JP2007207955A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平均演色評価数を向上させることが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１は、発光ダイオード３１と、蛍光体シート５とを備えている。蛍光体シート５は、透明樹脂５１、及び透明樹脂５１に含有され、発光ダイオード３１から発せられる光により励起されて可視光を発する蛍光体５２から構成されている。蛍光体シート５から出射される光における波長５５０ｎｍの発光強度に対する波長５００ｎｍの発光強度の割合は０．４以上となっている。
【選択図】図５

Description

本発明は、発光素子を備えた照明装置に関する。

発光ダイオードは、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末等のバックライト、屋内外広告等、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。さらに、発光ダイオードは長寿命で信頼性が高く、また低消費電力、耐衝撃性、高純度表示色、軽薄短小化の実現等の特徴を有することから、産業用のみならず一般照明用途への適用も試みられている。このような発光ダイオードを種々の用途に適用する場合、白色光を得ることが重要となる。

発光ダイオードで白色光を実現する代表的な方式としては、（１）赤、緑および青の各色を発する３つの発光ダイオードチップを使用する方式、（２）青色光を発する発光ダイオードチップと黄色ないし赤色光を発する蛍光体とを組み合わせる方式、（３）紫外線を発する発光ダイオードチップと赤色、緑色および青色の三色混合蛍光体とを組み合わせる方式の３つが挙げられる（例えば特許文献１，２参照）。

このような発光ダイオードの構造としては、表面実装型（ＳＭＤ）や砲弾型のようなカップ形状の中に発光ダイオードチップを配置し、所望の色を発する蛍光体を混合した透明樹脂を流し込み、これを固化させて蛍光体を含有する蛍光体層を形成した構造が一般的であるが、色ムラやカップ間の色差を低減させるために蛍光体層の代わりに蛍光体を含有した蛍光体シートを配置することがある。

ところで、発光ダイオードを使用したスポットライトなどの舞台用照明装置においては、平均演色評価数（Ｒａ）を向上させるために、白色光を発する発光ダイオードの中に、シアン色光、オレンジ色光、赤色光を発する発光ダイオードをそれぞれ混在させ、レンズで集光して混色している。Ｒａは、基準光源である白色光源による色彩を忠実に再現しているかを指数で表したもので、原則として数値が高いほど演色性がよい。

しかしながら、この場合においては、レンズで完全に集光しきれず、スクリーン上において色ムラが発生してしまう。また、光色が異なる種々の発光ダイオードを使用するため、回路が複雑となる。

これらの問題を解決するための手法として、光路に上記したような蛍光体シートを配置することが提案されている。具体的には、例えば、発光ダイオードとして青色光を発するものを用いる場合には、黄色発光蛍光体を含有した蛍光体シートを光路に配置し、発光ダイオードから発せられた青色光と黄色発光蛍光体から発せられた黄色光とを混色させることにより、白色光を実現している。

しかしながら、この場合においては、スクリーン上におけるＲａが要求されるレベルに達していない。例えば、スポットライト等の舞台用照明装置では、色温度が５０００Ｋで９０以上のＲａが要求されている。このため、蛍光体シートを配置させる場合において、Ｒａを向上させるための対策が必要となっている。
特開２００４−１７９６４４号公報 特開２００５−９３８９８６号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、平均演色評価数を向上させることが可能な照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、発光素子と；透明樹脂、及び前記透明樹脂に含有され、前記発光素子から発せられる光により励起されて可視光を発する蛍光体から構成された蛍光体シートと；を具備し、前記蛍光体シートから出射される光における波長５５０ｎｍの発光強度に対する波長５００ｎｍの発光強度の割合が０．４以上であることを特徴とする照明装置である。当該割合を０．４以上にすることにより、波長５００ｎｍ付近の発光強度の低下を抑制することができる。

請求項２記載の発明は、前記蛍光体が、波長４９０〜５１０ｎｍに１以上の発光ピークを有する蛍光体を含んでいることを特徴とする請求項１記載の照明装置である。当該１以上の発光ピークを有することにより、波長５００ｎｍ付近の発光強度の低下を抑制することができる。

請求項１記載の発明によれば、蛍光体シートから出射される光における波長５５０ｎｍの発光強度に対する波長５００ｎｍの発光強度の割合が０．４以上となっているので、波長５００ｎｍ付近の発光強度の落ち込みが緩和されている。これにより、平均演色評価数（Ｒａ）を向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、波長４９０〜５１０ｎｍに１以上の発光ピークを有する蛍光体を含んでいるので、波長５００ｎｍ付近の発光強度の落ち込みを充分に緩和することができる。

以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る照明装置の模式的な概略構成図であり、図２は本実施の形態に係る照明装置の模式的な正面図である。図３は本実施の形態に係る蛍光体シートの模式的な縦断面図である。

図１〜図３に示される照明装置１は、舞台照明やスポットライト等に好適な照明装置であり、器具本体２を備えている。器具本体２は例えば金属製の角筒状箱体で形成されており、器具本体２の内部には発光部３、アパーチャ部４、光変換部としての蛍光体シート５、および光制御部としての投射レンズ６を収容している。

発光部３は、青色光を放射する複数の発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）３１を有し、これらの発光ダイオード３１から放射された青色光が所定の方向に照射するように配列されている。なお、発光ダイオード３１は、青色光を放射するものに限らず、他の光色を放射するものであってもよい。発光ダイオード３１としては、表面実装型（ＳＭＤ）や砲弾型のもの、或いは光出力が相対的に大きい高出力パワー発光ダイオードを使用することができる。

また、各発光ダイオード３１には、その青色光照射方向に拡散シート３２を配置してもよい。これにより、発光ダイオード３１からの青色光を均等にアパーチャ部４の方向を照射することができる。ただし、拡散シート３２を配設すると、スクリーン上の色ムラは解消されるが、発光ダイオード３１からの光束が低下するので、高出力型パワー発光ダイオードと組み合わせて使用することが好ましい。

アパーチャ部４は、発光ダイオード３１の青色光が照射する所定の方向に設けた隔壁４１に、アパーチャ４２を形成している。複数の発光ダイオード３１は、アパーチャ４２が位置する領域で照射された青色光が混光されるようにアパーチャ４２の中心に向けて光を照射するように配列されている。

アパーチャ部４は、発光部３に設けた複数個の発光ダイオード３１の青色光のうち、アパーチャ４２の領域外にある均質でない光を遮断し、アパーチャ４２を介して、例えば、投射レンズ６に向けて発光ダイオード３１の光を放射させる。なお、アパーチャ４２の開口面積を可変に構成して、上記均質でない光を擬似光源とみなすこともできる。

このように、発光部３に設けた複数個の発光ダイオード３１の青色光ビームが集光する所定の位置に、アパーチャ４２が位置するようにアパーチャ部４を設けているため、このアパーチャ４２を擬似光源とみなすことができる。

蛍光体シート５は、図３に示されるように透明樹脂５１に蛍光体５２を含有させたものである。透明樹脂５１としては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。

蛍光体５２は、発光ダイオード３１から所望の光量を得る上で、透明樹脂５１に対して５〜４０質量％、好ましくは１０〜３０質量％含有していることが好ましい。蛍光体５２は、主として緑色発光蛍光体と、黄色発光蛍光体とから構成されている。なお、蛍光体５２は、緑色発光蛍光体を含有していれば、黄色発光蛍光体を含有していなくともよい。

緑色発光蛍光体は発光ダイオード３１から発せられた青色光により励起されて緑色光を発するものである。具体的には、例えば、緑色発光蛍光体は、波長４９０〜５１０ｎｍに１以上の発光ピークを有しているものが使用できる。なお、緑色発光蛍光体は、波長５００〜５５０ｎｍに連続スペクトルを有するものであってもよい。

緑色発光蛍光体としては、例えば、（ＡＥ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｎ，Ｏ）_１６：Ｅｕ蛍光体等のサイアロン蛍光体、ＹＡＧ蛍光体、（Ｃａ_ｘ，Ｃｅ_ｙ）Ｓｃ_ｚ（Ｓｉ_ｎＧｅ_ｍ）Ｏ_１２蛍光体（ただし３≧ｘ，ｙ，ｚ，ｎ，ｍ≧０）、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ_ｘＣｅ_ｙ蛍光体（ただし１≧ｘ，ｙ≧０、１≧ｘｙ≧０）等の珪酸塩蛍光体が用いられる。緑色発光蛍光体として（Ｃａ_ｘ，Ｃｅ_ｙ）Ｓｃ_ｚ（Ｓｉ_ｎＧｅ_ｍ）Ｏ_１２蛍光体を使用した場合には、例えば、蛍光体５２全体に対して１０〜４０質量％含有されていることが好ましい。

黄色発光蛍光体は発光ダイオード３１から発せられた青色光により励起されて黄色光を発するものである。具体的には、例えば、黄色発光蛍光体としては、波長５３０〜５８０ｎｍに１以上の発光ピークを有しているものが使用できる。

黄色発光蛍光体としては、例えばＲＥ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥはＹ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。）等のＹＡＧ蛍光体、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等のアルカリ土類元素である。）等の珪酸塩蛍光体、ｎ−ＵＶＬＥＤＢＧＲ、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体等が用いられる。

また、演色性の向上を図るために、緑色発光蛍光体及び黄色発光蛍光体の他に赤色発光蛍光体を含有させてもよいが、赤色発光蛍光体を含有させると、効率等の低下を引き起こすおそれがあるため、赤色発光蛍光体を含有させる場合には、蛍光体５２全体に対する赤色発光蛍光体の割合が１．５質量％以下とすることが好ましい。

投射レンズ６は、蛍光体シート５からの白色光を例えばスクリーン等の被照射面を照射する面積等を制御する。なお、投射レンズ６は球面レンズや平坦状レンズで構成することができる。本実施の形態では、１個のフレネルレンズを用いた場合を示している。

器具本体２には、投射レンズ６とアパーチャ４２、又は発光部３との距離を相対的に可変する移動機構（図示せず）が設けられている。この移動機構は、光源フォーカスハンドル７とレンズフォーカスハンドル８とを含み、これらハンドル７，８を操作し、発光部３と投射レンズ６との離間間隔を相対的に変動させることにより、スクリーン等の被照射面での被照射面積を変化させ、また光量が変化するように構成されている。

投射レンズ６側の器具本体２の前面には、その四辺に、複数枚のバンドア９が設けられており、これらバンドア９の開閉角を適宜調節することにより、投射レンズ６からの光の照射範囲を所望範囲に遮光し、調節することができる。

器具本体２の下部には点灯装置収納部１０が配置されており、点灯装置収納部１０には発光ダイオード３１に所望の点灯電力を供給する点灯装置１１が収納されている。この点灯装置１１は、供給される商用電源を発光ダイオードに適合した低ワット（Ｗ）の直流に変換し、また、外部から出力されたＤＭＸ信号等の調光信号に応じて、発光ダイオード３１から放射される青色光の強度を調節して白色光を得ることができるように構成されている。

以下、照明装置１の動作状態について説明する。図４は本実施の形態に係る照明装置の動作状態を示す模式図である。図４に示されるように、発光ダイオード３１を点灯させると、発光ダイオード３１から発せられた青色光が蛍光体シート５に照射される。蛍光体シート５では、発光ダイオード３１から発せられた青色光により緑色発光蛍光体と黄色発光蛍光体が励起され、緑色光及び黄色光が発せられる。なお、蛍光体シート５を透過する青色光も存在するので、蛍光体シート５から出射される光は、青色光、緑色光、及び黄色光が交じり合った光（混色光）となる。

そして、この混色光は、投射レンズ６を介して、スクリーン等の被照射面Ｓに照射される。照射面Ｓ上においては、例えば、後述する図５及び図６に示される分光分布を有する。即ち、被照射面Ｓ上における波長５５０ｎｍの発光強度に対する波長５００ｎｍの発光強度の割合は、０．４以上となっている。このような分光分布は、蛍光体シート５に緑色発光蛍光体を所定量含有させることにより得ることができる。また、また、波長４６０ｎｍの発光強度に対する波長５５０ｎｍの発光強度の割合が１以上となっている。このような分光分布は、蛍光体シート５に黄色発光蛍光体を所定量含有させることで得ることができる。

太陽光、白熱灯の発光スペクトルと、蛍光体シートから出射された光の発光スペクトルとを比較した場合、波長５００ｎｍ付近の発光強度が大きく異なっている。即ち、太陽光、白熱灯の発光スペクトルにおいては、波長５００ｎｍ付近の発光強度はほぼ落ち込んでいないのに対し、黄色発光蛍光体を含有した蛍光体シートの発光スペクトルにおいては、波長５００ｎｍ付近の発光強度が急激に落ち込んでいる。従って、波長５００ｎｍ付近の発光強度を向上させることができれば、Ｒａを向上させることができる。本実施の形態では、蛍光体シート５に緑色発光蛍光体を含有させているので、波長５００ｎｍ付近の発光強度の落ち込みを緩和することができる。それ故、Ｒａを向上させることができる。

なお、Ｒａを向上させること手法として、黄色発光蛍光体の他に赤色発光蛍光体のみを加えて、Ｒａ９（赤成分）を上げることも考えられるが、赤色発光蛍光体を加えると、赤色発光蛍光体はそれ自体の効率が劣り、また赤色発光蛍光体が窒化物等から構成されている場合には、励起光としての青色光のみではなく、黄色光を吸収してしまうことから効率が低下してしまう。また、赤色発光蛍光体を加えると、色温度の低下及び明るさの低下が生じてしまう。

本実施の形態では、緑色発光蛍光体を使用して、Ｒａを向上させることができるので、赤色発光蛍光体の含有量を減らすことができる。これにより、効率の低下を抑制することができる。さらに、色温度の低下及び明るさの低下を抑制することができる。

（実施例１及び比較例１）
以下、実施例１及び比較例１について説明する。実施例１及び比較例１においては、異なる蛍光体シートをそれぞれ作製して、色温度、Ｒａ、及び効率を調べた。

実施例１で使用した蛍光体シートは、シリコーン樹脂に波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍに連続スペクトルを有する緑色発光蛍光体を２５．０質量％含有させ、かつ波長６２０ｎｍに発光ピークを有する赤色発光蛍光体を３．３質量％含有させたものであった。蛍光体シートの厚さは、０，４ｍｍであった。なお、本実施例の蛍光体シートは、型法によって形成されたが、ドクターブレード法によって形成してもよい。

比較例１で使用した蛍光体シートは、シリコーン樹脂に波長５５０ｎｍのみに発光ピークを黄色発光蛍光体を２５．０質量％含有させ、かつ波長６２０ｎｍに発光ピークを有する赤色発光蛍光体を３．３質量％含有させたものであった。その他、蛍光体シートの厚さや製造方法等は、実施例１と同様であった。

このような実施例１及び比較例１の蛍光体シートをそれぞれ、青色光を発する発光ダイオードとスクリーンとの間に配置し、発光ダイオードからスクリーンに向けて光を照射した。そして、そのときのスクリーン上の色温度、Ｒａ、及び効率を調べた。

以下、結果について述べる。図５は実施例１及び比較例１に係るスクリーン上における分光分布図である。

表１に示されるように、比較例１より実施例１の方がＲａが高かった。また、実施例１と比較例１の効率はほぼ同じであった。この結果から、緑色発光蛍光体を使用することにより、Ｒａが向上することが確認された。なお、図５に示されるように比較例１では波長５００ｎｍ付近に急激な落ち込みがあるのに対し、実施例１ではこの落ち込みがほぼ無くなっていた。

（実施例２及び比較例２）
以下、実施例２及び比較例２について説明する。実施例２及び比較例２においても、異なる蛍光体シートをそれぞれ作製して、Ｒａ及び効率を調べた。

実施例２で使用した蛍光体シートは、シリコーン樹脂に波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍに連続スペクトルを有する緑色発光蛍光体を２５．０質量％含有させ、かつ波長６２０ｎｍに発光ピークを有する赤色発光蛍光体を２．５質量％含有させたものであった。蛍光体シートの厚さは、０，４ｍｍであった。ここで、実施例２の蛍光体シートは、Ｒａが９０以上かつ色温度が４０００Ｋになるように調整された。その他、蛍光体シートの厚さや製造方法等は、実施例１と同様であった。

比較例２で使用した蛍光体シートは、Ｒａが９０以上かつ色温度が４０００Ｋになるように調整された以外は、比較例１と同様であった。

このような実施例２及び比較例２の蛍光体シートをそれぞれ、青色光を発する発光ダイオードとスクリーンとの間に配置し、発光ダイオードからスクリーンに向けて光を照射した。そして、そのときのスクリーン上のＲａ及び効率を調べた。

以下、結果について述べる。図６は実施例２及び比較例２に係るスクリーン上における分光分布図である。

表２に示されるように、比較例２より実施例２の方がＲａ及び効率が高かった。実施例２における効率が高くなった理由としては、緑色発光蛍光体を使用することにより、赤色発光蛍光体の配合比を減らすことができたからである。この結果から、緑色発光蛍光体を使用することにより、Ｒａが向上し、かつ赤色発光蛍光体の配合比を減らすことにより、効率が向上することが確認された。なお、実施例２及び比較例２ともに、Ｒａが９０以上かつ色温度が４０００Ｋになるように調整したが、比較例２のＲａは９０に到達していなかった。

（実施例３及び比較例３）
以下、実施例２及び比較例２について説明する。実施例２及び比較例２においても、異なる蛍光体シートをそれぞれ作製して、Ｒａ及び効率を調べた。

実施例２で使用した蛍光体シートは、シリコーン樹脂に波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍに連続スペクトルを有する緑色発光蛍光体を２２．０質量％含有させ、かつ波長６２０ｎｍに発光ピークを有する赤色発光蛍光体を１．５質量％含有させたものであった。蛍光体シートの厚さは、０，４ｍｍであった。ここで、実施例３の蛍光体シートは、Ｒａが９０以上かつ色温度が５０００Ｋになるように調整された。その他、蛍光体シートの厚さや製造方法等は、実施例１と同様であった。

比較例３で使用した蛍光体シートは、シリコーン樹脂に波長５５０ｎｍのみに発光ピークを黄色発光蛍光体を２２．０質量％含有させ、かつ波長６２０ｎｍに発光ピークを有する赤色発光蛍光体を２．８質量％含有させたものであった。ここで、比較例３の蛍光体シートは、Ｒａが９０以上かつ色温度が５０００Ｋになるように調整された。その他、蛍光体シートの厚さや製造方法等は、比較例１と同様であった。

このような実施例３及び比較例３の蛍光体シートをそれぞれ、青色光を発する発光ダイオードとスクリーンとの間に配置し、発光ダイオードからスクリーンに向けて光を照射した。そして、そのときのスクリーン上のＲａ及び効率を調べた。

以下、結果について述べる。

表３に示されるように、比較例３より実施例３の方がＲａ及び効率が高かった。実施例３における効率が高くなった理由としては、緑色発光蛍光体を使用することにより、赤色発光蛍光体の配合比を減らすことができたからである。この結果から、緑色発光蛍光体を使用することにより、Ｒａが向上し、かつ赤色発光蛍光体の配合比を減らすことにより、効率が向上することが確認された。なお、実施例３及び比較例３ともに、Ｒａが９０以上かつ色温度が５０００Ｋになるように調整されたが、比較例３のＲａは９０に到達していなかった。

この他にも、波長５００ｎｍに発光ピークを有する緑色発光蛍光体と波長５５０ｎｍに発光ピークを有する黄色発光蛍光体とを含有した蛍光体シートについても同様の実験を行ったが、この場合にも、上記実施例１〜３と同様の効果が得られた。

本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施の形態に係る照明装置の模式的な概略構成図である。 実施の形態に係る照明装置の模式的な正面図である。 実施の形態に係る光変換部の模式的な縦断面図である。 実施の形態に係る照明装置の動作状態を示す模式図である。 実施例１及び比較例１に係るスクリーン上における分光分布図である。 実施例２及び比較例２に係るスクリーン上における分光分布図である。

符号の説明

１…照明装置、５…蛍光体シート、３１…発光ダイオード、５１…透明樹脂、５２…蛍光体。

Claims (2)

1. 発光素子と；
   透明樹脂、及び前記透明樹脂に含有され、前記発光素子から発せられる光により励起されて可視光を発する蛍光体から構成された蛍光体シートと；
   を具備し、前記蛍光体シートから出射される光における波長５５０ｎｍの発光強度に対する波長５００ｎｍの発光強度の割合が０．４以上であることを特徴とする照明装置。
2. 前記蛍光体は、波長４９０〜５１０ｎｍに１以上の発光ピークを有する蛍光体を含んでいることを特徴とする請求項１記載の照明装置。

Images