JP2020024834A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】LEDを光源とする照明装置において、低コストかつ調色範囲と調光範囲が広い照明装置を提供する。【解決手段】本発明に係る照明装置は、光色の異なる第一の発光素子群（10)と第二の発光素子群(20)と第三の発光素子群(30)と第四の発光素子群（40）を用い、前記第一の発光素子群が点灯するモードでは前記第三の発光素子群は不点灯し、前記第三の発光素子群が点灯するモードでは前記第一の発光素子群は不点灯する制御を行なう。【選択図】図３１

Description

本発明は、LED(Light Emitting Diode)を光源とする照明装置に関する。

従来光源である白熱灯や蛍光灯に代わる光源として白色LEDを用いた照明装置(例えば、シーリングライトやLED電球)が普及している。白色LEDは従来光源に比べ、低消費電力かつ高寿命である。光の色が異なる白色LEDを搭載し、おこのみに応じて調色（照明光の色を調整）、調光（照明光の明るさを調整）できる照明装置も増えてきた。しかし、このような照明装置では光の色によっては赤みがかってしまいあるいは緑がかってしまい、色の見え方が不自然になってしまう（調色の範囲に限界）恐れがあった。

このため、調色可能な照明装置では、黒体軌跡との偏差を少なくするための工夫が必要となる。そのための従来技術として、例えば特許文献１、２、３がある。特許文献１、２には白色発光素子と赤色発光素子と緑色発光素子を用いた合成光にて黒体軌跡との偏差を低減させることが開示されている。特許文献３にはｘｙ色度図の黒体軌跡より上側の白色ＬＥＤを用い、赤色光との合成光を得ていることが開示されている。

また、白色LEDを光源とした照明装置は、光が特定の方向に強く放たれる特性上、透光性の部品に凹凸形状を施したり、レンズ形状で光を広げたり、光拡散性を有した透光性の部品で光を拡散させまぶしさを抑えるのが一般的である。一方で透光性の部品は凹凸形状に依存して反射光の割合が増えたり、レンズの形状で光を広げるほど周辺部品に光が干渉したり、光拡散材料の含有比率を増加させるほど光の損失を生じてしまう。まぶしさを抑えるほど発光効率が低下する恐れがあった。

特開２００８−１６００６１公報 特開２０１５−１５６２６３公報 特開２００８−３００１２４公報

特許文献１、２に記載の技術では、白色発光素子と赤色発光素子と緑色発光素子を用いた合成光にて黒体軌跡との偏差を低減させる照明装置が提案されている。これでは別途緑色発光素子が必要で緑色光を個別に駆動する電源回路も必要であり、コスト増大の原因となる恐れがある。

特許文献３に記載の技術では、ｘｙ色度図の黒体軌跡より上側の緑がかった白色ＬＥＤのみを用い、赤色光との合成光によって黒体軌跡との偏差を低減させ、暗くなる（調光率を下げる）と赤色光の光束比率を上げて白熱電球に近づけた光色変化が提案されている。白色ＬＥＤの選定において、光色を一般的な規格の中心から外したり、色座標の範囲を狭域化するほどコスト増になる恐れがある。

本発明は、省エネで発光効率が良いあかりと、光の拡散性に優れまぶしさを抑えたあかりを、ユーザーがおこのみに応じて操作して選択でき、低コストでかつ調色範囲が広い照明装置を実現することを目的とする。

上記を解決するために、本発明は、昼光色光を放射する第一の発光素子群と、電球色光を放射する第二の発光素子群と、前記第二の発光素子群より光色の色温度が低い第三の発光素子群と、各発光素子群を電気的に接続して配置する光源基板と、前記各発光素子群の放射光の明るさを電流で制御する電源基板部と、を備え、前記第一の発光素子群と前記第二の発光素子群と前記第三の発光素子群はそれぞれ発光素子の光色種類ごとに電流で制御が可能であり、前記第一の発光素子群が点灯するモードでは前記第三の発光素子群は不点灯し、前記第三の発光素子群が点灯するモードでは前記第一の発光素子群は不点灯する制御を行なうことを特徴とする。

また、前記各発光素子群の発光素子を覆い放射光の指向性を変換するレンズを有するＬＥＤカバー部と、前記各レンズ部を覆い器具外に光を放出する透光カバーとを備え、記各発光素子を覆い放射光を他方向に広げるレンズは少なくとも３種類の形状を備え、下方向に指向性の強い第一レンズと、前記第一レンズより下方向の指向性の弱い第二レンズと、前記第一レンズと前記第二レンズの中間の指向性を持つ第三のレンズを持ち、前記各発光素子の電流を制御することで下方への指向性を調整することが可能であり、前記第一の発光素子群は、前記第一レンズで覆われた第一の発光素子と、前記第二レンズで覆われた前記第一の発光素子と前記第三のレンズで覆われた第一の発光素子があり、前記第三の発光素子群より相対的に前記第一レンズで覆われた発光素子の個数比率が高く、前記第二の発光素子群は、前記第一レンズで覆われた第二の発光素子と、前記第二レンズで覆われた第二の発光素子と前記第三のレンズで覆われた第二の発光素子があり、前記第一の発光素子群より相対的に第二レンズで覆われた個数比率が高く、前記第三の発光素子群は、前記第二レンズで覆われた第三の発光素子と、前記第三のレンズで覆われた第三の発光素子があり、第一の発光素子群より相対的に第二レンズで覆われた個数比率が高くなるよう構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、上記の第一の発光素子群と、第二の発光素子群と、ｘｙ色度図の第二の発光素子より右側に位置する第三の発光素子群と第四の発光素子群を有し、第一の発光素子群の光と第三の発光素子群の光を同時に点灯させないことで、低コストでかつ調色範囲を広くすることができる。

また、第一レンズで覆う発光素子と、第二レンズで覆う発光素子と第三レンズで覆う発光素子とで明るさを制御することにより省エネで発光効率が良いあかりとまぶしさを抑えたあかりを一台の器具で両立することを可能とし、ユーザーがおこのみに応じて選択することができる。

本発明の実施例に係る照明装置の構成展開図 第一の発光素子、第二の発光素子、第三の発光素子の模式図 第四の発光素子の模式図 第一の発光素子の色度バラツキを示したｘｙ色座標図 第一の発光素子の色度範囲別に細分化した10c、10e、10dを示したｘｙ色座標図 第二の発光素子の色度バラツキを示したｘｙ色座標図 第二の発光素子の色度範囲別に細分化した20c、20e、20dを示したｘｙ色座標図 第三の発光素子のｘｙ色座標図 各発光素子群を照明光スペクトルの面積比率で示した表 第一の発光素子群と第二の発光素子群の発光スペクトル 第三の発光素子群と第四の発光素子群の発光スペクトル 第一の発光素子群と第二の発光素子群の合成光の発光スペクトル 第二の発光素子群と第三の発光素子群と第四の発光素子の合成光と、第三の発光素子群と第四の発光素子の合成光の発光スペクトル 第一の発光素子群10と第二の発光素子群20の合成光12の調色範囲と黒体軌跡との関係を示したｘｙ色座標図 第二の発光素子群20と第三の発光素子群30の合成光23の調色範囲と黒体軌跡との関係を示したｘｙ色座標図 第三の発光素子群30と第三の発光素子群40の合成光34の調色範囲と実施例６、実施例８、黒体軌跡との関係を示したｘｙ色座標図 第二の発光素子群20と実施例９の調色と、黒体軌跡との関係を示したｘｙ色座標図 第一の発光素子群10と第三の発光素子群30の合成光13の調色範囲と黒体軌跡との関係を示したｘｙ色座標図 第一の発光素子群10と第三の発光素子群40の合成光14の調色範囲と黒体軌跡との関係を示したｘｙ色座標図 実施例１〜実施例５の各発光素子の駆動電流条件と相関色温度、色座標、黒体軌跡との偏差、全光束、発光効率を示した表 比較例３〜比較例６、実施例６〜実施例９の透光カバーの色ムラの目視観察結果、ヒトの肌の色の目視観察結果を示した表 LEDカバー103のレンズ配置を示した拡大図 第一の発光素子10ａ，第二の発光素子20ａ、第三の発光素子30ａ、第四の発光素子40ａの配置を示した拡大図 発光素子70ａの配光曲線と各レンズ形状で光を広げた時の配光曲線図 発光素子70ａの指向性を示した配光曲線図 第一レンズ1ａから放射される光の指向性を示した図 第三レンズ3ａから放射される光の指向性を示した図 第二レンズ2ａから放射される光の指向性を示した図 各発光素子群の個数とそれを覆うレンズ形状を示した表 各発光素子群と各レンズ形状の比率を示した表 各発光素子群と各レンズ形状の比率を示したグラフ まぶしさ抑えたあかりの実施形態を示した図 実施例１０〜実施例１４の床面照度と全光束を示した表

本発明に係る照明装置の全体の構造を図１に示す。図１は本発明の実施形態に係る照明装置の構成展開図である。

図１に示すように、本発明の実施例に係る照明装置100は、発光素子を有した発光部である光源基板101と、発光素子から発光される光を他方向に広げるためのレンズ1ａ、レンズ2ａ、レンズ3aを備えたLEDカバー103と、光を拡散するための透光カバー102と、光源基板101から発生する熱を放熱するための放熱板104と、制御装置を備えた電源基板105と、電源基板105を納めるための絶縁板106と、電源基板105と絶縁板106とを取り囲むための本体107とで構成される。

本体107は、板金の成型部品で、略環形状を成しており、中央部には円状の穴と、周囲前面部107cにはLEDカバー103と放熱板104をねじ止めするねじ穴107dと、受具107bを有する。本体107と放熱板104は、電源基板105と絶縁板106とを取り囲む。さらに、設置面(主に天井)との接続のための円状の穴を中央部に有し、前記穴部にアダプタ108を取り付けることで天井などの設置面に取り付けることができる。

放熱板104は、板金の成型部品で、略環形状を成しており、中央部には円状の穴を有する。また、前面部104ａには、光源基板101やLEDカバー103をねじ止めする複数のねじ穴104bを有している。放熱板104は、LEDから発生し基板(主に光源基板101)に伝わる熱を放熱することで、基板を冷却し、LEDの発光効率を上げることができる。さらに、白色で塗装されており、光を反射し易くなっており、光取り出し効率を向上させることができる。

絶縁板106は電源基板105を納めるための部品で、本体107と電源基板105との接触を防ぎ、電気的に絶縁するための部材で、電源基板105からの漏電による感電等を防ぐ。

光源基板101は、放熱板104の前面部104aに光源基板101の底面部が密着するようにしてねじ止めされている。本体107の中央に位置する穴と絶縁板106の中央に位置する円筒部が一致するようにして、本体107に絶縁板106が取り付けられる。絶縁板106を挟むように電源基板105が本体107にねじ止めされている。

LEDカバー103は光源基板101を覆うように被さり、放熱板104の前面側にねじ止めされている。さらに、光源基板101とLEDカバー103を覆うように、透光カバー102が受具107bに取り付けられている。 LEDカバー103は、光源からの光を多方向に広げるための第一レンズ1aと第三レンズ3aならびに第二レンズ2aを複数有する。これらのレンズは光源基板101のLED配置と同様に環状に一定間隔を有して、配置されている。

透光カバー102は、光拡散材を配合した部材から成り、外観は乳白色であり、その形状はバルーン状になっている。その内部には空間があり、前面部102aに対して逆側の端部には略円状の穴を有しており、その端部には穴の内側へ向かって、受具107bとの接合を行うための突起（図示なし）を複数有している。透光カバー102は、LEDの出射光を、LEDカバー103を通った光を拡散させ、広範囲を照射することができる。光拡散材は透光カバーの輝度ムラ、異なる色の発光素子の色ムラを抑制する。光拡散材の配合量を多くするほど輝度ムラ、色ムラを抑制する効果が高まるが、光透過性が下がってしまうので、発光効率が低下してしまう。

電源基板105は、光源基板のコネクタ101aとワイヤーハーネス105aで電気的に接続される。ワイヤーハーネスは光源基板のリモコン受光部101bの信号伝達と発光素子への電源供給を行なう電線の束である。第一の発光素子群10と第二の発光素子群20と第三の発光素子群30はそれぞれ発光素子の光色種類ごとに電流で制御ができるように電線が構成されている。つまり、第一の発光素子群10と第二の発光素子群20と第三の発光素子群30はそれぞれの発光素子群ごとに電流で制御ができるように電線が構成されている。第四の発光素子群は光源基板で第三の発光素子群と電気的に接続されているので第四の発光素子専用の電線は不要になる。

電源基板105は、照明装置100の駆動にあたり、主たる制御装置で、光源部を発光するための電力供給や、ユーザーが操作するリモコン109の信号から発光に係る制御、例えば点灯、消灯、電流値の調整を行う。

光源基板101は、略環形状を成している。光源基板101の外周部には外周外側に向かってコネクタ接続部101a、リモコン109の信号を受信する受光部101bを有する。光源基板101の中央部には円状の穴を有する。光源基板101には環状に一定間隔を有して発光素子70aが配置される。

光源基板101に配置される発光素子70ａは、光色の種類別に第一の発光素子10aと、第二の発光素子20aと、第三の発光素子30aと、第四の発光素子40aと、であり、環状に複数列配列される。

図２に第一の発光素子、第二の発光素子、第三の発光素子の構成を示す。第一の発光素子10aは発光スペクトルのピーク波長が445〜455nmの青色LEDチップ5aと青色ＬＥＤチップの青色光を吸収してピーク波長520〜540nmの光を発する緑色蛍光体と青色ＬＥＤチップの青色光を吸収してピーク波長585〜605nmの光を発する赤色蛍光体からなる白色LEDパッケージを用いた。青色LEDチップを覆う様に，蛍光体を練り込んだ封止材5bが塗布され硬化した構造のもので、ＪＩＳＺ９１１２の昼光色ｘｙ座標（0.3274，0.3673）（0.3282，0.3297）（0.3064，0.3091）（0.2998，0.3396）に囲まれた一般的な色座標範囲のものである。また、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７の色温度６５００Ｋランクｘｙ色座標（0.3205，0.3481）（0.3028，0.3304）（0.3068，0.3113）（0.3221，0.3261）に囲まれたものも好適である。全光束は駆動電流を６５ｍＡ印加した時に34〜38ルーメンになる白色ＬＥＤパッケージを選定している。

一般的な白色ＬＥＤパッケージは青色ＬＥＤチップの製造のバラツキ、蛍光体が練り込まれた封止材の塗布量バラツキ、蛍光体の比重が高いことによる蛍光体濃度変化によって、光色バラツキが生じてしまう（図４）。このようにして完成した白色ＬＥＤパッケージを目的の光色で使用するには点灯検査して選別するが、目的の色度範囲を狭小化するほど目的範囲外の白色ＬＥＤパッケージが増え生産性が低下しコスト増大になってしまう。

図５は、一般的な色座標の範囲内で細分化された範囲10c、10d、10eを示すがこれらを組み合わせてコストを抑える。例えば目的とする中心値10bを（0.313，0.329）とすると中ランク10e（0.3098，0.3199）（0.3177，0.3278）（0.3166，0.3384）（0.308，0.3298）の範囲内で使用するか、この範囲を超えるものも含めた上ランク10c（0.313，0.329）（0.3048，0.3207）（0.3068，0.3113）（0.3144，0.3186）と下ランク10d（0.313，0.329）（0.3213，0.3373）（0.3205，0.3481）（0.3115，0.3391）とを1対1の比率で搭載し混色することで中ランク内の光色とし中ランク外の光源を使いこなすことができる。このように複数の白色LEDパッケージを混ぜて目的の範囲内に色を調整した集団を第一の発光素子群10とする。

第二の発光素子20aは発光スペクトルのピーク波長が445〜455nmの青色LEDチップ5aと青色ＬＥＤチップ5aの青色光を吸収してピーク波長520〜540nmの光を発する緑色蛍光体と青色ＬＥＤチップ5aの青色光を吸収してピーク波長585〜605nmの光を発する赤色蛍光体からなる白色LEDパッケージを用いた。光色はＪＩＳＺ９１１２の電球色ｘｙ座標（0.4834，0.4382）（0.4594，0.3971）（0.4153，0.3862）（0.4305，0.4218）に囲まれた一般的な色座標範囲のものである。また、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７の色温度２７００Ｋランクｘｙ座標（0.4813，0.4319）（0.4562，0.4260）（0.4373，0.3893）（0.4593，0.3944）に囲まれたものも好適である。

第二の発光素子20aは第一の発光素子10aと比較して赤色の蛍光体を増量し目的の色座標になるよう緑色蛍光体の配合量を調整した封止材5bで構成してある。全光束は駆動電流を６５ｍＡ印加した時に第一の発光素子10aより低く、第三の発光素子30aより高い30〜34ルーメンになる白色ＬＥＤパッケージを選定している。第一の発光素子10aと同様に、一般的な色座標の範囲内で細分化された集団を組み合わせてコストを抑える。

図６に色度バラツキの一例20aと、図７に細分化した色範囲を示すが、目的とする中心値20bを（0.4582，0.4099）とすると中ランク20e（0.4475，0.3994）（0.4589，0.4021）（0.4695，0.4207）（0.4573，0.4178）の範囲内で使用するか、この範囲を超えるものも含めた上ランク20c（0.4178，0.4099）（0.4687，0.4289）（0.4813，0.4319）（0.47，0.4126）と下ランク20d（0.4582，0.4099）（0.4465，0.4071）（0.4373，0.3893）（0.4483，0.3919）とを1対1の比率で搭載し混色することで中ランク内の光色とし中ランク外の光源を使いこなすことができる。このように複数の白色LEDパッケージを混ぜて目的の範囲内に色を調整した集団を第二の発光素子群20とする。

第一の発光素子群10と第二の発光素子群20の発光スペクトルを図１０に示す。

第三の発光素子30aは発光スペクトルのピーク波長が445〜460nmの青色LEDチップ5aとピーク波長が520〜540nmの緑色蛍光体とピーク波長が625〜635nmの赤色蛍光体からなる白色LEDパッケージを用いた。第三の発光素子30aは第二の発光素子20aと比較して赤色の蛍光体を増量し目的の色座標になるよう緑色蛍光体の配合量を調整した封止材5bで構成してある。全光束は駆動電流を６５ｍＡ印加した時に第二の発光素子20aより低く、第四の発光素子40aより高い18〜30ルーメンになる白色ＬＥＤパッケージを選定している。

図８に色度図を示すが、ＪＩＳＺ９１１２のＪＩＳ電球色、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７より右側に位置している。 光色は色座標の中心値30b（0.526，0.413）としたマクアダム楕円５-Stepの色範囲30eを用いた。この範囲内の複数の白色LEDパッケージを混ぜた集団を第三の発光素子群30とする。

図３に第四の発光素子の構成を示す。

第四の発光素子40aは発光スペクトルのピーク波長が620〜630nmの赤色LEDチップ5cと赤色LEDチップ5cを覆う封止材5dからなる赤色LEDパッケージを用いた。全光束は駆動電流を６５ｍＡ印加した時に第三の発光素子30aより低い5〜10ルーメンになる赤色ＬＥＤパッケージを選定している。一般的に赤色ＬＥＤチップ5cは、前記の白色ＬＥＤパッケージより駆動電圧が低く全光束が不足することから、赤色ＬＥＤパッケ−ジ内に複数の赤色ＬＥＤチップ5cを搭載し明るさを確保してもよい。 複数の赤色LEDパッケージを混ぜた集団を第四の発光素子群40とする。

第三の発光素子群30と第四の発光素子群40の発光スペクトルを図12に示す。

電源基板105は第一の発光素子群10と第二の発光素子群20と第三の発光素子群30は別々に駆動電流を印加できるように回路構成される。電源基板105は、第一の発光素子群のみで発光する点灯モードと、第二の発光素子群のみで発光する点灯モードと、第一の発光素子群と第二の発光素子群が同時に発光する点灯モードを備え、第二の発光素子群と第三の発光素子群が同時に発光する点灯モードを備えている。

第四の発光素子群40を備える場合は、第三の発光素子群30と、第四の発光素子群40は同じ駆動電流を印加できるように構成され、第三の発光素子群と第四の発光素子群が同時に発光する点灯モードを備え、第二の発光素子群と第三の発光素子群と第四の発光素子が同時に発光する点灯モードを備えている。

図１４〜図１７は本実施形態に係る調色の範囲をｘｙ色度図に表した。第一の発光素子群10と第二の発光素子群20、第三の発光素子群30と、第四の発光素子群40を別々に点灯した場合の色度座標と黒体軌跡の関係を示している。（説明の便宜上、黒体軌跡との偏差ｄｕｖが−０．０１〜＋０．０１以内であると黒体軌跡上と表現する）
図１４のように、第一の発光素子群10を点灯すると黒体軌跡上に位置している。同様に第二の発光素子群20を点灯すると黒体軌跡上に位置している。第一の発光素子群10の明るさと第二の発光素子群20の明るさを任意に調整して得られた合成光12も黒体軌跡上で具現できる。図１５のように第三の発光素子群30を点灯すると黒体軌跡上に位置している。第三の発光素子群30の明るさと第二の発光素子群20の明るさを任意に調整して得られた合成光23も黒体軌跡上で具現できる。

図１８〜図１９は本実施形態に対しての比較例である。ｘｙ色度図上の黒体軌跡と、第一の発光素子群10と、第二の発光素子群20と、第三の発光素子群30と、第四の発光素子群40との関係を示している。（説明の便宜上、黒体軌跡との偏差が−０．０１〜＋０．０１を超えると黒体軌跡上から外れると表現する）
図１８は第一の発光素子群10と第三の発光素子群30との合成光13を示す。弓なりに曲がった黒体軌跡に比較し、合成光13は直線的に光色が変化するため、光色によっては黒体軌跡から外れてしまう課題が生じる。

図１９は第一の発光素子群10と第四の発光素子群40との合成光14を示す。弓なりに曲がった黒体軌跡に比較し、合成光14は直線的に光色が変化するため、光色によっては黒体軌跡から外れてしまう課題が生じる。

これらの理由から、本実施形態に係る電源装置105は、第一の発光素子群10が点灯している場合は、第三の発光素子群30と第四の発光素子群40は不点灯または不点灯相当まで減光し、同様に第三の発光素子群30と第四の発光素子群40が点灯している場合は、第一の発光素子群10は不点灯または不点灯相当まで減光する制御を行なう。ここでいう不点灯相当の減光の明るさは第一の発光素子群の光束を１００とした場合に、第三の発光素子群、第四の発光素子群40の光束が1以下である。また、第三の発光素子30と第四の発光素子群40の合成光の光束が１００とした場合に、第一の発光素子群の光束が1以下である。

本実施形態に係る第一の発光素子10aと、第二の発光素子20aと第三の発光素子30aでは、蛍光体の変換効率の差やヒトの目の比視感度の影響で、発光効率が高い方から第一の発光素子10a、次に第二の発光素子20a、第三の発光素子30aの順である。第一の発光素子10aと、第二の発光素子20aの合成光は、第一の発光素子10aの個数比率を多く配置することで、照明装置100の発光効率を向上させることができる。

照明装置100に搭載するLEDパッケージの個数比率は多い順から第一の発光素子10a、第二の発光素子20a、第三の発光素子30a、第四の発光素子40aになっている。照明装置100の明るさ上限を高くしたい場合は第一の発光素子10aの個数比率を高めるか、第一の発光素子10aと第二の発光素子20aの比率を高めるとよい。また、照明装置100の明るさ上限において発光効率を高くするには第一の発光素子10aの個数比率を高めるか、第一の発光素子10aと第二の発光素子20aの比率を高めるとよい。図２０に第一の発光素子を108ヶ、第二の発光素子54ヶ、第三の発光素子 36ヶ、第四の発光素子を5ヶとし駆動電流を可変した時の相関色温度、色座標、黒体放射との偏差、全光束、発光効率を示した。

実施例1はＪＩＳの昼光色の相関色温度が得られ、発光効率に優れた点灯モードで第一の発光素子群を点灯させている。

実施例2は第一の発光素子群と第二の発光素子群を同時に点灯させて、照明装置100の明るさ調整範囲の上限となる。

実施例3はＪＩＳ電球色の相関色温度が得られる点灯モードである。

実施例4はＪＩＳ電球色より、相関色温度が低いあかりが得られる。第二の発光素子20ａと第三の発光素子30ａと第四の発光素子40ａを同時に点灯させている。

実施例5は、照明装置100の相関色温度の調整範囲の下限の点灯モードである。まぶしさに配慮した点灯モードで、第三の発光素子30ａと第四の発光素子40ａを同時に点灯させ、照明装置100の明るさ調整範囲の下限で点灯できる。図２３の数値は明るさの上限に設定した値を示した。

照明装置100のまぶしさに配慮した点灯モードにおいて、明るさ範囲の下限を広げたい場合は、第三の発光素子30aの個数を減らして下げるとよい。一般的に駆動する電流を下げるだけで明るさを下げることができるが、微小な電流になるほど制御が難しい。これは複数のＬＥＤパッケージを同一の電気回路で構成し、明るさを抑える目的で微小な電流で駆動しようとすると、ＬＥＤチップの特性バラツキから一部のＬＥＤチップが不点灯するためである。これを避けるために本実施形態では電流の下限を０．０３ｍＡ〜０．０５ｍＡに設定し、明るさ調整範囲の下限を広げるために第三の発光素子30aの個数を第二の発光素子より少なくしている。

本実施形態では第三の発光素子群に第四の発光素子群を加えることで照明装置100の相関色温度の調整範囲の下限を広げることができる。相関色温度の調整範囲の下限を低くしたい場合は第四の発光素子の個数を増やすことで、調色範囲の下限側を広げることできる。

図２１は本実施形態に係る照明装置100の調色範囲の下限設定について示した。駆動電流は９４ｍＡとし、第三の発光素子と第四の発光素子の個数条件を変え、透過カバー102の光色ムラの目視観察、照らされたヒトの顔色の目視観察を行った。観察は日立アプライアンス製ＬＥＤシーリングライトＬＥＣ−ＡＨ８０２ＦＭを用い電球色２７５０Ｋ、全光束１０００ルーメンの光を出射し基準光とした。比較例３〜６、実施例６〜８の光についても同形状の器具から出射した。８畳サイズの居室環境（３．６ｍ×３．６ｍ×２．４ｍ）の天井の中心に器具を設置した。壁面の材料は東リ製ＷＶＣ４５９（反射率５０％）、天井面の材料は東リ製ＶＳ９０７（反射率７０％）、床面の材料は明和グラビア製ＮＪＦ−８０５６（反射率２５％）とした。試験者は基準光で30分間順応した後、実施例６の光を出射し比較した。比較例３〜６、実施例６〜実施例９についても同様に行なった。

実施例の一部では相関色温度、色座標、黒体放射との偏差を併記している。実施例６は第三の発光素子を点灯させた時で相関色温度１９９９Ｋの光色である。透光カバーに光色のムラは見られず、ヒトの顔色も自然に見えた。比較例３は第三の発光素子３６ヶと第四の発光素子１ヶを搭載している。比較例４は第三の発光素子３６ヶと第四の発光素子２ヶを搭載している。第四の発光素子は1ヶ以上3ヶ未満の場合、透過カバー102に均一に光が届かず前面部102ａに色ムラが生じてしまう現象が見られた。実施例７は第三の発光素子３６ヶと第四の発光素子３ヶを搭載している。相関色温度１９１７Ｋであり、透光カバーの色ムラは見られず、ヒトの顔色も自然に見えた。実施例８は第三の発光素子３６ヶと第四の発光素子４ヶを搭載している。透光カバーの色ムラは見られず、ヒトの顔色も自然に見えた。実施例９は第三の発光素子３６ヶと第四の発光素子５ヶを搭載している。相関色温度は１８３５Ｋである。透光カバーの色ムラは見られず、ヒトの顔色も自然に見えた。比較例５は第三の発光素子３６ヶと第四の発光素子６ヶを搭載している。透光カバーの色ムラは見られなかったが、光色の赤みが強くヒトの顔色が不自然にみえる結果であった。第四の発光素子５ヶを超えると光色の赤みが強く、照らされた対象物、ヒトが不自然に見えてしまう。この赤みを改善する為に第三の発光素子の個数を増やすことも考えられるが、明るさ調整範囲の下限幅が狭くなる。本実施形態では明るさ調整範囲の下限幅を広くすることを優先した。

図１７に第三の発光素子群30と第四の発光素子40を合成した実施例７と実施例９のｘｙ色度の拡大図を示す。照明装置100の色温度下限でも第二の発光素子20と実施例９の合成光においても黒体放射上にできる。

ヒトの視覚は個人差があるものの、明順応した時に555nm付近の波長を一番明るく感じ、暗順応した時は507nm付近の波長にシフトすることがプルキンエ現象で知られている。発明者は各発光素子群の光色による暗所視のまぶしさの強さを波長スペクトル500〜510nmの面積比率で表し指標にした。また、明所視の比視感度曲線は555nmをピークに裾野が広がり半値全幅が100nm（約510〜610nm）であることから、暗所視の照明光のまぶしさの強さを波長スペクトル460〜560nmの面積比率も記載した。図９に各発光素子群の照明光スペクトルを380nmから800nmの面積に対して500nmから510nmの面積比率を示した。また380nmから800nmの面積に対して460nmから560nmの面積比率を示した。

第三の発光素子群と第四の発光素子群の合成光を用いることで、就寝後や起床時などヒトの眼が暗順応した際にまぶしさを抑えるあかりが提供できる。

図２２は本実施形態に係るLEDカバー103のレンズ配置を示した拡大図である。

第一レンズ1aならびに第二レンズ2a第三レンズ3aは、発光素子70ａに対してレンズ機能を持った凸形状部のレンズであり、指向性の高い光源であるＬＥＤから発光する光を多方向に広げることができる。第一レンズ1aは発光素子を覆い放射光を他方向に広げるが第二レンズ2aより直下方向に指向性が強く、第二レンズ2aは第一レンズ1aより直下方向に指向性が弱く他方向に多く広げる。第三レンズ3aは、第二レンズ2aと第一レンズ1aの中間の特性を持つ。第二レンズ2aから放射させる光と、第三レンズ3aから放射させる光と、第一レンズ1aから放射させる光との比率を調節することで、照明装置100の指向性を可変することができる。第二レンズ2aは外周部分に配置されており、光源基板の縁または縁部に近い配置された発光素子を覆う形状になっている。

図２４は本実施形態に係る発光素子70ａの配光曲線と各レンズ形状で光を広げた時の配光曲線を示す。発光素子70ａの直下方向（放射角度0度）を1として相対比較した。発光素子70ａの場合、直下方向への指向性が強い。各レンズで光を広げると、直下方向の強さは第一レンズ1aが強く、第三レンズ3a、第二レンズ2ａの順になっている。横方向への広がりは第二レンズ2ａが最も大きく、次に第三レンズ3ａ、第一レンズ1ａ、発光素子70ａの順になっている。

図２５〜図２８は本実施形態に係る第一の発光素子10ａ，第二の発光素子20ａ、第三の発光素子30ａ、第四の発光素子40ａの総称である発光素子70ａと、光源基板101、発光素子70ａを覆うレンズ形状と指向性を示した。矢印の向きは光線の方向、矢印の長さは光の強さを表している。

図２５に本実施形態に係る発光素子70ａの指向性を示した。図２６に第一レンズ1ａから放射される光の指向性を示した。図２７に第三レンズ3ａから放射される光の指向性を示した。図２８に第二レンズ2ａから放射される光の指向性を示した。

図２３は本実施形態に係る第一の発光素子10ａ，第二の発光素子20ａ、第三の発光素子30ａ、第四の発光素子40ａの配置を示した拡大図で、LEDカバー103越しに見たものである。数字が1のものは第一の発光素子10ａ、数字が2のものは第二の発光素子20ａ、数字が3のものは第三の発光素子30ａ、数字が4のものは第四の発光素子40ａを表す。数字がない70bはレンズ内部に発光素子70ａが搭載されていないことを表す。（しかし、第一の発光素子10a、第二の発光素子20a、第三の発光素子30a、第四の発光素子40aの配置と個数はこれに限らない。図２３は８畳の部屋用の明るさが得られるが、70b部にＬＥＤを搭載して１０畳用の明るさの照明器具にすることが可能である。また、発光素子70ａが搭載されていない70b部を増やして６畳用の明るさの照明器具にすることもできる。このようにＬＥＤカバーの形状を共用し、明るさの異なる照明器具のラインナップを行なうことで、ＬＥＤカバーの金型費用を抑制することができる。）
図２９に各発光素子群の発光素子の個数とそれを覆うレンズ形状を示す。図３０と図３１には各発光素子と各レンズ形状の比率を示した。

第一の発光素子群10は、第一レンズ1ａで覆われた第一の発光素子10aと、第二レンズ2aで覆われた第一の発光素子10ａと第三のレンズ3ａで覆われた第一の発光素子10aがあり、第三の発光素子群30より相対的に第一レンズ1ａで覆われた個数比率が高く、
第二の発光素子群20は、第一レンズ1ａで覆われた第二の発光素子20ａと、第二レンズ2ａで覆われた第二の発光素子20ａと第三のレンズ3ａで覆われた第二の発光素子20ａがあり、第一の発光素子群10より相対的に第二レンズ2ａで覆われた個数比率が高く、
第三の発光素子群30は、第二レンズ2ａで覆われた第三の発光素子30ａと第三のレンズ3ａで覆われた第三の発光素子30ａがあり、第二の発光素子群20より相対的に第二レンズ2ａで覆われた個数比率が高く、
第四の発光素子群は第二レンズ2aで覆うよう構成されている。これによりユーザーが相関色温度を下げる操作をすることで、直下方向の指向性を弱めることができる。

第一の発光素子10ａは第一レンズ1ａで覆われた第一の発光素子10ａと、第二レンズ2ａで覆われた第一の発光素子10ａと第三のレンズ3ａで覆われているが、他の発光素子群と比較して、第一レンズ1ａで覆う比率を高めることより、発光効率の高いあかりが提供できる。第一レンズ1ａで覆う比率を多くすることで光の干渉を避け発光効率を高くすることができ、下向きの指向性を強くすることで読み書き、手芸、裁縫など居室での一般的な作業に向いたあかりが提供できる。一方、第二レンズ2ａは他方向に多く広げることから、隣りのレンズや周辺部品との光干渉が生じやすい。光干渉を避けるには適した間隔に広げる対応が必要になり、搭載できるＬＥＤ個数に制限が生じる。一般的に白色ＬＥＤパッケージは印加電流を増加すると明るくできるが、発光効率が低下してしまう。同じ明るさを得ながら発光効率を高めるには白色ＬＥＤパッケージの個数を増やして、印加電流を下げて改善することができる。第一レンズ1ａのような直下方向に指向性を持つ形状であれば、レンズの間隔を狭くすることが可能であり、搭載できる白色ＬＥＤパッケージの個数も増やすことができる。

これら指向性の異なる複数の種類のレンズ形状で出射光の輝度ムラを抑制することから、透光カバー102の光拡散材の配合比率を微量にすることができ発光効率を高めることができる。

まぶしさ抑えたあかりの実施形態を図３２に示す。ユーザー80fが床に横たわってテレビ80eを観賞するときなど、天井を見上げるような行動の時に、照明装置100のあかりが直接眼に入ってくる。光を広げ、直下方向への指向性が低い第二レンズ2ａと第三レンズ3ａで出射点灯することと、天井や壁の反射を利用することにより、まぶしさを抑えることができる。また、波長スペクトル500〜510ｎｍ域が低い第三の発光素子群30と第四の発光素子群40の合成光を、ユーザーがおこのみの明るさに調整することによって、就寝後や起床時など暗所視のまぶしさを抑えたあかりが提供できる。

第三の発光素子群と第四の発光素子群の合成光の明るさの調整範囲は上限１０００ルーメン以上、下限は５ルーメンであり、おこのみに応じて明るさを選択できる。

図３３に８畳サイズの居室環境（３．６ｍ×３．６ｍ×２．４ｍ）、床面の四隅（80a、80b、80c、80d）の照度を示す。壁面の材料は東リ製ＷＶＣ４５９（反射率５０％）、天井面の材料は東リ製ＶＳ９０７（反射率７０％）、床面の材料は明和グラビア製ＮＪＦ−８０５６（反射率２５％）とした。実施例１０及び実施例１１はユーザー80fと幼児とが一緒に就寝していて、ふとんを蹴飛ばした幼児に再度ふとんを掛けてあげる行動等を想定している。実施例１２は就寝後、トイレに行く目的で起き、ふとんから部屋の出口まで向かう行動等を想定している。実施例１２及び実施例１３は夜間、乳幼児にミルクを飲ませる目的で起き、ミルクを準備する行動等を想定している。実施例１４は第三の発光素子群30と第四の発光素子群40の合成光に加え第二の発光素子群20の光を加え明るさを確保しており、就寝前のストレッチ、ヨガなどの行動を想定している。

光色の異なる第一の発光素子群(10)と第二の発光素子群(20)と第三の発光素子群(30)と第四の発光素子群（40）を用い、各発光素子を覆い放射光を他方向に広げるレンズは少なくとも３種類の形状を備え下方向に指向性の強い第一レンズ（1a）と、第一レンズより下方向の指向性の弱い第二レンズ形状(2a)と第一レンズと第二レンズの中間の指向性を持つ第三のレンズ形状(3a)を持ち各発光素子の電流を制御することで下方への指向性を調整することが可能であり、第一の発光素子群(10)と第二の発光素子群(20)と第三の発光素子群(30)はそれぞれ発光素子の光色ごとに電流で制御が可能であり、第三の発光素子群（30）と第四の発光素子群（40）は電気的に同じ回路で接続され同一の電流で制御され、第一の発光素子群（10）が点灯するモードでは第三の発光素子群（30）と第四の発光素子群（40）は不点灯し、第三の発光素子群（30）と第四の発光素子群（40）が点灯するモードでは第一の発光素子群（10）は不点灯する制御を行なうとしてもよい。

また、第一の発光素子群(10)は、第一レンズ(1a)で覆われた第一の発光素子(10a)と、第二レンズ(2a)で覆われた第一の発光素子（10a）と第三のレンズ(3a)で覆われた第一の発光素子(10a)があり、第三の発光素子群(30)より相対的に第一レンズ(1a)で覆われた個数比率が高く、第二の発光素子群(20)は、第一レンズ(1a)で覆われた第二の発光素子(20a)と、第二レンズ(2a)で覆われた第二の発光素子(20a)と第三のレンズ(3a)で覆われた第二の発光素子(20a)があり、第一の発光素子群(10)より相対的に第二レンズ(2a)で覆われた個数比率が高く、第三の発光素子群(30)は、第二レンズ(2a)で覆われた第三の発光素子(30a)と第三のレンズ(3a)で覆われた第三の発光素子(30a)があり、第二の発光素子群(20)より相対的に第二レンズ（2a）で覆われた個数比率が高くなるように構成することを特徴とする。

1a…第一レンズ
2a…第二レンズ
3a…第三レンズ
5a…青色LEDチップ
5b…蛍光体を練りこんだ封止材
5c…赤色LEDチップ
5d…封止材
10…第一の発光素子群
10a…第一の発光素子
10b…第一の発光素子の色座標中心
10c…第一の発光素子の色座標中心より上側のランク
10d…第一の発光素子の色座標中心より下側のランク
10e…第一の発光素子の色座標中心付近のランク
12…第一の発光素子群10と第二の発光素子群20の合成光
13…第一の発光素子群10と第三の発光素子群30の合成光
14…第一の発光素子群10と第四の発光素子群40の合成光
20…第二の発光素子群
20a…第二の発光素子
20b…第二の発光素子の色座標中心
20c…第二の発光素子の色座標中心より上側のランク
20d…第二の発光素子の色座標中心より下側のランク
20e…第二の発光素子の色座標中心付近のランク
23…第二の発光素子群20と第三の発光素子群30の合成光
30…第三の発光素子群
30a…第三の発光素子
30b…第三の発光素子の色座標中心
30e…第三の発光素子群の色座標範囲
34…第三の発光素子群30と第四の発光素子群40の合成光
40…第四の発光素子群
40a…第四の発光素子
70a…第一の発光素子、第二の発光素子、第三の発光素子、第四の発光素子の総称
70b…レンズ内部に発光素子が搭載されていない部位
80a…床面照度の測定位置
80b…床面照度の測定位置
80c…床面照度の測定位置
80d…床面照度の測定位置
80e…テレビ
80f…ユーザー
100…照明装置
101…光源基板
101a…コネクタ接続部
101b…リモコン受光部
102…透光カバー
102a…透光カバーの前面部
103…ＬＥＤカバー
104…放熱板
104a…放熱板の前面部
104b…放熱板のねじ穴
105…電源基板
105a…ワイヤーハーネス
106…絶縁板
107…本体
107a…本体のねじ穴
107b…受け具
108…アダプタ
109…リモコン

Claims (8)

1. 昼光色光を放射する第一の発光素子群と、電球色光を放射する第二の発光素子群と、前記第二の発光素子群より光色の色温度が低い第三の発光素子群と、各発光素子群を電気的に接続して配置する光源基板と、前記各発光素子群の放射光の明るさを電流で制御する電源基板部と、を備え、
   前記第一の発光素子群と前記第二の発光素子群と前記第三の発光素子群はそれぞれ発光素子の光色種類ごとに電流で制御が可能であり、
   前記第一の発光素子群が点灯するモードでは前記第三の発光素子群は不点灯し、前記第三の発光素子群が点灯するモードでは前記第一の発光素子群は不点灯する制御を行なうことを特徴とする照明装置。
2. 赤色光を放射する第四の発光素子群を備え、前記第一の発光素子群と前記第二の発光素子群と前記第三の発光素子群と前記第四の発光素子群はそれぞれ発光素子の光色種類ごとに電流で制御が可能であり、
   前記第一の発光素子群が点灯するモードでは前記第四の発光素子群は不点灯し、前記第四の発光素子群が点灯するモードでは前記第一の発光素子群は不点灯する制御を行なうことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
3. 赤色光を放射する第四の発光素子群を備え、
   前記第三の発光素子群と前記第四の発光素子群は電気的に同じ回路で接続され同一の電流で制御され、
   前記第一の発光素子群が点灯するモードでは前記第三の発光素子群と前記第四の発光素子群は不点灯し、
   前記第三の発光素子群と前記第四の発光素子群が点灯するモードでは前記第一の発光素子群は不点灯する制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記各発光素子群の発光素子を覆い放射光の指向性を変換するレンズを有するＬＥＤカバー部と、
   前記各レンズ部を覆い器具外に光を放出する透光カバーとを備え、
   前記各発光素子を覆い放射光を他方向に広げるレンズは少なくとも３種類の形状を備え、
   下方向に指向性の強い第一レンズと、前記第一レンズより下方向の指向性の弱い第二レンズと、前記第一レンズと前記第二レンズの中間の指向性を持つ第三のレンズを持ち、前記各発光素子の電流を制御することで下方への指向性を調整することが可能であり、
   前記第一の発光素子群は、前記第一レンズで覆われた第一の発光素子と、前記第二レンズで覆われた前記第一の発光素子と前記第三のレンズで覆われた第一の発光素子があり、前記第三の発光素子群より相対的に前記第一レンズで覆われた発光素子の個数比率が高く、
   前記第二の発光素子群は、前記第一レンズで覆われた第二の発光素子と、前記第二レンズで覆われた第二の発光素子と前記第三のレンズで覆われた第二の発光素子があり、前記第一の発光素子群より相対的に第二レンズで覆われた個数比率が高く、
   前記第三の発光素子群は、前記第二レンズで覆われた第三の発光素子と、前記第三のレンズで覆われた第三の発光素子があり、第一の発光素子群より相対的に第二レンズで覆われた個数比率が高くなるよう構成された請求項1〜３の何れか１項に記載の照明装置。
5. 赤色光を放射する第四の発光素子群を備え、
   前記第一レンズで覆う発光素子と、前記第二レンズで覆う発光素子の明るさを制御し、指向性を調整することが可能であり、相関色温度の調整範囲の上限が６５００Ｋ、下限が２０００Ｋ〜１８００Ｋであり、黒体軌跡との偏差ｄｕｖが＋０．０１から−０．０１であり、相関色温度が低い光色を選定すると、前記第一レンズで覆う発光素子より前記第二レンズで覆う発光素子の明るさ比率が高くなるように、前記第一レンズで覆う発光素子の電流値と前記第二レンズで覆う発光素子の電流値を設定したことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 発光効率が高い点灯モードでは第一の発光素子群出射光とするか、第一の発光素子群と第二の発光素子群の合成光を放ち、まぶしさを低減した点灯モードでは第三の発光素子群と第四の発光素子群合成光を放つ請求項５に記載の照明装置。
7. 照明光のスペクトルの380nmから800nmnの面積に対して500nmから510nmの面積比率が、前記第一の発光素子群より前記第二の発光素子群が低く、前記第二の発光素子群より前記第三の発光素子群が低く、前記第三の発光素子群より前記第四の発光素子群の合成光が低く、かつ380nmから800nmnの面積に対して460nmから560nmの面積比率が、前記第一の発光素子群より前記第二の発光素子群が低く、前記第二の発光素子群より前記第三の発光素子群が低く、前記第三の発光素子群より前記第四の発光素子群の合成光が低いことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記第三の発光素子群と前記第四の発光素子群から出射される照明光の全光束の調整範囲が上限１０００ルーメン以上、下限は５ルーメンであり、調整範囲内でおこのみに応じて明るさを選択できることを特徴とする請求項７に記載の照明装置

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