの実験方法は、５分間の実験者の照射パターンへの順応後、実験者が設定した照射パターンの中心と周辺部の色度差が大きい状態から回転板１６によりＬＥＤパッケージ１４の回転角度を手元コントローラ（不図示）で調整して、照射パターン周辺での単色光の強さを調整し、被験者Ｍが良好と思われる許容照射パターンにする。調整後、後方の計測器により許容照射パターンを実測し、再度１分間の順応後、同様の調整を４回繰返して行う。ここで使用する計測器は、二次元色彩輝度計、ＸＹＺフィルタ、及び高画素ＣＣＤカメラなどである。

図５は、中心部の色温度が５０００ｋのときの実験結果をｘｙ色度図を用いて示す。ここでは、被験者の許容照射パターンの平均中心色度を◎印で示し、その許容照射パターンの１／１０輝度レベル内で中心色度に対して最大色度差となる色度を被験者ごとにケース１は■印、ケース２は▲印、ケース３は●印で示す。また、白抜きの□、△、○は各色相での最大色度差となる色度の平均を示す。このｘｙ色度図により、色相により許容色度差が大きく異なり、青色が最も許容色度差が大きく、赤色に対しては、最大色度差の色相が補色となる程度まで調整するなど評価が厳しくなっている。

ここで、ｘｙ色度図は均等色座標系ではないため、ｘｙ色度差が大きくとも、その色みの差が大きいとは限らないので、均等色座標系を考慮する際の基本データとなるマックアダムの標準偏差楕円に換算し、同図５にケース１〜３に対応する楕円Ｕｂ、Ｕｇ、Ｕｒを示す。このマックアダムの楕円に換算して色相による許容色差を比較した場合も、やはり青色が最も倍数が大きく、赤色が最も倍数が小さくなる。今回の実験では、赤の色相方向の許容度が最も厳しくマックアダム楕円の倍数で５以下にしなければならないことが分かった。また、青の色相方向の許容度は最も緩くマックアダム楕円の倍数で１０以下にすれば十分であることが分かった。

このことから、照明光の周辺に青色の色相が現れるようにすれば、多少の色ズレが発生していても色むらを感じさせることなく、良好な照射パターンを実現できることが分かった。同図５に重畳して、上記結果に基づく、色相差を許容できる許容色度曲線Ｕｓを点線楕円で示す。この許容色度曲線Ｕｓにより照射パターンの中心に対して１／１０輝度レベル以上の領域内では、中心に対する色度差が許容色度曲線Ｕｓ以内の分布であれば、色むらを感じ難い照射パターンを実現することができると言える。

ここで、本実施形態のＬＥＤ照明装置１による照射面での色度分布を図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図６（ａ）は、照射パターンの中心に対して１／１０輝度レベル内における色度分布の計算結果を示す。ここでは、青色ＬＥＤチップ４３は初期位置にあるとして、シフト距離Ｄ＝０とし、各色ＬＥＤチップ４１〜４３がＬａｍｂｅｒｔｉａｎ配光（完全拡散配光を意味し、観測方向に関係なく一定の輝度を有する配光をいう）であるとし、赤色、緑色、青色ＬＥＤチップ４１〜４３の波長をそれぞれ６３０［ｎｍ］、５１５［ｎｍ］、４５０［ｎｍ］として計算している。図６（ｂ）は、青色のＬＥＤチップ４３を移動させて、シフト距離Ｄ＝２とした場合の上記と同様の色度分布の計算結果を示す。

図６（ｃ）は、比較のために、前記図３（ａ）のＬＥＤ照明装置１Ａにおける赤色ＬＥＤチップを中心とし、その周りの同心円上に緑色及び青色ＬＥＤチップを設けたＬＥＤ配置構成の場合における色度分布の計算結果を示す。このＬＥＤ配置においては、同図６（ｃ）から明らかように、許容色度曲線Ｕｓ外に赤の色相方向、緑の色相方向の分布が目立ち、照射パターンは色むらが生じ易くなっている。

これに対して、本実施形態のＬＥＤ照明装置１においては、図６（ａ）のシフト距離Ｄ＝０の場合の色度分布は、従来のＬＥＤ照明装置に比較して、許容色度曲線Ｕｓ内に分布が集中され、赤の色相方向、緑の色相方向の分布が少なく、照射パターンは色むらが生じ難くなる良好な色度分布となる。

また、図６（ｂ）に示すように、青色ＬＥＤチップのシフト距離Ｄ＝２［ｍｍ］とした場合は、さらに許容色度曲線Ｕｓ内に色度分布が集中され、より良好な色分布特性が得られる。このことから、青色ＬＥＤチップを基板３の中心点Ｐ１から最も遠くに配置することにより色むらが改善されることが分かる。ここでは、青色ＬＥＤチップ４３のシフト距離Ｄを正方状ＬＥＤチップサイズの１辺の長さの約２倍程度にすると十分効果が出る。

本実施形態のＬＥＤ照明装置１によれば、許容色差の大きい青色の色相のみを照射光の周辺近傍に分布するように配光できるので、スポットライトとして使用した場合などの照射パターン周辺部における色むらを生じ難くすることができる。すなわち、本実施形態は、照射パターンの中心のみならず、その周辺部の色みにまで考慮し、周辺部での色の対比効果を起こさないよう１色相のみが照射パターン周辺に生じるように色配置すると共に、その色相を主観評価実験により確認された輝度差と色度差の判断が最も難しい青色の色相としたことにより照射パターンの色むらを軽減することができる。なお、本実施形態では、各緑色ＬＥＤチップ４２を第１の円４４と同心の第三の円４６上に配置したが、各チップ４２の中心が第１の円４４と第２の円４５との間の領域にあれば同心円上でなくてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ照明装置について図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図８を参照して説明する。本実施形態は、各ＬＥＤチップをそれぞれ覆う封止部６がチップ毎に独立した釣鐘形状を有したものとし、その他の構成は前記実施形態と同等である。各封止部６は、その表面と各ＬＥＤチップ４の光軸Ｐ２とが交差する箇所の近傍における曲率が、赤色ＬＥＤチップ上が最も高く、青色ＬＥＤチップ上が最も低くなるように形成されている。これにより、各色ＬＥＤチップの配光形状を変えて照射パターン周辺に青色の色相を出易くしている。

封止部６は、空気よりも高い屈折率を有する樹脂等の封止材を有し、その釣鐘形状の封止表面の臨界角を空気よりも大きくして各ＬＥＤチップ４を封止する。この封止材の屈折率はＬＥＤベアチップを形成する半導体の屈折率（略２．５）にほぼ等しく設定され、ＬＥＤチップ４から光を外部へ取り出すための光取り出し効率を高くしている。ここでは、封止部６は、図７（ａ）に示すように、赤色、緑色、青色のＬＥＤチップ４１〜４３をそれぞれ封止する封止部材６１、６２、６３を有する。

封止部材６１、６２、６３は、図７（ｂ）に示すように、それらの各釣鐘形状の回転対称となる中心軸が各ＬＥＤチップ４の光軸Ｐ２と略一致するように配置され、それらの釣鐘形状表面とＬＥＤチップ４の光軸Ｐ２とが交差する点の近傍の曲率が、封止部材６１で最大、封止部材６３で最小となるように形成されている。

図７（ｃ）に示すように、赤色ＬＥＤチップ４１及び青色ＬＥＤチップ４３の各中心から同じ放射角で出射された光線が、封止部表面で屈折されたときの各ＬＥＤチップ４の光軸Ｐ２からの角度をそれぞれθｒ、θｂとすると、θｂの方がθｒより大きくなる。したがって、青色ＬＥＤチップ４３の光線がより拡がって放射される。

図８は、上記各封止部材６１、６２、６３の形状を基に、各ＬＥＤチップ４をＬａｍｂｅｒｔｉａｎ配光の光源とし、各封止部材の屈折率を１．４２５としたときの各ＬＥＤチップ４からの配光曲線の計算結果を示している。同図において、縦軸は光度［ｃｄ］を、横軸はＬＥＤチップ４の光軸Ｐ２からの角度［°］をそれぞれ示す。これらの配光曲線から明らかなように、封止部材の曲率が高いほど中心光度が高くなり、その曲率が低いほど周辺光度が高くなっている。したがって、赤色ＬＥＤチップ４１の封止部材６１の曲率を最も高く、青色ＬＥＤチップ４３の封止部材６３の曲率を最も低くすることにより、照射パターン周辺に青色の色相が現れる。これにより、色むらをより生じ難くすることができる。また、封止部材を用いることにより、青色ＬＥＤチップ４３と基板３の中心点Ｐ１との距離を必要以上に大きくしなくて済む。

次に、上記実施形態の変形例に係るＬＥＤ照明装置について図９を参照して説明する。この変形例においては、封止部６のうち、封止部材６１は基板３の中央部に配置される４つの赤色ＬＥＤチップ４１を一体に封止している。

この封止部材６１は、釣鐘形状を成し、４つの赤色ＬＥＤチップ４１全体を基板３の中心点Ｐ１を中心として封止するように形成されている。ここで、４つの赤色ＬＥＤチップ４１を１つのＬＥＤチップと見なすと、それら全体の光軸Ｐ２は基板３の中心点Ｐ１からの法線と一致することになる。ここでは、この赤色ＬＥＤチップの光軸Ｐ２と封止部材６１との交点における曲率が、青色ＬＥＤチップ４３の光軸と封止部材６３との交点付近の曲率より大きくなるように形成している。

本変形例によれば、前記と同様に、赤色ＬＥＤチップ４１及び青色ＬＥＤチップ４３の各中心から同じ放射角で出射された各光線が、それぞれの封止部材６１、６３の表面で屈折されたときのＬＥＤチップの光軸Ｐ２方向からの角度をθｒ、θｂとすると、θｂの方がθｒより大きくなる。これにより、照射光の周辺における色むらを生じ難くできると共に、封止部の部品点数を削減でき、生産工数が減り、作業性が高まる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤ照明装置について図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態は、各ＬＥＤチップを覆う封止部６がチップ全体を封止すると共に、光拡散剤を含有するものであり、かつ、第一の円４４の中心近傍よりも周辺近傍における拡散剤濃度が大きいものとしている。

封止部６は、１つの封止材で釣鐘形状に構成され、その中心軸は基板３の中心点Ｐ１を通るように配置されている。封止部６は、封止材としてシリコーンを用いた場合は、光拡散剤として酸化チタンなどを用いて拡散剤濃度が調整され、これにより、ＬＥＤチップ４からの光を拡散させる拡散性能が調整される。このとき、拡散剤濃度が高い方がより光が拡散されるので、封止部６は、第一の円４４の中心点Ｐ１近傍よりも封止部６の周辺近傍における拡散剤濃度が高くなるように濃度調整されている。

本実施形態によれば、封止部６を封止材に光拡散剤を含ませてチップ全体を封止するように構成し、赤色ＬＥＤチップ４１に近い基板３の中心点Ｐ１近傍領域６４の拡散剤濃度を低く、青色ＬＥＤチップ４３に近い封止部周辺領域６５の拡散剤濃度を高くすることにより、青色ＬＥＤの配光を赤色ＬＥＤの配光に比べ広めの配光とすることができる。したがって、色むらを生じ難くできると共に、封止材を各ＬＥＤチップ４のそれぞれに設ける必要がなく、生産工程数がさらに削減され、コスト低減される。

次に、本発明の第４の実施形態に係るＬＥＤ照明装置について図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。本実施形態は、前記実施形態と同等の構成であり、各ＬＥＤチップの光照射側に光を拡散する拡散部材８を有し、この拡散部材８は、第一の円４４の中心近傍よりも周辺近傍における拡散性が大きいものとしている。

本実施形態のＬＥＤ照明装置１は、本体２の出射側にＬＥＤチップ４からの光を集光する集光レンズ７と、集光レンズ７とＬＥＤチップ４との間に配置される拡散部材８とを備える。集光レンズ７は、ＬＥＤ照明装置１がスポットライトとして使用され、特に、中狭角配光が求められる場合に導入される。

拡散部材８は、略透明な円形平板状の樹脂部材等から成り、基板３における第一の円４４の中心点Ｐ１近傍に対向する中央部８１よりもその周辺近傍部８２における拡散性を高くしている。

この拡散性は、例えば、樹脂部材内への光拡散剤の混入量を増加させること、樹脂部材表面に微細加工により高低差の大きい凹凸を形成すること、または表面粗さを増加させること、により高くすることができる。

本実施形態によれば、前記のような釣鐘形状の封止部に光拡散剤を混入させるような複雑な工程を必要とすることなく、一枚の平板の拡散部材８により、より簡単に青色ＬＥＤチップ４３の配光を赤色ＬＥＤチップ４１の配光に比べて広めの配光とすることができる。これにより、拡散部材８を設けるだけで、青色ＬＥＤチップ４３からの光が周辺領域に配光されるようにできるので、容易に色むらを生じ難くすることができる。なお、本実施形態において、集光レンズ７の裏面に直接にサンドブラストなどにより細かな凹凸を付けて表面粗さを増加させ、拡散濃度を変えることにより、拡散部材８を省くことができる。

次に、本発明の第５の実施形態に係るＬＥＤ照明装置について図１２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態は、各ＬＥＤチップ４の光照射側に反射板９を有する。この反射板９の内壁は釣鐘形状をしており、反射板９とＬＥＤチップ４の出射面４７とが交差する箇所の近傍における反射板表面の曲率は、青色ＬＥＤチップ４３周辺のものが、赤色ＬＥＤチップ４１周辺のものより小さくしている。この反射板９は、前記と同様に、例えばＬＥＤ照明装置１がスポットライトとして使用され、中狭角配光が求められる場合に導入される。

反射板９は、各色ＬＥＤチップ４１〜４３からの光をそれぞれ反射するための凹型の釣鐘形状の反射板９１、９２、９３を有し、反射板９１、９２、９３はそれらの釣鐘形状の中心軸が各チップの光軸Ｐ２とそれぞれ一致するように配置されている。各色ＬＥＤチップ４１〜４３の光の出射面４７は、基板３から略同じ高さに位置し、各出射面４７の延長面と反射板９１、９２、９３の交わる交点近傍におけるそれらの曲率は、反射板９３における曲率が反射板９１における曲率より小さくなっている。

本実施形態によれば、赤色ＬＥＤチップ４１及び青色ＬＥＤチップ４３の各中心から同じ放射角で出射された各光線が、それぞれの反射板９１、９３の表面で反射されたときのＬＥＤ法線方向からの角度をθｒ、θｂとすると、θｂの方がθｒより大きくなり、青色ＬＥＤチップ４３の光がより広く拡散される。これにより、青色ＬＥＤチップ４３の配光を赤色ＬＥＤチップ４１の配光に比べて広くすることができ、色むらを生じ難くすることができると共に、各ＬＥＤチップ４からの光が反射板９で拡散されて出射されるので、封止部材を用いた場合に比べ光伝送損失が少なくなり光量が増す。

なお、本発明は上記各種実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、上記各実施形態においては、ＬＥＤチップとして、赤、緑、青色のＬＥＤチップがそれぞれ４個づつ配置された構成を示したが、それぞれ２個または３個、または４個以上であってもよい。また、赤色のＬＥＤチップを１個中心に配置し、緑と青色のＬＥＤチップを２個または３個、または４個以上配置してもよい。

１ＬＥＤ照明装置
３基板
４ＬＥＤチップ
４１赤色ＬＥＤチップ
４２緑色ＬＥＤチップ
４３青色ＬＥＤチップ
４４第一の円
４５第二の円
６封止部
６１、６２、６３封止部材
８拡散部材
９反射板
Ｐ２光軸

Claims

複数の赤色ＬＥＤチップと、複数の青色ＬＥＤチップと、前記とは他の色の複数のＬＥＤチップとを基板の上に配置してなるＬＥＤ照明装置であって、
前記複数の赤色ＬＥＤチップのそれぞれの中心は、前記基板上の任意の点を中心とする第一の円の円周上に配置され、前記複数の青色ＬＥＤチップのそれぞれの中心は、前記第一の円と同心で該第一の円より大きな第二の円の円周上に配置され、他の色の複数のＬＥＤチップのそれぞれの中心は、前記第一の円と第二の円とで囲まれた領域に配置されることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記各ＬＥＤチップをそれぞれ覆う封止部はチップ毎に独立した釣鐘形状を有しており、
前記各封止部表面と前記各ＬＥＤチップの光軸とが交差する箇所の近傍における封止部の曲率は、青色ＬＥＤチップを覆うものが、赤色ＬＥＤチップを覆うものより小さいことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記各ＬＥＤチップを覆う封止部はチップ全体を覆うと共に、光拡散剤を含有するものであり、
前記封止部は、前記第一の円の中心近傍よりも周辺近傍における拡散剤濃度が大きいことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記各ＬＥＤチップの光照射側に光を拡散する拡散部材を有し、
前記拡散部材は、前記第一の円の中心近傍よりも周辺近傍における拡散性が大きいことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記各ＬＥＤチップの光照射側に反射板を有し、前記反射板の内壁が釣鐘形状を有しており、
前記反射板とＬＥＤチップ出射面とが交差する箇所の近傍における反射板表面の曲率は、青色ＬＥＤチップ周辺のものが、赤色ＬＥＤチップ周辺のものより小さいことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。