CN104080244B - 照明装置 - Google Patents

Abstract

在照明装置中，在维持被照明光照射的视觉对象物的鲜艳程度和有好感的色貌的同时，根据期望的气氛容易地改变光色。照明装置具备：具有相互不同的发光光谱的2种以上的光源；控制器，用于设定由光源射出的照明光的色温；以及控制部，对光源的输出进行单独控制，以使照明光成为由控制器设定的色温。对控制器进行操作而变更设定色温时，控制部控制光源的输出，使得在醒目指数FCI大于123且FCI的变化幅度收敛在10以内的状态下改变色温。因此，当色温变更时，将FCI维持在大于123的值，所以能够在维持了被照明光照射的视觉对象物的鲜艳程度以及有好感的色貌的同时，根据期望的气氛容易地改变光色。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及考虑色貌而改变照明光的色温的照明装置。

背景技术

以往有如下的照明装置：通过将视觉对象物的色彩鲜艳地显色，能够使视觉对象物的颜色看起来好看。作为这种照明装置，例如已知如下的照明装置：将来自红色、蓝色、绿色及白色的LED的光进行加法混色，增大色域面积，从而能够使被照明光照射的视觉对象物的颜色看起来鲜艳（例如参见专利文献1）。

另外，存在于照明环境的视觉对象物的颜色的鲜艳程度受到从视觉对象物感受到的醒目感的影响。然而，该醒目感的影响不能通过以往的显色性评价中普遍使用的平均显色评价指数（Ra）来适当地进行评价。在此，通过将醒目感的评价指数、即醒目指数（FCI：Feeling of contrast index）和Ra一并使用，能够全面且更加适当地评价光源的显色性（参见非专利文献1）。

FCI是表示光源的颜色再现的醒目程度和鲜艳程度的指标，由下述式（1）定义。

【数学式1】

$\mathrm{FCI}={\left[\frac{G_{\mathrm{LAB}}\left(T\right)}{G_{\mathrm{LAB}}\left(D65\right)}\right]}^{1.5}\×100...\left(1\right)$

G_LAB（T）：测试光源下的红·蓝·绿·黄的4色配色样品的LAB表色系中的色域面积

G_LAB（D65）：基准光源D65下的红·蓝·绿·黄的4色配色样品的LAB表色系中的色域面积

在基准光源D65下FCI为100，该FCI大于100的光源与基准光源D65 相比，将颜色更加鲜艳地显色，使空间看起来更加明亮。作为以该FCI为指标的照明器具，已知如下的照明器具：设定在放电灯中使用的荧光体的种类以及它们的重量比，以使来自放电灯的照射光的FCI处于预定的范围（例如参见专利文献2）。根据该照明器具，能够进行使鲜花、树叶的绿色的色彩醒目的照明。

专利文献1：日本特开2011-204659号公报

专利文献2：日本登记专利第3040719号公报

非专利文献1：新编色彩科学手册[第3版]日本色彩学会编

然而，FCI在一般的白色光源下随着色温增高而降低。具体地讲，相关色温为2700K的白炽灯的FCI是123，相对于此，相关色温为5200K的高显色型荧光灯的FCI是104。近年来，将发光颜色不同的多个光源用作光源并控制各个光源的输出比、从而能够变更照明光的色温的照明装置逐渐普及，但这只是单纯地改变照明光的色温，色貌（color appearance）的好感度不能随意改变。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的在于，提供一种照明装置，在维持被照明光照射的视觉对象物的鲜艳程度和舒适的色貌的同时，根据所需要的气氛容易地改变光色。

为了解决上述课题，本发明照明装置的特征在于，具备：具有相互不同的发光光谱的2种以上的光源；操作部，用于设定由所述光源射出的照明光的色温；以及控制部，对所述光源的输出进行单独控制，以使所述照明光成为由所述操作部设定的色温；对所述操作部进行操作而变更了设定色温时，所述控制部控制所述光源的输出，使得在醒目指数FCI大于123、且所述FCI的变化幅度收敛在10以内的状态下改变色温。

在上述照明装置中，优选由所述操作部设定的所述照明光的色温的变化幅度为2700～5000K。

在上述照明装置中，优选所述光源包括：射出色温相对较高的白色光的发光元件、射出色温相对较低的白色光的发光元件、射出绿色光的发光元件、以及射出红色光的发光元件。

发明的效果：

根据本发明，当色温变更时，将醒目指数FCI维持在大于123的值，所以能够在维持被照明光照射的视觉对象物的鲜艳程度和舒适的色貌的同时，根据所需要的气氛容易地改变光色。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的照明装置的构成图。

图2（a）至（e）是表示该照明装置的控制器中的操作单元的变形的图。

图3（a）是安装了该照明装置的灯具的立体图，（b）是该灯具的分解立体图，（c）是在该灯具中使用的固体发光元件及基板的俯视图。

图4是在上述照明装置中使用的LED的侧剖视图。

图5是在上述照明装置中使用的电源单元的构成图。

图6是表示醒目指数与色貌的好感度的相关性的图。

图7（a）是表示在实施例1中使用的光源的分光光谱的图，（b）是表示在实施例2中使用的光源的分光光谱的图，（c）是表示在比较例中使用的光源的分光光谱的图。

图8是表示在实施例2中使用的光源的色温2700K及4700K的照明光的分光光谱的图。

图9是表示实施例1、2及比较例的相关色温与红色的鲜艳程度的相关性的图。

附图标记说明：

1 照明装置

2 光源

2a、2b、2c LED

3 控制器（操作部）

4 控制部

具体实施方式

参照图1至图9说明本发明的一个实施方式的照明装置。如图1所示，本实施方式的照明装置1具备：光源2；操作部（以下称为控制器）3，用 于设定由光源2发出的照明光的色温；以及控制部4，对光源2的输出进行单独控制，以使照明光成为由控制器3设定的色温。光源2使用具有相互不同的发光光谱的2种以上的固体发光元件（以下称为LED），在图例中作为光源2使用LED2a、2b、2c，它们被组装到灯具10上。但是，光源的种类不限于3种，在后述的实施例中，示出使用了2种或者4种光源的构成。另外，照明装置1具备向各个LED2a～2c供给预定电力的电源单元5。如图所示，电源单元5可以是自身独立的构成，也可以组装到控制器3或灯具10的任意一方。

控制器3具备外壳30、用来供用户设定照明光的色温的圆筒形的调量开关31、以及对照明装置1进行开关的电源开关32。调量开关31转动自如地设置于外壳30，用户能够设定所需的色温。电源开关32由拨动开关或按钮开关等构成，对从交流电源AC向电源单元5的供电路径进行开闭。控制部4内置于控制器3的外壳30内，根据由调量开关31的操作而设定的相关色温生成直流电压信号。

在图1中，作为由用户进行操作的操作单元，例示了旋转式的调量开关31，但用户只要能够设定所需的色温即可，操作单元可以是其他构成。例如，可以如图2（a）所示，采用使滑动指针沿纵向滑动的方式，也可以如图2（b）所示，采用按压高低按钮的方式，也可以如图2（c）所示，采用与预定的色温对应起来的多段开关。另外，也可以如图2（d）所示，将旋转式调量开关和多段开关组合，也可以如图2（e）所示，采用输入色温数值的方式。此外，也可以将上述的按钮或滑动指针显示到触摸面板上，通过与设定色温对应的颜色来表现。该显示可以是文字，也可以是橙色、蓝色这样的色彩。

如图3（a）所示，灯具10作为嵌入到例如顶棚、壁面等中的嵌入型下照灯使用。灯具10具备主体部11，主体部11保持器具主体，并且收敛使构成光源2的LED2a～2c点亮的电源单元（未图示）。另外，灯具10具备：框体部12，嵌入到形成于顶棚等的开口部，对光源2等进行保持；端子台13，连接有用于从商用电源接受供电的电源线；以及安装弹簧14，用于将框体部12固定到顶棚等。

另外，如图3（b）所示，灯具10具备：基板15，用于搭载LED2a～2c； 散热部件16，用于将LED2a～2c的热发散；以及保持部件17，设置于基板15与散热部件16之间。另外，灯具10具备保护LED2a～2c的保护盖18。在该保护盖18的背面侧设置有螺钉保持体（未图示），通过从散热部件16（主体部11）内侧插通的螺钉（未图示）将保护盖18和散热部件16固定。

如图3（c）所示，LED2a～2c优选以同种的LED不相邻的方式相互错开配置在基板15的大致中央区域及其周边。另外，LED2a～2c的配置不限于图例的构成。

基板15是通用的发光模块用的基板，由例如氧化铝（Al₂O₃）、氮化铝（AlN）等具有电绝缘性的金属氧化物（包括陶瓷）、金属氮化物、或者金属、树脂、玻璃纤维等材料构成。形成在基板15上的布线电路（未图示）被绝缘材料覆盖，LED2a～2c与各个正负电极的连接位置、以及与布线的连接位置分别作为电极端子露出（未图示）。

如图4所示，光源2（LED2a～2c）具备：截面呈矩形的基材20；安装在基材20上的发光部（LED芯片）21；具有包围LED芯片21的凹部的框体22；以及填充在框体22中的填充材料23。填充材料23使用硅等，含有对来自LED芯片21的出射光的波长进行变换的荧光体24a、24b。另外，在图例中，示出使用了2种荧光体24a、24b的构成，然而荧光体的种类不限于2种，将光源2的出射光适当地调整为后述的发光光谱。

在基材20的一侧面设置有阴电极25，在另一侧面设置有阳电极26，它们分别与形成在基材20的下表面两端部的外部连接电极27、28连接。另外，阴电极25及阳电极26分别通过金属线29与LED芯片21的各个电极端子（未图示）连接。框体22的内周面形成为在光的导出方向开口的圆锥面，圆锥面的表面具有光反射功能。

在LED芯片21中优选使用射出蓝色光的蓝色LED元件，通过调整荧光体24a、24b的种类或含有量，得到射出所需色度的光的LED2。图1中示出的各个LED2a、2b、2c的光色的色度坐标分别为（x₁，y₁）、（x₂，y₂）、（x₃，y₃），各个LED2a、2b、2c的光分别为Y₁、Y₂、Y₃时，作为混色光的照明光的光色的色度坐标（x₀，y₀）及光量Y₀由下述式（2）表示。而且，通过改变LED2a、2b、2c的光量Y₁、Y₂、Y₃的比率，能够变更作为混色光得到的照明光的色温。

【数学式2】

$\begin{array}{c}{x}_0=\frac{x_1\frac{Y_1}{y_1}+x_2\frac{Y_2}{y_2}+x_3\frac{Y_3}{y_3}}{\frac{Y_1}{y_1}+\frac{Y_2}{y_2}+\frac{Y_3}{y_3}}\\ y_0=\frac{Y_1+Y_2+Y_3}{\frac{Y_1}{y_1}+\frac{Y_2}{y_2}+\frac{Y_3}{y_3}}\\ Y_0=Y_1+Y_2+Y_3\end{array}\mathrm{...}\left(2\right)$

另外，除了荧光体24a、24b之外，或者替换于此，也可以使用通过使预定波长的光选择性地透过而变换LED2的出射光的波长的滤光片(未图示)。该滤光片也可以设置在灯具10的保护盖18上(参见图2(b))。另外，也可以在LED2上设置用于适当地控制出射光的配光的透镜部件(未图示)，上述的荧光体24a、24b或者滤光片被组装到该透镜部件或者LED2与透镜部件之间。

如图5所示，电源单元5具备：控制信号输入部51，被输入来自控制器3的控制信号；以及交流/直流变换部52，将通过控制器3供电的交流电压变换为所需的直流电压。另外，电源单元5具备：第1～第3LED驱动部53a～53c，分别对各个LED2a～2c(参见图1)进行驱动；以及驱动信号变换部54，将输入到控制信号输入部51的控制信号变换为输出到第1～第3LED驱动部53a～53c的驱动信号。驱动信号变换部54输出由接通占空比(on-duty ratio)可变的一定周期的矩形波信号构成的驱动信号，从而对第1～第3LED驱动部53a～53c的开关元件(未图示)进行PWM(脉冲宽度调制)控制，调节向LED2a～2c的供电量。

在电源单元5中，从控制器3的控制信号生成部输出的控制信号被控制信号输入部51变换为与接通占空比(色温)对应的电压水平的直流电压信号。而且，该直流电压信号被驱动信号变换部54变换为针对第1～第3LED驱动部53a～53c的驱动信号。驱动信号变换部54由微计算机及存储器构成。在该存储器中存储有直流电压信号的信号电平(色温)、与设定的色温对应的照明光的光色的色度坐标(x₀，y₀)、与该色度坐标对应的各个LED2a～ 2c的光量Y₁、Y₂、Y₃的比率、以及表示它们的对应关系的变换表。微计算机根据在存储器中存储的变换表将直流电压信号变换为驱动信号。

在此，用各种醒目指数FCI的照明光照射作为视觉对象物的植物，进行了评价色貌好感度的实验。由实验结果可知，如图6所示，FCI越高，好感度的评价越高，在FCI的变化幅度大于10的条件下，在评价中存在显著差异。另外，通常认为能够使视觉对象物看起来漂亮的白炽灯的FCI为123。于是，在本实施方式中，当对控制器3进行操作而变更了设定色温时，控制部4控制各个LED的输出，使得在将醒目指数FCI设为大于123且FCI的变化幅度收敛在10以内的状态下色温改变。

在此，醒目指数FCI是通过上述式（1）定义的值。也就是说，将测试光源下的红·蓝·绿·黄的4色配色样品的LAB表色系中的色域面积设为G_LAB（T），将基准光源D65下的上述4色配色样品的LAB表色系中的色域面积设为G_LAB（D65）时，FCI用[G_LAB（T）/G_LAB（D65）]^1.5×100表示。

下面针对本实施方式的照明装置1，例示说明具体实施例及比较例。

<实施例1>

实施例1的照明装置1，通过使用高FCI的低色温的灯泡色LED1a和高色温的白色LED2a这2种光源2，能够在维持高FCI的状态下改变照明光的相关色温。图7（a）表示作为实施例1的光源2使用的LED1a、2a的各个发光光谱。LED1a通过在氮化镓系蓝色LED芯片上覆盖添加了CASN系红色荧光体的填充材料而构成，LED2a通过在氮化镓系蓝色LED芯片上覆盖添加了BOSE系绿色荧光体的填充材料而构成，分别调整各个荧光体相对于各个填充材料的添加量。

<实施例2>

实施例2的照明装置1，通过使用高显色性的灯泡色LED1b、高显色性的白色LED2b、氮化镓系的绿色LED3b、AlInGaP系的红色LED4b这4种光源2，能够在维持高FCI的状态下改变照明光的相关色温。图7（b）表示作为实施例2的光源2使用的LED1b、2b、3b、4b的各个发光光谱。LED2b通过在氮化镓系蓝色LED芯片上覆盖添加了CASN系红色荧光体的填充材料而构成，LED2b通过在氮化镓系蓝色LED芯片上覆盖添加了BOSE系绿色荧光体的填充材料而构成，各个荧光体在各个填充材料中的添加量被调整为 不同。另外，对于各个荧光体在各个填充材料中的添加量，实施例2的LED1b、2b与实施例1的LED1a以及LED2a不同。另外，LED3b通过在氮化镓系蓝色LED芯片上覆盖添加了Ba₂SiO₄：Eu的填充材料而构成，LED4b通过在氮化镓系蓝色LED芯片上覆盖添加了CaAlSiN₃：Eu的填充材料而构成。

<比较例>

比较例的照明装置使用高显色性的低色温LED1c和高色温的LED2c。图7（c）表示作为比较例的光源使用的LED1c、2c的各个发光光谱。这些LED1c、2c中的各个荧光体相对于填充材料的添加量与实施例1、2的LED1a、1b以及LED2a、2b不同。

对于以上述方式构成的上述实施例1、2的照明装置1及比较例的照明装置，对控制器3的调量开关31进行操作，将色温设定在2700～4700K（实施例1中为5000K）的范围。该色温宽度能够实现由JIS Z9112中规定的灯泡色、温白色、白色、昼白色的照明光。另外，如下述表1所示，与各个设定色温对应的光源2的输出比被存储到驱动信号变换部54（参见图5）的存储器，被控制成各个LED的光量Y与所设定的色温对应。

【表1】

在比较例中，随着用户进行提高色温的操作，醒目指数FCI下降，照射对象的色貌的鲜艳程度和好感度改变。相对于此，在实施例1中，即使用户进行提高色温的操作，FCI仍保持在一定的范围，所以能够维持照射对象的鲜艳的、有好感的色貌。另外，在实施例2中也得到了同样的结果。

图8是在实施例2中相关色温的设定值为2700K以及4700K时从光源2输出的照明光的分光光谱。在实施例2中，通过使用发光颜色分别不同的4种LED1b、2b、3b、4b，从而能够在各个设定色温中有效地得到为了得到该色温所需的波长成分。

图9是对于上述实施例1、2的照明装置1及比较例的照明装置表示每个相关色温（CCT）的红色的色貌的鲜艳程度（Cab*）。如图所示，在实施例1、2中，任意CCT的Cab*均为60以上，伴随于色温变化的鲜艳程度的变化少。另一方面，在比较例中，随着CCT变高，Cab*下降。

像这样，在照明装置1中，对控制器3进行操作而变更了设定色温时，在醒目指数FCI大于123且FCI的变化幅度收敛在10以内的状态下改变色温。因此，FCI被维持在比123大的值，所以能够在维持了被照射照明光的视觉对象物的鲜艳程度以及有好感的色貌的状态下，根据期望的气氛容易地改变光色。

另外，本发明不限于上述实施方式，能够进行各种变形。关于各个LED的分光分布的实现，荧光体的组合不限于例示的例子。另外，LED的种类以及它们的组合不限于实施例所示的数量、组合，只要能够维持醒目指数FCI即可。

Claims (3)

1.一种照明装置，其特征在于，具备：

具有相互不同的发光光谱的2种以上的光源；

操作部，用于设定由所述光源射出的照明光的色温；以及

控制部，对所述光源的输出进行单独控制，以使所述照明光成为由所述操作部设定的色温；

对所述操作部进行操作而变更了设定色温时，所述控制部控制所述光源的输出，使得在醒目指数FCI大于123、且所述FCI的变化幅度收敛在10以内的状态下改变色温，

将测试光源下的红、蓝、绿、黄的4色配色样品的LAB表色系中的色域面积设为G_LAB(T)、并且将基准光源D65下的红、蓝、绿、黄的4色配色样品的LAB表色系中的色域面积设为G_LAB(D65)时，所述FCI通过[G_LAB(T)/G_LAB(D65)]^1.5×100来表示。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

由所述操作部设定的所述照明光的色温的变化幅度为2700～5000K。

3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，

所述光源包括：射出色温相对较高的白色光的发光元件、射出色温相对较低的白色光的发光元件、射出绿色光的发光元件、以及射出红色光的发光元件。