JP5452877B2

JP5452877B2 - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP5452877B2
Application number: JP2008064878A
Authority: JP
Inventors: 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: JP2009224074A

Description

本発明は、発光色の異なる複数種の発光装置を備えたＬＥＤ照明装置に関するものである。

従来から、発光色の異なる複数種の発光装置を同一基板上に実装し、所望の色温度の混色光を得るようにしたＬＥＤ照明装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここにおいて、上記特許文献１に記載されたＬＥＤ照明装置は、例えば、図４に示すように、色温度がＸＹＺ表色系のｘｙ色度図において黒体軌跡ＢＬ上の２つの色度点Ｗmin，Ｗmaxの中間の色度点（以下、白色点と称す）Ｗに設定された第１の発光装置（主光源）と、白色点Ｗと色温度の低い色度点Ｗminとを結ぶ直線をＷminの方向へ延長したときにスペクトル軌跡ＳＬと交わる点Ｌ１近傍に発光ピーク波長を有する第２の発光装置（第１の補助光源）と、白色点Ｗと色温度の高い色度点Ｗmaxとを結ぶ直線をＷmaxの方向へ延長したときにスペクトル軌跡ＳＬと交わる点Ｓ１近傍に発光ピーク波長を有する第３の発光装置（第２の補助光源）とを備えており、黒体軌跡ＢＬ上で主光源の色温度とは異なる色温度を得ることができ、しかも、演色性を補正することができる。ここで、第１の発光装置は、４５０〜４６０ｎｍの波長域に発光ピーク波長を有するＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤチップと当該青色ＬＥＤチップから放射される青色光によって励起されてブロードな黄色光を放射するＹＡＧ蛍光体とを組み合わせて白色光を得る白色ＬＥＤにより構成されており、第２の発光装置は、５９０ｎｍに発光ピーク波長を有するＡｌＩＮＧａＰ系の橙色ＬＥＤチップを用いて構成され、第３の発光装置は、４７０〜４８０ｎｍの波長域に発光ピーク波長を有する青色ＬＥＤチップを用いて構成されている。なお、上記特許文献１に記載されたＬＥＤ照明装置は、特に、無影灯、リビング室内灯、化粧灯などに適している。

また、上記特許文献２に記載されたＬＥＤ照明装置は、例えば、図５に示すように、青色ＬＥＤチップのみを利用した発光装置１１０と、青色ＬＥＤチップおよび緑色蛍光体を有する発光装置１１１と、青色ＬＥＤチップおよび赤色蛍光体を有する発光装置１１２と、青色ＬＥＤチップおよび黄色蛍光体を有する発光装置１１３と、緑色ＬＥＤチップのみを利用した発光装置１１４と、各発光装置１１０〜１１４それぞれの光出力を調整可能な制御装置１２０とを備えている。
特再ＷＯ０３／０１９０７２号公報（第４頁第４５行〜第５頁第８行、第５頁第２４行〜第４９行、第８頁第１５行〜第４４行、および図１，４，５，７）特開２００７−１２２９５０号公報（段落〔００１８〕〜〔００２７〕、および図１〜３）

ところで、上記特許文献１，２に開示されたＬＥＤ照明装置では、色温度を調整する際に、各発光装置それぞれのＬＥＤチップへの通電量をフィードバック制御する制御回路を設けて、各発光装置ごとに光出力を調整する必要があり、制御回路の構成が複雑になって、色温度の精度が低くなるとともに、コストが高くなってしまう。なお、上記特許文献１に開示されたＬＥＤ照明装置では、発光装置ごとに発光ピーク波長の異なるＬＥＤチップを用いているので、ＬＥＤチップの初期特性および経時変化特性が異なり、周囲環境や時間の経過により色ずれが生じてしまうという問題もあった。また、上記特許文献２に開示された図５に示す構成のＬＥＤ照明装置においても、ＬＥＤチップとして、発光ピーク波長の異なる青色ＬＥＤチップと緑色ＬＥＤチップとを用いているので、ＬＥＤチップの初期特性および経時変化特性が異なり、周囲環境や時間の経過により色ずれが生じてしまうという問題もあった。また、上述の５種類の発光装置１１０〜１１４のうち３種類の発光装置１１０〜１１２を用いれば、ＬＥＤチップとして青色ＬＥＤチップのみを用いることができるが、青色ＬＥＤチップのみを利用した発光装置１１０の指向性が他の発光装置１１１，１１２の指向性に比べて強く、青色の発光色が目立つようになり、混色性が低いという問題もあった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、色温度調整の精度の向上を図ることが可能なＬＥＤ照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、励起用ＬＥＤチップと当該励起用ＬＥＤチップから放射される光によって励起され発光する蛍光体を含有した色変換部とを有し発光色の異なる３種類の発光装置を備えたＬＥＤ照明装置であって、前記３種類の前記発光装置は、前記色変換部が前記蛍光体として赤色光を放射する赤色蛍光体を含有した赤色系発光装置と、前記色変換部が前記蛍光体として緑色光を放射する緑色蛍光体を含有した緑色系発光装置と、前記色変換部が前記蛍光体として青色光を放射する青色蛍光体を含有した青色系発光装置とからなり、各前記励起用ＬＥＤチップとして、同一仕様の青色ＬＥＤチップを用いており、ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図における前記青色系発光装置の色度点と前記緑色系発光装置の色度点とを結んだ直線が、黒体軌跡上で規定した所望の色温度調整範囲の高温端の色度点を通り、前記赤色系発光装置の色度点と前記緑色系発光装置の前記色度点とを結んだ直線が、前記色温度調整範囲の低温端の色度点を通り、前記青色系発光装置の前記色度点と前記赤色系発光装置の前記色度点とを結んだ直線が、色度座標のｙ軸に沿った方向において、前記色温度調整範囲の両端の色度点を結んだ線よりもｙの値が小さい側にあることを特徴とする。

この発明によれば、前記３種類の前記発光装置として、前記色変換部が前記蛍光体として赤色光を放射する赤色蛍光体を含有した赤色系発光装置と、前記色変換部が前記蛍光体として緑色光を放射する緑色蛍光体を含有した緑色系発光装置と、前記色変換部が前記蛍光体として青色光を放射する青色蛍光体を含有した青色系発光装置とを用い、各前記励起用ＬＥＤチップとして、同一仕様の青色ＬＥＤチップを用いており、ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図における前記青色系発光装置の色度点と前記緑色系発光装置の色度点とを結んだ直線が、黒体軌跡上で規定した所望の色温度調整範囲の高温端の色度点を通り、前記赤色系発光装置の色度点と前記緑色系発光装置の前記色度点とを結んだ直線が、前記色温度調整範囲の低温端の色度点を通り、前記青色系発光装置の前記色度点と前記赤色系発光装置の前記色度点とを結んだ直線が、色度座標のｙ軸に沿った方向において、前記色温度調整範囲の両端の色度点を結んだ線よりもｙの値が小さい側にあるという関係を満たすように各前記発光装置の色度点を設定してあるので、色温度を調整する際に、前記緑色系発光装置の光出力を一定にして、前記青色系発光装置と前記赤色系発光装置との２種類の前記発光装置の光出力を調整することで色温度を調整することが可能となるので、制御回路の構成を簡略化することができ、色温度調整の精度の向上を図ることが可能となるとともに低コスト化を図ることが可能となる。また、前記３種類の前記発光装置で同種の前記励起用ＬＥＤチップを用いることができるので、周囲環境や時間経過による色ずれを抑制することができ、色再現性を高めることが可能になる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記３種類の前記発光装置それぞれの光出力を各別に制御可能な制御ユニットを備え、前記制御ユニットは、前記緑色系発光装置の光出力を一定にして、前記青色系発光装置および前記赤色系発光装置の光出力を調整することを特徴とする。

請求項１の発明では、色温度調整の精度の向上を図ることが可能になるという効果がある。

本実施形態のＬＥＤ照明装置は、図１（ａ）に示すように、発光色の異なる３種類の発光装置１ａ，１ｂ，１ｃと、当該３種類の発光装置１ａ，１ｂ，１ｃが一表面側に搭載された熱伝導性材料（例えば、Ａｌ、Ｃｕなど）からなる円板状のベース基板２と、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃへの給電用の導体パターン（図示せず）が形成された円板状のガラスエポキシ（ＦＲ４）基板からなる回路基板３とを備えたＬＥＤユニットＡを備えている。なお、ベース基板２および回路基板３の形状は円板状に限らず、例えば、矩形板状でもよい。

上述のベース基板２には、透光性材料（例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなど）により形成され当該ベース基板２との間に回路基板３および各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃを収納する形でベース基板２の上記一表面側に配置されるカバー部材を固定するための固定ねじ（図示せず）を挿通する２つのねじ挿通孔２ｂが形成されており、上記カバー部材には、ベース基板２の他面側からベース基板２のねじ挿通孔２ｂに挿通された上記固定ねじの先端部が螺合するねじ孔を有する２つのボス部が連続一体に形成されている。

また、回路基板３には、各ねじ挿通孔２ｂそれぞれに対応する部位に切欠部３ｂが形成されるとともに、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれに対応する部位に各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃを通す窓孔３３が形成されている。回路基板３の絶縁性基材の材料は、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂などでもよい。なお、回路基板３およびベース基板２それぞれの中央部には、ＬＥＤユニットＡへの給電用の電線を挿通する電線挿通孔３ａ，２ａが貫設されている。

上述のＬＥＤユニットＡは、４個の発光装置１ａと２個の発光装置１ｂと２個の発光装置１ｃとがベース基板２の上記一表面側に搭載されており、回路基板３における上記導体パターンは、図２に示すように、各発光色の発光装置１ａ，１ｂ，１ｃに関して同一発光色ごとに直列接続の関係となるようにパターン設計されており、上記電線などが適宜接続されている。なお、回路基板３は、ベース基板２とは反対側の表面に白色のレジスト層からなる光反射層３４が形成されている。

上述の各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃは、青色ＬＥＤチップからなる励起用ＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、励起用ＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが実装された実装基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、励起用ＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから放射される光によって励起されて発光する蛍光体を含有した透光性材料（例えば、ガラス、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合され結合した有機・無機ハイブリッド材料などなど）により形成されてなりＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを実装基板１１ａ，１１ｂ，１１ｃとの間に囲む形で配設されたドーム状の色変換部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃとを備えている。ここで、色変換部材１２ａは、蛍光体として赤色光を放射する赤色蛍光体を採用し、色変換部材１２ｂは、蛍光体として緑色光を放射する緑色蛍光体を採用し、色変換部材１２ｃは、蛍光体として青色光を放射する青色蛍光体を採用している。なお、本実施形態のＬＥＤ照明装置では、各励起用ＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃとして、同一の仕様（発光層の組成、発光ピーク波長、および構造が同じ）の青色ＬＥＤチップを用いており、各ＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの発光ピーク波長が各蛍光体の発光ピーク波長よりも短波長となっている。また、本実施形態では、各色変換部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃそれぞれが色変換部を構成しており、発光装置１ａが、赤色系発光装置を構成し、発光装置１ｂが、緑色系発光装置を構成し、発光装置１ｃが、青色系発光装置を構成している。

各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃは、例えば、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し加熱時に低粘度化する樹脂シート（例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）のような熱伝導性が高く加熱時の流動性が高い可塑性シート（図示せず）をベース基板２の上記一表面との間に介在させた後で当該可塑性シートを加熱して塑性変形させることによりベース基板２に固着されている。したがって、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃとベース基板２との間にサーコン（登録商標）のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合や発光装置１とベース基板２とを単に接触させているだけの場合に比べて、各ＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃからベース基板２までの熱抵抗を低減するとともに各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃごとのＬＥＤチップ１０ａ，１ｂ，１ｃからベース基板２までの熱抵抗のばらつきを低減することができて放熱性が向上し、各ＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、各ＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃへの入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。

ところで、本実施形態のＬＥＤ照明装置では、図１（ｂ）に示すように、ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図における青色系発光装置１ｃの色度点Ｗｃと緑色系発光装置１ｂの色度点Ｗｂとを結んだ直線が、黒体軌跡ＢＬ上で規定した所望の色温度調整範囲の高温端（図示例では、７０００Ｋ）の色度点Ｗ_１を通り、赤色系発光装置１ａの色度点Ｗａと緑色系発光装置１ｂの色度点Ｗｂとを結んだ直線が、上記色温度調整範囲の低温端（図示例では、２５００Ｋ）の色度点Ｗ_２を通り、青色系発光装置１ｃの色度点Ｗｃと赤色系発光装置１ａの色度点Ｗａとを結んだ直線が、色度座標のｙ軸に沿った方向において、上記色温度調整範囲の両端の色度点Ｗ_１，Ｗ_２を結んだ線よりもｙの値が小さい側にあるという関係を満たすように各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの色度点Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを設定してある。したがって、青色系発光装置１ｃの色度点Ｗｃと赤色系発光装置１ａの色度点Ｗａとを結んだ直線上の色度点のｙの値と、上記色温度調整範囲の両端の色度点Ｗ_１，Ｗ_２を結んだ線上の色度点のｙの値とを同じｘで比較すると前者のｙの値の方が小さくなる。要するに、本実施形態のＬＥＤ照明装置は、上述の各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの発光色がそれぞれ、スペクトル軌跡ＳＬ上ではなく、スペクトル軌跡ＳＬよりも内側の色度座標にあり且つ上記関係を満たす色度点Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃとなるように色変換部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃの蛍光体の濃度や種類を設定してあり、色度点Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを直線で結んだ三角形の範囲内の色（本実施形態では、白色光）を得ることができる。なお、図１（ｂ）には、黒体軌跡ＢＬと交差する直線で与えられる一連の等色温度線も示してある。

また、本実施形態のＬＥＤ照明装置は、図２に示すように、電源５により電力を供給され３種類の発光装置１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれの光出力を各別に制御可能な制御ユニット４を備えている。ここにおいて、制御ユニット４は、例えば、図３に示すように、色温度を調整する際の色温度と各発光色ごとの発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの群の光出力とを対応させたテーブルを記憶した記憶部と、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの群の光出力を制御する制御回路とを備えており、色温度設定部（図示せず）の操作によって設定された色温度に対応する調色信号に基づいて各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの群の光出力を制御するように構成されている。ここにおいて、図３は、「イ」が赤色系発光装置１ａの群の光出力を示し、「ロ」が緑色系発光装置１ｂの群の光出力を示し、「ハ」が青色系発光装置１ｃの群の光出力を示している。なお、各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの数は特に限定するものではなく、少なくとも１個ずつあればよい。

以上説明した本実施形態のＬＥＤ照明装置では、３種類の発光装置１ａ，１ｂ，１ｃとして、上述の赤色系発光装置１ａと緑色系発光装置１ｂと青色系発光装置１ｃとを用い、ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図における青色系発光装置１ｃの色度点Ｗｃと緑色系発光装置１ｂの色度点Ｗｂとを結んだ直線が、黒体軌跡ＢＬ上で規定した所望の色温度調整範囲の高温端の色度点Ｗ_１を通り、赤色系発光装置１ａの色度点Ｗａと緑色系発光装置１ｂの色度点Ｗｂとを結んだ直線が、上記色温度調整範囲の低温端の色度点Ｗ_２を通り、青色系発光装置１ｃの色度点Ｗｃと赤色系発光装置１ａの色度点Ｗａとを結んだ直線が、色度座標のｙ軸に沿った方向において、上記色温度調整範囲の両端の色度点Ｗ_１，Ｗ_２を結んだ線よりもｙの値が小さい側にあるという関係を満たすように各発光装置１ａ，１ｂ，１ｃの色度点Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを設定してあるので、色温度を調整する際に、上述の図３に示すように、緑色系発光装置１ｂの光出力を一定にして、青色系発光装置１ｃと赤色系発光装置１ａとの２種類の発光装置１ｃ，１ａの光出力を調整することで色温度を調整することが可能となるので、制御ユニット４の制御回路の構成を簡略化することができ、色温度調整の精度の向上を図ることが可能となるとともに低コスト化を図ることが可能となる。また、３種類の発光装置１ａ，１ｂ，１ｃで同種の励起用ＬＥＤチップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを用いることができるので、周囲環境や時間経過による色ずれを抑制することができ、色再現性を高めることが可能になる。

実施形態のＬＥＤ照明装置に関し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）はｘｙ色度図である。同上の概略回路図である。同上の動作説明図である。従来例の説明図である。他の従来例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ発光装置
２ベース基板
３回路基板
４制御ユニット
１０ａ，１０ｂ，１０ｃＬＥＤチップ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ実装基板
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ色変換部材（色変換部）
Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗ_１，Ｗ_２色度点
ＢＬ黒体軌跡
ＳＬスペクトル軌跡

Claims

励起用ＬＥＤチップと当該励起用ＬＥＤチップから放射される光によって励起され発光する蛍光体を含有した色変換部とを有し発光色の異なる３種類の発光装置を備えたＬＥＤ照明装置であって、前記３種類の前記発光装置は、前記色変換部が前記蛍光体として赤色光を放射する赤色蛍光体を含有した赤色系発光装置と、前記色変換部が前記蛍光体として緑色光を放射する緑色蛍光体を含有した緑色系発光装置と、前記色変換部が前記蛍光体として青色光を放射する青色蛍光体を含有した青色系発光装置とからなり、各前記励起用ＬＥＤチップとして、同一仕様の青色ＬＥＤチップを用いており、ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図における前記青色系発光装置の色度点と前記緑色系発光装置の色度点とを結んだ直線が、黒体軌跡上で規定した所望の色温度調整範囲の高温端の色度点を通り、前記赤色系発光装置の色度点と前記緑色系発光装置の前記色度点とを結んだ直線が、前記色温度調整範囲の低温端の色度点を通り、前記青色系発光装置の前記色度点と前記赤色系発光装置の前記色度点とを結んだ直線が、色度座標のｙ軸に沿った方向において、前記色温度調整範囲の両端の色度点を結んだ線よりもｙの値が小さい側にあることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記３種類の前記発光装置それぞれの光出力を各別に制御可能な制御ユニットを備え、前記制御ユニットは、前記緑色系発光装置の光出力を一定にして、前記青色系発光装置および前記赤色系発光装置の光出力を調整することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。