JP5501310B2 - Ｌｅｄモジュール及び発光装置及びｌｅｄモジュールの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した発光装置に関するものである。

ＬＥＤは、チップと蛍光体にばらつきがあるために、同様に生産しても異なる色温度や光強度を持つ。そのため、生産したＬＥＤを、色温度や光束によってランク分けする。照明器具を生産する場合には、器具同士均一な色温度や光束を持つことが望ましい。通常このランク分けは、色のばらつきの少ない器具を生産するのに対しては不十分であり、このランクからさらに所望の色温度や光束となるよう分別すると、生産コストがかかるという課題があった。

しかし、照明器具として所望の白色光を得るためには、その白色の色温度をもつＬＥＤを使用せずとも、補色関係にあるＬＥＤ同士の光を混合することにより、人の目にほぼその白色に見える光を作り出すことが可能である（例えば特許文献１）。

特開号公報２００８−１４７５６３号公報

所望の色温度を持ったＬＥＤだけでなく、補色関係にある他の色温度を持つＬＥＤも使用して、全面的に均一な色温度を作り出した場合、合成光としては所望の白色を得ることはできる。しかし、照明器具として見ると、壁際などにおいた場合、合成光となる前の元のＬＥＤの光が壁に映りこんでしまうことがある。この発明に係る発光装置は、そのような問題を解決するためのものであり、ＬＥＤを用いたダウンライトやスポットライト型の器具において、色ムラを抑制するようなＬＥＤの配列についてのものである。色の違うＬＥＤの混光により、所望の白色とするモジュールにおいて、壁面においたときの色ムラを抑制することを目的とする。

この発明のＬＥＤモジュールは、
複数のＬＥＤであって各ＬＥＤの発する光の合成光が所定の目標色度範囲に属する複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤが実装される基板とを備えたＬＥＤモジュールにおいて、
前記基板に実装される前記複数のＬＥＤは、
単体での発光色が前記目標色度範囲に属さない複数のＬＥＤを、少なくとも含むと共に、
前記基板に実装される前記複数のＬＥＤは、
全部のＬＥＤが前記基板の周縁寄りである基板外側に配置され、あるいは一部の複数のＬＥＤが前記基板外側に配置されて残りの他のＬＥＤが前記基板外側よりも基板の中央領域寄りである基板内側に配置され、
前記基板外側に配置された前記複数のＬＥＤの各ＬＥＤは、
発光色の色度が、類似する色度の範囲として色度図上で定められた所定の範囲に属することを特徴とする。

必要なＬＥＤのみを選別して利用するのではなく、購入したＬＥＤの色度範囲の中で、所望の白色ＬＥＤ光を得るために、合成光が所望の白色となるような補色関係にあるＬＥＤを組み合わせて均一な色温度をもつＬＥＤモジュールを生産する場合に、この発明の発光装置によれば、以下の効果がある。すなわち、発光色の異なるＬＥＤ（補色関係の利用）を用いる際には照明色に色ムラが起きる可能性がある。例えば壁面では照明器具の色ムラが表れる場合もある。しかし本発明では、色ムラを抑制するＬＥＤ配列とするので、照明器具としての照射光の色ムラを抑制できる。

実施の形態１における生産されたＬＥＤのランク付けを示す図。 実施の形態１における色ランクの説明図。 実施の形態１における照明器具２００の外観を示す図。 実施の形態１における円形ＬＥＤモジュールのＬＥＤ配置例を表す図（図３のＸ方向矢視）。

実施の形態１．
図１〜図４を参照して実施の形態１の照明器具２００（発光装置）を説明する。
図１は、生産されたＬＥＤのランク付けを示す図である。図１は、ＣＩＥ１９３１色度図に、購入したＬＥＤの色度分布の範囲を示す購入色度範囲１００、目標色度範囲１２０（後述する）に相当するマクアダム楕円３ｓｔｅｐ１０１、目標色度範囲１２０の中心色度（目標色度座標１０３）に対するマクアダム楕円５ｓｔｅｐ１０２、目標色度座標１０３及び黒体軌跡が記載されている。
図２は、ＬＥＤの色ランクを説明するための図である。図２は図１にさらに、目標色度範囲１２０を記載すると共に、購入色度範囲１００（つまり、購入したＬＥＤ）を、１〜６の行とａ〜ｄの列とによって、ａ１〜ａ６、ｂ１〜ｂ６、ｃ１〜ｃ６、ｄ１〜ｄ６のように、合計で２４区分にランク分けしている。
図３は、照明器具２００の外観を示す図である。図３に示すように照明器具２００は、円筒型の、例えばダウンライト、あるいは、スポットライトである。図３では照明器具２００内部に内蔵されたＬＥＤモジュール２３０を破線で示した。
図４は、図３のＸ方向矢視を示す図であり、ＬＥＤモジュール２３０（光源部）を示す。なお、ＬＥＤモジュール２３０はさらに、リフレクタを備えてもよいが、図４ではリフレクタは備えていない場合を示した。

ＬＥＤモジュール２３０に実装するＬＥＤの組合せを説明する。まず、購入したＬＥＤの範囲で、ＬＥＤモジュール２３０の１個１個が所望の白色となるようにするための、ＬＥＤの組合せ（実施の形態１における混色方法）について説明する。

（ＬＥＤのランク分け）
生産されたＬＥＤは、図１のようなＣＩＥ１９３１色度図の色度座標を用いて色温度における「ランク分け」をされる。この「ランク分け」は、ＬＥＤを、後述する「ａ１〜ａ６、ｂ１〜ｂ６、ｃ１〜ｃ６、ｄ１〜ｄ６の２４区分」のいずれかに分類することである。例えば、図１の破線の四角形で表される購入色度範囲１００のような範囲でランク分けされる。このようなランク分けされた色度範囲では、例えば四角形の右上（購入色度範囲１００Ａ）と左下（購入色度範囲１００Ｂ）のＬＥＤとの色を比較すると、違いがある。右上は黄色味がつよく、左下はピンク味がつよく感じられる。一般には、マクアダムの楕円で表される３倍の面積のマクアダム楕円３ｓｔｅｐ１０１、あるいは５倍の面積のマクアダム楕円５ｓｔｅｐ１０２内に色度座標がおさまっていれば、人間の目には同じ色と感じられる。そのため、黒体軌跡上の所望の白色ＬＥＤの目標色度座標１０３を中心として、マクアダム楕円の３ｓｔｅｐと同等の面積となるよう四角形をつくり、目標色度範囲１２０（図２）とする。

実施の形態１の冒頭で述べたように、図２は色ランクを説明するための図であり、生産されたＬＥＤ（あるいは購入されたＬＥＤ）は、「ａ１〜ａ６、ｂ１〜ｂ６、ｃ１〜ｃ６、ｄ１〜ｄ６」の２４区分のうちの該当する区分に分類される。

（ランクに基づく組合せ）
次に、各ランクに分類したＬＥＤを、「たすきがけ」のように組合せて、その組のＬＥＤどうしの混色による色度が、目標色度範囲１２０内に入るようにする。「たすきがけ」とは、図２の目標色度座標１０３に対して、「点対称」の位置にあるＬＥＤどうしを組合わせることである。例えば、「ａ１とｄ６」あるいは「ｄ２とａ５」のランクに属するＬＥＤどうしの合成色は、目標色度範囲１２０内の色度になる。このように組み合わせたＬＥＤは、２個の合成色が目標色度範囲１２０に属する。また、図２に示すように、ｂ３、ｃ３、ｂ４、ｃ４のランクについては、そのＬＥＤ単一で、目標色度範囲１２０に属する。

（ＬＥＤモジュール２３０に実装されるＬＥＤ）
「このような組合せ」で構成されるＬＥＤモジュール２３０において、黒体軌跡の上側は黄色味がつよく、下側はピンク味がつよいという特徴がある。「このような組合せ」とは、本実施の形態１では、以下の（１）あるいは（２）の場合を想定する。対象となるＬＥＤモジュール２３０は、図４に示すように８個のＬＥＤを使用する８灯モジュールとする。８個のＬＥＤの合成光の色度は、目標色度範囲１２０に属する。
（１）８個のＬＥＤのうち、その色度が目標色度範囲１２０に属するＬＥＤが一つもない場合である。つまり、８個のＬＥＤ全部が、「購入色度範囲１００、かつ、目標色度範囲１２０以外」の場合である。この場合、ＬＥＤ８個の合成色の色度が、目標色度範囲１２０に属する。例えば、ａ１、ｄ６が各２個、及びａ６、ｄ１が各２個のような場合である。
（２）８個のＬＥＤのうち、「購入色度範囲１００、かつ、目標色度範囲１２０以外」のＬＥＤが複数個（合成光が目標色度範囲１２０に属する）あり、さらに、目標色度範囲１２０に属するＬＥＤが１個以上ある場合である。
（３）実施の形態１では、８個のＬＥＤ全部が目標色度範囲１２０に属する場合は対象外とする。

（ＬＥＤモジュール２３０）
図４を参照して、ＬＥＤモジュール２３０を具体的に説明する。

＜ＬＥＤ配置＞
ＬＥＤモジュール２３０は、８個（複数）のＬＥＤと、８個のＬＥＤが実装される基板２３２とを備えている。基板２３２に実装される８個のＬＥＤは、４個のＬＥＤ（一部の複数のＬＥＤ）が基板２３２の周縁２３２Ａ寄りである基板外側２３４に配置され、残りの４個のＬＥＤが基板外側２３４よりも基板の中央領域寄りである基板内側２３３に配置されている。なお、図４では基板内側２３３に４個のＬＥＤを配置したが、８個全部のＬＥＤが基板外側２３４に配置されても構わない。

＜全ＬＥＤの合成色＞
図４の８個のＬＥＤは、各ＬＥＤの発する光の合成光が目標色度範囲１２０（図２）に属する。また、８個のＬＥＤは、単体での発光色が目標色度範囲１２０に属さない複数のＬＥＤを、少なくとも含む。つまり、ＬＥＤモジュール２３０は、混色法により、モジュール発光色が目標色度範囲１２０に属することが前提である。「少なくとも」であるので、８個全部のＬＥＤが、目標色度範囲１２０に属さない場合でも構わないが、最低４個のＬＥＤは、その色度が下記の「所定の範囲」に属するものとする。

＜基板外側２３４のＬＥＤ＞
基板外側２３４に配置された４個のＬＥＤ２３１−１〜２３１−４の各ＬＥＤは、発光色の色度が、類似する色度の範囲として色度図上で定められた「所定の範囲」に属する。

（「所定の範囲」の例）
上記（１）あるいは（２）のような組合せで構成されるＬＥＤモジュール２３０においては、図２のａ１〜ｄ３（黒体軌跡の上側の１２ランク）は黄色味がつよく、ａ４〜ｄ６（黒体軌跡の下側１２ランク）がピンク味が強い。照明器具を設置する場合、壁側などにうつりこんだ色ムラが問題となるのは、円形のＬＥＤモジュール２３０内で外側に配置されるＬＥＤの色にばらつきが原因である。このため、外側になるべく同じ色味のＬＥＤをおくように配列することが好ましい。図４では、ａ１〜ｄ３である「黒体軌跡の上側の１２ランク」（「所定の範囲」の一例）を基板外側２３４に置くようにする。あるいはａ４〜ｄ６である「黒体軌跡の下側の１２ランク」（「所定の範囲」の別の例）を基板外側２３４に置くようにする。

図４のように、８灯並べた円形のモジュールの場合、外側の４灯が同じ色味となるように並べることにより、壁側のうつりこみが同じ色の光となるので、混色によって目標色度範囲１２０に属する色度を得るＬＥＤモジュールにおいても、色ムラが抑制できる。

（単一使用できるＬＥＤについて）
また、単一で使用できるＬＥＤ（目標色度範囲１２０に属するＬＥＤ（所属ＬＥＤ））の数が外側のＬＥＤ灯数以上の組合せの場合、外側に単一で使用できるＬＥＤを置く。単一で使用できるＬＥＤは、そのままで照明として好ましい色あいであるため、壁側にうつりこむ光も好ましい色合いとなる。この場合、「目標色度範囲１２０」は上記の「所定の範囲」のさらに別の例である。

（ＬＥＤモジュール２３０の製造方法）
以上ではＬＥＤモジュール２３０を説明したが、ＬＥＤモジュール２３０は、以下の様なＬＥＤモジュール製造方法として把握することも可能である。
（ａ）すなわち、ＬＥＤモジュール２３０は、各ＬＥＤの発する光の合成光が目標色度範囲１２０に属する８個のＬＥＤと、これらＬＥＤが実装される基板２３２とを備える。
ＬＥＤモジュール２３０では、基板２３２に実装される８個のＬＥＤは、８個全部のＬＥＤが基板２３２の周縁２３２Ａ寄りである基板外側２３４に配置され、あるいは複数のＬＥＤが基板外側２３４に配置されて残りの他のＬＥＤが基板外側２３４よりも基板２３２の中央領域寄りである基板内側２３３に配置される。
（ｂ）このようなＬＥＤモジュール２３０を対象として、以下の、ＬＥＤ選択工程（１）と、実装工程（２）とを備えたＬＥＤモジュール製造方法としての把握が可能である。
（１．ＬＥＤ選択工程）
ＬＥＤ選択工程は、基板２３２に実装される８個のＬＥＤとして、単体での発光色が目標色度範囲１２０に属さない複数のＬＥＤを、少なくとも含と共に、基板外側２３４に配置される個数（この例では４個）のＬＥＤであって各ＬＥＤの発光色の色度が、類似する色度の範囲として色度図上で定められた「所定の範囲」に属するＬＥＤとを含む、複数のＬＥＤを選択する工程である。
（２．実装工程）
実装工程は、色度図上で定められた「所定の範囲」に属するＬＥＤを基板外側２３４に実装すると共に、ＬＥＤ選択工程によって選択されたＬＥＤの中に基板外側２３４に実装されるＬＥＤ以外のＬＥＤがある場合（基板外側に８個のＬＥＤを配置するのではなく、外側に４個、内側に４個配置するような場合）には、そのＬＥＤを基板内側２３３に実装する工程である。

（照明器具間のばらつき防止）
なお、照明器具間の色ばらつきを抑えるために、ａ１〜ｄ３（黒体軌跡の上側の１２ランク）またはａ４〜ｄ６の（黒体軌跡の下側１２ランク）どちらかがＬＥＤモジュール２３０の基板外側２３４に来ると決め、ＬＥＤ生産分布において数の多い方としてもよい。
つまり、上記のＬＥＤモジュール製造方法において、ＬＥＤの生産分布により、色度図上で定められた「所定の範囲」を、色度図における黒体軌跡の上側の範囲と、色度図における黒体軌跡の下側の範囲とのいずれかの範囲とすることで、照明器具間の色ばらつきを抑えることができる。

以上の実施の形態１のＬＥＤモジュール２３０、あるいはＬＥＤモジュール製造方法によれば、色の違うＬＥＤの混光により所望の白色とするＬＥＤモジュールを組み込む照明器具（ダウンライト、スポットライト等）を壁面においたときの、色ムラを抑制することができる。

１００ 購入色度範囲、１０１ マクアダム楕円３ｓｔｅｐ、１０２ マクアダム楕円５ｓｔｅｐ、１０３ 目標色度座標、１２０ 目標色度範囲、２００ 照明器具、２３０ ＬＥＤモジュール、２３１ 内側ＬＥＤ、２３１−１，２３１−２，２３１−３，２３１−４ 外側ＬＥＤ、２３２ 基板、２３２Ａ 周縁、２３３ 基板内側、２３４ 基板外側。

Claims (4)

1. 複数のＬＥＤであって各ＬＥＤの発する光の合成光が、色度図上で黒体軌跡上の目標色度座標を中心とし、マクアダム楕円の３ｓｔｅｐと同等の面積となる四角形で示される目標色度範囲に属する複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤが実装される基板とを備えたＬＥＤモジュールにおいて、
   前記基板に実装される前記複数のＬＥＤは、
   単体での発光色が前記目標色度範囲に属さない複数のＬＥＤを、少なくとも含むと共に、
   前記基板に実装される前記複数のＬＥＤは、
   一部の複数のＬＥＤが前記基板の周縁寄りである基板外側に配置されて残りの他のＬＥＤが前記基板外側よりも基板の中央領域寄りである基板内側に配置され、
   前記基板外側に配置された前記複数のＬＥＤは、
   全部が色度図における黒体軌跡の上側の範囲に属するか、全部が色度図における黒体軌跡の下側の範囲に属するかの、どちらかであると共に、
   前記基板外側に配置された前記複数のＬＥＤは、
   全部が、前記目標色度範囲に属さないことを特徴とするＬＥＤモジュール。
2. 前記基板は、
   前記周縁の形状が略円形状であり、
   前記基板外側に配置された前記複数のＬＥＤは、
   略円形状である前記基板の前記周縁に沿って配置されたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤモジュール。
3. 請求項１または２のいずれかに記載のＬＥＤモジュールを備えた発光装置。
4. 複数のＬＥＤであって各ＬＥＤの発する光の合成光が、色度図上で黒体軌跡上の目標色度座標を中心とし、マクアダム楕円の３ｓｔｅｐと同等の面積となる四角形で示される目標色度範囲に属する複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤが実装される基板とを備え、前記基板に実装される前記複数のＬＥＤは、一部の複数のＬＥＤが前記基板の周縁寄りである基板外側に配置されて残りの他のＬＥＤが前記基板外側よりも基板の中央領域寄りである基板内側に配置されるＬＥＤモジュールの製造方法において、
   前記基板に実装される前記複数のＬＥＤとして、前記基板外側に配置される個数のＬＥＤであって全部が色度図における黒体軌跡の上側の範囲に属するか、全部が色度図における黒体軌跡の下側の範囲に属するかの、どちらかであると共にそれぞれの単独での発光色が前記目標色度範囲に属さない前記基板外側に配置される個数のＬＥＤを含む、複数のＬＥＤを選択するＬＥＤ選択工程と、
   前記ＬＥＤ選択工程によって選択された前記基板外側に配置される個数のＬＥＤを前記基板外側に実装すると共に、前記基板外側に実装されるＬＥＤ以外のＬＥＤを前記基板内側に実装する実装工程と
   を備えたことを特徴とするＬＥＤモジュールの製造方法。