CN111554790B - 发光装置的设计方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种发光装置的设计方法,其中,所述发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其特征在于,进行设计,使得从所述发光装置在主辐射方向上射出的光满足全部特定的条件。
Description
本申请是申请号为201480070627.2的发明专利申请(国际申请号:PCT/JP2014/084487,申请日:2014年12月26日,发明名称:发光装置和发光装置的设计方法)的分案申请。
技术领域
本发明涉及具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体的发光装置、以及发光装置的设计方法。
背景技术
近年来,GaN系半导体发光元件的高输出化、高效率化已取得显著进展。此外,对半导体发光元件或者以电子线为激励源的各种荧光体的高效率化也进行了广泛研究。其结果是,与以往相比,当前的光源、包含光源的光源模块、包含光源模块的器具、包含器具的系统等发光装置迅速实现了节电化。
例如,具有GaN系蓝色发光元件作为黄色荧光体的激励光源,并且根据该GaN系蓝色发光元件的光谱和该黄色荧光体的光谱制作所谓的伪白色光源,广泛用于形成照明用光源、或内置有该照明用光源的照明用器具、以及在空间内配置了多个该器具的照明系统(参照专利文献1)。
关于作为能够以这些形态内置的照明用光源的一种的封装化LED(例如在封装件中包含该GaN系蓝色发光元件、黄色荧光体、密封剂等),有的商品在6000K左右的相关色温(Correlated Color Temperature/CCT)区域中,作为封装LED的光源效率超过150lm/W(参照非专利文献2)。
而且,液晶背光用光源等也同样在高效率化、节电化中取得了进展。
但是,对于这些以高效率化为目标的发光装置,从各方面指出对色貌的考虑不充分。特别是在作为照明用途来使用时,与光源/器具/系统等发光装置的高效率化同样,照射物体时的“色貌(Color appearance)”也非常重要。
进而,这些以高效率化为目标的发光装置的一部分有时对被照明的物体的色貌的考虑不充分,作为考虑到这些情况的尝试,进行了如下所述的尝试等:为了提高由国际照明委员会(Commission Internationale de I’Eclairage/CIE)建立的显色指数(ColourRendering Index/CRI)(CIE(13.3))的分数,针对蓝色发光元件的光谱和黄色荧光体的光谱进行使红色荧光体或红色半导体发光元件的光谱重叠的尝试。例如,在不包含红色源时的典型光谱(CCT=6800K左右)中,平均显色指数(Ra)、以及与鲜艳的红色的色卡对应的特殊显色指数(R9)分别为Ra=81、R9=24,但是在包含红色源时能够将显色指数的分数提高为Ra=98、R9=95(参照专利文献2)。
另一方面,本申请发明人基于对照明对象物的色貌的新的实验事实,全面公开了如下的照明方法和照明光源、照明器具、照明系统等发光装置:对于人感觉的色貌,能够与各种显色评价指标(color rendition metric)的分数无关地实现如在室外的高照度环境下看到的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体的外貌(参照专利文献3、4)。
根据专利文献3和4,记载了能够实现如下的发光装置:在与发光装置发出的光的光谱分布有关的指标Acg在-360以上且-10以下的范围内,对于人感觉的色貌,能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体的外貌。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利第3503139号公报
【专利文献2】WO2011/024818号手册
【专利文献3】日本专利第5252107号公报
【专利文献4】日本专利第5257538号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是,在该2个专利中,关于从光谱分布导出的辐射效率K(Luminous Efficacy ofRadiation)(lm/W)进行了详细公开,但是,没有记载实际光源的效率、即光源效率η(Luminous Efficacy of a Source)(lm/W)。在实际的LED光源中,后者与前者同样重要,通常作为分别独立的效率的指标来进行处理。前者(辐射效率K)是依赖于与光谱发光效率V(λ)之间的关系中的光源的光谱分布的“仅形状”的效率,是在考察理想时的效率时非常有用的指标。另一方面,后者(光源效率η)是表示投入到发光装置中的电力以何种程度被转换为光束的量,需要以与辐射效率不同的观点进行研究。
本发明的目的在于,在本发明人已经实现的“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”中,维持色貌的良好的特性,并且设为与以往所知的光谱分布完全不同的形状,从而改善其光源效率。
用于解决问题的手段
本发明人为了得到达成上述目的的发光装置而反复进行研究,实现了具有以下结构的发光装置。
本发明的第一发明中的第一发明是发光装置,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其特征在于,从所述发光装置在主辐射方向上射出的光满足以下的条件1到条件4的全部条件。
条件1:
设波长为λ、从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的光谱分布为(λ),
设根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1而选择的基准光的光谱分布为
设从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的三刺激值为(XSSL1,YSSL1,ZSSL1),
设根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的TSSL1而选择的基准光的三刺激值为(Xref1,Yref1,Zref1),
将从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的归一化光谱分布SSSL1(λ)、根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的TSSL1(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref1(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔSSSL1(λ)分别定义为:
ΔSSSL1(λ)=Sref1(λ)-SSSL1(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述SSSL1(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL1-RL-max(nm)时,在比所述λSSL1-RL-max更靠长波长侧的位置存在成为SSSL1(λSSL1-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述式(1-1)表示的指标为:
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述SSSL1(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL1-RL-max(nm)时,在比所述λSSL1-RL-max更靠长波长侧的位置不存在成为SSSL1(λSSL1-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述式(1-2)表示的指标为:
【数学式1】
【数学式2】
条件2:
所述光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv 为:
条件3:
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λSSL1-RM-max为:
605(nm)≤λSSL1-RM-max≤653(nm)。
优选的是,在所述发光装置中,在所述条件2中,
优选的是,在所述发光装置中,在所述条件4中,
625(nm)≤λSSL1-RM-max≤647(nm)。
优选的是,在所述发光装置中,满足以下的条件5。
条件5:
在所述光的光谱分布实现所述/>的波长λSSL1-BM-max为:
430(nm)≤λSSL1-BM-max≤480(nm)。
优选的是,在所述发光装置中,满足以下的条件6。
条件6:
并且,优选的是,在所述发光装置中,在所述条件6中,
优选的是,在所述发光装置中,根据所述导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率KSSL1(lm/W)满足条件7。
条件7:
210.0lm/W≤KSSL1≤290.0lm/W。
优选的是,在所述发光装置中,所述TSSL1(K)满足条件8。
条件8:
2600K≤TSSL1≤7700K。
优选的是,在所述发光装置中,所述在380nm以上且405nm以下的范围内不具有来自所述发光要素的有效强度。
优选的是,在所述发光装置中,关于所述蓝色半导体发光元件,所述蓝色半导体发光元件单体的脉冲驱动时的主波长λCHIP-BM-dom为445nm以上且475nm以下。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,所述绿色荧光体是宽波段绿色荧光体。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,关于所述绿色荧光体,实现所述绿色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为511nm以上且543nm以下,其半值全宽WPHOS-GM-fwhm为90nm以上且110nm以下。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,所述发光装置实质上不包含黄色荧光体。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,关于所述红色荧光体,实现所述红色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-RM-max为622nm以上且663nm以下,其半值全宽WPHOS-RM-fwhm为80nm以上且105nm以下。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,所述蓝色半导体发光元件是AlInGaN系发光元件。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,所述绿色荧光体是Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce(CSMS荧光体)、CaSc2O4:Ce(CSO荧光体)、Lu3Al5O12:Ce(LuAG荧光体)、或Y3(Al,Ga)5O12:Ce(G-YAG荧光体)。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,所述红色荧光体包含(Sr,Ca)AlSiN3:Eu(SCASN荧光体)、CaAlSi(ON)3:Eu(CASON荧光体)、或CaAlSiN3:Eu(CASN荧光体)。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,所述蓝色半导体发光元件是所述蓝色半导体发光元件单体的脉冲驱动时的主波长λCHIP-BM-dom为452.5nm以上且470nm以下的AlInGaN系发光元件,
所述绿色荧光体是特征在于实现所述绿色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为515nm以上且535nm以下、且其半值全宽WPHOS-GM-fwhm为90nm以上且110nm以下的CaSc2O4:Ce(CSO荧光体)或Lu3Al5O12:Ce(LuAG荧光体),
所述红色荧光体是特征在于实现所述红色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值λPHOS-RM-max的波长为640nm以上且663nm以下、且其半值全宽WPHOS-RM-fwhm为80nm以上且105nm以下的CaAlSi(ON)3:Eu(CASON荧光体)或CaAlSiN3:Eu(CASN荧光体)。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,所述发光装置是封装化LED、板上芯片型LED、LED模块、LED灯泡、LED照明器具或LED照明系统。
优选的是,在所述发光装置中,其特征在于,从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光满足以下的条件I到条件IV。
条件I:
在设数学上假定了从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL1、b* nSSL1(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref1、b* nref1(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCnSSL1为:
-4.00≤ΔCnSSL1≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(1-3)表示的所述饱和度差的平均如下。
【数学式3】
【数学式4】
条件III:
设所述饱和度差的最大值为ΔCSSL-max1、所述饱和度差的最小值为ΔCSSL-min1时,所述饱和度差的最大值与所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|为:
2.00≤|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|≤10.00。
其中,ΔCnSSL1=√{(a* nSSL1)2+(b* nSSL1)2}-√{(a* nref1)2+(b* nref1)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL1(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref1(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|ΔhnSSL1|为:
0.00度≤|ΔhnSSL1|≤12.50度(n为1到15的自然数),
其中,ΔhnSSL1=θnSSL1-θnref1。
优选的是,所述发光装置被用作家庭用照明装置、展示物用照明装置、演出用照明装置、医疗用照明装置、作业用照明装置、工业设备内用照明装置、交通机构内装用照明装置、美术品用照明装置、高龄者用照明装置。
本发明的第一发明中的第二发明是发光装置的设计方法,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其特征在于,把该发光装置设计成,使得从所述发光装置在主辐射方向上射出的光满足以下的条件1到条件4的全部条件。
条件1:
设波长为λ、从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的光谱分布为
设根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1而选择的基准光的光谱分布为
设从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的三刺激值为(XSSL1,YSSL1,ZSSL1),
设根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的TSSL1而选择的基准光的三刺激值为(Xref1,Yref1,Zref1),
将从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的归一化光谱分布SSSL1(λ)、根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的TSSL1(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref1(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔSSSL1(λ)分别定义为:
ΔSSSL1(λ)=Sref1(λ)-SSSL1(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述SSSL1(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL1-RL-max(nm)时,在比所述λSSL1-RL-max更靠长波长侧的位置存在成为SSSL1(λSSL1-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(1-1)表示的指标为:
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述SSSL1(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL1-RL-max(nm)时,在比所述λSSL1-RL-max更靠长波长侧的位置不存在成为SSSL1(λSSL1-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(1-2)表示的指标为:
【数学式5】
【数学式6】
条件2:
所述光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离/> 为:
条件3:
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λSSL1-RM-max为:
605(nm)≤λSSL1-RM-max≤653(nm)。
优选的是,在所述方法中,在所述条件2中,
优选的是,在所述方法中,在所述条件4中,
625(nm)≤λSSL1-RM-max≤647(nm)。
优选的是,在所述方法中,满足以下的条件5。
条件5:
在所述光的光谱分布实现所述/>的波长λSSL1-BM-max为:
430(nm)≤λSSL1-BM-max≤480(nm)。
优选的是,在所述方法中,满足以下的条件6。
条件6:
此外,优选的是,在所述方法中,在所述条件6中,
提供一种发光装置的设计方法,其中,所述发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其特征在于,所述设计方法包括如下步骤:
进行设计,使得从所述发光装置在主辐射方向上射出的光满足以下的条件1到条件4以及条件I到条件IV的全部条件,
条件1:
设波长为λ、从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的光谱分布为
设根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1而选择的基准光的光谱分布为
设从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的三刺激值为(XSSL1,YSSL1,ZSSL1),
设根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的TSSL1而选择的基准光的三刺激值为(Xref1,Yref1,Zref1),
将从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的归一化光谱分布SSSL1(λ)、根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的TSSL1(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref1(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔSSSL1(λ)分别定义为:
ΔSSSL1(λ)=Sref1(λ)-SSSL1(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述SSSL1(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL1-RL-maxnm时,在比所述λSSL1-RL-max更靠长波长侧的位置存在成为SSSL1(λSSL1-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述式(1-1)表示的指标为:
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述SSSL1(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL1-RL-maxnm时,在比所述λSSL1-RL-max更靠长波长侧的位置不存在成为SSSL1(λSSL1-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述式(1-2)表示的指标为:
【数学式1】
【数学式2】
条件2:
所述光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv 为:
条件3:
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λSSL1-RM-max为:
605nm≤λSSL1-RM-max≤653nm,
条件I:
设数学上假定了从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL1、b* nSSL1,其中,n为1到15的自然数,
设数学上假定了根据在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref1、b* nref1,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,饱和度差ΔCnSSL1为:
-4.00≤ΔCnSSL1≤8.00n为1到15的自然数,
条件II:
由下述式(1-3)表示的所述饱和度差的平均如下,
条件III:
设所述饱和度差的最大值为ΔCSSL-max1、所述饱和度差的最小值为ΔCSSL-min1时,所述饱和度差的最大值与所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|为:
2.00≤|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|≤10.00,
其中,
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
设数学上假定了从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL1度,其中,n为1到15的自然数,
设数学上假定了根据在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref1度,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,色相角差的绝对值|ΔhnSSL1|为:
0.00度≤|ΔhnSSL1|≤12.50度n为1到15的自然数,
其中,ΔhnSSL1=θnSSL1-θnref1。
发明的效果
根据本发明的第一发明中的第一发明所涉及的发光装置,在“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”中,能够维持色貌的良好的特性,并改善其光源效率。
此外,根据本发明的第一发明中的第二发明所涉及的发光装置的设计方法,能够提供“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”的设计方针。
附图说明
图1-1是在光谱分布为的一个实施方式中表示参数/>λBM-max、/>λBG-min、/>λRM-max、/>以及λRL-max之间的关系的图。
图1-2是表示参数Acg的积分范围的图(CCT为5000K以上的情况)。
图1-3是表示参数Acg的积分范围的图(CCT低于5000K的情况)。
图1-4示出了从内置有峰值波长410nm的半导体发光元件且具有窄波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例101)。
图1-5示出了从内置有峰值波长410nm的半导体发光元件且具有窄波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例102)。
图1-6示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(参考实验例101)。
图1-7示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(实验例101)。
图1-8示出了从内置有峰值波长460nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(实验例109)。
图1-9示出了从内置有峰值波长460nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(实验例118)。
图1-10示出了从内置有峰值波长452.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(实验例120)。
图1-11示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(实验例140)。
图1-12示出了从内置有峰值波长452.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(实验例147)。
图1-13示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(实验例149)。
图1-14示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(实验例150)。
图1-15示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例103)。
图1-16示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例104)。
图1-17示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例105)。
图1-18示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有黄色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例107)。
图1-19示出了从内置有峰值波长455nm的半导体发光元件且具有窄波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例110)。
图1-20示出了从内置有峰值波长447.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例115)。
图1-21示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例116)。
图1-22示出了从内置有峰值波长450nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例118)。
图1-23示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例119)。
图1-24示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例122)。
图1-25示出了从内置有峰值波长457.5nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例123)。
图1-26示出了从内置有峰值波长465nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例126)。
图1-27示出了从内置有峰值波长465nm的半导体发光元件且具有宽波段绿色荧光体和红色荧光体的封装LED出射的、假定照明15种修正蒙赛尔色卡的光谱分布、以及同时绘制了用该LED进行照明时和用基准光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*色的CIELAB颜色空间(比较实验例127)。
图2-1是示出在实验例201和比较实验例201中使用的封装LED的发光区域的配置的图。
图2-2示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为3:0时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点A)。
图2-3示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为2:1时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点B)。
图2-4示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为1.5:1.5时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点C)。
图2-5示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为1:2时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点D)。
图2-6示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为0:3时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点E)。
图2-7在CIE1976u’v’色度图上示出了实验例201中的驱动点A到E的色度。另外,图上的双点划线是满足本发明的第二发明的条件1的Duv的范围。
图2-8是示出实验例202中使用的封装LED的发光区域的配置的图。
图2-9示出了在实验例202中,设发光区域221、发光区域222、发光区域223的辐射通量比为3:0:0时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点A)。
图2-10示出了在实验例202中,设发光区域221、发光区域222、发光区域223的辐射通量比为0:3:0时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点B)。
图2-11示出了在实验例202中,设发光区域221、发光区域222、发光区域223的辐射通量比为0:0:3时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点C)。
图2-12示出了在实验例202中,设发光区域221、发光区域222、发光区域223的辐射通量比为1:1:1时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点D)。
图2-13在CIE1976u’v’色度图上示出了实验例202中的驱动点A到D的色度。另外,图上的双点划线是满足本发明的第二发明的条件1的Duv的范围。
图2-14是示出实验例203中使用的照明系统的发光区域的配置的图。
图2-15示出了在实验例203中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为90:0时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点A)。
图2-16示出了在实验例203中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为70:20时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点B)。
图2-17示出了在实验例203中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为45:45时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点C)。
图2-18示出了在实验例203中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为30:60时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点D)。
图2-19示出了在实验例203中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为0:90时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点E)。
图2-20在CIE1976u’v’色度图上示出了实验例203中的驱动点A到E的色度。另外,图上的双点划线是满足本发明的第二发明的条件1的Duv的范围。
图2-21示出了在实验例204中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为90:0时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点A)。
图2-22示出了在实验例204中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为70:20时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点B)。
图2-23示出了在实验例204中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为49:41时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点C)。
图2-24示出了在实验例204中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为30:60时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点D)。
图2-25示出了在实验例204中,设发光区域231与发光区域232的辐射通量比为0:90时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点E)。
图2-26在CIE1976u’v’色度图上示出了实验例204中的驱动点A到E的色度。另外,图上的双点划线是满足本发明的第二发明的条件1的Duv的范围。
图2-27是示出实验例205中使用的发光装置(1对封装LED)的发光区域的配置的图。
图2-28示出了在实验例205中,设发光区域241与发光区域242的辐射通量比为9:0时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点A)。
图2-29示出了在实验例205中,设发光区域241与发光区域242的辐射通量比为7:2时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点B)。
图2-30示出了在实验例205中,设发光区域241与发光区域242的辐射通量比为4.5:4.5时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点C)。
图2-31示出了在实验例205中,设发光区域241与发光区域242的辐射通量比为2:7时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点D)。
图2-32示出了在实验例205中,设发光区域241与发光区域242的辐射通量比为0:9时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点E)。
图2-33在CIE1976u’v’色度图上示出了实验例205中的驱动点A到E的色度。另外,图上的双点划线是满足本发明的第二发明的条件1的Duv的范围。
图2-34是示出实验例206中使用的封装LED的发光区域的配置的图。
图2-35示出了在实验例206中,设发光区域251与发光区域252的辐射通量比为16:0时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间。
图2-36示出了在实验例206中,设发光区域251与发光区域252的辐射通量比为4:12时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点B)。
图2-37示出了在实验例206中,设发光区域251与发光区域252的辐射通量比为3:13时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点C)。
图2-38示出了在实验例206中,设发光区域251与发光区域252的辐射通量比为1:15时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点D)。
图2-39示出了在实验例206中,设发光区域251与发光区域252的辐射通量比为0:16时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点E)。
图2-40在CIE1976u’v’色度图上示出了实验例206中的驱动点A到E的色度。另外,图上的双点划线是满足本发明的第二发明的条件1的Duv的范围。
图2-41示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为3:0时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点A)。
图2-42示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为2:1时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点B)。
图2-43示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为1.5:1.5时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点C)。
图2-44示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为1:2时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点D)。
图2-45示出了在实验例201中,设发光区域211与发光区域212的辐射通量比为0:3时的光谱分布、以及同时绘制了分别假定以该光谱分布进行照明时(实线)和以与该光谱分布对应的计算用基准光进行照明时(虚线)的该15种修正蒙赛尔色卡的a*值和b*值的CIELAB颜色空间(驱动点E)。
图2-46在CIE1976u’v’色度图上示出了比较实验例201中的驱动点A到E的色度。另外,图上的双点划线是满足本发明的第二发明的条件1的Duv的范围。
图2-47是示出本发明的第二发明的发光装置所具有的发光区域的图。
图3-1是示出实验例101的试验光的归一化试验光光谱分布(实线)和与该试验光对应的计算用基准光的归一化基准光光谱分布(虚线)的图。
图3-2是示出实验例150的试验光的归一化试验光光谱分布(实线)和与该试验光对应的计算用基准光的归一化基准光光谱分布(虚线)的图。
图3-3是示出本发明的第三发明中的第一发明所涉及的发光装置的一例的示意图。
图3-4是示出本发明的第三发明中的第一发明所涉及的发光装置的一例的示意图。
图3-5是示出实验例301和比较实验例301中使用的控制要素(filter,滤波器)的透过特性的曲线图。
图3-6是参考实验例301和实验例301的光谱分布的图。图中,虚线表示不包含控制要素的参考实验例301中的相对光谱分布,实线表示包含控制要素的实验例301中在轴上辐射的相对光谱分布。
图3-7是参考实验例301和实验例301中的光谱分布的图、以及同时绘制了假定分别以这些光谱分布和具有与它们对应的CCT的计算用基准光(黑体辐射的光)进行照明时的该15种色卡的a*值、b*值的CIELAB绘图。(CIELAB绘图中虚线为基准光的结果,图中实线为封装LED的结果)。
图3-8是示出了实验例302中使用的控制要素(滤波器)的透过特性的曲线图。
图3-9是参考比较实验例301和实验例302中的光谱分布的图。图中,虚线表示不包含控制要素的参考比较实验例301中的相对光谱分布,实线表示包含控制要素的实验例302中在轴上辐射的相对光谱分布。
图3-10是参考比较实验例301和实验例302中的光谱分布的图、以及同时绘制了假定分别以这些光谱分布和与具有它们对应的CCT的计算用基准光(黑体辐射的光)进行照明时的该15种色卡的a*值、b*值的CIELAB绘图。(CIELAB绘图中虚线为基准光的结果,图中实线为封装LED的结果)。
图3-11是示出实验例303中使用的控制要素(滤波器)的透过特性的曲线图。
图3-12是参考比较实验例302和实验例303中的光谱分布的图。图中,虚线表示不包含控制要素的参考比较实验例302中的相对光谱分布,实线表示包含控制要素的实验例303中在轴上辐射的相对光谱分布。
图3-13是参考比较实验例302和实验例303中的光谱分布的图、以及同时绘制了假定分别以这些光谱分布和具有与它们对应的CCT的计算用基准光(黑体辐射的光)进行照明时的该15种色卡的a*值、b*值的CIELAB绘图。(CIELAB绘图中虚线为基准光的结果,图中实线为封装LED的结果)。
图3-14是参考比较实验例302和比较实验例301中的光谱分布的图。图中,虚线表示不包含控制要素的参考比较实验例302中的相对光谱分布,实线表示包含控制要素的比较实验例301中在轴上辐射的相对光谱分布。
图3-15是参考比较实验例302和比较实验例301中的光谱分布的图、以及同时绘制了假定分别以这些光谱分布和具有与它们对应的CCT的计算用基准光(黑体辐射的光)进行照明时的该15种色卡的a*值、b*值的CIELAB绘图。(CIELAB绘图中虚线为基准光的结果,图中实线为封装LED的结果)。
具体实施方式
以下详细记载解决课题的手段,但是,本说明书中记载的重要语句具有以下意思。
本发明人选出的新的发明的概念能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌,并改善实现该色貌、物体外貌的发光体的光源效率。即,选出了能够实现这样的物体的外貌的光谱分布。而且,作为实施这样的新发明的具体的手段,提供以下3个发明。
(1)射出具有如下光谱分布的光的发光装置所涉及的发明(第一发明),其中,该光谱分布能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌,
(2)在射出具有如下光谱分布的光的发光装置中,射出从多个发光区域射出的光的发光装置所涉及的发明(第二发明),其中,该光谱分布能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌,
(3)在辐射具有如下光谱分布的光的发光装置中,包含控制要素的发光装置所涉及的发明(第三发明),其中,该光谱分布能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌,
因此,在本说明书中,针对光源发出的光的光谱分布有时根据各个发明而使用另外的表述/>
同样,在本说明书中,针对相关色温T,有时根据各个发明而使用另外表述(TSSL1,TSSL2,TSSL3,Telm3)。
同样,在本说明书中,针对根据相关色温T而选择的基准光的光谱分布有时根据各个发明而使用另外的表述/>
同样,在本说明书中,针对光的三刺激值(X,Y,Z),有时根据各个发明而使用另外的表述((XSSL1,YSSL1,ZSSL1),(XSSL2,YSSL2,ZSSL2),(XSSL3,YSSL3,ZSSL3),(Xelm3,Yelm3,Zelm3))。
同样,在本说明书中,针对根据T而选择的基准光的三刺激值(Xref,Yref,Zref),有时根据各个发明而使用另外的表述((Xref1,Yref1,Zref1),(Xref2,Yref2,Zref2),(XSSL-ref3,YSSL-ref3,ZSSL-ref3),(Xelm-ref3,Yelm-ref3,Zelm-ref3))。
同样,在本说明书中,针对光的归一化光谱分布S(λ),有时根据各个发明而使用另外的表述(SSSL1(λ),SSSL2(λ),SSSL3(λ),Selm3(λ))。
同样,在本说明书中,针对根据T而选择的基准光的归一化光谱分布Sref(λ),有时根据各个发明而使用另外的表述(Sref1(λ),Sref2(λ),SSSL-ref3(λ),Selm-ref3(λ))。
同样,在本说明书中,针对归一化光谱分布的差ΔS(λ),有时根据各个发明而使用另外的表述(ΔSSSL1(λ),ΔSSSL2(λ),ΔSSSL3(λ),ΔSelm3(λ))。
同样,在本说明书中,针对后述的波长λBG-min,有时根据各个发明而使用另外的表述(λSSL1-BG-min,λSSL2-BG-min,λSSL3-BG-min,λSSL3-BG-min,λelm3-BG-min)。
同样,在本说明书中,针对后述的波长λBM-max,有时根据各个发明而使用另外的表述(λSSL1-BM-max,λSSL2-BM-max,λSSL3-BM-max,λelm3-BM-max)。
同样,在本说明书中,针对后述的波长λRM-max,有时根据各个发明而使用另外的表述(λSSL1-RM-max,λSSL2-RM-max,λSSL3-RM-max,λelm3-RM-max)。
同样,在本说明书中,针对后述的波长λRL-max,有时根据各个发明而使用另外的表述(λSSL1-RL-max,λSSL2-RL-max,λSSL3-RL-max,λelm3-RL-max)。
同样,在本说明书中,针对后述的465nm以上且525nm以下的范围内的光谱强度的最小值有时根据各个发明而使用另外的表述/>
同样,在本说明书中,针对后述的430nm以上且495nm以下的范围内的光谱强度的最大值有时根据各个发明而使用另外的表述/>
同样,在本说明书中,针对后述的590nm以上且780nm以下的范围内的光谱强度的最大值有时根据各个发明而使用另外的表述/>
同样,在本说明书中,针对后述的在380nm以上且780nm以下的范围内从光谱分布导出的归一化光谱分布S(λ)的最长波长极大值/>有时根据各个发明而使用另外的表述/>
同样,在本说明书中,针对后述的指标Acg,有时根据各个发明而使用另外的表述
同样,在本说明书中,针对后述的距离Duv,有时根据各个发明而使用另外的表述
同样,在本说明书中,针对后述的值a* n,有时根据各个发明而使用另外的表述(a* nSSL1,a* nSSL2,a* nSSL3,a* nelm3)。
同样,在本说明书中,针对后述的值b* n,有时根据各个发明而使用另外的表述(b* nSSL1,b* nSSL2,b* nSSL3,b* nelm3)。
同样,在本说明书中,针对后述的值a* nref,有时根据各个发明而使用另外的表述(a* nref1,a* nref2,a* nSSL-ref3,a* nelm-ref3)。
同样,在本说明书中,针对后述的值b* nref,有时根据各个发明而使用另外的表述(b* nref1,b* nref2,b* nSSL-ref3,b* nelm-ref3)。
同样,在本说明书中,针对后述的色相角θn,有时根据各个发明而使用另外的表述(θnSSL1,θnSSL2,θnSSL3,θnelm3)。
同样,在本说明书中,针对后述的色相角θnref,有时根据各个发明而使用另外的表述(θnref1,θnref2,θnSSL-ref3,θnelm-ref3)。
同样,在本说明书中,针对后述的色相角差Δhn,有时根据各个发明而使用另外的表述(ΔhnSSL1,ΔhnSSL2,ΔhnSSL3,Δhnelm3)。
同样,在本说明书中,针对后述的饱和度差ΔCn,有时根据各个发明而使用另外的表述(ΔCnSSL1,ΔCnSSL2,ΔCnSSL3,ΔCnelm3)。
同样,在本说明书中,针对后述的饱和度差的平均SATave,有时根据各个发明而使用另外的表述
同样,在本说明书中,针对后述的饱和度差的最大值ΔCmax,有时根据各个发明而使用另外的表述(ΔCSSL-max1,ΔCSSL-max2,ΔCSSL-max3,ΔCelm-max3)。
同样,在本说明书中,针对后述的饱和度差的最小值ΔCmin,有时根据各个发明而使用另外的表述(ΔCSSL-min1,ΔCSSL-min2,ΔCSSL-min3,ΔCelm-min3)。
同样,在本说明书中,针对后述的辐射效率K,有时根据各个发明而使用另外的表述(KSSL1,KSSL2,KSSL3,Kelm3)。
同样,在本说明书中,针对后述的光源效率η,有时根据各个发明而使用另外的表述(ηSSL1,ηSSL2,ηSSL3,ηelm3)。
本发明包含上述的第一发明、第二发明和第三发明。
上述的本发明的第一发明除了包含上述发光装置所涉及的发明(第一发明中的第一发明)以外,还包含该发光装置的设计方法所涉及的发明(第一发明中的第二发明)。
上述的本发明的第二发明除了包含上述发光装置所涉及的发明(第二发明中的第一发明)以外,还包含该发光装置的设计方法所涉及的发明(第二发明中的第二发明)、该发光装置的驱动方法所涉及的发明(第二发明中的第三发明)和照明方法所涉及的发明(第二发明中的第四发明)。
上述的本发明的第三发明除了包含上述发光装置所涉及的发明(第三发明中的第一发明)以外,还包含该发光装置的设计方法所涉及的发明(第三发明中的第二发明)、照明方法所涉及的发明(第三发明中的第四发明)和该发光装置的制造方法所涉及的发明(第三发明中的第五发明)。另外,为了便于记载,不记载本发明的第三发明中的第三发明.
此外,在本说明书中,本发明的第一至第三发明的实施例等与后述的实验例等之间存在下述关系。
本发明的第一发明中的实施例是后述的实验例101~实验例152。
本发明的第一发明中的比较例是后述的比较实验例101~比较实验例127。
本发明的第一发明中的参考例是后述的参考实验例101。
本发明的第二发明中的实施例是后述的实验例201~实验例206。
本发明的第二发明中的比较例是后述的比较实验例201。
本发明的第二发明中的实验例是后述的实验例101~实验例152。
本发明的第二发明中的比较实验例是后述的比较实验例101~比较实验例127。
本发明的第二发明中的参考实验例是后述的参考实验例101。
本发明的第三发明中的实施例是后述的实验例301~实验例303。
本发明的第三发明中的比较例是后述的比较实验例301。
本发明的第三发明中的参考实施例是后述的参考实验例301。
本发明的第三发明中的参考比较例是后述的参考比较实验例301~参考比较实验例302。
本发明的第三发明中的实验例是后述的实验例101~实验例152。
本发明的第三发明中的比较实验例是后述的比较实验例101~比较实验例127。
本发明的第三发明中的参考实验例是后述的参考实验例101。
<1.第一发明>
<发光装置>
本发明的第一发明除了包含发光装置所涉及的发明(第一发明中的第一发明)的以外,还包含该发光装置的设计方法所涉及的发明(第一发明中的第二发明)。
本发明的第一发明中的第一发明所涉及的发光装置可以是在单体的半导体发光元件中赋予作为通电机构的引线等的装置,也可以是进一步赋予了散热机构等并与荧光体等构成一体的封装化LED、COB(Chip On Board)等。此外,也可以是在1个以上的封装化LED中进一步赋予了坚固的散热机构且一般搭载了多个封装LED的LED模块。进而,也可以是在封装LED等中赋予了光反射机构等的LED灯泡、LED照明器具。进而,还可以是支撑大量LED照明器具等并以能够对对象物进行照明的方式完成的照明系统。第一发明中的第一发明所涉及的发光装置包含全部这些装置。
<主辐射方向>
在第一发明中的第一发明中,通过发光装置辐射的光中的“主辐射方向”的光来确定发明。因此,能够辐射包含满足第一发明中的第一发明的必要条件的“主辐射方向”的光的发光装置属于第一发明中的第一发明的范围。
此处,“主辐射方向(radiant direction)”表示根据第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的使用状况而具有适当的范围、且向适当的方向辐射光的方向。
例如,可以是第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的光度(luminousintensity)或亮度(luminance)最大或极大的方向。
此外,可以是具有有限的范围的方向,该有限的范围包含第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的光度或亮度最大或极大的方向。
此外,也可以是第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的辐射强度(radiantintensity)或辐射亮度(radiance)最大或极大的方向。
此外,也可以是具有有限的范围的方向,该有限的范围包含第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的辐射强度或辐射亮度最大或极大的方向。
以下,具体地进行例示。
在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置是单体发光二极管(LED)、单体封装LED、单体板上芯片(COB)、单体LED模块、单体LED灯泡、荧光灯与半导体发光元件的单体复合灯、白炽灯泡与半导体发光元件的单体复合灯等的情况下,主辐射方向可以是各发光装置的铅直方向、包含铅直方向在内的有限立体角内例如最大为π(sr)、最小为π/100(sr)的方向。
在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置是对所述封装LED等附加了透镜、反射机构等得到的LED照明器具、具有荧光灯和半导体发光元件的照明器具,且具有能够应用于所谓的直接式照明用途、半直接式照明用途、全扩散照明用途、直接/间接式照明用途、半间接式照明用途、间接式照明用途的配光特性的情况下,主辐射方向可以是各发光装置的铅直方向、包含铅直方向在内的有限立体角内例如最大为π(sr)、最小为π/100(sr)的方向。此外,可以是第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的光度或亮度最大或极大的方向。此外,可以是包含第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的光度或亮度最大或极大的方向在内的有限立体角内例如最大为π(sr)、最小为π/100(sr)的方向。此外,可以是第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的辐射强度或辐射亮度最大或极大的方向。此外,可以是包含第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的辐射强度或辐射亮度最大或极大的方向在内的有限立体角内例如最大为π(sr)、最小为π/100(sr)的方向。
在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置是搭载了多个所述LED照明器具或多个具有荧光灯的照明器具的照明系统的情况下,主辐射方向可以是各发光装置的平面的中心的铅直方向、包含该铅直方向在内的有限立体角内例如最大为π(sr)、最小为π/100(sr)的方向。此外,可以是第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的光度或亮度最大或极大的方向。此外,可以是包含第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的光度或亮度最大或极大的方向在内的有限立体角内例如最大为π(sr)、最小为π/100(sr)的方向。此外,可以是第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的辐射强度或辐射亮度最大或极大的方向。此外,可以是包含第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的辐射强度或辐射亮度最大或极大的方向在内的有限立体角内例如最大为π(sr)、最小为π/100(sr)的方向。
为了计测从第一发明中的第一发明所涉及的发光装置在该主辐射方向上射出的光的光谱分布,优选以如下的距离进行计测,该距离使得计测点处的照度成为实际使用中的照度例如5lx到10000lx之间。
<驱动环境>
与一般的发光装置同样,在第一发明中的第一发明的发光装置中,当其驱动条件例如温度环境、注入电流电平、间歇亮灯/连续亮灯等驱动方式不同时,从发光装置在主辐射方向射出的光的光谱分布会变化。根据这样的观点,如果某个发光装置在能够使该发光装置实际地发光的至少1个特定条件下能够射出第一发明中的第一发明公开的光,则这样的发光装置是第一发明中的第一发明公开范围的发光装置。
<发光要素单体的发光和发光装置的发光>
第一发明中的第一发明所涉及的发光装置可以是例如内置半导体发光元件和荧光体的封装化LED、或进一步内置封装化LED的LED灯泡、进一步将这样的发光装置集成化的发光模块、发光系统等。此处,将构成第一发明中的第一发明所涉及的发光装置、且自发光或作为被其它激励的结果为能够发光的部件/材料记载为发光要素。因此,在第一发明中的第一发明中,半导体发光元件、荧光体等可以是发光要素。
从第一发明中的第一发明所涉及的发光装置在主辐射方向上射出的光虽然是基于发光要素的发光的叠加,但是,由于各种各样的原因,不一定成为单纯的叠加。例如,发光要素间的光的相互吸收等是较大的原因。此外,根据能够在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置中内置的透镜/滤波器等所具有的光谱透过特性,有时由于单纯的发光要素的光谱分布的叠加而使发光装置的光谱分布大幅变化。此外,根据位于发光要素附近的发光装置结构部件例如反射膜等的光谱反射特性,有时还由于单纯的发光要素的光谱分布的叠加而使发光装置的光谱分布发生变化。
并且,还需要考虑到,由于广泛使用的发光要素单体下的测定环境与发光装置的一般测定环境之间的“差异”,不能简单地根据发光要素的光谱分布的叠加来导出发光装置的光谱分布。
因此,如下规定第一发明中的第一发明所涉及的发光装置内的发光要素。
通过单体的脉冲电流驱动时的峰值波长λCHIP-VM-max对紫色半导体发光元件赋予了特征。
通过发光元件单体的脉冲电流驱动时的主波长λCHIP-BM-dom对蓝色半导体发光元件赋予了特征。
通过利用材料单体进行光激励时的发光峰值波长(针对绿色荧光体记载为λPHOS-GM-max,针对红色荧光体记载为λPHOS-RM-max)和该发光光谱分布的半值全宽(针对绿色荧光体记载为WPHOS-GM-fwhm,针对红色荧光体记载为WPHOS-RM-fwhm)对荧光体材料赋予了特征。
另一方面,在对第一发明中的第一发明所涉及的发光装置本身的光谱分布 赋予特征时,以连续通电时的特性为基础,利用如下那样的指标赋予了特征。
具体而言,通过以下值赋予了特征:430nm以上且495nm以下的范围内的光谱强度的最大值实现该值的波长λSSL1-BM-max;465nm以上且525nm以下的范围内的光谱强度的最小值/>实现该值的波长λSSL1-BG-min;590nm以上且780nm以下的范围内的光谱强度的最大值/>实现该值的波长λSSL1-RM-max;以及实现最长波长极大值的λSSL1-RL-max,该最长波长极大值/>是在后述的指标/>的定义中使用的在380nm以上且780nm以下的范围内由光谱分布/>导出的归一化光谱分布SSSL1(λ)的最长波长极大值。图1-1中示出该关系。另外,在图1-1中,未记载下标SSL1。这是因为,图1-1中所示的各种指标是还适应于后述的本发明的第二发明和第三发明的本发明内整体共同的一般概念。
因此,例如,λCHIP-BM-dom一般与λSSL1-BM-max不同,λPHOS-RM-max一般也与λSSL1-RM-max不同。另一方面,λSSL1-RL-max常常取与λSSL1-RM-max相同的值。
<指标>
指标如在日本专利第5252107号和日本专利第5257538号中作为指标Acg而公开的那样,如下定义。
设测定从第一发明中的第一发明所涉及的发光装置在主辐射方向上射出的光的情况下的作为不同的颜色刺激的计算用基准光和试验光的光谱分布分别为 设等色函数为x(λ)、y(λ)、z(λ),设与计算用基准光和试验光对应的三刺激值分别为(Xref1,Yref1,Zref1)、(XSSL1,YSSL1,ZSSL1)。此处,关于计算用基准光和试验光,将k作为常数,以下公式成立。
此处,将通过各自的Y对计算用基准光和试验光的光谱分布进行归一化后的归一化光谱分布定义为:
将这些归一化基准光光谱分布与归一化试验光光谱分布的差设为
ΔSSSL1(λ)=Sref1(λ)-SSSL1(λ)。
此处,如下导出指标
【数学式7】
/>
另外,此处,各积分的上下限波长分别为:
Λ1=380nm
Λ2=495nm
Λ3=590nm。
此外,Λ4分为以下2种情况进行定义。首先,在归一化试验光光谱分布SSSL1(λ)中,在设380nm到780nm内实现最长波长极大值的波长为λSSL1-RL-max(nm)、其归一化光谱强度为SSSL1(λSSL1-RL-max)时,比λSSL1-RL-max靠近长波长侧、且强度为SSSL1(λSSL1-RL-max)/2的波长是Λ4。如果在780nm以内的范围内不存在这样的波长,则Λ4是780nm。
<窄波段/宽波段>
第一发明中的第一发明所涉及的窄波段发光要素是指,与日本专利第5252107号和日本专利第5257538号记载相同的定义,发光要素的半值全宽为短波长区域(380nm到495nm)、中间波长区域(495nm到590nm)、长波长区域(590nm到780nm)的各自的区域宽度即115nm、95nm、190nm的2/3以下。
相反,第一发明中的第一发明所涉及的宽波段发光要素是指,发光要素的半值全宽为大于短波长区域(380nm到495nm)、中间波长区域(495nm到590nm)、长波长区域(590nm到780nm)各自的区域宽度即115nm、95nm、190nm的2/3。因此,基本上,在短波长区域中具有约77nm以上的半值全宽、在中间波长区域中具有约64nm以上的半值全宽、在长波长区域中具有约127nm以上的半值全宽的发光要素是宽波段发光要素。
<光源的色度表述>
如下明确示出第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的色度点。由从发光装置在主辐射方向出射的光所具有的光谱分布导出的色度例如可以在CIE 1931(x,y)色度图或CIE 1976(u’,v’)色度图中进行讨论。但是,关于色度图上的位置,如果利用相关色温CCT和偏差Duv进行记述则比较透彻,因此,在第一发明中的第一发明中特别使用了(u’,(2/3)v’)色度图(与CIE 1960(u,v)色度图同义)。
此处,第一发明中的第一发明所涉及的偏差Duv是在ANSI C78.377中定义的量,以绝对值示出与(u’,(2/3)v’)色度图中的黑体辐射轨迹最接近的距离。此外,正符号表示发光装置的色度点位于黑体辐射轨迹的上方(v’较大的一侧),负符号表示发光装置的色度点位于黑体辐射轨迹的下方(v’较小的一侧)。
主要出现在来源于蓝色半导体发光元件的发光的光谱辐射通量的长波长侧尾部(光谱辐射通量强度降低的周边(裾野)部分)与来源于负责中间波长区域的发光要素的发光的光谱辐射通量的短波长侧尾部(光谱辐射通量强度降低的周边部分)重叠的部分。换言之,在跨越短波长区域和中间波长区域的465nm以上且525nm以下的范围内容易产生/>形状的凹部。
关于后述的以数学方式导出的特定15修正蒙赛尔色卡的色貌,如果要使其饱和度比较均等地提高,则需要谨慎地控制以430nm以上且495nm以下的范围内的光谱强度的最大值对进行归一化得到的/>以及以590nm以上且780nm以下的范围内的光谱强度的最大值对/>进行归一化得到的/>即,在第一发明中的第一发明的发光装置中,在/>和/>中,如后所述存最佳范围。
<基准光,实验用基准光,试验光>
在第一发明中的第一发明中,将由CIE定义的基准光记载为基准光、计算用的基准光、计算用基准光等,在预测数学上的色貌时,在计算中会用到所述CIE。另一方面,将视觉的实际比较中使用的实验用的作为基准的光、即具有钨丝的白炽灯泡光等记载为基准光、实验用的基准光、实验用基准光。此外,将预想色貌与基准光接近的、高Ra且高Ri的光,例如内置紫半导体发光元件且包含蓝色/绿色/红色荧光体的LED光源也记载为基准光、实验用的基准光、实验用基准光。此外,相对于基准光,有时将数学上或实验上作为研究对象的光记载为试验光。
<照明对象物的色貌的定量化手法>
为了根据光谱分布对被该光照明的物体的色貌进行定量评价,定义数学上的光谱反射特性明确的色卡,对假定利用计算用基准光的照明的情况与假定利用试验光的照明的情况进行比较,将该色卡的“色貌的差”作为指标为宜。
一般而言,虽然可以把CRI中使用的试验色作为选项,但是,在导出平均显色指数等时使用的R1到R8的色卡为中等彩度的色卡,不适合于高彩度颜色的饱和度的讨论。此外,虽然R9到R12是高彩度色卡,但是在全色相角范围的详细讨论中,样本数不足。
因此,在修正蒙赛尔表色系中的蒙赛尔色相环中,从最高彩度的位于最外周的色卡中按照色相类别选择了15种色卡。这些色卡与美国NIST(National Institute ofStandards and Technology)提出的作为新的显色评价指标之一的CQS(Color QualityScale)(版本7.4和7.5)中使用的色卡相同。以下列出第一发明中的第一发明中所使用的15种色卡。此外,为了便于理解,在开头记载了对色卡赋予的编号。另外,在本说明书中,有时用n来代表这些编号,例如n=3是“5PB 4/12”的意味。n是从1到15的自然数。
/>
在第一发明中的第一发明中,根据各种指标的导出的观点,对如下情形进行定量,作为发光装置应具有的真的显色性提取出来,所述情形是:在假定利用计算用基准光的照明的情况与假定利用试验光的照明的情况下,这15种色卡的色貌如何变化时(或者没有变化时),才能够使得即使在一般的室内照度环境下,也能够如在室外的高照度环境下看到的那样,成为自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌。
此外,为了根据光谱分布对以数学方式导出的色貌进行定量评价,颜色空间的选择、色适应式的选择也很重要。在第一发明中的第一发明中,使用了作为当前CIE所推荐的均等颜色空间的CIE 1976L*a*b*(CIELAB)。而且,在色适应计算中采用了CMCCAT2000(Colour Measurement Comittee’s Chromatic Adaptation Transform of2000)。
另外,CIELAB颜色空间是三次元颜色空间,但是,在第一发明中的第一发明所涉及的CIELAB颜色空间中,由于主要关注彩度和色相,因此省略亮度,仅在二维上绘制了a*、b*轴。另外,在第一发明中的第一发明中的实验例/比较实验例等的说明所使用的CIELAB颜色空间中,由图中虚线连结的点是假定利用计算用基准光的照明的结果,实线是假定利用各个试验光的照明的结果。
进而,具体而言,如以下那样进行与色貌有关的定量。首先,将第一发明中的第一发明所涉及的发光装置在主辐射方向上射出试验光时的该试验光(第一发明中的第一发明的发光装置所涉及的)的CIE 1976L*a*b*颜色空间中的该15种色卡的a*值、b*值分别设为a* nSSL1、b* nSSL1(其中,n为1到15的自然数),将该15种色卡的色相角分别设为θnSSL1(度)(其中,n为1到15的自然数)。并且,将在数学上假定根据上述试验光的相关色温TSSL1而选择的计算用基准光(小于5000K为黑体辐射光,在5000K以上为CIE日光)的照明时的CIE 1976L*a*b*颜色空间中的该15种色卡的a*值、b*值分别设为a* nref1、b* nref1(其中,n为1到15的自然数),将该15种色卡的色相角分别设为θnref1(度)(其中,n为1到15的自然数)。此处,利用该2种光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的各自的色相角差ΔhnSSL1(度)(其中,n为1到15的自然数)的绝对值|ΔhnSSL1|是
|ΔhnSSL1|=|θnSSL1-θnref1|。
这样,对在第一发明中的第一发明中特别选择出的该15种修正蒙赛尔色卡所相关的数学上预想的色相角差进行定义是因为考虑到如下情况:在每次使用试验光和实验用基准光或实验用伪基准光进行视觉实验时,作为整体地评价各种物体或者物体的色貌,并且实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的手段,这些色相角差成为重要的指标。
此外,将假定了利用试验光和计算用基准光这2种光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的饱和度差ΔCnSSL1(其中,n为1到15的自然数)设为
ΔCnSSL1=√{(a* nSSL1)2+(b* nSSL1)2}-√{(a* nref1)2+(b* nref1)2}。
此外,将该15种修正蒙赛尔色卡的饱和度差的平均值设为
【数学式8】
(以下,有时称为)。并且,在设该15种修正蒙赛尔色卡的饱和度差的最大值为ΔCSSL-max1、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min1的情况下,将最大饱和度差与最小饱和度差之间的差(最大最小饱和度差间差)设为
|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|。
这样,对在第一发明中的第一发明中特别选择出的该15种修正蒙赛尔色卡所相关的数学上预想的饱和度差相关的各种特性进行定义是因为考虑到如下情况:在每次使用试验光和实验用基准光或实验用伪基准光进行视觉实验时,作为整体地评价各种物体或者物体的色貌,并且实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的手段,这些饱和度差相关的各种特性成为重要的指标。
<辐射效率KSSL1(lm/W)和光源效率ηSSL1(lm/W)>
并且,在每次评价对从第一发明中的第一发明所涉及的发光装置射出的主辐射方向的光进行测定时的试验光光谱分布时,辐射效率KSSL1(Luminous Efficacy ofradiation)(lm/W)遵循广泛使用的以下的定义。
【数学式9】
在上述式中,
Km:最大发光度(lm/W)
V(λ):光谱发光效率
λ:波长(nm)。
因此,测定从第一发明中的第一发明所涉及的发光装置射出的主辐射方向的光时的试验光光谱分布的辐射效率KSSL1(lm/W),可以说是光谱分布作为其形状而具有的效率。
另一方面,光源效率ηSSL1(lm/W)是表示投入到第一发明中的第一发明所涉及的发光装置中的电力以何种程度被转换为光束的量。
如果进一步换言之或进行附记,则测定从发光装置射出的主辐射方向的光时的试验光光谱分布的辐射效率KSSL1(lm/W),是光谱分布本身作为其形状而具有的效率,还可以说是当与构成发光装置的所有材料特性有关的效率(例如半导体发光元件的内部量子效率、光提取效率、荧光体的内部量子效率、外部量子效率、密封剂的透光特性等的效率)为100%时,与光源效率ηSSL1(lm/W)相等的量。
<发明的构思>
本发明人如以下那样,在数学上和实验上讨论了在指标为-360以上且-10以下的范围外、特别是具有比-10大的值的情况下,是否能够同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率。
指标是用于进行如下判断的指标:将与作为颜色刺激的辐射有关的可视区域大致分割为短波长区域(还包含紫色等的蓝色区域,380nm以上且小于495nm)、中间波长区域(还包含黄色等的绿色区域,495nm以上且小于590nm)、长波长区域(还包含橙色等的红色区域,590nm以上且小于780nm以下),与数学上的归一化基准光光谱分布进行比较,判断在归一化试验光光谱分布内的适当位置处是否存在适当强度的光谱分布的凹凸。如图1-2和图1-3中例示的那样,长波长区域的积分范围根据最长波长极大值的位置而不同。此外,计算用基准光的选择根据试验光的相关色温TSSL1而不同。在图1-2的情况下,图中实线所示的试验光的CCT为5000K以上,因此,如图中虚线所示,基准光选择了CIE日光(CIEdaylight)。图1-3的情况下,图中实线所示的试验光的CCT小于5000K,因此,如图中虚线所示,基准光选择了黑体辐射的光。另外,图中阴影部分示意地示出了短波长区域、中间波长区域、长波长区域的积分范围。
此外,如日本专利第5252107号和日本专利第5257538号中作为指标Acg而公开的那样,能够实现“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”的必要条件之一是指标处于-360以上且-10以下的范围内,这可以理解为具有如下的意思。
在短波长区域中,在归一化试验光光谱分布的光谱强度比数学上的归一化基准光光谱分布的光强度强的情况下,指标的第一项(ΔSSSL1(λ)的积分)容易取负值。
在中间波长区域中,相反,在归一化试验光光谱分布的光谱强度比归一化基准光光谱分布的光谱强度弱的情况下,指标的第二项(-ΔSSSL1(λ)的积分)容易取负值。
并且,在长波长区域中,在归一化试验光光谱分布的光谱强度比归一化基准光光谱分布的光谱强度强的情况下,指标的第三项(ΔSSSL1(λ)的积分)成为容易取负值的指标。/>
即,在处于这样的倾向的情况下,能够理解为满足能够实现“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”的必要条件中一个条件。
另外,如所述那样,计算用基准光根据试验光的CCT而改变。即,计算用基准光在试验光的CCT小于5000K时使用黑体辐射的光,在试验光的CCT为5000K以上时使用所定义的CIE日光(CIE daylight)。在指标的值的导出中,/>使用了在数学上定义的黑体辐射的光或CIE日光,另一方面,/>使用了仿真的函数、或在实验中尝试制作发光装置并对在其主辐射方向上射出的光进行实测的值。
另一方面,作为光源,如果要提高光源效率,即使考虑光谱发光效率V(λ)的形状,也需要设为本质上与日本专利第5252107号和日本专利第5257538号所公开的光谱分布不同的形状。
关于指标的第一项(380nm到495nm的ΔSSSL1(λ)的波长积分)和第三项(590nm到Λ4或780nm的ΔSSSL1(λ)的波长积分),优选的是,相比于归一化基准光光谱分布,归一化试验光光谱分布的光谱强度没有过强,换言之,ΔSSSL1(λ)的波长积分不取过度的负值,而是在适当的范围内。其原因在于,该区域的V(λ)具有相对小的值,因此,即使在该区域中存在过强的辐射,对提高光束的贡献度也较小。此外,如果要提高光源效率,则关于指标/>的第二项(495nm到590nm的-ΔSSSL1(λ)的波长积分),优选的是,相比于归一化基准光光谱分布,归一化试验光光谱分布的光谱强度没有过弱,换言之,-ΔSSSL1(λ)的波长积分不取过度的负值,而是在适当的范围内。其原因在于,该区域的V(λ)具有相对大的值,因此,即使在该区域中存在过弱的辐射,对提高光束的贡献度也较小。
因此,本发明人根据上述思想,检证能够否根据与日本专利第5252107号和日本专利第5257538号公开的内容完全不同的光谱分布,实现光源效率更高并且照明对象物的色貌优良的光源,得到的第一发明中的第一发明所涉及的发光装置。以下为具体方法。
首先,作为在中间波长区域中发光的发光要素,选择了与日本专利第5252107号和日本专利第5257538号中作为优选而公开的窄波段发光要素不同的宽波段发光要素。由此,中间波长区域中的“与归一化基准光光谱分布相比较的归一化试验光光谱分布的过度的凹凸”减少,在指标的第二项(495nm到590nm的-ΔSSSL1(λ)的波长积分)中,能够使归一化试验光光谱分布的光谱强度与归一化基准光光谱分布的光谱强度相比不会过弱。
进而,在选择LED发光装置内的荧光体激励光源时,使短波长区域中的“与归一化基准光光谱分布相比较的归一化试验光光谱分布的过度的凹凸”减少,使指标的第一项(380nm到495nm的ΔSSSL1(λ)的波长积分)不会成为过度的负值。即,为了使得相比于归一化基准光光谱分布,归一化试验光光谱分布的光谱强度不会过强,在归一化基准光光谱分布的光谱强度相对较高的区域具有荧光体激励光源的发光波长。具体而言,并非选择紫色半导体发光元件,而是选择蓝色半导体发光元件作为荧光体激励光源。
<实验方法及其总结>
如下进行用于完成第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的实验及其总结。
作为发光装置,准备了在3.5mm×3.5mm正方的小型封装中内置了各种半导体发光元件、各种荧光体、密封材料等而得到的封装LED。并且,还尝试制作了内置该封装LED的LED灯具。
为了公平地对尝试制作的各种发光装置进行比较,除了按照每个装置变更的各种半导体发光元件、各种荧光体及其配合以外,在全部光源中使该小型封装材质、半导体发光元件的搭载位置/方法、LED灯具形状/材质等都相同。此外,在LED灯具中,为了尽量保存内置的封装LED的光谱辐射特性,搭载镜头使用了从350nm到800nm左右透射特性平坦的材质。
在这样的条件下测定了各发光装置的辐射计测学的特性(radiometricproperty)、测光学的特性(photometric property)。进而,对假定了具有各发光装置的光谱分布的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡的色貌与假定了计算用基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡的色貌进行比较,根据测色学(colorimetry)的观点在数学上导出如何变化(或者不变化),利用前述的各种指标对色貌进行了定量评价。
并且,在第一发明中的第一发明的实验中,还进行了使被实验者判断色貌的优劣的比较视觉实验。在比较视觉实验中,参照ANSI C78.377,按照表1-1所示的每个色温组准备实验用基准光,利用试验光和实验用基准光分别对同一照明对象物独立进行照明,将利用哪种光进行照明时的色貌优良分类为等级-5、等级-4、等级-3、等级-2、等级-1、等级0、等级+1、等级+2、等级+3、等级+4、等级+5这11个等级。
【表1】
表1-1
此处,作为实验用基准光,准备了尽可能在黑体轨迹的附近具有色度坐标的发光装置。例如比较实验例101所示,使用单体的发光峰值波长410nm的紫色半导体发光元件,作为蓝色荧光体的SBCA荧光体,作为窄波段绿色荧光体的光激励时的峰值波长545nm、半值全宽55nm的β-SiAlON荧光体,作为红色荧光体的光激励时的峰值波长645nm、半值全宽99nm的CASON荧光体,来构成发出实验用基准光的发光装置,准备了成为接近在数学上的基准光的色貌的、高Ra且高Ri的光。例如比较实验例101所示的光谱辐射特性是比较视觉实验时按照每个CCT划分的组E的实验用基准光的例。计算出的CCT是4116K,Duv是-0.0017,Ra是98.0。另外,在其他的CCT组中也同样地,准备了如下的发光装置,该发光装置尽可能在黑体轨迹的附近具有色度坐标,且在对照明对象物进行照明时,发出预想成为接近数学上的基准光的色貌的高Ra且高Ri的光。
在进行比较视觉实验时,为了抑制由于替换发光装置而产生的照度变化,以使得照明对象物的位置处的照度基本相等的方式,调整照明对象物与发光装置之间的距离,变更驱动用电源并调整对LED灯具的注入电流量等。此外,比较视觉实验时的照度设为大约100lx到大约7000lx的范围。
此外,在比较视觉实验时,准备了以下的照明对象物等。此处,考虑准备了紫色、蓝紫色、蓝色、蓝绿色、绿色、黄绿色、黄色、黄红色、红色、紫红色等跨越全部色相的彩色对象物。并且,还准备了白色物、黑色物等非彩色对象物。此外,还准备了静物、花、食品、服装、印刷物等许多种类。此外,在实验中将被实验者(日本人)自身的皮肤也作为观察对象。另外,在以下的一部分物体名称前标记的颜色名称表示在通常环境下看上去的颜色,不表示精确的颜色。
白色陶瓷盘、白色芦笋、白色蘑菇、白色保鲜花、白色手帕、白衬衫、米饭
紫色保鲜花
蓝紫布制手帕、蓝色牛仔裤、蓝色保鲜花、蓝绿浴巾
绿色辣椒、莴苣、圆白菜丝、西兰花、绿橙、绿色苹果
黄色香蕉、黄色辣椒、黄绿色柠檬、黄色保鲜花、煎蛋
橙色橘子、橙色辣椒、胡萝卜
红色西红柿、红色苹果、红色辣椒、红色香肠、红色保鲜花
黑色保鲜花、
粉色领带、粉色保鲜花、
黄褐色领带、肉饼、猪排、牛蒡、曲奇饼、巧克力、
落花生、木器
被实验者(日本人)自身的皮肤
报纸、包含白色背景上的黑色文字的彩色印刷物(多彩)、平装书、周刊杂志银色(白色表盘)手表
色盘(X―rite公司制Color checker classic包含18色的彩色和6种非彩色(白1,灰色4,黑1)在内共计24色的色卡)
另外,色盘中的各个色卡的名称和蒙赛尔表述如下。
关于进行比较视觉实验时的等级划分,根据被实验者的等级划分结果而在统计学上进行处理,具体如下。将与实验用基准光相同或相同程度、或者感觉不到变化的情况设为等级0。此外,关于“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌”的情况,稍微优选的情况设为等级+1,优选的情况设为等级+2,比较优选的情况下设为等级+3,非常优选的情况设为等级+4,格外优选的情况设为等级+5。相反,关于“无法实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌”的情况,根据其程度,稍微不优选的情况设为等级-1,不优选的情况设为等级-2,比较不优选的情况下设为等级-3,非常不优选的情况设为等级-4,格外不优选的情况设为等级-5。
在进行了等级判断后,指示被实验者根据以下的观点对照明对象物进行观察,并综合地进行评分。即,与利用实验用基准光进行了照明的情况相比较,在利用各发光装置进行了照明的情况下,A)是否良好地感觉到黑白那样的“非彩色色貌”,B)是否容易读取包含白背景上的黑色文字的印刷物、报纸等所记载的文字,C)是否良好地感觉到具有包含被实验者自身的肤色等在内的各种色相的“彩色的色貌”,D)是否容易识别具有近似的色相的对象物(例如,作为2个不同个体的红辣椒)的颜色,E)是否感觉到是相同照度且明亮(是否提高明亮感)。
另外,在以下所示的表1-2到表1-15中总结的各种指标中,记载为“发光要素”的栏如前述那样示出发光要素单体的特性,记载为“发光装置”的栏是作为封装LED而测定出的结果。记载为“色貌”的栏是根据封装LED的光谱分布通过计算求出的结果,记载为“比较视觉实验结果”的栏是使用内置了该封装LED的LED灯具进行比较视觉实验时的照明对象物的色貌相关的等级划分的结果。
以下,使用实施例和比较实施例详细说明本发明的第一发明,但是,本发明的第一发明的范围当然不仅限于以下的实验例等。
<概要说明>
首先,以表1-2所示的4种发光装置为例,对第一发明中的第一发明的概要和效果进行说明。
【表2】
【表3】
比较实验例101是如下的发光装置:在对照明对象物进行照明时,成为接近基准光的色貌,平均显色指数(Ra)极高且特殊显色指数(Ri)也较高的实验用基准光,是+64.1。该光源是使用紫色半导体发光元件作为荧光体激励光源,并且使用窄波段的β-SiAlON(实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长为545nm,其半值全宽为55nm)作为绿色荧光体而实现的。
另外,本说明书中记载的SBCA荧光体、β-SiAlON荧光体、CASON荧光体的详细情况与日本专利第5252107号和日本专利第5257538号所公开的材料相同。
比较实验例102是辐射日本专利第5252107号和日本专利第5257538号所公开的光的发光装置,是-44.9。该发光装置也与比较实验例101同样,是使用紫色半导体发光元件作为荧光体激励光源,并且使用窄波段的β-SiAlON(实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长为545nm,其半值全宽为55nm)作为绿色荧光体而实现的。
参考实验例101也是辐射作为日本专利第5252107号和日本专利第5257538号的范畴的光的发光装置,是-58.7。但是,该发光装置是使用蓝色半导体发光元件作为荧光体激励光源,并且使用宽波段的CSMS(实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长为514nm,其半值全宽为106nm)作为绿色荧光体而实现的。
另一方面,实验例101是辐射日本专利第5252107号和日本专利第5257538号中未公开的光的新的发光装置,是+10.4。该光源是使用蓝色半导体发光元件作为荧光体激励光源,并且使用宽波段的CSO(实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长为520nm,其半值全宽为96nm)作为绿色荧光体而实现的。
另外,为了进行比较,这四个发光装置全部设为接近的相关色温(约3800~4200K)。此外,除了作为实验用基准光而准备的比较实验例101的发光装置以外,也设为接近的值(约-0.0100~-0.0125)。
另外,各光源的详细的构成材料、其特征、作为发光装置的特性在表1-2中进行了总结。在表1-2中还示出了在特定15种修正蒙赛尔色卡中,以数学的方式对利用基准光照明时和利用各个试验光照明时的色貌的差进行导出而得到的结果。并且,还示出了进行如下的比较视觉实验的结果:以作为实验用基准光而准备的比较实验例101的发光装置为基准,根据其余3种发光装置,实际的色貌如何变化。
图1-4至图1-7中示出了比较实验例101的发光装置、比较实验例102的发光装置、参考实验例101的发光装置、实验例101的发光装置各自的光谱辐射通量特性。此外,图1-4至图1-7中还示出了在特定15种修正蒙赛尔色卡中,针对利用基准光进行照明时和利用各个试验光进行照明时的色貌同时绘制了a*值、b*值的CIELAB颜色空间。另外,在CIELAB颜色空间中,利用虚线示出通过基准光进行照明的情况,利用实线示出利用各个试验光进行照明的情况。
此处,根据表1-2、图1-5到图1-7等可知如下情况。
关于比较实验例102的发光装置,指标为-44.9,作为发光装置的光源效率ηSSL1为45.9(lm/W)。此外,在数学上根据图1-5可知各色相的饱和度比较均等地提高,实际上,在比较视觉实验中,也判断为色貌比比较实验例101的发光装置良好,是等级4。
并且,关于参考实验例101的发光装置,指标为-58.7,作为发光装置的光源效率ηSSL1为48.0(lm/W)。此外,在数学上根据图1-6可知各色相的饱和度比较均等地提高,实际上,判断为色貌比比较实验例101的发光装置良好,是等级4。
与此相对,关于实验例101所示的发光装置,指标为+10.4。作为发光装置的光源效率ηSSL1为54.4(lm/W),与哪个发光装置相比都相对较高。此外,在数学上根据图1-7可知各色相的饱和度比较均等地提高,实际上,判断为色貌比比较实验例101的发光装置良好,是等级5。
即,实验例101的发光装置的结果为,可以说具体地例示了即使在日本专利第5252107号和日本专利第5257538号记载的发光装置的范围外,特别是指标 具有比-10大的值的情况下,有时也能够实现“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”。并且可知,正是在这样的情况下,能够使发光装置的光源效率ηSSL1提高。
<详细说明1>
接着,进一步例示实验例/比较实验例,详细说明第一发明中的第一发明。
表1-3到表1-7示出了第一发明中的第一发明的实验例。这些表是按照表编号顺序根据比较视觉实验的综合等级分类分别成为等级+1到等级+5的发光装置的结果。此外,被分类为1个等级的发光装置按照从低TSSL1到高TSSL1的顺序排列。并且,图1-8到图1-14例示了根据各个等级作为例子而提取出的发光装置所发出的光的光谱分布以及CIELAB颜色空间。
【表4】
【表5】
【表6】
【表7】
【表8】
【表9】
【表10】
【表11】
【表12】
【表13】
【表14】
【表15】
在详细讨论了这些实验例/比较实验例的结果后得知,为了判断为通过发光装置进行照明得到的色貌在比较视觉实验中为等级+1以上,发光装置内置了以下的发光要素。
条件α:蓝色半导体发光元件
条件β:宽波段绿色荧光体
条件γ:红色荧光体
另一方面可知,为了判断为通过发光装置进行照明得到的色貌在比较视觉实验中为等级+1以上,由发光装置的光谱分布导出的各指标具有以下的全部特征。
条件1:
条件2:
条件3:
条件4:605(nm)≤λSSL1-RM-max≤653(nm)
并且可知,在比较视觉实验中被判断为等级+1以上的发光装置的光谱分布 可以具有以下的特征。
条件5:430(nm)≤λSSL1-BM-max≤480(nm)
条件6:
此外可知,由在比较视觉实验中被判断为等级+1以上的发光装置的光谱分布导出的辐射效率KSSL1(lm/W)和相关色温TSSL1(K)可以具有以下的特征。
条件7:210.0lm/W≤KSSL1≤290.0lm/W
条件8:2600K≤TSSL1≤7700K
此外可知,在比较视觉实验中被判断为等级+1以上的发光装置的可以具有以下的特征:在380nm以上且405nm以下的范围内不具有发光要素原本的有效强度。
进而可知,在比较视觉实验中被判断为等级+1以上的发光装置的可以具有以下特征:不包含窄波段绿色荧光体、黄色荧光体作为发光要素。
另一方面可知,与由被判断为通过发光装置照明得到的色貌在比较视觉实验中为等级+1以上的发光装置的光谱分布导出的“色貌”有关的各指标将n作为1到15的自然数而具有以下的全部特征。
条件I-4.00≤ΔCnSSL1≤8.00
条件II:
条件III:2.00≤|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|≤10.00
条件IV:0.00度≤|ΔhnSSL1|≤12.50度
观察对满足这些条件的发光装置的光谱分布的色貌进行计算的结果、即图1-7到图1-14可知如下情况。对假定了利用基准光照明该15种修正蒙赛尔色卡时的色貌和利用各发光装置的光谱分布/>照明时的色貌进行比较可知,无论在哪个发光装置中,(1)其色相角差较小,并且,(2)无论在15种中的哪种色相中饱和度都比较均等地提高,并且,(3)其饱和度提高的程度处于适当的范围内。认为这样的特征在真正实际对照明对象物进行照明时,可诱发得到“自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌”,并且,可以说在数学上对应于条件I到条件IV。
进一步具体地记载色貌的效果,在使用第一发明中的第一发明的发光装置进行照明的情况下,与利用基准光进行照明的情况相比较,确认到如下效果:A)良好地感觉到黑白那样的“非彩色色貌”,B)感觉到容易读取包含白背景上的黑色文字的印刷物、报纸等所记载的文字,C)良好地感觉到具有包含被实验者自身的肤色等在内的各种色相的“彩色的色貌”,D)感觉到容易识别具有近似的色相的对象物的颜色,E)感觉到是相同照度且明亮。
进而,关于条件α所记载的蓝色半导体发光元件的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如以下。
该蓝色发光元件的、素子单体脉冲驱动时的主波长λCHIP-BM-dom能够选择445nm以上且475nm以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择447.5nm以上且470nm以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择452.5nm以上且470nm以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择457.5nm附近。另外,附近的意思是±2.5nm。
进而,关于条件β所记载的宽波段绿色荧光体的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如以下。
该宽波段绿色荧光体的、实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为511nm以上且543nm以下,其半值全宽WPHOS-GM-fwhm能够选择为90nm以上且110nm以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选的是,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为514nm以上且540nm以下,其半值全宽WPHOS-GM-fwhm选择96nm以上且108nm以下,
根据等级+2到+5的结果,优选的是,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为520nm以上且540nm以下,其半值全宽WPHOS-GM-fwhm选择96nm以上且108nm以下,
根据等级+5的结果,格外优选的是,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为520nm以上且530nm以下,其半值全宽WPHOS-GM-fwhm选择96nm以上且104nm以下。
并且,根据整体的倾向,认为进一步格外优选的是,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为521nm以上且529nm以下,其半值全宽WPHOS-GM-fwhm选择97nm以上且103nm以下。这些倾向是在第一发明中的第一发明的发光装置中,为了在光谱分布的适当的位置处具有适当大小的凹凸而所需要的倾向。
进而,作为具体的荧光体材料,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该绿色荧光体只要在利用材料单体进行光激励时发出绿色光并且满足所述光学特性即可,没有特别限定,但是,能够例示LuAG荧光体、CSO荧光体、G-YAG荧光体、CSMS荧光体、BSS荧光体、BSON荧光体等,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择LuAG荧光体、CSO荧光体、G-YAG荧光体、CSMS荧光体,
根据等级+2到+5的结果,优选选择LuAG荧光体、CSO荧光体、G-YAG荧光体,
根据等级+5的结果,格外优选LuAG荧光体、CSO荧光体。
进而,关于条件γ所记载的红色荧光体的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该红色荧光体的、实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-RM-max为622nm以上且663nm以下,其半值全宽WPHOS-RM-fwhm能够选择80nm以上且105nm以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选的是,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-RM-max为625nm以上且660nm以下,其半值全宽WPHOS-RM-fwhm选择87nm以上且99nm以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选的是,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-RM-max为645nm以上且660nm以下,且半值全宽WPHOS-RM-fwhm选择88nm以上且99nm以下,
根据等级+5的结果,格外优选的是,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-RM-max为645nm以上且660nm以下,其半值全宽WPHOS-RM-fwhm选择88nm以上且89nm以下。
此外,根据整体的倾向,认为优选的是,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-RM-max为632nm以上且660nm以下,其半值全宽WPHOS-RM-fwhm选择88nm以上且99nm以下。
进而,作为具体的荧光体材料,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该红色荧光体只要在利用材料单体进行光激励时发出红色光并且满足所述光学特性即可,没有特别限定,但是,能够例示CASN荧光体、CASON荧光体、SCASN荧光体,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择CASN荧光体、CASON荧光体、SCASN荧光体,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择CASN荧光体、CASON荧光体,
根据等级+5的结果,格外优选选择CASN荧光体。
进而,关于条件1所记载的指标的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该指标能够选择大于-10.0且120.0以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择-4.6以上且116.3以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择-4.6以上且87.7以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择-4.6以上且70.9以下,
根据等级+5的结果,格外优选-1.5以上且26.0以下。
进而,关于条件2所记载的的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该距离能够选择-0.0220以上且-0.0070以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择-0.0212以上且-0.0071以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选-0.0184以上且-0.0084以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择-0.0161以上且-0.0084以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择-0.0145以上且-0.0085以下。
另外,根据整体的倾向,进一步格外优选选择-0.0145以上且-0.0090以下,再进一步格外优选选择-0.0140以上且小于-0.0100,更进一步格外优选选择-0.0135以上且小于-0.0120。/>
进而,关于条件3所记载的值的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该值能够选择0.2250以上且0.7000以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择0.2278以上且0.6602以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择0.2427以上且0.6225以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择0.2427以上且0.5906以下。
进而,关于条件4所记载的波长λSSL1-RM-max的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该波长λSSL1-RM-max能够选择605nm以上且653nm以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择606nm以上且652nm以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择607nm以上且647nm以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择622nm以上且647nm以下。此外,根据到此处为止的倾向,认为λSSL1-RM-max进一步非常优选选择625nm以上且647nm以下。
此外,根据等级+5的结果,格外优选选择630nm以上且647nm以下。
进而,根据整体的倾向,可以认为λSSL1-RM-max进一步格外优选选择631nm以上且647nm以下。
这些倾向是在第一发明中的第一发明的发光装置中,为了在光谱分布的适当的位置处具有适当大小的凹凸而所需要的倾向。
进而,关于条件5所记载的波长λSSL1-BM-max的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该波长λSSL1-BM-max能够选择430nm以上且480nm以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择440nm以上且460nm以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择447nm以上且460nm,
根据等级+5的结果,格外优选选择450nm以上且457nm以下。
进而,根据整体的倾向,可以认为λSSL1-BM-max进一步格外优选选择451nm以上且456nm以下。
这些倾向是在第一发明中的第一发明的发光装置中,为了在光谱分布的适当的位置处具有适当大小的凹凸而所需要的倾向。
进而,关于条件6所记载的值的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该值能够选择0.1800以上且0.8500以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择0.1917以上且0.8326以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择0.1917以上且0.6207以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择0.1917以上且0.6202以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择0.1917以上且0.5840以下。
此外,根据整体的倾向,可以认为优选选择0.1917以上且0.7300以下。/>
这些倾向是在第一发明中的第一发明的发光装置中,为了在光谱分布的适当的位置处具有适当大小的凹凸而所需要的倾向。
进而,关于条件7所记载的辐射效率KSSL1(lm/W)的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该辐射效率KSSL1(lm/W)能够选择210.0(lm/W)以上且290.0(lm/W)以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择212.2(lm/W)以上且286.9(lm/W)以下,
根据等级+2到+5的结果,优选选择212.2(lm/W)以上且282.3(lm/W)以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择212.2(lm/W)以上且261.1(lm/W)以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择212.2(lm/W)以上且256.4(lm/W)以下。
进而,关于条件8所记载的相关色温TSSL1(K)的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该相关色温TSSL1(K)能够选择2600(K)以上且7700(K)以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择2644(K)以上且7613(K)以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择2644(K)以上且6797(K)以下。
进而,关于条件I所记载的饱和度差ΔCnSSL1的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该饱和度差ΔCnSSL1能够选择-4.00以上且8.00以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择-3.49以上且7.11以下,
根据等级+2到+5的结果,优选选择-3.33以上且7.11以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择-1.73以上且6.74以下,
根据等级+5的结果,格外优先选择-0.93以上且6.74以下。
进而,关于条件II所记载的的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该能够选择0.50以上且4.00以下,
根据实验例整体的结果,稍微优先选择0.53以上且3.76以下,
根据等级+2到+5的结果,优选选择1.04以上且3.76以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择1.11以上且3.76以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择1.40以上且3.76以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择1.66以上且3.76以下。
进而,关于条件III所记载的、饱和度差的最大值与饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该差|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|能够选择2.00以上且10.00以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择3.22以上且9.52以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择4.12以上且7.20以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择4.66以上且7.10以下。
进而,关于条件IV所记载的色相角差的绝对值|ΔhnSSL1|的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该色相角差的绝对值|ΔhnsSL1|能够选择0.00以上且12.50以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择0.00以上且12.43以下,
根据等级+2到+5的结果,优选选择0.01以上且12.43以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择0.02以上且12.43以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择0.02以上且9.25以下。
另外,由于期望色相角差的绝对值|ΔhnssL1|是0,因此,改变其值的下限,认为理想的是,
更优选选择0.00以上且12.43以下,
非常优选选择0.00以上且9.25以下,进而,
进一步非常优选选择0.00以上且7.00以下,
更加非常优选选择0.00以上且5.00以下。
关于色貌,根据以上的研究可知,当同时满足条件I到条件IV时,通过“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的”发光装置而实现的色貌被定量。
<详细说明2>
另外,在比较视觉实验中确认到,从实验例101到实验例152记载的发光装置射出的光与发出各个实验用基准光的发光装置的色貌相比优良。同时,如下确认到光源效率ηSSL1大幅提高。表1-8总结了表1-2中所示的比较实验例102、参考实验例101的值和光源效率ηSSL1。
【表16】
表1-8
最小 | 平均 | 最大 | |
Acg(φSSL1(λ)) | -58.7 | -51.8 | -44.9 |
ηSSL1(lm/W) | 45.9 | 47.0 | 48.0 |
另一方面,在表1-9中,从表1-3到表1-7所示的实验例中提取符合TSSL1为3800K到4200K、为-0.0125以上且-0.0100以下的全部发光装置,能够尽量公正地对比较实验例102、参考实验例101进行比较。表1-9中总结了从101、102、103、119、121、123、141、142导出的值。根据表1-8,/>的平均值为-51.8,ηSSL1的平均值为47.0(lm/W),但是,在表1-9中,/>的平均值为+51.4,ηSSL1的平均值为65.5(lm/W)。在表1-8所示的发光装置和表1-9所示的发光装置中,平均地观察时,照明对象物的色貌的差异不大。此处,与表1-8所示的现有的发光装置相比较可知,表1-9所示的第一发明中的第一发明的发光装置的光源效率增大了大约39%。
【表17】
表1-9
最小 | 平均 | 最大 | |
Acg(φSSL1(λ)) | 10.4 | 51.4 | 80.1 |
ηSSL1(lm/W) | 54.4 | 65.5 | 70.0 |
<详细说明3>
表1-10到表1-15分别根据以下的观点总结了第一发明中的第一发明的比较实验例(等级-1到等级-5)。进而,图1-15到图1-27根据各个表例示了光谱分布和CIELAB颜色空间。
【表18】
【表19】
【表20】
【表21】
【表22】
【表23】
【表24】
【表25】
【表26】
【表27】
【表28】
【表29】
表1-10使用了适当的蓝色半导体发光元件、适当的宽波段绿色荧光体、适当的红色荧光体,但是,例示了“小于-0.0220,并且,/>为-10以下的情况”。/>
表1-11使用了适当的蓝色半导体发光元件、适当的红色荧光体,也在适当的范围内,但是,例示了“由于使用黄色荧光体作为中间波长区域的发光要素,其结果为,/>变得小于0.225的情况”。
表1-12使用了适当的蓝色半导体发光元件、适当的红色荧光体,和/>也在适当的范围内,但是,例示了“由于使用窄波段绿色荧光体作为中间波长区域的发光要素,其结果为,/>变得小于0.225的情况”。
表1-13使用了适当的蓝色半导体发光元件、适当的宽波段绿色荧光体、适当的红色荧光体,也在适当的范围内,但是,例示了“对光谱分布赋予特征的λSSL1-RM-max中的任意一方均不适当的情况”。
表1-14使用了适当的蓝色半导体发光元件、适当的宽波段绿色荧光体、适当的红色荧光体,但是,例示了“大于-0.007,并且,/>大于+120的情况”。
表1-15使用了适当的蓝色半导体发光元件、适当的宽波段绿色荧光体、适当的红色荧光体,也在适当的范围内,但是,例示了“/>大于0.7000,并且,/>大于-0.007的情况”。
观察这些结果可知,当作为发光装置的光谱分布不满足全部条件1、条件2、条件3、条件4时,无法实现同时兼顾“自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌”和“光源效率提高”的发光装置。并且可知,关于其光谱分布/>不满足条件1、条件2、条件3、条件4中的至少1个条件的发光装置,其不满足与色貌有关的条件I到条件IV中的至少1个条件,同时,在比较视觉实验中,被分类为等级-1到等级-5中的任意一个等级。
进而,关于构成发光装置的发光要素,在使用窄波段绿色荧光体、黄色荧光体的情况下,无法实现同时兼顾“自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌”和“光源效率提高”的发光装置。可知,不满足与色貌有关的条件I到条件IV中的至少1个条件,同时,在比较视觉实验中,被分类为等级-4。
进而,详细情况如下。
在表1-10所示的与“小于-0.0220,并且,/>为-10以下的情况”相当的比较实验例103、比较实验例104、比较实验例105中,光谱分布和CIELAB绘图分别在图1-15、图1-16、图1-17中例示。它们分别存在以下的问题。
在比较实验例103(图1-15参照)中,在比较视觉实验中“看上去过于花哨”。认为这相当于图1-15中示出的CIELAB绘图所示的饱和度提高程度过度。进而,认为其本质是因为和/>均是过度的负值。
在比较实验例104(图1-16参照)、比较实验例105(图1-17参照)中,在比较视觉实验中,“一部分颜色看上去鲜艳,但一部分颜色看上去暗淡”。认为这与以下情况一致:图1-16、图1-17所示的CIELAB绘图的饱和度提高程度在各色卡中比较不均等,且在一部分色相中相比于基准光而成为非饱和倾向。此外,认为在一部分色卡中色相角会过度变化,颜色本身的变化过大也包含在这样的印象中。
另一方面,关于表1-11所示的“由于使用黄色荧光体作为中间波长区域的发光要素,其结果为,变得小于0.225的情况”、以及表1-12所示的“由于使用窄波段绿色荧光体作为中间波长区域的发光要素,其结果为,/>变得小于0.225的情况”,比较实验例107和比较实验例110的光谱分布及CIELAB绘图分别在图1-18和图1-19中示出。它们中分别存在以下的问题。
在这些比较视觉实验中“一部颜色过于花哨,一部分颜色看上去过于暗淡,由于该差异使色貌产生相当大的违和感”。这是与图1-18和图1-19所示的CLELAB绘图一致的倾向。进而,认为其本质是因为,如比较实验例107(参照图1-18)和比较实验例110(参照图1-19)那样,在来自蓝色半导体发光元件的光谱分布与来自负责各个中间波长区域的发光的荧光体的光谱分布之间的“465nm以上且525nm以下左右的光谱强度较弱的区域”中,其光谱强度过低,因此,根据照明对象物的色相的不同,相比于基准光,饱和度上升,另一方面,在另外的色相中饱和度下降。此外,认为在一部分色卡中色相角会过度变化,颜色本身的变化过大也包含在这样的印象中。
相反,如果使用宽波段绿色荧光体作为发光要素,则能够容易解决这些问题,因此认为是优选的。
在相当于“的值相比于0.2250过小的情况”的表1-11所示的比较实验例106(无图,/>)、表1-12所示的比较实验例110(图1-19,/>)、表1-13所示的比较实验例115(图1-20,)以及比较实验例118(图1-22,)中,即使满足条件1/>值)、条件2(值)、条件4(λSSL1-RM-max值),在数学上导出的特定15修正蒙赛尔色卡的色貌的一部分也会成为过度饱和度倾向,并且一部分成为过度非饱和倾向。此外,使用这些发光装置进行比较视觉实验时的等级成为了-4。
另外,作为这些用于避免过小的状况的手段,考虑以下的对策。首先,作为第一手段,可以使用宽波段绿色荧光体。在使用宽波段绿色荧光体的情况下,这样能够避免比较实验例106、比较实验例110所示的/>过小的状况。
进而,作为避免过小的状况的第二手段,考虑在使用宽波段绿色荧光体的基础上,还使用具有适当波长的蓝色半导体发光元件。在第一发明中的第一发明中,根据实验例,能够选择具有445.0nm以上且475.0nm以下的脉冲驱动时主波长的蓝色半导体发光元件,更优选的是,能够选择具有447.5nm以上且470.0nm以下的脉冲驱动时主波长的蓝色半导体发光元件,格外优选的是,能够选择具有457.5nm±2.5nm的脉冲驱动时主波长的蓝色半导体发光元件。
另外,为了不使过小,还考虑使λCHIP-BM-dom长波长化,但是,这是不正确的。λCHIP-BM-dom的优选的范围如上述那样。其理由如下。
首先,蓝色半导体发光元件是主要在蓝宝石基板上、Si基板上、SiC基板上、GaN基板上外延生长的AlGaInN系半导体发光元件,但是,这些内部量子效率取决于量子阱层的In组成、即λCHIP-BM-dom。此处,例如考虑InGaN量子阱层。关于在465nm以上且525nm以下具有足够光谱强度的量子阱层的In组成,与内部量子效率为最高的条件相比较,会成为使其降低那样的程度的高浓度,因此,根据实现“兼顾色貌和发光装置的光源效率”的观点是不优选的。
进而,考虑到色貌,如果使λCHIP-BM-dom过度长波长化,在的短波长区域的适当部分处不再存在来自发光要素的光谱强度,则在数学上导出的特定15修正蒙赛尔色卡的色貌的一部分会成为过度饱和倾向,并且一部分成为过度非饱和倾向。具体而言,在与成为过小的情况不同的色卡中,会发生饱和/非饱和的倾向。因此,为了不使/>过小,优选不使λCHIP-BM-dom过度长波长化。
进而,作为避免过小的状况的第三手段,考虑以下手段。具体而言,在使用具有445.0nm以上且475.0nm以下的脉冲驱动时主波长的蓝色半导体发光元件来设定第一λCHIP-BM-dom,并且使用黄色荧光体或窄波段绿色荧光体等作为中间波长区域的发光要素的情况下,在跨越短波长区域和中间波长区域的465nm以上且525nm以下的范围内,可以考虑进一步追加发光要素。因此,能够选择并追加在465nm以上且525nm以下的区域存在其光谱分布的中心的具有第二λCHIP-BM-dom的AlGaInN系蓝色半导体发光元件、具有第二λCHIP-BM-dom的GaP基板上的GaP的黄绿色发光元件(峰值波长为530nm到570nm左右)等。并且,此处还能够使宽波段绿色荧光体混合存在。
然而,在第一发明中的第一发明的发光装置中,照明对象物的色貌和光源效率的提高都很重要,过度增加发光要素有时会导致相互吸收、斯托克斯损失的增大等光源效率的降低,因此未必是优选的。根据该观点,使用黄色荧光体或窄波段绿色荧光体等作为中间波长区域的发光要素,不优选进一步增加其他的发光要素。即,在第一发明中的第一发明的发光装置中,能够使用黄色荧光体或窄波段绿色荧光体等,但是,未必是优选的,优选使用宽波段绿色荧光体作为中间波长区域的发光要素。
表1-13所示的相当于“赋予光谱分布特征的 λSSL1-RM-max中的任意一方不适当的情况”的比较实验例115、比较实验例116、比较实验例118中,光谱分布和CIELAB绘图分别在图1-20、图1-21、图1-22中例示。它们分别存在以下的问题。
在比较实验例115(参照图1-20)和比较实验例118(参照图1-22)中,在比较视觉实验中“一部颜色过于花哨,一部分颜色看上去过于暗淡,由于该差异使色貌产生相当大的违和感”。考虑这与以下情况一致:关于图1-20和图1-22中示出的CIELAB绘图所示的饱和度变化的程度,根据照明对象物的色相的不同,相比于基准光,饱和度上升,另一方面,在另外的色相中饱和度下降。认为其本质是因为,为过小的值。
在比较实验例116(参照图1-21)中,在比较视觉实验中,“一部分颜色看上去鲜艳,但一部分颜色看上去暗淡”。认为这与以下情况一致:图1-21所示的CIELAB绘图的饱和度提高程度比较不均等,在一部分色相中相比于基准光而成为非饱和倾向。认为其本质是因为,λSSL1-RM-max相比于适当的范围而成为短波长侧。此外,认为在一部分色卡中色相角过度变化,颜色本身的变化过大也包含在这样的印象中。
在表1-14所示的与“大于-0.007,并且,/>大于+120的情况”相当的比较实验例119、比较实验例122、比较实验例123中,分别在图1-23、图1-24、图1-25中例示了光谱分布和CIELAB绘图。它们分别存以下的问题。/>
在比较实验例119(参照图1-23)和比较实验例122(参照图1-24)中,在比较视觉实验中判断为“整体看上去暗淡”。这与以下情况一致:图1-23、图1-24中示出的CIELAB绘图所示的饱和度变化的程度与照明对象物的色相无关地,整体上成为非饱和倾向。认为其本质是因为,和/>是过大的值。另一方面,在比较实验例123(图1-25参照)中,在比较视觉实验中判断为“没有感觉到色貌的改善。一部分颜色的色貌劣化。”。认为这与如下情况一致:图1-25中示出的CIELAB绘图所示的饱和度变化的程度较小,是与基准光相同的程度。认为其本质是因为,/>和/>是过大的值。
在表1-15所示的与“大于0.7000,并且,/>大于-0.007的情况”相当的比较实验例126、比较实验例127中,分别在图1-26、图1-27中例示了光谱分布和CIELAB绘图。它们分别存在以下的问题。
在比较实验例126(参照图1-26)和比较实验例127(参照图1-27)中,在比较视觉实验中,分别判断为“整体看上去暗淡”、“一部分颜色看上去鲜艳,但一部分颜色看上去暗淡”。认为这与如下情况一致:图1-26中示出的CIELAB绘图所示的饱和度变化的程度与照明对象物的色相无关地大致成为非饱和倾向,在图1-27中,饱和度提高程度比较不均等,一部分色相中相比于基准光而成为非饱和倾向。认为其本质是因为,过大,并且,/>过大。在比较实验例126、比较实验例127中,比较视觉实验上的等级分别低至-5、-2。因此,为了实现能够实现“同时兼顾色貌和发光装置的光源效率”的第一发明中的第一发明的发光装置,需要充分控制/>在比较实验例126、比较实验例127中,认为问题是在光谱分布内的465nm以上且525nm以下的区域中没有形成适当大小的凹凸,凹凸过小。
另外,同样,还需要充分控制关于这些和/>的适当范围,总地来讲,为了发现第一发明中的第一发明的效果,在发光装置的光谱分布/>内的适当的位置处具有适当大小的凹凸是非常重要的。
下面说明用于实施第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的优选实施方式,但是,用于实施第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的方式不限于以下的说明中使用的方式。
关于第一发明中的第一发明所涉及的发光装置,只要从发光装置在主辐射方向上出射且对照明对象物照射的作为颜色刺激的试验光的辐射计测学的特性、测光学的特性在适当的范围内,则发光装置的结构、材料等没有限制。
用于实施第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的照明光源、包含该照明光源的照明器具、包含该照明光源或照明器具的照明系统等的发光装置包含有蓝色半导体发光元件。
另外,在满足上述各条件且得到第一发明中的第一发明的效果的情况下,包含半导体发光元件的照明光源除了蓝色半导体发光元件以外,还可以在1个照明光源中内置例如绿色、红色这样的不同种类的多个半导体发光元件,此外,也可以是,在1个照明光源中包含蓝色半导体发光元件,在不同的1个照明光源中包含绿色半导体发光元件,在又1个不同的照明光源中包含红色半导体发光元件,使它们在照明器具中与透镜、反射镜、驱动电路等一起成为一体而被提供给照明系统。进而,在1个照明器具中存在1个照明光源,且在其中内置单体的半导体发光元件的情况下,虽然作为单体的照明光源、照明器具不能实施第一发明中的第一发明所涉及的发光装置,但是,可以是,通过与来自存在于照明系统中的不同照明器具的光进行加法混色,作为照明系统而辐射的光在照明对象物的位置处满足所期望的特性,也可以是,作为照明系统而辐射的光中的主辐射方向的光满足所期望的特性。无论是哪种方式,只要最终照射到照明对象物的作为颜色刺激的光或者从发光装置射出的光中的主辐射方向的光满足第一发明中的第一发明的适当的条件即可。
以下,在满足所述适当的条件的基础上,对第一发明中的第一发明所涉及的发光装置进行记载。
优选的是,第一发明中的第一发明所涉及的发光装置具有在Λ1(380nm)到Λ2(495nm)的短波长区域内具有峰值的发光要素(发光材料),并且,具有在Λ2(495nm)到Λ3(590nm)的中间波长区域内具有峰值的另外的发光要素(发光材料),进而,具有在Λ3(590nm)到780nm的长波长区域内具有峰值的另外的发光要素(发光材料)。这是因为,独立地进行各个发光要素的强度设定或强度控制能够容易实现理想的色貌。
因此,第一发明中的第一发明所涉及的发光装置具有上述分别在3个波长区域中具有发光峰值的发光要素(发光材料)中的至少各1种。
另外,在满足上述各条件,且得到第一发明中的第一发明的效果的情况下,也可以是,在该3个波长区域中的2个区域中各具有1种发光要素(发光材料),在另外1个区域中具有多个发光要素(发光材料),并且也可以是,在该3个波长区域中的1个区域具有1种发光要素(发光材料),在另外2个区域具有多个发光要素(发光材料),还可以说是,在该全部3个波长区域具有多个发光要素。
在第一发明中的第一发明中,虽然能够自由地混合搭载半导体发光元件和荧光体,但是,在1个光源内搭载至少蓝色发光元件和2种(绿色、红色)荧光体。此外,在满足上述各条件,且得到第一发明中的第一发明的效果的情况下,也可以在1个光源内搭载蓝色发光元件和3种(绿色、红色1、红色2)荧光体,还可以在1个光源中内置搭载了蓝色发光元件和2种(绿色、红色)荧光体的部分、以及搭载了紫色发光元件和3种荧光体(蓝色、绿色、红色)的部分。
在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置中,关于3个波长区域内的发光要素(发光材料),根据控制峰值部分的强度或峰值间的谷的强度的观点,即根据在光谱分布中形成适当的凹凸的观点,优选在发光装置中内置以下的发光材料、荧光体材料、半导体发光元件作为发光要素。
首先,在该3个波长区域中的Λ1(380nm)到Λ2(495nm)的短波长区域中,能够包含来自热丝等的热辐射光,来自荧光管、高压钠灯等的放电辐射光,来自激光器等的受激发射光,来自半导体发光元件的自发发射光,来自荧光体的自发发射光等从一切光源发出的光。其中,来自半导体发光元件的发光由于是小型且能效较高,因此是优选的。
具体而言,能够使用以下发光元件。
作为半导体发光元件,优选在活性层结构中包含在蓝宝石基板上或GaN基板上形成的In(Al)GaN系材料的蓝色发光元件。此外,还优选在活性层结构中包含在GaAs基板上形成的Zn(Cd)(S)Se系材料的蓝色发光元件(优选的峰值波长如已经说明的那样。)。
另外,关于半导体发光元件、荧光体等发光要素(发光材料)呈现的辐射通量的光谱分布及其峰值波长,由于周边温度、封装或灯具等的发光装置的散热环境、注入电流、电路结构或者根据情况不同而劣化等,经常会稍微变动。
以下叙述的半导体发光元件、荧光体等发光要素(发光材料)呈现的辐射通量的光谱分布及其峰值波长也是同样的。
关于活性层结构,无论是层叠了量子阱层和阻挡层的多量子井戸结构,或者是包含比较厚的活性层和阻挡层(或包覆层)的单异质结构或双异质结构,都可以是由1个pn结构成的同质结。
此外,在满足上述各条件,且得到第一发明中的第一发明的效果的情况下,也可以使用蓝色半导体激光器等半导体激光器作为发光要素。
在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置中使用的短波长区域的半导体发光元件优选其发光光谱的半值全宽比较大。根据该观点,在短波长区域中使用的蓝色半导体发光元件的半值全宽优选为5nm以上,更优选为10nm以上,非常优选15nm以上,格外优选20nm以上。其中,在具有格外宽的发光光谱的情况下,会不容易控制等,无法在光谱分布/>的适当的位置处形成适当大小的凹凸。因此,半值全宽优选为45nm以下,更优选为40nm以下,非常优选35nm以下,格外优选30nm以下。
在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置中使用的短波长区域的蓝色半导体发光元件优选在活性层结构中包含In(Al)GaN系材料,因此,优选是在蓝宝石基板上或GaN基板上形成的发光元件。
此外,优选基板的厚度较厚的情况和从蓝色半导体发光元件完全剥离的情况中的任意一方。特别是在GaN基板上制造了短波长区域的蓝色半导体发光元件的情况下,为了有助于从GaN基板侧壁提取光,优选基板较厚,优选为100μm以上,更优选为200μm以上,非常优选400μm以上,格外优选600μm以上。另一方面,为了便于制作元件,基板厚度优选为2mm以下,更优选为1.8mm以下,非常优选1.6mm以下,格外优选1.4mm以下。
另一方面,在蓝宝石基板上等制作了发光元件的情况下,优选通过激光剥离等方法剥离基板。这样,由于In(Al)GaN系外延层和蓝宝石基板的光学界面而产生的内部反射消失,能够提高光提取效率。因此,使用这样的发光元件来制作第一发明中的第一发明的发光装置能够提高光源效率,因此是优选的。
另外,在满足上述各条件,且得到第一发明中的第一发明的效果的情况下,第一发明中的第一发明所涉及的发光装置也可以包含短波长区域的荧光体材料。
另外,在第一发明中的第一发明中,上述的优选在380nm以上且405nm以下的范围内不具有来自发光要素的有效强度。此处,“不具有来自发光要素的有效强度”是指如下情况,即,即使在/>在该范围的波长λf中具有来自发光要素的强度的情况下,也满足上述各条件且第一发明中的第一发明奏效。更具体而言,是指如下情况:以/>的最大光谱强度进行归一化后的该波长范围中的来自发光要素的强度/>在380nm以上且405nm以下的任意波长λf中,作为相对强度,优选为10%以下,更优选为5%以下,非常优选3%以下,格外优选1%以下。
因此,在使用蓝色发光元件(例如,振荡波长为从445nm到485nm左右的蓝色半导体激光器等)等蓝色发光要素的第一发明中的第一发明中,如果380nm以上且405nm以下的范围内的来自发光要素的强度在上述相对强度的范围内,则作为来自发光要素的噪声,也可以具有强度。
接着,在该3个波长区域中的Λ2(495nm)到Λ3(590nm)的中间波长区域中,能够包含来自热丝等的热辐射光,来自荧光管、高压钠灯等的放电辐射光,来自包含使用非线性光学效果的二次谐波产生(SHG)等在内的激光器等的受激励射光,来自半导体发光元件的自发发射光,来自荧光体的自发发射光等从一切光源发出的光。这其中特别优选来自被光激励的荧光体的发光。
另外,在满足上述各条件,且得到第一发明中的第一发明的效果的情况下,可以包含来自半导体发光元件的发光,来自半导体激光器、SHG激光器的发光,它们是小型且能效较高,因此是优选的。
作为半导体发光元件,能够举出以下发光元件等:在活性层结构中包含蓝宝石基板上或GaN基板上的In(Al)GaN系材料的蓝绿发光元件(峰值波长为495nm到500nm左右),绿色发光元件(峰值波长为500nm到530nm左右),黄绿色发光元件(峰值波长为530nm到570nm左右),黄色发光元件(峰值波长为570nm到580nm程度)等。此外,能够举出GaP基板上的基于GaP的黄绿色发光元件(峰值波长为530nm到570nm左右),GaP基板上的基于GaAsP的黄色发光元件(峰值波长为570nm到580nm左右)等。进而,能够举出GaAs基板上的基于AlInGaP的黄色发光元件(峰值波长为570nm到580nm左右)等。
作为第一发明中的第一发明所涉及的发光装置中使用的中间波长区域的绿色荧光体材料的具体例,存在将以Ce3+为活化剂的铝盐酸、以Ce3+为活化剂的钇铝氧化物、Eu2+活化碱土类硅酸盐结晶、Eu2+活化碱土类硅酸氮化物作为母体的绿色荧光体。这些绿色荧光体通常能够使用紫外~蓝色半导体发光元件进行激励。
在Ce3+活化铝盐酸荧光体的具体例中,可举出有下述一般式(4)表示的绿色荧光体。
Ya(Ce,Tb,Lu)b(Ga,Sc)cAldOe(4)
(在一般式(4)中,a、b、c、d、e满足a+b=3、0≤b≤0.2、4.5≤c+d≤5.5、0.1≤c≤2.6以及10.8≤e≤13.4。)(将由一般式(4)表示的Ce3+活化铝盐酸荧光体称作G-YAG荧光体。)
特别是在G-YAG荧光体中,能够适当选择满足一般式(4)的所述组成范围。并且,在第一发明中的第一发明的发光装置中,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max和半值全宽WPHOS-GM-fwhm优选以下的范围。
优选0.01≤b≤0.05并且0.1≤c≤2.6,
更优选0.01≤b≤0.05并且0.3≤c≤2.6,
非常优选0.01≤b≤0.05并且1.0≤c≤2.6。
此外,
优选0.01≤b≤0.03并且0.1≤c≤2.6,
更优选0.01≤b≤0.03并且0.3≤c≤2.6,
非常优选0.01≤b≤0.03并且1.0≤c≤2.6。
在Ce3+活化钇铝氧化物系荧光体的具体例中,可举出由下述一般式(5)表示的绿色荧光体。
Lua(Ce,Tb,Y)b(Ga,Sc)cAldOe(5)
(在一般式(5)中,a、b、c、d、e满足a+b=3、0≤b≤0.2、4.5≤c+d≤5.5、0≤c≤2.6以及10.8≤e≤13.4。)(将由一般式(5)表示的Ce3+活化钇铝氧化物系荧光体称作LuAG荧光体。)
特别是在LuAG荧光体中,能够适当选择满足一般式(5)的所述组成范围。并且,在第一发明中的第一发明的发光装置中,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max和半值全宽WPHOS-GM-fwhm优选以下的范围。
优选0.00≤b≤0.13,
更优选0.02≤b≤0.13,
非常优选0.02≤b≤0.10。
除此以外,可举出由下述一般式(6)和下述一般式(7)表示的绿色荧光体。
M1 aM2 bM3 cOd(6)
(在一般式(6)中,M1表示2价的金属元素,M2表示3价的金属元素,M3表示4价的金属元素,a、b、c和d满足2.7≤a≤3.3、1.8≤b≤2.2、2.7≤c≤3.3、11.0≤d≤13.0。)(将由一般式(6)表示的荧光体称作CSMS荧光体。)
另外,在上述式(6)中,M1是2价的金属元素,但是,优选是从由Mg、Ca、Zn、Sr、Cd和Ba构成的组中选择的至少1种,更优选是Mg、Ca或Zn,特别优选是Ca。该情况下,Ca可以是单独构成,也可以与Mg复合构成。此外,M1也可以包含其他2价的金属元素。
M2是3价的金属元素,但是,优选是从由Al、Sc、Ga、Y、In、La、Gd和Lu构成的组中选择的至少1种,更优选是Al、Sc、Y或Lu,特别优选是Sc。该情况下,Sc可以单独构成,也可以与Y或Lu复合构成。此外,M2必须包含Ce,M2也可以包含其他的3价的金属元素。
M3是4价的金属元素,但是,优选至少包含Si。作为Si以外的4价的金属元素M3的具体例,优选是从由Ti、Ge、Zr、Sn和Hf构成的组中选择的至少1种,更优选是从由Ti、Zr、Sn和Hf构成的组中选择的至少1种,特别优选是Sn。尤其是,优选M3是Si。此外,M3也可以包含其他的4价的金属元素。
特别是在CSMS荧光体中,能够适当选择满足一般式(6)的所述组成范围。进而,在第一发明中的第一发明的发光装置中,为了使实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max和半值全宽WPHOS-GM-fwhm成为优选的范围,M2中包含的Ce在M2整体中所占的比例的下限优选为0.01以上,更优选为0.02以上。此外,M2中包含的Ce在M2整体中所占的比例的上限优选为0.10以下,更优选为0.06以下。并且,M1元素中包含的Mg在M1整体中所占的比例的下限优选为0.01以上,更优选为0.03以上。另一方面,上限优选为0.30以下,更优选为0.10以下。
并且,可举出由下述一般式(7)表示的荧光体。
M1 aM2 bM3 cOd(7)
(在一般式(7)中,M1表示至少包含Ce的活化剂元素,M2表示2价的金属元素,M3表示3价的金属元素,a、b、c和d满足0.0001≤a≤0.2、0.8≤b≤1.2、1.6≤c≤2.4以及3.2≤d≤4.8。)(将由一般式(7)表示的荧光体称作CSO荧光体。)
另外,在上述式(7)中,M1是结晶母体中含有的活化剂元素,至少包含Ce。此外,能够使其含有从由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb构成的组中选择的至少1种2~4价的元素。
M2是2价的金属元素,但是,优选是从由Mg、Ca、Zn、Sr、Cd和Ba构成的组中选择的至少1种,更优选是Mg、Ca或Sr,特别优选M2的元素的50%摩尔百分比以上是Ca。
M3是3价的金属元素,但是,优选是从由Al、Sc、Ga、Y、In、La、Gd、Yb和Lu构成的群中选择的至少1种,更优选是Al、Sc、Yb或Lu,进一步优选是Sc、或者Sc和Al、或者Sc和Lu,特别优选M3的元素的50%摩尔百分比以上是Sc。
M2和M3分别表示2价和3价的金属元素,但是,也可以将M2和/或M3的小部分设为1价、4价、5价中的任意一方的价数的金属元素,进而,也可以将微量的负离子,例如卤素元素(F,Cl,Br,I)、氮、硫、硒等包含在化合物中。
特别是在CSO荧光体中,能够适当选择满足一般式(7)的所述组成范围。并且,在第一发明中的第一发明的发光装置中,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max和半值全宽WPHOS-GM-fwhm优选以下的范围。
优选0.005≤a≤0.200,
更优选0.005≤a≤0.012,
非常优选0.007≤a≤0.012。
并且,在将Eu2+活化碱土类硅酸盐结晶作为母体的荧光体的具体例中,可举出由下述一般式(8)表示的绿色荧光体。
(BaaCabSrcMgdEux)SiO4(8)
(在一般式(8)中a、b、c、d和x满足a+b+c+d+x=2,1.0≤a≤2.0,0≤b<0.2,0.2≤c≤1、0,0≤d<0.2以及0<x≤0.5。)(将由一般式(8)表示的碱土类硅酸盐荧光体称作BSS荧光体。)
在BSS荧光体中,能够适当选择满足一般式(8)的所述组成范围。并且,在第一发明中的第一发明的发光装置中,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max和半值全宽WPHOS-GM-fwhm优选以下的范围。
更优选0.20≤c≤1.00并且0.25<x≤0.50,
非常优选0.20≤c≤1.00并且0.25<x≤0.30。
进而,
优选0.50≤c≤1.00并且0.00<x≤0.50,
更优选0.50≤c≤1.00并且0.25<x≤0.50,
非常优选0.50≤c≤1.00并且0.25<x≤0.30。
并且,在Eu2+活化碱土类硅酸氮化物作为母体的荧光体的具体例中,可举出由下述一般式(9)表示的绿色荧光体。
(Ba、Ca、Sr、Mg、Zn、Eu)3Si6O12N2(9)
(将其称作BSON荧光体)。
在BSON荧光体中,能够适当选择满足一般式(9)的所述组成范围。并且,在第一发明中的第一发明的发光装置中,实现荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max和半值全宽WPHOS-GM-fwhm优选以下的范围。
在一般式(9)中能够选择的2价金属元素(Ba、Ca、Sr、Mg、Zn、Eu)中,优选Ba、Sr和Eu的组合,进而,更优选将Sr与Ba的比率设为10~30%。
此外,在满足上述各条件,且得到第一发明中的第一发明的效果的情况下,除此以外,也可以包含由(Y1-uGdu)3(Al1-vGav)5O12:Ce,Eu(其中,u和v分别满足0≤u≤0.3,和0≤v≤0.5。)表示的钇·铝·石榴石系荧光体(将其称作YAG荧光体。),或由Ca1.5xLa3-XSi6N11:Ce(其中,x为0≤x≤1)表示的镧氮化硅荧光体(将其称作LSN荧光体。)等黄色荧光体。此外,也可以包含将Eu2+活化硅铝氧氮结晶作为母体的由Si6-zAlzOzN8-z:Eu(其中0<z<4.2)表示的窄波段绿色荧光体(将其称作β-SiAlON荧光体)。但是,如前所述,如果仅将这些窄波段绿色荧光体、黄色荧光体作为中间波长区域的发光要素来构成发光装置,则难以实现照明对象物的所期望的色貌。因此,在第一发明中的第一发明的发光装置中,虽然能够将黄色荧光体或窄波段绿色荧光体等与其他的半导体发光元件、宽波段荧光体等组合使用,但是未必是优选的。作为中间波长区域的发光要素,优选使用宽波段绿色荧光体。
因此,在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置中,优选实质上不包含黄色荧光体。此处,“实质上不包含黄色荧光体”是指,即使在包含黄色荧光体的情况下,也满足上述各条件且能够得到第一发明中的第一发明的效果的情况,并且是指如下情况:黄色荧光体重量相对于荧光体全部重量优选为7%以下,更优选为5%以下,非常优选3%以下,格外优选1%以下。
接着,在该3个波长区域中的Λ3(590nm)到780nm的长波长区域中,能够包含来自热丝等的热辐射光、来自荧光管、高压钠灯等的放电辐射光,来自激光器等的受激励射光,来自半导体发光元件的自发发射光,来自荧光体的自发发射光等从一切光源发出的光。这其中特别优选来自被光激励的荧光体的发光。
另外,在满足上述各条件,且得到第一发明中的第一发明的效果的情况下,也可以包含来自半导体发光元件的发光,来自半导体激光器、SHG激光器的发光,它们是小型且能效较高,因此是优选的。
作为半导体发光元件,能够举出在活性层结构中包含在GaAs基板上形成的AlGaAs系材料、GaAs基板上形成的(Al)InGaP系材料的橙发光元件(峰值波长为590nm到600nm左右)、红色发光元件(600nm到780nm)等。此外,还能够举出在活性层结构中包含在GaP基板上形成的GaAsP系材料的红色发光元件(600nm到780nm)等。
作为在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置中使用的长波长区域的荧光体材料的具体例,可举出将Eu2+作为活化剂,将由碱土类硅氮化物、α硅铝氧氮或碱土类硅酸盐构成的结晶作为母体的荧光体。这种红色荧光体通常能够使用紫外~蓝色半导体发光元件进行激励。
在将碱土类硅氮化物结晶作为母体的荧光体的具体例中,能够举出:由CaAlSiN3:Eu表示的荧光体(将其称作CASN荧光体),由(Ca,Sr,Ba,Mg)AlSiN3:Eu和/或(Ca,Sr,Ba)AlSiN3:Eu表示的荧光体(将其称作SCASN荧光体),由(CaAlSiN3)1-x(Si2N2O)x:Eu(其中,x为0<x<0.5)表示的荧光体(将其称作CASON荧光体),由(Sr,Ca,Ba)2AlxSi5-xOxN8-x:Eu(其中0≤x≤2)表示的荧光体,由Euy(Sr,Ca,Ba)1-y:Al1+xSi4-xOxN7-x(其中0≤x<4,0≤y<0.2)表示的荧光体。
除此以外,还可举出Mn4+活化氟化物络合物荧光体。Mn4+活化氟化物络合物荧光体是将Mn4+作为活化剂,将碱金属、胺或碱土类金属的氟化物络合物盐作为母体结晶的荧光体。在形成母体结晶的氟化物络合物中,配位中心存在3价金属(B,Al,Ga,In,Y,Sc,镧系元素)、4价金属(Si,Ge,Sn,Ti,Zr,Re,Hf)、5价金属(V,P,Nb,Ta),其周围配位的氟原子的数量是5~7。
具体而言,Mn4+活化氟化物络合物荧光体可举出将碱金属的六氟络盐作为母体结晶的A2+xMyMnzFn(A为Na和/或K;M为Si和Al;-1≤x≤1并且0.9≤y+z≤1.1并且0.001≤z≤0.4并且5≤n≤7)等。这其中,A为从K(钾)或Na(钠)中选择的1种以上的金属,M是Si(硅)或Ti(钛),例如可举出K2SiF6:Mn(将其称作KSF荧光体)、将其构成元素的一部分(优选为10%摩尔百分比以下)利用Al和Na进行置换而得到的K2Si1-xNaxAlxF6:Mn、K2TiF6:Mn(将其称作KSNAF荧光体)等。
除此以外,还可以举出有下述一般式(10)表示的荧光体以及由下述一般式(11)表示的荧光体。
(La1-x-yEuxLny)2O2S(10)
(在一般式(10)中,x和y分别表示满足0.02≤x≤0.50和0≤y≤0.50的数,Ln表示Y、Gd、Lu、Sc、Sm和Er中的至少1种3价稀土类元素。)(将由一般式(10)表示的硫氧化镧荧光体称作LOS荧光体。)
(k-x)MgO·xAF2·GeO2:yMn4+(11)
(在一般式(11)中,k、x、y分别表示满足2.8≤k≤5、0.1≤x≤0.7、0.005≤y≤0.015的数,A是钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、锌(Zn)或它们的混合物。)(将由一般式(11)表示的锗酸盐荧光体称作MGOF荧光体。)
在第一发明中的第一发明中,在发光装置中仅包含CASN荧光体、CASON荧光体、SCASN荧光体中的1种的结构能够提高光源效率,是优选的。另一方面,KSF荧光体、KSNAF荧光体、LOS荧光体、MGOF荧光体的半值宽度极窄,分别为6nm左右、6nm左右、4nm左右、16nm左右,但是,将这些荧光体与CASN荧光体、CASON荧光体、SCASN荧光体等组合使用时,有时能够在发光装置的光谱分布中在适当的范围内形成凹凸,是优选的。
关于这些发光要素的组合,各个发光要素具有的峰值波长位置、半值全宽等能够在视觉实验中实现被实验者满意的色貌、物体的外貌,是非常方便的。
在第一发明中的第一发明所涉及的发光装置中,如果使用目前为止记载的发光要素(发光材料),则容易将指标距离/>值波长λSSL1-RM-max等设定为所期望的值,因此是优选的。此外,将该光作为颜色刺激,与假定利用该发光装置的照明时的该15种色卡的色貌和假定利用计算用基准光的照明时的色貌之间的差有关的/>|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|、|ΔhnSSL1|在使用上述记载的发光要素时也容易设定为所期望的值,因此是优选的。
本发明的第一发明中的第二发明是发光装置的设计方法。根据本发明的第一发明中的第二发明所涉及的设计方法,能够提供“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”的设计方针。即,通过按照本发明的第一发明中的第二发明的说明来设计发光装置,能够提供“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”。即,能够针对本发明的第一发明中的第二发明应用第一发明中的第一发明的全部说明。
<2.第二发明>
本发明的第二发明除了包含上述发光装置所涉及的发明(第二发明中的第一发明)以外,还包含该发光装置的设计方法所涉及的发明(第二发明中的第二发明)、该发光装置的驱动方法所涉及的发明(第二发明中的第三发明)和照明方法所涉及的发明(第二发明中的第四发明)。
本发明人为了解决上述的“发明要解决的问题”栏所记载的问题,在日本特愿2014-159784中,实现了改善其光源效率的发光装置以及该发光装置的设计方针。
上述满足本发明人已经找出的必要条件的光源能够实现“自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌”,并改善其光源效率。
但是,根据年龄、性别、国家等的不同,被认为最佳的照明的喜好会稍微不同,此外,根据以何种目的对何种空间进行照明,最佳的照明也会不同。进而,在出生成长的生活环境、文化不同的被实验者之间,认为最佳的照明的喜好差异有时也很大。
本发明的第二发明的目的在于,提供如下的发光装置和其设计方法:该发光装置能够实现如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置,并且改善光源效率,进而,为了满足对各种照明的要求,能够改变所照明的对象物的色貌。并且,本发明的第二发明的目的在于,提供该发光装置的驱动方法、该装置的照明方法。
为了达成上述目的,本发明的第二发明中的第一发明涉及以下的发光装置。
[1]一种发光装置,其内置有M个(M为2以上的自然数)发光区域,在至少一个所述发光区域内具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其中,
设在该发光装置的主辐射方向上从各发光区域射出的光的光谱分布为(N为1到M),从所述发光装置在该辐射方向上射出的全部的光的光谱分布/>(λ)为下式时,
【数学式10】
该发光装置内置使所述能够满足以下条件1-4的发光区域。
条件1:
从所述发光装置射出的光在主辐射方向上包含离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离为/>的光。
条件2:
设从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的光谱分布为根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的光谱分布为从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的三刺激值为(XSSL2,YSSL2,ZSSL2)、根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的三刺激值为(Xref2,Yref2,Zref2),
将从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的归一化光谱分布SSSL2(λ)、根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref2(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔSSSL2(λ)分别定义为:
ΔSSSL2(λ)=Sref2(λ)-SSSL2(λ)
设波长380nm以上且780nm以内的范围中实现了SSSL2(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL2-RL-max(nm)时,在比λSSL2-RL-max更靠长波长侧的位置存在成为SSSL2(λSSL2-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(2-1)表示的指标满足/>
设波长380nm以上且780nm以内的范围中实现了SSSL2(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL2-RL-max(nm)时,在比λSSL2-RL-max更靠长波长侧的位置不存在成为SSSL2(λSSL2-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(2-2)表示的指标满足/>
【数学式11】
【数学式12】
条件3:
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为/>时,/>
条件4:
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λSSL2-RM-max为:
605(nm)≤λSSL2-RM-max≤653(nm)。
[2]在[1]所记载的发光装置中,全部的(N为1到M)满足所述条件1-4。
[3]在[1]或[2]所记载的发光装置中,成为如下的布线:所述M个发光区域中的至少1个发光区域能够相对于其他发光区域电气独立地进行驱动。
[4]在[3]所记载的发光装置中,成为如下的布线:M个发光区域全部能够相对于其他发光区域电气独立地进行驱动。
[5]在[1]~[4]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,满足以下的条件5。
条件5:
在所述光的光谱分布中,实现所述/>的波长λSSL2-BM-max为:
430(nm)≤λSSL2-BM-max≤480(nm)。
[6]在[1]~[5]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,满足以下的条件6。
条件6:
[7]在[1]~[6]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,从所述导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率KSSL2(lm/W)满足以下的条件7。
条件7:
210.0lm/W≤KSSL2≤290.0lm/W
[8]在[1]~[7]中的任意一项所记载的发光装置中,从由所述数式(2-1)或(2-2)表示的指标相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离构成的组中选择的至少1方能够变化。
[9]在[8]所记载的发光装置中,其特征在于,从由所述数式(2-1)或(2-2)表示的指标相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离/> 构成的组中选择的至少1方变化时,能够独立地对从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量进行控制。
[10]在[1]~[9]中的任意一项所记载的发光装置中,位于包络最接近的不同的发光区域整体在内的假想外周上的任意2点之间的最大距离L为0.4mm以上且200mm以下。
[11]在[1]~[10]中的任意一项所记载的发光装置中,
内置有能够通过使从所述发光区域射出的光束量和/或辐射通量量值变化,从而使进一步满足以下的条件I-IV的发光区域。
条件I:
在设数学上假定了在该辐射方向上射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL2、b* nSSL2(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref2、b* nref2(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCnSSL2满足:
-4.00≤ΔCnSSL2≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(2-3)表示的饱和度差的平均满足/>
【数学式13】
条件III:
设饱和度差的最大值为ΔCSSL-max2、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min2时,饱和度差的最大值与饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|满足:
2.00≤|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|≤10.00。
其中,ΔCnSSL2=√{(a* nSSL2)2+(b* nSSL2)2}-√{(a* nref2)2+(b* nref2)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了在该辐射方向上射出的光的照明时的上述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL2(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref2(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|ΔhnSSL2|满足:
0.00度≤|ΔhnSSL2|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,ΔhnSSL2=θnSSL2-θnref2。
[12]在[1]~[11]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)能够满足:
2600K≤TSSL2≤7700K。
[13]在[1]~[12]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
内置有能够通过使从所述发光区域射出的光束量和/或辐射通量量值变化,从而使所述满足所述条件1-4的发光区域。
[14]一种发光装置的设计方法,该发光装置内置有M个(M为2以上的自然数)发光区域,在至少一个所述发光区域内具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其中,
设在该发光装置的主辐射方向上从各发光区域射出的光的光谱分布为(N为1到M),从所述发光装置在该辐射方向上射出的全部的光的光谱分布/> 为下式时,
【数学式14】
将发光区域设计成,能够使所述满足以下的条件1-4的结构。
条件1:
所述光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离/> 为:
条件2:
设从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的光谱分布为根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的光谱分布为从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的三刺激值为(XSSL2,YSSL2,ZSSL2)、根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择地基准光的三刺激值为(Xref2,Yref2,Zref2),
将从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的归一化光谱分布SSSL2(λ)、根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref2(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔSSSL2(λ)分别定义为:
ΔSSSL2(λ)=Sref2(λ)-SSSL2(λ)
设波长380nm以上且780nm以内的范围中实现了SSSL2(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL2-RL-max(nm)时,在比λSSL2-RL-max更靠长波长侧的位置存在成为SSSL2(λSSL2-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(2-1)表示的指标满足/>
设波长380nm以上且780nm以内的范围中实现了SSSL2(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL2-RL-max(nm)时,在比λSSL2-RL-max更靠长波长侧的位置不存在成为SSSL2(λSSL2-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(2-2)表示的指标满足/>120。
【数学式15】
【数学式16】
条件3:
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λSSL2-RM-max为:
605(nm)≤λSSL2-RM-max≤653(nm)。
[15]在[14]所记载的发光装置的设计方法中,全部的(N为1到M)满足所述条件1-4。
[16]在[14]或[15]所记载的发光装置的设计方法中,成为如下的布线:所述M个发光区域中的至少1个发光区域能够相对于其他发光区域电气独立地进行驱动。
[17]在[16]所记载的发光装置的设计方法中,成为如下的布线:M个发光区域全部能够相对于其他发光区域电气独立地进行驱动。
[18]在[14]~[17]中的任意一项所记载的发光装置的设计方法中,其特征在于,满足以下的条件5。
条件5:
在所述光的光谱分布中,实现所述/>的波长λSSL2-BM-max为:
430(nm)≤λSSL2-BM-max≤480(nm)。
[19]在[14]~[18]中的任意一项所记载的发光装置的设计方法中,其特征在于,满足以下的条件6。
条件6:
[20]在[14]~[19]中的任意一项所记载的发光装置的设计方法中,其特征在于,从所述导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率KSSL2(lm/W)满足以下的条件7。
条件7:
210.0lm/W≤KSSL2≤290.0lm/W
[21]在[14]~[20]中的任意一项所记载的发光装置的设计方法中,从由所述数式(2-1)或(2-2)表示的指标相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离构成的组中选择的至少1方能够变化。
[22]在[21]所记载的发光装置的设计方法中,其特征在于,从由所述数式(2-1)或(2-2)表示的指标相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离构成的组中选择的至少1方变化时,能够独立地对从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量进行控制。
[23]在[14]~[22]中的任意一项所记载的发光装置的设计方法中,位于包络最接近的不同的发光区域整体在内的假想外周上的任意2点之间的最大距离L为0.4mm以上且200mm以下。
[24]在[14]~[23]中的任意一项所记载的发光装置的设计方法中,
能够通过使从所述发光区域射出的光束量和/或辐射通量量值变化,从而使(λ)进一步满足以下的条件I-IV。
条件I:
在设数学上假定了在该辐射方向上射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL2、b* nSSL2(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在该辐射方向上射出的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref2、b* nref2(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCnSSL2满足:
-4.00≤ΔCnSSL2≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(2-3)表示的饱和度差的平均满足/>
【数学式17】
条件III:
设饱和度差的最大值为ΔCSSL-max2、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min2时,饱和度差的最大值与饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|满足:
2.00≤|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|≤10.00。
其中,ΔCnSSL2=√{(a* nSSL2)2+(b* nSSL2)2}-√{(a* nref2)2+(b* nref2)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了在该辐射方向上射出的光的照明时的上述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL2(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref2(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|ΔhnSSL2|满足:
0.00度≤|ΔhnSSL2|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,ΔhnSSL2=θnSSL2-θnref2。
[25]在[14]~[24]中的任意一项所记载的发光装置的设计方法中,其特征在于,
从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)能够满足:
2600K≤TSSL2≤7700K。
[26]在[14]~[25]中的任意一项所记载的发光装置的设计方法中,其特征在于,
将发光区域设计成,能够通过使从所述发光区域射出的光束量和/或辐射通量量值变化,从而使所述满足所述条件1-4的结构。
[27]一种发光装置的驱动方法,该发光装置内置有M个(M为2以上的自然数)发光区域,在至少一个所述发光区域内具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其中,
设在该发光装置的主辐射方向上从各发光区域射出的光的光谱分布为(N为1到M),从所述发光装置在该辐射方向上射出的全部的光的光谱分布/> 为下式时,
【数学式18】
对所述各发光区域供电,以使得使满足以下的条件1-4。
条件1:
所述光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv 为:
条件2:
设从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的光谱分布为根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的光谱分布为从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的三刺激值为(XSSL2,YSSL2,ZSSL2)、根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的三刺激值为(Xref2,Yref2,Zref2),
将从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的归一化光谱分布SSSL2(λ)、根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref2(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔSSSL2(λ)分别定义为:
ΔSSSL2(λ)=Sref2(λ)-SSSL2(λ)
设波长380nm以上且780nm以内的范围中实现了SSSL2(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL2-RL-max(nm)时,在比λSSL2-RL-max更靠长波长侧的位置存在成为SSSL2(λSSL2-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(2-1)表示的指标满足/>
设波长380nm以上且780nm以内的范围中实现了SSSL2(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL2-RL-max(nm)时,在比λSSL2-RL-max更靠长波长侧的位置不存在成为SSSL2(λSSL2-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(2-2)表示的指标满足/>
【数学式19】
【数学式20】
条件3:
但将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λSSL2-RM-max为:
605(nm)≤λSSL2-RM-max≤653(nm)。
[28]在[27]所记载的发光装置的驱动方法中,对发光区域供电,使得全部的(N为1到M)满足所述条件1-4。
[29]在[27]或[28]所记载的发光装置的驱动方法中,针对M个发光区域中的至少1个发光区域,以相对于其他发光区域电气独立的方式进行驱动。
[30]在[27]~[29]中的任意一项所记载的发光装置的驱动方法中,针对全部M个发光区域,以相对于其他发光区域电气独立的方式进行驱动。
[31]在[27]~[30]中的任意一项所记载的发光装置的驱动方法中,其特征在于,满足以下的条件5。
条件5:
在所述光的光谱分布中,实现所述/>的波长λSSL2-BM-max为:
430(nm)≤λSSL2-BM-max≤480(nm)。
[32]在[27]~[31]中的任意一项所记载的发光装置的驱动方法中,其特征在于,满足以下的条件6。
条件6:
[33]在[27]~[32]中的任意一项所记载的发光装置的驱动方法中,其特征在于,从所述导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率KSSL2(lm/W)满足以下的条件7。
条件7:
210.0lm/W≤KSSL2≤290.0lm/W
[34]在[27]~[33]中的任意一项所记载的发光装置的驱动方法中,使从由所述数式(2-1)或(2-2)表示的指标相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离/>构成的组中选择的至少1方变化。
[35]在[34]所记载的发光装置的驱动方法中,当使从由所述数式(2-1)或(2-2)表示的指标相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离/>构成的组中选择的至少1方变化时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量不变。/>
[36]在[34]所记载的发光装置的驱动方法中,当使由所述数式(2-1)或(2-2)表示的指标减小时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量降低。
[37]在[34]所记载的发光装置的驱动方法中,当使相关色温TSSL2(K)增加时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量增加。
[38]在[34]所记载的发光装置的驱动方法中,当使离黑体辐射轨迹的距离减小时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量减少。
[39]在[27]~[38]中的任意一项所记载的发光装置的驱动方法中,进行供电,以使得使进一步满足以下的条件I-IV。
条件I:
在设数学上假定了在该辐射方向上射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL2、b* nSSL2(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref2、b* nref2(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCnSSL2满足:
-4.00≤ΔCnSSL2≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(2-3)表示的饱和度差的平均满足/>
【数学式21】
条件III:
当设饱和度差的最大值为ΔCSSL-max2、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min2时,饱和度差的最大值与饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|满足2.00≤|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|≤10.00。
其中,ΔCnSSL2=√{(a* nSSL2)2+(b* nSSL2)2}-√{(a* nref2)2+(b* nref2)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了在该辐射方向上射出的光的照明时的上述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL2(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref2(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|ΔhnSSL2|满足:
0.00度≤|ΔhnSSL2|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,ΔhnSSL2=θnSSL2-θnref2。
[40]一种照明方法,该照明方法包含准备对象物的照明对象物准备步骤以及通过从发光装置射出的光对对象物进行照明的照明步骤,该发光装置内置有M个(M为2以上的自然数)发光区域,在至少一个发光区域内具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其中,
在所述照明步骤中,当从所述发光装置射出的光对对象物进行照明时,以在所述对象物的位置处测定到的光以满足以下的条件1和条件I~IV的方式进行照明。
条件1:
在所述对象物的位置处测定到的光离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离为:
条件I:
在设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL2、b* nSSL2(其中,n为1到15的自然数),
并且设假定了根据在所述对象物的位置处测定到的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref2、b* nref2(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCnSSL2满足:
-4.00≤ΔCnSSL2≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(2-3)表示的饱和度差的平均满足/>
【数学式22】
条件III:
当设饱和度差的最大值为ΔCSSL-max2、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min2时,饱和度差的最大值与饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|满足:
2.00≤|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|≤10.00。
其中,ΔCnSSL2=√{(a* nSSL2)2+(b* nSSL2)2}-√{(a* nref2)2+(b* nref2)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的光的照明时的上述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL2(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在所述对象物的位置处测定到光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref2(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|ΔhnSSL2|满足:
0.00度≤|ΔhnSSL2|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,ΔhnSSL2=θnSSL2-θnref2。
[41]在[40]所记载的照明方法中,当设到达所述对象物的位置处的从各发光要素射出的光的光谱分布为(N为1到M),在所述对象物的位置处测定到光的光谱分布/>为下式时,
【数学式23】
能够使全部的(N为1到M)满足所述条件1和条件I~IV。
[42]在[40]或[41]所记载的照明方法中,针对M个发光区域中的至少1个发光区域,相对于其他发光区域电气地独立驱动来进行照明。
[43]在[42]所记载的照明方法中,针对全部M个发光区域,相对于其他发光区域电气地独立驱动来进行照明。
[44]在[40]~[43]中的任意一项所记载的照明方法中,其特征在于,使从由所述式(2-3)表示的饱和度差的平均相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离/>构成的组中选择的至少1方变化。
[45]在[44]所记载的照明方法中,其特征在于,当使从由所述式(2-3)表示的饱和度差的平均相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离构成的组中选择的至少1方变化时,独立地控制该对象物的照度。
[46]在[45]所记载的照明方法中,当使由所述式(2-3)表示的饱和度差的平均相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离/> 构成的组中选择的至少1方变化时,使该对象物的照度不变。
[47]在[45]所记载的照明方法中,当使由所述式(2-3)表示的饱和度差的平均增大时,降低该对象物的照度。
[48]在[45]所记载的照明方法中,当使相关色温TSSL2(K)增加时,增大该对象物的照度。
[49]在[45]所记载的照明方法中,当使离黑体辐射轨迹的距离减小时,减小该对象物的照度。
[50]在[40]~[49]中的任意一项所记载的照明方法中,当设位于包络最接近的不同的发光区域整体在内的假想外周上的任意的2点之间的最大距离为L、发光装置与照明对象物之间的距离为H时,设定距离H,使得5×L≤H≤500×L。
根据本发明的第二发明,在“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”中,能够兼顾良好的色貌和较高的光源效率。
此外,通过本发明的第二发明实现的利便如下。
即,根据年龄、性别、国家等的不同,并且根据以何种目的对何种空间进行照明,最佳的照明不同,但是,如果使用本发明的第二发明的发光装置和本发明的第二发明的发光装置的驱动方法,则能够容易地从可变范围内选择被认为更合适的照明条件。
以下,详细记载本发明的第二发明,但是,以下记载的说明是与本发明的第一发明的说明之间的不同点,关于本发明的第一发明和第二发明中共同的说明,应用已经记载的本发明的第一发明的说明。
以下,详细说明本发明的第二发明,但是,本发明的第二发明不限于以下的实施方式,只要在其主旨的范围内就能够进行各种变更而进行实施。
在本发明的第二发明中的第一至第三发明中,通过发光装置辐射的光中的“主辐射方向”的光来确定发明。因此,能够进行包含满足本发明的第二发明的必要条件的“主辐射方向”的光的辐射的发光装置属于本发明的第二发明的范围。
此外,在本发明的第二发明中的第四发明中的照明方法中,从该照明方法中使用的发光装置射出的光对对象物进行照明的情况下,通过该对象物被照明的位置处的光来确定发明。因此,能够射出满足本发明的第二发明的必要条件的“对象物被照明的位置”处的光的发光装置的照明方法属于本发明的第二发明的范围。
为了计测从本发明的第二发明的发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布,优选以计测点处的照度成为实际使用时的照度(如后所述的150lx以上且5000lx以下)的距离来进行计测。
本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置内置M个(M为2以上的自然数)发光区域。在本说明书中,将在容许制造步骤上的一般偏差的基础上射出等价的光谱分布的光的发光区域表现为同种发光区域。即,即使发光区域在物理上分离并隔开距离配置,在容许制造步骤上的一般误差的基础上射出等价的光谱分布的光的情况下,也是同种的发光区域。即,本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置内置有射出光谱分布各自不同的光的2种以上的发光区域。
此外,在多种发光区域中的至少一个发光区域中具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素。如果在至少一个发光区域具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,则各发光区域所具有的发光要素没有限制。作为半导体发光元件、荧光体以外的发光要素,只要是将所投入的各种能量转换为电磁辐射的能量,并在该电磁辐射能量中包含380nm到780nm的可见光即可。例如,能够例示可对电能量进行转换的热丝、荧光管、高压钠灯、激光器、二次谐波产生(SHG)源等。
本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置包含具有作为发光要素的蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体的发光区域,只要内置多个发光区域,则其以外的结构没有特别限定。作为发光区域,可以是在单体的半导体发光元件中赋予作为通电机构的引线等而得到的发光区域,也可以是进一步赋予了散热机构等并与荧光体等构成一体的封装化LED等。
此外,作为发光装置,可以是在1个以上的封装化LED中进一步赋予了坚固的散热机构且一般搭载了多个封装LED的LED模块。进而,也可以是在封装LED等中赋予了透镜、光反射机构等的LED照明器具。进而,也可以是支撑大量LED照明器具等并以能够对对象物进行照明的方式完成的照明系统。本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置包全部这些装置。
在本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置中,设从各发光区域射出的光的光谱分布为(N为1到M),从所述发光装置在该辐射方向上射出的全部的光的光谱分布/>为下式。这通过图2-47进行说明。
【数学式24】
图2-47中记载的发光装置200是本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置的一个方式。发光装置200示出了在上述式中M=5的情况,内置有发光区域201~发光区域205这5个(即5种)发光区域。各发光区域具有搭载了蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体的封装化LED206作为发光要素。
当将从发光区域201射出的光的光谱分布表示为从发光区域202射出的光的光谱分布表示为/>从发光区域203射出的光的光谱分布表示为/>从发光区域204射出的光的光谱分布表示为/>从发光区域205射出的光的光谱分布表示为/>时,从发光装置在该辐射方向上射出的全部的光的光谱分布/>表示为下式。
【数学式25】
即在N为1到M的情况下,能够表示为下式。
【数学式26】
在本发明的第二发明中,能够改善光源效率,并且,能够实现如在室外看到的那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌,并能够改变色貌。具体而言,涉及如下的发光装置,该发光装置内置有能够通过使从各发光区域射出的光束量和/或辐射通量量值变化从而使上述满足特定的条件的发光区域。
以下,详细说明本发明的第二发明。
本发明人发现了即使在一般的室内照度环境下也能够如在室外的高照度环境下看到的那样,实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的光谱或光谱分布中共同的辐射计测学的特性(radiometric property)、测光学的特性(photometricproperty)。而且,从测色学(colorimetry)的观点考察了,具有假定具备该光谱或光谱分布的光的照明时的特定的光谱反射特性的色卡的色貌与假定计算用基准光的照明时相比,在发生怎样变化的情况下(或者没有变化的情况下),才能够实现上述目的,从而整体上实现了发明。此外,关于上述的发明,根据光源效率的观点实施了改良,实现了具有较高的光源效率的发光装置。并且,还发现了在内置多个发光区域的情况下能够改变色貌。
<发光要素单体的发光和发光装置的发光>
本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置具有多个发光区域,例如可以是内置半导体发光元件和荧光体的封装化LED,或者,也可以是进一步内置封装化LED的LED灯泡,还可以是集成了这样的发光装置的发光模块、发光系统等。此处,将构成本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置、且自发光或被激励的结果为能够发光的部件/材料记载为发光要素。因此,在本发明的第二发明中的第一发明中,半导体发光元件、荧光体等可以是发光要素。
另一方面,在对本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置本身的光谱分布赋予特征时,以连续通电时的特性为基础,利用如下那样的指标赋予了特征。
具体而言,通过以下值赋予了特征:430nm以上且495nm以下的范围内的光谱强度的最大值实现该值的波长λSSL2-BM-max;465nm以上且525nm以下的范围内的光谱强度的最小值/>实现该值的波长λSSL2-BG-min;590nm以上且780nm以下的范围内的光谱强度的最大值λSSL2-RM-max,实现该值的波长λSSL2-RM-max;以及实现最长波长极大值的λSSL2-RL-max,该最长波长极大值/>是在后述的指标/>的定义中使用的在380nm以上且780nm以下的范围内从光谱分布/>导出的归一化光谱分布SSSL2(λ)的最长波长极大值。
因此,例如,λCHIP-BM-dom一般与λSSL2-BM-max不同,λPHOS-RM-max一般也与λSSL2-RM-max不同。另一方面,λSSL2-RL-max常常取与λSSL2-RM-max相同的值。
<指标>
指标如在日本专利第5252107号和日本专利第5257538号中作为指标Acg而公开的那样,如下定义。
设测定从本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置在主辐射方向上射出的光的情况下的作为不同颜色刺激的计算用基准光和试验光的光谱分布分别为设等色函数为x(λ)、y(λ)、z(λ),设与计算用基准光和试验光对应的三刺激值分别为(Xref2,Yref2,Zref2)、(XSSL2,YSSL2,ZSSL2)。此处,关于计算用基准光和试验光,将k作为常数,以下公式成立。
此处,将通过各自的Y对计算用基准光和试验光的光谱分布进行归一化后的归一化光谱分布定义为
将这些归一化基准光光谱分布与归一化试验光光谱分布的差设为
ΔSSSL2(λ)=Sref2(λ)-SSSL2(λ)。
此处,如下导出指标
【数学式27】
另外,此处,各积分的上下限波长分别为
Λ1=380nm
Λ2=495nm
Λ3=590nm。
此外,Λ4分为以下2种情况进行定义。首先,在归一化试验光光谱分SSSL2(λ)中,在设380nm到780nm内实现最长波长极大值的波长为λSSL2-RL-max(nm)、其归一化光谱强度为SSSL2(λSSL2-RL-max)时,比λSSL2-RL-max靠近长波长侧、且强度为SSSL2(λSSL2-RL-max)/2的波长是Λ4。如果在780nm以内的范围内不存在这样的波长,则Λ4是780nm。
<和/>>
主要出现在来源于蓝色半导体发光元件的发光的光谱辐射通量的长波长侧尾部(光谱辐射通量强度降低的周边部分)与来源于负责中间波长区域的发光要素的发光的光谱辐射通量的短波长侧尾部(光谱辐射通量强度降低的周边部分)重叠的部分。换言之,在跨越短波长区域和中间波长区域的465nm以上且525nm以下的范围内容易产生形状的凹部。
关于后述的以数学方式导出的特定15修正蒙赛尔色卡的色貌,如果要使其饱和度比较的均等地提高,则需要谨慎地控制以430nm以上且495nm以下的范围内的光谱强度的最大值对进行归一化得到的/>以及以590nm以上且780nm以下的范围内的光谱强度的最大值对/>进行归一化得到的/>即,在本发明的第二发明中的第一发明的发光装置中,在/>和中,如后所述存在最佳范围。
设本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置在主辐射方向上射出试验光出时的该试验光(本发明的第二发明中的第一发明的发光装置所涉及的)在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的该15种色卡的a*值、b*值分别为a* nSSL2、b* nSSL2(其中,n为1到15的自然数),设该15种色卡的色相角分别为θnSSL2(度)(其中,n为1到15的自然数)。并且,设数学上假定了根据上述试验光的相关色温TSSL2而选择的计算用基准光(小于5000K为黑体辐射的光,5000K以上为CIE日光)的照明时的CIE 1976L*a*b*颜色空间中的该15种色卡的a*值、b*值分别为a* nref2、b* nref2(其中,n为1到15的自然数),设该15种色卡的色相角分别为θnref2(度)(其中,n为1到15的自然数)。此处,利用该2种光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡各自的色相角差ΔhnSSL2(度)(其中,n为1到15的自然数)的绝对值|ΔhnSSL2|为:
|ΔhnSSL2|=|θnSSL2-θnref2|。
此外,假定了利用试验光和计算用基准光这2种光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的饱和度差ΔCnSSL2(其中,n为1到15的自然数)为
ΔCnSSL2=√{(a* nSSL2)2+(b* nSSL2)2}-√{(a* nref2)2+(b* nref2)2}。
此外,该15种修正蒙赛尔色卡的饱和度差的平均值由式(2-3)表示。
【数学式28】
并且,当设该15种修正蒙赛尔色卡的饱和度差的最大值为ΔCSSL-max2、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min2时,最大饱和度差与最小饱和度差之间的差(最大最小饱和度差间差)为|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|。
<辐射效率KSSL2(lm/W)和光源效率ηSSL2(lm/W)>
并且,在每次评价对从本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置射出的主辐射方向的光进行测定时的试验光光谱分布时,辐射效率KSSL2(LuminousEfficacy of radiation)(lm/W)遵循广泛使用的以下的定义。
【数学式29】
在上述式中,
Km:最大发光度(lm/W)
V(λ):光谱发光效率
λ:波长(nm)。
因此,测定从本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置射出的主辐射方向的光时的试验光光谱分布的辐射效率KSSL2(lm/W),可以说是光谱分布作为其形状而具有的效率。
另一方面,光源效率ηSSL2(lm/W)是表示投入到本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置中的电力以何种程度被转换为光束的量。
如果进一步换言之或进行附记,则测定从发光装置射出的主辐射方向的光时试验光光谱分布的辐射效率KSSL2(lm/W),是光谱分布本身作为其形状而具有的效率,还可以说是当与构成发光装置的所有材料特性有关的效率(例如半导体发光元件的内部量子效率、光提取效率、荧光体的内部量子效率、外部量子效率、密封剂的透光特性等的效率)为100%时,与光源效率ηSSL2(lm/W)相等的量。
<光源效率所涉及的发明的构思>
本发明人在数学上和实验上讨论了在指标为-360以上且-10以下的范围外,特别是具有比-10大的值的情况下,是否能够同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率。对此,应用本发明的第一发明的说明。
[具有多个发光区域的发光装置的研究]
以下,通过实验例等更详细地对本发明的第二发明进行说明。
在实验例中,假设具有多个发光区域的发光装置,通过调节各发光区域的辐射通量量值(光束量)研究了发光装置的色貌如何变化。即,提取出了从各发光区域和发光装置在主辐射方向上射出的光的指标辐射效率KSSL2(lm/W)、λSSL2-BM-max、/>λSSL2-RM-max、/>等数值的特征。同时,关于假定了利用计算用基准光进行照明时的该15种色卡的色貌与假定了利用实测到的试验光光谱分布进行照明时的该15种色卡的色貌之间的差,以|ΔhnSSL2|、ΔCnSSL2、|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|作为指标而进行了总结。另外,在选择n时,|ΔhnSSL2|,ΔCnSSL2的值会变化,此处示出了最大值和最小值。这些值还在表2-16~表2-22中一并记载。
具体而言,对以下情况进行了研究:使从各发光区域在主辐射方向上射出的光束量和/或辐射通量量值变化,由此,从各发光区域在主辐射方向上射出的光的光谱分布的和即会如何变化。
实验例201
如图2-1所记载的那样,准备存在共计2个发光部的5mm直径的树脂封装10。此处,在发光区域211中搭载蓝色半导体发光元件(主波长452.5nm)、绿色荧光体(LuAG,峰值波长530nm,半值全宽104nm)、红色荧光体(CASN,峰值波长645nm,半值全宽89nm),并进行密封。此外,发光区域201的蓝色半导体发光元件以使得成为1个独立的电路结构的方式构成封装LED的布线,并与电源结合。另一方面,在发光区域212中搭载进行了不同调整后的蓝色半导体发光元件(主波长452.5nm)、绿色荧光体(LuAG,峰值波长530nm,半值全宽104nm)、红色荧光体(CASN,峰值波长645nm,半值全宽89nm),并进行密封。此外,发光区域202的蓝色半导体发光元件以使得成为1个独立的电路结构的方式构成封装LED的布线,与另外的独立的电源结合。这样,发光区域211和发光区域212能够分别独立地进行电流注入。
接着,当对注入到具有发光区域211和发光区域212的该封装LED210的各发光区域中的电流值进行适当调整时,例如,实现在该封装LED的轴上辐射的图2-2~图2-6所示的5种光谱分布。图2-2是仅对发光区域211注入电流,并将发光区域211与发光区域212的辐射通量设比为3:0的情况,图2-6是相反地仅对发光区域212注入电流,并将发光区域211与发光区域212的辐射通量比设为0:3的情况。进而,图2-3示出将发光区域211与发光区域212的辐射通量比设为2:1的情况,图2-4示出示出将发光区域211与发光区域212的辐射通量比设为1.5:1.5,图2-5示出将发光区域211与发光区域212的辐射通量比设为1:2。这样,通过使注入封装LED210的各区域的电流变化,能够使从封装LED本体在轴上辐射的辐射通量变化。此外,各图所示的CIELAB绘图中,数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况,并分别绘制了利用该封装LED进行照明时和利用根据该封装LED的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。另外,此处,针对发光装置的辐射通量,按照发光区域211的辐射通量贡献从大到小的顺序赋予了驱动点A到驱动点E的驱动点名称。图2-7在CIE 1976u’v’色度图上示出了这些驱动点A到E的色度点。另一方面,在表2-16中总结了各个驱动点处预想的测光学的特性、测色学的特性。
【表30】
【表31】
根据这些图2-2到图2-6的光谱分布、图2-2到图2-6的CIELAB绘图、图2-7的CIE1976u’v’色度图以及表2-16-1和表2-16-2可知以下内容。
在驱动点A到驱动点E以及它们之间,认为能够同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。因此,例如,在驱动点A和驱动点E之间,能够实现这样的色貌,并且,能够使封装LED的相关色温在从3207K到4204K的范围内变化,还能够使在从-0.0072到-0.0155的范围内变化。进而,该15种修正蒙赛尔色卡的平均饱和度也能够在从1.95到2.32的范围内变化。这样,在能够同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的区域中,能够根据发光装置的利用者的年龄、性别等的不同,并且配合照明的空间、目的等,容易地从可变范围中选择被认为更合适的照明条件。
此时,还能够进一步进行如下那样的驱动控制。
第一,能够在使指标相关色温TSSL2(K)和离黑体辐射轨迹的距离中的至少1方变化时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量不变。当进行这样的控制时,能够不依赖于照明对象物的照度,而容易地调查来源于光谱分布的形状变化的色貌的差,因此是优选的。
第二,还能够进行如下控制:在使指标在适当的范围内减小时,降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。此外,第三,还能够进行如下控制:即使在使/>在适当的范围内降低的情况下,也降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。这些第二、第三的情况一般来讲大多为明亮度感增加的情况,因此,降低照度还能够抑制能量消耗,是优选的。
第四,还能够进行如下控制:当提高该相关色温时,提高发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。在一般的照明环境下,在低色温区域中,大多在相对的低照度环境中判断为舒适,此外,在高色温区域中,大多在相对的高照度环境中判断为舒适。这样的心理效果被公知为克吕道夫效果(克吕道夫效果),能够进行取入这样的效果的控制,优选如下控制:当提高相关色温时,提高发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。
实验例202
如图2-8所记载的那样,准备将直径7mm的发光部分割为共计6个小发光部的陶瓷封装20。此处,在发光区域221中搭载蓝色半导体发光元件(主波长463nm)、绿色荧光体(LuAG,峰值波长530nm,半值全宽104nm)、红色荧光体(CASN,峰值波长645nm,半值全宽89nm),并进行密封,形成等价的发光区域。此外,多个发光区域221的半导体发光元件串联连接,与1个独立的电源结合。另一方面,在发光区域222中搭载进行了不同调整后的蓝色半导体发光元件(主波长453nm)、绿色荧光体(LuAG,峰值波长530nm,半值全宽104nm)、红色荧光体(CASN,峰值波长645nm,半值全宽89nm),并进行密封,形成等价的发光区域。此外,多个发光区域222的半导体发光元件串联连接,与另外的独立的电源结合。进而,在发光区域223中搭载进行了与发光区域221、发光区域221均不同的调整后的蓝色半导体发光元件(主波长455nm)、绿色荧光体(LuAG,峰值波长530nm,半值全宽104nm)、红色荧光体(CASN,峰值波长645nm,半值全宽89nm),并进行密封,形成等价的发光区域。此外,多个发光区域223的半导体发光元件串联连接,与另外的独立的电源结合。此处,发光区域221、发光区域222、发光区域223能够分别独立地进行电流注入。
接着,当对注入到具有发光区域221、发光区域222、发光区域223的该封装LED的各发光区域的电流值进行适当调整时,例如,实现在该封装LED的轴上辐射的图2-9~图2-12所示的4种光谱分布。图2-9是仅对发光区域221注入电流,并将发光区域221、发光区域222、发光区域223的辐射通量比设为3:0:0的情况。图2-10是仅对发光区域222注入电流,并将发光区域221、发光区域222、发光区域223的辐射通量比设为0:3:0的情况。图2-11是仅对发光区域223注入电流,并将发光区域221、发光区域222、发光区域223的辐射通量比设为0:0:3的情况。最后,图2-12是对发光区域221、发光区域222、发光区域223的全部发光区域注入电流,并将各个辐射通量比设为1:1:1的情况。这样,通过使对图2-8所示的封装LED220的各区域注入的电流变化,能够使从封装LED本体在轴上辐射的辐射通量变化。此外,在各图所示的CIELAB绘图中,数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况,并分别绘制了利用该封装LED进行照明时和利用根据该封装LED的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。另外,此处,针对发光装置的辐射通量,赋予了驱动点A到驱动点D的驱动点名称。图2-13在CIE 1976u’v’色度图上示出了这些驱动点A到D的色度点。另一方面,在表2-17中总结了各个驱动点处预想的测光学的特性、测色学的特性。
【表32】
【表33】
根据这些图2-9到图2-12的光谱分布、图2-9到图2-12的CIELAB绘图、图2-13的CIE1976u’v’色度图以及表2-17-1和表2-17-2可知以下内容。
认为驱动点A至驱动点C能够同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。此外,在被驱动点A至驱动点C包围的范围内存在的驱动点D,也能够同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。因此,例如,在由驱动点A、驱动点B、驱动点C包围的范围内,并且在该范围内的附近,能够实现这样的色貌,并且使封装LED的相关色温在从2934K到3926K的范围内变化,还能够使在从-0.0104到-0.0073的范围内变化。并且,该15种修正蒙赛尔色卡的平均饱和度也能够在从0.94到1.91的范围内变化。这样,在能够同时实现良好的色貌和较高的光源效率的区域中,能够根据发光装置的利用者的年龄、性别等的不同,并且配合照明的空间、目的等,容易地从可变范围中选择被认为更合适的照明条件。
特别地,在本实验例中,由于在1个发光装置内存在进行了不同的颜色调整的3种发光区域,因此,与在1个发光装置内存在进行了不同的颜色调整的2种发光区域的情况相比较,能够较大地确保其可变范围,因此是优选的。
此时,还能够进一步进行如下那样的驱动控制。
第一,能够在使指标相关色温TSSL2(K)和离黑体辐射轨迹的距离中的至少1方变化时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量不变。当进行这样的控制时,能够不依赖于照明对象物的照度,而容易地调查来源于光谱分布的形状变化的色貌的差,因此是优选的。
第二,还能够进行如下控制:在使指标在适当的范围内减小时,降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。此外,第三,还能够进行如下控制:即使在使/>在适当的范围降低的情况下,也降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。这些第二、第三的情况一般来讲大多为明亮度感增加的情况,因此,降低照度还能够抑制能量消耗,是优选的。
第四,还能够进行如下控制:当提高该相关色温时,通过发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。在一般的照明环境下,在低色温区域中,大多在相对的低照度环境中判断为舒适,此外,在高色温区域中,大多在相对的高照度环境中判断为舒适。这样的心理效果被公知为克吕道夫效果,能够进行取入这样的效果的控制,优选如下控制:当提高相关色温时,提高发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。
实验例203
如图2-14所记载的那样,准备在顶部嵌入共计90个(9×10)发光部即LED灯泡的作为照明系统的发光装置。此处,图中实线斜线部分作为发光区域231而搭载同等的LED阀,形成等价的发光区域。此外,图中虚线斜线部分作为发光区域232而搭载同等的LED阀,形成等价的发光区域。此处,多个发光区域231中搭载的LED灯泡并联连接,与1个独立的电源结合。另一方面,多个发光区域32中搭载的LED灯泡并联连接,与另外的独立的电源结合。发光区域231和发光区域232能够分别独立地进行驱动。另外,形成发光区域231的LED灯泡包含蓝色半导体发光元件(主波长446nm)、黄色荧光体(YAG,峰值波长545nm,半值全宽108nm)、红色荧光体(SCASN,峰值波长640nm,半值全宽90nm),形成发光区域232的LED灯泡包含进行了不同调整后的蓝色半导体发光元件(主波长450nm)、绿色荧光体(LuAG,峰值波长530nm,半值全宽104nm)、红色荧光体(CASN,峰值波长645nm,半值全宽89nm)。
接着,当使用在分别独立的电源上搭载的调光控制器对构成发光区域231和发光区域232的LED灯泡的辐射通量进行适当调整时,例如,实现在照明系统中心轴上辐射的图2-15~图2-19所示的5种光谱分布。图2-15是仅对构成发光区域231的LED灯泡进行驱动,并将发光区域231和发光区域232的辐射通量比设为90:0的情况,图2-19是相反地仅对构成发光区域232的LED灯泡进行驱动,并将发光区域231和发光区域232的辐射通量比设为0:90的情况。进而,图2-16示出将构成发光区域231的LED灯泡和构成发光区域232的LED灯泡的辐射通量比设为70:20的情况,图2-17示出将构成发光区域231的LED灯泡和构成发光区域232的LED灯泡的辐射通量比设为45:45,图2-18示出将构成发光区域231的LED灯泡和构成发光区域232的LED灯泡的辐射通量比设为30:60的情况。这样,通过使构成各发光区域的LED灯泡的驱动条件变化,能够使照明系统中心轴上辐射的辐射通量变化。
此外,各图所示的CIELAB绘图中,数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况,分别绘制了利用该照明系统即发光装置进行照明时和根据该照明系统即发光装置的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。另外,此处,针对照明系统(发光装置)的辐射通量,按照构成发光区域231的LED灯泡的辐射通量贡献从大到小的顺序赋予了驱动点A到驱动点E的驱动点名称。图2-20在CIE 1976u’v’色度图上示出了这些驱动点A到E的色度点。另一方面,在表2-18中总结了各个驱动点处预想的测光学的特性、测色学的特性。
【表34】
【表35】
根据这些图2-15到图2-19的光谱分布、图2-15到图2-19的CIELAB绘图、图2-20的CIE 1976u’v’色度图以及表2-18-1和表2-17-2可知以下内容。
在驱动点A、驱动点B处,λSSL2-RM-max中的至少任意一方没有进入本发明的第二发明的适当的范围,但是,在驱动点C、驱动点D、驱动点E和它们之间以及附近,认为能够同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。因此,例如,在驱动点C和驱动点E之间,能够实现这样的色貌,并且使照明系统的相关色温在从3146K到3544K的范围内变化,还能够使/>在从-0.0121到-0.0116的范围内变化。并且,该15种修正蒙赛尔色卡的平均饱和度也能够在从1.65到2.17的范围内变化。这样,在能够同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的区域中,能够根据发光装置的利用者的年龄、性别等的不同,并且配合照明的空间、目的等,容易地从可变范围中选择被认为更合适的照明条件。
此时,还能够进一步进行如下那样的驱动控制。
第一,还能够在使指标相关色温TSSL2(K)、和离黑体辐射轨迹的距离/>中的至少1方变化时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量不变。当进行这样的控制时,能够不依赖于照明对象物的照度,而容易地调查来源于光谱分布的形状变化的色貌的差,因此是优选的。
第二,还能够进行如下控制:在使指标在适当的范围内减小时,降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。此外,第三,还能够进行如下控制:即使在使/>在适当的范围内下降的情况下,也降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。这些第二、第三的情况一般来讲大多为明亮度感增加的情况,因此,降低照度还能够抑制能量消耗,是优选的。
第四,还能够进行如下控制:当提高该相关色温时,提高发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。在一般的照明环境下,在低色温区域中,大多在相对的低照度环境中判断为舒适,此外,在高色温区域中,大多在相对的高照度环境中判断为舒适。这样的心理效果被公知为克吕道夫效果(克吕道夫效果),能够进行取入这样的效果的控制,优选如下控制:当提高相关色温时,提高发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。
实验例204
与实验例203同样,如图2-14所记载的那样,准备在顶部嵌入共计90个(9×10)发光部即LED灯泡的作为照明系统的发光装置。形成发光区域231的LED灯泡是包含蓝色半导体发光元件和黄色荧光体作为发光要素的市面上销售的LED灯泡,形成发光区域232的LED灯泡能够包含紫色半导体发光元件(主波长408nm)、蓝色荧光体(SBCA,峰值波长455nm,半值全宽54nm)、绿色荧光体(β-SiAlON,峰值波长545nm,半值全宽55nm)、红色荧光体(CASON,峰值波长645nm,半值全宽99nm)。
接着,当使用在分别独立的电源上搭载的调光控制器对构成发光区域231和发光区域232的LED灯泡的辐射通量进行适当调整时,例如,实现在照明系统中心轴上辐射的图2-21~图2-25所示的5种光谱分布。图2-21是仅对构成发光区域231的LED灯泡进行驱动,并将发光区域231和发光区域232的辐射通量比设为90:0的情况,图2-25是相反地仅对构成发光区域232的LED灯泡进行驱动,并将发光区域231和发光区域232的辐射通量比设为0:90的情况。并且,图2-22示出将构成发光区域231的LED灯泡和构成发光区域232的LED灯泡的辐射通量比设为70:20的情况,图2-23示出将构成发光区域231的LED灯泡和构成发光区域232的LED灯泡的辐射通量比设为49:41的情况,图2-24示出将构成发光区域231的LED灯泡和构成发光区域232的LED灯泡的辐射通量比设为30:60的情况。这样,通过使构成各发光区域的LED灯泡的驱动条件变化,能够使在照明系统中心轴上辐射的辐射通量变化。
此外,各图所示的CIELAB绘图中,数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况,分别绘制了利用该照明系统即发光装置进行照明时和根据该照明系统即发光装置的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。另外,此处,针对照明系统(发光装置)的辐射通量,按照构成发光区域231的LED灯泡的辐射通量贡献从大到小的顺序赋予了驱动点A到驱动点E的驱动点名称。图2-26在CIE 1976u’v’色度图上示出了这些驱动点A到E的色度点。另一方面,在表2-19中总结了各个驱动点处预想的测光学的特性、测色学的特性。
【表36】
【表37】
根据这些图2-21到图2-25的光谱分布、图2-21到图2-25的CIELAB绘图、图2-6的CIE 1976u’v’色度图以及表2-19-1和表2-19-2可知以下内容。
在驱动点A、驱动点B、驱动点D、驱动点E处,/>λSSL2-RM-max中的至少任意一方没有进入本发明的第二发明的适当的范围,但是,在驱动点C及其附近,认为能够同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。另外,在驱动点D、驱动点E和它们之间以及附近,虽然能够实现良好的色貌,但是辐射效率相对较低,因此认为无法实现相对较高的光源效率。
实验例205
如图2-27所记载的那样,使2个存在1个发光区域的纵5mm、横5mm的陶瓷封装接近,准备一对陶瓷封装LED240。此处,如下那样将一方设为发光区域241、另一方设为发光区域242。在发光区域241中搭载蓝色半导体发光元件(主波长453nm)、绿色荧光体(LuAG,峰值波长530nm,半值全宽104nm)、红色荧光体(CASON,峰值波长645nm,半值全宽99nm),并进行密封。此外,发光区域241与1个独立的电源结合。另一方面,在发光区域242中搭载紫色半导体发光元件(主波长408nm)、蓝色荧光体(SBCA,峰值波长455nm,半值全宽54nm)、绿色荧光体(β-SiAlON,峰值波长545nm,半值全宽55nm)、红色荧光体(CASON,峰值波长645nm,半值全宽99nm),并进行密封。此外,发光区域242与另外的独立的电源结合。这样,发光区域241和发光区域242能够分别独立地进行电流注入。
接着,当对注入到发光区域241和发光区域242即该1对封装LED240的各发光区域中的电流值进行适当调整时,例如,实现在该1对封装LED240的轴上辐射的图2-28~图2-32所示的5种光谱分布。图2-28是仅对发光区域241注入电流,并将发光区域241和发光区域242的辐射通量比设为9:0的情况,图2-32是相反地仅对发光区域242注入电流,并将发光区域241和发光区域242的辐射通量比设为0:9的情况。进而,图2-29示出将发光区域241和发光区域242的辐射通量比设为7:2的情况,图2-30示出将发光区域241和发光区域242的辐射通量比设为4.5:4.5的情况,图2-31示出将发光区域241和发光区域242的辐射通量比设为2:7的情况。这样,通过使对1对封装LED240的各区域注入的电流变化,能够使从1对封装LED本体在中心轴上辐射的辐射通量变化。
此外,各图所示的CIELAB绘图中,数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况,分别绘制了利用该1对封装LED进行照明时和利用根据该1对封装LED的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。另外,此处,针对发光装置的辐射通量,按照发光区域241的辐射通量贡献从大到小的顺序赋予了驱动点A到驱动点E的驱动点名称。图2-33在CIE 1976u’v’色度图上示出了这些驱动点A到E的色度点。另一方面,表2-20中总结了各个驱动点处预想的测光学的特性、测色学的特性。
【表38】
【表39】
根据这些图2-28到图2-32的光谱分布、图2-28到图2-32的CIELAB绘图、图2-33的CIE 1976u’v’色度图以及表2-20-1和表2-20-2可知以下内容。
在驱动点C、驱动点D、驱动点E处均没有进入本发明的第二发明的适当的范围,但是,在驱动点A、驱动点B以及它们之间和附近,由于辐射效率相对较高,因此相比于其他驱动点,光源效率得到改善,并且,能够实现如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌。因此,例如,在驱动点A和驱动点B之间,能够实现这样的色貌,并且,能够使封装LED的相关色温在从3168K到3365K的范围内变化,还能够使在从-0.0123到-0.0122的范围内变化。并且,该15种修正蒙赛尔色卡的平均饱和度也能够在从1.95到1.99的范围内变化。这样,在能够同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的区域中,能够根据发光装置的利用者的年龄、性别等的不同,并且配合照明的空间、目的等,容易地从可变范围中选择被认为更合适的照明条件。另外,在驱动点C、驱动点D、驱动点E和它们之间以及附近,虽然能够实现良好的色貌,但是,辐射效率相对较低,因此认为无法实现相对较高的光源效率。
此时,还能够进一步进行如下那样的驱动控制。
第一,能够在使指标相关色温TSSL2(K)和离黑体辐射轨迹的距离中的至少1方变化时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量不变。当进行这样的控制时,能够不依赖于照明对象物的照度,而容易地调查来源于光谱分布的形状变化的色貌的差,因此是优选的。
第二,还能够进行如下控制:在使指标在适当的范围内减小时,降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。此外,第三,还能够进行如下控制:即使在使/>在适当的范围内降低的情况下,也降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。这些第二、第三的情况一般来讲大多为明亮度感增加的情况,因此,降低照度还能够抑制能量消耗,是优选的。
第四,还能够进行如下控制:当提高该相关色温时,提高发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。在一般的照明环境下,在低色温区域中,大多在相对的低照度环境中判断为舒适,此外,在高色温区域中,大多在相对的高照度环境中判断为舒适。这样的心理效果被公知为克吕道夫效果(克吕道夫效果),能够进行取入这样的效果的控制,优选以下控制:当提高相关色温时,提高发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。
实验例206
如图2-34所记载的那样,准备存在共计16个发光部的纵6mm、横9mm的陶瓷封装50。此处,在发光区域251中搭载蓝色半导体发光元件(主波长448nm)、绿色荧光体(LSN,峰值波长535nm,半值全宽107nm)、红色荧光体(CASN,峰值波长660nm,半值全宽88nm),并进行密封,形成等价的发光区域。此外,多个发光区域251的半导体发光元件串联连接,与1个独立的电源结合。另一方面,在发光区域252中搭载蓝色半导体发光元件(主波长447nm)、绿色荧光体(CSO,峰值波长520nm,半值全宽96nm)、红色荧光体(SCASN,峰值波长625nm,半值全宽87nm),并进行密封,形成等价的发光区域。此外,多个发光区域252的半导体发光元件串联连接,与另外的独立的电源结合。发光区域251和发光区域252能够分别独立地进行电流注入。
接着,当对注入到具有发光区域251和发光区域252的该封装LED的各发光区域中的电流值进行适当调整时,例如,实现在该封装LED的轴上辐射的图2-35~图2-39所示的5种光谱分布。图2-35是仅对发光区域251注入电流,并将发光区域251和发光区域252的辐射通量比设为16:0的情况,图2-39是相反地仅对发光区域252注入电流,并将发光区域251和发光区域252的辐射通量比设为0:16的情况。进而,图2-36示出将发光区域251和发光区域252的辐射通量比设为4:12的情况,图2-37示出将发光区域251和发光区域252的辐射通量比设为3:13,图2-38示出将发光区域251和发光区域252的辐射通量比设为1:15的情况。这样,通过使对封装LED50的各区域注入的电流变化,能够使从封装LED本体在轴上辐射的辐射通量变化。
此外,在各图所示的CIELAB绘图中,数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况,分别绘制了利用该封装LED进行照明时和利用根据该封装LED的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。另外,此处,针对发光装置的辐射通量,按照发光区域251的辐射通量贡献从大到小的顺序赋予了驱动点A到驱动点E的驱动点名称。图2-40在CIE 1976u’v’色度图上示出了这些驱动点A到E的色度点。另一方面,在表2-21中总结了各个驱动点处预想的测光学的特性、测色学的特性。
【表40】
【表41】
根据这些图2-35到图2-39的光谱分布、图2-35到图2-39的CIELAB绘图、图2-40的CIE 1976u’v’色度图以及表2-21-1和表2-21-2可知以下的内容。
在驱动点A、驱动点D、驱动点E处, λSSL2-RM-max中的至少任意一方没有进入本发明的第二发明的适当的范围,但是,在驱动点B、驱动点C和它们之间以及附近,认为能够同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。因此,例如,在驱动点B和驱动点C之间以及附近,能够实现良好的色貌,能够使封装LED的相关色温在从3968K到4164K的范围内变化,还能够使Duv/>在从-0.0112到-0.0116的范围内变化。进而,该15种修正蒙赛尔色卡的平均饱和度也能够在从0.89到1.11的范围内变化。这样,在能够同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的区域中,能够根据发光装置的利用者的年龄、性别等的不同,并且配合照明的空间、目的等,容易地从可变范围中选择被认为更合适的照明条件。
此时,还能够进一步进行如下那样的驱动控制。
第一,还能够在使指标相关色温TSSL2(K)和离黑体辐射轨迹的距离/>中的至少1方变化时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量不变。当进行这样的控制时,能够不依赖于照明对象物的照度,而容易地调查来源于光谱分布的形状变化的色貌的差,因此是优选的。
第二,还能够进行如下控制:在使指标在适当的范围减小时,降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。此外,第三,还能够进行如下控制:即使在使/>在适当的范围下降的情况下,也减低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。这些第二、第三的情况一般来讲大多为明亮度感增加的情况,因此,降低照度还能够抑制能量消耗,是优选的。
第四,还能够进行如下控制:当提高该相关色温时,提高发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。在一般的照明环境下,在低色温区域中,大多在相对的低照度环境中判断为舒适,此外,在高色温区域中,大多在相对的高照度环境中判断为舒适。这样的心理效果被公知为克吕道夫效果,能够进行取入这样的效果的控制,优选如下控制:当提高相关色温时,提高发光装置的光束和/或辐射通量,从而提高照明对象物的照度。
比较例201
除了下述以外,准备与实验例201同样的树脂封装LED。
在发光区域211中搭载蓝色半导体发光元件(主波长438nm)、绿色荧光体(β-SiAlON,峰值波长545nm,半值全宽55nm)、红色荧光体(CASON,峰值波长645nm,半值全宽99nm),并进行密封。
此外,在发光区域212中搭载蓝色半导体发光元件(主波长448nm)、绿色荧光体(LSN,峰值波长535nm,半值全宽107nm)、红色荧光体(CASN,峰值波长660nm,半值全宽88nm),并进行密封。
接着,当对注入到具有发光区域211和发光区域212的该封装LED的各发光区域中的电流值进行适当调整时,例如,实现在该封装LED的轴上辐射的图2-41~图2-45所示的5种光谱分布。图2-41是仅对发光区域211注入电流,并将发光区域211和发光区域212的辐射通量比设为3:0的情况,图2-45是相反地仅对发光区域212注入电流,并将发光区域211和发光区域212的辐射通量比设为0:3的情况。进而,图2-42示出将发光区域211和发光区域212的辐射通量比设为2:1的情况,图2-43示出将发光区域211和发光区域212的辐射通量比设为1.5:1.5的情况,图2-44示出将发光区域211和发光区域212的辐射通量比设为1:2的情况。这样,通过使注入封装LED的各区域的电流变化,能够使从封装LED本体在轴上辐射的辐射通量变化。此外,在各图所示的CIELAB绘图中,数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况,分别绘制了利用该封装LED进行照明时和利用根据该封装LED的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。另外,此处,针对发光装置的辐射通量,按照发光区域211的辐射通量贡献从大到小的顺序赋予了驱动点A到驱动点E的驱动点名称。图2-46在CIE 1976u’v’色度图上示出了这些驱动点A到E的色度点。另一方面,在表2-22中总结了各个驱动点处预想的测光学的特性、测色学的特性。
【表42】
【表43】
根据这些图2-41到图2-45的光谱分布、图2-41到图2-45的CIELAB绘图、图2-46的CIE 1976u’v’色度图以及表2-22-1和表2-22-2可知以下的内容。
在驱动点A到驱动点E的任意一个驱动点,/>λSSL2-RM-max中的至少任意一方均没有进入本发明的第二发明的适当的范围。因此,在封装LED的可变范围内,不存在认为能够同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率的驱动点。
[考察]
根据以上的实验例,能够导出以下所示的发明事项。
即,当设在发光装置的主辐射方向上从各发光区域射出的光的光谱分布为 (N为1到M),从所述发光装置在该辐射方向射出的全部的光的光谱分布/> 为下式时,
【数学式30】
在是能够通过使从所述发光区域射出的光束量和/或辐射通量量值变化而使 满足以下的条件的发光区域的情况下,能够得到本发明的第二发明的效果。另外,以下的条件能够同样适应本发明的第二发明中的第二发明所涉及的发光装置的设计方法和本发明的第二发明中的第三发明所涉及的发光装置的驱动方法。
条件1:
从所述发光装置射出的光在主辐射方向上包含离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离为/>的光。
条件2:
设从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的光谱分布为设根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的光谱分布为设从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的三刺激值为(XSSL2,YSSL2,ZSSL2)、设根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的三刺激值为(Xref2,Yref2,Zref2),将从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的归一化光谱分布SSSL2(λ)、根据从所述发光装置在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref2(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔSSSL2(λ)分别定义为:
ΔSSSL2(λ)=Sref2(λ)-SSSL2(λ)
设波长380nm以上且780nm以内的范围中实现了SSSL2(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL2-RL-max(nm)时,在比λSSL2-RL-max更靠长波长侧的位置存在成为SSSL2(λSSL2-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(2-1)表示的指标满足/>
设波长380nm以上且780nm以内的范围中实现了SSSL2(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL2-RL-max(nm)时,在比λSSL2-RL-max更靠长波长侧的位置不存在成为SSSL2(λSSL2-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(2-2)表示的指标满足/>
【数学式31】
【数学式32】
条件3:
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λSSL2-RM-max为:
605(nm)≤λSSL2-RM-max≤653(nm)。
另外,在实验例中,采用了内置2种或3种发光区域的发光装置,但是,发光区域不限于2种、3种。
在发光区域为2种的情况下,容易进行发光装置的控制,因此是优选的方式。
在发光区域为3种的情况下,控制区域在色度坐标上不是线状而成为面状,因此能够在较宽的范围内调整色貌,是优选的。
在发光区域为4种以上的情况下,如上所述,除了在色度坐标上成为面状的控制以外,还能够独立控制相关色温、色貌,因此是优选的。此外,还能够在不变更色度的情况下调整色貌,因此是优选的。
另一方面,如果发光区域过度存在,则在实际的发光装置中控制繁杂,因此优选为10以下,更优选为8以下。
此外,在具有多种发光区域的本发明的第二发明的发光装置中,为了使各种发光区域的光束量或辐射通量量值变化,能够采用以下的那样的方法。存在使对第一各发光区域供给的电力变化的方法。此外,此时,使电流变化的方法简单,是优选的。进而,也可以是,能够在各发光区域预先设置光学的ND滤波器,通过在物理上更换滤波器,并且以电气方式使偏光滤波器等的透射率变化,从而使从发光区域射出的光束量和/或辐射通量量值变化。
此外,优选满足以下所示的条件5和/或条件6。
条件5:
在所述光的光谱分布中,实现所述/>的波长λSSL2-BM-max为:
430(nm)≤λSSL2-BM-max≤480(nm)。
条件6:
此外,根据色貌良好的观点,优选满足以下的条件I~IV。
条件I:
在设数学上假定了在该辐射方向上射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL2、b* nSSL2(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref2、b* nref2(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCnSSL2满足:
-4.00≤ΔCnSSL2≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(2-3)表示的饱和度差的平均满足/>
【数学式33】
条件III:
并且,设饱和度差的最大值为ΔCSSL-max2、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min2时,饱和度差的最大值与饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|满足:
2.00≤|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|≤10.00。
其中,ΔCnSSL2=√{(a* nSSL2)2+(b* nSSL2)2}-√{(a* nref2)2+(b* nref2)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了在该辐射方向上射出的光的照明时的上述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL2(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在该辐射方向上射出的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref2(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|ΔhnSSL2|满足:
0.00度≤|ΔhnSSL2|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,ΔhnSSL2=θnSSL2-θnref2。
此外,实验例201、实验例202中示出的全部(N为1到M)满足所述条件1至条件4的发光装置也是优选的方式。在是这样的方式的情况下,无论在从发光区域射出的光以何种比例供给的情况下,都能够同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。另外,在判断/>是否满足所述条件1至4时,假定仅该/>从发光装置射出。
另一方面,如实验例204、实验例206所示,如果仅是从单独的发光区域射出的光,则又是无法实现同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。即使在这样的情况下,通过适当调整从各个发光区域射出的光的比例,有时也能够实现同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率。不必说,这样的发光装置也属于本发明的第二发明的范围。
本发明的第二发明的一个特征在于,例如如实验例204、实验例206所示,即使组合“无法实现同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的各光源”,也“可能实现同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率”。此外,特征在于,如实验例203、实验例205所示,在尝试采用单体的情况下,即使组合“无法实现同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的发光区域”和“能够实现同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的发光区域”,也“能够实现同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率”。
这样,以下示出在实现“能够同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率”的发光装置的基础上,用于在“包含无法实现同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的发光区域在内的组合的情况下”,特别是在“仅无法实现同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的发光区域”的组合的情况下,实施本发明的第二发明的发光装置的方针。
为了以“仅无法实现同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的发光区域的组合”来实现本发明的第二发明的“实现了同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的发光装置”,必须使条件1所示的条件2所示的/>条件3所示的条件4所示的λSSL2-RM-max全部在作为组合结果的适当的数值范围内。此外,条件5所示的λSSL2-BM-max、条件6所示的/>也优选在作为组合的结果的适当的数值范围内。因此,考虑以下方法。
第一,关于如下所述。
在从各发光区域射出的光离黑体辐射轨迹的距离均不是适当范围的情况下,例如,以下(a)(b)(c)是有效的。
(a):采用组合了各种色度图上的色度坐标大幅偏离的发光区域的发光装置。
(b):在能够定义相关色温的情况下,采用组合了相关色温大幅偏离的多个发光区域的发光装置。
(c):在能够定义离黑体辐射轨迹的距离的情况下,采用组合了该距离/>大幅偏离的多个发光区域的发光装置。
理由如下。
例如,在具有2个发光区域,从一方射出的光的具有大于适当范围(-0.0220以上并且-0.0070以下)的值,从另一方射出的光的/>具有小于适当范围(-0.0220以上并且-0.0070以下)的值的情况下,容易理解,以特定比例组合来自两光源的光的驱动点能够成为同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的数值。
但是,例如在具有2个发光区域,无论从哪个区域射出的光的均具有大于适当范围(-0.0220以上并且-0.0070以下)的值的情况下,由于在CIE1976u’v’色度图上黑体辐射轨迹弯曲,因此,以特定比例组合来自两光源的光的驱动点能够成为同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的数值。例如,在实验例206的图2-40或表2-21中,尽管发光区域251的/>(换言之驱动点A处的/>为-0.0064,发光区域252的/>(换言之驱动点E处的/>为-0.0093,但是,作为该组合的驱动点C的/>为-0.0112,比任意一个数值都小,就是基于这样的理由。为了有效利用这样的倾向,优选满足所述(a)(b)(c)的必要条件。
第二,关于如下所述。
在从各发光区域射出的光的全部不是适当的范围的情况下,与同样,下面的(a)(b)(c)是有效的。
(a):采用组合了各种色度图上的色度坐标大幅偏离的发光区域的发光装置。
(b):在能够定义相关色温的情况下,采用组合了相关色温大幅偏离的多个发光区域的发光装置。
(c):在能够定义离黑体辐射轨迹的距离的情况下,采用组合了该距离/>大幅偏离的多个发光区域的发光装置。
理由如下。
例如,在具有2个发光区域,从一方射出的光的具有大于适当范围(大于-10并且120以下)的值,从另一方射出的光的/>具有小于适当范围(大于-10并且120以下)的值的情况下,容易理解,以特定比例组合来自两光源的光的驱动点能够成为同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的数值。
但是,例如在具有2个发光区域,无论从哪个区域射出的光的均具有大于适当范围(大于-10并且120以下)的值的情况下,由于基准光光谱分布相对于色温的变化为非线性,因此,以特定比例组合来自两光源的光的驱动点能够成为同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的数值。例如,在实验例206的图2-35到图2-39或表2-21中,尽管发光区域251的/>(换言之驱动点A处的/>为130.4,发光区域252的/>(换言之驱动点E处的/>为123.4,但是,作为该组合的驱动点C的/>为85.8比任意一个数值都小,就是基于这样的理由。为了有效利用这样的倾向,优选满足所述(a)(b)(c)的必要条件。
第三,关于和/>如下所述。
这些参数成为按照该辐射通量比例对从构成发光装置的发光区域射出的光的特征进行加权平均后的值,因此,例如在具有2个发光区域,与从一方射出的光的相当的参数大于适当范围的情况下,与从另一方射出的光相当的参数具有小于适当范围的值的情况下,以特定比例组合来自两光源的光的驱动点能够成为同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率的数值。因此,以下那样的光源的组合是有效的。
(a′):采用组合了射出光谱分布的凹凸位置不同的光的发光区域的发光装置。
例如,实验例204的图2-21到图2-25或者表2-19相当于该情况。
第四,关于λSSL2-RM-max、λSSL2-BM-max,如下所述。这些指标是根据光谱辐射通量分布形状而给出的指标,但是,存在值连续变化的情况,并且,根据其形状,还存在不连续变化的情况,其中,该光谱辐射通量分布形状是按照该辐射通量比例对从构成发光装置的发光区域射出的光的特征进行加权平均而得到的。前者是从全部发光区域射出的光谱辐射通量分布比较平稳的情况,后者是至少1个光谱辐射通量分布具有陡峻的峰值的情况。因此,优选根据构成发光装置的各发光区域射出的光谱辐射通量分布,适当选择其组合,将各指标设为适当范围。
并且,关于条件(b),在构成发光装置的多个发光区域中,具有最不同的相关色温的2个发光区域间的相关色温差优选为2000K以上,更优选为2500K以上,非常优选为3000K以上,格外优选为3500K以上,最优选为4000K以上。此外,关于条件(c),在构成发光装置的多个发光区域中,具有最不同的相关色温的2个发光区域间的Duv差的绝对值优先为0.005以上,更优选为0.010以上,非常优选为0.015以上,格外优选为0.020以上。
并且,以下还能够列举出在实现“同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率的”发光装置的基础上,用于在“包含无法同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率的发光区域在内的组合的情况下”,特别是在“仅无法实现同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率的发光区域”的组合的情况下,实施本发明的第二发明的发光装置的方针。
(d):采用组合了成为Acg大幅偏离的色貌的多个发光区域的发光装置。
(e):采用组合了成为饱和度差ΔCn大幅偏离的色貌的多个发光区域的发光装置。
(f):采用组合了成为饱和度差的平均SATave大幅偏离的色貌的多个发光区域的发光装置。
优选的是,在这些(d)、(e)、(f)中,特别是本发明的第二发明公开的各个范围与通过发光区域的组合而能够实现的各参数的范围在至少一部处重叠,在使用3个以上的发光区域的色度图上,更优选在面上重叠。
进而,当使用4个以上的发光区域时,即使全部发光区域是“仅无法同时兼顾如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率的发光区域”,也能够比较容易地在本发明的第二发明公开的范围内调整(a)(或(a′))到(f)的全部项目,是优选的。
此外,在本发明的第二发明中,成为发光区域中的至少1个发光区域能够相对于其他发光区域电气地独立驱动的布线的发光装置是优选的方式,成为全部发光区域能够相对于其他发光区域电气地独立驱动的布线的发光装置是更优选的方式。此外,这样驱动发光装置是优选的方式。在是这样的方式的情况下,对各个发光区域提供电力的控制变得容易,能够实现符合使用者喜好的色貌。
另外,在本发明的第二发明中,也可以以某个发光区域电气地从属于其他发光区域的方式进行驱动。例如,当对2个发光区域注入电流时,还能够以对1个发光区域注入的电流增大时减小对另一方的发光区域注入的电流的方式,使另一方电气地从属于一方。这样的电路例如能够通过使用可变电阻等的结构而容易地实现,并且,不需要多个电源,因此是优选的。
此外,从由指标相关色温TSSL2(K)、和离黑体辐射轨迹的距离构成的组中选择的至少1方能够变化的发光装置是优选的方式,如下的发光装置也是优选的方式:当从由指标/>相关色温TSSL2(K)和离黑体辐射轨迹的距离/>构成的组中选择的至少1方变化时,能够独立控制从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量。此外,这样驱动发光装置是优选的方式。在这样的方式中,能够实现色貌的参数可变,能够容易地实现符合使用者的喜好的色貌。/>
此外,如下的发光装置是优选的方式:位于包络最接近的不同的发光区域整体的假想外周上的任意2点之间的最大距离L为0.4mm以上且200mm以下。在这样的方式中,不容易视觉辨别从多个发光区域射出的光的颜色分离,能够降低观察发光装置本身时的违和感。此外,当尝试采用照明光时,空间的加法混色充分发挥功能,在照射到照明对象物上时,还能够降低被照明的区域的颜色不均,是优选的。
关于位于包络发光区域整体的假想外周上的任意2点之间的最大距离L,使用图来说明。
图2-34示出了实验例206中使用的封装LED50,与发光区域251最接近的发光区域是发光区域252。其中,包络两个发光区域251、252的假想外周253成为最大的假想外周,位于该外周上的任意二点254之间成为最大距离L。即最大距离L由2点间的距离255表示,0.4mm以上且200mm以下时为优选的方式。
图2-14所示的实验例202和实验例203中使用的照明系统230(但是,详细未图示)和图2-27所示的实验例205中使用的1对封装LED240是同样的。
位于包络最接近的不同发光区域整体的假想外周上的任意2点之间的最大距离L优选为0.4mm以上,更优选为2mm以上,非常优选为5mm以上,格外优选为10mm以上。这是因为,包络1个发光区域的假想外周越大,基本上越容易成为能够射出高辐射通量(和/或高光束)的构造。此外,位于包络最接近的不同发光区域整体的假想外周上的任意2点之间的最大距离L优选为200mm以下,更优选为150mm以下,非常优选为100mm以下,格外优选为50mm以下。根据抑制产生被照明的区域的空间的颜色不均的观点,这些方式是重要的,是优选的。
另一方面,在本发明的第二发明的驱动方法中,在作为条件3的作为条件4的λSSL2-RM-max处于适当范围的情况下,当使处于适当范围内的作为条件2的/>相关色温TSSL2(K)和处于适当范围内的作为条件1的离黑体辐射轨迹的距离/>中的至少1方变化时,还能够使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量不变。当进行这样的控制时,能够不依赖于照明对象物的照度,而容易地调查来源于光谱分布的形状变化的色貌的差,因此是优选的。
此外,在该发光装置的驱动方法中,优选如下的驱动方法:在作为条件3的作为条件4的λSSL2-RM-max处于适当范围的情况下,当使处于适当范围内的作为条件2的指标/>在适当的范围降低时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量降低驱动方法;当使相关色温TSSL2(K)增大时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量增加的驱动方法;当使处于适当范围内的作为条件1的/>在适当的范围降低时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量降低的驱动方法。此外,这同时意味着优选如下的驱动方法:当使处于适当范围内的作为条件2的指标/>增大时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量增加的驱动方法;当使相关色温TSSL2(K)降低时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量降低的驱动方法;当使处于适当范围内的作为条件1的在适当的范围增大时,使从发光装置在主辐射方向上射出的光束和/或辐射通量增加的驱动方法。/>
如下的发光装置中能够实现更加重视色貌的发光装置:在作为条件1的 作为条件3的/>作为条件4的λSSL2-RM-max处于适当范围时,使处于适当范围内的作为条件2的指标/>在适当的范围降低的情况下,该发光装置同时兼顾了如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。根据各种视觉实验,当这样减低指标/> 时,明亮感提高,因此,即使使所计测的光束和/或辐射通量、或者照度降低,照明对象物也能够维持良好的色貌,这样,能够进一步抑制发光装置的能量消耗,因此是优选的。同样,在使指标在适当的范围内增大的情况下,成为更加重视效率的发光装置,因此,容易实现所计测的光束和/或辐射通量、或者照度的增加。
此外,在作为条件1的作为条件2的指标/>作为条件3的/>作为条件4的λSSL2-RM-max处于适当范围内,且使相关色温TSSL2(K)增大的情况下,以使光束和/或辐射通量增加的方式进行驱动,由此,根据克吕道夫效果,能够实现舒适的照明。此外,相反地,还能够进行如下控制:当降低该色温时,降低发光装置的光束和/或辐射通量,从而降低照明对象物的照度。这些是取入了前述的克吕道夫效果的控制,是优选的。
此外,在如下的发光装置中能够实现更加重视色貌的发光装置:在作为条件2的指标作为条件3的/>作为条件4的λSSL2-RM-ax处于适当范围内,且使处于适当范围内的作为条件1的/>在适当的范围内降低的情况下,该发光装置同时兼顾了如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌和较高的光源效率。根据各种视觉实验,当这样使离黑体辐射轨迹的距离在适当的范围内降低时,明亮感提高,因此,即使使所计测的光束和/或辐射通量、或者照度降低,照明对象物也能够维持良好的色貌,这样能够抑制发光装置的能量消耗,因此是优选的。同样,在使离黑体辐射轨迹的距离/>在适当的范围增大的情况下,成为更加重视效率的发光装置,因此,容易实现所计测的光束和/或辐射通量、或者照度的增加。
另外,在本发明的第二发明中,还能够进行与前述相反的控制,根据照明对象物、照明环境、目的等,能够适当选择控制方法,这是不言而喻的。
另一方面,根据实验结果,能够导出以下所示的发明事项。
即,一种照明方法,该照明方法包含:准备对象物的照明对象物准备步骤;以及通过从发光装置射出的光对对象物进行照明的照明步骤,该发光装置内置有M个(M为2以上的自然数)的发光区域,在至少一个发光区域内具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其中,
在所述照明步骤中,当从所述发光装置射出的光对对象物进行照明时,以在所述对象物的位置处测定到的光满足以下的条件1和条件I~IV的方式进行照明,在这样的照明方法的情况下,能够得到本发明的第二发明的效果。
条件1:
在所述对象物的位置处测定到光离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离为:
条件I:
在设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL2、b* nSSL2(其中,n为1到15的自然数),
并且设假定了根据在所述对象物的位置处测定到光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref2、b* nref2(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCnSSL2满足:
-4.00≤ΔCnSSL2≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由上述式(2-3)表示的饱和度差的平均满足/>
条件III:
当设饱和度差的最大值为ΔCSSL-max2、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min2时,饱和度差的最大值与饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|满足:
2.00≤|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|≤10.00。
其中,ΔCnSSL2=√{(a* nSSL2)2+(b* nSSL2)2}-√{(a* nref2)2+(b* nref2)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
/>
条件IV:
在设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的光的照明时的上述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL2(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在所述对象物的位置处测定到光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref2(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|ΔhnSSL2|满足:
0.00度≤|ΔhnSSL2|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,ΔhnSSL2=θnSSL2-θnref2。
此外,优选是如下的照明方法,即,当设到达对象物的位置处的从各发光要素射出的光的光谱分布为(N为1到M),在所述对象物的位置处测定到光的光谱分布为下式时,
【数学式34】
能够使全部的满足所述条件1和条件I~IV。
此外,优选是针对M个发光区域中的至少1个发光区域,相对于其他发光区域电气地独立驱动来进行照明的照明方法,更优选是针对全部M个发光区域,相对于其他发光区域电气地独立驱动来进行照明的照明方法。
此外,优选是使指标相关色温TSSL2(K)、离黑体辐射轨迹的距离/>中的至少1方变化的照明方法,优选是使上述指标中的至少1方变化时独立地控制该对象物的照度的照明方法,优选是使上述指标中的至少1方变化时使该对象物的照度不变的照明方法。
使照度不变的意思是实质上不变更照度,优选照度的变化为±20%以下,更优选为±15%以下,进一步优选±10%以下,特别优选±5%以下,最优选±3%以下。这样,能够不依赖于照明对象物的照度,而容易地调查来源于光谱分布的形状变化的色貌的差,能够根据照明环境、对象物、目的等比较容易地找到最佳的光谱分布,因此是优选的。
此外,优选是当使指标增大时降低该对象物的照度的照明方法。当使上述指标增大时,能够实现更生动的外观,在这样的状况下,一般来讲亮度感增加,因此通过降低照度,能够抑制能量消耗。这同时意味着,优选当使指标/> 减小时增大该对象物的照度的照明方法。
此外,优选当使相关色温TSSL2(K)增大时增大该对象物的照度的照明方法。通过以在使相关色温TSSL2(K)增大时增大照度的方式进行驱动,根据克吕道夫效果,能够实现舒适的照明。此外,相反,还能够进行如下控制:当降低该色温时,降低照明对象物的照度。这是取入了前述的克吕道夫效果的控制,是优选的。
此外,优选当使离黑体辐射轨迹的距离减小时降低该对象物的照度的照明方法。根据各种视觉实验,当这样使离黑体辐射轨迹的距离/>在适当的范围内减小时,明亮感提高,因此,即使降低照度,照明对象物也能够维持良好的色貌,这样能够抑制发光装置的能量消耗,因此是优选的。同样,还优选在使离黑体辐射轨迹的距离在适当的范围内增大的情况下,增大照度,维持照明对象物的良好的色貌。
此外,优选如下的照明方法:当设位于包络最接近的不同发光区域整体的假想外周上的任意的2点之间的最大距离为L,发光装置与照明对象物的距离为H时,以成为5×L≤H≤500×L的方式设定距离H。
此时,测定距离的发光装置的基点是发光装置的照射口。
通过这样的照明方法,当从照明对象物的位置观测发光装置时,难以视觉辨别光源的颜色分离,不容易针对照明对象物发生空间上的颜色不均,因此是优选的。
关于位于包络最接近的不同发光区域整体的假想外周上的任意2点之间的最大距离L、发光装置与照明对象物的距离H,H优选为5×L以上,更优选为10×L以上,非常优选15×L以上,格外优选20×L以上。当H在适当的范围内较大时,即,如果充分大于位于包络不同发光区域的假想外周上的任意2点的最大距离L,则从不同的发光区域射出的光在空间上充分混色,因此这些方式是优选的。另一方面,H优选为500×L以下,更优选为250×L以下,非常优选为100×L以下,格外优选为50×L以下。如果H过大,则无法对照明对象物确保足够的照度,为了以适当的范围的驱动电力实现理想的照度环境,这些方式是重要。
针对用于实施本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置的优选实施方式,应用本发明的第一发明中的第一发明所涉及的发光装置的说明。此外,用于实施本发明的第二发明中的第一发明所涉及的发光装置的方式不限于此。
<3.第三发明>
本发明的第三发明除了包含发光装置所涉及的发明(第三发明中的第一发明)的以外,还包含该发光装置的设计方法所涉及的发明(第三发明中的第二发明)、照明方法所涉及的发明(第三发明中的第四发明)、以及该发光装置的制造方法所涉及的发明(第三发明中的第五发明)。另外,为了便于记载,不记载本发明的第三发明中的第三发明。
本发明人为了解决上述的“发明要解决的问题”栏所记载的问题,在日本特愿2014-159784中,实现了改善其光源效率的发光装置以及该发光装置的设计方针。
在日本特愿2014-159784等中规定的满足本发明人已经找出的必要条件的光源能够以室内照明环境程度的照度实现如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌。
但是,LED照明已经普及,市面上出现了未考虑色貌的商品。此外,存在大量作为照明器具/照明系统而供实际使用的商品。但是,即使利用者感到色貌不自然而存在不满,考虑到时间的制约、利用者的经济负担,为了改善这些照明器具/照明系统的色貌而更换对象器具/系统等也是不现实的。
本发明的第三发明是为了解决这样的问题而完成的,是为了改善现状已经存在或供实际使用的内置有色貌劣化的半导体发光装置的发光装置的色貌而完成的。进而,在本发明的第三发明中,还公开了这样的发光装置的设计方法、制造方法,进而还公开了使用这样的发光装置的照明方法。
并且,在本发明的第三发明中,还公开了如下的方法等:使用同样的技术,进一步根据利用者的喜好来调节色貌优异、且改善了光源效率的半导体发光装置的色貌。
为了达成上述目的,本发明的第三发明中的第一发明涉及以下的事项。
[1]
一种具有发光要素和控制要素的发光装置,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,设波长为λ(nm),设从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件1~条件4中的至少任意一方,具有/>的光满足全部下述条件1~条件4。
条件1:
设作为对象的光的光谱分布为根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的光谱分布为/>
设作为对象的光的三刺激值为(X,Y,Z),
设根据所述相关色温T而选择的基准光的三刺激值为(Xref,Yref,Zref),
将作为对象的光的归一化光谱分布S(λ)、作为对象的光的基准光的归一化光谱分布Sref(λ)、这些归一化光谱分布的差ΔS(λ)分别定义为:
ΔS(λ)=Sref(λ)-S(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-1)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0,
另一方面,当设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置不存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-2)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0。
【数学式35】
【数学式36】
条件2:
作为对象的光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv为:
-0.0220≤Duv≤-0.0070。
条件3:
当将作为对象的光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将作为对象的光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λRM-max为:
605(nm)≤λRM-max≤653(nm)。
[2]
在[1]所记载的发光装置中,其特征在于,具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件I~条件IV中的至少任意一个条件,具有的光满足全部下述条件I~条件IV。
条件I:
设数学上假定了作为对象的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* n、b* n(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref、b* nref(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCn为:
-4.00≤ΔCn≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(3-3)表示的作为对象的光的饱和度差的平均为如下。
【数学式37】
【数学式38】
条件III:
当设作为对象的光的饱和度差的最大值为ΔCmax、作为对象的光的饱和度差的最小值为ΔCmin时,所述饱和度差的最大值与所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|为:
2.00≤|ΔCmax-ΔCmin|≤10.00。
其中,ΔCn=√{(a* n)2+(b* n)2}-√{(a* nref)2+(b* nref)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
设数学上假定了作为对象的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θn(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|Δhn|为:
0.00度≤|Δhn|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,Δhn=θn-θnref。
[3]
一种具有发光要素和控制要素的发光装置,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,设波长为λ(nm),设从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为具有Φelm3(λ)的光满足全部下述条件1~条件4,具有的光也满足全部下述条件1~条件4。
条件1:
设作为对象的光的光谱分布为根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的光谱分布为/>
设作为对象的光的三刺激值为(X,Y,Z),
设根据所述相关色温T而选择的基准光的三刺激值为(Xref,Yref,Zref),
将作为对象的光的归一化光谱分布S(λ)、作为对象的光的基准光的归一化光谱分布Sref(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔS(λ)分别定义为:
ΔS(λ)=Sref(λ)-S(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-1)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0,
另一方面,当设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置不存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-2)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0。
【数学式39】
【数学式40】
条件2:
作为对象的光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv为:
-0.0220≤Duv≤-0.0070。
条件3:
当将作为对象的光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将作为对象的光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λRM-max为:
605(nm)≤λRM-max≤653(nm)。
[4]
在[3]所记载的发光装置中,其特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足全部下述条件I~条件IV,具有的光也满足全部下述条件I~条件IV。/>
条件I:
在设数学上假定了作为对象的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* n、b* n(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref、b* nref(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCn为:
-4.00≤ΔCn≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(3-3)表示的作为对象的光的饱和度差的平均如下。
【数学式41】
【数学式42】
条件III:
当设作为对象的光的饱和度差的最大值为ΔCmax、作为对象的光的饱和度差的最小值为ΔCmin时,所述饱和度差的最大值与所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|为:
2.00≤|ΔCmax-ΔCmin|≤10.00。
其中,ΔCn=√{(a* n)2+(b* n)2}-√{(a* nref)2+(b* nref)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了作为对象的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θn(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|Δhn|为:
0.00度≤|Δhn|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,Δhn=θn-θnref。
[5]
在[1]或[3]所记载的发光装置中,其特征在于,
当将根据从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的Duv定义为Duv(Φelm3(λ))、根据从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的Duv定义为时,满足:
[6]
在[1]或[3]所记载的发光装置中,其特征在于,
当将根据从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的Acg定义为Acg(Φelm3(λ))、根据从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的Acg定义为时,满足:/>
[7]
在[2]或[4]所记载的发光装置中,其特征在于,
当将根据从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的所述饱和度差的平均定义为SATave(Φelm3(λ)),
根据从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的所述饱和度差的平均定义为时,满足:
[8]
在[1]~[7]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,该控制要素是对380nm≤λ(nm)≤780nm的光进行吸收或反射的光学滤波器。
[9]
在[1]~[8]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,该控制要素兼具有针对从发光要素射出的光的聚光和/或扩散功能。
[10]
在[9]所记载的发光装置中,其特征在于,该控制要素的聚光和/或扩散功能是通过凹透镜,凸透镜,菲涅耳透镜中的至少1个功能而实现的。
[11]
在[1]~[10]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,从所述发光装置在该辐射方向上射出的光对对象物进行照明的照度为5lx以上且10000lx以下。
[12]
在[1]~[11]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
在所述条件2中,-0.0184≤Duv≤-0.0084。
[13]
在[1]~[12]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
在所述条件4中,625(nm)≤λRM-max≤647(nm)。
[14]
在[1]~[13]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件5,具有的光满足下述条件5。
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为:
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
[15]
在[1]~[13]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件6,具有的光满足下述条件6。
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:/>
[16]
在[15]所记载的发光装置中,其特征在于,
在所述条件6中,
[17]
在[1]~[13]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件7,具有的光满足下述条件7。
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
[18]
在[1]~[13]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件8,具有的光满足下述条件8。
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
[19]
在[14]所记载的发光装置中,其特征在于,
具有Φelm3(λ)的光满足下述条件6~条件8中的至少1个条件,如果在下述条件6~条件8中存在具有所述Φelm3(λ)的光不满足的条件,则具有的光满足其中的至少1个条件。
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
[20]
在[15]或[16]所记载的发光装置中,其特征在于,
具有Φelm3(λ)的光满足下述条件5、条件7和条件8中的至少1个条件,如果下述条件5、条件7和条件8中存在具有所述Φelm3(λ)的光不满足的条件,则具有的光满足其中的至少1个条件。/>
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为:
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
[21]
在[17]所记载的发光装置中,其特征在于,
具有Φelm3(λ)的光满足下述条件5、条件6和条件8中的至少1个条件,如果下述条件5、条件6和条件8中存在具有所述Φelm3(λ)的光不满足的条件,则具有的光满足其中的至少1个条件。
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为:
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
[22]
在[18]所记载的发光装置中,其特征在于,
具有Φelm3(λ)的光满足下述条件5~条件7中的至少1个条件,如果下述条件5~条件7中存在具有所述Φelm3(λ)的光不满足的条件,则具有的光满足其中的至少1个条件。
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为:
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
[23]
在[1]~[13]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
具有Φelm3(λ)的光满足全部下述条件5~条件8,并且,具有的光也满足全部下述条件5~条件8。
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为:
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
[24]
在[1]~[23]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
具有所述的光在380nm以上且405nm以下的范围内不具有来自所述发光要素的有效强度。
[25]
在[1]~[24]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
关于所述蓝色半导体发光元件,所述蓝色半导体发光元件单体的脉冲驱动时的主波长λCHIP-BM-dom为445nm以上且475nm以下。
[26]
在[1]~[25]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
所述绿色荧光体是宽波段绿色荧光体。
[27]
在[1]~[26]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
关于所述绿色荧光体,实现所述绿色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为511nm以上且543nm以下,
其半值全宽WPHOS-GM-fwhm为90nm以上且110nm以下。
[28]
在[1]~[27]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,所述发光装置实质上不包含黄色荧光体。
[29]
在[1]~[28]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
关于所述红色荧光体,实现所述红色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-RM-max为622nm以上且663nm以下,
其半值全宽WPHOS-RM-fwhm为80nm以上且105nm以下。
[30]
在[1]~[29]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
所述蓝色半导体发光元件是AlInGaN系发光元件。
[31]
在[1]~[30]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
所述绿色荧光体是Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce(CSMS荧光体)、CaSc2O4:Ce(CSO荧光体)、Lu3Al5O12:Ce(LuAG荧光体)或者Y3(Al、Ga)5O12:Ce(G-YAG荧光体)。
[32]
在[1]~[31]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
所述红色荧光体包含(Sr,Ca)AlSiN3:Eu(SCASN荧光体)、CaAlSi(ON)3:Eu(CASON荧光体)或者CaAlSiN3:Eu(CASN荧光体)。
[33]
在[1]~[32]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,
所述蓝色半导体发光元件是所述蓝色半导体发光元件单体的脉冲驱动时的主波长λCHIP-BM-dom为452.5nm以上且470nm以下的AlInGaN系发光元件,
所述绿色荧光体是以实现所述绿色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为515nm以上且535nm以下,且其半值全宽WPHOS-GM-fwhm为90nm以上且110nm以下为特征的CaSc2O4:Ce(CSO荧光体)或Lu3Al5O12:Ce(LuAG荧光体),
所述红色荧光体是以实现所述红色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值λPHOS-RM-max的波长为640nm以上且663nm以下,且其半值全宽WPHOS-RM-fwhm为80nm以上且105nm以下为特征的CaAlSi(ON)3:Eu(CASON荧光体)或CaAlSiN3:Eu(CASN荧光体)。
[34]
在[1]~[33]中的任意一项所记载的发光装置中,其特征在于,该发光装置是封装化LED、板上芯片型LED、LED模块、LED灯泡、LED照明器具或LED照明系统。
[35]
作为家庭用照明装置而使用的[1]~[34]中的任意一项所记载的发光装置。
[36]
作为展示物用照明装置而使用的[1]~[34]中的任意一项所记载的发光装置。
[37]
作为演出用照明装置而使用的[1]~[34]中的任意一项所记载的发光装置。
[38]
作为医疗用照明装置而使用的[1]~[34]中的任意一项所记载的发光装置。
[39]
作为作业用照明装置而使用的[1]~[34]中的任意一项所记载的发光装置。
[40]
作为工业设备内用照明装置而使用的[1]~[34]中的任意一项所记载的发光装置。
[41]
作为交通机构内装用照明装置而使用的[1]~[34]中的任意一项所记载的发光装置。
[42]
作为美术品用照明装置而使用的[1]~[34]中的任意一项所记载的发光装置。
[43]
作为高龄者用照明装置而使用的[1]~[34]中的任意一项所记载的发光装置。
为了达成上述目的,本发明的第三发明中的第五发明涉及以下的事项。
[44]
一种具有发光要素和控制要素的发光装置的制造方法,其特征在于,该制造方法包含以下步骤:
准备第一发光装置,该第一发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素;以及
制造第二发光装置,该第二发光装置以对从第一发光装置在主辐射方向上射出的光的至少一部分进行作用的方式配置控制要素,
设波长为λ(nm),
并且设从该第一发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该第二发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为
具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件1~条件4中的至少任意一个条件,具有(λ)的光满足全部条件1~条件4。
条件1:
设作为对象的光的光谱分布为根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的光谱分布为/>
设作为对象的光的三刺激值为(X,Y,Z),
设根据所述相关色温T而选择的基准光的三刺激值为(Xref,Yref,Zref),
将作为对象的光的归一化光谱分布S(λ)、作为对象的光的基准光的归一化光谱分布Sref(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔS(λ)分别定义为:
ΔS(λ)=Sref(λ)-S(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况,
由下述数式(3-1)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0,
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置不存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-2)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0。
【数学式43】
【数学式44】
条件2:
作为对象的光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv为:
-0.0220≤Duv≤-0.0070。
条件3:
将作为对象的光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
将作为对象的光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λRM-max为:
605(nm)≤λRM-max≤653(nm)。
[45]
在[44]所记载的发光装置的制造方法中,其特征在于,具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件I~条件IV中的至少任意一个条件,具有的光满足全部条件I~条件IV。
条件I:
在设数学上假定了作为对象的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* n、b* n(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref、b* nref(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCn为:
-4.00≤ΔCn≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(3-3)表示的作为对象的光的饱和度差的平均如下。
【数学式45】
【数学式46】
条件III:
当设作为对象的光的饱和度差的最大值为ΔCmax、作为对象的光的饱和度差的最小值为ΔCmin时,所述饱和度差的最大值与所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|为:
2.00≤|ΔCmax-ΔCmin|≤10.00。
其中,ΔCn=√{(a* n)2+(b* n)2}-√{(a* nref)2+(b* nref)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了作为对象的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θn(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|Δhn|为:
0.00度≤|Δhn|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,Δhn=θn-θnref。
[46]
一种具有发光要素和控制要素的发光装置的制造方法,其特征在于,该制造方法包含以下步骤:
准备第一发光装置,该第一发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素;以及
制造第二发光装置,该第二发光装置以对从第一发光装置在主辐射方向上射出的光的至少一部分进行作用的方式配置控制要素,
设波长为λ(nm),
并且设从该第一发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该第二发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为
具有Φelm3(λ)的光满足全部下述条件1~条件4,具有的光也满足全部下述条件1~条件4。
条件1:
设作为对象的光的光谱分布为根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的光谱分布为/>
设作为对象的光的三刺激值为(X,Y,Z),
设根据所述相关色温T而选择的基准光的三刺激值为(Xref,Yref,Zref),
将作为对象的光的归一化光谱分布S(λ)、作为对象的基准光的归一化光谱分布Sref(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔS(λ)分别定义为:
ΔS(λ)=Sref(λ)-S(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-1)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0,
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置不存在成为S(λRL-max)/2得波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-2)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0。
【数学式47】
【数学式48】
条件2:
作为对象的光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv为:
-0.0220≤Duv≤-0.0070。
条件3:
当将作为对象的光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将作为对象的光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λRM-max为:
605(nm)≤λRM-max≤653(nm)。
[47]
在[46]所记载的发光装置的制造方法中,其特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足全部下述条件I~条件IV,具有的光也满足全部下述条件I~条件IV。
条件I:
在设数学上假定了作为对象的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* n、b* n(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref、b* nref(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCn为:
-4.00≤ΔCn≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(3-3)表示的作为对象的光的饱和度差的平均如下。
【数学式49】
【数学式50】
条件III:
当设作为对象的光的饱和度差的最大值为ΔCmax、作为对象的光的饱和度差的最小值为ΔCmin时,所述饱和度差的最大值与所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|为:
2.00≤|ΔCmax-ΔCmin|≤10.00。
其中,ΔCn=√{(a* n)2+(b* n)2}-√{(a* nref)2+(b* nref)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了作为对象的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θn(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|Δhn|为:
0.00度≤|Δhn|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,Δhn=θn-θnref。
此外,为了达成上述目的,本发明的第三发明中的第二发明涉及以下的事项。
[43]
一种具有发光要素和控制要素的发光装置的设计方法,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,设波长为λ(nm),设从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为设计成,具有Φelm3(λ)的光不满足上述条件1~条件4中的至少任意一个条件,具有/>的光满足全部上述条件1~条件4。
[44]
在[43]所记载的发光装置的设计方法中,其特征在于,具有Φelm3(λ)的光不满足上述条件I~条件IV中的至少任意一个条件,具有的光满足全部上述条件I~IV。
[45]
一种具有发光要素和控制要素的发光装置的设计方法,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,设波长为λ(nm),设从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为为设计成,具有Φelm3(λ)的光满足全部上述条件1~条件4,具有/>的光也满足全部上述条件1~条件4。
[46]
在[45]所记载的发光装置的设计方法中,其特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足全部上述条件I~IV,具有的光也满足全部上述条件I~条件IV。
此外,为了达成上述目的,本发明的第三发明中的第四发明设计以下的事项。
[47]
一种照明方法,其包含准备照明对象物的照明对象物准备步骤、以及通过从包含发光要素和控制要素的发光装置射出的光对对象物进行照明的照明步骤,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,在所述照明步骤中,以如下的方式进行照明:当从所述发光要素射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光至少不满足以下的<1>~<4>中的任意1项,当从所述发光装置射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光满足以下全部的<1>~<4>。
<1>
在设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* n、b* n(其中,n为1到15的自然数),
并且设假定了根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref、b* nref(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCn为:
-4.00≤ΔCn≤8.00(n为1到15的自然数)。
<2>
由下述式(3-3)表示的所述饱和度差的平均如下。
【数学式51】
【数学式52】
<3>
当设所述饱和度差的最大值为ΔCmax、所述饱和度差的最小值为ΔCmin时,所述饱和度差的最大值和所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|为:
2.00≤|ΔCmax-ΔCmin|≤10.00。
其中,ΔCn=√{(a* n)2+(b* n)2}-√{(a* nref)2+(b* nref)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
<4>
在设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θn(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|Δhn|为:
0.00度≤|Δhn|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,Δhn=θn-θnref。
[48]
在[47]所记载的照明方法中,其特征在于,以还满足以下的全部<5>~<8>的方式进行照明。
<5>
设波长为λ、在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的光谱分布为
设根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T而选择的基准光的光谱分布为
设在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的三刺激值为(X,Y,Z),
设根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的T而选择的基准光的三刺激值为(Xref,Yref,Zref),
将在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的归一化光谱分布S(λ)、根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的T(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔS(λ)分别定义为:
ΔS(λ)=Sref(λ)-S(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-1)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0,
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置不存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-2)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0。
【数学式53】
【数学式54】
<6>
所述光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv为:
-0.0220≤Duv≤-0.0070。
<7>
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为/>时,/>
<8>
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λRM-max为:
605(nm)≤λRM-max≤653(nm)。
[49]
一种照明方法,其包含准备照明对象物的照明对象物准备步骤、以及通过从包含作为发光要素的半导体发光元件和控制要素的发光装置射出的光对对象物进行照明的照明步骤,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,在所述照明步骤中,以如下的方式进行照明:当从所述发光要素射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光满足全部上述<1>~<4>,当从所述发光装置射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光也满足全部上述<1>~<4>。
[50]
在[49]所记载的照明方法中,其特征在于,以满足上述<5>~<8>的方式进行照明。
根据本发明的第三发明,能够实现如下的发光装置和照明方法:与利用基准光(有时记载为实验用基准光)照明时,或者利用辐射出色貌接近于基准光、高Ra且高Ri的光(有时记载为实验用伪基准光)的发光装置进行照明时等相比,即使是几乎同样的CCT、几乎同样的照度,也能够实现统计学上被多数被实验者判断为更加理想的真实良好的物体色貌,并且,能够将现状已经存在或供实际使用的内置有色貌劣化的半导体发光装置的发光装置的色貌改善为前述那样的良好的色貌。进而,在本发明的第三发明中,能够使用同样的技术,进一步根据利用者的喜好来调节色貌优良的半导体发光装置的色貌。
特别地,在用于照明用途时色貌劣化的半导体发光装置中,也能够实现如在室外看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌。如下更具体地例示出这样的色貌的效果。
第一,在利用本发明的第三发明的光源、器具、系统等发光装置进行照明时,或者,通过本发明的第三发明的照明方法进行照明时,与利用实验用基准光或实验用伪基准光进行照明时等相比,即使是几乎同样的CCT、几乎同样的照度,白色也显得更白、更自然、更舒服。而且,也容易视觉辨别白色、灰色、黑色等非彩色颜色间的亮度差。因此,例如容易看清一般的白色纸上的黑色文字等。另外,详情后述,这种效果是根据到目前为止的常识完全预想不到的效果。
第二,利用本发明的第三发明的发光装置实现的照度、或者通过本发明的第三发明的照明方法进行照明时的照度,即使是从几千Lx到几百Lx左右的通常室内环境的程度,针对紫色、蓝紫色、蓝色、蓝绿色、绿色、黄绿色、黄色、黄红色、红色、紫红色等大半颜色,根据情况不同可以针对所有颜色,也能实现例如像在晴朗的日子的室外照度下那样数万lx的程度下看到的真实、自然的色貌。另外,对于具有中间彩度的、被实验者(日本人)的肤色、各种食品、服装、木材颜色等,也成为许多被实验者感觉更加理想的自然色貌。
第三,与利用实验用基准光或实验用伪基准光进行照明的情况等相比,即使是几乎相同的CCT、几乎相同的照度,在利用本发明的第三发明的发光装置进行照明时,或者通过本发明的第三发明的照明方法进行照明时,更容易辨别接近的色相的颜色,就好像能够进行高照度环境下的各种舒适的作业等。更具体地讲,能够更容易地辨别例如具有类似的红色的多种口红等。
第四,与利用实验用基准光或实验用伪基准光进行照明时等相比,即使是几乎相同的CCT、几乎相同的照度,在利用本发明的第三发明的光源、器具、系统进行照明时,或者通过本发明的第三发明的照明方法进行照明时,就好像在高照度环境下看到的那样,能够更清楚、容易地视觉辨认物体。
除了这些效果以外,在用于照明用途时色貌优异的半导体发光装置中,能够根据利用者的喜好,进一步调整色貌。
以下,详细记载本发明的第三发明,但是,以下记载的说明是与本发明的第一发明的说明之间的不同点,关于本发明的第一发明和第三发明中共同的说明,应用已经记载的本发明的第一发明的说明。
以下,详细说明本发明的第三发明,但是,本发明的第三发明不限于以下的实施方式,只要在其主旨的范围内就能够进行各种变更而进行实施。
本发明的第三发明的第一发明是发光装置。本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置具有发光要素和控制要素。
本发明的第三发明的第一发明的控制要素是其单体不具有放大功能的无源要素,针对从发光要素或相对低加工度的发光装置在主方向上射出的光在适当的范围内按照波长施加强度调制,构成高加工度的发光装置即可,没有特别的限定。例如作为本发明的第三发明的第一发明的控制要素,可举出反射镜、光学滤波器、各种光学透镜等无源器件。此外,本发明的第三发明的第一发明的控制要素可以是分散在封装LED的密封材料中、且在适当的范围内按照波长施加强度调制的吸光材料。其中,针对从发光要素或相对低加工度的发光装置射出的光仅施加波长依存性小的强度调制的反射镜、光学滤波器、吸光材料等不包含在控制要素中。
进一步通过图3-3的例示来说明本发明的第三发明的第一发明的发光装置的概要。在图3-3的例中,内置作为半导体发光元件的蓝色LED芯片302、绿色荧光体341、红色荧光体342作为发光要素,与其他构成材料即密封材料306、封装件303一起构成加工度较低的发光装置即封装LED310。此时,在封装LED310的光的辐射方向上设置在适当的范围内按照波长施加强度调制的光学滤波器305作为控制要素,构成整体上加工度较高的发光装置即LED灯泡320。该LED灯泡320可以是本发明的第三发明的第一发明的发光装置。
进而,进一步通过图3-4的例示来说明本发明的第三发明的第一发明的发光装置概要。内置作为半导体发光元件的蓝色LED芯片302、绿色荧光体341、红色荧光体342作为发光要素,与其他构成材料即密封材料306、封装件303一起构成低加工度的发光装置即封装LED310。此时,在封装LED310的辐射方向上设置作为控制要素发挥功能的光学滤波器305,构成整体上加工度较高的发光装置即LED灯泡320。该LED灯泡320可以是本发明的第三发明的第一发明的发光装置。进而,排列n个该LED灯泡320,并且排列m个白炽灯泡311,进一步构成高加工度的发光装置即照明系统330,其中,白炽灯泡311是内置热丝302d作为发光要素的中加工度的发光装置。该照明系统可以是本发明的第三发明的第一发明的发光装置。
本说明书中记载的从发光要素在主辐射方向上射出的光(辐射通量)是在,从全部发光要素在主辐射方向上射出的光(辐射通量)的总和,此处,将该光谱分布记载为Φelm3。该Φelm3是波长λ的函数。关于Φelm3(λ)的实测,例如,如果以从发光装置排除本说明书记载的控制要素后的形态进行辐射计测,则能够进行实测。如图3-3所示,在内置LED芯片、荧光体作为发光要素,且具有在适当的范围内按照波长施加强度调制的光学滤波器作为控制要素的发光装置中,如果对从排除了光学滤波器后的方式的发光装置在主辐射方向上辐射的光的光谱分布进行计测,则能够得到Φelm3(λ)。即,如果对从作为低加工度的发光装置的封装LED在主辐射方向上射出的光的光谱分布进行计测,则能够得到Φelm3(λ)。
此外,如图3-4所示,如果“进一步在高加工度的发光装置”内局部地存在“中加工度的发光装置或高加工度的发光装置”,则能够将不使控制要素进行作用的状态下的从包含n个封装LED和m个白炽灯泡的发光装置在主辐射方向上辐射的光的光谱分布视为Φelm3(λ)。
另一方面,在本发明的第三发明中的第一发明中,通过如下的光确定发明:从发光装置内内置的发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布Φelm3(λ)受到该发光装置内内置的控制要素的作用,然后在“主辐射方向”上射出的所述光。因此,通过受到控制要素的作用而能够进行包含满足本发明的第三发明的必要条件的“主辐射方向”的光的辐射的发光装置,属于本发明的第三发明的范围。此外,在本发明的第三发明中的第五和第二发明中,是制造通过受到控制要素的作用而能够进行包含满足本发明的第三发明的必要条件的“主辐射方向”的光的辐射的发光装置的方法,和进行设计的方法,通过设置控制要素,对该发光装置进行制造和设计都属于本发明的第三发明的范围。此外,在本发明的第三发明中的第四发明中的照明方法中,通过如下的光确定发明:该光是在从上述发光装置射出的光对对象物进行照明的情况下,该对象物被照明的位置处的光。因此,通过设置控制要素而能够射出满足本发明的第三发明的必要条件的“对象物被照明的位置”处的光的发光装置的照明方法属于本发明的第三发明的范围。
为了计测从发光装置在该主辐射方向上射出的光的光谱分布,优选以如下的距离进行计测,该距离使得计测点处的照度成为实际使用中的照度,例如5lx到10000lx之间。
本发明的第三发明中的第一发明所涉及的发光装置包含发光要素,至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,但是,也可以内置其他的发光要素。作为其他的发光要素,只要是通过某些方法能够辐射与380nm到780nm的范围相当的光的发光要素即可,没有特别限定,例如能够例示出来自热丝等的热辐射光,来自荧光管、高压钠灯等的放电辐射光,来自激光器等的受激励射光,来自半导体发光元件的自发发射光,来自荧光体的自发发射光等。
本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置还包含控制要素,但其以外的结构没有特别限定。发光要素可以是在单体的半导体发光元件中赋予作为通电机构的引线等而得到的发光要素,也可以是进一步赋予了散热机构等并与荧光体等构成一体的封装化LED、COB(Chip On Board)等。作为发光装置,也可以是在这样的1个以上的封装化LED中进一步赋予了坚固的散热机构、且一般搭载了多个封装LED的LED模块。进而,也可以是在封装LED等中赋予了透镜、反射机构等得到的LED照明器具。进而,还可以是支撑大量LED照明器具等并以能够对对象物进行照明的方式完成的照明系统。进而,例如在包含放电管作为发光要素的情况下,本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置可以是赋予了能够对单体的放电管施加高压的机构得到的发光装置,也可以是在放电管内部或周边配置荧光体得到的发光装置。此外,也可以是配置了多个内置1个以上荧光体的荧光管的照明器具。进而,也可以是赋予了反射机构等的照明器具。进而,也可以将其作为照明系统而赋予控制电路等。本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置包含全部这些装置。
另外,在本发明的第三发明中,发光要素也可以是发光装置的方式。即,本发明的第三发明的发光要素也可以是作为上述发光装置而说明的LED模块、LED照明器具、照明系统、赋予了其他的机构的照明器具。
另一方面,在对本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置本身的光谱分布赋予特征时,以连续通电时的特性为基础,利用如下那样的指标赋予了特征。
具体而言,通过以下值赋予了特征:430nm以上且495nm以下的范围内的光谱强度的最大值实现该值的波长λSSL3-BM-max;465nm以上且525nm以下的范围内的光谱强度的最小值/>实现该值的波长λSSL3-BG-min;590nm以上且780nm以下的范围内的光谱强度的最大值/>实现该值的波长λSSL3-RM-max;以及实现最长波长极大值的λSSL3-RL-max,该最长波长极大值/>是在后述的指标/>的定义中使用的在380nm以上且780nm以下的范围内由光谱分布/>导出的归一化光谱分布SSSL3(λ)的最长波长极大值。
因此,例如,λCHIP-BM-dom一般与λSSL3-BM-max不同,λPHOS-RM-max一般也与λSSL3-RM-max不同。另一方面,λSSL3-RL-max常常取与λSSL3-RM-max相同的值。
另外,在本说明书中,有时将从发光要素射出的光的光谱分布记载为Φelm3(λ)、从发光装置射出的光的光谱分布记载为但是,在将它们一般化时,有时将这些光的光谱分布均记载为/>同样,在一般的光的光谱分布/>中,例如通过与/>λSSL3-BM-max相同的概念导出的指标,有时省略下标SSL3而表现为/>λBM-max等。
<指标>
指标如在日本专利第5252107号和日本专利第5257538号中作为指标Acg而公开的那样,如下定义。
设测定从本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置在主辐射方向上射出的光时的作为不同的颜色刺激的计算用基准光和试验光的光谱分布分别为 设等色函数为x(λ)、y(λ)、z(λ),设与计算用基准光和试验光对应的三刺激值分别为(XSSL-ref3,YSSL-ref3,ZSSL-ref3)、(XSSL3,YSSL3,ZSSL3)。此处,关于计算用基准光和试验光,将k作为常数,以下公式成立。
此处,将通过各自的Y对计算用基准光和试验光的光谱分布进行归一化后的归一化光谱分布定义为:
将这些归一化基准光光谱分布与归一化试验光光谱分布的差设为
ΔSSSL3(λ)=SSSL-ref3(λ)-SSSL3(λ)
此处,如下导出指标
【数学式55】
另外,此处,各积分的上下限波长分别为:
Λ1=380nm
Λ2=495nm
Λ3=590nm。
此外,Λ4分为以下2种情况进行定义。首先,在归一化试验光光谱分布SSSL3(λ)中,在设380nm到780nm内实现最长波长极大值的波长为λSSL3-RL-max(nm)、其归一化光谱强度为SSSL3(λSSL3-RL-max)时,比λSSL3-RL-max更靠长波长侧、且强度为SSSL3(λSSL3-RL-max)/2的波长是Λ4。如果在780nm以内的范围内不存在这样的波长,则Λ4是780nm。
另外,在本说明书中,有时将从发光要素射出的光的光谱分布记载为Φelm3(λ)、从发光装置射出的光的光谱分布记载为但是,在将它们一般化时,有时将这些光的光谱分布均记载为/>同样,在一般的光的光谱分布/>中,例如通过与SSSL3(λ)相同的概念导出的指标,有时省略下标SSL3而表现为S(λ)等。
<和/>>
主要出现在来源于蓝色半导体发光元件的发光的光谱辐射通量的长波长侧尾部(光谱辐射通量强度降低的周边部分)与来源于负责中间波长区域的发光要素的发光的光谱辐射通量的短波长侧尾巴(光谱辐射通量强度降低的周边部分)重叠的部分。换言之,在跨越短波长区域和中间波长区域的465nm以上且525nm以下的范围内容易产生形状的凹部。
关于后述的以数学方式导出的特定15修正蒙赛尔色卡的色貌,如果要使其饱和度比较均等地提高,则需要谨慎地控制以430nm以上且495nm以下的范围内的光谱强度的最大值对进行归一化得到的/>以及以590nm以上且780nm以下的范围内的光谱强度的最大值对/>进行归一化得到的/>即,在本发明的第三发明的第一发明的发光装置中,在/>和中,如后所述存在最佳范围。
另外,在本说明书中,有时将从发光要素射出的光的光谱分布记载为Φelm3(λ)、从发光装置射出的光的光谱分布记载为在将它们一般化时,有时将这些光的光谱分布均记载为/>同样,在一般的光的光谱分布/>中,例如通过与相同的概念导出的指标,有时省略下标SSL3而表现为等。
将本发明的第三发明中的第一发明所涉及的发光装置在主辐射方向上射出试验光时的该试验光(本发明的第三发明的第一发明的发光装置所涉及的)在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的该15种色卡的a*值、b*值分别设为a* nSSL3、b* nSSL3(其中,n为1到15的自然数),将该15种色卡的色相角分别设为θnSSL3(度)(其中,n为1到15的自然数)。进而,设数学上假定了根据上述试验光的相关色温TSSL3而选择的计算用基准光(小于5000K为黑体辐射的光,5000K以上为CIE日光)的照明时的CIE 1976L*a*b*颜色空间中的该15种色卡的a*值、b*值分别为a* nSSL-ref3、b* nSSL-ref3(其中,n为1到15的自然数),并且设该15种色卡的色相角分别为θnSSL-ref3(度)(其中,n为1到15的自然数)。此处,将利用该2种光照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的各自的色相角差ΔhnSSL3(度)(其中,n为1到15的自然数)的绝对值|ΔhnSSL3|为:
|ΔhnSSL3|=|θnSSL3-θnSSL-ref3|。
另外,在本说明书中,有时将从发光要素射出的光的光谱分布记载为Φelm3(λ)、从发光装置射出的光的光谱分布记载为但是,在将它们一般化时,有时将这些光的光谱分布均记载为/>同样,在一般光的光谱分布/>中,例如通过与ΔhnSSL3、θnSSL3、a* nSSL3相同的概念导出的指标,有时省略下标SSL3而表现为Δhn、θn、a* n等。此外,例如通过与θnSSL-ref3相同的概念导出的指标有时进行省略而表现为θnref等。
此外,设假定了利用试验光和计算用基准光这2种光进行照明时的该15种修正蒙赛尔色卡的饱和度差ΔCnSSL3(其中,n为1到15的自然数)为:
ΔCnSSL3=√{(a* nSSL3)2+(b* nSSL3)2}-√{(a* nSSL-ref3)2+(b* nSSL-ref3)2}。
此外,设该15种修正蒙赛尔色卡的饱和度差的平均值如下(以下,有时称为 )。
【数学式56】
进而,设该15种修正蒙赛尔色卡的饱和度差的最大值为ΔCSSL-max3、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min3时,设最大饱和度差与最小饱和度差之间的差(最大最小饱和度差间差)为:
|ΔCSSL-max3-ΔCSSL-min3|。
另外,在本说明书中,有时将从发光要素射出的光的光谱分布记载为Φelm3(λ)、从发光装置射出的光的光谱分布记载为但是,在将它们一般化时,有时将这些光的光谱分布均记载为/>同样,在一般的光的光谱分布/>中,例如通过与θnSSL3、a* nSSL3相同的概念导出的指标,有时省略下标SSL3而表现为θn、a* n等。此外,例如通过与ΔCSSL-max3相同的概念导出的指标有时进行省略而表现为ΔCmax等。
<辐射效率KSSL3(lm/W)和光源效率ηSSL3(lm/W)>
并且,在每次评价对从本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置射出的主辐射方向的光进行测定时的试验光光谱分布时,辐射效率KSSL3(LuminousEfficacy of radiation)(lm/W)遵循广泛使用的以下的定义。
【数学式57】
在上述式中,
Km:最大发光度(lm/W)
V(λ):光谱发光效率
λ:波长(nm)。
因此,测定从本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置射出的主辐射方向的光时的试验光光谱分布的辐射效率KSSL3(lm/W),可以说是光谱分布作为其形状而具有的效率。
另一方面,光源效率ηSSL3(lm/W)是表示投入到本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置中的电力以何种程度被转换为光束的量。
如果进一步换言之或进行附记,则测定从发光装置射出的主辐射方向的光时的试验光光谱分布的辐射效率KSSL3(lm/W),是光谱分布本身作为其形状而具有的效率,还可以说是当与构成发光装置的所有材料特性有关的效率(例如半导体发光元件的内部量子效率、光提取效率、荧光体的内部量子效率、外部量子效率、密封剂的透光特性等的效率)为100%时,与光源效率ηSSL3(lm/W)相等的量。
另外,在本说明书中,有时将从发光要素射出的光的光谱分布记载为Φelm3(λ)从发光装置射出的光的光谱分布记载为但是,在将它们一般化时,有时将这些光的光谱分布均记载为/>同样,在一般的光的光谱分布/>中,例如通过与KSSL3、ηSSL3相同的概念导出的指标,有时省略下标SSL3而表现为K、η等。
首先,本发明人不考虑控制要素的功能,在数学上和实验上讨论了指标Acg为-360以上且-10以下的范围外,特别是具有比-10大的值的情况下,是否能够同时兼顾良好的色貌和较高的光源效率。对此,应用本发明的第一发明的说明。
根据本发明的第一发明中的第一发明的说明中记载的实验例等的结果可知,在包含本发明的第三发明中的第一发明所涉及的控制要素时的发光装置中,为了得到这样的感觉,优选表1-2到表1-15中记载的各种指标处于适当范围内。关于本发明的第三发明中的第五发明所涉及的发光装置的制造方法、和第三发明中的第二发明所涉及的发光装置的设计方法所涉及的上述各参数,该必要条件与上述第三发明中的第一发明所涉及的发光装置是同样的。
此外可知,在本发明的第三发明中的第四发明所涉及的照明方法中,为了得到这样的感觉,优选表1-2到表1-15中记载的各种指标处于适当范围内。
特别是根据在视觉实验被判断为良好的试验光的结果可知,当考虑|Δhn|、SATave、ΔCn、|ΔCmax-ΔCmin|的特性时,具有以下的倾向。即,关于假定了利用计算用基准光进行照明时的该15种色卡的色貌、以及假定了利用实测到的试验光光谱分布进行照明时的该15种色卡的色貌,成为良好的色貌、物体的外貌的试验光具有以下的特性。
由试验光实现的照明和由计算用基准光实现的照明中的该15种色卡的色相角差(|Δhn|)比较小,并且,由试验光实现的照明的该15种色卡的平均的饱和度SATave与由计算用基准光实现的照明相比,在适当的范围内得到提高。并且,不仅是该平均值,即使是单独地地观察15种色卡的饱和度(ΔCn),由试验光实现的照明的该15种色卡的各ΔCn与由计算用基准光实现的照明相比,既不会极端地下降也不会极端地提高,全部都处于适当范围内,其结果是,最大最小饱和度差之间的差|ΔCmax-ΔCmin|在适当范围内缩小。而且,简略地说,可以推测出如下情况是比较理想的,即,与假设利用基准光对该15种色卡进行照明的情况相比,在假设利用试验光进行照明的情况下,在该15种色卡所有的色相中,色相角差变小,而且在适当的范围内15种色卡的饱和度比较均匀地提高。
图3-1的实线是在表1-2中作为综合判断而判断为“格外优选”的实验例1的归一化试验光光谱分布。此外,该图中虚线是根据该试验光的CCT计算出的计算用基准光(黑体辐射的光)的归一化光谱分布。另一方面,图1-7假定了在该实验例1中进行照明时(实线)和利用计算用基准光(黑体辐射的光)进行照明时(虚线)的、与该15种色卡的色貌有关的CIELAB绘图。另外,虽然纸面垂直方向为亮度,但是此处为了便于理解而仅绘制了a*、b*轴。
称为,图1-14和图3-2是与上述同样地总结了表1-7中作为综合判断而判断为“格外优选”的实验例50的结果的图。
由此可知:在视觉实验中成为理想的色貌、物体的外貌时,与假定了利用基准光对该15种色卡进行照明时相比,在假定利用试验光的照明时,在该15种色卡全部的色相中,色相角差较小、且在适当的范围内15种色卡的饱和度比较均等地提高。
进而,关于条件I所记载的饱和度差ΔCn的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该饱和度差ΔCn能够选择-4.00以上且8.00以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择-3.49以上且7.11以下,
根据等级+2到+5的结果,优选选择-3.33以上且7.11以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择-1.73以上且6.74以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择-0.93以上且6.74以下。
进而,关于条件II所记载的SATave的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该SATave能够选择0.50以上且4.00以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择0.53以上且3.76以下,
根据等级+2到+5的结果,优选选择1.04以上且3.76以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择1.11以上且3.76以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择1.40以上且3.76以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择1.66以上且3.76以下。
进而,关于条件III所记载的饱和度差的最大值与饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该差|ΔCmax-ΔCmin|能够选择2.00以上且10.00以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择3.22以上且9.52以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择4.12以上且7.20以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择4.66以上且7.10以下。
进而,关于条件IV所记载的色相角差的绝对值|Δhn|的选择,对照被分类为等级+1到等级+5结果,认为其特征如下。
该色相角差的绝对值|Δhn|能够选择0.00以上且12.50以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择0.00以上且12.43以下,
根据等级+2到+5的结果,优选选择0.01以上且12.43以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择0.02以上且12.43以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择0.02以上且9.25以下。
另外,由于期望色相角差的绝对值|Δhn|是0,因此,改变其值的下限,认为理想的是,
更优选选择0.00以上且12.43以下,
非常优选选择0.00以上且9.25以下,进而
进一步非常优选选择0.00以上且7.00以下,
更加非常优选选择0.00以上且5.00以下。
进而,关于条件1所记载的指标Acg的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该指标能够选择大于-10.0且120.0以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择-4.6以上且116.3以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择-4.6以上且87.7以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择-4.6以上且70.9以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择-1.5以上且26.0以下。
进而,关于条件2所记载的Duv的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该距离Duv能够选择-0.0220以上且-0.0070以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择-0.0212以上且-0.0071以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择-0.0184以上且-0.0084以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择-0.0161以上且-0.0084以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择-0.0145以上且-0.0085以下。
另外,根据整体的倾向,Duv进一步格外优选选择-0.0145以上且-0.0090以下,更加进一步格外优选-0.0140以上且小于-0.0100,再进一步格外优选选择-0.0135以上且小于-0.0120。
进而,关于条件3所记载的值的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该值能够选择0.2250以上且0.7000以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择0.2278以上且0.6602以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择0.2427以上且0.6225以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择0.2427以上且0.5906以下。
进而,关于条件4所记载的波长λRM-max的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该波长λRM-max能够选择605nm以上且653nm以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择606nm以上且652nm以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择607nm以上且647nm以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择622nm以上且647nm。此外,根据目前为止的倾向,认为λRM-max进一步非常优选选择625nm以上且647nm以下。
此外,根据等级+5的结果,格外优选选择630nm以上且647nm以下。
进而,根据整体的倾向,认为λRM-max进一步格外优选选择631nm以上且647nm以下。
这些倾向是在本发明的第三发明的第一发明的发光装置中,为了在光谱分布 的适当的位置处具有适当大小的凹凸而所需要的倾向。
进而,关于条件5所记载的波长λBM-max的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该波长λBM-max能够选择430nm以上且480nm以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择440nm以上且460nm以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择447nm以上且460nm,
根据等级+5的结果,格外优选选择450nm以上且457nm以下。
进而,根据整体的倾向,认为λBM-max进一步格外优选选择451nm以上且456nm以下。
这些倾向是在本发明的第三发明的第一发明的发光装置中,为了在光谱分布 的适当的位置处具有适当大小的凹凸而所需要的倾向。
进而,关于条件6所记载的值的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该值能够选择0.1800以上且0.8500以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择0.1917以上且0.8326以下,
根据等级+3到+5的结果,更优选选择0.1917以上且0.6207以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择0.1917以上且0.6202以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择0.1917以上且0.5840以下。
此外,根据整体的倾向,认为优选选择0.1917以上且0.7300以下。
这些倾向是在本发明的第三发明的第一发明的发光装置中,为了在光谱分布 的适当的位置处具有适当大小的凹凸而所需要的倾向。
进而,关于条件7所记载的辐射效率K(lm/W)的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该辐射效率K(lm/W)能够选择210.0(lm/W)以上且290.0(lm/W)以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择212.2(lm/W)以上且286.9(lm/W)以下,
根据等级+2到+5的结果,优选选择212.2(lm/W)以上且282.3(lm/W)以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择212.2(lm/W)以上且261.1(lm/W)以下,
根据等级+5的结果,格外优选选择212.2(lm/W)以上且256.4(lm/W)以下。
进而,关于条件8所记载的相关色温T(K)的选择,对照被分类为等级+1到等级+5的结果,认为其特征如下。
该相关色温T(K)能够选择2600(K)以上且7700(K)以下,
根据实验例整体的结果,稍微优选选择2644(K)以上且7613(K)以下,
根据等级+4到+5的结果,非常优选选择2644(K)以上且6797(K)以下。
接着,在上述实验中尝试制作的不包含控制要素的LED光源/器具/系统中导入控制要素,从实测光谱中尝试提取了包含控制要素的发光装置辐射的光的光谱分布的辐射计测学的特性、测光学的特性。即,提取了从发光要素和发光装置在主辐射方向上射出的光的指标Acg、辐射效率K(lm/W)、CCT(K)、Duv等的数值的特征。同时,关于假定了利用计算用基准光进行照明时的该15种色卡的色貌与假定了利用实测到的试验光光谱分布进行照明时的该15种色卡的色貌之间的差,以|Δhn|、SATave、ΔCn、|ΔCmax-ΔCmin|为指标进行了总结。另外,在选择n时,|Δhn|、ΔCn的值会变化,此处示出了最大值和最小值。这些值还在表3-16、表3-17、表3-18中一并记载。
具体而言,进行了如下的试验:通过包含控制要素,从发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布Φelm3(λ)和从发光装置在主方向上射出的光的光谱分布 如何变化。
以下,对本发明的第三发明所涉及的实验进行说明。
实验例301
首先,准备了具有图3-5所示的光谱透过特性的光学滤波器。此外,准备具有蓝色LED、LuAG荧光体、CASN荧光体作为发光要素的封装LED,将6个封装LED搭载于LED板上,制作了LED模块。此时,在图3-6中以虚线示出了以从该LED模块在轴上辐射的光的最大光谱辐射通量进行归一化后的光谱分布。此外,图3-7中示出了该光谱分布,以及CIELAB绘图,该CIELAB绘图分别示出了数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况、且利用该LED模块进行照明时,和利用根据该LED模块的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。进而,在表3-16中的参考实验例301中总结了此时的测光学的特性、测色学的特性。此处,根据各值明确可知,从该参考实验例301所涉及的LED模块在轴上射出的光实现了良好的色貌。
接着,使用该LED模块制作了实验例301所涉及的LED照明器具。此时,在光的出射方向上搭载了具有图3-5所示的光谱透过特性的光学滤波器。图3-6中的实线是以从所述LED模块在轴上辐射的光的最大光谱辐射通量进行归一化后的实验例301所涉及的LED照明器具的光谱分布。此处可知,在实验例301所涉及的LED照明器具的光谱分布中,根据所述光学滤波器的特性而附加了凹凸。此外,在图3-7中示出了该光谱分布、以及CIELAB绘图,该CIELAB绘图分别示出数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况、且利用该实验例301所涉及的LED照明器具进行照明时,和利用根据该LED照明器具的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。进而,表3-16中的实验例301中总结了此时的测光学的特性、测色学的特性。
该实验例301所涉及的照明器具的为-0.0076,比该参考实验例301所涉及的LED模块的Duv(Φelm3(λ))即-0.0072降低了0.0004。该实验例301所涉及的照明器具的/>为6.1,比该参考实验例301所涉及的LED模块的Acg(Φelm3(λ))即70.9降低了64.8。此外,该实验例301所涉及的照明器具的/>为2.59,比该参考实验例301所涉及的LED模块的SATave(Φelm3(λ))即1.67增加了0.92,在以同一照度进行观测时,成为更鲜艳且更良好的色貌。
【表44】
【表45】
实验例302
首先,准备了具有图3-8所示的光谱透过特性的光学滤波器。此外,制作了具有蓝色LED、LuAG荧光体、SCASN荧光体作为发光要素的封装LED。进而,将这些12个封装LED搭载在LED板上,制作了LED模块。此时,在图3-9中以虚线示出了以从该LED模块在轴上辐射的光的最大光谱辐射通量进行归一化后的光谱分布。此外,在图3-10中示出了该光谱分布、以及CIELAB绘图,该CIELAB绘图分别示出了数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况、且利用该LED模块进行照明时,和利用根据该LED模块的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。进而,在表3-17中的参考实验例301中总结了此时的测光学的特性、测色学的特性。此处,根据各值明确可知,从该参考比较实验例301所涉及的LED模块在轴上射出的光没能实现良好的色貌。
接着,使用该LED模块制作了实验例302所涉及的LED照明器具。此时,在光的出射方向上搭载了图3-8所示的光学滤波器。图3-9中的实线是以从所述LED模块在轴上辐射的光的最大光谱辐射通量进行归一化后的实验例302所涉及的LED照明器具的光谱分布。此处可知,在实验例302所涉及的LED照明器具的光谱分布中,根据所述光学滤波器的特性,来源于LED发光的辐射通量的相对强度变化,并且,附加了凹凸。此外,图3-10示出了该光谱分布、以及CIELAB绘图,该CIELAB绘图分别示出数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况、且利用该实验例302所涉及的LED照明器具进行照明时,和利用根据该LED照明器具的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。进而,表3-17中的实验例302中总结了此时的测光学的特性、测色学的特性。
该实验例302所涉及的照明器具的为-0.0073,比该参考比较实验例301所涉及的LED模块的Duv(Φelm3(λ))即-0.0040降低了0.0033。该实验例302所涉及的照明器具的/>为48.4,比该参考比较实验例301所涉及的LED模块的Acg(Φelm3(λ))即122.3减低了73.9。此外,该实验例302所涉及的照明器具的/>为2.15,比该参考比较实验例301所涉及的LED模块的SATave(Φelm3(λ))即-0.47增加了2.62。
这些结果是,即使是使用了无法实现良好的色貌的半导体发光元件、封装LED、LED模块而得到的照明器具,根据控制要素的光学特性,也能够实现可实现良好的色貌的LED照明器具。
【表46】
【表47】
实验例303
首先,准备具有图3-11所示的光谱透过特性的光学滤波器。此外,准备具有蓝色LED、YAG荧光体、SCASN荧光体的封装LED作为发光要素,将18个封装LED搭载在LED板上,制作LED模块。此时,图3-12中以虚线示出以从该LED模块在轴上辐射的光的最大光谱辐射通量进行归一化后的光谱分布。此外,图3-13示出了该光谱分布、以及CIELAB绘图,该CIELAB绘图分别示出数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况、且利用该LED模块进行照明时,和利用根据该LED模块的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。进而,表3-18中的参考比较实验例302中总结了此时的测光学的特性、测色学的特性。此处,根据各值明确可知,从该参考比较实验例302所涉及的LED模块在轴上射出的光没能实现良好的色貌。
接着,使用该LED模块制作了实验例303所涉及的LED照明器具。此时,在光的出射方向上搭载具有图3-11所示的光谱透过特性的光学滤波器。图3-12中的实线是以从所述LED模块在轴上辐射的光的最大光谱辐射通量进行归一化后的实验例303所涉及的LED照明器具的光谱分布。此处可知,在实验例303所涉及的LED照明器具的光谱分布中,根据所述光学滤波器的特性,附加了凹凸。此外,图3-13示出了该光谱分布、以及CIELAB绘图,该CIELAB绘图分别示出数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况、且利用该实验例303所涉及的LED照明器具进行照明时,和利用根据该LED照明器具的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。进而,表3-18中的实验例303中总结了此时的测光学的特性、测色学的特性。
该实验例303所涉及的照明器具的为-0.0123,比该参考比较实验例302所涉及的LED模块的Duv(Φelm3(λ))即-0.0117降低了0.0006。该实验例303所涉及的照明器具的/>为66.9,比该参考比较实验例302所涉及的LED模块的Acg(Φelm3(λ))即103.5减低了36.6。此外,该实验例303所涉及的照明器具的/>为2.29,比该参考比较实验例302所涉及的LED模块的SATave(Φelm3(λ))即0.99增加了1.30,在以同一照度进行观测时,成为更鲜艳、且更良好的色貌。
比较实验例301
与参考比较实验例302同样,作为发光要素准备了具有蓝色LED、YAG荧光体、SCASN荧光体的封装LED,除此以外,与实验例301同样地制作了比较实验例301所涉及的LED照明装置。
与实验例301同样的,搭载图3-5所示的光学滤波器而制作的比较实验例301所涉及的LED照明器具的特性如下。图3-14中的实线是以从所述LED模块在轴上辐射的光的最大光谱辐射通量进行归一化后的比较实验例301所涉及的LED照明器具的光谱分布。此处可知,在比较实验例301所涉及的LED照明器具的光谱分布中,根据所述光学滤波器的特性,附加了凹凸。此外,图3-15示出了该光谱分布、以及CIELAB绘图,该CIELAB绘图分别示出数学上假定了以#01至#15的15种修正蒙赛尔色卡为照明对象物的情况、且利用该比较实验例301所涉及的LED照明器具进行照明时,和利用根据该LED照明器具的相关色温导出的基准光进行照明时的a*值、b*值。进而,表3-18中的比较实验例301中总结了此时的测光学的特性、测色学的特性。
该比较实验例301所涉及的照明器具的为-0.0112,比该参考比较实验例302所涉及的LED模块的Duv(Φelm3(λ))即-0.0117增加了0.0005。该比较实验例301所涉及的照明器具的/>为115.2,比该参考比较实验例302所涉及的LED模块的Acg(Φelm3(λ))即103.5增加了11.7。此外,该比较实验例301所涉及的照明器具的为1.59,比该参考比较实验例302所涉及的LED模块的SATave(Φelm3(λ))即0.99增加了0.60。
根据这些结果可知,即使是在与特定的发光要素组合时能够实现良好的色貌的控制要素,在与使用其他的半导体发光元件、封装LED、LED模块的照明器具组合时,有时也无法实现良好的色貌。
【表48】
/>
【表49】
[考察]
根据以上的实验结果能够导出以下所示的发明事项。
第一,通过考察参考比较实验例301和实验例302的结果、以及参考比较实验例302和实验例303的结果,通过针对未能实现良好的色貌的参考比较实验例301、参考比较实验例302所涉及的发光装置(本发明的第三发明中被掌握为发光要素)配置适当的控制要素,能够分别实现可实现良好的色貌的实验例302、实验例303所涉及的发光装置。
即,如下的发光装置(发光要素)通过控制要素能够实现良好的色貌:该发光装置具有发光要素和控制要素,至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,设波长为λ(nm),设从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件1~条件4中的至少任意一个条件,具有/>(λ)的光满足全部下述条件1~条件4的情况下,不能实现良好的色貌。
特别是针对已经在市面上发布的不能实现良好的色貌的LED照明装置,通过配置特定的控制要素,能够成为本发明的第三发明的第一发明所涉及的可实现良好的色貌的发光装置。
本发明的第三发明的第一发明所涉及的条件1~条件4是根据已经说明的实验例而导出的条件。
条件1:
设作为对象的光的光谱分布为根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的光谱分布为/>
设作为对象的光的三刺激值为(X,Y,Z),
设根据所述相关色温T而选择的基准光的三刺激值为(Xref,Yref,Zref),
将作为对象的光的归一化光谱分布S(λ)、作为对象的光的基准光的归一化光谱分布Sref(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔS(λ)分别定义为:
ΔS(λ)=Sref(λ)-S(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-1)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0,
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置不存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-2)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0。
【数学式58】
【数学式59】
条件2:
作为对象的光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv为:
-0.0220≤Duv≤-0.0070。
条件3:
当将作为对象的光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将作为对象的光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λRM-max为:
605(nm)≤λRM-max≤653(nm)。
此外,优选如下方式,即,具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件I~条件IV中的至少任意一个条件,具有的光满足全部条件I~条件IV。另外,条件I~条件IV是根据已经说明的实验例导出的条件。
条件I:
在设数学上假定了作为对象的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* n、b* n(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref、b* nref(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCn为:
-4.00≤ΔCn≤8.00(n为1到15的自然数)。
条件II:
由下述式(3-3)表示的作为对象的光的饱和度差的平均如下。
【数学式60】
【数学式61】
条件III:
设作为对象的光的饱和度差的最大值为ΔCmax、作为对象的光的饱和度差的最小值为ΔCmin时,所述饱和度差的最大值与所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|为:
2.00≤|ΔCmax-ΔCmin|≤10.00。
其中,ΔCn=√{(a* n)2+(b* n)2}-√{(a* nref)2+(b* nref)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
在设数学上假定了作为对象的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θn(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据作为对象的光的相关色温T而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|Δhn|为:
0.00度≤|Δhn|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,Δhn=θn-θnref。
第二,通过考察参考实验例301和实验例301的结果,通过针对能够实现良好的色貌的参考实验例301所涉及的发光装置(被掌握为发光要素)配置适当的控制要素,能够分别实现可进一步实现良好的色貌的实验例301所涉及的发光装置。
即,如下的发光装置(发光要素)通过控制要素能够进一步实现良好的色貌:该发光装置具有发光要素和控制要素,至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,设波长为λ(nm),设从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为具有Φelm3(λ)的光满足全部上述条件1~条件4,具有/>的光满足全部上述条件1~条件4的条件下,能够实现良好的色貌。
特别是在用于照明用途时色貌优异的半导体发光装置中,能够根据利用者的喜好进一步调整色貌。
此外,优选如下的方式,即,具有Φelm3(λ)的光满足全部上述条件I~条件IV,具有的光满足全部上述条件I~条件IV。
进而,关于该发光装置,在满足以下记载的条件时,不能实现良好的色貌的发光装置(发光要素)通过控制要素而成为可实现良好的色貌的发光装置,是更优选的。
即,如下的发光装置是更优选的,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件5,具有的光满足下述条件5。
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为:
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
此时,更优选是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足下述条件6~条件8中的至少1个条件,如果下述条件6~条件8中存在具有所述Φelm3(λ)的光不满足的条件,则具有的光满足其中的至少1个条件。
另外,此时,也可以是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足下述条件6~条件8中的至少1个条件,具有的光满足与具有所述Φelm3(λ)的光满足的条件相同的条件。
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
此外,更优选是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件6,具有的光满足下述条件6。/>
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:
此外,进一步优选是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,在所述条件6中,
此时,进一步优选是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足下述条件5、条件7和条件8中的至少1个条件,在下述条件5、条件7和条件8中存在具有所述Φelm3(λ)的光不满足的条件时,具有的光满足其中的至少1个条件。
尚,此时,也可以是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足下述条件5、条件7和条件8中的至少1个条件,具有的光满足与具有所述Φelm3(λ)的光满足的条件相同的条件。
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为:
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
此外,更优选是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件7,具有的光满足下述条件7。
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
此时,进一步优选是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足下述条件5、条件6和条件8中的至少1个条件,如果在下述条件5、条件6和条件8中存在具有所述Φelm3(λ)的光不满足的条件,则具有的光满足其中的至少1个条件。
另外,此时,也可以是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足下述条件5、条件6和条件8中的至少1个条件,具有的光满足与具有所述Φelm3(λ)的光满足的条件相同的条件。
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为:
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
此外,更优选是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光不满足下述条件8,具有的光满足下述条件8。
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
此时,进一步优选是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足下述条件5~条件7中的至少1个条件,如果下述条件5~条件7中存在具有所述Φelm3(λ)的光不满足的条件,则具有的光满足其中的至少1个条件。
另外,此时,也可以是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足下述条件5~条件7中的至少1个条件,具有的光满足与具有所述Φelm3(λ)的光满足的条件相同的条件。
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
进而,关于该发光装置,在满足以下记载的条件时,能够实现良好的色貌的发光装置(发光要素)通过控制要素而成为可实现更良好的色貌的发光装置,是优选的。
即,进一步更优选是如下的发光装置,该发光装置的特征在于,具有Φelm3(λ)的光满足全部下述条件5~条件8,并且,具有的光也满足全部下述条件5~条件8。
条件5:
在作为对象的光的光谱分布中,实现所述/>的波长λBM-max为:
430(nm)≤λBM-max≤480(nm)。
条件6:
作为对象的光的光谱分布为:/>
条件7:
根据作为对象的光的光谱分布导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率K(lm/W)为:
210.0lm/W≤K≤290.0lm/W。
条件8:
作为对象的光的相关色温T(K)为:
2600K≤T≤7700K。
另一方面,本发明的第三发明中的第五发明所涉及的发光装置的制造方法同样能够根据上述实验结果而导出。
即,一种具有发光要素和控制要素的发光装置的制造方法,其特征在于,具有以下步骤:准备第一发光装置,该第一发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素;以及制作第二发光装置,该第二发光装置以使得从第一发光装置在主辐射方向上射出的光的至少一部分通过的方式配置控制要素,设波长为λ(nm),设从该第一发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该第二发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为具有Φelm3(λ)的光不满足上述条件1~条件4中的至少任意一个条件,具有/>的光满足全部上述条件1~条件4。
特别是针对已经在市面上发布的不能实现良好的色貌的LED照明装置,实施配置特定的控制要素的步骤,制作本发明的第三发明的第五发明所涉及的能够实现良好的色貌的发光装置,属于本发明的第三发明中的第五发明的技术的范围。
此外,一种具有发光要素和控制要素的发光装置的制造方法,其特征在于,具有以下步骤:准备第一发光装置,该第一发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素;以及制造第二发光装置,该第二发光装置以使得从第一发光装置在主辐射方向上射出的光的至少一部分通过的方式配置控制要素,设波长为λ(nm),设从该第一发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该第二发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为具有Φelm3(λ)的光满足全部上述条件1~条件4,具有/>的光也满足全部上述条件1~条件4。
此外,本发明的第三发明中的第二发明所涉及的发光装置的设计方法同样能够根据上述实验结果而导出。
即,一种具有发光要素和控制要素的发光装置的设计方法,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,设波长为λ(nm),设从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为该发光装置设计成,具有Φelm3(λ)的光不满足上述条件1~条件4中的至少任意一个条件,具有/>的光满足全部上述条件1~条件4。
此外,一种具有发光要素和控制要素的发光装置的设计方法,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,设波长为λ(nm),设从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布为Φelm3(λ)、从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布为该发光装置设计成,具有Φelm3(λ)的光满足全部上述条件1~条件4,具有/>的光也满足全部上述条件1~条件4。
此外,本发明的第三发明中的第四发明所涉及的照明方法同样能够根据上述实验结果而导出。
即,一种照明方法,其包含准备照明对象物的照明对象物准备步骤、以及通过从包含作为发光要素的半导体发光元件和控制要素的发光装置射出的光对对象物进行照明的照明步骤,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,在所述照明步骤中,以如下的方式进行照明:当从所述发光要素射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光不满足至少以下的<1>~<4>中的任意1项,当从所述发光装置射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光满足全部以下的<1>~<4>。
这样的<1>~<4>是根据已经说明的实验例导出的条件。
<1>
在设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* n、b* n(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref、b* nref(其中,n为1到15的自然数)时,饱和度差ΔCn为:
-4.00≤ΔCn≤8.00(n为1到15的自然数)。
<2>
由下述式(3-3)表示的所述饱和度差的平均如下。
【数学式62】
【数学式63】
<3>
设所述饱和度差的最大值为ΔCmax、所述饱和度差的最小值为ΔCmin时,所述饱和度差的最大值与所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|为:
2.00≤|ΔCmax-ΔCmin|≤10.00。
其中,ΔCn=√{(a* n)2+(b* n)2}-√{(a* nref)2+(b* nref)2}。
15种修正蒙赛尔色卡
#15 7.5RP 4/12
<4>
在设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θn(度)(其中,n为1到15的自然数),
并且设数学上假定了根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref(度)(其中,n为1到15的自然数)时,色相角差的绝对值|Δhn|为:
0.00度≤|Δhn|≤12.50度(n为1到15的自然数)。
其中,Δhn=θn-θnref。
此外,优选以从发光装置射出的光满足全部<5>~<8>的方式进行照明的方式。另外,<5>~<8>也是根据已经说明的实验例导出的条件。
<5>
设波长为λ,设在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的光谱分布
设根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T而选择的基准光的光谱分布为
设在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的三刺激值为(X,Y,Z),
设根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的T而选择的基准光的三刺激值为(Xref,Yref,Zref),
将在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的归一化光谱分布S(λ)、根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的T(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔS(λ)分别定义为:
ΔS(λ)=Sref(λ)-S(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-1)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0,
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置不存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述数式(3-2)表示的指标Acg为,
-10.0<Acg≤120.0。
【数学式64】
【数学式65】
<6>
所述光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv为:
-0.0220≤Duv≤-0.0070。
<7>
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为/>时,/>
<8>
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λRM-max为:
605(nm)≤λRM-max≤653(nm)。
此外,一种照明方法,其包含准备照明对象物的照明对象物准备步骤、以及通过从包含作为发光要素的半导体发光元件和控制要素的发光装置射出的光对对象物进行照明的照明步骤,其特征在于,该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,在所述照明步骤中,以如下的方式进行照明:当从所述发光要素射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光满足全部上述<1>~<4>,当从所述发光装置射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光也满足全部上述<1>~<4>。
此外,优选以从发光装置射出的光满足<5>~<8>的方式进行照明。
以下对用于实施本发明的第三发明的发光装置、发光装置的制造方法、发光装置的设计方法和照明方法的优选实施方式进行说明,但是,用于实施本发明的第三发明的发光装置、发光装置的制造方法、发光装置的设计方法和照明方法的方式不限于以下的说明中使用的方式。
关于本发明的第三发明的发光装置、发光装置的制造方法、发光装置的设计方法,只要从发光装置在主辐射方向射出且针对照明对象物作为颜色刺激的试验光的辐射计测学的特性、测光学的特性处于适当的范围内,则发光装置的结构、材料等没有制约。
关于本发明的第三发明的照明方法,只要针对照明对象物进行照射且作为颜色刺激的试验光的测光学的特性处于适当的范围内,并且假定了利用计算用基准光照明时的该15种色卡的色貌与假定了利用实测的试验光光谱分布进行照明时的该15种色卡的色貌的差处于适当的范围内,则发光装置的结构、材料等没有制约。
用于实施本发明的第三发明的发光装置、发光装置的制造方法、发光装置的设计方法或照明方法的照明光源、包含该照明光源的照明器具、包含该照明光源或照明器具的照明系统等发光装置至少包含发光要素和控制要素。此外,作为发光要素至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体。
另外,在满足上述各条件,且得到本发明的第三发明的发光装置、发光装置的制造方法、发光装置的设计方法或照明方法的效果的情况下,包含半导体发光元件的照明光源除了蓝色半导体发光元件以外,也可以在1个照明光源中内置例如绿色、红色这样的不同种类的多个半导体发光元件,此外,也可以是,在1个照明光源中包含蓝色半导体发光元件,在不同的1个照明光源中包含绿色半导体发光元件,在又1个不同的照明光源中包含红色半导体发光元件,使它们在照明器具中与滤波器、透镜、反射镜、驱动电路等一起成为一体并提供给照明系统。进而,在1个照明器具中存在1个照明光源,且在其中内置单体的半导体发光元件的情况下,虽然作为单体的照明光源、照明器具不能实施本发明的第三发明的照明方法或发光装置,但是,可以是通过与来自存在于照明系统中的不同照明器具的光进行加法混色,作为照明系统而辐射的光在照明对象物的位置处满足所期望的特性,也可以是,作为照明系统而辐射的光中的主辐射方向的光满足所期望的特性。无论是哪种方式,只要从发光装置射出的光中的主辐射方向的光或者最终照射到照明对象物的作为颜色刺激的光满足本发明的第三发明的适当的条件即可。
以下,在满足所述适当的条件的基础上,对用于实施本发明的第三发明中的第一发明所涉及的发光装置、第三发明中的第五发明所涉及的发光装置的制造方法、第三发明中的第二发明所涉及的发光装置的设计方法和本发明的第三发明中的第四发明所涉及的照明方法的发光装置优选应用具有的特性进行记载。
在本发明的第三发明的第一发明所涉及的发光装置中,当使用目前为止记载的发光要素(发光材料)时,易于将指标Acg、距离Duv、值波长λRM-max等设定为所期望的值,因此是优选的。此外,当使用上述记载的发光要素时,也容易将以该光作为颜色刺激、且假定了利用该发光装置的照明时的该15种色卡的色貌与假定了利用计算用基准光的照明时的色貌之间的差有关的ΔCn、SATave、|ΔCmax-ΔCmin|、|Δhn|设定为所期望的值,因此是优选的。
考虑各种手段来使Duv从0降低并设为适当的负值。例如,如果假设在该3个波长区域分别具有1个发光要素的发光装置,则能够使短波长区域内的发光要素的发光位置进一步向短波长侧移动、使长波长区域内的发光要素的发光位置进一步向长波长侧移动、使中间波长区域内的发光要素的发光位置从555nm偏离等。进而,能够提高短波长区域内的发光要素的相对的发光强度、提高长波长区域内的发光要素的相对的发光强度、降低中间波长区域内的发光要素的相对的发光强度等。此外,此时,为了不使CCT变化而使Duv变化,同时使短波长区域内的发光要素的发光位置向短波长侧移动,并且使长波长区域内的发光要素的发光位置向长波长侧移动等即可。进而,为了使Duv向正侧变化,进行与上述记载相反的操作即可。
进而,例如假设在该3个波长区域分别具有2个发光要素的发光装置,为了使Duv降低,例如还能够提高短波长区域内的2个发光要素中的位于相对的短波长侧的发光要素的相对强度、提高长波长区域内的2个发光要素中的位于相对的长波长侧的发光要素的相对强度等。此外,此时,为了不使CCT变化而使Duv降低,同时提高短波长区域内的2个发光要素中的位于相对的短波长侧的发光要素的相对强度,并且提高长波长区域内的2个发光要素中的位于相对的长波长侧的发光要素的相对强度即可。进而,为了使Duv向正侧变化,进行与上述记载相反的操作即可。
另一方面,关于与假定了利用该发光装置的照明时的该15种色卡的色貌和假定了利用计算用基准光的照明时的色貌之间的差有关的|Δhn|、SATave、ΔCn、|ΔCmax-ΔCmin|,作为用于使|Δhn|、SATave、ΔCn、|ΔCmax-ΔCmin|变化的手段,特别是为了使ΔCn增加,在整体调整光谱分布以使Duv成为所期望的值的基础上,能够进行以下那样的动作。置换成各发光要素的半值全宽较窄的材料,作为光谱形状,适当分离各发光要素,为了在各发光要素的光谱中形成凹凸,在照明光源、照明器具等中设置吸收所期望的波长的滤波器,在发光装置中进一步追加搭载进行发出窄波段的光的发光要素等即可。
本发明的第三发明的第一发明的控制要素是其单体不具有放大功能的无源要素,针对从发光要素或相对低加工度的发光装置在主辐射方向上射出的光在适当的范围内按照波长施加强度调制,构成高加工度的发光装置即可,没有特别的限定。在本发明的第三发明的第一发明中,有时将这样的功能表现为由控制要素对发光要素进行作用。例如作为本发明的第三发明的第一发明的控制要素,可举出反射镜、光学滤波器、各种光学透镜等无源器件。此外,本发明的第三发明的第一发明的控制要素可以是分散在封装LED的密封材料中、且在适当的范围内按照波长施加强度调制的吸光材料。其中,针对从发光要素或相对低加工度的发光装置射出的光仅施加波长依存性小的强度调制的反射镜、光学滤波器、吸光材等不包含在控制要素中。
本发明的第三发明的第一发明的控制要素使从发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布成为满足已经说明的全部条件1~条件4的光的光谱分布。因此,本发明的第三发明的第一发明的控制要素应该具有的特性依据从发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布。
然而,一般来讲,存在为了根据不同情况将从发光装置射出的光的良好的色貌实现为更良好的色貌所应用具有且优选的发光要素的性质。
关于本发明的第三发明的第一发明的控制要素,优选的是,当将根据从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的Duv定义为Duv(Φelm3(λ))、将根据从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的Duv定义为时,满足
在上述条件2中,规定该范围的Duv与当前已经在市面上发布的一般的LED照明相比,是非常小的值。因此,本发明的第三发明的第一发明的控制要素优选具有减小光谱分布的Duv的性质。然而,本发明的第三发明的第一发明的控制要素即使增大Duv,只要发光装置满足条件2即可,这是不言而喻的。例如还存在如下情况:在色貌过强(花哨)的发光要素的情况下,通过配置使Duv增大的控制要素,实现良好的色貌。
虽然已经说明了关于使Duv从0降低并设为适当的负值的种种手段,但,在适当选择本发明的第三发明的控制要素时,也能够利用上述手段。例如,可举出选择如下的控制要素:提高短波长区域内的发光要素的相对的发光强度,提高长波长区域内的发光要素的相对的发光强度,提高中间波长区域内的发光要素的相对的发光强度的控制要素,具体而言,短波长区域内和长波长区域内的光的透射率较高、中波长区域内的光的透射率较低的控制要素。此外,还可以举出对从发光要素在主方向上射出的光的光谱分布赋予凹凸的控制要素。另一方面,为了使Duv向正侧变化,进行与上述相反的操作即可。
此外,关于本发明的第三发明的控制要素,优选的是,当将根据从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的Acg定义为Acg(Φelm3(λ))、将根据从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的Acg定义为时,满足
在上述条件1中,规定满足-10.0<Acg≤120.0。该范围的Acg与当前已经在市面上发布的一般的LED照明相比,是非常小的值。因此,本发明的第三发明的控制要素优选具有减小光谱分布的Acg的性质。然而,本发明的第三发明的控制要素即使增大Acg,只要发光装置满足条件2即可,这是不言而喻的。例如存在如下情况:在色貌过强(花哨)的发光要素的情况下,通过配置使Acg增大的控制要素,实现良好的色貌。
此外,关于本发明的第三发明的第一发明的控制要素,优选的是,当将根据从该发光要素在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的所述饱和度差的平均定义为SATave(Φelm3(λ))、根据从该发光装置在主辐射方向上射出的光的光谱分布导出的所述饱和度差的平均定义为时,满足/>
饱和度差的平均SATave在适当的范围内变大时色貌良好,因此,本发明的第三发明的第一发明的控制要素优选具有增大数学上假定了光谱分布的照明时的SATave的性质。然而,本发明的第三发明的第一发明的控制要素即使减小SATave,例如也存在如下情况:在色貌过强(花哨)的发光要素的情况下,通过配置使SATave减小的控制要素,实现良好的色貌。
此外,本发明的第三发明的第一发明的控制要素优选适当地对380nm≤λ(nm)≤780nm的区域的光进行吸收或反射。
此外,本发明的第三发明的第一发明的控制要素也可以兼具从发光要素射出的光的聚光和/或扩散功能,例如凹透镜、凸透镜、菲涅耳透镜等的功能。
此外,本发明的第三发明的第一发明的控制要素大多接近发光要素来配置,因此优选具有耐热性。作为具有耐热性的控制要素,可举出通过玻璃等具有耐热性的材料制造的控制要素。此外,本发明的第三发明的第一发明的控制要素为了实现例如所期望的反射特性、透过特性,也可以掺杂所期望的元素等,其结果是被着色。
关于上述说明的本发明的第三发明的第一发明的控制要素,从例如市面上销售的滤波器中适当选择满足本发明的第三发明的第一发明的必要条件的滤波器即可。此外,也可以以使得从发光装置射出的光成为所期望的光谱分布的方式,设计并制作滤波器。
例如,在要制造具有多个吸收峰值的滤波器的情况下,也可以准备多种具有吸收某个波长区域的光的性质的薄膜和具有吸收另外的波长区域的光的性质的薄膜,层叠这些薄膜来作为多层滤波器。此外,也可以层叠多层电介质膜来实现所期望的特性。
这样,本发明的第三发明的第一发明明确实现了如下的发光装置:在5lx至大约10000lx的照度范围内,使具有各种色相的多种多样的照明对象物成为如在室外那样的超过10000lx的高照度环境下看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌,针对可能由于光照射而产生次要影响的照明对象物,也抑制了这样的次要影响。特别是在能够使各色相自然、鲜艳的同时,与实验用基准光相比,使白色物感到更白。
特别地,在本发明的第三发明的第一发明是如下的极富实用性的技术:针对已经在市场上流通的无法实现良好的色貌的照明装置,配置滤波器或反射镜等控制要素,通过这样简单至极的方法,能够提供可实现良好的色貌的照明装置。
此外,本发明的第三发明的第一发明的发光装置中的用于实现如在高照度环境下看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌的手段是设为如下的发光装置:使根据在主辐射方向上射出的光的光谱分布求出的指标Acg、Duv、和λRM-max处于适当的范围。
换言之,本发明的第三发明的第一发明是如下的发光装置:通过控制要素对从发光要素射出的光施加针对适当波长的强度调制,使从发光装置射出的光满足全部条件1~条件4,如果是这样的发光装置,则可以是采用任何结构的装置。该装置例如可以是照明光源单体,也可以是在散热板等上搭载至少1以上该光源的照明用模块,还可以是在该光源或模块中赋予了透镜、反射机构、驱动用电气电路等的照明器具。进而,也可以是集合了光源单体、模块单体、器具单体等,且具有至少对它们进行支撑的机构的照明系统。
本发明的第三发明的第四发明的照明方法中的用于实现如在高照度环境下看到那样的自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌的手段是,使照明对象物的位置处的光的Duv处于适当的范围,并且,使与假定了利用该光的照明的该15种色卡的色貌与假定了利用计算用基准光的照明的该15种色卡的色貌之间的差有关的|Δhn|、SATave、ΔCn、|ΔCmax-ΔCmin|等指标处于适当的范围。
换言之,本发明的第三发明的第四发明的照明方法是如下的照明方法:在光谱分布中包含从半导体发光元件射出的光作为构成要素,并且对照明对象物照射使|Δhn|、SATave、ΔCn、|ΔCmax-ΔCmin|、Duv等处于适当的范围的光,作为本发明的第三发明的第四发明的照明方法中使用的发光装置,如果是能够实现这样的照明的装置,则可以是采用任何结构的装置。该装置例如可以是照明光源单体,也可以是在散热板等上搭载至少1以上该光源的照明用模块,还可以是在该光源或模块中赋予了透镜、反射机构、驱动用电气电路等的照明器具。进而,也可以是集合了光源单体、模块单体、器具单体等,且具有至少对它们进行支撑的机构的照明系统。
表3-16、表3-17、表3-18中总结了本发明的第三发明中的实施例的发光装置的辐射计测学的特性、测光学的特性、测色学的特性,照明对象物的色貌综合来讲非常良好。
因此,本发明的第三发明的第一发明的发光装置是如下的照明装置:对无法实现良好的色貌的照明装置配置滤波器或反射镜等控制要素,通过这样简单至极的方法,实现良好的色貌,此外,通过对能够实现良好的色貌的照明装置配置滤波器或反射镜等控制要素,通过这样简单至极的方法,实现与使用者的喜好一致的良好的色貌。
本发明的第三发明中的第五发明是发光装置的制造方法,本发明的第三发明中的第二发明是发光装置的设计方法。根据第三发明中的这些发明所涉及的制造方法、设计方法,能够提供“能够实现自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌的发光装置”的制造方法、设计方针。此外,本发明的第三发明中的第四发明是照明方法。根据本发明的第三发明中的第四发明所涉及的照明方法,能够实现“自然、生动、视觉辨别性高、且舒适的色貌、物体外貌”。针对本发明的第三发明中的第二发明、第四发明、第五发明,能够应用本发明的第三发明中的第一发明的全部说明。
【产业上的可利用性】
<1.本发明的第一发明>
本发明的第一发明的发光装置应用领域非常广泛,能够不限于特定的用途而进行使用。但是,对照本发明的第一发明的发光装置的特长,优选在以下领域中进行应用。
例如,在通过本发明的第一发明的发光装置进行照明的情况下,与以往所知的发光装置相比,即使是几乎同样的CCT、几乎同样的照度,白色也显得更白、更自然、更舒服。而且,也容易视觉辨别白色、灰色、黑色等非彩色颜色间的亮度差。
因此,例如容易看清一般的白色纸上的黑色文字等。利用这样的特长,优选应用于阅读灯、学习桌用照明、事务用照明等作业用照明。并且,根据作业内容的不同,还考虑在工厂等中进行细小部件的外观检查、在布料等中进行接近的颜色的识别、进行用于生肉的鲜度确认的颜色确认、进行与极限样品进行对照的商品检查等。此外,在使用本发明的第一发明的发光装置进行照明的情况下,接近的色相的颜色识别变得容易,能够实现好像高照度环境下的各种舒适的作业环境。因此,根据这样的观点,也优选在作业用照明中进行应用。
进而,与日本专利第5252107号和日本专利第5257538号公开的发光装置相比,在通过本发明的第一发明的发光装置进行照明的情况下,发光装置的光源效率较高,即使投入同等的电力,射出的光束也较大。因此,适合从比通常的高度高的顶面对照明对象物进行照明的发光装置,发光装置的应用范围进一步扩大。
进而,为了提高颜色的识别能力,优选在例如外科手术用光源、用于胃镜等的光源等医疗用照明中进行应用。这是因为,动脉血因为包含较多的氧是鲜红色,静脉血因为包含较多二氧化碳是暗红色。虽然两者是相同的红色,但其彩度不同,因此,通过实现良好的色貌(彩度)的本发明的第一发明的发光装置,可期待容易地判别动脉血和静脉血。此外,内窥镜那样的颜色图像信息中,良好的颜色的显示显然对于诊断具有较大的影响,期待容易区分正常的部位和病变的部位。根据同样的理由,能够适合用作商品的图像判定器等的工业用设备内的照明方法。
在通过本发明的第一发明的发光装置进行照明的情况下,即使照度是几千Lx到几百Lx左右,针对紫色、蓝紫色、蓝色、蓝绿色、绿色、黄绿色、黄色、黄红色、红色、紫红色等大半颜色,根据情况不同可以针对所有颜色,也能实现例如像在晴朗的日子的室外照度下那样数几lx的程度下看到的真实、自然的色貌。另外,对于具有中间彩度的、被实验者(日本人)的肤色、各种食品、服装、木材颜色等,也成为许多被实验者感觉更加理想的自然色貌。
因此,如果将本发明的第一发明的发光装置应用于家庭用等的一般照明,则食品看起来新鲜且能够勾起食欲,容易观看报纸和杂志等,台阶等的视觉辨别性也提高,从而提高家庭内的安全性。因此,优选将本发明的第一发明的发光装置应用于家庭用照明。此外,优选作为服装、食品、汽车、包、鞋、装饰品、家具等的展示物用照明,能够实现从周边显著视觉辨认的照明。如上所述,特别是与日本专利第5252107号和日本专利第5257538号公开的发光装置相比,通过本发明的第一发明的发光装置进行照明的情况下,发光装置的光源效率较高,即使投入同等的电力,射出的光束也较大。因此,适合作为从比通常的高度高的顶面对照明对象物进行照明的发光装置。根据这样的特性,特别优选将本发明的第一发明的发光装置应用于展示物用照明。
进而,还优选作为化妆品等颜色的细微差异成为购买的决定性因素的物品的照明。当作为白色服装等的展示物用照明而使用时,即使是相同的白色,由于容易视觉辨认泛蓝的白色、接近乳白色的白色等的细微的颜色差异,因此,能够选择本人希望的颜色。进而,还适合婚礼、剧场等中的演出用照明,纯白色的服装等看起来是纯白色,歌舞伎等的和服、脸谱等也看得很清楚。而且肤色也非常理想。在采用这样的照明时,光源效率较高的本发明的第一发明的发光装置能够从远距离进行照明,因此,特别优选将本发明的第一发明的发光装置应用于演出用照明。
此外,当作为美容院的照明来进行使用时,在进行染发处理的情况下,能够成为与在室外观察时没有不一致的颜色,能够防止染色过度或染色不足。
而且,白色显得更白,非彩色的识别变得容易,并且,彩色也变得自然鲜艳,因此,适合于作为在有限的一定的空间中进行多种活动的场所中的光源。例如,在航空飞机内的客席处要阅读,还要工作,还要进餐。而且,在电车、长途汽车等中情况也类似。作为这样的交通机构的内装用照明,本发明的第一发明的发光装置能够适合进行利用。
而且,白色显得更白,非彩色的识别变得容易,并且,彩色也变得自然鲜艳,因此,能够将美术馆等中的绘画等照明为如在室外看到那样的自然的色调,作为美术品用照明,本发明的第一发明的发光装置也能够适合进行利用。
另一方面,本发明的第一发明的发光装置能够适合用作高龄者用照明。即,即使在通常的照度下不容易看清细小的文字、不容易看清台阶等的情况下,通过应用本发明的第一发明的发光装置,非彩色之间或者彩色之间的识别也变得容易,因此,能够解决这些问题。因此,还能够适合用于养老院或医院的等候室、书店、图书馆等不特定多数人利用的公共施设等的照明。在采用这样的照明时,需要使照度本身在适当的范围内提高,但是,高光源效率的本发明的第一发明的发光装置即使投入同等的电力,也能够提高照明面的照度。因此,特别优选将本发明的第一发明的发光装置应用于高龄者用照明。
进而,在应用于由于各种情况而容易成为较低照度的照明环境,确保视觉辨别性的应用中,本发明的第一发明的发光装置也能够适合进行利用。
例如,优选应用于路灯、汽车的头灯、脚灯,相比于使用现有的光源的情况,能够提高各种视觉辨别性。
<2.本发明的第二发明>
关于本发明的第二发明的产业上的可利用性,应用本发明的第一发明的产业上的可利用性的记载。
<3.本发明的第三发明>
本发明的第三发明的照明光源、照明器具和照明系统等的发光装置、或者照明方法应用领域非常广泛,能够不限于特定的用途而进行使用。但是,对照本发明的第三发明的照明方法或发光装置的特长,优选在以下的领域中进行应用。
例如,在通过本发明的第三发明的发光装置或照明方法进行照明的情况下,与现有的照明方法或发光装置相比,即使是几乎同样的CCT、几乎同样的照度,白色也显得更白、更自然、更舒服。而且,也容易视觉辨别白色、灰色、黑色等非彩色颜色间的亮度差。
因此,例如容易看清一般的白色纸上的黑色文字等。利用这样的特长,优选应用于阅读灯、学习桌用照明、事务用照明等作业用照明。并且,根据作业内容的不同,还考虑在工厂等中进行细小部件的外观检查、在布料等中进行接近的颜色的识别、进行用于生肉的鲜度确认的颜色确认、进行与极限样品进行对照的商品检查等,通过本发明的第三发明的照明方法进行照明的情况下,接近的色相的颜色识别变得容易,能够实现好像高照度环境下的各种舒适的作业环境。因此,根据这样的观点,也优选在作业用照明中进行应用。
进而,为了提高颜色的识别能力,优选在例如外科手术用光源、用于胃镜等的光源等医疗用照明中进行应用。这是因为,动脉血因为包含较多的氧是鲜红色,静脉血因为包含较多二氧化碳是暗红色。虽然两者是相同的红色,但其彩度不同,因此,通过实现良好的色貌(彩度)的本发明的第三发明的装置或照明方法,可期待容易地判别动脉血和静脉血。此外,内窥镜那样的颜色图像信息中,良好的颜色的显示显然对于诊断具有较大的影响,期待容易区分正常的部位和病变的部位。根据同样的理由,能够适合用作商品的图像判定器等的工业用设备内的照明方法。
在通过本发明的第三发明的发光装置或照明方法进行照明的情况下,即使照度是几千Lx到几百Lx左右,针对紫色、蓝紫色、蓝色、蓝绿色、绿色、黄绿色、黄色、黄红色、红色、紫红色等大半颜色,根据情况不同可以针对所有颜色,也能实现例如像在晴朗的日子的室外照度下那样几万lx的程度下看到的真实、自然的色貌。另外,对于具有中间彩度的、被实验者(日本人)的肤色、各种食品、服装、木材颜色等,也成为许多被实验者感觉更加理想的自然色貌。
因此,如果将本发明的第三发明的发光装置或照明方法应用于家庭用等的一般照明,则食品看起来新鲜且能够勾起食欲,容易观看报纸和杂志等,台阶等的视觉辨别性也提高,从而提高家庭内的安全性。因此,优选将本发明的第三发明应用于家庭用照明。此外,优选作为服装、食品、汽车、包、鞋、装饰品、家具等的展示物用照明,能够实现从周边显著视觉辨认的照明。
还优选作为化妆品等颜色的细微差异成为购买的决定性因素的物品的照明。当作为白色服装等的展示物用照明而使用时,即使是相同的白色,由于容易视觉辨认泛蓝的白色、接近乳白色的白色等的细微的颜色差异,因此,能够选择本人希望的颜色。进而,还适合于婚礼、剧场等中的演出用照明,纯白色的服装等看起来是纯白色,歌舞伎等的和服、脸谱等也看得很清楚。而且肤色也非常理想。此外,当作为美容院的照明来进行使用时,在进行染发处理的情况下,能够成为与在室外观察时没有不一致的颜色,能够防止染色过度或染色不足。
进而,本发明的第三发明中的控制要素具有改善色貌以及根据利用者的喜好来调整色貌的功能,但是,除此以外,还可以兼具有减低可从发光要素出射的紫外、近紫外、紫色、蓝紫色、蓝色光的一部分等能量较高的光的相对光谱强度的功能。在这样的情况下,例如能够降低服装、食品等照明对象物的退色、变质、腐蚀、劣化等。此外,本发明的第三发明中的控制要素能够降低来自发光要素的近红外、中红外、远红外等具有可成为热辐射的波长的光的相对光谱强度,因此能够降低食品等照明对象物的变质、腐蚀、劣化等。因此,能够兼具有减低食品等照明对象物的变质、腐蚀、劣化等的效果。
而且,白色显得更白,非彩色的识别变得容易,并且,彩色也变得自然鲜艳,因此,适合于作为在有限的一定的空间中进行多种活动的场所中的光源。例如,在航空飞机内的客席处要阅读,还要工作,还要进餐。而且,在电车、长途汽车等中情况也类似。作为这样的交通机构的内装用照明,本发明的第三发明能够适合进行利用。
而且,白色显得更白,非彩色的识别变得容易,并且,彩色也变得自然鲜艳,因此,能够将美术馆等中的绘画等照明为如在室外看到那样的自然的色调,作为美术品用照明,本发明的第三发明也能够适合进行利用。
另一方面,本发明的第三发明适合用作高龄者用照明。即,即使在通常的照度下不容易看清细小的文字、不容易看清台阶等的情况下,通过应用本发明的第三发明的照明方法或发光装置,非彩色之间或者彩色之间的识别也变得容易,因此,能够解决这些问题。因此,还能够适合用于养老院或医院的等候室、书店、图书馆等不特定多数人利用的公共施设等的照明。
进而,在应用于由于各种情况而容易成为较低照度的照明环境,确保视觉辨别性的应用中,本发明的第三发明的发光装置或照明方法也能够适合进行利用。
例如,优选应用于路灯、汽车的头灯、脚灯,相比于使用现有的光源的情况,能够提高各种视觉辨别性。
标号说明
200:发光装置
201、211、221、231、241、251:发光区域1
202、212、222、232、242、252:发光区域2
203、223:发光区域3
204:发光区域4
205:发光区域5
206:封装化LED
243、253:假想外周
244、254:假想外周上的2点
245、255:假想外周上的2点间的距离
210:封装LED
220:封装LED
230:照明系统
240:1对封装LED
301:壳体
302:蓝色LED芯片
302d:热辐射丝
303:封装
341:绿色荧光体
342:红色荧光体
305:截止滤波器(控制要素)
306:密封材料
310:封装LED(低加工度的发光装置)
311:白炽灯泡(中加工度的发光装置)
320:带滤波器LED灯泡(高加工度的发光装置)
330:照明系统(更高加工度的发光装置)
Claims (19)
1.一种发光装置的设计方法,其中,所述发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其特征在于,
进行设计,使得从所述发光装置在主辐射方向上射出的光满足以下的条件1到条件4以及条件I到条件IV的全部条件,
条件1:
设波长为λ、从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的光谱分布为
设根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1而选择的基准光的光谱分布为
设从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的三刺激值为(XSSL1,YSSL1,ZSSL1),
设根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的TSSL1而选择的基准光的三刺激值为(Xref1,Yref1,Zref1),
将从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的归一化光谱分布SSSL1(λ)、根据从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的TSSL1(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref1(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔSSSL1(λ)分别定义为:
ΔSSSL1(λ)=Sref1(λ)-SSSL1(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述SSSL1(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL1-RL-maxnm时,在比所述λSSL1-RL-max更靠长波长侧的位置存在成为SSSL1(λSSL1-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述式(1-1)表示的指标为:
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述SSSL1(λ)的最长波长极大值的波长为λSSL1-RL-maxnm时,在比所述λSSL1-RL-max更靠长波长侧的位置不存在成为SSSL1(λSSL1-RL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述式(1-2)表示的指标为:
【数学式1】
【数学式2】
条件2:
所述光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv 为:
条件3:
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为时,/>
条件4:
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λSSL1-RM-max为:
605nm≤λSSL1-RM-max≤653nm,
条件I:
设数学上假定了从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976 L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL1、b* nSSL1,其中,n为1到15的自然数,
设数学上假定了根据在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976 L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref1、b* nref1,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,饱和度差ΔCnSSL1为:
-4.00≤ΔCnSSL1≤8.00 n为1到15的自然数,
条件II:
由下述式(1-3)表示的所述饱和度差的平均如下,
条件III:
设所述饱和度差的最大值为ΔCSSL-max1、所述饱和度差的最小值为ΔCSSL-min1时,所述饱和度差的最大值与所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|为:
2.00≤|ΔCSSL-max1-ΔCSSL-min1|≤10.00,
其中,
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
设数学上假定了从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL1度,其中,n为1到15的自然数,
设数学上假定了根据在所述主辐射方向上射出的光的相关色温TSSL1而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref1度,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,色相角差的绝对值|ΔhnSSL1|为:
0.00度≤|ΔhnSSL1|≤12.50度n为1到15的自然数,
其中,ΔhnSSL1=θnSSL1-θnref1。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,
设波长为λ、从所述发光装置在所述主辐射方向上射出的光的光谱分布为(λ),
根据所述导出的波长380nm以上且780nm以下的范围的辐射效率KSSL1(lm/W)满足条件7,
条件7:
210.0lm/W≤KSSL1≤290.0lm/W。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,
关于所述蓝色半导体发光元件,所述蓝色半导体发光元件单体的脉冲驱动时的主波长λCHIP-BM-dom为445nm以上且475nm以下。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,
关于所述绿色荧光体,实现所述绿色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-GM-max为511nm以上且543nm以下,
其半值全宽WPHOS-GM-fwhm为90nm以上且110nm以下。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,
关于所述红色荧光体,实现所述红色荧光体单体的光激励时的发光强度最大值的波长λPHOS-RM-max为622nm以上且663nm以下,
其半值全宽WPHOS-RM-fwhm为80nm以上且105nm以下。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,
所述发光装置在该辐射方向上发出从至少3种的发光要素中射出的光。
7.一种照明方法,所述照明方法包含准备对象物的照明对象物准备步骤以及通过从发光装置射出的光对对象物进行照明的照明步骤,所述发光装置内置有M个发光区域,在至少一个发光区域内具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体和红色荧光体作为发光要素,其中M为2以上的自然数,
在所述照明步骤中,当从所述发光装置射出的光对对象物进行照明时,以在所述对象物的位置处测定到的光满足以下的条件1和条件I~IV的方式进行照明,
条件1:
在所述对象物的位置处测定到的光离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离为:
条件I:
设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nSSL2、b* nSSL2,其中,n为1到15的自然数,
设数学上假定了根据在所述对象物的位置处测定到的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref2、b* nref2,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,饱和度差ΔCnSSL2为:
-4.00≤ΔCnSSL2≤8.00n为1到15的自然数,
条件II:
由下述式(2-3)表示的饱和度差的平均SATave(φSSL2(λ))满足0.50≤SATave(φSSL2(λ))≤4.00,
条件III:
当设饱和度差的最大值为ΔCSSL-max2、饱和度差的最小值为ΔCSSL-min2时,饱和度差的最大值与饱和度差的最小值之间的差|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|满足:
2.00≤|ΔCSSL-max2-ΔCSSL-min2|<10.00,
其中,
15种修正蒙赛尔色卡
条件IV:
设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnSSL2度,其中,n为1到15的自然数,
设数学上假定了根据在所述对象物的位置处测定到的光的相关色温TSSL2(K)而选择的基准光的照明时的该15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref2度,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,色相角差的绝对值|ΔhnSSL2|为:
0.00度≤|ΔhnSSL2|≤12.50度n为1到15的自然数,
其中,ΔhnSSL2=θnSSL2-θnref2。
8.根据权利要求7所述的照明方法,其特征在于,
当设到达所述对象物的位置处的从各发光要素射出的光的光谱分布为 在所述对象物的位置处测定出的光的光谱分布为/>为下式时,其中N为1至M,
能够使全部的满足所述条件1和条件I至IV,其中N为1至M。
9.根据权利要求7或8所述的照明方法,其特征在于,
针对M个发光区域中的至少1个发光区域,相对于其他发光区域电气地独立驱动来进行照明。
10.根据权利要求9所述的照明方法,其特征在于,
针对全部M个发光区域,相对于其他发光区域电气地独立驱动来进行照明。
11.根据权利要求7或8所述的照明方法,其特征在于,
使从由所述式(2-3)所示的饱和度差的平均SATave(φSSL2(λ))、相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离构成的组中选择的至少一方变化。
12.根据权利要求11所述的照明方法,其特征在于,
当使从由所述式(2-3)所示的饱和度差的平均SATave(φSSL2(λ))、相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离构成的组中选择的至少一方变化时,独立地控制该对象物的照度。
13.根据权利要求12所述的照明方法,其特征在于,
当使从由所述式(2-3)所示的饱和度差的平均SATave(φSSL2(λ))、相关色温TSSL2(K)、以及离黑体辐射轨迹的距离构成的组中选择的至少一方变化时,使该对象物的照度不变。
14.根据权利要求12所述的照明方法,其特征在于,
在使所述式(2-3)所示的饱和度差的平均SATave(φSSL2(λ))增大时,降低该对象物的照度。
15.根据权利要求12所述的照明方法,其特征在于,
在使相关色温TSSL2(K)增加时,增大该对象物的照度。
16.根据权利要求7或8所述的照明方法,其特征在于,
当设位于包络最接近的不同的发光区域整体在内的假想外周上的任意的2点之间的最大距离为L、发光装置与照明对象物之间的距离为H时,设定距离H,使得5×L≤H≤500×L。
17.一种照明方法,其包含准备照明对象物的照明对象物准备步骤、以及通过从包含发光要素和控制要素的发光装置射出的光对对象物进行照明的照明步骤,其特征在于,
该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,
在所述照明步骤中,以如下的方式进行照明:
当从所述发光要素射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光至少不满足以下的<1>~<4>中的任意1项,
当从所述发光装置射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光满足以下全部的<1>~<4>,
<1>
设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* n、b* n,其中,n为1到15的自然数,
设假定了根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref、b* nref,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,饱和度差ΔCn为:
-4.00≤ΔCn≤8.00n为1到15的自然数,
<2>
由下述式(3-3)表示的所述饱和度差的平均为:
<3>
当设所述饱和度差的最大值为ΔCmax、所述饱和度差的最小值为ΔCmin时,所述饱和度差的最大值和所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|为:
2.00≤|ΔCmax-ΔCmin|≤10.00,
其中,
15种修正蒙赛尔色卡
<4>
设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θn度,其中,n为1到15的自然数,
设数学上假定了根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref度,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,色相角差的绝对值|Δhn|为:
0.00度≤|Δhn|≤12.50度,n为1到15的自然数,
其中,Δhn=θn-θnref。
18.一种照明方法,其包含准备照明对象物的照明对象物准备步骤、以及通过从包含发光要素和控制要素的发光装置射出的光对对象物进行照明的照明步骤,其特征在于,
该发光装置至少具有蓝色半导体发光元件、绿色荧光体以及红色荧光体作为发光要素,
在所述照明步骤中,以如下的方式进行照明:
当从所述发光要素射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光满足以下全部的<1>~<4>,
当从所述发光装置射出的光对对象物进行照明时,在所述对象物的位置处测定到的光也满足以下全部的<1>~<4>,
<1>
设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的照明时的#01至#15的下述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* n、b* n,其中,n为1到15的自然数,
设假定了根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T(K)而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的a*值、b*值分别为a* nref、b* nref,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,饱和度差ΔCn为:
-4.00≤ΔCn≤8.00n为1到15的自然数,
<2>
由下述式(3-3)表示的所述饱和度差的平均为:
<3>
当设所述饱和度差的最大值为ΔCmax、所述饱和度差的最小值为ΔCmin时,所述饱和度差的最大值和所述饱和度差的最小值之间的差|ΔCmax-ΔCmin|为:
2.00≤|ΔCmax-ΔCmin|≤10.00,
其中,
15种修正蒙赛尔色卡
<4>
设数学上假定了在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θn度,其中,n为1到15的自然数,
设数学上假定了根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T而选择的基准光的照明时的所述15种修正蒙赛尔色卡在CIE 1976L*a*b*颜色空间中的色相角为θnref度,其中,n为1到15的自然数,
在这样的情况下,色相角差的绝对值|Δhn|为:
0.00度≤|Δhn|≤12.50度,n为1到15的自然数,
其中,Δhn=θn-θnref。
19.根据权利要求17或18所述的照明方法,其特征在于,
以还满足以下全部的<5>~<8>的方式进行照明,
<5>
设波长为λ、在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的光谱分布为
设根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的相关色温T而选择的基准光的光谱分布为
设在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的三刺激值为(X,Y,Z),
设根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的T而选择的基准光的三刺激值为(Xref,Yref,Zref),
将在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的归一化光谱分布S(λ)、根据在所述对象物的位置处测定到的从所述发光装置射出的光的T(K)而选择的基准光的归一化光谱分布Sref(λ)、以及这些归一化光谱分布的差ΔS(λ)分别定义为:
ΔS(λ)=Sref(λ)-S(λ)
设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述式(3-1)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0,
另一方面,设波长380nm以上且780nm以下的范围中实现了所述S(λ)的最长波长极大值的波长为λRL-max(nm)时,在比所述λRL-max更靠长波长侧的位置不存在成为S(λRL-max)/2的波长Λ4的情况下,
由下述式(3-2)表示的指标Acg为:
-10.0<Acg≤120.0
<6>
所述光的光谱分布离ANSI C78.377中定义的黑体辐射轨迹的距离Duv为:
-0.0220≤Duv<-0.0070,
<7>
当将所述光的光谱分布在430nm以上且495nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>在465nm以上且525nm以下的范围中的光谱强度的最小值定义为/>时,
<8>
当将所述光的光谱分布在590nm以上且780nm以下的范围中的光谱强度的最大值定义为/>时,实现所述/>的波长λRM-max为:
605(nm)≤λRM-max≤653(nm)。
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