JP3696839B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の発光ダイオード(以下、LEDと略記する)を備えた照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の照明用光源である白熱電球やハロゲン電球と比較して、高い信頼性や長寿命といった特徴を持つLEDは、近年の発光効率の向上に伴いこれらの光源の代替として用いる事が考えられている。
【0003】
LEDはその発光原理から、特定の発光波長の光しか発生しないため、白色光を得るには、特開2000−208815号公報記載のように、青色を発するLEDをその発光により黄緑色に発光する蛍光体と組み合わせたもの、あるいは特開平11−163412号公報記載のように、赤、青、緑など複数のLEDを組み合わせたものを用いる必要がある。
【0004】
しかし、蛍光体を用いる方法では、波長変換に伴う効率低下が必ず発生し、効率の面から好ましい方法ではない。また、この方法では、LEDの発光波長と蛍光体の発光波長の組み合わせによって発光色が一意に決まってしまうため、光色の制御は不可能であり、蛍光体の劣化などによって色調が初期段階と比較してずれた場合でも修正は不可能である。さらに製造工程によって、蛍光体膜厚やLEDの出力及び発光波長にばらつきが生じるため、光色を統一させる事が難しいといった問題もある。
【0005】
これに対し、複数の発光色を発するLEDを用いる方式では、高い発光効率が得られ、発光色も調整が可能になる。その半面、各色のLEDが異なる組成や材料で作製されている事から、発光出力の温度依存性や劣化速度が異なり、使用条件によって色調が変わってくるといった問題がある。
【0006】
特開平10−49074号公報には、カラー表示装置のバックライト用光源としてLEDを用いる方式における、上記と同様な問題を解決するための方法が記載されている。すなわち、各発光色のLEDの輝度レベルを検出するための光センサーを用い、光センサーの検出値に従って各発光色のLEDの輝度レベルを調整するための制御を行い、一定した所定の色調を得ることを可能とする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの方法は、カラー表示装置のような比較的低レベルの光量を用いる装置には容易に適用できるが、本発明の対象とするような照明装置に直ちに適用することはできない。照明装置は、カラー表示装置に比べるとより多数のLEDが用いられ、それらのLEDの駆動を適切に制御するためには、多数のLEDからの発光を反映した検出出力が得られる構造が必要だからである。
【0008】
各LED毎に光センサーを設ければ高い検出精度が得られるが、多数のLEDに対してそのような構成を用いることは、装置の規模が増大し、コストも高くなるため実用的ではない。これに対して、上記の特開平10−49074号公報には、1個の光センサーを各発光色に対して共用する方法が記載されているが、照明用光源のように多数のLEDが分散して配置された場合において、全てのLEDからの発光を反映した検出出力を得るのに適した構成については考慮されていない。
【0009】
本発明は、少数の光検出素子により、複数のLEDからの発光を反映した発光強度を検出し、その検出信号に基づいて各LEDの駆動を制御することにより、各LEDの発光特性が異なった条件下でも、所定の発光状態を得ることが可能な照明装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置は、少なくとも2次元方向に分散配置された複数個のLEDと、前記複数個のLEDを一体的に被覆した透明樹脂層と、前記透明樹脂層の内部、表面上もしくは近傍に配置された光検出素子により前記LEDの発光強度を検出する光検出部と、前記光検出部による検出出力に基づいて前記LEDの駆動を制御する電源回路部とを備える。前記光検出素子の個数は前記LEDよりも少く、前記光検出素子は、前記透明樹脂層を伝搬してきた前記LEDの発光強度を検出する。
【0011】
この構成によれば、複数のLEDの発光が透明樹脂層を伝搬して光検出素子により検出されるので、多数のLEDを用いた場合でも、少数の光検出素子により多数のLEDからの発光を反映した検出が可能である。従って、長期に渡って連続的に発光出力を一定に保つ事が可能となる。
【0012】
上記構成において、前記LEDは基板にベアチップ実装され、前記透明樹脂層は、前記LED及び前記基板を被覆するように設けられた構成とすることができる。
【0013】
好ましくは、前記基板の上面と前記透明樹脂層の表面が略平行であり、各LED相互の間隔の最大値をdとし、前記透明樹脂層の屈折率をnとしたとき、前記透明樹脂層の厚さhが下記式の条件を満足するように構成する。
【0014】
h>d/(2×tan(arcsin(1/n))
それにより、1つのLEDからの発光が他のLEDに入射して吸収されることを防止でき、光の取り出し効率を高めることができるとともに、光検出素子への入射光量を増大させることができる。
【0015】
また、前記基板の表面部に設けられた窪みと、前記基板の表面に設けられた金属膜とを更に備え、前記窪みの壁面は傾斜面をなして前記金属膜により反射面が形成され、前記窪みの底部に複数個の前記LEDが実装され、前記窪みを含む前記基板を被覆するように前記透明樹脂層が設けらた構成とすることができる。
【0016】
また上記の構成において、前記LEDは、複数の各発光色についてそれぞれ複数個設けられ、前記光検出部は、前記光検出素子により前記LEDの発光強度を各発光色ごとに検出し、前記制御回路は、前記光検出部からの各発光色ごとの検出出力に基づいて、各発光色ごとの前記LEDの発光強度のバランスが所定の状態になるように、前記LEDの駆動を制御する構成とすることができる。
【0017】
この構成において、前記光検出部は、前記LEDの各発光色ごとに、対応する各発光色の発光ピーク波長に受光感度が一致する光検出器を備えてもよい。それにより、発光色が互いに異なるLEDの発光強度を、発光色ごとに検出することが容易となる。
【0018】
また、前記LEDは、各発光色ごとにパルス電圧で順次点灯させられ、前記光検出部は、発光色数以下の個数の前記光検出素子により、前記点灯のタイミングと同期して光検出を行うことにより、複数の発光色に対して前記光検出素子を兼用して光検出を行う構成とすることもできる。この構成によれば、たとえば赤、緑、青といった順でそれぞれの発光色を持つLEDを発光させ、同じタイミングで光検出器からの出力電圧をモニターすることにより、それぞれの光色の出力比がわかる。この比を、設定した所定の値になるようにLEDの駆動を制御することにより、所望の色調を得たり、一定の発光強度を得たりする事が可能となる。
【0019】
この構成において、各発光色ごとに同時に点灯させられる前記LEDは、相互間の距離が、前記LEDのアレイ中で隣接する前記LED間の距離よりも大きいように配置されていることが好ましい。LEDは発光している間に熱を発生させるため、同時に熱を発生するLEDの配置間隔を大きくすれば、相互の熱の影響を避けることができ、素子の高密度実装に際して発生する熱の低減を図ることが可能となる。
【0020】
前記透明樹脂層表面には、反射防止膜コーティングを施すことが好ましい。透明樹脂層の表面に、例えばMgF2などの反射防止膜を形成することにより、樹脂内部を伝播する光を効率的に外部に取り出すことが可能となる。
【0021】
また好ましくは、前記透明樹脂層に一体封入された前記LEDと、前記光検出素子と、前記電源回路部とを、照明器具にそれぞれ実装した構成とする。光源部と光源部を制御する回路部分を同一基板に実装することにより、照明装置の一体化、小型化、薄型化を実現することが可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【0023】
図1に、複数のLEDと光検出素子を組み合わせた、本発明の実施の形態における照明装置の基本的なシステムを示す。LED光源部1は、複数のLEDを並べた発光面2と、光検出部3とから構成される。電源回路部4は、制御回路5と駆動回路6とから構成される。これらの要素は、同一基板上に作製することが可能であり、また、それぞれ分離して離れた位置に設置し、配線により接続することも可能である。光検出部3は、光検出素子として例えばホトダイオードを用いて構成することができる。光検出部3は、発光面2の光出力を検出し、その検出出力が制御回路5に入力される。制御回路5は、発光面2の光出力が所定の設定値と比較して大きい場合には駆動回路6の出力電力を絞り、その結果、発光面2の発光出力が減じられる。発光面2の光出力が所定の設定値と比較して小さい場合は、その逆の動作となる。
【0024】
このように、LEDからの光出力を、ホトダイオード等を用いた光検出部3を用いて検出し、駆動回路6の動作をフィードバック制御することにより、LEDの劣化や熱特性の相違が生じた場合においても、発光強度の維持、あるいは複数の光色のLEDを用いた際の発光強度比の維持や所定の光色の発生が可能になる。
【0025】
また、上記のような制御を行うことにより、LEDに発光色や発光強度の差があっても所定の光色が実現可能となるため、LEDの選別を行う必要がなくなる。
【0026】
以下に、本発明の実施の形態について、より具体的に説明する。
【0027】
(実施形態1)
図2Aは、本発明の実施形態1におけるLED光源部の平面図を示す。同図のA−A′断面図を図2Bに示す。このLED光源部においては、基板7上に、複数の単色のLED8と、1個の光検出素子9が実装され、透明樹脂層10によって覆われることにより、一体化されている。光検出素子9は、透明樹脂層10を伝播してくる光を検出するので、複数のLED8に対して1個配置すれば、発光強度を適切に検出することができる。
【0028】
基板7は、LED8の発熱を効率よく拡散し放熱するために金属製基板が望ましいが、エポキシ樹脂やそれにアルミナを含ませたコンポジット基板でもよい。基板7には窪み7aが形成され、各LED8は窪み7aの底面部にベアチップ実装されている。窪み7aの傾斜部および底面部に金属メッキ11を施すことにより、LED8の発光を効率よく前面に向けて放射することができる。さらに基板7の上面全面に金属メッキ11を施すことにより、透明樹脂層10により内部に反射された光を再び外部に向けて反射させることができ、LED8の発光の外部への取り出し効率を高めることができる。
【0029】
透明樹脂層10としては、アクリル樹脂や熱膨張係数の小さなエポキシ樹脂を用いることが望ましく、特にLED8の発熱が大きく樹脂の変質が問題となる場合には、シリコーン樹脂を用いることが望ましい。これらの透明樹脂層は、成型することによりレンズ機能などを持たせることが可能である。またLED8は、ベアチップ実装以外にも、一般的な砲弾型や面実装タイプなどの形態で用い、さらに透明樹脂層10で覆ってもよい。
【0030】
以上のように、複数のLED8を連続した同一の透明樹脂層10で封入することにより、全てのLED8の発する光が樹脂中を伝播して、光検出素子9に入射する。従って、LED8の数より少ない数の光検出素子9により、全てのLED8の発光を反映した検出出力を得ることが可能となる。
【0031】
このような機能を十分に発揮させるために、透明樹脂層10の厚さを適切に設定することが望ましい。例えば、基板7の上面と透明樹脂層10の表面が略平行である場合には、透明樹脂層10の厚さh(図2B参照)が下記式(1)の条件を満足するように設定すればよい。この式において、dは各LED8相互の間隔の最大値(図2A参照)、nは透明樹脂層10の屈折率である。
【0032】
h>d/(2×tan(arcsin(1/n)) (1)
それにより、1つのLED8からの発光が他のLED8に入射して吸収されることを防止でき、光の取り出し効率を高めることができるとともに、光検出素子9への入射光量を増大させることができる。
【0033】
また、基板7としてSi基板を用い、ベアチップのLED8を実装するとともに、Si基板に、光検出素子9としてホトダイオードを、例えばレーザーダイオードユニットのように作り込むこともできる。それにより、モジュールの小型化、構造の簡略化、あるいは組立工程や部品点数の削減によるコスト削減を図ることができる。
【0034】
本実施の形態において、複数のLED8は、基板7上に実装されることにより、平面上、すなわち2次元方向に分散配置されている。この形態は薄型が得られ、照明装置として最も好ましいが、本発明は、それ以外の形態にも適用可能である。すなわち、複数のLEDが多少3次元方向も含めて配置されていても、透明樹脂層10中を伝搬した光を検出することによる効果を得ることは可能である。
【0035】
以上に説明した構造は、単色のLED8を用いて、1つの発光色のモジュールを構成した例である。すなわち、このようなモジュールを複数色について作成し、組み合わせて、白色光の照明装置を構成することができる。その場合は、各モジュールの光検出素子9からの出力を、図1に示す制御回路5にそれぞれ入力することにより制御を行う。
【0036】
また、上記の構造において複数の発光色のLED8を用いることもできる。その場合は、後述する実施の形態3のように制御を行えばよい。
【0037】
(実施形態2)
図3Aは、本発明の実施形態2におけるLED光源部の平面図を示す。同図のB−B′断面図を図3Bに示す。このLED光源部においては、基板7上に、それぞれ赤、緑、青の発光色をもつLED12〜14が実装され、透明樹脂層10がそれらを覆っている。透明樹脂層10の端部には、各色用の光検出素子15〜17が配置されている。
【0038】
各光検出素子15〜17に対しては、それぞれ各色のLED12〜14の発光波長領域のみを透過する分光フィルター18〜20が取り付けられ、各発光色に対応した光検出器が構成されている。それにより、各光検出素子15〜17は、透明樹脂層10の中を伝播してくる光の波長強度分布を各色領域で測定する。分光フィルター18〜20の特性は、各発光色の発光ピーク波長に受光感度が一致するように構成することが望ましい。
【0039】
各光検出素子15〜17から得られる各色の発光強度、及び発光強度比を所定の設定値に保つように、制御回路によりLED12〜14用の各駆動回路の動作をフィードバック制御する。
【0040】
なお光検出素子15〜17が、図2の光検出素子9のように、透明樹脂層中に埋め込まれた形態にしてもよい。
【0041】
(実施形態3)
図4Aは、本発明の実施形態3における照明装置のLED光源部の平面図を示す。同図のC−C′断面図を図4Bに示す。本実施形態のLED照明装置は、各光色のLEDをパルス電圧により順次点灯させ、発光色の数よりも少ない光検出素子により、複数色のLEDの発光強度を検出できるように構成されている。
【0042】
図4A、Bに示されるように、このLED光源部は、基板21上に実装された各々赤、緑、青の発光色をもつLED22〜24を有する。LED22〜24は、透明樹脂層10によって覆われている。透明樹脂層10は、基板21の側部から背面部まで達する光ガイド部10aを有する。基板21の背面近傍に、光ガイド部10aの基板21側の端部に面して、光検出素子25が配置されている。LED22〜24からの発光は、透明樹脂層10を伝播し、光ガイド部10aを経由して光検出素子25に導かれる。
【0043】
LED22〜24は、発光色別に異なるタイミングで発光させられる。従って光検出素子25は、各発光色毎に順次発光強度の検出を行うことができ、3つの発光色のLEDに対して共通に1個設ければよい。
【0044】
透明樹脂層10の表面には、反射防止コーティング26が施されている。反射防止コーティング26は、蒸着が容易で機械的に強く安定である、MgF2、TiO2、SiO2、CeO2、CeF3、ZnS、ZrO2などが望ましい。これらを透明樹脂層10の表面にコーティングすることにより、内部を伝播するLED22〜24からの発光が、大気との界面で再び内部に向かって反射される割合を減少させることができる。
【0045】
図4Cに、LED22〜24に印加される駆動用のパルス電圧のタイミングチャートを示す。パルス電圧27〜29は、クロック信号30に同期して順次赤(R)、緑(G)、青(B)のLED22〜24が点灯するように出力される。光検出素子25は、クロック信号30によって検出値をリセットする。従って、光検出素子25により時系列的に得られた電圧値の比は、LED22〜24の各発光出力比を表している。その比を所定の設定値に保つように、LED22〜24を駆動する回路の動作を制御回路でフィードバック制御し、各色のLED22〜24を発光させる。
【0046】
以上のように、発光色の異なるLEDを用いる際に、発光色ごとに順次点灯させ、同じタイミングで発光強度を検出しフィードバック制御することにより、一つのホトダイオードで複数色のLEDの駆動を制御することが可能となる。
【0047】
なお、各発光色の発光周期はできるだけ短い方が好ましく、10ms以下の周期のパルス電圧を用いることが望ましい。
【0048】
(実施形態4)
図5Aは、本発明の実施形態4におけるLED光源部の平面図を示す。このLED光源部においては、LEDの駆動は実施の形態3と同様に行われる。ただしLEDアレイ中、相互間の距離が遠い複数のLEDが同時に点灯するように、各LEDの配置及び各LEDの発光タイミングが設定されている。
【0049】
基板31に実装されたLED32〜34は、発光色に応じて、それぞれa系列、b系列、c系列にグループ分けされて配線されている。それにより、LED32〜34は、各系列別に点灯する。同時に点灯する各LEDは、相互間の距離が大きくなるように、LED32〜34が配置されている。使用されるLEDの個数によって必ずしも条件を充足できない場合もあるが、例えば、同時に発光するLEDは、相互に隣接していないLEDのみとなるように設定される。言い換えれば、各発光色ごとに同時に点灯させられるLEDは、相互間の距離が、LEDのアレイ中で隣接するLED間の距離よりも大きいことが望ましい。
【0050】
LED32〜34には、図5Bに示すように、a系列にはパルス電圧35が、b系列にはパルス電圧36が、c系列にはパルス電圧37が、それぞれクロック信号38に同期して印加され、それぞれが順次点灯する。従って、同時に点灯するLEDは、相互に距離の遠い同じ系列のLEDのみとなる。それにより、LEDから発生する熱の分布を拡散させることが可能となり、LEDを集積して実装した際の、温度上昇によるLEDの素子寿命や発光効率の低下を緩和することができる。
【0051】
(実施形態5)
図6Aは、本発明の実施形態5における照明装置の平面図示す。同図のD−D′断面図を図6Bに示す。この照明装置は、複数のLEDを透明樹脂層中に実装した照明装置を複数組み合わせた構成を有する。
【0052】
図6Aに示すように、4個のLED光源部39が、照明器具40に固定されている。照明器具40の内部には、光検出素子41と、LEDを制御及び駆動する電源回路42が配置されている。各LED光源部39は、LED43を透明樹脂層44により基板45と一体化して構成されている。LED光源部39は、照明器具40に嵌め込んで取り付けることができ、また取り外すことも可能で着脱自在となっており、従って交換可能である。光検出素子41は、嵌め込まれたLED光源部39における透明樹脂層44の端部に面するように配置され、上記の実施形態と同様に、透明樹脂層44中を各LED43から伝搬してくる光を好適に検出することができる。
【0053】
各LED光源部39は、実施の形態2〜4のように、発光色の異なるLED43を組み合わせて用いた構成としても良いし、あるいは実施の形態1のように単一発光色のLED43を用い、異なる発光色のLED光源部39を組合せて本実施形態の照明装置を構成することもできる。但しそれに応じて、光検出素子41および電源回路42の構成を適切に選択する必要がある。
【0054】
本実施形態のように、複数のLEDを基板上に実装し、透明樹脂層で封入したものをユニット化し、複数のユニットを同一平面状で点灯させることにより、広い面積を照明することが可能となる。またユニット化することにより、素子不良等で一部のLEDが不点灯になった場合も、その部分のみを容易に交換することが可能となる。その上、将来効率の高いLEDが開発されても、上記の制御方式を用いることにより、LEDの大きさや形状、駆動電圧に依らず、同じ駆動回路と制御回路を用いて点灯させることができる。
【0055】
なお、図2A及び図2Bに示した1個のLED8を実装した構造を、図7A、Bに示すように、複数のLED53を実装した構造に置き換えた場合でも、上記と同様な効果を得ることができる。図7Aは、LED光源部の一部の平面図を示す。同図のE−E′断面図を図7Bに示す。これらの図は、図2Aの窪み7aの1個に相当する部分を示したものである。
【0056】
このLED光源部においては、基板51に設けられた窪み52の底部に、複数個(図では9個)のLED53がベアチップ実装され、透明樹脂層54によって覆われることにより、一体化されている。窪み52の壁面は緩やかな傾斜部を形成し、基板51の表面に金属メッキ55を施すことにより、窪み52の壁面により大きな反射板が形成されている。図示は省略したが、光検出素子が、透明樹脂層54の内部、表面上もしくは近傍に配置されている。
【0057】
このように、1個の窪み52に複数のLED53を実装した構造とすることにより、指向性を持たせたLED光源の大幅な薄型化が可能になる。また、このような構造においては、光検出素子により透明樹脂層54内を伝搬する発光を検出する方法が、検出精度の向上に特に有利である。
【0058】
この構造を、図3A及び図3Bに示したR、G、B各色のLED12、13、14について、それぞれ適用してもよい。すなわち、各色について、1つの窪み52に複数個のLEDを実装した構造とする。
【0059】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のLEDの発光が透明樹脂層を伝搬して光検出素子により検出されるので、多数のLEDを用いた場合でも、少数の光検出素子により多数のLEDからの発光を反映した検出が可能であり、各LEDの発光特性が異なった条件下でも、所定の発光状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の照明装置の概略構造を示すブロック図
【図2A】 実施形態1における照明装置のLED光源部を示す平面図
【図2B】 同LED光源部の断面図
【図3A】 実施形態2における照明装置のLED光源部を示す平面図
【図3B】 同LED光源部の断面図
【図4A】 実施形態3における照明装置のLED光源部を示す平面図
【図4B】 同LED光源部の断面図
【図4C】 同LED光源部を駆動する電源波形を示す波形図
【図5A】 実施形態4における照明装置のLED光源部を示す平面図
【図5B】 同LED光源部を駆動する電源波形を示す波形図
【図6A】 実施形態5における照明装置の平面図
【図6B】 同装置の断面図
【図7A】 変更したLED配置を用いたLED光源部の一部を示す平面図
【図7B】 同LED光源部の断面図
【符号の説明】
1 LED光源部
2 発光面
3 光検出部
4 電源回路部
5 制御回路
6 駆動回路
7、21、31、51 基板
7a、52 窪み
8、12〜14、22〜24、32〜34、43、53 LED
9、15〜17、25、41 光検出素子
10、44、54 透明樹脂層
10a 光ガイド部
11、55 金属メッキ
18〜20 分光フィルター
26 反射防止コーティング
27〜29、35〜37 パルス電圧
30、8 クロック信号
39 LED光源部
40 照明器具
42 電源回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination device including a plurality of light emitting diodes (hereinafter abbreviated as LEDs).
[0002]
[Prior art]
Compared to incandescent and halogen light bulbs, which are conventional lighting sources, LEDs with high reliability and long life are considered to be used as an alternative to these light sources due to recent improvements in luminous efficiency. Yes.
[0003]
Since an LED emits only light having a specific emission wavelength due to its light emission principle, in order to obtain white light, an LED emitting blue light emits yellow-green light by its emission as described in JP-A-2000-208815. It is necessary to use a combination with a phosphor or a combination of a plurality of LEDs such as red, blue, and green as described in JP-A-11-163212.
[0004]
However, the method using a phosphor always causes a decrease in efficiency due to wavelength conversion, and is not a preferable method from the viewpoint of efficiency. Also, with this method, the emission color is uniquely determined by the combination of the LED emission wavelength and the phosphor emission wavelength, so the light color cannot be controlled, and the color tone becomes the initial stage due to phosphor degradation, etc. Even if they are out of alignment, they cannot be corrected. Furthermore, since the phosphor film thickness, LED output, and emission wavelength vary depending on the manufacturing process, it is difficult to unify the light colors.
[0005]
On the other hand, in the method using LEDs that emit a plurality of emission colors, high emission efficiency can be obtained and the emission colors can be adjusted. On the other hand, since each color LED is made of a different composition and material, there is a problem that the temperature dependency and deterioration rate of the light emission output are different, and the color tone changes depending on the use conditions.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-49074 describes a method for solving the same problem as described above in a method using an LED as a light source for backlight of a color display device. That is, using a light sensor for detecting the brightness level of the LED of each emission color, and performing control for adjusting the brightness level of the LED of each emission color according to the detection value of the light sensor, to obtain a constant predetermined color tone Make it possible.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, this method can be easily applied to a device that uses a relatively low level of light, such as a color display device, but cannot be applied immediately to a lighting device as a subject of the present invention. The lighting device uses a larger number of LEDs than a color display device, and in order to properly control the drive of these LEDs, it is necessary to have a structure that can provide detection output that reflects the light emitted from the large number of LEDs. It is.
[0008]
If a photosensor is provided for each LED, high detection accuracy can be obtained. However, using such a configuration for a large number of LEDs is not practical because the scale of the apparatus increases and the cost increases. On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-49074 describes a method in which one light sensor is shared for each emission color, but a large number of LEDs are dispersed like a light source for illumination. In such a case, a configuration suitable for obtaining a detection output reflecting light emission from all LEDs is not taken into consideration.
[0009]
The present invention detects emission intensity reflecting light emission from a plurality of LEDs with a small number of light detection elements, and controls the driving of each LED based on the detection signal, whereby the emission characteristics of each LED are different. An object of the present invention is to provide an illumination device that can obtain a predetermined light emission state even under conditions.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The lighting device of the present invention includes a plurality of LEDs distributed in at least a two-dimensional direction, a transparent resin layer integrally covering the plurality of LEDs, and the inside, on or near the surface of the transparent resin layer. A light detection unit that detects the light emission intensity of the LED by a light detection element disposed, and a power supply circuit unit that controls driving of the LED based on a detection output from the light detection unit. The number of the light detection elements is smaller than that of the LEDs, and the light detection elements detect the light emission intensity of the LEDs that have propagated through the transparent resin layer.
[0011]
According to this configuration, light emitted from a plurality of LEDs propagates through the transparent resin layer and is detected by the light detection element. Therefore, even when a large number of LEDs are used, light emission from a large number of LEDs is achieved by a small number of light detection elements. The reflected detection is possible. Accordingly, it is possible to keep the light emission output constant continuously over a long period of time.
[0012]
In the above configuration, the LED may be mounted on a substrate in a bare chip, and the transparent resin layer may be provided so as to cover the LED and the substrate.
[0013]
Preferably, when the upper surface of the substrate and the surface of the transparent resin layer are substantially parallel, the maximum value of the distance between the LEDs is d, and the refractive index of the transparent resin layer is n, the transparent resin layer The thickness h is configured to satisfy the condition of the following formula.
[0014]
h> d / (2 × tan (arcsin (1 / n))
Accordingly, it is possible to prevent light emitted from one LED from entering and being absorbed into another LED, to increase the light extraction efficiency, and to increase the amount of light incident on the light detection element.
[0015]
The substrate further includes a depression provided on the surface portion of the substrate and a metal film provided on the surface of the substrate, the wall surface of the depression forms an inclined surface, and a reflective surface is formed by the metal film, A plurality of the LEDs are mounted on the bottom of the depression, and the transparent resin layer may be provided so as to cover the substrate including the depression.
[0016]
Further, in the above configuration, a plurality of the LEDs are provided for each of the plurality of light emission colors, and the light detection unit detects the light emission intensity of the LED for each light emission color by the light detection element, and the control circuit Is configured to control the driving of the LED based on the detection output for each emission color from the light detection unit so that the balance of the emission intensity of the LED for each emission color is in a predetermined state. be able to.
[0017]
In this configuration, the light detection unit may include a photodetector whose light receiving sensitivity matches the emission peak wavelength of each corresponding emission color for each emission color of the LED. Accordingly, it becomes easy to detect the emission intensity of the LEDs having different emission colors for each emission color.
[0018]
The LEDs are sequentially turned on with a pulse voltage for each emission color, and the light detection unit performs light detection in synchronization with the lighting timing by the number of the light detection elements equal to or less than the number of emission colors. Accordingly, it is possible to adopt a configuration in which the light detection element is also used for a plurality of emission colors to perform light detection. According to this configuration, for example, by emitting LEDs having respective emission colors in the order of red, green, and blue, and monitoring the output voltage from the photodetector at the same timing, the output ratio of each light color is Understand. By controlling the driving of the LED so that this ratio becomes a predetermined value set, it is possible to obtain a desired color tone or to obtain a constant light emission intensity.
[0019]
In this configuration, it is preferable that the LEDs that are simultaneously turned on for each emission color are arranged such that the distance between them is larger than the distance between the adjacent LEDs in the LED array. Since LEDs generate heat while emitting light, if the spacing between the LEDs that generate heat at the same time is increased, the influence of mutual heat can be avoided, and the heat generated during high-density mounting of elements can be reduced. Can be achieved.
[0020]
It is preferable to apply an antireflection coating on the surface of the transparent resin layer. By forming an antireflection film such as MgF 2 on the surface of the transparent resin layer, light propagating inside the resin can be efficiently extracted to the outside.
[0021]
Further preferably, a front Symbol LED integrally sealed in the transparent resin layer, and the light detecting element, and said power supply circuit, a configuration in which each mounted luminaire. By mounting the light source part and the circuit part for controlling the light source part on the same substrate, it is possible to realize integration, miniaturization, and thinning of the lighting device.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 shows a basic system of a lighting device according to an embodiment of the present invention, in which a plurality of LEDs and light detection elements are combined. The LED
[0024]
As described above, when the light output from the LED is detected by using the
[0025]
Further, by performing the control as described above, a predetermined light color can be realized even if there is a difference in light emission color or light emission intensity of the LED, so that it is not necessary to select the LED.
[0026]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically.
[0027]
(Embodiment 1)
FIG. 2A is a plan view of the LED light source unit according to
[0028]
The
[0029]
As the
[0030]
As described above, by enclosing a plurality of
[0031]
In order to sufficiently exhibit such a function, it is desirable to set the thickness of the
[0032]
h> d / (2 × tan (arcsin (1 / n)) (1)
Thereby, it is possible to prevent light emitted from one
[0033]
In addition, a Si substrate is used as the
[0034]
In the present embodiment, the plurality of
[0035]
The structure described above is an example in which a single light emitting color module is configured using a
[0036]
In addition, a plurality of
[0037]
(Embodiment 2)
FIG. 3A shows a plan view of an LED light source unit in
[0038]
Spectral filters 18 to 20 that transmit only the emission wavelength regions of the
[0039]
The operation of each of the drive circuits for the
[0040]
The
[0041]
(Embodiment 3)
FIG. 4A shows a plan view of the LED light source unit of the illumination device according to
[0042]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the LED light source unit includes
[0043]
The
[0044]
An
[0045]
FIG. 4C shows a timing chart of driving pulse voltages applied to the
[0046]
As described above, when using LEDs with different emission colors, the LEDs are sequentially turned on for each emission color, and the emission intensity is detected and feedback controlled at the same timing, thereby controlling the driving of LEDs of multiple colors with a single photodiode. It becomes possible.
[0047]
Note that the emission period of each emission color is preferably as short as possible, and it is desirable to use a pulse voltage having a period of 10 ms or less.
[0048]
(Embodiment 4)
FIG. 5A shows a plan view of an LED light source unit according to Embodiment 4 of the present invention. In this LED light source unit, the LED is driven in the same manner as in the third embodiment. However, the arrangement of each LED and the light emission timing of each LED are set so that a plurality of LEDs that are far from each other are lit simultaneously in the LED array.
[0049]
The
[0050]
As shown in FIG. 5B, a
[0051]
(Embodiment 5)
FIG. 6A shows a plan view of a lighting apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. A DD ′ cross-sectional view of FIG. 6B is shown in FIG. 6B. This lighting device has a configuration in which a plurality of lighting devices in which a plurality of LEDs are mounted in a transparent resin layer are combined.
[0052]
As shown in FIG. 6A, four LED
[0053]
Each LED
[0054]
As in this embodiment, it is possible to illuminate a wide area by mounting a plurality of LEDs on a substrate, unitizing a LED sealed with a transparent resin layer, and lighting the plurality of units on the same plane. Become. In addition, by unitizing, even when some LEDs are not lit due to an element defect or the like, only that part can be easily replaced. In addition, even if a highly efficient LED is developed in the future, the above control method can be used to light the LED using the same drive circuit and control circuit regardless of the size, shape, and drive voltage of the LED.
[0055]
In addition, even when the structure in which one
[0056]
In this LED light source unit, a plurality (9 in the figure) of
[0057]
As described above, by adopting a structure in which a plurality of
[0058]
This structure may be applied to the R, G, and
[0059]
【The invention's effect】
According to the present invention, light emitted from a plurality of LEDs propagates through the transparent resin layer and is detected by the light detection element. Therefore, even when a large number of LEDs are used, light emission from a large number of LEDs is achieved by a small number of light detection elements. The reflected detection is possible, and a predetermined light emission state can be obtained even under a condition where the light emission characteristics of each LED are different.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic structure of a lighting device of the present invention. FIG. 2A is a plan view showing an LED light source unit of the lighting device in
DESCRIPTION OF
9, 15-17, 25, 41
Claims (10)
前記光検出素子の個数は前記LEDよりも少く、前記光検出素子は、前記透明樹脂層を伝搬してきた前記LEDの発光強度を検出することを特徴とする照明装置。A plurality of LEDs distributed in at least a two-dimensional direction; a transparent resin layer integrally covering the plurality of LEDs; and a photodetecting element disposed inside, on or near the transparent resin layer A light detection unit that detects the light emission intensity of the LED, and a power supply circuit unit that controls driving of the LED based on a detection output by the light detection unit,
The number of the light detection elements is smaller than that of the LEDs, and the light detection elements detect the light emission intensity of the LEDs that have propagated through the transparent resin layer.
h>d/(2×tan(arcsin(1/n))When the top surface of the substrate and the surface of the transparent resin layer are substantially parallel, the maximum value of the distance between the LEDs is d, and the refractive index of the transparent resin layer is n, the thickness h of the transparent resin layer Satisfies the condition of the following formula.
h> d / (2 × tan (arcsin (1 / n))
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