JP2003529889A5

JP2003529889A5 -

Info

Publication number: JP2003529889A5
Application number: JP2000572951A
Authority: JP
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2019-09-17

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】２つの原色光源を形成する、少なくとも２個の光放出ダイオードを具え、各光放出ダイオードが動作中予め選択した波長域の可視光を放出する照明装置において、
当該照明装置が、二次光源を形成する、前記光放出ダイオードから放出された可視光の一部を別の波長域の可視光に変換する変換手段を具え、２つの原色光源に基づく照明装置に比較して改善された演色性を得るように構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記変換手段が発光材料を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】前記発光材料が４００〜５００ｎｍの波長域の光により励起されることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】前記発光材料が、（Ｓｒ，Ｃａ）₂ ＳｉＯ₄ ：Ｅｕ²⁺、ＢａＳｉＯ₄ ：Ｅｕ²⁺、ＳｒＣａ₂ Ｓ₄ 、ＺｎＳ：Ｃｕ⁺ 、ＺｎＳ：Ａｕ ⁺ 、ＺｎＳ：Ａｌ³⁺、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ⁺ 、及びＣａＳ：Ｃｅ³⁺により構成されるグループから選択したことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項５】前記少なくとも２個の光放出ダイオードが、少なくとも１個の青の光放出ダイオードと、少なくとも１個の赤の光放出ダイオードとを有し、前記変換手段が、青の光放出ダイオードから放出された光の一部を緑の光に変換する発光材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】前記青の光放出ダイオードの最大スペクトラル放出波長が４６０〜４９０ｎｍの波長域にあり、前記赤の光放出ダイオードの最大スペクトラル放出波長が６１０〜６３０ｎｍの波長域にあり、前記緑の光の発光材料の最大スペクトラル放出波長が５１０〜５３０ｎｍの波長域にあることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】前記発光材料が、５００〜５６０ｎｍの波長域の光により励起されることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項８】前記発光材料が、ＣａＳ：Ｅｕ，Ｍｎ；ＣａＳ：Ｅｕ；ＳｒＳ：Ｅｕ；（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ；ＳｒＯ：Ｅｕ；Ｓｒ₃ Ｂ₂ Ｏ₆ ：Ｅｕ；Ｓｒ₂Ｍｇ（ＢＯ₃ ）₂ ；ＣａＳ：Ｅｕ，Ｍｎ；ＣａＳ：Ｅｕ；又はＳｒＳ：Ｅｕにより構成されるグループから選択したことを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】前記少なくとも２個の光放出ダイオードが、少なくとも１個の青の光放出ダイオードと、少なくとも１個の緑の光放出ダイオードとを有し、前記変換手段が、青の光放出ダイオード及び／又は緑の光放出ダイオードから放出された光の一部を赤の光に変換する発光材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】前記青の光放出ダイオードの最大スペクトラル放出波長が４６０〜４９０ｎｍの波長域にあり、前記緑の光放出ダイオードの最大スペクトラル放出波長が５１０〜５３０ｎｍの波長域にあり、前記赤の光の発光材料の最大スペクトラル放出波長が６１０〜６３０ｎｍの波長域にあることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
【請求項１１】前記照明装置の演色評価数を少なくとも８０に等しいか又はそれよりも大きくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項１２】動作中、前記光放出ダイオードの光束が少なくとも５ｌｍに等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項１３】照明装置に反射手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項１４】前記反射手段を、ＢａＳＯ₄ 、ＺｎＳ、ＺｎＯ及びＴｉＯ₂ から形成されるグループから選択した材料を含むことを特徴とする請求項１３に記載の照明装置。
【請求項１５】前記変換手段が、前記反射手段の内部又は前記反射手段上に設けられていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の照明装置。
【請求項１６】照明装置の色温度が、前記光放出ダイオードを個別に駆動することにより調整できることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。

適当な発光材料は、（Ｓｒ，Ｃａ）₂ ＳｉＯ₄ ：Ｅｕ²⁺、ＢａＳｉＯ₄ ：Ｅｕ²⁺、ＳｒＣａ₂ Ｓ₄ 、ＺｎＳ：Ｃｕ⁺ 、ＺｎＳ：Ａｕ ⁺ 、ＺｎＳ：Ａｌ³⁺、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ⁺ 、及びＣａＳ：Ｃｅ³⁺である。これらの材料比較的高い量子効率温度４５０ｎｍおける光吸収性を有する。これらの材料は、青の光が所望の緑の光に変換されるとき、極めて高い等価輝度を呈する。

本発明の第１の概念による照明装置の極めて優れた実施例は、少なくとも２個の光放出ダイオードが、１個の青の光放出ダイオードと、少なくとも１個の赤の光放出ダイオードとを有し、前記変換手段が、青の光放出ダイオードから放出された光の一部を緑の光に変換する発光材料を含むことを特徴とする。このように、青及び赤の二色の原色光源が使用され、青の光の一部を変換することによって緑の光が得られ、三原色（赤、青及び緑）に基づいて高い演色性を有する白色光を放出する本発明の第１の概念による照明装置が得られる。好ましくは、青の光放出ダイオードの最大スペクトラル放出波長が４６０〜４９０ｎｍの波長域にあり、赤の光放出ダイオードの最大スペクトラル放出波長が６１０〜６３０ｎｍの波長域にあり、（緑の光放出）発光材料の最大スペクトラル放出波長が５１０〜５３０ｎｍの波長域にある。
本発明の第２の概念では、発光物質は、５００〜５６０ｎｍの波長域の光により励起される。この感度のために、発光材料は、特に緑の光の吸収に極めて相応しく使用することができる。この吸収された光は、発光物質によって、例えば赤の光の、更なる波長域の可視光に極めて効率的に変換される。
適当な発光材料は、ＣａＳ：Ｅｕ，Ｍｎ；ＣａＳ：Ｅｕ；ＳｒＳ：Ｅｕ；（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ；ＳｒＯ：Ｅｕ；Ｓｒ ₃ Ｂ ₂ Ｏ ₆ ：Ｅｕ；Ｓｒ ₂ Ｍｇ（ＢＯ ₃ ） ₂ ；ＣａＳ：Ｅｕ，Ｍｎ；ＣａＳ：Ｅｕ；又はＳｒＳ：Ｅｕである。前記材料は、比較的高い量子効率及び光吸収を有する。これらの材料は、更に、青の光又は緑の光が所望の赤の光に変換されたときに、比較的極めて高い等価輝度を示す。
本発明の第２の概念による照明装置の極めて優れた実施例は、少なくとも２個の光放出ダイオードが、１個の青の光放出ダイオードと、少なくとも１個の緑の光放出ダイオードとを有し、前記変換手段が、青及び／又は緑の光放出ダイオードから放出された光の一部を緑の光に変換する発光材料を含むことを特徴とする。青及び緑のＬＥＤを原色光源として用いることの重要な利点は、両方のダイオードチィップを既知のＧａＮ技術により製造できることである。赤のＧａＰダイオードチィップとは異なり、これら青及び緑のＧａＮダイオードは温度依存性がないので、これらダイオードチィップの温度依存性を補償するための比較的高価な電子回路を用いることを省略することができる。別の利点は、青及び緑のＧａＮダイオードはは同一の側に配置することができるので、これらのダイオードは容易に直列に配置することができることである。緑の光により励起され赤の光を放出する発光材料を用いることは、青の光により励起し赤の光を放出する発光材料に比べて量子欠損が小さい別の利点がある。好ましくは、青の光放出ダイオードの最大スペクトラル放出波長は４６０〜４９０ｎｍの波長域に存在し、緑の光放出ダイオードの最大スペクトラル放出波長は５１０〜５５０ｎｍの波長域に存在し、赤の光発光材料の最大スペクトラル放出波長は６１０〜６３０ｎｍの波長域に存在する。

本発明の第１及び第２の概念による照明装置の演色評価数（Ｒ_a ）は、好ましくは８０に等しいか又はそれよりも大きくする（Ｒ_a ≧８０）。少なくとも２個のＬＥＤにより形成される２個の原色光源のスペクトラル放出波長と、変換手段により変換された後別の波長域の可視光を放出する１個の二次光源のスペクトラル放出波長とを適切に組み合わせることにより、高い演色性を有する照明装置が得られる。

本発明の照明装置の特別に注目すべき点は、ＬＥＤからの光と変換手段からの光を混合するに際し、ＬＥＤ（原色光源）から発生した光の方向依存性が変換手段（二次光源）からの光の方向依存性と相違することである。一般的に、ＬＥＤは高い方向性の光を放出し、変換手段（本例の場合発光材料）はランバートの放射器による（拡散）光を放出する。

この本発明の第１の概念による４個の光放出ダイオードと変換手段との組合せを有する照明装置は、表ＩＩに列記した種々の色温度に対して２個のＬＥＤの組合せの場合よりも少なくとも１０ポイント高い（Ｒ_a ≧９０）演色評価数を有する。この照明装置は２０ｌｍ／Ｗを超える視感度効率を有する。比較として、典型的な１００Ｗの白熱電球は１４ｌｍ／Ｗの視感度効率（色温度２８００Ｋ，演色評価数１００）を有し、５００Ｗのハロゲン白熱電球は１９ｌｍ／Ｗの視感度効率（色温度３０００Ｋ，演色評価数１００）を有し、これに対して３６Ｗｋ蛍光灯は９０ｌｍ／Ｗの視感度効率（色温度４０００Ｋ，演色評価数８５）を有している。本照明装置の演色性の別の改良は、６２０〜６７０ｎｍの波長域のスペクトル最大放出を有する深い赤のＬＥＤを用いることにより達成される。

図３Ａは本発明の第１の概念による照明装置の変形例を示す。図３Ｂは図３Ａに示す実施例の側面の断面図である。照明装置１０１は、ハウジング１０２及びスクリーン１０３を具える。本例の照明装置は光が照明装置１０１から１１１方向に出射する際の開口角αを有し、この角度は調整スクリュー１１３，１１３’により変えることができる。このため、スクリーンに伸長上又は溝状の開口１１５，１１５’を有する調整プレート１１４，１１４’を設ける。図３Ａに示す実施例において、開口角αは４０°に等しい。この照明装置１０１は、多数のＬＥＤ１０６，１０６’，^....；１０７，１０７’，^....；１０８，１０８’，^....が設けるられているホルダ１０５を具える。ＬＥＤ１０６，１０６’，^....；１０７，１０７’，^....は、青のＬＥＤ１０６，１０６’，^....（スペクトラル放出４３０≦λ≦４９０ｎｍ）と赤のＬＥＤ１０７，１０７’，^....（スペクトラル放出５９０≦λ≦６３０ｎｍ）との交互集合を含み、これらＬＥＤ１０６，１０６’，^....；１０７，１０７’，^....は、これらＬＥＤから放出された光がスクリーン１０３に向けて入射するように位置する（光の方向は図３Ａの破線の水平方向の光線により線図的に図示する）。本例では、スクリーン１０３の部分１０３’は、例えばＢａＳＯ₄ のような白色顔料の層のような反射手段で覆われ又は覆われていないアルミニウムの反射器を有することができる。このスクリーン１０３には、ＬＥＤ１０６，１０６’，^....；１０７，１０７’，^....と対向する側に反射手段１０９（ＢａＳＯ₄ ）と変換手段１１０との混合体を設け、この変換手段は、好ましくは青の光（４００〜４８０ｎｍ）を緑の光（５３０〜５６５ｎｍ）に変換する性能を有する発光材料を含む。適切な発光材料の集合を表Ｉにリストする。ＬＥＤ１０６，１０６’，^....；１０７，１０７’，^....から放出されその後反射した光線の一部は図３Ａにおいて破線により示す。図３Ａ，３Ｂに示す例は、多数の別の青のＬＥＤ１０８，１０８’を含み、これらのＬＥＤは照明装置１０１から放出された光の方向１１１で極めて良好に拡散放出する。