JP2022055685A - Multicolor LED light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、舞台照明などへの使用に適した、多色LED光源装置に関する。 The present invention relates to a multicolor LED light source device suitable for use in stage lighting and the like.
近年、照明器具のLED化が進んでおり、劇場などの舞台照明においても、同様に、LED化が希求されている。しかしながら、舞台照明は色ムラや演色性に関する要求品質が高く、舞台照明をLED化するには、次のような問題点があった。すなわち、従来の多色LED光源装置では、(1)マルチ光源方式が主流であるため、発光面が大きく、舞台照明として適用できる機種が限られること、(2)隣接するLEDチップの間隔が離れているため、照射面の輪郭や影に発光色が出てしまうこと、(3)LEDチップは波長域によって温度特性が異なり、たとえば、赤色やアンバーなどの長波長域のLEDチップは温度上昇による照度低下が比較的大きく、青色や緑色などの短波長域のLEDチップは温度上昇による照度低下が比較的少ないため、赤色光を発光する赤色LEDチップ、緑色光を発光する緑色LEDチップ、青色光を発光する青色LEDチップの3つが混在するLED光源において、赤色、緑色、青色の3原色の光を混合して合成した色が、点灯後の温度上昇とともに変化してしまい、点灯・消灯を繰り返すシーンなどで使用することが困難な場合があること、(4)LEDチップ自体の発光スペクトルは波長の幅が狭く、赤色LEDチップ、緑色LEDチップ、青色LEDチップで合成した光では演色性が低く色の再現性が低いこと、(5)マルチ光源方式で使用するSMD(Surface Mount Device)は熱抵抗が大きく、LEDチップの温度上昇を防ぐために、LEDチップ出力を抑える必要があり、高出力化できないことがある。 In recent years, LED lighting fixtures have been used, and there is a demand for LED lighting in stage lighting such as theaters as well. However, stage lighting has high requirements for color unevenness and color rendering properties, and there are the following problems in converting stage lighting to LED. That is, in the conventional multi-color LED light source device, (1) the multi-light source method is the mainstream, so that the light emitting surface is large and the models that can be applied as stage lighting are limited, and (2) the adjacent LED chips are separated from each other. Therefore, the emission color appears on the contour and shadow of the irradiation surface. (3) The temperature characteristics of the LED chip differ depending on the wavelength range. For example, the LED chip in the long wavelength range such as red and amber is due to the temperature rise. Since the decrease in illuminance is relatively large and the decrease in illuminance due to temperature rise is relatively small for LED chips in the short wavelength range such as blue and green, the red LED chip that emits red light, the green LED chip that emits green light, and the blue light In an LED light source in which three of the blue LED chips that emit light are mixed, the color synthesized by mixing the three primary colors of red, green, and blue changes as the temperature rises after lighting, and lighting and extinguishing are repeated. It may be difficult to use in scenes, etc. (4) The light source spectrum of the LED chip itself has a narrow wavelength range, and the light synthesized by the red LED chip, green LED chip, and blue LED chip has low color playability. Low color reproducibility, (5) SMD (Surface Mount Device) used in the multi-light source method has a large thermal resistance, and it is necessary to suppress the LED chip output in order to prevent the temperature rise of the LED chip, resulting in high output. There are things you can't do.
たとえば、上記(3)の温度特性の問題に関し、特許文献1では、温度センサーを用いて温度をモニターしながら各色の電流値を調整する点が開示されているが、制御が複雑で照明システムにかかるコストが嵩むという問題があった。また、上記(4)の演色性の問題に関し、色(波長)の種類を増やせば演色性は上がるが、材料費や組立費のコストが嵩むという問題があった。
さらに、特許文献2では、蛍光体を用いて緑や赤色を発色させ演色性を上げることが開示されているが、赤や緑の刺激純度が低く(色が薄く)、再現できる色座標の範囲が狭いという問題があった。
For example, regarding the problem of the temperature characteristic of (3) above,
Further,
本発明は、劇場の舞台照明に適した多色LED光源装置を低コストで提供可能とすることを課題とする。具体的には、合成白色光の演色性が高く、単色発光時の色度範囲が広く、色ムラが少なく、発光面を小さくすることができ、温度依存性が少なく、または、発光出力が高い多色LED光源装置を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to make it possible to provide a multicolor LED light source device suitable for stage lighting of a theater at low cost. Specifically, the color rendering property of synthetic white light is high, the chromaticity range at the time of single color emission is wide, the color unevenness is small, the light emitting surface can be made small, the temperature dependence is small, or the emission output is high. An object of the present invention is to provide a multicolor LED light source device.
本発明の第1観点に係る多色LED光源装置は、複数のLEDチップからなる青色発光ユニットと、複数のLEDチップからなる赤色発光ユニットと、複数のLEDチップからなる緑色発光ユニットと、平行に配置された複数の溝状載置部、および、複数の溝状載置部の間に設けられた平面載置部により構成される発光面を有する実装基板と、を備え、前記青色発光ユニットが、前記平面載置部に設けられ、前記赤色発光ユニットおよび前記緑色発光ユニットが、前記溝状載置部に設けられていることを特徴とする。
上記第1観点の多色LED光源装置において、前記赤色発光ユニットおよび前記緑色発光ユニットが、前記青色発光ユニットを挟んで交互に配置されていることを特徴としてもよい。
上記第1観点の多色LED光源装置において、前記青色発光ユニットが、5個以上のLEDチップを備え、前記赤色発光ユニットおよび前記緑色発光ユニットを、それぞれ4個以上備えることを特徴としてもよい。
上記第1観点の多色LED光源装置において、前記青色発光ユニット、前記赤色発光ユニット、前記緑色発光ユニットを構成する複数のLEDチップが、同じ仕様の青色LEDチップであることを特徴としてもよい。
上記第1観点の多色LED光源装置において、前記青色発光ユニットが、第1のピーク波長を有する複数の青色LEDチップにより構成される単位行ユニットと、第1のピーク波長と異なる第2のピーク波長を有する複数の青色LEDチップにより構成される単位行ユニットと、を備えることを特徴としてもよい。
The multicolor LED light source device according to the first aspect of the present invention is parallel to a blue light emitting unit composed of a plurality of LED chips, a red light emitting unit composed of a plurality of LED chips, and a green light emitting unit composed of a plurality of LED chips. The blue light emitting unit comprises a plurality of arranged groove-shaped mounting portions and a mounting substrate having a light emitting surface composed of a flat mounting portion provided between the plurality of groove-shaped mounting portions. The red light emitting unit and the green light emitting unit are provided in the flat mounting portion, and the green light emitting unit is provided in the groove-shaped mounting portion.
The multicolor LED light source device according to the first aspect may be characterized in that the red light emitting unit and the green light emitting unit are alternately arranged with the blue light emitting unit interposed therebetween.
The multicolor LED light source device according to the first aspect may be characterized in that the blue light emitting unit includes five or more LED chips, and each of the red light emitting unit and the green light emitting unit includes four or more.
The multicolor LED light source device according to the first aspect may be characterized in that the plurality of LED chips constituting the blue light emitting unit, the red light emitting unit, and the green light emitting unit are blue LED chips having the same specifications.
In the multicolor LED light source device of the first aspect, the blue light emitting unit has a unit row unit composed of a plurality of blue LED chips having a first peak wavelength and a second peak different from the first peak wavelength. It may be characterized by including a unit row unit composed of a plurality of blue LED chips having a wavelength.
本発明の第2観点に係る多色LED光源装置は、複数のLEDチップからなる第1色発光ユニットと、複数のLEDチップからなる第2色発光ユニットと、複数のLEDチップからなる第3色発光ユニットと、複数のLEDチップからなる第4色発光ユニットと、平行に配置された複数の溝状載置部、および、複数の溝状載置部の間に設けられた平面載置部により構成される発光面を有する実装基板と、を備え、前記第1色発光ユニットが、前記平面載置部に設けられ、前記第2色発光ユニット、前記第3色発光ユニットおよび前記第4色発光ユニットが、前記溝状載置部に順番に設けられていることを特徴とする。
上記第2観点の多色LED光源装置において、前記第1色発光ユニットが備える複数のLEDチップが青色LEDベアチップであり、青色光を発光することを特徴としてもよい。
上記第2観点の多色LED光源装置において、前記第1色発光ユニットが、第1のピーク波長を有する複数の青色LEDチップにより構成される単位行ユニットと、第1のピーク波長と異なる第2のピーク波長を有する複数の青色LEDチップにより構成される単位行ユニットと、を備えることを特徴としてもよい。
上記第2観点の多色LED光源装置において、前記第2色発光ユニットが赤色光を発光し、前記第3色発光ユニットが緑色光を発光し、前記第4色発光ユニットが黄色光、黄緑色光または橙色光を発光することを特徴としてもよい。
上記第2観点の多色LED光源装置において、前記各色発光ユニットを構成する複数のLEDチップが、同じ仕様の青色LEDチップであることを特徴としてもよい。
The multicolor LED light source device according to the second aspect of the present invention is a first color light emitting unit composed of a plurality of LED chips, a second color light emitting unit composed of a plurality of LED chips, and a third color composed of a plurality of LED chips. With a light emitting unit, a fourth color light emitting unit composed of a plurality of LED chips, a plurality of groove-shaped mounting portions arranged in parallel, and a flat mounting portion provided between the plurality of groove-shaped mounting portions. A mounting substrate having a light emitting surface to be configured is provided, and the first color light emitting unit is provided in the plane mounting portion, and the second color light emitting unit, the third color light emitting unit, and the fourth color light emitting unit are provided. The units are sequentially provided in the groove-shaped mounting portions.
In the multicolor LED light source device according to the second aspect, the plurality of LED chips included in the first color light emitting unit may be blue LED bare chips and may be characterized in that they emit blue light.
In the multicolor LED light source device of the second aspect, the first color light emitting unit is a unit row unit composed of a plurality of blue LED chips having a first peak wavelength, and a second unit different from the first peak wavelength. It may be characterized by comprising a unit row unit composed of a plurality of blue LED chips having a peak wavelength of.
In the multicolor LED light source device of the second aspect, the second color light emitting unit emits red light, the third color light emitting unit emits green light, and the fourth color light emitting unit emits yellow light and yellowish green. It may be characterized by emitting light or orange light.
The multicolor LED light source device according to the second aspect may be characterized in that the plurality of LED chips constituting the respective color light emitting units are blue LED chips having the same specifications.
上記第1観点および第2観点の多色LED光源装置において、前記各色発光ユニットが発光する光が相互に干渉しないように前記各色ユニットが配置されていることを特徴としてもよい。
上記第1観点および第2観点の多色LED光源装置において、前記溝状載置部の深さが0.5~1.5mmであり、幅が1.0~2.5mmであることを特徴としてもよい。
上記第1観点および第2観点の多色LED光源装置において、前記発光面が、六角形以上の正多角形であることを特徴としてもよい。
上記第1観点および第2観点の多色LED光源装置において、色温度5000~6500Kにおける演色性がRa90を超えることを特徴としてもよい。
In the multicolor LED light source device according to the first aspect and the second aspect, the color units may be arranged so that the light emitted by the color light emitting units does not interfere with each other.
In the multicolor LED light source device of the first aspect and the second aspect, the groove-shaped mounting portion has a depth of 0.5 to 1.5 mm and a width of 1.0 to 2.5 mm. May be.
The multicolor LED light source device of the first aspect and the second aspect may be characterized in that the light emitting surface is a regular polygon of hexagon or more.
The multicolor LED light source device of the first aspect and the second aspect may be characterized in that the color rendering property at a color temperature of 5000 to 6500K exceeds Ra90.
本発明によれば、合成白色光の演色性が高く、単色発光時の色度範囲が広く、色ムラが少なく、発光面を小さくすることができ、温度依存性が少なく、または、発光出力の高い多色LED光源装置を低コストで提供することが可能となる。 According to the present invention, the color rendering property of synthetic white light is high, the chromaticity range at the time of single color emission is wide, the color unevenness is small, the light emitting surface can be made small, the temperature dependence is small, or the emission output is low. It becomes possible to provide a high-color LED light source device at low cost.
《第1実施形態》
以下に、第1実施形態に係る多色LED光源装置100を図に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る多色LED光源装置100の側面断面図であり、図2は、第1実施形態に係る多色LED光源装置100の平面図である。また、図3は、従来の多色LED光源装置100’の側面断面図である。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, the multicolor LED
第1実施形態に係る多色LED光源装置100は、図1に示すように、実装基板10と、青色光を発光する第1色発光ユニット20と、赤色光を発光する第2色発光ユニット30と、緑色光を発光する第3色発光ユニット40と、ダム材50と、透明樹脂層60と、を有する投入電力約200WのCOB(Chip on board)光源である。
As shown in FIG. 1, the multicolor LED
実装基板10は、LEDチップ1が実装される基板であり、熱伝導性に優れる材料、たとえば、銅板、アルミ板またはセラミック基板(アルミナまたは窒化アルミナ基板)により構成する。また、図1では、図示していないが、実装基板10が金属基板の場合、LEDチップ1の実装面に樹脂などからなる絶縁層を有する。このような絶縁層として、たとえば、白色無機粉末(白色無機顔料)と二酸化珪素(SiO2)を主要な成分とし、有機リン酸を含むジエチレングリコールモノブチルエーテルの溶剤でこれらを混ぜたインクをスクリーン印刷などで塗布した後に加熱することで形成した無機系白色絶縁層を採用することができる。
The
また、図1および図2に示すように、本実施形態に係る実装基板10は、LEDチップ1の実装面側において、平面載置部11と溝状載置部12とからなる十二角形の発光面を構成している。溝状載置部12は、図1および図2に示すように、実装基板10上に直線状の溝を複数形成することで構成されている。溝状載置部12の深さは、たとえば0.5~1.5mmであり、幅は1.0~2.5mmである。また、複数の溝状載置部12は、実装基板10上に一定の間隔で設けられており、複数の溝状載置部12の間には平面載置部11が設けられている。
本実施形態では、最も外側に位置する一対の溝状載置部12に赤色光を発光する第2色発光ユニット30を設ける構成としているがこの組み合わせに限定されず、最も外側に位置する一対の溝状載置部12に緑色光を発光する第3色発光ユニット40を設置してもよい。ダム材50で囲まれる発光面は四角形とすることもできるが、円形に近い対称な形状とすることが好ましいことから、四角形よりは六角形が好ましく、六角形よりは八角形が好ましく、八角形よりは十角形が好ましく、十角形よりは十二角形の方が好ましい。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the mounting
In the present embodiment, the pair of groove-shaped mounting
青色光を発光する第1色発光ユニット20は、平面載置部11上で直列に接続された複数のLEDチップ1からなる単位行ユニット(図2では点線で図示)を、平行に配置することで構成される。単位行ユニットと直交方向の最も外側の端部に設けられた単位行ユニットを除く第1色発光ユニット20の単位行ユニットは、溝状載置部12を挟んで平行に配置されている。第1色単位行ユニットを構成する複数のLEDチップ1は直列接続されており、複数の第1色単位行ユニットは並列接続されている。各色発光ユニット10~30で用いるLEDチップ1の寸法は、0.61mm×0.61mm×0.15mmであり、いずれも同一仕様である。LEDチップ1の仕様は特に限定されないが、本実施形態においては、窒化ガリウム系半導体を用いたLEDベアチップであり、近青色領域を含む445nm~470nmにピーク波長を有するLEDチップを用いている。
本実施形態に係る第1色発光ユニット20は、透明樹脂層60に蛍光体層が設けられていないことから、複数のLEDチップ1から照射された青色の光を外部に発光する。なお、図示していないが、LEDチップ1は、ワイヤボンディングやフリップチップ実装などにより、外部電極と接続している。
In the first color
Since the
第2色発光ユニット30は、赤色の波長域の光を発光する。本実施形態において、第2色発光ユニット30は、図2に示すように、実装基板10の溝状載置部12の平らな底面に複数のLEDチップ1を一列に配置し、複数のLEDチップ1を配置した溝状載置部12内に蛍光体含有樹脂を充填し硬化させて、蛍光体含有樹脂層31を形成することで単位行ユニットを構成している。第2色単位行ユニットを構成する複数のLEDチップ1は直列接続されており、複数の第2色単位行ユニットは並列接続されている。蛍光体含有樹脂層31を形成する蛍光体含有樹脂は、蛍光体を含有する透光性樹脂(たとえば、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂)であり、蛍光体の種類は、特に限定されないが、本実施形態においては、赤色の光を発光させるため、窒化物系、酸窒化物系、酸化物系、硫化物系の赤色蛍光体を用いる。このような赤色蛍光体としては、たとえば、化学式(Sr,Ca)AlSiN3:Euで表されるSCASN系蛍光体、化学式CaAlSiN3:Euで表されるCASN系蛍光体などを用いることができる。LEDチップ1からの青色光の抜けを少なくするために、蛍光体含有樹脂層31における樹脂に対する蛍光体の混合比を35重量%以上、樹脂厚は0.5mm以上とすることが望ましい(第3色発光ユニット40も同様)。溝状載置部12の幅は、LEDチップ1の幅に、たとえば0.5~1.0mmを加えた範囲で設定する。
The second color
第3色発光ユニット40は、緑色の波長域の光を発光する。本実施形態において、第3色発光ユニット40は、図2に示すように、実装基板10の溝状載置部12の平らな底面に複数のLEDチップ1を一列に配置し、複数のLEDチップ1を配置した溝状載置部12内に第2色発光ユニット30とは異なる蛍光体含有樹脂を充填し硬化させて、蛍光体含有樹脂層41を形成することで単位行ユニットを構成している。第3色単位行ユニットを構成する複数のLEDチップ1は直列接続されており、複数の第3色単位行ユニットは並列接続されている。蛍光体含有樹脂層41を形成する蛍光体含有樹脂は、蛍光体を含有する透光性樹脂(たとえば、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂)であり、蛍光体の種類は、特に限定されないが、本実施形態においては、緑色の光を発光させるため、窒化物系、酸窒化物系、酸化物系、硫化物系の緑色蛍光体を用いることができる。このような緑色蛍光体としては、たとえば、化学式Lu3Al5O12:Ceで表される緑色蛍光体であるLuAG系蛍光体、化学式CaSc2O4:Ceで表わされる緑色蛍光体であるスカンジウム酸化物蛍光体、化学式SiAlON:Euで表される緑色蛍光体であるサイアロン系蛍光体などを用いることができる。LEDチップ1からの青色光の抜けを少なくするために、蛍光体含有樹脂層31における樹脂に対する蛍光体の混合比を35重量%以上、樹脂厚は0.5mm以上とすることが望ましい。
The third color
このように、第1実施形態に係る多色LED光源装置100では、図1に示すように、中心線Pから上下端部に向け、赤色光を発光する第2色発光ユニット30、青色光を発光する第1色発光ユニット20、緑色光を発光する第3色発光ユニット40、青色光を発光する第1色発光ユニット20の順に色発光ユニット20,30,40がそれぞれ設けられている。このように、第1色発光ユニット20を挟んで、第2色発光ユニット30および第3色発光ユニットを交互に形成することで、多色LED光源装置100の光の色を均一に混合することを可能とし、光の色ムラを抑えている。
As described above, in the multicolor LED
また、本実施形態では、異なる色発光ユニットのLEDチップ間の面方向における距離(たとえば、図1に示す、第1色発光ユニット20のLEDチップ1と第2色発光ユニット30のLEDチップ1との距離L1や、第1色発光ユニット20のLEDチップ1と第3色発光ユニット40のLEDチップ1との距離)を、従来の多色LED光源装置よりも短い3.0mm以下とすることで、LEDチップ1を高密度に配列し、多色LED光源装置100の発光面を小さくしている(従来のSMDでのチップ間距離は最小で4mm程度)。本実施形態の多色LED光源装置100の発光面は、外形45mmの正十二角形である。ここで、従来の多色LED光源装置では、図3に示すように、LEDチップ1が同一平面上の実装基板10’上に配置されるため、LEDチップ1の間隔を短くした場合、第1色発光ユニット20が照射した青色の光が、第2色発光ユニット30’の蛍光体含有樹脂層31’や第3色発光ユニット40’の蛍光体含有樹脂層41’に入射されてしまい、青色を発色させる時の刺激純度が低下し、色が薄くなってしまうという問題があった。
Further, in the present embodiment, the distance in the plane direction between the LED chips of different color light emitting units (for example, the
これに対して、本実施形態に係る多色LED光源装置100では、第2色発光ユニット30および第3色発光ユニット40を実装基板10の溝状載置部12内に構成することで、図1に示すように、第1色発光ユニット20が照射した青色の光が第2色発光ユニット30の蛍光体含有樹脂層31や第3色発光ユニット40の蛍光体含有樹脂層41に入射されることを防ぐことができるので、青色発光の刺激純度が向上し、再現できる色座標の範囲が広がった。また、本実施形態に係る多色LED光源装置100では、上述したように、多色LED光源装置100の発光面を小さくすることができるため、多色LED光源装置100を搭載できる照明器具の種類が増え、多色LED光源装置100の汎用性を高める効果も奏する。なお、本実施形態では、複数の並列に配置した同色発光ユニットを一つの電極に集約する配線を形成する際、異なる色の発光ユニットの配線と交差しないよう、実装基板10を多層配線基板とすることが好ましい。
On the other hand, in the multi-color LED
本実施形態では、溝状載置部12内に配置した複数のLEDチップ1の上に蛍光体含有樹脂をそれぞれ充填し、加熱することで、溝状載置部12内に蛍光体含有樹脂層31,41を形成し、第2色発光ユニット30および第3色発光ユニット40を構成する。また、蛍光体含有樹脂が硬化した後に、透光性樹脂をダム材50内に充填することで、第1色発光ユニット20、第2色発光ユニット30、および第3色発光ユニット40の上に、蛍光体を含有しない透明樹脂層60が形成される。
In the present embodiment, the fluorescent substance-containing resin is filled in each of the plurality of
以上のように、本実施形態に係る多色LED光源装置100では、実装基板10の実装面に、複数の溝状載置部12と、溝状載置部12と平行に延在する複数の平面載置部11とが交互に形成され、平面載置部11上に構成される第1色発光ユニット20と、溝状載置部12内に構成される第2色発光ユニット30と、溝状載置部12内に構成される第3色発光ユニット40と、を有する。本実施形態に係る多色LED光源装置100では、青色光、赤色光および緑色光を発光する色発光ユニット20~40が所定の順番で干渉することなく交互に配置されるので、多色LED光源装置100の色ムラが少なく、単色発光時の刺激純度が高く、合成白色光の演色性を高めることができる。また、RGB色を発する3種類のLEDチップを用いて、温度に応じて各色の電流値を調整する構成と比べ、制御が単純であることから、装置のコストを抑えることができる。
As described above, in the multicolor LED
また、本実施形態に係る多色LED光源装置100では、蛍光体含有樹脂層31,41を有する第2色発光ユニット30および第3色発光ユニット40を、溝状載置部12内に構成することで、第1色発光ユニット20と、第2色発光ユニット30および第3色発光ユニット40とに段差が形成される。これにより、図1に示すように、第1色発光ユニット20が照射した光を、第2色発光ユニット30や第3色発光ユニット40と干渉することなく外部へと放射することができる。その結果、本実施形態に係る多色LED光源装置100では、第1色発光ユニット20のLEDチップ1と第2色発光ユニット30のLEDチップ1との間隔L1や、第1色発光ユニット20のLEDチップ1と第3色発光ユニット40のLEDチップ1との間隔L1を従来よりも短くすることができるので、LEDチップ1を高密度に配列することができ、多色LED光源装置100を小型化することができる。その結果、多色LED光源装置100を搭載することができる照明装置の種類が増え、多色LED光源装置100の汎用性を高めることもできる。
Further, in the multicolor LED
さらに、本実施形態に係る多色LED光源装置100では、同一の波長域で発光する1種類(単一仕様)のLEDチップ1のみを用いており、一部のLEDチップ1について蛍光体を用いて発色を行うことで、多色の光を発光する構成としている。ここで、赤色光を発光する赤色LEDチップ、緑色光を発光する緑色LEDチップ、青色光を発光する青色LEDチップの異なる3種類のLEDチップのように、異なる波長域の光を発光する複数の種類のLEDチップを用いた場合、赤色やアンバーなどの長波長域のLEDチップは温度上昇による照度低下が比較的大きく、青色や緑色などの短波長域のLEDチップは温度上昇による照度低下が比較的少ないため、3種類のLEDチップから発光される赤色、緑色、青色の3原色の光を混合して合成された光の色が、点灯後の温度上昇とともに変化してしまい、舞台照明などで点灯・消灯を繰り返すシーンなどで使用することが困難な場合があった。これに対して、本実施形態に係る多色LED光源装置100では、同一の波長域で発光する1種類(単一仕様)のLEDチップ1のみを用いることで、点灯後の温度上昇とともに一部の光の色が変化してしまうことを有効に防止することでき、舞台照明などで点灯・消灯を繰り返すシーンなどでも適切に使用することができる。
Further, in the multicolor LED
さらに、LEDチップ1である青色LEDチップは、赤色光を発光する赤色LEDチップや緑色光を発光する緑色LEDチップと比べて限界温度が高いことから(たとえば赤色LEDチップは限界温度が約115℃、緑色LEDチップは限界温度が約125℃であるのに対して、青色LEDチップでは限界温度が約140℃)、高出力化を図ることができる。さらに、LEDチップ1である青色LEDチップは、市場での流通量が多く、赤色LEDチップや緑色LEDチップと比べて価格が安いため、低コスト化を図ることもできる。
Further, since the blue LED chip, which is the
また、本実施形態に係る多色LED光源装置100では、青色光を発光するLEDチップ1を用いて、赤色および緑色の光を蛍光体により発色させることで、青色光を発光するLEDチップ1に、赤色光を発光する赤色LEDチップおよび緑色光を発光する緑色LEDチップを組み合わせて赤色および緑色の光を発色させる場合と比べて、演色性をより高めることができる。演色性を上げるためには、スペクトルをできるだけブロードに発光させることが重要である。
図4(A)は、青色光を発光するLEDチップ1、赤色光を発光する赤色LEDチップおよび緑色光を発光する緑色LEDチップを有する従来の多色LED光源装置の発光スペクトルを示す図であり、図4(B)は、本実施形態に係る多色LED光源装置100の発光スペクトルを示す図である。図4(A)では、赤色光を発光する赤色LEDチップおよび緑色光を発光する緑色LEDチップの発光スペクトルは波長域が比較的短い光となっている。これに対して、図4(B)に示す本実施形態では、青色LEDチップを蛍光体で赤色または緑色に発色させた場合には、赤色および緑色の波長域が広くなり、全体として太陽光により近い発光スペクトルを示すことができる。色温度3000Kでは演色性がRa90を超えなかったが(図9(D)参照)、色温度5000K、6500Kでは演色性がRa90を超えることが確認できた。
Further, in the multicolor LED
FIG. 4A is a diagram showing an emission spectrum of a conventional multicolor LED light source device having an
さらに、本実施形態に係る多色LED光源装置100では、発光面が実質的に円形となるように、発光面を正12角形としている。このように、発光面を正12角形として、発光面を円形に近づけることで、例えばスポットライトのような人物を照射する舞台照明への適用も可能となる。また、蛍光体の濃度と透明樹脂部の厚みを調整することで、色の刺激純度(色の濃さ)を調整することもできる。
Further, in the multicolor LED
《第2実施形態》
次に、第2実施形態に係る多色LED光源装置100aについて説明する。図5は、第2実施形態に係る多色LED光源装置100aの平面図である。第2実施形態に係る多色LED光源装置100aは、LEDチップ1(以下、第1LEDチップ1ともいう)とは波長が異なる青系統の光を発光する第2LEDチップ2を有し、複数の第2LEDチップ2を平面載置部11上に配列して構成した第4色発光ユニット70を有すること以外は、第1実施形態に係る多色LED光源装置100と同様の構成を有する。
<< Second Embodiment >>
Next, the multicolor LED
たとえば、本実施形態において、第1LEDチップ1は、450nmのピーク波長を有するLEDチップとし、第2LEDチップ2は、470nmのピーク波長を有する(青緑色の光を発光する)LEDチップとすることができる。なお、第2LEDチップ2は、第1LEDチップ1と波長が異なる青系統の光を発光するLEDチップであれば特に限定されず、市販のLEDチップを用いることができる。なお、第1LEDチップ1と同様の温度特性やコストを有する第2LEDチップ2を、市販で入手することが可能である。なお、以下においては、第2LEDチップ2が青緑色の光を発光するものとして説明する。
For example, in the present embodiment, the
第2実施形態に係る多色LED光源装置100aでは、図5に示すように、中心線Pから上下端部に向け、赤色光を発光する第2色発光ユニット30、青色光を発光する第1色発光ユニット20、緑色光を発光する第3色発光ユニット40、青緑色光を発光する第4色発光ユニット70の順に交互に色発光ユニット20,30,40,70が形成されている。このように、第1色発光ユニット20、第2色発光ユニット30、第3色発光ユニット40および第4色発光ユニット70を交互に形成することで、多色LED光源装置100aの光の色を均一に混合することができ、色ムラを抑えることができる。
In the multicolor LED
ここで、図6(A)は、第1実施形態に係る多色LED光源装置100の発光スペクトルを示す図であり、図6(B)は、第2実施形態に係る多色LED光源装置100aの発光スペクトルを示す図である。第2実施形態に係る多色LED光源装置100aでは、青色光を発光する第1LEDチップ1に、青緑色光を発光する第2LEDチップ2を加えることで、図6(B)に示すように、多色LED光源装置100aの発光スペクトルにおいて、青色から緑色に相当する波長領域を広くカバーすることができ、太陽光の発光スペクトルにより近づけることができるため、演色性をより高めることができる。
Here, FIG. 6A is a diagram showing an emission spectrum of the multicolor LED
《第3実施形態》
次に、第3実施形態に係る多色LED光源装置100bについて説明する。図7は、第3実施形態に係る多色LED光源装置100bの平面図である。第3実施形態に係る多色LED光源装置100bは、黄色光を発光する第5色発光ユニット80を有すること以外は、第2実施形態に係る多色LED光源装置100aと同様の構成を有する。
<< Third Embodiment >>
Next, the multicolor LED
第3実施形態において、第5色発光ユニット80は、第2色発光ユニット30および第3色発光ユニット40と同様に、実装基板10の溝状載置部12の平らな底面に複数のLEDチップ1を一列に配置し、複数のLEDチップ1を配列した溝状載置部12内に、黄色光を発色する蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂を充填し硬化させて、蛍光体含有樹脂を形成することで構成される。
In the third embodiment, the fifth color
第3実施形態に係る多色LED光源装置100bでは、図7に示すように、青色光を発光する第1色発光ユニット20、赤色光を発光する第2色発光ユニット30、緑色光を発光する第3色発光ユニット40、青緑色光を発光する第4色発光ユニット70および黄色光を発光する第5色発光ユニット80が、ある程度一定の間隔ごとに繰り返し形成されている。これにより、多色LED光源装置100bの光の色を均一に混合することができ、色ムラを抑えることができる。
In the multicolor LED
このように、第3実施形態に係る多色LED光源装置100bは、5色の光を発光することができ、ハロゲンランプを使用した従来の舞台照明とほぼ同様の色数を再現できるようになり、また、緑色と赤色の間の発光スペクトルを補完できるため更に演色性が高くなった。ここで、図8(A)は、特許文献2に示される赤色、青色、緑色の3色の光を蛍光体を用いて発光させる従来の多色LED光源装置がカバー可能な色を色度座標で表した図であり、図8(B)は、第3実施形態に係る多色LED光源装置100bがカバー可能な色を色度座標で表した図である。
As described above, the multicolor LED
図8(A)に示すように、赤色、緑色、青色の3原色を蛍光体を用いて発光し、それぞれの色が干渉して単色光の刺激純度が低い従来の多色LED光源装置では、色度座標において28種類の色座標しかカバーできなかったのに対して、図8(B)に示すように、第3実施形態に係る多色LED光源装置100bでは、赤色、緑色、青色の3原色の光に、第4色発光ユニット70による青緑色と、第5色発光ユニット80による黄色光とを加えたことで、色度座標において34種類の色座標をカバーすることが可能となった。これは、ハロゲンランプを用い、ハロゲンランプから照射される白色光をカラーフィルターに通して35色の色を発光する従来の舞台照明とほぼ同様の色の再現率となっている。なお、黄色光に代えて、黄緑色光や橙色光を発光するように第5色発光ユニット80を構成してもよい。
As shown in FIG. 8A, in a conventional multicolor LED light source device in which three primary colors of red, green, and blue are emitted by using a phosphor, and the respective colors interfere with each other to reduce the stimulation purity of monochromatic light. While only 28 types of color coordinates could be covered in the chromaticity coordinates, as shown in FIG. 8B, the multicolor LED
《第4実施形態》
次に、第4実施形態に係る多色LED光源装置100cについて説明する。第4実施形態に係る多色LED光源装置100cは、青緑色光を発光する第4色発光ユニット70を有さないこと以外は、第3実施形態に係る多色LED光源装置100bと同様の構成を有する。多色LED光源装置100bにおいて、第4色発光ユニット70が設けられていた箇所には、第1色発光ユニット20が設けられている。
<< Fourth Embodiment >>
Next, the multicolor LED light source device 100c according to the fourth embodiment will be described. The multicolor LED light source device 100c according to the fourth embodiment has the same configuration as the multicolor LED
すなわち、第4実施形態に係る多色LED光源装置100cでは、青色光を発光する第1色発光ユニット20、赤色光を発光する第2色発光ユニット30、緑色光を発光する第3色発光ユニット40、および黄色光を発光する第5色発光ユニット80が一定の間隔ごとに繰り返し形成されており、4色の光を発光する。
That is, in the multicolor LED light source device 100c according to the fourth embodiment, the first color
UPRtek社製MK350NPLUSにより、測定距離を600mmとして、演色性の比較実験を行った。
図9(A)~(C)は、赤色LEDチップ、緑色LEDチップおよび青色LEDチップを有し、赤色、緑色、青色の3原色の光を発光する従来の多色LED光源装置での演色性の測定結果を示す図であり、図9(D)は、第1実施形態に係る多色LED光源装置100の演色性の測定結果を示す図であり、図9(E)~(G)は、第4実施形態に係る多色LED光源装置100cの演色性の測定結果を示す図である。具体的には、図9(A)は、従来の多色LED光源装置の2972Kの色温度(CCT)における演色性(CRI)を示しており、演色性の測定結果はRa35.5となった。また、図9(B)は、従来の多色LED光源装置の5080Kの色温度(CCT)における演色性(CRI)を示しており、演色性の測定結果はRa45.8となった。さらに、図9(C)は、従来の多色LED光源装置の6510Kの色温度(CCT)における演色性(CRI)を示しており、演色性の測定結果はRa54.2となった。このように、赤色LEDチップ、緑色LEDチップおよび青色LEDチップを有し、赤色、緑色、青色の3原色の光のみを発光する従来の多色LEDでは、3000~6500Kにおける色温度は50未満となり、高い演色性は得られなかった。図9(D)は、第1実施形態に係る多色LED光源装置100の3000Kにおける演色性の測定結果であるが、演色性の測定結果はRa77.2であった(なお、5000K、6500Kでは演色性がRa90以上となった。)。
A comparative experiment of color rendering was carried out with a measurement distance of 600 mm using MK350NPLUS manufactured by UPRtek.
9 (A) to 9 (C) show color performance in a conventional multicolor LED light source device which has a red LED chip, a green LED chip, and a blue LED chip and emits light of three primary colors of red, green, and blue. 9 (D) is a diagram showing the measurement results of the color playability of the multicolor LED
これに対して、図9(E)は、第4実施形態に係る多色LED光源装置100cの3020Kの色温度(CCT)における演色性(CRI)を示しており、演色性の測定結果はRa90となった。また、図9(F)は、多色LED光源装置100cの5013Kの色温度(CCT)における演色性(CRI)を示しており、演色性の測定結果はRa90.3となった。さらに、図9(G)は、多色LED光源装置100cの6510Kの色温度(CCT)における演色性(CRI)を示しており、演色性の測定結果はRa90.4となった。このように、第4実施形態に係る多色LED光源装置100cでは、蛍光体により赤色、緑色、黄色を発色させ、合計で4色の光を発光することで、3000~6500Kにおける演色性がRa90以上となり、高い演色性が得られることがわかった。 On the other hand, FIG. 9E shows the color rendering property (CRI) at the color temperature (CCT) of 3020K of the multicolor LED light source device 100c according to the fourth embodiment, and the measurement result of the color rendering property is Ra90. It became. Further, FIG. 9F shows the color rendering property (CRI) at the color temperature (CCT) of 5013K of the multicolor LED light source device 100c, and the measurement result of the color rendering property is Ra90.3. Further, FIG. 9 (G) shows the color rendering index (CRI) of the multicolor LED light source device 100c at a color temperature (CCT) of 6510K, and the measurement result of the color rendering index is Ra90.4. As described above, in the multicolor LED light source device 100c according to the fourth embodiment, the color rendering property at 3000 to 6500K is Ra90 by developing red, green, and yellow colors by the phosphor and emitting light of four colors in total. From the above, it was found that high color rendering properties can be obtained.
以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the description of the above embodiment. Various changes and improvements can be added to the above-described embodiments, and those in which such changes or improvements have been made are also included in the technical scope of the present invention.
たとえば、上述した実施形態では、3~5色の光を照射するLEDチップを用いる多色光源装置を例示して説明したが、この構成に限定されるものではなく、6色以上の光を照射するLEDチップにより構成とすることもできる。 For example, in the above-described embodiment, a multi-color light source device using an LED chip that irradiates light of 3 to 5 colors has been described as an example, but the present invention is not limited to this configuration, and light of 6 or more colors is irradiated. It can also be configured by an LED chip.
100,100a,100b,100c…多色LED光源装置
1…LEDチップ
10…実装基板
11…平面載置部
12…溝状載置部
20…第1色発光ユニット
30…第2色発光ユニット
31…蛍光体含有樹脂層
40…第3色発光ユニット
41…蛍光体含有樹脂層
50…ダム材
60…透明樹脂層
70…第4色発光ユニット
80…第5色発光ユニット
100, 100a, 100b, 100c ... Multicolor LED
Claims (14)
複数のLEDチップからなる赤色発光ユニットと、
複数のLEDチップからなる緑色発光ユニットと、
平行に配置された複数の溝状載置部、および、複数の溝状載置部の間に設けられた平面載置部により構成される発光面を有する実装基板と、を備え、
前記青色発光ユニットが、前記平面載置部に設けられ、
前記赤色発光ユニットおよび前記緑色発光ユニットが、前記溝状載置部に設けられていることを特徴とする多色LED光源装置。 A blue light emitting unit consisting of multiple LED chips and
A red light emitting unit consisting of multiple LED chips and
A green light emitting unit consisting of multiple LED chips and
A mounting substrate having a light emitting surface composed of a plurality of groove-shaped mounting portions arranged in parallel and a flat mounting portion provided between the plurality of groove-shaped mounting portions is provided.
The blue light emitting unit is provided on the flat surface mounting portion, and the blue light emitting unit is provided.
A multi-color LED light source device, wherein the red light emitting unit and the green light emitting unit are provided in the groove-shaped mounting portion.
前記赤色発光ユニットおよび前記緑色発光ユニットを、それぞれ4個以上備えることを特徴とする請求項2に記載の多色LED光源装置。 The blue light emitting unit includes five or more LED chips.
The multicolor LED light source device according to claim 2, further comprising four or more of the red light emitting unit and the green light emitting unit.
複数のLEDチップからなる第2色発光ユニットと、
複数のLEDチップからなる第3色発光ユニットと、
複数のLEDチップからなる第4色発光ユニットと、
平行に配置された複数の溝状載置部、および、複数の溝状載置部の間に設けられた平面載置部により構成される発光面を有する実装基板と、を備え、
前記第1色発光ユニットが、前記平面載置部に設けられ、
前記第2色発光ユニット、前記第3色発光ユニットおよび前記第4色発光ユニットが、前記溝状載置部に順番に設けられていることを特徴とする多色LED光源装置。 A first color light emitting unit consisting of multiple LED chips and
A second color light emitting unit consisting of multiple LED chips and
A third color light emitting unit consisting of multiple LED chips and
A fourth color light emitting unit consisting of multiple LED chips and
A mounting substrate having a light emitting surface composed of a plurality of groove-shaped mounting portions arranged in parallel and a flat mounting portion provided between the plurality of groove-shaped mounting portions is provided.
The first color light emitting unit is provided on the flat surface mounting portion, and the first color light emitting unit is provided.
A multi-color LED light source device, wherein the second color light emitting unit, the third color light emitting unit, and the fourth color light emitting unit are sequentially provided in the groove-shaped mounting portion.
前記第3色発光ユニットが緑色光を発光し、
前記第4色発光ユニットが黄色光、黄緑色光または橙色光を発光することを特徴とする請求項8に記載の多色LED光源装置。 The second color light emitting unit emits red light,
The third color light emitting unit emits green light,
The multicolor LED light source device according to claim 8, wherein the fourth color light emitting unit emits yellow light, yellowish green light, or orange light.
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