JP4811691B2 - Ｌｅｄ照明装置の輝度及び演色性改善の発光方法及びその照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を使用した照明装置であって、その輝度及び演色性改善の発光方法とそのＬＥＤを使用した発光方法及びそのＬＥＤ照明装置に関する。

従来、照明用光源としては、蛍光灯と電球が広く用いられ、また、近年ＬＥＤも照明分野に照明用光源として用いたＬＥＤを有する白色ＬＥＤ照明装置が販売されるようになっている。

その白色ＬＥＤ照明装置は、消費電力低減と長寿命を実現する該ＬＥＤを利用した蛍光灯の直菅型または電球型の照明器具として市販され、該ＬＥＤの点状光源は、明るさを追求した多数の点状光源で、該ＬＥＤ特有の青みが掛った白色光（ここで言う白色光は、ＬＥＤ特有の照明光として表現する）としての蛍光灯型の白色ＬＥＤ照明器具と、電球型の青みが掛った白色または電球色（ここで言う電球色とは、一般的に使用される電球及び蛍光灯の照明光で使用される光色で、白色、蛍光色、昼光色、電球色又は暖色の表現で使用する）又は暖色の白色ＬＥＤ照明器具が提供されている。

ここで、その白色ＬＥＤ照明装置の白色を得るためのＬＥＤの白色発光の方式を二分類して説明すると、その一の方式で、青色ＬＥＤチップと黄蛍光体（他にYAG（酸化物）蛍光体、RGB蛍光体）とを組み合わせて白色を得る蛍光体方式と、またその二の方式の、三種類の赤、緑、青の発光色を持つＬＥＤを一つのパッケージ内に実装し、各ＬＥＤから放射された赤色光、緑色光及び青色光を混色させることによって白色光を得る方式があり、該三種類を混色させるＬＥＤを使用する方式が、一般的に使用されている。

また、該白色ＬＥＤ照明装置に使用される該ＬＥＤの外観形状において、従来、主流となっている砲弾型と、チップ型の形状の違いにおける一般的評価は、
１．砲弾型では、（チップ型と比較して）
a. 照度が１ｍ直下で明るい。（一般使用で電流を多く流して明るさを確保しているが、放熱対策が必要。）
b. 市場価格が安い。（主流の汎用で、流通量が多いため。）
c. 照射角度が狭い。（先端レンズタイプで正面側に集光して照射させている。）
２．チップ型では、（砲弾型と比較して）
a. 照度が１ｍ直下では暗い。（一般使用で電流を多く流して明るさを確保しているが、放熱対策が必要。）
b. 市場価格が高い。（流通量が少ない。）
c. 照射角度が広い。（チップ正面全体から拡散される。）
このような一般的評価から、砲弾型に比較してチップ型は、特徴として砲弾型では得られない、照射角が広いことにより部屋全体を明るく照らし、部屋の壁、天井の反射により影ができにくく、全体を明るく照らす照明光として見込まれるが、価格、明るさなどの点で課題があり、また砲弾型の持つ課題とそれぞれ上述一般的評価で示す解決すべき課題が多くあった。

しかして、先行技術の一先願例として、白色ＬＥＤ８２と赤色ＬＥＤ８１の合成光の調光率に応じて、白色ＬＥＤ８２の電流値と赤色ＬＥＤ８１の電流値を設定して、調光に伴う色温度シフトを抑制することが可能とし、適切な色温度をもち、演色性が高い合成光を得ること、とした実施例を示す「照明装置及び照明器具」がある。（例えば、特許文献１参照）

また、先行技術の他の先願例として、赤色の発光色を有するＬＥＤチップ、緑色の発光色を有するＬＥＤチップ及び青色の発光色を有するＬＥＤチップを、パッケージ内に実装した複数個の第１のＬＥＤ発光素子と、黄色の発光色を有するＬＥＤチップ、緑色の発光色を有するＬＥＤチップ及び青色の発光色を有するＬＥＤチップをパッケージ内に実装した複数個の第２のＬＥＤ発光素子の組合せからなる照明装置で高演色性を呈するとした実施例を示す「照明装置及び照明方法」がある。（例えば、特許文献２参照）

特開２００８−３００１２４号公報 特開２００７−０５９２７２号公報

上述したように従来、照明用光源としては、蛍光灯と電球が広く用いられ、また、ＬＥＤも照明分野に照明用光源として用いたＬＥＤ照明装置が販売されるようになっているが、後述する多くの利点があるにもかかわらず、ＬＥＤ照明装置の普及に弾みが付かないのは、価格とその発光色の輝度むら、演色性及びその色むらの改善が安価にできないこと、さらに照射角が、使用されるＬＥＤの形状の違い及び放熱板の有無により３０°から１２０°と狭く、ＬＥＤ照明装置の直下では明るいが、散乱光が少ないので、周囲雰囲気が暗く、部屋、特に店舗などでは照明陰が多くでると商品イメージが悪く、店舗用照明としては使用できず、また部屋全体イメージとしての明るさを得ることができないのが大きな要因となっており、その改善が求められていた。

そしてまたＬＥＤ照明の利点は、ＬＥＤの光には蛍光灯や電球の光と比較して紫外線などの可視光領域以外の光が少なく、照明用光源として、発熱量及び紫外線による悪影響が少ないといった有益な効果を有し、省エネルギーの観点からも地球環境に優しく、今後の環境問題を考えた場合にも非常に望ましいが、一方で、上述したように技術的課題である安価で演色性の良い白色を得ることができないことのほか、個々のＬＥＤ単体では比較的演色性が改善されても、ＬＥＤ照明装置に該ＬＥＤを複数個配置して、その全体を見たとき、各ＬＥＤ間の輝度むら及び色むらが目立ち、それはＬＥＤ個体間の使用される蛍光体量による製造上のバラ付きで発生し、照明装置のＬＥＤ光全体を均一の白色光にそろえることが、非常に困難であった。

また、前述した蛍光体方式おいて、青色ＬＥＤと黄色蛍光体で白色を実現しているため、青が目立つ白色で、色再現性が乏しく、特に３０００Ｋ
程度の色温度の低い照明になると青みがかった白色で演色性が悪いという問題があるが、ひとつのＬＥＤチップで、白色を実現することができる利点もあり、この利点を生かす改善と上述した輝度むら及び色むらとその価格の改善が求められていた。

特に、この輝度むら及び色むらに関して、白色ＬＥＤ照明装置に使用されるＬＥＤの数は、懐中電灯及び電球型の数個から数十個程度と、蛍光灯型の百数十個から三百個程度の数のＬＥＤが使用され、各個々のＬＥＤに輝度むら及び色むらが有ると、該ＬＥＤ照明装置のＬＥＤを複数個配置してその全体を見たとき非常に色むらが目立ち、その商品価値としての見た目の品質に問題があり、これをそろえるために各ＬＥＤの輝度むら及び色むら別に選別にコストが掛かり、それによる歩留まり及びＬＥＤの価格高を招いており、その輝度むら及び色むらと価格の改善が求められていた。

上記輝度むら及び色むらの該バラ付きは、蛍光体を使用したＬＥＤのそのＬＥＤ表面に設けられる蛍光物質の膜厚のバラ付きにより大きく影響することが知られ、特に、その従来の使用法は、照明光の明るさを確保するために定格電流値近傍で発光させており、またその定格電流値近傍で発光させることは、ＬＥＤ単価の値段の高さから使用数を減らし、その減らした分、明るさを確保するために定格電流値近傍で使用しているもので、その定格電流値近傍で使用することで、青みがかった白色光となり、且つＬＥＤの輝度と演色性のバラ付きが顕著に表れ、上述したＬＥＤ照明装置の品質の問題点となり、よって該バラ付きを回避するために輝度むら及び色むらをＬＥＤの輝度と演色性の平均発光ごとに選別して揃える必要があり、それはコスト的にも無理があり、その改善が求められていた。

さらに、上述した多数個使用する該ＬＥＤが、それぞれ発光したときに発生する見た目上の演色性のバラ付きに関して、該ＬＥＤの演色性のバラ付きは、例えば、ＬＥＤ表面に用いられる蛍光体の膜厚のバラ付きなどによる製造上の問題も大きく、従来、演色性を元に一定基準での選別するそのＬＥＤの歩留まりという問題もあり、その無駄な面の改善が求められていた。

加えて、前述した三種類の赤、緑、青の発光色を持つＬＥＤを使用するものは、電流制御回路など複雑な制御を要し、その個々のＬＥＤの特性のバラ付きにより白色の再現性が難しく、照明用光源として使用するには、未だ高価となっていた。

さらにまた、チップ型の主な課題である、照度が１ｍ直下では、砲弾型に比較して少し暗く、電流を多く流して明るさを確保しているので放熱対策が必要となり、しかし砲弾型では得られない、上述小型で照射角が広いことによる部屋全体の明るさが確保でき、このことにより今、抱えるＬＥＤ照明装置の大きな課題の解決につながり、よって放熱板が必要という技術課題の改善により、明るさと放熱の課題を解決し、小型で照射角が広いことのメリットを生かす技術改善が求められていた。

加えて、市販されている蛍光灯型及び電球型の照明器具は、上述したように、明るさを求めることによるＬＥＤの輝度を上げる最大電流値で使用しており、その結果、熱が多く発生し、その熱を放熱させる必要から放熱板が不可欠となっており、放熱に要するその放熱板の容積及びその重量、デザイン、コストの面など多くの制約があり、その解決も求められていた。

またその放熱板に関して、上述したように照明光の明るさを確保するために定格電流値近傍で発光させることで発熱量が多く、そのことで放熱板が不可欠となっており、該放熱板を設けることの結果により、照明光の照射角が狭められ、壁面、特に天井からの反射光が無くなり、従来の蛍光灯照明のような部屋全体を照らす照明光にならず、このことから全体イメージとしての明るさを得ることができず、よってその放熱板の必要のない白色ＬＥＤ照明装置が求められていた。

しかして、開示される特許文献１の「照明装置及び照明器具」は、白色ＬＥＤ８２と赤色ＬＥＤ８１の合成光の調光率に応じて、白色ＬＥＤ８２の電流値と赤色ＬＥＤ８１の電流値を設定して、調光に伴う色温度シフトを抑制するとし、制御する調光信号回路８５は、マイコンとメモリー内蔵して調光率に応じて制御するものであり、このように制御回路など複雑な制御を要し、個々のＬＥＤの特性のばら付きにより白色の再現性が難しく、図示される7個程度のＬＥＤに比べ、蛍光灯タイプのように百数十個のＬＥＤが使用される場合は、制御による適切な色温度の再現性が全体を通して平均とならず、よって演色性が高い合成光を得ることもできず、その制御回路も高価なものが必要となっており、改善の余地が大きいものであった。

しかして、特許文献２の「照明装置及び照明方法」は、赤色、緑色及び青色の発光色のＬＥＤチップのＬＥＤ発光素子と、黄色、緑色及び青色のＬＥＤチップのＬＥＤ発光素子の組合の照明装置で高演色性が得られるように、ＬＥＤチップの投入電流量、各ＬＥＤチップのパルス駆動によるデューティ比、各発光素子に実装されているチップ数、または用いられている各発光素子の数のうちいずれかの手段、あるいはそれらの組合せにより、赤色光と黄色光と緑色光と青色光の強度のピーク値の比を調整するとしているが、上述文献１と同様に、照明光全体を通して見たとき、演色性が高い合成光を得ることができず、その制御回路も高価なものが必要となっており、改善の余地が大きく、簡易で安価な制御回路を使用して、尚かつ輝度むら及び色むらがでないＬＥＤ照明装置が求められていた。

本発明は、上記課題を有効に達成するために、第１の解決手段として、複数個乃至多数個のＬＥＤを有する白色ＬＥＤ照明装置において、該ＬＥＤを発光させるときの電流値を、輝度むら及び色むらをなくして演色性を改善するために、定格電流値の略１４％から７５％の範囲で、且つ発光する最低電流値以上から赤色と青色の色調輝度が逆転する電流値近傍の範囲の、各メーカー別、仕様別、種類別などＬＥＤ固有の特性の相違により選択される投入電流値にしてＬＥＤを発光させる方法としたことで、
ＬＥＤ照明装置の発熱を少なくすると共に輝度むら及び色むらがでないＬＥＤ発光で、演色性の改善をするとしている。

また、第２の解決手段として、複数個乃至多数個のＬＥＤを有する白色ＬＥＤ照明装置において、該ＬＥＤを発光させるときの電流値を、輝度むら及び色むらをなくして演色性を改善するために、定格電流値の略１４％から７５％の範囲で、且つ発光する最低電流値以上から赤色と青色の色調輝度が逆転する電流値近傍の範囲の、各メーカー別、仕様別、種類別などＬＥＤ固有の特性の相違により選択される投入電流値にする手段を設けたＬＥＤ照明装置としたことで、
ＬＥＤ照明装置の発熱を少なくすると共に輝度むら及び色むらがでないＬＥＤ発光で、演色性の改善をするＬＥＤ照明装置としている。

本発明は、上述したそれぞれの手段によって有効な効果が得られるようにしたもので、特に、第１の解決手段の、複数個乃至多数個のＬＥＤを有する白色ＬＥＤ照明装置において、該ＬＥＤを発光させるときの電流値を、輝度むら及び色むらをなくして演色性を改善するために、定格電流値の略１４％から７５％の範囲で、且つ発光する最低電流値以上から赤色と青色の色調輝度が逆転する電流値近傍の範囲の、各メーカー別、仕様別、種類別などＬＥＤ固有の特性の相違により選択される投入電流値にする方法により、
各ＬＥＤ間でまばらに発生する色むら及び輝度むらが起こらず全体を均一に発光させると共に演色性が改善された照明光となり、この該色むら及び演色性改善は、従来品の各ＬＥＤ個体ごとに差がある輝度むら、色むら及び青色が勝った白色で演色性の悪いＬＥＤを使用しても、第１の解決手段により、複数個乃至多数個の各個別に発光するＬＥＤ間の該照明光に、輝度むら及び色むらのバラ付きが発生せず、演色性の改善ができ、従来のように色むら及び青色が勝った白色で演色性の悪い各ＬＥＤを、色を揃えるために選別することなく使用できるので、よって歩留まりが改善され、価格の改善ともなる。

なお、上記輝度むら及び色むらのバラ付きは、上述したように定格電流値近傍で発光させることで顕著に表れ、特に青みがかった白色に発光するその青が顕著に表れ、本願の方法では、元々その複数使用する各ＬＥＤ間に発光する白色光の色むら及び輝度にバラ付きがあっても、そのバラ付きが見た目で感じられない程度に改善されて発光し、よって従来のように色むらのあるＬＥＤを、色を揃えるために選別することなく、歩留まりの悪さも改善でき、また平均した白色の照明光が得られ、さらに青みがかった白色のその青も抑えられ、（後述する、実験結果のデーターを元に詳述する）白色及び赤みがかった白色の所謂、昼光色に演色できる。

また、上述した白色光を得るＬＥＤに使用されるYAG（酸化物）蛍光体（黄色蛍光体）の母体は、アルミン酸イットリウムを使用しているのが、従来一般的な他の酸化物蛍光体の珪酸ストロンチウム・バリウムの組成比を調整して橙色系の発光色を発光するようにしたＬＥＤを使用することで、蛍光灯で知られる白色から電球色又は暖色となり、使用用途に合わせＬＥＤを選ぶことで、上述と合わせて演色性を換えることができる。

さらに、その白色発光は、定格電流値以下の所定電流範囲内の一定の電流値に制限した直流を出力するので、従来のように定格電流で使用する場合に比較して、発熱が少なく、よって放熱板が必要なく、過熱による火傷、発火に至事故も心配なく、また特に照明光の照射角が放熱板により狭められ、壁面、特に天井からの反射光が無くなり、従来の部屋全体を明るく照らす蛍光灯照明のような照明にはならなかったが、放熱板の必要がなくなったことで、照明光の照射角も広がり、その反射光で部屋全体が明るくなり、さらにそのＬＥＤに対する電流負荷も小さいので高寿命となり、また従来品の白色ＬＥＤ照明装置に比べ、さらに電流を少なく制限して使用するので、近年、課題となっている省エネ、ＣＯ２削減にもなる。

加えて、上述したＬＥＤの製造上、演色性のバラ付きにも、特に一定基準の演色性を元にＬＥＤを選別する必要がなく、定格電流値以下の所定電流範囲内の一定の電流値に制限した直流を出力することで、各ＬＥＤ間の色むらを無くし、全体を均一の白色光に発光させることができ、よって従来のような無駄な選別も必要なく歩留まりを向上させることができ、そのことでコストダウンとなり、高価と演色性及び色むらで普及が遅れていた市場で要望される白色ＬＥＤ照明装置を、安価で演色性及び色むらの目立たない該白色ＬＥＤ照明装置が提供できる。

なお、上述したＬＥＤに投入する所定電流範囲を、定格電流値の略１４％から７５％の範囲の一定の電流値に制限するが、好ましくは略１４％から７０％で、さらに好ましくは、略２０％から５０％とし、理想値は２７％で、またＬＥＤの各メーカー別、仕様別、種類別などＬＥＤ固有の特性の相違により選択される投入電流値であって、発光する最低輝度以上から発色する赤色と青色の色調輝度が逆転する近傍の該電流値以下とすることで、演色性、輝度むら及び色むら、明るさと投入電流値及びその発熱のバランスが最も良好であった（後述する、実験結果のデーターを元に詳述する）が、これは一実施例で使用したＬＥＤであって、各ＬＥＤのメーカーの違いにより、この所定電流範囲が大きく相違し、その所定電流の選定にあっては、ＬＥＤの赤色と青色の輝度が逆転する近傍の該電流値以下で適宜選ばれる。

しかして、第２の解決手段の、複数個乃至多数個のＬＥＤを有する白色ＬＥＤ照明装置において、該ＬＥＤを発光させるときの電流値を、輝度むら及び色むらをなくして演色性を改善するために、定格電流値の略１４％から７５％の範囲で、且つ発光する最低電流値以上から赤色と青色の色調輝度が逆転する電流値近傍の範囲の、各メーカー別、仕様別、種類別などＬＥＤ固有の特性の相違により選択される投入電流値にする手段を設けたＬＥＤ照明装置としたことにより、
上述したように、演色性、輝度むら及び色むら、反射光による照明影の少ない明るさと投入電流値及びそのＬＥＤの発熱のバランスが良い白色ＬＥＤ照明装置が得られ、従来、居間等部屋で使用される蛍光灯に換わる省エネ、高寿命の白色ＬＥＤ照明装置が得られる。

また、上述ＬＥＤをチップ型とすることで、ＬＥＤ照明装置の照明光の照射角が広くなり、従来は照明装置直下近傍のみが明るく、壁側上部から天井に至部分が暗くなる傾向があり、照明イメージが悪かったが、本願では、照射角の広さから照明装置直下以外の周辺も明るく、壁及び天井全体からの散乱光も多くなるので、部屋全体の雰囲気も明るく、部屋、店舗などでは照明陰も少なくなり、全体イメージとしての明るさを得る照明光が得られる。

また、演色性、輝度むら及び色むらが改善されることで、その使用目的の店舗用、コピー機など組み込む部品の照明光の一部として使用が可能となり、色再現性の高い高寿命なコピー機の光源となり、店舗用では、服など商品の色、肉、野菜など食品の自然色若しくは見た目の配色がより自然色の照明となり、さらに印刷、塗装の配色検査などの照明にも使用でき、省エネ、高寿命の照明装置として使用できる。
よって、これらのことから本発明は、実用上著大な効果を奏する。

本発明の白色ＬＥＤ照明装置１で、一部を省略した斜視図である。 本発明の白色ＬＥＤ照明装置１の構成を示すブロック図である。 本発明の白色ＬＥＤ照明装置１の回路構成を示すブロック図である。 一実施例のYAG蛍光体ＬＥＤを使用した該ＬＥＤの電流変化に対する青色と赤色の色調変化と輝度変化の関係を示すグラフ図である。 一実施例のYAG蛍光体ＬＥＤを使用した該ＬＥＤの電流変化に対する各サンプルの電圧、輝度、赤色、緑色、青色の色調変化量を数字で示す表である。 一実施例のYAG蛍光体ＬＥＤを使用した該ＬＥＤの電流変化に対する各サンプルの色調変化のバラ付きの関係を示すグラフ図である。 一実施例のYAG蛍光体ＬＥＤを使用した該ＬＥＤの電流変化に対する各サンプルの輝度変化のバラ付きの関係を示すグラフ図である。

ＬＥＤにより構成されるＬＥＤ照明装置を、発光させるときの電流を定格電流値以下であって、該ＬＥＤが発光する最低電流値以上から赤色と青色の色調輝度が逆転する電流値近傍の範囲に該電流値を制限すると共に投入電流を制限する電流制限回路の一定の電流値に制限した直流を出力する定電流回路により該ＬＥＤを発光させる方法とその装置で、複数個乃至多数個のＬＥＤを有するＬＥＤ照明装置の各ＬＥＤ間の輝度むら及び色むらを無くし、全体を均一の白色光にそろえて発光させると共に演色性が改善された照明光により、蛍光灯に換わる省エネ、高寿命のＬＥＤ照明装置を実現させた。

本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、図１において、１は白色ＬＥＤ照明装置で、該白色ＬＥＤ照明装置１は、従来の蛍光管と略同様の形状とし、チップ型のＬＥＤ２を複数個配設したＬＥＤ基板３と、該ＬＥＤ基板３の両端で支持する基板支持体４，４と該基板支持体４，４との間で該ＬＥＤ基板３を覆うように配置した照明カバー５を有している。

そこで、該ＬＥＤ２，２，…は、チップ型の前記したYAG（酸化物）蛍光体を選んで、本実施例として白色光の照明装置とすると共にまた該蛍光体の珪酸ストロンチウム・バリウムの組成比を調整して橙色系の発光色に変更して、使用用途に合わせて白色から電球色又は暖色となるように、照明光の使用目的に応じて適宜、該組成比を調整したＬＥＤを選ぶことで、演色性を換える。

また、本実施例では図１及び図２で図示するように、ＬＥＤ２，２，…をＬＥＤ基板３にそれぞれ二列配設し、該ＬＥＤ２，２，…の使用数を１２０個のＬＥＤ使用の実施例とするが、照明の要求明るさに対応して該数は適宜変更して使用数が決まる。

さらに、上記使用数に対応する消費電力は１４．４Ｗで、一般的に市場提供されているものが、１８Ｗから３６Ｗで、主流が１８Ｗから２０Ｗであり、ここからも電流制限による省エネが実現していることが解り、近年、課題となっている省エネ、ＣＯ２削減になる。

しかして、該照明カバー５は、筒状で軽量、耐衝撃性を付加できるプラスチックで形成すると共に光を散乱させて点光源のイメージを消失させるように、散乱剤を混入して、押し出し成型等で形成しても良い、なお該照明カバー５の内側表面部に光を散乱するフィルムを設けるようにしても、上記と同様、点光源のイメージが消失できるので、適宜変更して使用する。

なお、図１の図中６は、電源供給と該白色ＬＥＤ照明装置１を支持するプラグ部６で、他方のプラグ部６ａは、電源供給端子ではなく、従来の蛍光灯器具に取り付けるときの支持部材として機能する。

さらに、図２及び図３に示す、電流制限回路７は、電源回路７ａ及び定電流回路７ｂと、上述ＬＥＤ基板３を例示したもので、該電流制限回路７は、交流電源から直流に整流する電源回路７ａを経て一定の電流値に制限して出力する定電流回路７ｂにより、所定制限電流の略１４％から７５％の範囲で設定してその電流を各白色発光のＬＥＤ２，２，…に供給する。

なお該図３は、電流制限回路７の電源回路７ａ及び定電流回路７ｂとＬＥＤ基板３のそのブロック図を表したものである。

また、上述した白色発光のＬＥＤ２の形状において、従来、白色ＬＥＤ照明装置に使用される該ＬＥＤの形状は、明るさのメリットから砲弾型が主流であるが、本実施例では、白色発光のＬＥＤ２を図１及び図２で図示するように、角形のチップ型を実施例とし、それは砲弾型に比較してチップ型は、照明光の照射角が広く、部屋の壁、天井からの反射光により部屋全体を明るくする照明光が得られるなどのメリットがあり、また白色発光のＬＥＤ２の発熱問題は、本願の課題改善となる方法の電流制限により小さくなること、またそれによる放熱板を必要としないことから照明光の照射角が広くとれ、前記反射光に合わせて部屋全体を明るくする照明光を得るために選ばれている。

そして、上述の明るさにおいて、従来の熱対策の放熱板により照明光が妨げられ、照射角の狭小という照明イメージの悪さも普及の妨げとなっていることから、放熱板を無くし、照明カバー５全体から発光させて壁及び天井全体に広がる照明光とし、その壁及び天井の反射により、部屋全体が従来の蛍光管のように明るくなり、しかしチップ型の課題である照度が１ｍ直下での暗さ（砲弾型と比較して）を、特徴でもある照射角の広で反射光を得てその解決を図り、またその照射角が広いことで、白色ＬＥＤ照明装置１に、従来使用される反射材を使用すれば、さらに明るさの改善もできるが、その図示は省略した。

また、価格については、従来のその輝度及び色むらの課題が解決されることから、その演色性を元に一定基準でＬＥＤを選別する必要がなくなり、該ＬＥＤの歩留まりという無駄な面の改善も図れ、よってコストダウンによる普及促進と、一般的に言われる流通量のスケールメリットによりさらに普及に弾みが付くことから価格低減が実現できる。

なお、ＬＥＤの形状を砲弾型またはチップ型のどちらを採用するかは、形状的な違いからくる照射角の差と、明るさの広がりの差が大きく、また本願課題解決した効果と併せて、そのＬＥＤのどちらを採用するかは、使用状況を主体として、選択的に適宜選ばれる。

而して、従来の白色ＬＥＤ照明装置は、より少ない数のＬＥＤで明るさを得るため一般的に定格電流値近傍（約８０％以上）で使用され、例えば定格電流値が１５０mAとした場合、図４の定格電流値の約８０％の１２０mAのＬＥＤの青及び赤の色調変化を見ると、青が勝り（図５のサンプルＣ参照）、青み掛かった白として従来の照明色となることが示されており、逆に、電流値が低い場合赤が勝っており、このことから赤みを帯びた昼光色に近い白に見え、本願発明の演色性改善の根拠となっており、また電流値が８０mA（後述する図５のサンプルC）近傍で青、赤が逆転して、そのまま青が増加して赤が減少してゆく実験結果が得られています。

なお、図５に示す、「パワーＬＥＤ電流値に対する輝度・演色変化の光束測定」の表は、サンプル数５の各Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの「該パワーＬＥＤ」（定格電流値１５０mA）を使用した実験で得られた数値データーで、該表の各電流値に対する輝度及び演色変化の光束測定値から代表値としてサンプルCを選び、上述した該図４に赤色及び青色の演色性変化と、「該パワーＬＥＤ」の輝度変化をグラフに示している。

また、本願のＬＥＤを発光させる所定電流範囲の値は、定格電流値の略１４％から７５％の範囲で投入電流を制限することについて、上述実験値から下限の略１４％は輝度レベルを確保するための最低限の投入電流値であり、上限の７５％は、演色性レベルの青みが強くなり、該青が目立つようになる限界値である。

そこで具体的に述べると、例えば、該投入電流に対する発光輝度の実用レベルの明るさは、１０ｌｍ（ルーメン）前後必要であり、図４及び図５のサンプルCの例で示すと、投入電流値が定格電流値の略１４％である約２０ｍＡで７．７８５ｌｍ（ルーメン）で発光輝度の実用レベルが最低必要値より若干下回る程度から、上述最大値の７５％は、該図４に示す電流値が８０mA近傍で青と赤の色調変化が逆転してさらに青が強くなり、電流値が１１０mA近傍から青の方が目立つようになる値が該７５％である。

ただし、上記１４％から７５％の値は、図５に示す各サンプル間のデーターの個別相違からも言えるように、ＬＥＤを製造するその各メーカー別、仕様別、種類別などＬＥＤ固有の特性の相違によりその制限値が大きく異なり、一概に範囲を上下限で線引きできず、実施例の一般的なものを使用しての範囲で、よってＬＥＤ固有の特性により選択される定格電流値以下の投入電流値であって、また発光する最低輝度以上から発色する赤色と青色の色調輝度が逆転する該電流値近傍以下としているが、ＬＥＤ固有の特性により選ばれ、要は、ＬＥＤの持つ特性に合わせて、電流制限することにある。

そこで、上記所定電流範囲は、好ましくは略１４％から７０％で、さらに好ましくは、略２０％から５０％とし、理想値は２７％で、該２７％は、図５のサンプルCの例で示すと、投入電流値が４０ｍＡであり、この位置の赤のデーター線は青のデーター線より勝っており、よって赤みが掛かった白の演色性と、輝度の変化線の明るさが１５．３４０ｌｍ（ルーメン）と投入電流値に対するそのバランスと発熱量が良好で選ばれ、この選定も上述白色ＬＥＤ固有の特性により選ばれる。

そこで、上述した本願の実施例で使用するＬＥＤ２の各サンプル（「該パワーＬＥＤ」）による投入電流値に対して、輝度及び赤色、緑色、青色の色調変化量の光束のそれぞれのデーターについて、各５種類のサンプルで測定した結果を実験例として図５に示し、そのサンプルの色調変化のバラ付きを図６に示し、またその各サンプルの輝度変化のバラ付きを図７に示している。

そこから、図６に示す色調変化のバラ付きにおいて、各Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの電流値がそれぞれ上がるに従って青の方向に強くなっているのが示されており、またその変化度の差も電流値がそれぞれ上がることで、図中に示す各線間の巾が広がっていることから青の光に移行する差も示されており、このことから電流値及びサンプル間の差により色調変化のバラ付きが起きていることが解り、上述の根拠となっている。

また、図７に示す輝度変化のバラ付きにおいて、各Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの電流値がそれぞれ上がるに従って輝度変化のバラ付きがあり、４０ｍＡ近傍でほぼ揃い、そこから各バラ付きながら上がってゆき１００ｍＡからほぼ一定の輝度を保っていることが解り、上述の根拠となっている。

これらのことから共通して言えることは、従来のように定格電流値近傍（約８０％）で使用すると、図４、図６で示す演色性及び色むら、図７で示す各個体間の輝度の差による色むらが発生することが解り、逆に電流値を最適な所定範囲で制限することで、各バラ付きの少ない、上述した効果が得られる。

なお、本実施例は、外観形状を蛍光灯型として例示しているが、電球型に変更しても好ましいが、特に図示は省略した。

本発明のＬＥＤの照明装置及びその色むら及び演色性改善方法は、従来の蛍光管及び電球に換わる照明器具、スキャニング用光源（汎用コピー・スキャナ用光源及び製品検査用スキャナ光源）部品、移動体（自動車、鉄道、船舶、航空機など）照明用部品などとして利用することができる。

１ 白色ＬＥＤ照明装置

２ ＬＥＤ

７ 電流制限回路
７ａ 電源回路
７ｂ 定電流回路

Claims (2)

1. 複数個乃至多数個のＬＥＤを有する白色ＬＥＤ照明装置において、該ＬＥＤを発光させるときの電流値を、輝度むら及び色むらをなくして演色性を改善するために、定格電流値の略１４％から７５％の範囲で、且つ発光する最低電流値以上から赤色と青色の色調輝度が逆転する電流値近傍の範囲の、各メーカー別、仕様別、種類別などＬＥＤ固有の特性の相違により選択される投入電流値にすることを特徴としたＬＥＤ照明装置の輝度及び演色性改善の発光方法。
2. 複数個乃至多数個のＬＥＤを有する白色ＬＥＤ照明装置において、該ＬＥＤを発光させるときの電流値を、輝度むら及び色むらをなくして演色性を改善するために、定格電流値の略１４％から７５％の範囲で、且つ発光する最低電流値以上から赤色と青色の色調輝度が逆転する電流値近傍の範囲の、各メーカー別、仕様別、種類別などＬＥＤ固有の特性の相違により選択される投入電流値にする手段を設けたことを特徴としたＬＥＤ照明装置。