CN103493226A - 白光源以及包括所述白光源的白光源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种白光源，所述白光源包括具有421到490nm的发光峰值的蓝光发光LED并且满足下述关系式：-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2，假设：所述白光源的发光光谱为P(λ)；具有与所述白光源的色温相同的色温的黑体辐射的发光光谱为B(λ)；光谱光视效率的谱为V(λ)；P(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax1；B(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax2。根据上述白光源，能够提供能够再现与自然光的发光光谱相同的发光光谱的白光源。

Description

白光源以及包括所述白光源的白光源系统
技术领域
本发明涉及白光源以及包括所述白光源的白光源系统。更具体而言，本发明涉及一种具有接近于自然光的发光光谱的发光光谱的白光源，还涉及包括所述白光源的白光源系统。
背景技术
近年来，包括发光二极管（LED）的白光源在节能措施以及减少二氧化碳排放量方面吸引了人们的注意。与常规的包括钨丝的白炽灯泡相比，LED具有更长的使用寿命，而且能够实现节能。如日本专利特许公开（未经审察的公开）No.HEI10(1990)-242513（专利文献1）中所公开的，在常规的LED中，采用均具有处于400到530nm的范围内的发光峰值波长的蓝光LED激励YAG磷光体，由所述LED发射的蓝光和由所述YAG磷光体发射的黄光相互混合，由此获得并实现了白光。
包括LED的白光源广泛地用作交通信号灯和液晶显示器（LCD）的背光以及诸如室内灯的一般光照设备（照明设备）。在包括蓝光LED的常规白光源的发光光谱中，由蓝光LED发射的蓝光的峰值高度至少是磷光体发射的黄光的峰值高度的1.5倍，因而蓝光倾向于具有强影响。
在所述环境下，随着包括LED的白光源的普及，所述白光源对人体的有害影响页开始给人们带来担忧。如上所述，在常规的白光LED中，蓝光LED具有强的发光峰值。这样的具有强蓝发光峰值的白光与自然光存在显著的区别。这里，自然光是指日光。
根据在考虑这样的白光源对人体的影响的情况下取得的国际公开No.WO2008/069101（专利文献2）的小册子，结合了具有不同发光峰值的LED和磷光体，从而使四种类型的发光峰值混合，由此提供了与光谱光视效率具有小的偏差的白光。
在这里，国际照明技术委员会（CIE）将人眼对光的敏感度称为光视函数，将光谱光视效率定义为标准谱光视函数V(λ)。因此，光谱光视效率和标准谱光视函数V(λ)具有相同的含义。图1示出了CIE定义的光谱光视效率V(λ)。也就是说，图1示出了人以最高的灵敏度识别出具有大约555nm的波长的光。
另一方面，专利文献2的目的在于在考虑蓝光对人体的影响的情况下控制具有处于420到490nm的范围内的波长的光。可以预计这样的方法能够产生使褪黑激素的分泌正常化的效果，而褪黑激素是涉及夜间生物钟调节的激素之一。
就此而言，人具有通过体内的生物钟控制的昼夜节律（24小时节律）。人应当基本上生活在自然光下，但是在现代社会中存在各种各样的生活方式，例如，长时间的室内工作和昼夜颠倒的生活方式。如果生活长时间地持续不接受自然光的照射，昼夜节律就会受到干扰，从而带来对人体产生不利影响的担忧。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许公开No.10(1998)-242513
专利文献2：国际公开No.WO2008/06910的小册子
发明内容
本发明所要解决的问题
当前的包括LED的白光源，即包括蓝光LED的白光源具有显著区别于自然光的发光光谱。长时间地处于这样的白光源的照射之下的生活可能对人的昼夜节律造成不利影响。
为了处理这样的问题而实现的本发明的目的在于提供具有接近自然光的发光光谱的发光光谱的白光源以及包括所述白光源的白光源系统。
解决所述问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明的白光源包括具有421到490nm的发光峰值的蓝光发光LED，并且其满足关系式-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2，假设：所述白光源的发光光谱为P(λ)；具有与所述白光源的色温相同的色温的黑体辐射的发光光谱为B(λ)；光谱光视效率的谱为V(λ)；P(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax1；B(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax2。
上述白光源更优选满足关系式-0.1≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.1。此外，优选将所述白光源的色温设为2500到5400K。
上述白光源优选包括LED和磷光体。此外，所述磷光体优选具有处于420到700nm的范围内的发光峰值波长。此外，上述白光源优选包括三种或更多种类型的（更优选为四种或更多种类型的）均具有不同峰值波长的磷光体。此外，上述白光源更优选包括五种或更多种类型的均具有不同峰值波长的磷光体。
此外，所述磷光体的相邻峰值波长还优选相差150nm或更小。
此外，所述磷光体优选与树脂混合以形成磷光体层。此外，所述磷光体层优选具有层叠有通过使磷光体颗粒散布于树脂当中而形成的多个磷光体元件的多层结构。此外，根据本发明的白光源系统包括多个上述根据本发明的白光源。
此外，根据本发明的另一白光源的特征在于，将均具有不同发光光谱的多个白光源和多个蓝光发光LED布置到一个外壳内，所述白光源中的每一个满足关系式
-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2。
此外，根据本发明的白光源系统是通过包含多个上文提到的白光源而构造成的。
本发明的效果
根据本发明的白光源能够再现与自然光的相同的发光光谱。因此，即使人体长时间地暴露于所述白光源发射的白光下，也能够使其对人体产生的不利影响与自然光相当。
附图说明
图1是示出了光谱光视效率V(λ)的图示。
图2是用于获得黑体辐射的发光光谱B(λ)的数学表达式（公式）。
图3是示出了根据示例1的白光源的发光光谱P(λ)的图示。
图4是示出了示例1中的黑体辐射的发光光谱B(λ)的图示（色温：2700K）。
图5是示出了示例1中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的图示。
图6是示出了示例1中的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图示（色温：2700K）。
图7是示出了示例1中的差异A(λ)的图示。
图8是示出了根据示例2的白光源的发光光谱的图示。
图9是示出了示例2中的黑体辐射的发光光谱B(λ)的图示（色温：4100K）。
图10是示出了示例2中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的图示。
图11是示出了示例2中的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图示（色温：4100K）。
图12是示出了示例2中的差异A(λ)的图示。
图13是示出了根据示例3的白光源的发光光谱P(λ)的图示。
图14是示出了示例3中的黑体辐射的发光光谱B(λ)的图示（色温：5400K）。
图15是示出了示例3中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的图示。
图16是示出了示例3中的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图示（色温：5400K）。
图17是示出了示例3中的差异A(λ)的图示。
图18是示出了比较示例1中的差A(λ)的图示。
图19是示出了根据本发明的灯泡型白光源的一个实施例的截面图。
图20是示出了根据本发明的灯泡型白光源的另一实施例的截面图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施例的白光源，所述白光源包括具有421到490nm的发光峰值的蓝光发光LED并且满足关系式-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2，假设：所述白光源的发光光谱为P(λ)；具有与所述白光源的色温相同的色温的黑体辐射的发光光谱为B(λ)；光谱光视效率的谱为V(λ)；P(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax1；B(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax2。这里，λ表示处于可见光范围内的380nm到780nm的波长。
根据下述过程配置满足上述关系式的白光源。首先，测量所述白光源的发光光谱P(λ)。根据符合JIS-C-8152的采用积分球的总光通量测量来测量发光光谱。由所述发光光谱计算色温。注意，色温的单位是开（K）。
接下来，获得具有与所述白光源的色温相同的色温的黑体辐射的发光光谱B(λ)。根据普朗克分布获得发光光谱B(λ)。能够根据图2所示的数学表达式获得普朗克分布。在图2中，h表示普朗克常数，c表示光速，λ表示波长，e表示自然对数的底，k表示波耳兹曼常数，T表示色温。由于h、c、e和k是常数，因而如果确定了色温T，那么就能够根据波长λ获得黑体辐射的发光光谱。
在本发明中，黑体辐射指示自然光（日光）的发光光谱。所述自然光（例如）在白天、早晨和日出时具有不同色温。
具体地，白天自然光的色温大约为5100K，早晨的自然光的色温大约为4200K，日出时的自然光的色温约为2700K。注意，所述的早晨假设是上午7点。
图3示出了下文将要描述的示例1中的发光光谱P(λ)。另一方面，图5示出了示例1中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))。此外，图6示出了示例1的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))（色温：2700K）。
将图1所示的光谱光视效率用作用于获得图5和图6的V(λ)。
图5是通过如下方式获得的曲线图：针对每一波长使图3所示的示例1中的发光光谱P(λ)的值与光谱光视效率V(λ)的值相乘；使所得到的乘积除以(P(λmax1)×V(λmax1))；并绘制所得到的商。在图5中，(P(λ)×V(λ))变为最大处的波长是λmax1=556nm。
图6是通过如下方式获得的曲线图：针对每一波长使图4中的发光光谱B(λ)的值与光谱光视效率V(λ)的值相乘；使所得到的乘积除以(B(λmax2)×V(λmax2))；并绘制所得到的商。在图6中，(B(λ)×V(λ))变为最大处的波长是λmax2=556nm。
(P(λ)×V(λ))指示处于光谱光视效率V(λ)区域内的所述白光源的发光光谱的强度。使(P(λ)×V(λ))除以作为最大值的(P(λmax1)×V(λmax1))，从而其上限可以是图5所示的1.0。
此外，(B(λ)×V(λ))指示处于光谱光视效率V(λ)区域内的黑体辐射的发光光谱的强度。使(B(λ)×V(λ))除以作为最大值的(B(λmax2)×V(λmax2))，从而其上限可以是图6所示的1.0。
接下来，获得差异A(λ)=[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]。根据本实施例的白光源满足关系：-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2。如果所述差异A(λ)满足关系：-0.2≤A(λ)≤+0.2，那么处于所述光谱光视效率V(λ)区域内的所述白光源的发光光谱接近所述黑体辐射的发光光谱，换言之，接近自然光的发光光谱。也就是说，如果差异A(λ)为零（A(λ)=0），那么能够再现与自然光的发光光谱相同的发光光谱。
图7示出了示例1中的差异A(λ)。从图7可以看出，在示例1中，差异A(λ)的范围是-0.03≤A(λ)≤+0.11，并且能够确认在示例1中再现了白天的自然光。
如上所述，根据本实施例，将所述发光光谱设计为接近黑体辐射的发光光谱。因而，与具有显著突出的蓝光峰值的常规白光LED相比，本实施例能够相当大地抑制对人体昼夜节律的不利影响。
如下面示例所描述的，还能够再现日出时的自然光和早晨的自然光，因而能够对所述发光光谱加以控制，以适应预定用途。
此外，如果将能够再现白天的自然光、日出时的自然光和早晨的自然光的白光源结合，那么就能够再现与一天的阳光相同的自然光。例如，如果将这样的结合的白光源用作医院病房的以及用于长时间的室内工作的场所或房间的照明设备，那么能够抑制对居住于其内的患者以及在其内工作的员工的昼夜节律所产生的不利影响。此外，由于能够再现自然光，将其应用于农业领域，例如，采用自然光的作物栽培也是可能的。
优选使这样的白光源具有2500到5400K的发光色温。如果这一色温降至低于2500K以及超过5400K，那么可能会出现由所述白光源发射的光极大地不同于自然光的情况，而且变得难以控制色温。色温的优选范围是2700到5200K。
如上所述的具有差异A(λ)的白光源优选包括：发光二极管（LED）；以及磷光体。LED优选采用具有处于421到490nm的范围内的发光峰值波长的蓝光发光LED。还优选采取一种通过磷光体将具有处于紫外到紫色区域内的发光峰值的LED光转换成可见光的方法。均具有490nm或更大的发光峰值波长的蓝光LED、绿光LED和红光LED的发光峰值高度大，因而难以对其差异A(λ)加以控制，使其落在-0.2≤A(λ)≤+0.2的范围内。此外，不限于LED，也可以采用半导体激光器等，只要所采用的发光源具有421到490nm的发光峰值波长即可。
在通过421到490nm的发光源对磷光体进行激励时，磷光体的发光峰值波长优选处于420到700nm的范围内。此外，还优选采用三种或更多类型的（更优选为五种或更多类型的）均具有不同峰值波长的磷光体。此外，所述磷光体的相邻峰值波长优选相差150nm或更小（优选互相偏离150nm或更少），更优选相差10到100nm，更优选相差10到50nm。也就是说，从蓝光区域到红光区域，使每隔10到100nm的不同峰值波长与三种或更多类型（更优选为五种或更多类型）的磷光体结合使用，从而能够实现下述关系：-0.2≤差异A(λ)≤+0.2。
用于构成每一磷光体的材料没有特殊的限制，只要其发光峰值处于420到700nm的范围内即可，并且以下磷光体优选作为在421至490nm范围内被激励的磷光体。此外，每一磷光体的发光光谱的峰值波长的半值宽度（半带宽度）优选宽达40nm或更高，更优选为50nm到100nm。
蓝光磷光体（B）的示例可以包括铕激活碱土金属磷酸盐磷光体（峰值波长为440到455nm）和铕激活铝酸钡镁磷光体（峰值波长为450到460nm）等。此外，蓝绿光磷光体的示例可以包括铕激活铝酸锶磷光体（峰值波长为480到500nm）、铕激活和锰激活铝酸钡镁磷光体等（峰值波长为510到520nm）。
绿光磷光体（G）的示例可以包括铕激活原硅酸盐磷光体（峰值波长为520到550nm）、铕激活β赛纶陶瓷（sialon）磷光体（峰值波长为535到545nm）以及铕激活锶赛纶陶瓷磷光体（峰值波长为510到530nm）等。
黄光磷光体（Y）的示例可以包括铕激活原硅酸盐磷光体（峰值波长为550到580nm）和铈激活稀土铝石榴石磷光体（峰值波长为550到580nm）等。
红光磷光体（R）的示例可以包括铕激活锶赛纶陶瓷磷光体（峰值波长为600到630nm）、铕激活氧氮钙锶磷光体（峰值波长为610到650nm）、铕激活硫氧化镧磷光体（峰值波长为620到630nm）和锰激活锗氟酸镁（峰值波长为640到660nm）等。
为了控制所述差异A(λ)，优选采用来自上文提及的蓝光磷光体、蓝绿光磷光体、绿光磷光体、黄光磷光体和红光磷光体的示例中的三种或更多种类型的磷光体（更优选为五种或更多种类型）。此外，能够通过改变磷光体的混合比例（混合比）来控制色温。
优选将每一磷光体的平均颗粒尺寸设为5到40μm。如果所述平均颗粒尺寸小于5μm，那么颗粒尺寸过小，因而磷光体的制造困难，从而导致制造成本的增加。另一方面，如果平均颗粒尺寸大于40μm，那么将变得难以均匀地混合相应的磷光体。
接下来，将在下文中解释所述白光源的结构。图19示出了作为根据本发明的白光源的实施例的灯泡型白光源。在图19中，附图标记1表示LED灯泡（白光源），2表示LED模块，3表示基体，4表示球形灯罩、5表示绝缘构件、6表示帽（封口环），7表示基板，8表示LED芯片，9表示磷光体层，10表示透明树脂层。
也就是说，图19所示的LED灯泡1包括：LED模块2；在其上布置LED模块2的基体3；作为附着至基体3的上部用以覆盖LED模块2的外壳的球形灯罩4；在以绝缘构件5作为中间媒介的情况下附着至基体3的下端部分的帽6；以及设置到基体3内的照明电路11。
LED模块2包括发射紫外光到紫光并且安装在基板7上的LED芯片8。将多个LED芯片8表面安装在基板7上。例如，将基于InGaN的、基于GaN的和基于AlGaN的发光二极管等用于所述发射紫外线到紫光的LED芯片8。
在基板7的表面上设置（还根据需要在其内部设置）布线网络（未示出），并将每一LED芯片8的电极电连接至基板7的布线网络。将布线线路12从LED模块2的侧表面或底表面引出，并将所述布线线路12电连接至在基体3内部设置的照明电路11。通过经由照明电路11施加的DC电压开启LED芯片8。
在作为外壳的球形灯罩4的内表面上设置磷光体层9，所述磷光体层9吸收由LED芯片8发射的紫外到紫色光并且发射白光。通过结合三种或更多种类型的（更优选结合五种或更多种类型的）均具有不同峰值波长的磷光体来形成磷光体层9。此外，根据需要使所述磷光体与树脂混合，以形成磷光体层9。此外，可以混合所有的磷光体以形成混合磷光体层。或者，层叠通过混合约一种到三种类型的磷光体而形成的磷光体层，以形成多层磷光体层。
尽管图19示出了在球形灯罩4的内表面上设置磷光体层9的结构，但是也可以在球形灯罩4的外表面上设置磷光体层，或者可以使磷光体在球形灯罩4本身内混合，并且可以使磷光体颗粒混合到透明树脂层10内。尽管图19示出了灯泡类型的白光源，但是本发明不限于此，也可以将其应用单芯片类型白光源。此外，也可以将根据本发明的白光源应用于荧光灯类型（伸长类型）、花灯类型等，而不局限于上述灯泡类型，白光源的形状也不存在特定的限制。
如上所述，对所述差异A(λ)加以控制，从而满足关系：-0.2≤A(λ)≤+0.2，从而能够提供再现自然光的白光源。此外，结合再现白天的自然光、日出时的自然光、早晨的自然光、晚上的自然光等的白光源，从而能够配置再现一天的自然光节律的白光源系统。因此，有可能提供一种能够抑制对人体昼夜节律的不利影响的白光源和白光源系统。
（示例）
（示例1）
制备均具有450nm的发光峰值波长的蓝光发光LED芯片。接下来，制备混合物，其包括具有490nm的峰值波长的铕激活铝酸锶蓝绿光磷光体；具有530nm的峰值波长的铕激活原硅酸盐绿光磷光体；具有555nm的峰值波长的铕激活原硅酸盐黄光磷光体；以及具有630nm的峰值波长的铕激活锶赛纶陶瓷红光磷光体作为在以450nm的电磁波照射时发光的磷光体。
将所述磷光体的平均颗粒尺寸设为15μm。以蓝绿光磷光体：绿光磷光体：黄光磷光体：红光磷光体=20：25：15：40的重量比（按质量的比率）混合所述磷光体，对其进行混合，随后使之与透明树脂混合，并将其敷设（涂覆）到球形灯罩内表面上，由此制造图19所示的灯泡型白光源。所获得的白光源的发光颜色的相关色温为2700K。这一2700K的色温相当于日出时自然光的色温。
图3示出了根据符合JIS-C-8152的采用积分球的总光通量测量对示例1中的灯泡型白光源的发光光谱进行测量所得到的结果。图5示出了示例1中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))，其是采用图1中的光谱光视分布V(λ)获得的。注意，示例1中的λmax1是574nm。
之后，图4示出了具有2700K的色温的黑体辐射的发光光谱，其是根据普朗克分布（图2中的方程）获得的。图6示出了在假设图4中的发光光谱为B(λ)的情况下获得的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))。注意λmax2为572nm。
根据[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]获得了示例1中的差异A(λ)。图7示出了其结果。从图7显然可以看出，在示例1的白光源中，与白天自然光的发光光谱的差异A(λ)在380到780nm的可见光区域内处于-0.2到+0.2的范围内。具体而言，所述差异A(λ)为-0.03到+0.11。
（示例2）
制备均具有445nm的发光峰值波长的蓝光发光LED芯片。接下来，制备混合物，其包括具有490nm的峰值波长的铕激活铝酸锶蓝绿光磷光体；具有530nm的峰值波长的铕激活原硅酸盐绿光磷光体；具有555nm的峰值波长的铕激活原硅酸盐绿光磷光体；具有530nm的峰值波长的铕激活原硅酸盐黄光磷光体；以及具有630nm的峰值波长的铕激活锶赛纶陶瓷红光磷光体作为在以445nm的电磁波照射时发光的磷光体。
就此而言，将所述磷光体的平均颗粒尺寸设为15μm。以蓝绿光磷光体：绿光磷光体：黄光磷光体：红光磷光体=30：30：20：20的重量比（按质量的比率）混合相应的磷光体，之后使所述混合物与透明树脂混合，并将其敷设（涂覆）到球形灯罩内表面上，由此制造图19所示的灯泡型白光源1。由此获得的白光源的发光颜色的相关色温为4100K。这一4100K的色温相当于早晨自然光的色温。
按照与示例1中相同的方式，根据采用积分球的总光通量测量检查示例2中的白光源的发光光谱。图8示出了其结果。图10示出了示例2中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))，其是采用示例1中的光谱光视效率V(λ)获得的。注意，示例2中的λmax1是559nm。
之后，图9示出了具有4100K的色温的黑体辐射的发光光谱，其是根据普朗克分布（图2中的方程）获得的。图11示出了(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))，其是在假设图9中的发光光谱为B(λ)的情况下获得的。注意，λmax2为560nm。
示例2中的差异A(λ)是根据[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]获得的。图12示出了其结果。从图12显然可以看出，在示例2的白光源中，与早晨的自然光的发光光谱的差异A(λ)在380到780nm的可见光区域内处于-0.2到+0.2的范围内。具体而言，所述差A(λ)为-0.04到+0.07。
（示例3）
制备均具有450nm的发光峰值波长的蓝光发光LED芯片。接下来，制备混合物，其包括具有490nm的峰值波长的铕激活铝酸锶蓝绿光磷光体；具有530nm的峰值波长的铕激活原硅酸盐绿光磷光体；具有555nm的峰值波长的铕激活原硅酸盐黄光磷光体；以及具有630nm的峰值波长的铕激活锶赛纶陶瓷红光磷光体作为在以450nm的电磁波照射时发光的磷光体。
就此而言，将所述磷光体的平均颗粒尺寸设为15μm。以蓝绿光磷光体：绿光磷光体：黄光磷光体：红光磷光体=40：30：10：20的重量比混合相应的磷光体。之后使所述混合物进一步与透明树脂混合，并将其敷设（涂覆）到球形灯罩内表面上，由此制造图19所示的灯泡型白光源1。所获得的白光源的发光颜色的相关色温为5400K。所述白光源的这一色温相当于白天的自然光的色温。
按照与例1中相同的方式，根据采用积分球的总光通量测量检查示例3中的白光源的发光光谱P(λ)。图13示出了其结果。图16示出了示例3中的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))，其是采用图1所示的光谱光视效率V(λ)获得的。注意例3中的λmax1为550nm。
之后，图14示出了具有5400K的色温的黑体辐射的发光光谱，其是根据普朗克分布（图2所示的方程）获得的。图16示出了在假设图14中的发光光谱为B(λ)的情况下获得的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))。注意，λmax2为555nm。
示例3中的差异A(λ)是根据[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]获得的。图17示出了其结果。从图17显然可以看出，在示例3的白光源中，与白天的自然光的发光光谱的差异A(λ)在380到780nm的可见光区域内处于-0.2到+0.2的范围内。具体而言，所述差A(λ)为-0.06到+0.06。
（比较示例1）
使具有460nm的发光峰值波长的蓝光发光二极管与铈激活钇铝石榴石黄光磷光体结合，由此制造比较示例1中的白光源。比较示例1中的白光源的色温为5100K，如图18所示，其差异A(λ)为-0.28到+0.04。
受检者（10个人）将在白天的9:00到17:00的时间处于上述示例和比较示例1中均具有相同的照明强度的白光源下，并在同一天的晚上（21:00）测量所分泌的褪黑激素的量。注意，根据唾液检查对所分泌的褪黑激素的量进行分析。在假设比较示例1中所分泌的褪黑激素的量为100的情况下测量上述示例的每一个当中分泌的褪黑激素的量（10个人的平均值）。表1示出了其结果。
[表1]
样本编号 所分泌的褪黑激素的量
示例1 118
示例2 115
示例3 111
比较示例1 100
从表1所示的结果中显然可以看出，与比较示例1中的常规白光源相比，在上述示例的每一个中的白光源下，受检者体内分泌的褪黑激素的量更大。褪黑激素是脑的松果体分泌的激素之一，一般来说所分泌的褪黑激素的量白天较小，夜间较多。其原因被认为是由于人在白天生活在自然光下。因而，褪黑激素被认为是具有安稳的睡眠所必需的。此外，在美国和其他国家褪黑激素被广泛用作防止人体中的氧化的添加剂。
因此，在难以暴露于自然光下的情况下（例如，在医院病房内以及进行长时间的室内活动）借助上述示例中的白光源能够获得与暴露于自然光下获得的效果相当的效果，而且能够预计到抑制睡眠障碍和昼夜节律紊乱的效果。
在上文提到的示例中，单独调配出了日出时的自然光（示例1）、早晨的自然光（示例2）和白天的自然光（示例3）。或者，通过酌情合并多种类型的光而构造出白光源，由此还能够再现相当于一天的自然光的光。
具体而言，如图20所示，可以将用于发射白天的自然光的LED芯片8a和磷光体层9a、用于发射日出时的自然光的LED芯片8b和磷光体层9b以及用于发射早晨的自然光的LED芯片8c和磷光体层9c一起放到公共的基板7上。之后，可以将分别与磷光体层9a、9b和9c接合的LED芯片8a、8b和8c容纳到同一球形灯罩4内，由此构造出了白光源系统1a。此外，可以在LED芯片8和磷光体层9之间设置透明树脂层10。
将LED芯片8a、8b和8c的每一个通过布线线路12a连接至照明电路11a。用户能够随意选择将通过附着至照明电路11a的开关机构（未示出）开启的LED芯片。
根据如上文所配置的白光源系统1a，能够根据用户的意愿和照明周期由一个白光源系统1a有选择地享有白天的自然光、日出时的自然光和早晨的自然光。也就是说，结合再现白天的自然光、日出时的自然光和早晨的自然光的白光源等，由此能够配置再现一天的自然光的节律的白光源系统。
工业实用性
根据本发明的白光源和白光源系统能够再现与自然光的相同的发光光谱。因此，即使人体长时间地暴露于所述白光源发射的白光下，也能够使其对人体产生的不利影响与自然光相当。
附图标记说明
1…LED灯泡（白光源），1a…白光源系统，2,2a…LED模块，3…基体，4…球形灯罩（外壳），5…绝缘构件，6…帽（封口环），7…基板，8,8a,8b,8c…LED芯片，9,9a,9b,9c…磷光体层，10…透明树脂层，11,11a…照明电路，12,12a…布线线路。

Claims (12)

1.一种白光源，所述白光源包括具有421到490nm的发光峰值的蓝光发光LED并且满足下述关系式
-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2，
假设：所述白光源的发光光谱为P(λ)；具有与所述白光源的色温相同的色温的黑体辐射的发光光谱为B(λ)；光谱光视效率的谱为V(λ)；P(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax1；B(λ)×V(λ)变为最大处的波长为λmax2。
2.根据权利要求1所述的白光源，其中，所述白光源满足下述关系式：
-0.1≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.1。
3.根据权利要求1和权利要求2中的任一项所述的白光源，其中，所述白光源的所述色温为2500到5400K。
4.根据权利要求1到权利要求3中的任一项所述的白光源，其中，所述白光源包括LED和磷光体。
5.根据权利要求4所述的白光源，其中，所述磷光体具有处于420到700nm的范围内的发光峰值。
6.根据权利要求4和权利要求5中的任一项所述的白光源，其中，所述白光源包括三种或更多种类型的具有不同峰值波长的磷光体。
7.根据权利要求4到权利要求6中的任一项所述的白光源，其中，所述白光源包括五种或更多种类型的具有不同峰值波长的磷光体。
8.根据权利要求4到权利要求7中的任一项所述的白光源，其中，所述磷光体的相邻峰值波长相差150nm或更小。
9.根据权利要求4到权利要求8中的任一项所述的白光源，其中，所述磷光体形成磷光体颗粒和树脂混合于其中的磷光体层。
10.根据权利要求9所述的白光源，其中，所述磷光体层具有多层结构，所述多层结构中层叠有通过将磷光体颗粒散布于树脂内而形成的多个磷光体元件。
11.根据权利要求1到权利要求10中的任一项所述的白光源，其中，多个蓝光发光LED和均具有不同发光光谱的多个所述白光源布置在一个外壳内，并且
其中，所述白光源中的每一个满足下述关系式
-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2。
12.一种白光源系统，包括多个根据权利要求1到权利要求11中的任一项所述的白光源。
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