JP2020136095A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路構成を複雑にすることなく、色度図における黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１００は、第１発光素子１１及び第１波長変換部材１４を有し、第１の光を発する第１発光部１０と、第２発光素子２１及び第２波長変換部材２４を有し、第１の光より色温度が低い第２の光を発する第２発光部２０と、第１発光部１０及び第２発光部２０のそれぞれの出力を調整し、ＰＷＭ調光方式により第１発光部１０及び第２発光部２０を調光する制御部３０を備え、第１波長変換部材１４及び第２波長変換部材２４は、それぞれ、第１蛍光体１２、２２と、第２蛍光体１３、２３とを含み、第１蛍光体１２、２２及び第２蛍光体１３、２３のうち、一方は、蛍光寿命が相対的に長く、当該蛍光寿命が前記パルス幅変調の周期の１倍以上であり、他方は、蛍光寿命が相対的に短く、当該蛍光寿命が１０マイクロ秒以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置、特に、色温度を変更することができる照明装置に関する。

ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源とした照明装置は、ＬＥＤの高出力化によって益々普及している。照明装置は、照明空間に存在する物体の色を自然な色に見せる演色性が高い白色光を出射することが要求される。このような高い演色性が要求される照明用途では、ＬＥＤと、ＬＥＤからの放射光で励起されてＬＥＤとは異なる波長の光を発する蛍光体とを組み合わせて、白色光を得る方式が主流となっている。

また、同じ照明空間でも、様々に変化する生活シーンに応じて照明光の色温度を変化させたいというユーザの要望があり、ＬＥＤを光源とする照明装置においても、色温度を変化させる機能を有するものが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された照明装置は、色温度の異なる２種類の発光部を備え、両発光部の光量の比率を変更することにより、放射する白色光の色温度を変化させる。この構成の光源から放射される白色光の色温度は、ＣＩＥ ｘｙ色度図において、その色度座標が両発光部から放射される光それぞれに対応する色度座標を結ぶ直線上を移動する形で変化していく。

特開２００９−２３８７２９号公報 特開２００７−１２２９５０号公報

ところで、照明装置から放射される白色光を、照明空間に存在する物体の色を自然な色に見せる白色光とするためには、当該白色光の色温度を変化させたときに、当該白色光の色度座標が、ＣＩＥ ｘｙ色度図における黒体軌跡に沿って移動することが望ましい。黒体軌跡は、ＣＩＥ ｘｙ色度図において弧状の曲線である。

しかしながら、上述のように、特許文献１に記載されるような２つの発光部を有する構成の照明装置から放射される白色光の色度座標は、２つの発光部から放射される光それぞれに対応する色度座標を結ぶほぼ直線上を移動する。従って、前述の照明装置では、色温度を広範囲に変化させる場合に、白色光の色度座標が弧状の黒体軌跡に沿って移動することができず、白色光の色温度によっては黒体軌跡から外れ、緑味又は赤味掛かった光色に見える問題が発生する。

上記問題を解決するために、青色ＬＥＤ及び赤色ならびに緑色を発色するための蛍光体を用いて、赤色、青色及び緑色の光を発光する半導体発光装置を組み合わせて、ＬＥＤの出力を制御する照明装置が開示されている（例えば、特許文献２）。特許文献２に記載された照明装置では、赤色、青色及び緑色の光を組み合わせて、黒体軌跡をトレースし、自然光に近い白色光を出射する。しかし、当該照明装置では、少なくとも３種類以上の発光部を備えるため、その照射面に色ムラが発生したり、３種類以上の発光部を制御する機構もそれぞれ必要となるため、回路が複雑になり、照明装置全体が大型化したりする問題がある。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、回路構成を複雑にすることなく、色度図における黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる照明装置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、本発明の一態様に係る照明装置は、第１発光素子、及び、前記第１発光素子が発する光の一部を波長変換する第１波長変換部材を有し、前記第１発光素子が発する光、及び、前記第１波長変換部材に波長変換された光を混合して第１の光を発する第１発光部と、第２発光素子、及び、前記第２発光素子が発する光の一部を波長変換する第２波長変換部材を有し、前記第２発光素子が発する光、及び、前記第２波長変換部材に波長変換された光を混合して、前記第１の光より色温度が低い第２の光を発する第２発光部と、前記第１発光部及び前記第２発光部のそれぞれの出力を調整し、パルス幅変調調光方式により前記第１発光部及び前記第２発光部を調光する制御部と、を備え、前記第１波長変換部材及び前記第２波長変換部材は、それぞれ、第１蛍光体と、前記第１蛍光体とは異なる第２蛍光体とを含み、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体のうちの一方は、蛍光寿命が相対的に長く、当該蛍光寿命が前記パルス幅変調の周期の１倍以上であり、前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体のうちの他方は、蛍光寿命が相対的に短く、当該蛍光寿命が１０マイクロ秒以下である。

本発明に係る照明装置によれば、回路構成を複雑にすることなく、色度図における黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる。

図１は、実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す図である。 図２は、実施の形態に係る第１発光部及び第２発光部の断面を示す模式図である。 図３は、実施の形態に係る第１発光部の動作を示す模式図である。 図４Ａは、実施の形態に係る第１発光部が発する光の時間変化及び発光スペクトルの一例を示す模式図である。 図４Ｂは、実施の形態に係る第１発光部が発する光の時間変化及び発光スペクトルの別の例を示す模式図である。 図５は、実施の形態に係る第１発光部が発する光について、デューティ比を変更した場合の色度の変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。 図６Ａは、実施例１における第１の光及び第２の光の発光スペクトルを示す図である。 図６Ｂは、実施例１における照明装置が発する光の色度変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。 図７は、実施例２における照明装置が発する光の色度変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。 図８は、実施例３における照明装置が発する光の色度変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。 図９は、実施例４における照明装置が発する光の色度変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。

（実施の形態）
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、本発明を示すために適宜強調、省略、又は比率の調整を行った模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではなく、実際の形状、位置関係、及び比率とは異なる場合がある。

［構成］
まず、本実施の形態に係る照明装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係る照明装置１００の概略構成を示す図である。図１に示されるように、照明装置１００は、第１発光部１０、第２発光部２０、及び制御部３０を備える。照明装置１００は、例えば、図１に示されるようなシーリングライトであり、ベースライト、ダウンライト及び電球等であってもよい。

第１発光部１０及び第２発光部２０は、それぞれ、異なる色度の光を発する発光部である。第１発光部１０は、第１の光を発し、第２発光部２０は、第１の光よりも色温度が低い第２の光を発する。

制御部３０は、外部からの制御情報を受け付け、第１発光部１０及び第２発光部２０のそれぞれの出力を調整する。これにより、第１の光及び第２の光それぞれの光量が調整され、第１の光と第２の光とが混合されて生成する白色光の色温度が変化する。制御部３０は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）調光方式により第１発光部１０及び第２発光部２０を調光する。制御部３０は、第１発光部１０と第２発光部２０とを、同じＰＷＭの条件で調光してもよく、異なるＰＷＭの条件で調光してもよいが、制御回路を簡素化できる観点から、同じＰＷＭの条件で調光するとよい。また、制御部３０の制御には、点灯及び消灯が含まれる。制御部３０は、第１発光部１０及び第２発光部２０に独立して電力を供給し、個別に電流量を変化させることで、第１の光及び第２の光それぞれの光量を調整する。制御部３０は、具体的には、調光スイッチ、電流制御回路、ＰＷＭ制御回路等の調光回路から構成される。制御部３０は、プロセッサ、又はマイクロコンピュータ等によって構成されてもよい。

次に、第１発光部１０及び第２発光部２０について、詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る第１発光部１０及び第２発光部２０の断面を示す模式図である。

図２に示されるように、第１発光部１０は、第１発光素子１１、第１波長変換部材１４及び封止部材１５を有する。第１発光部１０は、ＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）型の発光モジュールであり、第１発光素子１１が、基板４０上に実装され、第１波長変換部材１４が含まれる封止部材１５によって封止されている。なお、図示はしていないが、第１発光素子１１は、電力を供給するための金属配線を介して基板４０と接続されている。基板４０は、例えば、メタルベース基板、樹脂基板、又はセラミック基板である。

第２発光部２０は、第２発光素子２１、第２波長変換部材２４及び封止部材２５を有する。第２発光部２０も、第１発光部１０と同様の構造を有しているため、詳細な説明は省略する。第２発光部２０は、第１発光部１０とは別回路によって電力が供給される。第２発光部２０は、第１発光部１０と同じ基板に実装されていてもよく、別の基板に実装されていてもよい。

なお、第１発光部１０及び第２発光部２０は、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）型の発光モジュールであってもよい。また、第１発光部１０及び第２発光部２０は、リモートフォスファー型の発光モジュールであってもよい。第１発光部１０及び第２発光部２０の数は、使用目的に応じで適宜調整すればよい。

第１発光素子１１は、例えば、発光のピーク波長が４３０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の青色光を放射するＬＥＤであり、発光のピーク波長が４４５ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の青色光を放射するＬＥＤであってもよい。発光のピーク波長を４３０ｎｍ以上とすることで、第１発光素子１１が発する光の平均演色評価数（Ｒａ）が高くなりやすく、発光のピーク波長を４６０ｎｍ以下とすることで、高い発光効率が得られやすい。

第１波長変換部材１４は、第１発光素子１１が発する光の一部を波長変換する。これにより、第１発光部１０は、第１発光素子１１が発する光、及び、第１波長変換部材１４に波長変換された光を混合して、第１の光を発する。第１波長変換部材１４は、第１蛍光体１２及び第１蛍光体１２とは異なる第２蛍光体１３を含む。第１蛍光体１２及び第２蛍光体１３は、封止部材１５中に分散して存在している。

第１蛍光体１２は、第１発光素子１１の光によって励起され、例えば、発光のピーク波長が４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の光を発する蛍光体である。発光効率が高く、高い演色性が得られる観点から、第１蛍光体１２は、発光のピーク波長が、５１０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下であり、発光スペクトルにおける半値幅が、１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下となる蛍光体であるとよい。具体的な第１蛍光体１２としては、例えば、シリケート蛍光体（（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋）、βサイアロン蛍光体、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体（Ｌｎ_３Ａｌ_５−ｘＧａ_ｘＯ_１２：Ｃｅ^３＋（Ｌｎ＝Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、かつ、０≦ｘ＜５））、ＢＡＭ：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体等が用いられる。第１蛍光体１２としては、１種類の蛍光体が用いられてもよく、複数種の蛍光体を混合して用いられてもよい。

第２蛍光体１３は、第１発光素子１１の光によって励起され、例えば、発光のピーク波長が５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の光を発する蛍光体である。第２蛍光体１３は、発光のピーク波長が６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の光を発する蛍光体であってもよい。第１の光の色度を調整する観点から、第２蛍光体１３の発光のピーク波長は、第１蛍光体１２のピーク発光波長よりも長いとよい。具体的な第２蛍光体１３としては、例えば、窒化物（ＣＡＳＮ）蛍光体（（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋）、ＫＳＦ蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋）等が用いられる。発光効率の高さ及び後述する蛍光寿命の長さの観点から、第２蛍光体１３は、ＫＳＦ蛍光体であるとよい。第２蛍光体１３としては、単独の蛍光体が用いられてもよく、複数種の蛍光体を混合して用いられてもよい。

第１蛍光体１２及び第２蛍光体１３は、第１発光部１０が所定の色度及び色温度の光を発するように、封止部材１５中の配合比率及び配合量が調整される。

第１蛍光体１２及び第２蛍光体１３のうちの一方の蛍光体は、蛍光寿命が相対的に長く、当該蛍光寿命を第１蛍光寿命とした場合、第１蛍光寿命は、制御部３０によるＰＷＭの周期の１倍以上であり、ＰＷＭの周期の２倍以上であってもよい。第１蛍光寿命は、１００マイクロ秒以上１００ミリ秒以下であってもよく、１ミリ秒以上１００ミリ秒以下であってもよい。第１蛍光寿命をＰＷＭの周期の１倍以上とすることで、第１発光素子１１が光を発していない間も、当該蛍光体は光を発することができる。以降、第１発光素子１１等の発光素子が光を発していない間に、蛍光体が発する光を残光と称する場合がある。ＰＷＭ調光をした場合に、当該蛍光体が残光を発することにより、第１発光部１０が発する光の色度が変化する。また、第１蛍光寿命を１００ミリ秒以下にすることで、色温度を変化させる際及び消灯させる際に、残光によって特定の色が目立ちにくくなる。

また、第１蛍光体１２及び第２蛍光体１３のうちの他方は、蛍光寿命が相対的に短く、当該蛍光寿命を第２蛍光寿命とした場合に、第２蛍光寿命が１０マイクロ秒以下であり、１マイクロ秒以下であってもよい。第２蛍光寿命は、制御部３０によるＰＷＭの周期より、十分に短ければよく、ＰＷＭの周期の１００分の１以下であってもよい。

なお、蛍光寿命とは、蛍光体がパルス光を照射されて励起状態になってから、蛍光を放出して元の状態に戻るまでの時間のことである。一般的な蛍光体の蛍光寿命はナノ秒オーダーであるが、蛍光寿命がミリ秒オーダーの蛍光体もあり、蛍光寿命は、蛍光体の種類より適宜調整できる。例えば、ＹＡＧ蛍光体及びＣＡＳＮ蛍光体の蛍光寿命は、数ナノ秒であり、ＫＳＦ蛍光体及びＢＡＭ：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体の蛍光寿命は、１０ミリ秒以上２０ミリ秒以下である。

封止部材１５は、第１発光素子１１を封止し、中に第１波長変換部材１４が分散した透光性樹脂材料である。透光性樹脂材料としては、第１発光素子１１、第１蛍光体１２及び第２蛍光体１３が発する光を透過する材料であれば、特に限定されないが、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、又はユリア樹脂等が用いられる。

第２発光素子２１は、第１発光素子１１と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。第２発光素子２１は、第１発光素子１１と同じＬＥＤであってもよく、異なるＬＥＤであってもよい。経時変化による特性変化を同一にし、白色光の再現性を高める観点からは、第１発光素子１１と第２発光素子２１との発光ピーク波長の差は、５ｎｍ以下であるとよく、具体的には、第１発光素子１１と第２発光素子２１とは同じ種類のＬＥＤであるとよい。

第２波長変換部材２４は、第２発光素子２１が発する光の一部を波長変換する。これにより、第２発光部２０は、第２発光素子２１が発する光、及び、第２波長変換部材２４に波長変換された光を混合して、第２の光を発する。第２波長変換部材２４は、第１蛍光体２２及び第２蛍光体２３を含む。第１蛍光体２２及び第２蛍光体２３は、封止部材２５中に分散して存在している。

第１蛍光体２２及び第２蛍光体２３は、それぞれ第１蛍光体１２及び第２蛍光体１３と同じであり、詳細な説明を省略する。第１蛍光体２２及び第２蛍光体２３は、それぞれ第１蛍光体１２及び第２蛍光体１３と同じ種類の蛍光体が用いられてもよく、異なる種類の蛍光体が用いられてもよい。

第１蛍光体２２及び第２蛍光体２３の封止部材２５中の配合比率及び配合量の少なくとも一方は、封止部材１５中の第１蛍光体１２及び第２蛍光体１３と異なる。これにより、第２発光部２０が発する第２の光は、第１発光部１０が発する第１の光よりも、色温度が低くなるように調整される。例えば、第２発光部２０が、第１発光部１０よりも、波長の長い光を発する蛍光体を多く含むことで、第２の光の色温度を第１の光の色温度よりも低くすることができる。

封止部材２５は、封止部材１５と同様の構成であるため詳細な説明を省略する。

［動作］
次に、本実施の形態に係る照明装置１００の動作について説明する。

照明装置１００は、電力が供給されると、制御部３０による制御に基づいて第１発光部１０及び第２発光部２０が発光する。これにより、第１発光部１０が発する第１の光及び第２発光部２０が発する第２の光が混合され、白色光が生成される。制御部３０は、第１発光部１０及び第２発光部２０への電流量を個別に調整し、第１の光及び第２の光の光量を変化させることで、白色光の色温度を変化させる。

次に、照明装置１００における色度の調整について説明する。

図３は、本実施の形態に係る第１発光部１０の動作を示す模式図である。具体的には、図３には、制御部３０が、ＰＷＭ調光により、第１発光部１０の出力を調整する場合の状態が示されている。また、図３における第１発光部１０は、第１蛍光体１２が相対的に短い第２蛍光寿命を有し、第２蛍光体１３が相対的に長い第１蛍光寿命を有する場合を示している。

図３に示されるように、第１発光部１０に流れる電流は、ＰＷＭ調光により、電流が流れているＯＮ状態と電流が流れていないＯＦＦ状態とを繰り返す。繰り返し中、１回のＯＮ状態の時間及びＯＦＦ状態の時間の合計がＰＷＭの周期である。また、ＰＷＭの周期に対するＯＮ状態の時間の比率がデューティ比であり、ＯＮ状態の時間は、デューティ比を変更することにより調整可能である。

ＯＮ状態では、電流が流れているため、第１発光素子１１、第１蛍光体１２、及び第２蛍光体１３は、それぞれ、光を発する。

ＯＦＦ状態では、電流が流れていないため、第１発光素子１１は光を発しない。第１蛍光体１２の蛍光寿命は、ＰＷＭの周期に対して、十分に短いため、第１発光素子１１が光を発しなくなるのとほぼ同時に、第１蛍光体１２も光を発しなくなる。これに対して、第２蛍光体１３の蛍光寿命はＰＷＭの周期の１倍以上であるため、第１発光素子１１が光を発していない間も、第２蛍光体１３は光を発し続ける。例えば、２００Ｈｚの周波数でＰＷＭ調光した場合、ＰＷＭの周期は５ミリ秒であり、第２蛍光体１３の蛍光寿命が５ミリ秒以上であれば、ＯＦＦ状態の間も、第２蛍光体１３は光を発し続けることができる。

ＰＷＭ調光におけるＰＷＭの周期は、特に制限されず、蛍光体の蛍光寿命との関係から設定すればよい。ＰＷＭの周期は、例えば、一般的な照明器具では５ミリ秒に設定され、干渉縞が問題になりやすいマシンビジョン向けの場合には１ミリ秒に設定される。

図４Ａ及び図４Ｂは、図３の説明に用いた第１発光部１０が発する光の時間変化及び発光スペクトルの一例を示す模式図である。図４Ａは、ＰＷＭ調光によるデューティ比が１００％の場合、つまり第１発光部１０に電流が流れ続けている場合の図であり、図４Ｂは、ＰＷＭ調光により制御されている場合の図である。

図４Ａに示されるように、ＰＷＭ調光によるデューティ比が１００％の場合は、電流が流れ続けるため、第１発光素子１１、第１蛍光体１２及び第２蛍光体１３は光を発し続け、これらの光が混合した発光スペクトルが得られる。

図４Ｂに示されるように、ＰＷＭ調光による制御が行われた場合は、上述したように残光を発する第２蛍光体のみが、ＯＦＦ状態の間も光を発し続ける。つまり、第２蛍光体は、ＯＦＦ状態の間に残光を発する。これにより、ＰＷＭの周期よりも長い時間スケールで考えると、相対的に第２蛍光体の光が強くなった光が出射されていることになる。よって、得られる発光スペクトルは、第２蛍光体が発する光に対応する波長領域の強度が相対的に高くなるように変化する。デューティ比を変えることにより、ＯＦＦ状態の時間が変わるため、その結果、残光によるスペクトル変化の量も変わり、色度を変化させることができる。

なお、図３、図４Ａ及び図４Ｂでは、第１発光部１０の動作が示されているが、第２発光部２０についても、同様の機構で動作する。また、図３、図４Ａ及び図４Ｂでは、第１蛍光体１２が第２蛍光寿命を有し、第２蛍光体１３が第１蛍光寿命を有する場合が示されているが、第１蛍光体１２が第１蛍光寿命を有し、第２蛍光体１３が第２蛍光寿命を有する場合も、同様の機構で動作する。

図５は、図３と同じ第１発光部１０が発する光について、デューティ比を変更した場合の色度の変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。以下では、ＣＩＥ ｘｙ色度図を単に色度図と称する場合がある。図５において、色度座標Ａ１及びＡ２は、ＰＷＭ調光の制御におけるデューティ比を変更した場合に発せられる光の色度座標であり、色度座標Ａ２の方が色度座標Ａ１よりもデューティ比が低い場合が示されている。つまり、色度座標Ａ２の光は、第２蛍光体１３のみが発光している時間の割合が高い場合の光である。また、色度座標Ｆ１は、第２蛍光体１３単独で発する光の色度座標である。

図５に示されるように、デューティ比が低くなり、第２蛍光体１３のみが発光している時間の割合が高くなると、色度座標Ａ１から第２蛍光体１３の色度座標Ｆ１の方向へ色度座標が移動するように色度が変化し、黒体軌跡上の色度座標Ａ２の色度の光となる。つまり、色度座標Ａ１と色度座標Ｆ１とが黒体軌跡を挟む位置にある場合には、第１発光部１０は、デューティ比が変更されることで、色度が変化し、黒体軌跡上の色度座標の光を出射することができる。

本実施の形態に係る照明装置１００は、第１発光部１０に加えて、第２発光部２０を備えており、第２発光部２０は、第１発光部と同様にデューティ比を変更することで色度を変化することが可能である。第２発光部２０は、第１発光部１０が発する第１の光よりも色温度が低い第２の光を発することから、照明装置１００は、第１の光及び第２の光の光量をそれぞれ調整することで、第１の光と第２の光との混合光の色温度を変化させることができる。つまり、照明装置１００は、デューティ比を調整することにより色度を変化させることができ、第１の光及び第２の光の光量を調整することで、上記混合光の色温度を変化させることができる。そのため、色度図において、上記混合光の色度座標と第２蛍光体１３、２３の色度座標とが、黒体軌跡を挟む位置にある場合には、デューティ比を下げることにより、混合光の色度座標を黒体軌跡上に移動させることができる。よって、２つの発光部により色温度を変化させる際に、色度図における色度座標を黒体軌跡から外れる場合であっても、さらに色度を調整することができるため、黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる。

［実施例１］
次に、実施例１における照明装置について説明する。実施例１における照明器具は、上記同様に第１発光素子及び第１波長変換部材を有する第１発光部と、第２発光素子及び第２波長変換部材を有する第２発光部と、制御部とを備える。第１発光部は第１の光を発し、第２発光部は第２の光を発する。第１波長変換部材及び第２波長変換部材はそれぞれ第１蛍光体及び第２蛍光体を含む。第１波長変換部材及び第２波長変換部材は、第１蛍光体及び第２蛍光体の配合比率及び配合量が異なる。

制御部は、第１発光部及び第２発光部をＰＷＭ調光により制御する。ＰＷＭ調光におけるＰＷＭの周期は、５ミリ秒である。また、制御部は、第１発光部及び第２発光部に供給する電流量を個別に０％から１００％の間で制御し、第１の光及び第２の光の光量を調整する。第１発光部及び第２発光部は、供給する電流量が１００％の場合に、後述する発光スペクトル（図６Ａ）において、第１の光のスペクトルの積分値（面積）が、第２の光のスペクトルの積分値（面積）と同じになるように、それぞれの電流量が設定されている。

第１発光素子及び第２発光素子は、発光ピーク波長が４５０ｎｍのＬＥＤである。第１蛍光体は、発光ピーク波長が５４５ｎｍのＹＡＧ蛍光体であり、第２蛍光体は、ピーク波長が６３５ｎｍのＫＳＦ蛍光体である。ＹＡＧ蛍光体の蛍光寿命は、１マイクロ秒以下であり、ＫＳＦ蛍光体の蛍光寿命は１０ミリ秒以上２０ミリ秒以下である。

色度図において、デューティ比が１００％である場合に第１の光の色度座標が（０．３３０，０．３５３）であり、デューティ比が１００％である場合に第２の光の色度座標が（０．４００、０．４１９）である。上記色度座標は、第１蛍光体及び第２蛍光体それぞれの配合比率及び配合量を調整することで実現される。

図６Ａは、実施例１における第１の光及び第２の光の発光スペクトルを示す図である。具体的には、図６Ａには、デューティ比が１００％、つまり、第１発光部及び第２発光部に常に電流が流れており、それぞれの発光部に供給する電流量を１００％とした場合の、第１の光及び第２の光それぞれの発光スペクトルが示されている。第２の光は、第１の光と比べて、発光スペクトルの４５０ｎｍ付近のピークが小さく、６１５ｎｍ及び６３５ｎｍ付近のピークが大きい。よって、第２の光は、第１の光と比べて、青色光に対応する波長の発光強度が低く、赤色光に対応する波長の発光強度が高いことから、色温度が低い光である。

図６Ｂは、実施例１における照明装置が発する光の色度変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。色度座標Ａ１１は、デューティ比が１００％である場合の第１の光の色度座標であり、色度座標Ｂ１１は、デューティ比が１００％である場合の第２の光の色度座標である。色度座標Ｆ１１は、第２蛍光体が単独で発する光の色度座標である。

図６Ｂに示されるように、第１の光の色度座標Ａ１１及び第２の光の色度座標Ｂ１１は、それぞれ、色度図において、黒体軌跡上の色度ｙ以上となる領域の色度座標である。

デューティ比が１００％の場合には、第１発光部と第２発光部への電流量を調整することで、第１の光と第２の光との混合光の色度座標は、色度座標Ａ１１と色度座標Ｂ１１との間の線Ｌ１上を直線状に移動する。さらに、線Ｌ１上の色度座標の混合光は、デューティ比を小さくすることで、第２蛍光体の残光の影響で、色度座標Ｆ１１に向かって色度座標が移動することになる。これにより、発光装置が発する光を、黒体軌跡上の曲線Ｒ１に存在する色度座標の色温度に調整することができるため、発光装置は、黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる。

表１は、実施例１における照明装置が発する光を、黒体軌跡上の色度座標となるように色温度を調整した場合の、第１発光部及び第２発光部へ供給される電流量、ならびに、ＰＭＷ調光のデューティ比を示す表である。

表１に示されるように、実施例１における照明装置は、供給される電流量及びデューティ比を変更することにより、５０００Ｋから３０００Ｋまでの色温度範囲を、黒体軌跡上の色度座標となるように、発する光の色温度を変更することができる。

また、実施例１における照明装置の発する光は、いずれの色温度においても、Ｒａが８０以上であり被照射物を自然な色の見せることができることが確認された。

このように、実施例１における照明装置は、色度図において、色度座標Ａ１１及び色度座標Ｂ１１が、黒体軌跡の色度ｙ以上となる領域の色度座標であり、第２蛍光体の蛍光寿命がＰＷＭの周期の１倍以上である。そのため、広範囲にわたり色温度を変化させる場合でも、黒体輻射軌跡をトレースして自然光に近い白色光を出射することができる。よって、照明空間に存在する物体の色を自然な色に見せつつ、所望の色温度を再現することができる。

また、実施例１における照明装置では、第１蛍光体がＹＡＧ蛍光体であり、第２蛍光体がＫＳＦ蛍光体である。ＫＳＦ蛍光体は、赤色光波長領域において輝線状の発光特性を示すことから、このような組み合わせによって得られる第１の光と第２の光との混合光は、発光効率が高く、高い演色性の白色光となる。

［実施例２］
次に、実施例２における照明装置について説明する。実施例２における照明器具は、第１の光及び第２の光の色度座標が異なる以外は、実施例１と同じ構成である。実施例２における照明器具は、実施例１と比べ、第１蛍光体及び第２蛍光体の配合比率及び配合量が、変更されている。実施例２における照明装置は、デューティ比が１００％である場合に第１の光の色度座標が（０．３３１，０．３５３）であり、デューティ比が１００％である場合に第２の光の色度座標が（０．４３７、０．４０４）である。

図７は、実施例２における照明装置が発する光の色度変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。色度座標Ａ１２は、デューティ比が１００％である場合の第１の光の色度座標であり、色度座標Ｂ１２は、デューティ比が１００％である場合の第２の光の色度座標である。色度座標Ｆ１２は、第２蛍光体が単独で発する光の色度座標である。

図７に示されるように、第２の光の色度座標Ｂ１２は、色度図において、黒体軌跡上の色度座標である。第１の光の色度座標Ａ１２は、色度図において、色度座標Ｂ１２における黒体軌跡との接線上の色度座標であり、黒体軌跡の色度ｙ以上となる領域の色度座標である。つまり、色度座標Ａ１２は、色度図において、色度座標Ｂ１２における黒体軌跡との接線と、色度座標Ｆ１２及び黒体軌跡上に存在する任意の色度座標を通る直線との交点である。

デューティ比が１００％の場合には、第１発光部及び第２発光部への電流量を調整することで、第１の光と第２の光との混合光の色度座標は、色度座標Ａ１２と色度座標Ｂ１２との間の線Ｌ２上を直線状に移動する。色度座標Ｂ１２が黒体軌跡上に存在するため、線Ｌ２は、一部が黒体軌跡と重なることから、照明装置は、電流量の調整のみで、黒体軌跡上の色度座標の色温度に調整することができる。さらに、線Ｌ２が黒体軌跡と重ならない領域においても、デューティ比を小さくすることで、第２蛍光体の残光の影響で、色度座標Ｆ１２に向かって色度座標が移動することになる。これにより、発光装置が発する光を、黒体軌跡上の曲線Ｒ２に存在する色度座標の色温度に調整することができるため、発光装置は、黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる。

表２は、実施例２における照明装置が発する光を、黒体軌跡上の色度座標となるように色温度を調整した場合の、第１発光部及び第２発光部へ供給される電流量、ならびに、ＰＭＷ調光のデューティ比を示す表である。

表２に示されるように、実施例２における照明装置は、供給される電流量及びデューティ比を変更することにより、５０００Ｋから３０００Ｋまでの色温度範囲を、黒体軌跡上の色度座標となるように、発する光の色温度を変更することができる。さらに、第２の光の色度座標Ｂ１２が黒体軌跡上に存在し、色度座標Ａ１２が色度座標Ｂ１２との接線上の色度座標である。よって、４０００Ｋから３０００Ｋまでの色温度範囲においては、デューティ比を調整することなく、１００％のデューティ比で黒体軌跡上の色度座標の光が得られる。また、それぞれの色温度に調整する場合にも、デューティ比を７０％以上に設定することができ、高い出力で色温度の調整が可能である。

［実施例３］
次に、実施例３における照明装置について説明する。実施例３における照明器具は、第１の光及び第２の光の色度座標が異なる以外は、実施例１と同じ構成である。つまり、実施例３における照明器具は、実施例１と比べ、第１蛍光体及び第２蛍光体の配合比率及び配合量が変更されている。実施例３における照明装置は、デューティ比が１００％である場合に第１の光の色度座標が（０．３４５，０．３５１）であり、デューティ比が１００％である場合に第２の光の色度座標が（０．４２５、０．４０９）である。

図８は、実施例３における照明装置が発する光の色度変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。色度座標Ａ１３は、デューティ比が１００％である場合の第１の光の色度座標であり、色度座標Ｂ１３は、デューティ比が１００％である場合の第２の光の色度座標である。色度座標Ｆ１３は、第２蛍光体が単独で発する光の色度座標である。

図８に示されるように、第１の光の色度座標Ａ１３は、色度図において、黒体軌跡上の色度座標である。第２の光の色度座標Ｂ１３は、色度図において、色度座標Ａ１３における黒体軌跡との接線上の色度座標であり、黒体軌跡の色度ｙ以上となる領域の色度座標である。つまり、色度座標Ｂ１３は、色度図において、色度座標Ａ１３における黒体軌跡との接線と、色度座標Ｆ１３及び黒体軌跡上に存在する任意の色度座標を通る直線との交点である。

デューティ比が１００％の場合には、第１発光部及び第２発光部への電流量を調整することで、第１の光と第２の光との混合光の色度座標は、色度座標Ａ１３と色度座標Ｂ１３との間の線Ｌ３上を直線状に移動する。色度座標Ａ１３が黒体軌跡上に存在するため、線Ｌ３は、一部が黒体軌跡と重なることから、照明装置は、電流量の調整のみで、黒体軌跡上の色度座標の色温度に調整することができる。さらに、線Ｌ３が黒体軌跡と重ならない領域においても、デューティ比を小さくすることで、第２蛍光体の残光の影響で、色度座標Ｆ１３に向かって色度座標が移動することになる。これにより、発光装置が発する光を、黒体軌跡上の曲線Ｒ３に存在する色度座標の色温度に調整することができるため、発光装置は、黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる。

表３は、実施例３における照明装置が発する光を、黒体軌跡上の色度座標となるように色温度を調整した場合の、第１発光部及び第２発光部へ供給される電流量、ならびに、ＰＭＷ調光のデューティ比を示す表である。

表３に示されるように、実施例３における照明装置は、供給される電流量、及び、デューティ比を変更することにより、５０００Ｋから３０００Ｋまでの色温度範囲を、黒体軌跡上の色度座標となるように、発する光の色温度を変更することができる。さらに、色度座標Ａ１３が黒体軌跡上に存在し、色度座標Ｂ１３が色度座標Ａ１３との接線上の色度座標である。これにより、５０００Ｋから４０００Ｋまでの色温度範囲においては、デューティ比を調整することなく、１００％のデューティ比で黒体軌跡上の色度座標の光が得られる。また、それぞれの色温度に調整する場合にも、デューティ比を８５％以上に設定することができ、高い出力で色温度の調整が可能である。

［実施例４］
次に、実施例４における照明装置について説明する。実施例４における照明器具は、基本的な構成は実施例１と同じであるが、第１蛍光体及び第２蛍光体の種類、配合比率及び配合量が異なる。

第１蛍光体は、発光ピーク波長が５１５ｎｍのＢＡＭ：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体であり、第２蛍光体は、ピーク波長が６５０ｎｍのＣＡＳＮ蛍光体である。ＣＡＳＮ蛍光体の蛍光寿命は、１マイクロ秒以下であり、ＢＡＭ：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体の蛍光寿命は１０ミリ秒以上２０ミリ秒以下である。

実施例４における照明装置は、デューティ比が１００％である場合に第１の光の色度座標が（０．３４５，０．３５２）であり、デューティ比が１００％である場合に第２の光の色度座標が（０．４３７、０．４０４）である。

図９は、実施例４における照明装置が発する光の色度変化を示すＣＩＥ ｘｙ色度図である。色度座標Ａ１４は、デューティ比が１００％である場合の第１の光の色度座標であり、色度座標Ｂ１４は、デューティ比が１００％である場合の第２の光の色度座標である。色度座標Ｆ１４は、第１蛍光体が単独で発する光の色度座標である。

図９に示されるように、第１の光の色度座標Ａ１４及び第２の光の色度座標Ｂ１４は、色度図において、黒体軌跡上の色度座標である。

デューティ比が１００％の場合には、第１発光部及び第２発光部への電流量を調整することで、第１の光と第２の光との混合光の色度座標は、色度座標Ａ１４と色度座標Ｂ１４との間の線Ｌ４上を直線状に移動する。さらに、線Ｌ４上の色度座標の混合光は、デューティ比を小さくすることで、第１蛍光体の残光の影響で、色度座標Ｆ１４に向かって色度座標が移動することになる。これにより、発光装置が発する光を、黒体軌跡上の曲線Ｒ４に存在する色度座標の色温度に調整することができるため、発光装置は、黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる。

表４は、実施例４に係る照明装置が発する光を、黒体軌跡上の色度座標となるように色温度を調整した場合の、第１発光部及び第２発光部へ供給される電流量、ならびに、ＰＭＷ調光のデューティ比を示す表である。

表４に示されるように、実施例４における照明装置は、供給される電流量及びデューティ比を変更することにより、５０００Ｋから３０００Ｋまでの色温度範囲を、黒体軌跡上の色度座標となるように、発する光の色温度を変更することができる。さらに、色度座標Ａ１４及び色度座標Ｂ１４が黒体軌跡上に存在するため、３０００Ｋ及び５０００Ｋの色温度において、デューティ比を調整することなく、１００％のデューティ比で黒体軌跡上の色度座標の光が得られる。また、それぞれの色温度に調整する場合にも、デューティ比を９７％以上に設定することができ、非常に高い出力で色温度の調整が可能である。

なお、実施例４における照明装置は、色度座標Ａ１４及びＢ１４が黒体軌跡上の色度座標である。これに対して、第１の光及び第２の光がそれぞれ色度図における色度座標が黒体軌跡の色度ｙ以下となる領域の色度座標の光であっても、第１蛍光体の蛍光寿命がＰＷＭの周期よりも長いため、照明装置は、同様の機構で色温度の調整が可能である。よって、広範囲にわたり色温度を変化させる場合でも、黒体輻射軌跡をトレースして自然光に近い白色光を出射することができる。よって、照明空間に存在する物体の色を自然な色に見せつつ、所望の色温度を再現することができる。

［効果］
以上のように、本実施の形態に係る照明装置１００は、第１発光素子１１及び第１波長変換部材１４を有し、第１発光素子１１が発する光、及び、第１波長変換部材１４に波長変換された光を混合して第１の光を発する第１発光部１０を備える。照明装置１００は、さらに、第２発光素子２１及び第２波長変換部材２４を有し、第２発光素子２１が発する光、及び、第２波長変換部材２４に波長変換された光を混合して、第１の光より色温度が低い第２の光を発する第２発光部２０を備える。照明装置１００は、さらに第１発光部１０及び第２発光部２０のそれぞれの出力を調整し、ＰＷＭ調光方式により第１発光部１０及び第２発光部２０を調光する制御部３０を備える。第１波長変換部材１４及び第２波長変換部材２４は、それぞれ、第１蛍光体１２、２２と、第１蛍光体１２、２２とは異なる第２蛍光体１３、２３とを含む。第１蛍光体１２、２２及び第２蛍光体１３、２３のうちの一方は、蛍光寿命が相対的に長く、当該蛍光寿命が前記パルス幅変調の周期の１倍以上である。第１蛍光体１２、２２及び第２蛍光体１３、２３のうちの他方は、蛍光寿命が相対的に短く、当該蛍光寿命が１０マイクロ秒以下である。

これにより、まず、第１の光よりも第２の光の色温度が低く、第１発光部１０及び第２発光部２０それぞれの出力を調整できるため、第１の光と第２の光との混合光の色温度を変化させることができる。さらに、第１発光部１０及び第２発光部２０が、ＰＷＭの周期の１倍以上の蛍光寿命である蛍光体及び１０マイクロ秒以上の蛍光寿命である蛍光体を有する。よって、制御部３０がＰＷＭ調光により、デューティ比を変化させた場合に、ＰＷＭの周期の１倍以上の蛍光寿命である蛍光体のみが、電流が流れていない状態で残光を発する。これにより、発光スペクトル形状が変化し、色度が変化する。そのため、色度図において、上記混合光の色度座標と残光を発する蛍光体の色度座標とが、黒体軌跡を挟む位置にある場合には、デューティ比を下げることにより、混合光の色度座標を黒体軌跡上に移動させることができる。よって、上記のように混合光の色温度を変化させた際に、色度図における色度座標が黒体軌跡から外れる場合であっても、さらに色度を調整できるため、黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる。さらに、照明装置１００は、２つの発光部で、黒体軌跡に沿った色温度の変更ができることから、従来のように３つの発光部を有する発光装置のように回路構成が複雑にならない。

また、第１蛍光体１２、２２の発光のピーク波長が４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下であり、第２蛍光体１３、２３の発光のピーク波長が５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であってもよい。

これにより、発光のピーク波長が異なる蛍光体が使用されるため、照明装置１００が発する光の演色性が高まり、照明空間に存在する物体の色をより自然な色に見せることができる。さらに、第１の光と第２の光との色温度の差を大きくしやすく、より広い色温度範囲において、黒体軌跡に沿って、色温度を変更することができる。

（その他の実施の形態）
以上、本発明に係る照明装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態において、第１発光素子１１及び第２発光素子２１は、１種類のＬＥＤを用いたが、これに限るものではない。第１発光素子１１及び第２発光素子２１に、発光のピーク波長の異なる複数のＬＥＤを用いてもよい。

また、上記の実施の形態において、第１蛍光体１２、２２の発光のピーク波長が４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下であり、第２蛍光体１３、２３の発光のピーク波長が５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の例を示したが、これに限るものではない。第１発光部１０及び第２発光部２０は、発光素子と蛍光体の組み合わせにより白色光が照射できる組み合わせであればよい。第１発光素子１１又は第２発光素子２１が、４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の発光のピーク波長を発するＬＥＤを含み、第１蛍光体１２、２２及び第２蛍光体１３、２３が、５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の発光のピーク波長を発する蛍光体であってもよい。

また、上記の実施の形態において、第１波長変換部材１４及び第２波長変換部材２４は、それぞれ、第１蛍光体１２、２２及び第２蛍光体１３、２３を含んでいたが、これに限るものではない。例えば、第１波長変換部材１４及び第２波長変換部材２４は、いずれか一方が第１蛍光体１２、２２及び第２蛍光体１３、２３を含んでいてもよい。また、例えば、第１発光素子１１又は第２発光素子２１が、発光のピーク波長の異なるＬＥＤを複数含み、当該複数のＬＥＤのうちの一つを、第２蛍光寿命を有する蛍光体の代わりに用いてもよい。つまり、第１発光部１０又は第２発光部２０が、発光のピーク波長の異なる複数のＬＥＤ、及び、第１蛍光寿命を有する蛍光体、を含んでいてもよい。

また、上記実施の形態において、第１発光素子１１及び第２発光素子２１はＬＥＤであったが、これに限るものではない。第１発光素子１１及び第２発光素子２１は、それぞれ第１蛍光体１２、２２及び第２蛍光体１３、２３を励起させることができ、電流が流れない場合に消灯する発光素子であればよい。例えば、第１発光素子１１及び第２発光素子２１には、ＬＥＤに代えて、無機エレクトロルミネッセンス、有機エレクトロルミネッセンス、又は、半導体レーザー等の固体発光素子が使用されてもよい。

その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１０ 第１発光部
１１ 第１発光素子
１２、２２ 第１蛍光体
１３、２３ 第２蛍光体
１４ 第１波長変換部材
２０ 第２発光部
２１ 第２発光素子
２４ 第２波長変換部材
３０ 制御部
１００ 照明装置

Claims (8)

1. 第１発光素子、及び、前記第１発光素子が発する光の一部を波長変換する第１波長変換部材を有し、前記第１発光素子が発する光、及び、前記第１波長変換部材に波長変換された光を混合して第１の光を発する第１発光部と、
   第２発光素子、及び、前記第２発光素子が発する光の一部を波長変換する第２波長変換部材を有し、前記第２発光素子が発する光、及び、前記第２波長変換部材に波長変換された光を混合して、前記第１の光より色温度が低い第２の光を発する第２発光部と、
   前記第１発光部及び前記第２発光部のそれぞれの出力を調整し、パルス幅変調調光方式により前記第１発光部及び前記第２発光部を調光する制御部と、
   を備え、
   前記第１波長変換部材及び前記第２波長変換部材は、それぞれ、第１蛍光体と、前記第１蛍光体とは異なる第２蛍光体とを含み、
   前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体のうちの一方は、蛍光寿命が相対的に長く、当該蛍光寿命が前記パルス幅変調の周期の１倍以上であり、
   前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体のうちの他方は、蛍光寿命が相対的に短く、当該蛍光寿命が１０マイクロ秒以下である
   照明装置。
2. 前記第１蛍光体の発光のピーク波長が４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下であり、
   前記第２蛍光体の発光のピーク波長が５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１の光及び前記第２の光は、それぞれ、ＣＩＥ ｘｙ色度図において、黒体軌跡上の色度ｙ以上となる領域の色度座標である光であり、
   前記第１蛍光体の蛍光寿命は、１マイクロ秒以下であり、
   前記第２蛍光体の蛍光寿命は、１００マイクロ秒以上１００ミリ秒以下である
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第１の光及び前記第２の光は、ＣＩＥ ｘｙ色度図において、
   一方が、黒体軌跡上の第１の色度座標である光であり、
   他方が、前記第１の色度座標における黒体軌跡との接線上の第２の色度座標である光である
   請求項３に記載の照明装置。
5. 前記第１蛍光体は、Ｌｎ_３Ａｌ_５−ｘＧａ_ｘＯ_１２：Ｃｅ^３＋（Ｌｎ＝Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ）蛍光体であり、
   前記第２蛍光体は、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋蛍光体である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記第１の光及び前記第２の光は、それぞれ、ＣＩＥ ｘｙ色度図において、黒体軌跡の色度ｙ以下となる領域の色度座標である光であり、
   前記第１蛍光体の蛍光寿命は、１００マイクロ秒以上１００ミリ秒以下であり、
   前記第２蛍光体の蛍光寿命は、１マイクロ秒以下である
   請求項２に記載の照明装置。
7. 前記第１の光及び前記第２の光は、それぞれ、ＣＩＥ ｘｙ色度図において、黒体軌跡上の色度座標である光である
   請求項６に記載の照明装置。
8. 前記第１発光素子と前記第２発光素子との発光ピーク波長の差は、５ｎｍ以下である
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置。

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