(57)【要約】【課題】演色性、色再現性に優れ、色温度を変更可能であるとともに、高効率なＬＥＤ照明装置およびＬＥＤの配置方法を提供することを目的とする。【解決手段】複数のＬＥＤからなるＬＥＤグループと、少なくとも一つのＬＥＤグループを備えるＬＥＤパッケージと、該ＬＥＤパッケージを制御する制御部とからなるＬＥＤ照明装置であって、ＬＥＤグループは、ＬＥＤグループの中央に配置された少なくとも１個の青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの周囲に、ＬＥＤグループの中心点に対して対称に配置された少なくとも２個の赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの周囲に、中心点に対して対称に、且つ前記赤色ＬＥＤに対向する位置に配置された少なくとも２個の緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの周囲に配置された少なくとも２個の白色ＬＥＤと、を備える構成とした。【選択図】図３
2013004398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤからなるＬＥＤグループと、少なくとも一つの前記ＬＥＤグループを備えるＬＥＤパッケージと、前記ＬＥＤパッケージを制御する制御部とからなるＬＥＤ照明装置であって、
前記ＬＥＤグループは、
該ＬＥＤグループの中央に配置された少なくとも１個の青色ＬＥＤと、
前記青色ＬＥＤの周囲に、前記ＬＥＤグループの中心点に対して対称に配置された少なくとも２個の赤色ＬＥＤと、
前記青色ＬＥＤの周囲に、前記中心点に対して対称に、且つ前記赤色ＬＥＤに対向する位置に配置された少なくとも２個の緑色ＬＥＤと、
前記青色ＬＥＤの周囲に配置された少なくとも２個の白色ＬＥＤと、
を備えることを特徴とする、ＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤグループは、少なくとも２個の青色ＬＥＤを備え、
前記少なくとも２個の青色ＬＥＤは、前記中心点に対して対称に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記白色ＬＥＤは、前記赤色ＬＥＤおよび前記緑色ＬＥＤの間に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記白色ＬＥＤの数は、前記赤色、青色および緑色ＬＥＤそれぞれの数より多いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記赤色ＬＥＤの数は、前記青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤそれぞれの数より多いことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
前記少なくとも２個の白色ＬＥＤは、電球色の白色ＬＥＤを少なくとも１個含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
複数のＬＥＤからなるＬＥＤグループと、少なくとも一つの前記ＬＥＤグループを備えるＬＥＤパッケージと、前記ＬＥＤパッケージを制御する制御部とからなるＬＥＤ照明装置におけるＬＥＤの配置方法であって、
前記ＬＥＤグループの中央に少なくとも１個の青色ＬＥＤを配置し、
前記青色ＬＥＤの周囲に、少なくとも２個の赤色ＬＥＤを前記ＬＥＤグループの中心点に対して対称に配置し、
前記青色ＬＥＤの周囲に、少なくとも２個の緑色ＬＥＤを前記中心点に対して対称に、且つ前記赤色ＬＥＤに対向する位置に配置し、
前記青色ＬＥＤの周囲に、少なくとも２個の白色ＬＥＤを配置する、
ことを特徴とする、ＬＥＤ配置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）を用いた照明装置、および該照明装置におけるＬＥＤの配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
疑似白色ＬＥＤの出現と技術進歩に伴う発光効率の向上に伴い、ＬＥＤを光源に用いた照明装置の製品化に向けた各種試みがなされている。ＬＥＤを光源として用いることで、従来光源として多用されてきた白熱電球よりも、高いエネルギー効率を実現することができ、さらに装置の小型・軽量化や長寿命化が可能となる。
【０００３】
疑似白色ＬＥＤを光源に用いたＬＥＤ照明装置の一例が特許文献１に記載されている。また、疑似白色ＬＥＤ以外に、緑、赤、青色のＬＥＤを光源とした照明装置も知られている。特許文献２に記載されるＬＥＤ照明装置は、緑、赤、青色のＬＥＤを組み合わせて光の三原色を混色させることにより、白色光を得る構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６０６７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６２８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、疑似白色ＬＥＤは青色光で蛍光体を励起することで黄色光を得て、この黄色光と青色光とを混合することにより、疑似的な白色光を得ている。このような疑似白色ＬＥＤを用いることで、電力―光変換効率の高い光源を得ることが可能である。しかしながら、疑似白色ＬＥＤは、およそ４６０ｎｍと５６０ｎｍ付近に波長ピークを持ち、他の波長成分が不足する為、照らされる物質本来の色合いを再現する演色性に乏しい。特に、赤色や緑色の物質を照らした場合に、これらの色がくすんで見えてしまうことがある。そのため、例えば、博物館などの美術品本来の色を再現することが求められる場所においては、照明装置の光源として疑似白色ＬＥＤを用いることは好ましくない。また、疑似白色ＬＥＤを用いた場合には、照明の色温度を自由に変更することもできない。
【０００６】
これに対し、特許文献２に記載されるＬＥＤ照明装置では、三色のＬＥＤを用いることにより、疑似白色ＬＥＤを用いる場合に比べ、演色性や色の再現性を向上させることができる。しかしながら、緑、赤、青の三色を混色して白色光を得るためには、緑、赤、青をおよそ７：３：１の比率で混合する必要があり、効率が悪い。具体的には、各色のＬＥＤの電力−光変換効率は各々異なり、上記の比率で白色を得るためには、特に緑色ＬＥＤの数を増やすなどの対応が必要となる。そのため、１個の白色ＬＥＤと同等の輝度を得るために、複数のＬＥＤを駆動する必要があり、電力―光変換効率が悪くなってしまう。さらに、複数色のＬＥＤから白色光を得る場合、時間の経過とともに、発光色によりそれぞれ異なる割合で輝度が低下し、色ずれが生じてしまう。そのため、色ずれを解消するために、何らかの補正手段が必要となるといった問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、演色性、色再現性に優れ、色温度を変更可能であるとともに、高効率なＬＥＤ照明装置、およびＬＥＤ配置方法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】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明により、複数のＬＥＤからなるＬＥＤグループと、少なくとも一つのＬＥＤグループを備えるＬＥＤパッケージと、ＬＥＤパッケージを制御する制御部とからなるＬＥＤ照明装置が提供される。また、本発明のＬＥＤグループは、該ＬＥＤグループの中央に配置された少なくとも１個の青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの周囲に、ＬＥＤグループの中心点に対して対称に配置された少なくとも２個の赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの周囲に、中心点に対して対称に、且つ赤色ＬＥＤに対向する位置に配置された少なくとも２個の緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの周囲に配置された少なくとも２個の白色ＬＥＤと、を備えることを特徴とする。また、ＬＥＤグループは、少なくとも２個の青色ＬＥＤを備えても良く、この場合、少なくとも２個の青色ＬＥＤは、中心点に対して対称に配置される構成としても良い。
【０００９】
また、上記白色ＬＥＤは、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの間に配置されても良く、該白色ＬＥＤの数は、赤色、青色および緑色ＬＥＤそれぞれの数より多くても良い。また、赤色ＬＥＤの数は、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの数より多くても良い。さらに、少なくとも２個の白色ＬＥＤは、電球色の白色ＬＥＤを少なくとも１個含んでも良い。
【００１０】
さらに、本発明により、複数のＬＥＤからなるＬＥＤグループと、少なくとも一つのＬＥＤグループを備えるＬＥＤパッケージと、ＬＥＤパッケージを制御する制御部とからなるＬＥＤ照明装置におけるＬＥＤの配置方法であって、ＬＥＤグループの中央に、少なくとも１個の青色ＬＥＤを配置し、青色ＬＥＤの周囲に、少なくとも２個の赤色ＬＥＤをＬＥＤグループの中心点に対して対称に配置し、青色ＬＥＤの周囲に、少なくとも２個の緑色ＬＥＤを中心点に対して対称に、且つ赤色ＬＥＤに対向する位置に配置し、青色ＬＥＤの周囲に、少なくとも２個の白色ＬＥＤを配置することを特徴とする、ＬＥＤ配置方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＬＥＤ照明装置では、優れた演色性、色再現性を実現するとともに、広い範囲で照明の色温度を変更することが可能となる。さらに、各色のＬＥＤをバランス良く配置することにより、色ムラがなく、高効率の照明装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるＬＥＤ照明装置を示す概略図である。
【図２】図１のＬＥＤ照明装置におけるＬＥＤ駆動回路を示す回路図である。
【図３】図１のＬＥＤパッケージにおけるＬＥＤの配置を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態におけるＬＥＤの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明装置について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態におけるＬＥＤ照明装置１を示す概略図である。ＬＥＤ照明装置１は、複数のＬＥＤパッケージ２００および制御部５００からなる。ＬＥＤパッケージ２００は、後述するように、複数の白、青、緑、赤のＬＥＤが実装されるＬＥＤ基板である。また、制御部５００は、ＬＥＤパッケージ２００を駆動制御するための制御部である。ＬＥＤ照明装置１では、ＬＥＤパッケージ２００を４枚直列に接続したものを１ブロックとし、ブロック毎に制御部５００により駆動される。図１の例では、制御部５００により４つのブロック（１６枚のＬＥＤパッケージ２００）が駆動される。尚、ＬＥＤパッケージ２００の直列枚数は４枚に限定されるものではなく、照明装置に要求される輝度に応じて、より多いまたは少ない枚数を直列接続して１ブロックとすることも可能である。
【００１５】
図２は、ＬＥＤ照明装置１における１ブロック当たりのＬＥＤ駆動回路１２０を示す回路図である。ＬＥＤ駆動回路１２０は、複数のＬＥＤユニット１０Ｗ、１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒをそれぞれ含む４個のＬＥＤパッケージ２００、各ＬＥＤユニット１０Ｗ〜１０Ｒを駆動するための、複数のＬＥＤ駆動部２０Ｗ、２０Ｂ、２０Ｇおよび２０Ｒ、ならびに複数の電流制御部３０Ｗ、３０Ｂ、３０Ｇおよび３０Ｒからなる。ＬＥＤ駆動部２０Ｗ〜２０Ｒは、各ＬＥＤユニットを駆動するための電流を供給し、電源制御部３０Ｗ〜３０Ｒは、各ＬＥＤ駆動部に流れる電流を制御する。また、図２に示されるＶＤはＬＥＤ用電源、ＶＥは駆動部用電源である。
【００１６】
ここで、各ＬＥＤユニット１０Ｗ〜１０Ｒ、ＬＥＤ駆動部２０Ｗ〜２０Ｒおよび電流制御部３０Ｗ〜３０Ｒの構成は略同じであるため、ＬＥＤユニット１０Ｗ、ＬＥＤ駆動部２０Ｗ、および電流制御部３０Ｗを例にとって、ＬＥＤ駆動回路１２０の詳細な構成について説明する。
【００１７】
本実施形態では電流制御部３０Ｗとして、帰還型定電流回路を用いる。詳しくは、電流制御部３０Ｗは、ＬＥＤユニット１０Ｗへ供給する電流値を設定するための基準電圧設定部３５Ｗを備えている。基準電圧設定部３５Ｗは、可変抵抗Ｒｖを備えており、可変抵抗Ｒｖの値を変更することにより、基準電圧を変更することができる。すなわち、可変抵抗Ｒｖによって、ＬＥＤユニット１０Ｗに流す電流が所望の値となるよう設定される。また、電流制御部３０Ｗは、増幅器３１Ｗを備え、増幅器３１Ｗは、基準電圧設定部３５Ｗで設定される基準電圧を一方の入力とし、ＬＥＤユニット１０Ｗに接続されたＬＥＤ駆動部２０Ｗの電流値の情報を、帰還用抵抗Ｒｆ１およびＲｆ２からなる帰還回路を経由して他方の入力とする。
【００１８】
ＬＥＤ駆動部２０Ｗは、駆動用トランジスタＴｒを備え、駆動用トランジスタＴｒのエミッタにエミッタ抵抗Ｒｅが、ベースにベース抵抗Ｒｂがそれぞれ接続される。ＬＥＤユニット１０Ｗに流れた電流値の情報は、エミッタ抵抗Ｒｅに発生する電圧として検出される。そして、検出された電圧値を、帰還回路を経由して増幅器３１Ｗに入力することにより、ＬＥＤユニット１０Ｗに流れる電流がそれぞれ制御される。
【００１９】
ＬＥＤユニット１０Ｗは、５個の白色ＬＥＤ１Ｗおよび１個の抵抗Ｒ１０Ｗが直列接続されたＬＥＤ列２Ｗが、５列、並列に接続されて構成される。本実施形態においては、白色ＬＥＤ１ｗとして、青色光で蛍光体を励起して黄色光を得る手法を用いて疑似的な白色光を得る、疑似白色ＬＥＤを用いる。
【００２０】
ここで、ＬＥＤのＶｆ（順電圧）には、個体差によるばらつきがあるため、単純にＬＥＤを直並列に接続して定電流駆動を行った場合には、Ｖｆの合計値が最も少ないＬＥＤ列に電流が集中して流れてしまう。そして、これにより、一部のＬＥＤ列だけが明るく点灯する一方、一部のＬＥＤ列は殆ど光らない状態となってしまう。このような問題を防ぐため、本実施形態においては、ＬＥＤユニット１０Ｗにおいて、抵抗Ｒ１０Ｗを各ＬＥＤ列２Ｗに挿入することで、各ＬＥＤ列に流れる電流の差が発生するのを抑えている。
【００２１】
また、本実施形態の抵抗Ｒ１０Ｗの値は、次のように算出される。まず、ＬＥＤがｎ段直列接続された場合、各ＬＥＤ列において、最大で（Ｖｆｍａｘ−Ｖｆｍｉｎ）×ｎの電圧の差が生じる。ここで、Ｖｆｍａｘは、ＬＥＤ１のＶｆの最大値であり、ＶｆｍｉｎはＬＥＤのＶｆの最小値である。そのため、直列接続する抵抗Ｒ１０Ｗの電圧降下値が上記電圧の差のｋ倍となるよう設定することにより、Ｖｆのばらつきを吸収することができる。ここで、ｋは、少なくとも３以上の値に設定することが望ましく、より大きく（例えば１０前後に）することで、ばらつきがほとんど無視できるようになる。ただし、ｋを大きく設定することにより、抵抗Ｒ１０Ｗによる電圧の損失が大きくなることから、ばらつきの吸収と損失とのバランスを考慮し、ｋを５前後の値に設定することが実用的である。
【００２２】
続いて、図３を参照して本実施形態のＬＥＤパッケージ２００におけるＬＥＤの配置について説明する。本実施形態では、ＬＥＤパッケージ２００には、白色ＬＥＤ１ｗが２５個、青色ＬＥＤ１Ｂおよび緑色ＬＥＤ１Ｇがそれぞれ１０個、ならびに赤色ＬＥＤ１Ｒが１４個が実装される。ここで、一般に、赤色ＬＥＤのＶｆは、その材質によりその他の色のＬＥＤのＶｆに比べて低い。そこで、本実施形態では、各ＬＥＤユニットにおけるＶｆ値のバランスをとるために、赤色ＬＥＤ１Ｒの数が、緑色、青色ＬＥＤの数に比べて多くなっている。このように赤色ＬＥＤの数を増やすことで、電流制御部において負担する無駄な電力を削減すること（損失を減らすこと）が可能となり、ＬＥＤ照明装置１の効率が向上する。さらに、各色ＬＥＤの駆動において、同じ電源電圧を使用することができ、使用する電源電圧の種類を削減することができる。また、赤色ＬＥＤは比較的効率が良くないため、他のＬＥＤより数を増やすことにより効率を良くするとともに、白色を出すための制御も容易となる。
【００２３】
また、図３に示されるように、各ＬＥＤは、ＬＥＤパッケージ２００の中央に位置するＬＥＤグループ１００およびその周辺に位置する４個のＬＥＤグループ１１０に振り分けられる。具体的には、ＬＥＤグループ１００は、５個の白色ＬＥＤ１ｗとそれぞれ２個の赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂからなり、ＬＥＤグループ１１０は、５個の白色ＬＥＤ１ｗ、それぞれ２個の緑色ＬＥＤ１Ｇおよび青色ＬＥＤ１Ｂ、ならびに３個の赤色ＬＥＤ１Ｒ、からなる。
【００２４】
ＬＥＤグループ１００では、２個の青色ＬＥＤ１Ｂが、ＬＥＤグループ１００の中央部に、仮想の光学的中心点Ａに対して対称となるよう配置される。一般に、青色ＬＥＤに対する人の感度は、他の色に比べて低くなっている。そのため、中央に青色ＬＥＤを配置した場合も、人によって青色が認識されることがないという利点がある。また、２個の赤色ＬＥＤ１Ｒは、青色ＬＥＤ１Ｂの周囲において、中心点Ａに対して対称となるよう配置される。そして、２個の緑色ＬＥＤ１Ｇが、同じく青色ＬＥＤ１Ｂの周囲において、中心点Ａに対して対称であり、且つ赤色ＬＥＤ１Ｒに対向する位置に配置される。このように、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤを近接して配置することで、赤色と緑色ＬＥＤが混色し、色ムラの発生が抑えられる。また、５個の白色ＬＥＤ１Ｗは、中心点Ａに対して略対称になるよう、青色ＬＥＤ１Ｂの周囲を埋めるように配置される。このように、白色ＬＥＤを各色のＬＥＤの間に配置することで、赤、緑、青色ＬＥＤからの光が白色ＬＥＤからの光に溶け込み、よりきれいな白色を得ることができる。
【００２５】
また、ＬＥＤグループ１１０では、ＬＥＤグループ１００と略同様に各ＬＥＤが配置されており、ＬＥＤグループ１００よりも赤色ＬＥＤ１Ｒの数が１個多い点のみ異なる。ここで、ＬＥＤパッケージ２００では、２種類のＬＥＤグループ１００と１１０を備える必要はなく、ＬＥＤグループ１００のみ、またはＬＥＤグループ１１０のみで構成されても良い。ＬＥＤグループ１００および１１０は、グループ単体で、バランスの良い白色光を得ることができるため、ＬＥＤグループ１００および１１０の数を任意に増減することにより、システムの拡大／縮小が可能となる。
【００２６】
このように、本実施形態のＬＥＤ照明装置１では、白色ＬＥＤに加え、赤、緑、青色ＬＥＤを備えることにより、優れた演色性、色再現性を実現することができる。また、本実施形態では、白色ＬＥＤ（２５個）に対して所定の数（計３４個）の赤、緑、青色ＬＥＤを備えることで、広い範囲で照明の色温度を変更することが可能となっている。さらに、４色のＬＥＤを混色させて白色を得ることにより、赤、緑、青色ＬＥＤの比率を７：３：１にする必要がないため、効率を下げることなく、高輝度の照明装置を実現することができるとともに、経過時間に伴う色ずれを無視できるほど低く抑えることができる。
【００２７】
また、図４は、本発明の別の実施形態におけるＬＥＤパッケージ２０１のＬＥＤの配置を示す図である。本実施形態では、図３の配置において、ＬＥＤグループ１０１、１１１にそれぞれ含まれる５個の白色ＬＥＤ１Ｗのうち、２個を電球色の白色ＬＥＤ１ＷＤに入れ替えた構成となっている。この場合、２個の白色ＬＥＤ１ＷＤは、中心点Ａに対して対称に配置される。また、このとき、各白色ＬＥＤ１ＷＤを、赤色ＬＥＤ１Ｒではなく緑色ＬＥＤ１Ｇの近傍に配置することで、色ムラを防ぐことができる。このように、白色ＬＥＤの一部を電球色の白色ＬＥＤとすることで、ＬＥＤ照明装置１の発色性をさらに向上させることができる。尚、少なくとも１個の白色ＬＥＤを電球色の白色ＬＥＤ１ＷＤとすることで、上記の効果を得ることができる。
【００２８】
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態の具体的態様は、上記に説明したものに限定されず、特許請求の範囲の記載により表現された技術的思想の範囲内で任意に変更することができる。例えば、本実施形態では、２５個の白色ＬＥＤに対して、３４個の赤、緑、青色ＬＥＤを用いる構成としているが、各ＬＥＤの数、および白色ＬＥＤと赤、緑、青色ＬＥＤの比率については、任意に変更可能である。赤、緑、青色ＬＥＤの比率を増やすことにより、色温度の変更の幅が広がり、白色ＬＥＤの比率を増やすことにより、効率が上がる。例えば、白色ＬＥＤと赤、緑、青色ＬＥＤの比率を９：１とすることで、十分な演色性、色再現性を得ることができるが、色温度の変更は難しくなる。また、上記実施形態では、青色ＬＥＤ１ＢをＬＥＤグループ１００の中央に中心点に対して対称に２個配置する構成としているが、中心に１個のみ配置する構成としても良い。
【００２９】
また、各ＬＥＤユニット１０Ｗ〜１０Ｒにおける各ＬＥＤ列内のＬＥＤの直列数およびＬＥＤ列の並列数は５段もしくは７段に限定されるものではなく、装置に要求される輝度およびＬＥＤの数に基づいて適宜設定される。ただし、ＬＥＤの直列数および並列数を増やすことにより電源電圧値が高くなるため、安全性の観点からは、電源電圧値が所定の値以下（例えば４８Ｖ以下）となるよう、直列数および並列数を設定しても良い。さらに、電流制御部として、帰還型定電流回路を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、その他の既知の回路を電流制御部として用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ＬＥＤ照明装置
１Ｗ〜１Ｒ  ＬＥＤ
２Ｗ〜２Ｒ  ＬＥＤ列
Ｒ１０Ｗ〜Ｒ１０Ｒ  抵抗
１０Ｗ〜１０Ｒ  ＬＥＤユニット
２０Ｗ〜２０Ｒ  ＬＥＤ駆動部
３０Ｗ〜３０Ｒ  電流制御部
３１Ｗ〜３１Ｒ  増幅器
３５Ｗ〜３５Ｒ  基準電圧設定部
１００、１１０  ＬＥＤグループ
１２０  ＬＥＤ駆動回路
２００  ＬＥＤパッケージ
５００  制御部  
【図１】
2013004398.tif 000003
【図２】
2013004398.tif 000004
【図３】
2013004398.tif 000005
【図４】
2013004398.tif 000006