JP6260855B2 - 発光モジュール及び照明装置、 - Google Patents

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Description

本発明は、LED(Light Emitting Diode)等の半導体発光素子を光源とする発光モジュール及び照明装置に関する。
従来から、RGB3原色のLEDを備えた光源が開発されている。例えば、特許文献1,2には、RGB各色のLED群を備えた発光モジュールが開示されている。また、このような発光モジュールを光源に用いて、カラー演出用照明、シーリングライトなど、種々の照明装置も製品化されている。
発光モジュールにRGB3原色のLED群を備え、各発光色のLED群を個別に駆動制御する照明装置においては、各発光色のLED群の光量を調整することによって、白色、赤、緑、青、黄、水色、紫など、さまざまな色の光を合成することができる。
また、このような発光モジュールにおいて、RGB3原色のLED群に加えて、シアン色や白色など、他の発光色のLEDを設けているものもある。それによって、光源から出射される発光色の範囲を広げるたり、特定の色について発光強度を高めたりすることもできる。
特開2012−64888号公報 特開2006−120860号公報
上記のように発光モジュールに複数色の発光素子が配置されている発光装置においては、複数の各発光色の発光素子群から出射される光をできるだけ均一的に混合して出射することが望まれる。
ここで、モジュール基板上に各発光色の発光素子群を構成する複数の発光素子をばらばらに分散して、異なる発光色の発光素子同士が隣接するように配置すれば、各発光色の発光素子群から出射される光を均一的に混合することができる。
しかし、この場合、発光色ごとに個別に駆動制御できるようにするには、モジュール基板における配線パターンが複雑になりやすく、多層配線構造などの配線構造をとる必要が生じる。
本発明は、上記課題に鑑み、基板上に発光色が異なる複数の発光素子群を備えた発光モジュールにおいて、複数の各発光色の発光素子群から出射される光を均一的に混合して出射することができ、且つ、モジュール基板における配線パターンをシンプルにできるものを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様にかかる発光モジュールは、基板と、前記基板の一面に実装された発光色が異なる複数の発光素子とを備え、基板の一面には、発光色ごとに、給電端子部及び当該給電端子部から各発光素子に電力供給する配線部が形成された発光モジュールであって、複数の発光素子は、一面上において、発光色ごとに、発光素子が前記一面の中央部から外方に向かって複数配置されてなる発光素子列を周方向に複数列形成し、且つ複数色の発光素子列が全体で放射状となるように配置され、給電端子部は、一面において、複数の発光素子が実装されている実装領域より外側の外側領域に設けられ、各発光色の配線部は、対応する給電端子部の一方の極から、当該発光色の複数の発光素子列を経由して他極にもどる電流経路を形成するようにした。
上記態様の発光モジュールにおいて、以下のようにすることもできる。
各発光色に対応する配線部は、外側領域から中央部に向かう内向部分と、中央部から外側領域に向かう外向部分の対を、複数対有し、当該発光色の各発光素子列を、内向部分及び外向部分の少なくとも一方に形成する。
上記一面上において、複数の発光色に対応する配線部を、発光色が互いに異なる配線部同士が互いに交差することなく、中央部の周りに環状に配置する。
そのために、複数の発光色に対応する配線部を、中央部の周りを内側から外側にかけて順番に周回する電流経路を形成するように配置する。
上記一面上において、複数の発光色に対応する配線部は、中央部の周りに環状に配置され、発光色が互いに異なる配線部同士が互いに交差する部分にジャンパーを配置して立体的な配線構造とする。
上記複数の発光素子の発光色には、赤色、青色、緑色、黄色系及びシアン色が含まれ、 黄色系の発光素子列と、シアン色の発光素子列が、赤色、青色、緑色の発光素子の中で、量子効率が最も低い発光素子からなる発光素子列を挟むように配置する。
複数の発光素子の発光色には、赤色、青色、緑色、黄色系及びシアン色が含まれ、
黄色系の発光素子列と、シアン色の発光素子列が、赤色、青色、緑色の発光素子の中で、光束減退率が最も大きい発光素子からなる発光素子列を挟むように配置する。
上記発光モジュールと、その発光モジュールを点灯させる点灯ユニットとを設けて照明装置を構成し、点灯ユニットには、黄色系の発光素子列と、シアン色の発光素子列の一方が点灯しているとき、他方を消灯させる制御手段を設ける。
上記態様に係る発光モジュールによれば、複数の発光色の発光素子列が放射状に配置されていることによって、発光色が異なる発光素子からの光が良好に混色して、均一的な合成色が得られる。
すなわち、各発光色の発光素子列は径方向に伸長しながら、複数の発光色の発光素子列は、周方向に互いに隣接した状態で、全体で環状に配列されている。
そして、各発光素子列は、両側に別の色の発光素子列が隣接した状態となっているので、複数の発光色の発光素子列から出射される光は、良好に混ざり合うことになる。
従って、この発光モジュールから出射される合成光は、発光色が偏ることなく、バランスがよい。
また、上記態様の発光モジュールによれば、給電端子は、一面において、複数の発光素子が実装されている実装領域より外側の外側領域に設けられているので、給電端子への電力供給がやすい。
またその基板の一面において、各発光色の配線部は、対応する給電端子部の一方の極から、当該発光色の複数の発光素子列を経由して他極にもどる配線パターンを有しているので、基板の一面側の配線だけで複数の発光素子列に給電することができる。
従って、基板の背面側に配線パターンを形成したり、積層配線構造をとる必要がないので、基板のコストを抑えることができる。
また、基板の背面側に配線パターンを形成しないことで、基板背面側の絶縁性を確保できる。
各発光色の発光素子列内の発光素子同士を接続する配線部も、外側領域から中央部に向かう内向部分と、中央部から外側領域に向かう外向部分の対を、発光素子列に合わせて複数対形成すればよいので、シンプルな配線パターンとすることができる。
実施の形態1にかかる照明装置の全体構成を示すブロック図。 制御回路部27がメモリに記憶している対応テーブルの一例を示す図。 制御回路部27の制御動作を示すフローチャート。 照明装置1の具体例を示す図。 (a)は装置本体50の分解斜視図、(b)はモジュールユニット51の分解斜視図。 発光モジュール10の平面図である。 (a)は発光モジュール10における発光素子列の配置を示す図、(b)は発光モジュール10における各発光色の配線部の形態を示す図。 照明装置1の効果を説明するCIExy色度図。 実施の形態2にかかる発光モジュール10の平面図。 実施の形態3にかかる発光モジュール110の平面図。 (a)は発光モジュール110における発光素子列の配置を示す図、(b)は発光モジュール110における各発光色の配線部の形態を示す図。
[発明に至った経緯]
本発明者は、基板の一面に発光色が異なる複数の発光素子が実装された発光モジュールにおいて、光を均一的に混合して出射することと、配線をシンプルにすることを両立できるような発光素子の配置形態を求めて検討した。
ここで、下記比較例1のように、同じ色の発光素子を周方向に沿って配置して発光素子列を形成し、複数の発光色の発光素子列を径方向に並べた場合、比較的シンプルな配線パターンとすることができるが、各発光色の光が均一的に混合されにくい。
また、下記比較例2のように、モジュール基板上に各発光色の発光素子群を構成する複数の発光素子をばらばらに分散して、異なる発光色の発光素子同士が隣接するように配置する場合、各発光色の光が均一的に混合されるが、配線パターンが複雑になる。
これに対して、発光色ごとに発光素子を配列した発光素子列を形成し、それを基板上に放射状に並べれば、光を均一的に混合することと、配線をシンプルできることを両立できることを見いだし、本発明に到った。
[実施の形態]
以下、本発明の一態様に係る照明装置および発光モジュールについて、図面を参照しながら説明する。
<実施の形態1>
(照明装置の全体構成)
図1は、照明装置1の全体構成を示すブロック図であり、発光モジュール10と回路ユニット20との接続状態も示す。
照明装置1は、発光色の異なる複数の発光素子群120R,120G,120B,120W,120C,120Yが実装された光源としての発光モジュール10と、この複数の発光素子群120を選択的に駆動する回路ユニット20とを備える。
赤色の発光素子群120Rは、複数の赤色LEDが相互に接続されて構成されている。緑色の発光素子群120Gは、複数の緑色LEDが相互に接続されて構成されている。青色の発光素子群120B、白色の発光素子群120W、シアン色の発光素子群120C、黄色の発光素子群120Yも同様であって、複数の青色LED、複数の白色LED、複数のシアン色LED、複数の黄色LEDが、それぞれ相互に接続されて構成されている。
なお、図1においては、各発光素子群120R,120G,120B,120W,120C,120Yを構成する複数のLEDは直列接続されているように示されているが、直列接続に限らず、並列接続、あるいは直列と並列を組み合わせた接続であってもよい。
照明装置1は、ユーザの指示に基づいて、各発光色の発光素子から出射される光量の組み合わせを変更して、所望の合成色及び光量の合成光を出射できるようになっている。
(回路ユニット20)
回路ユニット20は、外部の商用交流電源(不図示)と電気的に接続されており、外部の商用交流電源から入力される電力を変換して発光モジュール10に供給する。それと共に、複数の発光素子群120R,120G,120B,120W,120C,120Yの点灯制御を行う。
この回路ユニット20は、AC/DCコンバータ(不図示)と、定電流回路21〜25と、切替スイッチ26と、制御回路部27とを備える。
AC/DCコンバータは、例えばダイオードブリッジが用いられ、商用交流電源から交流で受け取る電力を直流に変換して各定電流回路21〜25に電力を供給する。
定電流回路21〜25は、周知の降圧チョッパ回路や昇降圧回路等を用いて構成され、制御回路部27から指示された電流値となるように制御しながら、各発光素子群120R,120G,120B,120W,120C,120Yに直流で電力供給する。
定電流回路21〜23は、電力ライン33R,33G、33B,33Wを介して、発光素子群120R,120G,120B,120Wのアノード側と1対1で接続されている。一方、定電流回路25は、共通電力ライン31と切替スイッチ26と、分岐ライン32C,32Yを介して、発光素子群120Cのアノード側と発光素子群120Yのアノード側とに接続されている。
各発光素子群120R,120G,120B,120W,120C,120Yのカソード側は共通の電力ライン34に接続されている。
切替スイッチ26は、制御回路部27の指示に基づいて、C接続状態と、Y接続状態とに切替わる動作を行う。ここでC接続状態は、共通電力ライン31が分岐ライン32Cに接続され、分岐ライン32Yには接続されない状態、Y接続状態は、共通電力ライン31が分岐ライン32Yに接続され、分岐ライン32Yには接続されない状態である。
制御回路部27は、マイクロプロセッサとメモリとを備えている。
メモリには、複数の色番号と、その色に対応する各発光素子群120R,120G,120B,120W,120C,120Yの出力値(Ur,Ug, Ub,Uw,Uc,Uy)が記憶されている。
図2は、その対応テーブルの一例を示す図である。
各発光素子群120R,120G,120B,120W,120C,120Yの出力値(Ur,Ug, Ub,Uw,Uc,Uy)は、0〜100の間で設定されている。ただし、シアンの出力値Ucと黄の出力値Uyの少なくとも一方は0に設定されている。
入力装置27aは、ユーザが照明装置1で発光させたい色を指定する装置である。具体的には、ユーザによって上記テーブルに記載された色番号のいずれかが指定され、指定された色番号を制御回路部27に送る。
図3は、制御回路部27が定電流回路21〜25及び切替スイッチ26を制御する動作を示すフローチャートである。当図に基づいて回路ユニット20の動作を説明する。
制御回路部27は、入力装置27aから色番号が入力されるのを待ち、入力されると(ステップS1でYes)、上記テーブルを参照してその番号に対応する各色の出力値(Ur,Ug, Ub,Uw,Uc,Uy)を読み出す(ステップS2)。
制御回路部27は、Uy=0ならば切替スイッチ26にC接続を指示し、Uy=0でなければ切替スイッチ26にY接続を指示する(ステップS3〜S5)。
そして、制御回路部27は、定電流回路21〜23に対しては、発光素子群120R,120G,120B,120Wの出力値Ur,Ug, Ub,Uwをそれぞれ指示する。
また制御回路部27は、定電流回路25に対しては、発光素子群120Cの出力値Ucと発光素子群120Yの出力値Uyの和(Uc+Uy)を指示する(ステップS6)。
そして、制御回路部27は、入力装置27aから次の色番号が入力されるのを待つ(ステップS1)。
定電流回路21〜25は、制御回路部27からの指示に基づいて電力を継続して出力する。具体的には、各定電流回路21〜25は、PWM方式で駆動し、制御回路部27から送られてくる出力値に相当するオンデューティ比(1周期の中でONの時間の割合)で出力する。
以上のような回路ユニット20の動作によって、出力値Ur,Ug, Ub,Uwに相当するオンデューティ比で、定電流回路21〜24から発光素子群120R,120G,120B,120Wに電力が供給される。
また、出力値Uc,Uyに相当するオンデューティ比で、定電流回路25から発光素子群120C,120Yに電力が供給される。
このような回路ユニット20の制御動作によって、各発光素子群120R,120G,120B,120C,120Yには、ユーザが指定した色に相当する電流量が供給される。それによって、発光モジュール10から発せられる各色の光強度は、図2のテーブルにおいてユーザが指定した色番号に相当する各色出力値の通りとなる。
そして、テーブル中のいずれの色番号が選択された場合でも、発光素子群120Cと発光素子群120Yの少なくとも一方は非点灯状態(消灯状態)となる。
(照明装置の具体例)
図4は、照明装置1の具体例を示す図である。
照明装置1は、例えば屋内で舞台演出用のライトとして用いたり、屋外で壁やグランドを照射する演出用ライトとして用いられる。
図4に示すように、照明装置1は、装置本体50と、これに電力を供給する回路ユニット20とを備える。発光モジュール10と回路ユニット20とは、配線群30を介して接続されている。
この配線群30は、図1に示した電力ライン33R,33G、33B,33W,32C,32Y、電力ライン34に相当する。
図5(a)は装置本体50の分解斜視図である。
装置本体50は、モジュールユニット51が放熱板52上に載置され、モジュールユニット51の上面には、固定金具54が取り付けられている。モジュールユニット51の両横面は横取付金具53によって固定金具54に固定されている。
固定金具54の両端には、放熱板52を挟み込むように側板55が取り付けられている。
図5(b)はモジュールユニット51の分解斜視図である。
モジュールユニット51は、モジュールベース511上に発光モジュール10が搭載された状態で、モジュールケース512によって固定されて構成されている。
発光モジュール10における素子を実装した実装領域101に対応して、モジュールケース512には開口512aが開設され、この開口512aには光透過性の前面パネル513が装着されている。また、上記の固定金具54にも、開口54aが開設されている。
このような装置本体50において、発光モジュール10の実装領域101から出射される光は、開口512a及び開口54aを通り、前面パネル513を透過して装置本体50から出射される。
(発光モジュール10)
図6は、発光モジュール10の平面図である。
発光モジュール10は、モジュール基板11と、そのモジュール基板11に実装された複数色の発光素子12R,12G,12B,12W,12C、12Yを備える。
モジュール基板11は、角形状であって、例えば、セラミック基板や熱伝導樹脂等からなる絶縁層と、その上面側に形成された配線パターン層の2層構造を有する。そして、モジュール基板11の上面11aには、端子部14、配線部15が形成され、その配線部15に発光素子12R,12G,12B,12W,12C,12Yが実装されている。
配線部15は、発光色ごとに、端子部14に供給される電力を、各発光素子12に供給するように、上面11a上に配線パターンを形成している。
モジュール基板11の上面11aにおいて、複数の発光素子12R,12G、12B,12W,12C,12Yは、2次元状に広がって実装されている。図7(a)に示されるように複数の発光素子12が実装されている実装領域101は円形状となっている。
モジュール基板11の上面11aにおける各色の発光素子12R,12G、12B,12W,12C,12Yの配置については、詳しくは後述するが、発光色が異なる発光素子から出射される光が均一的に混ざり合って、合成色が形成されるように配置されている。
また、白色発光素子12Wは、単独の点灯で白色光を出射することもできるが、図2の色番号No.101,102などのように、他の色の発色光と組わせて点灯することによって、照明装置1から出射する光量を高めることができる。
各発光素子12R,12G,12B,12W,12C,12Yは、SMD型のLEDである。
赤色発光素子12R,緑色発光素子12G,青色発光素子12B、シアン色発光素子12Cは、各素子の発光層から赤色、緑色、青色、シアン色の光を出射する。白色発光素子12W、黄色発光素子12Yは、例えば青色発光素子から出射される光を蛍光体で波長変換することによって、白色光あるいは黄色光を発光する。
(発光モジュール10における各発光色の発光素子の配置形態)
図6,図7(a)に示す発光モジュール10においては、発光色ごとに、同じ色の発光素子12がライン状に配置されて発光素子列121R,121G,121B,121W,121C,121Yが形成されている。そして、これら発光素子列121R,121G,121B,121W,121C,121Yは複数本ずつ周方向に形成され、モジュール基板11の上面11aにおいて全体で放射状に配置されている。
具体的には、モジュール基板11の上面11aには、各発光色ごとに、発光素子列121が4本ずつあり、6色合計で24本の発光素子列121が放射状に配置されている。
すなわち、赤色については、4本の発光素子列121Rが、90°間隔で十字状に配置されている。そして、各発光素子列121Rは、複数の発光素子12Rが径方向に列設されて形成されている。また、緑色についても、4本の発光素子列121Gが、90°間隔で十字状に配置されている。そして、各発光素子列121Gは、複数の発光素子12Gが径方向に列設されて形成されている。青色、白色、シアン色、黄色についても同様である。
なお、上面11aには温度センサSも実装され、温度測定ができるようになっているが、その説明は省略する。
上記のように、発光モジュール10において、複数の発光素子列121R…121Yが放射状に配置されていることによって、発光色が異なる発光素子からの光が良好に混色して、均一的な合成光が得られる。
すなわち、各発光色の発光素子列は径方向に伸長しながら、複数の発光色の発光素子列121は、周方向(図7(a)の矢印C方向)に互いに隣接した状態で、全体で放射状に配列されている。いわば、複数の発光色の発光素子列121が、周方向にエンドレスで配列されている。
従って、いずれの発光色の発光素子列121も、その両側には別の色の発光素子列121が隣接して挟まれた状態となっている。例えば、4つの赤色の発光素子列121Rはそれぞれ、黄色の発光素子列121Yと青色の発光素子列121Bとで挟まれている。
よって、複数の発光色の発光素子列121から出射される光は、良好に混合されことになる。
特に、発光モジュール10では、図6,7(a)に示すように、各色の発光素子列121が周方向に一定の色順で繰り返して並んでいる。すなわち、反時計回り(矢印C)、赤色の発光素子列121R,黄色発光素子列121Y,緑色発光素子列121G,シアン色の発光素子列121C,白色の発光素子列121W,青色の発光素子列121Bの順で繰り返して並んでいる。それによって、より均一的な合成光が得られることになる。
(発光モジュール10における配線部15の形態)
端子部14および配線部15は、モジュール基板11の上面11aにおいて、絶縁層上に形成された導体パターンである。
説明上、図7(a)に示すように、モジュール基板11の上面11aにおいて、発光素子12が実装されている環状の領域を実装領域101、実装領域101の内側を中央部102、実装領域101の外側を外側領域103ということとする。
端子部14は、給電用の端子であって、図6に示すように、上面11aにおける外側領域103に形成されている。この端子部14は、発光色ごとに正極端子と負極端子を対で備えている。そして、端子部14は、コネクタ19を介して、図2に示す配線群30と電気接続されている。
図7(b)は、図6に示す発光モジュール10において各発光色の配線部15のパターンを説明する図である。この図7(b)では、配線を流れる電流の向きを矢印であらわしている。また簡略化のために、赤色、緑色、青色、シアン色についてだけ示し、黄色と白色については省略している。
配線部15による複数の発光素子12の接続形態について説明する。
上面11aにおいて、各発光色に対応する配線部15は、以下のように、同じ色の発光素子12同士を直列もしくは直列と並列を組み合わせた形態で接続している。
赤色の配線部15Rは、2並2直で接続された4個の発光素子12Rの組を、6組直列で接続し、24個の発光素子12Rからなる赤色発光素子群120Rを構成している。
緑色の配線部15Gは、10個の発光素子12Gを直列接続し、緑色発光素子群120Gを構成している。青色の配線部15Bも、10個の発光素子12Bを直列接続し、青色発光素子群120Bを構成している。白色の配線部15Wも、10個の発光素子12Wを直列接続し、白色発光素子群120Wを構成している。シアン色の配線部15Cも、10個の発光素子12Cを直列接続し、シアン色発光素子群120Cを構成している。
黄色の配線部15Yは、2並3直で接続された6個の発光素子12Yを2組と、2並2直で接続された4個の発光素子12Yを2組とを直列で接続し、20個の発光素子12Rからなる黄色発光素子群120Yを構成している。
各発光色の配線部15は、外側領域103を周方向に電流が進む外周部分16、並びに外側領域103から中央部102に向かって電流が進む内向部分17、内向部分17に続いて中央部102から外側領域103に向かって進む外向部分18の対を複数対備える。
各発光色の発光素子12は、この内向部分17又は外向部分18に、はんだ付けなどで実装されて、上記の発光素子列121が形成されている。
図6,7の例では、各発光色の配線部15は、内向部分17R及び外向部分18Rの対を4対ずつ有し、各対の内向部分17Rまたは外向部分18Rに発光素子列121が設けられている。それによって、上記のように発光色ごとに4本、6色合計で24本の発光素子列121が配置されている。
そして、各発光色の配線部15は、正極端子からその発光色の発光素子列121を複数経由して負極端子にもどる電流経路を形成している。
例えば、赤色については、正極端子14R+から、複数の外周部分16R、内向部分17R及び外向部分18Rの対を経由して、負極端子14R−にもどる電流経路を形成している。緑色については、正極端子14G+から、複数の外周部分16Gと、内向部分17G及び外向部分18Gの対を経由して、負極端子14G−にもどる電流経路を形成している。
さらに、本実施形態の発光モジュール10においては、各発光色に対応する配線部15は、発光色が異なる配線部15同士が上面11a上で互いに交差しない配線パターンで形成されている。この点について以下に説明する。
図6,7に示すように、各発光色の配線部15は、端子部14の正極から中央部102の周りを一方向(反時計周り)に周回して端子部14の負極に戻る電流経路を形成している。そして、6つの配線部15による電流経路は、中央部102の周りを内側から外側にかけて順に周回するように形成されている。いわば複数の環状の配線部15が、中央部102の周りをたまねぎ状に順に取り巻く構造となっている。
具体的には、緑色の配線部15Bが一番内側を周回する電流経路を形成し、外側に向かって順に、黄色の配線部15Y、赤色の配線部15R、青色の配線部15B、白色の配線部15W、シアン色の配線部15Cが周回する電流経路を形成している。
また、端子部14における各色の端子の配列順もこれに合わせている。すなわち、一番内側を周回する緑色の配線部15Bと接続される正極端子14B+と負極端子14B-が中央に位置し、その両側に黄色の正極端子14Y+と負極端子14Y-が位置し、その外側に、赤色、青色、白色、シアン色の正極端子と負極端子が順に位置している。
このように、複数色用の配線部15が中央部102の周りを順に周回する電流経路を形成する構成によって、発光色が異なる配線部15同士が上面11a上で互いに交差しない配置が実現されている。
なお、各発光色の配線部15において、対となる内向部分17と外向部分18一方だけに発光素子12を配置して発光素子列121を形成し、他方には発光素子12を配置していない。これは、6色の発光素子列121を、上記のように周方向に一定の順に並べることを考慮してなされている。
具体的には、赤色の配線部15Rは、内向部分17Rには発光素子12Rは配置されず、外向部分18Rに発光素子12Rが配置されて発光素子列121Rが形成されている。緑色の配線部15G、青色の配線部15B、白色の配線部15W、黄色の配線部15Yにおいても、同様に、外向部分18G、外向部分18B、外向部分18W、外向部分18Yだけに発光素子12が配置されて発光素子列121が形成されている。一方、一番外側のシアン色の配線部15Cでは、内向部分17Cに発光素子12Cが配置されて発光素子列121Cが形成され、外向部分18Cには発光素子12Cが配置されていない。
(発光モジュール10における発光素子12の配置と配線部15の形態による効果)
以上のように、照明装置1によれば、各発光色の発光素子列が放射状に配置されていることによって、各発光色の光の合成が良好になされる。
特に、各色の発光素子列121が周方向に一定の色順で並んでいて、赤色,黄色,緑色,シアン色,白色,青色のいずれの色においても、発光素子列121の数は同じ4本ずつであって、90°間隔で対称的に配置されているので、色の偏りが少ない均一的な色の光を合成できる。
また、各発光色の配線部15は、上面11a上において、発光色が異なる配線部15同士が互いに交差することなく形成されている。
このように各発光色の配線部15を、モジュール基板11の上面11a側だけに設けることによって、モジュール基板11の背面側には配線を設けることなく、背面側全体に絶縁層を露出させることができる。それによって、発光モジュール10をモジュールベース511に直接搭載したときにも両者の絶縁を良好にすることができる。
また、各配線部15の内向部分17または外向部分18に各発光色の発光素子列121が形成されているので、配線パターンもシンプルになっている。
なお、図6に示す発光モジュール10では、各色の発光素子列121を周方向に一定順で繰り返し並べるために、各発光色の配線部15において、内向部分17及び外向部分18のいずれか一方だけに発光素子12が実装されていた。
しかし、各色の発光素子列121の数や並び順などの制約がなければ、内向部分17及び外向部分18の両方に発光素子12を実装してもよい。
(発光モジュール10と比較例との対比)
比較例1:
比較例1として、同じ色の発光素子を周方向に沿って配置して発光素子列を形成し、複数の発光色の発光素子列を径方向に並べる場合について考察する。
この場合、配線部も環状の発光素子列に沿って形成すればよく、比較的シンプルな配線パターンとすることができる。
しかし、発光色の異なる発光素子列が、周方向でなく径方向に並ぶことになるので、一番内側に配置された発光色の発光素子列の内側には、別の発光色の発光素子列が存在しない。また一番外側に配置された発光色の発光素子列の外側には、別の発光色の発光素子列が存在しない。
よって、この比較例1の場合、各発光色の発光素子からの光は、径方向に偏りが生じやすく、各発光色の光が均一的には混合されにくい。
比較例2:
比較例2として、モジュール基板上に各発光色の発光素子群を構成する複数の発光素子をばらばらに分散して、異なる発光色の発光素子同士が隣接するように配置する場合について考察する。
この場合、各発光色の発光素子群から出射される光を均一的に混合することができる。
しかし、各発光色の発光素子群を個別に駆動制御するために、モジュール基板における配線パターンが複雑になりやすく、多層配線構造などの配線構造をとる必要がある。
よって、比較例2の発光モジュールにおいては、モジュール基板における配線部を、基板上面だけに形成し且つシンプルな配線パターンとすることは難しい。
(シアン色の発光素子群及び黄色の発光素子群を設けたことによる効果)
照明装置1において、発光モジュール10に、赤色の発光素子群120R、緑色の発光素子群120G、青色の発光素子群120Bに加えて、シアン色の発光素子群120C及び黄色の発光素子群120Yを設けている。その効果について図8のCIExy色度図を参照しながら説明する。
赤、緑、青色は加法3原色なので、赤、緑、青色の発光素子群を用いれば、その発光比率を変えることによって、図8のCIExy色度図における赤色、緑色、青色を頂点とする三角形の内側(図8でハッチングした領域)のあらゆる色を合成できる。
一方、発光素子群120Cから発光色であるシアン色や発光素子群120Yの発光色である黄色は、この三角形の外方に位置するので、赤、緑、青色の発光素子群からの光だけでは合成できない。また、図8において緑色、青色、シアン色を頂点とする三角形(矢印A)内の領域の色、並びに緑色、赤色、黄色を頂点とする三角形(矢印B)内の色も、赤、緑、青色の発光素子群だけでは合成できない。
これに対して、照明装置1においては、シアン色発光素子群120Cあるいは黄色発光素子群120Yを点灯することによって、シアン色や黄色を出射することができる。
また、緑色の発光素子群120G、青色の発光素子群120B、シアン色発光素子群120Cからの光の組み合わせによって、図8における緑色、青色、シアン色を頂点とする三角形(矢印A)内のあらゆる色を合成することもできる。例えば、図2のNo.205の色がこれに相当する。
また、緑色の発光素子群120G、赤色の発光素子群120R、黄色の発光素子群120Yからの光の組み合わせによって、図8における緑色、赤色、黄色を頂点とする三角形(矢印B)内のあらゆる色を合成することもできる。例えば、図2のNo.305の色がこれに相当する。
このように照明装置1においては、シアン色及び黄色の発光素子群を備えることによって、赤、緑、青色の発光素子群からの光だけで出せないシアン色系や黄色系の光を出射できる。従って、出射できる光の色範囲が大きく広がるので、光による演出効果を高めることができる。
(照明装置1の点灯制御方式による効果)
一般に基板上に多くの発光素子が配置された発光モジュールにおいて、すべての発光素子を同時に点灯させると、各発光素子から発生した熱が蓄積されて、基板が高温になりやすい。
ここで、照明装置1においては、図2におけるいずれの色番号が選択された場合でも、発光素子群120Cと発光素子群120Yの少なくとも一方は非点灯状態となる。
それによって以下の効果を奏する。
非点灯の発光素子は発熱しないので、光源である発光モジュール10の実装領域101内で非点灯の発光素子のとこは発熱しない領域となる。従って、照明装置1の駆動時において、発光モジュール10の実装領域101の中に、発熱しない領域が分散して形成されるので、モジュール基板11が高温になるのが抑制される。
また、上述したように、RGB3原色に相当する赤色、緑色、青色の発光素子群は、上記図8の三角形内の各色を合成するために、同時に点灯させる必要性が高い。それに対して、黄色の発光素子群120Y及びシアン色の発光素子群120Cは、赤色、緑色、青色の発光だけでは合成できない光を出射して色の範囲を広げるために用いるので、発光素子群120Cと発光素子群120Yとは同時に点灯しなくても支障はない。
以上の理由から、照明装置1のようにシアン色の発光素子群120C及び黄色の発光素子群120Yの一方を点灯させるときに他方を消灯する制御を行うことによって、光源の昇温上昇を抑制する効果が得られ、且つ幅広い範囲の色の光を出射させる上で支障もない。
また回路ユニット20においては、共通の定電流回路25から切替スイッチ26を介して、シアン色の発光素子群120Cと黄色の発光素子群120Yに電力供給を切り替えているので、回路ユニット20の構成を簡素にすることができる。
すなわち、シアン色の発光素子群120Cと黄色の発光素子群120Yに対しては、個別の定電流回路から電力供給を行ってもよいが、このように共通の定電流回路25を用いることによって、回路ユニット20における定電流回路の数を減らすことができる。
このように電力供給回路の数を減らすことで、回路ユニット20の構成を簡素にすることができる。
なお、以上の説明では、シアン色の発光素子群120C及び黄色の発光素子群120Yの少なくとも一方が出力0となるようにしたが、出力0でなくても、微弱な出力(例えば最高出力の10%以下)であれば同様の効果を奏する。
従って、シアン色の発光素子群120C及び黄色の発光素子群120Yの少なくとも一方を消灯させるときの「消灯」は、出力0とする場合だけでなく、微弱な出力とする場合も含むこととする。
(照明装置1の点灯方式と発光素子列の配列順との組み合わせによる効果)
図7(a)に示す配列では、上記のように、赤色発光素子列121R,黄色発光素子列121Y,緑色発光素子列121G,シアン色の発光素子列121C,白色の発光素子列121W,青色の発光素子列121Bの順で繰り返して並んでいる。
従って、緑色の発光素子列121Gは、それに隣接するシアン色の発光素子列121Cと黄色の発光素子列121Yとで挟まれている。また、緑色の発光素子12Gが、それに隣接するシアン色の発光素子12Cと黄色の発光素子12Yとで挟まれているともいえる。 このような発光素子12の配置とすることよって以下のような効果を奏する。
一般に赤色発光素子12R,緑色発光素子12B,青色発光素子12Bの中では、緑色の発光素子12Gが量子効率が最も低い。ここで、発光素子の量子効率が低いほどその発熱量が大きくなるので、緑色の発光素子12Bは高温になりやすい。
一方、上述したように、照明装置1において、いずれの色番号の光を出射する場合も、シアン色の発光素子群120Cと黄色の発光素子群120Yの少なくとも一方は消灯状態となる。
従って、上記3原色の発光素子12R,12B,12Bの中で最も量子効率が低い緑色の発光素子12Gを、シアン色の発光素子12Cと黄色の発光素子12Yとで挟むことによって、緑色の発光素子12Gの過度な昇温を抑えることができる。
なお、赤色発光素子12Rと青色発光素子12Bは、緑色発光素子12Gと比べると発熱は少ないので、これらも過度の昇温はなされにくい。
このようにして、最も量子効率の低い緑色の発光素子12Gの昇温を抑えることによって、発光モジュール10において最も高温となりやすい部分の温度を低減できる。それによって照明装置1における各部材の材料として、耐熱性が低い材料を使えるので、装置のコスト低減につながる。
次に、図7(a)に示す配列において、赤色の発光素子列121Rと緑色の発光素子列121Gの位置を入れ替えた変形例について考察する。
この場合、赤色の発光素子列121Rは、それに隣接するシアン色の発光素子列121Cと黄色の発光素子列121Yとで挟まれる。また、赤色の発光素子12Rが、それに隣接するシアン色の発光素子12Cと黄色の発光素子12Yとで挟まれているともいえる。 このような発光素子12の配置とすることよって、以下のように、照明装置1の商品寿命を伸ばす効果が得られる。
一般に赤色発光素子12R,緑色発光素子12B,青色発光素子12Bの中では、赤色発光素子12Rの光束減退率が最も大きい。
照明装置の商品寿命は、最も光束減退率の大きい発光色の発光素子の寿命によって実質上決まるので、赤色発光素子12Rの光束減退率が大きいと、照明装置1の商品寿命が短くなる。
ここで、上述したように、照明装置1においては、いずれの色番号の光が選択されている場合も、シアン色の発光素子群120Cと黄色の発光素子群120Yの少なくとも一方は消灯状態となる。
従って、上記3原色の発光素子12R,12B,12Bの中で、最も光速減退率の大きい赤色の発光素子12Rを、シアン色の発光素子12Cと黄色の発光素子12Yとで挟むことによって、赤色の発光素子12Rの温度を低減することができる。そして赤色発光素子12Rの駆動時の温度を低減すると、発光素子12Rの光速減退率が小さくなるので、照明装置の商品寿命が伸びることになる。
<実施の形態2>
図9は、実施の形態2にかかる発光モジュール10の平面図である。
実施の形態1の発光モジュール10においては、複数の発光素子12が実装されている領域は円環状であったが、本実施形態の発光モジュール10では、複数の発光素子12が実装されている領域は四角形状である。すなわち、実装領域が四角形状となるように、複数の発光素子12の配置が調整されている。
モジュール基板11の上面11aにおいて、発光素子列121R,121G,121B,121W,121C,121Yが複数本(4本)ずつ、モジュール基板11の上面11aにおいて全体で放射状に配置されている点は、実施の形態1と同様である。
照明装置の点灯方式も実施の形態1と同様である。
従って、実施の形態1と同様に、複数の発光色(6色)の発光素子列から出射される光は、良好に混ざり合う。
また、発光モジュール10における端子部14及び配線部15の形態も、実施の形態1と同様であり、各発光色の配線部15は、上面11a上において、中央部の周りを電流経路が周回しており、発光色が互いに異なる配線部15同士は互いに交差していない。
従って、各発光色の配線部15は、すべて上面11a側にあり、且つ、比較的シンプルな配線パターンとなっている。
また、実施の形態1で説明したシアン色の発光素子群及び黄色の発光素子群を設けたことによる効果、照明装置の点灯方式による効果なども得ることができる。

<実施の形態3>
図10は、実施の形態3にかかる発光モジュール110の平面図である。
この発光モジュール110においても、赤色,黄色,緑色,シアン色,白色,青色の6色の発光素子群120を有し、各発光素子群120は複数の発光素子列121からなる。
複数の発光色の発光素子列121は、全体で放射状に配置されている。
図11(a)に示すように、モジュール基板11の上面11aにおいて、発光素子12が実装されている実装領域101、実装領域101の内側の中央部102、実装領域101の外側に外側領域103を有している。
6色の発光素子列121は、周方向に一定の色順で並んでいる。すなわち、図11(a)中の矢印Cに方向に、赤色の発光素子列121R,シアン色の発光素子列121C,黄色の発光素子列121Y,白色の発光素子列121W,青色の発光素子列121B,緑色の発光素子列121Gの順で、繰り返して並んでいる。
この発光モジュール110を用いた照明装置の構成並びに点灯方式も、実施の形態1で説明したのと同様である。
以上の点は、実施形態1,2の発光モジュール10と共通しているが、発光モジュール110においては、各発光色における発光素子列121の数は6本であって、60°間隔でほぼ対称的に配置されている。
また、実施の形態1,2の発光モジュール10では、発光色の異なる配線部15同士が交差することなく配されていたが、本実施形態の発光モジュール110では、上面11a上において発光色が異なる配線部15同士は交差する部分を有している。
そして、その交差部分にジャンパ−Jが配置されている。互いに交差する一方の配線はジャンパーJを介して接続され、このジャンパーJは他方の配線をまたいで立体交差している。
このように交差箇所にジャンパーJを用いて立体的な配線構造とすることよって、配線部15同士は、互いに交差する箇所があるにもかかわらず、相互の絶縁が保たれている。
図11(b)は、図10に示す発光モジュール10において各発光色の配線パターンを説明する図である。この図11(b)において、配線を流れる電流の向きを矢印であらわしている。また簡略化のために、赤色、緑色、黄色についてだけ示し、青色,白色、シアン色については省略している。
各発光色の配線部15の配置形態、複数の発光素子12同士の接続形態について、以下に具体的に示す。
赤色発光素子群120R:
赤色の配線部15Rは、複数の外周部分16R、内向部分17R及び外向部分18Rの対を3対有し、正極端子14R+から、負極端子14R−にもどる電流経路を形成している。内向部分17Rと外向部分18Rの両方に、それぞれ発光素子列121Rが形成されている。
この配線部15Rによって、20個の発光素子12Rが直列で接続されて、赤色発光素子群120Rが構成されている。
緑色発光素子群120G:
緑色の配線部15Gは、複数の外周部分16G、内向部分17G及び外向部分18Gの対を5対有し、正極端子14G+から負極端子14G−にもどる電流経路を形成している。5対の内向部分17Bと外向部分18Bの中、3対の内向部分17Bと外向部分18Bにそれぞれ発光素子列121Bが形成されている。
青色発光素子群120B:
青色の配線部15Bは、複数の外周部分16B、内向部分17B及び外向部分18Bの対を5対有し、正極端子14B+から負極端子14B−にもどる電流経路を形成している。各内向部分17Bには発光素子列121Bが形成されているが、6つの外向部分18Bの中、1つだけに発光素子列121Bが形成されている。
配線部15Bによって、15個の発光素子12Bが直列で接続されて、青色発光素子群120Bが構成されている。
白色発光素子群120W:
白色の配線部15Wは、複数の外周部分16W、内向部分17W及び外向部分18Wの対を6対有し、正極端子14W+から負極端子14W−にもどる電流経路を形成している。6対の内向部分17W及び外向部分18Wにおいて、内向部分17Bと外向部分18Bの一方または両方にまたがって発光素子列121Wが形成されている。
この配線部15Wによって、15個の発光素子12Wが直列で接続されて、白色発光素子群120Wが構成されている。
シアン色発光素子群120C:
シアン色の配線部15Cは、複数の外周部分16C、内向部分17C及び外向部分18Cの対を3対有し、正極端子14C+から負極端子14C−にもどる電流経路を形成している。3対の内向部分17C及び外向部分18Cにおいて、内向部分17Bと外向部分18Bの両方にぞれぞれ発光素子列121Cが形成されている。
この配線部15Wによって、15個の発光素子12Wが直列で接続されて、白色発光素子群120Wが構成されている。
黄色発光素子群120Y:
黄色の配線部15Yは、複数の外周部分16Y、内向部分17Y及び外向部分18Yの対を複数対有し、正極端子14Y+から負極端子14C−にもどる電流経路を形成している。内向部分17Y及び外向部分18Yの対は3対存在し、内向部分17Yと外向部分18Yの両方にぞれぞれ発光素子列121Yが形成されている。
3対の内向部分17Y及び外向部分18Yは、並列接続され、3対の発光素子列121Yに対して並列的に電流が流れるようになっている。
この配線部15Yによって、15個の発光素子12Yが15直列で接続されたものが3並列で接続されて、合計45個の発光素子12Yからなる黄色発光素子群120Yが構成されている。
このような発光モジュール110においても、各発光色の配線部15は、すべて上面11a側にあり、且つ、比較的シンプルな配線パターンとなっている。
また、実施の形態1で説明したシアン色の発光素子群及び黄色の発光素子群を設けたことによる効果、照明装置の点灯方式による効果なども得ることができる。
一方、本実施の形態の発光モジュール110は、実施の形態1の発光モジュール10と比べて、以下の点で効果の違いがある。
発光モジュール110においては、発光色の異なる配線部15が、互いに交差している部分を有しているので、交差部分にジャンパーを配置するなどして配線同士を絶縁する必要はある。
しかし、発光色の異なる配線部15同士が交差してもよいので、配線部15の配線パターンにおける制約は少なくなり、配線パターンの自由度がより大きくなる。
例えば実施の形態1では、複数の発光色の配線部15はすべて、電流経路が中央部の周りを一方向に周回し、互いに交差しないようにしている。
これに対して、本実施形態のように配線部同士が交差してもよい場合は、すべての配線部15の電流経路を一方向に周回させる必要はない。実際、発光モジュール110においては、黄色の配線部15Rは電流経路が中央部の周りを一方向に周回しておらず、3対の発光素子列121Yに分岐して並列的に電流が流れている。
また実施の形態1の発光モジュール10では、6色の発光素子列121を周方向に一定の順序で並べるために、各発光色の配線部15において、内向部分17と外向部分18の一方に発光素子12を設けていなかった。これに対して、本実施形態の発光モジュール110ではそのような制約もない。
このように、発光モジュール110は、配線部15のパターンにおける制約が少なくなる。それに伴って、上面11aに複数の発光色の発光素子12を配置するときの自由度も大きくなる。また、上面11aに配置する発光素子12の配置密度を高めることも容易になるので、発光モジュールの小型化にも寄与する。
なお、本実施形態の発光モジュール110においては、シアン色の発光素子列121Cと黄色の発光素子列121Yは、隣接して配置されており、量子効率の低い緑色発光素子列121Gや光束減退率の大きい赤色発光素子列121Rを挟んでいない。従って、実施の形態1で説明した照明装置1の点灯方式と発光素子列の配列順との組み合わせによる緑色発光素子12Gや赤色発光素子12Rの温度低減効果は得られない。
ただし、発光モジュール110においても、シアン色の発光素子列121Cと黄色の発光素子列121Yで、緑色発光素子列121Gや赤色発光素子列121Rを挟み込むように発光素子列の配列順を変更すれば、そのような効果を得ることもできる。
<変形例など>
上記実施の形態では、発光モジュールにおいて6色(赤,緑,青,白,シアン、黄)の発光素子を備えていたが、黄色の発光素子の代わりに、レモン色、オレンジ色やアンバー色の発光素子を用いても同様に実施することができ、同様の効果を奏する。
また実施の形態で説明した発光モジュールにおいて、白色の発光素子群は省略して5色(赤,緑,青,シアン,黄)の発光素子群を設けた場合も、同様に実施することができ、同様の効果を奏する。
また、RGB3色だけの発光素子群を備えた発光モジュールにおいても、3色の発光素子列を放射状に配置して、同様に配線部などを配設することによって、出射光を均一的に混合すると共に配線をシンプルできる効果を得ることができる。
さらに、2色だけの発光素子群を備えた発光モジュールにおいても、2色の発光素子列を放射状に配置して、同様に配線部などを配設することによって、出射光を均一的に混合すると共に配線をシンプルできる効果を得ることができる。
上記実施の形態では、発光モジュールに実装する発光素子としてLEDを用いたが、各色の発光素子として、LEDに限らず、例えば、LD(レーザダイオード)や、EL素子(エレクトリックルミネッセンス素子)を用いても良い。
上記実施の形態で説明した発光モジュール及び照明装置は、スポットライト、ダウンライトなどにも適用できる。
1 照明装置
10 発光モジュール
11 基板
11a 上面
12R 赤色発光素子
12G 緑色発光素子
12W 白色発光素子
12C シアン色発光素子
12Y 黄色発光素子
15 配線部
16 外周部分
17 内向部分
18 外向部分
19 コネクタ
20 回路ユニット
21〜25 定電流回路
26 切替スイッチ
27 制御回路部
27a 入力装置
30 配線群
31 共通電力ライン
32C 分岐ライン
32Y 分岐ライン
33R 電力ライン
34 電力ライン
50 装置本体
51 モジュールユニット
101 実装領域
102 中央部
103 外側領域
110 発光モジュール
111 モジュール基板
120R 赤色発光素子群
120G 緑色発光素子群
120B 青色発光素子群
120W 白色発光素子群
120C シアン色発光素子群
120Y 黄色発光素子群
121R 赤色発光素子列
121G 緑色発光素子列
121B 青色発光素子列
121W 白色発光素子列
121C シアン色発光素子列

Claims (3)

  1. 基板と、前記基板の一面に実装された発光色が異なる複数の発光素子とを備え、
    前記基板の一面には、発光色ごとに、給電端子部及び当該給電端子部から各発光素子に電力供給する配線部が形成された発光モジュールであって、
    前記複数の発光素子は、前記一面上において、
    発光色ごとに、発光素子が前記一面の中央部から外方に向かって複数配置されてなる発光素子列を周方向に複数列形成し、且つ複数色の発光素子列が全体で放射状となるように配置され、
    前記給電端子部は、前記一面において、前記複数の発光素子が実装されている実装領域より外側の外側領域に設けられ、
    前記各発光色に対応する配線部は、
    対応する給電端子部における一方の極から、当該発光色の複数の発光素子列を経由して他極にもどる電流経路を形成し、
    前記複数の発光素子の発光色には、赤色、青色、緑色、黄色系及びシアン色が含まれ、
    黄色系の発光素子列と、シアン色の発光素子列が、
    赤色、青色、緑色の発光素子の中で、量子効率が最も低い発光素子からなる発光素子列を挟んで配置されている、
    発光モジュール。
  2. 基板と、前記基板の一面に実装された発光色が異なる複数の発光素子とを備え、
    前記基板の一面には、発光色ごとに、給電端子部及び当該給電端子部から各発光素子に電力供給する配線部が形成された発光モジュールであって、
    前記複数の発光素子は、前記一面上において、
    発光色ごとに、発光素子が前記一面の中央部から外方に向かって複数配置されてなる発光素子列を周方向に複数列形成し、且つ複数色の発光素子列が全体で放射状となるように配置され
    前記給電端子部は、前記一面において、前記複数の発光素子が実装されている実装領域より外側の外側領域に設けられ、
    前記各発光色に対応する配線部は、
    対応する給電端子部における一方の極から、当該発光色の複数の発光素子列を経由して他極にもどる電流経路を形成し、
    前記複数の発光素子の発光色には、赤色、青色、緑色、黄色系及びシアン色が含まれ、
    黄色系の発光素子列と、シアン色の発光素子列が、
    赤色、青色、緑色の発光素子の中で、光束減退率が最も大きい発光素子からなる発光素子列を挟んで配置されている、
    発光モジュール。
  3. 請求項1または2に記載の発光モジュールと、
    前記発光モジュールを点灯させる点灯ユニットとを備え、
    前記点灯ユニットは、
    前記黄色系の発光素子列と、前記シアン色の発光素子列の一方が点灯しているとき、他方を消灯させる制御手段を有する、
    照明装置。
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