JP5916800B2 - Ｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ照明器具に関し、特に高演色性を有するＬＥＤ照明器具に関するものである。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、高輝度、低電圧、低消費電力、ＩＣと組み合わせ易く、容易に駆動し且つ長寿命等の利点を有するため、照明領域において光源として幅広く利用されている。従来のＬＥＤ照明器具を採用した一般の白色光ＬＥＤ素子は、青色光ＬＥＤチップと黄色光蛍光体とが結合されて製造されたものである。具体的には、青色光ＬＥＤチップから出射した青色光と青色光が黄色光蛍光体を励起して出射した黄色光とが混合して白色光になる。しかし、これらにおいて赤色光の成分は少ないため、演色性は悪い。

ＬＥＤ照明器具の演色性の問題を解決するために、ほとんどの生産者が高演色性のＬＥＤ素子を採用する方法を介して、ＬＥＤ照明器具の演色性を高める。しかし、この場合、コストを増加させ、また一般の白色光ＬＥＤ素子を利用できないため、生産材料の浪費を招く。

上記の問題点に鑑みて、本発明は、高演色性のＬＥＤ素子を用いずに、ＬＥＤ照明器具の演色性を高めることができるＬＥＤ照明器具を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るＬＥＤ照明器具は、ランプ支持体及び前記ランプ支持体の内部に固定されたＬＥＤ素子を備える。前記ＬＥＤ素子は、白色光ＬＥＤ素子及び赤色光ＬＥＤ素子を含み、前記ランプ支持体は、積載台及び前記積載台に凹んで形成された凹所を含み、前記白色光ＬＥＤ素子は、前記積載台に固定され、前記赤色光ＬＥＤ素子は、前記凹所の内部に固定され、前記ＬＥＤ照明器具は、前記凹所の上部の開口をカバーするように設置されて、前記赤色光ＬＥＤ素子が発する光線を拡散するための第二光拡散素子と、前記ランプ支持体の開口をカバーするように設置されて、前記ＬＥＤ照明器具全体が発する光線を拡散するための第一光拡散素子と、をさらに備える。

従来の技術と異なり、本発明のＬＥＤ照明器具は、高演色性のＬＥＤを用いずに、一般の白色光ＬＥＤ素子及び一般の赤色光ＬＥＤ素子の数量の変化及び照明器具の構造上の特徴を介して、ＬＥＤ照明器具における高演色性及び色温度の変更を実現できる。従って、ＬＥＤ照明器具のメーカーは、新製品開発の際のコストを削減し、ＬＥＤ素子の利用方式を多様化できる。また、本発明の高演色性のＬＥＤ照明器具を使用して物品を照らすと、自然な色彩を現すことができる。これにより、本発明のＬＥＤ照明器具は、色検査、臨床検査に利用できると共に、美術館等の高演色性のランプを必要とする場所にも利用できる。

本発明に係るＬＥＤ照明器具の断面図である。 図１に示したＬＥＤ照明器具の主体部を示す図である。 本発明の異なる白色光ＬＥＤ素子と赤色光ＬＥＤ素子とを組み合せた際のＣＲＩの対比を示す図である。 本発明の第一比較例における白色光ＬＥＤ素子と赤色光ＬＥＤ素子とのレイアウトを示す図である。 本発明の第二比較例における白色光ＬＥＤ素子と赤色光ＬＥＤ素子とのレイアウトを示す図である。 本発明の第三比較例における白色光ＬＥＤ素子と赤色光ＬＥＤ素子とのレイアウトを示す図である。 本発明の異なる白色光ＬＥＤ素子と赤色光ＬＥＤ素子とを組み合わせた際の色温度対比を示す図である。

図１及び図２に示すように、本発明に係るＬＥＤ照明器具は、主体部１０及びハウジング２０を備える。主体部１０の中の各電子部品は、外部電源（図示せず）に電気的に接続されて、前記ＬＥＤ照明器具が動作する時に必要な電気エネルギーを取得する。主体部１０は、ハウジング２０に機械的に連接されている。

主体部１０は、ランプ支持体１００と、白色光ＬＥＤ素子２０１と、赤色光ＬＥＤ素子２０２と、第一光拡散素子３０１と、第二光拡散素子３０２と、第一ＰＣＢ板（図示せず）と、第二ＰＣＢ板（図示せず）と、を備える。ランプ支持体１００は、積載台１０１及び積載台１０１の中間部に凹んで形成された凹所１０２を含む。第一ＰＣＢ板及び第二ＰＣＢ板は、積載台１０１及び凹所１０２にそれぞれ組み合わせて設置され、対応する白色光ＬＥＤ素子２０１及び赤色光ＬＥＤ素子２０２を搭載する。ランプ支持体１００の内面には、ＬＥＤ照明器具の光出射量を増加するための光反射塗料が塗布されている。また、ＬＥＤ照明器具の光出射量を高めるために、第一ＰＣＢ板及び第二ＰＣＢ板に光反射シートをそれぞれ重ねて接合しても良い。しかし、コストを下げるために、光反射シートを省略して、光反射塗料がコーティングされたＰＣＢ板を採用することが好ましい。

白色光ＬＥＤ素子２０１は、第一ＰＣＢ板に電気的に接続され、且つランプ支持体１００の積載台１０１の上面に固定されている。ランプ支持体１００の凹所１０２は、側壁１０２１及び底部１０２２を含む。赤色光ＬＥＤ素子２０２は、第二ＰＣＢ板に電気的に接続され、且つ凹所１０２の底部１０２２の上面に固定されている。このような構造は、赤色光ＬＥＤ素子２０２から出射した赤色光の光混合距離を増加させて、光線の均一性を高める。

ランプ支持体１００の側壁１０２１と底部１０２２との夾角αは３０度〜６０度であるので、底部１０２２に設けられた赤色光ＬＥＤ素子２０２から出射する赤色光を効果的に反射して、光ロスを減少させることができる。積載台１０１が凹所１０２を取り囲んでいるため、底部１０２２に位置する赤色光ＬＥＤ素子２０２は、積載台１０１に設けられた白色光ＬＥＤ素子２０１に包囲される。これにより、赤色光と白色光との混合光の均一性を高めることができる。白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２との順方向電圧差は大きいので、本発明のＬＥＤ照明器具の前記第一ＰＣＢ板の白色光ＬＥＤ素子２０１と前記第二ＰＣＢ板の赤色光ＬＥＤ素子２０２は直列接続されている。これにより、白色光ＬＥＤ素子２０１及び赤色光ＬＥＤ素子２０２を流れる電流の不均等分布を防止すると共に、各ＬＥＤ素子を高電圧、低電流の条件下で動作させて、エネルギーの消費量を減らすことができる。

第二光拡散素子３０２は、凹所１０２の上部の開口をカバーして、赤色光ＬＥＤ素子２０２から出射した光線を拡散する。また、本発明は、第二光拡散素子３０２に対してフォギング処理を行なうことによって、第二光拡散素子３０２を通過する赤色光の均一性を高めて、ＬＥＤ照明器具の赤色斑を薄めることができる。

第一光拡散素子３０１は、ランプ支持体１００の開口をカバーして、赤色光ＬＥＤ素子２０２からの第二光拡散素子３０２により拡散された後の赤色光及び白色光ＬＥＤ素子２０１から出射した白色光を拡散する。また、本発明は、第一光拡散素子３０１に対してフォギング処理を行なうことによって、ＬＥＤ照明器具が発した光線の均一性を高める。第一光拡散素子３０１の光透過率は、７０％〜９０％である。第二光拡散素子３０２の光透過率は、８０％〜９５％である。第一光拡散素子３０１と白色光ＬＥＤ素子２０１との垂直距離を３ｃｍ〜１０ｃｍの範囲内でコントロールし、前記垂直距離が小さ過ぎる場合、白色光と赤色光との光混合距離は小さくなり、ＬＥＤ照明器具の光線の均一性も悪くなる。また、前記垂直距離が大き過ぎる場合、光ロスを増加させるだけでなく、ＬＥＤ照明器具のサイズを増大させ、ランプ支持体１００及びハウジング２０のコストを増加させる。

図３は、本発明の異なる白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２とを組み合せた際の演色性の対比図である。縦座標Ｒａは、平均演色評価数である。横座標は、異なる白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２との組み合せたものであり、且つｘＷ＋ｙＲの方式で示される。Ｗは、白色光ＬＥＤ素子２０１を表し、Ｒは、赤色光ＬＥＤ素子２０２を表す。式ｘＷ＋ｙＲは、ｘ個の白色光ＬＥＤ素子２０１とｙ個の赤色光ＬＥＤ素子２０２の組み合せを意味する。白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２との数量の比率は、ｘ：ｙである。例を挙げて説明すると、２Ｗ＋１Ｒは、２つの白色光ＬＥＤ素子２０１と１つの赤色光ＬＥＤ素子２０２との組み合せを意味する。つまり、白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２との数量の比率は２：１である。

図３から分かるように、白色光ＬＥＤ素子２０１のみを使用する場合、ＬＥＤ照明器具の平均演色評価数は、９０より小さい。白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２との数量の比率が４：１〜１：１の範囲内である場合、前記ＬＥＤ照明器具の平均演色評価数は全て９０以上である。また、白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２との数量の比率が２：１である場合、即ち、２つの白色光ＬＥＤ素子２０１に１つの赤色光ＬＥＤ素子２０２を組み合わせた場合、前記ＬＥＤ照明器具の平均演色評価数は最も高い。

上記の記載から分かるように、本発明のＬＥＤ照明器具は、高演色性のＬＥＤを用いずに、一般の白色光ＬＥＤ素子２０１及び一般の赤色光ＬＥＤ素子２０２を利用して、且つ白色光ＬＥＤ素子２０１及び赤色光ＬＥＤ素子２０２の数量の変化及び照明器具の構造上の特徴を介して、ＬＥＤ照明器具における高演色性及び色温度の変更を実現できる。また、ＬＥＤ照明器具のメーカーは、新製品開発の際のコストを削減し、ＬＥＤ素子の利用方式を多様化にさせることができる。

本発明の高演色性のＬＥＤ照明器具を使用して物品を照らすと、自然な色彩を現すことができる。従って、本発明のＬＥＤ照明器具は、色検査、臨床検査に利用できると共に、美術館等の高演色性のランプを必要とする場所にも利用できる。

前記ＬＥＤ照明器具の白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２との数量の比率が２：１である場合、図４は本発明の第一比較例に係る２つの白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２とのレイアウトを示し、図５は本発明の第二比較例に係る２つの白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２とのレイアウトを示している。

図４に示すように、１つの赤色光ＬＥＤ素子２０２は、２つの白色光ＬＥＤ素子２０１の近傍に位置している。白色光ＬＥＤ素子２０１及び赤色光ＬＥＤ素子２０２が発した光線は混合し、且つ第一光拡散素子３０１及び第二光拡散素子３０２を通過した後、赤いハレーションの視覚効果を有する。

図５に示すように、１つの赤色光ＬＥＤ素子２０２は、２つの白色光ＬＥＤ素子２０１の中央に位置している。白色光ＬＥＤ素子２０１及び赤色光ＬＥＤ素子２０２が発した光線は混合し、且つ第一光拡散素子３０１及び第二光拡散素子３０２を通過する。この際、赤いハレーションが減少したように見えるが、依然として赤色斑が見える。

図６に示すように、前記ＬＥＤ照明器具の白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２との数量の比率が４：１である場合、本発明の第三比較例において、１つの赤色光ＬＥＤ素子２０２は四つの白色光ＬＥＤ素子２０１の中央に位置し、白色光ＬＥＤ素子２０１及び赤色光ＬＥＤ素子２０２からの光線は混合し、且つ第一光拡散素子３０１及び第二光拡散素子３０２により拡散される。この際、該光線は、均一性が高く且つ赤色斑も見えない。つまり、本比較例に係るＬＥＤ照明器具は、高演色性を有するだけでなく、光線も均一である。

図７に示すように、一般の白色光ＬＥＤ素子２０１が発する白色光の相関色温度ＣＣＴは約５０００Ｋであり、寒色に属する。これに対して、本発明は、白色光ＬＥＤ素子２０１と赤色光ＬＥＤ素子２０２とを組み合せてＬＥＤ照明器具を構成する。これにより、前記ＬＥＤ照明器具の色温度は、寒色から暖色に変わる。また、白色光ＬＥＤ素子２０１及び赤色光ＬＥＤ素子２０２の数量を容易に変更でき、且つ前記ＬＥＤ照明器具の色温度を変えることができる。従って、ＬＥＤランプのメーカーは、新製品の開発時間を短縮することができる。

本発明のＬＥＤ照明器具は、放熱部（図示せず）をさらに備える。前記放熱部は、良好な熱伝導率を有する多孔性材料又はフィンを採用し、且つランプ支持体１００及びハウジング２０とそれぞれ接触している。また、前記放熱部は、前記ＬＥＤ照明器具の電源に電気的に接続されたファンをさらに備える。

また、前記ＬＥＤ照明器具の放熱性を高め、ＬＥＤ素子の光減衰を減少するために、ランプ支持体１００のハウジング２０と接触する底部位置に、予め熱伝導ペーストを設けた後、ランプ支持体１００とハウジング２０とを機械的に連接させる。これにより、赤色光ＬＥＤ素子２０２の放熱を促進でき、赤色光ＬＥＤ素子２０２の発光効率が温度の上昇に伴って減衰する現象を軽減することができる。

１０ 主体部
１００ ランプ支持体
１０１ 積載台
１０２ 凹所
１０２１ 側壁
１０２２ 底部
２０ ハウジング
２０１ 白光ＬＥＤ素子
２０２ 赤光ＬＥＤ素子
３０１ 第一光拡散素子
３０２ 第二光拡散素子

Claims (6)

1. ランプ支持体及び前記ランプ支持体の内部に固定されたＬＥＤ素子を備えるＬＥＤ照明器具であって、
   前記ＬＥＤ素子は、白色光ＬＥＤ素子及び赤色光ＬＥＤ素子を含み、前記ランプ支持体は、積載台及び前記積載台に凹んで形成された凹所を含み、前記白色光ＬＥＤ素子は、前記積載台に固定され、前記赤色光ＬＥＤ素子は、前記凹所の内部に固定され、
   前記ＬＥＤ照明器具は、前記凹所の上部の開口をカバーするように設置されて、前記赤色光ＬＥＤ素子が発する光線を拡散するための第二光拡散素子と、前記ランプ支持体の開口をカバーするように設置されて、前記ＬＥＤ照明器具全体が発する光線を拡散するための第一光拡散素子と、をさらに備えることを特徴とするＬＥＤ照明器具。
2. 前記白色光ＬＥＤ素子は、前記赤色光ＬＥＤ素子の周りを取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
3. 前記白色光ＬＥＤ素子と前記赤色光ＬＥＤ素子との数量の比率は、４：１〜１：１であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
4. 前記凹所は、底部及び側壁を備え、前記底部と前記側壁との夾角は、３０度〜６０度であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
5. 前記ＬＥＤ照明器具は、前記白色光ＬＥＤ素子に電気的に接続された第一ＰＣＢ板及び前記赤色光ＬＥＤ素子に電気的に接続された第二ＰＣＢ板をさらに備え、前記第一ＰＣＢ板により搭載された白色光ＬＥＤ素子は、前記第二ＰＣＢ板により搭載された赤色光ＬＥＤ素子と直列接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
6. 前記第一光拡散素子と前記白色光ＬＥＤ素子との垂直距離は、３ｃｍ〜１０ｃｍであり、前記第一光拡散素子の光透過率は、７０％〜９０％であり、前記第二光拡散素子の光透過率は、８０％〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。

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