CN107710425B - 白色光源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是在白色光源系统中再现色温度及发光光谱形状时时刻刻变化的太阳光的发光特性，利用作为办公室、家庭用的照明。根据实施方式，提供包含多个白色光源的白色光源系统。在将各白色光源的发光光谱设定为P(λ)，将显示与各白色光源相同的色温度的黑体辐射的发光光谱设定为B(λ)，将光谱光视效率的光谱设定为V(λ)，将P(λ)×V(λ)成为最大的波长设定为λmax1，将B(λ)×V(λ)成为最大的波长设定为λmax2时，满足(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))与(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的差值的绝对值成为0.15以下的关系式。其特征在于，通过使来自多个白色光源的光的混合比例变化，使得由系统射出的白色光的发光特性随着时间的经过而连续地变化。

Description

白色光源系统
技术领域
本发明涉及一种白色光源系统，其特征在于，能够连续且忠实地再现 随着时间的经过而变化的太阳光的发光光谱形状及发光强度。
背景技术
近年来，从节能、二氧化碳减排的观点出发，使用了LED(发光二极 管)的光源受到关注。与使用了钨丝的以往的白炽灯泡相比，能够长寿命 且节能，由于其便利性，LED照明正在急速地扩大市场。最初的LED照明 大多是将蓝色发光的LED与黄色发光的荧光体组合而得到白色光的类型的 LED，仅能够再现缺乏温暖感的不自然的白色。然而，随着LED制品的市 场扩大，性能提高也显著，进行了有关LED与荧光体的组合的改良，结果 开发了各种种类的LED白色光源。
例如在专利文献1中公开了一种能够再现5种白色光的照明器具。其 是将LED与各种荧光体进行组合，准备发出色温度高的白色光和色温度低 的白色光的2种LED，通过将它们的发光以各种比例进行混合，从而得到 灯泡色、暖白色、白色、自然白(也称为昼白色；中性白色，neutral white)、 日光色(Daylight)这5种白色光的照明器具。在屋内照明中，通过将这样 的多种白色光适当分开使用，从而能够在日常生活的各种场景中获得与目 的相应的照明演出效果。
另一方面，近年来，开发了不只考虑单纯的演出效果并且还考虑了对 人体的影响的照明。一个是由于蓝色LED所放出的强光抑制人体的荷尔蒙 (褪黑素)分泌等对人体的不良影响令人担忧，因此提出了降低了蓝色光 影响的照明。例如在专利文献2中提供了一种白色光，其不是单纯地降低 蓝色光的强度，而是想办法将发光峰不同的LED与荧光体组合而将4种发 光峰混合，从而蓝色光的影响少，并且与光谱光视效率(也称为视见函数； 发光效率)的偏差少。
另一个是还有要将LED光源积极地有效利用于体力的恢复、增强的动 向。例如，尝试原样再现对人体柔和的太阳光、对人体所具有的生物钟进 行积极推动来谋求增进健康等。专利文献3及专利文献7是涉及具有与太 阳光同等的发光光谱的白色光源的发明，是使色温度不同的太阳光通过相 同色温度的黑体辐射光谱而再现的发明。就该发明而言，使各种色温度的 太阳光包含连光谱形状在内均近似，可获得能够对应于生物钟节律的白色 照明。专利文献4是涉及控制装置的发明，该控制装置具有探测人体周围 的照度、温度的机构，基于所获得的数据，按照生物节律来调整人体周围 的照明或空调。另外，专利文献5是涉及使用了白色光源的照明系统的发 明，其涉及照明的对象是以人类等为中心的办公室照明等。通过能够一边 探测屋外光的变化一边调整屋内光的色温度、照度的系统，能够获得对应 于由人体的生理现象、季节引起的变化的白色照明。最后，专利文献6是 涉及将不同色温度的多个发光二极管模块组合而得到的人工太阳光系统的 发明，其能够再现照射在地球上的不同纬度、经度的地点的太阳光的色温 度的时间变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-265818号公报
专利文献2：国际公开第2008/069101号
专利文献3：国际公开第2012/144087号
专利文献4：日本特开平8-193738号公报
专利文献5：日本特开2011-23339号公报
专利文献6：日本特表2009-540599号公报
专利文献7：国际公开第2012/108065号
发明内容
发明所要解决的课题
近年来，变得能够使用LED光源来得到各种白色光，进行了各种的下 述尝试：以人工的白色光源来获得与太阳光同等的照明效果。然而，虽然 宣称与太阳光同等的发光特性，但只是使表面上的特性近似，就再现太阳 光的观点而言，不充分的特性的情况较多。例如专利文献6涉及人工太阳 光系统的发明，但其是将根据时间、场所不同而变化的太阳光的发光特性 以色温度作为基准来进行再现的发明。然而，即使仅使色温度一致，作为 太阳光的再现水平也是不充分的。其原因是由于：为了真正地再现太阳光， 不仅是单纯的色温度，还需要使包括形成特定的色温度的各发光成分的波 长、强度在内也一致。在这一点上，就专利文献6的人工太阳光系统而言， 只不过是仅再现了表观上的发光色，不能说再现水平充分。另外，专利文 献5是涉及能够与自然环境中的太阳光的变化相吻合地对应的照明系统的 发明。但是，即便是该发明也只不过是着眼于色温度和照度来调控照明， 不能说对于太阳光的再现水平是充分的。
另一方面，专利文献3和专利文献7是使色温度不同的太阳光通过相 同色温度的黑体辐射光谱而再现的发明。由于太阳可以看作黑体的1种， 并且使其连黑体辐射光谱的形状在内都一起近似，因此从太阳光的再现的 观点出发，是引用专利文献中最优异的方式。另外，就该发明而言，与太 阳光1天的变化相对应的色温度的变化也能够再现。然而，在该发明的情 况下，作为发光特性的再现，虽然处于能够满足一定程度的水平，但在再 现发光特性的变化的方面不充分。其原因是，虽然能够再现各种色温度的 白色光，但仅能够片断地再现特定的色温度，并非连续地再现太阳光的色 温度变化。
就再现发光特性的变化这点而言，其他专利文献也一样。虽然宣称能 够再现各种色温度的白色光、能够再现发光色的变化的专利文献有一些， 但作为具体的方式，大部分是片断地再现特定的色温度的白色光的方式。 它们当中，专利文献5着眼于太阳光的色温度变化，采取了与变化相应的 照明方法，但仅是以时间单位来切换色温度的变化，并非再现连续的变化。
如上所述，作为能够再现太阳光的发光特性的照明，虽然公开了各种 发明，但是现状是仅有下述照明：太阳光的发光色、发光光谱的再现不充 分或者没有连续地再现发光色、发光光谱发生变化的样子或者上述中的任 一种或两种特性均不充分。
本发明的目的在于，在白色光源系统中再现色温度及发光光谱形状时 时刻刻发生变化的太阳光的发光特性，利用作为办公室、家庭用的照明。
用于解决课题的手段
根据本发明，提供包含多个白色光源的白色光源系统。在将各白色光 源的发光光谱设定为P(λ)，将显示与各白色光源相同的色温度的黑体辐 射的发光光谱设定为B(λ)，将光谱光视效率的光谱设定为V(λ)，将P (λ)×V(λ)成为最大的波长设定为λmax1，将B(λ)×V(λ)成为最大 的波长设定为λmax2时，(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1)) 与(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的差值的绝对值满足下 述的数学式1中所示的关系式。其特征在于，通过使来自多个白色光源的 光的混合比例变化，使得由系统射出的白色光的发光特性随着时间的经过 而连续地变化。白色光源系统中包含的多个白色光源分别优选平均演色评 价指数为97以上。由此，可得到自然光同样的高演色性。另外，进一步优 选由白色光源系统射出的白色光的平均演色评价指数为97以上。
[数学式1]
|((P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))|≤0.15
本发明的白色光源系统中使用的白色光源是如下白色光源：具有与太 阳光同等水平的发光光谱形状、将色温度不同的至少2种以上的白色光源 组合而再现各种色温度下的太阳光。本发明中使用的各种白色光源是如下 白色光源：以与太阳光同等水平含有太阳光所具有的可见光区域的发光成 分，将各白色光源以任意的比例混合而得到的混合白色光也能够包含与太 阳光同等水平的发光成分。
并且，本发明的白色光源系统不是片断地再现不同色温度间的白色光， 而是能够连续地追踪并再现随着时间而变化的发光特性。就本发明而言， 对于地球上的各种地点的太阳光的一天的变化以及一年的变化，基于事先 观测的数据，控制光源所发出的发光光谱形状、强度，能够再现经时变化。 因此，不会长时间持续地利用特定的色温度的白色光源或者人为地不自然 地调节白色光源的色温度、强度变化，通过本发明的白色光源系统也能够再现适应于人体的昼夜节律的极为自然的太阳光的变化。
发明效果
本发明的白色光源系统由于能够得到极其接近太阳光的自然光，因此 不仅能够利用于高演色照明等用途，而且还可期待在医疗等领域中的应用 作为推动于人体的生理现象的生物适应照明。例如，在医院等医疗设施中 使用的照明中，通过采用采取了太阳光的一天至一年的变化的照明，从而 对于因入院治疗而不得不长时间利用屋内照明的患者，可以期待正确地保 持生物钟的节律、促进患者重返社会的效果等。同样的效果即使用于办公 室用或家庭用的照明也能够获得。不得不在室内度过白天的长时间的现代 人通过利用本发明的照明光源，能够期待即使不用特意到屋外，仍可正确 地保持自身的生物钟。
附图说明
图1是表示光谱光视效率的光谱的图。
图2是表示色温度为5100K的黑体辐射光谱的图。
图3是表示与图2的黑体辐射光谱对应的本发明的系统的白色光源的 光谱的图。
图4是表示本发明的系统的白色光源的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))的图。
图5是表示图2的黑体辐射的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2)) 的图。
图6是表示基于图4和图5的差分光谱(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图。
图7是表示基于本发明的白色光源系统的色温度的再现区域的图。
图8是表示春天的日本东京内的1天的太阳光的色温度及照度变化的 图。
图9是表示实施例1的白色光源的发光光谱的图。
图10是表示实施例1的白色光源的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))的图。
图11是表示实施例1的黑体辐射的发光光谱的图。
图12是表示实施例1的黑体辐射的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))的图。
图13是表示实施例1的差分光谱(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V (λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图。
图14是表示实施例2的白色光源的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))的图。
图15是表示实施例2的黑体辐射的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))的图。
图16是表示实施例2的差分光谱(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V (λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图。
图17是表示实施例3的白色光源的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))的图。
图18是表示实施例3的黑体辐射的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))的图。
图19是表示实施例3的差分光谱(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V (λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图。
图20是表示实施例4的白色光源的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))的图。
图21是表示实施例4的黑体辐射的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))的图。
图22是表示实施例4的差分光谱(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V (λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图。
图23是表示实施例5的白色光源的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))的图。
图24是表示实施例5的黑体辐射的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))的图。
图25是表示实施例5的差分光谱(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V (λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图。
图26是表示实施例6的白色光源的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))的图。
图27是表示实施例6的黑体辐射的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))的图。
图28是表示实施例6的差分光谱(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V (λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的图。
图29是表示比较例1的白色光源的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))的图。
图30是表示比较例1的黑体辐射的(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))的图。
图31是表示比较例1的白色光源与对应的色温度的黑体辐射光谱的差 分光谱(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ)) /(B(λmax2)×V(λmax2))的图。
图32是表示基于实施例7的白色光源系统的色温度的再现区域的图。
图33是表示基于实施例8的白色光源系统的色温度的再现区域的图。
图34是表示秋天的日本冲绳那霸市内的1天的太阳光的色温度及照度 变化的图。
图35是表示夏天的美国洛杉矶市内的1天的太阳光的色温度及照度变 化的图。
图36是表示基于比较例2的白色光源系统的色温度的再现区域的图。
图37是表示春天的日本北海道稚内市内的1天的太阳光的色温度及照 度变化的图。
图38是表示夏天的台湾台北市内的1天的太阳光的色温度及照度变化 的图。
图39是表示夏天的日本北海道稚内市内的1天的太阳光的色温度及照 度变化的图。
图40是表示冬天的日本冲绳那霸市内的1天的太阳光的色温度及照度 变化的图。
图41是表示冬天的日本东京都内的1天的太阳光的色温度及照度变化 的图。
图42是表示冬天的日本北海道稚内市内的1天的太阳光的色温度及照 度变化的图。
图43是实施方式的白色光源系统的一个例子的概略图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。
本发明的实施方式的白色光源系统具备：多个白色光源；和调控多个 白色光源的控制部。多个白色光源分别具备LED模块。以下，对白色光源 系统进行说明。
(白色光源的发光特性)
就用于本发明的系统的白色光源而言，以再现各种色温度的太阳光作 为基本。即以如下事项作为基本：在再现特定的色温度的太阳光时，将与 太阳光相同的色温度的黑体辐射光谱看做由太阳光线产生的发光光谱，连 其形状在内也都近似。太阳可以认为是黑体的1种，黑体的辐射光谱曲线 与太阳光的发光光谱曲线的一致良好，实际的太阳光线的光谱分布被设为 接近5800K的黑体辐射光谱。
然而，到达地球上的太阳光的色温度时时刻刻地在变化。这是因为： 由于地球的自转、公转的影响，从地球上看到的太阳光的高度以一天单位、 一年单位而周期性地变化。由于在地球的表面存在空气、水分、还有各种 浮游物，因此在太阳光到达地球的表面之前，在通过这些浮游物层的期间， 通过与各种粒子发生碰撞，使得特定波长成分的光被散射。此时，如果从 地球上看到的太阳高度变化，则太阳光通过浮游物层的距离变化，进而散 射光的看见方式根据角度而发生变化，因此各种色温度的白色光周期性地 出现。通常，已知：在太阳高度低的早晨、傍晚成为大概2000～4000K的 白色光，然后，在太阳的高度变成最高的正午成为大概5000～6000K的白 色光，进而在背阴、多云天成为大概6000～7000K的白色光。
为了再现上述的各种色温度的太阳光，在用于本发明的系统的白色光 源中合成了近似于色温度的范围从2000K到8000K的黑体辐射光谱的发光 光谱。根据该温度范围，基本能够网罗地球上能够观测的太阳光的色温度 范围。此外，作为照明光源而被经常使用的色温度的范围更窄，为2000K 到6500K的范围。
应当提到的是，上述的黑体辐射光谱可以通过下述式(1)中所示的普 朗克的公式而求出。在式中，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，c为光 速，e为自然对数的底数，由于以一定的数值固定，因此如果色温度T确 定了，则能够容易地求出与各波长(λ)对应的光谱分布B(λ)。
[数学式2]
Figure BDA0001519418490000091
用于本发明的系统的白色光源具体而言为如以下那样定义的白色光 源。其特征在于，在将各白色光源的发光光谱设定为P(λ)、将显示与白 色光源相同的色温度的黑体辐射的发光光谱设定为B(λ)、将光谱光视效 率的光谱设定为V(λ)、将P(λ)×V(λ)成为最大的波长设定为λmax1、 将B(λ)×V(λ)成为最大的波长设定为λmax2时，(P(λ)×V(λ))/ (P(λmax1)×V(λmax1))与(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2)) 的差值的绝对值满足下述式(2)。绝对值优选在各波长满足下述式(2)。
(P(λ)×V(λ))表示光谱光视效率V(λ)区域中的白色光源的发 光光谱的强度。通过将(P(λ)×V(λ))除以最大值即(P(λmax1)×V (λmax1))，从而可以设定为以1.0作为上限的值。另外，(B(λ)×V(λ)) 表示光谱光视效率V(λ)区域中的黑体辐射的发光光谱的强度，通过将(B (λ)×V(λ))除以最大值即(B(λmax2)×V(λmax2))，可以设定为以 1.0作为上限的值。接着，求出差异A(λ)＝[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1) ×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]。该差异 A(λ)为-0.15≤A(λ)≤+0.15则表示光谱光视效率V(λ)区域中的白色光 源的发光光谱近似于黑体辐射的发光光谱即自然光的发光光谱。即，如果 差异A(λ)＝0，则意味着能够再现与自然光相同的发光光谱。
[数学式3]
|((P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))|≤0.15 (2)
进而，在更严密地再现黑体辐射的发光光谱的意义上，用于本发明的 系统的白色光源优选满足下述式(3)。
[数学式4]
|((P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))|≤0.10 (3)
使用附图对以上的定义进行具体说明。图1是表示光谱光视效率的光 谱的图。可知：其表示与人眼的感度对应的光谱分布、是在约555nm具有 最大感度的左右对称的光谱分布。
图2是与色温度为5100K的太阳光对应的黑体辐射光谱，图3是近似 成5100K的黑体辐射光谱的用于本发明的系统的白色光源的发光光谱。如 果将两者进行比较，则可判知：在450nm到650nm的波长区域内，2个发 光光谱形状良好地一致。虽然在低于450nm及超过650nm的波长下两者的 光谱分布大为不同，但由图1也可判知的那样，这些波长域是对于人类的 眼睛几乎没有感度的区域，即使忽略地话，实质上也没有问题。此外，用 于本发明的系统的光源的发光光谱包含例如图3中所示的光谱。图3中例 示的发光光谱是如后述那样将发光二极管(LED)与荧光体的发光光谱组 合而得到的，通过将3种以上的荧光体的发光光谱进行适当混合调整，从 而能够近似为黑体辐射的光谱形状。
图4、图5是在图3、图2的发光光谱上乘以光谱光视效率的图。图4 中所示的光谱表示用于本发明的系统的白色光源的以(P(λ)×V(λ))/ (P(λmax1)×V(λmax1))所表示的发光光谱。图5表示黑体辐射的以 (B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))所表示的发光光谱。另外， 图6是表示图4及图5的两光谱分布的差分光谱的图，具体而言，以式(P (λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))表示。如看图6的差分光谱而判知的那样，可知：两者间的 光谱的差值的绝对值在350nm～800nm的范围的各波长下为0.05以下，满 足以下的数学式5中所示的上述式(3)的关系。
[数学式5]
|((P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))|≤0.10 (3)
(LED模块)
用于本发明的系统的白色光源包含LED模块。LED模块优选包含发光 二极管(LED)和荧光体。荧光体优选为吸收LED所发出的1次光而转换 成2次光的荧光体。此时，作为荧光体的材料，如果准备几个在可见光域 中显示各种发光色的材料并任意地组合，则能够得到各种色温度的白色光。
LED优选使用发光峰波长处于从紫外线到紫色光为止的区域的LED， 具体而言，优选设定为350～420nm的范围。在使用发光峰波长超过420nm 的LED的情况下，由于LED的发光以可见光区域的特定波长显示尖锐的 发光，因此与一般具有宽幅的光谱形状的荧光体的发光的平衡变差，满足 上述式(2)或(3)的关系变得困难。而且，在LED为蓝色发光的情况下， 蓝色光变得过量地包含，在对人体的影响等方面也不优选。
在紫外或紫色的区域内发光的LED由于视见度低，因此能够减少对白 色光造成的影响。另外，通过将一次光截断以便来自LED的一次光(紫外 或紫色的发光)不被从白色光源系统放出，从而也能除去紫外光。此外， 对于LED的种类，除了发光峰波长以外，没有特别限制的条件，可以是激 光发光的LED，另外LED的材料也可以是任意的材料。
为了使白色光源的发光光谱满足上述式(2)或(3)的关系，作为组 合于LED中的荧光体，优选使用来自蓝色荧光体、绿色荧光体、黄色荧光 体及红色荧光体中的3种以上，如果可以的话使用4种以上。通过将这些 荧光体按照对应的黑体辐射的光谱而任意地进行混合，从而能够得到具有 任意的色温度的白色发光。作为具体的混合比率，通过以蓝色发光荧光体 为45重量份～75重量份、绿色发光荧光体为3重量份～7重量份、黄色发 光荧光体为9重量份～17重量份、红色荧光体为9重量份～18重量份的比 例进行混合，且按照荧光体总量成为100重量份的方式进行调整，从而能 够得到白色发光的混合荧光体。另外，作为所使用的荧光体的具体的种类， 只要是发光峰在420～700nm则没有特别限定，但作为在350～420nm被激 发的荧光体，优选以下的材料。
蓝色荧光体的例子中包括：发光峰波长为440～455nm的铕活化碱土 类磷酸盐荧光体(M10(PO4)6Cl2：Eu，式中M为Sr、Ba、Ca、Mg中的 至少1种元素)、发光峰波长为450～460nm的铕活化镁铝酸盐荧光体 (NMgAl10O17：Eu，式中N为Sr或者Ba中的至少1种元素)、峰波长为450nm的铕活化碱土类铝盐蓝色荧光体、峰波长为452nm的铕活化铝酸盐 蓝色荧光体等。
绿色荧光体的例子中包括：发光峰波长为520～550nm的铕、锰活化 原硅酸盐荧光体((Sr，Ba，Mg)2SiO4：Eu，Mn)、发光峰波长为535～ 545nm的铕活化β赛隆荧光体(为Si6-ZAlZOZN8-Z：Eu，例如Si4Al2O2N6： Eu)、发光峰波长为520～540nm的铕活化锶赛隆荧光体(Sr3-XEuXSi13Al3O2N21，式中x为0.03～0.30，特别优选x＝0.2)、峰波长为 530nm的铕活化原硅酸盐绿色荧光体、铕、锰共活化碱土类镁硅酸盐绿色 荧光体等。
黄色荧光体的例子中包括：发光峰波长为550～580nm的铕、锰活化 原硅酸盐荧光体((Sr，Ba，Mg)2SiO4：Eu，Mn)、发光峰波长为550～ 580nm的铈活化稀土类铝石榴石荧光体(Y3Al5O12：Ce)、发光峰波长为 550～580nm的铈活化稀土类含镁硅的石榴石荧光体(Y3(Al，(Mg，Si)) 5O12：Ce)、发光峰波长为550～580nm的铈活化锶赛隆荧光体 (Sr2-XCeXSi7Al3ON13，式中x为0.04～0.10，特别优选x＝0.05。)、峰波长 为555nm的铕活化原硅酸盐黄色荧光体、铕、锰共活化碱土类镁硅酸盐黄 色荧光体等。
红色荧光体的例子中包括：发光峰波长为600～630nm的铕活化锶赛 隆荧光体(Sr2-XEuXSi7Al3ON13，式中x为0.02～0.10，特别优选x＝0.05。)、 发光峰波长为620～660nm的铕活化氮化铝硅酸钙(也称为钙铝硅氮化物， Calcium nitridoalumino silicate)荧光体(CaAlSiN3：Eu)、发光峰波长为620～ 660nm的铕活化碱土类氮化铝硅酸盐荧光体(MAlSiN3：Eu，式中M为选 自Ca、Sr及Ba中的至少1种元素)等。
荧光体优选与树脂材料混合并以荧光膜的形态使用。通过将LED芯片 的周围直接或间接地以荧光膜被覆，使得由LED射出的一次光被荧光膜转 换成二次光(白色光)而放射到光源的外部。作为所使用的树脂材料，只 要是透明的材料则没有特别限制，但在作为LED而使用在紫外或紫色的区 域内发光的LED的情况下，优选使用对紫外线的耐劣化特性良好的有机硅 树脂等。
用于本发明的系统的白色光源优选为通过荧光体发光的组合而得到白 色发光的白色光源。来自LED的一次光优选尽可能多的能量被荧光体吸收， 同时需要避免LED光漏出至光源外部。特别是在LED光中包含紫外线的 情况下，有可能损伤人体的皮肤、眼睛，优选尽力除去。
用于本发明的系统的LED模块可以是包含LED元件和覆盖LED元件 的发光面的荧光膜的模块。为了防止在LED元件中使用了发出紫外光或紫 色光的元件的情况下的紫外线的漏出，优选将荧光膜的厚度形成为充分的 厚膜。如果将荧光膜厚膜化，则可以防止在各个荧光体粒子表面被反射的 LED光透过荧光膜而漏出到光源的外部。此时，如果荧光膜的厚度极端地 过厚，则荧光体的发光自身也无法露出到荧光膜之外，荧光膜的发光强度 彻底降低。一般已知：荧光体的粒径与最佳膜厚成比例关系。荧光膜优选 在实用上使用尽可能成为大粒子的荧光体、将荧光膜尽可能厚膜化。为了 这样的目的，LED模块中使用的荧光体优选平均粒径为10μm～40μm范围 的粒子。并且，包含具有该平均粒径的荧光体的粒子的荧光膜的厚度优选 设定为100μm～1000μm。像这样一来，可得到荧光膜的发光不会极力降低 且极力抑制了紫外线漏出的LED模块。由此，可得到紫外线影响较小的人 造太阳光。
另外，为了更彻底地防止紫外线漏出，也可以在荧光膜的外侧形成紫 外线吸收膜。在该情况下，作为紫外线的吸收/反射材料，可以使用氧化锌、 氧化钛、氧化铝等微颗粒白色颜料。通过使这些微粒颜料与荧光膜的情况 同样地分散于树脂中，并使用这个在荧光膜的外侧直接或者间接地形成紫 外线吸收膜，从而能够得到目标的LED模块。就如此得到的LED模块而 言，能够将漏出到模块外部的紫外光的量降低至0.4mW/lm以下。
上述紫外光量的数值可以通过以下的方法求出。将由白色光源射出的 白色光的发光光谱设定为P(λ)，将光谱光视效率的光谱设定为V(λ)，将 两者相乘并积分而求出φ。(4)式中的683是在555nm的波长下满足 1W＝683Lm的常数。
[数学式6]
φ＝683·∫P(λ)·V(λ)dλ (4)
由LED射出的一次光能可通过由下述式将光谱F(λ)在350～420nm 的范围内积分而求出UV来得到。
[数学式7]
Figure BDA0001519418490000131
由白色光源射出的发光的每光束的1次光能可通过UV/φ来求出。
(白色光源系统的发光特性)
本发明的白色光源系统在1个系统中具备具有不同色温度的多个白色 光源。通过将色温度不同的多个白色光源的发光适当混合，从而能够再现 各种色温度的白色光。此时，各个白色光源中包含的可见光发光成分具有 与太阳光线几乎同等的种类和强度，将多个白色光源混合而得到的中间色 温度的白色光也具有与太阳光同等的发光特性。因此，通过本发明的白色 光源系统而得到的白色光全部成为满足上述记载的关系式(2)、优选满足关系式(3)的白色光。
另一方面，将多个白色光源的发光混合而得到的白色光的色温度可以 如图7中所记载的那样来求出。例如，构成包含如下3种白色光源的白色 光源系统：显示黑体轨迹上的色温度为6500K(图中的A点)、2000K(图 中的B点)这2点及两者的中间色温度(图中的C或D点)的白色发光。 此时，如果在仅使用2种白色光源的情况下、例如使用6500K的白色光和2000K的白色光的情况下，如果将两者以任意的比例混合，则仅能够得到 连结图中的A点与B点的直线上的任意的色温度的白色光。因此，正如看 图中的直线AB所判知的那样，所得到的白色光的色温度与黑体轨迹的偏 差变大，有时超过-0.01duv。例如在3200K的色温度下，偏差为-0.013duv， 超过了-0.01duv。就本发明的白色光源系统而言，为了防止混合白色光的色 温度与黑体轨迹上的点较大偏离，使用至少3种以上的白色光源来获得混 合白色。例如，在追加使用中间色温度的白色光源为4100K的白色光源的 情况下，如果将该光源与色温度为2000K的白色光源以任意的比例混合， 则能够得到图中的直线BC上的任意的白色光，与黑体辐射的偏差能够抑 制在0和-0.005duv的范围内。另外，在作为中间色温度的白色光源而使用 色温度为例如2950K的白色光源的情况下，如果将该光源与色温度为 6500K的白色光源以任意的比例混合，则能够得到图中的直线AD上的任 意的白色光，与黑体辐射的偏差能够与上述同样地降低至0和-0.005duv的 范围内。因此，除了色温度为2000K的白色光源和色温度为6500K的白色 光源以外，通过选择色温度为2950K到4100K之间的任1个白色光源作为 第3白色光源，从而能够得到色温度为2000K到6500K的范围的白色光且 与黑体轨迹的偏差的绝对值为0.005duv以下的任意的色温度的白色光。
用于得到色温度为2000K到6500K的范围的白色光且与黑体轨迹的偏 差的绝对值为0.005duv以下的任意的色温度的白色光的白色光源的组合不 限于上述第1～第3的白色光源。通过从满足上述(2)中所示的关系式且 色温度不同的3种以上的白色光源中按照色温度为高的顺序或低的顺序选 择2种白色光源进行混合，从而能够得到色温度及偏差满足上述的范围的 白色光。
白色光源系统中使用的多个白色光源的数目需要至少3种以上，但从 发光特性方面、尤其是忠实地再现黑体辐射轨迹上的色温度这一观点出发， 该数目优选尽可能多。特别是在白色光源系统所再现的色温度的范围较宽 的情况下、例如在再现2000K到8000K的色温度的白色光的情况下，优选 使用至少4种以上的白色光源。但是，如果使白色光源的种类过多，则虽 然色温度的再现特性优异，但是用于调控各白色光源的发光强度的控制电路、装置的系统构成变得复杂，因此也受到制约。在本发明的白色光源系 统所再现的色温度的范围内，作为最有效的使用个数，优选白色光源的种 类为3或4。
(发光特性的经时变化)
就本发明的白色光源系统而言，对于太阳光所显示白色光，能够根据 季节而再现地球上特定地域的从日出到日落的一天的变化的样子。而且， 就本发明的白色光源系统而言，对于太阳光的一天的变化，在人类的眼睛 中能够表现为极其自然的连续的变化。为了再现这样的变化，在本发明中， 在地球上的主要地点实测太阳光的一天的变化，将所得到的数据有效利用 而制成了控制发光特性的系统。
根据David Lewis MacAdam由视觉的等色实验导出的结果(色彩工学 第2版，东京电机大学出版局)，发现了：如果将相对于特定的中心色的识 别变动的标准偏差表现在xy色度图上，则被表现在称为“麦克亚当椭圆”的 形状的范围内，人类能够识别的是上述标准偏差的3倍。根据该见解，如 果套用于5000K的白色光进行计算，则可得到能够识别的阈值为330K (4850K～5180K)的值。因此，如果是例如5000K的白色光，则无法通过 人类的眼睛识别约330K以下的色温度的差异。
图8是表示对于位于北纬35度的东京的春天的一天、从上午6点到下 午6点为止的太阳光的色温度变化及照度变化的图表。图8中符号1所示 的图形表示色温度变化，符号2所示的图形表示照度变化。该图表是基于 每3分钟实测太阳光的经时变化而得到的结果来制作的。测定是使用 UPRtek公司制MP350来进行的，色温度以开尔文(K)为单位、照度以勒克斯(lx)为单位来获取了数据。应当说明的是，图表中的照度是以特定 的值作为基准来进行相对比较并作为照度比(％)来表示的。另外，由于 太阳光的一天的色温度变化是以3分钟计大概为不足200K的速度，因此本 发明中的每测定单位的色温度的差异是无法通过人类的眼睛来识别的。因 此，即使使用该测定数据来再现色温度变化，也无法辨识光源色温度变化 的瞬间，就像连续地变化那样，能够以自然的形态接受变化。
将实施方式的白色光源系统的一个例子示于图43中。如图43中所示 的那样，实施例的白色光源系统包含：白色光源部21；和控制部22。白色 光源部21包含：基板23；配置于基板23上的多个白色光源24；和以覆盖 多个白色光源的方式固定于基板23上的发光装置外围器25。多个白色光源 24分别包含LED模块。LED模块包含：配置于基板23上的LED芯片26； 和配置于基板23上且覆盖LED芯片26的荧光膜27。在基板23上设置有 布线网，LED芯片26的电极与基板23的布线网电连接。
控制部22具备：调控部28；存储部29；和数据输入输出部30。包含 LED模块的白色光源24与调控部28的电路(未图示出)通过布线31连接， 白色光源24通过由调控部28经由布线31流过的电流而发光。在调控部28 的电路存储部29中，每个场所及每个季节(时期)地保存有太阳光的一天 的变化数据。为了得到希望的模式的照明光源，系统使用者将都市名或纬 度及经度等场所信息、季节等时间信息输入至数据输入输出部30中，将所 得到的数据送至调控部28中。调控部28将与输入数据对应的保存数据抽 出，读取被特定了场所和季节的太阳光的色温度和照度的数据，基于这些 数据，计算各白色光源的混合强度比。基于计算结果，调控部28的电路对 施加于各白色光源24的电流值进行控制来再现所需要的太阳光特性变化。
在本发明中，按照实施例中所示的具体的方法，将图8中所示的太阳 光的发光特性的变化通过将近似太阳光的多个白色光源组合的方法进行了 再现。
[实施例]
以下，使用实施例对本发明的白色光源系统进行具体说明。
(实施例1)
制造了用于本发明的系统的白色光源1。
制作了通过蓝色荧光体、绿色荧光体、黄色荧光体、红色荧光体这4 种荧光体与LED的组合而得到的白色光源。LED使用了在395nm处具有 发光峰的发出紫色或紫外光的LED。另外，作为荧光体，准备了如下荧光 体：峰波长为445nm的铕活化碱土类磷酸盐蓝色荧光体、峰波长为530nm 的铕活化原硅酸盐绿色荧光体、峰波长为555nm的铕活化原硅酸盐黄色荧 光体和峰波长为650nm的铕活化氮化铝硅酸钙荧光体(CaAlSiN3：Eu)。 各荧光体以重量比计按照蓝色荧光体：绿色荧光体：黄色荧光体：红色荧 光体＝58：6：15：21的比例进行了混合。对各荧光体使用了平均粒径为30～ 35μm的粉末。通过以覆盖放置于基板上的LED芯片的方式对使荧光体的 粒子分散于有机硅树脂中而得到的荧光体浆料进行涂布，从而制作了LED 模块。荧光膜的膜厚设定为约780μm。
接着，使用具备依据JIS-C-8152的积分球的总光通量测定器，测定了 LED模块的发光特性。白色光源的色温度为2074K，发光光谱分布如图9 中所示的那样。另外，使用图1的光谱发光分布V(λ)而求出的实施例1 的(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的曲线为图10。另一方 面，相对应的2074K色温度的黑体辐射光谱如图11中所示的那样，如果同 样地求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))，则得到图12的 曲线。另外，图10与图12的差分光谱(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V (λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))得到了图13 中所示的曲线。如由图13的曲线获知的那样，可知：差分光谱分布在-0.04～ +0.10的范围内，在350nm～800nm的范围的各波长下满足下述数学式8中 所示的上述式(2)的关系。
[数学式8]
|((P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))|≤0.15(2))|≤0.15 (2)
在上述LED模块上安装反射器、外围器、根据需要使用的透镜等，进 而连接电路，制成了用于本发明的系统的白色光源。上述白色光源的发光 效率为65lm/W，由白色光源漏出的LED一次光的强度为0.12mW/lm，判 明了：在漏出的紫外线的强度上没有问题。另外，该白色光源的平均演色 评价数Ra为97。
(实施例2)
制造了用于本发明的系统的白色光源2。
制作了通过蓝色荧光体、绿色荧光体、黄色荧光体、红色荧光体这4 种荧光体与LED的组合而得到的白色光源。LED使用了在410nm处具有 发光峰的发出紫色或紫外光的LED。另外，作为荧光体，准备了如下荧光 体：峰波长为450nm的铕活化碱土类铝盐蓝色荧光体、峰波长为541nm的 铕活化原硅酸盐绿色荧光体、峰波长为565nm的铕活化原硅酸盐黄色荧光 体和峰波长为650nm的铕活化氮化铝硅酸钙荧光体(CaAlSiN3：Eu)。各 荧光体以重量比计按照蓝色荧光体：绿色荧光体：黄色荧光体：红色荧光 体＝62：3：17：18的比例进行了混合。对各荧光体使用了平均粒径为35～ 40μm的粉末。通过以覆盖放置于基板上的LED芯片的方式对使荧光体的 粒子分散于有机硅树脂中而得到的荧光体浆料进行涂布，从而制作了LED 模块。荧光膜的膜厚设定为约850μm。
所得到的白色光源的色温度为3077K，发光光谱特性、(P(λ)×V(λ)) /(P(λmax1)×V(λmax1))如图14中所示的那样。另外，关于相对应的 3077K的色温度的黑体辐射光谱，如果求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))，则得到图15的曲线。进而，图14与图15的差分光谱(P (λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))如图16中所示的那样。如由图16的曲线获知的那样，可知： 差分光谱分布在-0.06～+0.09的范围内，在350nm～800nm的范围的各波长 下满足下述上述数学式8的式(2)的关系。
在上述LED模块上安装反射器、透镜、外围器等，进而连接电路，制 成了用于本发明的系统的白色光源。上述白色光源的发光效率为66lm/W， 由白色光源漏出的LED一次光的强度为0.09mW/lm，判明了：在漏出的紫 外线的强度上没有问题。另外，该白色光源的平均演色评价数Ra为97。
(实施例3)
制造了用于本发明的系统的白色光源3。
制作了通过蓝色荧光体、绿色荧光体、黄色荧光体、红色荧光体这4 种荧光体与LED的组合而得到的白色光源。LED使用了在420nm处具有 发光峰的发出紫色或紫外光的LED。另外，作为荧光体，准备了如下荧光 体：峰波长为452nm的铕活化碱土类磷酸盐蓝色荧光体、峰波长为530nm 的铕活化原硅酸盐绿色荧光体、峰波长为560nm的铈活化稀土类含镁硅的 石榴石荧光体和峰波长为629nm的铕活化锶赛隆荧光体。各荧光体以重量 比计按照蓝色荧光体：绿色荧光体：黄色荧光体：红色荧光体＝65：6：14： 15的比例进行了混合。对各荧光体使用了平均粒径为20～30μm的粉末。 通过以覆盖放置于基板上的LED芯片的方式对使荧光体的粒子分散于有机 硅树脂中而得到的荧光体浆料进行涂布，从而制作了LED模块。荧光膜的 膜厚设定为约705μm。
所得到的白色光源的色温度为4029K，发光光谱特性、(P(λ)×V(λ)) /(P(λmax1)×V(λmax1))如图17中所示的那样。另外，关于相对应的 4029K的色温度的黑体辐射光谱，如果求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))，则得到图18的曲线。进而图17与图18的差分光谱(P(λ) ×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))如图19中所示的那样。如由图19的曲线获知的那样，可知： 差分光谱分布在-0.08～+0.05的范围内，在350nm～800nm的范围的各波长 下满足下述上述数学式8的式(2)的关系。
在上述LED模块上安装反射器、透镜、外围器等，进而连接电路，制 成了用于本发明的系统的白色光源。上述白色光源的发光效率为63lm/W， 由白色光源漏出的LED一次光的强度为0.21mW/lm，判明了：在漏出的紫 外线的强度上没有问题。另外，该白色光源的平均演色评价数Ra为98。
(实施例4)
制造了用于本发明的系统的白色光源4。
制作了通过蓝色荧光体、绿色荧光体、黄色荧光体、红色荧光体这4 种荧光体与LED的组合而得到的白色光源。LED使用了在415nm处具有 发光峰的发出紫色或紫外光的LED。另外，作为荧光体，准备了如下荧光 体：峰波长为452nm的铕活化铝酸盐蓝色荧光体、峰波长为537nm的铕活 化β赛隆荧光体、峰波长为572nm的铈活化稀土类铝石榴石荧光体和峰波 长为640nm的铕活化碱土类氮化铝硅酸盐荧光体。各荧光体以重量比计按 照蓝色荧光体：绿色荧光体：黄色荧光体：红色荧光体＝71：7：9：13的 比例进行了混合。对各荧光体使用了平均粒径为15～25μm的粉末。通过 以覆盖放置于基板上的LED芯片的方式对使荧光体的粒子分散于有机硅树 脂中而得到的荧光体浆料进行涂布，从而制作了LED模块。荧光膜的膜厚 设定为约660μm。
所得到的白色光源的色温度为5085K，发光光谱特性、(P(λ)×V(λ)) /(P(λmax1)×V(λmax1))如图20中所示的那样。另外，关于相对应的 5085K的色温度的黑体辐射光谱，如果求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))，则得到图21的曲线。进而图20与图21的差分光谱(P(λ) ×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))如图22中所示的那样。如由图22的曲线获知的那样，可知： 差分光谱分布在-0.10～+0.025的范围内，在350nm～800nm的范围的各波 长下满足下述上述数学式8的式(2)的关系。
在上述LED模块上安装反射器、透镜、外围器等，进而连接电路，制 成了用于本发明的系统的白色光源。上述白色光源的发光效率为63lm/W， 由白色光源漏出的LED一次光的强度为0.24mW/lm，判明了：在漏出的紫 外线的强度上没有问题。另外，该白色光源的平均演色评价数Ra为97。
(实施例5)
制造了用于本发明的系统的白色光源5。
制作了通过蓝色荧光体、绿色荧光体、黄色荧光体、红色荧光体这4 种荧光体与LED的组合而得到的白色光源。LED使用了在410nm处具有 发光峰的发出紫色或紫外光的LED。另外，作为荧光体，准备了如下荧光 体：峰波长为440～455nm的铕活化碱土类磷酸盐荧光体、峰波长为525nm 的铕活化锶赛隆荧光体、峰波长为575nm的铕活化锶赛隆荧光体和峰波长 为640nm的铕活化碱土类氮化铝硅酸盐荧光体。各荧光体以重量比计按照 蓝色荧光体：绿色荧光体：黄色荧光体：红色荧光体＝75：6：9：10的比 例进行了混合。对各荧光体使用了平均粒径为40～45μm的粉末。通过以 覆盖放置于基板上的LED芯片的方式对使荧光体的粒子分散于有机硅树脂 中而得到的荧光体浆料进行涂布，从而制作了LED模块。荧光膜的膜厚设 定为约850μm。
所得到的白色光源的色温度为6020K，发光光谱特性、(P(λ)×V(λ)) /(P(λmax1)×V(λmax1))如图23中所示的那样。另外，关于相对应的 6020K的色温度的黑体辐射光谱，如果求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))，则得到图24的曲线。进而图23与图24的差分光谱(P(λ) ×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))如图25中所示的那样。如由图25的曲线获知的那样，可知： 差分光谱分布在-0.12～+0.02的范围内，在350nm～800nm的范围的各波长 下满足下述上述数学式8的式(2)的关系。
在上述LED模块上安装反射器、透镜、外围器等，进而连接电路，制 成了用于本发明的系统的白色光源。上述白色光源的发光效率为64lm/W， 由白色光源漏出的LED一次光的强度为0.08mW/lm，判明了：在漏出的紫 外线的强度上没有问题。另外，该白色光源的平均演色评价数Ra为97。
(实施例6)
制造了用于本发明的系统的白色光源6。
制作了通过蓝色荧光体、黄色荧光体、红色荧光体这3种荧光体与LED 的组合而得到的白色光源。LED使用了在405nm处具有发光峰的发出紫色 或紫外光的LED。另外，作为荧光体，准备了如下荧光体：峰波长为450nm 的铕活化碱土类磷酸盐蓝色荧光体、峰波长为560nm的铕活化原硅酸盐绿 色荧光体和峰波长为655nm的铕活化碱土类氮化铝硅酸盐荧光体。各荧光 体以重量比计按照蓝色荧光体：黄色荧光体：红色荧光体＝82：9：9的比 例进行了混合。对各荧光体使用了平均粒径为30～35μm的粉末。通过以 覆盖放置于基板上的LED芯片的方式对使荧光体的粒子分散于有机硅树脂 中而得到的荧光体浆料进行涂布，从而制作了LED模块。荧光膜的膜厚设 定为约730μm。
所得到的白色光源的色温度为6785K，发光光谱特性、(P(λ)×V(λ)) /(P(λmax1)×V(λmax1))如图26中所示的那样。另外，关于相对应的 6785K的色温度的黑体辐射光谱，如果求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))，则得到图27的曲线。进而图26与图27的差分光谱(P(λ) ×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))如图28中所示的那样。如由图28的曲线获知的那样，可知： 差分光谱分布在-0.125～+0.015的范围内，在350nm～800nm的范围的各波 长下满足下述上述数学式8的式(2)的关系。
在上述LED模块上安装反射器、透镜、外围器等，进而连接电路，制 成了用于本发明的系统的白色光源。上述白色光源的发光效率为60lm/W， 由白色光源漏出的LED一次光的强度为0.14mW/lm，判明了：在漏出的紫 外线的强度上没有问题。另外，该白色光源的平均演色评价数Ra为97。
(比较例1)
制造了用于比较例的系统的白色光源7。
制作了通过黄色荧光体与LED的组合而得到的白色光源。LED使用了 在448nm处具有发光峰的蓝色发光LED。另外，对荧光体使用了峰波长为 560nm的铕活化原硅酸盐绿色荧光体。对荧光体使用了平均粒径为7μm的 粉末。通过以覆盖放置于基板上的LED芯片的方式对使荧光体的粒子分散 于有机硅树脂中而得到的荧光体浆料进行均匀地涂布，从而制作了LED模 块。就荧光膜的膜厚而言，调整为LED的蓝色光与荧光体的黄色光混合而 成为所期望的白色光的厚度，结果成为了约65μm。
所得到的白色光源的色温度为6338K，发光光谱特性、(P(λ)×V(λ)) /(P(λmax1)×V(λmax1))如图29中所示的那样。另外，关于相对应的 6338K的色温度的黑体辐射光谱，如果求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))，则得到图30的曲线。进而图33与图34的差分光谱(P(λ) ×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2) ×V(λmax2))如图31中所示的那样。如由图31的曲线获知的那样，可知： 差分光谱分布在-0.32～+0.02的范围内，无法满足上述数学式8的式(2) 的关系，显示范围外0.34这样较大的值。
在上述LED模块上安装反射器、透镜、外围器等，进而连接电路，制 成了比较例的白色光源。上述白色光源的发光效率为71lm/W，显示出了高 效率的发光，但平均演色评价数Ra为70，成为了极端低的值。像这样比 较例的白色光源虽然在表观上显示出了与本发明同样的白色发光，但是显 示出了红色不足且演色性差的特性。如果使用这样的光源用于例如病房等 的照明，则患者的脸色看起来苍白，不仅对心理方面造成不良影响，而且 由于从LED射出的较强的蓝色光的影响，蓝光危害等障碍也令人担忧。
(实施例7)
使用白色光源1、3、6这3种光源制造了本发明的白色光源系统1。将 控制电路和电源连接于各白色光源，将流至各白色光源的电流值调整为任 意的值，将各白色光源所放射的白色光以任意的比例混合，制成了得到从 2074K到6785K的各种色温度的白色光的白色光源系统。所得到的白色光 的色温度以由图32中记载的黑体轨迹上的2074K(P1)、4029K(P2)及 6785K(P3)这3点连结而得到的2条直线上的点来表示。通过使6785K 的色温度的白色光源与4029K的色温度的白色光源以任意的比例混合，从 而使由白色光源系统1射出的白色光的色温度在6785K到4029K的范围内 变化。另外，通过使4029K的色温度的白色光源与2074K的色温度的白色 光源以任意的比例混合，从而使由白色光源系统1射出的白色光的色温度 在4029K到2074K的范围内变化。像这样，通过按照色温度的差变小的方 式选择两种白色光源并将它们以任意的比例混合，从而由白色光源系统1 射出白色光。其结果是，如由图32表明的那样，在从2074K到6785K的 范围内，由白色光源系统1得到的白色光源的色温度与黑体轨迹的偏差显 示为0.005duv以下的值。另外，通过本系统得到的白色光的平均演色评价 数为97。
(实施例8)
使用白色光源1、2、4、6这4种光源制造了本发明的白色光源系统2。 将控制电路和电源连接于各白色光源，将流至各白色光源的电流值调整为 任意的值，将各白色光源所放射的白色光以任意的比例混合，制成了得到 从2074K到6785K的各种色温度的白色光的白色光源系统。所得到的白色 光的色温度以由图33中记载的黑体轨迹上的2074K(P4)、3077K(P5)、 4029K(P6)、5085K(P7)及6785K(P8)这5点连结而得到的4条直线 上的点来表示。通过使6785K的色温度的白色光源与5085K的色温度的白 色光源以任意的比例混合，从而使由白色光源系统1射出的白色光的色温 度在6785K到5085K的范围内变化。另外，通过使5085K的色温度的白色 光源与4029K的色温度的白色光源以任意的比例混合，从而使由白色光源 系统1射出的白色光的色温度在5085K到4029K的范围内变化。通过使 4029K的色温度的白色光源与3077K的色温度的白色光源以任意的比例混 合，从而使由白色光源系统1射出的白色光的色温度在4029K到3077K的 范围内变化。通过使3077K的色温度的白色光源与2074K的色温度的白色 光源以任意的比例混合，从而使由白色光源系统1射出的白色光的色温度 在3077K到2074K的范围内变化。像这样，通过按照色温度的差变小的方 式选择两种白色光源并将它们以任意的比例混合，从而由白色光源系统1 射出白色光。其结果是，如由图33表明的那样，在从2074K到6785K的 范围内，由白色光源系统1得到的白色光源的色温度与黑体轨迹的偏差显 示为0.0025duv以下的值。另外，通过本系统得到的白色光的平均演色评价 数为97。
(实施例9)
使用白色光源系统1再现了秋天的冲绳那霸市的日出到日落。图34是 表示从早上6：30前后开始到晚上6：30前后为止的太阳光的色温度及照 度变化的图。图34的曲线3是表示色温度变化的曲线，曲线4是表示照度 变化的曲线。随着日出而变亮，在12：00前后照度变得最高，之后，照度 高的状态继续至14：00前后之后，照度向着日落慢慢下降。另一方面，关 于色温度，在日出时出现2000K的通红的太阳，随着照度的增加色温度也 上升，从暖白色变化为白色进而变化为自然白，在14：00前后达到最高度， 成为6500K的日光色。之后，追寻与上午相反的经过，在18：30前后恢复 到2000K，成为日落。
在本发明的白色光源系统中，通过对施加于白色光源的电流值进行调 控，从而再现了图34中所示的色温度、照度的经时变化。首先，为了得到 特定的色温度的白色光，决定了施加于多个白色光源的电流的比率。接着， 为了与照度的变化对应，在保持上述的电流比率的状态下，调整了总电流 的强度，以便得到规定的照度。就本发明的白色光源系统而言，对于图34 中所示的经时变化的数据，为了能够基于每3分钟的实测值进行调整，进 行电流值的程序控制，再现了太阳光的经时变化。
使用了这样的白色光源系统作为办公室的室内照明。就本发明的照明 而言，并非是再现太阳光的瞬间的特性，而是再现时时刻刻变化的发光特 性，可期待对人体所具有的生物钟等的好影响。进而，由白色照明产生的 特性变化由于再现了通过人类的眼睛无法识别的缓慢的变化，因此作为太 阳光同样的极其自然的变化是被人类所知觉的变化。因此，能够作为对在 室内被迫长时间工作的现代人的身体既自然又柔和的照明而被接收。
(实施例10)
使用白色光源系统2，再现了夏天的美国洛杉矶的日出到日落。图35 是追踪了从早上4：30前后到晚上6：30前后为止的太阳光的色温度、照 度的经时变化的图。图35的曲线5是表示色温度变化的曲线，曲线6是表 示照度变化的曲线。最高的色温度是从11：00前后到12：00前后为止的 6600K。另外，照度最高的时刻也与色温度同样是从11：00前后到12：00前后之间。在季节当中，照度在夏天变得最高，同为洛杉矶如果与显示最 低照度的冬天的季节相比，则以照度比计成为175％，显示出了较大的差异。
在本发明的白色光源系统中，通过基于每3分钟的实测值对施加于白 色光源的电流值进行调控，从而再现了图35中所示的色温度、照度的经时 变化。然后，采用了该白色光源系统作为家庭内的一般照明。就照明而言， 并非是再现太阳光的瞬间的特性，而是以自然的形态再现了时时刻刻变化 的发光特性，即使在太阳光没有射入的室内也能够创造出人工的太阳光。 这样的照明不仅对人体的健康方面产生好影响，而且作为平均演色评价数Ra显示为97的超高演色照明，即使用于一般家庭用途，也显示优异的特 征。
(比较例2)
使用实施例的白色光源1和比较例的白色光源7制造了比较例的白色 光源系统3。将控制电路和电源连接于各白色光源，将流至各白色光源的电 流值调整为任意的值，将各白色光源所放射的白色光以任意的比例混合， 制成了得到从2074K到6338K的各种色温度的白色光的白色光源系统。所 得到的白色光的色温度以由图36中记载的黑体轨迹上的2074K(P9)及 6338K(P10)这2点连结而得到的直线上的点来表示。因此，根据图36， 由白色光源系统3得到的白色光源的色温度限于2074K和6338K这2点， 虽然得到黑体轨迹上的色温度的白色光，但是在两者以外的中间色温度中 仅能够得到与黑体轨迹上的偏差较大的白色光。特别是在3500K附近，偏 差成为超过0.01duv的较大偏差。
就使用了比较例的白色光源系统3的照明而言，不仅无法准确地再现 黑体轨迹上的色温度，而且由于与各色温度的黑体辐射的发光光谱之间存 在形状差异，因此无法得到接近太阳光的自然色调的白色光。如果仅就 2074K而言，则太阳光的再现水平与本发明的实施例光源是同样的，但色 温度越变高则偏差变得越大，在6338K处仅显示了蓝色成分较强的不自然 的白色光。另外，虽然在该系统中能够得到各种色温度的白色光，但由于 需要每次调整色调，因此相同色温度的白色光长时间持续或者在每次切换 时色温度显示出较大改变的不自然的变化，因此仅能够得到与太阳光的自 然变化大为不同的照明。
(实施例11～16)
通过从包含随每个时期而不同的变化模式及随每个场所而不同的变化 模式的多个变化模式中以季节为单位或者以纬度或经度的不同来选择模 式，从而在各实施例中，如下述那样，再现了各种地点、季节的太阳光。
实施例11：春天的北海道稚内、时间为5：30前后～17：30前后、色 温度为2000K～6500K、
实施例12：夏天的台湾台北、时间为5：30前后～19：30前后、色温 度为2000K～6600K
实施例13：夏天的北海道稚内、时间为4：00前后～18：00前后、色 温度为2000K～6600K
实施例14：冬天的冲绳那霸市、时间为6：30前后～18：30前后、色 温度为2000K～6500K
实施例15：冬天的日本东京、时间为5：30前后～17：30前后、色温 度为2000K～6500K
实施例16：冬天的北海道稚内、时间为5：30前后～17：30前后、色 温度为2000K～6500K
各自的色温度变化、照度变化依次如图37～42中所示的那样。在图 37～42中，将表示色温度变化的曲线以7、9、11、13、15、17来表示。另 外，将表示照度变化的曲线以8、10、12、14、16、18来表示。就本发明 的白色光源系统而言，通过基于每3分钟的实测值对施加于白色光源的电 流值进行调控，从而再现了图37～42中所示的色温度、照度的经时变化。 通过使用这样的光源作为以医院为首的办公室、一般家庭用照明，从而作 为医疗辅助、健康促进、进而制造出舒适空间的高演色照明，能够有助于 各种目的。
此外，平均演色评价数Ra通过下述来求出：在从380nm到780nm的 波长范围内，以5nm间隔求出发光光谱强度的数据后，按照JIS-8726中记 载的方法进行计算。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而 提出的，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式可以以其他各种 方式来实施，可以在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变 更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围和要旨中，并且包含于权利 要求书中所记载的发明和其等同的范围内。
符号的说明
1表示色温度变化的曲线、2表示照度变化的曲线、3表示色温度变 化的曲线、4表示照度变化的曲线、5表示色温度变化的曲线、6表示照 度变化的曲线、7表示色温度变化的曲线、8表示照度变化的曲线、9表 示色温度变化的曲线、10表示照度变化的曲线、11表示色温度变化的曲 线、12表示照度变化的曲线、13表示色温度变化的曲线、14表示照度变 化的曲线、15表示色温度变化的曲线、16表示照度变化的曲线、17表示 色温度变化的曲线、18表示照度变化的曲线、21白色光源部、22控制部、 23基板、24多个白色光源、25发光装置外围器、26LED芯片、27荧光 膜、28调控部、29存储部、30数据输入输出部。

Claims (10)

1.一种白色光源系统，其特征在于，在将白色光源的发光光谱设定为P(λ)，将相对应的色温度的黑体辐射的发光光谱设定为B(λ)，将光谱光视效率的光谱设定为V(λ)，将P(λ)×V(λ)成为最大的波长设定为λmax1，将B(λ)×V(λ)成为最大的波长设定为λmax2时，(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))与(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))的差值的绝对值在350nm到800nm的波长范围内满足下述的数学式1所示的关系式，进一步包含平均演色评价指数为97以上的多个所述白色光源，通过使来自所述多个白色光源的光的混合比例变化，使得由系统射出的白色光的发光特性随着时间的经过而连续地变化，所述白色光的色温度的变化的速度为以3分钟计低于200K，所述多个白色光源的混合白色光的色温度为2000K到6785K，
[数学式1]
|((P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))|≤0.15≤0.15。
2.根据权利要求1所述的白色光源系统，其特征在于，所述白色光的发光特性的经时变化按照从基于实测太阳光的1天的变化而得到的结果的多个变化模式中选择的模式来进行。
3.根据权利要求2所述的白色光源系统，其特征在于，所述多个变化模式包含随每个时期而不同的变化模式及随每个场所而不同的变化模式，可以从所述多个变化模式中以季节为单位或者以纬度或经度的不同来选择模式。
4.根据权利要求1～权利要求3中任1项所述的白色光源系统，其特征在于，所述多个白色光源包含满足所述数学式1中所示关系式的色温度不同的3种以上的白色光源，通过从所述3种以上的白色光源中按照色温度高的顺序或低的顺序选择2种白色光源进行混合，从而将由所述系统射出的白色光作为黑体轨迹上的2000K～6500K的色温度且相对于所述色温度的偏差为±0.005duv以内的白色光。
5.根据权利要求4所述的白色光源系统，其特征在于，所述多个白色光源包含色温度不同的3种白色光源。
6.根据权利要求5所述的白色光源系统，其特征在于，就所述3种白色光源而言，色温度最高的白色光源为6500K以下，色温度最低的白色光源为2000K以上，两者的中间色温度的白色光源在2950K～4050K的范围内。
7.根据权利要求1～权利要求3中任1项所述的白色光源系统，其特征在于，所述多个白色光源分别包含发光二极管及荧光体，所述发光二极管射出峰波长为350nm～420nm的紫外或紫色的1次光，所述荧光体吸收来自所述发光二极管的所述1次光并转换成白色的2次光。
8.根据权利要求7所述的白色光源系统，其特征在于，所述荧光体是将选自由蓝色荧光体、绿色荧光体、黄色荧光体及红色荧光体中的3种以上的荧光体混合而成的。
9.根据权利要求8所述的白色光源系统，其特征在于，所述荧光体是以蓝色荧光体为45重量份～75重量份、绿色荧光体为3重量份～7重量份、黄色荧光体为9重量份～17重量份、红色荧光体为9重量份～18重量份的比例混合而成，并且荧光体总量被调整为100重量份。
10.根据权利要求8～9中任1项所述的白色光源系统，其特征在于，所述蓝色荧光体为铕活化碱土类磷酸盐荧光体，所述绿色荧光体为铕、锰共活化碱土类镁硅酸盐荧光体，所述黄色荧光体为铕、锰共活化碱土类镁硅酸盐荧光体，并且，所述红色荧光体为铕活化氮化铝硅酸钙荧光体。
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