JP2014086271A - 照明装置および点灯装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】調光により色温度の異なる白色光を発する照明装置(1)において、第1白色光を発する第1光源(W1)と、第1白色光よりも低い色温度の第2白色光を発する第2光源(W2)と第1白色光よりも高い色温度の第3白色光を発する第3光源(W3)と、第1光源を常に発光させ、第2光源の発する光の光束及び第3光源の発する光の光束を変化させて合成光の色温度を変化させる点灯回路(4)とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図6
Description
本発明は、上記問題点に鑑み、調光により色温度の異なる白色光を再現する照明装置において、発光の輝度を低下させることなく、搭載すべき発光素子の数量を低減できる照明装置を提供することを目的とする。
また、別の態様では、前記点灯回路は、前記第1光源の発する光の光束を一定に保つことを特徴とする構成であってもよい。
また、別の態様では、前記点灯回路は、前記第2光源の発する光の光束及び前記第3光源の発する光の光束の増減が互いに相反して変化するように前記第2光源及び前記第3光源を駆動することを特徴とする構成であってもよい。
また、別の態様では、前記第1白色光、第2白色光、及び前記第3白色光は、色度図上において任意の直線の近傍に位置することを特徴とする構成であってもよい。
また、本発明の一態様に係る点灯装置は、第1白色光を発する第1光源と、 前記第1白色光よりも低い色温度側にある第2白色光を発する第2光源と、 前記第1白色光よりも高い色温度側にある第3白色光を発する第3光源とを点灯させる点灯装置であって、前記第1光源を常に発光させ、前記第2光源の発する光の光束及び前記第3光源の発する光の光束を互いに相反するように調光することにより、前記発光部に白色光を発光させる点灯回路を備えたことを特徴とする構成であってもよい。
<照明装置1>
以下、本発明の一態様に係る照明装置1、ランプユニット6および発光モジュール10について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面における部材の縮尺は実際のものとは異なる。
器具3は、例えば、金属製であって、ランプ収容部3a、回路収容部3bおよび外鍔部3cを有する。ランプ収容部3aは、例えば有底円筒状であって、内部にランプユニット6が着脱自在に取り付けられる。回路収容部3bは、例えばランプ収容部3aの底側に延設されており、内部に点灯回路ユニット4が収容されている。外鍔部3cは、例えば円環状であって、ランプ収容部3aの開口部から外方へ向けて延設されている。器具3は、ランプ収容部3aおよび回路収容部3bが天井2に貫設された埋込穴2aに埋め込まれ、外鍔部3cが天井2の下面2bにおける埋込穴2aの周部に当接された状態で、例えば取付ねじ(不図示)によって天井2に取り付けられる。
<ランプユニット6>
図2は、実施の形態の一態様に係るランプユニット6を示す斜視図である。図3は、実施の形態の一態様に係るランプユニット6を示す分解斜視図である。図2および図3に示すように、ランプユニット6は、例えば、発光モジュール10、ベース20、ホルダ30、化粧カバー40、カバー50、カバー押え部材60、および、配線部材70等を備える。
図4は、実施の形態の一態様に係る発光モジュール10を示す図であって、(a)は平面図、(b)は右側面図、(c)は正面図である。図5は、実施の形態の一態様に係る発光モジュール10と点灯回路ユニット4との接続状態を説明するための配線図である。なお、各光源W1、W2、W3の配置を理解し易いように、図4の各光源W1、W2、W3には、同色のものには同じ模様を付し、異なるものには異なる模様を付している。また、後述する各光源W1、W2、W3に配設された発光素子12、封止部材13、各光源に対応する端子部15、および、配線16には、各々添字a、b、cを付して区別している。
基板11は、例えば、方形板状であって、セラミック基板や熱伝導樹脂等からなる絶縁層とアルミ板等からなる金属層との2層構造を有する。基板11の上面11aには発光素子12a〜12cが実装されている。
第1光源W1は、第1の発光素子12aと、当該第1の発光素子12aの光の一部を波長変換する第1の波長変換部材13aとを有し、未変換の光と変換後の光との合成により得られる第1白色光を発する。第1の発光素子12aは、例えば、ピーク波長が450nm以上470nm以下の青色光を出射するLEDである。第1の波長変換部材13aは、第2の発光素子12aの光の一部を、黄色光に発光ピークを有する光に波長変換する。具体的には、例えば、ピーク波長が580nm以上620nm以下の黄色光に波長変換する。第1の波長変換部材13aを構成する蛍光体としては、例えば、黄色に発色する、YAG蛍光体、例えば、Y3Al5O12:Ceや、Eu2+付活とするシリケート蛍光体、例えば、Sr2SiO4:Eu等を用いることができる。第1の波長変換部材13aの量を調整し、第1の発光素子12aからの青色光と第1の波長変換部材13aからの黄色光との組み合わせにおいて第1白色光が得られるよう構成する。第1白色光は、CIExy色度図における黒体軌跡近傍であって色温度4000Kに位置する白色光である。詳細については、後述する。
第3光源W3は、第3の発光素子12cと、当該第3の発光素子12cの光の一部を波長変換する第3の波長変換部材13cとを有し、未変換の光と変換後の光との合成により得られる第3白色光を発する。第3の発光素子12cは、例えば、第1の発光素子12aと同じく、ピーク波長が450nm以上470nm以下の青色光を出射する青色発光素子である。第3の波長変換部材13cは、第3の発光素子12cの光の一部を、第1の波長変換部材13aによる変換後の光よりも短波長側に発光ピークを有する光に波長変換する。具体的には、例えば、ピーク波長が550nm以上590nm以下且つ半値幅が50nm以上70nm以下の黄色光に波長変換する。
以上のような発光モジュールは、点灯回路ユニット4によって後述する光源W1、W2、W3に対し調光制御を行うことで、色温度の異なる照明光を発することができる。
図3に戻って、ベース20は、例えば、アルミダイキャスト製の円板状であって、上面側の中央に搭載部21を有し、当該搭載部21に発光モジュール10が搭載されている。また、ベース20の上面側には、搭載部21を挟んだ両側に、ホルダ30固定用の組立ねじ35を螺合するためのねじ孔22が設けられている。ベース20の周部には、挿通孔23、ボス孔24および切欠部25が設けられている。それら挿通孔23、ボス孔24および切欠部25の役割については後述する。
ホルダ30は、例えば、有底円筒状であって、円板状の押え板部31と、当該押え板部31の周縁からベース20側に延設された円筒状の周壁部32とを有する。押え板部31で発光モジュール10を搭載部21に押えつけることによって、発光モジュール10はベース20に固定されている。
化粧カバー40は、例えば、白色不透明の樹脂等の非透光性材料からなる円環状であって、ホルダ30とカバー50との間に配置されており、開口部34から露出したリード線71や組立ねじ35等を覆い隠している。化粧カバー40の中央には、各光源W1、W2、W3を露出させるための窓孔41が形成されている。
カバー50は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラス等の透光性材料により形成されており、各光源W1、W2、W3から出射された光はカバー50を透過してランプユニット6の外部へ取り出される。当該カバー50は、各光源W1、W2、W3を覆うドーム状であってレンズ機能を有する本体部51と、当該本体部51の周縁部から外方へ延設された外鍔部52とを有し、当該外鍔部52がベース20に固定されている。
カバー押え部材60は、例えば、アルミニウム等の金属や白色不透明の樹脂のような非透光性材料からなり、カバー50の本体部51から出射される光を妨げないように円環板状になっている。カバー50の外鍔部52は、カバー押え部材60とベース20とで挟持され固定されている。
(配線部材)
配線部材70は、発光モジュール10と電気的に接続された一組のリード線71を有し、リード線71の発光モジュール10に接続された側とは反対側の端部にはコネクタ72が取り付けられている。発光モジュール10に接続された配線部材70のリード線71は、ベース20の切欠部25を介してランプユニット6の外部へ導出される。
(回路構成)
図5に示すように、点灯回路ユニット4は、点灯回路部4c、調光比検出回路部4d、電流量検出部4e、および制御回路部4fを含む点灯回路をユニット化したものである。外部の商用交流電源(不図示)と電気的に接続されており、商用交流電源から入力される電流を発光モジュール10に供給する。そして、光源W1、W2、W3を色ごとに、すなわち第1光源W1と第2光源W2と第3光源W3とを別々に点灯制御する。
(調色制御)
図6は、実施の形態の一態様に係る照明装置1の発光時の色温度の再現範囲と、発光モジュール10に用いられる第1光源W1、第2光源W2、第3光源W3の発光の色度を示したCIExy色度図である。黒体軌跡上の点に示した数値は、各点における発光色の色温度を表す。
また、調色範囲全体に渡って第1光源W1を構成する第1の発光素子12aの全てが点灯することで発光素子の粒感が目立たず、照明装置全体として発光の均一性が向上する。以下、具体例を用いて詳細を説明する。
<照明装置1の発光シミュレーション結果>
以上、説明した実施の形態に係る照明装置1により、所定の調色範囲について、各光源W1、W2、W3に対する調光比を変えて各光源を点灯させるシミュレーションを行った。以下、その結果について図面を用いて説明する。
(実施例1)
図8は、実施の形態に係る照明装置1における、第1光源W1、第2光源W2および第3光源W3の発光に関する仕様である。図8に示すとおり、第1光源W1の発する第1白色光は、図8に示した色度x=0.382、y=0.380で示される黒体軌跡近傍の色温度4000Kを示す。第2光源W1の発する第2白色光は、同じく、色度x=0.458、y=0.410で示される黒体軌跡近傍の色温度2700Kを示す。第3光源W3の発する第3白色光は、色度x=0.312、y=0.328で示される黒体軌跡近傍の色温度6500Kを示す。また、図8に、各光源を構成する、第1の発光素子12a、第2の発光素子12bおよび第3の発光素子12cの1個あたりの光束の最大値を示す。
図11は、実施の形態に係る照明装置1において、各光源W1、W2、W3に対する調光比を変えて点灯させた調色範囲の発光シミュレーション結果を示す実施例1である。図11(a)は、照明装置の仕様、各光源の光束、必要な発光素子の数量、(b)は、各光源において必要な発光素子の数量、(c)は、発光素子単体の必要光束、発光素子単体と照明装置の必要電力と効率を示す説明図である。
(実施例2)
図13は、実施の形態に係る照明装置1において、各光源に対する調光比を変えて点灯させた調色範囲の発光シミュレーション結果を示す実施例2である。各光源の仕様は実施例1と同じである。図13(a)に示すように、照明装置1の調色範囲および全光束は図11に示す実施例1と同じである。実施例1と同様に、第1光源の光束と、第2光源又は第3光源の光束との比率は、適宜選択することが可能である。ここでは、図13(a)に示すように、第1光源、第2光源、第3光源の最大光束の比率がほぼ1:0.92:1となる条件とした。照明装置の全光束に占める第1光源の光束の比率は48.8%となる。そして、実施例1と同様に各色温度において各光源の必要光束を算出した。さらに、各色温度において各光源に必要な発光素子の数量を算出した。その結果を、図13(a)に示す。第1光源では、調色範囲を通して92個の発光素子が必要となる。第2光源では、3500Kにおいて必要な発光素子の数量は最大となり、95個が必要となる。第3光源では、5000Kにおいて必要な発光素子の数量は最大となり、94個が必要となる。その結果、調色範囲全体を通して、各光源に必要な発光素子の数量は、図11(b)に示すとおり、各光源のトータルでは281個となる。このように、後述する従来の照明装置では371個の発熱素子が必要であることと比較すると、本実施の形態に係る照明装置1の実施例1では90個の発熱素子を削減することができ、その削減率は約24%となる。
(実施例3)
図15は、実施の形態に係る照明装置1において、各光源に対する調光比を変えて点灯させた調色範囲の発光シミュレーション結果を示す実施例3である。各光源の仕様は実施例1と同じである。図15(a)に示すように、照明装置1の調色範囲および全光束は図11に示す実施例1と同じである。そして、ここでも、実施例1と同様に第1光源、第2光源、第3光源の最大光束の比率がほぼ1:2:2となる条件とした。照明装置の全光束に占める第1光源の光束の比率は28.7%となる。そして、各色温度において各光源に必要な発光素子の数量を算出した。その結果は、図11(a)と同じであり、図15(a)に示す。そして、調色範囲全体を通して、各光源に必要な発光素子の数量は、図11(b)に示すとおり各光源のトータルでは285個となる。実施例3では、第1光源の光束を、図8に示した発光素子の最大光束よりも低い光束とするために、第1光源において使用する発光素子の個数を増加する構成とした。すなわち、各光源に必要な発光素子の数量285個に加えて、第1光源において必要数量54個の約2倍となる100個の発光素子を搭載し、トータル331個の発光素子を搭載した。このような場合でも、後述する従来の照明装置では371個の発熱素子が必要であることと比較すると、本実施の形態に係る照明装置1の実施例3では40個の発熱素子を削減することができ、その削減率は約11%となる。
(実施例4)
図17は、実施の形態に係る照明装置1において、各光源に対する調光比を変えて点灯させた調色範囲の発光シミュレーション結果を示す実施例4である。各光源の仕様は実施例1と同じである。図17(a)に示すように、照明装置1の調色範囲および全光束は図11に示す実施例1と同じである。そして、ここでも、実施例2と同様に第1光源、第2光源、第3光源の最大光束の比率がほぼ1:0.92:1となる条件とした。照明装置の全光束に占める第1光源の光束の比率は48.8%となる。そして、各色温度において各光源に必要な発光素子の数量を算出した。その結果は、図13(a)と同じであり、図17(a)に示す。そして、調色範囲全体を通して、各光源に必要な発光素子の数量は、図13(b)に示すとおり各光源のトータルでは281個となる。実施例4では、第1光源の光束を、図8に示した発光素子の最大光束よりも低い光束とするために、第1光源において使用する発光素子の個数を増加する構成とした。すなわち、各光源に必要な発光素子の数量281個に加えて、第1光源において必要数量92個の約1.5倍となる140個の発光素子を搭載し、トータル329個の発光素子を搭載した点に特徴がある。このような場合でも、後述する従来の照明装置では371個の発熱素子が必要であることと比較すると、本実施の形態に係る照明装置1の実施例3では42個の発熱素子を削減することができ、その削減率は約11%となる。
(比較例)
比較例として、2種類の光源を用いた従来の照明装置において、各光源に対する調光比を変えて、同様のシミュレーションを行った。
図22は、従来の照明装置において、各光源に対する調光比を変えて点灯させた調色範囲の発光シミュレーション結果の比較例を示す色度図である。3500Kから5000Kの調色範囲に対し、図21(a)の示す条件で各光源に対する調光比を変えて点灯させた場合の発光の色度を示す。
<変形例>
以上、本発明に係る照明装置1の実施形態を説明したが、例示した照明装置1を以下のように変形することも可能であり、本発明が上述の実施形態で示した通りの照明装置1に限られないことは勿論である。
(1)上記実施の形態では、図6に示すように、第1光源W1の発する第1白色光、第2光源W1の発する第2白色光及び第3光源W1の発する第3白色光は、黒体軌跡近傍に位置する構成とした。しかしながら、各光源の発する光は白色であって調色範囲を再現するものであれば足り、例えば、以下に示す構成であってもよい。図23、図24、図25、図26は、実施の形態の変形例に係る発光モジュールに用いられる第1光源W1、第2光源W2、第3光源W3の発光の色度を示した色度図である。
(2)上記実施の形態では、制御回路部4fは、第1の発光素子12aに対して調色範囲全体に渡って100%の印加時間比率の調光比を設定し、第1の発光素子12aに所定の電圧を連続的に印加する構成とした。しかしながら、制御回路部4fは、第1の発光素子12aに対して、調色範囲全体に渡って100%未満の一定の調光比を設定し、その調光比に応じた時間割合で所定のパルス電圧を印加する構成としても良い。第1光源W1において、調色範囲全体に渡って一定の光束で点灯させることにより、照明装置としての発光の輝度を低下させることなく、搭載すべき発光素子の数量を低減できる。
また、制御回路部4fは、第1の発光素子12aに対して、100%の印加時間比率の調光比を設定しパルス電圧を100%の印加時間比率で印加する構成に替えて、調色範囲全体に渡って単に所定の直流電圧を印加する構成としても良い。第1光源W1において、調色範囲全体に渡って一定の光束で点灯させることにより、搭載すべき発光素子の数量を低減できる。また、映像機器で撮像した場合に上記PWM制御の周期と映像機器の周期のズレによって生じるフリッカー現象を防止できる。
(3)上記実施の形態に係る発光モジュール10では、各色光源が2つずつ存在したが、各光源の数は任意である。例えば、各色光源が1つずつであっても良いし、3つ以上ずつであっても良い。また、各色光源は同じ数である必要はなく、例えば第1光源を第2光源及び第2光源の2倍にするなど、各色光源の数はそれぞれ任意である。少なくとも各色1つずつ存在すれば良い。
(4)また、各光源を構成する発光素子の数は任意である。例えば、1つの発光素子と1つの封止部材とによって1つの光源が構成されていても良いし、実施の形態で示した数量以外の複数の発光素子と1つの封止部材とで1つの光源が構成されていても良い。また、各光源の発光素子の数が同じである必要もない。
(5)また、発光モジュールには、第1の白色、第2の白色、および、第2の白色以外の色の光源が含まれていても良い
(6)また、上記実施の形態に係る発光モジュール10では、封止部材13の形状が長尺直線状であったが、本発明に係る光源W1、W2、W3の形状は任意である。すなわち、直線状に限定されず、同じ線状であっても直線状ではなく曲線状であっても良い。また、線状ではなくブロック状であっても良い。さらに、直線状、曲線状、ブロック状等が組み合わされた形状であっても良い。加えて、光源W1、W2、W3の配置も任意である。以下に、光源W1、W2、W3の形状や配置のバリエーションについて説明する。なお、既に説明した部材と同じ部材が使用されている場合は、その部材と同じ符号を付して説明を簡略若しくは省略している。また、各光源W1、W2、W3の配置を理解し易いように、各光源W1、W2、W3には、同色のものには同じ模様を付し、異なるものには異なる模様を付している。
(7)本実施の形態に係る発光素子12a,12b,12cは、ピーク波長が450nm以上470nm以下の青色光を出射する青色発光素子に限定されない。上記以外の波長の青色光を出射する青色発光素子であっても良く、紫外光を出射する発光素子であっても良い。
また、第3の波長変換部材13bには、第1の波長変換部材13a又は第2の波長変換部材13bとは異なる種類の波長変換材料が用いられていても良いし、同じ種類の波長変換材料を用い波長変換部材の量を異ならしめて配設する構成としても良い。
≪まとめ≫
以上、説明したとおり、本発明の一実施形態に係る照明装置1は、第1白色光を発する第1光源W1と、第1白色光よりも低い色温度の第2白色光を発する第2光源W2と第1白色光よりも高い色温度の第3白色光を発する第3光源W3と、第1光源の発する光の光束を一定値に保ち、第2光源の発する光の光束及び第3光源の発する光の光束を変化させて照明装置1の発する光の色温度を変化させる点灯回路ユニット4とを備えたことを特徴とする。このような構成により、照明装置としての発光の輝度を低下させることなく、搭載すべき発光素子の数量を低減できる。
≪補足≫
以上で説明した実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない工程については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
さらに、照明装置においては基板上に回路部品、リード線等の部材も存在するが、電気的配線、電気回路について照明装置等の技術分野における通常の知識に基づいて様々な態様を実施可能であり、本発明の説明として直接的には無関係のため、説明を省略している。尚、上記示した各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
4 点灯回路ユニット(点灯装置)
6 ランプ
10、110、210、310 発光モジュール
12a、112a、212a、312a 第1の発光素子
12b、112b、212b、312b 第2の発光素子
12c、112c、212c、312c 第3の発光素子
13a、113a、213a、313a 第1の波長変換部材(第1の封止部材)
13b、113b、213b、313b 第2の波長変換部材(第2の封止部材)
W1 第1光源
W2 第2光源
W3 第3光源
Claims (9)
- 調光により色温度の異なる白色光を再現する照明装置であって、
第1白色光を発する第1光源と、
前記第1白色光よりも低い色温度の第2白色光を発する第2光源と
前記第1白色光よりも高い色温度の第3白色光を発する第3光源と、
前記第1光源を常に発光させ、前記第2光源の発する光の光束及び前記第3光源の発する光の光束を変化させて合成光の色温度を変化させる点灯回路と、
を備えたことを特徴とする照明装置。 - 前記合成光は、前記第2白色光よりも高い色温度を示す第4白色光から前記第3白色光よりも低い色温度を示す第5白色光までの範囲において可変であり、
前記第1白色光は、前記第4白色光よりも色温度が高く前記第5白色光よりも色温度が低く設定されていることを特徴とする請求項1記載の照明装置。 - 前記点灯回路は、前記第1光源の発する光の光束を一定に保つことを特徴とする請求項1記載の照明装置。
- 前記点灯回路は、前記第1光源に対し一定の電圧を連続的に印加し、前記第2光源及び前記第3光源に対しPWM制御を行うことで前記合成光の色温度を変化させることを特徴とする請求項3記載の照明装置。
- 前記点灯回路は、前記第2光源の発する光の光束及び前記第3光源の発する光の光束の増減が互いに相反して変化するように前記第2光源及び前記第3光源を駆動することを特徴とする請求項1記載の照明装置。
- 前記第1光源の発する光の光束が、前記第1光源、前記第2光源、及び前記第3光源が同時に発する光の光束の総和に対し28.7%から48.8%の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
- 前記第1白色光、第2白色光、及び前記第3白色光は、色度図上において任意の直線の近傍に位置することを特徴とする請求項1記載の照明装置。
- 前記第1白色光は、色度図上において座標x=0.365、及びy=0.446から黒体軌跡へ降ろした法線の近傍であって前記座標と黒体軌跡との間の範囲にあり、第2白色光及び前記第3白色光は、黒体軌跡近傍に位置することを特徴とする請求項1記載の照明装置。
- 第1白色光を発する第1光源と、
前記第1白色光よりも低い色温度側にある第2白色光を発する第2光源と
前記第1白色光よりも高い色温度側にある第3白色光を発する第3光源と、
を点灯させる点灯装置であって、
前記第1光源を常に発光させ、前記第2光源の発する光の光束及び前記第3光源の発する光の光束を互いに相反するように調光することにより、前記発光部に白色光を発光させる点灯回路を備えたことを特徴とする点灯装置。
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