JP2015018612A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】異なる色温度の光を発する複数のLED光源に波長選択吸収部材を配置した場合であっても、演色性を向上させつつ、色温度及び色偏差の変化の小さい照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置1は、第1のLED光源11と、第1のLED光源11が発する光と異なる色温度の光を発する第2のLED光源12と、第1のLED光源11の光出射側に配置され、可視光域の特定波長を選択吸収する第1の波長選択吸収部材21と、第2のLED光源12の光出射側に配置され、可視光域の特定波長を選択吸収する第2の波長選択吸収部材22とを備え、第1の波長選択吸収部材21における特定波長の吸収量(Q1)と、第2の波長選択吸収部材22における特定波長の吸収量(Q2)とが異なる。
【選択図】図1

Description

本発明は、照明装置に関する。
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の固体発光素子は、高効率で省スペースな光源として、照明用又はディスプレイ用等の各種機器に広く利用されている。
近年、照明用光源として用いられる白色LED光源は、青色LEDが発する青色光とその青色光で励起される黄色蛍光体の黄色光とを混色させることにより擬似白色光を得る、いわゆるB−Yタイプが主流となっている。
B−Yタイプの白色LED光源は、発光効率の向上が目覚ましく、蛍光灯の発光効率を超えるものも現れている。このため、従来の白熱灯や蛍光灯からB−Yタイプの白色LED光源への置き換えが進んでいる。
蛍光灯の光は、水銀蒸気のプラズマ放電によって励起された数種類の蛍光体の発光色を混色することによって得られ、その蛍光体の発光スペクトルは、図25に示すように、半値幅の狭いシャープな発光ピークを複数有する。図25は、3波長域発光形白色蛍光ランプにおける発光スペクトルの分光分布の一例を示している。
一方、B−Yタイプの白色LED光源では、図26に示すような発光スペクトルが得られ、黄色蛍光体による発光ピークが蛍光灯に比べてブロードなものとなっている。図26は、B−Yタイプの白色LED光源の発光スペクトルの分光分布の一例を示している。
この両者の発光スペクトルの違いから、B−Yタイプの白色LED光源は、蛍光灯に比べて演色性が低いという課題がある。
そこで、白色LED光源の演色性を改善する方法として、白色LED光源よりも光出射側に、選択的な吸収ピークを有する波長選択吸収部材を配設し、白色LED光源の不要発光波長の光を選択的に吸収する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
この際、照明光の色温度及び色偏差(Duv)が大幅にずれないように構成することが好ましい。具体的には、波長選択吸収部材を、白色LED光源の発光スペクトルに対応させた波長吸収を行うように設計することで、色温度及び色偏差が大幅にずれることを抑制できると考えられる。
ここで、色偏差(Duv)とは、JIS Z8725−1999で定義されるCIE 1960 UCS 色度座標で、相当する色温度を有する黒体軌跡からのu,vの値の偏差を1000倍し、黒体放射軌跡の下側にあるときは負号をつけた値として示される値である。一般的に、Duvの値が5以上になると緑みを帯びた光となり、逆にDuvの値が−5以下になると赤みを帯びた光になることから、違和感のない光色にするために、Duvの値は±5以内であることが理想とされている。
また、色温度に関しては、施設店舗用照明では複数台の照明装置で空間を照らすことが多いため、色温度の変化やバラつきはできる限り抑えることが望まれている。
特開2011−199054号公報
しかしながら、異なる色温度の光を発する複数のLED光源を有する調色タイプの照明装置では、前述の波長選択吸収部材を配設すると、照射光の色温度及び色偏差の変化が大きくなるという課題がある。
具体的には、異なる色温度の光を発する2種類のLED光源を有する調色タイプの照明装置において、2種類のLED光源のうちのいずれか一方に合わせて設計した波長選択吸収部材を2種類のLED光源のいずれにも配設すると、調色をしていく段階で色温度の異なる2種類のLED光源の光出力比が変化して、照射光の色温度及び色偏差の変化が大きくなってしまう。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、各々が異なる色温度の光を発する複数のLED光源に波長選択吸収部材を配置した場合であっても、演色性を向上させつつ、色温度及び色偏差の変化の小さい照明装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置の一態様は、第1のLED光源と、前記第1のLED光源が発する光と異なる色温度の光を発する第2のLED光源と、前記第1のLED光源の光出射側に配置され、可視光域の特定波長を選択吸収する第1の波長選択吸収部材と、前記第2のLED光源の光出射側に配置され、可視光域の特定波長を選択吸収する第2の波長選択吸収部材とを備え、前記第1の波長選択吸収部材における特定波長の吸収量と、前記第2の波長選択吸収部材における特定波長の吸収量とが異なることを特徴とする。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、前記第1のLED光源の色温度は、前記第2のLED光源の色温度よりも低く、前記第1の波長選択吸収部材における前記第1の特定波長の吸収量は、前記第2の波長選択吸収部材における第2の特定波長の吸収量よりも大きい、としてもよい。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、前記第1の波長選択吸収部材の厚さは、前記第2の波長選択吸収部材の厚さよりも厚い、としてもよい。
あるいは、本発明に係る照明装置の一態様において、前記第1の波長選択吸収部材及び前記第2の波長選択吸収部材の各々は、波長選択吸収材を含む樹脂組成物にて形成されており、前記第1の波長選択吸収部材における前記波長選択吸収材の濃度は、前記第2の波長選択吸収部材における前記波長選択吸収材の濃度よりも高い、としてもよい。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、前記第1の波長選択吸収部材及び前記第2の波長選択吸収部材は、ポルフィリンを含有する樹脂組成物にて形成されている、としてもよい。
また、本発明に係る照明装置の一態様において、前記第1の波長選択吸収部材と前記第2の波長選択吸収部材とは、一体に形成され、かつ配光制御機能を有する、としてもよい。
本発明によれば、各々が異なる色温度の光を発する複数のLED光源を有する照明装置に波長選択吸収部材を配置した場合であっても、演色性を向上させつつ、色温度及び色偏差の変化を小さくすることができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る照明装置の概略図である。 図2は、低色温度の光を発する白色LED光源の分光分布図である。 図3は、高色温度の光を発する白色LED光源の分光分布図である。 図4は、本発明の実施の形態に係る照明装置の第1の例の構成を示す図である。 図5は、本発明の実施の形態に係る照明装置の第2の例の構成を示す図である。 図6は、本発明の実施の形態に係る照明装置の第3の例の構成を示す図である。 図7は、本発明の実施の形態に係る照明装置の第4の例の構成を示す図である。 図8は、テトラ(tert−ブチル)テトラアザポルフィリン銅を説明するための図である。 図9は、テトラ(tert−ブチル)テトラアザポルフィリンパラジウムを説明するための図である。 図10は、テトラ(tert−ブチル)テトラアザポルフィリン銅の吸光スペクトルを示す図である。 図11は、テトラ(tert−ブチル)テトラアザポルフィリンパラジウムの吸光スペクトルを示す図である。 図12は、本発明の実施の形態に係るシーリングライトを斜め下方から見たときの分解斜視図である。 図13は、本発明の実施の形態に係る照明装置における光源ユニットの一例を示す平面図である。 図14Aは、本発明の実施の形態に係る光源ユニットにおけるLED光源の配置レイアウトの第1の例の一部を示す平面図である。 図14Bは、本発明の実施の形態に係る光源ユニットにおけるLED光源の配置レイアウトの第2の例の一部を示す平面図である。 図14Cは、本発明の実施の形態に係る光源ユニットにおけるLED光源の配置レイアウトの第3の例の一部を示す平面図である。 図14Dは、本発明の実施の形態に係る光源ユニットにおけるLED光源の配置レイアウトの第4の例の一部を示す平面図である。 図15は、本発明の他の実施の形態に係るシーリングライトを斜め下方から見たときの分解斜視図である。 図16は、本発明の他の実施の形態の変形例に係るシーリングライトにおける、レンズ及び波長選択吸収部材を兼ねた配光制御部品と光源ユニットとの断面図である。 図17は、比較例の照明装置の構成を示す図である。 図18は、比較例の照明装置における第1のLED光源の前面に位置する波長選択吸収部材の分光透過率特性図である。 図19は、比較例の照明装置における第2のLED光源の前面に位置する波長選択吸収部材の分光透過率特性図である。 図20は、実施例1の照明装置における第1のLED光源の前面に位置する波長選択吸収部材の分光透過率特性図である。 図21は、実施例1の照明装置における第2のLED光源の前面に位置する波長選択吸収部材の分光透過率特性図である。 図22は、実施例1の照明装置の第1のLED光源の光における第1の波長選択吸収部材を通過前後の発光スペクトルを示す分光分布図である。 図23は、実施例1の照明装置の第2のLED光源の光における第2の波長選択吸収部材を通過前後の発光スペクトルを示す分光分布図である。 図24は、従来例、比較例及び実施例1〜4の照明装置についての各構成部材と評価結果を示す表である。 図25は、3波長域発光形白色蛍光ランプにおける発光スペクトルの一例を示す分光分布図である。 図26は、B−Yタイプの白色LED光源の発光スペクトルの一例を示す分光分布図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態)
まず、本発明の実施の形態に係る照明装置1の概略構成について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る照明装置の概略図である。
照明装置(照明器具)1は、発光時の色温度が異なる複数種類の複数のLED光源(LED素子)10を有する調色タイプの照明装置である。
複数のLED光源10は、発する光の色温度が互いに異なる第1のLED光源11と第2のLED光源12とによって構成されている。本実施の形態において、第1のLED光源11は、発光色の色温度が低色温度である低色温度用のLED光源であり、第2のLED光源12は、発光色の色温度が高色温度である高色温度用のLED光源である。また、第1のLED光源11及び第2のLED光源12は、白色LED素子によって構成された白色LED光源であり、それぞれ基板30上に複数配置されている。
一例として、第1のLED光源11は、色温度が2700Kの光を出射し、例えば、図2に示すような発光スペクトルを有する。また、第2のLED光源12は、色温度が6500Kの光を出射し、例えば、図3に示すような発光スペクトルを有する。なお、LED光源10及び基板30は、発光ユニットとして構成される。
照明装置1の照射光を調色する場合、第1のLED光源11及び第2のLED光源12の光出力比を変更する。例えば、第1のLED光源11及び第2のLED光源12の点灯させる割合を変化させることによって、照射光の色温度を連続的に変化させることができる。これにより、照射光の調色を行うことができる。
また、照明装置(照明器具)1は、複数のLED光源10の光出射側に配設された波長選択吸収部材20を備える。
波長選択吸収部材20は、第1の波長選択吸収部材21と第2の波長選択吸収部材22とによって構成されている。第1の波長選択吸収部材21は、第1のLED光源11に対向して配置されており、第1のLED光源11の出射光の特定波長を選択吸収する。また、第2の波長選択吸収部材22は、第2のLED光源12に対向して配置されており、第2のLED光源12の出射光の特定波長を選択吸収する。
そして、照明装置1では、第1の波長選択吸収部材21の特定波長吸収量(Q1)と、第2の波長選択吸収部材22の特定波長吸収量(Q2)とが異なっている(Q1≠Q2)。本実施の形態では、第1のLED光源11の光の色温度(T1)が第2のLED光源12の光の色温度(T2)よりも低く設定されているので(T1<T2)、第1の波長選択吸収部材21の特定波長の吸収量(Q1)が第2の波長選択吸収部材22の特定波長の吸収量(Q2)よりも大きくなるように設定している(Q1>Q2)。
照明装置1は、さらに、LED光源10に電力を供給するための電源(不図示)を備えていてもよい。つまり、電源(電源回路)は、照明装置1に内蔵されていてもよいし、照明装置1の外部に配置されていてもよい。電源は、例えば商用電源等の外部電源からの交流電圧を、整流、平滑及び降圧等して所定レベルの直流電圧に変換する回路を有する。
さらに、照明装置1には、目的によって、反射板、レンズ又は導光板等の配光制御部材、及び、化粧枠等が設けられていてもよい。
以下、本実施の形態における照明装置1の各構成部材について詳細に説明する。
[LED光源]
LED光源10(第1のLED光源11及び第2のLED光源12)は、LED素子によって構成されている。なお、LED光源10の代わりに、有機EL素子(OLED)又は無機EL素子等のLED以外の固体発光素子を用いて構成された固体発光素子光源を用いてもよい。
本実施の形態における第1のLED光源11及び第2のLED光源12を構成するLED素子は、例えばLEDチップと蛍光体等の波長変換材とによって構成される。
LEDチップは、所定の直流電力により発光する半導体発光素子の一例であって、単色の可視光を発するベアチップである。LEDチップは、例えば、通電されれば青色光を発する青色LEDチップが用いられる。青色LEDチップは、380nm〜500nmの波長域に主たる発光ピークを有し、窒化ガリウム系の半導体材料によって構成することができる。
蛍光体は、LEDチップが発する光によって励起されて所望の色(波長)の光を放出する。青色LEDチップを用いる場合、545nm〜595nmの波長域に主たる発光ピークを有する黄色蛍光体を用いることができる。このような黄色蛍光体の一例として、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体があげられる。蛍光体は、シリコーン樹脂等の透光性絶縁材料に含有されて蛍光体含有樹脂として構成される。
このように、本実施の形態におけるLED光源11は、青色LEDチップと黄色蛍光体とによって構成されたB−Yタイプの白色LED光源である。この場合、黄色蛍光体は青色LEDチップが発した青色光の一部を吸収して励起されて黄色光を放出するので、この黄色光と黄色蛍光体に吸収されなかった青色光とが混ざって白色光が得られる。B−Yタイプの白色LED素子は、図26に示すような発光スペクトルを有する。
但し、第1のLED光源11と第2のLED光源12とでは、放出される光の色温度を異ならせるために、含有させる蛍光体の種類や量を変えている。あるいは、黄色蛍光体に加えて赤色蛍光体を混ぜる等してもよい。
なお、第1のLED光源11及び第2のLED光源12を構成するLED素子の構造としては、COB(Chip On Board)構造及びSMD(Surface Mount Device)構造のいずれであってもよい。COB構造のLED素子は、基板に直接実装された複数のLEDチップを蛍光体含有樹脂によって個々に又は複数個一括して封止した構成である。一方、SMD構造のLED素子は、パッケージ型の素子であり、凹部を有する白色樹脂等の容器(パッケージ)内に実装されたLEDチップを蛍光体含有樹脂で封止した構成である。
[波長選択吸収部材]
波長選択吸収部材20(第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22)は、可視光域の一部の波長(特定波長)を選択的に吸収する光透過性部品(フィルタ)であり、当該波長選択吸収部材20を透過する光の特定波長を選択的に吸収することにより当該光の光色を変化させる機能を有する。
本実施の形態において、波長選択吸収部材20(第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22)は、LED光源10の光出射面側に設置され、LED光源10から放射される可視光の一部の波長を選択的に吸収することにより、LED光源10の光色を変化させる。
本実施の形態における波長選択吸収部材20は、波長選択吸収材として波長選択吸収色素が添加された色素添加フィルタであり、第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22の全部又は一部には、波長選択吸収材として波長選択吸収色素が含まれている。
第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22の各々は、波長選択吸収色素を含有する樹脂組成物によって構成することができ、例えば、光透過性樹脂に所定量の波長選択吸収色素を添加したり、光透過性樹脂やガラス等からなる透明基材に波長選択吸収色素を塗布したりすることによって構成することができる。
本実施の形態では、第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22が同じ波長選択吸収色素で構成されているので、第1の波長選択吸収部材21が吸収する可視光域の特定波長と、第2の波長選択吸収部材22が吸収する可視光域の特定波長とは同じである。
また、上述のとおり、本実施の形態における波長選択吸収部材20では、発光色が低色温度である第1のLED光源11の出射光側に配設される第1の波長選択吸収部材21の特定波長吸収量(Q1)が、発光色が高色温度である第2のLED光源12の光出射側に配設される第2の波長選択吸収部材22の特定波長吸収量(Q2)よりも大きくなるように構成されている。
以下、波長選択吸収部材20(第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22)の具体的な構成について、図4〜図7を用いて説明する。図4〜図7は、本実施の形態における照明装置の4つの具体例の構成を示す図である。
図4〜図7に示される第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22は、いずれも、波長選択吸収色素が添加された色素添加フィルタであって、光透過性樹脂20bと、当該光透過性樹脂20bに含有された波長選択吸収色素20aとによって構成されている。
なお、図4〜図7に示すように、波長選択吸収部材20は、光源ユニットLUに対向して配置される。光源ユニットLUは、基板30と、基板30の上に配置された第1のLED光源11及び第2のLED光源12とによって構成される。また、第1の波長選択吸収部材21は、第1のLED光源11の光出射側に配置され、第2の波長選択吸収部材22は、第2のLED光源12の光出射側に配置される。
図4に示される照明装置では、第1の波長選択吸収部材21の厚さ(t1)が第2の波長選択吸収部材22の厚さ(t2)よりも厚くなるように構成されている(t1>t2)。ここで、第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22の厚さとは、第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22における光入射面に対して略垂直な方向の長さのことである。なお、図4において、第1の波長選択吸収部材21における波長選択吸収色素20aの濃度と第2の波長選択吸収部材22における波長選択吸収色素20aの濃度とは同じである。
図5に示される照明装置では、第1の波長選択吸収部材21における波長選択吸収色素20aの濃度が、第2の波長選択吸収部材22における波長選択吸収色素20aの濃度よりも高くなるように構成されている。なお、図5において、第1の波長選択吸収部材21の厚さと第2の波長選択吸収部材22の厚さとは同じである。
図6に示される照明装置では、図4と同様に、第1の波長選択吸収部材21の厚さ(t1)が第2の波長選択吸収部材22の厚さ(t2)よりも厚くなるように構成されている(t1>t2)。また、第1の波長選択吸収部材21と第2の波長選択吸収部材22とは、図4では別体で構成されており分離されていたが、図6では一体的に形成されている。なお、図6では、第1の波長選択吸収部材21における波長選択吸収色素20aの濃度と第2の波長選択吸収部材22における波長選択吸収色素20aの濃度とは同じである。
図7に示される照明装置では、厚さ及び波長選択吸収色素20aの濃度が一定である平板状の波長選択吸収部材(色素添加フィルタ)の表面に、発光色が低色温度である第1のLED光源11のみに対向するようにして、波長選択吸収色素20aを含むコーティング層20cが形成されている。これにより、部分的に厚さの厚い第1の波長選択吸収部材21と、部分的に厚さの薄い第2の波長選択吸収部材22とを有する波長選択吸収部材20を構成することができる。
なお、コーティング層20cは、光透過性樹脂20bと、当該光透過性樹脂20bに含有された波長選択吸収色素20aとによって構成されている。また、コーティング層20cの断面形状は略半円形状としているが、これに限らない。
以下、第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22を構成する波長選択吸収色素20a及び光透過性樹脂20bについて詳細に説明する。
<波長選択吸収色素>
波長選択吸収色素とは、可視光の一部を選択的に吸収する性質を有する色素のことである。波長選択吸収色素としては、特定波長として570nm〜600nm又は570nm〜780nmの波長の光を選択的に吸収する性質を持つものを用いることができる。具体的には、テトラアザポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、フタロシアニン、シアニン、アゾ、ピロメテン、スクアリリウム、キサンテン、ジオキサン、オキソノール等の有機化合物を主体とする色素が挙げられる。また、ネオジムイオン等の希土類金属イオンを含有する有機化合物を主体とする色素も挙げられる。
中でも、テトラアザポルフィリン化合物等のポルフィリン化合物は、吸収ピークの形状が急峻であり、かつ、光源からの光照射に対しても堅牢性が高いため、好適に用いることができる。テトラアザポルフィリン化合物には、例えば、図8の化学式に示されるテトラ(tert−ブチル)テトラアザポルフィリン銅、又は、図9の化学式に示されるテトラ(tert−ブチル)テトラアザポルフィリンパラジウム等があり、中心金属の種類や置換基の種類によって、最大吸収波長が変化する。
これら2種のポルフィリン化合物の各々を一定量アセトンに溶解させた液を光路長1mmの石英セルにとり、分光光度計で吸光スペクトルを測定した結果を図10及び図11に示す。図10は、図8の化学式に示されるテトラ(tert−ブチル)テトラアザポルフィリン銅の吸光スペクトルを示す図である。また、図11は、図9の化学式に示されるテトラ(tert−ブチル)テトラアザポルフィリンパラジウムの吸光スペクトルを示す図である。なお、図10及び図11では、最大吸収波長における吸光度を1として規格化したときの相対吸光スペクトルを示している。
<光透過性樹脂>
光透過性樹脂とは、可視光を透過する機能を有する樹脂のことである。例えば、光学的に透明な樹脂として、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、環状ポリオレフィンコポリマー、ポリメチルペンテン等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。また、乳白色半透明な樹脂として、ポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂等が挙げられる。また、その他に、光透過性樹脂として、メタクリル酸樹脂やシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂等も挙げられる。熱硬化性樹脂は、架橋成分が加えられた後に、熱もしくは電子線、紫外線等のエネルギーが付与されて固化される。
これらの樹脂を用いて波長選択吸収部材20を作製する場合、樹脂固形分に対して所定量の波長選択吸収色素を溶媒に分散して樹脂原料に添加した後、射出成形、押出成形、プレス成形、キャスト成形又はカレンダー成形等の成形手段を用いて所定の形状に成形加工する。また、光透過性樹脂又はガラス基材の表面に波長選択吸収色素に塗布した後、硬化させることによっても波長選択吸収部材20を作製することができる。
なお、光透過性樹脂には、波長選択吸収色素の他に、用途に応じて、波長選択機能を損なわない範囲で、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤又は加水分解防止剤等を適宜加えてもよい。
特に、本実施の形態の用途においては、LED光源10からの光照射による色素の褪色を抑制するために、紫外線吸収剤及び光安定剤を添加するとよい。
添加する紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、トリアジン系等の紫外線吸収剤があり、中でも、波長選択吸収色素としてテトラアザポルフィリン系色素を使用する場合においては、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が好適に用いられる。テトラアザポルフィリン系色素は、その分子構造に起因するソーレー帯と呼ばれる吸収帯が340nm付近にあり、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤の最大吸収波長の340nm〜350nmとほぼ一致するため、波長選択吸収色素の光吸収による変褪色を抑制することができる。
また、添加する光安定剤としては、ヒンダードアミン系光安定剤が好適に用いられる。
[基板]
基板30は、LED光源10を配置するための基台である。基板30には、第1のLED光源11及び第2のLED光源12が配置される。基板30としては、樹脂をベースとする樹脂基板、セラミックからなるセラミック基板、金属をベースとするメタルベース基板等を用いることができる。また、基板30の形状は、光源ユニットLUが取り付けられる照明装置の載置形状及び配置スペースに応じて適宜選択することができる。
また、基板30には、第1のLED光源11(LED素子)及び第2のLED光源12(LED素子)の各々に供給する直流電力を受電するための複数の外部接続端子と、これらの外部接続端子と第1のLED光源11及び第2のLED光源12とを電気的に接続するための金属配線(金属パターン)とが設けられている。また、金属配線は、複数の第1のLED光源11及び複数の第2のLED光源12の各々について、直列接続としたり並列接続としたり直列接続と並列接続との組み合わせ接続としたりするために、所定形状で形成されている。
[照明装置の具体例]
次に、照明装置(照明器具)の具体的な応用例として、シーリングライト100について説明する。図12は、本発明の実施の形態に係るシーリングライトを斜め下方から見たときの分解斜視図である。
図12に示すように、シーリングライト100は、4つの光源ユニット110と、波長選択吸収部材120と、本体130と、カバー140と、電源(不図示)とを備える。以下、シーリングライト100の各構成部材について詳細に説明する。
[光源ユニット]
各光源ユニット110は、図13に示すように、基板30と、基板30の上に配置された複数のLED光源10とによって構成される。複数のLED光源10は、例えば、内側と外側の2列の素子列となるように配列することができる。また、LED光源10の各々は、B−Yタイプの白色LED光源であり、上述のように、発光色が低色温度(2700K)である複数の第1のLED光源11と、発光色が高色温度(6500K)である複数の第2のLED光源12とによって構成されている。
第1のLED光源11と第2のLED光源12の配置レイアウトは、例えば図14A〜図14Dに示すように構成することができる。
図14Aでは、内側及び外側の各素子列において第1のLED光源11及び第2のLED光源12が1個ずつ交互に配置され、かつ、内側の素子列と外側の素子列とで第1のLED光源11及び第2のLED光源12が対向するように配置されている。
図14Bでは、内側及び外側の各素子列において第1のLED光源11及び第2のLED光源12が1個ずつ交互に配置され、かつ、内側の素子列と外側の素子列とで第1のLED光源11及び第2のLED光源12が対向しないように配置されている。
図14Cでは、内側及び外側の各素子列において第1のLED光源11及び第2のLED光源12が2個ずつ交互に配置され、かつ、内側の素子列と外側の素子列とで第1のLED光源11及び第2のLED光源12が対向しないように配置されている。
図14Dでは、内側の素子列が第1のLED光源11のみで構成され、かつ、外側の素子列が第2のLED光源12のみで構成されるように配置されている。
[波長選択吸収部材]
図12に示すように、波長選択吸収部材120は、円環状に構成されており、円環状に配置された4つの光源ユニット110の光出射側に配置される。波長選択吸収部材120の構造としては、図4〜図7に示す構造とすることができる。図12では、図6に示す構造を用いた例を示している。
[本体]
図12に示すように、本体130の中央部には、当該本体130を天井面に設置されている引掛シーリングに取り付けるための取付部131が設けられている。取付部131は、天井面に設置されている引掛シーリングに取り付けられることにより、引掛シーリングに機械的及び電気的に接続される。
本体130は、例えば、厚みの薄いダイカスト部材等を用いて円板形に形成されており、床面側が反射面として機能するととともに光源ユニット110の取付面として機能する。なお、本体130の上部には、電源(電源ユニット)が収容されている。
[カバー]
図12に示すように、カバー140は、光源ユニット110及び波長選択吸収部材120を覆うように本体130に取り付けられる。本実施の形態におけるカバー140は、照明装置全体を均一に発光させるために、カバー140の材料の一部又は全部に光拡散粒子が分散された拡散カバーである。カバー140は、例えば、乳白色の樹脂製のカバーとすることができる。
[電源]
電源(電源ユニット)は、各光源ユニット110に電気的に接続されており、取付部131を介して供給される商用電源からの交流電圧を、光源ユニット110を発光させるための直流電圧に変換する回路を有する。
また、電源は、シーリングライト100の照射光の調色を行うために、各光源ユニット110における第1のLED光源11と第2のLED光源12とを独立して駆動制御できるように構成されている。これにより、第1のLED光源11及び第2のLED光源12の各々に投入する直流電力を独立して変更できるので、第1のLED光源11及び第2のLED光源12の光出力比を変更して調色を行うことができる。
[照明装置の他の具体例]
また、図15に示すように、シーリングライト100は、さらに、配光制御機能を有する配光制御部品150を備えていてもよい。配光制御部品150は、例えば、LED光源10の光の配光角を拡大するレンズである。
配光制御部品150は、波長選択吸収部材120の光出射側(光源ユニット110側とは反対側)、又は、光源ユニット110と波長選択吸収部材120との間に配置することができる。
配光制御部品150は、当該配光制御部品150に入射する光を任意の配光が得られるように構成された光学部品であり、例えば、レンズ、反射板、又は導光板等である。
また、波長選択吸収部材120と配光制御部品150とを別体ではなく一体的に形成してもよい。例えば、配光制御部品150としてレンズを用いる場合、図16に示すように、そのレンズである配光制御部品151は、波長選択吸収部材を兼ねていてもよい。この場合、レンズの厚みを異ならせることによって、第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22を構成することができる。
[作用効果]
次に、本実施の形態に係る照明装置の作用効果について、比較例と対比しながら本発明に至った経緯を含めて説明する。図17は、比較例の照明装置の構成を示す図である。
図17に示すように、比較例の照明装置1Aは、B−Yタイプの白色LED光源であるLED光源10(第1のLED光源11及び第2のLED光源12)を有する調色タイプの照明装置であり、白色LED光源の演色性(Ra)を改善するために、LED光源10の光出射側に波長選択吸収部材20Aが配設された構成である。
波長選択吸収部材20Aは、厚さが一定の色素添加フィルタであって、光透過性樹脂20bと、光透過性樹脂20bに含有された波長選択吸収色素20aとによって構成されている。
しかしながら、比較例の照明装置1Aでは、波長選択吸収部材20Aが第1のLED光源11及び第2のLED光源12のいずれか一方の発光スペクトルに合わせて設計されているので、照明装置1Aの調色をしていく段階で、複数種の光源の光出力比が変化する。このため、照明装置1Aでは、照射光の色温度及び色偏差(Duv)が大きく変化するということが分かった。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、発光色が異なる色温度のLED光源を複数有する調光タイプの照明装置において、演色性を向上させるために波長選択吸収部材を用いた場合であっても、LED光源の色温度ごとに光の吸収量を調整することで、照射光の色温度及び色偏差(Duv)の変化を抑制できることを見出した。
つまり、本実施の形態に係る照明装置1では、第1のLED光源11の光出射側に配置された第1の波長選択吸収部材21における吸収量(Q1)と、発光色の色温度が第1のLED光源11と異なる第2のLED光源12の光出射側に配置された第2の波長選択吸収部材22における吸収量(Q2)とが異なるように構成している。
具体的には、第1のLED光源11の発光色の色温度が第2のLED光源12の発光色の色温度よりも低い場合には、第1の波長選択吸収部材21の吸収量(Q1)が第2の波長選択吸収部材22の吸収量(Q2)よりも大きくする。
この構成により、異なる色温度の光を発する複数のLED光源10を有する照明装置に波長選択吸収部材を配置した場合であっても、演色性を向上させつつ、色温度及び色偏差(Duv)の変化を小さくすることができる。
また、本実施の形態では、第1のLED光源11及び第2のLED光源12ごとに波長選択吸収部材20の光の吸収量を調整するために、図4〜図7に示すような構成を採用している。具体的には、波長選択吸収部材20の中の波長選択吸収色素の濃度を、第1のLED光源11及び第2のLED光源12ごと変化させたり、波長選択吸収色素が均一に分散された波長選択吸収部材20において、第1のLED光源11及び第2のLED光源12ごとに波長選択吸収部材20の板厚を調整したりしている。
このような簡単な構成により、異なる色温度の光を発する複数のLED光源を有する調色タイプの照明装置においても、色温度及び色偏差を大幅に変化させることなく、容易に演色性を向上させることが可能となる。
また、本実施の形態における照明装置において、波長選択吸収部材20(第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22)は、ポルフィリンを含有する樹脂組成物にて形成するとよい。
ポルフィリンを含有する機能組成物は、波長選択吸収部材20における吸収ピークの形状を急峻にすることができ、なおかつ、光照射に対しても堅牢性が高いという特質を有する。したがって、発光効率をできるだけ低下させることなく、また長時間にわたって性能劣化させることのない照明装置を実現することができる。
また、本実施の形態における照明装置において、第1の波長選択吸収部材21と第2の波長選択吸収部材22とを、一体に形成し、かつ配光制御機能を有するように構成するとよい。
このように、各々のLED光源10に対応する第1の波長選択吸収部材21と第2の波長選択吸収部材22とを、配光制御機能を有するように一体構造で成形することで、製造時の工程数を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。
(実施例)
以下、照明装置の実施例について説明する。本実施例では、従来例、比較例及び実施例1〜4として、構造の異なる波長選択吸収部材を作製し、各照明装置について、色温度、色偏差(Duv)及び演色性(Ra、R9)の評価を行った。
<従来例>
従来例は、図17に示される照明装置において、波長選択吸収部材20Aが設けていない構造である。
LED光源10としては、発光色の色温度が2700Kである第1のLED光源11(NS2L157AR−H3、日亜化学工業株式会社製)と、発光色の色温度が6500Kである第2のLED光源12(NS2W157AR−H3、日亜化学工業株式会社製)とを用いた。
また、照明器具として、シーリングライト(HH−LC800A、パナソニック株式会社製)を用いた。
<比較例>
比較例では、図17に示される構造の照明装置とした。
波長選択吸収部材20Aは、アクリル樹脂(VH001、三菱レイヨン株式会社製)を用いて射出成形によって成形した。この際、テトラアザポルフィリン系色素(TAP−18、山田化学株式会社製)を重量比で12.5ppmで混合し、厚さ2mmとなるように成形した。
LED光源10として、従来例と同様に、発光色の色温度が2700Kである第1のLED光源11と、発光色の色温度が6500Kである第2のLED光源12とを用いた。また、照明器具として、従来例と同じシーリングライトを用いて、上記の波長選択吸収部材20AをLED光源10の前面(光出射側)に配置して固定した。
このように構成された比較例の照明装置では、波長選択吸収部材20AがLED光源10の色温度ごとに光の吸収量が調整されていないので、図18及び図19に示すように、第1のLED光源11(2700K)の前面に位置する波長選択吸収部材20Aの分光透過率特性と、第2のLED光源12(6500K)の前面に位置する波長選択吸収部材20Aの分光透過率特性とは同じになっている。
<実施例1>
実施例1では、図4に示される構造の照明装置とした。
実施例1において、波長選択吸収部材20は、アクリル樹脂(VH001、三菱レイヨン株式会社製)を用いて、テトラアザポルフィリン系色素(TAP−18、山田化学株式会社製)を混合して成形したアクリル板である。この際、第1の波長選択吸収部材21は、色素重量比が12.5ppmとなるように、かつ、板厚が2mmとなるように成形し、第2の波長選択吸収部材22は、色素重量比が12.5ppmとなるように、かつ、板厚が1.2mmとなるように成形した。
また、LED光源10として、比較例と同様に、発光色の色温度が2700Kである第1のLED光源11と、発光色の色温度が6500Kである第2のLED光源12とを用いた。また、照明器具として、比較例と同じシーリングライトを用いた。
そして、第1のLED光源11(2700K)の前面には第1の波長選択吸収部材21を配置して固定し、第2のLED光源12(6500K)の前面には第2の波長選択吸収部材22を配置して固定した。
このように構成された実施例1の照明装置では、第1のLED光源11(2700K)の前面に位置する第1の波長選択吸収部材21の分光透過率特性と、第2のLED光源12(6500K)の前面に位置する第2の波長選択吸収部材22の分光透過率特性とが異なっており、それぞれ図20及び図21に示すような特性となっている。
また、第1のLED光源11及び第2のLED光源12の各々から出射する光が、第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22を通過する前と通過した後の発光スペクトルを、図22及び図23に示す。
<実施例2>
実施例2では、図5に示される構造の照明装置とした。
実施例2において、波長選択吸収部材20は、アクリル樹脂(VH001、三菱レイヨン株式会社製)を用いて、テトラアザポルフィリン系色素(TAP−18、山田化学株式会社製)を混合して成形したアクリル板である。この際、第1の波長選択吸収部材21は、色素重量比が12.5ppmとなるように、かつ、板厚が2mmとなるように成形し、第2の波長選択吸収部材22は、色素重量比が7.5ppmとなるように、かつ、板厚が2mmとなるように成形した。
また、LED光源10として、実施例1と同様に、発光色の色温度が2700Kである第1のLED光源11と、発光色の色温度が6500Kである第2のLED光源12とを用いた。また、照明器具として、実施例1と同じシーリングライトを用いた。
そして、第1のLED光源11(2700K)の前面には第1の波長選択吸収部材21を配置して固定し、第2のLED光源12(6500K)の前面には第2の波長選択吸収部材22を配置して固定した。
<実施例3>
実施例3では、図6に示される構造の照明装置とした。
実施例3において、波長選択吸収部材20は、アクリル樹脂(VH001、三菱レイヨン株式会社製)を用いて、テトラアザポルフィリン系色素(TAP−18、山田化学株式会社製)を混合して成形したアクリル板である。この際、第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22が一体構造となるように一体成形した。また、第1の波長選択吸収部材21は、色素重量比が12.5ppmとなるように、かつ、板厚が2mmとなるように成形し、第2の波長選択吸収部材22は、色素重量比が12.5ppmとなるように、かつ、板厚が1.2mmとなるように成形した。
また、LED光源10として、実施例1と同様に、発光色の色温度が2700Kである第1のLED光源11と、発光色の色温度が6500Kである第2のLED光源12とを用いた。また、照明器具として、実施例1と同じシーリングライトを用いた。
そして、第1のLED光源11(2700K)の前面には第1の波長選択吸収部材21が位置するように、かつ、第2のLED光源12(6500K)の前面には第2の波長選択吸収部材22が位置するようにして、波長選択吸収部材20をLED光源10の前面に配置して固定した。
<実施例4>
実施例4では、図7に示される構造の照明装置とした。
実施例4において、波長選択吸収部材20は、アクリル樹脂(VH001、三菱レイヨン株式会社製)を用いて、テトラアザポルフィリン系色素(TAP−18、山田化学株式会社製)を混合して成形した。この際、膜厚が1.2mmで一定、かつ、色素重量比が12.5ppmで一定の板状のアクリル板(波長選択吸収部材)を成形し、さらに、このアクリル板の表面における第1のLED光源11に対応する箇所に、色素重量比が250ppmかつ膜厚が0.04mmの樹脂コーティングを行ってコーティング層20cを形成した。
また、LED光源10として、実施例1と同様に、発光色の色温度が2700Kである第1のLED光源11と、発光色の色温度が6500Kである第2のLED光源12とを用いた。また、照明器具として、実施例1と同じシーリングライトを用いた。
そして、第1のLED光源11(2700K)の前面には第1の波長選択吸収部材21(コーティング層20c)が位置するように、かつ、第2のLED光源12(6500K)の前面には第2の波長選択吸収部材22が位置するようにして、波長選択吸収部材20をLED光源10の前面に配置して固定した。
<評価方法及び評価結果>
上記のように構成される、従来例、比較例、実施例1〜4の照明装置について、発光スペクトル、色温度、色偏差(Duv)及び演色性(Ra、R9)の評価を行った。また、その評価結果を図24に示す。図24は、従来例、比較例及び実施例1〜4の照明装置についての各構成部材と評価結果を示している。
なお、発光スペクトルは、瞬間マルチ測光システム(MCPD−7700、大塚電子株式会社製)を用いて、比較例及び実施例1〜4の照明装置における各光照射スペクトルを測定することにより得た。また、色温度、色偏差及び演色性は、同システムの解析システムを用いて演算処理して算出した。
図24に示すように、比較例1では、波長選択吸収部材20Aを配置することで、平均演色評価数(Ra)及び赤の特殊演色評価数(R9)は、いずれも向上していることが分かる。
一方、比較例1では、波長選択吸収部材20Aが低色温度用の第1のLED光源11に合せて設計されているので、第1のLED光源11については色温度及び色偏差の変化は小さいが、高色温度用の第2のLED光源12については色温度及び色偏差の変化が大きくなっている。
これに対して、実施例1〜4では、低色温度用の第1のLED光源11及び高色温度用の第2のLED光源12のいずれについても、色温度及び色偏差の変化が小さい。
しかも、波長選択吸収部材20(第1の波長選択吸収部材21及び第2の波長選択吸収部材22)を配置することで、波長選択吸収部材20が無い場合と比べて、平均演色評価数(Ra)及び赤の特殊演色評価数(R9)も向上している。
以上の結果から、実施例1〜4のように構成することで、各々が異なる色温度の光を発する複数のLED光源10を有する照明装置に波長選択吸収部材20を配置して場合でも、演色性を向上させつつ、色温度及び色偏差の変化の小さい光を照射することができることが分かる。
(その他変形例等)
以上、本発明に係る照明装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態では、LED光源10として2種類の色温度の光を発するLED光源を用いたが、3種類以上の色温度の光を発するLED光源を用いてもよい。この場合、波長選択吸収部材は、色温度の異なるLED光源ごとに光の吸収量が異なるように調整すればよい。例えば、異なる色温度の光を発する複数のLED光源の各色温度が、T1<T2<T3<・・・の関係にある場合、色温度の異なるLED光源ごとに設置される波長選択吸収部材の特定波長吸収量を、Q1>Q2>Q3>・・・となるように構成すればよい。
また、上記実施の形態では、照明装置の一例として、シーリングライトについて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の目的を損なわない範囲で他の照明装置にも同様に適用できる。
また、上記実施の形態では、照明装置が光源ユニットを含むとしたが、光源ユニットそのものを照明装置として構成することもできる。つまり、光源ユニットが、発光色の色温度が異なる第1のLED光源11及び第2のLED光源12と、特定波長吸収量の異なる第1の波長選択吸収部材21と第2の波長選択吸収部材22とを備えるように構成してもよい。
なお、その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1、1A 照明装置
10 LED光源
11 第1のLED光源
12 第2のLED光源
20、20A、120 波長選択吸収部材
20a 波長選択吸収色素
20b 光透過性樹脂
20c コーティング層
21 第1の波長選択吸収部材
22 第2の波長選択吸収部材
30 基板
100 シーリングライト
110 光源ユニット
130 本体
131 取付部
140 カバー
150、151 配光制御部品

Claims (6)

  1. 第1のLED光源と、
    前記第1のLED光源が発する光と異なる色温度の光を発する第2のLED光源と、
    前記第1のLED光源の光出射側に配置され、可視光域の特定波長を選択吸収する第1の波長選択吸収部材と、
    前記第2のLED光源の光出射側に配置され、可視光域の特定波長を選択吸収する第2の波長選択吸収部材とを備え、
    前記第1の波長選択吸収部材における特定波長の吸収量と、前記第2の波長選択吸収部材における特定波長の吸収量とが異なる
    照明装置。
  2. 前記第1のLED光源の色温度は、前記第2のLED光源の色温度よりも低く、
    前記第1の波長選択吸収部材における前記第1の特定波長の吸収量は、前記第2の波長選択吸収部材における第2の特定波長の吸収量よりも大きい、
    請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記第1の波長選択吸収部材の厚さは、前記第2の波長選択吸収部材の厚さよりも厚い
    請求項2に記載の照明装置。
  4. 前記第1の波長選択吸収部材及び前記第2の波長選択吸収部材の各々は、波長選択吸収材を含む樹脂組成物にて形成されており、
    前記第1の波長選択吸収部材における前記波長選択吸収材の濃度は、前記第2の波長選択吸収部材における前記波長選択吸収材の濃度よりも高い
    請求項2に記載の照明装置。
  5. 前記第1の波長選択吸収部材及び前記第2の波長選択吸収部材は、ポルフィリンを含有する樹脂組成物にて形成されている
    請求項1又は2に記載の照明装置。
  6. 前記第1の波長選択吸収部材と前記第2の波長選択吸収部材とは、一体に形成され、かつ配光制御機能を有する
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の照明装置。
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