JP2014130728A - 照明装置 - Google Patents

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Takeshi Shamoto
剛 社本
Kenji Makino
健二 牧野
Shuji Onaka
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Abstract

【課題】簡易な構成でハロゲン電球の代替として使用できるLEDの照明装置を提供する。
【解決手段】外部から供給される駆動信号に応じて調光可能な照明装置であって、360nm以上480nm以下に発光ピーク波長を有する半導体発光素子を有し、第1色温度の白色光を出射する少なくとも1つの第1発光装置と、前記第1色温度に比して高い第2色温度の白色光を出射する少なくとも1つの第2発光装置と、前記駆動信号が供給される期間において、前記第1発光装置に供給される駆動電流を一定値で制御するとともに、前記第2発光装置に供給される駆動電流を前記駆動信号に応じて可変電流で制御する電流制御部と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、LED(Light Emitting Diode)等の発光装置を複数備える照明装置に関する。
従来、一般照明装置として、LED等の発光素子を複数備えたダウンライト、ユニバーサルダウンライト、及びスポットライト等の照明装置が広く用いられている。また、このような照明装置から出射される光の演色性を高めるための改良例として、例えば、特許文献1に記載のLED照明装置や特許文献2及び特許文献3に記載の照明装置が提案されている。
特許文献1に記載されたLED照明装置は、例えば、中央部に位置する赤色LEDの周囲を囲むように白色LEDが配置された構造を有する。特許文献2に記載された照明装置は、例えば、白色LEDと赤色LEDとを備えた照明装置において、白色LEDと赤色LEDとの合成光の色度を、JIS・Z・9112に規定された蛍光ランプの光源色の色度範囲内とする。さらに、特許文献3に記載された照明装置は、例えば、白色系の第1の光源と、電球色の第2の光源と、赤色の第3の光源とを備え、各光源からの光を調色する。
特開2004−303655号公報 特開2008−300124号公報 特開2012−221852号公報
一方、一般照明装置のうち、例えば、ハロゲン電球においては、出射する光の輝度に応じて光の色温度が変化するようになされており、ハロゲン電球の代替を目指すLEDの照明装置においては、ハロゲン電球と同様に、出射する光の輝度に応じて光の色温度が変化することが望まれている。
しかしながら、特許文献1に記載のLED照明装置や、特許文献2及び特許文献3に記載の照明装置は、ハロゲン電球と同様に、出射する光の輝度に応じて光の色温度が変化するようにはなされておらず、ハロゲン電球の代替としてLEDの照明装置を使用することができないという問題がある。
本発明はこのような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、簡易な構成でハロゲン電球の代替として使用できるLEDの照明装置を提供することにある。
上記の目的を達成するべく、本発明の照明装置は、外部から供給される駆動信号に応じて調光可能な照明装置であって、360nm以上480nm以下に発光ピーク波長を有する半導体発光素子を有し、第1色温度の白色光を出射する少なくとも1つの第1発光装置と、前記第1色温度に比して高い第2色温度の白色光を出射する少なくとも1つの第2発光装置と、前記駆動信号が供給される期間において、前記第1発光装置に供給される駆動電流を一定値で制御するとともに、前記第2発光装置に供給される駆動電流を前記駆動信号に応じて可変電流で制御する電流制御部と、を備えることを特徴とする。
従って、第1発光装置に対しては一定値の駆動電流を供給しつつ、第1発光装置から出射する光よりも高い色温度の光を出射する第2発光装置に対しては、電流値を変化させて供給するため、照明装置全体としては、出射する光の明るさを変化させつつ、その色温度を適切に調整することが可能となる。また、第1発光装置に対する駆動電流の値は一定値であるため、第1発光装置及び第2発光装置の双方を適切に駆動するための複雑な制御方法及び制御回路が不要となる。
以上のことから、本発明によれば、簡易な構成でハロゲン電球の代替として使用できるLEDの照明装置を提供することができる。
実施例に係る照明装置の概略を示す斜視図である。 実施例に係る照明装置の側面図である。 実施例に係る照明装置の正面図である。 実施例に係る照明装置を構成するLEDモジュールの正面図である。 図4の線V-Vに沿ったLEDモジュールの断面図である。 実施例に係る照明装置を構成する第1発光装置の断面図である。 実施例に係る照明装置を構成する第2発光装置の断面図である。 実施例に係る照明装置を構成するLEDモジュールのレンズの正面図である。 実施例に係る照明装置を構成するLEDモジュールのレンズの側面図である。 図8線X-Xに沿った第1レンズの断面図である。 実施例に係る照明装置の電気回路図である。 図11の回路構成における各トランジスタの作動状態、及び各発光装置の駆動電流の電流値の一例を示すタイムチャートである。 図11の回路構成における各トランジスタの作動状態、及び各発光装置の駆動電流の電流値の一例を示すタイムチャートである。 実施例に係る照明装置から出射する合成白色光の特性を示す図である。 実施例の変形例に係るLEDモジュールの正面図である。 実施例の変形例に係るLEDモジュールの正面図である。 実施例の変形例に係るLEDモジュールの正面図である。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について、実施例及び変形例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施例及び変形例の説明に用いる図面は、いずれも本発明による照明装置を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略などを行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、実施例及び各変形例で用いる様々な数値及び数量は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。
<照明装置の構成>
図1は本発明の実施例に係る照明装置1の概略を示す斜視図であり、図2は本発明の実施例に係る照明装置1の側面図であり、図3は、本発明の実施例に係る照明装置1の正面図である。図1乃至図3に示すように、照明装置1は、LED(Light Emitting Diode)モジュール2、及びLEDモジュール2を保持する本体3から構成されている。
照明装置1の本体3は、LEDモジュール2が収納される開口4を備える筐体5と、開口4の外縁に沿って設けられた外枠6と、筐体5を天井等の設置箇所に固定するための3つの固定部材7と、から構成されている。
筐体5は、金属又はプラスチック部材からなり、照明装置1の使用環境及び使用用途に応じた強度を有している。図1及び図3に示すように、筐体5の開口4の平面形状は円形状であり、全体的な形状は略円柱状である。なお、筐体5の一部は、ヒートシンクとして構成するようにしても良い。
また、外枠6は、リング状の枠部材から構成され、その材料は金属又はプラスチック部材であり、照明装置1の使用環境及び使用用途に応じた強度を有している。図1及び図2に示すように、固定部材7は、筐体5と外枠6との接合部分から外側に向かって延在し、折り曲げられた形状を有するバネ等の弾性体から構成されている。このような固定部材7の構造により、照明装置1を天井等の設置箇所に取り付ける際に、当該設置箇所に設けられた開口に固定部材7が嵌着され、照明装置1が当該設置箇所に固定されることになる。
なお、照明装置1の外観構造は図1乃至図3に示されている形状に限定されることなく、ダウンライト、スポットライト、ユニバーサルダウンライト、ハロゲン電球、及び白熱電球等の一般的に知られている照明装置の形状を採用してもよい。すなわち、LEDモジュール2を収納及び保持することができる本体であれば、上述したような構造に限定されることなく、照明装置1の使用環境及び使用用途に応じてその構造を適宜選択することができる。
(LEDモジュール)
次に、図4及び図5を参照しつつLEDモジュール2の構造を詳細に説明する。図4は、本実施例の照明装置1を構成するLEDモジュール2の正面図である。また、図5は、図4の線V-Vに沿ったLEDモジュール2の断面図である。
図4及び図5から分かるように、LEDモジュール2は、モジュール基板11上に1個の第1LED(第1発光装置)12及び6個の第2LED(第2発光装置)13からなる発光体部14と、第1LED12及び第2LED13の光射出方向に配置された1つの共用の光学部材であるレンズ16とを有している。
発光体部14において、モジュール基板11の実装面の中央部上には1個の第1LED12が配置され、当該1個の第1LED12を囲むように6個の第2LED13が配置されている。より具体的に、第2LED13は、第1LED12を囲むように同心円状に配置されている。このようにして、LEDモジュール2では、第1LED12を囲むように同心円状に第2LED13を配置し、1つの共用の光学部材であるレンズ16を介して光を出射することにより、第1LED12から出射する光と第2LED13から出射する光を一段と混ぜ合わせることができる。
更に、モジュール基板11の実装面上には外部接続端子19、20が設けられ、外部接続端子19には第1LED12に電力(駆動電流)を供給するための電力配線が接続され、外部接続端子20には第2LED13に電力(駆動電流)を供給するための電力配線が接続されている。なお、第1LED12は、モジュール基板11上にパターニングされた配線によって外部接続端子19に接続され、第2LED13は、モジュール基板11上にパターニングされた別の配線によって外部接続端子20に接続されている。すなわち、第1LED12と第2LED13とは電気的に接続されておらず、第1LED12及び第2LED13には別々の電力が供給されることになる。
なお、第1LED12及び第2LED13の接続関係及びその他の回路構成部材については、電気回路図を参照しつつ後述する。また、上述した電力配線は、筐体5に設けられた引き出し用の開口(図1乃至図3には図示せず)から照明装置1の外側に引き出され、所望の外部電源等に接続されている。
モジュール基板11としては、例えば、アルミ材、絶縁層、及び銅箔を順次積層して形成されるアルミ基板、又はその他の金属基板を用いることができる。特に、当該アルミ基板は、熱伝導性、耐熱性、加工性、及び耐電圧性に優れており、LEDモジュール2の発光特性及び信頼性の向上に寄与する。なお、モジュール基板11は、アルミ材以外の熱伝導性に優れた基板や、ガラス基板上に反射層を形成した絶縁基板等を用いてもよい。
(発光装置)
次に、図6及び図7を参照しつつ、第1LED12及び第2LED13の構造について説明する。図6は第1LED12の断面図であり、図7は第2LED13の断面図である。
図6に示すように、第1LED12は、紫外〜紫色光を出射する半導体発光素子であるLEDチップ22、パッケージ23、波長変換部材24を備える。より具体的な構成として、パッケージ23は、LEDチップ22を実装するための実装基板23a、実装基板23aの表面に形成された電極パターン23b、23c、実装されたLEDチップ22の周囲を囲むように形成されているキャビティ23dから構成されている。すなわち、パッケージ23は、その中央部分に開口23eが形成され、当該開口23e内部にLEDチップ22が収納されている。
ここで、電極パターン23b、23cは、開口23eが形成されている実装基板23aの実装面側から、実装基板23aの側面を経由し、実装面側とは反対側に位置する実装基板23aの裏面側にまで延在している。そして、LEDチップ22の陽極が電極パターン23b上に半田等によって直接的に実装され、LEDチップ22の陰極が金属ワイヤー25を介して電極パターン23bに接続されている。これにより、パッケージ23の外部からLEDチップ22に所望の電力を供給することができる。
また、図6に示すように、波長変換部材24は、開口23eを充填する母材24a、並びに母材24aに分散保持された青色蛍光体24b、緑色蛍光体24g、及び赤色蛍光体24rから構成されている。
以上のような構成から、本実施例に係る第1LED12においては、波長変換部材24の機能によって波長変換された互いに波長の異なる光の合成光である白色光が、波長変換部材24のから外部に向かって出射することになる。以下において、第1LED12を構成する各部材を詳細に説明する。
パッケージ23は、例えば、電気絶縁性に優れて良好な放熱性を有し、かつ、反射率の高い(好ましくは反射率が80%以上の)アルミナ系セラミック等から構成されている。なお、パッケージ23の材質は、例えば、電気絶縁性に優れた材料として、樹脂、ガラスエポキシ樹脂、樹脂中にフィラーを含有した複合樹脂などから選択された材料を用いてパッケージ23を形成してもよい。或いは、パッケージ23のチップ実装面における光の反射性を良くして第1LED12の発光効率を向上させる上では、アルミナ粉末、シリカ粉末、酸化マグネシウム、酸化チタンなどの白色顔料を含むシリコーン樹脂を用いることが好ましい。一方、より優れた放熱性及び反射性を得るため、パッケージ23を絶縁体で被覆したアルミニウム等の金属製としてもよい。このような場合には、パッケージ23の電極パターン23b、23cなどを金属製の本体から電気的に絶縁する必要がある。
本実施例においては、LEDチップ22には、例えば、410nmのピーク波長を有した紫色光を発する紫色発光ダイオードを用いることができる。具体的な紫色LEDチップとして、例えば、GaNやPSSを基板とし、InGaN半導体が発光層に用いられるGaN系LEDチップがある。本実施例においてLEDチップが発する光のピーク波長は、400nm〜420nmの波長範囲内にあるのが好ましく、405nm〜415nmの波長範囲内にあることがより好ましい。なお、紫色LEDチップに代えて、紫外線を出射する他のLEDチップや、又は近紫外チップを用いてもよい。
なお、LEDチップ22の数量は1個に限定されることなく、同一のピーク波長を有する光を出射する複数のLEDチップ22を半導体発光源として用いてもよい。また、LEDチップ22の種類や発光波長特性はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨から逸脱しない限りにおいて、様々なLEDチップなどの半導体発光素子を用いることができる。
波長変換部4は、LEDチップ22から入射する紫外〜紫色光の少なくとも一部を吸収して励起し、基底状態に戻る際に紫外〜紫色光とは異なる波長を有する青色光を放射することができる青色蛍光体24b、紫外〜紫色光を吸収して励起し、基底状態に戻る際に紫外〜紫色光とは異なる波長を有する緑色光を放射することができる緑色蛍光体24g、及び紫外〜紫色光を吸収して励起し、基底状態に戻る際に紫外〜紫色光とは異なる波長を有する赤色光を放射することができる赤色蛍光体24rが用いられる。
青色蛍光体24bの発光ピーク波長は、通常は420nm以上、好ましくは430nm以上、より好ましくは440nm以上で、通常は500nm未満、好ましくは490nm以下、より好ましくは480nm以下、更に好ましくは470nm以下、特に好ましくは460nm以下の波長範囲にあるものが好適である。具体的な青色蛍光体24bとしては種々の蛍光体を使用することができるが、本実施例では、青色蛍光体24bとして、SBCA((Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu2+)が用いられている。なお、青色蛍光体24bとしては、SCA(Sr10(PO4)6Cl2:Eu2+)を用いるのも好適である。
緑色蛍光体24gの発光ピーク波長は、通常は510nm以上、好ましくは530nm以上、より好ましくは535nm以上で、通常は570nm未満、好ましくは550nm以下、さらに好ましくは545nm以下の波長範囲にあるものが好適である。具体的な緑色蛍光体24gとしては種々の蛍光体を使用することができるが、本実施例では、緑色蛍光体24gとして、β−サイアロン((Si,Al)6(N,O)8:Eu2+)が用いられている。なお、緑色蛍光体24gとしては、LuAG(Lu3Al5O12:Ce)を用いるのも好適である。
赤色蛍光体24rの発光ピーク波長は、通常は570nm以上、好ましくは580nm以上、より好ましくは600nm以上、さらに好ましくは630nm以上、特に好ましくは645nm以上で、通常は780nm以下、好ましくは700nm以下、より好ましくは680nm以下の波長範囲にあるものが好適である。具体的な赤色蛍光体24rとしては種々の蛍光体を使用することができるが、本実施例では、赤色蛍光体24rとして、SCASN((Sr,Ca)AlSiN3:Eu)が用いられている。なお、赤色蛍光体24rとしては、CASON((Eu,Ca)AlSiN3-xSi2N2O)、SCASN、又はCASN(CaAlSiN3:Eu)の少なくとも1つを用いるのが好適である。
母材24aには、樹脂又はガラス等の透光性を備える材料を用いることができ、本実施例においては、樹脂を使用した。本実施例において、波長変換部材24は、樹脂である母材24aに各蛍光体を練り込むことにより形成されている。具体的な樹脂としては、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の種々の樹脂又はガラス等の透光性を備える材料を用いることができる。
以上のような構成から、母材34aに対する青色蛍光体24b、緑色蛍光体24g、及び赤色蛍光体24rの含有比率を調整することにより、第1LED12は、色温度が約1900K(第1色温度)の白色光を出射する発光装置となる。
一方、図7に示すように、第2LED13は、青色光を出射する半導体発光素子であるLEDチップ32、パッケージ23、波長変換部材34を備える。すなわち、第2LED13は、第1LEDと比較して、半導体発光源であるLEDチップの種類が異なるものの、パッケージ構造及びLEDチップの実装構造は同一である。
また、図7に示すように、波長変換部材34は、開口23eを充填する母材34aと、母材34aに分散保持された黄色蛍光体34yと、から構成されている。
以上のような構成から、本実施例に係る第2LED13においては、LEDチップ32から放射される青色光と、波長変換部材34の機能によって波長変換された波長の異なる黄色光との合成光である白色光が、波長変換部材34のから外部に向かって出射することになる。ここで、黄色蛍光体34yは、LEDチップ32から入射する青色光の少なくとも一部を吸収して励起し、基底状態に戻る際に青色光とは異なる波長を有する黄色光を放射することができる蛍光体である。
黄色蛍光体34yの発光ピーク波長は、通常は530nm以上、好ましくは540nm以上、より好ましくは550nm以上で、通常は620nm以下、好ましくは600nm以下、より好ましくは580nm以下の波長範囲にあるものが好適である。具体的な黄色蛍光体34yとしては、種々の黄色蛍光体を使用することができるが、本実施例では、黄色蛍光体34yとして、YAG(Y3Al5O12:Ce3+)が用いられている。
母材34aは、上述した母材24aと同一の材料を用いることができるため、ここではその説明は省略する。
以上のような構成から、母材34aに対する黄色蛍光体34yの配分比率を調整することにより、第2LED13は、色温度が約3600K(第2色温度)の白色光を出射する発光装置となる。
(レンズ)
次に、図5、及び図8乃至図10を参照しつつ、レンズ16について説明する。図8は、本実施例の照明装置1を構成するLEDモジュール2のレンズ16の正面図である。また、図9は、本実施例の照明装置1を構成するLEDモジュール2のレンズ16の側面図である。更に、図10は、図8の線X-Xに沿ったレンズ16の断面図である。
図8乃至図10から分かるように、レンズ16は、全体として略半球状の形状を有し、光出射面16a側の中央部に複数の単レンズを縦及び横方向に配列した構造を有するフライアイレンズである。また、図10に示すように、レンズ16は、光入射面16b側に開口16cが形成されている。更に、開口16cの底面は、凸レンズを形成するように、光入射面16b側に向けて突出している。
ここで、レンズ16は、ネジ等の接合部材(図示せず)をモジュール基板11に接合されている。そして、図5から分かるように、レンズ16がモジュール基板11に接合された状態のLEDモジュール2においては、レンズ16の開口16c内に第1LED12及び第2LED13が配置されている。すなわち、第1LED12及び第2LED13は、レンズ16の開口16cの底面に対向している。
レンズ16には、出射光の広がりが比較的に大きい広角レンズを用いてもよい。例えば、レンズの1/2のビーム角が30°以上のレンズを用いてもよく、本実施例においては、レンズの1/2ビーム角が50°の広角レンズをレンズ16として用いている。
なお、レンズ16は、上述したような広角レンズに限定されることはなく、照明装置1の使用用途に応じて、射光の広がりが比較的に小さい狭角レンズ又は中角レンズを用いることもできる。例えば、レンズの1/2のビーム角が30°未満のレンズを用いてもよい。
レンズ16の原材料としては、例えば、硼珪酸ガラス(BK7)又は合成石英を用いることができるが、これらに限定されることなく、一般的に使用されている様々なレンズ材料を用いることができる。
なお、本実施例においては、レンズ16を略半球状のフライアイレンズとしていたが、その外形は限定されることなく、例えば、レンズの側面が回転放物面であってもよい。また、本実施例においては、第1LED12及び第2LED13から出射された光を集光するために、レンズ16をフライアイレンズとしたが、光を集光することができるフレネルレンズ、又は一般的な両凸レンズ若しくは平凸レンズを用いてもよい。
<照明装置の電気回路構成>
次に、本実施例に係る照明装置1の電気回路構成及び照明装置1の発光制御を説明する。図11は、本実施例に係る照明装置1の電気回路構成の概略を示す電気回路図である。また、図12及び図13は、図11の回路構成における各トランジスタの作動状態、及び各LEDの駆動電流の電流値の一例を示すタイムチャートである。
図11から分かるように、照明装置1のLEDモジュール2には、1個の第1LED12、6個の第2LED13に加え、電流制限用の抵抗R1及び抵抗R2、並びにLEDを駆動用の駆動電流を供給するためのトランジスタQ1及びトランジスタQ2が設けられている。ここで、抵抗R1は対応する第1LED12に流れる電流を適正な大きさに調整するために設けられ、抵抗R2は対応する6個の第2LED13に流れる電流を適正な大きさに調整するために設けられている。
具体的には、第1LED12は抵抗R1に対して直列に接続されており、第1LED12のアノードが抵抗R1を介して電源41aの正極に接続されている。また、第1LED12のカソードは、トランジスタQ1のコレクタに接続され、トランジスタQ1のエミッタが電源41aの負極に接続されている。一方、6個の第2LED13は極性を同じくして互いに並列に接続されており、第1LED12と同様に、アノードが抵抗R2を介して電源41bの正極に接続されると共に、カソードがトランジスタQ2を介して電源41bの負極に接続されている。
ここで、電源41aは、照明装置1の外部から外部接続端子19を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する変換回路からなる直流電源であり、照明装置1の内部に設けられている。同様に、電源41bは、照明装置1の外部から外部接続端子20を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する変換回路からなる直流電源であり、照明装置1の内部に設けられている。また、図11には図示しないもの、電源41a、41bは照明装置1の外部電源に接続されている。
また、トランジスタQ1、Q2は、いずれもそれぞれのベース信号に応じてオン・オフ状態を切り換え可能であり、電流制御部42からそれぞれのベースに対して個別にベース信号が送出されるようになっている。より具体的な接続関係としては、トランジスタQ1のベースには、電流制御部42を構成する定電流制御回路42aが接続され、トランジスタQ2のベースには、電流制御部42を構成するデューティ比制御回路42bが接続されている。
更に、照明装置1は、照明装置1から出射する光の輝度等の発光特性の調整を外部から行うために、操作部43が設けられている。操作部43は、電流制御部42に接続され、照明装置1から出射する光の輝度等の発光特性を設定するための外部からの操作に応じ、設定された輝度に対応した駆動信号を電流制御部42に伝達する。そして、電流制御部42は、当該駆動信号に応じて、トランジスタQ1及びトランジスタQ2の動作を制御し、第1LED12に供給される駆動電流と、第2LED13に供給される駆動電流とを制御する。
次に、電流制御部42における具体的な制御について説明する。上述したように、電流制御部42は、定電流回路42a及びデューティ比制御回路42bを備えており、定電流制御回路42aがトランジスタQ1にベース信号を供給し、デューティ比制御回路42bがトランジスタQ2にベース信号を供給する。
すなわち、第1LED12は定電流制御回路42aによって制御され、より具体的には、トランジスタQ1がON駆動することにより、第1LED12には一定値の駆動電流が常に供給されることになり、第1LED12に流れる実際の駆動電流(すなわち、第2LED13に供給される電力量)は一定となる。
一方、第2LED13はデューティ比制御回路43bによって制御され、より具体的には、トランジスタQ2に供給されるベース信号の大きさは変化しないものの、ベース信号の供給時間と非供給時間の比率が制御されている。すなわち、トランジスタQ2を所定の周期で断続的にオンオフ駆動させることにより、第2LED13に供給される駆動電流の供給時間及び非供給時間の比率が制御され、第2LED13に流れる実際の駆動電流(すなわち、第2LED13に供給される電力量)がデューティ比制御回路43bによって制御されることになる。換言すれば、第2LED13に供給される駆動電流は、デューティ比制御回路43bによって上述した駆動信号に応じて可変電流で制御されることになる。
なお、電流制御部42は、操作部43から供給される電気信号に対応した制御内容を記憶する記憶部(例えば、メモリ)を有していてもよい。このような場合、電流制御部42は、操作部43から供給される電気信号に対応する制御内容を当該記憶部から読み出し、読み出した制御内容に応じてトランジスタQ1及びトランジスタQ2の動作を制御することになる。
以下において、図12及び図13を参照しつつ、定電流制御回路42a及びデューティ比制御回路42bによる駆動電流の制御を具体的に説明する。
先ず、比較的に暗く且つ赤味をおびている合成白色光を照明装置1から出射する場合を、図12に示す。図12に示す状態において、トランジスタQ1がオン状態になると第1LED12に電流値A0の駆動電流が流れ、第1LED12から1900Kの白色光が出射する。一方、トランジスタQ2は、周期t0(例えば20ms)の間において、オン期間t1のみ(例えば3ms)オン状態となり、当該オン期間t1の間に第1LED12に電流値A0の駆動電流が流れ、第2LED13から3600Kの白色光が出射する。
このように、トランジスタQ2のオン期間t1を周期t0に対して比較短くすると、トランジスタQ2がオン状態の際に、第2LED13に瞬間的(すなわち、t1の期間)に流れる駆動電流の電流値はA0で同一であるものの、実際に照明装置1を使用している状態(すなわち、t0の周期が複数回繰り返されている状態)において、第2LED13に実際に供給される駆動電流の電流値はA0よりも半分以下になる。従って、図12に示されている状態においては、第2LED13から出射する1900Kの光が第1LED12から出射する3600Kの光よりも明るくなり、照明装置1から出射する合成白色光の色温度は1900Kに近づき、全体として均一に赤みがかった色の合成白色光が出射することになる。
上述した状態から照明装置1の出射光を明るくする(すなわち、調光する)ために、例えば図13に示すように、トランジスタQ2のオン期間をオン期間t1よりも長いオン期間t2(例えば、18ms)とし、トランジスタQ2の駆動時間を長くする。
このように、トランジスタQ2のオン期間を周期t0に近づけると、実際に照明装置1を使用している状態(すなわち、t0の周期が複数回繰り返されている状態)において、第2LED13に実際に供給される駆動電流の電流値は、図12の状態と比して、第2LED13に瞬間的(すなわち、t2の期間)に流れる駆動電流の電流値(A0)に近づくことになる。従って、図13に示されている状態においては、第2LED13から出射する1900Kの光と第1LED12から出射する3600Kの光の明るさはほぼ同一になり、照明装置1から出射する合成白色光の色温度は3600Kにより近づき、より昼白色に近い色の光を出射することになる。
このように、定電流回路42aによって第1LED12に流れる実際の駆動電流を一定にしつつ、デューティ比制御回路42bによって第2LED13に供給される駆動電流の供給時間及び非供給時間を調整することにより、1900Kの光を一定の強度で出射しつつ3600Kの光の強度を自在に調整することが可能となり、照明装置1から出射する合成白色光の強度の変化に応じて色温度を変化させることが可能になる。すなわち、照明装置1から出射する合成白色光の強度が小さい(すなわち、合成白色光が比較的暗い)場合には、合成白色光の色温度を1900Kに近づけることができ、照明装置1から出射する合成白色光の強度が大きき(すなわち、合成白色光が比較的明るい)場合には、合成白色光の色温度を3600Kに近づけることができる。
<照明装置の評価>
次に、本実施例に係る照明装置1を実際に天井に取り付けた場合に、照明装置1から出射する合成白色光の特性を評価した結果を図14を参照しつつ説明する。具体的な評価方法として、第2LED13に供給する実際の駆動電流(印可電流)を変化させた場合に、照明装置1から出射する合成白色光の色温度(K)、及び照明装置1から合成白色光の光軸方向に50cm離間した位置の照度(lx)を測定した。図14の横軸は第2LED13への印可電流(mA)であり、第1縦軸(図14の右側に位置する縦軸)は照明装置1から出射する合成白色光の色温度(K)、第2縦軸(図14の左側に位置する縦軸)は照明装置1から合成白色光の光軸方向に50cm離間した位置(すなわち、照明装置1から50cm直下)の照度(lx)である。
図14に示すように、第2LED13への印可電流を増加させると、照明装置1から出射する合成白色光の色温度、及び照明装置1から50cm直下の照度も徐々に増加することが分かった。特に、照明装置1から50cm直下の照度は、印可電流の増加に正比例して増加することが分かった。一方、照明装置1から出射する合成白色光の色温度は、印可電流の値が大きくなると、その増加率が小さくなり、印可電流の値が500mAを越えると、色温度がほとんど変化しないことが分かった。
より具体的な数値データとして、第2LED13に対して駆動電流を供給しない場合には、第1LED12のみが発光するため、照明装置1からは1900Kの光が出射し、50cm直下の照度は約400lxであった。第2LED13に対する印可電流が100mAに達すると、照明装置1からは約2350Kの合成白色光が出射し、50cm直下の照度は約610lxであった。第2LED13に対する印可電流を300mAまで増加させると、照明装置1からは約2650Kの合成白色光が出射し、50cm直下の照度は約1000lxであった。第2LED13に対する印可電流を500mAまで更に増加させると、照明装置1からは約2800Kの合成白色光が出射し、50cm直下の照度は約1350lxであった。そして、第2LED13に対する印可電流を800mAまで増加させると、照明装置1からは約3100Kの合成白色光が出射し、50cm直下の照度は約1450lxであった。
以上のように、本実施例に係る照明装置1から出射する合成白色光の色温度は、合成白色光が明るくなるとともに増加することが分かった。具体的には、合成白色光が比較的暗い場合には、その色温度が1900Kに近く、電球色の光が照明装置1から出射されていたが、合成白色光がより明るくなるにつれて、その色温度が増加して最終的には3200Kに近づき、昼白色に近い色の光を照明装置1から出射することになる。
なお、本実施例においては、第1LED12から出射する白色光の色温度は1900Kであったが、1600K以上3000K以下の範囲内で調整することができる。そして、第1LED12から出射する白色光の色温度に応じて、第2LED13から出射する白色光の色温度を4000K以上に調整してもよい。このような場合であっても、第1LED12から出射する白色光の色温度(すなわち、第1色温度)と、第2LED13から出射する白色光の色温度(すなわち、第2色温度)との合成色温度を1600K以上4000K以下に調整することが好ましい。更に好ましくは、最終的に、当該合成色温度を1600K以上3000K以下に調整することが好ましい。
<本実施例の効果>
本実施例に係る照明装置1においては、第1LED12に対しては定電流制御回路42aから一定値の駆動電流を供給しつつ、第1LED12から出射する白色光(1900K)よりも高い色温度の白色光(3600K)を出射する第2LED13に対しては、駆動電流の供給時間及び非供給時間の比率を制御することによって実際の駆動電流の電流値を制御することができた。当該制御により、照明装置1から出射する合成白色光の明るさを変化させつつ、その色温度を適切に調整することが可能となる。
また、本実施例の照明装置1においては、第1LED12に供給される駆動電流の値は一定値であるため、第1LED12及び第2LED13を相互に関連させて駆動する等の複雑な制御方法及び制御回路が不要となり、電流制御部41の構成をより簡易にすることができる。これにより、本実施例に係る照明装置1は、コストの低減が十分になされることになる。
以上のことから、本実施例に係る照明装置は、簡易な構成でハロゲン電球の代替として使用できる。
そして、本実施例に係る照明装置1は、上述した効果を奏することが可能であるため、ダウンライト、スポットライト、ユニバーサルダウンライト、ハロゲン電球、及び白熱電球等の様々な一般照明装置に適用することができる。
<変形例>
上述した実施例に係るLEDモジュール2においては、モジュール基板11の実装面側の中央部に第1LED12を実装し、その周囲を囲み且つ同心円状に第2LED13を実装していたが、このような実装配置に限定されることはない。例えば、図15に示すように、第1LED12及び第2LED13を実装してもよい。図15に示すLEDモジュール2'を変形例として、以下に説明する。ここで、図15は、図4と同様にして示すLEDモジュール2'の正面図である。
図15に示すように、モジュール基板11の実装面上には、1個の第1LED12が配置され、当該1個の第1LED12を囲むように8個の第2LED13が配置されている。より具体的には、第1LED12及び第2LED13は、全体として、3行×3列となるように、マトリックス状に配置されている。
このように第1LED12及び第2LED13を配置する場合には、例えば、第1LED12から出射する白色光の色温度が1900Kとなるように調整され、第2LED13から出射する白色光の色温度が3100Kとなるように調整されてもよい。
このように、第1LED12及び第2LED13をマトリックス状に配置した場合であっても、上述した実施例と同様の制御方法によって第1LED12及び第2LED13に供給される駆動電流を制御すれば、LEDモジュール2'を備える照明装置1から出射する合成白色光の色温度を、合成白色光の明るさに応じて適切に制御することができる。
また、第1LED12及び第2LED13の実装配置は、例えば、図16に示すようにしてもよい。図16に示すLEDモジュール2''を変形例として、以下に説明する。ここで、図16は、図4と同様にして示すLEDモジュール2''の正面図である。
図16に示すように、モジュール基板11の実装面上には、4個の第1LED12、及び5個の第2LED13が実装されている。具体的な実装配置として、第1LED12及び第2LED13は、互い違いとなるように実装されている。換言すれば、第1LED12及び第2LED13は、交互になるように配置されている。
このように第1LED12及び第2LED13を配置する場合には、例えば、第1LED12から出射する白色光の色温度が1900Kとなるように調整され、第2LED13から出射する白色光の色温度が4000Kとなるように調整されてもよい。
このように、第1LED12及び第2LED13を交互に配置した場合であっても、上述した実施例と同様の制御方法によって第1LED12及び第2LED13に供給される駆動電流を制御すれば、LEDモジュール2''を備える照明装置1から出射する合成白色光の色温度を、合成白色光の明るさに応じて適切に制御することができる。
なお、LEDモジュール2''のモジュール基板11の実装面の中央部には第2LED13が位置しているが、第1LED12が実装面の中央部に位置してもよい。
更に、上述した実施例に係るLEDモジュール2においては、第1LED12及び第2LED13から出射する光を集光する共通の光学部材としてレンズ16が設けられていたが、レンズ16の大きさ及びその配置はこれに限定されることはない。例えば、図17に示すように、第2LED13の光射出方向のそれぞれに独立したレンズ16'を配置してもよい。このようなレンズ16'を備えるLEDモジュール2’’’を変形例として、以下に説明する。ここで、図17は、図4と同様にして示すLEDモジュール2’’’の正面図である。
図17に示すように、モジュール基板11の実装面の中央部上には1個の第1LED12が配置され、当該1個の第1LED12を囲むように4個の第2LED13が配置されている。より具体的には、第1LED12の四辺のそれぞれに1個の第2LED13の一辺が対向し、第1LED12を囲むように4個の第2LED13が同心円状に配置されている。
そして、モジュール基板11の実装面の中央部上に位置する第1LED12の光射出方向にはレンズ16'は配置されず、第2LED12の光射出方向のみにレンズ16'が配置されている。ここで、レンズ16'は上述した実施例に係るレンズ16と同種のフライアイレンズであるが、その寸法のみがレンズ16と比して小さく、1個の第2LED13を囲むことができる程度の寸法の開口が光出射面とは反対側に形成されている。
このように第1LED12及び第2LED13を配置し、且つ第2LED13の光射出方向のみにレンズ16'を配置する場合には、例えば、第1LED12から出射する白色光の色温度が1900Kとなるように調整され、第2LED13から出射する白色光の色温度が3000Kとなるように調整されてもよい。
このように、図17に示すようなLEDモジュール2’’’を備えるような照明装置1においても、上述した実施例と同様の制御方法によって第1LED12及び第2LED13に供給される駆動電流を制御すれば、照明装置1から出射する合成白色光の色温度を、合成白色光の明るさに応じて適切に制御することができる。また、第2LED13のみをレンズを介して配光し、第1LED12を広角のままで使用することによって、第1LED12から出射する光と第2LED13から出射する光を一段と混ぜ合わせることができる。
また、上述した実施例においては、第1LED12と第2LED13の構造は異なっていたが、両LEDともに、430nm以上480nm以下に発光ピーク波長を有するLEDチップ32、並びに母材34a及び黄色蛍光体34yからなる波長変換部材34を有してもよい。更に、両LEDともに、360nm以上420nm以下に発光ピーク波長を有するLEDチップ22、並びに母材24a、青色蛍光体24b、緑色蛍光体24g、及び赤色蛍光体24rからなる波長変換部材24を有してもよい。そして、第1LED12と第2LED13の構造を入れ代えてもよい。具体的には、第1LED12が、430nm以上480nm以下に発光ピーク波長を有するLEDチップ32、並びに母材34a及び黄色蛍光体34yからなる波長変換部材34を有し、第2LED13が、360nm以上420nm以下に発光ピーク波長を有するLEDチップ22、並びに母材24a、青色蛍光体24b、緑色蛍光体24g、及び赤色蛍光体24rからなる波長変換部材24を有してもよい。
上述したいずれの場合であっても、母材24a、34a中における各蛍光体濃度を調整することにより、第1LED12から出射する白色光の色温度を好ましくは1600K以上3000K以下とし、第2LED13から出射する白色光の色温度を第1LED12から出射する白色光の色温度よりも高くする必要がある。
また、第1LED12及び第2LED13は、各LEDチップと波長変換部材24、34とが接触する構造を有していたが、各LEDチップと波長変換部材24、34とが離間した構造を有していてもよい。すなわち、各LEDは、いわゆる、リモートフォスファー型の発光装置であってもよい。
また、第1LED12は定電流制御回路42aによって制御され、第2LED13はデューティ比制御回路43bによって制御される構造を有していたが、第1LED12もデューティ比制御回路によって制御される構造を有し、第1LED12に供給される駆動電流が停止されたときに、第1LED12に供給される駆動電流が前記駆動信号に応じて可変電流で制御されるようにしてもよい。これにより、照明装置1が消灯するまでの挙動を一段とハロゲン電球に近づけることができる。なお、第1LED12に供給される駆動電流が停止されるとは、周期的に駆動電流が0になる期間ではなく、駆動電流の供給が完全に停止することをいう。
さらに、第1LED12は定電流制御回路42aによって制御され、第2LED13はデューティ比制御回路43bによって制御される構造を有していたが、第2LED13に供給される駆動電流が停止されたときに、第1LED12に供給される駆動電流が停止されるようにしてもよい。これにより、第1LED12に供給される駆動電流が停止されたときに、照明装置1を消灯することができ、照明装置1の挙動を一段とハロゲン電球に近づけることができる。
そして、上述した実施例に係る照明装置1においては、バイポーラトランジスタであるトランジスタQ1、Q2がスイッチング素子として用いられていたが、MOS電界効果型トランジスタ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)をバイポーラトランジスタに代えて用いてもよい。
1 照明装置
2 LEDモジュール
3 本体
4 開口
5 筐体
6 外枠
7 固定部材
11 モジュール基板
12 第1LED(第1発光装置)
13 第2LED(第2発光装置)
14 発光体部
16 レンズ
19、20 外部接続端子
22、32 LEDチップ(半導体発光素子)
23 パッケージ
23a 実装基板
23b、23c 電極パターン
23d キャビティ
23e 開口
24、34 波長変換部材
24a、34a 母材
24b 青色蛍光体
24g 緑色蛍光体
24r 赤色蛍光体
25 金属ワイヤー
34y 黄色蛍光体
41a、41b 電源
42 電流制御部
42a 定電流制御回路
42b デューティ比制御回路
43 操作部

Claims (16)

  1. 外部から供給される駆動信号に応じて調光可能な照明装置であって、
    360nm以上480nm以下に発光ピーク波長を有する半導体発光素子を有し、第1色温度の白色光を出射する少なくとも1つの第1発光装置と、
    前記第1色温度に比して高い第2色温度の白色光を出射する少なくとも1つの第2発光装置と、
    前記駆動信号が供給される期間において、前記第1発光装置に供給される駆動電流を一定値で制御するとともに、前記第2発光装置に供給される駆動電流を前記駆動信号に応じて可変電流で制御する電流制御部と、
    を備えることを特徴とする照明装置。
  2. 前記電流制御部は、前記第1色温度及び前記第2色温度の合成色温度が、1600K以上4000K以下となるように、前記第2発光装置の駆動電流を制御する
    ことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記電流制御部は、前記第2発光装置に供給される駆動電流を減少させるように制御したときに、最終的に、前記第1色温度及び第2色温度の合成色温度が1600K以上3000K以下となるように前記第2発光装置の駆動電流を制御する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の照明装置。
  4. 前記電流制御部は、前記第2発光装置に供給される駆動電流を停止したときに、前記第1発光装置に供給される駆動電流を前記駆動信号に応じて可変電流で制御する
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明装置。
  5. 前記電流制御部は、前記第2発光装置に供給される駆動電流を停止したときに、前記第1発光装置に供給される駆動電流を停止する
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明装置。
  6. 前記第1発光装置は、前記第1色温度が1600K以上3000K以下である
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の照明装置。
  7. 前記第2発光装置は、前記第1発光装置を取り囲むように配置される
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の照明装置。
  8. 前記第1発光装置及び前記第2発光装置の光射出方向に1つの共用の光学部材が配置される
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の照明装置。
  9. 前記第2発光装置の光射出方向のみに前記第2発光装置ごとに光学部材が配置される
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の照明装置。
  10. 前記第1発光装置及び前記第2発光装置は交互となるように配置される
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の照明装置。
  11. 前記電流制御部は、前記第2発光装置に供給される駆動電流の供給時間及び非供給時間の比率を制御するデューティ比制御回路を備え、
    前記デューティ比制御回路は、前記供給時間及び前記非供給時間の比率を調整することにより前記第2発光装置の発光時間を制御する
    ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の照明装置。
  12. 前記第1発光装置は、360nm以上420nm以下に発光ピーク波長を有する半導体発光素子、並びにSBCA蛍光体からなる青色蛍光体、β−サイアロン蛍光体からなる緑色蛍光体、及びCASON蛍光体、SCASN蛍光体、又はCASN蛍光体の少なくとも1つからなる赤色蛍光体を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の照明装置。
  13. 前記第2発光装置は、430nm以上480nm以下に発光ピーク波長を有する半導体発光素子、及びYAG蛍光体からなる黄色蛍光体を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の照明装置。
  14. 前記第1発光装置及び前記第2発光装置は、430nm以上480nm以下に発光ピーク波長を有する半導体発光素子、及びYAG蛍光体からなる黄色蛍光体を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の照明装置。
  15. 前記第1発光装置及び前記第2発光装置は、360nm以上420nm以下に発光ピーク波長を有する半導体発光素子、並びにSBCA蛍光体からなる青色蛍光体、β−サイアロン蛍光体からなる緑色蛍光体、及びCASON蛍光体、SCASN蛍光体、又はCASN蛍光体の少なくとも1つからなる赤色蛍光体を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の照明装置。
  16. 前記第1発光装置は、430nm以上480nm以下に発光ピーク波長を有する半導体発光素子、及びYAG蛍光体からなる黄色蛍光体を有し、
    前記第2発光装置は、360nm以上420nm以下に発光ピーク波長を有する半導体発光素子、並びにSBCA蛍光体からなる青色蛍光体、β−サイアロン蛍光体からなる緑色蛍光体、及びCASON蛍光体、SCASN蛍光体、又はCASN蛍光体の少なくとも1つからなる赤色蛍光体を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の照明装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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