JP2011249265A - Led照明装置 - Google Patents

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Sho Shimamura
翔 嶋村
Tomofumi Osawa
智文 大澤
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Abstract

【課題】色ムラを低減させたLED照明装置を提供する。
【解決手段】照明器具1000は、基板に一列に配置された複数のLEDと、各LEDの放射した光を反射する反射器400と、一列に配置された複数のLEDを覆う透光性カバー500とを備える。お互いの間に一つのLED(2)を挟む2つのLEDのうち一方のLED(1)から放射された直接光と直接光が反射器400の反射部4021で反射された反射光とによる透光性カバー500の基板側の面における照射エリアは、他方のLED(3)から放射された直接光と直接光が反射器400の反射部4021で反射された反射光とによる透光性カバー500の基板側の面における照射エリアの一部と範囲12で重なる。
【選択図】図4

Description

この発明は光源としてLEDを用いたLED照明装置に関する。
従来、2種類以上の異なる色温度のLED光源を基板に配置し、何れか又は全てのLED光源の光出力を制御することにより、色温度を変化できる照明装置はあった(例えば特許文献1)。しかし、一般的なBlue−YAGの白色LEDでは、低い色温度のLED光源は高い色温度のLED光源に比べ光束が低くなるため、照度の振れ幅が大きくなる。また何れかのLED光源の光出力をOFFにした場合、指向角が重ならず光のムラが発生してしまう。
また、作業を行う空間において、色温度の高いLEDと色温度の低いLEDとを1:1の割合で制御を行うと、色温度の振れ幅が大きくなる。
特開2009−206037号公報
この発明は、光のムラ、色ムラを低減させたLED照明装置の提供を目的とする。
この発明のLED照明装置は、
基板に一列に配置された複数のLEDと、
各LEDの放射した光を反射する反射部と、
前記一列に配置された前記複数のLEDを覆う透光性カバーと
を備え、
前記複数のLEDの各LEDは、
前記透光性カバーの前記基板の側の面に向けて光を放射し、
お互いの間に一つのLEDを挟む2つのLEDのうち一方のLEDから放射された直接光と前記直接光が前記反射部で反射された反射光とを含む前記透光性カバーの前記基板の側の面における照射エリアは、他方のLEDから放射された直接光と前記直接光が前記反射部で反射された反射光とを含む前記透光性カバーの前記基板の側の面における照射エリアと重なることを特徴とする。
この発明により、光のムラ、色ムラを低減させたLED照明装置を提供できる。
実施の形態1の照明器具1000の斜視図。 実施の形態1の照明器具1000内に配置されるLEDユニットの短手方向の断面図。 実施の形態1の照明器具1000内に配置されるLEDユニットの長手方向の断面図。 図3の範囲11の拡大図。 実施の形態1の点灯ユニット200の回路ブロック図。 実施の形態1の透光性カバー500の発光部と、LEDモジュールの発光状態を示す図。 実施の形態1の他の反射器を使用した場合の長手方向の断面図。 実施の形態1のLEDユニットのX方向矢視。 実施の形態2の照明器具1000における透光性カバー500の発光部と、LEDモジュールの発光状態を示す図。 実施の形態2の色温度の比率を説明するための図。
実施の形態1.
図1〜図8を参照して実施の形態1を説明する。
図1は、照明器具1000の斜視図である。
図2は、照明器具1000内に配置されるLEDユニットの短手方向の断面図である。
図3は、照明器具1000内に配置されるLEDユニットの長手方向の断面図。
図4は、図3の破線で示す範囲11の拡大図である。
図5は、点灯ユニット200の回路ブロック図である。
図6は、透光性カバー500の発光部と、LEDモジュールの発光状態を示す図である。
図7は、他の反射器を使用した場合の長手方向の断面図である。
図8は、LEDユニットのX方向矢視を示す図である。
(照明器具1000の概形)
図1に示す照明器具1000は、器具本体100と、器具本体100内に取り付けられる点灯ユニット200と、点灯ユニット200に電気的に接続され、器具本体100内に配置されるLEDモジュール300と、器具本体100内においてLEDモジュール300の実装面に取り付けられる反射器400と、反射器400の前面を覆うように取り付けられる透光性カバー500と、を備える。点灯ユニット200と、LEDモジュール300と、反射器400と、透光性カバー500とからなる構成をLEDユニットという。図2はLEDユニットの短手方向断面であり、図3はLEDユニットの長手方向断面(点灯ユニット200を省略)である。
(点灯ユニット200)
図5に示すように、点灯ユニット200は、2つの出力系統(第一点灯回路220、第二点灯回路230)を持ち、コントローラ部240によってそれぞれの出力系統は独立して出力電力が可変となっている。
図5に示すように、LEDモジュール300は、第一LED群310と、第二LED群320と、第一LED群310および第二LED群320が実装されるLED基板330を備える。点灯ユニット200の一方の出力系統である第一点灯回路220に第一LED群310が電気的に接続され、点灯ユニット200の他方の出力系統である第二点灯回路230に第二LED群320が電気的に接続される。
第一LED群310は、6個の第一LEDチップ311(以下、第一LED素子311ともいう)からなる。第二LED群320は、6個の第二LEDチップ321(以下、第二LED素子321ともいう)からなる。
次に、図5を参照して、点灯ユニット200の動作について説明する。設定部250の点灯モード切替部251によって、点灯モード1、点灯モード2、点灯モード3、を切り替える。点灯モード1は第一LED群310と第二LED群320の双方を点灯し、点灯モード2は第一LED群310のみを点灯し、点灯モード3は第二LED群320のみを点灯するモードである。また、可変抵抗252により照度を調整する。
コントローラ部240(点灯制御部)は、点灯モード切替部251によって設定された点灯モード及び可変抵抗252によって指定された明るさで、第一LED群310、第二LED群320を点灯させる。
(LED配置)
図8は、透光性カバー500を取り外した状態で、図1のX方向からみた状態を示す図である。図8及び図3に示すように、第二LED群320を構成する各第二LED素子321は、LED基板330に実装される第一LED群310の個々の第一LED素子311の間に配置される。つまり、LED基板330上には、図8に示すように、第一LED群310を構成する第一LED素子311と、第二LED群320を構成する第二LED素子321とが直線状(一列に)に交互に実装される。図3ではW1が第一LED素子311であり、W2が第二LED素子321である。図3に示すようにLEDの基板上の配置ピッチは「a」である。
(反射器400)
図8に示すように、反射器400は、正面がほぼ長方形状をなし、第一LEDチップ311および第二LEDチップ321が挿入される12個の開口部401(図8では6つを示した)と、この開口部401の周囲に、第一LEDチップ311および第二LEDチップ321が発する光を反射する反射部402と、を備える。
(反射部4201、4202)
図8に示すように、反射部402は、反射器400の長手方向に設けられる2つの第一反射部4021と、反射器400の短手方向に設けられる2つの第二反射部4022と、からなる。
(遮光角の交点A)
図3の拡大図である図4を参照して遮光角の交点について説明する。図4は図3の範囲11の拡大図であり、第一反射部4021の形状を単純化している。図4ではLEDをLED(1)〜LED(3)として示した。LED(1)が第一LED素子311であればLED(3)も第一LED素子311であり、LED(1)が第二LED素子321であればLED(3)も第二LED素子321である。図3、図4に示すように、第一反射部4201は、隣り合う第一LED素子311(または隣り合う第二LED素子321)の遮光角の交点Aが、透光性カバー500と反射器400との間となる高さ及び角度θに形成される。つまり、第一LED素子311(または第二LED素子321)から遮光角の交点Aまでの距離を距離d、第一LED素子311(または第二LED素子321)から透光性カバー500までの距離を距離bとするとき、距離dと距離bとの関係は、
距離d<距離b
となる。
つまり、図4に示すように、複数のLEDの各LEDは、透光性カバー500のLED基板330側の面である基板側面501に向けて光を放射する。この場合、複数のLEDが並ぶ一列方向(Y方向)とLED基板330のLED配置面(直線L1が対応する)に対する垂直方向(X方向)との双方向の2本の直線によって張られる面の法線方向(Z方向)からみた場合の遮光角θと、隣接する隣接LEDとの一列方向(Y方向)の距離Aとの積A・tanθが、隣接する他のLEDの発光面位置と透光性カバー500の基板側面501との、LED基板330のLED配置面に対する垂直方向(X方向)の距離Bよりも小さい。
すなわち、
A・tanθ<B (式1)
である。
ここで、
A:基準LED(各LED)と隣接LEDとのY方向の距離、
θ:前記法線方向からみたときの基準LEDの隣接LED側の遮光角、
B:隣接LEDの発光面と基板側面501とのX方向距離
である。
例えば基準LEDをLED(3)、隣接LEDを左隣のLED(2)とすると、
LED(3)、LED(2)については、
A→a,
θ→θ
B→b,
であるから、
a・tanθ<b
となる。隣接LEDをLED(3)の右隣のLED(図示していない)とした場合も同様に(式1)が成り立つ。また、図4ではLEDの間隔は距離aの等ピッチとしており、また遮光角も各LEDともθとしているが、一例である。等ピッチでなくても構わないし、各LEDが同じ遮光角でなくても構わない。基準LEDと隣接LEDとの間に上記(式1)が成り立てばよい。
したがって、隣り合う第一LED素子311(第一LED素子311がLED(1)とLED(3)の場合)が発光した際に、透光性カバー500に映りこむ照射エリアは、互いに重なりあう(図4の範囲12)。また、隣り合う第二LED素子321(第二LED素子321がLED(1)とLED(3)の場合)が発光した際に、透光性カバー500に映りこむ照射エリアも同様に互いに重なりあう(図4の範囲12)。
このように、お互いの間に一つのLED(2)を挟む2つのLED(1)とLED(3)のうち一方のLED(1)から放射された直接光と直接光が反射器400の第一反射部4021で反射された反射光とによる透光性カバー500の基板側の面における照射エリアは、他方のLED(3)から放射された直接光と直接光が反射器400の第一反射部4021で反射された反射光とによる透光性カバー500の基板側の面における照射エリアの一部と範囲12で重なる。
(透光性カバー500の光)
次に、本実施の形態1における透光性カバー500の光について説明する。
図6は、本実施の形態1の照明器具1000における透光性カバー500にあたる光と、LEDモジュール(LED素子)の発光状態を示す図である。図6は図1のX方向矢視である。図6ではW1が第一LEDチップ311であり、W2が第二LEDチップ321である。W1とW2とは色温度が異なることを想定するが、色温度が同じでもよい。
図6の(a)は、第一LED群310を構成するLEDチップW1と、第二LED群320を構成するLEDチップW2とを同時に点灯しているときの状態(透光性カバー500の配光)を示している。
図6の(b)は、(a)におけるLEDモジュール300の発光状態を示している。
図6の(c)は、第一LED群310を構成するLEDチップW1を点灯させ、第二LED群320を構成するLEDチップW2を消灯しているときの状態(透光性カバー500の配光)を示している。
図6の(d)は、(c)におけるLEDモジュール300の発光状態を示している。
図6の(c)に示すように、第一LED群310を点灯させ、第二LED群320を消灯させても、図4で説明したようにLED(1)とLED(2)との照射エリアが一部重なるので、透光性カバー500は、ほぼ均等な明るさとなる。また、第一LED群310を消灯させ、第二LED群320を点灯させる場合も同様である。
また、第一LED群310と第二LED群320とを共に点灯させたときは、図4からわかるように、第一LED群310を構成する隣り合うLEDチップW1が発する光の交点(遮光角交点A)の鉛直線上に第二LED群320を構成するLEDチップW2(図4のLED(2)に相当)が配置され、また、第二LED群320を構成するLEDチップW2が発する光の交点の鉛直線上に第一LED群310を構成するLEDチップW1が配置されるので、透光性カバー500はほぼ均等な明るさとなる。
なお、反射器400の第一反射部の形状を図7のような形状としてもよい。すなわち図3の破線の囲みで示す範囲13の第一反射部4021は、曲率を有する反射面であるが、図7に破線で示す範囲14は第一反射部4021は平坦な面である。つまり、第一反射部4021は曲率を持った面でもよいし、平坦な面でもよい。このように、LED光源からの指向性を変化させる反射板を用いた場合でも、LED光源からの直接光が1つ飛ばしたLEDの配光と重ねることができ、透光性カバー500を、光ムラ、色ムラの少ない、ほぼ均等の明るさとすることができる。
実施の形態2.
本実施の形態2は、実施の形態1のLEDモジュールのうち、第一LED群310を構成するLEDチップの光色を複数とする構成である。
図9に示すように、第一LED群310は、色温度が、例えば5000[K](K(ケルビン)を[K]と記す)の第一光色LEDチップW1と、3000[K]の第二光色LEDチップRと、からなり、第一光色LEDチップW1と第二光色LEDチップRが交互に配列される。第二LED群320はすべて第一光色LEDチップW1であるが、図9では第二LED群320のLEDであることを示すため「W2」としている。つまり図9ではW2はW1と同じ色温度である。
ここで、LEDモジュール300は、1列に配置されたLEDチップを1つ飛ばしに出力制御が可能な2回路(第一点灯回路220、第二点灯回路230)を持つ基板に、xを整数として、異なる色温度(5000[K]と3000[K])のLED光源を、
H(5000[K]):L(3000[K])=2x+1:1
の割合(例えば、x=1のとき3:1、x=2のとき5:1、x=3のとき7:1、・・・)で配置する。
図10は、上記の「2x+1:1」を模式的に説明する図である。図10の左側が第一LED群310、右側が第二LED群320を示す。第一LED群310の斜線部は第二光色LEDチップRを示し、斜線のない部分が第一光色LEDチップW1を示す。第二LED群320は、全部が第一光色LEDチップW1である。1行目がx=1,2行目がx=2の場合を示している。他の行も同様である。図10に示すように、第一LED群310と第二LED群320とのLED数を同じ数とした場合、
x=1とは、各LED群を2分割した場合に相当し、
x=2とは、各LED群を3分割した場合に相当し、
x=3とは、各LED群を4分割した場合に相当する。
以下同様である。
上限の色温度は、2X+1側のLEDのみ(第二LED群320のみ)発光する場合であり、H[K]となる。
また、最も明るくなる場合の両方の点灯回路の出力を100%にすると、
{(2X+1)H+L}/(2X+2)[K]
となり、下限の色温度は、
H:L=X:1
になる場合で、
(HX+L)/(X+1)[K]
になる。
例えば、5000[K]と3000[K]を3:1の比率で配置すると、両側の回路100%の場合(第一点灯回路220、第二点灯回路230ともに100%出力の場合)、4500[K]となる。これは図10の1行目に相当する。
また、第一点灯回路220をOFFにすることにより、5000[K]のLED光源(第二LED群320)のみが発光する。
一方、第二点灯回路230をOFFにすることにより、図10の1行目のように、5000[K]:3000[K]が1:1の割合で発光し、色温度が4000[K]となる。
このように、図10に示すような配置で「2X+1:1」の割合で基板に異なる色温度のLED光源を配置した場合、第一LED群310を点灯する第一点灯回路220をOFFにすると、同一のLED光源(第二LED群320)が発光する。
逆に、第二LED群320を点灯する第二点灯回路230をOFFにすると、異なる色温度のLED光源である第一光色LEDチップW1と第二光色LEDチップRとが、「X:1」の割合が発光する。
なお、照度が必要な場合は、「2X+1」個に高い色温度のLED光源を配置する。
また、照度抑える場合は、「2X+1」個に低い色温度のLED光源を配置する。
実施の形態2により、色温度の変化させることが可能であり、かつ、色温度を変化させる場合にも色ムラの少ないLED照明器具を提供できる。
実施の形態2の照明器具によれば、第一点灯回路220の出力をOFFすることにより、1種のみのLED光源が発光し、第二点灯回路230の出力をOFFすることにより、X:1の割合で異なる色温度のLED光源が発光させることができる。
実施の形態2の照明器具によれば、異なる色温度の2種類のLED光源を「2x+1:1」の比率で配置することにより、多彩な照度と色温度とを有する照明器具を提供できる。
実施の形態2の照明器具(LED照明装置)によれば、光のムラ、色ムラを低減すると共に、色温度の混合割合に一定の比率「2x+1:1」を持たせることにより、環境に適した色温度・照度を提供することが可能になる。
A 遮光角の交点、11,12,13,14 範囲、1000 照明器具、100 器具本体、200 点灯ユニット、210 AC/DCコンバータ、220 第一点灯回路、230 第二点灯回路、240 コントローラ部、250 設定部、251 点灯モード切替部、252 可変抵抗、300 LEDモジュール、310 第一LED群、311 第一LED素子、320 第二LED群、321 第二LED素子、330 LED基板、400 反射器、401 開口部、402 反射部、4021 第一反射部、4022 第二反射部、500 透光性カバー。

Claims (6)

  1. 基板に一列に配置された複数のLEDと、
    各LEDの放射した光を反射する反射部と、
    前記一列に配置された前記複数のLEDを覆う透光性カバーと
    を備え、
    前記複数のLEDの各LEDは、
    透光性カバーの前記基板の側の面に向けて光を放射すると共に、前記一列の方向と前記基板の前記複数のLEDのLED配置面に対する垂直方向との双方向の2本の直線によって張られる面の法線方向からみた場合の遮光角θと、隣接する他の前記LEDとの前記一列方向の距離Aとの積A・tanθが、前記他のLEDと前記透光性カバーとの、前記基板の前記LED配置面に対する垂直方向の距離Bよりも小さいことを特徴とするLED照明装置。
  2. 基板に一列に配置された複数のLEDと、
    各LEDの放射した光を反射する反射部と、
    前記一列に配置された前記複数のLEDを覆う透光性カバーと
    を備え、
    前記複数のLEDの各LEDは、
    前記透光性カバーの前記基板の側の面に向けて光を放射し、
    お互いの間に一つのLEDを挟む2つのLEDのうち一方のLEDから放射された直接光と前記直接光が前記反射部で反射された反射光とを含む前記透光性カバーの前記基板の側の面における照射エリアは、他方のLEDから放射された直接光と前記直接光が前記反射部で反射された反射光とを含む前記透光性カバーの前記基板の側の面における照射エリアと重なることを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
  3. 前記LED照明装置は、
    前記複数のLEDとして、複数のLEDからなる第一LED群と、前記第一LED群のLEDに対して前記基板に交互に配置された複数のLEDからなる第二LED群とを有し、
    前記LED照明装置は、さらに、
    前記第一LED群を点灯する第一点灯部と、
    前記第二LED群を点灯する第二点灯部と、
    前記第一点灯部と前記第二点灯部との制御を介して前記第一LED群と前記第二LED群との光出力を制御する点灯制御部と
    を備えたことを特徴とする請求項2記載のLED照明装置。
  4. 前記第一LED群は、
    第一の色温度のLEDと第二の色温度のLEDからなり、
    前記第二LED群は、
    前記第一の色温度のLEDからなり、
    前記第一LED群と前記第二LED群との全体における、前記第一の色温度のLEDと前記第二の色温度のLEDとの個数の比は、
    2X+1:1(Xは1以上の整数)であることを特徴とする請求項3記載のLED照明装置。
  5. 前記第一LED群を構成するLEDの色温度と、前記第二LED群を構成するLEDの色温度とは、
    異なることを特徴とする請求項3記載のLED照明装置。
  6. 前記第一LED群を構成するLEDの色温度は、いずれも第一の色温度であり、
    前記第二LED群を構成するLEDの色温度は、いずれも第二の色温度であることを特徴とする請求項5記載のLED照明装置。
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