JP2013191385A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】実施形態は、短波長の光の強度を制御した照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る照明装置は、ピーク波長が４３０ナノメートル以上、４６０ナノメートル未満である青色光を放射する発光部と、前記発光部の放射光により励起されて青色とは異なる色の光を放出する蛍光体と、を備える。そして、前記発光部の前記放射光と、前記蛍光体から放射される光と、を含む放射スペクトルにおいて、光波長４３０ナノメートルから４９０ナノメートルの範囲における強度のピークが、波長４７０ナノメートルから４９０ナノメートルの範囲にある。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。
青色発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）に代表される半導体光源を用いた照明装置が普及しつつある。なかでも、青色ＬＥＤの青色光と、その青色光により励起されて蛍光体から放射される光と、の合成光を放出する白色光源は、小型化が容易であり回路構成を簡略化できるため広い用途に使用できる。
特開平１０−２４２５１３号公報
しかしながら、蛍光体を励起する青色光の波長は、人の視感度が低下する短波長領域にある。このため、色温度の高い照明では、視感度に寄与しない青色光が増え発光効率を低下させる。また、青色光は、短波長になるほど被照射物に対して変色等の影響を及ぼす可能性がある。
実施形態は、短波長の光の強度を制御した照明装置を提供する。
実施形態に係る照明装置は、ピーク波長が４３０ナノメートル以上、４６０ナノメートル未満である青色光を放射する発光部と、前記発光部から放出される放射光により励起されて青色とは異なる色の光を放出する蛍光体と、を備える。そして、前記発光部の前記放射光と、前記蛍光体から放射される光と、を含む放射スペクトルにおいて、光波長４３０ナノメートルから４９０ナノメートルの範囲における強度のピークが、波長４７０ナノメートルから４９０ナノメートルの範囲にある。
実施形態は、短波長の領域における光の強度を制御した照明装置を実現する。
第１実施形態に係る照明装置を表す模式断面図である。 第１実施形態に係る照明装置の放射スペクトルを表すグラフである。 第１実施形態の変形例に係る発光部を表す模式断面図である。 第１実施形態の変形例に係る照明装置を表す模式断面図である。 第２実施形態に係る発光部を表す模式断面図である。 第３実施形態に係る発光部を表す模式断面図である。 第３実施形態に係る発光部の放射スペクトルを表すグラフである。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係る照明装置１００を表す模式断面図である。同図に示すように、照明装置１００は、例えば、電球形ランプであり、発光部１１０と、筐体１０１と、発光部１１０を覆うカバー１０３と、を備える。
筐体１０１の内部には、発光部１１０に電力を供給する電力変換部１０５が設けられ、発光部１１０および口金１０７にリード線を介して電気的に接続される。また、電力変換部１０５は、筐体１０１の内部に設けられた絶縁ケース１０９に収容される。
電力変換部１０５は、図示しない商用電源から口金１０７を介して交流電力の供給を受け、例えば、直流電力に変換して発光部１１０に供給する。
図１（ｂ）に示すように、発光部１１０は、ベース１０の上に実装された第１の半導体光源２０と、第２の半導体光源３０と、を含む。
ベース１０は、例えば、金属プレートであり、その上面に絶縁層３を被覆する。絶縁層３は、例えば、酸化チタンを含む白色樹脂であり、第１の半導体光源２０の放射光、および、第２の半導体光源３０の放射光を上方に反射する。
絶縁層３の上には、正電極５および負電極７が設けられる。正電極５および負電極７は、例えば、銅箔であり、その表面に銀メッキが施される。これにより、第１の半導体光源２０の放射光、および、第２の半導体光源３０の放射光を上方に反射する。
第１の半導体光源２０および第２の半導体光源３０は、例えば、サファイア基板の上に形成されたＧａＮ系窒化物半導体を材料とする青色ＬＥＤチップであり、透明接着剤を用いて負電極７の上にマウントされる。そして、第１の半導体光源２０および第２の半導体光源３０は、その上面に図示しないｐ電極およびｎ電極を有し、ｐ電極は、それぞれ金属ワイヤ１５を介して正電極５と電気的に接続される。また、ｎ電極は、それぞれ、金属ワイヤ１３を介して負電極７に電気的に接続される。
第１の半導体光源２０および第２の半導体光源３０は、正電極５および負電極７を介して、電力変換部から直流電力の供給を受け、それぞれ青の波長領域の光を放射する。青の波長領域は、一義的に決められるものではないが、ここでは、４３０ナノメートル（ｎｍ）以上、４９０ｎｍ未満の波長領域とする。第２の半導体光源３０は、青の波長領域において第１の半導体光源よりも長波長の光を放射する。
さらに、照明装置１００は、第１の半導体光源２０の放射光により励起され、青の波長領域よりも長波長の光を放射する蛍光体を備える。具体的には、例えば、図１に示すように、蛍光体を分散した透明樹脂２３（第１の樹脂）により、第１の半導体光源２０を封止する。蛍光体には、例えば、ＹＡＧ蛍光体（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）を用いることができる。これにより、透明樹脂２３に含まれる蛍光体は、第１の半導体光源２０が放射する光により励起され、波長が４９０ｎｍよりも長い光を放射する。
一方、第２の半導体光源３０は、例えば、シリカなどの散乱材を分散した透明樹脂２７（第２の樹脂）により封じられる。透明樹脂２３および２７には、例えば、シリコーンを用いることができる。そして、ディスペンサなどを用いて均等な量の透明樹脂２３および２７を供給する。これにより、第１の半導体光源２０を封じる透明樹脂２３と、第２の半導体光源３０を封じる透明樹脂２７と、を同じ形状に形成ことがでる。そして、第１の半導体光源２０の放射光、および、第２の半導体光源３０の放射光のそれぞれの配光を一致させることができる。
ここで、配光が一致するとは、厳密な意味での一致だけでなく、概ね一致する場合も含む。例えば、ベース１０の上に第１の半導体光源２０と、第２の半導体光源３０と、を近接して配置することにより、それぞれの配光を概ね一致させることができる。さらに、第１の半導体光源２０と、第２の半導体光源３０と、を透明樹脂２３および２７に封じることにより、それぞれの配光をより近づけることができる。
このように第１の半導体光源２０の配光を、第２の半導体光源３０の配光に一致させることにより、放射スペクトルが均一となり放射光の色ズレを抑制することができる。
上記の通り、照明装置１００は、第１の半導体光源２０の放射光と、第２の半導体光源３０の放射光と、蛍光体の放射光と、を合成した白色光を放射する。図２は、照明装置１００の放射スペクトルの一例を表すグラフである。縦軸は、光の強度を示し、横軸は、光波長を示している。
図２に示す例では、照明装置１００は、その放射スペクトルに３つのピークＡ、ＢおよびＣを有する。ピークＡは、第１の半導体光源２０のピーク波長に対応し、光波長４５０ｎｍ近傍に生じる。一方、ピークＢは、第２の半導体光源３０のピーク波長に対応し、光波長４８０ｎｍ近傍に生じる。ピークＣは、ＹＡＧ蛍光体の放射スペクトルのピークであり、光波長５５０ｎｍ近傍の黄色の波長領域に生じる。すなわち、照明装置１００は、第１の半導体光源２０および第２の半導体光源３０の青色光と、蛍光体の黄色光を合成した白色光を放射する。
例えば、ＹＡＧ等の蛍光体の励起効率は、光波長４５０ｎｍ以下の短波長において高く、光波長４６０ｎｍ以上では大幅に低下する。このため、蛍光体を励起する第１の半導体光源２０の放射光のピーク波長は、４３０ｎｍ以上、４６０ｎｍ未満であることが好ましい。
一方、人の視感度は光波長５５０ｎｍ近傍にピークを有し、短波長になるほど低下する。例えば、光波長４６０ｎｍよりも短波長側の視感度は、光波長４９０ｎｍの視感度の半分以下である。このため、第１の半導体光源２０の放射光の演色性への寄与を大きくすると、発光効率が低下する。
なお、本明細書における発光効率とは、視感度を乗じた変換効率であり、視感度の低い波長帯域の放射光の割合が増えると発光効率は低下する。
例えば、ＹＡＧ蛍光体から放射される光の強度が同じであるとすれば、波長４８０ｎｍの青色光と、蛍光体の放射光とを含む光の演色特性を、波長４５０ｎｍの青色光と、蛍光体の放射光とを用いて再現する場合、波長４５０ｎｍの青色光の強度は、波長４８０ｎｍの青色光の強度の２倍以上になる。すなわち、半導体光源の発光効率が同じであるとすれば、波長４５０ｎｍの半導体光源の消費電力のうちの演色に寄与する電力は、波長４８０ｎｍの半導体光源の消費電力の２倍以上になる。
そこで、図２に示すように、第１の半導体光源２０よりも視感度が高い第２の半導体光源の光強度を高くし、演色性に寄与させることが望ましい。そして、第２の半導体光源３０の放射光のピーク波長は、４７０ｎｍ以上、４９０ｎｍ未満であることが望ましい。また、第１の半導体光源２０の放射光の大半を蛍光体の励起に使用し、ピークＡを生じさせない放射スペクトルであっても良い。
実施形態に係る照明装置１００は、半導体発光源２０および３０を含む発光部１１０と、透明樹脂２３に分散された蛍光体と、を備える。蛍光体は、発光部１１０から放出される放射光のうちの最もピーク波長が短い光を受けて光を放射する。
そして、発光部１１０の放射光と、蛍光体の放射する光と、を含む放射スペクトルにおいて、好ましくは、光波長４３０ｎｍから４９０ｎｍの範囲における強度のピークが、波長４７０ｎｍから４９０ｎｍの範囲にある。これは、例えば、図２に示す放射スペクトルのピークＢが、波長４７０ｎｍから４９０ｎｍの範囲にあることに限る訳ではなく、放射強度の最大値が波長４７０ｎｍから４９０ｎｍの範囲にあっても良い。
また、上記の実施形態では、蛍光体を含む透明樹脂２３により第１の半導体光源２０を封じる例を示したが、これに限られる訳ではない。例えば、発光部１１０とは、別に蛍光体を配置しても良い。
本実施形態では、照明装置１００の演色性を低下させることなく、発光効率を向上させることができる。また、このような放射スペクトルは、青色光の寄与が大きい色温度の高い照明において有効であり、例えば、３５００Ｋ（ケルビン）以上、７０００Ｋ以下であることが好ましい。
さらに、本実施形態は、被照射物に与えるダメージを抑制する。すなわち、光波長が短くなるほど光エネルギーが高くなり、被照射物に変色等のダメージを与えることがある。上記の通り、照明装置１００では、第１の半導体光源２０から直接放射される短波長光の強度を制御する。これにより、被照射物へのダメージを低減できるため、例えば、美術品などのスポット照明にも使用することができる。
次に、本実施形態の変形例に係る照明装置を説明する。図３（ａ）は、第１の変形例に係る発光部１２０を表す模式断面図である。図３（ｂ）は、第２の変形例に係る発光部１３０を表す模式断面図である。
図３（ａ）に示す発光部１２０では、第１の半導体光源２０は、蛍光体を含む透明樹脂２３により封じられている。一方、第２の半導体光源３０は、樹脂封止されず、直に光を放射する。これにより、製造過程を簡略化でき、製造コストを低減することが可能である。
図３（ｂ）に示す発光部１３０では、第１の半導体光源２０および第２の半導体光源３０の両方が、一体の透明樹脂３３により封じられている。透明樹脂３３は、例えば、シリコーンであり、蛍光体を含む。そして、第１の半導体光源２０の放射光による蛍光体の励起効率は、第２の半導体光源３０の放射光による蛍光体の励起効率よりも高い。 例えば、第１の半導体光源２０の放射光のピーク波長が４３０ｎｍ以上、４６０ｎｍ未満であれば、透明樹脂３３に分散された蛍光体を励起し、波長４９０ｎｍ以上の蛍光を放射させる。一方、第２の半導体光源３０の放射光のピーク波長が４７０ｎｍ以上、４９０ｎｍ以下であれば、透明樹脂３３に分散された蛍光体に吸収されることなく、上方に放射される。
これにより、第１の半導体光源２０と、第２の半導体光源３０と、をより近接して配置することが可能となる。すなわち、照明装置３００は、小型化が容易である。さらに、透明樹脂３３に含まれる蛍光体の量を増やすことが可能であり、第１の半導体光源の放射光の吸収を大きくすることができる。これにより、第１の半導体光源から放射される短波長光を低減することができる。
上記の実施形態に示すように、照明装置１００〜３００では、蛍光体を励起するための第１の半導体光源２０と、演色性に寄与させる第２の半導体光源３０と、を備える。これにより、発光効率を向上させ、被照明物のダメージを抑制することができる。また、第１の半導体光源は、蛍光体を励起するだけでその役割を果たすと言える。すなわち、第１の半導体光源から放射される青色光のすべてが、蛍光体に吸収されても良い。
図４は、第１実施形態の係る照明装置１００の変形例を表す模式断面図である。照明装置１００は、例えば、第１の半導体光源２０が放射する波長４６０ｎｍよりも短波長の放射光を減衰させるフィルタ５０を備える。
図４に示すように、フィルタ５０は、第１の半導体光源が放射する短波長の青色光λ１を遮断し、透明樹脂２３に分散された蛍光体から放射される長波長光λ２、および、第２の半導体光源３０が放射する青色光λ３を透過する。これにより、短波長の青色光を抑制し、被照射物のダメージをさらに低減することができる。
フィルタ５０には、例えば、波長４６０ｎｍ未満の光を吸収する材料を用いても良く、また、波長４６０ｎｍ未満の光を反射する材料を用いても良い。そして、フィルタ５０は、発光部１１０の出射方向に交差する方向に延在するように配置される。例えば、発光部１１０を覆うカバー１０３にコートしても良い。
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る発光部１４０を表す模式断面図である。発光部１４０は、第１の半導体光源２０と、第２の半導体光源３０と、第３の半導体光源４０と、を含む。
第１の半導体光源２０は、青の波長領域の光を放射し、第２の半導体光源３０は、青の波長領域において第１の半導体光源２０よりも長波長の光を放射する。第３の半導体光源４０は、赤の波長領域の光を放射する。
赤の波長領域は、光波長６００ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の波長範囲である。第３の半導体光源４０の発光スペクトルは、光波長６００ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する。
各半導体光源は、例えば、ベース１０の上に実装される。図５に示すように、第１の半導体光源２０は、蛍光体を含む透明樹脂２３により封じられる。本実施形態に係る蛍光体の放射スペクトルは、例えば、波長４９０ｎｍ以上、６００ｎｍ未満の波長範囲にピークを有する。具体的には、例えば、緑の蛍光を発するサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）系蛍光体を用いることができる。
第２の半導体光源３０および第３の半導体光源４０は、シリカ等の散乱材を含む透明樹脂２７によりそれぞれ封止される。また、図３（ａ）に示すように、樹脂封止されない形態であっても良い。
第１の半導体光源２０、第２の半導体光源３０および第３の半導体光源４０を、ベース１０の上面に実装することによりそれぞれの配光を概ね一致させることができる。そして、各半導体光源を同じ形状の透明樹脂２３および２７で封じることにより、それぞれの配光をさらに近づけることができる。
発光部１４０は、第２の半導体光源３０の青色光と、第３の半導体光源４０の赤色光と、蛍光体の緑色光と、を合成した白色光を放射する。さらに、第１の半導体光源２０の発光強度を制御することにより、蛍光体の放射光の強度を制御し、第２の半導体光源３０および第３の半導体光源４０のそれぞれの発光強度を制御することにより、青色光および赤色光の強度を制御することができる。これにより、発光部１４０では、放射光の色度を任意に制御することができる。
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係る発光部１５０を表す模式断面図である。発光部１５０は、ベース１０の上に実装された第１の半導体光源２０を備える。第１の半導体光源２０は、第１の蛍光体と第２の蛍光体とを含む透明樹脂３７により封じられる。
第１の蛍光体は、青の波長領域の光を放射する第１の半導体光源２０により励起され、青の波長領域において第１の半導体光源２０の放射光よりも長波長の光を放射する。第２の蛍光体は、第１の半導体光源２０の放射光により励起され、青の波長領域よりも長波長の光を放射する第２の蛍光体と、を備える。例えば、第１の蛍光体は、ＢＡＭ蛍光体であり、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋を含む。そして、第２の蛍光体は、例えば、ＹＡＧ蛍光体である。
図７は、第１の半導体光源２０の発光スペクトルＤと、第１の蛍光体の放射スペクトルＥと、を示すグラフである。
第１の半導体光源の放射光のピーク波長は、光波長４３０ｎｍ〜４４０ｎｍの間にあり、その光スペクトルの半値幅は、約２０ｎｍである。これにより、第１の蛍光体および第２の蛍光体を効率良く励起する。
一方、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋を含む第１の蛍光体の放射スペクトルは、光波長４４０ｎｍ〜４５０ｎｍの間にピークを有し、その半値幅は、３０ｎｍ以上であり、第１の半導体光源の発光ピークの半値幅よりも広い。そして、図７に示すように、第１の蛍光体は、波長４６０ナノメートルから５００ナノメートルの波長範囲で連続した光を放射する。
発光部１５０は、第１の半導体光源２０の放射する青色光、および、第２の蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）が放出する黄色の光に加えて、第１の蛍光体が放射する光波長４６０ナノメートルから５００ナノメートルの光を合成した白色光を放射する。これにより、第１の半導体光源２０が放射する短波長の青色光を抑制し、発光効率を向上させる。さらに、被照射物のダメージを抑制することができる。
上記の通り、本実施形態では、蛍光体の励起効率の高い青色光、例えば、光波長４３０ｎｍ以上、４６０ｎｍ以下の光を放射する半導体光源と、半導体光源の放射光のピーク波長よりも長波長であって、波長４９０ｎｍ未満のピーク波長を有する光を放射する蛍光体と、を備える。これにより、短波長の青色光を制御して発光効率を向上させ、被照射物へのダメージを軽減できる照明装置を実現する。さらに、光波長４６０ｎｍ未満の光を遮断するフィルタ５０を組み合わせ、被照射物のダメージをより軽減することもできる。
以上、第１実施形態〜第３実施形態に係る照明装置は、光エネルギーの高い波長４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色光を抑制し、視感度の高い４７０ｎｍ〜４９０ｎｍに強度のピークを有する青色光を含む放射スペクトルを有する。これにより、消費電力を低減し、演色性を向上させた照明装置を実現する。さらに、高エネルギーの青色光を抑制することにより、被照射物の変色等の劣化を抑えることができる。
上記の実施形態では、ベース１０の上にＬＥＤチップを実装する照明装置を示したが、これに限られる訳ではない。例えば、ＳＭＤ（Surface Mount Device）タイプのパッケージに実装された半導体光源を用いても良い。また、砲弾型パッケージに実装された半導体光源を組み合わせる形態であっても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
３・・・絶縁層、 ５・・・正電極、 ７・・・負電極、 １０・・・ベース、 １３、１５・・・金属ワイヤ、 ２０・・・第１の半導体光源、 ２３、２７、３３、３７・・・透明樹脂、 ３０・・・第２の半導体光源、 ４０・・・第３の半導体光源、 ５０・・・フィルタ、 １００・・・照明装置、 １０１・・・筐体、 １０３・・・カバー、 １０５・・・電力変換部、 １０７・・・口金、 １０９・・・絶縁ケース、 １１０、１２０、１３０、１４０、１５０・・・発光部

Claims (8)

  1. ピーク波長が４３０ナノメートル以上、４６０ナノメートル未満である青色光を放射する発光部と、
    前記発光部から放出される放射光により励起されて青色とは異なる色の光を放出する蛍光体と、
    を備え、
    前記発光部の前記放射光と、前記蛍光体から放射される光と、を含む放射スペクトルにおいて、光波長４３０ナノメートルから４９０ナノメートルの範囲における強度のピークは、波長４７０ナノメートルから４９０ナノメートルの範囲にある照明装置。
  2. 前記放射スペクトルを有する光の色温度は、３５００ケルビン以上、７０００ケルビン以下である請求項１記載の照明装置。
  3. 前記発光部は、
    前記放射光のピーク波長が４３０ナノメートル以上、４６０ナノメートル未満である第１の半導体光源と、
    前記放射光のピーク波長が４７０ナノメートル以上、４９０ナノメートル未満である第２の半導体光源と、
    を含み、
    前記蛍光のスペクトルは、波長４９０ナノメートル以上にピークを有する請求項１または２に記載の照明装置。
  4. 前記第１の半導体光源は、前記蛍光体を含む第１の樹脂により封止され、前記第２の半導体光源は、散乱材を含む第２の樹脂により封止された請求項３記載の照明装置。
  5. 前記第１の半導体光源の放射光による前記蛍光体の励起効率は、前記第２の半導体光源の放射光による前記蛍光体の励起効率よりも高い請求項３または４に記載の照明装置。
  6. 前記蛍光体は、前記半導体光源の前記放射光のピーク波長よりも長波長であって、波長４９０ナノメートル未満のピーク波長を有する光を放射する特性も有する請求項１または２に記載の照明装置。
  7. 前記蛍光体が放射する光の半値幅は、前記第１の半導体光源の発光ピークの半値幅よりも広い請求項６記載の照明装置。
  8. 前記発光部が放射する波長４６０ナノメートルよりも短波長の放射光を減衰させるフィルタをさらに備えた請求項１〜７のいずれか１つに記載の照明装置。
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