JP2012204413A

JP2012204413A - 白色発光装置及びこれを用いた照明器具

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Publication number: JP2012204413A
Application number: JP2011065049A
Authority: JP
Inventors: Naoko Takei; 尚子竹井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2031-03-23
Also published as: JP5974394B2

Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた白色発光装置において、照射光の黄色光成分を低減し、且つ十分な光束を得ることができるものとする。
【解決手段】白色発光装置１は、ＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１の発光面側に設けられ、特定波長の透過を減少させる光学フィルタ５と、ＬＥＤ２と光学フィルタ５との間に設けられた波長変換部材６と、を備える。波長変換部材６は、ＬＥＤ２１からの光を波長６３０〜６８０ｎｍにピークを有する光に変換する第１の蛍光体６１と、波長５００〜５５０ｎｍにピーク波長を有する光に変換する第２の蛍光体６２と、を有し、第１の蛍光体６１及び第２の蛍光体６２から放射される光強度が、互いに同程度となるように構成され、光学フィルタ５は波長５６０〜６２０ｎｍの光の透過を減少させる。この構成によれば、照射光に含まれる黄色光成分が少ないので、この波長域を制限する光学フィルタを用いても、光束の減少を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の固体発光素子の光により蛍光体を励起して発光する発光装置に関する。

従来から、スーパーマーケット等に設置され、陳列棚に並べられた食肉等の照射体を照明する照明器具として、蛍光灯等の光源に、所定波長の光をカットする光学フィルタを被覆することにより、商品を鮮明に見せるために適した光を照射するものが用いられている。近年は、蛍光灯等に換えて、低電力で高輝度の発光が可能なＬＥＤを光源に用いた照明器具が普及しており、例えば、白色光を出射するＬＥＤに光学フィルタを用いて、商品を鮮明に見せるために適した光を照射できるようにした照明器具が用いられている。

白色光を出射するＬＥＤとしては、近紫外光又は紫光、若しくは青光を出射するＬＥＤと、このＬＥＤからの光の波長を変換する複数の蛍光体とを組み合わせ、これら複数の蛍光体によって波長変換された光を混色させて白色光を作り出す、いわゆる白色ＬＥＤが知られている。また、この種のＬＥＤに、所定の波長の光の透過を減少させるフィルタを備えた白色発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、食肉を照射する光のスペクトルとしては、黄色光成分の強度が相対的に低く、緑色及び赤色光成分が強調されたものが好ましい。このようなスペクトルを有する光を用いることにより、食肉がくすんで見えることなく、鮮明に演出することができる。つまり、黄色光成分の波長をカットすることができる光学フィルタをＬＥＤに被覆した発光装置を用いれば、食肉等の照射体を鮮明に演出することができる。

特開２００８−３１１５３２号公報

しかしながら、昼白色の光を出射するＬＥＤのスペクトルは、図６（ａ）に示すように、一般的に黄色光成分が最大ピーク強度であり、この波長域の光成分が多い。そのため、この波長域の光の透過を制限する光学フィルタを用いると、ＬＥＤの出射光の大部分をカットすることになり、十分な光束が得られない虞がある。また、電球色の光を出射するＬＥＤに、上述した光学フィルタを用いると、図６（ｂ）に示すように、透過光における緑色光成分と赤色光成分とのバランスが悪くなり、周囲に対して違和感のある光となる虞がある。そこで更に、赤色光成分の一部をカットし、周囲に対して違和感のない光にすることも可能であるが、その際には光束が十分に得られないことがある。

本発明は、上記問題を解決するものであり、照射光に含まれる黄色光成分を低減し、且つ十分な光束を得ることができる白色発光装置及びこれを用いた照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の発光装置は、１０〜５５０ｎｍの波長領域に含まれる光を発する固体発光素子と、前記固体発光素子の発光面側に設けられ、特定の波長の光の透過を減少させる光学フィルタと、前記固体発光素子と前記光学フィルタとの間に設けられた波長変換部材と、を備え、前記波長変換部材は、前記固体発光素子からの光によって励起され、６３０〜６８０ｎｍの波長領域内にピーク波長を有する光に変換する第１の蛍光体と、５００〜５５０ｎｍの波長領域内にピーク波長を有する光に変換する第２の蛍光体と、を有し、前記第１の蛍光体及び前記第２の蛍光体から放射される光強度が、互いに同程度となるように構成され、前記光学フィルタは、５６０〜６２０ｎｍの波長領域の光の透過を減少させることを特徴とする。

上記白色発光装置において、前記光学フィルタは、５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の透過を減少させることが好ましい。

上記白色発光装置において、前記光学フィルタの透過率は、５０％以下であることが好ましい。

上記白色発光装置は、照明器具に用いられることが好ましい。

本発明の白色発光装置によれば、固体発光素子からの光を、６３０〜６８０ｎｍ及び５００〜５５０ｎｍの波長領域内にピーク波長を有する光に変換する第１及び第２の蛍光体を用いている。従って、波長変換部材から放射される光に含まれる黄色光成分を少なくすることができ、この波長領域を含む５６０〜６２０ｎｍの波長領域の光の透過を減少させる光学フィルタを用いても、光束の減少を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る白色発光装置の側断面図。（ａ）（ｂ）同白色発光装置に用いられる光源部の例を示す側断面図。同光源部の波長変換部材に用いられる第１及び第２の蛍光体からの光の各分光スペクトルを示す図。同白色発光装置の出射光の分光スペクトルを示す図。食肉の分光反射特性図。（ａ）は昼白色光を出射するＬＥＤに黄色光成分をカットする光学フィルタを用いた場合における分光スペクトルを示す図、（ｂ）は電球色光を出射するＬＥＤに黄色光成分をカットする光学フィルタを用いた場合における分光スペクトルを示す図。

本発明の一実施形態に係る白色発光装置について、図１乃至図５を参照して説明する。本実施形態の白色発光装置１は、図１に示すように、複数の光源部２と、これら光源部２が搭載される配線基板３と、この配線基板３の周縁部に沿って設けられ、光源部２からの光を所定方向に配光する反射枠４と、を備える。また、白色発光装置１は、光源部２の光出射方向に設けられ、光源部２からの光のうち特定の波長の光の透過を減少させる光学フィルタ５を備える。この光学フィルタ５は、光源部２と一定の間隔で保持されるように、反射枠４の開口縁に固定される。

光源部２は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、固体発光素子（以下、ＬＥＤ）２１と、このＬＥＤ２１を実装する実装基板２２と、ＬＥＤ２１の光出射方向に設けられ、ＬＥＤ２１からの光の波長を変換する波長変換部材６と、を備える。光源部２は、例えば、図２（ａ）に示すように、実装基板２２が、ＬＥＤ２１を囲うように形成された枠体を備え、波長変換部材６が枠体の開口縁に配置される。また、枠体内に適宜に封止材等が充填されてもよく、この充填材に波長変換部材６とは別種の蛍光体が含有されてもよく、更に光拡散材や紫外線吸収剤等が添加されてもよい。また、光源部２は、図２（ｂ）に示すように、実装基板２２が矩形板状部材であってもよく、この場合、波長変換部材６はＬＥＤ２１の光出射面を被覆するように設けられる。また、光源部２は、例えば、図２（ａ）に示すように、実装基板２２が、ＬＥＤ２１を囲うように形成された枠体を備えており、波長変換部材６が枠体の開口縁と、ＬＥＤ２１の光出射面を被覆するように配置されたものでもよい。

ＬＥＤ２１には、１０〜５００ｎｍのいずれかの帯域の波長を含む光を発する固体発光素子（ＬＥＤチップ）が用いられる。具体的には、紫外光（ピーク波長１０〜３５０ｎｍ）、紫色光（ピーク波長３５０〜４３０ｎｍ）、青色光（ピーク波長４３０〜４７０ｎｍ）、緑色光（ピーク波長４７０〜５５０ｎｍ）を放射するＬＥＤチップが挙げられる。なお、本実施形態においては、４３０〜４７０ｎｍの青色光を放射するＬＥＤチップを用いるものとする。この波長域は、後述する蛍光体との組み合わせにより、自然な白色光を生成し易く、また、紫外光を含まないので、蛍光体やその他樹脂材料にダメージを与え難いというメリットがある。

ＬＥＤ２１は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ガラス等の透明材料（不図示）で封止されていてもよく、透明レンズ体で被覆されていてもよい。透明部材でＬＥＤ２１を覆った状態の形状は、特に限定されず、例えば、砲弾型や半円球状等として集光レンズ機能を持たせてもよい。また、バインダ中に拡散材（酸化アルミニウム、シリカ等の無機材料、フッ素系樹脂等の有機材料から成る粒子）や顔料等を適宜に分散させてもよい。なお、後述する蛍光体が分散されたバインダで成形体を形成し、この成形体によりＬＥＤ２１を覆ってもよい。また、ＬＥＤ２１は、発光部に有機材料を用いたＯＬＥＤであってもよい。

実装基板２２は、ガラスエポキシ等から形成された汎用の基板であり、その平面外形は、ＬＥＤ２１の形状に応じた形状、例えば矩形状であり、ＬＥＤ２１と電気的に接続される各種の導電パターン（不図示）が形成されている。また、実装基板２２には、スルーホール（不図示）が形成され、ＬＥＤ２１のアノード・カソード電極から取出されたリード線は、このスルーホールを挿通されて、配線基板３に形成された配線パターンに電気的に接続される。

波長変換部材６は、ＬＥＤ２１から放射された５００ｎｍ以下の光によって励起し、６３０〜６８０ｎｍの波長領域内にピーク波長を有する光に変換する第１の蛍光体６１と、５００〜５５０ｎｍの波長領域内にピーク波長を有する光に変換する第２の蛍光体６２と、を有する。これら第１の蛍光体６１及び第２の蛍光体６２は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の透明材料から成るバインダ６０中に分散されて保持されている。また、このバインダ６０には、適宜に拡散材（酸化アルミニウム、シリカ等の無機材料、フッ素系樹脂等の有機材料から成る粒子等の拡散材）や、顔料等が分散されてもよい。

図３は、第１の蛍光体６１及び第２の蛍光体６２の分光スペクトルの例を示す。本例において、第１の蛍光体６１の分光スペクトルは、６５０ｎｍ付近に極大値を有し、第２の蛍光体６２の分光スペクトルは、５３０ｎｍ付近に極大値を有する。また、第１の蛍光体６１及び第２の蛍光体６２には、各分光スペクトルにおけるピーク波長の半値幅が小さな光を放射するものが好適に用いられる。こうすれば、光源部２からの出射光において、被照射物（特に食肉）の演出性を維持しながら、自然な白色光とすることができる。

また、波長変換部材６は、これら第１の蛍光体６１及び第２の蛍光体６２から放射される光強度が、互いに同程度となるように構成される。こうすれば、白色発光装置１の照射光において、各蛍光体からの放射光がバランスよく含まれるので、より自然な白色光を得ることができる。第１の蛍光体６１及び第２の蛍光体６２には、それらの材料自体の光強度が同程度であるものが好ましい。仮に、第１の蛍光体６１自体の光強度が、第２の蛍光体６２自体の光強度よりも強い場合、バインダに分散される第１の蛍光体６１の濃度を、第２の蛍光体６２より低いようにすればよい。第２の蛍光体６２自体の光強度が強い場合も、上記と同様に、第２の蛍光体６２の濃度を低くすればよい。

配線基板３は、電気絶縁性を有し、且つ熱伝導率の高い基板であり、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の金属酸化物（セラミックスを含む）、金属窒化物、又は金属、樹脂等の材料から構成される。配線基板３の一表面には、金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）等の導電性金属から成る配線パターンが設けられ、この配線パターンが光源部２と電気的に接続される。配線パターンの一端側には、Ａｕ、半田等の金属材料から成るバンプ（不図示）を介して接合される素子端子部（不図示）が形成され、他端側に外部接続用端子部が形成される。また、配線パターンは、素子端子部及び外部接続用端子部を除き、絶縁層によって覆われている。

反射枠４は、光源部２に対向する面が反射性を有する円錐筒形状にの構造部材である。こののもとしては、例えば、ＡＢＳ樹脂やアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等のプラスチック材料を所定形状に形成し、その表面に金属反射膜又は反射性塗料等を被覆したものや、アルミニウム等の金属材料を形成したもの等が用いられる。

光学フィルタ５は、５６０〜６２０ｎｍの波長領域の光の透過を減少させるものであり、例えば、光吸収フィルタ又は光反射フィルタが用いられる。光吸収フィルタとしては、ガラスやプラスチック等の透明材料に、特定の染料や色素、顔料等の添加剤を単独又は複数種を組合せて含有した材料や、特定の波長の光のみを吸収するような金属イオンをドープした材料を、平板状に加工したもの等が挙げられる。光反射フィルタとしては、板状のガラスやプラスチック表面にコーティング膜を形成したものが挙げられ、このコーティング膜は単一の材料で形成されていてもよく、又は複数の材料で複数層形成されてもよい。

本実施形態においては、光学フィルタ５として、酸化チタン等の高屈折率材料と、酸化ケイ素等の低屈折材料とを積層させた光学多層膜が好適に用いられる。この光学多層膜は、高屈折率材料と低屈折材料とを、所定の膜厚で、且つ所定の積層数とすることにより、特定の波長の光を干渉させて、その波長の光の透過を選択的に減少させることができる。

次に、上記のように構成された白色発光装置１の動作について説明する。ＬＥＤ２１のアノード・カソード電極間に電圧が印加されると、ＬＥＤ２１は、４３０〜４７０ｎｍの青色光を放射する。波長変換部材６に含有される第１の蛍光体６１及び第２の蛍光体６２は、ＬＥＤ２１からの光によって励起し、夫々６３０〜６８０ｎｍ及び５００〜５５０ｎｍの波長領域内にピーク波長を有する光を放射する。これら４３０〜４７０ｎｍ、６３０〜６８０ｎｍ及び５００〜５５０ｎｍの各色光は、波長変換部材６に混光され、波長変換部材６の表面から白色光として出射される。この白色光は、光学フィルタ５によって、５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の透過が制限されて、光学フィルタ５の表面から出射される。

図４は、上述のようにして構成された白色発光装置１の照射光の分光スペクトルを示す。この分光スペクトルに見られる４３０〜４７０ｎｍの波長領域内のピーク波長は、ＬＥＤ２１の放射光に起因するものである。また、６３０〜６８０ｎｍ波長領域内のピーク波長は第１の蛍光体６１に、５００〜５５０ｎｍの波長領域内のピーク波長は第２の蛍光体６２に起因するものである。これら第１の蛍光体６１及び第２の蛍光体６２は、放射される光の半値幅が小さくなるものが好ましく、特に、５５０〜６３０ｎｍの波長域における光強度が小さくなるものが特に好ましい。こうすれば、黄色光成分の光強度が少なくなる一方で、赤色光成分及び緑色成分の光強度が強くなるので、被照射物である食品の赤みを強調することができる。また、本例においては、光学フィルタ５には、５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の透過を減少させるように構成されたものを用いている。

また、図５は、肉の分光反射特性の例を示す。この分光反射特性に示されるように、食肉の分光反射率のピークは、６００ｎｍより長い波長領域にあり、６００ｎｍより短い波長領域（例えば黄色光領域等）では、急激に分光反射率が低下するようになる。

すなわち、図４に示した分光スペクトルの照射光によれば、食品（特に食肉）の分光反射率が高い波長域である６３０〜６８０ｎｍを中心とする赤色光成分を取出すことにより、被照射物である食品の赤みを強調することができる。また、５８０〜６００ｎｍを中心とする黄色光成分を減少させることにより、被照射物である食品を、くすませずに見せることができ、食品を演出する効果をより向上させることができる。更に、５００〜５５０ｎｍを中心とする緑色光成分を取出すことにより、自然な白色光を実現することができる。

光学フィルタ５は、上述したように、５６０〜６２０ｎｍの波長領域の光の透過を減少させるものであればよい。ただし、光の透過を減少させる波長領域が広い場合、光源部２からの光の多くをカットしてしまい、光束を大幅に減少させる虞がある。従って、この場合は、光学フィルタ５の透過率は、５０％程度であることが好ましい。こうすれば、光束の大幅な減少を抑制し、且つ照射光の黄色光成分を減少させ、被照射物である食品をくすませずに見せる効果が得られる。

これに対して、上記図４における５８０〜６００ｎｍのように、光の透過を減少させる波長領域が狭い場合、光学フィルタ５の透過率は、５０％以上であることが好ましい。５８０〜６００ｎｍの波長領域は、くすみの原因となる黄色光成分を含んでいる。従って、この波長領域の光の透過を選択的に制限することにより、照射光における黄色光成分を集中的に抑制することができ、更に食品を演出する効果を向上させることができる。また、この分光スペクトルの照射光によれば、狭い波長領域を選択的に制限するので、光束を大幅に減少させることがなく、被照射物を高照度で照明することができる。

（実施例１）
ピーク波長が４５０ｎｍの青色光を放射するＬＥＤ２１を実装基板２２に実装した。そして、ピーク波長が６５０ｎｍであるの赤色光を放射する第１の蛍光体６１と、ピーク波長が５３０ｎｍの緑色光を放射する第２の蛍光体６２とを、シリコーン樹脂中に分散して成る波長変換部材６を、ＬＥＤ２１の表面に被覆した。更に、その出射面側に、波長５８０〜６００ｎｍの透過率が５０％である光学フィルタ５を設置して、実施例１の白色発光装置１を作製した。

（比較例１）
色温度が２７００Ｋの電球色のＬＥＤを所定の配線基板に実装し、その出射面側に波長５８０〜６００ｎｍの透過率が５０％である光学フィルタ５を設置して、比較例１の発光装置を作製した。なお、比較例１の発光装置により照射される分光スペクトルは、上述した図６（ｂ）の例に参照される。

（照射光の評価）
まず、上述のようにして作製された実施例１及び比較例１の白色発光装置の照射光における光束を、汎用される全光束測定装置を用いて測定した。また、各発光装置からの光により食品を照射した際に、好ましく見えるかどうかの評価指標として、彩度評価に適したメトリッククロマ値（Ｃ^＊ _ａｂ）で評価した。メトリッククロマ値の評価では、照射体への照明の際、その値が大きいほど、彩度が高くなり、照射体をより好ましく演出できることになる。このメトリッククロマ値は、照射光の分光分布と被照射体である食肉の分光反射率から、ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間（ＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系で表される均等色空間）の色度座標を算出し、ａ^＊、ｂ^＊の値から下式により算出する。下式におけるａ^＊、ｂ^＊は、ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間における知覚色度指数である。

［数１］
Ｃ^＊ _ａｂ＝（ａ^＊２十ｂ^＊２）^１／２

上述のようにして測定された光束及びメトリッククロマ値を下記の表１に示す。なお、光束は、比較例を１００としたときの比で示した。

実施例１及び比較例１においては、同様の光学フィルタ５が用いられ、夫々の黄色光成分が好適に制限されるので、いずれも大きなメトリッククロマ値が得られることが示された。一方、実施例１における光束は、比較例１の１．３倍であった。すなわち、波長変換部材６に、ピーク波長が６５０ｎｍであるの赤色光を放射する第１の蛍光体６１と、ピーク波長が５３０ｎｍの緑色光を放射する第２の蛍光体６２とを選択的に用いている。そのため、実施例１の光源部２からの白色光は、比較例１の電球色光に比べて、黄色光成分の光強度を小さくすることができる。従って、実施例１においては、光学フィルタ５による黄色光成分の減少量が、比較例１よるも少なくなるので、光束を減らすことなく、高いメトリッククロマ値を得ることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、波長変換部材６は、ＬＥＤ２１と光学フィルタ５との間に設けられていればよく、上述した光源部２として構成されていなくてもよい。また、ＬＥＤ２１と光学フィルタ５との間には、波長変換部材６の他に、光分散材等を含む透明部材が設けられてよい。また、波長変換部材６は、第１の蛍光体６１と第２の蛍光体６２とを別々のバインダに含有させ、それらを積層させることによって作製されてもよい。また、白色発光装置１は、第１の蛍光体６１のみを含む波長変換部材６を備えた光源部２と、第２の蛍光体６２のみを含む波長変換部材６を備えた光源部２とを、夫々複数個、配線基板３上に配置して、これら光源部２の光を混光させるものであってもよい。なお、白色発光装置１を用いた照明器具は、照射光を食品（特に食肉）へ照射するに限らず、食品以外の衣料品等の各種展示商品にも適用することができる。

１発光装置
２１ＬＥＤ（固体発光素子）
５光学フィルタ
６波長変換部材
６１第１の蛍光体
６２第２の蛍光体

Claims

１０〜５５０ｎｍの波長領域に含まれる光を発する固体発光素子と、前記固体発光素子の発光面側に設けられ、特定の波長の光の透過を減少させる光学フィルタと、前記固体発光素子と前記光学フィルタとの間に設けられた波長変換部材と、を備え、
前記波長変換部材は、前記固体発光素子からの光によって励起され、６３０〜６８０ｎｍの波長領域内にピーク波長を有する光に変換する第１の蛍光体と、５００〜５５０ｎｍの波長領域内にピーク波長を有する光に変換する第２の蛍光体と、を有し、
前記第１の蛍光体及び前記第２の蛍光体から放射される光強度が、互いに同程度となるように構成され、
前記光学フィルタは、５６０〜６２０ｎｍの波長領域の光の透過を減少させることを特徴とする白色発光装置。
前記光学フィルタは、５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の透過を減少させることを特徴とする請求項１に記載の白色発光装置。
前記光学フィルタの透過率は、５０％以下であることを特徴とする請求項２に記載の白色発光装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の白色発光装置を用いたことを特徴とする照明器具。