ＬＥＤ照明装置
【課題】導光部材を用いて異なる発光色のＬＥＤ光を混色する構成の照明装置において、特に照射パターンエリヤを観察した場合に観られる前記パターンエリヤの縁部の色ムラを低減する
【解決手段】複数の導光部材を用いた各照射パターン毎に各光照射源であるＬＥＤ配置を転遷させることにより、各照射パターンが互いに重畳しあう遠視野領域において、各照射パターンエリア縁部の光色混合不足領域の不足光色を照射パターンどうしで互に補うようにして色ムラ感を軽減した。
【解決手段】複数の導光部材を用いた各照射パターン毎に各光照射源であるＬＥＤ配置を転遷させることにより、各照射パターンが互いに重畳しあう遠視野領域において、各照射パターンエリア縁部の光色混合不足領域の不足光色を照射パターンどうしで互に補うようにして色ムラ感を軽減した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光色の組み合わせにより作成されるＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤが調光及び点滅制御が容易であることを生かして、色温度が可変可能な照明装置（以下、色温度可変照明装置と略する）が上市されている。色温度可変照明装置は青色ＬＥＤと蛍光体の組み合わせによる高い色温度光源と低い色温度光源の２種類の白色光源の光を合成し、双方の混光状態を調整することで黒体軌跡に沿って変化させることができる様にしたものが一般的である。
さらに、光の三原色である赤色・緑色・青色のＬＥＤを用いて各々の発光色を混光して白色を得る方法もある。この方式は一部に欠落するスペクトル成分（黄色）が存在することとなるが、各ＬＥＤの光量を調節することで任意の色彩が得られるため演出照明などに利用されている。
【０００３】
前述の色温度可変照明装置においてはＬＥＤ光源を複数使用するため光源サイズが大きくなり、そのため混光状態が不十分となりやすく、照射対象の位置や距離によっては所望の照明光色を得られない場合がある。
そこで色温度可変照明装置を構成する光学系に合わせて所望とする光源サイズを満たすために、前記の色温度あるいは光色の異なる複数のＬＥＤチップを一つのパッケージに収めマルチパッケージとし1つの発光源としたものが色調可変光源として用いられている。
【０００４】
しかるに前記マルチパッケージによる色調可変光源は混色性を高めるために、一般的にパッケージ内外に光拡散手段を設けて用いられるため、往々にして光損失が大きくなる。また、前記マルチパッケージの色調可変光源を複数個配置して色温度可変照明装置を仕立てる場合、ＬＥＤ素子のばらつきにより、前記マルチパッケージの色調可変光源の個々に対して個別にカラーコレクション（駆動条件を調整し、色味を統一させる）を実施せざるを得ないのが現状である。
【０００５】
従って、ＬＥＤサプライヤで実施するビンニング（パッケージ固体間の色ばらつき、及びＬＥＤ素子の光度ばらつきに関する選別など）を適用した色温度あるいは光色別のシングルパッケージ（一つのＬＥＤチップのみを収めたパッケージ）のＬＥＤ光源を用いて混色性が十分に確保された色温度可変照明装置が達成可能であれば、前述の光損失が軽減でき、また搭載する各色のＬＥＤ光源を個々に選択し、組み合わせることができ、前述の色温度可変照明装置のカラーコレクション作業も平易なものとなる筈である。
【０００６】
特許文献１では、異なる色の光を発光させるようにＬＥＤ素子と蛍光体との組み合わせによる複数のＬＥＤ光源を有する発光部を複雑な駆動方法を用いずに、それら複数の光源による合成光の色温度を制御可能な発光装置が開示されている。該発光装置は電気配線がパターニングされた基板上に、シングルパッケージのＬＥＤを複数個配置させたもので、前述の如く、発光色や光度のばらつきに関してビンニングに基づく選択搭載が可能であり、駆動部の調整も平易になるものと思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２８３１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１による発光装置を照明用として使用した場合、基板上の複数のＬＥＤ光源による合成光を照射する構成であるために照明用光源としての等価的な光源サイズが大きくなり、それにより照射面で色ムラが発生する場合がある。特に発光部の配光角を狭くして、スポットライト等に適用した場合、光学部材を駆使して配光を制御しても照射される範囲で色ムラ発生の抑制は非常に困難な作業となってしまう。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、異なる発光色のシングルパッケージのＬＥＤ光源を複数個用いて、それらの光を混色して色調整するように構成された色温度可変照明装置において、特に照射パターンエリヤを観察した場合に観られるパターンエリヤ内の色ムラを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明によれば、
ｎを３以上の整数として、
ｎ個の互いに異なる発光波長分布特性を有するＬＥＤ夫々の発光部中心を正ｎ角形の頂点に位置するように基板上に隣接配置されて１組のＬＥＤ群を形成し、
前記基板上には前記編成のＬＥＤ群がｎ組存在し、ｎ組のＬＥＤ群はＬＥＤ配置中心点Ｓが正ｎ角形の頂点に位置するように分散配置されており、
ｎ個の導光部材が前記ＬＥＤ群夫々にＬＥＤの照射方向前方に配設されており、前記導光部材は、１本の棒状の導光幹部と、導光幹部の一方の端部に接続する導光分岐部と、導光分岐部に接続するｎ本の導光枝部を備え、
ｎ本の導光枝部は該導光幹部の中心軸に対して導光分岐部まで均等に傾斜されて、前記ＬＥＤ群を構成するｎ個のＬＥＤ夫々の発光部中心に入射面の中心が一致するように対抗し、
前記導光幹部の他方の端部は光出射面として、配光制御手段の入射部に対抗するようにして構成されることで各ＬＥＤの発光色を混色して照射する方式のＬＥＤ照明装置であり、
各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係が以下の条件（ａ）あるいは（ｂ）を満たすように設定されたことを特徴とするＬＥＤ照明装置とすることにより上記した目的が達成される。
（ａ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[２π／ｎ]°回転対象に配置される。
（ｂ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置されたｎ組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明によれば、
請求項１によるＬＥＤ照明装置を構成単位として複数個を千鳥格子状に光照射面が同一平面状となるように配置してなる面状照明装置において、
ｎを３、４および６として
該ＬＥＤ照明装置に分散配置されたｎ組のＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓを結ぶ正ｎ角形と、
隣接しあう二つまたは三つのＬＥＤ照明装置間を隔てて、各ＬＥＤ照明装置間の中央付近で接近するｎ組のＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓを結ぶ正ｎ角形が合同の関係にあり、其れ等の正ｎ角形が平面充填されるように各ＬＥＤ照明装置間の配置間隔が決定されることを特徴とした面状照明装置とすることで、前記ＬＥＤ照明装置を複数用いた面状照明装置を提供することができ、これにより色ムラを低減できる利点がある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、演色性に優れ、色ムラの少ないＬＥＤ照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る各ＬＥＤ群におけるＬＥＤ配置を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る図６の照明装置の基板上における各ＬＥＤ群の配置を示す図である。
【図３】図３は、図２におけるＬＥＤ配置を変更した例を示す図である。
【図４】図４は、本発明による基板上におけるＬＥＤ群とＬＥＤ群を編成する各ＬＥＤ配置とスクリーンへの照射される各ＬＥＤの照射パターンの位置関係を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明に係り図２と異なる条件に従って配置された基板上におけるＬＥＤ群とＬＥＤ群を編成する各ＬＥＤ配置の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の照明装置の一例を示す斜視図である。
【図７】図７は、図６の照明装置の内部構成を示す模式的断面図である。
【図８】図８は、図６の照明装置の基板上におけるＬＥＤ群とＬＥＤ群を編成する各ＬＥＤ配置の一例を示す図である。
【図９】図９は、図６の照明装置の導光部材を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、図９の導光部材を説明する図で、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
【図１１】図１１は、図９の導光部材における導光枝部入射面の形状の一例を説明する図である。
【図１２】図１２は、図６の照明装置の配光制御用レンズアレイの斜視図をである。
【図１３】図１３は、図１２と反対の面側の配光制御用レンズの斜視図である。
【図１４】図１４は、本照明装置における駆動部の例を示す図である。
【図１５】図１５は、一組のＬＥＤ群からの照射パターンを模式的に示した図である。
【図１６】図１６は、本発明による照明装置を複数個用いて面状照明装置を構築した例で、照射方向からみたＬＥＤ配置のみを明示した図である。
【図１７】図１７は、本発明に基づき、図１６の例に用いた照明装置を基板に搭載されたＬＥＤ群の組数とＬＥＤの個数を変更したものとして面状照明装置を構築した例で、照射方向からみたＬＥＤ配置のみを明示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る照明装置の基本的な構成は、複数の異なる発光色のＬＥＤ光源（以下、ＬＥＤと表記する）からの光の混色性を高めるための、複数の導光枝部をもつ棒状の導光部材を用い、各導光枝部と各ＬＥＤを個々に結合させて混色された光を出射させるものである。以下、図を参照しながら本照明装置の基本的な機構および機能および本発明に係る特徴を詳細に説明することとする。
【００１５】
図６は本発明に係る照明装置の一例を示す斜視図、図７は図６の照明装置１の内部構成を示す模式的断面図である。照明装置１は、複数の異なる発光色のＬＥＤを調色可能な照明装置であり、本例では外部から電源及びＬＥＤ駆動制御信号の供給を受けて発色の調整がされる様になっている。
【００１６】
照明装置１は、照射方向の内径を大きくした略円筒状の筐体４０と筐体４０の前面に設けた前面カバーを兼ねた配光制御レンズアレイ６０と筐体４０の後面の放熱器を兼ねた蓋部５０と備え、放熱器５０からは外部電源及び駆動信号の供給元に接続するためのケーブル７０を備えている。筐体内部には、光源２０と、光源２０を搭載した基板１１と、光源の照射方向前方に設けた導光部材３０と、プリズム部６３が組み込まれた配光制御用レンズアレイ６０および導光部材３０を支えるための保持部材１２が収納されている。光源２０は、基板１１上に搭載した複数のシングルパッケージＬＥＤである。基板１1上には、電磁妨害波の発生を抑制するためにも、好ましくは各ＬＥＤを駆動ためのＬＥＤドライバおよびＤＣ／ＤＣコンバータなどによる駆動部を搭載するのが望ましい（図示せず）。基板１１の背面に設けた蓋部を兼ねた放熱器５０により、各ＬＥＤで生じた熱は基板１１を通して放熱器５０へ伝熱され、気中へと熱放散される。
【００１７】
図８は、光源２０を搭載した基板１１を照明装置の照射方向、すなわち、図７の紙面左手側からみた基板正面図である。基板１１は筐体４０内の取付位置の内部断面形状と略一致する形状とした金属ベース基盤で、アルミニウムあるいは銅をベース金属とし、部品搭載面には絶縁層および所定パターンの導体配線層を積層した所謂金属ベース回路基板である。本例おいては、円形状としている。基盤１１の光照射方向側となる部品搭載面側には、複数のシングルパッケージＬＥＤ２１，２２，２３を搭載され、導体配線層に電気的に接続されている。
【００１８】
ＬＥＤは、第１のＬＥＤ２１，第２のＬＥＤ２２および第３のＬＥＤ２３の３個で一つのＬＥＤ群２５を形成し、基板１１上に３組のＬＥＤ群２５を搭載している。したがって、ＬＥＤは合計９個が搭載されている。尚、使用するシングルパッケージＬＥＤは面実装タイプのＬＥＤとして、導光部材３０との結合効率を稼ぐためにはＰＬＣＣパッケージ品のように搭載面に対し上方に光放射の開口をもつものが好ましい。
【００１９】
なお、図８において基板１１の部品搭載面側には暗色系のレジストもしくはシルク印刷が施されている。これにより導体配線層および絶縁層を覆うことで、基板１１表面に届く迷光、すなわち導光部材３０表面や導光部材と各ＬＥＤの結合部から漏れた混光が不十分な光が、全面カバー４３の方向に向けて反射され、配光制御用レンズ６０を通して照明光に入り交り、それにより照明品質の悪化を防いでいる。
【００２０】
図８におけるＬＥＤ２１，２２，２３夫々の発光色は様々の組み合わせが可能である。
例えば、ＬＥＤ２１，２２，２３を各々光の三原色である赤色・緑色・青色の発光色を発するものとする。赤色・緑色・青色はＡｌＧａＩｎＰ系の赤色発光、ＩｎＧａＮ系の緑色および青色の組み合わせのように各ＬＥＤは各々に用いられる基板材料のバンドギャップ固有の波長で発光するものでもよいが、ＩｎＧａＮ系の紫色（または近紫外線）の放射光を使って各々赤色、緑色、青色という３種類の蛍光体を励起するものとすれば、ＬＥＤ２１，２２，２３の電気特性は概ね揃えることが可能となり、ＬＥＤ駆動の観点では優位である。
【００２１】
別の例としては、第１のＬＥＤ２１は、例えば色温度３０００Ｋの疑似白色発光のＬＥＤ、また第２のＬＥＤ２２は、例えば色温度６５００Ｋの疑似白色発光のＬＥＤを用いる。ＬＥＤ２１およびＬＥＤ２２ともにＩｎＧａＮ系の半導体発光層による青色発光のＬＥＤチップを搭載し、黄色蛍光体を混ぜたモールド樹脂にて青色発光ＬＥＤチップを覆うことで半導体発光層からの青色光と蛍光体からの黄色光の合成にて疑似白色光を照射するものである。色温度の違いはＩｎＧａＮ系青色発光素子の発光波長分布、蛍光体の混和率、および、蛍光体の分光特性等に差異を持たせること作成される。第３のＬＥＤ２３は、例えば赤色発光のＬＥＤを用いる。これはＬＥＤ２１およびＬＥＤ２２において擬似白色で不足しがちな赤色領域のスペクトラムを補償するためである。赤発光のＬＥＤ２３としてＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光層による赤色発光のＬＥＤチップを搭載し、モールド樹脂にて赤色発光ＬＥＤチップを覆った赤色光を照射するものである。
【００２２】
図９および図１０は、光源２０の照射方向前方に配設した導光部材３０で基板固定部（フランジ部）を省略して示したものである。導光部材３０は、円柱形状の導光幹部３５と、導光分岐部３４と、３つの導光枝部３１，３２，３３を有し、アクリル樹脂等の透明樹脂により一体に成形されている。導光枝部３１，３２，３３の端部が前記したＬＥＤ２１，２２，２３に対向する導光枝部入射面３６，３６，３６となり、導光幹部３５の端部が導光幹部出射面３７となり導光部材３０に入射したＬＥＤ２１，２２，２３の出射光を照射する。図１０（ａ）の示すように導光枝部３１，３２，３３は前述のＬＥＤ２１，２２，２３の発光中心の配置に合わせて三つの入射面３６の中心が対抗するように配置されている。
【００２３】
各導光枝部入射面３６はＬＥＤ２１，２２，２３との結合効率との向上を図り、中央を凸形状として屈折方向を調整し、周囲に反射プリズム部を形成することで、中央凸部の傾斜面のままでは反射光成分が多くなり内部取り込みが少なくなる問題を解消するなどの工夫がなされている。
具体的には図１１に示す様に、第１のＬＥＤ２１の中心から素子外周までに対応する第１の入射面３６ａと、第１の入射面３６ａより外周側の反射プリズム部からなる。第１の入射面３６ａは、ＬＥＤ２１の中心、すなわち光軸側がＬＥＤ２１に近い距離とされ、ＬＥＤ２１の外周側に向かうにしたがってＬＥＤ２１から離れた距離とする傾斜面である。この傾斜角度を適宜調整することで第１の入射面３６ａから入射する光の進行方向を調整する。この例では導光枝部３１の中心軸とほぼ平行に進む屈折角となるように傾斜角度が設定されている。反射プリズム部は第２の入射面３６ｂと傾斜反射面３６ｃからなる。第２の入射面３６ｂはＬＥＤ素子２１の光軸とほぼ平行とされ、ＬＥＤ素子２１からの直射光の一部および第１の入射面３６ａによる反射光の一部が入射する。傾斜反射面３６ｃは、第１の入射面３６ａと同様な傾き方向とした傾斜面とされている。第２の入射面３６ｂに入射した光は、傾斜反射面３６ｃに向かって進行し、傾斜反射面３６ｃにて、導光枝部３１の中心軸と平行な方向に向かって反射する反射面となる角度とする。傾斜反射面３６ｃはスネルの法則に基づく内面反射を利用する反射面とするのが好適であるが、表面に反射膜を設けてもよい。すなわち、導光枝部３１，３２，３３においては、できるだけ夫々の中心軸と平行に直進させることで内面反射が少なくなるようにしている。
【００２４】
導光枝部入射面３６から入射したＬＥＤからの光は、夫々の導光枝部３１，３２，３３の内部を進んで導光分岐部３４に進み、各ＬＥＤの発光色が混色される。導光幹部３５の中心軸と、３個の導光枝部３１，３２，３３の夫々の中心軸は、平行ではなく所定の傾き角をもって一体化されているので、導光幹部３５内においては、導光幹部に入射した光は内面反射を繰返しながら進むことになる。
これにより、３個のＬＥＤ２１，２２，２３の照射光は略均一に混色される。
【００２５】
尚、導光幹部３５および導光枝部３１の断面形状は、できる限り円柱形状であることが好ましい。また射出成型にて導光部材を作成する場合は、内壁での反射損失を低減するため、射出成型時のパーティングラインを導光幹部３５および導光枝部３１の側面から避けるように配置する。導光幹部の長手に型抜き方向を設定すると、抜き勾配の処理で導光幹部の出射面の径が小さくなりすぎる様な場合には、側面にパーティングラインが形成される様にして、切削および研磨による仕上げ加工を施すことが好ましい。
【００２６】
さらに導光枝部３１、３２、３３による三つ股構成によってはアンダーカット処理の問題で、射出成型では成型できない場合、注型成型を用いて作成する。この場合の材料は、アクリルのほか透明エポキシ樹脂も光学特性上好ましい選択肢となる。
【００２７】
図１２および図１３は配光制御手段としての複数のプリズムを組み込んだ配光制御用レンズアレイ６０の斜視図を示すものである。図１２および図１３に示す例は本発明にとって必ずしも必須の要件ではないが、前記導光部材用いた光学系に対して結合効率を考慮した配光制御手段で、より好ましい態様として説明するものである。図１２が照明装置１の照射方向斜め前方から観た斜視図、図１３が照明装置１の照射方向斜め後方から見た斜視図である。図１３は配光制御用レンズアレイ６０照明装置１では、３組のＬＥＤ群２５を設け、夫々のＬＥＤ群２５に対応して３個の導光部材３０を設けており、配光制御レンズ６０も、３個のプリズム部６３を有している。プリズム部６３は、配光制御用レンズアレイ６０の後方に突出する略円錐台形状をなす。円錐台形状の円錐斜面の外周面６４と、頂部に設けた凹部６１を有する。３個のプリズム部６３は、アクリル樹脂により成形され、別体に作製した樹脂円板部６２の円形の開口に嵌合して固定することで一体化されている。円板部６２に用いる樹脂は、導光部材３０や各ＬＥＤ光源と導光枝部入射面３６との結合部から漏れた混色不足の光は照明装置１から出射されないように、導光カーボンブラック等の遮光性顔料を分散させた添加しポリカーボネイト等の樹脂が好ましい。円板部６２は、レンズ保持部材１２に固定される。また、図１２に示すごとく、必要に応じて、各々のプリズム部６３の光出射面表面は成型による波打ち面６５や、あるいはブラスト加工による粗面とし、より一層ＬＥＤ素子群２５の混色度合いを高める措置が施される。
【００２８】
プリズム部６３と導光幹部出射面３７は適宜の距離を隔てて配設され、プリズム部６３は、導光幹部出射面３７から出射した光が略平行光線として波打ち面６５に向かうように設計されている。凹部６１は、導光幹部３５の外径よりも大きな内径とした井戸形状を形成する。凹部６１の内径を導光幹部出射面３７よりも大きくすることで、凹部６１の内側の側面および凹部底面が出射面３７から照射される光の主たる入射面となる。凹部底面は中央部を凸とした曲面である。凹部底面は、導光幹部出射面３７と互いの中心が対向するように配設し、出射面３７から出射した光が、凹部底面にて屈折して入光することで略平行光線としている。凹部側面は、出射面３７から出射した光が、凹部側面にて屈折して入射した後、外周面６４にて内面反射することで略平行光線としている。したがって、出射面３７の大きさを小さくすれば、配光制御用レンズアレイ６０との距離、レンズ径を小さくすることができる。
【００２９】
混色したいＬＥＤ間の距離を短くして近接配置すれば、照射光が混色されるまでの距離を短くすることができる。面実装タイプのＬＥＤを基板１１上に搭載する場合、面実装タイプのＬＥＤは小型ではあるものの、基板１１上に実装する場合、隣接するＬＥＤの発光中心間の距離は、反射枠や外部接続端子等を考慮して数ｍｍ程度離さなくてはならない。それゆえ隣接する導光枝部入射面３６間の距離も同様に離れる。前記制御用レンズアレイ６０を小さくする場合、換言すればプリズム部６３を小さくする場合、導光部材３０の出射面３７を小さくする必要がある。出射面３７を小さくすれば配光制御用レンズアレイ６０との距離、レンズ径（プリズム部６３の径）を小さくすることができる。
【００３０】
また、導光幹部３５内で光は内面反射を繰り返し、入射面から入射した光を均一に混合する。このとき、混色の均一度合いについて、円柱部の長さは円柱の径によって決まり、径に対して長ければ長いほど均一度合いが良好となる。
【００３１】
照明装置１を駆動する場合、市販のＲＧＢＬＥＤドライバを用いる方法が平易である。図１４に駆動例を示す。図１４の例におけるＬＥＤドライバ１０１はナショナルセミコンダクター社のＲＧＢ ＬＥＤドライバ_ＬＰ５５２０である。ＬＰ５５２０は最大６０ｍＡのＬＥＤ駆動が可能で、本照明装置に用いるようなシングルパッケージＬＥＤの電流定格に相応しい。照明装置の三組のＬＥＤ群は、例えばＬＥＤ２１、２２、２３の各発光色別に直列にＬＥＤストリングが形成されている。ＬＰ５５２０はＲＧＢ三色ＬＥＤ用のドライバであるが、この発光色の組み合わせに限らず、種々の組み合わせが可能である。ＬＰ５５２０はＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）１０３からＳＰＩまたはＩ２Ｃインタフェースにより輝度制御され、内部メモリにより色調補正しながらＲＧＢ各ＬＥＤストリングのパルス定電流駆動が可能である。更に、ＬＰ５５２０はＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電圧出力を各ＬＥＤストリングの降下電圧に応じて最適値に制御する。
【００３２】
尚、ＬＥＤドライバおよびＤＣ／ＤＣコンバータは電磁妨害波を抑制するためにも、本照明装置の基板１１にＬＥＤとともに実装されることが好ましい。この場合、照明装置へは制御インタフェースおよび電源供給線がケーブル７０として接続される。
【００３３】
ここまで説明した照明装置１は、複数の導光枝部をもつ棒状の導光部材を用い、各導光枝部と各ＬＥＤを個々に結合させて混色された光を出射させるようにしているため、照射面での色ムラはかなり軽減されるもののまだ不十分である。照射パターンを観察すると、図１５に示すように、ＬＥＤ２１〜２３各々の照射パターン中心が照射光軸から各々オフセットし、スクリーンパターンには照射パターンエリヤ縁部にＬＥＤ光色が十分の混合されない領域が僅かながら認められる。無論、実用域を無視して前記導光部材の導光幹部の長さを長くすることができれば、照射パターンエリヤ縁部の色ムラは更に軽減される筈であるが、それでは、ＬＥＤ使用の照明装置に求められるコンパクト性や利便性が失われてしまう。
【００３４】
そこで本発明では、三つのＬＥＤ群２５において各々の照射パターンも遠視野領域にて互いに重畳して各照射パターンエリヤ縁部の光色混合不足領域において不足光色を互に補うことで色ムラ感を軽減するように、各ＬＥＤ群を構成するＬＥＤを発光色毎に、各ＬＥＤ群間における相対位置条件を規定することした。以下、実施例によりＬＥＤ配置の関する措置について具体的に説明をする。
【実施例１】
【００３５】
まず、図１は各ＬＥＤ群２５の三個のＬＥＤの配置関係を示すもので、三個のＬＥＤは夫々の発光部中心が正三角形（破線にて表示）の頂点に位置するように隣接配置される。尚、点ＳはＬＥＤ配置中心点を示すものである。そして図２に示すように基板１１上で、三組のＬＥＤ群２５は各ＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心点Ｓで結ばれた幾何模様が正三角形（破線にて表示）となるように分散配置される。尚、図２中央の点Ｐは、三組のＬＥＤ群２５の配置中心位置を示すものである。
【００３６】
このようなＬＥＤ配置とすることにより、前述した導光部材３０を組み合わせることで、プリズム部６３から照射される照射パターンは、図１５に示した三つのパターンエリヤ縁部に発生する光色混合不足領域の大きさが略均等で、光色混合不足領域のＬＥＤ光色が、互いに略１２０°回転対象となってスクリーンに照射されるようになる。
【００３７】
ここで本発明では更に、各ＬＥＤ群２５相互間の発光色ごとのＬＥＤ位置関係を以下の条件（ａ）に従うこととする。
（ａ）．各ＬＥＤ群２５における各ＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めて点Ｐに対し１２０°回転対象に配置される。従って、各ＬＥＤ群２５における三つのＬＥＤ（ＬＥＤ２１，２２，２３）の点Ｐに対する相対位置関係は一定である。
但し、点Ｐに対する三つＬＥＤの配置は限定するものではなく、例えば、図３は図２とは別の本ＬＥＤ配置則によるＬＥＤ配置を示すもの（基板１１は省略してある）で、図２においては、各ＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心Ｓを結ぶ円の外側に各ＬＥＤ群２５の中の一つのＬＥＤが円の接線方向と平行に設置されているが、図３においては、前記円の内側に各ＬＥＤ群２５の中の一つのＬＥＤが円の接線方向と平行に設置されている。
【００３８】
図１乃至図３に示したように基板１１部品搭載面上の三組のＬＥＤ群２５の限定的な配置と、前述した条件（ａ）に従うように各ＬＥＤ群２５相互間における発光色ごとのＬＥＤ位置関係を定めることによって、三組のＬＥＤ群２５夫々からの照射パターンにおけるパターンエリヤ縁部に発生する各ＬＥＤ光色ごとの光色混合不足領域の配置は、三組の照射パターンが遠視野領域にて重畳した時の不足色を補完しあうような配置となる。
【００３９】
図４に各ＬＥＤ群２５相互間における発光色ごとのＬＥＤ位置関係が前述した条件（ａ）に従う場合での、基板１１部品搭載面上の三組のＬＥＤ群２５におけるＬＥＤ２１，２２，２３の位置関係とスクリーンへの照射されるＬＥＤ２１，２２，２３各々の照射パターンの位置関係を模式的に示す。図４において三組のＬＥＤ群二十五による照射パターンＡ，Ｂ，Ｃは互いに離れて図示されているが、照明装置として遠視野領域を照射した場合、前記照射パターンＡ，Ｂ，Ｃは重畳するように観測される。
図１５で説明した各照射パターン縁部の光色混合不足領域は、各照射パターンＡ，Ｂ，Ｃが重畳し、互いの光色混合不足領域の不足光色を補うことで、その結果として本照明装置からの各照射パターンは統合され、照射パターンエリヤ縁部の色ムラ感が軽減される。
【００４０】
ここで確認の為に以下のような構成にて、前述のＬＥＤ配置に関する措置を実施した照明装置１を作成して、効果の確認を行った。
■使用ＬＥＤ ＰＬＣＣタイプ，赤色、青色、緑色の三色
■各ＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心を結ぶ円の直径 ４０ｍｍ
■導光部材 直径４ｍｍ 導光幹部長さ ３０ｍｍ
■配光制御用レンズ径 ２４ｍｍ
■配光角 約４０°
■被照射面〜照明装置光出射面距離 １．２ｍ
照射パターンエリヤ縁部で感じられていた色ムラ感は、大幅に改善された結果となった。尚、配光制御用レンズによる配光は４０°とあえて挟配光の照明装置としては、色ムラ感を顕著に確認できることを意図したものである。配光を広くすれば色ムラ感はさらに抑制できることは明らかである。
【００４１】
本発明における照射パターンエリヤ縁部の色ムラ感が軽減の効果は夫々のＬＥＤ群を構成する各シングルパッケージＬＥＤの各発光色と輝度が十分に均等に調整されていることが必要要件となる。従って、前述のように、個々のシングルパッケージＬＥＤは基板１１への実装段階で少なくとも、出力ランクと発光スペクトル分布については、正確なビンニングに基づいて選択される。これは、異なる発光色のＬＥＤチップを一つのパッケージに組み込んだ所謂多色マルチチップパッケージによるアセンブリ工程ではＬＥＤチップ相互の輝度比のばらつきなどが障害となり、容易に実現できないものである。
【実施例２】
【００４２】
遠視野領域にて、三つのＬＥＤ群２５各々の照射パターンも互いに重畳して各照射パターンエリヤ縁部の光色混合不足領域において互に不足光色を補うことが可能となるＬＥＤ位置関係は、前述の条件（ａ）による位置関係の他に、次の条件（ｂ）も考えられる。
（ｂ）．各ＬＥＤ群２５における三個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群における三個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置された三組のＬＥＤ群２５において、任意の二か所のＬＥＤ群２５の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
【００４３】
図５に本条件（ｂ）に従う三組のＬＥＤ群２５における各ＬＥＤの位置関係の例を示す。図の例は、条件（ａ）によって各ＬＥＤの位置が決定済みのＸ、Ｙ、Ｚと符号をつけた三組のＬＥＤ群２５が、条件（ｂ）によりＺがＹの位置へ、またＹがＺの位置へと平行移動して置き換えられた様子を示している。
【００４４】
条件（ｂ）に従うＬＥＤ配置としても、三つのＬＥＤ群２５から照射される三つの照射パターンは、
各々のパターンエリヤ縁部に発生する光色混合不足領域のＬＥＤ光色が、互いに略１２０°回転対象となってスクリーンに照射される。従って、条件（ａ）の場合と同様に照射パターンエリヤ縁部の色ムラ感が軽減される。
【実施例３】
【００４５】
これまで照明装置１は３個のＬＥＤで形成したＬＥＤ群が基板上に三組搭載された構成で説明してきたが、本発明による照明装置１および色ムラ低減のためのＬＥＤ配置は、前述の構成に限定されるものではない。
【００４６】
例えば、４個のＬＥＤを使用した照明装置の場合、ＬＥＤ配置に関しては、３個のＬＥＤで形成した３組のＬＥＤ群を用いた照明装置の場合と同様に、４個のＬＥＤで形成したＬＥＤ群が基板上に４組設けられ、各ＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓの位置は正方形の頂点の位置に一致するように配置される。
また、各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤのＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対する相対位置関係を規定する条件（ａ）、（ｂ）は
（ａ）各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[９０]°回転対象に配置される。従って、各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤの点Ｐに対する相対位置関係は一定である。
（ｂ）各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置された４組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
となる。
そして各ＬＥＤ群の夫々は４本の導光枝部を有した導光部材と組み合わされ、各ＬＥＤ郡中の夫々のＬＥＤは導光枝部の光入射面と光学的に結合される。そして４個の導光部材の導光幹部の光出射面は、４個のプリズムを組み込んだ配光制御用レンズアレイと光学的に結合されて照明装置が構成される。
【００４７】
例えば、ＬＥＤ群を構成するＬＥＤを４個とし、ＬＥＤの発光色を光の三原色である赤色，緑色及び青色の他に黄色を加えることにより、欠落するスペクトル領域が補完され一般照明としてより演色性の良好な照明装置とすることができる。
【実施例４】
【００４８】
更に、６色のＬＥＤを使用した照明装置の場合でも、６個のＬＥＤで形成したＬＥＤ群が基板上に６組設けられ、各ＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓの位置は正六角形の頂点の位置に一致するように配置され、前述の条件（ａ）、（ｂ）は
（ａ）各ＬＥＤ群における６個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[６０]°回転対象に配置される。従って、各ＬＥＤ群における６個のＬＥＤの点Ｐに対する相対位置関係は一定である。
（ｂ）各ＬＥＤ群における６個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置された６組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
となる。その他、導光部材および配光制御用レンズアレイとの組み合わせは、３個のＬＥＤを用いたＬＥＤ群を用いる場合や４個のＬＥＤを用いたＬＥＤ群を用いる場合と同様である。
【００４９】
例えば、三原色のＬＥＤに橙色，黄色，青緑色のＬＥＤを加えて６色とすることで、色ムラ感が少なく、平均演色評価係数Ｒａの高い照明装置が実現可能である。一般的に４色や６色のＬＥＤを用いて良好に混色された光を得るためには、ＬＥＤの配置や混色方法が困難となり、現実的ではないが、照明装置１の導光部材を用いた光学構造と本発明による色ムラ低減効果により、具現化が可能である。
【００５０】
[ ＬＥＤ配置のまとめ ]
以上のことから本発明のＬＥＤ配置に関する特徴を、ｎ個のＬＥＤで形成したＬＥＤ群を用いた場合に拡張すれば、
ｎ個のＬＥＤが夫々の発光部中心を正ｎ角形の頂点に位置するように基板上に隣接配置されて、そのｎ個のＬＥＤで構成されるＬＥＤ群がｎ組あり、さらに、ｎ組のＬＥＤ群はＬＥＤ配置中心点Ｓが正ｎ角形の頂点に位置するように分散配置されており、
各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係が以下の条件（ａ）あるいは（ｂ）を満たすように定められている。
（ａ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[２π／ｎ]°回転対象に配置される。従って、各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの点Ｐに対する相対位置関係は一定である。
（ｂ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置されたｎ組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
と包括的に表現できる。
尚、この場合、照明装置における導光部材の配置構成の表現も
ｎ個の導光部材が前記ＬＥＤ群夫々にＬＥＤの照射方向前方に配設されており、前記導光部材は、１本の棒状の導光幹部と、導光幹部の一方の端部に接続する導光分岐部と、導光分岐部に接続するｎ本の導光枝部を備え、
ｎ本の導光枝部は該導光幹部の中心軸に対して導光分岐部まで均等に傾斜されて、前記ＬＥＤ群を構成するｎ個のＬＥＤ夫々の発光部中心に入射面の中心が一致するように対抗し、
前記導光幹部の他方の端部は出射面として、配光制御手段の入射部に対抗するようにして構成されてＬＥＤの各発光色を混色して照射する配置構成、
とまとめることができる。
【実施例５】
【００５１】
[ 面照明装置への応用 ]
本発明を用いた照明装置１は、照明装置１を一つの構成単位として、発光面を平面上に複数個配置して混色性、色バラツキの少ない色調可変型面状照明装置を構築することが可能である。
【００５２】
図１６は例えば前述までＲＧＢ各発光色のＬＥＤによる複数個の照明装置１を用いて千鳥配置した面状照明装置２で、面状照明装置２の照射方向からみたＬＥＤ配置のみを明示したもので（基板１１の外形を省略している）、ＬＥＤ群２５を構成する各ＬＥＤをＲＧＢで符号を付している。図１６に示すごとく、面状照明装置２では一つの照明装置１内のＬＥＤ群２５とこれに隣接する別の一つあるいは二つの照明装置１内のＬＥＤ群２５において、各照明装置１間を隔てて接近する三組のＬＥＤ群２５の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる三角形が正三角となるように配置され、前記正三角形は一つの照明装置１の中の三組のＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心を結んで描かれる正三角形に対して幾何的に合同の関係にあり、複数の照明装置１はそれら正三角形が平面充填される様に配置されている。
【００５３】
すなわち、図１６の面状照明装置２に用いられる各照明装置１内のＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心を結んで描かれる三角形をＤ、二つの照明装置１内のＬＥＤ群２５において各照明装置１間を隔てて接近する三組のＬＥＤ群２５の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる三角形をＥ、更に隣接する三つの照明装置１内のＬＥＤ群２５において各照明装置１間を隔て,三つの照明装置１の中央付近で接近する三組のＬＥＤ群２５の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる三角形をＦ、とすれば、
三角形Ｄ，Ｅ、Ｆは全て正三角形で、かつ 三角形Ｄ ≡ 三角形Ｅ ≡ 三角形Ｆ
の関係である。
【００５４】
ここで前記三角形Ｄを構成する位置にあるＬＥＤ群２５は、一つの照明装置１を構成するものであり、前述のＬＥＤ位置関係に関する条件（ａ）または条件（ｂ）に従っている。
そして前記三角形Ｅを構成する位置にあるＬＥＤ群２５のＬＥＤ位置関係に関する条件は、前記三角形Ｄを構成するＬＥＤ群のＬＥＤ位置関係が条件（ａ）に従っている場合、条件（ｂ）に従い、また前記三角形Ｄを構成するＬＥＤ群のＬＥＤ位置関係が条件（ｂ）に従っている場合、条件（ａ）に従うものとなる。
さらに前記三角形Ｆを構成する位置にあるＬＥＤ群２５のＬＥＤ位置関係に関する条件は、前記三角形Ｄを構成するＬＥＤ群のＬＥＤ位置関係の条件と同じとなる。
【００５５】
従って、本面状照明装置２においては、構成単位である照明装置１を前述のように配置することで、照明装置１に含まれる三つＬＥＤ群２５のみに限らず、各照明装置１を隔てて前記正三角形配置を構成する任意の三つのＬＥＤ群２５は、ＬＥＤ位置関係が前述の条件（ａ）または条件（ｂ）の何れかに従うこととなり、遠視野領域にて各照射パターンも互いに重畳して各照射パターンエリヤ縁部の光色混合不足領域において互に不足光色を補うことが可能となる。
これにより照明装置１を一つの構成単位として、発光面を平面上に複数個配置した場合において、各照明装置１の配置間で僅かに存在する色偏差が抑制され、混色性、色バラツキの少ない照明光を照射することが可能な色調可変型面状照明装置が構築可能となる。
【実施例６】
【００５６】
正方形および正六角形は平面充填可能であるため、実施例５の平面照明装置２の場合と同様に、４個のＬＥＤで形成した４組ＬＥＤ群で構成される照明装置や、６個のＬＥＤで形成した６組ＬＥＤ群で構成される照明装置が、前述した本発明による照明装置の特徴に従う構成であれば、これらの照明装置を構成単位として、複数個の発光面を千鳥配置して混色性、色バラツキの少ない色調可変型面状照明装置を構築することが可能である。
【００５７】
図１７は例えばＲＧＢＹ各発光色のＬＥＤ４色使用よる照明装置１’を複数個用いた面状照明装置２’で、面状照明装置２’の照射方向からみたＬＥＤ配置のみを明示したもので（ＬＥＤを搭載した基板の外形を省略している）、図１６の場合と同様に、面状照明装置２’では一つの照明装置１’内のＬＥＤ群２５’とこれに隣接する別の一つあるいは二つの照明装置１’内のＬＥＤ群２５’において、各照明装置１’間で接近する四組のＬＥＤ群２５’の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる四角形が正方形となるように配置され、前記正方形は一つの照明装置１’の中の四組のＬＥＤ群２５’のＬＥＤ配置中心を結んで描かれる正方形に対して幾何的に合同の関係にあり、複数の照明装置１’はそれら正方形が平面充填される様に配置されている。
【００５８】
ここで、図１７の面状照明装置２’に用いられる各照明装置１’内のＬＥＤ群２５’のＬＥＤ配置中心を結んで描かれる四角形をＤ’、二つの照明装置１内のＬＥＤ群２５’において各照明装置１’間で接近する四組のＬＥＤ群２５’の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる四角形をＥ’、三つの照明装置１’内のＬＥＤ群２５において各照明装置１’間で各照明装置１’間を隔て、三つの照明装置１’の中央付近で接近する四組のＬＥＤ群２５’の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる四角形をＦ’、とすれば、
四角形Ｄ’，Ｅ’、Ｆ’は全て正方形で、かつ 四角形Ｄ’ ≡ 四角形Ｅ’ ≡ 四角形Ｆ’
の関係である。
【００５９】
同様に、ＬＥＤ６色使用による照明装置を複数個用いた面状照明装置も可能である。ただし、平面充填される正六角形を形成するのは構成単位となる個々の照明装置のＬＥＤ群の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれるものと、三つの照明装置間を隔て、三つの照明装置の中央付近で接近する六組のＬＥＤ群の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれるものの二通りのみとなる。尚、正六角形を平面充填されたパターンは所謂、亀甲柄となるが、図示による説明は、内容が重複するため省略する。
【００６０】
上記実施例におけるＬＥＤ発光色の組み合わせは単なる例示にすぎない。例えば、６個のＬＥＤを使用したＬＥＤ群が６組で配置されて構成される照明装置において、一つ置きに３組のＬＥＤ群と別の３組のＬＥＤ群のＬＥＤ発光色の組み合わせを変えて夫々混光により実現する光色範囲を二様としたり、ＬＥＤ発光色が全て色温度の異なる疑似白色ＬＥＤとしたものなども本発明に包含される。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る照明装置は、色温度可変照明装置として一般照明や演出照明の他、ディスプレイや装飾用のカラー照明などの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 照明装置
２ 面照明装置
１１ 基板
１２ レンズ保持部材
２０ 光源
２１ 第１のＬＥＤ
２２ 第２のＬＥＤ
２３ 第３のＬＥＤ
２５ ＬＥＤ素子群
３０ 導光部材
３１ 第１の導光枝部
３２ 第２の導光枝部
３３ 第３の導光枝部
３４ 導光分岐部
３５ 導光幹部
３６ 導光枝部入射面
３７ 導光幹部出射面
４０ 筐体
５０ 放熱器
６０ 配光制御用レンズアレイ
６３ プリズム部
６４ 外周面
６５ 波打ち面
７０ ケーブル
１０１ ＬＥＤドライバ
１０２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０３ ＭＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発光色の組み合わせにより作成されるＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤが調光及び点滅制御が容易であることを生かして、色温度が可変可能な照明装置（以下、色温度可変照明装置と略する）が上市されている。色温度可変照明装置は青色ＬＥＤと蛍光体の組み合わせによる高い色温度光源と低い色温度光源の２種類の白色光源の光を合成し、双方の混光状態を調整することで黒体軌跡に沿って変化させることができる様にしたものが一般的である。
さらに、光の三原色である赤色・緑色・青色のＬＥＤを用いて各々の発光色を混光して白色を得る方法もある。この方式は一部に欠落するスペクトル成分（黄色）が存在することとなるが、各ＬＥＤの光量を調節することで任意の色彩が得られるため演出照明などに利用されている。
【０００３】
前述の色温度可変照明装置においてはＬＥＤ光源を複数使用するため光源サイズが大きくなり、そのため混光状態が不十分となりやすく、照射対象の位置や距離によっては所望の照明光色を得られない場合がある。
そこで色温度可変照明装置を構成する光学系に合わせて所望とする光源サイズを満たすために、前記の色温度あるいは光色の異なる複数のＬＥＤチップを一つのパッケージに収めマルチパッケージとし1つの発光源としたものが色調可変光源として用いられている。
【０００４】
しかるに前記マルチパッケージによる色調可変光源は混色性を高めるために、一般的にパッケージ内外に光拡散手段を設けて用いられるため、往々にして光損失が大きくなる。また、前記マルチパッケージの色調可変光源を複数個配置して色温度可変照明装置を仕立てる場合、ＬＥＤ素子のばらつきにより、前記マルチパッケージの色調可変光源の個々に対して個別にカラーコレクション（駆動条件を調整し、色味を統一させる）を実施せざるを得ないのが現状である。
【０００５】
従って、ＬＥＤサプライヤで実施するビンニング（パッケージ固体間の色ばらつき、及びＬＥＤ素子の光度ばらつきに関する選別など）を適用した色温度あるいは光色別のシングルパッケージ（一つのＬＥＤチップのみを収めたパッケージ）のＬＥＤ光源を用いて混色性が十分に確保された色温度可変照明装置が達成可能であれば、前述の光損失が軽減でき、また搭載する各色のＬＥＤ光源を個々に選択し、組み合わせることができ、前述の色温度可変照明装置のカラーコレクション作業も平易なものとなる筈である。
【０００６】
特許文献１では、異なる色の光を発光させるようにＬＥＤ素子と蛍光体との組み合わせによる複数のＬＥＤ光源を有する発光部を複雑な駆動方法を用いずに、それら複数の光源による合成光の色温度を制御可能な発光装置が開示されている。該発光装置は電気配線がパターニングされた基板上に、シングルパッケージのＬＥＤを複数個配置させたもので、前述の如く、発光色や光度のばらつきに関してビンニングに基づく選択搭載が可能であり、駆動部の調整も平易になるものと思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２８３１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１による発光装置を照明用として使用した場合、基板上の複数のＬＥＤ光源による合成光を照射する構成であるために照明用光源としての等価的な光源サイズが大きくなり、それにより照射面で色ムラが発生する場合がある。特に発光部の配光角を狭くして、スポットライト等に適用した場合、光学部材を駆使して配光を制御しても照射される範囲で色ムラ発生の抑制は非常に困難な作業となってしまう。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、異なる発光色のシングルパッケージのＬＥＤ光源を複数個用いて、それらの光を混色して色調整するように構成された色温度可変照明装置において、特に照射パターンエリヤを観察した場合に観られるパターンエリヤ内の色ムラを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明によれば、
ｎを３以上の整数として、
ｎ個の互いに異なる発光波長分布特性を有するＬＥＤ夫々の発光部中心を正ｎ角形の頂点に位置するように基板上に隣接配置されて１組のＬＥＤ群を形成し、
前記基板上には前記編成のＬＥＤ群がｎ組存在し、ｎ組のＬＥＤ群はＬＥＤ配置中心点Ｓが正ｎ角形の頂点に位置するように分散配置されており、
ｎ個の導光部材が前記ＬＥＤ群夫々にＬＥＤの照射方向前方に配設されており、前記導光部材は、１本の棒状の導光幹部と、導光幹部の一方の端部に接続する導光分岐部と、導光分岐部に接続するｎ本の導光枝部を備え、
ｎ本の導光枝部は該導光幹部の中心軸に対して導光分岐部まで均等に傾斜されて、前記ＬＥＤ群を構成するｎ個のＬＥＤ夫々の発光部中心に入射面の中心が一致するように対抗し、
前記導光幹部の他方の端部は光出射面として、配光制御手段の入射部に対抗するようにして構成されることで各ＬＥＤの発光色を混色して照射する方式のＬＥＤ照明装置であり、
各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係が以下の条件（ａ）あるいは（ｂ）を満たすように設定されたことを特徴とするＬＥＤ照明装置とすることにより上記した目的が達成される。
（ａ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[２π／ｎ]°回転対象に配置される。
（ｂ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置されたｎ組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明によれば、
請求項１によるＬＥＤ照明装置を構成単位として複数個を千鳥格子状に光照射面が同一平面状となるように配置してなる面状照明装置において、
ｎを３、４および６として
該ＬＥＤ照明装置に分散配置されたｎ組のＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓを結ぶ正ｎ角形と、
隣接しあう二つまたは三つのＬＥＤ照明装置間を隔てて、各ＬＥＤ照明装置間の中央付近で接近するｎ組のＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓを結ぶ正ｎ角形が合同の関係にあり、其れ等の正ｎ角形が平面充填されるように各ＬＥＤ照明装置間の配置間隔が決定されることを特徴とした面状照明装置とすることで、前記ＬＥＤ照明装置を複数用いた面状照明装置を提供することができ、これにより色ムラを低減できる利点がある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、演色性に優れ、色ムラの少ないＬＥＤ照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る各ＬＥＤ群におけるＬＥＤ配置を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る図６の照明装置の基板上における各ＬＥＤ群の配置を示す図である。
【図３】図３は、図２におけるＬＥＤ配置を変更した例を示す図である。
【図４】図４は、本発明による基板上におけるＬＥＤ群とＬＥＤ群を編成する各ＬＥＤ配置とスクリーンへの照射される各ＬＥＤの照射パターンの位置関係を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明に係り図２と異なる条件に従って配置された基板上におけるＬＥＤ群とＬＥＤ群を編成する各ＬＥＤ配置の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の照明装置の一例を示す斜視図である。
【図７】図７は、図６の照明装置の内部構成を示す模式的断面図である。
【図８】図８は、図６の照明装置の基板上におけるＬＥＤ群とＬＥＤ群を編成する各ＬＥＤ配置の一例を示す図である。
【図９】図９は、図６の照明装置の導光部材を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、図９の導光部材を説明する図で、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
【図１１】図１１は、図９の導光部材における導光枝部入射面の形状の一例を説明する図である。
【図１２】図１２は、図６の照明装置の配光制御用レンズアレイの斜視図をである。
【図１３】図１３は、図１２と反対の面側の配光制御用レンズの斜視図である。
【図１４】図１４は、本照明装置における駆動部の例を示す図である。
【図１５】図１５は、一組のＬＥＤ群からの照射パターンを模式的に示した図である。
【図１６】図１６は、本発明による照明装置を複数個用いて面状照明装置を構築した例で、照射方向からみたＬＥＤ配置のみを明示した図である。
【図１７】図１７は、本発明に基づき、図１６の例に用いた照明装置を基板に搭載されたＬＥＤ群の組数とＬＥＤの個数を変更したものとして面状照明装置を構築した例で、照射方向からみたＬＥＤ配置のみを明示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る照明装置の基本的な構成は、複数の異なる発光色のＬＥＤ光源（以下、ＬＥＤと表記する）からの光の混色性を高めるための、複数の導光枝部をもつ棒状の導光部材を用い、各導光枝部と各ＬＥＤを個々に結合させて混色された光を出射させるものである。以下、図を参照しながら本照明装置の基本的な機構および機能および本発明に係る特徴を詳細に説明することとする。
【００１５】
図６は本発明に係る照明装置の一例を示す斜視図、図７は図６の照明装置１の内部構成を示す模式的断面図である。照明装置１は、複数の異なる発光色のＬＥＤを調色可能な照明装置であり、本例では外部から電源及びＬＥＤ駆動制御信号の供給を受けて発色の調整がされる様になっている。
【００１６】
照明装置１は、照射方向の内径を大きくした略円筒状の筐体４０と筐体４０の前面に設けた前面カバーを兼ねた配光制御レンズアレイ６０と筐体４０の後面の放熱器を兼ねた蓋部５０と備え、放熱器５０からは外部電源及び駆動信号の供給元に接続するためのケーブル７０を備えている。筐体内部には、光源２０と、光源２０を搭載した基板１１と、光源の照射方向前方に設けた導光部材３０と、プリズム部６３が組み込まれた配光制御用レンズアレイ６０および導光部材３０を支えるための保持部材１２が収納されている。光源２０は、基板１１上に搭載した複数のシングルパッケージＬＥＤである。基板１1上には、電磁妨害波の発生を抑制するためにも、好ましくは各ＬＥＤを駆動ためのＬＥＤドライバおよびＤＣ／ＤＣコンバータなどによる駆動部を搭載するのが望ましい（図示せず）。基板１１の背面に設けた蓋部を兼ねた放熱器５０により、各ＬＥＤで生じた熱は基板１１を通して放熱器５０へ伝熱され、気中へと熱放散される。
【００１７】
図８は、光源２０を搭載した基板１１を照明装置の照射方向、すなわち、図７の紙面左手側からみた基板正面図である。基板１１は筐体４０内の取付位置の内部断面形状と略一致する形状とした金属ベース基盤で、アルミニウムあるいは銅をベース金属とし、部品搭載面には絶縁層および所定パターンの導体配線層を積層した所謂金属ベース回路基板である。本例おいては、円形状としている。基盤１１の光照射方向側となる部品搭載面側には、複数のシングルパッケージＬＥＤ２１，２２，２３を搭載され、導体配線層に電気的に接続されている。
【００１８】
ＬＥＤは、第１のＬＥＤ２１，第２のＬＥＤ２２および第３のＬＥＤ２３の３個で一つのＬＥＤ群２５を形成し、基板１１上に３組のＬＥＤ群２５を搭載している。したがって、ＬＥＤは合計９個が搭載されている。尚、使用するシングルパッケージＬＥＤは面実装タイプのＬＥＤとして、導光部材３０との結合効率を稼ぐためにはＰＬＣＣパッケージ品のように搭載面に対し上方に光放射の開口をもつものが好ましい。
【００１９】
なお、図８において基板１１の部品搭載面側には暗色系のレジストもしくはシルク印刷が施されている。これにより導体配線層および絶縁層を覆うことで、基板１１表面に届く迷光、すなわち導光部材３０表面や導光部材と各ＬＥＤの結合部から漏れた混光が不十分な光が、全面カバー４３の方向に向けて反射され、配光制御用レンズ６０を通して照明光に入り交り、それにより照明品質の悪化を防いでいる。
【００２０】
図８におけるＬＥＤ２１，２２，２３夫々の発光色は様々の組み合わせが可能である。
例えば、ＬＥＤ２１，２２，２３を各々光の三原色である赤色・緑色・青色の発光色を発するものとする。赤色・緑色・青色はＡｌＧａＩｎＰ系の赤色発光、ＩｎＧａＮ系の緑色および青色の組み合わせのように各ＬＥＤは各々に用いられる基板材料のバンドギャップ固有の波長で発光するものでもよいが、ＩｎＧａＮ系の紫色（または近紫外線）の放射光を使って各々赤色、緑色、青色という３種類の蛍光体を励起するものとすれば、ＬＥＤ２１，２２，２３の電気特性は概ね揃えることが可能となり、ＬＥＤ駆動の観点では優位である。
【００２１】
別の例としては、第１のＬＥＤ２１は、例えば色温度３０００Ｋの疑似白色発光のＬＥＤ、また第２のＬＥＤ２２は、例えば色温度６５００Ｋの疑似白色発光のＬＥＤを用いる。ＬＥＤ２１およびＬＥＤ２２ともにＩｎＧａＮ系の半導体発光層による青色発光のＬＥＤチップを搭載し、黄色蛍光体を混ぜたモールド樹脂にて青色発光ＬＥＤチップを覆うことで半導体発光層からの青色光と蛍光体からの黄色光の合成にて疑似白色光を照射するものである。色温度の違いはＩｎＧａＮ系青色発光素子の発光波長分布、蛍光体の混和率、および、蛍光体の分光特性等に差異を持たせること作成される。第３のＬＥＤ２３は、例えば赤色発光のＬＥＤを用いる。これはＬＥＤ２１およびＬＥＤ２２において擬似白色で不足しがちな赤色領域のスペクトラムを補償するためである。赤発光のＬＥＤ２３としてＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光層による赤色発光のＬＥＤチップを搭載し、モールド樹脂にて赤色発光ＬＥＤチップを覆った赤色光を照射するものである。
【００２２】
図９および図１０は、光源２０の照射方向前方に配設した導光部材３０で基板固定部（フランジ部）を省略して示したものである。導光部材３０は、円柱形状の導光幹部３５と、導光分岐部３４と、３つの導光枝部３１，３２，３３を有し、アクリル樹脂等の透明樹脂により一体に成形されている。導光枝部３１，３２，３３の端部が前記したＬＥＤ２１，２２，２３に対向する導光枝部入射面３６，３６，３６となり、導光幹部３５の端部が導光幹部出射面３７となり導光部材３０に入射したＬＥＤ２１，２２，２３の出射光を照射する。図１０（ａ）の示すように導光枝部３１，３２，３３は前述のＬＥＤ２１，２２，２３の発光中心の配置に合わせて三つの入射面３６の中心が対抗するように配置されている。
【００２３】
各導光枝部入射面３６はＬＥＤ２１，２２，２３との結合効率との向上を図り、中央を凸形状として屈折方向を調整し、周囲に反射プリズム部を形成することで、中央凸部の傾斜面のままでは反射光成分が多くなり内部取り込みが少なくなる問題を解消するなどの工夫がなされている。
具体的には図１１に示す様に、第１のＬＥＤ２１の中心から素子外周までに対応する第１の入射面３６ａと、第１の入射面３６ａより外周側の反射プリズム部からなる。第１の入射面３６ａは、ＬＥＤ２１の中心、すなわち光軸側がＬＥＤ２１に近い距離とされ、ＬＥＤ２１の外周側に向かうにしたがってＬＥＤ２１から離れた距離とする傾斜面である。この傾斜角度を適宜調整することで第１の入射面３６ａから入射する光の進行方向を調整する。この例では導光枝部３１の中心軸とほぼ平行に進む屈折角となるように傾斜角度が設定されている。反射プリズム部は第２の入射面３６ｂと傾斜反射面３６ｃからなる。第２の入射面３６ｂはＬＥＤ素子２１の光軸とほぼ平行とされ、ＬＥＤ素子２１からの直射光の一部および第１の入射面３６ａによる反射光の一部が入射する。傾斜反射面３６ｃは、第１の入射面３６ａと同様な傾き方向とした傾斜面とされている。第２の入射面３６ｂに入射した光は、傾斜反射面３６ｃに向かって進行し、傾斜反射面３６ｃにて、導光枝部３１の中心軸と平行な方向に向かって反射する反射面となる角度とする。傾斜反射面３６ｃはスネルの法則に基づく内面反射を利用する反射面とするのが好適であるが、表面に反射膜を設けてもよい。すなわち、導光枝部３１，３２，３３においては、できるだけ夫々の中心軸と平行に直進させることで内面反射が少なくなるようにしている。
【００２４】
導光枝部入射面３６から入射したＬＥＤからの光は、夫々の導光枝部３１，３２，３３の内部を進んで導光分岐部３４に進み、各ＬＥＤの発光色が混色される。導光幹部３５の中心軸と、３個の導光枝部３１，３２，３３の夫々の中心軸は、平行ではなく所定の傾き角をもって一体化されているので、導光幹部３５内においては、導光幹部に入射した光は内面反射を繰返しながら進むことになる。
これにより、３個のＬＥＤ２１，２２，２３の照射光は略均一に混色される。
【００２５】
尚、導光幹部３５および導光枝部３１の断面形状は、できる限り円柱形状であることが好ましい。また射出成型にて導光部材を作成する場合は、内壁での反射損失を低減するため、射出成型時のパーティングラインを導光幹部３５および導光枝部３１の側面から避けるように配置する。導光幹部の長手に型抜き方向を設定すると、抜き勾配の処理で導光幹部の出射面の径が小さくなりすぎる様な場合には、側面にパーティングラインが形成される様にして、切削および研磨による仕上げ加工を施すことが好ましい。
【００２６】
さらに導光枝部３１、３２、３３による三つ股構成によってはアンダーカット処理の問題で、射出成型では成型できない場合、注型成型を用いて作成する。この場合の材料は、アクリルのほか透明エポキシ樹脂も光学特性上好ましい選択肢となる。
【００２７】
図１２および図１３は配光制御手段としての複数のプリズムを組み込んだ配光制御用レンズアレイ６０の斜視図を示すものである。図１２および図１３に示す例は本発明にとって必ずしも必須の要件ではないが、前記導光部材用いた光学系に対して結合効率を考慮した配光制御手段で、より好ましい態様として説明するものである。図１２が照明装置１の照射方向斜め前方から観た斜視図、図１３が照明装置１の照射方向斜め後方から見た斜視図である。図１３は配光制御用レンズアレイ６０照明装置１では、３組のＬＥＤ群２５を設け、夫々のＬＥＤ群２５に対応して３個の導光部材３０を設けており、配光制御レンズ６０も、３個のプリズム部６３を有している。プリズム部６３は、配光制御用レンズアレイ６０の後方に突出する略円錐台形状をなす。円錐台形状の円錐斜面の外周面６４と、頂部に設けた凹部６１を有する。３個のプリズム部６３は、アクリル樹脂により成形され、別体に作製した樹脂円板部６２の円形の開口に嵌合して固定することで一体化されている。円板部６２に用いる樹脂は、導光部材３０や各ＬＥＤ光源と導光枝部入射面３６との結合部から漏れた混色不足の光は照明装置１から出射されないように、導光カーボンブラック等の遮光性顔料を分散させた添加しポリカーボネイト等の樹脂が好ましい。円板部６２は、レンズ保持部材１２に固定される。また、図１２に示すごとく、必要に応じて、各々のプリズム部６３の光出射面表面は成型による波打ち面６５や、あるいはブラスト加工による粗面とし、より一層ＬＥＤ素子群２５の混色度合いを高める措置が施される。
【００２８】
プリズム部６３と導光幹部出射面３７は適宜の距離を隔てて配設され、プリズム部６３は、導光幹部出射面３７から出射した光が略平行光線として波打ち面６５に向かうように設計されている。凹部６１は、導光幹部３５の外径よりも大きな内径とした井戸形状を形成する。凹部６１の内径を導光幹部出射面３７よりも大きくすることで、凹部６１の内側の側面および凹部底面が出射面３７から照射される光の主たる入射面となる。凹部底面は中央部を凸とした曲面である。凹部底面は、導光幹部出射面３７と互いの中心が対向するように配設し、出射面３７から出射した光が、凹部底面にて屈折して入光することで略平行光線としている。凹部側面は、出射面３７から出射した光が、凹部側面にて屈折して入射した後、外周面６４にて内面反射することで略平行光線としている。したがって、出射面３７の大きさを小さくすれば、配光制御用レンズアレイ６０との距離、レンズ径を小さくすることができる。
【００２９】
混色したいＬＥＤ間の距離を短くして近接配置すれば、照射光が混色されるまでの距離を短くすることができる。面実装タイプのＬＥＤを基板１１上に搭載する場合、面実装タイプのＬＥＤは小型ではあるものの、基板１１上に実装する場合、隣接するＬＥＤの発光中心間の距離は、反射枠や外部接続端子等を考慮して数ｍｍ程度離さなくてはならない。それゆえ隣接する導光枝部入射面３６間の距離も同様に離れる。前記制御用レンズアレイ６０を小さくする場合、換言すればプリズム部６３を小さくする場合、導光部材３０の出射面３７を小さくする必要がある。出射面３７を小さくすれば配光制御用レンズアレイ６０との距離、レンズ径（プリズム部６３の径）を小さくすることができる。
【００３０】
また、導光幹部３５内で光は内面反射を繰り返し、入射面から入射した光を均一に混合する。このとき、混色の均一度合いについて、円柱部の長さは円柱の径によって決まり、径に対して長ければ長いほど均一度合いが良好となる。
【００３１】
照明装置１を駆動する場合、市販のＲＧＢＬＥＤドライバを用いる方法が平易である。図１４に駆動例を示す。図１４の例におけるＬＥＤドライバ１０１はナショナルセミコンダクター社のＲＧＢ ＬＥＤドライバ_ＬＰ５５２０である。ＬＰ５５２０は最大６０ｍＡのＬＥＤ駆動が可能で、本照明装置に用いるようなシングルパッケージＬＥＤの電流定格に相応しい。照明装置の三組のＬＥＤ群は、例えばＬＥＤ２１、２２、２３の各発光色別に直列にＬＥＤストリングが形成されている。ＬＰ５５２０はＲＧＢ三色ＬＥＤ用のドライバであるが、この発光色の組み合わせに限らず、種々の組み合わせが可能である。ＬＰ５５２０はＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）１０３からＳＰＩまたはＩ２Ｃインタフェースにより輝度制御され、内部メモリにより色調補正しながらＲＧＢ各ＬＥＤストリングのパルス定電流駆動が可能である。更に、ＬＰ５５２０はＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の電圧出力を各ＬＥＤストリングの降下電圧に応じて最適値に制御する。
【００３２】
尚、ＬＥＤドライバおよびＤＣ／ＤＣコンバータは電磁妨害波を抑制するためにも、本照明装置の基板１１にＬＥＤとともに実装されることが好ましい。この場合、照明装置へは制御インタフェースおよび電源供給線がケーブル７０として接続される。
【００３３】
ここまで説明した照明装置１は、複数の導光枝部をもつ棒状の導光部材を用い、各導光枝部と各ＬＥＤを個々に結合させて混色された光を出射させるようにしているため、照射面での色ムラはかなり軽減されるもののまだ不十分である。照射パターンを観察すると、図１５に示すように、ＬＥＤ２１〜２３各々の照射パターン中心が照射光軸から各々オフセットし、スクリーンパターンには照射パターンエリヤ縁部にＬＥＤ光色が十分の混合されない領域が僅かながら認められる。無論、実用域を無視して前記導光部材の導光幹部の長さを長くすることができれば、照射パターンエリヤ縁部の色ムラは更に軽減される筈であるが、それでは、ＬＥＤ使用の照明装置に求められるコンパクト性や利便性が失われてしまう。
【００３４】
そこで本発明では、三つのＬＥＤ群２５において各々の照射パターンも遠視野領域にて互いに重畳して各照射パターンエリヤ縁部の光色混合不足領域において不足光色を互に補うことで色ムラ感を軽減するように、各ＬＥＤ群を構成するＬＥＤを発光色毎に、各ＬＥＤ群間における相対位置条件を規定することした。以下、実施例によりＬＥＤ配置の関する措置について具体的に説明をする。
【実施例１】
【００３５】
まず、図１は各ＬＥＤ群２５の三個のＬＥＤの配置関係を示すもので、三個のＬＥＤは夫々の発光部中心が正三角形（破線にて表示）の頂点に位置するように隣接配置される。尚、点ＳはＬＥＤ配置中心点を示すものである。そして図２に示すように基板１１上で、三組のＬＥＤ群２５は各ＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心点Ｓで結ばれた幾何模様が正三角形（破線にて表示）となるように分散配置される。尚、図２中央の点Ｐは、三組のＬＥＤ群２５の配置中心位置を示すものである。
【００３６】
このようなＬＥＤ配置とすることにより、前述した導光部材３０を組み合わせることで、プリズム部６３から照射される照射パターンは、図１５に示した三つのパターンエリヤ縁部に発生する光色混合不足領域の大きさが略均等で、光色混合不足領域のＬＥＤ光色が、互いに略１２０°回転対象となってスクリーンに照射されるようになる。
【００３７】
ここで本発明では更に、各ＬＥＤ群２５相互間の発光色ごとのＬＥＤ位置関係を以下の条件（ａ）に従うこととする。
（ａ）．各ＬＥＤ群２５における各ＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めて点Ｐに対し１２０°回転対象に配置される。従って、各ＬＥＤ群２５における三つのＬＥＤ（ＬＥＤ２１，２２，２３）の点Ｐに対する相対位置関係は一定である。
但し、点Ｐに対する三つＬＥＤの配置は限定するものではなく、例えば、図３は図２とは別の本ＬＥＤ配置則によるＬＥＤ配置を示すもの（基板１１は省略してある）で、図２においては、各ＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心Ｓを結ぶ円の外側に各ＬＥＤ群２５の中の一つのＬＥＤが円の接線方向と平行に設置されているが、図３においては、前記円の内側に各ＬＥＤ群２５の中の一つのＬＥＤが円の接線方向と平行に設置されている。
【００３８】
図１乃至図３に示したように基板１１部品搭載面上の三組のＬＥＤ群２５の限定的な配置と、前述した条件（ａ）に従うように各ＬＥＤ群２５相互間における発光色ごとのＬＥＤ位置関係を定めることによって、三組のＬＥＤ群２５夫々からの照射パターンにおけるパターンエリヤ縁部に発生する各ＬＥＤ光色ごとの光色混合不足領域の配置は、三組の照射パターンが遠視野領域にて重畳した時の不足色を補完しあうような配置となる。
【００３９】
図４に各ＬＥＤ群２５相互間における発光色ごとのＬＥＤ位置関係が前述した条件（ａ）に従う場合での、基板１１部品搭載面上の三組のＬＥＤ群２５におけるＬＥＤ２１，２２，２３の位置関係とスクリーンへの照射されるＬＥＤ２１，２２，２３各々の照射パターンの位置関係を模式的に示す。図４において三組のＬＥＤ群二十五による照射パターンＡ，Ｂ，Ｃは互いに離れて図示されているが、照明装置として遠視野領域を照射した場合、前記照射パターンＡ，Ｂ，Ｃは重畳するように観測される。
図１５で説明した各照射パターン縁部の光色混合不足領域は、各照射パターンＡ，Ｂ，Ｃが重畳し、互いの光色混合不足領域の不足光色を補うことで、その結果として本照明装置からの各照射パターンは統合され、照射パターンエリヤ縁部の色ムラ感が軽減される。
【００４０】
ここで確認の為に以下のような構成にて、前述のＬＥＤ配置に関する措置を実施した照明装置１を作成して、効果の確認を行った。
■使用ＬＥＤ ＰＬＣＣタイプ，赤色、青色、緑色の三色
■各ＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心を結ぶ円の直径 ４０ｍｍ
■導光部材 直径４ｍｍ 導光幹部長さ ３０ｍｍ
■配光制御用レンズ径 ２４ｍｍ
■配光角 約４０°
■被照射面〜照明装置光出射面距離 １．２ｍ
照射パターンエリヤ縁部で感じられていた色ムラ感は、大幅に改善された結果となった。尚、配光制御用レンズによる配光は４０°とあえて挟配光の照明装置としては、色ムラ感を顕著に確認できることを意図したものである。配光を広くすれば色ムラ感はさらに抑制できることは明らかである。
【００４１】
本発明における照射パターンエリヤ縁部の色ムラ感が軽減の効果は夫々のＬＥＤ群を構成する各シングルパッケージＬＥＤの各発光色と輝度が十分に均等に調整されていることが必要要件となる。従って、前述のように、個々のシングルパッケージＬＥＤは基板１１への実装段階で少なくとも、出力ランクと発光スペクトル分布については、正確なビンニングに基づいて選択される。これは、異なる発光色のＬＥＤチップを一つのパッケージに組み込んだ所謂多色マルチチップパッケージによるアセンブリ工程ではＬＥＤチップ相互の輝度比のばらつきなどが障害となり、容易に実現できないものである。
【実施例２】
【００４２】
遠視野領域にて、三つのＬＥＤ群２５各々の照射パターンも互いに重畳して各照射パターンエリヤ縁部の光色混合不足領域において互に不足光色を補うことが可能となるＬＥＤ位置関係は、前述の条件（ａ）による位置関係の他に、次の条件（ｂ）も考えられる。
（ｂ）．各ＬＥＤ群２５における三個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群における三個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置された三組のＬＥＤ群２５において、任意の二か所のＬＥＤ群２５の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
【００４３】
図５に本条件（ｂ）に従う三組のＬＥＤ群２５における各ＬＥＤの位置関係の例を示す。図の例は、条件（ａ）によって各ＬＥＤの位置が決定済みのＸ、Ｙ、Ｚと符号をつけた三組のＬＥＤ群２５が、条件（ｂ）によりＺがＹの位置へ、またＹがＺの位置へと平行移動して置き換えられた様子を示している。
【００４４】
条件（ｂ）に従うＬＥＤ配置としても、三つのＬＥＤ群２５から照射される三つの照射パターンは、
各々のパターンエリヤ縁部に発生する光色混合不足領域のＬＥＤ光色が、互いに略１２０°回転対象となってスクリーンに照射される。従って、条件（ａ）の場合と同様に照射パターンエリヤ縁部の色ムラ感が軽減される。
【実施例３】
【００４５】
これまで照明装置１は３個のＬＥＤで形成したＬＥＤ群が基板上に三組搭載された構成で説明してきたが、本発明による照明装置１および色ムラ低減のためのＬＥＤ配置は、前述の構成に限定されるものではない。
【００４６】
例えば、４個のＬＥＤを使用した照明装置の場合、ＬＥＤ配置に関しては、３個のＬＥＤで形成した３組のＬＥＤ群を用いた照明装置の場合と同様に、４個のＬＥＤで形成したＬＥＤ群が基板上に４組設けられ、各ＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓの位置は正方形の頂点の位置に一致するように配置される。
また、各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤのＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対する相対位置関係を規定する条件（ａ）、（ｂ）は
（ａ）各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[９０]°回転対象に配置される。従って、各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤの点Ｐに対する相対位置関係は一定である。
（ｂ）各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置された４組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
となる。
そして各ＬＥＤ群の夫々は４本の導光枝部を有した導光部材と組み合わされ、各ＬＥＤ郡中の夫々のＬＥＤは導光枝部の光入射面と光学的に結合される。そして４個の導光部材の導光幹部の光出射面は、４個のプリズムを組み込んだ配光制御用レンズアレイと光学的に結合されて照明装置が構成される。
【００４７】
例えば、ＬＥＤ群を構成するＬＥＤを４個とし、ＬＥＤの発光色を光の三原色である赤色，緑色及び青色の他に黄色を加えることにより、欠落するスペクトル領域が補完され一般照明としてより演色性の良好な照明装置とすることができる。
【実施例４】
【００４８】
更に、６色のＬＥＤを使用した照明装置の場合でも、６個のＬＥＤで形成したＬＥＤ群が基板上に６組設けられ、各ＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓの位置は正六角形の頂点の位置に一致するように配置され、前述の条件（ａ）、（ｂ）は
（ａ）各ＬＥＤ群における６個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[６０]°回転対象に配置される。従って、各ＬＥＤ群における６個のＬＥＤの点Ｐに対する相対位置関係は一定である。
（ｂ）各ＬＥＤ群における６個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群における４個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置された６組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
となる。その他、導光部材および配光制御用レンズアレイとの組み合わせは、３個のＬＥＤを用いたＬＥＤ群を用いる場合や４個のＬＥＤを用いたＬＥＤ群を用いる場合と同様である。
【００４９】
例えば、三原色のＬＥＤに橙色，黄色，青緑色のＬＥＤを加えて６色とすることで、色ムラ感が少なく、平均演色評価係数Ｒａの高い照明装置が実現可能である。一般的に４色や６色のＬＥＤを用いて良好に混色された光を得るためには、ＬＥＤの配置や混色方法が困難となり、現実的ではないが、照明装置１の導光部材を用いた光学構造と本発明による色ムラ低減効果により、具現化が可能である。
【００５０】
[ ＬＥＤ配置のまとめ ]
以上のことから本発明のＬＥＤ配置に関する特徴を、ｎ個のＬＥＤで形成したＬＥＤ群を用いた場合に拡張すれば、
ｎ個のＬＥＤが夫々の発光部中心を正ｎ角形の頂点に位置するように基板上に隣接配置されて、そのｎ個のＬＥＤで構成されるＬＥＤ群がｎ組あり、さらに、ｎ組のＬＥＤ群はＬＥＤ配置中心点Ｓが正ｎ角形の頂点に位置するように分散配置されており、
各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係が以下の条件（ａ）あるいは（ｂ）を満たすように定められている。
（ａ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[２π／ｎ]°回転対象に配置される。従って、各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの点Ｐに対する相対位置関係は一定である。
（ｂ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置されたｎ組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
と包括的に表現できる。
尚、この場合、照明装置における導光部材の配置構成の表現も
ｎ個の導光部材が前記ＬＥＤ群夫々にＬＥＤの照射方向前方に配設されており、前記導光部材は、１本の棒状の導光幹部と、導光幹部の一方の端部に接続する導光分岐部と、導光分岐部に接続するｎ本の導光枝部を備え、
ｎ本の導光枝部は該導光幹部の中心軸に対して導光分岐部まで均等に傾斜されて、前記ＬＥＤ群を構成するｎ個のＬＥＤ夫々の発光部中心に入射面の中心が一致するように対抗し、
前記導光幹部の他方の端部は出射面として、配光制御手段の入射部に対抗するようにして構成されてＬＥＤの各発光色を混色して照射する配置構成、
とまとめることができる。
【実施例５】
【００５１】
[ 面照明装置への応用 ]
本発明を用いた照明装置１は、照明装置１を一つの構成単位として、発光面を平面上に複数個配置して混色性、色バラツキの少ない色調可変型面状照明装置を構築することが可能である。
【００５２】
図１６は例えば前述までＲＧＢ各発光色のＬＥＤによる複数個の照明装置１を用いて千鳥配置した面状照明装置２で、面状照明装置２の照射方向からみたＬＥＤ配置のみを明示したもので（基板１１の外形を省略している）、ＬＥＤ群２５を構成する各ＬＥＤをＲＧＢで符号を付している。図１６に示すごとく、面状照明装置２では一つの照明装置１内のＬＥＤ群２５とこれに隣接する別の一つあるいは二つの照明装置１内のＬＥＤ群２５において、各照明装置１間を隔てて接近する三組のＬＥＤ群２５の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる三角形が正三角となるように配置され、前記正三角形は一つの照明装置１の中の三組のＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心を結んで描かれる正三角形に対して幾何的に合同の関係にあり、複数の照明装置１はそれら正三角形が平面充填される様に配置されている。
【００５３】
すなわち、図１６の面状照明装置２に用いられる各照明装置１内のＬＥＤ群２５のＬＥＤ配置中心を結んで描かれる三角形をＤ、二つの照明装置１内のＬＥＤ群２５において各照明装置１間を隔てて接近する三組のＬＥＤ群２５の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる三角形をＥ、更に隣接する三つの照明装置１内のＬＥＤ群２５において各照明装置１間を隔て,三つの照明装置１の中央付近で接近する三組のＬＥＤ群２５の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる三角形をＦ、とすれば、
三角形Ｄ，Ｅ、Ｆは全て正三角形で、かつ 三角形Ｄ ≡ 三角形Ｅ ≡ 三角形Ｆ
の関係である。
【００５４】
ここで前記三角形Ｄを構成する位置にあるＬＥＤ群２５は、一つの照明装置１を構成するものであり、前述のＬＥＤ位置関係に関する条件（ａ）または条件（ｂ）に従っている。
そして前記三角形Ｅを構成する位置にあるＬＥＤ群２５のＬＥＤ位置関係に関する条件は、前記三角形Ｄを構成するＬＥＤ群のＬＥＤ位置関係が条件（ａ）に従っている場合、条件（ｂ）に従い、また前記三角形Ｄを構成するＬＥＤ群のＬＥＤ位置関係が条件（ｂ）に従っている場合、条件（ａ）に従うものとなる。
さらに前記三角形Ｆを構成する位置にあるＬＥＤ群２５のＬＥＤ位置関係に関する条件は、前記三角形Ｄを構成するＬＥＤ群のＬＥＤ位置関係の条件と同じとなる。
【００５５】
従って、本面状照明装置２においては、構成単位である照明装置１を前述のように配置することで、照明装置１に含まれる三つＬＥＤ群２５のみに限らず、各照明装置１を隔てて前記正三角形配置を構成する任意の三つのＬＥＤ群２５は、ＬＥＤ位置関係が前述の条件（ａ）または条件（ｂ）の何れかに従うこととなり、遠視野領域にて各照射パターンも互いに重畳して各照射パターンエリヤ縁部の光色混合不足領域において互に不足光色を補うことが可能となる。
これにより照明装置１を一つの構成単位として、発光面を平面上に複数個配置した場合において、各照明装置１の配置間で僅かに存在する色偏差が抑制され、混色性、色バラツキの少ない照明光を照射することが可能な色調可変型面状照明装置が構築可能となる。
【実施例６】
【００５６】
正方形および正六角形は平面充填可能であるため、実施例５の平面照明装置２の場合と同様に、４個のＬＥＤで形成した４組ＬＥＤ群で構成される照明装置や、６個のＬＥＤで形成した６組ＬＥＤ群で構成される照明装置が、前述した本発明による照明装置の特徴に従う構成であれば、これらの照明装置を構成単位として、複数個の発光面を千鳥配置して混色性、色バラツキの少ない色調可変型面状照明装置を構築することが可能である。
【００５７】
図１７は例えばＲＧＢＹ各発光色のＬＥＤ４色使用よる照明装置１’を複数個用いた面状照明装置２’で、面状照明装置２’の照射方向からみたＬＥＤ配置のみを明示したもので（ＬＥＤを搭載した基板の外形を省略している）、図１６の場合と同様に、面状照明装置２’では一つの照明装置１’内のＬＥＤ群２５’とこれに隣接する別の一つあるいは二つの照明装置１’内のＬＥＤ群２５’において、各照明装置１’間で接近する四組のＬＥＤ群２５’の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる四角形が正方形となるように配置され、前記正方形は一つの照明装置１’の中の四組のＬＥＤ群２５’のＬＥＤ配置中心を結んで描かれる正方形に対して幾何的に合同の関係にあり、複数の照明装置１’はそれら正方形が平面充填される様に配置されている。
【００５８】
ここで、図１７の面状照明装置２’に用いられる各照明装置１’内のＬＥＤ群２５’のＬＥＤ配置中心を結んで描かれる四角形をＤ’、二つの照明装置１内のＬＥＤ群２５’において各照明装置１’間で接近する四組のＬＥＤ群２５’の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる四角形をＥ’、三つの照明装置１’内のＬＥＤ群２５において各照明装置１’間で各照明装置１’間を隔て、三つの照明装置１’の中央付近で接近する四組のＬＥＤ群２５’の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれる四角形をＦ’、とすれば、
四角形Ｄ’，Ｅ’、Ｆ’は全て正方形で、かつ 四角形Ｄ’ ≡ 四角形Ｅ’ ≡ 四角形Ｆ’
の関係である。
【００５９】
同様に、ＬＥＤ６色使用による照明装置を複数個用いた面状照明装置も可能である。ただし、平面充填される正六角形を形成するのは構成単位となる個々の照明装置のＬＥＤ群の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれるものと、三つの照明装置間を隔て、三つの照明装置の中央付近で接近する六組のＬＥＤ群の各ＬＥＤ配置中心を結んで描かれるものの二通りのみとなる。尚、正六角形を平面充填されたパターンは所謂、亀甲柄となるが、図示による説明は、内容が重複するため省略する。
【００６０】
上記実施例におけるＬＥＤ発光色の組み合わせは単なる例示にすぎない。例えば、６個のＬＥＤを使用したＬＥＤ群が６組で配置されて構成される照明装置において、一つ置きに３組のＬＥＤ群と別の３組のＬＥＤ群のＬＥＤ発光色の組み合わせを変えて夫々混光により実現する光色範囲を二様としたり、ＬＥＤ発光色が全て色温度の異なる疑似白色ＬＥＤとしたものなども本発明に包含される。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る照明装置は、色温度可変照明装置として一般照明や演出照明の他、ディスプレイや装飾用のカラー照明などの用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 照明装置
２ 面照明装置
１１ 基板
１２ レンズ保持部材
２０ 光源
２１ 第１のＬＥＤ
２２ 第２のＬＥＤ
２３ 第３のＬＥＤ
２５ ＬＥＤ素子群
３０ 導光部材
３１ 第１の導光枝部
３２ 第２の導光枝部
３３ 第３の導光枝部
３４ 導光分岐部
３５ 導光幹部
３６ 導光枝部入射面
３７ 導光幹部出射面
４０ 筐体
５０ 放熱器
６０ 配光制御用レンズアレイ
６３ プリズム部
６４ 外周面
６５ 波打ち面
７０ ケーブル
１０１ ＬＥＤドライバ
１０２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０３ ＭＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎを３以上の整数として、
ｎ個の互いに異なる発光波長分布特性を有するＬＥＤ夫々の発光部中心を正ｎ角形の頂点に位置するように基板上に隣接配置されて１組のＬＥＤ群を形成し、
前記基板上には前記編成のＬＥＤ群がｎ組存在し、ｎ組のＬＥＤ群はＬＥＤ配置中心点Ｓが正ｎ角形の頂点に位置するように分散配置されており、
ｎ個の導光部材が前記ＬＥＤ群夫々にＬＥＤの照射方向前方に配設されており、前記導光部材は、１本の棒状の導光幹部と、導光幹部の一方の端部に接続する導光分岐部と、導光分岐部に接続するｎ本の導光枝部を備え、
ｎ本の導光枝部は該導光幹部の中心軸に対して導光分岐部まで均等に傾斜されて、前記ＬＥＤ群を構成するｎ個のＬＥＤ夫々の発光部中心に入射面の中心が一致するように対抗し、
前記導光幹部の他方の端部は光出射面として、配光制御手段の入射部に対抗するようにして構成されることで各ＬＥＤの発光色を混色して照射する方式のＬＥＤ照明装置であり、
各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係が以下の条件（ａ）あるいは（ｂ）を満たすように設定されたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
（ａ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[２π／ｎ]°回転対象に配置される。
（ｂ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置されたｎ組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
【請求項２】
請求項１によるＬＥＤ照明装置を構成単位として複数個を千鳥格子状に光照射面が同一平面状となるように配置してなる面状照明装置において、
ｎを３、４および６として
該ＬＥＤ照明装置に分散配置されたｎ組のＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓを結ぶ正ｎ角形と、
隣接しあう二つまたは三つのＬＥＤ照明装置間を隔てて、各ＬＥＤ照明装置間の中央付近で接近するｎ組のＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓを結ぶ正ｎ角形が合同の関係にあり、其れ等の正ｎ角形が平面充填されるように各ＬＥＤ照明装置間の配置間隔が決定されることを特徴とした面状照明装置。
【請求項１】
ｎを３以上の整数として、
ｎ個の互いに異なる発光波長分布特性を有するＬＥＤ夫々の発光部中心を正ｎ角形の頂点に位置するように基板上に隣接配置されて１組のＬＥＤ群を形成し、
前記基板上には前記編成のＬＥＤ群がｎ組存在し、ｎ組のＬＥＤ群はＬＥＤ配置中心点Ｓが正ｎ角形の頂点に位置するように分散配置されており、
ｎ個の導光部材が前記ＬＥＤ群夫々にＬＥＤの照射方向前方に配設されており、前記導光部材は、１本の棒状の導光幹部と、導光幹部の一方の端部に接続する導光分岐部と、導光分岐部に接続するｎ本の導光枝部を備え、
ｎ本の導光枝部は該導光幹部の中心軸に対して導光分岐部まで均等に傾斜されて、前記ＬＥＤ群を構成するｎ個のＬＥＤ夫々の発光部中心に入射面の中心が一致するように対抗し、
前記導光幹部の他方の端部は光出射面として、配光制御手段の入射部に対抗するようにして構成されることで各ＬＥＤの発光色を混色して照射する方式のＬＥＤ照明装置であり、
各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係が以下の条件（ａ）あるいは（ｂ）を満たすように設定されたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
（ａ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤは夫々互いの位置関係も含めてＬＥＤ群の分散中心点Ｐに対し[２π／ｎ]°回転対象に配置される。
（ｂ）各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係は、条件（ａ）で定められた各ＬＥＤ群におけるｎ個のＬＥＤの位置関係を保持して分散配置されたｎ組のＬＥＤ群において、少なくとも任意の二か所以上のＬＥＤ群の配置が、各々ＬＥＤの位置関係を保持したまま平行移動によって置き換えられたものに等しい。
【請求項２】
請求項１によるＬＥＤ照明装置を構成単位として複数個を千鳥格子状に光照射面が同一平面状となるように配置してなる面状照明装置において、
ｎを３、４および６として
該ＬＥＤ照明装置に分散配置されたｎ組のＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓを結ぶ正ｎ角形と、
隣接しあう二つまたは三つのＬＥＤ照明装置間を隔てて、各ＬＥＤ照明装置間の中央付近で接近するｎ組のＬＥＤ群のＬＥＤ配置中心点Ｓを結ぶ正ｎ角形が合同の関係にあり、其れ等の正ｎ角形が平面充填されるように各ＬＥＤ照明装置間の配置間隔が決定されることを特徴とした面状照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−１１４９６５（Ｐ２０１３−１１４９６５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１５５５（Ｐ２０１１−２６１５５５）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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