JP2009123675A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色温度を補正することができる照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ５とその出力光により励起する蛍光体を含む封止樹脂６とからなるＬＥＤ１と、このＬＥＤ１を実装した基板２と、これらＬＥＤ１と基板２に塗布される透光性を持つ充填樹脂４とからなる照明装置において、ＬＥＤ１から発光された光に応じて基板２の反射率を設定する。基板２は基材７に黄色の塗料（インク）８を塗布してなり、ＬＥＤチップ５は略３８０〜４８０ｎｍの波長の青色光を発光し、封止樹脂６の蛍光体は青色光により励起されて略４８０〜７８０ｎｍの波長域の光を発光する。
【選択図】図１

Description

本発明は発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）のような発光素子を用いた照明装置に関するものである。

従来、ＬＥＤ等の発光素子を用いた照明装置は、屋外への設置を考慮して防水対策が施されている。防水の方法として、ケース内に透明な樹脂を充填する手法がとられている。例えば、特許文献１（特開２００５−３０２４８３）に開示された照明装置では、表面にＬＥＤが実装された基板と、背面が開口部として形成された透明で略箱型のケースとを備え、ケース内に開口部から基板を収容して、この基板とケースの表面内壁との間に空隙を設けた状態で同基板を支持し、開口部から空隙へとケース内に透明な充填材を注入充填して、この充填材を硬化させることで、基板とケースとを固着一体化することにより、基板と共にＬＥＤがケース内の充填材に埋設されて密封され、十分な防水性が確保される。ＬＥＤが点灯すると、その光は透明な充填材及びケースを通し照射される。
特開２００５−３０２４８３号公報

照明用途として用いられる白色や電球色のＬＥＤは、青色光（略３８０〜４８０ｎｍの波長の光）を発光するＬＥＤチップを蛍光体入りの樹脂（例えばシリコン、エポキシ等）で封止した構造のものが主であり、ＬＥＤチップから発光した青色光によって蛍光体を励起して変換された略４８０〜７８０ｎｍの波長域の光と、変換されずに樹脂をすり抜けた青色光により、所望の光色に変換している。また、所望の光色への変換は、蛍光体入りの封止樹脂の上面が空気の層である場合において、蛍光体の調合比を変えるなどして光色を調整しており、蛍光体入りの封止樹脂の上面を透明な樹脂（例えばシリコン等）で充填する場合は想定していない。

このＬＥＤを収納したケース内を、防水対策として透明なシリコンで充填した場合、ＬＥＤの封止樹脂と防水対策として充填するシリコンとで屈折率がほぼ等しくなるため、蛍光体入りの封止樹脂の上面が空気の層である場合と比較して、ＬＥＤチップから発光した青色光によって蛍光体を励起して変換された光と、変換されずにすり抜けた青色光の割合が異なり、色温度が高色温度側に大きくシフトするという課題がある。青色光の割合が増えるため、白色ＬＥＤが青白っぽく、電球色ＬＥＤが黄色がかった白色のように見える。

本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、色温度を補正することができる照明装置を提供することを課題とする。

請求項１の発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、少なくとも発光素子（ＬＥＤチップ５）と、この発光素子から発光した光により励起する蛍光体を含む樹脂（封止樹脂６）とからなる発光装置（ＬＥＤ１）と、前記発光装置を実装した基板２と、前記発光装置１と基板２に塗布される透光性を持つ樹脂（充填樹脂４）とからなる照明装置において、前記発光装置１から発光された光に応じて、基板２の反射率を設定することを特徴とするものである。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記発光装置（ＬＥＤ１）と、前記基板２と、前記発光装置（ＬＥＤ１）と基板２に塗布される樹脂４とを収納するケース３を有することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明において、前記基板２の反射率の設定は、透光性を持つ樹脂４を塗布する前後での色温度変化を抑えるように基板面の色を設定することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、請求項１〜３のいずれかの発明において、前記発光素子としてＬＥＤチップ５を使用することを特徴とする。

請求項５の発明によれば、請求項４の発明において、前記ＬＥＤチップは複数個あることを特徴とする。

請求項６の発明によれば、請求項４の発明において、前記複数個のＬＥＤチップは、発光する光のスペクトルが異なる複数種類であることを特徴とする。

請求項７の発明によれば、請求項４または５の発明において、前記発光装置は、略３８０〜４８０ｎｍの波長の青色光を発光するＬＥＤチップ５と、この青色光により励起されて略４８０〜７８０ｎｍの波長域の光を発光する蛍光体を用い、基板面の色は青色光を吸収する色としたことを特徴とする。

請求項８の発明によれば、請求項７の発明において、図１に示すように、前記基板面に青色光を吸収する色の塗料８を塗布したことを特徴とする。

請求項９の発明によれば、請求項１〜８のいずれかの発明において、前記発光装置と基板２に塗布される透光性を持つ樹脂４において、図４に示すように、特定の波長域の光を吸収する顔料９を含むことを特徴とする。

請求項１０の発明によれば、請求項１〜９のいずれかの発明において、前記発光装置と基板２に塗布される透光性を持つ樹脂４において、図５に示すように、特定の波長域の光を励起する蛍光体１０を含むことを特徴とする。

請求項１１の発明によれば、請求項１〜９のいずれかの発明において、前記発光装置（ＬＥＤ１）が、図６、図７に示すように、複数個であることを特徴とする。

請求項１２の発明によれば、請求項１１の発明において、前記複数個の発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの色温度が異なる場合に、色温度の高い発光装置を実装している基板面ほど色温度を低く設定することを特徴とする（図６）。

請求項１３の発明によれば、請求項１１または１２の発明において、前記複数個の発光装置の色温度が異なる場合に、色温度の高い発光装置及び該発光装置を実装している基板周辺ほど屈折率の低い樹脂を塗布することを特徴とする（図６）。

請求項１４の発明によれば、前記発光装置（ＬＥＤ１）と基板２に塗布された透光性を持つ樹脂４をケース３内部の隅々まで充填することを特徴とする。
請求項１５の発明によれば、前記発光装置から発光した光の色温度を、照明装置として必要とされる色温度よりも低く設定することを特徴とする。

本発明によれば、蛍光体を含む樹脂で発光素子を封止した発光装置を基板に実装し、発光装置と基板に透光性を持つ樹脂を塗布した照明装置において、発光装置から発光された光に応じて、基板の反射率を設定するようにしたので、発光素子を封止する樹脂と、この樹脂を含んだ発光装置及び基板を充填する樹脂の屈折率の関係で発光色が所望の色温度からずれても、基板の反射率を変えることで簡単且つ安価に色温度を補正することができる。

（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の構成を示す。この照明装置は、図１に示すように、発光装置であるＬＥＤ１と、これを実装するＬＥＤ実装基板２と、それらを収納するケース３、その内部を充填する樹脂４（例えばシリコン等）で構成される。発光装置であるＬＥＤ１は、略３８０〜４８０ｎｍの波長の光を発光する青色ＬＥＤチップ５を備え、その青色ＬＥＤチップを蛍光体入りの樹脂６（例えばシリコン）で封止したものである。なお、１つの封止樹脂６内に複数のＬＥＤチップ５が含まれていても良い。

ＬＥＤ１を実装する基板２は、基材７と、この基材７に塗布された塗料（インク）８からなる。ＬＥＤ１と基板２はケース３内の樹脂４に埋設されて密封された状態とする。ケース３は透明であり、ＬＥＤ１が点灯すると、その光は透明な樹脂４及びケース３を通し照射される。

基材７に塗布される塗料（インク）８は、ケース３と空気層で反射された光を基板２の表面にて反射し、ケース３外に照射する反射効率を考慮して、従来は白色の塗料（インク）を塗布しているものが主であったが、本実施形態では黄色の塗料（インク）を塗布する。

これにより、ケース３と空気層で反射した光のうち、視感度が高い領域の光（黄色光）のみ基板面にて反射し、青色光は基板面に吸収されるため、光出力を低下させることなく、色温度の高色温度側へのシフトを低減させることが可能となる。

ここで、基材７を塗料（インク）８で処理するのではなく、視感度が高い領域の光を反射し、青色光を吸収するようなフィルム等を基板面に貼り付けても同様の効果が得られる。また、ケース３内を充填する樹脂４は樹脂以外の透明な物質としても同様の効果が得られる。

（実施形態２）
図２により本発明の実施形態２を説明する。２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ異なる照明装置のＬＥＤ実装基板である。複数の照明装置の間でＬＥＤ１の色温度が異なる場合（図中のＡ，Ｂ，Ｃで色温度が異なる場合）において、図２のように、各ＬＥＤ１の実装基板２ａ，２ｂ，２ｃの基板面に塗布する塗料（インク）の配色を調整することにより、照明装置間の色温度のばらつきを抑えることが可能となる。具体的には、色温度が低いＬＥＤを実装した基板面は青色光を吸収しない色（例えば白色）にし、色温度が高いＬＥＤを実装した基板面は青色光を吸収する色（例えば黄色）にすることにより、複数の照明装置間の色温度のばらつきを抑えることが可能となる。

（実施形態３）
図３により本発明の実施形態３を説明する。８ａ，８ｂ，８ｃはそれぞれ異なる色の塗料（インク）であり、照明装置のＬＥＤ実装基板２の表面に塗布されている。１つの照明装置の内部でＬＥＤ１の色温度が異なる場合（図中のＡ，Ｂ，Ｃで色温度が異なる場合）において、図３のように、ＬＥＤ１の実装基板２の基板面に塗布される塗料（インク）８ａ，８ｂ，８ｃの配色を調整することにより、照明装置内の色温度のばらつきを抑えることが可能となる。具体的には、色温度が低いＬＥＤの実装部周辺は青色光を吸収しない色（例えば白色）にし、色温度が高いＬＥＤの実装部周辺は青色光を吸収する色（例えば黄色）にすることにより、照明装置内の色温度のばらつきを抑えることが可能となる。

（実施形態４）
図４に本発明の実施形態４の構成を示す。実施形態１の照明装置において、樹脂４内に青色光を吸収する物質９（顔料等）を添加した構造とする。本構造により、青色光は樹脂４内に含まれる物質９に吸収されるため、色温度の高色温度側へのシフトを低減させることが可能となる。また、青色光を吸収する物質９の配合比を調整することにより、色温度の調整も可能となる。

（実施形態５）
図５に本発明の実施形態５の構成を示す。実施形態１の照明装置において、樹脂４内に青色光（略３８０〜４８０ｎｍの波長の光）を略４８０〜７８０ｎｍの波長域の光に変換する蛍光体１０を添加した構造とする。本構造により、青色光は樹脂４内に含まれる蛍光体１０を励起することにより略４８０〜７８０ｎｍの波長域の光に変換されるため、色温度の高色温度側へのシフトを低減させることが可能となる。また、蛍光体１０の配合比を調整することにより色温度の調整が可能となり、さらに青色光を略４８０〜７８０ｎｍの波長域の光に変換することによって実施形態４に比べると光出力を増加させることが可能となる。

また、実施形態４，５を併用して、蛍光体１０と顔料９を混在させても良く、その混合比を調整することによっても、色温度の調整が可能となる。

（実施形態６）
図６に本発明の実施形態６の構成を示す。表面に複数個のＬＥＤ１ａ，１ｂ，１ｃが実装された基板２は、基材７と基材７に塗布された黄色塗料（インク）８ａ，８ｂ，８ｃからなり、透明なケース３の開口部に配置されている。発光装置であるＬＥＤ１ａ，１ｂ，１ｃは、略３８０〜４８０ｎｍの波長の光を発光する青色ＬＥＤチップを備え、その青色ＬＥＤチップを蛍光体入りの樹脂（例えばシリコン）で封止したものである。ここでは、ＬＥＤ１ａ，１ｂ，１ｃの発光色がばらついており、（ＬＥＤ１ａから出る光の色温度）＞（ＬＥＤ１ｂから出る光の色温度）＞（ＬＥＤ１ｃから出る光の色温度）という関係にあるものとする。

ケース３内の空間は、複数個のＬＥＤ１ａ，１ｂ，１ｃの実装された部分が透明な樹脂（例えばシリコン）４ａ，４ｂ，４ｃで充填されている。ここで、（樹脂４ａの屈折率）＞（樹脂４ｂの屈折率）＞（樹脂４ｃの屈折率）となるように予め設定しておく。

ＬＥＤ１ａ，１ｂ，１ｃは透光性を持つ樹脂４ａ，４ｂ，４ｃで充填されると発光色が青色側にシフトするが、黄色塗料（インク）８ａ，８ｂ，８ｃにより青色側へのシフトを低減することが出来る。

ここでは、（黄色塗料８ａの色温度）＜（黄色塗料８ｂの色温度）＜（黄色塗料８ｃの色温度）となるように予め設定しておく。黄色塗料（インク）８ａ，８ｂ，８ｃの色温度が高い程、基板２による青色の吸収が大きくなり、青色側へのシフトが小さくなる。また、樹脂４ａ，４ｂ，４ｃの屈折率が小さい程（空気の屈折率に近づくほど）青色側へのシフトが小さくなる。

よって、本実施形態のようにＬＥＤ１ａ，１ｂ，１ｃから出る光の色温度がばらついていても、基材７に塗布された黄色塗料（インク）８ａ，８ｂ，８ｃの色温度と樹脂４ａ，４ｂ，４ｃの屈折率を調整することにより、照明装置内の色温度のばらつきを抑えることが可能となる。

以上のように、ＬＥＤ実装基板に塗布される塗料の配色、充填樹脂の屈折率を調整することにより、より確実に照明装置内の色温度のばらつきを抑えることが可能となる。

（実施形態７）
図７に本発明の実施形態７の構成を示す。表面に複数個のＬＥＤ１ａ，１ｂ，１ｃが実装された基板２は、基材７と基材７に塗布された塗料（インク）８ａ，８ｂ，８ｃからなり、透明なケース３の開口部に配置されている。発光装置であるＬＥＤ１ａ，１ｂ，１ｃは、略３８０〜４８０ｎｍの波長の光を発光する青色ＬＥＤチップを備え、その青色ＬＥＤチップを蛍光体入りの樹脂（例えばシリコン）で封止したものである。ここでは、ＬＥＤ１ａ，１ｂ，１ｃの発光色がばらついており、（ＬＥＤ１ａから出る光の色温度）＝（ＬＥＤ１ｃから出る光の色温度）≫（ＬＥＤ１ｂから出る光の色温度）という関係にあるものとする。つまり、基板両端のＬＥＤ１ａとＬＥＤ１ｃは所望の色温度であり、基板中央のＬＥＤ１ｂが極端に色温度が低いとする。

この場合、基板両端のＬＥＤ１ａ，１ｃの周辺の塗料（インク）８ａ，８ｃは、例えば、黄色のように、青色光の反射率が低いものとする。一方、基板中央のＬＥＤ１ｂの周辺の塗料（インク）８ｂは、例えば、白色、青色のように、青色光の反射率が高いものとする。さらに、基板中央のＬＥＤ１ｂの周辺の基板表面（塗料８ｂ）上にコーティング材（例えばシリコン等）４ｂを塗布した構成となっている。

ここで、ＬＥＤ１ｂは透光性を持つ樹脂等のコーティング材４ｂで充填されると発光色が青色側にシフトし、また、青色光の反射率が高い塗料（インク）８ｂにより青色光の反射が多くなるため、コーティング材４ｂから出る光は青色側にシフトさせることが可能となり、色温度を高温側にシフトできるから、基板両端のＬＥＤ１ａ，１ｃの色温度に近づけることが可能となる。

本実施形態を用いれば、充填樹脂が必要ない照明装置で、色温度が異なるＬＥＤを使用した場合でも、ＬＥＤの実装基板の塗料の配色を変え、一部のＬＥＤに充填樹脂をコーティングすることにより、照明装置内の色温度のばらつきを抑えることが可能となる。

（実施形態８）
本実施形態では、実施形態１の照明装置において、ＬＥＤ１の色温度を、使用される際に照明装置として必要な色温度よりも低いものを選定することを特徴とする。つまり、防水のために樹脂４で充填した後の色温度のシフトを考慮し、あらかじめ色温度をずらしておく。具体的には、ＬＥＤ１を構成する蛍光体の配合比を調整し、色温度を低めに設定する。

図８に本発明の実施形態８の動作を示す。図中のイは照明装置として必要なスペクトル、ロは発光装置（ＬＥＤ１）のスペクトル、ハは防水のために発光装置（ＬＥＤ１）を樹脂４で充填した後のスペクトルである。

図８（ａ）は比較例の動作説明図であり、照明装置として必要なスペクトルと発光装置（ＬＥＤ１）のスペクトルを一致させている。そのため、防水のために発光装置（ＬＥＤ１）を樹脂４で充填すると、充填により色温度がシフトしてしまうため、照明装置として必要な色温度とは異なる色温度となる。

図８（ｂ）は本実施形態の動作説明図であり、照明装置として必要なスペクトルと防水のために発光装置（ＬＥＤ１）を樹脂４で充填した後のスペクトルを一致させている。照明装置として必要なスペクトルと発光装置（ＬＥＤ１）のスペクトルは異なるが、防水のために発光装置（ＬＥＤ１）を樹脂４で充填すると、充填により色温度がシフトすることにより、照明装置として必要な色温度となる。

充填前後の光学特性測定結果を表１に、シリコン充填前後の変化量を表２に示す。表１、表２の白色ＬＥＤの場合の充填前後の色温度の変化を図９に、電球色の場合の充填前後の色温度の変化を図１０に示す。

白色のＬＥＤの場合、照明装置として５０００Ｋの色温度のものが必要な場合、ＬＥＤ１の出力光束の色温度が５０００Ｋの場合、図１のような防水構造を採ると、６２００Ｋにシフトしてしまう。そこで、ＬＥＤ１の色温度をあらかじめ低めの色温度、例えば、４０００Ｋ程度に選定する。防水のために樹脂充填すると、色温度が高温側にシフトするが、照明装置として色温度が５０００Ｋのものを提供することが可能となる（図９）。

電球色のＬＥＤの場合、照明装置として２８００Ｋの色温度のものが必要な場合、ＬＥＤ１の出力光束の色温度が２８００Ｋの場合、図１のような防水構造を採ると、３１００Ｋにシフトしてしまう。そこで、ＬＥＤ１の色温度をあらかじめ低めの色温度、例えば、２５００Ｋ程度に選定する。防水のために樹脂充填すると、色温度が高温側にシフトするが、照明装置として色温度が２８００Ｋのものを提供することが可能となる（図１０）。
本実施形態を用いれば、照明装置として必要な所望の色温度に補正することが可能となる。

本発明の実施形態１の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態２の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態３の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態４の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態５の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態６の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態７の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態８の動作説明図である。 本発明の実施形態８の白色のＬＥＤの動作説明図である。 本発明の実施形態８の電球色のＬＥＤの動作説明図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ
２ 基板
３ ケース
４ 充填樹脂
５ ＬＥＤチップ
６ 封止樹脂
７ 基材
８ 塗料（インク）

Claims (15)

1. 少なくとも発光素子と、この発光素子から発光した光により励起する蛍光体を含む樹脂とからなる発光装置と、
   前記発光装置を実装した基板と、
   前記発光装置と基板に塗布される透光性を持つ樹脂とからなる照明装置において、
   前記発光装置から発光された光に応じて、基板の反射率を設定することを特徴とする照明装置。
2. 前記発光装置と、前記基板と、前記発光装置と基板に塗布される樹脂とを収納するケースを有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記基板の反射率の設定は、透光性を持つ樹脂を塗布する前後での色温度変化を抑えるように基板面の色を設定することを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
4. 前記発光素子としてＬＥＤチップを使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記ＬＥＤチップは複数個あることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
6. 前記複数個のＬＥＤチップは、発光する光のスペクトルが異なる複数種類であることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
7. 前記発光装置は、略３８０〜４８０ｎｍの波長の青色光を発光するＬＥＤチップと、この青色光により励起されて略４８０〜７８０ｎｍの波長域の光を発光する蛍光体を用い、基板面の色は青色光を吸収する色としたことを特徴とする請求項４または５記載の照明装置。
8. 前記基板面に青色光を吸収する色の塗料を塗布したことを特徴とする請求項７記載の照明装置。
9. 前記発光装置と基板に塗布される透光性を持つ樹脂において、特定の波長域の光を吸収する顔料を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。
10. 前記発光装置と基板に塗布される透光性を持つ樹脂において、特定の波長域の光を励起する蛍光体を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置。
11. 前記発光装置が、複数個であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の照明装置。
12. 前記複数個の発光装置の色温度が異なる場合に、色温度の高い発光装置を実装している基板面ほど色温度を低く設定することを特徴とする請求項１１記載の照明装置。
13. 前記複数個の発光装置の色温度が異なる場合に、色温度の高い発光装置及び該発光装置を実装している基板周辺ほど屈折率の低い樹脂を塗布することを特徴とする請求項１１または１２記載の照明装置。
14. 前記発光装置と基板に塗布された透光性を持つ樹脂をケース内部の隅々まで充填することを特徴とする請求項２〜１３のいずれかに記載の照明装置。
15. 前記発光装置から発光した光の色温度を、照明装置として必要とされる色温度よりも低く設定することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。

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