JP2019125582A - 白色光源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】色温度および発光スペクトル形状が時々刻々変化する太陽光の発光特性を白色光源システムにおいて再現し、オフィスや家庭用の照明として利用する。【解決手段】複数の白色光源２４を含む白色光源システムであって、各白色光源の発光スペクトルをＰ（λ）、各白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトルをＢ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）、Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ１、Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ２としたとき、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））と（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））の差分の絶対値が０．１５以下となる関係式を満たす。複数の白色光源からの光の混合割合を変化させることにより、システムから出射される白色光の発光特性が時間の経過とともに連続して変化してゆくことを特徴とする。【選択図】図４３

Description

本発明は、時間の経過と共に変化する太陽光の発光スペクトル形状および発光強度を、連続的かつ忠実に再現できることを特徴とする白色光源システムに関する。
近年、省エネや二酸化炭素排出量削減の観点からＬＥＤ（発光ダイオード）を使った光源が注目されている。タングステンフィラメントを使った従来の白熱電球と比べて、長寿命かつ省エネが可能であり、その利便性からＬＥＤ照明は急速に市場を伸ばしつつある。当初のＬＥＤ照明は、青色発光のＬＥＤと黄色発光の蛍光体を組み合わせて白色光を得るタイプのものが多く、暖かみに欠ける不自然な白色しか再現することができなかった。しかしながら、ＬＥＤ製品の市場拡大と共に性能向上も著しく、ＬＥＤと蛍光体の組み合わせに関する改良が行われた結果、様々な種類のＬＥＤ白色光源が開発されている。
例えば特許文献１では、５種類の白色光を再現することが可能な照明器具が開示されている。ＬＥＤと種々の蛍光体を組合せて、色温度の高い白色光と色温度の低い白色光を発する２種類のＬＥＤを用意し、それらの発光を種々の割合で混合することにより、電球色、温白色、白色、昼白色、昼光色の5種類の白色光を得るものである。屋内照明において、この様な複数種の白色光を適宜使い分けることにより、日常生活の様々な場面において、目的に応じた照明演出効果を得ることができる。
一方近年では、単なる演出効果にとどまらず、人体への影響に配慮した照明が開発されている。１つは、青色ＬＥＤの放つ強い光が、人体のホルモン（メラトニン）分泌を抑制する等、人体への悪影響が懸念されることから、青色光の影響を低減した照明が提案されている。例えば特許文献２では、単純に青色光の強度を低減するのではなく、発光ピークの異なるＬＥＤと蛍光体とを組合せて４種類の発光ピークを混合するとの工夫を加え、青色光の影響が少なく、かつ分光視感効率とのずれが少ない白色光を提供している。
他の１つは、ＬＥＤ光源を体力の回復や増強に積極的に活用しようとする動きもある。例えば、人体に優しい太陽光をそのまま再現し、人体の持つ体内時計に対し積極的に働きかけて、健康の増進を図る等の試みである。特許文献３及び特許文献７は、太陽光と同等の発光スペクトルを有する白色光源に関する発明で、色温度の異なる太陽光を、同じ色温度の黒体輻射スペクトルで再現させたものである。この発明では、種々の色温度の太陽光を、スペクトル形状まで含めて近似させており、体内時計のリズムに対応可能な白色照明を得ることができる。特許文献４は、人体の周囲の照度や温度を検知する手段を持ち、入手したデータを元に、人体周囲の照明や空調を、生体リズムに合わせて調整する制御装置に関する発明である。また特許文献５は、白色光源を用いた照明システムに関する発明で、照明の対象は人間等を中心としたオフィス照明等に関するものである。屋外光の変化を検知しながら、屋内光の色温度や照度を調整できるシステムで、人体の生理現象や季節による変化に対応した白色照明を得ることができる。最後に特許文献６は、異なる色温度の複数個の発光ダイオードモジュールを組み合わせた人工太陽光システムに関する発明で、地球上の異なる緯度や経度の地点に照射される太陽光の色温度の時間変化を再現することができるものである。
特開２００７−２６５８１８号公報 国際公開第２００８／０６９１０１号 国際公開第２０１２／１４４０８７号 特開平８−１９３７３８号公報 特開２０１１−２３３３９号公報 特表２００９−５４０５９９号公報 国際公開第２０１２／１０８０６５号
近年ではＬＥＤ光源を用いて様々な白色光を得ることができる様になり、人工の白色光源で太陽光と同等の照明効果を得る試みが、種々行われている。しかしながら、太陽光と同等の発光特性を謳っていても、表面上の特性を近似させているだけで、太陽光を再現するとの観点では、不十分な特性のものが多い。例えば特許文献６は、人工太陽光システムに関する発明だが、時間や場所によって変化する太陽光の発光特性を、色温度を基準として再現させたものである。しかしながら、色温度のみを合わせても、太陽光の再現レベルとしては十分でない。何故なら、太陽光を真に再現する為には、単なる色温度のみでなく、特定の色温度を形成する各発光成分の波長や強度を含めて、一致させる必要があるためである。この点において、特許文献６の人工太陽光システムでは、見かけ上の発光色のみを再現しているに過ぎず、再現レベルが十分とは言えないものである。また特許文献５は、自然環境における太陽光の変化と合致して対応できる照明システムに関する発明である。しかしこの発明でも、色温度と照度に着目して照明をコントロールしているに過ぎず、太陽光に対する再現レベルが十分とは言えない。
一方、特許文献３及び特許文献７は、色温度の異なる太陽光を、同じ色温度の黒体輻射スペクトルで再現させたものである。太陽は黒体の１種と看做すことができ、かつ黒体輻射スペクトルの形状まで近似させていることから、太陽光の再現との観点からは、引用特許文献の中で最も優れた方式である。またこの発明では、太陽光の１日の変化に対応した色温度の変化も再現することができる。しかしながら、この発明の場合、発光特性の再現としては、ある程度満足できるレベルにあるが、発光特性の変化を再現するとの面では不十分である。何故なら各種色温度の白色光を再現することはできるが、特定の色温度を断片的に再現できるだけであり、太陽光の色温度変化を連続的に再現しているわけではない。
発光特性の変化を再現するとの点では、他の特許文献も同じである。様々な色温度の白色光が再現できるとか、発光色の変化を再現できるとしている特許文献はいくつかあるが、具体的な方式としては、特定の色温度の白色光を、断片的に再現する方式が殆どである。それらの中で、特許文献５は、太陽光の色温度変化に着目し、変化に合わせた照明方法を採り入れているが、色温度の変化を時間単位で切り換えているだけであり、連続的な変化を再現している訳ではない。
以上の通り、太陽光の発光特性を再現できる照明として、種々の発明が開示されているものの、太陽光の発光色や発光スペクトルの再現が不十分であったり、発光色や発光スペクトルの変化する様子を連続的に再現していなかったり、前記のいずれか一方もしくは、両特性共に不十分な照明しか無かったのが現状である。
本発明の目的は、色温度および発光スペクトル形状が時々刻々変化する太陽光の発光特性を白色光源システムにおいて再現し、オフィスや家庭用の照明として利用することである。
本発明によれば、複数の白色光源を含む白色光源システムが提供される。各白色光源の発光スペクトルをＰ（λ）、各白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトルをＢ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）、Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ１、Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ２としたとき、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））と（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））の差分の絶対値が下記の数１に示す関係式を満たす。複数の白色光源からの光の混合割合を変化させることにより、システムから出射される白色光の発光特性が時間の経過とともに連続して変化してゆくことを特徴とする。白色光源システムに含まれる複数の白色光源は、それぞれ、平均演色評価指数が９７以上であることが望ましい。これにより、自然光同様の高演色性が得られる。また、白色光源システムから出射される白色光の平均演色評価指数が９７以上であることがさらに好ましい。
本発明の白色光源システムに用いられる白色光源は、太陽光と同等レベルの発光スペクトル形状を持ち、色温度の異なる少なくとも２種類以上の白色光源を組合せて、様々な色温度における太陽光を再現するものである。本発明で使用する夫々の白色光源は、太陽光が持つ可視光領域の発光成分を、太陽光と同等レベルで含有しており、各白色光源を任意の割合で混合した混合白色光もまた、太陽光と同等レベルの発光成分を含むことができるものである。
そして本発明の白色光源システムは、異なる色温度間の白色光を断片的に再現するのでは無く、時間と共に変化する発光特性を、連続的に追跡し再現することが可能である。本発明では、地球上の様々な地点における太陽光の一日の変化、および一年の変化について、事前に観測したデータに基づいて、光源の発する発光スペクトル形状や強度をコントロールしており、経時変化を再現する事が可能である。従い、特定の色温度の白色光源を長時間継続して利用したり、白色光源の色温度や強度変化を人為的に不自然に調節すること無く、人体のサーカディアンリズムに適応した、極めて自然な太陽光の変化をも、本発明の白色光源システムでは再現することが可能となる。
本発明の実施形態によれば、白色光源の発光スペクトルをＰ（λ）、対応する色温度の黒体輻射の発光スペクトルをＢ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）、Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ１、Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ２としたとき、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））と（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））の差分の絶対値が前記の数１に示す関係式を満たし、更に平均演色評価指数が９７以上である色温度の異なる複数の白色光源からなり、前記色温度の異なる複数の白色光源からの光の混合割合を変化させることにより、システムから出射される白色光の発光特性が時間の経過とともに連続して変化してゆき、前記白色光の色温度の変化が、前記変化の前後における前記色温度の差異がマクアダムの楕円で規定される範囲内に収まるものである、ことを特徴とする白色光源システムが提供される。
本発明の白色光源システムは、太陽光に極めて近い自然光を得ることができるため、高演色照明等の用途に利用できるばかりでなく、人体の生理現象に働きかける生体適応照明として、医療等の分野への応用も期待される。例えば、病院等の医療施設で使用される照明において、太陽光の一日乃至１年の変化を採り入れた照明を採用することにより、入院加療のため長期間に亘り屋内照明を利用せざるを得ない患者に対し、体内時計のリズムを適正に保ち、患者の社会復帰を促す効果等が期待できる。同様の効果はオフィス用や家庭用の照明に用いても得ることができる。昼間の長時間を室内で過ごさざるを得ない現代人が、本発明の照明光源を利用することで、わざわざ屋外に出なくとも、自らの体内時計を適性に保つことが期待できるものである。
分光視感効率のスペクトルを示す図。 色温度５１００Ｋの黒体輻射スペクトルを示す図。 図２の黒体輻射スペクトルに対応する本発明のシステムの白色光源のスペクトルを示す図。 本発明のシステムの白色光源の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示す図。 図２の黒体輻射の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 図４及び図５に基づく差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 本発明の白色光源システムによる色温度の再現領域を示す図。 春の日本・東京における１日の太陽光の色温度および照度変化を示す図。 実施例１の白色光源の発光スペクトルを表す図。 実施例１の白色光源の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示す図。 実施例１の黒体輻射の発光スペクトルを示す図。 実施例１の黒体輻射の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例１の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例２の白色光源の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示す図。 実施例２の黒体輻射の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例２の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例３の白色光源の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示す図。 実施例３の黒体輻射の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例３の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例４の白色光源の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示す図。 実施例４の黒体輻射の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例４の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例５の白色光源の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示す図。 実施例５の黒体輻射の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例５の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例６の白色光源の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示す図。 実施例６の黒体輻射の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例６の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 比較例１の白色光源の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示す図。 比較例１の黒体輻射の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 比較例１の白色光源と、対応する色温度の黒体輻射スペクトルとの差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示す図。 実施例７の白色光源システムによる色温度の再現領域を示す図。 実施例８の白色光源システムによる色温度の再現領域を示す図。 秋の日本・沖縄・那覇市における１日の太陽光の色温度および照度変化を示す図。 夏の米国・ロサンゼルス市における１日の太陽光の色温度および照度変化を示す図。 比較例２の白色光源システムによる色温度の再現領域を示す図。 春の日本・北海道・稚内市における１日の太陽光の色温度および照度変化を示す図。 夏の台湾・台北市における１日の太陽光の色温度および照度変化を示す図。 夏の日本・北海道・稚内市における１日の太陽光の色温度および照度変化を示す図。 冬の日本・沖縄・那覇市における１日の太陽光の色温度および照度変化を示す図。 冬の日本・東京都における１日の太陽光の色温度および照度変化を示す図。 冬の日本・北海道・稚内市における１日の太陽光の色温度および照度変化を示す図。 実施形態の白色光源システムの一例の概略図。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明の実施形態の白色光源システムは、複数の白色光源と、複数の白色光源をコントロールする制御部を備えるものである。複数の白色光源は、それぞれ、ＬＥＤモジュールを備える。以下、白色光源システムについて説明する。
（白色光源の発光特性）
本発明のシステムに用いられる白色光源では、各種色温度の太陽光を再現することを基本とする。即ち、特定の色温度の太陽光を再現するに当り、太陽光と同じ色温度の黒体輻射スペクトルを、太陽光線による発光スペクトルと看做し、その形状まで近似させることを基本とする。太陽は黒体の１種であると考えることが出来、黒体の輻射スペクトル曲線と太陽光の発光スペクトル曲線の一致は良好であり、実際の太陽光線のスペクトル分布は５８００Ｋの黒体輻射スペクトルに近いとされている。
ところが、地球上に到達する太陽光は、時々刻々と色温度が変化する。地球の自転や公転の影響で、地球上から見た太陽光の高度が、一日単位や年間単位で周期的に変化するためである。地球の表面には空気や水分、更には各種浮遊物が存在する為、太陽光が地球の表面に到達するまでには、それら浮遊物層を通過する間に、各種粒子と衝突することで、特定波長成分の光が散乱されてしまう。この時、地球上から見た太陽高度が変化すると、太陽光が浮遊物層を通過する距離が変化し、更に散乱光の見え方が角度により変化するため、様々な色温度の白色光が周期的に現れることになる。通常、太陽高度の低い朝方や夕方には概ね２０００〜４０００Ｋの白色光、そして太陽の高度が最も高くなる正午で概ね５０００〜６０００Ｋの白色光、更に日陰や曇り空では概ね６０００〜７０００Ｋの白色光となることが知られている。
前記の様な種々の色温度の太陽光を再現するため、本発明のシステムに用いられる白色光源では、色温度の範囲が２０００Ｋから８０００Ｋの黒体輻射スペクトルに近似させた発光スペクトルを合成した。この温度範囲によると、地球上で観測することのできる太陽光の色温度範囲をほぼ網羅することが可能である。なお照明光源として多用される色温度の範囲は更に狭く、２０００Ｋから６５００Ｋの範囲である。
ところで、前記した黒体輻射スペクトルは、下記式（１）に示されるプランクの公式により求めることができる。式中、hはプランク定数、ｋはボルツマン定数、ｃは光速、ｅは自然対数の底であり、一定の数値で固定されるため、色温度Ｔが決まれば、各波長（λ）に対応したスペクトル分布Ｂ（λ）を容易に求めることができる。
本発明のシステムに用いられる白色光源は、具体的に以下の様に定義されるものである。各白色光源の発光スペクトルをＰ（λ）、白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトルをＢ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）、Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ１、Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ２としたとき、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））と（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））の差分の絶対値が下記式（２）を満たすことを特徴としている。絶対値は、各波長において下記式（２）を満たすことが望ましい。
（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））は、分光視感効率Ｖ（λ）領域における白色光源の発光スペクトルの強さを示すものである。（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））を、最大値である（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））で割ることにより、１．０を上限とした値とすることができる。また、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））は、分光視感効率Ｖ（λ）領域における黒体輻射の発光スペクトルの強さを示すものであり、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））を、最大値である（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））で割ることにより、１．０を上限とした値とすることができる。次に、差異Ａ（λ）＝［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］を求める。この差異Ａ（λ）が−０．１５≦Ａ（λ）≦＋０．１５であるということは、分光視感効率Ｖ（λ）領域における白色光源の発光スペクトルが黒体輻射の発光スペクトル、つまりは自然光の発光スペクトルに近似していることを示している。つまり、差異Ａ（λ）＝０であれば、自然光と同じ発光スペクトルを再現できるという意味である。
さらに本発明のシステムに用いられる白色光源は、黒体輻射の発光スペクトルを、より厳密に再現する意味で、下記式（３）を満足することが望ましい。
以上の定義について、図面を用いて具体的に説明する。図１は分光視感効率のスペクトルを示す図である。人の目の感度に対応したスペクトル分布で、約５５５ｎｍにおいて最大感度を有する左右対称なスペクトル分布を示すことがわかる。
図２は色温度５１００Ｋの太陽光に対応する黒体輻射スペクトルであり、図３は５１００Ｋの黒体輻射スペクトルに近似させた本発明のシステムに用いられる白色光源の発光スペクトルである。両者を比較すると、４５０ｎｍから６５０ｎｍの波長領域において、２つの発光スペクトル形状が良好に一致していることが判る。４５０ｎｍ未満および６５０ｎｍを超える波長では、両者のスペクトル分布が大きく異なっているが、これらの波長域は図１からも判る様に人間の目には殆ど感度のない領域であり、無視しても実質的に問題のないものである。なお、本発明のシステムに用いられる光源の発光スペクトルは、例えば図３に示すものを含む。図３に例示される発光スペクトルは、後述する様に発光ダイオード（ＬＥＤ）と蛍光体の発光スペクトルを組合せたもので、３種類以上の蛍光体の発光スペクトルを適宜混合調整することにより、黒体輻射のスペクトル形状に近似させることができる。
図４、図５は、図３、図２の発光スペクトルに分光視感効率を掛けたものである。図４に示すスペクトルは、本発明のシステムに用いられる白色光源の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））で表される発光スペクトルを示す。図５は黒体輻射の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））で表される発光スペクトルを示す。また図６は、図４及び図５の両スペクトル分布の差分スペクトルを示すもので、具体的には、式（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））で表される。図６の差分スペクトルを見ると判る様に、両者間のスペクトルの差分の絶対値は、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長において０．０５以下であり、以下の数５に示す前記式（３）の関係を満足していることがわかる。
（ＬＥＤモジュール）
本発明のシステムに用いられる白色光源は、ＬＥＤモジュールを含む。ＬＥＤモジュールは、発光ダイオード（ＬＥＤ）と蛍光体とを含むものが望ましい。蛍光体は、ＬＥＤが発する１次光を吸収して２次光に変換するものであることが好ましい。この時、蛍光体の材料として、可視光域において様々な発光色を示すものをいくつか用意し任意に組み合わせると、様々な色温度の白色光を得ることができる。
ＬＥＤは、発光ピーク波長が紫外線から紫色光までの領域にあるものを使用することが望ましく、具体的には３５０〜４２０ｎｍの範囲とすることが好ましい。発光ピーク波長が４２０ｎｍを超えるＬＥＤを使用した場合、ＬＥＤの発光は、可視光領域の特定波長でシャープな発光を示すため、一般的にブロードなスペクトル形状を持つ蛍光体の発光とのバランスが悪くなり、前記した式（２）または（３）の関係を満足することが困難となる。その上、ＬＥＤが青色発光であった場合には、青色光が過剰に含まれることになり、人体への影響等の面でも好ましくない。
紫外又は紫色の領域で発光するＬＥＤは、視感度が低いため、白色光に与える影響を少なくすることができる。また、ＬＥＤからの一次光（紫外又は紫色の発光）が白色光源システムから放出されない様に一次光をカットすることで、紫外光を無くすことも可能である。なおＬＥＤの種類について、発光ピーク波長以外では特に制限される条件はなく、レーザー発光のＬＥＤであっても、またＬＥＤの材料がどの様なものであっても構わない。
白色光源の発光スペクトルが、前記式（２）または（３）の関係を満足するには、ＬＥＤに組み合わせる蛍光体として、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体および赤色蛍光体の中から３種以上、できれば４種以上用いることが好ましい。これらの蛍光体を、対応する黒体輻射のスペクトルに合わせ任意に混合することにより、任意の色温度持つ白色発光を得ることができる。具体的な混合比率としては、青色発光蛍光体が４５重量部以上７５重量部以下、緑色発光蛍光体が３重量部以上７重量部以下、黄色発光蛍光体が９重量部以上１７重量部以下、赤色蛍光体が９重量部以上１８重量部以下の割合に混合され、蛍光体全量が１００重量部となるよう調整することにより、白色発光の混合蛍光体を得ることができる。また使用する蛍光体の具体的な種類としては、発光ピークが４２０〜７００ｎｍにあれば特に限定されるものではないが、３５０〜４２０ｎｍで励起される蛍光体として以下の材料が好ましい。
青色蛍光体の例には、発光ピーク波長４４０〜４５５ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類リン酸塩蛍光体（Ｍ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、式中ＭはＳｒ，Ｂａ，Ｃａ,Ｍｇの少なくとも１種の元素）、発光ピーク波長が４５０〜４６０ｎｍであるユーロピウム付活マグネシウムアルミン酸塩蛍光体（ＮＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、式中ＮはＳｒもしくはＢａの少なくとも１種の元素）、ピーク波長が４５０ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類アルミン塩青色蛍光体、ピーク波長が４５２ｎｍであるユーロピウム付活アルミン酸塩青色蛍光体などが含まれる。
緑色蛍光体の例には、発光ピーク波長が５２０〜５５０ｎｍであるユーロピウム、マンガン付活オルソ珪酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ，Ｍｎ）、発光ピーク波長が５３５〜５４５ｎｍであるユーロピウム付活βサイアロン蛍光体（Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ：Ｅｕであり例えばＳｉ４Ａｌ２Ｏ２Ｎ６：Ｅｕ）、発光ピーク波長が５２０〜５４０ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体（Ｓr３−ＸＥｕＸＳｉ１３Ａｌ３Ｏ２Ｎ２１、式中ｘは０．０３〜０．３０であり、特にｘ＝０．２が望ましい）、ピーク波長が５３０ｎｍであるユーロピウム付活オルソ珪酸塩緑色蛍光体、ユーロピウム、マンガン共付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩緑色蛍光体などが含まれる。
黄色蛍光体の例には、発光ピーク波長５５０〜５８０ｎｍであるユーロピウム、マンガン付活オルソ珪酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ，Ｍｎ）、発光ピーク波長が５５０〜５８０ｎｍであるセリウム付活希土類アルミニウムガーネット蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）、発光ピーク波長が５５０〜５８０ｎｍであるセリウム付活希土類マグネシウムシリコン含有ガーネット蛍光体（Ｙ３（Ａｌ，（Ｍｇ，Ｓｉ））５Ｏ１２：Ｃｅ）、発光ピーク波長が５５０〜５８０ｎｍであるセリウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体（Ｓｒ２−ＸＣｅＸＳｉ７Ａｌ３ＯＮ１３、式中ｘは０．０４〜０．１０であり、特にｘ＝０．０５が望ましい。）、ピーク波長が５５５ｎｍであるユーロピウム付活オルソ珪酸塩黄色蛍光体、ユーロピウム、マンガン共付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩黄色蛍光体などが含まれる。
赤色蛍光体の例には、発光ピーク波長が６００〜６３０ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体（Ｓｒ２−ＸＥｕＸＳｉ７Ａｌ３ＯＮ１３、式中ｘは０．０２〜０．１０であり、特にｘ＝０．０５が望ましい。）、発光ピーク波長が６２０〜６６０ｎｍであるユーロピウム付活カルシウムニトリドアルミノシリケート蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）、発光ピーク波長が６２０〜６６０ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミノシリケート蛍光体（ＭＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、式中ＭはＣａ，Ｓｒ及びＢａよりなる群から選択される少なくとも１種の元素）などが含まれる。
蛍光体は樹脂材料と混ぜ合わされ、蛍光膜の形で使用されることが望ましい。ＬＥＤチップの周囲を直接または間接的に蛍光膜で被覆することにより、ＬＥＤから出射された一次光が、蛍光膜で二次光（白色光）に変換され、光源の外部に放射されることになる。使用する樹脂材料としては、透明な材料であれば特に制限されることは無いが、ＬＥＤとして紫外または紫色の領域で発光するＬＥＤを用いる場合は、紫外線に対する耐劣化特性の良好な、シリコーン樹脂等を用いることが望ましい。
本発明のシステムに用いられる白色光源は、蛍光体発光の組み合わせにより白色発光を得るものであることが望ましい。ＬＥＤからの一次光は、なるべく多くのエネルギーが蛍光体に吸収されることが望ましく、同時に、ＬＥＤ光が光源外部に漏出することを避ける必要がある。特にＬＥＤ光に紫外線が含まれる場合には、人体の皮膚や眼を損傷する恐れがあり、極力除外されることが望ましい。
本発明のシステムに用いられるＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子の発光面を覆う蛍光膜とを含むものであり得る。ＬＥＤ素子に紫外光又は紫色に発光するものを使用した場合の紫外線の漏出を防止するために、蛍光膜の厚さを十分な厚膜に形成することが望ましい。蛍光膜を厚膜化すると、個々の蛍光体粒子表面で反射されたＬＥＤ光が、蛍光膜を透過して光源の外部に漏出さないようにすることができる。この時、蛍光膜の厚さが極端に厚すぎると、蛍光体の発光自身も蛍光膜の外に出ることができず、蛍光膜の発光強度が低下してしまう。一般的に、蛍光体の粒子径と最適膜厚は比例関係にあることが知られている。蛍光膜は実用上できるだけ大粒子となる蛍光体を用い、蛍光膜をできるだけ厚膜化することが望ましい。この様な目的のため、ＬＥＤモジュールに用いられる蛍光体は、平均粒子径が１０μｍ以上４０μｍ以下の範囲の粒子であることが望ましい。そして、この平均粒子径を持つ蛍光体の粒子を含む蛍光膜の厚さは、１００μｍ以上１０００μｍ以下にすることが望ましい。この様にして、蛍光膜の発光は極力低下させず、かつ紫外線の漏出を極力抑制したＬＥＤモジュールを得ることができる。これにより、紫外線の影響の小さい人工太陽光が得られる。
また紫外線漏出防止を更に徹底するために、蛍光膜の外側に紫外線吸収膜を形成しても良い。この場合、紫外線の吸収・反射材料として酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム等の微粒子白色顔料を使用することができる。これらの微粒子顔料を蛍光膜の場合と同様にして樹脂中に分散させ、これを用いて蛍光膜の外側に直接的もしくは間接的に紫外線吸収膜を形成することにより、目的のＬＥＤモジュールを得ることができる。この様にして得られるＬＥＤモジュールでは、モジュール外部に漏出される紫外光の量を０．４ｍＷ／ｌｍ以下に低減することが可能である。
前記紫外光量の数値は以下の方法により求めることができる。白色光源より出射される白色光の発光スペクトルをＰ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）として、両者を掛け合わせて積分しφを求める。（４）式中の６８３は、５５５ｎｍの波長において、１Ｗ＝６８３Ｌｍを満たす定数である。
ＬＥＤより出射される一次光エネルギーは、下記式よりスペクトルＦ（λ）を３５０〜４２０ｎｍの範囲で積分してＵＶを求めることにより得られる。
白色光源より出射される発光の光束あたりの１次光エネルギーはUV／φにより求めることができる。
（白色光源システムの発光特性）
本発明の白色光源システムは、１つのシステムの中に、異なる色温度を有する複数の白色光源を備えている。色温度の異なる複数の白色光源の発光を適宜混合することにより、種々の色温度の白色光を再現することができる。この時、夫々の白色光源に含まれる可視光発光成分は、太陽光線とほぼ同等の種類と強度を有しており、複数の白色光源を混合して得られる中間色温度の白色光もまた、太陽光と同等の発光特性を有するものである。従い、本発明の白色光源システムにより得られる白色光は全て、前記記載の関係式（２）、好ましくは（３）を満たす白色光となる。
一方、複数の白色光源の発光を混合して得られる白色光の色温度は、図７に記載されている通り求めることができる。例えば、黒体軌跡上の色温度が６５００Ｋ（図中のＡ点）、２０００Ｋ（図中のＢ点）の２点および、両者の中間色温度（図中のＣまたはＤ点）の白色発光を示す３つの白色光源からなる白色光源システムを構成する。この時、もし白色光源を２種類しか使用しない場合、例えば６５００Ｋの白色光と２０００Ｋの白色光を用いた場合、両者を任意の割合で混合すると、図中のＡ点とＢ点を結ぶ直線上の任意の色温度の白色光しか得ることができない。従って、図中の直線ＡＢを見ると判る通り、得られる白色光の色温度は、黒体軌跡からの偏差が大きくなり、−０．０１ｄｕｖを超える場合がある。例えば３２００Ｋの色温度では、偏差が−０．０１３ｄｕｖであり、−０．０１ｄｕｖを超えている。本発明の白色光源システムでは、混合白色光の色温度が黒体軌跡上の点から大きくずれるのを防ぐため、少なくとも３種類以上の白色光源を用いて混合白色を得ている。例えば、中間色温度の白色光源４１００Ｋの白色光源を追加使用した場合、この光源と色温度が２０００Ｋの白色光源を任意の割合で混合すると、図中の直線ＢＣ上の任意の白色光を得ることができ、黒体輻射からの偏差は０と−０．００５ｄｕｖの範囲内に抑えることができる。また、中間色温度の白色光源として、色温度が例えば２９５０Ｋの白色光源を使用した場合、この光源と色温度が６５００Ｋの白色光源を任意の割合で混合すると、図中の直線ＡＤ上の任意の白色光を得ることができ、黒体輻射からの偏差は前記同様に０と−０．００５ｄｕｖの範囲内に低減することができる。従い、色温度が２０００Ｋの白色光源と、色温度が６５００Ｋの白色光源に加える、第３の白色光源として、色温度が２９５０Ｋから４１００Ｋの間のいずれか１つの白色光源を選択することで、色温度が２０００Ｋから６５００Ｋまでの範囲の白色光で、黒体軌跡からの偏差の絶対値が０．００５ｄｕｖ以下の任意の色温度の白色光を得ることができる。
色温度が２０００Ｋから６５００Ｋまでの範囲の白色光で、黒体軌跡からの偏差の絶対値が０．００５ｄｕｖ以下の任意の色温度の白色光を得るための白色光源の組み合わせは、上記第１〜第３の白色光源に限定されない。上記（２）に示す関係式を満たし、かつ色温度の異なる３種類以上の白色光源から色温度が高い順又は低い順に従って２種類の白色光源を選択して混合することにより、色温度及び偏差が前述の範囲を満たす白色光を得ることが可能である。
白色光源システムにおいて使用される複数の白色光源の数は、少なくとも３種類以上を必要とするが、発光特性面、とりわけ黒体輻射の軌跡上の色温度を忠実に再現するとの観点からは、できるだけ多い方が望ましい。特に白色光源システムが再現する色温度の範囲が広い場合、例えば２０００Ｋから８０００Ｋの色温度の白色光を再現する場合には、少なくとも４種類以上の白色光源を用いた方が望ましい。ただし、白色光源の種類を余り多くすると、色温度の再現特性は優れているものの、各白色光源の発光強度をコントロールするための制御回路や、装置のシステム構成が複雑となるため、制約も存在する。本発明の白色光源システムが再現する色温度の範囲において、最も効率的な使用個数としては、白色光源の種類が３乃至４であることが望ましい。
（発光特性の経時変化）
本発明の白色光源システムでは、太陽光の示す白色光について、地球上の特定地域の、日の出から日の入りまでの一日の変化の様子を、季節に応じて再現することができる。そして、本発明の白色光源システムでは、太陽光の一日の変化について、人間の眼には極めて自然な連続的な変化として表すことができる。このような変化を再現するため、本発明においては、地球上の主要地点で、太陽光の一日の変化を実測し、得られたデータを活用して、発光特性を制御するシステムとした。
David Lewis MacAdam が視覚の等色実験から導き出した結果によると（色彩工学 第2版, 東京電機大学出版局）、特定の中心色に対する識別変動の標準偏差をxy色度図に表すと、“マクアダム楕円”と呼ばれる形状の範囲に表され、人間が識別できるのは前記標準偏差の３倍であることを見出している。この所見に従い、５０００Ｋの白色光に当て嵌めて計算すると、識別できる閾値は３３０Ｋ（４８５０Ｋ〜５１８０Ｋ）との値が得られた。従い、例えば５０００Ｋの白色光であれば、約３３０Ｋ以下の色温度の差異を人間の眼では識別することができないことになる。
図８は、北緯３５度に位置する東京の春の一日について、午前６時から午後６時までの太陽光の色温度変化および照度変化を示したグラフである。図８において符号１で示すグラフが色温度変化を示し、符号２で示すグラフが照度変化を示す。このグラフは、太陽光の経時変化を３分毎に実測した結果に基づき作成した。測定はＵＰＲｔｅｋ社製ＭＰ３５０を用いて行い、色温度はケルビン（Ｋ）、照度はルックス（ｌｘ）を単位としてデータを得た。なお、図表中の照度は、特定の値を基準として相対比較を行い、照度比（％）として表したものである。また、太陽光の一日の色温度変化は、３分間で概ね２００Ｋ弱の速度であるため、本発明における測定単位毎の色温度の違いは、人間の目で識別することはできない。従い、この測定データを用いて色温度変化を再現しても、光源の色温度が変化する瞬間を認識することができず、さも連続的に変化した様に、自然な形で変化を受け入れることができる。
実施形態の白色光源システムの一例を図４３に示す。図４３に示す通り、実施例の白色光源システムは、白色光源部２１と、制御部２２とを含む。白色光源部２１は、基板２３と、基板２３上に配置された複数の白色光源２４と、複数の白色光源を覆うように基板２３に固定された発光装置外囲器２５とを含む。複数の白色光源２４は、それぞれ、ＬＥＤモジュールからなる。ＬＥＤモジュールは、基板２３上に配置されたＬＥＤチップ２６と、基板２３上に配置され、ＬＥＤチップ２６を覆う蛍光膜２７とを含む。基板２３には配線網が設けられており、ＬＥＤチップ２６の電極は基板２３の配線網と電気的に接続されている。
制御部２２は、コントロール部２８と、メモリー部２９と、データ入出力部３０とを備える。ＬＥＤモジュールからなる白色光源２４は、コントロール部２８の電子回路（図示しない）と配線３１により接続されており、コントロール部２８から配線３１を通して流れる電流により白色光源２４が発光する。コントロール部２８の電子回路メモリー部２９には、太陽光の一日の変化データが場所毎並びに季節（時期）毎に保存されている。希望するパターンの照明光源を得るために、システム使用者が、都市名または緯度・経度などの場所情報、季節等の時間情報を、データ入出力部３０に入力し、得られたデータをコントロール部２８に送り出す。コントロール部２８は、入力データに対応する保存データを抽出し、場所と季節の特定された太陽光の色温度と照度のデータを読み取り、これらデータを元に、各白色光源の混合強度比を計算する。計算結果を元にコントロール部２８の電子回路が、各白色光源２４に印加する電流値を制御して、必要とする太陽光の特性変化を再現する。
本発明においては、図８に示した太陽光の発光特性の変化を、実施例で示す具体的な方法に従い、太陽光近似の複数の白色光源を組み合わせる方法にて再現した。
以下において、本発明の白色光源システムについて、実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本発明のシステムに用いられる白色光源１を製造した。
青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の４種類の蛍光体とＬＥＤの組み合わせによる白色光源を作成した。ＬＥＤは３９５ｎｍに発光ピークを有する紫色または紫外光を発光するＬＥＤを用いた。また蛍光体としては、ピーク波長が４４５ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類燐酸塩青色蛍光体、ピーク波長が５３０ｎｍであるユーロピウム付活オルソ珪酸塩緑色蛍光体、ピーク波長が５５５ｎｍであるユーロピウム付活オルソ珪酸塩黄色蛍光体と、ピーク波長が６５０ｎｍであるユーロピウム付活カルシウムニトリドアルミノシリケート蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）を用意した。各蛍光体は重量比として、青色蛍光体：緑色蛍光体：黄色蛍光体：赤色蛍光体＝５８：６：１５：２１の割合で混合した。各蛍光体には平均粒径が３０〜３５μｍの粉末を用いた。蛍光体の粒子をシリコーン樹脂に分散させた蛍光体スラリーを、基板上に載置されたＬＥＤチップを覆うように塗布することで、ＬＥＤモジュールを作成した。蛍光膜の膜厚は約７８０μｍとした。
次に、ＪＩＳ−Ｃ−８１５２に準じた積分球を備えた全光束測定器を用いて、ＬＥＤモジュールの発光特性を測定した。白色光源の色温度は２０７４Ｋであり、発光スペクトル分布は図９に示す通りであった。また図１の分光視感分布Ｖ（λ）を使用して、実施例１の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を求めたものが図１０である。一方、対応する２０７４Ｋ色温度の黒体輻射スペクトルは図１１に示す通りであり、同様に（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めると、図１２の曲線が得られた。また図１０と図１２の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））は、図１３に示す曲線が得られた。図１３の曲線からわかる通り、差分スペクトルは−０．０４〜＋０．１０の範囲内に分布されており、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長において下記数８に示す前記式（２）の関係を満たすことがわかった。
前記ＬＥＤモジュールに、リフレクタ、外囲器、必要に応じてレンズ等を取付け、更に電子回路を接続して、本発明のシステムに用いられる白色光源とした。前記白色光源の発光効率は６５ｌｍ／Ｗ、白色光源から漏出されるＬＥＤ一次光の強度は、０．１２ｍＷ／ｌｍであり、漏出される紫外線の強度に問題の無いことが判明した。また、この白色光源の平均演色評価数Ｒａは９７であった。
（実施例２）
本発明のシステムに用いられる白色光源２を製造した。
青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の４種類の蛍光体とＬＥＤの組み合わせによる白色光源を作成した。ＬＥＤは４１０ｎｍに発光ピークを有する紫色または紫外を発光するＬＥＤを用いた。また蛍光体としては、ピーク波長が４５０ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類アルミン塩青色蛍光体、ピーク波長が５４１ｎｍであるユーロピウム付活オルソ珪酸塩緑色蛍光体、ピーク波長が５６５ｎｍであるユーロピウム付活オルソ珪酸塩黄色蛍光体と、ピーク波長が６５０ｎｍであるユーロピウム付活カルシウムニトリドアルミノシリケート蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）を用意した。各蛍光体は重量比として、青色蛍光体：緑色蛍光体：黄色蛍光体：赤色蛍光体＝６２：３：１７：１８の割合で混合した。各蛍光体には平均粒径が３５〜４０μｍの粉末を用いた。蛍光体の粒子をシリコーン樹脂に分散させた蛍光体スラリーを、基板上に載置されたＬＥＤチップを覆うように塗布することで、ＬＥＤモジュールを作成した。蛍光膜の膜厚は約８５０μｍとした。
得られた白色光源の色温度は３０７７Ｋであり、発光スペクトル特性、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））は図１４に示す通りであった。また、対応する３０７７Ｋの色温度の黒体輻射スペクトルに関し、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めると、図１５の曲線が得られた。更に図１４と図１５の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））は、図１６に示す通りである。図１６の曲線からわかる通り、差分スペクトルは−０．０６〜＋０．０９の範囲内に分布されており、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長において下記前記数８の式（２）の関係を満たすことがわかった。
前記ＬＥＤモジュールに、リフレクタ、レンズ、外囲器等を取付け、更に電子回路を接続して、本発明のシステムに用いられる白色光源とした。前記白色光源の発光効率は６６ｌｍ／Ｗ、白色光源から漏出されるＬＥＤ一次光の強度は、０．０９ｍＷ／ｌｍであり、漏出される紫外線の強度に問題の無いことが判明した。また、この白色光源の平均演色評価数Ｒａは９７であった。
（実施例３）
本発明のシステムに用いられる白色光源３を製造した。
青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の４種類の蛍光体とＬＥＤの組み合わせによる白色光源を作成した。ＬＥＤは４２０ｎｍに発光ピークを有する紫色または紫外光を発光するＬＥＤを用いた。また蛍光体としては、ピーク波長が４５２ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類燐酸塩青色蛍光体、ピーク波長が５３０ｎｍであるユーロピウム付活オルソ珪酸塩緑色蛍光体、ピーク波長が５６０ｎｍであるセリウム付活希土類マグネシウムシリコン含有ガーネット蛍光体と、ピーク波長が６２９ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体を用意した。各蛍光体は重量比として、青色蛍光体：緑色蛍光体：黄色蛍光体：赤色蛍光体＝６５：６：１４：１５の割合で混合した。各蛍光体には平均粒径が２０〜３０μｍの粉末を用いた。蛍光体の粒子をシリコーン樹脂に分散させた蛍光体スラリーを、基板上に載置されたLEDチップを覆うように塗布することで、ＬＥＤモジュールを作成した。蛍光膜の膜厚は約７０５μｍとした。
得られた白色光源の色温度は４０２９Ｋであり、発光スペクトル特性、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））は図１７に示す通りであった。また、対応する４０２９Ｋの色温度の黒体輻射スペクトルに関し、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めると、図１８の曲線が得られた。更に図１７と図１８の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））は、図１９に示す通りである。図１９の曲線からわかる通り、差分スペクトルは−０．０８〜＋０．０５の範囲内に分布されており、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長において下記前記数８の式（２）の関係を満たすことがわかった。
前記ＬＥＤモジュールに、リフレクタ、レンズ、外囲器等を取付け、更に電子回路を接続して、本発明のシステムに用いられる白色光源とした。前記白色光源の発光効率は６３ｌｍ／Ｗ、白色光源から漏出されるＬＥＤ一次光の強度は、０．２１ｍＷ／ｌｍであり、漏出される紫外線の強度に問題の無いことが判明した。また、この白色光源の平均演色評価数Ｒａは９８であった。
（実施例４）
本発明のシステムに用いられる白色光源４を製造した。
青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の４種類の蛍光体とＬＥＤの組み合わせによる白色光源を作成した。ＬＥＤは４１５ｎｍに発光ピークを有する紫色または紫外光を発光するＬＥＤを用いた。また蛍光体としては、ピーク波長が４５２ｎｍであるユーロピウム付活アルミン酸塩青色蛍光体、ピーク波長が５３７ｎｍであるユーロピウム付活βサイアロン蛍光体、ピーク波長が５７２ｎｍであるセリウム付活希土類アルミニウムガーネット蛍光体と、ピーク波長が６４０ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミノシリケート蛍光体を用意した。各蛍光体は重量比として、青色蛍光体：緑色蛍光体：黄色蛍光体：赤色蛍光体＝７１：７：９：１３の割合で混合した。各蛍光体には平均粒径が１５〜２５μｍの粉末を用いた。蛍光体の粒子をシリコーン樹脂に分散させた蛍光体スラリーを、基板上に載置されたLEDチップを覆うように塗布することで、LEDモジュールを作成した。蛍光膜の膜厚は約６６０μｍとした。
得られた白色光源の色温度は５０８５Ｋであり、発光スペクトル特性、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））は図２０に示す通りであった。また、対応する５０８５Ｋの色温度の黒体輻射スペクトルに関し、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めると、図２１の曲線が得られた。更に図２０と図２１の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））は、図２２に示す通りである。図２２の曲線からわかる通り、差分スペクトルは−０．１０〜＋０．０２５の範囲内に分布されており、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長において下記前記数８の式（２）の関係を満たすことがわかった。
前記ＬＥＤモジュールに、リフレクタ、レンズ、外囲器等を取付け、更に電子回路を接続して、本発明のシステムに用いられる白色光源とした。前記白色光源の発光効率は６３ｌｍ／Ｗ、白色光源から漏出されるＬＥＤ一次光の強度は、０．２４ｍＷ／ｌｍであり、漏出される紫外線の強度に問題の無いことが判明した。また、この白色光源の平均演色評価数Ｒａは９７であった。
（実施例５）
本発明のシステムに用いられる白色光源５を製造した。
青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の４種類の蛍光体とＬＥＤの組み合わせによる白色光源を作成した。ＬＥＤは４１０ｎｍに発光ピークを有する紫色または紫外光を発光するＬＥＤを用いた。また蛍光体としては、ピーク波長が４４０〜４５５ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類リン酸塩蛍光体、ピーク波長が５２５ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、ピーク波長が５７５ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体と、ピーク波長が６４０ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミノシリケート蛍光体を用意した。各蛍光体は重量比として、青色蛍光体：緑色蛍光体：黄色蛍光体：赤色蛍光体＝７５：６：９：１０の割合で混合した。各蛍光体には平均粒径が４０〜４５μｍの粉末を用いた。蛍光体の粒子をシリコーン樹脂に分散させた蛍光体スラリーを、基板上に載置されたLEDチップを覆うように塗布することで、LEDモジュールを作成した。蛍光膜の膜厚は約８５０μｍとした。
得られた白色光源の色温度は６０２０Ｋであり、発光スペクトル特性、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））は図２３に示す通りであった。また、対応する６０２０Ｋの色温度の黒体輻射スペクトルに関し、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めると、図２４の曲線が得られた。更に図２３と図２４の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））は、図２５に示す通りである。図２５の曲線からわかる通り、差分スペクトルは−０．１２〜＋０．０２の範囲内に分布されており、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長において下記前記数８の式（２）の関係を満たすことがわかった。
前記ＬＥＤモジュールに、リフレクタ、レンズ、外囲器等を取付け、更に電子回路を接続して、本発明のシステムに用いられる白色光源とした。前記白色光源の発光効率は６４ｌｍ／Ｗ、白色光源から漏出されるＬＥＤ一次光の強度は、０．０８ｍＷ／ｌｍであり、漏出される紫外線の強度に問題の無いことが判明した。また、この白色光源の平均演色評価数Ｒａは９７であった。
（実施例６）
本発明のシステムに用いられる白色光源６を製造した。
青色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の３種類の蛍光体とＬＥＤの組み合わせによる白色光源を作成した。ＬＥＤは４０５ｎｍに発光ピークを有する紫色または紫外光を発光するＬＥＤを用いた。また蛍光体としては、ピーク波長が４５０ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類燐酸塩青色蛍光体、ピーク波長が５６０ｎｍであるユーロピウム付活オルソ珪酸塩緑色蛍光体と、ピーク波長が６５５ｎｍであるユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミノシリケート蛍光体を用意した。各蛍光体は重量比として、青色蛍光体：黄色蛍光体：赤色蛍光体＝８２：９：９の割合で混合した。各蛍光体には平均粒径が３０〜３５μｍの粉末を用いた。蛍光体の粒子をシリコーン樹脂に分散させた蛍光体スラリーを、基板上に載置されたLEDチップを覆うように塗布することで、LEDモジュールを作成した。蛍光膜の膜厚は約７３０μｍとした。
得られた白色光源の色温度は６７８５Ｋであり、発光スペクトル特性、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））は図２６に示す通りであった。また、対応する６７８５Ｋの色温度の黒体輻射スペクトルに関し、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めると、図２７の曲線が得られた。更に図２６と図２７の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））は、図２８に示す通りである。図２８の曲線からわかる通り、差分スペクトルは−０．１２５〜＋０．０１５の範囲内に分布されており、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長において下記前記数８の式（２）の関係を満たすことがわかった。
前記ＬＥＤモジュールに、リフレクタ、レンズ、外囲器等を取付け、更に電子回路を接続して、本発明のシステムに用いられる白色光源とした。前記白色光源の発光効率は６０ｌｍ／Ｗ、白色光源から漏出されるＬＥＤ一次光の強度は、０．１４ｍＷ／ｌｍであり、漏出される紫外線の強度に問題の無いことが判明した。また、この白色光源の平均演色評価数Ｒａは９７であった。
（比較例１）
比較例のシステムに用いられる白色光源７を製造した。
黄色蛍光体とＬＥＤの組み合わせによる白色光源を作成した。ＬＥＤは４４８ｎｍに発光ピークを有する青色発光ＬＥＤを用いた。また蛍光体には、ピーク波長が５６０ｎｍであるユーロピウム付活オルソ珪酸塩緑色蛍光体を用いた。蛍光体には平均粒径が７μｍの粉末を用いた。蛍光体の粒子をシリコーン樹脂に分散させた蛍光体スラリーを、基板上に載置されたLEDチップを覆うように均一に塗布することで、ＬＥＤモジュールを作成した。蛍光膜の膜厚は、ＬＥＤの青色光と蛍光体の黄色光が混合して、所望の白色光となる厚さに調整した結果、約６５μｍとなった。
得られた白色光源の色温度は６３３８Ｋであり、発光スペクトル特性、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））は図２９に示す通りであった。また、対応する６３３８Ｋの色温度の黒体輻射スペクトルに関し、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めると、図３０の曲線が得られた。更に図３３と図３４の差分スペクトル（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））は、図３１に示す通りである。図３１の曲線からわかる通り、差分スペクトルは−０．３２〜＋０．０２の範囲内に分布されており、前記数８の式（２）の関係を満たすことができず、範囲外の０．３４との大きな値を示すことが判明した。
前記ＬＥＤモジュールに、リフレクタ、レンズ、外囲器等を取付け、更に電子回路を接続して、比較例の白色光源とした。前記白色光源の発光効率は７１ｌｍ／Ｗで、高い効率の発光を示したが、平均演色評価数Ｒａは７０で、極端に低い値となった。このように比較例の白色光源は、見かけ上は本発明と同様の白色発光を示したものの、赤味が乏しく、演色性に劣る特性を示した。この様な光源を用いて、例えば病室などの照明に使用すると、患者の顔色が青白く見えて、心理面に悪影響を与えるばかりでなく、ＬＥＤから出射される強い青色光の影響により、ブルーハザード等の障害も懸念されるものであった。
（実施例７）
白色光源１，３，６の３種類の光源を使用して、本発明の白色光源システム１を製造した。各白色光源に制御回路と電源を接続し、各白色光源に流れる電流値を任意の値に調整して、各白色光源が放射する白色光を任意の割合で混合し、２０７４Ｋから６７８５Ｋまでの種々の色温度の白色光の得られる白色光源システムとした。得られる白色光の色温度は、図３２に記載された黒体軌跡上の２０７４Ｋ（Ｐ１）、４０２９Ｋ（Ｐ２）および６７８５Ｋ（Ｐ３）の3点で結ばれた２本の直線上の点で示される。６７８５Ｋの色温度の白色光源と４０２９Ｋの色温度の白色光源とを任意の割合で混合させることにより、白色光源システム１から出射される白色光の色温度を６７８５Ｋから４０２９Ｋの範囲で変化させた。また、４０２９Ｋの色温度の白色光源と２０７４Ｋの色温度の白色光源とを任意の割合で混合させることにより、白色光源システム１から出射される白色光の色温度を４０２９Ｋから２０７４Ｋの範囲で変化させた。このように、色温度の差が小さくなるように二つの白色光源を選択し、これらを任意の割合で混合することにより、白色光源システム１から白色光を出射させた。その結果、図３２から明らかなように、白色光源システム１で得られる白色光源の色温度は、２０７４Ｋから６７８５Ｋまでの範囲で黒体軌跡からの偏差が０．００５duv以下の値を示した。また本システムにより得られる白色光の平均演色評価数は９７であった。
（実施例８）
白色光源１，２、４，６の４種類の光源を使用して、本発明の白色光源システム２を製造した。各白色光源に制御回路と電源を接続し、各白色光源に流れる電流値を任意の値に調整して、各白色光源が放射する白色光を任意の割合で混合し、２０７４Ｋから６７８５Ｋまでの種々の色温度の白色光の得られる白色光源システムとした。得られる白色光の色温度は、図３３に記載された黒体軌跡上の２０７４Ｋ（Ｐ４）、３０７７Ｋ（Ｐ５）、４０２９Ｋ（Ｐ６）、５０８５Ｋ（Ｐ７）および６７８５Ｋ（Ｐ８）の５点で結ばれた４本の直線上の点で示される。６７８５Ｋの色温度の白色光源と５０８５Ｋの色温度の白色光源とを任意の割合で混合させることにより、白色光源システム１から出射される白色光の色温度を６７８５Ｋから５０８５Ｋの範囲で変化させた。また、５０８５Ｋの色温度の白色光源と４０２９Ｋの色温度の白色光源とを任意の割合で混合させることにより、白色光源システム１から出射される白色光の色温度を５０８５Ｋから４０２９Ｋの範囲で変化させた。４０２９Ｋの色温度の白色光源と３０７７Ｋの色温度の白色光源とを任意の割合で混合させることにより、白色光源システム１から出射される白色光の色温度を４０２９Ｋから３０７７Ｋの範囲で変化させた。３０７７Ｋの色温度の白色光源と２０７４Ｋの色温度の白色光源とを任意の割合で混合させることにより、白色光源システム１から出射される白色光の色温度を３０７７Ｋから２０７４Ｋの範囲で変化させた。このように、色温度の差が小さくなるように二つの白色光源を選択し、これらを任意の割合で混合することにより、白色光源システム１から白色光を出射させた。その結果、図３３から明らかなように、白色光源システム１で得られる白色光源の色温度は、２０７４Ｋから６７８５Ｋまでの範囲で黒体軌跡からの偏差が０．００２５duv以下の値を示した。また本システムにより得られる白色光の平均演色評価数は９７であった。
（実施例９）
白色光源システム１を用いて、秋の沖縄那覇市の日の出から日の入りを再現した。図３４は朝の６：３０頃から夜の６：３０頃までの、太陽光の色温度および照度変化を示した図である。図３４の曲線３は色温度の変化を示す曲線で、曲線４は照度の変化を示す曲線である。日の出と共に明るくなり、１２：００頃に照度は最も高くなり、その後１４：００頃まで照度の高い状態が継続した後、日の入りに向けて照度は徐々に低下していった。一方の色温度については、日の出時に２０００Ｋの真っ赤な太陽が現れ、照度の増加と共に色温度も上昇し、温白色から白色さらに昼白色と変化し、１４：００頃には最高度に達して、６５００Ｋの昼光色となった。その後は午前中と逆の経過を辿って、１８：３０頃には２０００Ｋに戻り、日の入りとなった。
本発明の白色光源システムでは、図３４に示された色温度や照度の経時変化を、白色光源に加える電流値をコントロールすることにより再現した。まず特定の色温度の白色光を得るため、複数の白色光源に加える電流の比率を決定した。次に、照度の変化に対応するため、前記の電流比率を保ったまま、所定の照度が得られる様に、トータル電流の強度を調整した。本発明の白色光源システムでは、図３４に示された経時変化のデータについて、３分毎の実測値をもとに調整できる様、電流値のプログラム制御を行い、太陽光の経時変化を再現した。
この様な白色光源システムを、オフィスの室内照明として使用した。本発明の照明では、太陽光の瞬間的な特性を再現するのでは無く、時々刻々変化する発光特性を再現しており、人体の持つ体内時計等への好影響が期待される。更に、白色照明による特性変化は、人間の目では識別することのできない緩やかな変化を再現しているため、太陽光同様の極めて自然な変化として、人間に知覚されるものである。従い、室内で長時間の労働を強いられる現代人の体に対して、無理のない優しい照明として受け入れられることが可能なものである。
（実施例１０）
白色光源システム２を用いて、夏の米国ロサンゼルスの日の出から日の入りを再現した。図３５は朝の４：３０頃から夜の６：３０頃までの太陽光の色温度や照度の経時変化を追跡したものである。図３５の曲線５は色温度の変化を示す曲線で、曲線６は照度の変化を示す曲線である。最も高い色温度は１１：００頃から１２：００頃にかけての、６６００Ｋであった。また照度が最も高い時刻も、色温度と同様、１１：００頃から１２：００頃の間であった。季節の中で、照度は夏に最も高くなり、同じロサンゼルスで最低の照度を示す冬の季節と比べると、照度比で１７５％となり、大きな差異を示した。
本発明の白色光源システムでは、図３５に示された色温度や照度の経時変化を、３分毎の実測値をもとに、白色光源に加える電流値をコントロールすることにより再現した。そして、この白色光源システムを、家庭内の一般照明として採用した。照明では、太陽光の瞬間的な特性を再現するのでは無く、時々刻々変化する発光特性を、自然な形で再現しており、太陽光の入射しない室内においても、人工の太陽光を創り出すができた。この様な照明は、人体の健康面に好影響を与えるばかりでなく、平均演色評価数Ｒａが９７を示す超高演色照明として、一般家庭用途に用いても、優れた特徴を示すものである。
（比較例２）
実施例の白色光源１と比較例の白色光源７を用いて、比較例の白色光源システム３を製造した。各白色光源に制御回路と電源を接続し、各白色光源に流れる電流値を任意の値に調整して、各白色光源が放射する白色光を任意の割合で混合し、２０７４Ｋから６３３８Ｋまでの種々の色温度の白色光の得られる白色光源システムとした。得られる白色光の色温度は、図３６に記載された黒体軌跡上の２０７４Ｋ（Ｐ９）および６３３８Ｋ（Ｐ１０）の２点で結ばれた直線上の点で示される。従い図３６より、白色光源システム３で得られる白色光源の色温度は、２０７４Ｋと６３３８Ｋの２点に限って、黒体軌跡上の色温度の白色光が得られるものの、両者以外の中間色温度では、黒体軌跡上からの偏差の大きな白色光しか得ることができなかった。特に３５００Ｋ近辺では、偏差が０．０１duvを超える大きなズレとなった。
比較例の白色光源システム３を用いた照明では、黒体軌跡上の色温度を正確に再現できないばかりか、各色温度の黒体輻射の発光スペクトルとの間に形状差異があるため、太陽光に近い自然な色合いの白色光を得ることができなかった。２０７４Ｋに限れば、太陽光の再現レベルは本発明の実施例光源と同様であったが、色温度が高くなるほどズレが大きくなり、６３３８Ｋでは青色成分の強い、不自然な白色光しか示さなかった。また、このシステムでは様々な色温度の白色光を得ることができるが、都度色調を調整する必要がある為、同じ色温度の白色光が長時間継続したり、切換えの度に色温度が大きく変わる不自然な変化を示したため、太陽光の自然な変化とは大きく異なる照明しか得ることが出来なかった。
（実施例１１〜１６）
時期毎に異なる変化パターン及び場所毎に異なる変化パターンを含む複数の変化パターンから季節単位か、緯度または経度の違いでパターンを選択することにより、各実施例において、下記の通り、様々な地点や季節の太陽光を再現した。
実施例１１：春の北海道・稚内、時間５：３０頃〜１７：３０頃、色温度２０００Ｋ〜６５００Ｋ、
実施例１２：夏の台湾・台北、時間５：３０頃〜１９：３０頃、色温度２０００Ｋ〜６６００Ｋ
実施例１３：夏の北海道・稚内、時間４：００頃〜１８：００頃、色温度２０００Ｋ〜６６００Ｋ
実施例１４：冬の沖縄・那覇市、時間６：３０頃〜１８：３０頃、色温度２０００Ｋ〜６５００Ｋ
実施例１５：冬の日本・東京、時間５：３０頃〜１７：３０頃、色温度２０００Ｋ〜６５００Ｋ
実施例１６：冬の北海道・稚内、時間５：３０頃〜１７：３０頃、色温度２０００〜６５００Ｋ
それぞれの色温度変化、照度変化は各順に、図３７〜４２に示す通りである。図３７〜４２において、色温度の変化を示す曲線を７，９，１１，１３，１５，１７で示す。また、照度の変化を示す曲線を８，１０，１２，１４，１６，１８で示す。本発明の白色光源システムでは、図３７〜４２に示された色温度や照度の経時変化を、３分毎の実測値をもとに、白色光源に加える電流値をコントロールすることにより再現した。このような光源を、病院をはじめ、オフィスや一般家庭用照明として使用することにより、医療補助や健康促進、更には快適な空間を造り出す高演色照明として、様々な目的に役立てることが可能である。
なお、平均演色評価数Ｒａは、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長範囲に亘って、５ｎｍ間隔で発光スペクトル強度のデータを求めた後、ＪＩＳ−８７２６に記載の方法に従って計算を行うことにより求められる。
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。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

［１］ 白色光源の発光スペクトルをＰ（λ）、対応する色温度の黒体輻射の発光スペクトルをＢ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）、Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ１、Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ２としたとき、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））と（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））の差分の絶対値が前記の数１に示す関係式を満たし、更に平均演色評価指数が９７以上である複数の前記白色光源からなり、前記複数の白色光源からの光の混合割合を変化させることにより、システムから出射される白色光の発光特性が時間の経過とともに連続して変化してゆくことを特徴とする白色光源システム。
［２］ ［１］記載の白色光源システムにおいて、前記白色光の発光特性の経時変化が、太陽光の１日の変化を実測した結果に基づく複数の変化パターンから選択されたパターンに従って進行することを特徴とする白色光源システム。
［３］ ［２］記載の白色光源システムにおいて、前記複数の変化パターンが、時期毎に異なる変化パターン及び場所毎に異なる変化パターンを含み、前記複数の変化パターンから季節単位か、緯度または経度の違いでパターンを選択できることを特徴とする白色光源システム。
［４］ ［１］乃至［３］のいずれかに記載の白色光源システムにおいて、前記複数の白色光源は、前記数１に示す関係式を満たす色温度の異なる３種類以上の白色光源からなり、前記３種類以上の白色光源から色温度が高い順又は低い順に従って２種類の白色光源を選択して混合することにより、前記システムから出射される白色光を黒体軌跡上の２０００Ｋ以上６５００Ｋ以下の色温度で、前記色温度に対する偏差が±０．００５ｄｕｖ以内の白色光とすることを特徴とする白色光源システム。
［５］ ［４］記載の白色光源システムにおいて、前記複数の白色光源が、色温度の異なる３種類の白色光源からなることを特徴とする白色光源システム。
［６］ ［５］記載の白色光源システムにおいて、前記３種類の白色光源は、色温度の最も高い白色光源が６５００Ｋ以下であり、最も色温度の低い白色光源が２０００Ｋ以上であり、両者の中間色温度の白色光源が、２９５０Ｋ以上４０５０Ｋ以下の範囲内にあることを特徴とする白色光源システム。
［７］ ［１］１乃至［６］のいずれかに記載の白色光源システムにおいて、前記複数の白色光源は、それぞれ、発光ダイオード及び蛍光体を含み、前記発光ダイオードがピーク波長が３５０ｎｍ〜４２０ｎｍである紫外または紫色の１次光を出射し、前記蛍光体が前記発光ダイオードからの前記１次光を吸収して白色の２次光に変換することを特徴とする白色光源システム。
［８］ ［７］記載の白色光源システムにおいて、前記蛍光体は、青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、黄色発光蛍光体及び赤色発光蛍光体よりなる群から選択される３種類以上の蛍光体が混合されてなることを特徴とする白色光源システム。
［９］ ［８］記載の白色光源システムにおいて、前記蛍光体は、青色発光蛍光体が４５重量部以上７５重量部以下、緑色発光蛍光体が３重量部以上７重量部以下、黄色発光蛍光体が９重量部以上１７重量部以下、赤色蛍光体が９重量部以上１８重量部以下の割合に混合され、蛍光体全量が１００重量部に調整されたものであることを特徴とする白色光源システム。
［１０］
［８］乃至［９］のいずれかに記載の白色光源システムにおいて、前記青色発光蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類リン酸塩蛍光体、前記緑色発光蛍光体がユーロピウム、マンガン共付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩蛍光体、前記黄色発光蛍光体がユーロピウム、マンガン共付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩蛍光体、そして前記赤色蛍光体がユーロピウム付活カルシウムニトリドアルミノシリケート蛍光体であることを特徴とする白色光源システム。
１…色温度の変化を示す曲線、２…照度の変化を示す曲線、３…色温度の変化を示す曲線、４…照度の変化を示す曲線、５…色温度の変化を示す曲線、６…照度の変化を示す曲線、７…色温度の変化を示す曲線、８…照度の変化を示す曲線、９…色温度の変化を示す曲線、１０…照度の変化を示す曲線、１１…色温度の変化を示す曲線、１２…照度の変化を示す曲線、１３…色温度の変化を示す曲線、１４…照度の変化を示す曲線、１５…色温度の変化を示す曲線、１６…照度の変化を示す曲線、１７…色温度の変化を示す曲線、１８…照度の変化を示す曲線、２１…白色光源部、２２…制御部、２３…基板、２４…複数の白色光源、２５…発光装置外囲器、２６…ＬＥＤチップ、２７…蛍光膜、２８…コントロール部、２９…メモリー部、３０…データ入出力部。

Claims (11)

  1. 白色光源の発光スペクトルをＰ（λ）、対応する色温度の黒体輻射の発光スペクトルをＢ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）、Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ１、Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ２としたとき、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））と（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））の差分の絶対値が３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の各波長において下記の数１に示す関係式を満たし、更に平均演色評価指数が９７以上である色温度の異なる複数の白色光源からなり、前記色温度の異なる複数の白色光源からの光の混合割合を変化させることにより、システムから出射される白色光の発光特性が時間の経過とともに連続して変化してゆき、前記白色光の平均演色評価指数が９７以上であることを特徴とする白色光源システム。
  2. 請求項１記載の白色光源システムにおいて、前記白色光の発光特性の経時変化が、太陽光の１日の変化を実測した結果に基づく複数の変化パターンから選択されたパターンに従って進行することを特徴とする白色光源システム。
  3. 請求項２記載の白色光源システムにおいて、前記複数の変化パターンが、時期毎に異なる変化パターン及び場所毎に異なる変化パターンを含み、前記複数の変化パターンから季節単位か、緯度または経度の違いでパターンを選択できることを特徴とする白色光源システム。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の白色光源システムにおいて、前記複数の白色光源は、前記数１に示す関係式を満たす色温度の異なる３種類以上の白色光源からなり、前記３種類以上の白色光源から色温度が高い順又は低い順に従って２種類の白色光源を選択して混合することにより、前記システムから出射される白色光を黒体軌跡上の２０００Ｋ以上６５００Ｋ以下の色温度で、前記色温度に対する偏差が±０．００５ｄｕｖ以内の白色光とすることを特徴とする白色光源システム。
  5. 請求項４記載の白色光源システムにおいて、前記複数の白色光源が、色温度の異なる３種類の白色光源からなることを特徴とする白色光源システム。
  6. 請求項５記載の白色光源システムにおいて、前記３種類の白色光源は、色温度の最も高い白色光源が６５００Ｋ以下であり、最も色温度の低い白色光源が２０００Ｋ以上であり、両者の中間色温度の白色光源が、２９５０Ｋ以上４０５０Ｋ以下の範囲内にあることを特徴とする白色光源システム。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか1項に記載の白色光源システムにおいて、前記色温度の異なる複数の白色光源は、それぞれ、発光ダイオード及び蛍光体を含み、前記発光ダイオードがピーク波長が３５０ｎｍ〜４２０ｎｍである紫外または紫色の１次光を出射し、前記蛍光体が前記発光ダイオードからの前記１次光を吸収して白色の２次光に変換することを特徴とする白色光源システム。
  8. 請求項７記載の白色光源システムにおいて、前記蛍光体は、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体及び赤色蛍光体よりなる群から選択される３種類以上の蛍光体が混合されてなることを特徴とする白色光源システム。
  9. 請求項８記載の白色光源システムにおいて、前記蛍光体は、青色蛍光体が４５重量部以上７５重量部以下、緑色蛍光体が３重量部以上７重量部以下、黄色蛍光体が９重量部以上１７重量部以下、赤色蛍光体が９重量部以上１８重量部以下の割合に混合され、蛍光体全量が１００重量部に調整されたものであることを特徴とする白色光源システム。
  10. 請求項８乃至９のいずれか１項に記載の白色光源システムにおいて、前記青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類リン酸塩蛍光体、前記緑色蛍光体がユーロピウム、マンガン共付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩蛍光体、前記黄色蛍光体がユーロピウム、マンガン共付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩蛍光体、そして前記赤色蛍光体がユーロピウム付活カルシウムニトリドアルミノシリケート蛍光体であることを特徴とする白色光源システム。
  11. 前記白色光の色温度の変化が、前記変化の前後における前記色温度の差異がマクアダムの楕円の１ステップで規定される範囲内に収まる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の白色光源システム。
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