JP2023182040A - 発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の発光領域を各色からなる複数の発光列の組み合わせからなる複数の発光パターンによって構成することで、全体としての混色性を向上させ、ムラのない白色光やフルカラー発光による照明効果を得ることのできる発光モジュールを提供することである。【解決手段】 基板と、基板上に設けられる複数の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４と、を備えた発光モジュール１０であって、前記複数の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４は、それぞれ一方向に平行に延びる赤色系発光列Ｒと緑色系発光列Ｇと青色系発光列Ｂとをそれぞれ一列以上有する同数の発光列によって形成されると共に、同一色の発光列が前記発光領域ＬＥ１～ＬＥ４内で隣接することのない組み合わせによる複数の発光パターンを備えた。【選択図】 図３

Description

本発明は、発光領域を複数備えた発光モジュールに関するものである。

従来、ＬＥＤを用いたカラー照明用の発光モジュールとしては、ＲＧＢ（赤・緑・青）の３原色によって構成される複数のＬＥＤからなる発光領域を基板上に複数形成したものが知られている。

例えば、特許文献１には、互いに異なる色で発光する複数の発光域を有する発光部が共通の基板上に複数個形成された発光モジュールが開示されている。

特開２０１８－９３１５１号公報

ＲＧＢ光源からなる複数の発光領域から発せられる光によってムラのない白色発光やマルチカラー発光を得るには、各発光領域におけるＲＧＢの混色性を高めることが重要となっている。

上記特許文献１に開示されている発光モジュールは、基板上にＲＧＢからなるＬＥＤによって構成される３つの発光域を有する複数の発光部が形成されている。各発光部には対応してレンズが配置されており、各レンズは、対応する発光部からの出射光を集光して、離れた位置でそれぞれの出射光が重なって照射されるように設計されている。この構成において、各発光部からの出射光による混色性を高めるために、発光部ごとにＲＧＢの発光域の配置角度を前記基板の上面内の基準方向に対して変更している。

特許文献１に開示の構成によれば、複数のＲＧＢの発光域の配置角度が発光部ごとに異なっているため、発光正面側から見た場合に、各色の屈折効果によって赤緑青の色割れを低減させることができる。しかしながら、発光域の配置角度を複数の発光部ごとに変えているため、正面方向に発せられるＲＧＢごとの光の強度に差が生じ、ＲＧＢの発光バランスが悪くなるおそれがある。また、複数の発光部ごとに発光域の配置角度を調整する必要があり、製造工数が多く掛かると共に、配置角度の設定誤差によってバラツキが生じた場合、製品ごとの混色性にバラツキが生じるといった問題があった。

そこで、本発明の目的は、複数の発光領域を各色からなる複数の発光列の組み合わせからなる複数の発光パターンによって構成することで、全体としての混色性を向上させ、ムラのない白色光やフルカラー発光による照明効果を得ることのできる発光モジュールを提供することである。

本発明に係る発光モジュールは、
基板と、基板上に設けられる複数の発光領域と、を備えた発光モジュールであって、
前記複数の発光領域は、それぞれ一方向に平行に延びる第１の色の発光列と第２の色の発光列と第３の色の発光列とをそれぞれ一列以上有する同数の発光列によって形成されると共に、同一色の発光列が前記発光領域内で隣接することのない組み合わせによる複数の発光パターンを備えている。

本発明の発光モジュールによれば、複数の発光領域が、それぞれ一方向に平行に延びる第１の色の発光列と第２の色の発光列と第３の色の発光列とをそれぞれ一列以上有する同数の発光列によって形成されると共に、同一色の発光列が発光領域内で隣接することのない組み合わせによる複数の発光パターンを備えているので、各発光領域から発せられる正面方向の光に色割れが生じにくくなり、全体として色ムラのない白色光やフルカラー発光による照明効果が得られる。

本発明の発光モジュールの基本構成を示す斜視図である。 上記発光モジュールの平面図である。 ４か所の発光領域における発光パターンの構成例を示す平面図である。 （ａ）発光パターン１の平面図、（ｂ）発光パターン１における発光イメージ図である。 （ａ）発光パターン２の平面図、（ｂ）発光パターン２における発光イメージ図である。 （ａ）発光パターン３の平面図、（ｂ）発光パターン３における発光イメージ図である。 発光パターン１乃至３における色度ｘ、色度ｙを測定した色度分布グラフである。 （ａ）発光パターン１、（ｂ）発光パターン２、（ｃ）発光パターン３におけるＸＹ座標系の色度図である。

以下、本発明に係る発光モジュールを添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の発光モジュール１０の一実施形態の外観を示したものである。発光モジュール１０は、フルカラー対応の各種照明装置に搭載可能な構成となっており、その基本構成は基板１１と、この基板１１の上面１１ａに設けられるフルカラー対応の複数の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４とからなっている。本実施形態では、基板１１の上面１１ａの中心部を起点として回転対称形となるように前記発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を４か所等間隔に設けている。このような回転対称形であれば、発光光量に応じて２か所以上設定することができ、４か所には限定されない。

基板１１は、例えば、直径が数センチ程度の円形の基板であり、耐熱性を有したセラミックス板が使用される。この基板１１の上面１１ａには、前記発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を形成するためのリング状のダム部１２がそれぞれ設けられ、各ダム部１２内にフルカラー対応の発光体部１３ａ～１３ｄが形成されている。また、図２に示すように、前記４か所の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の周囲には、前記発光体部１３ａ～１３ｄに電力を供給するための配線パターン１４が形成されている。前記基板１１は、熱伝導性の高いアルミニウム等からなる金属基板と、前記発光体部１３ａ～１３ｄが開口している高耐熱性のガラスエポキシ基板等を貼り合わせたものであってもよい。また、基板１１は円形に限らず、矩形又は多角形であってもよい。

前記ダム部１２は、発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を仕切る枠体であり、ここに発光体部１３ａ～１３ｄを封止する透光性を有した封止樹脂が充填される。このダム部１２は、白色系の樹脂によって形成される。

前記各発光体部１３ａ～１３ｄは、第１乃至第３の色からなる３色の発光体を基本とする複数の発光列の集合体によって構成されている。本実施形態では、前記第１乃至第３の色をフルカラーの基本色となる赤緑青（ＲＧＢ）とするため、第１の色を赤色系、第２の色を緑色系、第３の色を青色系とし、第１の色の発光列を赤色系発光列Ｒ、第２の色の発光列を緑色系発光列Ｇ、第３の色の発光列を青色系発光列Ｂとする。

図３は各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４における複数の発光列の配列構成の一実施形態を示したものである。ここで、各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の各色の発光列の並びを図中右から左に向けて色ごとに第１列、第２列、第３列・・・とする。例えば、発光領域ＬＥ１における第１列は最初の赤色系発光列（Ｒ１１）、第２列は最初の緑色系発光列（Ｇ１１）、第５列は２番目の赤色系発光列（Ｒ１２）とし、発光領域ＬＥ２における第１列は最初の青色系発光列（Ｂ２１）、第２列は最初の緑色系発光列（Ｇ２１）、第５列は２番目の青色系発光列（Ｂ２２）のように表記する。

図３に示したように、各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４は、一方向に平行に延びる赤色系発光列Ｒと緑色系発光列Ｇと青色系発光列Ｂとをそれぞれ一列以上有する同数（６列）の発光列によって形成されており、同一色の発光列が隣接することのない組み合わせによる複数の発光パターンを備えている。本実施形態では、各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を構成する各色の複数の発光列は全て同一の配列構成とはなっておらず、発光領域ごとに発光パターンが異なるような配列構成となっているが、少なくとも２つ以上の発光パターンを有していれば、同一の配列であってもよい。

前記複数の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を重ね合わせたと仮定した場合に、重なり合う各発光列の相対位置が一致している。これによって、各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４から正面方向に発せられる光の色割れを低減し、赤系、緑系、青系の３色による均等な混色効果を得ることができる。また、各発光列の中で発光色が混在するように、隣接する他の色の発光列の一部を横方向にシフトさせることで、さらに混色効果を高めることができる。前記横方向のシフトをＬＥＤチップ単位で左右交互に配置すれば、その混色効果は一層高まる。このような各発光列の各種の発光パターンに基づく混色効果については、後述する図４乃至図６に示す検証結果にて詳述する。

前記赤色系発光列Ｒは赤色発光体、緑色系発光列Ｇは緑色発光体、青色系発光列Ｂは青色発光体によってそれぞれ形成されている。図３に示した実施形態では、赤色発光体を複数の赤色発光ＬＥＤチップ（Ｒ－ＬＥＤ）、緑色発光体を複数の緑色発光ＬＥＤチップ（Ｇ－ＬＥＤ）、青色発光体を複数の青色発光ＬＥＤチップ（Ｂ－ＬＥＤ）による縦列（直列）接続によって形成されている。本実施形態では、赤色発光体を６個のＲ－ＬＥＤ、緑色発光体を６個のＧ－ＬＥＤ、青色発光体を４個のＢ－ＬＥＤで構成している。なお、各色別のＬＥＤチップを用いることなく、全体を単色（青色）発光ＬＥＤチップで構成し、赤色発光体、緑色発光体となる範囲のそれぞれのＬＥＤチップ上に赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体を塗布して形成してもよい。赤色蛍光体は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ（ＳＣＡＳＮ蛍光体）、ＣａＡｌＳｉ（ＯＮ）_３：Ｅｕ（ＣＡＳＯＮ蛍光体）、またはＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ（ＣＡＳＮ蛍光体）を含む。また、緑色蛍光体は、Ｃａ_３（Ｓｃ，Ｍｇ）_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ（ＣＳＭＳ蛍光体）、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ（ＣＳＯ蛍光体）、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＬｕＡＧ蛍光体）、またはＹ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（Ｇ－ＹＡＧ蛍光体）を含む。

前記各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の赤色系発光列Ｒ、緑色系発光列Ｇ、青色系発光列Ｂは、基板１１の上面１１ａに形成されている共通の赤系配線パターンＲＰ、緑系配線パターンＧＰ、青系配線パターンＢＰにそれぞれ導電性のワイヤ１５で電気的に並列接続され、同一色の発光列は同数のＬＥＤチップが導電性のワイヤで直列接続される。一つの発光列で直列接続されるＬＥＤチップの数は、色ごとに異なっていてもよい。前記赤系配線パターンＲＰ、緑系配線パターンＧＰ、青系配線パターンＢＰは、各発光体部１３ａ～１３ｄを挟むようにしてそれぞれアノード側及びカソード側の赤系電極ＲＴ、緑系電極ＧＴ、青系電極ＢＴに電気的に接続され、各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の複数の赤色系発光列Ｒ、緑色系発光列Ｇ、青色系発光列Ｂを独立に点灯／消灯あるいは光量の強弱等を制御する。

次に、図３に示した発光領域ＬＥ１～ＬＥ４ごとの各色の発光列の並び順を以下に示す。
第１の発光領域ＬＥ１：Ｒ１１－Ｇ１１－Ｂ１１－Ｇ１２－Ｒ１２－Ｇ１３
第２の発光領域ＬＥ２：Ｂ２１－Ｇ２１－Ｒ２１－Ｇ２２－Ｂ２２－Ｇ２３
第３の発光領域ＬＥ３：Ｇ３１－Ｒ３１－Ｇ３２－Ｂ３１－Ｇ３３－Ｒ３２
第４の発光領域ＬＥ４：Ｇ４１－Ｂ４１－Ｇ４２－Ｒ４１－Ｇ４３－Ｂ４２

ここで、上記発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を重ね合わせたと仮定した場合に、第１列～第６列の各位置におけるそれぞれの発光列の相対位置が一致しているが、その組み合わせによる発光パターンは以下のようになっている。
第１列：Ｒ１１－Ｂ２１－Ｇ３１－Ｇ４１
第２列：Ｇ１１－Ｇ２１－Ｒ３１－Ｂ４１
第３列：Ｂ１１－Ｒ２１－Ｇ３２－Ｇ４２
第４列：Ｇ１２－Ｇ２２－Ｂ３１－Ｒ４１
第５列：Ｒ１２－Ｂ２２－Ｇ３３－Ｇ４３
第６列：Ｇ１３－Ｇ２３－Ｒ３２－Ｂ４２
上記組み合わせパターンにおいては、赤色系発光列Ｒと緑色系発光列Ｇと青色系発光列Ｂとをそれぞれ一列以上有すると共に、赤緑青の色の数の比率が同一となっている。これによって、４か所の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４が同時に発光した際の混色性が良好となり、色ムラのないきれいな白色光、暖色系、寒色系のフルカラー発光を得ることができる。

図４乃至図６は、図１に示したように、基板１１上に発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を４か所等間隔に設けた発光モジュール１０において、各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の赤色系発光列Ｒ、緑色系発光列Ｇ、青色系発光列Ｂの並び順による混色効果を発光パターン１～３によって比較検証したものである。本検証では、４×４ｍｍ四方の発光体部１３ａ～１３ｄにＲ－ＬＥＤ、Ｇ－ＬＥＤ、Ｂ－ＬＥＤが６×６個配置された各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の正面方向から発せられる白色光を４ｍ先に設置した４００×４００ｍｍの測定受光面Ｓ１～Ｓ３に集光レンズ（図示せず）を通して受光することによって行った。

[発光パターン１]
図４は、（ａ）に示すように、４か所の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の赤色系発光列Ｒ、緑色系発光列Ｇ、青色系発光列Ｂの並び順が全て一致している発光パターンである。本発光パターンによれば、各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を重ね合わせたと仮定した場合、複数の発光列が同色系の発光列の重なり合いとなる。このため、（ｂ）の測定受光面Ｓ１に示すように、各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を平面状に等間隔に展開した場合であっても、赤系、緑系、青系の濃度が濃く現れ、測定受光面Ｓ１で受ける光に赤系色、緑系色、青系色の色割れが生じ、混色性が低いことがわかる。

[発光パターン２]
図５は、（ａ）に示すように、４か所の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の赤色系発光列Ｒ、緑色系発光列Ｇ、青色系発光列Ｂの並び順を図３に示した実施形態と同様にした発光パターンである。本発光パターンによれば、各発光領域ＬＥ１～ＬＥ４を重ね合わせたと仮定した場合、対応する各発光列がＲＧＢの組み合わせとなるように、全体として赤色系発光列Ｒ、緑色系発光列Ｇ、青色系発光列Ｂの並び順が異なった配列となっている。また、４か所の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の赤色系発光列Ｒ、緑色系発光列Ｇ、青色系発光列Ｂの並び順が回転対称形となっている。このため、（ｂ）に示すように、測定受光面Ｓ２で受ける光に赤系色、緑系色、青系色の色割れが生じることなく均等に混じり合い、全体としてムラのない白色系の光が得られる。

[発光パターン３]
図６は、（ａ）に示すように、４か所の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の赤色系発光列Ｒ、緑色系発光列Ｇ、青色系発光列Ｂの並び順は図５（ａ）と同様であるが、各発光列の縦の並びをＬＥＤチップ１個分左右交互にずらしながらジグザグ状に配列した発光パターンとなっている。本発光パターンによれば、図５（ａ）に示した発光パターンと同様に、４か所の発光領域の対応する各発光列がＲＧＢの組み合わせとなるように、全体として赤色系発光列、緑色系発光列、青色系発光列の並び順が異なった配列であると共に、各発光列の縦方向に異なった発光色が交互に混在している。このため、（ｂ）に示すように、測定受光面Ｓ３で受ける光の混色性がさらに高まり、よりムラなくきれいな白色系の光を得ることができる。なお、各発光列の縦の並びをＬＥＤチップ１個分左右交互にずらさなくとも、各発光列を上段部と下段部とに２分割し、下段部全体を右または左方向に一列分シフトさせることによって、上記発光パターン２と発光パターン３の中間となる混色効果を得ることができる。

上記発光パターン２、３については、前記複数の発光列の配列順序が回転対称形に配置された複数の発光領域ＬＥ１～ＬＥ４の中心に対して、点対称となる発光領域を有している。このため、バランスのよい混色効果が得られる。

図７は、図４乃至図６に示した測定受光面Ｓ１～Ｓ３内の色度分布を色度ｘ（ｂ）、色度ｙ（ｃ）で示したものである。（ａ）に示すように、測定受光面Ｓ１～Ｓ３の中心点を０、横軸をＸ、縦軸をＹとした場合に、Ｙ軸の中心Ｙ＝０におけるＸ軸の範囲内の色度ｘ、色度ｙとなっている。図４の発光パターン１では、（ａ）色度ｘが０．２０～０．３０の範囲、（ｂ）色度ｙが０．２３～０．３５の範囲でバラツキが現れている。これに対して、図５及び図６の発光パターン２、３では、（ａ）色度ｘが０．２２～０．２７の範囲、（ｂ）色度ｙが０．２３～０．２６の範囲のバラツキに抑えられている。このように、発光パターン２，３においては、色度ｘｙともに変化率が低く、測定受光面Ｓ１～Ｓ３内での混色性が良好となっていることがわかる。

図８は図４乃至図６に示した測定受光面Ｓ１～Ｓ３における色度分布を色度図ＸＹ座標系で示したものである。（ａ）は図４の発光パターン１、（ｂ）は図５の発光パターン２、（ｃ）は図６の発光パターン３による色度分布である。各ＸＹ座標系に示す矢線円内は、測定受光面Ｓ１～Ｓ３内における１０ｍｍ間隔の４０×４０か所の色度座標データの分布状態を示している。（ａ）は色度座標データの分布範囲が広く、測定受光面内の場所による色度バラツキが大きく混色性が低い。（ｂ）は（ａ）よりも色度座標データの分布範囲が狭くなっていることから、（ａ）に比べて混色性が高くなっている。（ｃ）は（ｂ）よりもさらに色度座標データの分布範囲が狭くなっているので、混色性がさらに高くなる。

ＬＥ１、ＬＥ２、ＬＥ３、ＬＥ４ 発光領域
Ｒ 赤色系発光列（第１の色の発光列）
Ｇ 緑色系発光列（第２の色の発光列）
Ｂ 青色系発光列（第３の色の発光列）
ＲＰ 赤系配線パターン
ＧＰ 緑系配線パターン
ＢＰ 青系配線パターン
ＲＴ 赤系電極
ＧＴ 緑系電極
ＢＴ 青系電極
Ｒ－ＬＥＤ 赤色発光ＬＥＤチップ
Ｇ－ＬＥＤ 緑色発光ＬＥＤチップ
Ｂ－ＬＥＤ 青色発光ＬＥＤチップ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 測定受光面
１０ 発光モジュール
１１ 基板
１１ａ 上面
１２ ダム部
１３ａ～１３ｄ 発光体部
１４ 配線パターン
１５ ワイヤ

Claims (10)

1. 基板と、基板上に設けられる複数の発光領域と、を備えた発光モジュールであって、
   前記複数の発光領域は、それぞれ一方向に平行に延びる第１の色の発光列と第２の色の発光列と第３の色の発光列とをそれぞれ一列以上有する同数の発光列によって形成されると共に、同一色の発光列が前記発光領域内で隣接することのない組み合わせによる複数の発光パターンを備えている発光モジュール。
2. 前記複数の発光パターンは、前記複数の発光領域ごとに異なっている請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記複数の発光領域を重ね合わせたと仮定した場合に、重なり合う複数の発光列の相対位置が一致している請求項１又は２に記載の発光モジュール。
4. 前記複数の発光領域を重ね合わせたと仮定した場合に、重なり合う複数の発光列における第１の色、第２の色、第３の色の数の比率が同一である請求項１又は２に記載の発光モジュール。
5. 前記複数の発光領域における第１の色の発光列、第２の色の発光列、第３の色の発光列は、それぞれが独立した配線パターン及び電極に電気的に接続される請求項１に記載の発光モジュール。
6. 前記複数の発光領域における複数の発光列は、それぞれの発光列の中で発光色が混在するように、隣接する他の色の発光列の一部を横方向にシフトさせた請求項１に記載の発光モジュール。
7. 前記第１の色の発光列は赤色発光体により、前記第２の色の発光列は緑色発光体により、前記第３発光列は青色発光体により、それぞれ形成されている請求項１に記載の発光モジュール。
8. 前記赤色発光体は複数配置された赤色発光ＬＥＤチップにより、前記緑色発光体は複数配置された緑色発光ＬＥＤチップにより、前記青色発光体は複数配置された青色発光ＬＥＤチップにより、それぞれ形成される請求項７に記載の発光モジュール。
9. 前記赤色発光体は複数配置された青色発光ＬＥＤチップ上に塗布した赤色発光蛍光体により、前記緑色発光体は複数配置された青色発光ＬＥＤチップの上に塗布した緑色発光蛍光体により、前記青色発光体は複数配置された青色発光ＬＥＤチップにより、それぞれ形成される請求項７に記載の発光モジュール。
10. 前記複数の発光領域は、前記基板上に回転対称形に配置される請求項１に記載の発光モジュール。

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