JP2020119723A - 発光モジュール、および照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い演色性を有する光を照射可能な発光モジュール、および照明装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る発光モジュールは、少なくとも1つの第1の発光素子と、少なくとも1つの第2の発光素子と、を有し、第1の光を照射可能な第1の光源と;少なくとも1つの第3の発光素子と、少なくとも1つの第4の発光素子と、を有し、前記第1の光よりも高い色温度の第2の光を照射可能な第2の光源と;を具備している。前記第1の発光素子は、第1の白色光を照射可能である。前記第3の発光素子は、前記第1の白色光よりも高い色温度の第2の白色光を照射可能である。前記第2の発光素子、および前記第4の発光素子は、赤色光を照射可能である。前記第1の光および前記第2の光が合わさることで、色温度が2000K以上、3200K以下の範囲において、平均演色評価数Raが90以上、特殊演色評価数R9が90以上となる。【選択図】図7

Description

本発明の実施形態は、発光モジュール、および照明装置に関する。
舞台やスタジオなどに設置される照明装置は、照射する光の色により雰囲気の演出を行う。一般的に、この様な照明装置には、ハロゲンランプと、カラーフィルタとが設けられている。一方、近年においては、長寿命化、省電力化、省電力による環境保護(例えば、地球温暖化の原因の一つであるCOの削減)、軽量化、あるいは小型化などの観点から、ハロゲンランプに代えて、発光ダイオードを光源とする照明装置が提案されている。
ここで、発光ダイオードが設けられた照明装置から照射される光には、ハロゲンランプが設けられた照明装置から照射される光と同等の高い演色性が求められる。ところが、発光ダイオードから照射される光のスペクトルは、ハロゲンランプから照射される光のスペクトルとは異なるものとなる。そのため、単に、ハロゲンランプを発光ダイオードに置き換えると、照射対象の人物などが不自然な色合いで視認されるおそれがある。
そこで、発光素子を光源とする場合であっても、高い演色性を有する光を照射可能な発光モジュール、および照明装置の開発が望まれていた。
特開2013−077491号公報
本発明が解決しようとする課題は、高い演色性を有する光を照射可能な発光モジュール、および照明装置を提供することである。
実施形態に係る発光モジュールは、少なくとも1つの第1の発光素子と、少なくとも1つの第2の発光素子と、を有し、第1の光を照射可能な第1の光源と;少なくとも1つの第3の発光素子と、少なくとも1つの第4の発光素子と、を有し、前記第1の光よりも高い色温度の第2の光を照射可能な第2の光源と;を具備している。前記第1の発光素子は、第1の白色光を照射可能である。前記第3の発光素子は、前記第1の白色光よりも高い色温度の第2の白色光を照射可能である。前記第2の発光素子、および前記第4の発光素子は、赤色光を照射可能である。前記第1の光および前記第2の光が合わさることで、色温度が2000K以上、3200K以下の範囲において、平均演色評価数Raが90以上、特殊演色評価数R9が90以上となる。
本発明の実施形態によれば、高い演色性を有する光を照射可能な発光モジュール、および照明装置を提供することができる。
本実施の形態に係る発光モジュールを例示するための模式平面図である。 第1の光源を例示するための回路図である。 第1の光源から照射された光のスペクトルを例示するための模式グラフ図である。 第2の光源を例示するための回路図である。 第2の光源から照射された光のスペクトルを例示するための模式グラフ図である。 本実施の形態に係る照明装置を例示するための模式斜視図である。 第1の光源および第2の光源に直流電力を供給した場合の光の色温度と演色評価数とを例示するための模式グラフ図である。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(発光モジュール)
図1は、本実施の形態に係る発光モジュール1を例示するための模式平面図である。
図1に示すように、発光モジュール1には、基板10、第1の光源20、および第2の光源30を設けることができる。
基板10は、板状を呈するものとすることができる。基板10の材料や構造には特に限定はない。例えば、基板10は、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどの無機材料(セラミックス)、紙フェノールやガラスエポキシなどの有機材料などから形成することができる。また、基板10は、金属板の表面を絶縁材料で被覆したものであってもよい。
第1の光源20および第2の光源30の発熱量が多い場合には、放熱の観点から熱伝導率の高い材料を用いて基板10を形成することが好ましい。熱伝導率の高い材料としては、例えば、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックス、金属板の表面を絶縁材料で被覆したものなどを例示することができる。
基板10の表面には、第1の配線パターン11および第2の配線パターン12を設けることができる。第1の配線パターン11には、第1の光源20が電気的に接続される。第1の配線パターン11には、発光素子を実装するための実装パッド、および電源などとの電気的な接続を行うための入力端子11aなどを設けることができる。第2の配線パターン12には、第2の光源30が電気的に接続される。第2の配線パターン12には、発光素子を実装するための実装パッド、および電源などとの電気的な接続を行うための入力端子12aなどを設けることができる。
実装パッドの表面には、発光素子と実装パッドを機械的および電気的に接続する接合層を設けることができる。接合層は、例えば、鉛フリー半田(SAC:SnAgCuなど)、金錫(AuSn)合金ペースト、銀ペースト、銀ナノペーストなどの導電性の接合材を含むものとすることができる。
第1の配線パターン11および第2の配線パターン12は、例えば、メッキ法やスクリーン印刷法などを用いて形成することができる。第1の配線パターン11および第2の配線パターン12の材料は、導電性材料であれば特に限定はないが、導電性などを考慮すると、銀、銀合金、銅、銅合金などとすることが好ましい。
また、第1の配線パターン11および第2の配線パターン12の露出部分をガラス材料を含む膜で覆ったり、耐食性金属を含む膜で覆ったりすることもできる。耐食性金属は、例えば、金などとすることができる。第1の配線パターン11および第2の配線パターン12の露出部分がこれらの膜で覆われていれば、第1の配線パターン11および第2の配線パターン12の露出部分が腐食して断線や不灯などが発生するのを抑制することができる。
また、必要に応じて、多層構造を有する基板10とすることもできる。この場合、発光素子が実装された配線パターンと、基板10の内部に設けられた配線パターンとは、導通ビアなどを介して電気的に接続することができる。
第1の光源20は、少なくとも1つの第1の発光素子21、および少なくとも1つの第2の発光素子22を有することができる。
なお、以下においては、一例として、複数の第1の発光素子21、および複数の第2の発光素子22が設けられる場合を説明する。
図2は、第1の光源20を例示するための回路図である。
図3は、第1の光源20から照射された光(第1の光の一例に相当する)のスペクトルを例示するための模式グラフ図である。なお、一般的に、可視光線は、波長が380nm以上、780nm以下の範囲とされている。そのため、図3においては、波長が380nm以上、780nm以下の範囲のスペクトルについて例示する。
図2に示すように、第1の光源20には、複数の第1の発光素子21が直列接続された第1の回路23と、複数の第2の発光素子22が直列接続された第2の回路24を設けることができる。第2の回路24は、第1の回路23と直列接続することができる。
また、必要に応じて、第1の光源20には、並列接続された複数の第1の回路23と、これに直列接続された第2の回路24とを設けることができる。またさらに、並列接続された複数の第1の回路23と、これに直列接続された第2の回路24とを複数組並列接続することができる。
第1の発光素子21は、白色光(第1の白色光の一例に相当する)を照射するものとすることができる。第1の発光素子21から出射される白色光の色温度は、1800K以下(例えば、1736K)とすることができる。
第2の発光素子22は、赤色光を照射するものとすることができる。第2の発光素子22から照射される赤色光のピーク波長は、例えば、700nm以上、750nm以下とすることができる。
第1の光源20においては、例えば、第1の発光素子21の数、および第2の発光素子22の数を適宜設定することで、図3に示すスペクトルを得ることができる。この場合、第1の発光素子21の数、および第2の発光素子22の数は、第1の発光素子21の光束、および第2の発光素子22の光束により決定することができる。
例えば、第1の発光素子21の光束を57ルーメン(lm)、第2の発光素子22の光束を1.2ルーメンとすると、図2に例示をしたように、第1の発光素子21の数は12個、第2の発光素子22の数は24個とすることができる。
ただし、第1の発光素子21の数、および第2の発光素子22の数は、それぞれの光束に応じて、図3に示すスペクトルが得られるように適宜変更することができる。
すなわち、それぞれの光束に応じて、第1の発光素子21の数、および第2の発光素子22の数を設定することで、第1の発光素子21から照射される白色光のピーク波長の範囲内(例えば、580nm以上、680nm以下の範囲内)にある発光強度ピークに対して、第2の発光素子22から照射される赤色光の発光強度ピークが高くなるような光が第1の光源20から照射されるようにすればよい。
この場合、直列接続される第1の発光素子21の数、および直列接続される第2の発光素子22の数は、第1の発光素子21の順方向電圧特性、および第2の発光素子22の順方向電圧特性などに応じて設定することができる。
第2の光源30は、少なくとも1つの第3の発光素子31、および、少なくとも1つの第4の発光素子32を有することができる。第2の光源30から照射された光(第2の光の一例に相当する)の色温度は、第1の光源20から照射された光の色温度よりも高くすることができる。
なお、以下においては、一例として、複数の第3の発光素子31、および複数の第4の発光素子32が設けられる場合を説明する。
図4は、第2の光源30を例示するための回路図である。
図5は、第2の光源30から照射された光のスペクトルを例示するための模式グラフ図である。なお、一般的に、可視光線は、波長が380nm以上、780nm以下の範囲とされている。そのため、図5においては、波長が380nm以上、780nm以下の範囲のスペクトルについて例示する。
図4に示すように、第2の光源30には、複数の第3の発光素子31が直列接続された第3の回路33と、複数の第4の発光素子32が直列接続された第4の回路34を設けることができる。第4の回路34は、第3の回路33と直列接続することができる。
また、必要に応じて、第2の光源30には、並列接続された複数の第3の回路33と、これに直列接続された第4の回路34とを設けることができる。またさらに、並列接続された複数の第3の回路33と、これに直列接続された第4の回路34とを複数組並列接続することができる。
第3の発光素子31は、白色光(第2の白色光の一例に相当する)を照射するものとすることができる。第3の発光素子31から照射される白色光の色温度は、第1の発光素子21から照射される白色光の色温度よりも高くすることができる。第3の発光素子31から出射される白色光の色温度は、3000K以上(例えば、3058K)とすることができる。
第4の発光素子32は、赤色光を照射するものとすることができる。第4の発光素子32から照射される赤色光のピーク波長は、例えば、700nm以上、750nm以下とすることができる。第4の発光素子32は、前述した第2の発光素子22と同じとすることができる。
第2の光源30においては、第3の発光素子31の数、および第4の発光素子32の数を適宜設定することで、図5に示すスペクトルを得ることができる。この場合、第3の発光素子31の数、および第4の発光素子32の数は、第3の発光素子31の光束、および第4の発光素子32の光束により決定することができる。
例えば、第3の発光素子31の光束を19ルーメン、第4の発光素子32の光束を1.2ルーメンとすると、図4に例示をしたように、第3の発光素子31の数は35個、第4の発光素子32の数は2個とすることができる。
ただし、第3の発光素子31の数、および第4の発光素子32の数は、それぞれの光束に応じて、図5に示すスペクトルが得られるように適宜変更することができる。
すなわち、それぞれの光束に応じて、第3の発光素子31の数、および第4の発光素子32の数を設定することで、第3の発光素子31から照射される白色光のピーク波長の範囲内(例えば、580nm以上、680nm以下の範囲内)にある発光強度ピークに対して、第4の発光素子32から照射される赤色光の発光強度ピークが高くなるような光が第2の光源30から照射されるようにすればよい。
この場合、直列接続される第3の発光素子31の数、および直列接続される第4の発光素子32の数は、第3の発光素子31の順方向電圧特性、および第4の発光素子32の順方向電圧特性などに応じて設定することができる。
白色光に本実施の形態に示すような赤色光を付加することで、第1の光源20、第2の光源30のそれぞれにおいては、照射対象の人物などが不自然な色合いで視認されるのを抑制する効果も期待できる。例えば、人間の肌色は580nmから780nmまでの間で分光反射率の相対値が大きくなるが、一般的な発光ダイオードを光源とする照明装置では、視感度に寄与しにくい領域であることから、この領域の光は必要以上に含まれないものであった。そのため、例えば、人間の肌に光を照射した場合、反射光が少なく不自然な色合いで視認されてしまう虞がある。本実施の形態に係る照明装置100(発光モジュール1)は、赤色光を付加することで、肌色の反射率が大きい領域の光を照射することができるので、より自然な色合いで照射対象の人物などを視認することが可能となる。
第1の発光素子21、第2の発光素子22、第3の発光素子31、および第4の発光素子32は、例えば、発光ダイオード、レーザダイオードなどとすることができる。平面視におけるこれらの発光素子の形状(発光素子を光の放射側から見た場合の形状)は、例えば、四角形とすることができる。
なお、図1においては、平面視における発光素子の形状が正方形の場合を例示したが、発光素子の形状は長方形でもよい。また、発光素子の大きさが同じ(平面寸法が同じ)場合を例示したが、発光素子の大きさは異なっていてもよい。この場合、複数の発光素子において、正方形と長方形の発光素子が設けられていたり、大きさの異なる発光素子が設けられていたりしてもよい。
また、図1においては、円形の領域に複数の発光素子が配置される場合を例示したが、複数の発光素子が配置される領域の形状は適宜変更することができる。例えば、四角形の領域に複数の発光素子が配置されるようにしてもよい。また、複数の発光素子が、複数列、且つ複数行に並べられる場合を例示したが、これに限定されるわけではない。例えば、複数の発光素子を一列に並べることもできるし、放射状に並べることもできるし、ランダムな配置にすることもできる。
また、これらの発光素子には、必要に応じて蛍光体部を設けることもできる。蛍光体部は、これらの発光素子の光の放射面に設けることもできるし、これらの発光素子を覆うように設けることもできる。例えば、これらの発光素子を製造する際に、光の放射面に蛍光体を含む樹脂を塗布したり、蛍光体を含む樹脂シートを貼り付けたりすることができる。また、これらの発光素子を第1の配線パターン11および第2の配線パターン12に実装した後に、ディスペンサなどを用いて、蛍光体を含む樹脂を発光素子に供給することもできる。この場合、蛍光体の種類および量は、前述した白色光の色温度や、赤色光のピーク波長が得られるように適宜調整することができる。
これらの発光素子は、例えば、砲弾型の発光素子とすることもできるし、SMD(Surface Mount Device)、すなわち表面実装型の発光素子とすることもできるし、COB(Chip On Board)に用いられるチップ状の発光素子とすることもできるし、チップ状の発光素子であるCSP(Chip Scale Package)とすることもできる。ただし、小型化、高集積化などを考慮すると、SMDとすることが好ましく、COB、CSPなどのチップ状の発光素子とすることがさらに好ましい。
その他、基板10には、必要に応じて、ダイオードなどの保護素子、コンデンサや抵抗などの受動素子、制御回路などが設けられた集積回路、配線パターンを連結するのに用いるジャンパー線やジャンパー素子などを設けることもできる。また、基板10には、必要に応じて、複数の発光素子が設けられた領域を囲むリフレクタなどを設けることもできる。
本実施の形態に係る発光モジュール1は、第1の光源20および第2の光源30を備えているので、第1の光源20からの光と、第2の光源30からの光を合わせて照射することができる。そのため、後述する図7に示すように、光の色温度が2000K以上、3200K以下の範囲において、平均演色評価数Raが90以上、特殊演色評価数R9が90以上となるようにすることができる。
以上に説明した発光モジュール1においては、高色温度の第2の光源30は、赤色光源である第4の発光素子32からの光束を1とした場合、白色光源である第3の発光素子31からの光束は約277となる。この比率は、第2の光源30のみで特殊演色評価数R9が90以上を満たすことが可能となるように設計されている。例えば、白色光源である第3の発光素子31がR9が約85の光源であったとすると、白色光源の光束比率が480の場合はR9が約87となるので、R9が90以上とはならない。白色光源の光束比率が300の場合はR9が約90となるので、R9が90以上となる。さらに、白色光源の光束比率が96の場合はR9が約99となるので、R9が90以上となる。つまり、第2の光源30においては、赤色光源である第4の発光素子32からの光束を1とした場合、白色光源である第3の発光素子31からの光束が300以下の比率となることが好ましい。
さらに、以上に説明した発光モジュール1においては、低色温度の第1の光源20は、赤色光源である第2の発光素子22からの光束を1とした場合、白色光源である第1の発光素子21からの光束は23.75となる。この比率は、高色温度の第2の光源30とともに第1の光源20を用いて調光し、1800K以上3200K以下の範囲で、特殊演色評価数R9が90以上を満たすことが可能となるように設計されている。なお、前述したように、赤色光源である第4の発光素子32からの光束を1とした場合、白色光源である第3の発光素子31からの光束は約277となる。
例えば、白色光源である第1の発光素子31が、R9が約40の光源であったとすると、白色光源の光束比率が28の場合には、約1800KにてR9が約84となるので、R9が90以上とはならない。白色光源の光束比率が25の場合には、約1800KにてR9が約90となるので、R9が90以上となる。さらに、白色光源の光束比率が20の場合には、R9が約92となるので、R9が90以上となる。つまり、第1の光源20においては、赤色光源である第2の発光素子22からの光束を1とした場合、白色光源である第1の発光素子からの光束が25以下の比率となることが好ましい。
どちらの例においても、白色光源からの光束比率を下げ、赤色光源である第2の発光素子22、第4の発光素子32からの光を必要以上に追加することは適切ではない。
なお、以上に例示をした赤色光源は、視感度が低い領域の光を照射するため、赤色光源を追加するほど照明装置の効率が低下するおそれがある。また、赤色光源を必要以上に追加することで、R9が90以上とならなくなるおそれもある。そのため、少なくとも白色光源からの光束が1以上の比率であることが好ましい。
また、第1の光源20または第2の光源30に用いられる発光素子の数量や直並列の関係は、上記の比率を元に定められても良く、以上に例示をした数量、直並列の関係に限定されるものではない。
(照明装置)
次に、本実施の形態に係る照明装置100について例示をする。
以下においては、照明装置100が、スタジオや舞台などに設置されるスポットライトである場合を例示する。この場合、スポットライトは、天井や壁などに固定するものであってもよいし、スタンドにセットされるものであってもよい。ただし、照明装置100はスポットライトに限定されるわけではなく。前述した発光モジュール1を備えるものであればよい。
図6は、本実施の形態に係る照明装置100を例示するための模式斜視図である。
図6に示すように、照明装置100には、発光モジュール1、放熱部101、筐体102、光学要素103、電源104、およびカラーフィルタ105を設けることができる。
放熱部101は、発光モジュール1において発生した熱を外部に放射する。放熱部101の一方の端部には、発光モジュール1が設けられている。放熱部101は、例えば、銅などを含む複数の放熱板、複数の放熱板に接続されたヒートパイプなどを備えることができる。
筐体102は、放熱部101の、発光モジュール1が設けられる側に設けられている。筐体102は、箱状を呈し、アルミニウム合金などを含むものとすることができる。筐体102の内部には空間が設けられ、筐体102の、発光モジュール1側の端部と、筐体102の、発光モジュール1側とは反対側の端部は開口している。
光学要素103は、筐体102の、発光モジュール1側とは反対側の端部の近傍に設けられている。光学要素103は、例えば、発光モジュール1から放射された光を収束または発散させる。光学要素103は、例えば、のこぎり状の断面を有するフレネルレンズとすることができる。
電源104は、外部から供給された交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を第1の光源20および第2の光源30に供給する。
図7は、第1の光源20および第2の光源30に直流電力を供給した場合の光の色温度と演色評価数とを例示するための模式グラフ図である。すなわち、図7は、第1の光源20から照射された光と、第2の光源30から照射された光とを合わせた光の色温度と演色評価数とを例示するための模式グラフ図である。
図7から分かるように、本実施の形態に係る発光モジュール1を備えていれば、光の色温度が2000K以上、3200K以下の範囲において、平均演色評価数Raが90以上、特殊演色評価数R9が90以上となるようにすることができる。また、赤色光のピーク波長を700nm以上とすることで、照射対象の人物などが不自然な色合いで視認されるのを抑制する効果も得られる。その結果、ハロゲンランプを備えた照明装置との置き換えが容易となる。例えば、ハロゲンランプを搭載した照明装置のように、Ra、R9が高く、かつ、物体が自然な色合いで視認されるような光を出力しつつ、調光を行なうことができる。
また、電源104には、調色制御および調光制御の少なくともいずれかを行う制御回路104aを設けることもできる。例えば、制御回路104aは、第1の光源20および第2の光源30のいずれかから光を照射させたり、照射させる光の比率を変化させたりするものとすることができる。この様にすれば、光束や色温度を変化させることが可能となる。
一般的に、このような調光機能を有する照明装置を構成するときには、第1の発光素子21用の電源、第3の発光素子31用の電源、および赤色光を照射する発光素子用の電源、すなわち、計3台の電源が設けられる。しかしながら、本実施の形態に係る照明装置100(発光モジュール1)の構成とすれば、第1の発光素子21と第2の発光素子22が直列接続された回路用の電源、および第3の発光素子31と第4の発光素子32が直列接続された回路用の電源、すなわち、計2台の電源で照明装置を構成することができる。そのため、照明装置の小型化やコストの低減を図ることができる。
また、白色光と赤色光のバランスを調整して直列に接続し、白色光と赤色光を連動して点灯する構成とすることで、赤色光を別系統で照射する照明装置と比べて、色温度や色偏差といった色の調整を簡易化することが可能となる。また、必ず赤色光が照射される構成となるため、赤色光を照射し忘れるといった事態を防ぐことも可能となる。
カラーフィルタ105は、筐体102の、発光モジュール1側とは反対側の端部に設けることができる。カラーフィルタ105は、オペレータが必要に応じて装着するものとすることができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
1 発光モジュール、10 基板、11 第1の配線パターン、12 第2の配線パターン、20 第1の光源、21 第1の発光素子、22 第2の発光素子、23 第1の回路、24 第2の回路、30 第2の光源、31 第3の発光素子、32 第4の発光素子、33 第3の回路、34 第4の回路、100 照明装置、104 電源

Claims (5)

  1. 少なくとも1つの第1の発光素子と、少なくとも1つの第2の発光素子と、を有し、第1の光を照射可能な第1の光源と;
    少なくとも1つの第3の発光素子と、少なくとも1つの第4の発光素子と、を有し、前記第1の光よりも高い色温度の第2の光を照射可能な第2の光源と;
    を具備し、
    前記第1の発光素子は、第1の白色光を照射可能であり、
    前記第3の発光素子は、前記第1の白色光よりも高い色温度の第2の白色光を照射可能であり、
    前記第2の発光素子、および前記第4の発光素子は、赤色光を照射可能であり、
    前記第1の光および前記第2の光が合わさることで、色温度が2000K以上、3200K以下の範囲において、平均演色評価数Raが90以上、特殊演色評価数R9が90以上となる発光モジュール。
  2. 前記第2の発光素子、および前記第4の発光素子は、ピーク波長が700nm以上、750nm以下の光を照射可能である請求項1記載の発光モジュール。
  3. 前記第1の白色光の色温度は、1800K以下である請求項1または2に記載の発光モジュール。
  4. 前記第2の白色光の色温度は、3000K以上である請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光モジュール。
  5. 請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光モジュールを具備した照明装置。
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