JP2019091648A - 調色led照明装置および照明器具 - Google Patents
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Abstract
【課題】自動車塗装や劇場用舞台照明に適した調色LED照明装置および照明器具を提供する。【解決手段】基板3と、基板上に形成されたダム8と、ダム8内に配置され、同一平面に実装された多数個のLEDチップ11,12により構成された発光面2と、ダム8内に充填された透光性樹脂部9と、配線層15,16と、調色コントローラ40とを備える調色LED照明装置であって、透光性樹脂部9が、分散配置された赤色蛍光体および緑色蛍光体を含み、多数個のLEDチップ11,12が、青色を発光するLEDチップ11と、アンバー色または白色を発光するLEDチップ12とから構成されることを特徴とする調色LED照明装置。【選択図】図1
Description
本発明は、白色光を照射する調色LED照明装置および照明器具に関し、例えば3000K〜5000K調色範囲を有し、大光量(例えば、1〜5万ルーメン(lm))かつ高輝度の調色LED照明装置および照明器具に関する。
近年、発光部をLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)に代替した照明器具が多数提案されている。LEDの実装方法としては、COB実装と、パッケージ実装とが知られている。COB実装は、例えば、表面にリード電極のパターンが金属膜で形成された平板形状の基板に、半導体素子を搭載してリード電極に電気的に接続し、樹脂で封止することにより行われる。
COB構造のLED照明装置は、実装基板に搭載したLED素子と実装基板上の配線とをワイヤボンディングあるいはフリップチップ実装で電気的に接続し、LED素子実装領域を透光性樹脂で封止して製造される。樹脂封止の前に、基板上の実装領域の周囲に環状の枠体を設けて、この枠体の内側に透光性樹脂を充填して封止した製造手法も知られている(例えば特許文献1)。
昨今、LED照明装置の大光量化の要請がある。しかし、多数のLEDチップを基板にCOB実装するに際し、ガラスエポキシ樹脂のような熱伝導性が低い材料からなる基板を用いると、放熱性の悪くなる発光中心部の光量が特に低下するドーナツ化現象が生じるという課題がある。そこで、出願人等は、特許文献2において、少なくとも表面が金属である基板の表面に平均粒径が数nm〜数百nmであるSiO2粒子及び白色無機顔料を含む液材を塗布し、焼成することにより、白色絶縁層と金属層の積層構造を形成することにより、ドーナツ化現象を解決することができる半導体装置を提案した。
また、狭小空間においても実装ができるように、封入された冷媒の気化および凝縮によって発熱体を冷却するヒートパイプ(ヒートスプレッダ)も提案されている。特許文献3では、上板及び下板のうちいずれか一方に被冷却装置を設けるための配置部を有し、前記上板と前記下板との間に1又は複数の中板を設けた冷却部本体を備え、前記冷却部本体の内部には、冷媒が蒸気となって前記被冷却装置で発生する熱を前記冷却部本体の周辺部に伝達する蒸気拡散流路と、前記中板に設けられ、前記周辺部で凝縮した冷媒が前記配置部側に戻るように構成された毛細管流路とが設けられており、前記配置部には、他の領域よりも厚みが薄く形成され、前記被冷却装置を搭載させるための凹部を備えるヒートパイプが提案されている。
自動車工場の塗装色検査工程において、朝、昼、夕、晴れ、曇りなど太陽光と同じ色温度の照明で検査するために、色温度を調整でき、かつ、車体全体を照射できる大光量LED照明のニーズがあるが、マルチ光源を採用すると色ムラが生じ、輝度も低下するという課題がある。
また、劇場の舞台照明では、様々なシーンを演出するために色温度を調整する照明としてハロゲン灯や白熱電球が使われており、省エネのためこれに代わるLED照明のニーズがあるが、マルチ光源や発光面を分割した光源では色ムラや輪郭の色味が白熱電球などに比べると劣るという課題があった。
また、劇場の舞台照明では、様々なシーンを演出するために色温度を調整する照明としてハロゲン灯や白熱電球が使われており、省エネのためこれに代わるLED照明のニーズがあるが、マルチ光源や発光面を分割した光源では色ムラや輪郭の色味が白熱電球などに比べると劣るという課題があった。
そこで、本発明は、上記課題が解消された調色LED照明装置および照明器具を提供することを目的とする。
本発明に係る調色LED照明装置は、基板と、基板上に形成されたダムと、ダム内に配置され、同一平面に実装された多数個のLEDチップにより構成された発光面と、ダム内に充填された透光性樹脂部と、配線層と、調色コントローラとを備える調色LED照明装置であって、前記透光性樹脂部が、分散配置された赤色蛍光体および緑色蛍光体を含み、多数個のLEDチップが、青色を発光するLEDチップと、アンバー色または白色を発光するLEDチップとから構成される。
上記調色LED照明装置において、アンバー色または白色を発光するLEDチップが、青色を発光するLEDチップおよび当該LEDチップの上面を覆うチップ上面蛍光体層から構成されており、前記チップ上面蛍光体層が、分散配置された赤色蛍光体および黄色蛍光体を含むように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記発光面の外縁に沿って配置されるLEDチップの過半数が、アンバー色または白色を発光するLEDチップにより構成されているように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記発光面が、角数が偶数個の多角形であり、前記発光面の外縁を構成し、対向する2辺に沿って配置されるLEDチップの全部が、アンバー色または白色を発光するLEDチップにより構成されているように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記多数個のLEDチップが、前記発光面の上下方向中心線および/または左右方向中心線に対して線対称に配置されているように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記アンバー色または白色の色温度の範囲が、1700K〜5500Kであるように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、投入電力が100W以上であり、調色範囲が1400K〜7500Kであるように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記青色を発光するLEDチップと、アンバー色または白色を発光するLEDチップとの個数の割合が、1:10〜10:1であるように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、アンバー色または白色を発光するLEDチップが、青色を発光するLEDチップおよび当該LEDチップの上面を覆うチップ上面蛍光体層から構成されており、前記チップ上面蛍光体層が、分散配置された赤色蛍光体および黄色蛍光体を含むように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記発光面の外縁に沿って配置されるLEDチップの過半数が、アンバー色または白色を発光するLEDチップにより構成されているように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記発光面が、角数が偶数個の多角形であり、前記発光面の外縁を構成し、対向する2辺に沿って配置されるLEDチップの全部が、アンバー色または白色を発光するLEDチップにより構成されているように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記多数個のLEDチップが、前記発光面の上下方向中心線および/または左右方向中心線に対して線対称に配置されているように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記アンバー色または白色の色温度の範囲が、1700K〜5500Kであるように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、投入電力が100W以上であり、調色範囲が1400K〜7500Kであるように構成することができる。
上記調色LED照明装置において、前記青色を発光するLEDチップと、アンバー色または白色を発光するLEDチップとの個数の割合が、1:10〜10:1であるように構成することができる。
本発明によれば、色ムラや輪郭の色味の課題を解決した大光量の調色LED照明装置および照明器具を提供することができる。
以下、例示に基づき本発明を説明する。
[第一実施形態例]
図1は本発明の第一実施形態例に係るLED照明装置1の平面図である。LED照明装置1は、発光面2と、実装基板3と、カソード電極5と、アノード電極6と、調色コントローラ(図示せず)とを主に備えて構成された、白色光を照射するLED照明装置である。
[第一実施形態例]
図1は本発明の第一実施形態例に係るLED照明装置1の平面図である。LED照明装置1は、発光面2と、実装基板3と、カソード電極5と、アノード電極6と、調色コントローラ(図示せず)とを主に備えて構成された、白色光を照射するLED照明装置である。
発光面2は、145個のLEDチップをアレイ状に配置してなる面状光源であり、図1の上下方向(以下、「縦方向」という)に伸びる青色ラインを8組と、縦方向に伸びるアンバー色ラインを9組とを備えている。各色ラインは、図1の左右方向(以下、「横方向」という)に、左から白青白青・・・青白の順で平行して配置されている。
青色ラインは同一直線上に沿って配置され、直列接続される8個の青色LEDチップ11からなり、アンバー色ラインは同一直線上に沿って配置され、直列接続される9個のアンバー色LEDチップ12からなる。各色ラインは並列接続されて色モジュールを構成し、各色モジュールは同一仕様の2つの電源装置とそれぞれ一対一で接続されている(青色8直列×8並列+アンバー色9直列×9並列)。
青色ラインは同一直線上に沿って配置され、直列接続される8個の青色LEDチップ11からなり、アンバー色ラインは同一直線上に沿って配置され、直列接続される9個のアンバー色LEDチップ12からなる。各色ラインは並列接続されて色モジュールを構成し、各色モジュールは同一仕様の2つの電源装置とそれぞれ一対一で接続されている(青色8直列×8並列+アンバー色9直列×9並列)。
横方向に配置されるLEDチップの行において、上下方向に隣り合う行のLEDチップは千鳥状となるように配置されている。縦方向に配置されるLEDチップの列(色ライン)において、左右方向に隣り合う列のLEDチップは千鳥状となるように配置されている。発光面2内は区画されておらず、145個のLEDチップが実質的に等間隔で配置されている。また、発光面2では、145個のLEDチップ11〜12が、上下左右対称に配置されているので、色ムラの問題は生じない。
図2は、第一実施形態例に係るLED照明装置1の側面断面図である。
実装基板3は、ドーナツ化現象が生じない熱伝導性に優れる材料からなる基板であり、例えば、銅板またはアルミ板により構成される。実装基板3は少なくとも表面が金属材料からなるものであれば足り、例えば表面が銅からなる水冷構造のヒートスプレッダ(上板、中板、下板の3種類の銅板からなる積層構造体。特許文献3参照)を用いてもよい。
第一実施形態例に係る実装基板3の裏面は、接着層を介してヒートシンク(図示せず)と接着される。接着層は、絶縁性を有する高熱伝導接着材あるいはボンディングシートを用いることができる。
実装基板3は、ドーナツ化現象が生じない熱伝導性に優れる材料からなる基板であり、例えば、銅板またはアルミ板により構成される。実装基板3は少なくとも表面が金属材料からなるものであれば足り、例えば表面が銅からなる水冷構造のヒートスプレッダ(上板、中板、下板の3種類の銅板からなる積層構造体。特許文献3参照)を用いてもよい。
第一実施形態例に係る実装基板3の裏面は、接着層を介してヒートシンク(図示せず)と接着される。接着層は、絶縁性を有する高熱伝導接着材あるいはボンディングシートを用いることができる。
実装基板3の表面には、LEDチップ11〜12からの発光を反射する反射層7が形成されている。反射層7は、例えば、銀めっき層、或いは、白色無機粉末(白色無機顔料)と二酸化珪素(SiO2)を主要な成分とし、有機リン酸を含むジエチレングリコールモノブチルエーテルの溶剤でこれらを混ぜたインクをスクリーン印刷などで塗布し、焼成して形成される無機系白色絶縁層である。なお、LEDチップ11〜12の載置場所に反射層7が形成されない凹部を設け、実装基板3の上面にLEDチップ11〜12を直接ダイボンドしてもよい。
実装基板3の上面には、カソード電極5a,5b、アノード電極6a,6b、ダム材8、カソード配線15a,15b、アノード配線16a,16bが配置される。実装基板3には、基板温度を監視するための温度センサを設けてもよい。
青色LEDチップ11は、例えば窒化ガリウム系半導体を用いたLEDベアチップであり、近青色領域を含む445nm〜470nmにピーク放出波長を有する。また、アンバー色LEDチップ12は、例えばAlInGaP系半導体を用いたLEDベアチップであり、570nm〜610nmにピーク放出波長を有する。別の観点からは、アンバー色LEDチップ12は、白色光(例えば、相関色温度(CCT)が2600K〜5500K)を発光する白色チップを使用することできる。なお、LED同一色のLEDチップは全て同一仕様である。
LEDチップ11は金ワイヤのワイヤボンディングにより結線される表面電極LED素子であり(図3(a)参照)、LEDチップ12は、上部電極が金ワイヤのワイヤボンディングにより結線され、底面電極がダイボンディングにより結線される垂直電極LED素子である。(図3(b)参照)。LEDチップ11はダイアタッチ剤(シリコン系)を底面に塗布して接着され、LEDチップ12は銀ペーストまたは半田ペーストを底面に塗布して接着される。
LEDチップ11は金ワイヤのワイヤボンディングにより結線される表面電極LED素子であり(図3(a)参照)、LEDチップ12は、上部電極が金ワイヤのワイヤボンディングにより結線され、底面電極がダイボンディングにより結線される垂直電極LED素子である。(図3(b)参照)。LEDチップ11はダイアタッチ剤(シリコン系)を底面に塗布して接着され、LEDチップ12は銀ペーストまたは半田ペーストを底面に塗布して接着される。
LEDチップ11〜12の結線方法は例示の組み合わせに限定されるものではなく、例えば全てのLEDチップを表面電極LED素子により構成し、或いは、全てのLEDチップを垂直電極LED素子により構成することもできる。本実施形態例では、市販されるLEDチップの種類に限りがあることから、例示のLEDチップの組み合わせを採用している。
LEDチップ11〜12は実装基板3のLED実装領域内に高密度実装される。より詳細には、縦横1.15mm以下のLEDチップ11〜12が、ダム内寸33mm×33mmのLED実装領域内に実装されている。LEDチップ11の最大定格電流は350mAであり、総発光出力は108.80Wである。LEDチップ12の最大定格電流は350mAであり、総発光出力は129.60Wである。
LEDチップ11〜12は実装基板3のLED実装領域内に高密度実装される。より詳細には、縦横1.15mm以下のLEDチップ11〜12が、ダム内寸33mm×33mmのLED実装領域内に実装されている。LEDチップ11の最大定格電流は350mAであり、総発光出力は108.80Wである。LEDチップ12の最大定格電流は350mAであり、総発光出力は129.60Wである。
発光面2の輪郭の色味を改善するためのチップ配置について説明する。
図4では、八角形の発光面2の輪郭(外縁)に沿って配置された36個のLEDチップ11〜12を点線で囲って示している。本実施形態では、発光面2の輪郭(外縁)に沿って配置された36個のLEDチップのうち、28個をアンバー色LEDチップ12により構成した。このように、本実施形態例では、発光面2の輪郭(外縁)に沿って配置された複数個のLEDチップの7割以上をアンバー色LEDチップ12により構成することにより、発光面の輪郭の色温度を下げ、白熱灯やハロゲン灯と同様の色味の発光面を実現することを可能としている。
発光面2の輪郭の色味の悪さは、スポットライトのようにレンズを取り付けて使用される照明においては特に目立つが、本実施形態のLED照明装置1によれば、発光面2の輪郭の色味は良好である。
なお、発光面2を八角形に構成したのは、従来のスポットライトのように円形に近い発光面を実現するためである。
図4では、八角形の発光面2の輪郭(外縁)に沿って配置された36個のLEDチップ11〜12を点線で囲って示している。本実施形態では、発光面2の輪郭(外縁)に沿って配置された36個のLEDチップのうち、28個をアンバー色LEDチップ12により構成した。このように、本実施形態例では、発光面2の輪郭(外縁)に沿って配置された複数個のLEDチップの7割以上をアンバー色LEDチップ12により構成することにより、発光面の輪郭の色温度を下げ、白熱灯やハロゲン灯と同様の色味の発光面を実現することを可能としている。
発光面2の輪郭の色味の悪さは、スポットライトのようにレンズを取り付けて使用される照明においては特に目立つが、本実施形態のLED照明装置1によれば、発光面2の輪郭の色味は良好である。
なお、発光面2を八角形に構成したのは、従来のスポットライトのように円形に近い発光面を実現するためである。
LEDチップ11〜12が実装される領域は、少なくとも表面に光反射性が付与されたダム材8により囲まれている。ダム材8は、製造時において封止樹脂の流動を防ぐもので、樹脂や金属材料などで構成する。ダム材8の内側には、透光性樹脂(例えば、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂)を充填および硬化してなる透光性樹脂部9が設けられている。
透光性樹脂部9は、緑色蛍光体と赤色蛍光体とが分散配置されている。本実施形態の蛍光体には、窒化物系、酸窒化物系、酸化物系、硫化物系の蛍光体を用いることができる。例えば、化学式Lu3Al5O12:Ceで表される緑色蛍光体であるLuAG系蛍光体、化学式(Sr,Ca)AlSiN3:Euで表される赤色蛍光体であるSCASN系蛍光体、化学式CaAlSiN3:Euで表される赤色蛍光体であるCASN系蛍光体、化学式CaSc2O4:Ceで表わされる緑色蛍光体であるスカンジウム酸化物蛍光体、化学式SiAlON:Euで表される緑色蛍光体であるサイアロン系蛍光体も含まれる。別の観点からは、例えば、LEDチップが窒化ガリウム系化合物半導体であり、Y、Lu、Sc、La、Gd及びSmからなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Al、Ga及びInからなる群から選択された少なくとも1つの元素とを含み、セリウムで付括されたガーネット系蛍光体を含有する第一の樹脂層と、第一の樹脂層の上に形成され、蛍光体を含有しない第二の樹脂層とを備えるLED発光装置も本発明には含まれる。ここで、窒化ガリウム系化合物半導体(一般式IniGajAlkN、ただし、0≦i,0≦j,0≦k,i+j+k=1)としては、InGaNや各種不純物がドープされたGaNを始め、種々のものを用いることができる。本実施形態では、620〜645nmのピーク放出を有する赤色蛍光体と、515〜560nmのピーク放出を有する化学式Lu3Al5O12:Ce2+で表される緑色蛍光体(または黄緑色蛍光体)を使用した。
透光性樹脂部9は、緑色蛍光体と赤色蛍光体とが分散配置されている。本実施形態の蛍光体には、窒化物系、酸窒化物系、酸化物系、硫化物系の蛍光体を用いることができる。例えば、化学式Lu3Al5O12:Ceで表される緑色蛍光体であるLuAG系蛍光体、化学式(Sr,Ca)AlSiN3:Euで表される赤色蛍光体であるSCASN系蛍光体、化学式CaAlSiN3:Euで表される赤色蛍光体であるCASN系蛍光体、化学式CaSc2O4:Ceで表わされる緑色蛍光体であるスカンジウム酸化物蛍光体、化学式SiAlON:Euで表される緑色蛍光体であるサイアロン系蛍光体も含まれる。別の観点からは、例えば、LEDチップが窒化ガリウム系化合物半導体であり、Y、Lu、Sc、La、Gd及びSmからなる群から選択された少なくとも1つの元素と、Al、Ga及びInからなる群から選択された少なくとも1つの元素とを含み、セリウムで付括されたガーネット系蛍光体を含有する第一の樹脂層と、第一の樹脂層の上に形成され、蛍光体を含有しない第二の樹脂層とを備えるLED発光装置も本発明には含まれる。ここで、窒化ガリウム系化合物半導体(一般式IniGajAlkN、ただし、0≦i,0≦j,0≦k,i+j+k=1)としては、InGaNや各種不純物がドープされたGaNを始め、種々のものを用いることができる。本実施形態では、620〜645nmのピーク放出を有する赤色蛍光体と、515〜560nmのピーク放出を有する化学式Lu3Al5O12:Ce2+で表される緑色蛍光体(または黄緑色蛍光体)を使用した。
好ましい態様の透光性樹脂部9は、蛍光体の沈降を防止する樹脂(例えば、蛍光体と比重が実質的に同等の分散剤を含有する樹脂)からなり、当該樹脂内で蛍光体が実質的に均一に分散された状態が長時間(例えば、4時間以上)にわたり維持される。このような樹脂からなる透光性樹脂部9では、樹脂充填後の放置時間や加熱硬化時間等の微細な制御を行うことなくチップ上の蛍光体量を安定化することができ、また、樹脂硬化の際に多少の傾きがあっても樹脂の粘性により蛍光体の分布に問題のある偏りは生じない。
調色コントローラは、64個の青色LEDチップ11からなる青色モジュールおよび81個のアンバー色LEDチップ12からなるアンバー色モジュールに通電する電流値を制御することにより、所望の相関色温度を実現することが可能である。青色モジュールを構成するLEDチップとアンバー色モジュールを構成するLEDチップとの割合は例示のものに限定されず、例えば1:10〜10:1とすることが開示される。
ここで、図5は、第一実施形態例に係るLED照明装置1の構成を示すブロック図である。上述したように、発光面2には、8個の青色LEDチップ11が直列接続された8本の青色ラインからなる青色モジュール(8直列×8並列)と、9個のアンバー色LEDチップ12が直列接続された9本のアンバー色ラインからなるアンバー色モジュール(9直列×9並列)が設置されている。図5に示すように、電源装置30aは、青色LEDチップ11からなる青色モジュールと接続しており、青色LEDチップ11に電力を供給する。また、電源装置30bは、アンバー色LEDチップ12からなるアンバー色モジュールと接続しており、アンバー色LEDチップ12に電力を供給する。
調色コントローラ40は、電源装置30aおよび電源装置30bに電気的にそれぞれ接続し、発光面2の色温度を調整するために、電源装置30aおよび電源装置30bの出力を制御する。たとえば、発光面2の照明の色温度を高くする場合には、調色コントローラ40は、電源装置30aの出力を制御して色温度の高い青色LEDチップ11に供給される電力を高くし、また、電源装置30bの出力を制御して色温度の低いアンバー色LEDチップ12に供給される電力を低くする。反対に、発光面2の照明の色温度を低くする場合には、調色コントローラ40は、電源装置30aの出力を制御して色温度の高い青色LEDチップ11に供給される電力を低くし、電源装置30bの出力を制御して色温度の低いアンバー色LEDチップ12に供給される電力を高くする。
ここで、発明者は、電源装置の供給電力と色温度との関係を把握するために、次のような実験を行った。具体的には、青色LEDチップを蛍光塗料入りの樹脂で覆い色温度6000Kとした照明を一方の電源装置に接続し、白色LEDチップを蛍光塗料入りの樹脂で覆い色温度3000Kとした照明を他方の電源装置に接続した。そして、各電源装置の供給電力(消費電力)を変化させながら、LED照明全体の色温度を計測した。なお、基板温度に応じた色温度の変化も検証するために、基板温度が25℃の場合と、60℃の場合とで色温度を測定した。なお、本実施例では、水冷ジャケット方式により基板温度を調整した。
図6は、電源装置の供給電力と色温度との関係を示すグラフであり、図7は、電源装置の供給電力と色座標との関係を示す参考グラフである。図6に示すように、項目1〜4では、6000KのLEDの供給電力をゼロとしたまま、3000KのLEDの供給電力だけを変化させた。この場合、LED照明装置全体の色温度は、たとえば基板温度が25℃の場合には、3132〜3244Kと狭い範囲で変化するだけであった。また、項目12〜14では、3000KのLEDチップの供給電力をゼロとしたまま、6000KのLEDチップの供給電力だけを変化させたが、この場合も、たとえば基板温度が25℃の場合には、色温度は5880〜5699Kという狭い範囲で変化した。一方、項目5〜11に示すように、3000Kおよび6000KのLEDチップに電力を供給した場合には、3000Kおよび6000KのLEDチップに供給する電力を変化させることで、たとえば基板温度が25℃の場合に、3403〜5520という広い範囲で色温度を制御することができることが分かった。すなわち、本実施形態に係るLED照明装置1のように、青色LEDチップと、アンバー色LEDチップとを備え、それぞれの色のLEDチップに異なる電力系統により電力を制御して供給することで、色温度を広範囲で制御することができることが分かった。なお、図6に示すように、基板温度が60℃の場合も、項目1〜14において、基板温度が25℃の場合と同様の傾向にあり、基板温度による色温度の違いはほとんど見られなかった。
なお、図6および図7に示す例では、3000KのLED照明と6000KのLED照明とを用いて実験を行っているため、おおよそ3000〜6000Kの範囲で色温度が調整可能となったが、この構成に限定されず、使用するLEDチップと蛍光体の調合によりおおよそ1400〜7500Kの範囲で色温度を制御することができる。
図8は、使用するLEDチップと色座標との関係を示す参考グラフである。青色LEDチップとアンバー色LEDチップを実装した発光面を、緑色蛍光体と赤色蛍光体を含む透光性樹脂で覆い、青色LEDチップの発光色が7500Kになるように蛍光体を調合した場合、アンバー色LEDチップの発光色は1400Kとなり、調色範囲は1400K〜7500Kとなる(図8中の(A)の調色範囲)。青色LEDチップと白色LEDチップ(電球色)を実装した発光面を、前述と同じ蛍光体を含む透光性樹脂で覆った場合、白色LEDの発光色は2800Kとなり、調色範囲は2800K〜7500Kとなる(図8中の(B)の調色範囲)。また、青色LEDチップとアンバー色LEDチップを実装した発光面を、青色LEDチップの発光色が3000Kになるように蛍光体を調合した透光性樹脂で覆った場合の調色範囲は1400K〜3000Kとなる(図8中の(C)の調色範囲)。このように、使用するLEDチップと蛍光体の調合により任意に調色範囲をコントロールできる。なお、図7および図8では色座標を便宜上グレースケールで表示しているが、実際のカラーで表示した場合には、夕日や朝日のような赤みのある色から、日中の太陽光までの色までの色を調色することができることが分かる。
以上に説明した第一実施形態例のLED照明装置1は、マルチ光源のような色ムラが生じない、単一光源である調色光源を提供することが可能である。また、ほぼ同じ個数のLEDチップからなる二色のLEDチップ群を千鳥配置で高密度配置することにより色ムラの問題を解消しており、発光面の外縁に沿ってアンバー色LEDチップを配置したことでハロゲン灯スポットライトと同様な色味の輪郭を再現でき、舞台照明として十分満足できる品質であることが確認された。
また、所望の相関色温度を大光量かつ高輝度で実現することができるので種々の用途へ適用することができ、例えば、車体や車内の検査用光源として使用した場合には、太陽光に近いスペクトルを実現することもできるので、屋外光環境でのシミュレーションや検査を実施することも可能となる。
本実施形態例では、八角形の発光面2を例示したが、発光面2が四角形、六角形などの多角形である場合や円形または楕円形である場合にも発光面2の外縁に沿ってアンバー色LEDチップや白色LEDチップを配置することは、白熱灯などと同様な色味の輪郭を再現する上で効果的である。発光面2が角数が偶数個の多角形の場合において、青色LEDチップ11およびアンバー色LEDチップ12を、発光面2内で上下方向中心線および左右方向中心線に対して線対称に配置し、発光面2の外縁に沿って配置された複数個のLEDチップの過半数(好ましくは6割以上、より好ましくは7割以上)をアンバー色LEDチップ12であるようにすることで、本実施形態例と同様の作用効果が奏される。
また、所望の相関色温度を大光量かつ高輝度で実現することができるので種々の用途へ適用することができ、例えば、車体や車内の検査用光源として使用した場合には、太陽光に近いスペクトルを実現することもできるので、屋外光環境でのシミュレーションや検査を実施することも可能となる。
本実施形態例では、八角形の発光面2を例示したが、発光面2が四角形、六角形などの多角形である場合や円形または楕円形である場合にも発光面2の外縁に沿ってアンバー色LEDチップや白色LEDチップを配置することは、白熱灯などと同様な色味の輪郭を再現する上で効果的である。発光面2が角数が偶数個の多角形の場合において、青色LEDチップ11およびアンバー色LEDチップ12を、発光面2内で上下方向中心線および左右方向中心線に対して線対称に配置し、発光面2の外縁に沿って配置された複数個のLEDチップの過半数(好ましくは6割以上、より好ましくは7割以上)をアンバー色LEDチップ12であるようにすることで、本実施形態例と同様の作用効果が奏される。
[第二実施形態例]
次に、第二実施形態例に係るLED照明装置1aについて説明する。図9は、第二実施形態例に係るLED照明装置1aの平面図であり、図10は、第二実施形態例に係るLED照明装置1aの側面断面図である。第二実施形態例に係るLED照明装置1aは、発光面2aを有する点で、第一実施形態例に係るLED照明装置1と異なり、それ以外は、第一実施形態例に係るLED照明装置1と同様の構成を有し、同様に動作する。
次に、第二実施形態例に係るLED照明装置1aについて説明する。図9は、第二実施形態例に係るLED照明装置1aの平面図であり、図10は、第二実施形態例に係るLED照明装置1aの側面断面図である。第二実施形態例に係るLED照明装置1aは、発光面2aを有する点で、第一実施形態例に係るLED照明装置1と異なり、それ以外は、第一実施形態例に係るLED照明装置1と同様の構成を有し、同様に動作する。
発光面2aは、図9に示すように、平面視において四角形となっており、LEDチップ11,13が千鳥配置で高密度に配置されている。LEDチップ11は、第一実施形態例の青色LEDチップ11と同じチップであるため説明は割愛する。一方、LEDチップ13は、図10に示すように、青色LEDチップ11の上に蛍光体層14が形成されて、構成されている白色LEDチップである。なお、LEDチップ13を構成する青色LEDチップ15は、第一実施形態例の青色LEDチップ11と同じチップでも良いし、異なるチップでも良い。
蛍光体層14は、電球色の色合いの白色(580〜630nm)のピーク放出を有する蛍光体が分散配置された透光性樹脂により構成されている。本実施形態例では、蛍光体層14を、赤色蛍光体と黄色蛍光体とを分散配置することにより構成した。赤色蛍光体としては、第1実施形態と同様の蛍光体を用いることができる。また、黄色蛍光体としては、例えば、イットリウム、アルミニウムの複合酸化物からなるガーネット構造の結晶に他の元素を混合したYAG系蛍光体(化学式Y3Al5O12:Ce)や、化学式La3Si6N11:Ceで表されるLSN系蛍光体を用いることができる。
なお、本実施形態では、青色LEDチップ15の上に蛍光体層14を形成してLEDチップ13を構成し、蛍光体層14が硬化した後に、第一実施形態例と同様に、緑色蛍光体と赤色蛍光体とが分散配置された透光性樹脂をダム材8内に充填し、透光性樹脂部9が形成される。
このように、第二実施形態例に係る発光面2aでは、青色LEDチップ11と、青色LEDチップ15上に蛍光体層14が形成されたLEDチップ13とが配置されている。なお、本実施形態において、青色LEDチップ11は、6500Kの色温度の光を外部に照射することができ、LEDチップ13は、2700Kの色温度の光を外部に照射することができるが、この構成に限定されない。
このように、第二実施形態例に係るLED照明装置1aでは、1種類の青色LEDチップ11のみを用いるが、第一実施形態例のアンバー色LEDチップ12と同様に、発光面2aの輪郭に沿って配置されたLEDチップの7割以上を、青色LEDチップ11上に蛍光体層14を形成して色温度を下げたLEDチップ13で構成することで、第一実施形態例と同様に、白熱灯やハロゲン灯と同様の色味の発光面を実現することを可能としている。特に、第二実施形態例に係るLED照明装置1aでは、発光面2aの輪郭に沿って配置された全てのLEDチップをLEDチップ13で構成することで、輪郭の色味をより改善することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。
1 LED照明装置
2 発光面
3 実装基板
4 プリント配線基板
5 カソード電極
6 アノード電極
7 反射層
8 ダム材
9 透光性樹脂部
11 青色LEDチップ
12 アンバー色LEDチップ
15 カソード配線
16 アノード配線
2 発光面
3 実装基板
4 プリント配線基板
5 カソード電極
6 アノード電極
7 反射層
8 ダム材
9 透光性樹脂部
11 青色LEDチップ
12 アンバー色LEDチップ
15 カソード配線
16 アノード配線
Claims (8)
- 基板と、基板上に形成されたダムと、ダム内に配置され、同一平面に実装された多数個のLEDチップにより構成された発光面と、ダム内に充填された透光性樹脂部と、配線層と、調色コントローラとを備える調色LED照明装置であって、
前記透光性樹脂部が、分散配置された赤色蛍光体および緑色蛍光体を含み、
多数個のLEDチップが、青色を発光するLEDチップと、アンバー色または白色を発光するLEDチップとから構成されることを特徴とする調色LED照明装置。 - アンバー色または白色を発光するLEDチップが、青色を発光するLEDチップおよび当該LEDチップの上面を覆うチップ上面蛍光体層から構成されており、
前記チップ上面蛍光体層が、分散配置された赤色蛍光体および黄色蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の調色LED照明装置。 - 前記発光面の外縁に沿って配置されるLEDチップの過半数が、アンバー色または白色を発光するLEDチップにより構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の調色LED照明装置。
- 前記発光面が、角数が偶数個の多角形であり、
前記発光面の外縁を構成し、対向する2辺に沿って配置されるLEDチップの全部が、アンバー色または白色を発光するLEDチップにより構成されていることを特徴とする請求項3に記載の調色LED照明装置。 - 前記多数個のLEDチップが、前記発光面の上下方向中心線および/または左右方向中心線に対して線対称に配置されていることを特徴とする請求項3または4に記載の調色LED照明装置。
- 前記アンバー色または白色の色温度の範囲が、1700K〜5500Kであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の調色LED照明装置。
- 投入電力が100W以上であり、調色範囲が1400K〜7500Kであることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の調色LED照明装置。
- 前記青色を発光するLEDチップと、アンバー色または白色を発光するLEDチップとの個数の割合が、1:10〜10:1であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の調色LED照明装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017220617A JP2019091648A (ja) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | 調色led照明装置および照明器具 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021145074A (ja) * | 2020-03-13 | 2021-09-24 | シチズン時計株式会社 | Led発光装置 |
-
2017
- 2017-11-16 JP JP2017220617A patent/JP2019091648A/ja active Pending
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JP2021145074A (ja) * | 2020-03-13 | 2021-09-24 | シチズン時計株式会社 | Led発光装置 |
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