JP6792200B2

JP6792200B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP6792200B2
Application number: JP2017004415A
Authority: JP
Inventors: 村田　淳哉; 淳哉村田; 結衣子中川
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2037-01-13
Also published as: JP2018113226A

Description

本発明の実施形態は、発光モジュールを用いる照明装置に関する。

従来、例えば劇場内の天井等には、ハロゲン電球を用いた照明装置が設置され、開演等に合わせてハロゲン電球の明るさを徐々に減少させていく演出を行うようなことがある。この場合、ハロゲン電球の明るさを徐々に減少させていくと、ハロゲン電球から放出される光の色温度が低くなるように変化するハロゲン電球の特性がある。

また、発光素子を有する発光モジュールを光源とする照明装置が、ハロゲン電球等を用いる照明装置に置き換えられてきている。

しかし、発光モジュールの場合、調光時に明るさを減少させても色温度が変化しない特性がある。そのため、ハロゲン電球の調光時における色温度の変化のように、発光モジュールの調光時の色温度を変化させることはできず、照明装置に置き換えた場合等に違和感を与えるおそれがある。

また、異なる色温度の光を発光する複数の発光部を備えた発光モジュールを用い、光の色温度を調色可能な照明装置もあるが、ハロゲン電球の調光時における色温度の変化のように、発光モジュールの調光時の色温度を変化させることはできなかった。

特開２０１５−２２８３１８号公報

本発明が解決しようとする課題は、ハロゲン電球の調光時における色温度の変化のように、発光モジュールの調光時の色温度を変化させることができる照明装置を提供することである。

実施形態の照明装置は、発光モジュールおよび電源部を備える。発光モジュールは、それぞれ発光素子を備えるとともに発光する光の色温度が異なる高色温度発光部および低色温度発光部を有する。電源部は、高色温度発光部の発光素子と低色温度発光部の発光素子とを個別に調光制御する。電源部は、調光率が低くなるほど高色温度発光部の明るさの減少が低色温度発光部の明るさの減少よりも大きく、かつ調光率が低くなるにつれて発光モジュールから照射される光の色温度が低くなるように調光制御する。

本発明によれば、ハロゲン電球の調光時における色温度の変化のように、発光モジュールの調光時の色温度を変化させることが期待できる。

一実施形態を示す照明装置の回路図である。同上照明装置の電源部によって調光制御する高色温度の光（３６００Ｋ）および低色温度の光（１８００Ｋ）の調光率と相対照度との関係を示すグラフである。同上照明装置において、ｘｙ色度図上における黒体放射軌跡からの発光モジュールが発光する光の色温度の偏差を示すグラフである。同上照明装置を用いた照明システムの構成図である。同上照明装置の発光モジュールの正面図である。同上照明装置の断面図である。

以下、一実施形態を、図１ないし図６を参照して説明する。

図６に示すように、照明装置10は、例えば劇場の天井板に設けられた設置孔に埋め込み設置されるダウンライトである。

照明装置10は、灯体11、およびこの灯体11に着脱可能に取り付けられる制光ユニット12を備えている。

そして、灯体11は、器具本体15を備えるとともに、この器具本体15の下面側にそれぞれ配設される発光モジュール16、反射体17、透光カバー18および外側反射体19等を備えている。

器具本体15は、例えばアルミダイカスト等の金属製である。器具本体15の下面側には円筒状の突部22が突設され、この突部22の内側に下方へ開口する凹部23が形成されている。凹部23内に臨む器具本体15の下面に発光モジュール16が取り付けられている。また、突部22の外周面および器具本体15の上面側には複数の放熱フィン24が突設されている。

また、図５に示すように、発光モジュール16は、基板27、この基板27の表面に形成された発光部28を備えている。

基板27は、四角形状に形成されている。基板27は、絶縁材料、または金属材料によって形成されている。絶縁材料としては例えばセラミックスである。金属材料の場合には表面が白色の絶縁材で被覆される。基板27の表面には、高色温度用配線パターンと低色温度用配線パターンとの２系統の配線パターンが形成されている。基板27の表面には、発光部28から離れた位置に、各配線パターンにそれぞれ電気的に接続される一対の高色温度用コネクタ29と一対の低色温度用コネクタ30とが実装されている。

発光部28は、四角形状で、好ましくは正方形状に形成されている。発光部28は、色温度の異なる光を発光する複数の高色温度発光部31および複数の低色温度発光部32を有している。発光部28の一辺と反対側の辺との亘る第１の方向Ａに沿って高色温度発光部31と低色温度発光部32とが交互に配列されている。高色温度発光部31は３列、低色温度発光部32は２列で、合計５列で構成されている。高色温度発光部31は第１の方向Ａの中央および第１の方向Ａの両端にそれぞれ配列され、低色温度発光部32は３列の高色温度発光部31の間にそれぞれ配列されている。

基板27の表面には、発光部28の周囲および各発光部31，32間に壁部33が突出形成されている。壁部33は、例えばシリコーン樹脂で形成されている。壁部33は各発光部31，32の領域の周囲をそれぞれ囲むように配置され、壁部33によって各発光部31，32を個別に仕切っている。

高色温度発光部31および低色温度発光部32は、基板27に実装された複数の発光素子34を備えている。発光素子34としてはＬＥＤチップである。さらに、高色温度発光部31および低色温度発光部32は、それぞれ複数の発光素子34を覆う高色温度蛍光体層35および低色温度蛍光体層36をそれぞれ備えている。

発光素子34は、基板27上の高色温度発光部31および低色温度発光部32の各領域において、第１の方向Ａとこの第１の方向Ａに対して直交する第２の方向Ｂとにそれぞれ複数列ずつ、マトリクス状に実装されている。高色温度発光部31および低色温度発光部32の各領域には高色温度用配線パターンおよび低色温度用配線パターンがそれぞれ形成されており、発光素子34が各配線パターンにそれぞれ直列または直並列に電気的に接続されている。したがって、発光モジュール16は、高色温度発光部31の発光素子34に高色温度用コネクタ29および高色温度用配線パターンを通じて給電可能とするとともに、低色温度発光部32の発光素子34に低色温度用コネクタ30および低色温度用配線パターンを通じて給電可能としている。

高色温度発光部31は、青色光を発光する発光素子34と、青色光を吸収し、黄色光に変換して放出する黄色蛍光体を含む高色温度蛍光体層35とを用い、青色光と黄色光との混合色として白色光を放出する。また、低色温度発光部32は、青色光を発光する発光素子34と、黄色蛍光体とともに、青色光を吸収し、赤色光に変換して放出する赤色蛍光体等の電球色発光用蛍光体を含む低色温度蛍光体層36とを用い、青色光と黄色光と赤色光等との混合色として電球色の光を放出する。そして、高色温度発光部31の光の色温度は例えば３６００Ｋ、低色温度発光部32の光色温度は例えば１８００Ｋである。

そして、図６に示すように、発光モジュール16は、発光部28の中心の垂直な方向を光軸ｚとし、この光軸ｚが灯体11の中心軸線と一致するように、器具本体15の下面に配設されている。

また、反射体17は、上下方向に開口するとともに下方に向けて拡径する円筒状に形成されている。反射体17の内面は反射面であり、この反射面は例えば白色の完全拡散面に形成されている。

また、透光カバー18は、例えば透光性および拡散性を有するガラスや樹脂にて円板状に形成されている。本実施形態では、拡散ガラスが用いられる。

透光カバー18の周辺部にはパッキング39が装着されている。パッキング39には反射体17の下端周辺部も装着されている。そして、パッキング39は、反射体17および透光カバー18を一体的に保持し、器具本体15の突部22の内側に嵌め込まれている。さらに、パッキング39は、器具本体15の下面に環状の押え板40を介してねじ止めされる環状の取付部材41によって、器具本体15の突部22との間に挟み込まれて保持されている。

また、外側反射体19は、上下方向に開口するとともに下方へ向けて拡径する円筒状に形成されている。外側反射体19の内面は反射面であり、この反射面は例えば白色の完全拡散面に形成されている。

外側反射体19の下端周辺部は、外側反射体19の周囲を覆う化粧枠44に取り付けられている。化粧枠44は、複数の化粧枠押え45によって器具本体15に取り付けられている。

また、制光ユニット12は、透光カバー18の下方に対向配置されるレンズ48、このレンズ48と透光カバー18との間に配置される遮光筒49、これらレンズ48および遮光筒49を支持して周囲を覆う枠体50、およびこの枠体50に遮光筒49を支持するする複数のロッド51を備えている。

レンズ48は、透光カバー18よりも大径の円板状に形成されている。レンズ48は、透光カバー18を透過した光を集光するもので、レンズ48の上面側から入射する光を光軸ｚと平行となるようにレンズ48の下面側から出射する。レンズ48の焦点距離は、レンズ48と発光モジュール16の発光部28との間の距離よりも短い関係にある。

遮光筒49は、両端が開口する円筒状に形成されている。すなわち、遮光筒49の一端である上端に透光カバー18を透過した光が入射する入射開口54が形成され、遮光筒49の他端である下端に出射する出射開口55が形成されている。遮光筒49の内径は、反射体17の下面開口よりも小径であるとともに、発光モジュール16の発光部28の両側辺間の幅寸法よりも大きい寸法に形成されている。遮光筒49は、上端の入射開口54から下端の出射開口55に亘って同一径に形成されているが、上端側から下端側に向けて小径または大径となるテーパ状に形成されていてもよい。

遮光筒49は、透光カバー18とレンズ48との間で、遮光筒49の中心軸線が発光モジュール16の光軸ｚと一致するように、枠体50に支持されている。遮光筒49の一端である上端は、透光カバー18を通じて発光モジュール16の発光部28に対向されるとともに透光カバー18との間に所定の空間をあけて配置され、また、遮光筒49の他端である下端も、レンズ48との間に所定の空間をあけて配置されている。

遮光筒49の内周面および外周面は、黒色の光吸収面、または白色の完全拡散面のいずれか、あるいは黒色と白色との間の範囲の色に形成されている。また、レンズ48に対向する遮光筒49の下端の端面は、遮光筒49の内周面および外周面の色にかかわらず、白色の完全拡散面であることが好ましい。

なお、本実施形態では、レンズ48の直径が１４５ｍｍ、遮光筒49の直径（内径）が５０ｍｍ、遮光筒49の軸方向の長さが６０ｍｍに構成されている。

また、枠体50は、円筒状に形成され、下端から内径側に折曲された環状の前面枠部58を有している。この前面枠部58の中央側に照射開口59が形成されている。前面枠部58の上面側にパッキング60を介してレンズ48の周辺部が配置されている。枠体50の内側には、前面枠部58との間にレンズ48の周辺部を挟持する複数のレンズ押え61がねじ止めによって取り付けられている。そして、枠体50の上部側は、化粧枠44の外側に配置され、図示しないねじとナットによって化粧枠44に取り付けられている。

また、複数のロッド51は、一端が遮光筒49に固定され、他端が枠体50に固定されており、枠体50の中央に遮光筒49を支持している。

そして、灯体11に制光ユニット12を組み合わせることにより、直下照度を確保しつつ、光の広がりを効果的に抑制できる。つまり、透光カバー18を透過した発光モジュール16からの光のうち、外側に広がる方向に向かう光を、遮光筒49で遮光するとともに、レンズ48で光軸ｚと平行な方向（直下方向）として出射することにより、照明装置10から出る光の広がりを抑制することができる。

次に、図４に、例えば劇場に設置される複数の照明装置10を制御する照明システム70を示す。この照明システム70では、各照明装置10の点灯状態を操作する調光操作卓71を備え、この調光操作卓71からの信号経路に制御装置72を介して照明装置10毎に設けられた複数の電源部73が接続されている。複数の電源部73には商用交流電源等の外部電源が供給される。そして、調光操作卓71と制御装置72と複数の電源部73とは、例えばＲＤＭ規格またはＤＭＸ規格に従った通信プロトコルに従った通信方式によって通信する。

次に、図１に、照明装置10の発光モジュール16に点灯電源を供給するとともに調光制御する電源部73を示す。電源部73は、商用交流電源等の外部電源Ｅを入力するとともに、制御装置72から信号を入力し、この制御装置72からの信号に応じた調光率で発光モジュール16を点灯させるように外部電源Ｅを所定の直流電源である点灯電源に変換して発光モジュール16に供給する。

電源部73は、発光モジュール16の高色温度用コネクタ29と接続されて高色温度発光部31に点灯電源を供給する高色温度側電源部73a、および発光モジュール16の低色温度用コネクタ30と接続されて低色温度発光部32に点灯電源を供給する低色温度側電源部73bを備えている。これら高色温度側電源部73aおよび低色温度側電源部73bは、制御装置72からの信号で制御され、高色温度発光部31の発光素子34と低色温度発光部32の発光素子34とを個別に調光制御する。

高色温度側電源部73aおよび低色温度側電源部73bは、それぞれ、スイッチング素子を備えており、このスイッチング素子をオンオフ制御することで、発光素子34の点灯時間のデューティ比、すなわちオン期間とオフ期間との比率を変え、発光素子34を調光率に応じた所定の光度で点灯させる。

そして、電源部73は、調光率が低くなるほど高色温度発光部31の明るさの減少が低色温度発光部32の明るさの減少よりも大きく、調光率の下限直前に高色温度発光部31が消灯して低色温度発光部32のみが発光するように調光制御する。

図２のグラフに、電源部73によって調光制御する高色温度の光（３６００Ｋ）および低色温度の光（１８００Ｋ）についての調光率と相対照度との関係を示す。

調光率１００％のときには、高色温度発光部31および低色温度発光部32とも全光点灯させる。このときの高色温度の光（３６００Ｋ）および低色温度の光（１８００Ｋ）とも相対照度を１とする。

調光率が１００％から低くなると、高色温度発光部31の明るさおよび低色温度発光部32の明るさとも減少するが、高色温度発光部31の明るさの減少が低色温度発光部32の明るさの減少よりも大きくなる。

例えば、調光率６０％では、高色温度の光（３６００Ｋ）の相対照度は０．５５程度、低色温度の光（１８００Ｋ）の相対照度は０．７程度となり、また、調光率４０％では、高色温度の光（３６００Ｋ）の相対照度は０．３程度、低色温度の光（１８００Ｋ）の相対照度は０．５程度となる。

調光率がさらに低くなり、調光率の下限直前で、高色温度発光部31は消灯し、低色温度発光部32のみが点灯し、低色温度の光（１８００Ｋ）のみとなる。

以上のことから、調光率１００％のときには、高色温度の光（３６００Ｋ）と低色温度の光（１８００Ｋ）とが混色された光が照射されるが、調光率が低くなるのにつれて、光の色温度が低くなるように変化し、つまり赤みを増した光に変化する。そのため、ハロゲン電球の調光率を低くする場合と同様の色温度の変化となる。

逆に、調光率が低い状態から調光率が高くなる場合には、光の色温度が高くなるように変化し、つまり赤みが減少した光に変化する。そのため、ハロゲン電球の調光率を高くする場合と同様の色温度の変化となる。

したがって、本実施形態の照明装置10によれば、ハロゲン電球の調光時における色温度の変化のように、発光モジュール16の調光時の色温度を変化させることができる。そのため、本実施形態の照明装置10は、例えば劇場等で使用されているハロゲン電球を用いる照明装置に置き換える場合でも、違和感なく使用することができる。

また、発光モジュール16は、ｘｙ色度図上における黒体放射軌跡からの発光モジュール16が発光する光の偏差が、調光率の上限側と下限側（低色温度発光部32の単独点灯時）とでそれぞれプラス側となるとともに、調光率の上限側と下限側との中間調光領域でマイナス側となるように構成されている。

図３のグラフに、ｘｙ色度図上における黒体放射軌跡からの発光モジュール16が発光する光の偏差を示す。なお、図３中のSWは白色の色度規格範囲を示し、SRは赤色の色度規格範囲を示す。

ハロゲン電球の場合、調光率１００％から２０％の範囲で調光すると、黒体放射軌跡上に略沿った軌跡となる。

発光モジュール16の場合、調光率の上限側Ｈと下限側Ｌとの間で直線的な軌跡となる。調光率の上限側Ｈでは、高色温度発光部31および低色温度発光部32とも全光点灯し、これらの混色された光である。調光率の下限側Ｌでは、低色温度発光部32のみが単独点灯した光である。

発光モジュール16は、ｘｙ色度図上における黒体放射軌跡からの発光モジュール16が発光する光の偏差が、調光率の上限側Ｈと下限側Ｌとでそれぞれプラス側となるとともに、調光率の上限側と下限側との中間調光領域でマイナス側となる。

これにより、発光モジュール16の調光率を変化させた際、どのような調光率（明るさ）においても、黒体放射軌跡に近い変化となり、つまりハロゲン電球の調光時における色温度の変化に近付けることができる。

しかも、低色温度発光部32のみが単独点灯する調光率の下限側Ｌでの偏差は、黒体放射軌跡に対してマイナス側に偏差がある場合には紫色系となって違和感を与えやすくなるが、黒体放射軌跡に対してプラス側に偏差があることにより、オレンジ色系となって好ましくできる。

また、発光モジュール16の高色温度発光部31および低色温度発光部32が発光する場合、高色温度の光と低色温度の光とが色むらなく混色されることが好ましい。本実施形態の照明装置10では、発光モジュール16からの光が透過する透光カバー18が拡散性を有するため、色むらを抑制することができる。さらに、レンズ48の焦点距離が、レンズ48と発光モジュール16の発光部28との間の距離よりも短い関係にあるため、色むらの発生を効果的に抑制しながら、集光することができる。そして、これら透光カバー18とレンズ48との相乗作用により、色むらの発生を効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態の照明装置は、ダウンライトに限らず、天井直付け形照明装置等の他の照明装置にも適用できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 照明装置
16 発光モジュール
31 高色温度発光部
32 低色温度発光部
34 発光素子
73 電源部

Claims

それぞれ発光素子を備えるとともに発光する光の色温度が異なる高色温度発光部および低色温度発光部を有する発光モジュールと；
前記高色温度発光部の前記発光素子と前記低色温度発光部の前記発光素子とを個別に調光制御するとともに、調光率が低くなるほど前記高色温度発光部の明るさの減少が前記低色温度発光部の明るさの減少よりも大きく、かつ調光率が低くなるにつれて前記発光モジュールから照射される光の色温度が低くなるように調光制御する電源部と；
を具備することを特徴とする照明装置。
前記発光モジュールは、ｘｙ色度図上における黒体放射軌跡からの前記発光モジュールが発光する光の偏差が、調光率の上限側と下限側とでそれぞれプラス側となるとともに、調光率の上限側と下限側との中間調光領域でマイナス側となる
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。