CN103329293A - Led模块以及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供即使在环境光的色温高的情况下也能够改善被照明的物体的颜色鲜艳度、从而能够理想地进行颜色再现的高色彩饱和度的LED模块以及照明装置。蓝色LED的发光光谱的峰值波长在420nm以上470nm以下，其半峰全宽大于0nm且在50nm以下。绿色荧光体的发光光谱的峰值波长在500nm以上535nm以下，其半峰全宽在100nm以上110nm以下。红色荧光体的发光光谱的峰值波长在610nm以上670nm以下，其半峰全宽在85nm以上95nm以下。蓝色光、绿色光和红色光的混色光的相关色温Tc在4600K以上7200K以下，其duv在-12以上-6以下。

Description

LED模块以及照明装置
技术领域
本发明涉及能够改善被照明的物体的颜色鲜艳度的、高色彩饱和度（high color saturation）的LED（Light Emitting Diode：发光二极管）模块以及照明装置。
背景技术
近年来，采用LED模块的LED灯等照明装置正在普及。对于一般照明用的灯，希望能够理想地看到被光照射的物体的颜色。一般地，各种光源的颜色的观看是否优良，确立了用演色评价指数（color rendering index）定量地进行评价的方法、即“演色性”的评价。这是一种定量地评价作为对象的光与基准光相比以何种程度忠实地对颜色进行再现的方法。依据该“演色性”的评价方法，提出了各种提高演色性的技术，作为其中之一，有增加对LED组合的荧光体的颜色的种类这样的技术。例如，在专利文献1中，记载了除了现有的荧光体之外还配合红色荧光体的情况（参照0007段）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-266579号公报
发明概要
发明要解决的课题
虽然在专利文献1中以一般照明用的灯为前提（参照0002段），但是也可以设想，今后LED灯的适用范围扩大，用作在陈列柜中设置的灯那样的商品展示用的灯。但是，即使是使用专利文献1等的技术提高了演色性的LED灯、即具有高演色评价指数Ra的LED灯，在商品展示用途中，也由于LED的发光光谱中黄色区域的发光成分较多等影响，从而食品或物品等的鲜艳的色彩整体上看起来泛黄暗淡，结果无法理想地进行颜色再现。
另外，在将专利文献1的技术适用于上述用途的情况下，虽然能够通过追加配合红色荧光体来实现提高了演色性的LED灯，但红色荧光体的追加必然会使灯的相关色温（correlated color temperature）（以下也简称为“色温”）降低，在想要获得更高的效果时，只能得到色温低的灯。但是，从最近的放置陈列柜的光环境来看，在店铺或仓库等的室内在色温高的室内照明环境中设置的情况增加。在这种状况下，如果陈列柜内的LED灯的色温低，则会产生被LED灯照射的商品看起来泛黄等颜色鲜艳度降低的现象。近年来，有室内照明等的环境光（ambient light）的色温变高的倾向，可以想到，今后在环境光的色温高的状况下利用商品展示用LED灯的机会增加。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种即使在环境光的色温高的情况下、也能够改善被照明的物体的颜色鲜艳度、从而能够理想地进行颜色再现的高色彩饱和度的LED模块以及照明装置。
解决课题的手段
本发明的LED模块，具备：射出蓝色光的蓝色LED；吸收上述蓝色LED的出射光的一部分而射出绿色光的绿色荧光体；以及吸收上述蓝色LED的出射光的一部分及上述绿色荧光体的出射光的一部分中的至少一方而射出红色光的红色荧光体；上述蓝色LED的发光光谱的峰值波长在420nm以上470nm以下，其半峰全宽大于0nm且在50nm以下，上述绿色荧光体的发光光谱的峰值波长在500nm以上535nm以下，其半峰全宽在100nm以上110nm以下，上述红色荧光体的发光光谱的峰值波长在610nm以上670nm以下，其半峰全宽在85nm以上95nm以下，上述蓝色光、上述绿色光和上述红色光的混色光的相关色温Tc在4600K以上7200K以下，其duv在-12以上-6以下。
本发明的照明装置，具备与上述LED模块同样的结构。
并且，所谓duv（Distance from perfect radiator locus on uv-ordinates），是将CIE1960uv色度图上的光色的相对于黑体辐射轨迹的偏移即色度偏差（Δuv）放大1000倍而得到的，在色度图上将色度偏差位于黑体辐射轨迹的上方时作为正侧来表示，处于下侧时附加负的符号来表示。
发明效果
上述结构的相关色温Tc在4600K以上7200K以下，相当于日本工业标准JIS Z9112中规定的从昼白色（4600K以上5500K以下）到日光色（5700K以上7100K以下）的范围。即，意味着混色光的相关色温高。另外，duv为-12以上-6以下在xy色度图上相当于比上述标准规定的光源色的色度范围靠下方（即y值小的）的范围，意味着混色光所含的红色成分增多，从而色彩饱和度提高。另外，在制作该模块时，通过将红色荧光体、绿色荧光体各自的峰值波长以及半峰全宽限定在特定的范围，能够使色彩饱和度提高。通过这样的条件的相乘效果，能够实现一种即使在环境光的相关色温高的情况下也能够改善被照明的物体的颜色鲜艳度、从而能够理想地进行颜色再现的高色彩饱和度的LED模块。
附图说明
图1为表示本发明实施方式的LED模块的结构的剖面图。
图2为表示红色荧光体、绿色荧光体以及蓝色LED的发光光谱的测定结果的图。
图3为表示蓝色光、绿色光和红色光的混色光的发光光谱的测定结果的图。
图4为用于对本发明实施方式的LED模块的色度范围（chromaticrange）进行说明的xy色度图。
图5为表示色温Tc为6200K、duv为-10的样本的U*V*均匀颜色空间（uniform color space）的图。
图6为表示色域面积比Ga的数据的一例的图。
图7为对将duv固定时满足式1的范围进行例示的图。
图8为对将色温固定时满足式1的范围进行例示的图。
图9为对照明装置的结构进行例示的图。
图10为对照明装置的结构进行例示的图。
具体实施方式
参照附图对本发明实施方式进行详细说明。
＜结构＞
图1的（a）为表示本发明实施方式的LED模块的结构的剖面图。
LED模块11具备封装基座12、引线13、蓝色LED14、透明密封件15、绿色荧光体16以及红色荧光体17。封装基座12由陶瓷等绝缘材料制成，引线13由金属等导电材料制成，透明密封件15由硅等透明材料制成。
蓝色LED14利用通过引线13供给的电力而射出蓝色光。作为这样的LED，例如可以举出氮化镓系的LED。
绿色荧光体16吸收蓝色LED14的出射光的一部分而射出绿色光。作为这样的荧光体，例如有YAG荧光体。作为YAG荧光体，例如可以利用（Y1-xCex）3（Al1-yGay）5O12、其中0.01≦x≦5、0≦y≦5，但也可以利用这以外的公知荧光体。
红色荧光体17吸收蓝色LED14的出射光的一部分及绿色荧光体16的出射光的一部分中的至少一方而射出红色光。作为这样的荧光体，例如有CASN荧光体。作为CASN荧光体，例如可以利用（Sr1-xCax）AlSiN3：Eu2+、其中0≦x≦1，但也可以利用这以外的公知荧光体。
在LED模块11中，蓝色LED14被透明密封件15覆盖，在透明密封件15内分散有绿色荧光体16及红色荧光体17。因此，LED模块11的出射光成为蓝色光、绿色光和红色光的混色光。混色光的色温及色度范围可以通过调整每一个蓝色LED14的绿色荧光体16及红色荧光体17的合计量、以及绿色荧光体16与红色荧光体17的混合比，来适当设定。
＜高色彩饱和度＞
以下，对用于实现高色彩饱和度的手段进行说明。在本实施方式中，蓝色LED、绿色荧光体及红色荧光体各自的发光光谱的峰值波长以及其半峰全宽在以下的范围内。并且在本实施方式中，以使混色光的色温Tc及其duv在以下的范围内的方式进行调整。
蓝色LED：峰值波长420nm以上470nm以下半峰全宽大于0nm且在50nm以下
绿色荧光体：峰值波长500nm以上535nm以下半峰全宽100nm以上110nm以下
红色荧光体：峰值波长610nm以上670nm以下半峰全宽85nm以上95nm以下
混色光：色温Tc4600K以上7200K以下duv-12以上-6以下
发明者实际制作了样本并测定了其发光光谱。图2的（a）表示红色荧光体的发光光谱的测定结果，图2的（b）表示绿色荧光体的发光光谱的测定结果，图2的（c）表示蓝色LED的发光光谱的测定结果。另外，图3表示它们的混色光的发光光谱的测定结果。从这些测定结果得到的各种特性如以下所示。从测定结果得到的各种特性均收纳在目标的范围内。因此，实际上示出了能够制作上述范围内的LED模块。
蓝色LED：峰值波长450nm 半峰全宽25nm
绿色荧光体：峰值波长525nm 半峰全宽104nm
红色荧光体：峰值波长645nm 半峰全宽91nm
混色光：色温6200K duv-10
图4为用于对本发明实施方式的LED模块的色度范围进行说明的xy色度图。图中的区域A为本实施方式的混色光的色度范围。并且，图4中也一并记载了，日本工业标准JIS Z9112规定的白炽灯色L（2600K以上3250K以下）、暖白色WW（3250K以上3800K以下）、白色W（3800K以上4500K以下）、昼白（neutral）色N（4600K以上5500K以下）、日光色D（5700K以上7100K以下）的色度范围。
这样，本实施方式的混色光的色度范围，色温Tc在4600K以上7200K以下，与从昼白色N到日光色D的范围相当。即，意味着混色光的色温高。另外，本实施方式的混色光的duv由于在-12以上-6以下，因此在xy色度图上，成为在上述标准规定的光源色的色度范围的下方的范围。该条件下的混色光，JISZ9112的色度范围中所含的红色成分多，因此意味着颜色再现性提高。这样，通过在提高混色光的色温的基础上增加红色成分，从而即使在环境光的色温高的情况下，也能够改善被照明的物体的颜色鲜艳度，从而能够实现能够理想地进行颜色再现的高色彩饱和度的LED模块。
并且，本实施方式的混色光的duv的范围利用由MacAdam定义的等色度区域来确定。因此，如果是图4中的区域A的范围，则作为光色基本上可以说是等价的，能够获得目标效果。关于等色度区域的定义，例如在颜色科学手册（第2版）273页（色彩科学ハンドブック第2版273頁）有说明。
以上，对于能够实现高色彩饱和度的LED模块进行了说明，但是也有进一步要求高色彩饱和度的情况。以下，对能够进一步实现高色彩饱和度的LED模块进行说明。
＜进一步的高色彩饱和度＞
首先对定量地表示被照明的物体的颜色鲜艳度的指标即色域面积比Ga进行说明，接着，对用于实现利用色域面积比Ga而得到的高色彩饱和度的方法进行说明。另外，LED模块的结构本身与上述同样而省略说明。
（色域面积比Ga）
色域面积比Ga记载在JIS Z8726-1990中，其计算方法如下所述。
将用基准光源对在计算平均演色评价数Ra时使用的编号1～8的8个试验色进行照明时能够看到的颜色绘制在CIE1964U*V*均匀颜色空间上。然后，求出由此得到的8边形的面积。
接着，将用试样光源对编号1～8的8个试验色进行照明时能够看到的颜色绘制在CIE1964U*V*均匀颜色空间上。然后，求出由此得到的8边形的面积。
最后，将色域面积比Ga通过Ga=（试样光源制作的8边形的面积）／（基准光源制作的8边形的面积）×100的计算式算出。
这里，所谓基准光源，是与试样光源相同的相关色温的黑体辐射、或者CIE日光。用于计算色域面积比Ga的编号1～8的试验色具有各种各样的色调，其蒙赛尔（Munsell）明度均为6。这是具有中等程度的鲜艳度的颜色样本。因此，色域面积比Ga可以作为对所有颜色的平均鲜艳度的指标来使用。色域面积比Ga小于100时，由于处于色彩饱和度降低的方向，因此具有看起来颜色暗淡的倾向，大于100时，由于处于色彩饱和度增加的方向，因此具有看起来颜色鲜艳的倾向。对于通常的物体色，通常色彩饱和度看起来越增加就感觉越漂亮，因此作为评价颜色是否看起来理想的指标而使用色域面积比Ga是有效的。
作为一例，图5示出色温Tc为6200K、duv为-10的样本的U*V*均匀颜色空间。此时的色域面积比Ga为105。
（更高色彩饱和度的实现方法）
接着，对用于实现高色彩饱和度的LED模块的方法进行说明。蓝色LED、绿色荧光体以及红色荧光体使用与已经说明的形态相同的形态。即，绿色荧光体的峰值波长在500nm以上535nm以下，红色荧光体的峰值波长在610nm以上670nm以下。
发明者计算了使绿色荧光体的峰值波长与红色荧光体的峰值波长的差ΔλＲ－Ｇ、色温Tc、duv变化时的色域面积比Ga。具体而言，ΔλＲ－Ｇ以5nm间距划分从最小的75nm到最大的170nm，色温Tc以100K间距划分从最小的4600K到7200K，duv以1间距划分从最小的-12到最大的-6，算出通过这些而划分后的各点的色域面积比Ga。并且，如果色域面积比Ga在100以上，则判定为是能够实现高色彩饱和度的例子。这样得到的色域面积比Ga的数据是大量的，将所得数据全部记载于本说明书是不现实的。图6示出色域面积比Ga的数据的一部分。
图6的（a）是绿色为最大的535nm而红色为最小的610nm即差ΔλＲ－ Ｇ为最小的75nm的情况下的数据。例如，示出了，色温Tc为4600K、duv为-6、红色荧光体的峰值波长为610nm、其半峰全宽为91nm、绿色荧光体的峰值波长为535nm、其半峰全宽为104nm的情况下，色域面积比Ga为97.5。
图6的（b）是绿色为最大的535nm而红色为最大的670nm即差ΔλＲ－ Ｇ为中等程度的135nm的情况下的数据。
图6的（c）是绿色为中间的520nm而红色为中间的640nm即差ΔλＲ－ Ｇ为中等程度的120nm的情况下的数据。
图6的（d）是绿色为最小的520nm而红色为最小的610nm即差ΔλＲ－ Ｇ为中等程度的110nm的情况下的数据。
图6的（e）是绿色为最小的500nm而红色为最大的670nm即差ΔλＲ－ Ｇ为最大的170nm的情况下的数据。
图6所示的例子中，图6的（a）中仅有4例的色域面积比Ga小于100。除此以外的色域面积比Ga都在100以上，因此能够实现高色彩饱和度。并且，发明者使用所得的大量的色域面积比Ga的数据，发现色域面积比Ga在100以上时满足以下条件。
170nm≥ΔλR-B≥Tc*(0.006+0.0025*(duv+6))-duv*10nm  (式1)
图7和图8是对满足式1的范围进行例示的图。图7的（a）～（c）示出了分别将duv固定为-6、-9、-12时的相对于色温Tc的ΔλＲ－Ｂ，示出了满足以下的式2～式4的范围。
duv=-6的情况：170nm≥ΔλR-B≥Tc*0.006+60nm  (式2)
duv=-9的情况：170nm≥ΔλR-B≥Tc*（-0.0015）+90nm  (式3)
duv=-12的情况：170nm≥ΔλR-B≥Tc*（-0.009）+120nm  (式4)
另外，图8的（a）～（c）示出了分别将色温Tc固定为4600K、6000K、7200K时的相对于duv的ΔλＲ－Ｂ，示出了满足以下的式5～式7的范围。
Tc=4600K的情况：170nm≥ΔλR-B≥1.5*duv+96.6nm  (式5)
Tc=6000K的情况：170nm≥ΔλR-B≥5*duv+126nm  (式6)
Tc=7200K的情况：170nm≥ΔλR-B≥8*duv+151.2nm  (式7)
以上这样，通过以满足式1的方式调整混色光的色温及色度范围，能够使色域面积比Ga在100以上，结果，能够实现更高色彩饱和度的LED模块。
＜补充＞
1．LED模块的结构
在上述实施方式中，使用图1的（a）对LED模块的结构进行了说明，但本发明只要具备蓝色LED、绿色荧光体以及红色荧光体，则对于任何结构都能够适用。例如也可以是图1的（b）所示的结构。图1的（b）的LED模块21具备：电路基板22、布线图案23、蓝色LED24、透明密封件25、绿色荧光体26以及红色荧光体27。另外，除此以外，也可以是子弹型（bullet-type）的LED模块。
2．照明装置A
上述LED模块能够如以下所示那样适用于照明装置。
图9的（a）示出将LED模块11适用于直管型的照明装置101的例子。照明装置101具备：直管状的透明部件102、灯头103、基板104以及LED模块11。虽然在该例中为直管型，但是当然也可以适用于圆管型。
另外，图9的（b）示出将LED模块21适用于灯泡形的照明装置111的例子。照明装置111具备：主体112、灯头113、基板114、球罩115以及LED模块21。
另外，图9的（c）示出将LED模块11适用于圆筒状的照明装置121的例子。照明装置121具备：圆筒状的壳体122、基板123、透明部件124以及LED模块11。
3．照明装置B
上述照明装置适用了射出蓝色光、绿色光和红色光的混色光的LED模块，但是本发明不限于此。在适用射出蓝色光的LED模块的情况下，只要是以下的结构，照明装置就能够射出蓝色光、绿色光和红色光的混色光。
图10的（a）示出将射出蓝色光的LED模块31适用于直管型的照明装置201的例子。照明装置201具备：直管状的透明部件102、灯头103、基板104、荧光体层202以及LED模块31。荧光体层202包含绿色荧光体以及红色荧光体，形成在透明部件102的内面。并且，荧光体层202不限于形成在透明部件102的内面，也可以形成在外面。另外，也可以是，透明部件102自身包含绿色荧光体以及红色荧光体。
另外，图10的（b）示出将射出蓝色光的LED模块41适用于灯泡形的照明装置211的例子。照明装置211具备：主体112、灯头113、基板114、球罩115、荧光体层212以及LED模块41。荧光体层212包含绿色荧光体以及红色荧光体，形成在球罩115的内面。并且，荧光体层212不限于形成在球罩115的内面，也可以形成在外面。另外，也可以是，球罩115自身包含绿色荧光体以及红色荧光体。
另外，图10的（c）示出将LED模块31适用于圆筒状的照明装置221的例子。照明装置221具备：圆筒状的壳体122、基板123、透明部件124、荧光体层222以及LED模块31。荧光体层222包含绿色荧光体以及红色荧光体，形成在透明部件124的内面。并且，荧光体层222不限于形成在透明部件124的内面，也可以形成在外面。另外，也可以是，透明部件124自身包含绿色荧光体以及红色荧光体。
另外，虽然在上述照明装置中在荧光体层中包含绿色荧光体以及红色荧光体这双方，但是不限于此，一方包含于荧光体层而另一方包含于LED模块也可以得到同样的效果。
4．适用例
上述照明装置例如能够适用于商品展示用的灯。作为商品展示用的灯，除了包含在陈列柜等商品展示装置中内置的灯以外，还包含在店铺或仓库等的天花板面、壁面或棚架上设置的灯。另外，由于LED模块还适用于形成点光，因此还可以在以往利用带反射镜的卤素灯的领域中进行代替。
工业实用性
本发明能够利用于灯。
符号说明
11：LED模块
12：封装基座
13：引线
14：蓝色LED
15：透明密封件
16：绿色荧光体
17：红色荧光体
21：LED模块
22：电路基板
23：布线图案
24：蓝色LED
25：透明密封件
26：绿色荧光体
27：红色荧光体
31：LED模块
41：LED模块
101：照明装置
102：透明部件
103：灯头
104：基板
111：照明装置
112：主体
113：灯头
114：基板
115：球罩
121：照明装置
122：壳体
123：基板
124：透明部件
201：照明装置
202：荧光体层
211：照明装置
212：荧光体层
221：照明装置
222：荧光体层

Claims (6)

1.一种LED模块，其特征在于，
具备：
射出蓝色光的蓝色LED；
吸收上述蓝色LED的出射光的一部分而射出绿色光的绿色荧光体；以及
吸收上述蓝色LED的出射光的一部分及上述绿色荧光体的出射光的一部分中的至少一方而射出红色光的红色荧光体，
上述蓝色LED的发光光谱的峰值波长在420nm以上470nm以下，其半峰全宽大于0nm且在50nm以下，
上述绿色荧光体的发光光谱的峰值波长在500nm以上535nm以下，其半峰全宽在100nm以上110nm以下，
上述红色荧光体的发光光谱的峰值波长在610nm以上670nm以下，其半峰全宽在85nm以上95nm以下，
上述蓝色光、上述绿色光和上述红色光的混色光的相关色温Tc在4600K以上7200K以下，其duv在-12以上-6以下。
2.如权利要求1所述的LED模块，其特征在于，
上述绿色荧光体与上述红色荧光体的峰值波长之差ΔλＲ－Ｂ满足以下条件：
170nm≥ΔλR-B≥Tc*(0.006+0.0025*(duv+6))-duv*10nm
。
3.如权利要求1或2所述的LED模块，其特征在于，
上述绿色荧光体为YAG荧光体，上述红色荧光体为CASN荧光体。
4.一种照明装置，其特征在于，
具备：
射出蓝色光的蓝色LED；
吸收上述蓝色LED的出射光的一部分而射出绿色光的绿色荧光体；以及
吸收上述蓝色LED的出射光的一部分及上述绿色荧光体的出射光的一部分中的至少一方而射出红色光的红色荧光体，
上述蓝色LED的发光光谱的峰值波长在420nm以上470nm以下，其半峰全宽大于0nm且在50nm以下，
上述绿色荧光体的发光光谱的峰值波长在500nm以上535nm以下，其半峰全宽在100nm以上110nm以下，
上述红色荧光体的发光光谱的峰值波长在610nm以上670nm以下，其半峰全宽在85nm以上95nm以下，
上述蓝色光、上述绿色光和上述红色光的混色光的相关色温Tc在4600K以上7200K以下，其duv在-12以上-6以下。
5.如权利要求4所述的照明装置，其特征在于，
上述绿色荧光体与上述红色荧光体的峰值波长之差ΔλＲ－Ｂ满足以下条件：
170nm≥ΔλR-B≥Tc*(0.006+0.0025*(duv+6))-duv*10nm
。
6.如权利要求4或5所述的照明装置，其特征在于，
上述绿色荧光体为YAG荧光体，上述红色荧光体为CASN荧光体。
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