JP5401689B2

JP5401689B2 - 照明光の色補正方法、この色補正方法を採用した光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた照明装置

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Publication number: JP5401689B2
Application number: JP2009229950A
Authority: JP
Inventors: 榮一佐藤; 謙二福岡
Original assignee: Opto Design Inc
Current assignee: Opto Design Inc
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-10-01
Also published as: JP2011076987A; US20120188759A1; CN102549334B; WO2011040493A1; CN102549334A; EP2484963A4; EP2484963A1

Description

この発明は、照明光の色補正方法、この色補正方法を採用した光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた照明装置に関し、さらに詳しくは、光源に指向性の強い点光源を用いて、この点光源を複数個の光源モジュールにそれぞれ組込んだときに、これらの光源モジュール間で発生しがちな照明光の色バランスの崩れを補正して、同一色で均一な照明光を得ることができる照明光の色補正方法、この色補正方法を採用した光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた照明装置に関するものである。

なお、この照明光の色補正方法は、使用する一部の部材を変更することによって、照明光の色変更ができる色変更方法にも転用でき、しかもこの色変更方法を光源モジュールに組み込み、さらにこの光源モジュールを用いて照明装置をも構成できるものである。

近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）の研究、開発が急速に進み、様々なタイプのＬＥＤが開発・製品化されて、広い分野で使用され始めている。これらのＬＥＤは、照明分野においても使用されるようになって来ている。この照明分野では、現在、例えば液晶パネル用バックライト、各種の表示板、電光掲示板などの照明装置として使用されている。

本願の出願人は、このようなＬＥＤを複数個使用して、比較的大面積で均一な面状照明光を得ることができる面照明装置を開発し、既に製品化している。下記特許文献１は、本願出願人の出願に係るものである。

図１２、図１３を参照して、下記特許文献１に開示した面照明装置を説明する。なお、図１２、図１３は、下記特許文献１に開示した複数の実施形態のうち、二つの実施形態の面照明装置を示したものであって、図１２Ａは一つの実施形態の縦断面図、図１２Ｂは図１２Ａの面照明装置の平面図、図１３Ａは他の実施形態の平面図、図１３Ｂは図１３Ａの面照明装置の斜視図である。

一つの面照明装置１００は、図１２に示すように、複数個のＬＥＤ１０２と、これらのＬＥＤを底面にマトリクス状に配設して上方に開口を設けた箱型のケーシング１１０と、このケーシングの開口を覆う第１の放射側反射手段１２０と、この放射側反射手段１２０の上方に所定の隙間をあけて配設した第２の放射側反射手段１４０とで構成されている。

この面照明装置１００は、ＬＥＤ１０２からの光がケーシングの内壁面に反射して、この反射光が第１、第２の放射側反射手段間で多重反射されて、第２の放射側反射手段の出射面から均一な照明光が得られるようになっている。

また、他の面照明装置１３０は、図１３に示すように、箱型のケーシングの内部が格子状の隔壁で複数の小室に区画されて、これらの小室にそれぞれＬＥＤを配設した構成となっている。この面照明装置１３０も、上記面照明装置１００と同じ効果を奏するものとなっている。

特開２００８−２７８８６号公報（段落〔０１２８〕〜〔０１３１〕、〔０１４４〕、図２０、図２５）

上記特許文献１の面照明装置１００、１３０は、いずれも比較的大面積で均一な照明光を得るように設計、製品化されている。しかしながら、実際に製品化されたものは、そのいくつかの面照明装置において照明光が均一にならずに色バランスが崩れていることが見つかった。その原因は、これらの面照明装置において複数個のＬＥＤが使用されており、これらの複数個のＬＥＤはその素子仕様特性が必ずしも同一でなく、若干違った仕様特性、いわゆる仕様特性のバラツキがあり、このような仕様特性にバラツキがあるものを使用せざるを得ないことに起因していたことが判明した。

照明光は、一般に白色光であるが、この白色光は、これまでは光の三原色、すなわちＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）色を発光するＬＥＤを用いて、これらを同時に点灯、或いは時分割点灯してそれぞれのＬＥＤからの出射光を合成することによって得られていた。しかし、近年、単独でも白色光を発光させることができるＬＥＤが開発、製品化されている。また、ＬＥＤは、その素材に、アルミニウムガリウムヒ素、ガリウムヒ素リン、インジウム窒化ガリウム、セレン化亜鉛、炭化ケイ素、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）などを用いて、各種の色、例えばＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙ（黄）、Ｐ（紫）などを発光させることができるものも開発されて、既に製品化されている。

このようなＬＥＤは、図１０に示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図の曲線で囲まれた範囲内の発光色を発光するものとなっている。この色度図において、例えば領域Ｗは白色光の領域となっているが、この領域内は、複数の領域、例えば図１１に示すように、例えばクールホワイト領域Ｗ１、ニュートラルホワイト領域Ｗ２及びウォームホワイト領域Ｗ３などと命名された領域に区分されている。また、図１３に示したように、それぞれ領域Ｗ１〜Ｗ３においても、さらに複数の小領域ａ_１〜ａ_４、ｂ_１〜ｂ_４に細分化されている。これらの細分化された個々小領域はビン（ｂｉｎ）とも言われている。また、このビンの区分けは、ＬＥＤの製造メーカーによって決められたものとなっている。しかしながら、この区分けはそれぞれの製造メーカー間で共通化されておらず、しかも未だ規格化されていない状況にある。

一方、ＬＥＤを使用する装置メーカーが特定ビンの所定色、例えば白色光のＬＥＤを必要とする場合は、製造メーカーでこのビンのＬＥＤが製造されるが、現在のＬＥＤ技術においては、その素材、製造設備、製造環境或いは生産ロットなどの製造条件によって、製造されたＬＥＤ製品の特性がばらついてしまい、目標とした特定ビンからから外れるものも少なくない。また、同じ条件で製造されたＬＥＤ製品であっても、その特性に不可避なばらつきがある。このようなばらつきは公差とも言われている。そこで、製造メーカー側では、製造したＬＥＤ製品を単品毎にその特性を検査して、その検査結果に基づいて、所定の特性を有するビンに篩分けしている。また、個々のビン区分けは、製造メーカー毎に個別に決められて統一化されていないので、装置メーカー側は、同じ製造メーカーからであっても同じ特性を有するＬＥＤ製品を入手するのが難しく、また、他の製造メーカーから入手した場合は、ビンが規格化されていないのでそのビンを合致させせることができない。勿論、同一ビンであっても公差があるので、同じ特性のものを入手することができない場合がある。したがって、同じ白色光ＬＥＤを使用しても、上記のように同じ製造メーカーの同じビンであっても公差があり、また、他の製造メーカーではビンを合致させることができないために、発光色が違ったもの、例えば、一方のＬＥＤは青みがかった白色、他方のＬＥＤは黄みがかった白色となり、白色以外の色が若干混じり所望の白色光の照明を得ることができないことがある。なお、白色光以外の照明光でも、同じ現象が発生することになる。

したがって、上記特許文献１の面照明装置は、複数個のＬＥＤを使用するものとなっているので、個々の光源モジュール間に照明光の色のバランス差、いわゆる色バランス崩れが発生することがある。このような色バランス崩れが発生すると照明或いは表示品質の低下を招き、人に違和感或いは不快感を与えることがある。この課題を解消する方法として、各種のフィルタを使用する方法或いは電気的制御で調光する方法が考えられるが、フィルタを使用する方法は、複数個の個々のＬＥＤに対して色補正が必要になり、しかも調節も面倒であるため採用が難しく、また、調光装置は個々の調節が電気的制御となるので、その調節が容易になるがその制御回路が難しくなり、価格も高騰するなどの課題がある。

そこで、発明者らは、複数個のＬＥＤを用いて大面積の照明光を得ようとすると、上記の原因により色バランス崩れが発生し、これらが現在のＬＥＤ技術において未だ解決できない不可避のもので簡単に解消できないことに鑑みて、ＬＥＤ素子に何ら対策を講じることなく、面倒な電気的な制御をも行うことなく、その複数個のＬＥＤを使用して大面積で同一色の均一な照明光を簡単に得ることができないかを検討した。その結果、ＬＥＤは、他の光源、例えば電球、蛍光灯などと比べて指向性が強く、直視すると眼を傷める程の輝度があり、このような指向性の強い光を反射或いは多重乱反射させる反射過程に所定面積の色補正部材、すなわち補色材を配設すると、この補色材で反射した反射光で色バランスの補正ができることを見出して、本発明を完成させるに至ったものである。

本発明の目的は、光源に指向性の強い点光源を用い、この点光源を複数個の光源モジュールにそれぞれ組込んだときに、これらの光源モジュール間で発生しがちな照明光の色バランス崩れを、点光源を構成する素子に何らかの対策を講じることなく簡単に補正でき、同一色で均一な照明光を得ることができる照明光の色補正方法、この色補正方法を採用した光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた照明装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本願の請求項１の照明光の色補正方法に係る発明は、複数個の光源モジュールを備え、これらの光源モジュールからの照明光をそれぞれ同一色に補正して、全体で同一色の均一照明光を出射させる照明光の色補正方法であって、前記複数個の光源モジュールは、いずれも複数の波長成分よりなる発光色で発光する指向性の強い点光源と、前記点光源が収容されて開口を有し内部が反射面で形成されたケーシングと、前記ケーシングの開口を覆い均一な面照明光を出射させる光学反射部材とを備えたものからなり、これらの光源モジュールは、色補正が必要な光源モジュールに、前記点光源からの光のスペクトルを補正する色補正部材を配設して、前記色補正部材は、前記点光源のスペクトルを示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標と、所望の色を示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標とを結ぶ直線状であって、前記所望の色を示す座標から前記点光源のスペクトルを示す座標と反対側に延びた半直線上の座標で表される色に着色された部材であり、前記色補正部材は、前記点光源からの出射光及び反射光が照射される被照射面積を変更させて前記色補正量が調節され、該点光源からの出射光及び反射光を前記色補正部材に照射して、これらの光のスペクトルを所望のスペクトルに補正して、他の光源モジュールの照明光とを同一色にして均一な照明光を出射させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照明光の色補正方法において、前記点光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする。

請求項３の光源モジュールに係る発明は、複数の波長成分よりなる発光色で発光する指向性の強い点光源と、前記点光源が収容されて、開口が設けられ、内部が反射面で形成されたケーシングと、前記ケーシングの開口を覆い均一な面照明光を出射させる光学反射部材とを備えた光源モジュールにおいて、前記ケーシングは、その内部に前記点光源からの光のスペクトルを補正する色補正部材が配設されており、前記色補正部材は、前記点光源のスペクトルを示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標と、所望の色を示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標とを結ぶ直線状であって、前記所望の色を示す座標から前記点光源のスペクトルを示す座標と反対側に延びた半直線上の座標で表される色に着色された部材で構成され、前記色補正部材は、前記点光源からの出射光及び反射光が照射される被照射面積を変更させて前記色補正量が調節させる調節手段に連結されていることを特徴とする

請求項４の発明は、請求項３に記載の光源モジュールにおいて、前記点光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする。

請求項５の照明装置に係る発明は、複数個の光源モジュールを備え、これらの光源モジュールからの出射光をそれぞれ所望の色にして照明光を出射させる照明装置において、前記複数個の光源モジュールは、請求項３又は４に記載のいずれか１つの光源モジュールで構成されていることを特徴とする。

請求項６の照明装置に係る発明は、複数個の光源モジュールを備え、これらの光源モジュールからの出射光をそれぞれ同一色にして同一色で均一な照明光を出射させる照明装置において、前記複数個の光源モジュールは、複数の波長成分よりなる発光色で発光する指向性の強い点光源と、前記点光源が収容されて、開口が設けられ、内部が反射面で形成されたケーシングと、前記ケーシングの開口を覆い均一な面照明光を出射させる光学反射部材とからなる第１の光源モジュールと、請求項３又は４に記載のいずれか１つの光源モジュールを第２の光源モジュールとしたもので構成されていることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項５又は６に記載の照明装置において、前記光学反射部材は、前記第１、第２の光源モジュールに共通な部材で形成されていることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項５又は６に記載の照明装置において、前記第１の光源モジュールの点光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、光源に指向性の強い点光源を用い、この点光源を複数個の光源モジュールにそれぞれ組込んだときに、これらの光源モジュール間で発生しがちな照明光の色バランス崩れは、点光源を構成する素子に何らかの対策を講じることなく、簡単に補正でき、同一色で均一な照明光を得ることができる。また、色補正部材は、点光源のスペクトルを示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標と、所望の色を示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標とを結ぶ直線状であって、前記所望の色を示す座標から前記点光源のスペクトルを示す座標と反対側に延びた半直線上の座標で表される色に着色された部材を使用することにより、所望の色に色補正をすることができる。例えば、青みがかった白色光のスペクトルに対しては、色補正部材を黄色にすることにより、青みがかった色が消え、白色の照明光が得られる。さらに、色補正部材は、点光源からの出射光及び反射光が照射される被照射面積を変更させて色補正量が調節されるので、色補正が極めて簡単にできる。

請求項２の発明によれば、点光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードのような指向性の強い点光源であっても、これらの発光素子に何らかの対策を講じることなく、簡単に色補正ができて、同一色で均一な照明光を得ることができる。

請求項３の発明によれば、光源に指向性の強い点光源を用い、この点光源を複数個の光源モジュールにそれぞれ組込んだときに、これらの光源モジュール間で発生しがちな照明光の色バランス崩れを点光源を構成する素子に何らかの対策を講じることなく簡単に色補正ができ、同一色で均一な照明光を得ることができる。また、色補正部材に点光源のスペクトルを示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標と、所望の色を示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標とを結ぶ直線状であって、前記所望の色を示す座標から前記点光源のスペクトルを示す座標と反対側に延びた半直線上の座標で表される色に着色された部材を使用することにより、容易に所望の色に色補正ができる光源モジュールを得ることができる。さらに、色補正部材は、点光源からの出射光及び反射光が照射される被照射面積を変更させて色補正量が調節されるので、色補正が極めて簡単にできる光源モジュールを得ることができる。

請求項４の発明によれば、点光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードのような指向性の強い点光源であっても、これらの発光素子に何らかの対策を講じることなく、簡単に色補正ができて、同一色で均一な照明光が得られる光源モジュールを得ることができる。

請求項５の発明によれば、照明装置は、複数個の光源モジュールの集合体からなり、これらの光源モジュールの光を、点光源を交換することなく、色補正部材を装着することによってそれぞれ所望の色に変更することができる。

請求項６の発明によれば、照明装置は、複数個の光源モジュールの集合体からなり、これらの光源モジュールに組み込まれたＬＥＤに仕様特性などが違ったものが存在しても、これらの光源モジュールに色補正部材を装着することによって、照明装置全体で、同一色で均一な面状照明光を得ることができる。色補正部材には、任意形状及び大きさの部材に着色されたもの、例えば着色シート材或いは着色粘着テープ材などを用いるので、市販品の使用が可能でしかも簡単に色補正が可能になる。

請求項７の発明によれば、光学反射部材は、第１、第２の光源モジュールに共通な部材を用いるので、照明装置の扱い及び組立てなどが簡単になる。

請求項８の発明によれば、点光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードのような指向性の強い点光源であっても、これらの発光素子に何らかの対策を講じることなく、簡単に色補正ができて、同一色で均一な照明光が得られる照明装置を得ることができる。

図１は本発明の実施形態に係る照明光の色補正方法を説明するブロック図である。図２Ａは白色ＬＥＤが発する白色光のスペクトルの一例を示す図、図２Ｂは青みがかった白色光を発するＬＥＤのスペクトルの一例を示す図である。図３Ａは本発明の実施形態に係る光源モジュールに設置された色補正部材で反射された光のスペクトルを示す図、図３Ｂは本発明の実施形態に係る光源モジュールから出る光のスペクトルを示す図である。図４は本発明の実施形態に係る光源モジュールに設置された色補正部材に蛍光体を用いた場合の、色補正部材で反射された光が示すスペクトルを示す図である。図５は本発明の実施形態に係る複数個の光源モジュールからなる照明装置の全体斜視図である。図６は図５の照明装置の分解斜視図である。図７は図５の照明装置を構成する１つの光源モジュールの分解斜視図である。図８は色補正部材を設けたケーシングの上面図である。図９は図６の光導通反射部材の平面図である。図１０は公知のＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図である。図１１は図１０のｘｙ色度図の一部を拡大した拡大図である。図１２は従来技術の面照明装置を示し、図１２Ａは面照明装置の縦断面図、図１２Ｂは図１２Ａの面照明装置の平面図である。図１３は他の従来技術の面照明装置を示し、図１３Ａは面照明装置の平面図、図１３Ｂは図１３Ａの面照明装置の斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための照明光の色補正方法、この色補正方法を採用した光源モジュール及びこの光源モジュールを用いた照明装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。なお、この照明光の色補正方法は、使用する一部の部材を変更することによって、照明光の色変更を行うことができる色変更方法にも転用でき、しかもこの色変更方法を光源モジュールに組み込み、さらにこの光源モジュールを用いて照明装置をも構成できるものである。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る照明光の色補正方法を説明する。なお、図１は本発明の実施形態に係る照明光の色補正方法を説明するブロック図である。

本発明の実施形態に係る照明光の色補正方法は、図１に示すように、複数個（例えば４個）の光源モジュールＬＳ１〜ＬＳ４を備え、いくつかの光源モジュールの色補正をして照明装置ＬＳ全体で同一色かつ均一な照明光を得ることができる色補正方法となっている。なお、光源モジュール数は、４個に限定されるものでなく、１個、３個でもよく、更に多い４個以上でもよい。４個の光源モジュールＬＳ１〜ＬＳ４は、それぞれ指向性の強い点光源Ｌと、この点光源からの光を反射部材などに反射させて均一化する光源均一化手段Ｄ_２とを共通に備え、これらの光源モジュールＬＳ１〜ＬＳ４のうち、色補正が必要な光源モジュール、例えば、２個の光源モジュールＬＳ１、ＬＳ３に点光源Ｌからの光のスペクトルを補正する色補正部材Ｄ_１が設けられている。この色補正部材は、光源モジュールから出射される照明光の色を補正する部材からなり、また、この部材には調節手段が設けられている。点光源Ｌには、指向性の強いＬＥＤ、レーザダイオードなどが使用される。光源均一化手段Ｄ_２には、後述する光導通反射部材（図６参照）が使用される。

以下、図１０、図１１を用いて白色光を発光するＬＥＤを用いた光源モジュールにおける照明光の色補正方法を説明する。なお、図１０はＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図、図１１は図１０のｘｙ色度図の一部を拡大した拡大図である。また、このＬＥＤは、複数の波長成分よりなる発光色で発光するスペクトルをもっている。

市販のＬＥＤは、前述したように、図１０に示すｘｙ色度図の曲線で囲まれた範囲内の発光色を発光するものとなっている。この色度図において、例えば領域Ｗは白色光の領域となっているが、この領域内は、複数の領域、図１１に示すように、例えばクールホワイト領域Ｗ１、ニュートラルホワイト領域Ｗ２及びウォームホワイト領域Ｗ３に区分されている。そして、それぞれ領域Ｗ１〜Ｗ３においても、さらに複数の小領域ａ₁〜ａ₄、ｂ_１〜ｂ_４に細分化されている。これらの細分化された個々小領域のビン（ｂｉｎ）において、それぞれのビンのＬＥＤは複数の波長成分よりなる白光色で発光するものとなっている。装置メーカーは、このような市販のＬＥＤを使用せざるを得ないが、このような白色ＬＥＤを入手しても、ビン或いは製造メーカーが異なると、それらの仕様特性が異なり、これらの仕様特性が違ったＬＥＤが４個の光源モジュールＬＳ１〜ＬＳ４に組み込まれると、これらの光源モジュール間において、色バランスが崩れたものとなることがある。前述したように、例えば一方のＬＥＤが青みがかった白色、他方のＬＥＤが黄みがかった白色となり、白色以外の色が若干混じり所望の白色光の照明を得ることができないことがある。

色補正部材Ｄ_１による色補正方法を、図２〜図４、図１０を用いて説明する。
白色ＬＥＤのスペクトルを図２Ａに示す。図２Ａに示すように白色ＬＥＤは、ＬＥＤ素子の青色発光スペクトルと、それにより励起された黄色を発光する蛍光体の発光スペクトルの合成光により、白色となっている。
光源モジュールＬＳ１、ＬＳ３に組み込まれたＬＥＤのスペクトルは、図２Ｂに示されるようなスペクトルである。ＬＳ１、ＬＳ３に組み込まれたＬＥＤのスペクトルは黄色を示す光の波長が若干弱いため、全体として青みがかった白色光となる。この青みがかった白色光を、ＬＳ２、ＬＳ４に組み込まれている白色光と同様の白色光にするため、ＬＳ１、ＬＳ３にはそれぞれ色補正部材Ｄ_１が組み込まれている。この色補正部材Ｄ_１は、青みがかった白色光の青い波長の光を吸収し、白色光にするためのものである。

ＬＳ１、ＬＳ３に組み込まれたＬＥＤから発せられ、色補正部材Ｄ_１で反射された光は、図３Ａに示すようなスペクトルに変化する。これは、色補正部材Ｄ_１により青色光が吸収されるからである。色補正部材Ｄ_１で反射されずに光源モジュールＬＳ１、ＬＳ３から出て行く光は、図２Ｂに示されたスペクトルの光である。

ＬＳ１、ＬＳ３から発せられた光は、ケーシング内で何度も反射・拡散されて光導通反射部材から出て行くため、ＬＳ１、ＬＳ３から発せられ、色補正部材Ｄ_１で反射された光と反射されなかった光とはケーシングから均等に照射され、図３Ｂに示されるスペクトルの光として認識される。つまり、青い波長の光が吸収されることによって、合成された光は青い波長の光が弱くなり、白色光に見えるようになる。

これとは逆に、黄色みがかった白色光を、黄色い波長の光を吸収することによって白色光に近づけることも可能である。この場合、ＬＳ１、ＬＳ３に色補正部材Ｄ_１を入れるのではなく、ＬＳ１、ＬＳ３と比較して黄色みがかった光を発しているＬＳ２、ＬＳ４に入れ、面照明装置全体として均一な照明光を得ることができる。

白色光を得ようとする場合、色補正部材Ｄ_１には、光源モジュールＬＳ１、ＬＳ３に組み込まれたそれぞれのＬＥＤの光のスペクトルに対して補色関係にあるスペクトルが示す色に着色された部材が使用される。本件では、図１０のｘｙ色度図上に示される、該当色を示す座標と、白色光を示す座標であるｘ＝ｙ＝１／３とを結ぶ半直線上であって、スペクトル軌跡もしくは純紫軌跡との交点の座標で表される色を、該当色の補色と定義する。この補色を示す座標と白色光を示す座標との間の座標で表される色に着色された色補正部材を用いることで、面照明光源装置の光の色を白色光にすることができる。例えば、青みがかった白色光のスペクトルに対しては、色補正部材の色を補色関係にある黄色とすることにより、白色光の照明光が得られる。また、色補正部材に用いる色のスペクトルが白色光から離れた色であればあるほど、つまり、補色に近い色であればあるほど、色補正部材の大きさを小さくすることができる。

この色補正部材Ｄ_１は、任意形状及び大きさの部材に着色されたもの、例えば着色シート材或いは着色粘着テープ材などが使用される。すなわち、色補正部材Ｄ_１は、光源モジュールに組み込まれた点光源Ｌの光のスペクトルに対して補正する補正量に対応した大きさに調節され、反射部材など反射面に装着される。この調節は、複数個の光源モジュールからの照明光をそれぞれ計測して、この計測値に対応して、光源モジュールの反射面での露出面積を変更して行われる。この調節方法によると、色補正部材Ｄ_１の大きさ、すなわち反射面での露出面積の設定が面倒になるので、調節手段で調節できるようにするのが好ましい。これらの色補正部材は、市販品でよく、安価で簡単に入手できるので、簡単に色補正が可能になる。

また、色補正部材Ｄ_１として蛍光体を用いた場合、照度の低下を抑え、スペクトルを変化させることができる。色補正部材Ｄ_１に黄色蛍光体を用いた場合の、色補正部材Ｄ_１で反射された光のスペクトルを図４に示す。ＬＥＤから出た波長の短い光、すなわち青色光で励起した蛍光体内の電子が基底状態に戻ることにより波長の長い光、この場合黄色光が放出される。蛍光体は光を吸収するだけでなく放出するので、蛍光体を使用しない場合と比較して照度の低下を抑えられる。

この照明光の色補正方法は、使用する一部の部材を変更、例えば色補正部材に代えて、補色材でなく他の着色部材を使用することによって、照明光の色変更を行うことができる色変更方法に転用できる。以下、図１０を用いて色変更の方法を説明する。
所望の色に変更したい場合、光源モジュールＬＳ１に組み込まれたＬＥＤのスペクトルが示すｘｙ色度図上の座標Ａ０と、所望の色を示すｘｙ色度図上の座標Ａａとを結ぶ直線上であって、座標Ａａから座標Ａ０の反対側に延びた半直線上にある、座標Ａｃが示す色に着色された色補正部材を使用すればよい。この半直線上であれば、どこの座標で表される色であってもよい。座標Ａ０と座標Ａｃとの距離が離れていれば離れているほど、同一面積での色変更度合いが大きくなるため、色補正部材の大きさを小さくすることができる。また、この色変更方法を採用して光源モジュールを構成し、さらにこの光源モジュールを用いた照明装置をも構成できる。

次に、図５〜図９を参照して、上記の照明光の色補正方法を組み込んだ光源モジュールの構成及びこの光源モジュールを複数個の用いた照明装置を説明する。なお、図５は本発明の実施形態に係る複数個の光源モジュールからなる照明装置の全体斜視図、図６は図５の照明装置の分解斜視図、図７は図５の照明装置を構成する１つの光源モジュールの分解斜視図、図９は図６の光導通反射部材の平面図である。
照明装置１は、図５、図６に示すように、複数個（例えば４個）の光源モジュール２Ａ〜２Ｄと、これらの光源モジュールを隣接して並べその上面に所定の隙間をあけた位置に設けた光拡散部材６とを有し、光拡散部材６は、それぞれの照明モジュールに共通の１枚で構成されている。複数個の光源モジュール２Ａ〜２Ｄは、同じ構成となっている。

以下、図７を参照して１個の光源モジュール２Ａを説明する。光源モジュール２Ａは、指向性の強い点光源３と、この点光源が底部の略中心部に配設され開口を有する偏平状の箱型のケーシング４と、このケーシングの開口を塞ぎ照明光を出射させる光導通反射部材５と、この光導通反射部材の光出射面から所定距離離した位置に設けた光拡散部材６Ａとを備えている。なお、光拡散部材６Ａは、図５の光拡散部材６の一部となっている。

点光源３は、一つの発光素子及び複数の発光素子が集合した発光ダイオード（ＬＥＤ）、或いはレーザダイオード、さらにこれらの発光ダイオード及びレーザダイオードに光学レンズを装着したものを使用してもよい。以下、ＬＥＤを用いて説明する。

ケーシング４は、図７に示すように、所定の面積を有する略正方形状の底板部４ａと、この底板部の周囲から上方へ所定の長さ立設した側板部４ｂとを有し、上方が開口４ｃした扁平状の箱型のケーシングで構成されている。底板部４ａは、その略中心部にＬＥＤ３の発光部が露出される貫通孔４_１が穿設されている。底板部４ａ及び側板部４ｂは、その内壁面が光を反射する反射面で形成されている。このケーシング４は、高光反射率を有し、低光透過率及び低光吸収率の材料、例えば超微細発泡光反射板で形成されている。なお、この超微細発泡光反射板には、反射率９８％、光透過率１％、光吸収率１％のものがある。その他の材料、チタンホワイトの微粒子をエマルジョン化したもの、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものをケーシングに塗布或いはスクリーン印刷により設けてもよい。このケーシング４の寸法は、底板部４ａの一辺の長さが例えば２００ｍｍ、側板部４ｂの高さが例えば１４ｍｍ、底板部４ａ及び側板部４ｂの肉厚が例えば１．０ｍｍである。

光導通反射部材５は、図９に示すように、ＬＥＤ３の直上部分に中央反射部５Ａ及びこの中央反射部の周囲に外方反射部５Ｂが設けられて、所定の肉厚を有し一辺の長さがそれぞれ同一長の正四角形の板状体で形成されている。この光導通反射部材５の一辺の長さは、ケーシング４の底板部４ａの一辺の長さと同じになっている。この光導通反射部材５は、ケーシング４の材料と同じ、高光反射率を有し、低光透過率及び低光吸収率の材料、例えば超微細発泡光反射板などで形成されている。ケーシング及び光導通反射部材を高光反射率、低光透過率及び低光吸収率の材料で構成することにより、光源からの光ロスを少なくし、ケーシング４と光導通反射部材５との間で光の多重反射が高効率で行われて光の利用率が高くなる。

中央反射部５Ａは、ケーシング４の開口４ｃに光導通反射部材５が取付けられたときに、ＬＥＤ３の真上部分にあって、発光部の垂直直上部分と対向する箇所に、小面積の中心反射エリア５ａと、この中心反射エリアを中心としてこの中心から所定距離離れた範囲内のエリア、すなわち中心周辺反射エリア５ａ'とで形成されている。ＬＥＤ３は、その分光曲線から、中心反射エリア５ａに最も強い光が照射され、続いて中心周辺反射エリア５ａ'に次に強い光が照射される。そこで、中心反射エリア５ａは、光透過率が低く且つ光反射率が高くなるように設計される。この設計は、光導通反射部材の選択、この材料の加工（例えば、ハーフ溝の形成、板厚の調整）などとなっている。中心周辺反射エリアは、中心反射エリア５ａに次いで光反射率を高くする一方で、一部の光を透過させる設計となっている。光の透過は、小孔或いはスリット、細溝などによる。小孔の場合は、中央反射部５Ａの面積が小さいので、後述する開口のピッチに比べて、そのピッチを小さく、例えば半分のピッチにされている。また、中心周辺反射エリア５ａ'の小孔は、格子状に等間隔に配列し、しかも、中心反射エリア５ａが略円形になるように、境界隅部に小孔を１つ増やし、一方、外方反射部５Ｂの開口の最も中心周辺反射エリアよりの開口はこの小孔と共通になっている。これにより、中央反射部５Ａは明るいスポットを残すことなく、また反対にこの真上部分を暗くさせることもなく、均一な照明光を得ることができる。

外方反射部５Ｂは、中央反射部５Ａの中心周辺反射エリア５ａ'から各辺に向かって所定の規則性をもって配設された複数個の開口で構成されている。この開口は、外方反射部５Ｂを貫通する透孔となっている。すなわち、この開口は反射面及び放射面の開口となっている。

これらの開口は、図９図示の状態において、一辺に平行な平行線と、この辺と直角の辺に平行な垂直線とをそれぞれ所定の間隔をあけてそれぞれ複数本配列して、各垂直線と各平行線とが交差する箇所に形成されている。この間隔は同じになっている。したがって、複数個の開口は、等間隔でマトリクス（格子）状の規則性を持って配列されることになる。規則性配列には、一段目の開口の間に二段目の開口が位置するように配列する、いわゆる俵積み状の配列もあるが、この格子状の配列は、縦横のピッチが等しいために、縦方向に出ていく光と、横方向に出ていく光とが同量となり、面全体でより均一な照明光を得ることができる。

光拡散部材６Ａは、既に公知の拡散部材を使用するので、その説明を省略する。

照明装置１は、上記構成を有する複数個の光源モジュール２Ａ〜２Ｄで構成されるが、
前述したように、これらの光源モジュールに配設されるＬＥＤは仕様特性が異なり、同一色で均一な照明光を得ることができないことがある。そこで、これらの光源モジュールのいずれかの１個又は複数個あるいは全部にＬＥＤからの光のスペクトルを補正する色補正部材が設けられる。

図８を参照して、色補正部材を説明する。なお、図８Ａは色補正部材を設けたケーシングの上面図、図８Ｂは図８ＡのＡ部分の拡大図及び色補正部材の平面図、図８Ｃは色補正部材に換えて、底板部に色のついたスタンプを押したケーシングの上面図である。

色補正部材７は、光源モジュールに組み込まれたＬＥＤ３の光のスペクトルに対して補色関係にあるスペクトルに着色された部材が使用される。この色補正部材７は、任意形状及び大きさの部材に着色されたもの、例えば着色シート材或いは着色粘着テープ材などが使用される。すなわち、色補正部材７は、光源モジュールに組み込まれたＬＥＤ３の光のスペクトルに対して補色する補正量に対応した大きさに調節して、ケーシング４の内壁面に装着される。この調節は、複数個の光源モジュールからの照明光をそれぞれ計測して、この計測値に対応して、ケーシング４の内壁面での露出面積を変更して行われる。この調節方法によると、色補正部材７の大きさ、すなわちケーシング内での露出面積の設定が面倒になるので、調節手段で調節できるようにするのが好ましい。図８Ｂはその例を示している。

図５Ｂの色補正部材７は、シート材を三角形状のシート片に形成して、このシート片をケーシング４の底板部４ａの貫通孔４_１の周辺部に一対のスリット４_１１、４_１２を形成し、これらのスリット間に三角形状のシート片の一部が露出するようにしてスライド移動自在に取付ける。この取付けにより、このシート片をスライド移動させることによって、露出面積が変更されて、調節が簡単になる。

また、図８Ｃに示すように、色補正部材に代えて底板部に特定の色をスタンプ等により着色してもよい。これにより、簡単に光源モジュールの色補正を行うことができる。また、この着色パターンをＬＥＤ３から同心状あるいは放射状に設けることにより、一つの光源モジュールからの出射光の色味にむらがなく、より均一な照明光を得ることができる。

この照明装置は、複数個の光源モジュールの集合体からなり、これらの光源モジュールに組み込まれたＬＥＤに仕様特性などが違ったものが存在しても、これらの光源モジュールに色補正部材を装着することによって、照明装置全体で同一色で均一な面状照明光を得ることができる。色補正部材には、任意の形状及び大きさの部材に着色されたもの、例えば着色シート材或いは着色粘着テープ材などを用いるので、市販品の使用が可能でしかも簡単に色補正が可能になる。なお、この照明装置は、使用する一部の部材を変更、例えば色補正部材に代えて、補色材でなく他の着色部材を使用することによって、照明光の色変更を行うことができる色変更が可能な照明装置をも構成できる。

１照明装置
２Ａ〜２Ｄ光源モジュール
３ＬＥＤ（点光源）
４ケーシング
５光導通反射部材
６光拡散部材
７、７Ａ、Ｄ_１色補正部材
Ｄ_２光源均一化手段
ＬＳ１〜ＬＳ４光源モジュール

Claims

複数個の光源モジュールを備え、これらの光源モジュールからの照明光をそれぞれ同一色に補正して、全体で同一色の均一照明光を出射させる照明光の色補正方法であって、
前記複数個の光源モジュールは、いずれも複数の波長成分よりなる発光色で発光する指向性の強い点光源と、前記点光源が収容されて開口を有し内部が反射面で形成されたケーシングと、前記ケーシングの開口を覆い均一な面照明光を出射させる光学反射部材とを備えたものからなり、
これらの光源モジュールは、色補正が必要な光源モジュールに、前記点光源からの光のスペクトルを補正する色補正部材を配設して、
前記色補正部材は、前記点光源のスペクトルを示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標と、所望の色を示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標とを結ぶ直線状であって、前記所望の色を示す座標から前記点光源のスペクトルを示す座標と反対側に延びた半直線上の座標で表される色に着色された部材であり、
前記色補正部材は、前記点光源からの出射光及び反射光が照射される被照射面積を変更させて前記色補正量が調節され、
該点光源からの出射光及び反射光を前記色補正部材に照射して、これらの光のスペクトルを所望のスペクトルに補正して、他の光源モジュールの照明光とを同一色にして均一な照明光を出射させることを特徴とする照明光の色補正方法。
前記点光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の照明光の色補正方法。
複数の波長成分よりなる発光色で発光する指向性の強い点光源と、前記点光源が収容されて、開口が設けられ、内部が反射面で形成されたケーシングと、前記ケーシングの開口を覆い均一な面照明光を出射させる光学反射部材とを備えた光源モジュールにおいて、
前記ケーシングは、その内部に前記点光源からの光のスペクトルを補正する色補正部材が配設されており、
前記色補正部材は、前記点光源のスペクトルを示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標と、所望の色を示すＣＩＥ表色系におけるｘｙ色度図上の座標とを結ぶ直線状であって、前記所望の色を示す座標から前記点光源のスペクトルを示す座標と反対側に延びた半直線上の座標で表される色に着色された部材で構成され、前記色補正部材は、前記点光源からの出射光及び反射光が照射される被照射面積を変更させて前記色補正量が調節させる調節手段に連結されていることを特徴とする光源モジュール。
前記点光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする請求項３に記載の光源モジュール。
複数個の光源モジュールを備え、これらの光源モジュールからの出射光をそれぞれ所望の色にして照明光を出射させる照明装置において、
前記複数個の光源モジュールは、請求項３又は４に記載のいずれか１つの光源モジュールで構成されていることを特徴とする照明装置。
複数個の光源モジュールを備え、これらの光源モジュールからの出射光をそれぞれ同一色にして同一色で均一照明光を出射させる照明装置において、
前記複数個の光源モジュールは、複数の波長成分よりなる発光色で発光する指向性の強い点光源と、前記点光源が収容されて開口を設け内部が反射面で形成されたケーシングと、前記ケーシングの開口を覆い均一な面照明光を出射させる光学反射部材とからなる第１の光源モジュールと、請求項３又は４に記載のいずれか１つの光源モジュールを第２の光源モジュールとしたもので構成されていることを特徴とする照明装置。
前記光学反射部材は、前記第１、第２の光源モジュールに共通な部材で形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の照明装置。
前記第１の光源モジュールの点光源は、発光ダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする請求項５又は６に記載の照明装置。