JP2011222126A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】LEDパッケージを用いた発光装置において、LEDモジュールの色バラツキを目立たなくする。
【解決手段】第1のLEDパッケージ110は、青色の波長を主波長とする光を発する青色LEDと、この青色LEDから発せられる光によって励起され上記青色の波長より長い第1の波長を主波長とする光を発する蛍光体とを有し、第1の色温度の白色光を発する。第2のLEDパッケージ120は、第1のLEDパッケージ110の青色LEDと略同じ波長を主波長とする光を発する青色LEDと、この青色LEDから発せられる光によって励起され第1の波長より長い第2の波長を主波長とする光を発する蛍光体とを有し、第2の色温度の白色光を発する。第1の色温度と第2の色温度との差は1000K以下である。第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120とは千鳥格子状に配置される。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光ダイオード(LED)を使用した発光装置(照明装置)に関するものである。
従来の白色LEDパッケージの一般的な構成では、近紫外〜青色の短波長光を発する単一種LEDと、その短波長光源光を励起光として、黄色〜橙色の異なる分光強度分布の光を発する蛍光体(光源光を異なる波長の光に変換する波長変換材料)とを組み合わせている。このような白色LEDパッケージとしては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂に蛍光体を分散した樹脂層でLEDの表面を覆った構成となっているものが、広く用いられている。
上記のような白色LEDパッケージに用いられる単一種LEDについては、LED(製品)ごとに、その発光スペクトルと発光強度にバラツキがあるのが現状である。また、波長変換材料についても、通常、その分散の度合いや蛍光体の状態、蛍光体の濃度等から生じる発光スペクトルと発光強度にバラツキがある。そのため、製品としては同じ色温度の光源でも、目視すると色が違って見える。
従来、多色のLEDパッケージの電流比を調整することで、目的の白色を得る技術がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−265818号公報
上記のように、白色LEDパッケージの発光スペクトルと発光強度にバラツキがあることが課題になっている。しかしながら、従来技術は、目的の白色を得るために、LEDモジュールの色バラツキを配慮して、LEDパッケージの配置による混色性や、LEDパッケージの電気的配列を考えたものではなかった。
従来技術では、多色のLEDパッケージの電流比を調整するが、LEDパッケージはその個体ごとに定格駆動電流が決まっており、その定格駆動電流とLEDパッケージに流れる電流に差が生じるほど、効率が低下してしまう。また、色温度の異なるLEDパッケージでは、定格駆動電流が異なる場合があり、LEDパッケージの電気的配列を考慮する必要がある。
本発明は、例えば、LEDパッケージを用いた発光装置において、LEDモジュールの色バラツキを目立たなくすることを目的とする。
本発明の一の態様に係る発光装置は、
青色の波長を主波長とする光を発する第1のLED(発光ダイオード)と、前記第1のLEDから発せられる光によって励起され、前記青色の波長より長い第1の波長を主波長とする光を発する蛍光体とを有し、第1の色温度の白色光を発する第1のLEDパッケージと、
前記青色の波長と略同じ波長を主波長とする光を発する第2のLEDと、前記第2のLEDから発せられる光によって励起され、前記第1の波長より長い第2の波長を主波長とする光を発する蛍光体とを有し、前記第1の色温度との差が1000K(ケルビン)以下である第2の色温度の白色光を発する第2のLEDパッケージと、
前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとが実装された基板とを備えることを特徴とする。
本発明の一の態様によれば、発光装置において、発する白色光の色温度の差が小さい2種類のLEDパッケージを用いることにより、LEDモジュールの色バラツキを目立たなくすることが可能となる。
実施の形態1に係る発光装置の(a)平面図、(b)A−A断面図、(c)B−B断面図である。 実施の形態1に係る(a)第1のLEDパッケージの側面断面図、(b)第2のLEDパッケージの側面断面図である。 実施の形態1に係る(a)第1のLEDパッケージ及び第2のLEDパッケージの発光スペクトルの一例、(b)発光装置の発光スペクトルの一例を示す図である。 実施の形態1に係る第1のLEDパッケージ及び第2のLEDパッケージの電気的配線の(a)第1例、(b)第2例を示す図である。 実施の形態2に係る発光装置の(a)平面図、(b)A−A断面図、(c)B−B断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
実施の形態1.
図1(a)〜(c)は、本実施の形態に係る発光装置100の平面図、A−A断面図、B−B断面図である。
図1(a)〜(c)において、発光装置100は、第1のLEDパッケージ110(白色LEDパッケージ)と、第2のLEDパッケージ120(白色LEDパッケージ)と、これらのLEDパッケージが実装された基板130と、リフレクタ140と、拡散板150を備える。
第1のLEDパッケージ110と、第2のLEDパッケージ120は、同一のLEDパッケージが連続して2つ以上配置されることなく、図1(a)に示すように、基板130にて千鳥格子状に(即ち、格子状、かつ、格子状の行と列とにおいて交互に)配置されるものとする。後述するように第1のLEDパッケージ110と、第2のLEDパッケージ120の配光特性は異なるため、4灯1組で見たときに均等な配光特性となるように千鳥格子状に配置することで、混色性を高め、色バラツキを抑えることができる(直接光源を目視したときに色バラツキが目立たないという効果が得られる)。LED光源は小さい点光源のため、連続して同じ色温度の光源が並ぶと面状に見え、その発光色が目立つが、本実施の形態では、2つの異なる色温度の光源が連続して配置されないようにすることにより、光源を目視したときの色バラツキを抑えられる。
図2(a)は、第1のLEDパッケージ110の側面断面図である。なお、この断面図では、構成をわかりやすくするため、ハッチングを省略している。
図2(a)において、第1のLEDパッケージ110は、パッケージ114内の凹部であるLED素子実装部111内に、青色LED112(第1のLED)を有する。また、LED素子実装部111内では、青色LED112を覆うように透過性の高い蛍光体含有樹脂層113が設けられている。パッケージ114は、例えばセラミックス、樹脂、金属等で形成されている。青色LED112は、図示していない金線ワイヤにより、パッケージ114に設けられた電極部に電気的に接続されており、電極部から供給される電力により発光する。蛍光体含有樹脂層113の素材は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂である。LED素子は熱によって光束が減少するため、耐熱性、耐薬品性、自己潤滑性、耐摩擦性に優れ、エポキシ樹脂と比較しても非常に安定しているシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
青色LED112は、440nm(ナノメートル)〜460nm(青色の波長領域)にピークをもつスペクトルの光を発する。蛍光体含有樹脂層113に混入される蛍光体は、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)蛍光体であり、青色LED112が発する光により励起され、480〜780nmの間にスペクトル幅を持ち、560nm付近(第1の波長の一例)を主波長とする光を発する。青色の波長を主波長とする光と第1の波長を主波長とする光は補色関係にあるため、これらの合成光は擬似的に白色を呈する。なお、第1のLEDパッケージ110の色温度が4000K以上の場合、蛍光体含有樹脂層113の発する光の強度より青色LED112の発する光の強度のピークが高い。逆に、4000K以下の場合、蛍光体含有樹脂層113の発する光の強度より青色LED112の発する光の強度のピークが低い。
図2(b)は、第2のLEDパッケージ120の側面断面図である。なお、この断面図でも、図2(a)と同様に、構成をわかりやすくするため、ハッチングを省略している。
図2(b)において、第2のLEDパッケージ120は、第1のLEDパッケージ110と同様に、パッケージ124内の凹部であるLED素子実装部121内に、青色LED122(第2のLED)を有する。また、LED素子実装部121内では、青色LED122を覆うように透過性の高い蛍光体含有樹脂層123が設けられている。パッケージ124は、例えばセラミックス、樹脂、金属等で形成されている。青色LED122は、図示していない金線ワイヤにより、パッケージ124に設けられた電極部に電気的に接続されており、電極部から供給される電力により発光する。蛍光体含有樹脂層123の素材は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂である。LED素子は熱によって光束が減少するため、耐熱性、耐薬品性、自己潤滑性、耐摩擦性に優れ、エポキシ樹脂と比較しても非常に安定しているシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
青色LED122は、第1のLEDパッケージ110の青色LED112と同様に、440nm〜460nm(青色の波長領域)にピークをもつスペクトルの光を発する。蛍光体含有樹脂層123に混入される蛍光体は、例えばYAG蛍光体であり、青色LED122が発する光により励起され、480〜780nmの間にスペクトル幅を持ち、580nm付近(第2の波長の一例)を主波長とする光を発する。青色の波長を主波長とする光と第2の波長を主波長とする光は補色関係にあるため、これらの合成光は擬似的に白色を呈する。
上記のように、第1のLEDパッケージ110は、青色の波長を主波長とする光を発する青色LED112と、青色LED112から発せられる光によって励起され、上記青色の波長より長い第1の波長を主波長とする光を発する蛍光体とを有し、第1の色温度の白色光を発する。また、第2のLEDパッケージ120は、第1のLEDパッケージ110の青色LED112と略同じ波長(差が±15nm以内であることが望ましい)を主波長とする光を発する青色LED122と、青色LED122から発せられる光によって励起され、第1の波長より長い第2の波長を主波長とする光を発する蛍光体とを有し、第2の色温度の白色光を発する。このとき、第1の色温度と第2の色温度との差は、1000K以下であるとする。このように、本実施の形態では、発する白色光の色温度の差が小さい2種類のLEDパッケージを用いることにより、LEDモジュールの色バラツキを目立たなくすることが可能となる。
本実施の形態では、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120とが基板130にて交互に配置されているため、LEDモジュールの色バラツキを目立たなくする効果が高い。さらに、本実施の形態では、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120とのいずれかが基板130にて2つ以上連続して並ばないように配置されているため、LEDモジュールの色バラツキを目立たなくする効果が向上する。なお、本実施の形態では、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120とが基板130にて千鳥格子状に配置されているが、他の配置方法をとっても同様の効果が得られる。例えば、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120とが基板130にて一直線状に交互に並べられてもよいし、リング状に交互に並べられてもよい。また、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120とのいずれかが基板130にて2つ以上連続して並ばないようにして、ランダムに並べられてもよい。
前述したように、通常、LEDパッケージは、同じ色温度(同種)のLEDパッケージとして製造されたものであっても、製品間で色のバラツキが生じる。そのため、同種のLEDパッケージを複数並べて実装したときに、他のLEDパッケージより色温度が高い(又は低い)ものだけが目立ってしまう場合がある。同種のLEDパッケージ間でも色温度に100K程度の差が生じることがあるため、本実施の形態では、色温度の差が200K以上ある2種類の製品を組み合わせて用いることが望ましい。即ち、第1の色温度と第2の色温度との差は、好ましくは、200以上かつ1000K以下であるとする。これにより、本実施の形態では、たとえ他の同種のLEDパッケージより色温度が高い(又は低い)ものが混じっても、それだけが目立つことがなくなる。
2種類のLEDパッケージ間の色温度の差が小さいほど、その差が目立たないため、第1の色温度と第2の色温度との差は、1000Kより低いことが望ましい。色温度の差が500K以下であれば、より高い効果が得られる。よって、第1の色温度と第2の色温度との差は、500K以下であることが望ましい。上記のように、200以上かつ500K以下がより好ましい。
このように、本実施の形態によれば、小さい色温度差をもつ2種類のLEDパッケージが、2つ以上連続に並ばない配置をとることで、光源を目視したときの色バラツキを低減させることができる。つまり、発光色の混色性が高く、LEDモジュールの色バラツキが目立たない発光装置100を提供することが可能となる。
図3(a),(b)は、本実施の形態における、目標色温度を4500Kとした場合の、第1のLEDパッケージ110、第2のLEDパッケージ120、発光装置100が発する白色光のスペクトル図である。
図3(a)において、C1(実線)は第1のLEDパッケージ110の発光スペクトルの一例を示しており、その色温度は5000Kである。C2(点線)は第2のLEDパッケージ120の発光スペクトルの一例を示しており、その色温度は4000Kである。図3(b)において、C3は第1のLEDパッケージ110が発する光と、第2のLEDパッケージ120が発する光との合成白色光のスペクトル、即ち、発光装置100の発光スペクトルを示しており、その色温度は4500Kとなる。
図1(a)〜(c)において、基板130には、第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120を点灯するための回路パターンが印刷されており、第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120が実装されている。基板130の基材は、例えば、アルミニウム、紙フェノール、ガラスエポキシ等であるが、アルミニウム等、熱伝導性の高い素材を用いることが好ましい。このような素材を用いることで、第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120で発生する熱を逃がすことができ、LEDパッケージの熱による光束の減少を防ぐ効果が得られる。
リフレクタ140は、基板130上の第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120を4灯1組として、各組に対して1つずつ設けられている。それぞれのリフレクタ140は、例えば頂点に正方形の穴が開けられた円錐形状をしており(即ち、内周面がテーパ状に形成された略筒状をなしており)、反射面141(内周面)は放物面、楕円面、又は、双曲面である。リフレクタ140は、例えば高反射ポリカーボネイト樹脂で形成されている。リフレクタ140には、第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120が発する光を拡散反射し、混色性を高める効果がある。
拡散板150は、第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120から直接放射される光や、リフレクタ140の反射面141で反射される光を拡散して出射する。拡散板150に用いられる素材は、例えば2枚のガラスの間に液体モノマーを注入して形成される乳半色のアクリル板である。拡散板150には、本実施の形態における青色の波長、第1の波長、第2の波長の光の混色性を高める効果がある。
図4(a)は、第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120の電気的配線の第1例を示す図である。なお、ここでは、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120を区別するため、電気回路図は用いていない。また簡単のため8灯分を図示している。
図4(a)において、D1は、第1のLEDパッケージ110と、第2のLEDパッケージ120の定格駆動電流が同等である場合の電気配線パターンを示している。この例では、第1のLEDパッケージ110と、第2のLEDパッケージ120が交互に配線されており、第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120が混在する2つの独立した直列回路を構成している。図示していない2つの電源によってLEDパッケージを定格駆動電流で点灯させることにより目的の白色光が得られる。
上記のように、第1例では、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120とが、直列接続され、共通の電源によって駆動される。そのため、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120に同じ電流(定格駆動電流)を確実に流すことができ、発光効率の高い発光装置100を提供することができる。
図4(b)は、第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120の電気的配線の第2例を示す図である。なお、ここでも、図4(a)と同様に、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120を区別するため、電気回路図は用いていない。また簡単のため8灯分を図示している。
図4(b)において、D2は、第1のLEDパッケージ110と、第2のLEDパッケージ120の定格駆動電流が異なる場合の電気配線パターンを示している。この例では、第1のLEDパッケージ110と、第2のLEDパッケージ120がそれぞれ独立に直列配線されており、第1のLEDパッケージ110のみを接続した直列回路及び第2のLEDパッケージ120のみを接続した直列回路を構成している。これら2つの直列回路は、図示していない2つの電源によって定格電流制御され、2種類の白色LEDパッケージの混色光によって目的の白色光が得られる。これら2つの直列回路の直列配線パターンは、互いに交差せず、互いの配線パターン間は、2mm以上の距離があいている必要がある。
上記のように、第2例では、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120とが、基板130にてそれぞれの配線が交差しないように別々に直列接続される。そのため、基板130にプリント可能な配線パターンが実現できる。また、この例では、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120とが、それぞれ電流が異なる別々の電源によって駆動される。そのため、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120に異なる電流(定格駆動電流)を確実に流すことができ、発光効率の高い発光装置100を提供することができる。
本実施の形態の活用例として、ラインモジュールを用いた照明装置等が考えられる。
実施の形態2.
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
実施の形態1では、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120を4灯1組とする構成をとっているが、本実施の形態では、2灯1組とした構成をとる。なお、それ以外の灯数を1組とする構成をとってもよいが、第1のLEDパッケージ110と第2のLEDパッケージ120を偶数灯1組とする構成をとることが望ましい。
図5(a)〜(c)は、本実施の形態に係る発光装置100の平面図、A−A断面図、B−B断面図である。
図5(a)〜(c)において、発光装置100は、実施の形態1と同様に、第1のLEDパッケージ110と、第2のLEDパッケージ120と、これらのLEDパッケージを実装する基板130と、リフレクタ140と、拡散板150を備える。
リフレクタ140は、基板130上の第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120を2灯1組として、各組に対して1つずつ設けられている。それぞれのリフレクタ140は、実施の形態1と同様に、例えば頂点に正方形の穴が開けられた円錐形状をしており(即ち、内周面がテーパ状に形成された略筒状をなしており)、反射面141(内周面)は放物面、楕円面、又は、双曲面である。リフレクタ140は、例えば高反射ポリカーボネイト樹脂で形成されている。リフレクタ140には、第1のLEDパッケージ110及び第2のLEDパッケージ120が発する光を拡散反射し、混色性を高める効果がある。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、2つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、1つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、2つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
100 発光装置、110 第1のLEDパッケージ、111 LED素子実装部、112 青色LED、113 蛍光体含有樹脂層、114 パッケージ、120 第2のLEDパッケージ、121 LED素子実装部、122 青色LED、123 蛍光体含有樹脂層、124 パッケージ、130 基板、140 リフレクタ、141 反射面、150 拡散板。

Claims (9)

  1. 青色の波長を主波長とする光を発する第1のLED(発光ダイオード)と、前記第1のLEDから発せられる光によって励起され、前記青色の波長より長い第1の波長を主波長とする光を発する蛍光体とを有し、第1の色温度の白色光を発する第1のLEDパッケージと、
    前記青色の波長と略同じ波長を主波長とする光を発する第2のLEDと、前記第2のLEDから発せられる光によって励起され、前記第1の波長より長い第2の波長を主波長とする光を発する蛍光体とを有し、前記第1の色温度との差が1000K(ケルビン)以下である第2の色温度の白色光を発する第2のLEDパッケージと、
    前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとが実装された基板とを備えることを特徴とする発光装置。
  2. 前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとは、前記基板にて交互に配置されることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記発光装置は、前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとをそれぞれ2つ以上備え、
    前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとは、前記基板にていずれかが2つ以上連続して並ばないように配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 前記発光装置は、前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとをそれぞれ2つ以上備え、
    前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとは、前記基板にて千鳥格子状に配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光装置。
  5. 前記第2のLEDパッケージは、前記第2の色温度として、前記第1の色温度との差が200以上かつ1000K以下である色温度の白色光を発することを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の発光装置。
  6. 前記第2のLEDパッケージは、前記第2の色温度として、前記第1の色温度との差が500K以下である色温度の白色光を発することを特徴とする請求項1から5までのいずれかに記載の発光装置。
  7. 前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとは、直列接続され、共通の電源によって駆動されることを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の発光装置。
  8. 前記発光装置は、前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとをそれぞれ2つ以上備え、
    前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとは、前記基板にてそれぞれの配線が交差しないように別々に直列接続されることを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の発光装置。
  9. 前記第1のLEDパッケージと前記第2のLEDパッケージとは、それぞれ電流が異なる別々の電源によって駆動されることを特徴とする請求項8に記載の発光装置。
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