JPH11260568A

JPH11260568A - 照明装置

Info

Publication number: JPH11260568A
Application number: JP10059806A
Authority: JP
Inventors: Keiji Isamoto; 圭史諫本; Masayuki Shinohara; 正幸篠原; Shigeru Aoyama; 茂青山
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】室内（屋内）の照明に用いられる照明装置に
係り、特に、２色以上の光を出射するＬＥＤなどの光源
を用いて、所定の色の光を安定に照射することができる
ようにする。【解決手段】導光板１３の端面１３ｃにセンサ２０を
設置し、このセンサ２０による照明部１２からの出射光
の測定結果に基づいて、調整装置２１は、ＬＥＤモジュ
ール１６から出射されるＲ，Ｇ，Ｂの各波長帯域の光の
相対的なエネルギー比が一定となるようにフィードバッ
ク制御を行う。これにより、照明部１２からの出射光を
一定の色に保つことができる。また、時間経過に伴いＬ
ＥＤが異なる度合いで劣化したり、ＬＥＤのロット間の
輝度にばらつきがあっても、それらの影響を受けること
なく照明部１２からの出射光を白色光に保つことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として室内（屋
内）の照明に用いられる照明装置に係り、特に、２色以
上の光を出射するＬＥＤなどの光源を用いて、所定の色
の光を照射することができる照明装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、室内照明装置の光源としては、白
熱灯や蛍光灯が主として用いられているが、これらの光
源に代えて、半導体を用いた固定発光素子である発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を、室内照明用の光源として利用す
ることが考えられている。すなわち、ＬＥＤは、小型、
高輝度および長寿命といった特徴より、将来の照明手段
として期待される。現在は、その変換効率が一般的な蛍
光灯の約１／６程度とあまり良くないため、照明分野で
の利用は少ないが、上記の特徴およびＬＥＤの持つ可能
性を考慮すると、近い将来、ＬＥＤが照明の主流となる
ことも考えられる。ところで、ＬＥＤを室内照明装置用
の光源とするには、ＬＥＤは本来、点又は線状の光源で
あることから、これを面状の光源に変える必要がある。

【０００３】従来、ＬＥＤを光源とした面状の光源装置
としては、各種電気機器等の液晶表示画面のバックライ
ト用の面光源装置が知られている。従来のＬＥＤを光源
とした導光型の面光源装置を図６の斜視図及び図７の断
面図により示す。この面光源装置１００は、光を閉じ込
めるための導光板２と、発光部３と、反射板４とから構
成されている。導光板２は、ポリカーボネイト樹脂やメ
タクリル樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂により形成
されており、導光板２の下面には凹凸加工や拡散反射イ
ンクのドット印刷等によって拡散パターンＰが形成され
ている。発光部３は、回路基板３ａ上に複数のＬＥＤな
どのいわゆる点光源３ｂを実装したものであって、導光
板２の側面（光入射面７）に対向している。反射板４
は、反射率の高い、例えば、白色樹脂シートによって形
成されており、その両側部は、両面テープ８によって導
光板２の下面に貼り付けられている。

【０００４】しかして、図７に示すように、発光部３か
ら出射されて光入射面７から導光板２の内部に導かれた
光ｆは、導光板２内部で全反射することによって導光板
２内部に閉じ込められる。導光板２内部の光ｆは、拡散
パターンＰに入射すると、拡散反射され、光出射面６へ
向けて全反射の臨界角よりも小さな角度で反射された光
ｆが、光出射面６から外部へ取り出される。また、導光
板２下面の拡散パターンＰの存在しない箇所を透過した
光ｆは、反射板４によって反射されて、再び導光板２内
部へ戻るので、導光板２下面からの光量損失を防止する
ことができる。

【０００５】ＬＥＤを光源とした室内照明装置を実現す
る手段としては、上述の図６及び図７に示したような導
光型の面光源装置を大型化する方法や、従来の照明装置
と同様、かさや拡散部材等を用いて光を広げる方法が考
えられる。いずれの手段を用いる場合でも、ＬＥＤを照
明装置の光源として用いるとき、光源の白色化は避けら
れない。この光源を白色化する方法としては、例えば、
赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の光を出射する
３種のＬＥＤを用い、これら３つのＬＥＤからの出射光
を混合させて、白色光を作るという方法や、ＬＥＤの表
面に紫外線を発生させる蛍光材料を塗布し、白色光を出
射させるという方法が挙げられるが、光変換効率や色調
整の可能性を考慮すると、前者の３色混合による白色化
がより有効である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬＥＤ
は、その種類（Ｒ，Ｇ，Ｂ）によって、通電時間による
輝度の減少率が大きく異なる。図８に、Ｒ，Ｇ，ＢのＬ
ＥＤの通電時間に対する輝度の減少率（劣化の度合い）
を示す。同図より、赤色や緑色のＬＥＤは、通電時間の
経過によってもそれほど大きく劣化しないが、青色のＬ
ＥＤは通電時間が１０００時間を越えると、急激に劣化
することが分かる。このように、ＬＥＤは、種類によっ
て輝度の半減期や寿命が異なるので、初期設定時に白色
光を出射し得るように、最適な比率でＲ，Ｇ，Ｂそれぞ
れの輝度を設定しておいても、時間経過に伴って各色の
比率が変化し、結果的に、これら３つの光を混合させる
ことにより作られた光の色は、最適なものからずれてし
まう。

【０００７】また、ＬＥＤは、ロット間の輝度ばらつき
が非常に大きい。そのため、あるＬＥＤの組み合わで、
調整された白色光を出射させるための最適な印加電圧で
あっても、他のロット（本質的には、同じ特性を持つも
の）のＬＥＤを用いた場合は、輝度が異なる場合があ
る。しかも、Ｒ，Ｇ，Ｂの全てのＬＥＤが同じ比率で変
化するわけではないので、出射光の色も変化する。ＬＥ
Ｄの輝度のばらつきは、２〜４倍程度あることもあり、
これによる色ばらつきは無視できない。安定した色の照
明を実現するためには、このばらつきを補正する手段が
必要不可欠となる。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、互いに波長帯域の異なる光を出
射する複数個のＬＥＤ等の光源を備え、これら光源から
の出射光を混合することにより、白色光を作り、照射す
る照明装置において、光源の種類による劣化度合いの違
いや、同種の光源のロット間の輝度ばらつきの影響を受
けることなく、安定して白色光を照射することができる
照明装置を提供することを目的とし、特に、点又は線状
の光源からの光を面状に広げて出射させる照明装置にお
いて、安定して白色光を照射することができるようにす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、少なくとも２つ以上の互い
に波長帯域の異なる光を出射する光源を有する照明部
と、照明部から出射された光を受光し、それぞれの波長
帯域の光のエネルギーを測定するセンサと、センサから
の信号に基づいて光源の各波長帯域の光の相対的なエネ
ルギー比を調整する調整手段とを備えたものである。

【００１０】この構成においては、照明部からの出射光
に含まれるそれぞれの波長帯域の光のエネルギーをセン
サにより測定し、この測定結果をフィードバックして、
光源の各波長帯域の光の相対的なエネルギー比の補正を
行うので、一つの波長帯域の光のエネルギーが変化した
場合でも、照明部からの出射光に含まれる各波長帯域の
光の比率を一定に保つことができ、結果として、照明部
からの出射光を一定の色に保つことができる。特に、光
源がＬＥＤである場合には、ＬＥＤの種類（Ｒ，Ｇ，
Ｂ）による劣化度合いの違いや、ロット間の輝度ばらつ
きの影響を受けることなく、照明部からの出射光を一定
の色、例えば、白色に保つことが可能となる。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、少なくとも
２つ以上の互いに波長帯域の異なる光を出射する点又は
線状の光源と、この光源からの光を面状に変換する変換
手段とからなる照明部と、変換手段から出射された光を
受光し、それぞれの波長帯域の光のエネルギーを測定す
るセンサと、センサからの信号に基づいて光源の各波長
帯域の光の相対的なエネルギー比を調整する調整手段と
を備え、センサを変換手段に近接して設置したものであ
る。この構成においては、上記の作用に加えて点又は線
状の光源からの出射光を、変換手段によって面光源化す
ることができ、また、センサへの配線の引き回しが少な
くて済む。

【００１２】また、上記センサを、変換手段から光源に
向かう反射光を受光するように、光源に近接して設置し
たものであってもよい。この構成においては、光源から
出射され変換手段を通り再び光源に向かう、比較的長い
距離を進んだ光をとらえることができ、従って、複数の
波長帯域の光が十分に混合されたものを少ないロスで効
率的に検出することができる。

【００１３】また、上記変換手段の一部に光源方向に光
を反射させる反射手段を設けたものであってもよい。こ
の構成においては、反射手段によって反射された光をと
らえることができるので、センサの受光光量が大きくも
のとなる。従って、照明部からの出射光をより安定に一
定の色に保つことができる。

【００１４】また、請求項５記載の発明は、点又は線状
の光源からの光を面状に広げて出射させる照明装置にお
いて、光を閉じ込めて導光させる平板状の透明媒体から
なる導光板と、この導光板の平板上に設けられた光取り
出し用のパターン部材と、導光板の端面に光が入射する
ように設置された少なくとも２つ以上の互いに波長帯域
の異なる光を出射する点又は線状の光源とからなる照明
部と、照明部から出射された光を受光し、それぞれの波
長帯域の光のエネルギーを測定するセンサと、センサか
らの信号に基づいて光源の各波長帯域の光の相対的なエ
ネルギー比を調整する調整手段とを備え、センサを導光
板から出射された光を受光し得る位置に設置したもので
ある。

【００１５】この構成においては、点又は線状の光源か
らの出射光は、導光板において反射を繰り返して面光源
化された後に、パターン部材を介して出射される。この
導光板からの出射光に含まれるそれぞれの波長帯域のエ
ネルギーをセンサによって測定し、この測定結果に基づ
いて、調整手段は、光源から出射される各波長帯域の光
の相対的なエネルギー比の調整を行う。導光板から出射
される光は、複数の波長帯域の光が混ざり合ったものに
なっているので、センサは精度良く出射光を測定するこ
とができ、照明部からの出射光を一定の色に保つことが
できる。

【００１６】また、上記センサを導光板の端面に設置し
たものであってもよい。この構成においては、導光板の
端面から出射される光は、照明に寄与しないロス分の光
であるが、このロス分となる光をセンサは検出すること
になり、センサを設けたことにより照明の効率が低下す
ることがなくなる。

【００１７】また、上記センサを導光板の光源側の端面
に設置したものであってもよい。この構成においては、
上述と同様に比較的長い距離を進んで十分に混合された
光を、少ないロスでもって検出することができ、また、
光源に近接してセンサが設けられるので、センサへの配
線の引き回しが少なくて済む。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図面を参照して説明する。（第１の実施形態）図１は本発明の第１実施形態による
照明装置の概略外観図、図２は図１のＡ部の拡大図であ
る。照明装置１１は、赤、緑、青の互いに波長帯域の異
なる光を混合させて、白色光を作る導光型面光源装置で
あり、点状光源からの光を面状に広げて出射する照明部
１２と、この照明部１２からの出射光に含まれるそれぞ
れの波長帯域の光のエネルギーを計測するセンサ２０
と、このセンサ２０からの信号に基づいて各波長帯域の
光の相対的なエネルギー比を調整する調整装置２１（調
整手段）とから成るものである。

【００１９】照明部１２は、光を閉じ込めて導光させる
平板状の透明媒体である導光板１３（変換手段）と、こ
の導光板１３の非出射面１３ａ側の平板上に設けられた
シート又は薄板状の反射板１４と、導光板１３の出射面
１３ｂ側の平板上に設けられた拡散板１５（パターン部
材）と、導光板１３の端面から光が入射するように設置
されたＬＥＤモジュール１６（幅約１００ｍｍ）とから
構成される。ＬＥＤモジュール１６には、赤（λ＝６８
０ｎｍ）、緑（λ＝５６５ｎｍ）、青（λ＝４５０ｎ
ｍ）の光をそれぞれ出射するＲ，Ｇ，Ｂの３種のＬＥＤ
が内蔵されている。この照明部１２から光を取り出す機
構は、基本的には上述の従来技術で説明したものと同等
であり、ＬＥＤモジュール１６から導光板１３内に導入
されたＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれ光は、導光板１３内で全反
射され、混ぜ合わされて白色光とされ、反射板１４によ
り光出射面１３ｂ方向に反射されると、拡散板１５によ
り均一な光とされ、外部へ取り出されるようになってい
る。なお、導光板１３のサイズは、例えば、１０００ｍ
ｍ×１０００ｍｍ×１０ｍｍのものを用いる。

【００２０】センサ２０は、導光板１３の光源側の端面
１３ｃに設置されている。センサ２０は、発光側のＲ，
Ｇ，ＢのＬＥＤに対応して、同じ波長帯域の光電素子を
用いることが望ましい。このセンサ２０によって測定さ
れたＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの波長帯域の光のエネルギー
の測定結果は、電線コード１７を介して調整装置２１に
入力される。調整装置２１は、白色光を作るために最も
相応しいＲ，Ｇ，Ｂの光の相対的なエネルギー比を記憶
しており、センサ２０からの測定結果がこのエネルギー
比と一致するように、モジュール１６内の３種のＬＥＤ
のそれぞれに供給される電流値をフィードバック制御す
る。これにより、各ＬＥＤの輝度が調整されることにな
り、従って、時間経過に伴いＬＥＤが異なる度合いで劣
化したり、ＬＥＤのロット間の輝度にばらつきがあって
も、それらの影響を受けることなく、照明部１２からの
出射光を白色光に保つことができる。さらにまた、製品
出荷時における調整が不要となり、常に最適な状態で出
荷することができる。

【００２１】ここで、照明装置１１におけるセンサ２０
の配置位置について図３を参照して考察する。上述した
ように、ＬＥＤモジュール１６より導光板１３内に出射
されたＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの光は、導光板１３内で多
重反射により混合されてから出射される。そのため、図
３に示すような、導光板１３からの出射光を受光し得る
Ａ，Ｂ，Ｃのような位置にセンサ２０を配置すれば、十
分にＲ，Ｇ，Ｂの光が混合された光をセンサ２０により
測定することができる。特に、理想的なセンサ２０の位
置は、図３のＡの位置である。これは、導光板１３のＬ
ＥＤモジュール１６側の端面１３ｃと対峙する端面にお
いて反射された光、すなわち、導光板１３内において最
も光学的に長い距離を進み、均一に混合された光をとら
えることができるからである。また、Ａの位置は、ＬＥ
Ｄモジュール１６と近いので、配線が容易であるという
メリットもある。また、出射効率の点からは、通常はロ
スする端面からの出射光をとらえ得る位置Ａ，Ｂにセン
サ２０を配置した方がよい。また、上記のように反射板
１４が備えられていることによりセンサ２０による測定
のＳ／Ｎ比が向上し、測定精度が高まり、出射光の安定
化に寄与し得る。なお、センサ２０のヘッド部の汚れを
防ぐため、センサヘッドと導光板１３は、透明媒体等で
接着されていることが望ましい。

【００２２】（第２の実施形態）図４（ａ）（ｂ）は第
２の実施形態に係る照明装置の光学系構成図である。こ
の照明装置１１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種のＬＥＤが内蔵さ
れた投射用光源３０、投射用光源３０からの出射光を拡
散反射する拡散反射板３１、拡散反射板３１による反射
光をとらえるセンサ２０、及びこのセンサ２０からの信
号に基づいてＲ，Ｇ，ＢのＬＥＤのそれぞれに供給され
ている電流値を調整する調整装置（不図示）とからなる
間接照明装置である。図４（ａ）では、センサ２０は、
拡散反射板３１の近傍に配置され、この拡散反射板３１
において反射された光を直接受光し得るようになってい
る。また、図４（ｂ）では、拡散反射板３１による反射
光を光源３０方向に反射させるミラー３２等の正反射手
段を備えており、このミラー３１からの反射光を受光し
得るようにセンサ２０が配置されている。この図４
（ｂ）の構成では、センサ２０と光源３０とが近接して
いるため、配線が容易である。また、光学的には、セン
サ２０と光源３０の間の距離は長いものとなり、十分に
混合された光がセンサ２０に受光されるので、Ｒ，Ｇ，
Ｂの光のエネルギーを精度良く測定することが可能とな
り、結果として、より正確なフィードバック制御を行う
ことができる。

【００２３】（第３の実施形態）図５（ａ）（ｂ）は第
３の実施形態に係る照明装置の光学系構成図である。こ
の照明装置１１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種のＬＥＤ４０ａが
アレイ状に並設された光源４０と、この光源４０からの
出射光を拡散させる拡散板４１と、拡散板４１の透過光
をとらえるセンサ２０、及びこのセンサ２０からの信号
に基づいてＲ，Ｇ，ＢのＬＥＤのそれぞれに供給されて
いる電流値を調整する調整装置（不図示）とからなる直
下型照明装置である。センサ２０は、図５（ａ）に示す
ように、拡散板４１の裏面側に設けても、図５（ｂ）に
示すように、拡散板４１上に設けられたミラー３２から
の反射光を受光し得るように、光源４０と近接して設け
てもよい。これにより、上述の図４（ａ）（ｂ）と同様
の効果を得ることができる。また、上記いずれの実施形
態においても、センサ２０は、特定の波長帯域の光のエ
ネルギーの測定だけでなく、光の強度も測定することが
できるので、照明装置１１からの出射光の色だけでな
く、明るさも一定に保つことができる。さらにまた、照
明装置として一般に外装カバーを設けるが、その場合、
センサはその外装カバー内に収まるようにすることによ
り、全体を密閉した形態とすることができ、構成の簡素
化が図れる。

【００２４】なお、本発明は上記実施の形態に限られず
種々の変形が可能である。例えば、ＬＥＤとしては、少
なくとも２つ以上の互いに異なる色の光を出射する半導
体チップが１つの素子内にモジュール化されたものであ
ってもよい。また、調整装置２１に記憶されるＲ，Ｇ，
Ｂの相対的なエネルギー比は、ボリューム等を操作する
ことにより、調整し得るような構成となっていることが
望ましい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の照明装置に
よれば、センサによる照明部からの出射光の測定結果に
基づいて、各波長帯域の光の相対的なエネルギー比が一
定となるように光源の出射光をフィードバック制御する
ようにしたので、照明部からの出射光を一定の色に保つ
ことができる。特に、光源がＬＥＤである場合には、時
間経過に伴いＬＥＤが異なる度合いで劣化したり、ＬＥ
Ｄのロット間の輝度にばらつきがあっても、それらの影
響を受けることなく、照明部からの出射光を白色光に保
つことができ、室内・屋内照明に適したものとなる。ま
た、製品出荷時における調整が不要となる。

【００２６】また、請求項２記載の発明の照明装置によ
れば、上記請求項１に加えて、照明部に光源からの光を
面状に変換する変換手段を備え、これに近接して、変換
手段から出射された光を受光するセンサを設置したの
で、照明部は面光源化され、この面光源からの光を一定
の色に保つことができる。さらには、センサへの配線を
容易にすることができる。また、変換手段から光源に向
かう反射光を受光するように、センサを光源に近接して
設置するものとすることにより、複数の波長帯域の光が
均一に混合された光をとらえることができ、より安定に
色を保つことができる。しかも、センサを照明部に内蔵
して構成の簡素化を図ることができる。また、変換手段
の一部に反射手段を設けるものとすることにより、より
精度良く光をとらえることができ、Ｓ／Ｎ比が向上し、
高精度に一定の色を保つことができる。

【００２７】また、請求項５記載の発明の照明装置によ
れば、導光板から出射された光をセンサにより受光し、
これに基づいて光源の各波長帯域の光のエネルギー比を
調整するようにしたので、導光体から出射される面光源
化された光を一定の色に、例えば白色に保つことがで
き、室内照明に好適なものとなる。また、導光板の端面
にセンサを設置することにより、導光板からのロス分の
出射光を受光することになり、照明に用いられる光をロ
スすることがなく、ひいては室内照明として均一な明る
さの照明を実現することに寄与し得る。また、導光板の
光源側の端面にセンサを設置することにより、複数の波
長帯域の光が均一に混合された光をとらえることがで
き、精度良く光検出を行うことが可能で、従って、より
安定に色を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による照明装置の概略
外観図である。

【図２】図１のＡ部の拡大図である。

【図３】センサの配置位置を説明するための図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は第２の実施形態による照明装置
の光学系構成図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は第３の実施形態に係る照明装置
の光学系構成図である。

【図６】従来の面光源装置の斜視図である。

【図７】従来の面光源装置の断面図である。

【図８】Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のＬＥＤの通電
時間に対する劣化の度合いを示す図である。

【符号の説明】

１１照明装置１２照明部１３導光板（変換手段）１３ａ導光板の端面１５拡散板（パターン部材）１６ＬＥＤモジュール（光源）２０センサ２１調整装置（調整手段）３０投射用光源（光源）４０光源４０ａＬＥＤ（光源）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つ以上の互いに波長帯域の
異なる光を出射する光源を有する照明部と、前記照明部から出射された光を受光し、それぞれの波長
帯域の光のエネルギーを測定するセンサと、前記センサからの信号に基づいて前記光源の各波長帯域
の光の相対的なエネルギー比を調整する調整手段とを備
えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】少なくとも２つ以上の互いに波長帯域の
異なる光を出射する点又は線状の光源と、この光源から
の光を面状に変換する変換手段とからなる照明部と、前記変換手段から出射された光を受光し、それぞれの波
長帯域の光のエネルギーを測定するセンサと、前記センサからの信号に基づいて前記光源の各波長帯域
の光の相対的なエネルギー比を調整する調整手段とを備
え、前記センサを前記変換手段に近接して設置したことを特
徴とする照明装置。
【請求項３】前記センサを、前記変換手段から前記光
源に向かう反射光を受光するように、前記光源に近接し
て設置したことを特徴とする請求項２に記載の照明装
置。
【請求項４】前記変換手段の一部に光源方向に光を反
射させる反射手段を設けたことを特徴する請求項３に記
載の照明装置。
【請求項５】点又は線状の光源からの光を面状に広げ
て出射させる照明装置において、光を閉じ込めて導光させる平板状の透明媒体からなる導
光板と、この導光板の平板上に設けられた光取り出し用
のパターン部材と、前記導光板の端面に光が入射するよ
うに設置された少なくとも２つ以上の互いに波長帯域の
異なる光を出射する点又は線状の光源とからなる照明部
と、前記照明部から出射された光を受光し、それぞれの波長
帯域の光のエネルギーを測定するセンサと、前記センサからの信号に基づいて前記光源の各波長帯域
の光の相対的なエネルギー比を調整する調整手段とを備
え、前記センサを前記導光板から出射された光を受光し得る
位置に設置したことを特徴とする照明装置。
【請求項６】前記センサを前記導光板の端面に設置し
たことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】前記センサを前記導光板の光源側の端面
に設置したことを特徴とする請求項５に記載の照明装
置。