JP2006024383A - Led illumination device and led illumination light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄型のLED照明装置に関し、特に、長寿命で、混色性に優れたLED照明装置に関する。 The present invention relates to a thin LED lighting device, and more particularly, to an LED lighting device having a long life and excellent color mixing.
LED光源は、白熱灯や蛍光灯に比べ、非常に小型で寿命が長いというLED固有の優れた特性がある。この特性に着目して、メンテナンス性に優れた光源として、光源の取替えが困難な照明装置への適用が期待されている。 LED light sources have excellent characteristics inherent to LEDs, such as extremely small size and long life compared to incandescent lamps and fluorescent lamps. By paying attention to this characteristic, it is expected that the light source having excellent maintainability is applied to a lighting device in which replacement of the light source is difficult.
ところが、LED光源は、LED自身が白色光を出すことはできない。そこで、異なる光を照射する複数のLEDを集合させて、それらのLEDから出照される光を混色させて、白色光を生成させる方法が一般的に用いられている。典型的な例としては、赤、緑、青色の3色のLEDを集合させて、それらの出射光を混色させて白色を得る方法がある。 However, the LED light source itself cannot emit white light. Therefore, a method is generally used in which a plurality of LEDs that irradiate different lights are gathered and light emitted from these LEDs is mixed to generate white light. As a typical example, there is a method in which LEDs of three colors, red, green, and blue, are gathered and the emitted light is mixed to obtain white.
しかしながら、異なる色を発光するLEDは、もともと、LED自身の構造が異なるので、同一の製造工程から得られるような一定した均一の特性をもつことは難しい。従って、それぞれ異なるLEDからの発光輝度のバラツキ等が生じるのは避けられない。その結果、混色によって生成される光に色ムラが生じてしまうという問題があった。特に、LED照明装置を一般照明として用いる場合、光の色ムラは致命的な欠陥とみなされるので、他の照明装置に匹敵するためには、色ムラをいかに低減するかが重要な課題となっていた。なお、色ムラ低減に関する従来技術としては、特許文献1、2に開示されている。
However, since LEDs that emit different colors originally have different structures, it is difficult to have constant and uniform characteristics that can be obtained from the same manufacturing process. Therefore, it is inevitable that variations in emission luminance from different LEDs occur. As a result, there is a problem that color unevenness occurs in the light generated by the color mixture. In particular, when an LED lighting device is used as general lighting, the color unevenness of light is regarded as a fatal defect, so how to reduce the color unevenness is an important issue in order to be comparable to other lighting devices. It was. In addition, the prior art regarding color unevenness reduction is disclosed in
一方、LED光源は、他の光源に比べ、輝度に関して劣っていた。そのため、高輝度化に向けた様々な技術開発が行われている。そのひとつとして、多数のLEDを高密度に実装する技術や、LEDチップの高ワット化技術がある。これらの技術により、高輝度の小型LED照明装置が実現可能となった。 On the other hand, the LED light source is inferior in luminance as compared with other light sources. For this reason, various technological developments for increasing the brightness have been performed. One of them is a technology for mounting a large number of LEDs at a high density and a technology for increasing the wattage of LED chips. These technologies made it possible to realize a high-luminance small LED lighting device.
しかしながら、LED実装の高密度化や、LEDチップの高ワット化が進むにつれ、LEDチップからの発熱が無視できない大きさになり、LED照明装置の温度が上がってしまうという問題を招いた。LEDの寿命は温度に対して非常に敏感であるという特性をもつため、LED照明装置の温度上昇という問題は、LED照明装置の寿命低下に直接つながる。そこで、LED固有の長寿命という特徴を保持するためには、LED照明装置の放熱効果をいかに高めるかが重要な課題となっていた。なお、放熱効果を高める従来技術としては、特許文献3、4に開示されている。
混色による白色光の色ムラを低減するために、従来、いくつかの手段がとられていたが、その代表的な例として、混色を助長させることを目的として、LEDの照射方向に拡散板等を配置する方法(特開2002−133932号公報)が挙げられる。しかしながら、LEDは指光性が強いため、混色を助長させるための十分な拡散効果を得るには、拡散板を、LEDに対してある程度、空間的に離した距離に配置する必要がある。その結果、拡散板の配置が、LED照明装置の小型化、薄型化の障害になっている。 In order to reduce the color unevenness of white light due to color mixing, some measures have been taken in the past. As a typical example, a diffusion plate or the like is arranged in the LED irradiation direction for the purpose of promoting color mixing. The method (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-133932) is mentioned. However, since the LED has strong finger-lighting properties, it is necessary to dispose the diffusion plate at a certain spatial distance from the LED in order to obtain a sufficient diffusion effect for promoting color mixing. As a result, the arrangement of the diffusion plate is an obstacle to the reduction in size and thickness of the LED lighting device.
上記の方法は、異なる色のLED光を混色させて白色光を生成する方法であるが、それ以外に、一種類のLEDを用いて白色光を得る方法もある。この方法は、青色LEDに蛍光体材料を被覆した構成によるもので、蛍光体材料として、青色の光を吸収して黄色の光を発光する材料を用いる点に特徴がある。すなわち、LED自身から出射される青色の光と、蛍光体材料から発光される黄色の光とを混色させることによって、白色光を得るというものである。確かに、この方法は、一種類のLEDしか用いないので、LED自身の特性のバラツキは少ないが、もともと2色の光の混色であるので、3色の光の混色により生成された白色光に比べ、演色性の点で劣るという本質的な課題を有している。 The above method is a method of generating white light by mixing LED lights of different colors, but there is also a method of obtaining white light using one kind of LED. This method is based on a structure in which a blue LED is coated with a phosphor material, and is characterized in that a material that absorbs blue light and emits yellow light is used as the phosphor material. That is, white light is obtained by mixing blue light emitted from the LED itself and yellow light emitted from the phosphor material. Certainly, this method uses only one type of LED, so there is little variation in the characteristics of the LED itself, but it is originally a color mixture of two colors of light, so it is a white light generated by the color mixture of three colors of light. In comparison, it has an essential problem that it is inferior in color rendering.
一方、LEDチップからの発熱によるLED照明装置の温度の上昇を防ぐために、従来、いくつかの手段がとられていたが、その代表的な例として、LEDチップを実装する基板に放熱板を接触させる方法(特開2003−92003号公報)が挙げられる。しかしながら、高密度に実装されたLEDからの発熱に対して十分な放熱効果を得るためには、LEDの実装面積の何倍もの面積を有する放熱板、あるいは、LEDの実装基板よりも何倍もの厚みを有する放熱板が必要となる。その結果、放熱板の設置が、LED照明装置の小型化、薄型化の障害になっている。 On the other hand, in order to prevent the temperature rise of the LED lighting device due to the heat generated from the LED chip, several means have been conventionally used. As a typical example, the heat sink is brought into contact with the substrate on which the LED chip is mounted. Method (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-92003). However, in order to obtain a sufficient heat dissipation effect against the heat generated from the LEDs mounted at high density, the heat sink having an area several times larger than the LED mounting area or many times larger than the LED mounting board A heat sink having a thickness is required. As a result, the installation of the heat sink is an obstacle to the reduction in size and thickness of the LED lighting device.
上述のごとく、従来のLED照明装置においては、LED固有の長寿命、小型化といった優れた特徴を活かしきれておらず、小型、薄型化されたLED照明装置の実現には、多くの解決すべき課題を残している。 As described above, in the conventional LED lighting device, excellent characteristics such as long life and miniaturization inherent to the LED cannot be fully utilized, and there are many solutions to the realization of a small and thin LED lighting device. There are still challenges.
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、LED照明装置の小型、薄型化の障害になっている要因の中で、とりわけ重要な「色ムラの低減」、及び「放熱効果の向上」の2つの課題を同時に解決した、長寿命で混色性の優れたLED照明装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above points, and among the factors that hinder the miniaturization and thinning of LED lighting devices, particularly important “reduction of color unevenness” and “improvement of heat dissipation effect”. The present invention provides an LED lighting device that solves two problems simultaneously and has a long life and excellent color mixing.
本発明のLED照明装置は、回転基板と、前記回転基板の回転軸に対して、前記回転基板表面に配置された複数のLEDと、前記回転基板を回転軸に対して回転させる回転駆動部と、前記複数のLEDと電気的に接続された点灯回路とを備えている。 The LED illumination device of the present invention includes a rotating substrate, a plurality of LEDs arranged on the surface of the rotating substrate with respect to the rotating shaft of the rotating substrate, and a rotation driving unit that rotates the rotating substrate with respect to the rotating shaft. And a lighting circuit electrically connected to the plurality of LEDs.
上記構成により、回転基板上に配置された複数のLEDが回転することにより、回転するLEDからの光が人間の目に視覚されたとき、複数のLED光の空間的混色に加え、視覚の時間特性による複数のLED光の時間的混色が付加されることによって混色が助長され、その結果、色ムラを低減することができる。また、回転基板の回転により、基板に配置されたLEDに対して空冷作用も同時に働くので、放熱効果が高まり、LEDチップからの発熱によるLED照明装置の温度上昇を併せ防止することができる。 With the above configuration, when a plurality of LEDs arranged on the rotating substrate rotate, when light from the rotating LEDs is visually recognized by the human eye, in addition to spatial color mixing of the plurality of LED lights, a visual time Addition of temporal color mixing of a plurality of LED lights depending on characteristics promotes color mixing, and as a result, color unevenness can be reduced. In addition, since the air cooling action simultaneously acts on the LEDs arranged on the substrate by the rotation of the rotating substrate, the heat dissipation effect is enhanced, and the temperature rise of the LED lighting device due to the heat generated from the LED chip can be prevented.
ある好適な実施形態において、前記複数のLEDは、異なる発光色を有する複数のLEDで構成されていてもよい。 In a preferred embodiment, the plurality of LEDs may be composed of a plurality of LEDs having different emission colors.
前記回転基板の回転により、前記複数のLEDからの出射光は、一定の色の一様な光として視覚される。また、前記回転基板の回転により、前記複数のLEDからの出射光は、白色の一様な光として視覚される。 Due to the rotation of the rotating substrate, the light emitted from the plurality of LEDs is viewed as uniform light of a certain color. Further, the light emitted from the plurality of LEDs is visually recognized as white uniform light by the rotation of the rotating substrate.
ある好適な実施形態において、前記回転基板は、前記回転駆動部により、少なくとも100rpm以上の回転速度で回転することが好ましい。 In a preferred embodiment, it is preferable that the rotating substrate is rotated at a rotation speed of at least 100 rpm by the rotation driving unit.
ある好適な実施形態において、前記複数のLEDは、前記回転基板表面の同心円上に配置されている。なお、異なる径を有する同心円上に配置された各LEDは、前記同心円の円周に沿って略同一の間隔でもって配置されていることが好ましい。また、前記各LEDのうち、少なくとも同一の発光色を有するLEDは、前記同心円の円周に沿って略同一の間隔で配置されていてもよい。 In a preferred embodiment, the plurality of LEDs are arranged on concentric circles on the surface of the rotating substrate. In addition, it is preferable that each LED arrange | positioned on the concentric circle which has a different diameter is arrange | positioned with the substantially same space | interval along the circumference of the said concentric circle. In addition, among the LEDs, LEDs having at least the same emission color may be arranged at substantially the same intervals along the circumference of the concentric circles.
ある好適な実施形態において、第1の発光色を有する複数のLEDと、第2の発光色を有する複数のLEDは、前記回転基板上に配置され、前記回転基板の回転により、第1の発光色を有する複数のLEDからの出射光の単位面積当りの輝度と、第2の発光色を有する複数のLEDからの出射光の単位面積当りの輝度が、一定の比率を有している。 In a preferred embodiment, the plurality of LEDs having the first emission color and the plurality of LEDs having the second emission color are arranged on the rotating substrate, and the first light emission is caused by the rotation of the rotating substrate. The luminance per unit area of the emitted light from the plurality of LEDs having a color and the luminance per unit area of the emitted light from the plurality of LEDs having the second emission color have a certain ratio.
ある好適な実施形態において、前記回転基板は、回転ステ−ジとLED実装基板からなり、前記複数のLEDは、前記LED実装基板上に実装され、前記LED実装基板は、前記回転ステ−ジ上に着脱可能に載置されている。 In a preferred embodiment, the rotating board includes a rotating stage and an LED mounting board, the plurality of LEDs are mounted on the LED mounting board, and the LED mounting board is on the rotating stage. Is detachably mounted.
また、前記LED実装基板の中心軸部にLED用の給電端子が設けられ、該給電端子は、前記点灯回路と電気的に接続されている。 In addition, an LED power supply terminal is provided at the central axis portion of the LED mounting substrate, and the power supply terminal is electrically connected to the lighting circuit.
なお、前記LED実装基板は、円盤状になっていてもよい、また、前記複数のLEDは、前記LED実装基板の同心円上に配置されて実装されているのが好ましい。 The LED mounting board may be disk-shaped, and the plurality of LEDs are preferably arranged and mounted on concentric circles of the LED mounting board.
ある好適な実施形態において、前記回転基板は、該回転基板の表面から裏面に貫通する複数の貫通孔を有する。また、前記複数の貫通孔は、前記回転基板の同心円上に一定の間隔をもって形成されていてもよい。 In a preferred embodiment, the rotating substrate has a plurality of through holes penetrating from the front surface to the back surface of the rotating substrate. Further, the plurality of through holes may be formed on the concentric circles of the rotating substrate with a constant interval.
なお、前記LED実装基板は、円盤状になっていてもよい、また、前記複数のLEDは、前記LED実装基板の同心円上に配置されて実装されているのが好ましい。前記回転基板は、透明カバ−で覆われ、該透明カバ−の側面には吸排気孔が形成されている。 The LED mounting board may be disk-shaped, and the plurality of LEDs are preferably arranged and mounted on concentric circles of the LED mounting board. The rotating substrate is covered with a transparent cover, and intake and exhaust holes are formed on the side surface of the transparent cover.
なお、前記吸排気孔は、前記透明カバ−の側面の対向する位置に形成され、一の吸排気孔から吸気され、他の吸排気孔から排気されることが好ましい。 The intake / exhaust holes are preferably formed at opposing positions on the side surface of the transparent cover, and are sucked from one intake / exhaust hole and exhausted from another intake / exhaust hole.
また、前記回転基板の表面は、LEDから出射される光を反射する反射面になっていてもよい。 The surface of the rotating substrate may be a reflecting surface that reflects light emitted from the LED.
ある好適な実施形態において、前記LED照明装置は、液晶表示装置のバックライトとして用いられる。 In a preferred embodiment, the LED illumination device is used as a backlight of a liquid crystal display device.
本発明のLED照明光源は、LED実装基板と、前記LED実装基板表面に実装された複数のLEDと、前記LED実装基板の中心軸部に設けられたLED用の給電端子とを備えている。 The LED illumination light source of the present invention includes an LED mounting board, a plurality of LEDs mounted on the surface of the LED mounting board, and a power supply terminal for LED provided on a central axis portion of the LED mounting board.
ある好適な実施形態において、前記LED実装基板は、円盤状になっており、前記複数のLEDは、前記LED実装基板表面の同心円上に実装されている。 In a preferred embodiment, the LED mounting substrate has a disk shape, and the plurality of LEDs are mounted on concentric circles on the surface of the LED mounting substrate.
本発明に係るLED照明装置は、回転基板上に配置された複数のLEDが回転することにより、回転するLEDからの光が人間の目に視覚されたとき、複数のLED光の空間的混色に加え、視覚の時間特性による時間的混色が付加されることによって混色が助長されるので、色ムラを低減することができる。また、回転基板の回転により、そこに配置されたLEDに対して空冷作用も同時に働くので、放熱作用が働き、LEDチップからの発熱によるLED照明装置の温度上昇を併せ防止することができる。 The LED lighting device according to the present invention rotates a plurality of LEDs arranged on a rotating substrate, so that when the light from the rotating LEDs is visually recognized by the human eye, the plurality of LED lights are spatially mixed. In addition, since color mixing is promoted by adding temporal color mixing based on visual temporal characteristics, color unevenness can be reduced. In addition, since the air cooling action works simultaneously on the LEDs arranged there by the rotation of the rotating substrate, the heat radiation action works, and the temperature rise of the LED lighting device due to the heat generated from the LED chip can be prevented.
また、複数のLEDが配置された回転基板の回転による上記効果は、薄型の回転機構を付加することによって実現できるので、従来、混色や放熱手段としての拡散板や放熱板の配置に必要とされた空間が不要となり、小形、薄型のLED照明装置を実現することができる。 In addition, since the above-described effect due to the rotation of the rotating substrate on which a plurality of LEDs are arranged can be realized by adding a thin rotating mechanism, it has been conventionally required for the arrangement of diffusion plates and heat sinks as color mixing and heat dissipation means. Therefore, a small and thin LED lighting device can be realized.
さらに、回転による混色の助長を効果的に発揮させるためには、100rpm程度の回転速度で十分であるので、高速で、高性能な回転機構は必要とせず、安価な回転機構を用いて本発明のLED照明装置を実現することができる。 Furthermore, in order to effectively promote color mixing by rotation, a rotation speed of about 100 rpm is sufficient, so a high-speed and high-performance rotation mechanism is not required, and an inexpensive rotation mechanism is used in the present invention. LED lighting device can be realized.
加えて、本発明に係るLED照明光源は、LED照明装置に着脱可能であるので、メンテナンスが容易で、かつ、形状等を統一すれば、いろいろなバリエーションに対応した照明光源を提供することができる。 In addition, since the LED illumination light source according to the present invention can be attached to and detached from the LED illumination device, if the maintenance is easy and the shape and the like are unified, an illumination light source corresponding to various variations can be provided. .
従来の混色による白色光の生成は、いわば空間的な混色、換言すれば、人の視覚の空間的な分解能により実効的な混色が行なわれるもので、このような空間的な混色を実効あるものにするためには、物理的空間の確保が不可欠となる。これは、空間的な混色の方法を採用する限り、照明装置の小型化、薄型化には限界があることを意味する。 The conventional generation of white light by color mixing is, so to speak, spatial color mixing, in other words, effective color mixing is performed by the spatial resolution of human vision, and such spatial color mixing is effective. In order to achieve this, it is essential to secure physical space. This means that as long as the spatial color mixing method is adopted, there is a limit to the reduction in size and thickness of the lighting device.
そこで、本願発明者は、人の視覚の空間的な分解能に起因する空間的混色の効果に加え、人の視覚の時間的な分解能に起因する時間的混色の効果を付加することによって、混色効果を助長させることができる点に着目した。すなわち、基板上に複数のLEDを空間的に配置して空間的混色を図ると共に、LEDが配置された基板を回転させることによって、時間的混色を付加することにより、混色の助長を図ることが可能となる。そして、人の視覚の時間的な分解能を考慮すれば、このような回転による時間的混色の付加による混色効果の助長は、ある一定の回転速度、例えば、100rpm程度の回転速度を与えるだけで十分であり、また、一定の回転速度以上であれば、回転速度にバラツキがあっても、混色効果には影響を及ぼさない。つまり、CDやDVDの電子機器に用いられているような、高速かつ高精度な回転機構を用いることなく、安価な回転機構でもって本発明の色ムラ低減の効果を実現することができる。 Therefore, the inventor of the present application adds a temporal color mixing effect caused by the temporal resolution of human vision in addition to the spatial color mixing effect caused by the human visual spatial resolution, thereby providing a color mixing effect. We focused on the point that can promote. That is, a plurality of LEDs are spatially arranged on the substrate to achieve spatial color mixing, and the color mixing is promoted by adding temporal color mixing by rotating the substrate on which the LEDs are arranged. It becomes possible. In consideration of the temporal resolution of human vision, the promotion of the color mixing effect by the addition of temporal color mixing by such rotation is sufficient to give a certain rotation speed, for example, a rotation speed of about 100 rpm. In addition, if the rotational speed is equal to or higher than a certain rotational speed, even if the rotational speed varies, the color mixing effect is not affected. In other words, the color unevenness reduction effect of the present invention can be realized with an inexpensive rotation mechanism without using a high-speed and high-accuracy rotation mechanism as used in electronic devices such as CDs and DVDs.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of simplicity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
(実施の形態1)
図1及び図2は、本発明の実施の形態1におけるLED照明装置100の基本的な構成を示した図である。図1は、LED照明装置100の平面図で、図2は、LED照明装置100の側面図である。図1及び図2に示すように、LED照明装置100は、回転基板10と、当該回転基板10の回転軸Aに対して、回転基板表面に配置された複数のLED11と、回転基板10を回転軸Aに対して回転させる回転駆動部12と、複数のLEDと電気的に接続された点灯回路13を備える。
(Embodiment 1)
1 and 2 are diagrams showing a basic configuration of
回転基板10の表面に配置された複数のLED11から出射される光は、空間的混色が不十分である場合は、色ムラの生じた光として認識されるが、回転基板10を回転させることにより、回転による時間的混色が付加されるので、混色の効果が助長され、色ムラを低減することができる。また、回転基板10の回転により、そこに配置されたLED11に対して空冷作用が働くので、放熱効果が高まり、LEDチップからの発熱によるLED照明装置の温度上昇を防止することができる。
Light emitted from the plurality of
異なる発光色を有する複数のLEDを配置した場合、複数のLEDから出射される光は、回転速度によらず、各LEDから出射される光の色度及び光度から一義的に決められる一定の色の一様な光として視覚される。例えば、赤色、緑色、青色の発光色を有する3種類のLEDを配置した場合には、白色の一様な光として視覚される。なお、このような回転による混色の助長は、1種類の発光色を有する複数のLEDを配置した場合にも、同様の効果が期待できる。すなわち、たとえ1種類のLEDを用いたとしても、各LEDは光度においてバラツキがあった場合、回転を与えないとしたら、全体として一様でない光として認識されるものを、回転を与えることによって一様な光として認識されるという効果が得られる。 When a plurality of LEDs having different emission colors are arranged, the light emitted from the plurality of LEDs is a fixed color that is uniquely determined from the chromaticity and the light intensity of the light emitted from each LED regardless of the rotation speed. Visualized as uniform light. For example, when three types of LEDs having red, green, and blue emission colors are arranged, it is visually recognized as white uniform light. It should be noted that the same effect can be expected for the promotion of color mixing by such rotation even when a plurality of LEDs having one kind of emission color are arranged. That is, even if one type of LED is used, if each LED has a variation in luminous intensity, if it does not give rotation, what is recognized as non-uniform light as a whole can be reduced by applying rotation. The effect of being recognized as such light is obtained.
本発明において、回転による混色の助長効果を得るために必要な回転基板の回転速度は、回転基板に配置する複数のLEDの密度、すなわち、空間的混色の度合いによるが、100rpm程度の低速回転を与えれば、十分その効果を発揮することができる。 In the present invention, the rotation speed of the rotating substrate necessary for obtaining the effect of promoting color mixing by rotation depends on the density of a plurality of LEDs arranged on the rotating substrate, that is, the degree of spatial color mixing, but the rotation speed is about 100 rpm. If given, the effect can be sufficiently exhibited.
なお、回転による混色の効果は、一定の回転速度を越えた範囲では変わらないので、それ以上の回転機構は必要とされない。また、回転速度のバラツキも、一定の回転速度以上であれば、混色の効果に影響を及ぼさない。従って、本発明の実施に当たっては、高速でかつ高精度な回転機構は必要とせず、安価な回転機構を用いて、本発明の効果を奏するLED照明装置が実現できる。 Note that the effect of color mixing due to rotation does not change in a range exceeding a certain rotation speed, and therefore no further rotation mechanism is required. Further, the variation in the rotation speed is not affected by the color mixing effect as long as the rotation speed is equal to or higher than a certain rotation speed. Therefore, in implementing the present invention, a high-speed and high-accuracy rotation mechanism is not required, and an LED illumination device that exhibits the effects of the present invention can be realized using an inexpensive rotation mechanism.
次に、図3を参照しながら、LEDの具体的な配置の例を説明する。図3に示すように、回転基板10の表面に、赤色LED21、緑色LED22、青色LED23が、それぞれ、回転基板10の異なる径を有する同心円d1〜d4上に、かかる順番で配置されている。最内殻の同心円d1から最外殻の同心円d4上には、それぞれ各LEDが、1個ずつ増えて配置されている。
Next, an example of a specific arrangement of LEDs will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the
各LEDは、同心円の円周に沿って、ほぼ一定の間隔で配置されているが、異なる径を有する同心円上に配置された各LEDは、それぞれの同心円の円周に沿ってほぼ同一の間隔でもって配置されている。各同心円において同一の間隔としたのは、各同心円上でのLEDの移動ピッチを揃えるためである。このようなLEDの配置により、回転基板10の回転によって、複数のLEDからの出射光は、白色の一様な光として視覚されることができる。なお、上記の配置は、各LEDの発光輝度が概ね同じであるとした場合の例であって、LED発光輝度が異なる場合には、各LEDの発光輝度の差に応じて、LEDの数を調整することが必要である。また、白色と言っても一定の色度範囲があり(例えば、黒体軌跡1000K〜2000Kで、Duv15以内等)、これらの色度調整は、さらに、各LEDの輝度を調整することによって行なうことができる。
The LEDs are arranged at substantially constant intervals along the circumference of the concentric circles, but the LEDs arranged on the concentric circles having different diameters are arranged at substantially the same intervals along the circumference of the respective concentric circles. Arranged with it. The reason why the intervals are the same in each concentric circle is to align the movement pitch of the LEDs on each concentric circle. With the arrangement of the LEDs, the light emitted from the plurality of LEDs can be viewed as white uniform light by the rotation of the rotating
上記の例は、各LEDを同心円上に配置した一例を示したものだが、回転により一定の色の一様な光を得るための効果的なLEDの配置に関する一般的指針について、図4を参照しながら、以下説明をする。なお、説明を簡単にするために、2種類のLEDを配置した場合を例として説明する。 The above example shows an example in which the LEDs are arranged concentrically, but see FIG. 4 for general guidelines on effective LED placement to obtain uniform light of constant color by rotation. The following will be explained. In order to simplify the description, a case where two types of LEDs are arranged will be described as an example.
図4に示すように、第1の発光色を有するLED21a、21bと、第2の発光色を有するLED22a、22bは、回転基板10上の図4に示された位置に配置されている場合を考える。回転基板10が一定の角速度ωで、所定時間tだけ回転したとき、各LEDは、図4に示すように、ωtの角度をもった円弧状の領域A、B、C、及びDを移動したことになる。
As shown in FIG. 4, the
図4からも分かるように、異なる同心円上に配置されたLED21aの移動面積A、LED21bの移動面積Cは異なる。従って、LED21aから得られる単位面積当りの輝度は、LED21bから得られる単位面積当りの輝度よりも小さい。つまり、回転により認識される輝度は、LED21aの方がLED21bよりも小さくなり、一様な光とはならない。換言すると、一様な光を得るためには、LED21a及びLED21bからの出射光の単位面積当りの輝度を同じにしなければならない。図3に示した、各LEDを同心円上で一定の間隔をもって配置する方法は、単位面積当りの輝度を同じにする調整方法の一例である。
As can be seen from FIG. 4, the moving area A of the
一方、異なる発光色を回転により混色して得られる一定の色は、LED21aからの単位面積当りの輝度と、LED22aからの単位面積の輝度の比によって定まる。図4に示すように、同じ同心円上に配置されたLED21aの移動面積Aと、LED21bの移動面積Bは同じであるので、両者の単位面積当りの輝度の比の調整は、LED21a及びLED21bの固有の輝度(1個当りの輝度)の比をもって調整することにより行うことができる。あるいは、移動面積A及びB内に実効的に配置されるLED21a及びLED21bの個数の比をもって調整することも可能である。
On the other hand, a certain color obtained by mixing different emission colors by rotation is determined by the ratio of the luminance per unit area from the
上記の一般的指針に従って、複数のLEDを回転基板上に配置することにより、一定の色の一様な光を得ることができるようになるが、より簡便な方法として、図5又は図6に示すような配置方法を取ることもできる。なお、説明を簡単にするために、2種類のLEDを配置した場合を例として説明する。 By arranging a plurality of LEDs on the rotating substrate according to the above general guidelines, it becomes possible to obtain uniform light of a certain color. As a simpler method, FIG. 5 or FIG. An arrangement method as shown can also be taken. In order to simplify the description, a case where two types of LEDs are arranged will be described as an example.
図5に示す配置例は、回転基板10の表面を、仮想的に同じ面積の直角三角形からなる区域31に分割し、各区域31毎に、異なる発光色を有するLED21及びLED22を交互に配置したものである。これにより、LED21からの単位面積当りの輝度と、LED22からの単位面積の輝度の比を、概ね一定の値に定めることができ、その結果、回転により一定の色の一様な光を得ることができる。
In the arrangement example shown in FIG. 5, the surface of the rotating
図6に示す配置例は、回転基板10の表面を、仮想的に同じ面積の正方形からなる区域32に分割し、各区域32毎に、異なる発光色を有するLED21及びLED22を交互に配置したものである。これにより、図5に示した配置例と同様に、LED21からの単位面積当りの輝度と、LED22からの単位面積の輝度の比を、概ね一定の値に定めることができ、その結果、回転により一定の色の一様な光を得ることができる。
In the arrangement example shown in FIG. 6, the surface of the rotating
なお、上記の配置例は、各区域に1個ずつのLEDを配置するものとして説明をしたが、回転による混色で得ようとする所望の色、各LEDの発光輝度等に応じて、適宜配置するLEDの個数等の調整を行なうことができる。 The above arrangement example has been described assuming that one LED is arranged in each area. However, the arrangement is appropriately arranged according to a desired color to be obtained by color mixing by rotation, light emission luminance of each LED, and the like. The number of LEDs to be adjusted can be adjusted.
次に、図7を参照しながら、回転基板10上に配置された複数のLEDに点灯回路から電源を供給する方法について説明をする。図7に示すように、3色(赤色、緑色、青色)のLED21、22、23が複数個、回転基板10上に配置されている。なお、図7では、3個ずつ配置されたLED21、22、23のみを表示し、他の配置されたLEDは省略している。
Next, a method for supplying power from the lighting circuit to the plurality of LEDs arranged on the rotating
図7に示すように、回転基板10の中心部に、正の電源端子と負の電源端子を有する給電端子40が設けられ、回転基板10の内側及び外側に、正の電源を供給する電源供給線41、及び負の電源を供給する電源供給線42が、それぞれ、回転基板10中に同心円状で埋設されている。また、給電端子40の各電源端子(図示せず)は、正負の電源供給線41、42と、配線43及び44で接続されている。各LED21、22、23は直列に接続されており、最内郭に位置するLED21、22、23は、正の電源を供給する電源供給線41に接続され、最外郭に位置するLED21、22、23は、負の電源を供給する電源供給線42に接続されている。なお、給電端子40は、LED照明装置に設けられた点灯回路(図示せず)に接続されている。
As shown in FIG. 7, a
上記のような接続により、回転基板10に配置された各LED21、22、23に電源が供給されるが、3色のLEDへの電源供給は、共通の電源供給線により行なわれているので、LEDの種類毎に独立した点灯制御ができない。従って、予め決められたLEDの配置のもと、回転による混色で得られる色は、一定の色に限られる。
With the connection as described above, power is supplied to each of the
従って、回転による混色で得られる色を、所望の色に制御したい場合には、3色のLEDを独立して点灯制御することが必要になる。図8は、そのような目的でなされた配線の構成を示す図である。 Therefore, when it is desired to control a color obtained by color mixing by rotation to a desired color, it is necessary to control lighting of the three color LEDs independently. FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the wiring made for such a purpose.
基本的な構成は、図7に示した構成と同じで、正の電源を供給する電源供給線41、及び負の電源を供給する電源供給線42を、それぞれ3本の独立した線に分けた点が異なる。これに対応して、給電端子40にも、独立した3組の正負の電源端子(図示せず)が形成され、各電源端子と、正負の電源供給線41、42は、配線43a、43b、43c、44a、44b、44cでそれぞれ接続されている。これにより、3色のLEDは、独立して点灯制御されるので、所定の電圧を各LEDに印加することにより、回転による混色で、所望の色光が得られることになる。
The basic configuration is the same as the configuration shown in FIG. 7, and the
次に、図9を参照しながら、回転基板10上へのLEDの配置の方法と、上述した回転基板10に配設された配線とLEDとの接続方法について、説明をする。
Next, a method for arranging LEDs on the rotating
図9に示すように、各LED21a、21b、21cの電極(図示せず)は、回転基板(一部拡大)10の表面に形成された電極50とバンプ51を介して、フリップチップ法により実装されている。回転基板10中には、(負の)電源供給線42が埋設されており、同じく回転基板10中に埋設された配線44を介して、給電端子(図示せず)に接続されている。最外郭に位置するLED21の一方の電極は、電源供給線42に接続され、LED21の他の電極は、隣接するLED21bの一方の電極と回転基板10上に形成された配線52で接続されている。同様に、LED21bは、隣接するLED21cと直列に配線接続されている。
As shown in FIG. 9, the electrodes (not shown) of the
なお、本発明のLED照明装置における回転駆動部12は、回転基板10を回転させるものであれば、特にその構造は限定されないが、LED照明装置の薄型化に対応するためには、薄型の構造のものが好ましい。例えば、特開2003−324923号公報に開示されているようなスピンドルモ−タを採用すれば、モータ部と回転基板を一体的な構成にすることができるので、より薄型のLED照明装置が実現できる。
The structure of the
(実施の形態2)
本発明のLED照明装置において、複数のLEDは回転基板の表面に配置されているが、図9に示したように、LEDが回転基板表面に直接実装されていると、回転基板に配置されたLEDは固定されたものになってしまう。従って、このような照明装置として利用できる光色は限られた範囲のものになってしまい、いろいろなバリエ−ションの色彩を演出する照明装置としては対応できない。
(Embodiment 2)
In the LED lighting device of the present invention, the plurality of LEDs are arranged on the surface of the rotating substrate. However, as shown in FIG. 9, when the LEDs are directly mounted on the surface of the rotating substrate, the LEDs are arranged on the rotating substrate. The LED becomes fixed. Therefore, the light colors that can be used as such a lighting device are limited, and cannot be used as a lighting device that produces various variations of colors.
本発明の実施の形態2に係わるLED照明装置は、このような要請に対応できるLED照明装置を実現するもので、LEDを実装する回転基板を着脱可能な構成にした点を特徴とする。 The LED lighting apparatus according to Embodiment 2 of the present invention realizes an LED lighting apparatus that can meet such a demand, and is characterized in that a rotating board on which an LED is mounted is detachable.
図10(a)、(b)は、本実施の形態2における着衣可能な回転基板10の構成を示す図である。図10(a)に示すように、円盤状の回転ステ−ジ10aは、その中心部に突起状のチャック部60が形成され、その上方には、円盤状のLED実装基板10bが配置されている。LED実装基板10bは、その表面に複数のLED21が実装され、その中心部には、円柱状の凹部61が形成されている。
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing the configuration of the
図10(b)に示すように、LED実装基板10bは、回転ステ−ジ10aのチャック部60と、LED実装基板10bの凹部61とが噛み合わる格好で、回転ステ−ジ10a上に載置することができる。回転ステ−ジ10aは、回転可能に制御され、そこに載置されたLED実装基板10bも、回転ステ−ジ10aと一体となって回転することができる。
As shown in FIG. 10B, the
LED実装基板10bは、回転ステ−ジ10a上に着脱可能に載置されるが、LEDへの給電は、回転ステ−ジ10aを介して行なう必要がある。そこで、LED実装基板10bの表面に実装されたLEDへの給電の方法について、図11及び図12を参照しながら説明する。
The
図11は、回転ステ−ジ10aにおいて、チャック部60の構成を拡大して示した図である。図11に示すように、チャック部60の側面に2本の給電端子62a、62bが、外周に沿って形成されている。
FIG. 11 is an enlarged view of the structure of the
一方、図12は、LED実装基板10bにおいて、凹部61の構成を拡大して示した図である。図12に示すように、凹部61の内側面には、チャック部60と同じように、2本の給電端子63a、63bが、内周に沿って形成されている。
On the other hand, FIG. 12 is an enlarged view of the configuration of the
図10(b)に示したように、LED実装基板10bを回転ステ−ジ10a上に載置したとき、凹部61がチャック部60に嵌め合わされるので、それぞれの給電端子同士が接触し、導通状態になる。なお、LED実装基板10bに実装されたLEDへの給電は、図7〜9で示した方法と同様の方法で、凹部61に形成された給電端子63a、63bから、各LEDの電極までを配線により接続することにより行なわれる。
As shown in FIG. 10 (b), when the
なお、ここでは、図を簡略にするために、正負の2本の給電端子しか描いていないが、例えば、3色のLEDに独立の電源を供給したい場合には、6本の給電端子が外周に沿って形成されればよい。 Here, for the sake of simplicity, only two positive and negative power supply terminals are drawn here. However, for example, when it is desired to supply independent power to three-color LEDs, the six power supply terminals are arranged on the outer periphery. It may be formed along.
本実施の形態2におけるLED照明装置は、複数のLEDが実装されたLED実装基板10bが、回転ステ−ジ10a上に着脱可能に載置されるので、LED実装基板10bを取り替えることによって、異なる色彩の照明光が得られるようにすることができる。また、LED実装基板10自身に、LED用の給電端子が設けられているので、給電端子の形状を統一しておけば、異なる照明装置に装着することも可能となり、汎用的なLED照明光源としても利用できる。さらに、LED実装基板だけを取り外しすることができるので、LEDが故障した場合などのメンテナンスも容易になる。
The LED lighting device according to the second embodiment is different by replacing the
(実施の形態3)
本発明のLED照明装置は、空間的な混色に加え、回転による時間的混色を付加することにより、一定の色の一様な光として認識するという視覚的効果を奏するが、さらに、回転により、LEDに対して空冷作用が働くので、放熱作用が働き、LEDチップからの発熱によるLED照明装置の温度上昇を防止できるという効果も併せ発揮することができる。
(Embodiment 3)
The LED lighting device of the present invention has a visual effect of recognizing as uniform light of a certain color by adding temporal color mixing by rotation in addition to spatial color mixing. Since the air cooling action works on the LED, the heat radiation action works, and the effect that the temperature rise of the LED lighting device due to the heat generated from the LED chip can be prevented can be exhibited.
図13(a)、(b)は、本実施の形態3におけるLED照明装置の構成を示す図で、回転による放熱作用をより高める工夫を加えてものである。 FIGS. 13A and 13B are diagrams illustrating the configuration of the LED lighting device according to the third embodiment, in which a device for further increasing the heat radiation effect by rotation is added.
図13(a)は、LED照明装置110を平面から見た図で、図13(b)は、LED照明装置110を横から見た図である。図13(a)、(b)に示すように、回転基板10上に、複数のLED(ここでは、一部のLEDのみ表示)が配置されるとともに、回転基板10に、回転基板10の表面から裏面に貫通する複数の貫通孔70が形成されている。貫通孔70は、同心円上を概ね一定の間隔をもって形成されているが、LEDの配置状態等によって、貫通孔70の位置を適宜決めてもよい。
Fig.13 (a) is the figure which looked at the
また、回転による放熱作用をさらに高めるために、図14に示したように、貫通孔70を斜めに形成し、さらに、貫通孔70の上部近傍に、庇71を設けておけば、貫通孔70の底部から入った気流が、庇71でLEDチップ11の方向に曲げられ、LED11の放熱作用をより高めることができる。
Further, in order to further enhance the heat radiation effect due to rotation, as shown in FIG. 14, if the through
図15は、回転基板10が透明カバ−80で覆われた構成のLED照明装置を示すもので、透明カバ−80の側面に吸排気孔81、82を設け、気流の流れをより効率的にしたものである。一般の照明装置においては、回転基板10に配置されたLED11の出射光を直接見ることはせず、透明なカバ−を被せ、そこを通過した光を見るのが普通である。従って、透明なカバ−で覆われた空間は、LEDからの放熱が溜まりやすく、放熱効果を下げる原因となる。
FIG. 15 shows an LED illuminating device having a structure in which the rotating
そこで、図15に示すように、透明カバ−80の側面に吸排気孔81、82を設ければ、一方の吸排気孔81から吸気され、他方の吸排気孔82から排気される気流が得られるので、透明カバ−80で覆われた空間に熱が溜まることなく、効率のよい放熱をすることができる。なお、透明カバ−80は、少なくとも、回転基板10に配置されたLED光の出射方向において透明であればよい。
Therefore, as shown in FIG. 15, if air intake and
ところで、回転体に3色(赤、緑、青色)の発光体を装着する技術が、特開2004−55563号公報に開示されているが、当該特許文献に開示された技術は、バックライトに使用される導光板に、回転体の回転させることにより、回転体に装着された3色の発光体の光を順次入射させるというもので、いわゆるフィ−ルドシ−ケンシャル方式のカラ−液晶表示素子におけるバックライトの時分割駆動を実現することを目的とするものである。従って、この目的を達成するためには、発光体は、回転体の外周面(回転軸に平行な面)に装着させる構成をとることが必然で、本発明のように、回転基板の回転面(回転軸に垂直な面)にLEDを配置する構成とは全く異なるものである。また、当該特許文献には、本願発明の目的とする、回転により3色の光を混色させて白色光を得るような技術は開示も示唆もなれていない。よって、当該特許文献に開示された「複数の発光体が装着された回転体」は、目的、構成、効果において、本発明とは全く異なるもので、かかる先行技術から本願発明を容易に想到できるものではない。 By the way, although the technique which mounts the light-emitting body of three colors (red, green, blue) on a rotating body is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-55563, the technique disclosed by the said patent document is a backlight. In the so-called field sequential type color liquid crystal display element, light of three color light emitters mounted on the rotating body is sequentially incident on the light guide plate used by rotating the rotating body. The purpose is to realize time-division driving of the backlight. Therefore, in order to achieve this object, the light emitter must be configured to be mounted on the outer peripheral surface (a surface parallel to the rotation axis) of the rotating body. As in the present invention, the rotating surface of the rotating substrate is used. This is completely different from the configuration in which the LEDs are arranged on the (surface perpendicular to the rotation axis). Further, the patent document does not disclose or suggest a technique for obtaining white light by mixing three colors of light by rotation, which is an object of the present invention. Therefore, the “rotor mounted with a plurality of light emitters” disclosed in the patent document is completely different from the present invention in terms of purpose, configuration and effect, and the present invention can be easily conceived from such prior art. It is not a thing.
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、回転基板10の表面を、LEDから出射される光を反射する反射面とすることにより、出射効率をより高めることができる。また、回転基板10の中心部は回転による混色効果が得られないので、中心部に白色のLEDを配置することにより、白色光の一様性をより高めることができる。さらに、本発明のLED照明装置は、薄型化に適しているので、液晶表示装置のバックライトとしても利用することができる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible. For example, by making the surface of the rotating
本発明によれば、長寿命で混色性の優れたLED照明装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an LED lighting device having a long life and excellent color mixing.
10 回転基板
10a 回転ステ−ジ
10b LED実装基板
11 LEDチップ
12 回転駆動部
13 点灯回路
21,22,23 LED
40,62,63 給電端子
41,42 電源供給線
43,44 配線
50 電極
51 バンプ
60 チャック部
61 凹部
70 貫通孔
71 庇
80 透明カバ−
81,82 吸排気孔
100,110 LED照明装置
DESCRIPTION OF
40, 62, 63
81,82 Intake / exhaust hole 100,110 LED lighting device
Claims (17)
前記回転基板の回転軸に対して、前記回転基板表面に配置された複数のLEDと、
前記回転基板を回転軸に対して回転させる回転駆動部と、
前記複数のLEDと電気的に接続された点灯回路と
を備えたLED照明装置。 A rotating substrate;
A plurality of LEDs arranged on the surface of the rotating substrate with respect to the rotation axis of the rotating substrate;
A rotation drive unit that rotates the rotating substrate with respect to a rotation axis;
An LED lighting device comprising a lighting circuit electrically connected to the plurality of LEDs.
前記回転基板の回転により、第1の発光色を有する複数のLEDからの出射光の単位面積当りの輝度と、第2の発光色を有する複数のLEDからの出射光の単位面積当りの輝度が、一定の比率を有していることを特徴とする請求項3または4に記載のLED照明装置。 A plurality of LEDs having a first emission color and a plurality of LEDs having a second emission color are disposed on the rotating substrate,
Due to the rotation of the rotating substrate, luminance per unit area of light emitted from the plurality of LEDs having the first emission color and luminance per unit area of light emitted from the plurality of LEDs having the second emission color are increased. The LED lighting device according to claim 3, wherein the LED lighting device has a certain ratio.
前記複数のLEDは、前記LED実装基板上に実装され、
前記LED実装基板は、前記回転ステ−ジ上に着脱可能に載置されている
ことを特徴とする請求項1に記載のLED照明装置。 The rotating board includes a rotating stage and an LED mounting board,
The plurality of LEDs are mounted on the LED mounting substrate,
The LED lighting device according to claim 1, wherein the LED mounting substrate is detachably mounted on the rotating stage.
前記LED実装基板表面に実装された複数のLEDと、
前記LED実装基板の中心軸部に設けられたLED用の給電端子と
を備えたLED照明光源。 An LED mounting board;
A plurality of LEDs mounted on the surface of the LED mounting substrate;
The LED illumination light source provided with the electric power feeding terminal for LED provided in the center axis | shaft part of the said LED mounting substrate.
前記複数のLEDは、前記LED実装基板表面の同心円上に実装されていることを特徴とする請求項15に記載のLED照明光源。 The LED mounting substrate has a disk shape,
The LED illumination light source according to claim 15, wherein the plurality of LEDs are mounted on concentric circles on the surface of the LED mounting substrate.
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