(57)【要約】【課題】色温度及び演色性に優れた白色光を放射する白色ＬＥＤ装置を提供する。【解決手段】白色ＬＥＤ装置１は、青色光を発する青色ＬＥＤ光源３２を蛍光体樹脂３６に封入し、前記青色ＬＥＤ光源３２の青色光Ｋ１と前記蛍光体樹脂３６の蛍光Ｋ２の混合により白色光Ｋ３を放射する白色ＬＥＤ光源４及び全反射鏡８を対向配置してなる白色ＬＥＤユニット２と、赤色光を放射する赤色ＬＥＤ光源５及びダイクロイックミラー９を対向配置してなる赤色ＬＥＤユニット３と、を備え、前記赤色ＬＥＤユニット３は、前記白色ＬＥＤユニット２の前方に光軸を合せて配置され、前記赤色ＬＥＤユニット３のダイクロイックミラー９は、前記赤色ＬＥＤ光源５の放射光を反射するとともに前記白色ＬＥＤユニット２の放射光のうち前記赤色ＬＥＤ光源５の放射光の波長よりも低波長を透過する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色光を発する青色ＬＥＤ光源を蛍光体樹脂に封入し、前記青色ＬＥＤ光源の発光と前記蛍光体樹脂の蛍光の混合により白色光を放射する白色ＬＥＤ光源及び反射鏡を対向配置してなる白色ＬＥＤユニットと、
赤色光を放射する赤色ＬＥＤ光源及びダイクロイックミラーを対向配置してなる赤色ＬＥＤユニットと、を備え、
前記赤色ＬＥＤユニットは、前記白色ＬＥＤユニットの前方に光軸を合せて配置され、
前記赤色ＬＥＤユニットのダイクロイックミラーは、前記赤色ＬＥＤ光源の放射光を反射するとともに前記白色ＬＥＤユニットの放射光のうち前記赤色ＬＥＤ光源の放射光の波長よりも低波長を透過することを特徴とする白色ＬＥＤ装置。
【請求項２】
前記赤色ＬＥＤユニットの光量、又は、前記赤色ＬＥＤユニット及び前記白色ＬＥＤユニットの光量を個別に可変するコントローラを備えたことを特徴とする請求項１に記載の白色ＬＥＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色温度及び演色性に優れた白色ＬＥＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、白色光を出力する白色ＬＥＤ光源として、黄色蛍光体を分散させた蛍光体樹脂で青色ＬＥＤ光源を封止することで、青色ＬＥＤ光源の発光色と黄色蛍光体の蛍光色との混色によって白色を得るものが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４７３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の白色ＬＥＤ光源においては、標準光に比して色温度が高く（例えば６０００Ｋ〜）青っぽい光色となり、また、演色性も悪い（平均演色評価指数Ｒａ＝７０）、という問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、色温度及び演色性に優れた白色光を放射する白色ＬＥＤ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、青色光を発する青色ＬＥＤ光源を蛍光体樹脂に封入し、前記青色ＬＥＤ光源の発光と前記蛍光体樹脂の蛍光の混合により白色光を放射する白色ＬＥＤ光源及び反射鏡を対向配置してなる白色ＬＥＤユニットと、赤色光を放射する赤色ＬＥＤ光源及びダイクロイックミラーを対向配置してなる赤色ＬＥＤユニットと、を備え、前記赤色ＬＥＤユニットは、前記白色ＬＥＤユニットの前方に光軸を合せて配置され、前記赤色ＬＥＤユニットのダイクロイックミラーは、前記赤色ＬＥＤ光源の放射光を反射するとともに前記白色ＬＥＤユニットの放射光のうち前記赤色ＬＥＤ光源の放射光の波長よりも低波長を透過することを特徴とする白色ＬＥＤ装置を提供する。
【０００６】
また本発明は、上記白色ＬＥＤ装置において、前記赤色ＬＥＤユニットの光量、又は、前記赤色ＬＥＤユニット及び前記白色ＬＥＤユニットの光量を個別に可変するコントローラを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、白色ＬＥＤユニットの白色の光に、赤色ＬＥＤユニットの赤色の光を混合して放射するため、該赤色の光により、放射光の色温度を低めることができ、また、演色性を高めることもできる。
これに加え、白色ＬＥＤユニットと赤色ＬＥＤユニットをダイクロイックミラーを用いて光軸を合せるように前後に配置する構成としたため、照射面での色むらや照度むらを低減できる。
また、白色ＬＥＤユニットの放射光はダイクロイックミラーを透過する際に赤色の波長域がカットされることから該透過光の色温度が高くなり、これにより、該透過光に赤色ＬＥＤユニットの光を混合して得られる光の色温度の調整幅を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る白色ＬＥＤ装置を示す斜視図である。
【図２】白色ＬＥＤ装置の側断面の概略図である。
【図３】白色ＬＥＤユニットが備える白色ＬＥＤ光源の構成を模式的に示す図である。
【図４】白色ＬＥＤ光源の分光分布を比視感度と共に示す図である。
【図５】白色ＬＥＤ装置の分光分布を示す図である。
【図６】白色ＬＥＤ装置の比較構成例を示す模式図である。
【図７】白色ＬＥＤ光源及び比較構成において、白色ＬＥＤ光源の出力を一定に維持し、赤色ＬＥＤ光源の順電流を可変したときの色温度の変化を示す図である。
【図８】白色ＬＥＤ光源及び比較構成において、白色ＬＥＤ光源の出力を一定に維持し、赤色ＬＥＤ光源の順電流を可変したときの平均演色評価指数の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る積層型の白色ＬＥＤ装置１の正面および側面を示す概略図であり、図２はその側断面の概略図である。
これらの図に示すように、白色ＬＥＤ装置１は、白色光を放射する白色ＬＥＤユニット２と、赤色光を放射する赤色ＬＥＤユニット３とを備え、これら白色ＬＥＤユニット２及び赤色ＬＥＤユニット３が、赤色ＬＥＤユニット３を先頭に光放射方向Ｐに沿って光軸を合せて積層するように連設されている。
これら白色ＬＥＤユニット２及び赤色ＬＥＤユニット３の構成について説明すると、図２に示すように、それぞれは、円筒状（断面角形の筒状でも良い）のホルダケース１２を備え、各ホルダケース１２を同軸に連結材１０を介して連結して白色ＬＥＤ装置１が構成されている。ホルダケース１２は、アルミニウムなどの高熱伝導性を有する金属材から形成され、その外周面（外側面）に多数の放熱フィン１４を有する放熱部１６が形成されている。
【００１０】
白色ＬＥＤユニット２は、白色光の光源たる白色ＬＥＤ光源４と、この白色ＬＥＤ光源４を支持するリードフレーム６と、白色ＬＥＤ光源４の発光面４Ａに対向配置される全反射鏡８とを備えている。リードフレーム６は、白色ＬＥＤユニット２及び赤色ＬＥＤユニット３のそれぞれで同一構成を成し、図１に示すように、円環部１Ａと、この円環部１Ａの中心Ｏに配置される略円板状の取付部１Ｂと、円環部１Ａから取付部１Ｂに向けて延びる三本のアーム部１Ｃとを備え、これらが例えば銅などの高熱伝導性を有する板材を例えば型抜き成形するなどして一体に形成されている。
リードフレーム６の背面では、図２に示すように、上記白色ＬＥＤ光源４が取付部１Ｂに固定される。また、アーム部１Ｃには、図１に示すように、回路用基板１８が設けられ、この回路用基板１８を介して外部からの電力が白色ＬＥＤ光源４に供給される。かかるリードフレーム６は、図２に示すように、白色ＬＥＤ光源４の発光面４Ａを背面側に向けた姿勢で背面開口１２Ａからホルダケース１２内に挿入され掛止片１２Ｂに掛止される。
【００１１】
全反射鏡８は、図２に示すように、光学反射面８Ａが白色ＬＥＤ光源４の発光面４Ａに対向するように焦点距離調整用スペーサ２０を介在させてホルダケース１２に挿入される。光学反射面８Ａは、対向配置される白色ＬＥＤ光源４の放射光を全反射する反射特性を有し、また、この白色ＬＥＤ光源４の配置位置を焦点とする放物面（回転放物面）または非球面に形成されている。したがって、白色ＬＥＤ光源４から放射された光は全反射鏡８の中心軸（光軸）Ｎに対して略平行な光として反射され、ホルダケース１２の正面側の開口１２Ｄから前方の赤色ＬＥＤユニット３に向けて放射される。上記焦点距離調整用スペーサ２０は、白色ＬＥＤ光源４の製造ばらつき等によって生じる該白色ＬＥＤ光源４から光学反射面８Ａまでの距離のばらつき、すなわち、焦点距離ｆ（図２参照）のばらつきを補償し、該白色ＬＥＤユニット２や赤色ＬＥＤユニット３の配光特性や照度分布を等しくするものである。
【００１２】
赤色ＬＥＤユニット３は、白色ＬＥＤユニット２に対して、白色ＬＥＤ光源４の代わりに赤色ＬＥＤ光源５を備える点、及び、全反射鏡８の代わりにダイクロイックミラー９を備える点を除き、略同一構成を成している。
赤色ＬＥＤ光源５は、波長６００ｎｍ〜７８０ｎｍの光を放射するＬＥＤ光源である。
ダイクロイックミラー９は、少なくとも赤色ＬＥＤ光源５の波長帯域の光を反射するとともに、背面側から入射された白色ＬＥＤユニット２の白色光のうち、赤色ＬＥＤ光源５の波長帯域よりも短波長（例えば６００ｎｍ以下）の光を透過する凹面状の光学素子である。すなわち、このダイクロイックミラー９では、図２に示すように、赤色ＬＥＤ光源５の放射光が中心軸（光軸）Ｎに沿った平行光として反射されるとともに、背面側から入射された白色ＬＥＤユニット２の平行光が同軸に重なるように透過し、このダイクロイックミラー９による反射光Ｍ２と透過光Ｍ１の混合光Ｍ３が白色ＬＥＤ装置１から白色光として放射される。
【００１３】
また白色ＬＥＤ装置１には、図２に示すように、白色ＬＥＤユニット２及び赤色ＬＥＤユニット３の光量をそれぞれ個別に調整するコントローラ２４が設けられている。
【００１４】
図３は、白色ＬＥＤユニット２が備える白色ＬＥＤ光源４の構成を模式的に示す図である。
白色ＬＥＤ光源４は、図３に示すように、光源本体３０と、１又は複数（図示例では１つ）の青色ＬＥＤ光源３２と、青色ＬＥＤ光源３２に電流を供給する二対のリードフレーム３４と、青色ＬＥＤ光源３２を覆う蛍光体樹脂３６とを備えて大略構成されている。光源本体３０には、その上面に凹状のカップ３８が設けられ、このカップ３８は、平坦な底部３８Ａ、及び、その周縁から上方に拡がる傾斜を有するスロープ部３８Ｂを備えて側面視台形状に形成されている。
【００１５】
青色ＬＥＤ光源３２は、カップ３８の底部３８Ａの略中央に配置されており、青色ＬＥＤ光源３２の電極とリードフレーム３４とが図示しないワイヤによって電気的に接続されている。この青色ＬＥＤ光源３２は、青色光を受けて黄色の蛍光を発する蛍光体が散布された樹脂製の上記蛍光体樹脂３６に封止され、この蛍光体樹脂３６は、さらに略透明の透明樹脂４０でカップ３８に封止されている。そして、この白色ＬＥＤ光源４においては、青色ＬＥＤ光源３２の青色光Ｋ１と蛍光体樹脂３６の黄色の蛍光Ｋ２の混合によって白色光Ｋ３が得られる。
【００１６】
図４は白色ＬＥＤ光源４の分光分布を比視感度と共に示す図であり、同図では、実線Ａが分光分布曲線を示し、実線Ｂが比視感度曲線を示している。
白色ＬＥＤ光源４は、青色光Ｋ１と黄色の蛍光Ｋ２との混合により白色光Ｋ３を得る構成であるため、実線Ａに示されるように、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの広い波長帯域を有するものの、波長５００ｎｍ〜７００ｎｍでの強度が波長４００ｎｍ〜５００ｎｍでの強度に比べて低い。このため、白色光Ｋ３は、色温度が比較的高く、放射光が青っぽい光となる。また、比視認感度が高い領域である波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で光量が相対的に低くなるため暗く感じられる。
【００１７】
図５は、白色ＬＥＤ装置１の分光分布を示す図である。
白色ＬＥＤ装置１においては、上述したように、白色ＬＥＤ光源４の白色光に加えて赤色ＬＥＤ光源５の光も加えられるため、図５に示すように、該赤色ＬＥＤ光源５の光により波長６００ｎｍ以上の波長帯域にも十分な強度の光が得られる。これにより、白色ＬＥＤ光源４を単体で用いた場合に比べ、色温度が比較的低くなり標準光に近づく上に、比視認感度が高い領域での光量も増えるため明るく感じられることとなり、白色ＬＥＤ光源４を単体で用いた場合に比べて色温度と明るさが改善される。
【００１８】
ここで、本実施形態の白色ＬＥＤ装置１は、赤色ＬＥＤユニット３及び白色ＬＥＤユニット２をダイクロイックミラー９を用いて積層する積層型としているため、図６に示すように、赤色ＬＥＤ光源Ｓ１の赤色光Ｌ１と、白色ＬＥＤ光源Ｓ２の白色光Ｌ２とを例えばプリズム等の合成用光学素子Ｔで単純に合成して混合光Ｌ３を得る構成（比較構成Ｑ）に比べ、次ぎのような利点がある。
【００１９】
図７は、本実施形態（本構成）及び比較構成Ｑにおいて、白色ＬＥＤ光源４、Ｓ２の出力を一定に維持し、赤色ＬＥＤ光源５、Ｓ１の順電流（光量）を０〜５００（ｍＡ）の間で可変させたときの色温度の変化を示す図である。
比較構成Ｑにおいては、赤色光Ｌ１と白色光Ｌ２とを単純に混合して混合光Ｌ３を得ているため、白色光Ｌ２の赤色の成分（波長６００ｎｍ以上の光）がカットされずに混合光Ｌ３に含まれる。このため、赤色ＬＥＤ光源Ｓ１の順電流を小さくして赤色光Ｌ１を小さくしたとしても、白色光Ｌ２の赤色の成分が存在することから、図７に示すように、色温度の最大値は比較的高くならずに約６０００〜７０００Ｋ程度に留まる。
【００２０】
これに対して、本例では、ダイクロイックミラー９により、白色ＬＥＤ光源４の白色光のうち波長６００ｎｍ以上の光をカットしているため、赤色ＬＥＤ光源５の順電流を小さくするほど、色温度が比較構成Ｑよりも高くなり、色温度の最大値は約１４０００〜１５０００Ｋ程度にまで達する。このように、本例では、赤色光Ｌ１と白色光Ｌ２とを単純に合成して混合光Ｌ３を得る構成に比べ、色温度の調整範囲を拡大することができる、という利点がある。
【００２１】
図８は、本実施形態（本構成）及び比較構成Ｑにおいて、白色ＬＥＤ光源４、Ｓ２の出力を一定に維持し、赤色ＬＥＤ光源５、Ｓ１の順電流（光量）を０〜５００（ｍＡ）の間で可変させたときの平均演色評価指数（Ｒａ）の変化を示す図である。
この図に示すように、本構成においては、赤色ＬＥＤ光源５の順電流を調整することで平均演色評価指数Ｒａ＞７０が得られ、白色ＬＥＤ光源４を単体で使用したときよりも、演色性が高められ、また、該演色性を赤色ＬＥＤユニット３の光量を可変することで調整できることが分かる。さらに、この図８に示すように、拡大した色温度６０００Ｋ以上（順電流２００ｍＡ以下）の本構成では、１２０００Ｋまで（順電流５０ｍＡ以下）の範囲でＲａ＞７０であることが分かる。
【００２２】
したがって、白色ＬＥＤ装置１の用途に応じて、上記コントローラ２４により、赤色ＬＥＤユニット３及び白色ＬＥＤユニット２の光量を個別に可変することで、その用途に応じた色温度及び演色性を実現することができる。特に、歯科治療等の医療用の照明に用いて好適な色温度及び演色性を備えた白色ＬＥＤ装置１とすることもできる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、白色ＬＥＤユニット２の白色光に、赤色ＬＥＤユニット３の赤色光を混合して放射する構成としたため、該赤色光により、放射光の色温度を低めることができ、また、演色性を高めることができる。
これに加え、白色ＬＥＤユニット２と赤色ＬＥＤユニット３をダイクロイックミラー９を用いて光軸を合せるように前後に配置する構成としたため、照射面での色むらや照度むらを低減できる。
また、白色ＬＥＤユニット２の放射光はダイクロイックミラー９を透過する際に赤色の波長域がカットされることから該透過光Ｍ１の色温度が高くなり、これにより、該透過光Ｍ１に、赤色ＬＥＤユニット３の反射光Ｍ２を混合して得られる混合光Ｍ３の色温度の調整幅を広くすることができる。
【００２４】
また、赤色ＬＥＤユニット３及び白色ＬＥＤユニット２の光量を個別に可変するコントローラ２４を備える構成としたため、それぞれの光量を独立して制御することができ、用途に応じた色温度及び演色性を実現することができる。
なお、コントローラ２４が赤色ＬＥＤユニット３の光量のみを調整する構成としてもよい。
【００２５】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００２６】
１  白色ＬＥＤ装置
２  白色ＬＥＤユニット
３  赤色ＬＥＤユニット
４  白色ＬＥＤ光源
５  赤色ＬＥＤ光源
８  全反射鏡（反射鏡）
９  ダイクロイックミラー
２４  コントローラ
３２  青色ＬＥＤ光源
３６  蛍光体樹脂
Ｎ  中心軸（光軸）
Ｐ  光放射方向
Ｑ  比較構成
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011065892.tif 000009
【図８】
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