JP2007059272A

JP2007059272A - 照明装置及び照明方法

Info

Publication number: JP2007059272A
Application number: JP2005244864A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Osumi; 吉正大角; Hironobu Kiyomoto; 浩伸清本; Takahiro Ayabe; 隆広綾部
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】赤みを帯びた白色光を発光させることができ、高演色性を実現でき、均一白色発光が可能で、かつ製造の容易な照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１１は、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９からなる。第１のＬＥＤ発光素子１６は、赤色発光のＬＥＤチップ１２、緑色発光のＬＥＤチップ１３及び青色発光のＬＥＤチップ１４を透明パッケージ１５内に封止したものである。第２のＬＥＤ発光素子１９は、黄色発光のＬＥＤチップ１７、緑色発光のＬＥＤチップ１３及び青色発光のＬＥＤチップ１４を透明パッケージ１８内に封止したものである。照明装置１１では、赤色光の強度のピーク値と、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.８５：０.５：０.３５
程度となっている。
【選択図】図６

Description

本発明は、赤みを帯びた発光色と高演色性を有する照明装置及び照明方法に関するものである。

照明用光源としては、現在、蛍光灯と電球が広く用いられている。また、ＬＥＤ（発光ダイオード）は照明分野における応用が期待されており、ＬＥＤを照明用光源として用いた照明装置についても研究が進められている。

ＬＥＤは現在主としてディスプレイ用に用いられており、低電力で高輝度発光が可能、寿命が長いといった特徴がある。さらに、照明分野の応用を考えた場合、ＬＥＤから放射される光には、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いという特徴がある。紫外線などの可視光以外の光が少ないという特徴は、照明用光源として発熱量が少ない、紫外線による悪影響（例えば、照明対象物の褪色）が少ないといった有益な効果をもたらし、ＬＥＤ照明を観賞用の照明やスポットライト等の用途に用いるのに最適である。また、ＬＥＤには水銀が含まれないので、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ものと言える。

上記のようにＬＥＤを照明用光源として用いた照明装置は、今後益々その要求が高まると思えるが、実際にはＬＥＤの照明分野への応用は未だほんの一部に限られている。

その理由としては様々なものが考えられるが、現在のＬＥＤを用いた照明装置は、ＬＥＤの光源としての特殊性故に、これまでの蛍光灯や電球が満たしている照明装置としての性能の全ては満足出来ていないことが大きいと考える。そしてその中でも、ＬＥＤを今後一般的な照明用途に用いる場合、次の３つが特に重要になると考えられる。
（１）高演色性
（２）均一白色発光
（３）均一輝度発光
高演色性とは、自然光に近い見え方で照明対象物を鮮やかに発色させることである。均一白色発光とは、照明装置の発光面全面がほぼ同じ色温度の白色で発光していて色むらのないことである。均一輝度発光とは、照明装置の発光面全面が均一な強度で発光していて輝度むらのないことである。また、ＬＥＤ光源を用いた照明装置には、
（４）製造が容易（量産性）で高信頼性と安定性を有していること
が要求されることも当然である。

白色ＬＥＤを用いた照明装置には、大きく分けて蛍光体とＬＥＤとを組み合わせる方式（以下、蛍光体方式という。）と３種のＬＥＤチップを用いる方式（以下、３チップ方式という。）とが知られている。蛍光体方式の代表的なものは、青色ＬＥＤチップとＹＡＧ系の黄色蛍光体とを組み合わせたものであり、青色ＬＥＤチップから放射された青色光と、青色光により励起発光させられた蛍光体の黄色とを混色させることによって擬似的に白色光を出射させるようにしたものである。３チップ方式は、赤、緑、青の発光色を持つ３つのＬＥＤチップを一つのパッケージ内に実装し、各ＬＥＤチップ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ものである。

図１は色温度が３０００Ｋ程度の蛍光体方式の照明装置の波長特性を表した図である。図１からは青色Ｂと黄色Ｙの位置で強度（放射強度）が極大になっていることが分かる。蛍光体方式の照明装置では、ひとつのＬＥＤチップで実現することができる利点がある。しかし、蛍光体方式の照明装置は、黄色と青色で白色を実現しているため色の再現性が乏しく、以下に説明するように、特に３０００Ｋ程度の色温度の低い照明になると演色性が悪いという問題がある。

図２は色温度が３０００Ｋ程度の蛍光体方式の照明装置の演色性を表した図である。演色とは照明する光源の違いによって対象物の色の見え方が異なる現象をいい、その特性を演色性という。演色性は自然光（基準光）を基準にして良い悪いと言われるが、一般的には、照明の演色性はＪＩＳで定められた試験色を基準として評価された演色評価数によって表される。演色評価数は、評価しようとする光源と基準光によりある試験色を照明したときの色ずれの大きさを数値化したものであって、基準光で見たときを１００とし、色ずれが大きくなるにしたがって数値が小さくなる。演色評価数には、試験色の違いによって標準演色評価数Ｒ１〜Ｒ８と特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５とがある。標準演色評価数Ｒ１〜Ｒ８とは、ＪＩＳで定められた８つの試験色を対象として光源を評価するものである。特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５とは、赤・黄・緑・青・西洋人の肌色・木の葉の色・日本人の肌色からなる７つの現実的な試験色を対象として光源を評価するものである。また、８つの標準演色評価数Ｒ１〜Ｒ８の平均値は、平均演色評価数Ｒａと言われる。

図２では黄色蛍光体と青色ＬＥＤチップからなる照明装置の平均演色評価数Ｒａ、標準演色評価数Ｒ１〜Ｒ８、特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５を表わしている。図２によれば、この照明装置の平均演色評価数Ｒａは６０程度となっている。一般照明用の蛍光灯の平均演色評価数Ｒａは５７〜７７であり、高演色性の蛍光灯では平均演色評価数Ｒａは８７〜９７であるから、この照明装置は演色性が低く、特に特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１２は非常に悪くなっている。

また、蛍光体の信頼性は半導体に比べて劣るので、蛍光体方式の照明装置では、蛍光体を用いないものに比べて信頼性が低くなり、ＬＥＤ照明装置の信頼性と安定性が損なわれるという問題もある。

よって、蛍光体方式の照明装置では、赤みを帯びた白色光を呈するものを実現しようとすると、上記要求性能の（１）と（４）を満足することができない。

図３は色温度が３０００Ｋ程度の３チップ方式の照明装置の波長特性を表した図である。図３からは赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの位置で強度が極大になっていることが分かる。この３チップ方式の照明装置では、蛍光体を用いないので信頼性には威力を発揮するが、やはり演色性は良くない。図４は色温度が３０００Ｋ程度の３チップ方式の照明装置の演色性を表した図である。図４によれば３チップ方式の照明装置では、平均演色評価数Ｒａが３０〜４０程度であってかなり演色性が悪く、特に、標準演色評価数Ｒ８と特殊演色評価数Ｒ９、１１とが著しく悪くなっている。

よって、３チップ方式の照明装置でも、赤みを帯びた白色光を呈するものを実現しようとすると、上記要求性能の（１）を満足することができない。

そこでＬＥＤを用いた照明装置の演色性を向上させるための技術が提案されている。高演色性を実現するための方法としては、青色、青緑色、橙色及び赤色のＬＥＤチップを用いる方法（特許文献１）がある。４色の光源を用いた照明装置には、発光波長域の異なる４色のＬＥＤチップを別々のパッケージに封止したＬＥＤ発光素子を組み合わせるものと、発光波長域の異なる４色のＬＥＤチップを１パッケージに一緒に納めて封止したＬＥＤ発光素子を用いるものとがある。しかし、発光波長域の異なる４つの別々のＬＥＤ発光素子を組み合わせたものでは、各波長域の光が均一に混じり合わないので白色光を得ることができず、上記要求性能の（１）を満たさず、白色光源として用いることはできない。

４色のＬＥＤチップを１パッケージに封止したＬＥＤ発光素子を用いるものでは、演色性は向上するが、３つのＬＥＤチップを１パッケージに封止したＬＥＤ発光素子に比べて製造が急に難しくなり、上記要求性能の（３）（４）を満たすことができない。すなわち、このような照明装置では、各ＬＥＤチップのバラツキによりＬＥＤ発光素子の歩留まりが悪くなる、部品点数の増加によりコストが高くつく、投入電力が大きくなるために発熱が大きくなり熱的環境が悪化する、といった問題がある。また、各ＬＥＤチップのバラツキにより、照明装置の輝度むらが発生し易くなる。さらに、特許文献１では複数のＬＥＤチップを積層しているが、このような構造は照明装置の量産技術としては未だ将来的な技術に過ぎず、現時点では採用することのできないものである。よって、このような４チップ１パッケージの照明装置は、コストが高くつき、熱的環境の悪化によって信頼性が低下し、照明装置を構成する各ＬＥＤチップの調整もより複雑になるなど、演色性以外の性能を大きく犠牲にするものである。そのため、このような照明装置は、少なくとも現時点では実現性のないものである。

また、照明装置の演色性を向上させるための別な方法としては、３チップのＬＥＤ発光素子と２チップの発光素子を組み合わせる方法（特許文献２）がある。これは赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの３つのＬＥＤチップを１つのパッケージに封止した白色ＬＥＤ発光素子と、青色Ｂ、黄緑色ＹＧの２つのＬＥＤチップを１つのパッケージに封止したＬＥＤ発光素子とを組み合わせることにより照明装置の演色性を向上させたものである。しかし、この照明装置でも下記のような理由により白色光源を実現することはできない。

図５にｘｙ色度図を示す。このｘｙ色度図は一般に用いられているものであり、横軸及び縦軸は色度座標ｘ、ｙを表わしている。この色度図中の鱗状をした領域ξは色分布を表わしており（図では色彩は省略している。）、その中央部が白色Ｗで外周に沿って色相が変化している。また、この領域内に描かれた曲線は、黒体（放射）軌跡ζを表わしており、そこに付記された数字は色温度を表わしている。これは黒体の温度（色温度）が高くなるに従って、発する光の色が赤色→黄色→白色と変化することを表わしている。また、この色度図中の点αはＩｎＧａＮ形の青色ＬＥＤの代表的な発光色を表わしており、点βはＧａＰ系の黄緑ＬＥＤの典型的な発光色を表わしている。よって、青色Ｂと黄緑色ＹＧの２つのＬＥＤチップを実装したＬＥＤ発光素子では、青色ＬＥＤと黄緑色ＬＥＤの強度比が変化すると、色度図中では点αと点Ｂとを結んだ直線ηの上を移動することになる。ここで黒体軌跡ζと青色Ｂ−黄緑ＹＧの発光素子を表わす直線ηとを比較すると、（相関）色温度が５０００Ｋ以上では色差が比較的小さくなっているが、色温度が５０００Ｋ以下では色差がかなり大きくなっている。つまり、青色Ｂと黄緑色ＹＧの２つのＬＥＤチップを実装したＬＥＤ発光素子では、色温度が５０００Ｋ以下の範囲においては白色発光が不可能である。このため白色の３チップＬＥＤ発光素子と２チップＬＥＤ発光素子を組み合わせる方法では、２色のＬＥＤ発光素子を組み合わせることになり、上記要求性能の（２）を満足させることができず、白色発光の可能な照明装置を実現することはできない。

特開２００３−４５２０６号公報実用新案登録第３１０２８９４号

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、赤みを帯びた白色光を発光させることができ、高演色性を実現でき、均一白色発光が可能で、かつ製造の容易な照明装置と照明方法を提供することにある。

本発明にかかる照明装置は、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発光素子とからなり、前記第１のＬＥＤ発光素子と前記第２のＬＥＤ発光素子は、ほぼ同じ色温度で発光することを特徴としている。

本発明の照明装置によれば、ほぼ同じ色温度で発光する上記第１のＬＥＤ発光素子と上記第２のＬＥＤ発光素子を用いているので、赤みを帯びた白色で均一に発光する照明装置を製作することができる。しかも、このようなＬＥＤ発光素子の組合せからなる照明装置によれば、高演色性を呈する照明装置を得ることができる。

本発明の照明装置のある実施態様は、前記第１及び第２のＬＥＤ発光素子の色温度が３０００Ｋ〜４０００Ｋ程度であることを特徴としている。かかる実施例によれば、第１及び第２のＬＥＤ発光素子を赤みを帯びた発光色で発光させることができ、暖かみのあるＬＥＤ照明を実現することができる。

本発明の別な実施態様は、対象物に照射された光のうち、赤色光の強度のピーク値と、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.８５：０.５：０.３５
程度であることを特徴としている。かかるピーク値の比率とすることにより、照明装置の演色性を特に高くすることができる。

上記のようなピーク値の比が得られるようにするためには、前記第１のＬＥＤ発光素子と前記第２のＬＥＤ発光素子において、各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ればよい

本発明のさらに別な実施態様は、前記第１のＬＥＤ発光素子から出射される光については、赤色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.３０：０.１５
程度であり、前記第２のＬＥＤ発光素子から出射される光については、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.２５：０.２５
程度であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、第１のＬＥＤ発光素子と第２のＬＥＤ発光素子とをほぼ等しい色温度で白色発光させることができ、第１のＬＥＤ発光素子と第２のＬＥＤ発光素子を配列した照明装置を均一に白色発光させることができる。

なお、本発明にかかる照明装置においては、赤色光、黄色光、緑色光、青色光で強度のピークを有しており、具体的には４２０〜４８０ｎｍ、５１０〜５４０ｎｍ、５８０〜６００ｎｍ、６１０〜６４０ｎｍの波長域にそれぞれ強度のピーク値を有すしている。

本発明の照明装置のさらに別な実施態様における第１及び第２のＬＥＤ発光素子は、各ＬＥＤ発光素子に実装されているＬＥＤチップから出射された光を反射（全反射、拡散反射、正反射）させる反射光学系を有しているので、各ＬＥＤ発光素子から出射させる光の輝度むら及び色むらを抑制することができ、より均一に発光する白色光源を得ることができる。

本発明の照明方法は、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第１のＬＥＤ発光素子から出射される白色光と、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第２のＬＥＤ発光素子から出射される白色光により対象物を照明することを特徴としている。

本発明の照明方法によれば、ほぼ同じ色温度で発光する上記第１のＬＥＤ発光素子と上記第２のＬＥＤ発光素子を用いているので、対象物の上で第１のＬＥＤ発光素子から出射された光と第２のＬＥＤ発光素子から出射された光とを重ね合わせることにより、赤みを帯びた白色で均一に対象物を照明することができる。しかも、このようなＬＥＤ発光素子の組合せからなる照明によれば、高演色性を呈することができる。

なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。

図６（ａ）は本発明にかかる照明装置１１を示す概略断面図、図６（ｂ）は透明カバーを除いた状態の照明装置１１を示す正面図である。この照明装置１１は２種類のＬＥＤ発光素子、すなわち第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９とを複数個ずつ有している。第１のＬＥＤ発光素子１６は、赤色の発光色を有するＬＥＤチップ１２、緑色の発光色を有するＬＥＤチップ１３及び青色の発光色を有するＬＥＤチップ１４を透明樹脂からなるパッケージ１５内に封止したものである。第２のＬＥＤ発光素子１９は、黄色の発光色を有するＬＥＤチップ１７、緑色の発光色を有するＬＥＤチップ１３及び青色の発光色を有するＬＥＤチップ１４を透明樹脂からなるパッケージ１８内に封止したものである。第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９は配線基板２０の上に碁盤目状に実装されており、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９は交互に配置されている。第１及び第２のＬＥＤ発光素子１６、１９を実装した配線基板２０は、収容ベース２１と透明カバー２２からなるケース２３内に納められている。なお、図６においては１６個のＬＥＤ発光素子が基板に実装されているが、照明装置の発光面積に応じてさらに多数のＬＥＤ発光素子が実装される。

図７は、赤色の発光色を有するＬＥＤチップ１２、緑色の発光色を有するＬＥＤチップ１３、青色の発光色を有するＬＥＤチップ１４および黄色の発光色を有するＬＥＤチップ１７のそれぞれの波長特性を表わした図である。すなわち、赤色の発光色を有するＬＥＤチップ１２は、強度（放射強度）のピーク位置波長が６１０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下である。黄色の発光色を有するＬＥＤチップ１４は、強度のピーク位置波長が５８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。緑色の発光色を有するＬＥＤチップ１３は、強度のピーク位置波長が５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である。青色の発光色を有するＬＥＤチップ１７は、強度のピーク位置波長が４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である。

図８及び図１１はそれぞれ第１、第２のＬＥＤ発光素子１６、１９から放射される光の波長特性（光スペクトル）を示す図である。また、図９及び図１２はそれぞれ第１、第２のＬＥＤ発光素子１６、１９の演色性、すなわち平均演色評価数Ｒａ、標準演色評価数Ｒ１〜Ｒ８および特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５を示す図である。図１０及び図１３はそれぞれ第１、第２のＬＥＤ発光素子１６、１９から放射される光のｘｙ色度座標上における位置を示した色度図である。

第１のＬＥＤ発光素子１６から出射される光では、図８に示すように、赤色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.３０：０.１５
程度となるように調整されている。しかし、第１のＬＥＤ発光素子１６の演色性について見ると、図９に表わされているように、平均演色評価数Ｒａが３８程度しかなくて演色性が悪く、特に標準演色評価数Ｒ８と特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１１の値は極端に悪くなっている。

また、第１のＬＥＤ発光素子１６から出射される光は、図１０において円γで囲んで示されているように、ｘｙ色度図におけるほぼｘ＝０.４４、ｙ＝０.４０の位置にある。この位置は黒体軌跡の近傍であって、３０００Ｋ〜４０００Ｋに相当する色温度（相関色温度）を有している（図１０では約３０００Ｋ）。

第２のＬＥＤ発光素子１９から出射される光では、図１１に示すように、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.２５：０.２５
程度となるように調整されている。しかし、第２のＬＥＤ発光素子１９の演色性について見ると、図１２に表わされているように、平均演色評価数Ｒａが４３程度しかなくて演色性が悪く、特に標準演色評価数Ｒ８と特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１５の値は極端に悪くなっている。

また、第２のＬＥＤ発光素子１９から出射される光は、図１３において円εで囲んで示されているように、ｘｙ色度図におけるほぼｘ＝０.４４、ｙ＝０.４０の位置にある。この位置も黒体軌跡の近傍であって、３０００Ｋ〜４０００Ｋに相当する色温度（相関色温度）を有している（図１３では約３０００Ｋ）。従って、第１のＬＥＤ発光素子１６から出射される光と、第２のＬＥＤ発光素子１９から出射される光とは、ほぼ同じ色温度を有しており、白色電球のように赤みを帯びた暖かみのある照明光となっている。

次に、図６のように第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９を交互に配列した照明装置１１の特性について述べる。図１４は照明装置１１から出射される光の波長特性（光スペクトル）を示す図である。また、図１５は照明装置１１の演色性、すなわち平均演色評価数Ｒａ、標準演色評価数Ｒ１〜Ｒ８および特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５を示す図である。

照明装置１１の全体としては、図１４に示すように、６１０ｎｍ〜６４０ｎｍの波長域（赤色）、５８０ｎｍ〜６００ｎｍ（黄色）、５１０ｎｍ〜５４０ｎｍの波長域（緑色）、４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長域（青色）にそれぞれピークを有している。また、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９は、赤色光の強度のピーク値と黄色光の強度のピーク値との比が、１：０.８５の比となるように駆動されており、赤色光の強度のピーク値と、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.８５：０.５：０.３５
程度となっている。

そして、照明装置１１から出射される光のｘｙ色度図における位置は、第１のＬＥＤ発光素子１６及び第２のＬＥＤ発光素子１９とだいたい同じであって、ほぼｘ＝０.４４、ｙ＝０.４０の位置にある。この位置は黒体軌跡の近傍であって３０００Ｋ〜４０００Ｋ、特に約３０００Ｋに相当する色温度（相関色温度）を有しているので、この照明装置１１は、白色電球のように、赤みを帯びた暖かみのある白色光を放射する白色光源となっている。

また、照明装置１１は高演色性を有している。すなわち、図１５に示されているように、この照明装置１１の平均演色評価数Ｒａは約８０．０となっており、良好な演色性を示している。また、標準演色評価数Ｒ１〜Ｒ８と特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５もいずれも良好な値を有しており、もっとも小さな値を有する特殊演色評価数Ｒ９でも５０弱の値となっている。よって、第１のＬＥＤ発光素子１６の演色性と第２のＬＥＤ発光素子１９の演色性はあまり良くないにも拘わらず、それらを組み合わせた本発明の照明装置１１は良好な演色性を示している。

また、照明装置１１は均一白色発光している。すなわち、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９は、黒体軌跡の近傍のほぼ同じｘｙ色度座標位置（色温度３０００Ｋ〜４０００Ｋ）で発光しているので、赤みを帯びた同じ発光色で発光しており、しかも、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９は交互に配置されているので、照明装置１１の発光面全体は同じ発光色で均一に発光している。

照明装置１１は、上記のように、赤色光の強度のピーク値と、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.８５：０.５：０.３５
程度となっている。このような照明装置１１を、赤色、緑色および青色のＬＥＤチップからなる第１のＬＥＤ発光素子１６と、黄色、緑色および青色のＬＥＤチップからなる第２のＬＥＤ発光素子１９の組合せによって構成しようとするとき、第１のＬＥＤ発光素子１６における緑色光の割合と第２のＬＥＤ発光素子１９における緑色光の割合には無限の組合せが存在し、第１のＬＥＤ発光素子１６における青色光の割合と第２のＬＥＤ発光素子１９における青色光の割合には無限の組合せが存在する。

しかし、第１のＬＥＤ発光素子１６を、赤色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.３０：０.１５
程度となるようにし、かつ、第２のＬＥＤ発光素子１９を、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.２５：０.２５（あるいは、０．８５：０.２１：０.２１）
程度となるようにしなければ、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９は白色発光せず、あるいは同じ発光色で発光しなくなる。そのため、このような組合せ以外では、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９の発光色が異なり、照明装置１１の発光面が同じ色で均一に発光できなくなる。

これに対し、照明装置１１では、第１のＬＥＤ発光素子１６を、赤色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.３０：０.１５
程度となるように発光させ、かつ、第２のＬＥＤ発光素子１９を、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.２５：０.２５
程度となるように発光させているので、発光面を同じ発光色で均一に白色発光させることができる。

さらに、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９を、第１のＬＥＤ発光素子１６の赤色光の強度のピーク値と第２のＬＥＤ発光素子１９の黄色光の強度のピーク値との比が１：０.８５の比となるように駆動し、照明装置１１全体としては、赤色光の強度のピーク値と、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.８５：０.５：０.３５
程度となるようにし、かつ、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９を交互に配置しているので、照明対象物の表面でも各色光の強度ピーク値の比が同じ比となり、照明装置１１の発光面を均一な輝度で白色発光させることができる。

また、４つ以上のＬＥＤチップを１つのパッケージ内に実装することは技術的に困難であり、製品のバラツキが大きくなって、照明装置の信頼性や安定性が低下する恐れがある。しかし、３つのＬＥＤチップを１つのパッケージ内に実装する技術は現時点においても既に確立されているといってよい。従って、２種類の３チップＬＥＤ発光素子を用いる照明装置１１では、バラツキの小さな製品を量産することができ、信頼性及び安定性の面でも問題がない。

従って、照明装置１１によれば、前記ＬＥＤ光源を用いた照明装置の要求性能（１）〜（４）を満たすことができる。

なお、第１のＬＥＤ発光素子１６における赤色光と緑色光と青色光のピーク値強度比、第２のＬＥＤ発光素子１９における黄色光と緑色光と青色光のピーク値強度比、あるいは第１のＬＥＤ発光素子１６の赤色光のピーク値強度比と第２のＬＥＤ発光素子１９の黄色光のピーク値強度比などを調整するには、各ＬＥＤチップ１２〜１４及び１７の投入電流量、あるいは各ＬＥＤ発光素子１６、１９に実装されているチップ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調整することができる。

また、上記実施例では、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９を交互に配置したので、第１のＬＥＤ発光素子１６の素子数と１９の素子数とは等しくなっている。しかし、実際のＬＥＤチップは各チップ毎の発光効率の違いや入力限界値の違いがあるので、赤色光の強度のピーク値と、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.８５：０.５：０.３５
程度となるようにして照明装置１１の演色性を高くするためには、第１のＬＥＤ発光素子１６の使用個数と第２のＬＥＤ発光素子１９の使用個数とを異ならせなければならない場合もある。

しかし、実際には、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９は、それぞれ各素子内での波長分布が決まっているので、照明装置１１の出力を調整するには、第１及び第２の発光素子１６、１９を単位として出力を調整すればよい。具体的に言えば、（第１のＬＥＤ発光素子１６が１個あたりの赤色光のピーク値強度）×（第１のＬＥＤ発光素子１６の使用数）をκとし、（第２のＬＥＤ発光素子１９が１個あたりの黄色光のピーク値強度）×（第２のＬＥＤ発光素子１９の使用数）をμとすれば、κ：μ＝１：０.８５となるようにすればよい。よって、第１のＬＥＤ発光素子１６の赤色光の強度と第２のＬＥＤ発光素子１９の黄色光の強度とが決まれば、第１のＬＥＤ発光素子１６の使用数と第２のＬＥＤ発光素子１９の使用数とが決まる。よって、こうして決まった数の第１及び第２のＬＥＤ発光素子１６、１９をできるだけ均等に配置すればよい。

また、第１のＬＥＤ発光素子１６又は第２のＬＥＤ発光素子１９の強度を調整する方法には、電流値制御を行なう方法とパルス制御を行なう方法とがある。一般にＬＥＤチップの出力（強度）は、図１６に示すように、流す電流の値にリニアに比例している。従って、第１のＬＥＤ発光素子１６に流す電流値と第２のＬＥＤ発光素子１９に流す電流値とを個別に制御すれば、第１のＬＥＤ発光素子１６の赤色光のピーク値と第２のＬＥＤ発光素子１９の黄色光のピーク値との比が所望比となるように調整することができる。

パルス制御する方法としては、図１７に示すように、各ＬＥＤチップ１２、１３、１４のオン・デューティー比（＝オン時間／周期Ｔ）を個別に調整してもよく、図１８に示すように、各ＬＥＤチップ１２、１３、１４のオン・デューティー比（＝オン時間／周期Ｔ）をシリアルに調整してもよい。なお、図１７、図１８は第１のＬＥＤ発光素子１６について図示しているが、第２のＬＥＤ発光素子１９も同様である。

また、均一な発光面を得るためには、上記のような構成だけでも充分であるが、均一白色発光及び均一輝度発光の性能を高めるためには、以下のようにしていもよい。図１９は第１の方法を示す概略断面図である。この方法では、第１及び第２のＬＥＤ発光素子１６、１９のそれぞれの前方に凹レンズ２６（あるいは、複数の凹レンズを形成した凹レンズアレイ）を配置している。第１及び第２のＬＥＤ発光素子１６、１９と凹レンズ２６との間には、ある程度の距離Ｄをあけておくことが望ましく、例えばＬＥＤチップ間隔の１０倍程度あけておけばよい。

このような方法によれば、第１のＬＥＤ発光素子１６から出射された光は凹レンズ２６によって発散させられ、第２のＬＥＤ発光素子１９から出射された光も２６によって発散させられる。このため、照明対象物２７の表面においては、図２０に示すように、第１のＬＥＤ発光素子１６から出射された光の中心ａと第２のＬＥＤ発光素子１９から出射された光の中心ｂとのずれが強度分布にほとんど影響が無く、照明対象物２７は第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９により均等に照明され、色むらや明るさのむらが照明対象物２７の表面に生じにくくなる。なお、図２０においては、破線が第１のＬＥＤ発光素子１６の強度分布を表わし、実線が第２のＬＥＤ発光素子１９の強度分布を表わしている。

照明装置から出射される光の輝度むらや色むらを小さくする別な方法を説明する。この照明装置では、第１のＬＥＤ発光素子１６が図２１の断面図に示すような構造に形成されている。すなわち、透明樹脂からなるパッケージ１８は比較的大きな皿状に形成されており、赤色光のＬＥＤチップ１２、緑色光のＬＥＤチップ１３及び青色光のＬＥＤチップ１４は、パッケージ１８の裏面（光出射側面と反対面）側中央部に配置されている。また、パッケージ１８の裏面は、フレネル反射面状（輪帯状）、あるいはフレネル反射面をさらに碁盤目状に分割したような形状に形成されており、その裏面の上には反射板２８が形成されている。反射板２８は金属板により形成されていてもよく、パッケージ１８の裏面に蒸着された金属薄膜によって形成されていてもよい。

しかして、各ＬＥＤチップ１２、１３、１４から出射された光の一部は直接光出射側面の中央部から前方へ出射され、光出射面で全反射された光は反射板２８で反射された後、光出射側面から前方へ向けて出射される。よって、各ＬＥＤチップ１２、１３、１４から出射された光は、図２１に示すように横に広げられた後、前方へ出射されるので、大面積のＬＥＤ発光素子を作製することが可能になり、ひいては大面積の照明装置が可能になる。

また、パッケージ１８の光出射側面で全反射された光は、さらにパッケージ１８で反射された後前方へ出射されるので、第１のＬＥＤ発光素子１６から出射される光の光路長が長くなり、赤色光、緑色光及び青色光の混色度合いが高くなり、色むらや輝度むらの小さな光を放射することが可能になる。

なお、パッケージ１８の前面（光出射側面）においては、中央部を囲むようにして円環状の溝が設けられたり、中央部が円錐台状に突出したりしていても差し支えない。このような構造の照明装置は、例えば特願２００４−３７９５２０号や特願２００５−８７６０号に詳細が開示されている。また、第２のＬＥＤ発光素子１９も、この第１のＬＥＤ発光素子１６と同じ構造を有している。

本発明の照明装置１１は曲面状に形成することも容易であるから、本発明の照明装置１１は、壁や天井等の全体又は一部をフラットな面状照明とすることもでき、また円柱状をした柱なども面状照明化することもできる。

図２２は本発明による照明方法を説明する説明図である。この照明方法では、第１の照明装置３１と第２の照明装置３２が用いられている。第１の照明装置３１は、実施例１で説明したような第１のＬＥＤ発光素子１６を複数個実装したものである。第２の照明装置３２は、実施例で説明したような第２のＬＥＤ発光素子１９を複数個実装したものである。従って、この実施例では、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９とは別々になっている。但し、第１のＬＥＤ発光素子１６と第２のＬＥＤ発光素子１９は、第１の照明装置３１から出射された照射光３３と第２の照明装置３２から出射された照射光３４とが対象物２７の照明しようとする領域で照射光が重なり合うように配置されている。

しかも、第１の照明装置３１からの照射光３３と第２の照明装置３２からの照射光３４が重なりあった照明対象物２７の表面では、赤色光の強度のピーク値と黄色光の強度のピーク値との比が、１：０.８５の比となるように駆動されており、赤色光の強度のピーク値と、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.８５：０.５：０.３５
程度となるように構成されている。

よって、照明対象物２７は、第１の照明装置３１によって赤みを帯びた白色光で照明され、第２の照明装置３２によっても赤みを帯びた白色光で照明される。しかも、第１の照明装置３１と第２の照明装置３２単独では良好な演色性を発揮することができないにも拘わらず、第１の照明装置３１の光と第２の照明装置３２の光を重なり合わせることによって良好な演色性を得ることができる。

従って、このような照明方法によれば、実施例１の照明装置と同様な効果を奏すると共に、第１の照明装置３１と第２の照明装置３２を別々に設置することも可能になるので融通が利き、照明装置の使い勝手が良好になる。

図１は、色温度が３０００Ｋ程度の蛍光体方式の照明装置の波長特性を表した図である。図２は、色温度が３０００Ｋ程度の蛍光体方式の照明装置の演色性を表した図である。図３は、色温度が３０００Ｋ程度の３チップ方式の照明装置の波長特性を表した図である。図４は、色温度が３０００Ｋ程度の３チップ方式の照明装置の演色性を表した図である。図５は、ｘｙ色度図である。図６（ａ）は、本発明にかかる照明装置を示す概略断面図、図６（ｂ）は、透明カバーを除いた状態の照明装置を示す正面図である。図７は、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、青色の発光色を有するＬＥＤチップおよび黄色の発光色を有するＬＥＤチップのそれぞれの波長特性を表わした図である。図８は、第１のＬＥＤ発光素子から放射される光の波長特性を示す光スペクトル図である。図９は、第１のＬＥＤ発光素子の演色性を示す図である。図１０は、第１のＬＥＤ発光素子から放射される光のｘｙ色度座標上における位置を示した色度図である。図１１は、第２のＬＥＤ発光素子から放射される光の波長特性を示す光スペクトル図である。図１２は、第２のＬＥＤ発光素子の演色性を示す図である。図１３は、第２のＬＥＤ発光素子から放射される光のｘｙ色度座標上における位置を示した色度図である。図１４は、本発明にかかる照明装置から出射される光の波長特性を示す光スペクトル図である。図１５は、本発明にかかる照明装置１１の演色性、すなわち平均演色評価数Ｒａ、標準演色評価数Ｒ１〜Ｒ８および特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５を示す図である。図１６は各ＬＥＤチップに流す電流値と出力との関係を表わした図である。図１７は、第１のＬＥＤ発光素子における各ＬＥＤチップの駆動方法の一例を示す図である。図１８は、第１のＬＥＤ発光素子における各ＬＥＤチップの駆動方法の別な例を示す図である。図１９は、照明装置から出射される光の均一性を高める方法の一例を示す図である。図２０は、図１９中の照明対象物の表面における両ＬＥＤ発光素子から出射された光の強度分布を表わした図である。図２１は、照明装置から出射される光の均一性を高める方法の別な例を示す図である。図２２は、本発明にかかる照明方法を説明する図である。

符号の説明

１１照明装置
１２ＬＥＤチップ
１３ＬＥＤチップ
１４ＬＥＤチップ
１５パッケージ
１７ＬＥＤチップ
１８パッケージ
２０配線基板
２１収容ベース
２２透明カバー
２３ケース
２６凹レンズ
２７照明対象物
２８反射板
２９基板
３３、３４照明光

Claims

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発光素子とからなり、
前記第１のＬＥＤ発光素子と前記第２のＬＥＤ発光素子は、ほぼ同じ色温度で発光することを特徴とする照明装置。
前記第１及び第２のＬＥＤ発光素子の色温度は、３０００Ｋ〜４０００Ｋ程度であることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
対象物に照射された光のうち、赤色光の強度のピーク値と、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.８５：０.５：０.３５
程度であることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
前記第１のＬＥＤ発光素子から出射される光は、赤色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.３０：０.１５
程度であり、
前記第２のＬＥＤ発光素子から出射される光は、黄色光の強度のピーク値と、緑色光の強度のピーク値と、青色光の強度のピーク値との比が、
１：０.２５：０.２５
程度であることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
前記第１のＬＥＤ発光素子と前記第２のＬＥＤ発光素子は、各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されていることを特徴とする、請求項３に記載の照明装置。
４２０〜４８０ｎｍ、５１０〜５４０ｎｍ、５８０〜６００ｎｍ、６１０〜６４０ｎｍの波長域にそれぞれ強度のピーク値を有する光を出射することを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
前記第１及び第２のＬＥＤ発光素子は、各ＬＥＤ発光素子に実装されているＬＥＤチップから出射された光を反射させる反射光学系を有していることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
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第１のＬＥＤ発光素子から出射される白色光と、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第２のＬＥＤ発光素子から出射される白色光により対象物を照明することを特徴とする照明方法。