JP2005057272A - Ｌｅｄモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】放出される光の色位置を広範な領域において自由に調節できる、技術的に簡単に製造可能なＬＥＤモジュールを提供する。
【解決手段】補助ＬＥＤは放射波長が異なる複数のＬＥＤチップをそれぞれ有し、ＬＥＤチップがそれぞれ共通のケーシングに配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、混合光ＬＥＤおよび補助ＬＥＤを包含する、複数のＬＥＤを有するＬＥＤモジュールに関する。

本発明の枠内において、混合光ＬＥＤは少なくとも１つのＬＥＤチップおよび変換エレメントを有する構成素子と解される。ここで変換エレメントはＬＥＤチップから放出された光を異なる波長、一般的にはより長い波長の光に変換する。ＬＥＤチップから放出された光と変換層によって変換された光とを同時に知覚することによって生じる印象は混合色の光である。

このような混合光ＬＥＤは頻繁に白色光ＬＥＤとして形成されている。この場合には青色のスペクトル領域で放出するＬＥＤチップによって蛍光体が励起され、この蛍光体は再び黄−オレンジ色のスペクトル領域の光を送出する。青色の光と黄−オレンジ色の光との混合により白色光が知覚される。

もっともこのような白色光ＬＥＤのスペクトルは従来の白色光源、例えば白熱電球のスペクトルとは明らかに異なるものである。つまり従来の白色光源は、可視スペクトル領域の大部分をカバーするむしろ広範なスペクトル分布を有し、これに対し上記において例示した種類のような白色光ＬＥＤは例えば青色のスペクトル成分および黄−オレンジ色のスペクトル成分を示すからである。この相違は例えば、一方では白色光ＬＥＤの色再現、他方では例えば白熱電球のような従来の白色光源の色再現という異なる色再現において顕著に現れる。

色再現の改善はＬＥＤモジュールにおいて白色光ＬＥＤだけでなくカラーＬＥＤも使用されることによって達成することができ、ここにおいてカラーＬＥＤが白色光ＬＥＤのスペクトルにおいて不足しているスペクトル成分を補う。

同様にして、変換エレメントを備えた白色ではない別の混合光ＬＥＤにおいても、不足しているスペクトル成分を補うことが必要である。もっともこの場合には色再現よりもむしろ得ようとされる正確な色位置が極めて重要である。確かに基本的には、混合色ＬＥＤによって発生される混合色の光の所定の色位置は蛍光体を適切に調整および混合することによって実現できる。しかしながらこのような場合の手間は比較的大きく、何故ならば通常はこれらのＬＥＤのために相応の蛍光体を有する特別な封入材を製造して処理する必要があるからである。例えば大量のＬＥＤのオートメーション化された生産においては、このやり方は経済的な観点のもとには不利である。

本発明の課題は、放出される光の色位置を広範な領域において自由に調節できる、技術的に簡単に製造可能なＬＥＤモジュールを提供することである。例えば高い色再現を有する白色光ＬＥＤモジュールが実現されるべきである。

この課題は、補助ＬＥＤは放射波長が異なる複数のＬＥＤチップをそれぞれ有し、ＬＥＤチップがそれぞれ共通のケーシングに配置されていることによって解決される。

本発明によれば、混合光ＬＥＤと補助ＬＥＤを包含する、多数のＬＥＤを備えたＬＥＤモジュールが設けられており、補助ＬＥＤは放射波長が異なる複数のＬＥＤチップをそれぞれ有し、これらのＬＥＤチップはそれぞれ共通のケーシング内に配置されている。

異なる放射波長の複数のＬＥＤチップを用いることにより有利には色空間の大きな領域をカバーすることができるので、本発明においてはＬＥＤモジュールから放出される光の色位置を広範な領域で調整することができる、ないし補助ＬＥＤを用いることにより同時に混合光ＬＥＤのスペクトルに複数の異なるスペクトル成分を補うことができる。

共通のケーシングにおいて複数のＬＥＤチップを有するＬＥＤは比較的廉価に製造することができる。さらには、それぞれ１つのＬＥＤチップを有する別個のＬＥＤに比べ、取り付けるべきＬＥＤの個数が有利には低減される。

本発明の有利な実施形態において混合光ＬＥＤはＬＥＤチップと、このＬＥＤチップから放出されたビームを異なる波長、例えばより長い波長のビームに変換する変換エレメントとを有する。例えば変換エレメントはＬＥＤチップをこのＬＥＤチップから放出された光を変換するための１つまたは複数の適切な蛍光体が分布されている封入材の形式で包囲することができる。

殊に有利には本発明において混合光ＬＥＤとして、白色光ＬＥＤモジュールを形成するための白色光ＬＥＤが使用される。補助ＬＥＤを用いることにより、白色光ＬＥＤのスペクトルを、放出される光の全体のスペクトル（全スペクトル）が近似的にプランクの放射体のスペクトルに相応するように補うことができる。したがって有利に高い色再現が達成される。

さらには補助ＬＥＤ内のＬＥＤチップの制御に応じて、全スペクトルが異なる色温度を有するプランクの放射体に相応するようこの全スペクトルを変えることができる。有利にはＬＥＤの制御に基づき、ＬＥＤモジュールからの放発光に関して所定の色温度を調節することができる。

付加的にまたは択一的に、補助ＬＥＤのＬＥＤチップを適切に制御することによって、色再現指数を調節ないし最適化することができる。高い色再現指数は一方では対象を照明する際の色の品質における劣化を回避するために有利である。例えば白色光を用いて照明する場合には通常色印象は光源の技術的な実現に依存すべきではない。他方では所定の用途に関して最小色再現指数は法的に定められているので、本発明においてはＬＥＤモジュールの高い色再現指数は有利には用途の領域を広範なものにし、例えば白色光ＬＥＤモジュールを従来使用できなかった領域にも使用できるようになる。

本発明のさらなる特徴、利点および有効性は図１および図２と関連した実施例の以下の説明から明らかになる。

図１および図２に示したＬＥＤモジュールはそれぞれ複数の混合光ＬＥＤ１および補助ＬＥＤ２を包含し、これらのＬＥＤは共通の支台３、例えばＬＥＤの給電ないし制御のための相応の配線構造（図示せず）を有する基板上に取り付けられている。

混合光ＬＥＤ１はそれぞれ１つのＬＥＤチップ４を有し、このＬＥＤチップ４はＬＥＤチップから放出された放射を異なる波長の放射に変換するための変換エレメント５によって包囲されている。例えば変換エレメントとしてＬＥＤチップを包囲する封入材を使用することができ、この封入材には適切な蛍光体が混入されている。蛍光体はＬＥＤチップから放出された光によって励起され、励起された状態がエネルギの低い状態に戻った際にＬＥＤチップの波長とは異なる波長を放出する。

補助ＬＥＤ２にはそれぞれ３つのＬＥＤチップ６、７および８が共通のケーシング９に取り付けられている。ＬＥＤチップ６、７および８は異なる放射波長を有する。これらの補助ＬＥＤによって全スペクトルには、混合光ＬＥＤのエミッションスペクトルには不足している、または十分な強さではないスペクトル成分が付加される。

有利にはＬＥＤモジュールは白色光ＬＥＤモジュールとして実施されている。混合光ＬＥＤ１としてここでは白色光ＬＥＤ、例えばタイプＬＷ Ｔ６７３のＬＥＤ（Osram opto Semicnductor GmbH製）が使用される。これらのＬＥＤは青色を放出するＩｎＧａＮベースの半導体チップ４を有し、この半導体チップ４は蛍光体を包含する封入材５によって覆われている。蛍光体は半導体チップの青色光でもって励起された際に黄−オレンジ色を放出し、その結果全体として白色の光が生じる。

補助ＬＥＤとして白色光ＬＥＤモジュールのために例えばタイプＬＡＴＢ Ｇ６６ＢのＬＥＤ（Osram opto Semicnductor GmbH製）が適している。これらのＬＥＤはオレンジ色のスペクトル領域において放出する６１７ｎｍである放射波長を有するＬＥＤチップと、緑色のスペクトル領域において放出する５２８ｎｍである放射波長を有するＬＥＤチップと、青色のスペクトル領域において放出する４６０ｎｍである放射波長を有するＬＥＤチップとをそれぞれ１つずつ有する。これら３つの色によって色空間の大部分をカバーすることができるので、個々のＬＥＤチップの適切な別個の制御ないし調光によってＬＥＤモジュールから放出される光の色位置を正確に調節することができる。有利にはこの色位置をＬＥＤの取り付けの際に確定する必要はなく、動作時においても変えることができる。

殊に有利には前述のＬＥＤチップを用いることにより、プランクの放射体に比べ白色光ＬＥＤのスペクトルにおいては不足しているスペクトル成分を十分に補うことができ、その結果全スペクトルはプランクの放射体に非常に近付く。適切な制御でもってＬＥＤモジュールによって生成される光の色温度を十分な限界において変えることもできる。

有利には本発明を用いて高い色再現指数が達成される。つまり例えば、本発明によるＬＥＤモジュールを用いて９０よりも大きいまたは９０である色再現指数を実現することができ、したがって本発明によるＬＥＤモジュールは最高の色再現クラスを達成する。

光源の色再現指数は光源を用いる照明の際に所定の対象の色における品質がどれほど劣化するかを表す。このために対象からの反射光のスペクトルが基準光源を用いる照明における反射光のスペクトルと量的に比較され、色再現指数すなわち（スペクトルが一致する場合には）最大１００である数値との偏差が検知される。色再現指数はＤＩＮ６１６９において規格化されている。

白色光ＬＥＤしか包含しないＬＥＤモジュールではスペクトル成分が不足しているので、通常の場合著しく低い色再現指数を示すが、本発明を用いることにより前述の領域における有利に高い色再現指数を達成することができる。付加的に補助ＬＥＤのＬＥＤチップを別個に制御することにより、色再現指数が動作時に所定の値に調節される、ないし可能な限り高い値へと最適化することができる。

実施例の変形では、補助ＬＥＤは青色のスペクトル領域において放出するＬＥＤチップの代わりに異なるＬＥＤチップ、例えば別の緑色または青緑色のスペクトル領域において例えば５０５ｎｍで放出するＬＥＤチップを有する。この変形を用いることにより必要に応じて全スペクトルを所定の色温度を有するプランクの放射体のスペクトルのような所定のスペクトルに正確に適合させることができる。何故ならば、補助ＬＥＤは別の適合可能なスペクトル成分を使用できるからである。ここで使用される補助ＬＥＤのスペクトルにおける青色成分はいずれにせよ既に白色光ＬＥＤのＬＥＤチップによって十分な量が生成されている。もっともこのような補助ＬＥＤは既に記述した補助ＬＥＤに比べ一般的に、使用領域が制限されており、また比較的高い製造コストを伴う特別な製造となる。

本発明の枠内では、色位置ｘ＝ｙ＝１／３を有する純粋な白色の光の他に、例えば色合いを持つ白色光も白色光と解することを言及しておく。ＤＩＮ６１６３第５部における定義による白色光領域または図３ないし図４に示されている領域を疑問視できる。

図３にはＣＩＥの定義に応じた白色光領域１０がＣＩＥ１９３１色度グラフに表されている。図４は、ＬＥＤ照明モジュールの特性に適合されている修正された白色光領域１１を備えたＣＩＥ１９３１色度グラフの一部を表す。比較のために、種々の色温度に関するプランクの放射体の色位置１２並びに所属のジャッドの直線（Judd'schen Gerade）の区間１３がプロットされている。

色座標ｘおよびｙが少なくとも前述の白色光領域内にある光は本発明の枠内では白色光と見なすことができる。

実施例に基づく本発明の説明は本発明をこれに限定するものではないと解すべきである。むしろ本発明は本明細書において開示されている特徴との全ての組合せを、たとえこれらの組合せが明示的に請求されていなくとも包含する。

本願明細書は、ドイツ連邦共和国特許明細書ＤＥ １０３ ３５ ０７７．２−３３の優先権を主張し、この明細書の開示内容は本願明細書に取り込まれる。

本発明によるＬＥＤモジュールの実施例の概略図である。 本発明によるＬＥＤモジュールの実施例の俯瞰図である。 ＣＩＥ色度グラフにおける第１の白色光領域である。 ＣＩＥ色度グラフにおける第２の白色光領域である。

符号の説明

１ 混合光ＬＥＤ、 ２ 補助ＬＥＤ、 ３ 支台、 ４ ＬＥＤチップ、 ５ 変換エレメント、 ６，７，８ ＬＥＤチップ、 ９ ケーシング、 １０，１１ 白色光領域、 １２ 色位置、 １３ 区間

Claims (14)

1. 混合光ＬＥＤ（１）および補助ＬＥＤ（２）を包含する、複数のＬＥＤを有するＬＥＤモジュールにおいて、
   補助ＬＥＤ（２）は放射波長が異なる複数のＬＥＤチップ（６，７，８）をそれぞれ有し、該ＬＥＤチップ（６，７，８）はそれぞれ共通のケーシング（９）に配置されていることを特徴とする、複数のＬＥＤを有するＬＥＤモジュール。
2. 前記混合光ＬＥＤ（１）はＬＥＤチップ（４）および変換エレメント（５）を有し、該変換エレメント（５）は前記ＬＥＤチップ（４）から放出された放射を異なる波長の放射に変換する、請求項１記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記変換層（５）は前記ＬＥＤチップを包囲する、請求項２記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記変換エレメント（５）は少なくとも１つの蛍光体を包含し、該蛍光体は封入材内に分配されている、請求項２記載のＬＥＤモジュール。
5. 前記ＬＥＤチップ（６，７，８）を前記補助ＬＥＤ（２）が別個に制御する、請求項１記載のＬＥＤモジュール。
6. 前記混合光ＬＥＤ（１）は白色光ＬＥＤである、請求項１または２記載のＬＥＤモジュール。
7. 前記ＬＥＤモジュールは所定の色温度の光を放出し、色温度は前記補助ＬＥＤ（２）の制御装置を用いて調節可能である、請求項６記載のＬＥＤモジュール。
8. 前記ＬＥＤモジュールは所定の色再現値の光を放出し、色温度は前記補助ＬＥＤ（２）の制御装置を用いて制御可能である、請求項６または７記載のＬＥＤモジュール。
9. 前記補助ＬＥＤ（２）の少なくとも１つのＬＥＤチップは赤色のスペクトル領域において放出する、請求項１記載のＬＥＤモジュール。
10. 前記補助ＬＥＤ（２）の少なくとも１つのＬＥＤチップ（６）はオレンジ色または黄色のスペクトル領域において放出する、請求項１記載のＬＥＤモジュール。
11. 前記補助ＬＥＤ（２）の少なくとも１つのＬＥＤチップ（７）は緑色または青緑色のスペクトル領域において放出する、請求項１記載のＬＥＤモジュール。
12. 前記補助ＬＥＤ（２）の少なくとも１つのＬＥＤチップ（８）は青色のスペクトル領域において放出する、請求項１記載のＬＥＤモジュール。
13. 前記ＬＥＤモジュールは所定のスペクトルを有する光を放出し、前記補助ＬＥＤ（２）は前記混合光ＬＥＤ（１）のスペクトルにおいて不足しているスペクトル成分を補う、請求項１記載のＬＥＤモジュール。
14. 前記所定のスペクトルは所定の温度におけるプランクの放射体のスペクトルに相応する、請求項１記載のＬＥＤモジュール。

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