JP6548152B2

JP6548152B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP6548152B2
Application number: JP2014185638A
Authority: JP
Inventors: 綾子槻谷
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: US20160076713A1; JP2016058324A

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とする照明装置に関する。

ＬＥＤは、低電力で高輝度の発光が可能であり、しかも長寿命であることから、白熱灯や蛍光灯に代わる光源として注目されている。このようなＬＥＤを光源とする照明装置として、赤色光を出射する赤色ＬＥＤと、緑色光を出射する緑色ＬＥＤと、青色光を出射する青色ＬＥＤと、白色光を出射する白色ＬＥＤと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この照明装置は、各ＬＥＤの発光輝度を独立に制御することで種々の色の光を照射する。

特開２０１１−２０４６５９号公報

しかしながら、上述したような照明装置では、照射光の色を可変とするために各ＬＥＤの発光輝度を独立に制御する必要があるので構造が複雑になる。

本発明は、上記課題を解決するものであって、ＬＥＤ等の固体発光素子を光源とする照明装置において、簡単な構造で照射光の色を可変とすることができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、固体発光素子と、前記固体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換部と、を備え、前記波長変換部は、前記固体発光素子から離間して該固体発光素子を取り囲むように設けられた第１の部材と、前記固体発光素子と前記第１の部材とを結ぶ光路の一部を遮るように設けられた第２の部材と、を有し、前記第１の部材は、その内側面に不均一に塗布された複数種の第１の波長変換材料を有し、前記第２の部材に対する相対位置が変更可能に構成され、前記第２の部材は、前記固体発光素子に相対する面に塗布された第２の波長変換材料を有し、前記固体発光素子は、近紫外光〜紫色光を出射し、前記第１の波長変換材料は、前記固体発光素子からの光により励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体と、同光により励起されて赤色光を放射する赤色蛍光体及び同光により励起されて緑色光を放射する緑色蛍光体が互いに混合された蛍光体と、を含み、前記第２の波長変換材料は、前記固体発光素子からの光により励起されて青色光を放射する青色蛍光体を含むことを特徴とする。

本発明によれば、第１の部材の第２の部材に対する相対位置を変化させると、第１の波長変換材料によって波長変換される光の量が変化するので、簡単な構造で照射光の色を可変とすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置の分解斜視図。（ａ）（ｂ）は、上記照明装置における第１の部材及び第２の部材の配置を示す平面図。（ａ）（ｂ）は、上記実施形態の変形例に係る照明装置における第１の部材及び第２の部材の配置を示す平面図。本発明の第２の実施形態に係る照明装置の分解斜視図。（ａ）（ｂ）は、上記照明装置における第１の部材及び第２の部材の配置を示す平面図。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置について図１及び図２を参照して説明する。図１に示すように、照明装置１は、固体発光素子（ＬＥＤ）２と、ＬＥＤ２から出射された光の波長を変換する波長変換部３と、ＬＥＤ２及び波長変換部３の各々から出射された光を拡散して外部に出射する拡散部４と、を備える。

ＬＥＤ２は、円板状に形成された支持体５の一面（実装面）５１に実装されている。支持体５は、ＬＥＤ２の発光を制御する回路部（不図示）を内蔵している。回路部は、商用電源からＬＥＤ２への電力供給を制御する。

ＬＥＤ２は、青色光を出射するＬＥＤチップ２１と、ＬＥＤチップ２１を覆うように設けられＬＥＤチップ２１から出射された青色光の配光を制御するレンズ２２と、を有する。ＬＥＤチップ２１は、その光軸Ａｘが実装面５１に直交するようにして実装面５１の中央に配置されている。レンズ２２は、ＬＥＤチップ２１からの光を、例えば、光軸Ａｘから７０度角度を隔てた方向に屈折する広角レンズにより構成されている。

波長変換部３は、ＬＥＤ２から離間してＬＥＤ２を取り囲むように設けられた第１の部材６と、ＬＥＤ２と第１の部材６とを結ぶ光路の一部を遮るように設けられた第２の部材７と、を有する。第１の部材６は、円筒状に形成されている。第２の部材７は、第１の部材６と略同じ高さを有し、且つ第１の部材６よりも小さい半径を有する半円筒状に形成されている。第１の部材６及び第２の部材７は、各々の円筒軸ＣｘがＬＥＤ２の光軸Ａｘと一致するようにして配置されている。第１の部材６は、円筒軸Ｃｘを中心として回転可能となるように実装面５１に保持されている。第２の部材７は、回転できないように実装面５１に固定されている。これにより、第１の部材６を回転させると、第１の部材６の第２の部材７に対する相対位置を変化させることができる。

第１の部材６は、その内側面に不均一に塗布された第１の波長変換材料６１を有する。第１の波長変換材料６１は、図例では内側面の一側半分に塗布され、ＬＥＤ２からの光により励起されて赤色光を放射する赤色蛍光体６１Ｒにより構成されている。赤色蛍光体６１Ｒは、例えば、ＣＡＳＮ系の赤色蛍光体により構成される。第１の部材６の内側面の他側半分は、白色塗料の塗布や光反射性材料の蒸着等により高い光反射性を有するように構成された反射面６２となっている。反射面６２は、波長を変化させることなく光を反射する。

第２の部材７は、ＬＥＤ２に相対する面（内側面）に塗布された第２の波長変換材料７１を有する。第２の波長変換材料７１は、図例では内側面全体に塗布され、ＬＥＤ２からの光により励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体７１Ｙにより構成されている。黄色蛍光体７１Ｙは、例えば、ＹＡＧ系の黄色蛍光体により構成される。

拡散部４は、円板状に形成され、光軸Ａｘに直交するようにして第１の部材６のＬＥＤ２から遠い側の端部６３に固着されている。拡散部４は、例えば、乳白色の透光性材料により構成される。また、拡散部４は、透光性プレートの表面に光を拡散する拡散シートを貼着したり、透光性プレートの表面にフロスト加工を施したりすることで形成されてもよい。このような拡散部４を設けることで、ＬＥＤ２から直接に外部に出射される光とＬＥＤ２から出射されて赤色蛍光体６１Ｒ又は黄色蛍光体７１Ｙにより波長変換された光とを互いに混色させることができるので、照射光の色むらを低減することができる。

上記のように構成された照明装置１の使用法について図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。なお、図例では拡散部４の図示を省略している。図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ２から見て第１の部材６の赤色蛍光体６１Ｒが第２の部材７により隠されている場合、ＬＥＤ２から出射した青色光の一部は、第２の部材７に到達し、そこで黄色蛍光体７１Ｙの作用により黄色光に波長変換される。このような黄色光は、ＬＥＤ２から出射して第１の部材６の反射面６２で反射された青色光や、ＬＥＤ２から出射して直接に拡散部４に入射する青色光と混ざり合って白色光となり、拡散部４において種々の方向に拡散されてから外部へ照射される。

図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）に示した状態から第１の部材６を１８０度回転させると、ＬＥＤ２から見て、第２の部材７により隠されていた赤色蛍光体６１Ｒが露出する。これにより、ＬＥＤ２から出射された青色光の一部は、赤色蛍光体６１Ｒの作用により赤色光に波長変換されるようになる。このような赤色光は、ＬＥＤ２及び第２の部材７の作用により得られる白色光と混ざり合い、色温度の低い暖色系の白色光を与える。このとき、白色光の色温度は、第１の部材６の回転量によって決定され、第１の部材６を回転させることで照射光の色温度を連続的且つ滑らかに変化させることができる。

上記のように照明装置１によれば、第１の部材６を回転させて、第１の部材６の第２の部材７に対する相対位置を変化させることで、ＬＥＤ２から見たときの赤色蛍光体６１Ｒ（第１の波長変換材料６１）の露出度が変化する。これにより、ＬＥＤ２から出射され赤色蛍光体６１Ｒによって波長変換される光の量が変化し、簡単な構造で照射光の色を可変とすることができる。このような照射光の色変化は、ＬＥＤ２の調光調色制御等の電気的制御を行うことなく達成することができる。

また、図２（ｂ）に示した状態では、ＬＥＤ２の周囲３６０度に亘って蛍光体（赤色蛍光体６１Ｒ及び黄色蛍光体７１Ｙ）が配置されているので、ＬＥＤ２から出射された光を高度に波長変換して、照射光の色を大きく変化させることができる。更に、ＬＥＤ２を短波長で高エネルギを有する青色光を出射するものにより構成することで、例えば、ＬＥＤ２を白色光を出射するものにより構成する場合に比べて、より多様な蛍光体をより効率良く励起して、照射光の色変化バリエーションを増やすことができる。

次に、上記実施形態の変形例に係る照明装置について図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。照明装置１１は、上述した照明装置１を基に、第２の波長変換材料７１を青色光により励起されて緑色光を放射する緑色蛍光体７１Ｇにより構成したものである。緑色蛍光体７１Ｇは、例えば、ＢＯＳＥ系の緑色蛍光体により構成される。

図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ２から見て赤色蛍光体６１Ｒが第２の部材７により隠されていない場合には、照明装置１１から出射される光は、ＬＥＤ２からの青色光と、赤色蛍光体６１Ｒにより波長変換された赤色光と、緑色蛍光体７１Ｇにより波長変換された緑色光と、が互いに混ざり合った白色光となる。このような白色光は、照明装置１から照射される白色光に比べて高い平均演色評価数Ｒａを有し、被照射体を色鮮やかに照明することができる。

図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示した状態から第１の部材６を回転させると、一部の赤色蛍光体６１Ｒが、ＬＥＤ２から見て第２の部材７により隠される。これにより赤色光の量が減少するので、照明光の色温度を高温度側にシフトさせることができる。なお、第１の波長変換材料６１及び第２の波長変換材料７１を構成する蛍光体は、上記のものに限定されず、得たい照射光の色に応じて適宜選択すればよく、また、共に黄色蛍光体により構成する等、互いに同じ蛍光体により構成されていてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置について図４及び図５を参照して説明する。図４に示すように、照明装置１２は、上述した照明装置１を基に、主に、第２の部材７の形状を変更したものである。また、照明装置１２では、ＬＥＤ２が近紫外光〜紫色光を出射するものにより構成され、図例では複数のＬＥＤ２が設けられている。拡散部４の表面には近紫外光を吸収するフィルタ（不図示）が貼着されており、近紫外光は、照明装置１２から外部に出射しないようになっている。

照明装置１２の第２の部材７は、円筒状に形成され、第２の波長変換材料７１としてＬＥＤ２からの光により励起されて青色光を放射する青色蛍光体７１Ｂを有する。青色蛍光体７１Ｂは、例えば、Ｅｕ付活リン酸塩系の青色蛍光体により構成される。また、第２の部材７は、その側面を貫通して設けられた開口部７２を有する。開口部７２は、円筒軸Ｃｘから見たときに第２の部材７の円周方向に沿って所定の角度毎に設けられ、図例では１２０度毎に３つ設けられている。なお、開口部７２は、図例では矩形状に形成されているが、矩形状に限定されず、例えば、円形状に形成されていてもよい。

第１の波長変換材料６１は、黄色蛍光体６１Ｙと、赤色蛍光体及び緑色蛍光体が互いに混合された蛍光体６１ＲＧと、を含む。黄色蛍光体６１Ｙを含む層と蛍光体６１ＲＧを含む層とは、第１の部材６の円周方向に沿って交互に配置され、図例では１２０度毎に設けられている。

また、照明装置１２は、第１の部材６の第２の部材７に対する相対位置と、その相対位置に第１の部材６及び第２の部材７を配置したときに得られる照射光の性質と、を対応付ける目盛り８を更に備える。目盛り８は、第１の部材６の外側面に設けられた第１の目印８１と、支持体５の実装面５１周縁部に設けられた第２の目印８２と、を有する。第１の目印８１は、図例では切り込みにより形成され、黄色蛍光体６１Ｙを含む層に対応して設けられた目印８１Ｙと、蛍光体６１ＲＧを含む層に対応して設けられた目印８１ＲＧと、により構成されている。目印８１ＲＧ、８１Ｙには、蛍光体６１ＲＧ及び黄色蛍光体６１Ｙにより得られる照射光の演色性の高低（後述参照）から、それぞれ「Ｈｉｇｈ」及び「Ｌｏｗ」という文字が付記されている。第２の目印８２は、第１の目印８１と同様に切り込みにより形成され、支持体５に固定された第２の部材７の開口部７２に対応する位置に設けられている。

図５（ａ）に示すように、目印８１Ｙを第２の目印８２に合わせるように第１の部材６を回転させると、黄色蛍光体６１Ｙ（破線で示す）が開口部７２（ドットで示す）と相対する。これにより、ＬＥＤ２から出射された光の一部は、開口部７２を通過して黄色蛍光体６１Ｙにより黄色光に変換される。また、ＬＥＤ２から出射された光の他の一部は、第２の部材７の青色蛍光体７１Ｂにより青色光に変換される。これら黄色光及び青色光は、互いに混合することで白色光となって外部に照射される。

図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）に示した状態から第１の部材６を６０度回転させて、目印８１ＲＧを第２の目印８２に合わせると、蛍光体６１ＲＧが開口部７２と相対する。これにより、ＬＥＤ２から出射された光の一部は、開口部７２を通過して蛍光体６１ＲＧにより赤色光及び緑色光に変換される。これら赤色光及び緑色光は、第２の部材７の青色蛍光体７１Ｂにより変換された青色光と混ざり合うことで白色光となって外部に照射される。このような白色光は、図５（ａ）に示した状態で得られる白色光に比べて高い平均演色評価数Ｒａを有する。

上述のように照明装置１２によれば、複数種の第１の波長変換材料６１が設けられ、各々の第１の波長変換材料６１に対する開口部７２の位置を変化させることで照射光の色を可変とすることができる。また、目印８を設けることで、第１の部材６を第２の部材７に対してどの程度回転させれば所望の色の照射光が得られるのか分かり易くなり、操作性を向上させることができる。

なお、本発明に係る照明装置は、上記実施形態及びその変形例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、第１の波長変換材料及び第２の波長変換材料は、必ずしも蛍光体により構成される必要はなく、例えば、所定波長域の光を吸収する波長フィルタにより構成されていてもよい。また、照明装置の外形は、上述したような円柱状に限定されず、例えば、角柱形状に形成されていてもよい。また、固体発光素子は、ＬＥＤに限定されず、例えば、有機ＥＬ素子により構成されていてもよい。更に、本照明装置は、必ずしも拡散部を備える必要はなく、拡散部を備えない構成とされてもよい。

１、１１、１２照明装置
２ＬＥＤ（固体発光素子）
３波長変換部
４拡散部
６第１の部材
６１、６１Ｒ、６１ＲＧ、６１Ｙ第１の波長変換材料
７第２の部材
７１、７１Ｂ、７１Ｇ、７１Ｙ第２の波長変換材料
７２開口部
Ｃｘ円筒軸

Claims

固体発光素子と、前記固体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換部と、を備えた照明装置であって、
前記波長変換部は、前記固体発光素子から離間して該固体発光素子を取り囲むように設けられた第１の部材と、前記固体発光素子と前記第１の部材とを結ぶ光路の一部を遮るように設けられた第２の部材と、を有し、
前記第１の部材は、その内側面に不均一に塗布された複数種の第１の波長変換材料を有し、前記第２の部材に対する相対位置が変更可能に構成され、
前記第２の部材は、前記固体発光素子に相対する面に塗布された第２の波長変換材料を有し、
前記固体発光素子は、近紫外光〜紫色光を出射し、
前記第１の波長変換材料は、前記固体発光素子からの光により励起されて黄色光を放射する黄色蛍光体と、同光により励起されて赤色光を放射する赤色蛍光体及び同光により励起されて緑色光を放射する緑色蛍光体が互いに混合された蛍光体と、を含み、
前記第２の波長変換材料は、前記固体発光素子からの光により励起されて青色光を放射する青色蛍光体を含むことを特徴とする照明装置。
前記第２の部材は、半円筒状又は側面に開口部を有する円筒状に形成され、
前記第１の部材は、円筒状に形成され、その円筒軸が前記第２の部材の円筒軸と一致するようにして配置され、該円筒軸を中心に回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記開口部は、前記円筒軸から見たときに前記第２の部材の円周方向に沿って所定の角度毎に設けられ、
前記第１の波長変換材料は、前記円筒軸から見たときに前記第１の部材の円周方向に沿って前記所定の角度と同じ角度毎に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記第１の部材の前記第２の部材に対する相対位置と、その相対位置に前記第１の部材及び前記第２の部材を配置したときに得られる照射光の性質と、を対応付ける目盛りを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の照明装置。
前記固体発光素子及び前記波長変換部から出射された光を拡散して外部に出射する拡散部を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。