JP2010040425A

JP2010040425A - 照明装置

Info

Publication number: JP2010040425A
Application number: JP2008204355A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Ishiwatari; 朋子石渡
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】複数の白色ＬＥＤを用いた照明装置にて、周囲温度変化による色度や光束の変化を打ち消す。
【解決手段】白色光を発光する複数のＬＥＤチップを備える白色光源１２と；白色光源１２とは異なる少なくとも１種類の光色を発光する非白色光源１３と；上記ＬＥＤチップ周辺の温度を検出する温度検出手段である温度センサ１４と；温度センサ１４から得られる温度情報に応じた白色光源における色度と光束の変化を吸収するための、非白色光源による発光の補填値を求める補填値取得手段２１と；補填値取得手段２１により求められる補填値に基づき非白色光源の発光を制御する制御手段２２とを具備する。
【選択図】図１

Description

この発明は、白色光を発光する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）チップを備える白色光源を用いて構成される照明装置に関するものであり、特に、温度変化に応じて白色光源における色度と光束が変化する場合に、この変化を吸収することを可能とする照明装置に関するものである。

ＬＥＤは、個々のＬＥＤ毎に色のばらつきが大きく、また、温度変化に応じて光束や色度が変化することが知られている。

照明装置を構成する白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体を組み合わせて作成することが多く、このようにして作成された白色ＬＥＤは、周囲温度−色度特性を有し、また、周囲温度−相対光度特性を有している。通常、照明装置を構成する白色ＬＥＤは、周囲温度２５℃を基準として色度や光束の設計が行われている。従って、この２５℃から周囲温度やチップ温度がずれてしまうと色度や光束が変化することになる。

上記に対し、ＲＧＢの光量をフィルタを介して検出し、光量制御をマイクロコンピュータにより行うものや、周囲温度を検出して、これに基づきＰＷＭ制御を行って色度と光量を制御するものが知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、上記の従来例は、複数の白色ＬＥＤを用いた照明装置に関する温度補償を行うものではない。複数の白色ＬＥＤを用いた照明装置では、周囲温度による色度や光束の変化に加えて、個々の白色ＬＥＤの特性がばらつき、所望の色度や光束を得るためには、同一色度の白色ＬＥＤを選別するなどの非常に手間を要する作業が必要となる問題点がある。
特開２００７−８１３９４号公報

本発明は、上記のような複数の白色ＬＥＤを用いた照明装置に関する現状に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の白色ＬＥＤを用いた照明装置においても、周囲温度変化による色度や光束の変化を打ち消して一定の色度や光束による照明を行うことが可能となるようにすることである。更に、本発明は、上記の目的に加えて、個々の白色ＬＥＤの特性がばらついている場合にも、ばらつきを打ち消して一定の色度や光束による照明を行うことが可能となる照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、白色光を発光する複数のＬＥＤチップを備える白色光源と；白色光源とは異なる少なくとも１種類の光色を発光する非白色光源と；上記ＬＥＤチップ周辺の温度を検出する温度検出手段と；温度検出手段から得られる温度情報に応じた白色光源における色度と光束の変化を吸収するための、非白色光源による発光の補填値を求める補填値取得手段と；補填値取得手段により求められる補填値に基づき非白色光源の発光を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。

温度により白色光源が基準温度における基準色度よりも青色方向に変化している場合の補填において、１種類の光色を発光する非白色光源を用いる場合には、黄色光源を用いることができる。色度と光束の変化は、所定の基準温度における色度と光束からの変化を意味する。基準温度においても、複数の白色ＬＥＤが色度と光束においてばらつきを有しているため、所定の基準温度における基準色度と基準光束からの変化を実測し、これに応じた補填値を取得して、発光を制御すると、より好適である。

発光の補填値は、その都度演算を行って求めても良いし、また温度情報に対応付けてテーブル化した値として予め記憶しておき、温度検出手段により得られた温度情報に基づきテーブル検索により求めても良い。非白色光源の発光を制御は、非白色光源に対する電流制御或いはＰＷＭ制御による調光制御を許容する。

本発明に係る照明装置では、非白色光源は、色度図における白色光源の色ばらつきの範囲を包含する位置の色度を有する３色の光源により構成されることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤチップ周辺の温度を検出し、得られる温度情報に応じた白色光源における色度と光束の変化を吸収するための、非白色光源による発光の補填値を求めて、この補填値に基づき非白色光源の発光を制御するので、複数の白色ＬＥＤを用いた照明装置においても、周囲温度変化による色度や光束の変化を打ち消して一定の色度や光束による照明を行うことが可能となる。

また、本発明により、所定の基準温度における基準色度と基準光束からの変化に応じた補填値を取得して、この補填値に基づき非白色光源の発光を制御することもでき、個々の白色ＬＥＤの特性がばらついている場合にも、ばらつきを打ち消して一定の色度や光束による照明を行うことが可能となる。

本発明では、非白色光源が、色度図における白色光源の色ばらつきの範囲を包含する位置の色度を有する３色の光源により構成されるので、３色の光源を混光して所要の色度を作成して複数の白色ＬＥＤの色度変化に対応することができる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る照明装置の実施例を説明する。実施例に係る照明装置は、図１に示されるように、電源部１１、コントローラ２０、光源ドライバ３０、複数の白色ＬＥＤ１−１〜１−ｎにより構成される白色光源１２、非白色光源１３、温度検出手段である温度センサ１４を主な構成要素としている。白色ＬＥＤ１−１〜１−ｎは、例えばそれぞれ青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体を組み合わせて構成したものである。

非白色光源１３は、白色光源１２とは異なる少なくとも１種類の光色を発光するものであり、第１の実施例では、黄色ＬＥＤなどの黄色光源１３ａを用いる。

上記の構成において、電源部１１は必要種類の電圧値の直流電圧を生成して、各部へ供給する。コントローラ２０は、光源ドライバ３０を制御して白色光源１２、非白色光源１３の発光制御を行う。光源ドライバ３０は、白色光源１２へ発光制御信号を送るドライバ３０ａと、非白色光源１３へ駆動信号を送るドライバ３０ｂとにより構成され、例えば輝度に応じたＰＷＭ信号をコントローラ２０から受けて対応する駆動信号を送出する。

温度センサ１４は、白色光源１２のＬＥＤチップ周辺の温度を検出する位置に配置される。コントローラ２０は、温度センサ１４から得られる温度情報に応じた白色光源１２における色度と光束の変化を吸収するための、非白色光源１３による発光の補填値を求める補填値取得手段２１と、補填値取得手段２１により求められる補填値に基づき非白色光源１３の発光を制御する制御手段２２とを備える。

補填値取得手段２１を、より具体的に説明する。白色光源１２が図２（ａ）に示すような周囲温度−色度特性を有するものとする。即ち、周囲温度が設計された基準温度である２５℃のときのｘｙ色度は（０．３１、０．３２）であるが、５０℃のときのｘｙ色度は（０．３０８、０．３１７）、８５℃のときのｘｙ色度は（０．３０５、０．３１４）である。また、上記それぞれの温度における相関色温度は約６７５０Ｋ、約６９００Ｋ、約７１５０Ｋであり、２５℃のときに比べて８５℃のときに約４００Ｋ程度の上昇が見られる。

一方、黄色光源１３ａの周囲温度−色度特性は図３（ａ）に示されるようである。即ち、２５℃のときのｘｙ色度は（０．５５０、０．４４０）であるが、５０℃のときのｘｙ色度は（０．５５１、０．４３９）、８５℃のときのｘｙ色度は（０．５５２、０．４３６）である。

そこで、補填値取得手段２１は、白色光源１２について基準温度である２５℃のときのｘｙ色度（０．３１、０．３２）を目標として、８５℃のときに遷移したｘｙ色度（０．３０５、０．３１４）に、黄色光源１３ａが８５℃のときのｘｙ色度（０．５５２、０．４３６）をどれだけ含ませれば良いかを求める。

一方、相対光束は、８５℃のとき白色光源１２について図２（ｂ）に示すように０．１低下しており、黄色光源１３ａが８５℃のとき図３（ｂ）に示すように０．２低下していることを考慮する。計算結果を各温度と対応付けたテーブルを備え、テーブルを検索して補填値を得るようにしても良い。テーブルを備える場合には、光束の低下を含めて演算した補填値がコントローラ２０に保持される。

白色光源１２が温度により光束が低下している１０％に関しては、例えば、黄色光源１３ａの数を所定数配置し、この中の幾つを点灯させるか制御することにより処理を行う。この場合、光束の低下がＮ％（例えば、Ｎ＝１，２，３，・・・，２９,３０）に対応した点灯させる個数の情報を予め実測して得ておき、この情報をコントローラ２０に具備させる。以上の処理により混光された光のスペクトル分布を図４に示す。この例では、一色の黄色光源１３ａを用いた結果、黄色光源１３ａの周波数スペクトルにおいてピーク波長となる５８０ｎｍ付近が補正された分布となっていることが分かる。

複数の黄色光源１３ａを偏在させると、適切な混光を行えないことから、例えば、図５に示すように、均等に配置することが望ましい。この例は一辺が３インチのチップに、１００個のＬＥＤを均等に配置したものを示す。チップのエリアを４等分し、その中心に黄色光源１３ａを配置している。従って、白色ＬＥＤ９６個に対して、合計４個の黄色光源１３ａが配置されている。なお、図５において黄色光源１３ａの数などは一例に過ぎず、補填する光束により必要な数の非白色光源１３が配置される。

図６に、第２の実施例に係る照明装置のブロック図を示す。この例では、非白色光源１３として、赤色ＬＥＤ１３Ｒ、緑色ＬＥＤ１３Ｇ、青色ＬＥＤ１３Ｂを用いる。光源ドライバ３０は、赤色ＬＥＤ１３Ｒ、緑色ＬＥＤ１３Ｇ、青色ＬＥＤ１３Ｂに対応してドライバ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂにより構成され、例えば輝度に応じたＰＷＭ信号をコントローラ２０から受けて対応する駆動信号を送出する。コントローラ２０が行う具体的な処理は、異なるものの、その他の構成は図１に示した第１の実施例に等しい。

図７（ａ）は、色度図であり、赤色ＬＥＤ１３Ｒ、緑色ＬＥＤ１３Ｇ、青色ＬＥＤ１３Ｂが、白色光源１２の色ばらつきの範囲を包含する位置の色度を有することを示している。赤色ＬＥＤ１３Ｒのｘｙ色度は（０．６８、０．３０）、緑色ＬＥＤ１３Ｇのｘｙ色度は（０．１１、０．６８）、青色ＬＥＤ１３Ｂのｘｙ色度は（０．１５、０．０６）とした。これらの位置をＰｒ、Ｐｇ、Ｐｂにより表す。

白色光源１２は、図２（ａ）に示す周囲温度−色度特性有するもので、周囲温度が設計された基準温度である２５℃のときのｘｙ色度は（０．３１、０．３２）であり、８５℃のときのｘｙ色度は（０．３０５、０．３１４）である。図７（ｂ）に示すように、基準温度である２５℃のときのｘｙ色度の位置をＰｓ、８５℃のときのｘｙ色度の位置をＰ85とする。

赤色ＬＥＤ１３Ｒ、緑色ＬＥＤ１３Ｇ、青色ＬＥＤ１３Ｂについても、図８（ａ）〜図１０（ａ）に示す周囲温度−色度特性有するものであり、図８（ｂ）〜図１０（ｂ）に示す周囲温度−相対光束特性有するものである。つまり、図７（ａ）に示したＰｒ、Ｐｇ、Ｐｂは温度に応じて移動する。

８５℃のときの赤色ＬＥＤ１３Ｒのｘｙ色度を（Ｒｘ85、Ｒｙ85）緑色ＬＥＤ１３Ｇのｘｙ色度を（Ｇｘ85、Ｇｙ85）、青色ＬＥＤ１３Ｂのｘｙ色度を（Ｂｘ85、Ｂｙ85）、とする。目標とする色度はＰｓ（０．３１、０．３２）、白色光源の８５℃における色度がＰ85（０．３０５、０．３１４）であり、図１（ｂ）により、８５℃のときの白色光源１２の光束の低下は基準温度である２５℃のときに比べて１０％であることから、赤色ＬＥＤ１３Ｒと緑色ＬＥＤ１３Ｇと青色ＬＥＤ１３Ｂとの混光による目標色度は、各光源の三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚより、（０．３６５、０．３８６）となる。三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚと色度ｘ、ｙの関係は、ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）、ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）であり、混光の場合には下記の式が成り立つ。下記の式より、赤色ＬＥＤ１３Ｒと緑色ＬＥＤ１３Ｇと青色ＬＥＤ１３Ｂとの混光比率を求めると，図１１に示す混合比が得られる。

Ｘ_Ｐｓ＝Ｘ_Ｐ85＋Ｘ_{１３Ｒ８５℃}＋Ｘ_{１３Ｇ８５℃}＋Ｘ_{１３Ｂ８５℃}
Ｙ_Ｐｓ＝Ｙ_Ｐ85＋Ｙ_{１３Ｒ８５℃}＋Ｙ_{１３Ｇ８５℃}＋Ｙ_{１３Ｂ８５℃}
Ｚ_Ｐｓ＝Ｚ_Ｐ85＋Ｚ_{１３Ｒ８５℃}＋Ｚ_{１３Ｇ８５℃}＋Ｚ_{１３Ｂ８５℃}
以上の処理により混光された光のスペクトル分布を図１２に示す。

白色光源１２が温度により光束が低下している１０％に関しては、例えば、赤色ＬＥＤ１３ＲＢ、緑色ＬＥＤ１３Ｇ、青色ＬＥＤ１３により構成される非白色光源１３の数を所定数配置し、この中の幾つを点灯させるかにより制御を行う。この場合、％に対応した点灯個数の情報を予め得ておき、この情報をコントローラ２０に具備させる。非白色光源１３の配置に関しても、既に黄色光源１３ａについて示した図５のように、均等に配置する。

８５℃のときには、図８（ｂ）〜図１０（ｂ）により赤色ＬＥＤ１３Ｒ、緑色ＬＥＤ１３Ｇ、青色ＬＥＤ１３Ｂの光束は、それぞれ約６８％、約９０％、ほぼ１００％であるから、低下分を上記混合比に加えて得られた混合比に対応するデュティ比によるＰＷＭ制御をコントローラ２０が行う。コントローラ２０がテーブルを備える構成を採用する場合には、光束の低下を含めた補填値のテーブルが保持される。

また、５０℃のときにも上記８５℃のときと同様にして、図７（ａ）に示したＰｒ、Ｐｇ、Ｐｂから変化した位置にある、赤色ＬＥＤ１３Ｒ、緑色ＬＥＤ１３Ｇ、青色ＬＥＤ１３Ｂのｘｙ色度を用いて、混光比率を求める。但し、５０℃のときの白色光源１２の光束の低下は基準温度である２５℃のときに比べて６％であることが図２（ｂ）から得られるので、６％を、上記で求めた混光比率により分配し、図１３に示す混合比が得られる。以上の処理により混光された光のスペクトル分布を図１４に示す。

更に、１１０℃のときにも上記８５℃のときと同様にして図７（ａ）に示したＰｒ、Ｐｇ、Ｐｂから変化した位置にある、赤色ＬＥＤ１３Ｒ、緑色ＬＥＤ１３Ｇ、青色ＬＥＤ１３Ｂのｘｙ色度を用いて、混光比率を求める。但し、図２から明らかなように、図２の白色ＬＥＤは１１０℃のとき仕様が得られていない。図１５は、図２とは別の白色ＬＥＤについての仕様書のデータであるが、これを用いて説明する。白色光源１２が図１５（ａ）に示すような周囲温度−色度特性を有するものとする。即ち、周囲温度が設計された基準温度である２５℃のときのｘｙ色度は（０．３１、０．３２）であるが、１１０℃のときのｘｙ色度は（０．３０２、０．３２１）である。このｘｙ色度の遷移を元のｘｙ色度（０．３１、０．３２）に戻すように、前述の８５℃のときと同様の処理を行う。１１０℃のときの白色光源１２の光束の低下は基準温度である２５℃のときに比べて約２０％であることが図１５（ｂ）から得ることができ、２０％を、上記で求めた混光比率により分配し、図１６に示す混合比が得られる。以上の処理により混光された光のスペクトル分布を図１７に示す。

上記においては、コントローラ２０が上記の計算を、所定時間毎に行うようにしても良いが、白色光源１２、赤色ＬＥＤ１３Ｒ、緑色ＬＥＤ１３Ｇ、青色ＬＥＤ１３Ｂについて、それぞれのｘｙ色度や光束のデータ（図１、図８〜図１０）を備える必要があることから、上記の各温度における計算結果を温度と対応付けた図１８に示す如くのテーブルを備え、温度センサ１４により得られる温度情報を用いて、上記テーブルを検索して補填値を得るようにしても良い。当然のことではあるが、一の白色光源１２の仕様書のデータを用いてテーブルの補填値が作成される。

以上の実施例においては、白色光源１２のｘｙ色度に関し、基準温度である２５℃のときの仕様書に示された値を基準としたが、白色ＬＥＤ１−１〜１−ｎは個々にばらつきがあり、図２に示される仕様書の値となっていない。例えば、色度のばらつきにより、図１９の四角形の４エリアａ０、ｂ１、ｂ２、ｃ０にランク付けされ、このランクにおける四角形の範囲内においてばらついた白色ＬＥＤが提供される。

そこで、白色ＬＥＤ１−１〜１−ｎの全体について実測によりｘｙ色度を測定して、ｘｙ色度のデータを得る。勿論、基準温度である２５℃に限らず、白色光源１２が取り得る温度範囲について実測してｘｙ色度のデータを得る。２５℃において実測により得られたｘｙ色度が図１９のＰｊ（０．３５７、０．３５８）であり、設計の基準温度である２５℃の仕様書上におけるｘｙ色度（０．３１、０．３２）とは異なっている。

この場合にも、Ｐｊ（０．３５７、０．３５８）について設計の基準温度である２５℃の仕様書上におけるｘｙ色度（０．３１、０．３２）を目標とし、既に説明した第１の実施例或いは第２の実施例の手法を用い、補填値を求めて混光を行う。この２５度以外の温度においても実測データを用いて、設計の基準温度である２５℃のｘｙ色度（０．３１、０．３２）が実現されるように補填値を求めて混光による処理を行う。前述のように補填値をテーブル化してコントローラ２０へ保持させて制御を行うようにしても良いことは勿論である。更に、光束の変化についても実測を行い、このデータに基づき光束の補填を前述の通りに行う。

このように、実測したデータを用いた構成とすることによって、周囲温度変化による色度や光束の変化を打ち消して一定の色度や光束による照明を行うことができるばかりか、個々の白色ＬＥＤの特性がばらついている場合にも、ばらつきを打ち消して一定の色度や光束による照明を行うことが可能となる。

本発明の照明装置の第１の実施例を示す構成図。本発明の照明装置の実施例に用いられる白色ＬＥＤの周囲温度−色度特性をと周囲温度−相対光度特性を示す図。本発明の照明装置の実施例に用いられる黄色光源の周囲温度−色度特性をと周囲温度−相対光度特性を示す図。本発明の照明装置の第１の実施例により混光された光のスペクトル分布を示す図。本発明の照明装置の実施例における白色ＬＥＤと非白色光源の配置例を示す平面図。本発明の照明装置の第２の実施例を示す構成図。本発明の照明装置の第２の実施例において、色度図における白色光源の色ばらつきの範囲を包含する位置の色度を有する３色の光源のｘｙ色度の位置を示す図。本発明の照明装置の第２の実施例による補填値を求める過程を説明する色度図の要部を示す図。本発明の照明装置の第２の実施例に用いられる赤色ＬＥＤの周囲温度−色度特性をと周囲温度−相対光度特性を示す図。本発明の照明装置の第２の実施例に用いられる緑色ＬＥＤの周囲温度−色度特性をと周囲温度−相対光度特性を示す図。本発明の照明装置の第２の実施例に用いられる青色ＬＥＤの周囲温度−色度特性をと周囲温度−相対光度特性を示す図。白色ＬＥＤの周囲温度が８５℃のときに、本発明の照明装置の第２の実施例により混光される比率を示す図。白色ＬＥＤの周囲温度が８５℃のときに、本発明の照明装置の第２の実施例により混光された光のスペクトル分布を示す図。白色ＬＥＤの周囲温度が５０℃のときに、本発明の照明装置の第２の実施例により混光される比率を示す図。白色ＬＥＤの周囲温度が５０℃のときに、本発明の照明装置の第２の実施例により混光された光のスペクトル分布を示す図。本発明の照明装置の実施例に用いられる白色ＬＥＤの周囲温度−色度特性をと周囲温度−相対光度特性を示す図。白色ＬＥＤの周囲温度が１１０℃のときに、本発明の照明装置の第２の実施例により混光される比率を示す図。白色ＬＥＤの周囲温度が１１０℃のときに、本発明の照明装置の第２の実施例により混光された光のスペクトル分布を示す図。白色ＬＥＤの各種周囲温度に対応するため、本発明の照明装置の第２の実施例に備えられる各ＬＥＤによる混光比率を温度に対応させたテーブルを示す図。本発明の照明装置の実施例において、個々の白色ＬＥＤの特性がばらついていることを色度図に示すと共に、全体の発光の色度のズレを示す図。

符号の説明

１１電源部
１２白色光源
１３非白色光源
１３ａ黄色光源
１４温度センサ
２０コントローラ
２１補填値取得手段
２２制御手段
３０光源ドライバ

Claims

白色光を発光する複数のＬＥＤチップを備える白色光源と；
白色光源とは異なる少なくとも１種類の光色を発光する非白色光源と；
上記ＬＥＤチップ周辺の温度を検出する温度検出手段と；
温度検出手段から得られる温度情報に応じた白色光源における色度と光束の変化を吸収するための、非白色光源による発光の補填値を求める補填値取得手段と；
補填値取得手段により求められる補填値に基づき非白色光源の発光を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする照明装置。
非白色光源は、色度図における白色光源の色ばらつきの範囲を包含する位置の色度を有する３色の光源により構成されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。