JP2015106502A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】照明装置において、発光効率が良く相対全光束を高くすることができ、且つ演色性を高くする。【解決手段】照明装置1は、複数のLED3を備える。LED3は、光を出射するLED素子31と、LED素子31を覆う色変換部材33と、を有する。複数のLED3は、色変換部材33からの出射光の色度点が色度座標(0.27,0.34)、(0.38,0.58)、(0.45,0.54)、(0.33,0.35)に囲まれる領域の範囲にあって、平均演色評価数Raが76〜30となるように形成された第1の発光部3Aと、出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.35,0,36)、(0.53,0.44)、(0.60,0.35)に囲まれる領域の範囲にあって、平均演色評価数Raが79〜30となるように形成された第2の発光部3Bと、を有し、第1の発光部3A及び第2の発光部3Bの発光強度の比が0.5:7.5〜2.5:5.5の範囲にある。【選択図】図3
Description
本発明は、光源として複数の固体発光素子を用いた照明装置に関する。
発光ダイオード(以下、LED)は、低電力で高輝度の発光が可能であり、表示等や照明器具等の様々な電気機器の光源として使用されている。近年では、赤色LED及び緑色LEDに加えて、青色LEDが実用化され、これらRGB3色のLEDを組み合わせることにより、様々な光色を発光させることができるようになった。また、青色LEDに、青色光の波長を変換して黄色光を発光する黄色蛍光体を含有する色変換部材を被覆させ、青色光と黄色光との混光により、白色光を出射する白色LEDが知られている。
上記白色LEDに用いられる代表的な黄色蛍光体として、YAG系蛍光体が知られている。青色LEDにYAG系蛍光体を含有する色変換部材を被覆させた白色LEDは、分光スペクトルにおける赤色光成分が少ないので、相関色温度が高くなり、昼光色の照明光を出射する照明装置に好適に用いられる。一方、温かみのある電球色の照明光を出射する照明装置には、例えば、CASN系蛍光体といった赤色光を発光する赤色蛍光体を含有する色変換部材を有するLEDが好適に用いられる。また、色変換部材に添加される蛍光体としては、上記黄色蛍光体や赤色蛍光体に限らず、例えは、緑色蛍光体又は橙色蛍光体等が適宜に組み合わされて用いられる(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、DOE(米国エネルギー省)、JLEDS(LED照明推進委員会)等によるLED照明装置の性能評価によれば、WarmWhite(電球)色(3000K〜5000K未満)の発光効率は、CoolWhite(昼光)色(5000K〜6700K)に対して低くなる。図13は、昼光色の照明光を出射するLED(以下、昼光色LED)と、電球色の照明光を出射するLED(以下、電球色LED)における発光効率の年次推移を示す。光源である青色LED自体の発光効率は年々向上しており、今後も更なる向上が見込まれる。ところが、蛍光体の発光効率が向上しなければ、昼光色LED及び電球LEDにおける発光効率の差は広がるばかりである。
また、上記のような蛍光体を用いたLED照明装置において、演色性(平均演色評価数Ra)と相対全光束とは、トレードオフの関係にある。例えば、図14に示すように、青色LEDに対して、YAG系黄色蛍光体及びSCASN系赤色蛍光体を含有する色変換部材を用いたLEDでは、演色性は高いが相対全光束は低い。この色変換部材に、Sr2BaSiO5:Euを主成分とする橙色蛍光体を更に添加した場合、相対全光束は高くなるが、演色性は低くなってしまう。なお、図中の橙色蛍光体の添加率は、従来技術であるSCASN系赤色蛍光体に対する置き換えの割合である。例えば、橙色蛍光体50%とは、SCASN系赤色蛍光体の50重量%を橙色蛍光体で置き換えたこと示している。つまり、色変換部材に複数の蛍光体を用いた場合には、演色性と相対全光束とを両立させることが困難である。
本発明は、上記課題を解決するものであり、発光効率が良く相対全光束を高くすることができ、且つ演色性を高くすることができる照明装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、基板と、前記基板上に配置された複数のLEDと、を備え、前記LEDは、光を出射するLED素子と、前記LED素子を覆い該LED素子が出射した光の波長を変換して出射する色変換部材と、を有し、前記複数のLEDは、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.27,0.34)、(0.38,0.58)、(0.45,0.54)、(0.33,0.35)に囲まれる領域の範囲にあって、平均演色評価数Raが76〜30となるように形成された第1の発光部と、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.35,0,36)、(0.53,0.44)、(0.60,0.35)に囲まれる領域の範囲にあって、平均演色評価数Raが79〜30となるように形成された第2の発光部と、を有し、前記第1の発光部及び第2の発光部の発光強度の比が0.5:7.5〜2.5:5.5の範囲にあることを特徴とする。
上記照明装置において、前記第2の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.40,0,38)、(0.53,0.44)、(0.60、0.35)に囲まれる領域の範囲にあるように形成されることが好ましい。
上記照明装置において、前記第2の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.42,0.39)、(0.53,0,44)、(0.60,0.35)に囲まれる領域の範囲にあるように形成されることが好ましい。
上記照明装置において、前記第1の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.32,0.43)、(0.38,0.54)、(0.43,0.51)、(0.365,0.41)に囲まれる領域の範囲にあるように形成され、前記第2の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.40,0.29)、(0.42,0.39)、(0.53,0,44)、(0.56,0.40)に囲まれる領域の範囲にあるように形成されることが好ましい。
上記照明装置において、前記第1の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.32,0.43)、(0.36,0.50)、(0.41,0.48)、(0.365,0.41)に囲まれる領域の範囲にあるように形成され、前記第2の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.40,0.29)、(0.42,0.39)、(0.53,0,44)、(0.56,0.40)に囲まれる領域の範囲にあることが好ましい。
また、本発明は、基板と、前記基板上に配置された複数のLEDと、を備えた照明装置であって、前記LEDは、光を出射するLED素子と、前記LED素子を覆い該LED素子が出射した光の波長を変換して出射する色変換部材と、を有し、前記複数のLEDは、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.36,0.43)と(0.39,0.45)を結ぶ軌跡から色度偏差±0.04の範囲にあって、平均演色評価数Raが76〜30となるように形成された第1の発光部と、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標((0.49,0.41)を中心としたときに色度偏差±0.04の範囲にあって、平均演色評価数Raが79〜30となるように形成された第2の発光部と、を有し、前記第1の発光部及び第2の発光部の発光強度の比が0.5:7.5〜2.5:5.5の範囲にあることを特徴とするものであってもよい。
上記照明装置において、前記第1の発光部は、前記色変換部材にYAG系黄色蛍光体を含み、前記第2の発光部は、前記色変換部材にYAG系黄色蛍光体と、Sr2BaSiO5:Euを主成分とする橙色蛍光体と、を含むことが好ましい。
上記照明装置において、前記第2の発光部において、前記橙色蛍光体は、前記色変換部材に含有される蛍光体全体のうち3〜50重量パーセントの範囲であることが好ましい。
上記照明装置において、前記第2の発光部は、前記第1の発光部を囲うように前記基板上に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、第2の発光部により発光効率の低下を抑制し、第1の発光部により演色性を向上させるので、発光効率が良く相対全光束を高くすることができ、且つ演色性を高くすることができる。
本発明の一実施形態に係る照明装置について、図1〜図12を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態の照明装置1は、基板2と、基板2上に配置された複数のLED3と、を備える。また、照明装置1は、開口40を有する筒状の筐体4と、筐体4の底面41に設けられて基板2を保持するダイカスト部材5と、を備える。開口40には、各LED3から出射された光を拡散して外部に放射する拡散部材(不図示)が設けられる。ダイカスト部材5は、筐体4の底面41の内周よりも小さく、基板2に接続される配線を挿通させるための孔(不図示)等が形成されている。また、照明装置1は、LED3を夫々点灯駆動させる駆動ドライバ(不図示)を備える。
基板2は、矩形の平板であり、複数のLED3を実装するための電極パッド及び給電用の回路基板(不図示)が形成されている。基板2の端部にはネジ6を挿通させるための固定部が設けられており、基板2は、ネジ6を介してダイカスト部材5及び筐体4に固定される。本例では、基板2上に計8個のLED3が実装されている。これらLED3は、互いに発光色の異なる2種のLED(第1の発光部3A及び第2の発光部3B)の組み合わせから成り、1個の第1の発光部3Aと、7個の第2の発光部3Bが用いられる。
図3(a)に示すように、第1の発光部3A(LED3)は、断面矩形状の基材30と、基材30上に実装されたLED素子31と、LED素子31を取り囲む凹部を有する枠体32と、枠体32に充填される色変換部材33(第1の色変換部材33A)と、を備える。色変換部材33の母材には、シリコーン樹脂等の透光性樹脂が用いられ、LED素子31からの出射光の波長を変換する蛍光体34(YAG系黄色蛍光体34Y)が含有される。
基材30の一側面にはカソード電極35が、他側面にはアノード電極36がリードフレーム状に夫々設けられ、基材30の下面両端部に形成された外部接続電極37,38に夫々接続される。また、カソード電極35及びアノード電極36は、ワイヤ39によってLED素子31の各電極端子(不図示)に夫々接続される。
LED素子31には、ピーク波長を紫青色(380〜470nm)の波長帯とする青紫色発光素子が好適に用いられる。青紫色発光素子には、InGaN系青色LEDチップ(例えば、日亜化学社製、豊田合成社製、Epistar社製、三菱化学社製のもの等)等が用いられる。この青紫色発光素子を用いたLED素子31は、紫青色(380〜470nm)の波長帯にピーク波長を有し、蛍光体34を高効率に励起する。
また、図3(b)に示すように、第2の発光部3Bは、色変換部材33(第2の色変換部材33B)に、YAG系黄色蛍光体34Yに加えて、Sr2BaSiO5:Euを主成分とする橙色蛍光体34Oと、SCASN系赤色蛍光体34Rを含有する。これらの蛍光体の表面は、薄膜によりコーティングされていることが望ましい。なお、上述した第1の発光部3Aには、橙色蛍光体34O及び赤色蛍光体34Rは含まれていない。
このように、色変換部材の蛍光体の種類及び添加量が適宜に調整されることにより、第1の発光部3A及び第2の発光部3Bは、各色変換部材33からの出射光の色度点が夫々設定される。具体的には、図3に示すように、第1の発光部3Aは、出射光の色度点が色度座標(0.27,0.34)、(0.38,0.58)、(0.45,0.54)、(0.33,0.35)に囲まれる領域の範囲にあって、平均演色評価数Raが76〜30となるように形成される。また、第2の発光部3Bは、出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.35,0,36)、(0.53,0.44)、(0.60,0.35)に囲まれる領域の範囲にあって、平均演色評価数Raが79〜30となるように形成される。第1の発光部3A及び第2の発光部3Bの各出射光の色度が、上記色度範囲となるように設定されることにより、白色、温白色、電球色の光色において、望ましい演色性を実現することができる。第1の発光部3Aの平均演色評価数Raは76〜60、第2の発光部3Bの平均演色評価数Raは79〜60であることがより好ましい。
また、温白色、電球色の光色において望ましくは、図4に示すように、第2の発光部3Bは、出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.40,0,38)、(0.53,0.44)、(0.60、0.35)に囲まれる領域の範囲にあるように形成される。また、電球色の光色において望ましくは、図5に示すように、第2の発光部3Bは、出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.42,0.39)、(0.53,0,44)、(0.60,0.35)に囲まれる領域の範囲にあるように形成される。
また、電球色の光色において更に望ましくは、図6に示すように、第1の発光部3Aは、出射光の色度点が色度座標(0.32,0.43)、(0.38,0.54)、(0.43,0.51)、(0.365,0.41)に囲まれる領域の範囲にあるように形成される。このとき、第2の発光部3Bは、出射光の色度点が色度座標(0.40,0.29)、(0.42,0.39)、(0.53,0,44)、(0.56,0.40)に囲まれる領域の範囲にあるように形成される。第1の発光部3A及び第2の発光部3Bの各出射光の色度が、上記色度範囲となるように設定されることにより、電球色の光色において効率が良く、望ましい演色性を実現することができる。
また、図7に示すように、第1の発光部3Aは、出射光の色度点が色度座標(0.32,0.43)、(0.36,0.50)、(0.41,0.48)、(0.365,0.41)に囲まれる領域の範囲にあるように形成されてもよい。このとき、第2の発光部3Bは、出射光の色度点が色度座標(0.40,0.29)、(0.42,0.39)、(0.53,0,44)、(0.56,0.40)に囲まれる領域の範囲にあるように形成されてもよい。
また、別例としては、図8に示すように、第1の発光部3Aが(0.36,0.43)と(0.39,0.45)を結ぶ軌跡から色度偏差±0.04範囲にあるように形成される。また、このとき、第2の発光部3Bは(0.49,0.40)を中心としたときに色度偏差±0.04の範囲にあるように形成される。
また、本実施形態においては、図1に示したように、1個の第1の発光部3Aと、7個の第2の発光部3Bが用いられている。図9は、この条件において、第1の発光部3A、第2の発光部3Bを夫々点灯させたとき、及びそれら全てを点灯させたときの分光スペクトルを示す。この例において、第1の発光部3A(1個)の平均演色評価数Raは74であった。また、第2の発光部3B(7個)の平均演色評価数Raは76であった。一方、2種の発光部3A及び発光部3Bの計8個を点灯させると、第2の発光部3Bの7個の場合よりも、第1の発光部3Aからの光の影響によって、相対強度は高くなり、ピーク波長が低波長側にシフトする。そして、このときの平均演色評価数Raは80であった。つまり、平均演色評価数Raが比較的低い2種の発光部を同時に点灯させることで、それらを個別に点灯させる場合に比べて、演色性を向上させることができる。
また、図10は、第1の発光部3A及び第2の発光部3Bの発光強度を変化させたときの混色光の色度を示す。図中の領域Laは電球色規格の色度の範囲を示し、領域Lbは、電球色規格でもより好ましい色度の範囲を示す。これらの結果から、第1の発光部3A及び第2の発光部3Bの発光強度の比は、0.5:7.5〜2.5:5.5の範囲にあることが好ましく、1:7〜2:6の範囲にあることがより好ましいことが分かる。この範囲であれば、より好ましい電球色の照明光を得ることができる。特に、上記実施形態で示したように、第1の発光部3A及び第2の発光部3Bの発光強度の比が1:7である場合、色度が黒体放射軌跡に近く、より自然な電球色の照明光を得ることができる。
図11は、蛍光体としてYAG系黄色蛍光体及びSCASN系赤色蛍光体を用いた従来の電球色LEDと、本実施形態(第1の発光部3A:第2の発光部3B=1:7)による電球色LEDと、目標値とする分光スペクトルを夫々示す。本実施形態による電球色LEDでは、従来の電球色LEDに比べて、発光強度が120%以上となり、目標値も超えていた。
また、従来の電球色LED、及び本実施形態の電球色LEDの平均演色評価数Raは、いずれも80を超えており、照明装置に要求される演色性を満たすものであった。一方、本実施形態の電球色LEDの相対全光束では、従来の電球色LEDに対して120%であった。また、図12に示すように、YAG系黄色蛍光体34Y及びSCASN系赤色蛍光体34Rに、更にSr2BaSiO5:Euを主成分とする橙色蛍光体34Oを加える場合(曲線で結ばれた各プロット参照)に比べて、演色性及び全光束は共に向上した。なお、図中の%は、SCASN系赤色蛍光体34Rに対する橙色蛍光体34Oの置き換えの割合である。
色変換部材に、複数の蛍光体を含有させた場合、長波長側で発光する蛍光体が、短波長側で発光した光を吸収して、長波長側へ波長変換することにより、発光効率が低下する。つまり、図12に示した従来の電球色LED(YAG系黄色蛍光体及びSCASN系赤色蛍光体)では、SCASN系赤色蛍光体による波長変換により、発光効率が低下する。これに対して、本実施形態においては、Sr2BaSiO5:Euを主成分とする橙色蛍光体34Oを用いた第2の発光部3Bにより、SCASN系赤色蛍光体34Rによる発光効率の低下を抑制することができる。また、YAG系黄色蛍光体34Yを用いた第1の発光部3Aを用いることで演色性を向上させる。従って、発光効率が良く相対全光束を高くすることができ、且つ演色性を高くすることができる。
また、第2の発光部3Bにおいて、橙色蛍光体34O(上記図2(b)参照)は、蛍光体全体のうち3〜50重量パーセントの範囲で色変換部材33に添加されていることが好ましい。この範囲であれば、演色性の低下を抑えながら、バランス良く全光束を多くすることができる。
また、照明装置1において、第2の発光部3Bは、第1の発光部3Aを囲うように基板2上に配置されていることが好ましい(上記図1参照)。第2の発光部3Bと第1の発光部3Aとは、出射光の光色が異なるが、本実施形態においては、第1の発光部3Aが、個数の多い第2の発光部3Bよりも相対的に中央寄りの位置に配置されるので、第1の発光部3Aの出射光が、第2の発光部3Bの出射光に混光され、色ムラを抑制することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。上記実施形態においては、複数のLED3のうち、第1の発光部3Aと第2の発光部3Bとの存在割合が1:7である構成に基づいて説明した。しかしながら、第1の発光部3Aと第2の発光部3Bとの発光強度の比を0.5:7.5〜2.5:5.5の範囲にできれば、必ずしもLED3の存在割合が上記の通りでなくてもよい。例えば、第1の発光部3Aと第2の発光部3Bの出力比を制御する、又は第1の発光部3Aと第2の発光部3Bとの各発光面積を制御することにより、上記発光強度の比を設定することができる。
1 照明装置
2 基板
3 LED
3A 第1の発光部
3B 第2の発光部
33 色変換部材
34 蛍光体
34Y YAG系黄色蛍光体
34R SCASN系赤色蛍光体
34O Sr2BaSiO5:Euを主成分とする橙色蛍光体
2 基板
3 LED
3A 第1の発光部
3B 第2の発光部
33 色変換部材
34 蛍光体
34Y YAG系黄色蛍光体
34R SCASN系赤色蛍光体
34O Sr2BaSiO5:Euを主成分とする橙色蛍光体
Claims (9)
- 基板と、前記基板上に配置された複数のLEDと、を備えた照明装置であって、
前記LEDは、光を出射するLED素子と、前記LED素子を覆い該LED素子が出射した光の波長を変換して出射する色変換部材と、を有し、
前記複数のLEDは、
前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.27,0.34)、(0.38,0.58)、(0.45,0.54)、(0.33,0.35)に囲まれる領域の範囲にあって、平均演色評価数Raが76〜30となるように形成された第1の発光部と、
前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.35,0,36)、(0.53,0.44)、(0.60,0.35)に囲まれる領域の範囲にあって、平均演色評価数Raが79〜30となるように形成された第2の発光部と、を有し、
前記第1の発光部及び第2の発光部の発光強度の比が0.5:7.5〜2.5:5.5の範囲にあることを特徴とする照明装置。 - 前記第2の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.40,0,38)、(0.53,0.44)、(0.60、0.35)に囲まれる領域の範囲にあるように形成されることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記第2の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.44,0.22)、(0.42,0.39)、(0.53,0,44)、(0.60,0.35)に囲まれる領域の範囲にあるように形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の照明装置。
- 前記第1の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.32,0.43)、(0.38,0.54)、(0.43,0.51)、(0.365,0.41)に囲まれる領域の範囲にあるように形成され、
前記第2の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.40,0.29)、(0.42,0.39)、(0.53,0,44)、(0.56,0.40)に囲まれる領域の範囲にあるように形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記第1の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.32,0.43)、(0.36,0.50)、(0.41,0.48)、(0.365,0.41)に囲まれる領域の範囲にあるように形成され、
前記第2の発光部は、前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.40,0.29)、(0.42,0.39)、(0.53,0,44)、(0.56,0.40)に囲まれる領域の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の照明装置。 - 基板と、前記基板上に配置された複数のLEDと、を備えた照明装置であって、
前記LEDは、光を出射するLED素子と、前記LED素子を覆い該LED素子が出射した光の波長を変換して出射する色変換部材と、を有し、
前記複数のLEDは、
前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標(0.36,0.43)と(0.39,0.45)を結ぶ軌跡から色度偏差±0.04の範囲にあって、平均演色評価数Raが76〜30となるように形成された第1の発光部と、
前記色変換部材からの出射光の色度点が色度座標((0.49,0.41)を中心としたときに色度偏差±0.04の範囲にあって、平均演色評価数Raが79〜30となるように形成された第2の発光部と、を有し、
前記第1の発光部及び第2の発光部の発光強度の比が0.5:7.5〜2.5:5.5の範囲にあることを特徴とする照明装置。 - 前記第1の発光部は、前記色変換部材にYAG系黄色蛍光体を含み、
前記第2の発光部は、前記色変換部材にYAG系黄色蛍光体と、Sr2BaSiO5:Euを主成分とする橙色蛍光体と、を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項6にいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記第2の発光部において、前記橙色蛍光体は、前記色変換部材に含有される蛍光体全体のうち3〜50重量パーセントの範囲であることを特徴とする請求項7に記載の照明装置。
- 前記第2の発光部は、前記第1の発光部を囲うように前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の照明装置。
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