JP2020141027A - 発光装置、及び、照明装置 - Google Patents

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益巳 阿部
倉地 敏明
Toshiaki Kurachi
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Abstract

【課題】白色光の色温度及び演色性を切り替えることができ、かつ、小型化された発光装置を提供する。【解決手段】発光装置10は、第1白色光を発する第1発光部11a、及び、第1白色光とは色温度が異なる第2白色光を発する第2発光部11bが配置された基板11と、第1発光部11aに配置された第1発光素子12aと、第2発光部11bに配置された第2発光素子12bと、基板11上に配置され、それぞれが第1発光素子12a及び第2発光素子12bと異なる色の光を発する第3発光素12c子及び第4発光素子12dと、第1発光素子12aに電力を供給するための金属線17a及び17bと、第2発光素子12bに電力を供給するための金属線17c及び17dと、第3発光素子12cに電力を供給するための金属線17e及び17fと、第4発光素子12dに電力を供給するための金属線17gとを備える。【選択図】図3

Description

本発明は、複数の発光素子が基板に配置されて構成される発光装置、及び、当該光装置を備える照明装置に関する。
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の発光素子は、高効率で省スペースな光源として照明用途又はディスプレイ用途等の各種の照明装置に広く利用されている。特許文献1には、複数の発光素子を互いに異なる波長変換材料を含有する2種類の封止樹脂(封止部材)にて封止した、調色可能な発光装置が開示されている。
特開2014−086694号公報
発光装置としては、さらに、演色性を切り替える機能を有することが望まれる。しかしながら、特許文献1に記載の発光装置において、封止部材の種類により演色性を切り替える場合、さらに演色性が異なる封止部材を配置することになる。例えば、色温度2種類と演色性2種類とを切り替える場合、特許文献1に記載の発光装置では、4種類の封止部材を配置することになり、発光装置が大型化する。
そこで、本発明は、白色光の色温度及び演色性を切り替えることができ、かつ、小型化された発光装置、及び、照明装置を提供する。
本発明の一態様に係る発光装置は、第1白色光を発する第1発光部、及び、前記第1白色光とは色温度が異なる第2白色光を発する第2発光部が配置された基板と、前記第1発光部に配置された第1発光素子と、前記第2発光部に配置された第2発光素子と、前記基板上に配置され、それぞれが前記第1発光素子及び前記第2発光素子と異なる色の光を発する第3発光素子及び第4発光素子と、前記第1発光素子と電気的に接続され、前記第1発光素子に電力を供給するための第1配線と、前記第2発光素子と電気的に接続され、前記第2発光素子に電力を供給するための第2配線と、前記第3発光素子と電気的に接続され、前記第3発光素子に電力を供給するための第3配線と、前記第4発光素子と電気的に接続され、前記第4発光素子に電力を供給するための第4配線とを備える。
本発明の一態様に係る照明装置は、上記の発光装置と、発光装置に、当該発光装置を点灯させるための電力を供給する点灯装置と、を備える。
本発明の一態様によれば、白色光の色温度及び演色性を切り替えることができ、かつ、小型化された発光装置、及び、照明装置を提供することができる。
図1は、実施の形態1に係る発光装置の外観斜視図である。 図2Aは、実施の形態1に係る発光装置の平面図である。 図2Bは、図2AのIIb−IIb線における部分拡大断面図である。 図3は、実施の形態1に係る発光装置における発光素子の配置例を示す平面図である。 図4は、実施の形態1に係る発光装置の発光スペクトルの一例を示す図である。 図5は、実施の形態1に係る発光装置における、色温度及び演色性ごとの光学データを示す図である。 図6は、実施の形態2に係る照明装置の断面図である。 図7は、実施の形態2に係る照明装置及びその周辺部材の外観斜視図である。
以下、実施の形態に係る発光装置、及び、照明装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。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、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、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される場合がある。
また、本明細書及び図面において、X軸、Y軸、及び、Z軸は、三次元直交座標系の三軸を表している。X軸およびY軸は、互いに直交し、且つ、いずれもZ軸に直交する軸である。Z軸方向は、発光装置の光軸と平行な方向である。以下の実施の形態において、「平面視」とは、例えば、Z軸方向から見ることを意味する。
また、本明細書において、等しい、一定などの要素間の関係性を示す用語、および、四角形、円形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値、および、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。
(実施の形態1)
以下、本実施の形態に係る発光装置10について、図1〜図5を参照しながら説明する。
[1−1.発光装置の構成]
まず、本実施の形態に係る発光装置10の構成について、図1〜図3を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態に係る発光装置10の外観斜視図である。図2Aは、本実施の形態に係る発光装置10の平面図である。図2Bは、図2AのIIb−IIb線における部分拡大断面図である。図3は、本実施の形態に係る発光装置10における発光素子の配置例を示す平面図である。なお、各図において、便宜上、一部の構成要素の図示を適宜省略している。例えば、図2Aでは枠体16等の図示を省略しており、図3では第1封止部材13、第2封止部材14、枠体16等の図示を省略している。
図1〜図3に示すように、発光装置10は、基板11と、複数の第1発光素子12aと、複数の第2発光素子12bと、複数の第3発光素子12cと、複数の第4発光素子12dと、第1封止部材13と、第2封止部材14と、枠体15及び16と、金属線17a〜17gとを備える。発光装置10は、基板11に複数の発光素子12が直接実装された、いわゆるCOB(Chip On Board)構造のLEDモジュールであり、白色光を発する。
金属線17a〜17gには、図示しない外部商用電源等が接続され、当該外部商用電源等から電力が供給されることで、発光装置10は、発光する。金属線17a〜17gのそれぞれは、例えば、図示しない電極ランドに接続されており、当該電極ランドを介して外部商用電源等から電力が供給される。
なお、以降において、第1発光素子12a〜第4発光素子12dを区別しない場合は、単に発光素子12とも記載する。また、以降において、金属線17a〜17gを区別しない場合は、単に金属線17とも記載する。
[1−1−1.基板]
まず、基板11の構成について説明する。基板11は、複数の発光素子12が配置される基台である。基板11は、例えば、メタルベース基板またはセラミック基板である。また、基板11は、樹脂を基材とする樹脂基板であってもよい。
セラミック基板としては、酸化アルミニウム(アルミナ)からなるアルミナ基板または窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム基板等が採用される。また、メタルベース基板としては、例えば、表面に絶縁膜が形成された、アルミニウム合金基板、鉄合金基板または銅合金基板等が採用される。樹脂基板としては、例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂とからなるガラスエポキシ基板等が採用される。
なお、基板11として、例えば光反射率が高い(例えば光反射率が90%以上の)基板が採用されてもよい。基板11として光反射率の高い基板が採用されることで、発光素子12が発する光を基板11の表面で反射させることができる。この結果、発光装置10の光の取り出し効率が向上される。このような基板としては、例えばアルミナを基材とする白色セラミック基板が例示される。
また、基板11として、光透過率が高い透光性基板が採用されてもよい。このような基板としては、多結晶のアルミナや窒化アルミニウムからなる透光性セラミック基板、ガラスからなる透明ガラス基板、水晶からなる水晶基板、サファイアからなるサファイア基板または透明樹脂材料からなる透明樹脂基板が例示される。なお、図1に示す基板11は四角形(矩形)であるが、円形や六角形等の多角形などであってもよい。
また、図2A及び図2Bに示されるように、基板11の主面(複数の発光素子12が実装される面であり、本実施の形態ではZ軸プラス側の面)には、第1発光部11aと、第2発光部11bとが配置される。第1発光部11aは、ドット状のハッチングのうち、ドット密度が高い領域であり、第2発光部11bは、ドット状のハッチングのうち、第1発光部11aよりドット密度が低い領域である。第1発光部11aと第2発光部11bとは、例えば、基板11の主面上において、隣接して配置される。
第1発光部11aは、基板11の主面に配置され、第1発光素子12aを有し、第1白色光を発する。また、第2発光部11bは、基板11の主面に配置され、第2発光素子12bを有し、第1白色光とは色温度が異なる第2白色光を発する。本実施の形態では、第1発光部11aは、さらに、第1発光素子12aからの光によって蛍光を発し、かつ第1発光素子12aを封止する第1封止部材13を有する。第2発光部11bは、さらに、第2発光素子12bからの光によって蛍光を発し、かつ第2発光素子12bを封止する第2封止部材14を有する。
なお、第1発光部11a及び第2発光部11bの平面視形状及び配置位置は、図2Aに示す平面視形状及び配置位置に限定されない。第1発光部11a及び第2発光部11bの平面視形状は、例えば、矩形状又は枠状であってもよい。また、例えば、第1発光部11aは、第2発光部11bを囲むことに限定されない。
[1−1−2.発光素子]
発光素子12は、発光装置10の光源であり、所定の光を発する。第1発光素子12aは、発光装置10が第1色温度の第1白色光を発するための光源である。第2発光素子12bは、発光装置10が第1色温度とは異なる第2色温度の第2白色光を発するための光源である。
本実施の形態では、第1白色光は、第2白色光より色温度が低い。例えば、第1色温度は2700Kであり、第2色温度は5000Kであるが、これに限定されない。第1色温度及び第2色温度は、例えば、ANSI C78.377に規定されている2700K〜6500Kの中に含まれる色温度である。
第1発光素子12a及び第2発光素子12bは、発光装置10から出射される白色光の色温度を変化させる(例えば、切り替える)ための光源である。第1発光素子12aは、第1封止部材13に含まれる蛍光体(後述する蛍光体13y)を励起させるための光を発する。第2発光素子12bは、第2封止部材14に含まれる蛍光体(後述する蛍光体14y)を励起させるための光を発する。なお、ここでの発光装置10から出射される白色光は、第1白色光及び第2白色光の少なくとも一方を含む白色光である。例えば、発光装置10から出射される白色光は、第1白色光と第2白色光との合成光であってもよい。
第3発光素子12c及び第4発光素子12dは、発光装置10から出射される白色光の演色性を変化させる(例えば、切り替える)ための光源である。本実施の形態では、第3発光素子12c及び第4発光素子12dは、発光装置10から出射される白色光の色温度を実質的に変化させずに演色性を変化させる。なお、色温度が実質的に変化しないとは、例えば、7ステップアクアダム楕円以内の色温度の変化であることを意味する。また、演色性を変化させる(切り替える)とは、例えば、平均演色評価数Raの値を変化させる(切り替える)ことを意味する。
第1発光素子12a及び第2発光素子12bと、第3発光素子12cと、第4発光素子12dとは、互いに異なる色の光を出射する。第1発光素子12a及び第2発光素子12bと、第3発光素子12cと、第4発光素子12dとは、いずれも単色の可視光を発するベアチップである。
第1発光素子12a及び第2発光素子12bは、例えば、青色光を発する青色LED(Light Emitting Diode)チップである。第1発光素子12a及び第2発光素子12bは、例えば、InGaN系の材料によって形成される。第1発光素子12a及び第2発光素子12bの発光のピーク波長は、440nm以上500nm未満である。なお、第1発光素子12a及び第2発光素子12bは、同じピーク波長の光を発する青色LEDチップであってもよい。
第3発光素子12c及び第4発光素子12dは、第1封止部材13に含まれる蛍光体13y及び第2封止部材14に含まれる蛍光体14yが蛍光を発しない光を発する。言い換えると、第1封止部材13及び第2封止部材14は、第3発光素子12c及び第4発光素子12dからの光によって蛍光を発しない。
第3発光素子12cは、例えば、緑色光を発する緑色LEDチップである。第3発光素子12cは、InGaN系の材料によって形成される。第3発光素子12cの発光のピーク波長は、500nm以上530nm以下である。第4発光素子12dは、例えば、赤色光を発する赤色LEDチップである。第4発光素子12dは、AlGaInP系の材料によって形成される。第4発光素子12dの発光のピーク波長は、600nm以上630nm以下である。
第1発光素子12a〜第4発光素子12dのそれぞれは、例えば、上面にアノード及びカソードを有する片面電極構造を有する。
上記のように、例えば、第1発光素子12a及び第2発光素子12bと、第3発光素子12cと、第4発光素子12dとのピーク波長の関係は、ピーク波長が短い順から、第1発光素子12a及び第2発光素子12b<第3発光素子12c<第4発光素子12dの関係である。
第1発光素子12aは、第1発光部11aに配置される。図3に示すように、本実施の形態では、複数の第1発光素子12aは、第1発光部11aの第2発光部11b側及び枠体15側のうち枠体15側の領域において、第2発光部11bを囲む弧状(例えば、円弧状)に配置されて第1発光素子列を形成する。第2発光素子12bは、第2発光部11bに配置される。図3に示すように、本実施の形態では、複数の第2発光素子12bは、第2発光部11bの第1発光部11a側及び当該第2発光部11bの中心側のうち第1発光部11a側の領域において、第1発光部11aによって囲まれる弧状(例えば、円弧状)に配置されて第2発光素子列を形成する。
第3発光素子12c及び第4発光素子12dは、枠体15内(例えば、第1発光部11aと第2発光部11bとを合わせた領域内)に配置される。第3発光素子12c及び第4発光素子12dは、蛍光体13y及び蛍光体14yが蛍光を発しない光を発するので、枠体15内のいずれの位置に配置されていてもよい。例えば、第3発光素子12cは、第1発光部11a及び第2発光部11bの一方に配置され、かつ、第4発光素子12dは、第1発光部11a及び第2発光部11bの他方に配置されてもよい。
図2B及び図3に示すように、本実施の形態では、第3発光素子12cは、第1発光部11aに配置され、第4発光部12dは、主に第2発光部11bに配置されている。具体的には、第3発光素子12cは、第1発光部11aの第2発光部11b側及び枠体15側のうち第2発光部11b側の領域において、第2発光部11bを囲む弧状(例えば、円弧状)に配置されて第3発光素子列を形成する。第3発光素子列は、平面視において、第1発光素子列及び第2発光素子列の間に配置される。また、具体的には、第4発光素子12dは、第2発光部11bにおいて、第2発光素子12bより内側の領域に配置されて第4発光素子列を形成する。
図3に示すように、第2発光素子12b及び第4発光素子12dの少なくとも一部は、第2発光素子12b及び第4発光素子12dへの電力供給のための金属線の配置等により、第1発光部11aに配置されていてもよい。
なお、第3発光素子12c及び第4発光素子12dのそれぞれが、第1発光部11a及び第2発光部11bの一方のみに配置されていてもよいし、第1発光部11a及び第2発光部11bのそれぞれに配置されていてもよい。
なお、第1発光素子12a〜第4発光素子12dの配置位置は、上記に限定されない。第1発光素子12a〜第4発光素子12dは、例えば、矩形環状に配置されていてもよいし、直線状に配置されていてもよい。
[1−1−3.金属線等]
金属線17a及び17bは、第1発光素子12aと電気的に接続され、第1発光素子12aに電流を供給するために設けられる給電用の配線である。金属線17a及び17bは、第1発光素子列を構成する複数の第1発光素子12a同士を電気的及び構造的に接続するボンディングワイヤである。金属線17a及び17bは、複数の第1発光素子12a同士を、例えば、Chip−to−Chipで電気的に接続する。なお、金属線17a及び17bは、第1配線の一例である。
金属線17c及び17dは、第2発光素子12bと電気的に接続され、第2発光素子12bに電力(例えば、電流)を供給するために設けられる給電用の配線である。金属線17c及び17dは、第2発光素子列を構成する複数の第2発光素子12b同士を電気的及び構造的に接続するボンディングワイヤである。金属線17c及び17dは、複数の第2発光素子12b同士を、例えば、Chip−to−Chipで電気的に接続する。なお、金属線17c及び17dは、第2配線の一例である。
金属線17e及び17fは、第3発光素子12cと電気的に接続され、第3発光素子12cに電力を供給するために設けられる給電用の配線である。金属線17e及び17fは、第3発光素子列を構成する複数の第3発光素子12c同士を電気的及び構造的に接続するボンディングワイヤである。金属線17e及び17fは、複数の第3発光素子12c同士を、例えば、Chip−to−Chipで電気的に接続する。なお、金属線17e及び17fは、第3配線の一例である。
金属線17gは、第4発光素子12dと電気的に接続され、第4発光素子12dに電力を供給するために設けられる給電用の配線である。金属線17gは、第4発光素子列を構成する複数の第4発光素子12d同士を電気的及び構造的に接続するボンディングワイヤである。金属線17gは、複数の第4発光素子12d同士を、例えば、Chip−to−Chipで電気的に接続する。なお、金属線17gは、第4配線の一例である。
上記のように、第1発光素子12a〜第4発光素子12dのそれぞれは、互いに異なる金属線により電力が供給される。また、金属線17a及び17bと、金属線17c及び17dと、金属線17e及び17fと、金属線17gとは、互いに電気的に接続されていない。言い換えると、第1発光素子12a〜第4発光素子12dのそれぞれは、互いに独立して制御可能である。このように、第1発光素子12a〜第4発光素子12dのそれぞれは、別回路で構成されていてもよい。
なお、本実施の形態では、第3発光素子12c及び第4発光素子12dは、互いに異なる金属線で接続されていたが、第3発光素子12c及び第4発光素子12dは共通の金属線で接続されていてもよい。この場合、共通の金属線は、互いに異なる色の光を発する第3発光素子12c及び第4発光素子12dを電気的に接続するボンディングワイヤである。これにより、第3発光素子12c及び第4発光素子12dを同時に発光させる制御を行う場合に、金属線の本数を削減することができる。
金属線17は、例えば、金によって形成されるが、銀又は銅等のその他の金属によって形成されてもよい。
[1−1−4.封止部材]
次に、第1封止部材13及び第2封止部材14について説明する。
第1封止部材13は、図2B及び図3に示すように、第1発光部11aに配置され、第1発光部11aを覆う。第1発光部11aは、平面視において、枠体15及び16で囲まれた領域である。第1封止部材13は、当該領域を囲む枠体15及び16でせき止められることによって、当該領域に応じた平面視形状に形成される。
第2封止部材14は、図2B及び図3に示すように、第2発光部11bに配置され、第2発光部11bを覆う。第2発光部11bは、平面視において、枠体16で囲まれた領域である。第2封止部材14は、当該領域を囲む枠体16でせき止められることによって、当該領域に応じた平面視形状に形成される。
第1封止部材13及び第2封止部材14は、互いに異なる部材である。具体的には、第1封止部材13及び第2封止部材14はそれぞれ、異なる材料を含む部材である。本実施の形態では、第1封止部材13と第2封止部材14とは、含んでいる蛍光体の種類が異なる。
図2Bに示すように、第1封止部材13は、複数の第1発光素子12aが発する光の波長を変換する複数の蛍光体13y(蛍光体粒子)を含む透光性樹脂材料から構成される。第1封止部材13の基材は、例えば、シリコーン樹脂が用いられるが、エポキシ樹脂又はユリア樹脂等が用いられてもよい。蛍光体13yは、第1発光素子12aが発する光を励起光として蛍光を発する。蛍光体13yは、例えば、発光ピーク波長が550nm以上570nm以下の、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系の黄色蛍光体である。蛍光体13yは、第1波長変換材の一例である。
複数の第1発光素子12aが青色光を発すると、発せられた青色光の一部は、第1封止部材13に含まれる蛍光体13yによって黄色光に波長変換される。そして、蛍光体13yに吸収されなかった青色光と、蛍光体13yによって波長変換された黄色光とにより、第1発光部11aから第1白色光が出射される。
第2封止部材14は、複数の第2発光素子12bが発する光の波長を変換する複数の蛍光体14y(蛍光体粒子)を含む透光性樹脂材料から構成される。第2封止部材14の基材は、例えば、シリコーン樹脂が用いられるが、エポキシ樹脂又はユリア樹脂等が用いられてもよい。また、蛍光体14yは、第2発光素子12bが発する光を励起光として蛍光体13yとは異なる蛍光を発する。蛍光体14yは、例えば、蛍光体13yとは異なる蛍光を発する。蛍光体14yは、例えば、発光ピーク波長が550nm以上570nm以下の、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系の黄色蛍光体である。蛍光体14yは、第2波長変換材の一例である。
複数の第2発光素子12bが青色光を発すると、発せられた青色光の一部は、第2封止部材14に含まれる蛍光体14yによって黄色光に波長変換される。そして、蛍光体14yに吸収されなかった青色光と、蛍光体14yによって波長変換された黄色光とにより、第2発光部11bから第1白色光とは色温度が異なる第2白色光が出射される。
第1封止部材13及び第2封止部材14の少なくとも1つには、フィラーが含まれていてもよい。本実施の形態では、第1封止部材13及び第2封止部材14において、フィラー13b及び14bが含まれている。フィラー13b及び14bは、例えば、粒径が10nm程度のシリカである。フィラー13b及び14bが含まれることにより、フィラー13b及び14bが抵抗となって蛍光体13y及び14yが沈降しにくい。このため、第1封止部材13及び第2封止部材14内において、蛍光体13y及び14yを均一に分散して配置することができる。
なお、第1封止部材13及び第2封止部材14に含まれる蛍光体は、上記に限定されない。第1封止部材13には、第1発光素子12aが発する光によって励起されて発光する蛍光体が含まれていればよい。また、第2封止部材14には、第2発光素子12bが発する光によって励起されて発光する蛍光体が含まれていればよい。
なお、第1封止部材13及び第2封止部材14が互いに異なる部材であるとは、第1封止部材13及び第2封止部材14が含む蛍光体の種類が異なることに限定されない。第1封止部材13及び第2封止部材14に用いられる樹脂の種類が異なっていてもよいし、含まれる蛍光体の含有量が異なっていてもよい。例えば、第1封止部材13及び第2封止部材14のそれぞれは同じ蛍光体を含んでおり、その含有比率が異なっていてもよい。また、第1封止部材13及び第2封止部材14の少なくとも1つは、複数種類の蛍光体を含んでいてもよい。
第1封止部材13の高さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、第1発光素子12aの高さ以上である。第2封止部材14の高さは、例えば、第2発光素子12bの高さ以上である。例えば、第1封止部材13の高さと第2封止部材14の高さとは、等しい。
上記では、発光装置10は、第1封止部材13及び第2封止部材14を備える例について説明したが、さらに、第1封止部材13及び第2封止部材14を覆う第3封止部材(図示しない)を備えていてもよい。言い換えると、発光装置10は、さらに、第1発光部11a及び第2発光部11bを覆う第3封止部材を備えていてもよい。第3封止部材は、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方からの光で蛍光を発し、かつ第3発光素子12c及び第4発光素子12dからの光で蛍光を発しない蛍光体(第3波長変換部材の一例)を含んでいてもよい。第3封止部材は、例えば、蛍光体13y及び蛍光体14yの少なくとも一方を含んでいてもよい。
[1−1−5.枠体]
枠体15及び16のそれぞれは、平面視で複数の発光素子12を囲み、硬化される前の封止部材をせき止めるための部材である。枠体15及び16は、言い換えれば、ダム材である。図2Bに示すように、枠体15は、平面視で複数の第1発光素子12aを外側から囲み、第1封止部材13と接触して配置される。枠体16は、平面視で複数の第2発光素子12bを外側から囲み、かつ、複数の第3発光素子12cを内側から囲む。枠体16は、外側の部分が第1封止部材13と接触し、かつ、内側の部分が第2封止部材14と接触する。
枠体15及び16には、例えば、絶縁性を有する熱硬化性樹脂、又は、熱可塑性樹脂等が用いられる。より具体的には、枠体15及び16には、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、又は、ポリフタルアミド(PPA)樹脂等が用いられる。
なお、枠体15及び16は、発光装置10の光取り出し効率を高めるために、光反射性を有することが望ましい。枠体15及び16には、例えば、白色の顔料等を含む白樹脂が用いられるとよい。また、枠体15及び16の光反射性を高めるために、枠体15及び16の中には、TiO、Al、ZrO、及び、MgO等の粒子が含まれてもよい。なお、枠体15及び16の材料は、樹脂に限定されるものではなく、例えば、セラミック等の材料が用いられてもよい。
発光装置10においては、枠体15及び16は、平面視した場合、円環状(例えば、同心円状)に形成される。これにより、発光装置10の光の取り出し効率を高めることができる。なお、枠体15は、少なくとも第1発光素子12aを外側から囲むように形成されていれば円環状に形成されていることに限定されない。また、枠体16は、少なくとも第2発光素子12bを外側から囲むように形成されていれば円環状に形成されていることに限定されない。枠体15及び16は、ディスペンサにより形成されてもよいし、スクリーン印刷により形成されてもよい。
なお、枠体15及び16の少なくとも一方は、黒色の樹脂によって形成されてもよい。黒色の樹脂によって形成された枠体15及び16の少なくとも一方は光を吸収するため、枠体15及び16による光の反射が不要光(迷光)となるような場合に有効である。なお、黒色の樹脂は、例えば、シリコーン等の基材にカーボンの粉末が添加されることによって形成される。
[1−2.発光装置の光学特性]
次に、上記の発光装置10の光学特性について、図4及び図5を参照しながら説明する。図4は、本実施の形態に係る発光装置10の発光スペクトルの一例を示す図である。図4の横軸は、波長を示しており、縦軸は、相対分光パワー(相対分光強度)を示す。なお、発光スペクトルは、第1発光素子12a〜第4発光素子12dの少なくとも1つが発光したときの合成光の発光スペクトルを示す。
図4の(a1)〜(a5)は、第1発光素子12a〜第4発光素子12dのうち、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方を発光させた場合の発光スペクトルを示す。図4の(a1)は、第1発光素子12a及び第2発光素子12bのうち、第1発光素子12aのみを発光させたときの発光スペクトルを示しており、発光装置10が発する第1白色光に相当する。図4の(a5)は、第1発光素子12a及び第2発光素子12bのうち、第2発光素子12bのみを発光させたときの発光スペクトルを示しており、発光装置10が発する第2白色光に相当する。
図4の(a2)〜(a4)は、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの両方を発光させたときの合成光の発光スペクトルを示している。具体的には、図4の(a2)〜(a4)は、図4の(a2)から図4の(a4)に向けて、第1発光素子12aに供給される電流の比率を低くし、かつ、第2発光素子12bに供給する電流の比率を高くした場合の、発光装置10から発せられる白色光(第1白色光と第2白色光との合成光)の発光スペクトルを示す。
また、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方を発光させたときの平均演色評価数Raは、80である例を示しているが、これに限定されない。
図4の(a1)〜(a5)に示すように、発光装置10は、第1発光素子12a及び第2発光素子12bに供給する電流の比率を変化させることで、平均演色評価数Raは一定(例えば、80)のまま、色温度を2700K〜5000Kまで変化させることが可能である。第1白色光、第2白色光の平均演色評価数Raが等しくなるように、第1発光素子12a、第2発光素子12b、蛍光体13y及び14yを適宜選択することにより、上記のような制御が可能となる。
また、図4の(b1)〜(b5)は、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方に加えて、第3発光素子12c及び第4発光素子12dを発光させた場合の発光スペクトルを示す。図4の(b1)は、図4の(a1)が示す発光スペクトルの光にさらに第3発光素子12c及び第4発光素子12dを発光させたときの発光スペクトルを示す。図4の(b2)は、図4の(a2)が示す発光スペクトルの光にさらに第3発光素子12c及び第4発光素子12dを発光させたときの発光スペクトルを示す。図4の(b3)以降においても、同様である。
図4の(b1)、及び、図4の(a1)に示すように、発光装置10は、第1発光素子12a及び第2発光素子12bのうち第1発光素子12aが発光している状態から、さらに第3発光素子12c及び第4発光素子12dを発光させることで、色温度は一定(例えば、2700K)のまま、平均演色評価数Raを80から90まで変化させることが可能である。第3発光素子12c及び第4発光素子12dに電力を供給する前後において色温度が変化しないように第3発光素子12c及び第4発光素子12dのそれぞれに供給する電力比(電流比)を調整することで、上記のような制御が可能となる。図4の(b2)〜(b5)においても同様である。
なお、図4に示す値は、一例である。発光装置10は、第1発光素子12a及び第2発光素子12bに供給される電流比が調整されることで、図4の(a1)〜(a5)に示す以外の色温度の白色光を発することができる。また、発光装置10は、第3発光素子12c及び第4発光素子12dに供給される電流比が調整されることで、図4の(b1)〜(b5)に示す以外の平均演色評価数Raの白色光を発することができる。第1発光素子12a〜第4発光素子12dのそれぞれに供給される電力の制御は、後述する点灯装置(例えば、図7に示す点灯装置150)により行われる。
図5は、本実施の形態に係る発光装置10における、色温度及び演色性ごとの光学データを示す図である。図5は、発光装置10から出射される白色光の光色の目標値を、2700K、3000K、3500K、4000K、及び、5000K、かつ、平均演色評価数Raの目標値をRa80及びRa90として、第1発光素子12a〜第4発光素子12dを制御した場合の、当該白色光の実測データを示す。平均演色評価数Raの目標値がRa80である場合のデータは、図4の(a1)〜(a5)に対応するときのデータであり、平均演色評価数Raの目標値がRa90である場合のデータは、図4の(b1)〜(b5)に対応するときのデータである。
色温度は、平均演色評価数Raが80及び90である場合において、おおよそ目標値の値を実現できている。なお、第1発光素子12a〜第4発光素子12dのうち第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方を発光させたときの白色光の色温度(平均演色評価数Raが80のときの白色光であり、光色2700Kの場合では2724.8K)と、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方に加えて、さらに第3発光素子12c及び第4発光素子12dを発光させたときの白色光の色温度(平均演色評価数Raが90のときの白色光であり、光色2700Kの場合では、2762.3K)との差は、例えば、7ステップアクアダム楕円以内であるとよく、より好ましくは4ステップアクアダム楕円以内であるとよい。これにより、ユーザに色温度の変化を感じさせることなく、演色性を切り替えることができる。
黒体軌跡からの色差であるDuVは、平均演色評価数Raが80及び90である場合において、ともに±5以下である。具体的には、DuVは、色温度を一定に維持し、平均演色評価数Raを80と90とで切り替えた場合において±5以下である。つまり、色度図上における色度点を維持したまま、平均演色評価数Raを80と90とで切り替えられている。よって、ユーザに色温度の変化を感じさせることなく、演色性の切り替えを実現できている。
平均演色評価数Raは、目標値Ra80及びRa90ともに、目標値以上の値となっている。つまり、所望の演色性への切り替えを実現できている。第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方が発光するときの平均演色評価数Raを第1平均演色評価数とし、さらに第3発光素子12c及び第4発光素子12dを発光させたときの平均演色評価数Raを第2平均演色評価数とすると、第2平均演色評価数は、第1平均演色評価数より高い。第1平均演色評価数は、例えば、平均演色評価数Raが80以上であり、第2平均演色評価数は、例えば、平均演色評価数Raが90以上であり、かつ、第1平均演色評価数より高い。
FCI(Feeling of Contrast Index)は、いわゆる目立ち指数であり、例えば特開平9−120797号公報等にて提案されている指数である。具体的には、FCIは、色の見えによる標準光D65に対して感じられる明るさ感の比率を示している。図5からわかるように、色温度及び平均演色評価数RaごとにFCIがおよそ96〜128の間で変化している。つまり、第1発光素子12a〜第4発光素子12dへ供給する電力を制御することで、FCIを変化させることが可能である。
[1−3.効果など]
以上説明したように、発光装置10は、第1白色光を発する第1発光部11a、及び、第1白色光とは色温度が異なる第2白色光を発する第2発光部11bが配置された基板11と、第1発光部11aに配置された第1発光素子12aと、第2発光部11bに配置された第2発光素子12bと、基板11上に配置され、それぞれが第1発光素子12a及び第2発光素子12bと異なる色の光を発する第3発光素子12c及び第4発光素子12dと、第1発光素子12aと電気的に接続され、第1発光素子12aに電力を供給するための金属線17a及び17b(第1配線の一例)と、第2発光素子12bと電気的に接続され、第2発光素子12bに電力を供給するための金属線17c及び17d(第2配線の一例)と、第3発光素子12cと電気的に接続され、第3発光素子12cに電力を供給するための金属線17e及び17f(第3配線の一例)と、第4発光素子12dと電気的に接続され、第4発光素子12dに電力を供給するための金属線17g(第4配線の一例)とを備える。
これにより、第1発光素子12a及び第2発光素子12bのいずれかを発光させること、及び、第1発光素子12a及び第2発光素子12bからの光の強度比を変化させることで、発光装置10から出射される白色光の色温度を切り替えることができる。また、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方により白色光を出射している状態で、さらに第3発光素子12c及び第4発光素子12dを発光させることで、当該白色光の演色性を変化させることができる。これにより、発光装置10は、白色光の色温度及び演色性を切り替えることができる。
また、白色光の色温度及び演色性を封止部材の種類で切り替える場合、互いに発する光色温度及び演色性が異なる少なくとも4種類の封止部材が必要となり、発光装置が大型化する。一方、本実施の形態では、発光装置10が第3発光素子12c及び第4発光素子12dを備えることで、封止部材は2種類ですむ。これにより、4種類の封止部材を塗り分けることで白色光の色温度及び演色性を切り替える発光装置に比べて、発光装置10を小型化することができる。
よって、発光装置10によれば、白色光の色温度及び演色性を切り替えることができ、かつ、小型化された発光装置を実現することができる。
また、第1発光部11aは、さらに、第1発光素子12aからの光によって蛍光を発し、かつ第1発光素子12aを封止する第1封止部材13を有する。第2発光部11bは、さらに、第2発光素子12bからの光によって蛍光を発し、かつ第2発光素子12bを封止する第2封止部材14を有する。
これにより、第1封止部材13及び第2封止部材14を備えることで、互いに色温度が異なる白色光を容易に生成することができる。
また、第1封止部材13及び第2封止部材14は、第3発光素子12c及び第4発光素子12dからの光によって蛍光を発しない。
これにより、第3発光素子12c及び第4発光素子12dの配置位置が第1封止部材13及び第2封止部材による制限を受けなくなるので、当該配置位置の自由度(設計の自由度)が増す。
また、第3発光素子12cは、第1発光部11a及び第2発光部11bの一方に配置される。また、第4発光素子12dは、第1発光部11a及び第2発光部11bの他方に配置される。
これにより、第3発光素子12c及び第4発光素子12dが第1発光部11a及び第2発光部11bの双方に配置されている場合に比べ、金属線17a〜17gを容易に配線することができる。また、発光装置10の小型化につながる。
また、第1発光素12a子及び第2発光素子12bが発する光のピーク波長は、440nm以上、かつ500nm未満であり、第3発光素子12cが発する光のピーク波長は、500nm以上、かつ530nm以下であり、第4発光素子12dが発する光のピーク波長は、600nm以上、かつ630nm以下である。
これにより、第3発光素子12c及び第4発光素子12dを発光させることで、緑色及び赤色の光が出射される。そのため、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方を発光させて白色光を出射している場合に比べ、演色性が向上した白色光を出射することができる。また、第3発光素子12c及び第4発光素子12dからの光の強度を調整することにより、第1発光素子12a又は第2発光素子12bを発光させたときの白色光の色温度を実質的に変化させることなく、演色性を向上させることができる。
(実施の形態2)
[2−1.照明装置の構成]
次に、本実施の形態に係る照明装置100について、図6及び図7を参照しながら説明する。図6は、本実施の形態に係る照明装置100の断面図である。図7は、本実施の形態に係る照明装置100及びその周辺部材の外観斜視図である。周辺部材は、照明装置100に接続される部材であり、例えば、点灯装置及び端子台である。
図6及び図7に示すように、本実施の形態に係る照明装置100は、例えば住宅等の天井に埋込配設されることにより下方(廊下や壁等)に光を照明するダウンライト等の埋込型照明装置である。
照明装置100は、発光装置10を備える。照明装置100は、さらに、基部110及び枠体部120を結合してなる有底筒状の器具本体と、当該器具本体に配置された、反射板130及び透光パネル140とを備える。
基部110は、発光装置10等が取り付けられる取付台であるとともに、発光装置10で発生する熱を放熱するヒートシンクである。基部110は、金属材料を用いて円柱状に形成されており、本実施の形態ではアルミダイカスト製である。
基部110の上部(天井側部分)には、上方に向かって突出する複数の放熱フィン111が一方向に沿って互いに一定の間隔をあけて設けられている。これにより、発光装置10等で発生する熱を効率よく放熱させることができる。
枠体部120は、内面に反射面を有する円筒状のコーン部121と、コーン部121が取り付けられる枠体本体部122とを有する。コーン部121は、金属材料を用いて成形されており、例えば、アルミニウム合金等を絞り加工またはプレス成形することによって作製することができる。枠体本体部122は、硬質の樹脂材料又は金属材料によって成形されている。枠体部120は、枠体本体部122が基部110に取り付けられることによって固定されている。
反射板130は、内面反射機能を有する円環枠状(漏斗状の)反射部材である。反射板130は、例えばアルミニウム等の金属材料を用いて形成することができる。なお、反射板130は、金属材料ではなく、硬質の白色樹脂材料によって形成してもよい。
透光パネル140は、光拡散性及び透光性を有する透光部材である。透光パネル140は、反射板130と枠体部120との間に配置された平板プレートであり、反射板130に取り付けられている。透光パネル140は、例えばアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂材料によって円盤状に形成される。
なお、照明装置100は、透光パネル140を備えなくてもよい。透光パネル140を備えないことで、照明装置100から出射される光の光束を向上させることができる。
また、図7に示すように、照明装置100には、発光装置10に、当該発光装置10を点灯させるための電力を供給する点灯装置150と、商用電源からの交流電力を点灯装置150に中継する端子台160とが接続される。点灯装置150は、具体的には、端子台160から中継される交流電力を直流電力に変換して発光装置10に出力する。また、点灯装置150は、第1発光素子12a、第2発光素子12b、第3発光素子12c、及び、第4発光素子12dのうち、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方を発光させる第1の制御と、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方に加えて、さらに第3発光素子12c及び第4発光素子12dを発光させる第2の制御とを行う。第1の制御は、発光装置10から発せられる白色光の色温度を調整する制御である。第2の制御は、発光装置10から発せられる白色光の演色性を調整する制御である。
また、点灯装置150は、さらに、第2の制御において、第3発光素子12c及び第4発光素子12dを点灯させる前後における発光装置10が発する白色光の色温度の変化が所定以内(例えば、7ステップアクアダム楕円以内)となるように、第3発光素子12c及び第4発光素子12dに電力を供給する。なお、点灯装置150は、第2の制御において、第3発光素子12c及び第4発光素子12dの一方のみを発光させてもよい。
点灯装置150は、マイクロコンピュータ、プロセッサ、または専用回路などによって実現される。
点灯装置150及び端子台160は、器具本体とは別体に設けられた取付板170に取付固定される。取付板170は、金属材料からなる矩形板状の部材を折り曲げて形成されており、その長手方向の一端部の下面に点灯装置150が取付固定されるとともに、他端部の下面に端子台160が取付固定される。取付板170は、器具本体の基部110の上部に取付固定された天板180と互いに連結される。
[2−2.効果など]
以上のように、照明装置100は、発光装置10と、発光装置10に、当該発光装置10を点灯させるための電力を供給する点灯装置150とを備える。
このような照明装置100において、白色光の色温度及び演色性を切り替えることができ、かつ、小型化された発光装置10を適用することができる。例えば、照明装置100(具体的には、器具本体)の小型化及び高性能化につながる。また、発光装置10の大きさが従来の発光装置と同程度である場合、発光装置10に配置できる発光素子数を多くすることができるので、照明装置100の出力が向上する。
また、照明装置100は、点灯装置150は、第1発光素子12a、第2発光素子12b、第3発光素子12c、及び、第4発光素子12dのうち、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方を点灯させる第1の制御と、第1発光素子12a及び第2発光素子12bの少なくとも一方に加えて、さらに第3発光素子12c及び第4発光素子12dを点灯させる第2の制御とを行う。そして、点灯装置150は、さらに、第2の制御において、第3発光素子12c及び第4発光素子12dを点灯させる前後における発光装置10が発する白色光の色温度の変化が所定以内となるように、第3発光素子12c及び第4発光素子12dに電力を供給する。
これにより、白色光の色温度を維持したまま、演色性を変更することができる。照明装置100は、例えば、第1発光素子12aのみを発光させたときの第1白色光と、発光素子12a、第3発光素子12c、及び、第4発光素子12dを発光させたときの白色光との色温度を実質的に変化させずに、演色性を切り替えることができる。
なお、実施の形態2では、照明装置100として、ダウンライトが例示されたが、本発明は、スポットライト、シーリングライトなどの他の照明装置として実現されてもよい。
(他の実施の形態)
以上、実施の形態等に係る発光装置、及び、照明装置について説明したが、本発明は、上記実施の形態等に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態等では、発光装置に用いられる発光素子としてLEDチップが例示された。しかしながら、半導体レーザ等の半導体発光素子、又は、有機EL(Electro Luminescence)もしくは無機EL等のEL素子等の他の種類の固体発光素子が、発光素子として採用されてもよい。
また、上記実施の形態等では、第3発光素子及び第4発光素子が、同時に発光する例について説明したが、これに限定されない。第1発光素子及び第2発光素子の少なくとも一方に加えて、さらに第3発光素子及び第4発光素子の少なくとも一方が発光してもよい。これにより、第1発光素子及び第2発光素子の少なくとも一方のみが発光している場合に比べ、演色性を切り替えることができる。なお、色温度を維持したまま演色性を切り替える観点から、第3発光素子及び第4発光素子は同時に発光するとよい。
また、上記実施の形態等では、第3発光素子及び第4発光素子は、第1封止部材及び第2封止部材のいずれかに覆われている例について説明したが、これに限定されない。第3発光素子及び第4発光素子の少なくとも一方は、第1封止部材及び第2封止部材のいずれかに覆われていなくてもよい。発光装置が上記の第3封止部材を備える場合、第3発光素子及び第4発光素子の少なくとも一方は、少なくとも第3封止部材に覆われていてもよい。これにより、第3発光素子及び第4発光素子の少なくとも一方を、塵芥、水分、外力等から保護することができる。
また、上記実施の形態等では、各発光素子は片面電極構造である例について説明したが、少なくとも1つの発光素子は、互いに背向するアノード及びカソードを有する両面電極構造であってもよい。例えば、第4発光素子(赤色LEDチップ)は、両面電極構造であってもよい。なお、各発光素子のいずれもが片面電極構造であれば、基板への各発光素子の実装が容易になる利点がある。
また、上記実施の形態等における基板が有する第1発光部及び第2発光部の数は、特に限定されない。基板には、例えば、同心円状に、かつ交互に複数配置された第1発光部及び第2発光部が形成されていてもよい。基板は、少なくとも1つの第1発光部及び第2発光部を有していればよい。また、基板が有する発光部の数は2つ(例えば、第1発光部及び第2発光部の2つ)に限定されない。基板は、互いに出射される光の色温度が異なる3以上の発光部を有していてもよい。
その他、実施の形態等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、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各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。
10 発光装置
11 基板
11a 第1発光部
11b 第2発光部
12a 第1発光素子
12b 第2発光素子
12c 第3発光素子
12d 第4発光素子
13 第1封止部材
14 第2封止部材
17a、17b 金属線(第1配線)
17c、17d 金属線(第2配線)
17e、17f 金属線(第3配線)
17g 金属線(第4電極配線)
100 照明装置
150 点灯装置

Claims (7)

  1. 第1白色光を発する第1発光部、及び、前記第1白色光とは色温度が異なる第2白色光を発する第2発光部が配置された基板と、
    前記第1発光部に配置された第1発光素子と、
    前記第2発光部に配置された第2発光素子と、
    前記基板上に配置され、それぞれが前記第1発光素子及び前記第2発光素子と異なる色の光を発する第3発光素子及び第4発光素子と、
    前記第1発光素子と電気的に接続され、前記第1発光素子に電力を供給するための第1配線と、
    前記第2発光素子と電気的に接続され、前記第2発光素子に電力を供給するための第2配線と、
    前記第3発光素子と電気的に接続され、前記第3発光素子に電力を供給するための第3配線と、
    前記第4発光素子と電気的に接続され、前記第4発光素子に電力を供給するための第4配線とを備える
    発光装置。
  2. 前記第1発光部は、さらに、前記第1発光素子からの光によって蛍光を発し、かつ前記第1発光素子を封止する第1封止部材を有し、
    前記第2発光部は、さらに、前記第2発光素子からの光によって蛍光を発し、かつ前記第2発光素子を封止する第2封止部材を有する
    請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記第1封止部材及び前記第2封止部材は、前記第3発光素子及び前記第4発光素子からの光によって蛍光を発しない
    請求項1又は2に記載の発光装置。
  4. 前記第3発光素子は、前記第1発光部及び前記第2発光部の一方に配置され、
    前記第4発光素子は、前記第1発光部及び前記第2発光部の他方に配置される
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
  5. 前記第1発光素子及び前記第2発光素子が発する光のピーク波長は、440nm以上、かつ500nm未満であり、
    前記第3発光素子が発する光のピーク波長は、500nm以上、かつ530nm以下であり、
    前記第4発光素子が発する光のピーク波長は、600nm以上、かつ630nm以下である
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置と、
    前記発光装置に、当該発光装置を点灯させるための電力を供給する点灯装置と、を備える
    照明装置。
  7. 前記点灯装置は、前記第1発光素子、前記第2発光素子、前記第3発光素子、及び、前記第4発光素子のうち、前記第1発光素子及び前記第2発光素子の少なくとも一方を発光させる第1の制御と、前記第1発光素子及び前記第2発光素子の少なくとも一方に加えて、さらに前記第3発光素子及び前記第4発光素子を発光させる第2の制御とを行い、さらに、前記第2の制御において、前記第3発光素子及び前記第4発光素子を発光させる前後における前記発光装置が発する白色光の色温度の変化が所定以内となるように、前記第3発光素子及び前記第4発光素子に電力を供給する
    請求項6に記載の照明装置。
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