JP3811967B2

JP3811967B2 - 照明用光源

Info

Publication number: JP3811967B2
Application number: JP10638595A
Authority: JP
Inventors: 雅弘東川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-08-23
Also published as: JPH08306214A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は照明用光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、多くの優れた照明用光源が実用化され広く普及している。これら光源は大別すると、白熱電球、低圧放電ランプ（蛍光ランプ、低圧ナトリウムランプ等）及び高圧放電ランプ（高圧水銀灯、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ等）とに分類される。これらのうち、白熱電球は最も歴史が古く、ランプ構造及び点灯回路がシンプル、点光源に近く光学設計が容易、瞬時点灯・再始動が容易などの多くの利点を有するため、とりわけ広く普及している一方、光色が単一（色温度３０００ケルビン前後に限られている）、低効率などの欠点を残している。特に、ユーザーの価値観や好みの多様化、高級化志向が進みつつある昨今及び将来性の観点からは、光色の単一性は問題であり、また省エネの観点からは低効率も問題であり、従来の白熱電球は多くの利点を有しながらも、その用途は今後限定されてくることが予想される。
【０００３】
図７は従来の白熱電球の構造の一例を示すものである。図中１ａは透光性ガラスバルブ（以下、ガラスバルブと呼ぶ。）、２ａは発光体（例えばタングステンフィラメント）である。また、ガラスバルブ１ａ内３にはアルゴンや窒素などが封入されている。（第１従来例）
しかし、上記第１従来例には以下の様な第１の問題点が生じる。
【０００４】
図８は白熱電球の放射スペクトル分布を示している。図８から明らかなように、全放射の大半（約９０％）は赤外放射損失となり、これらは当然照明光としては利用できず、低効率を招く。さらに可視域の放射分布に着目すると、放射は波長に対して右上がりの分布となっており、赤色領域乃至緑色領域の間にはかなりの強度分布を有するものの、青色領域での強度は相対的に乏しく、白熱電球の光色が黄色っぽく色温度の低いものに限られてしまう。
【０００５】
白熱電球の光色を変更するには、カラーフィルタの併用などの手段があるが、放射光の一部をカットするに過ぎないため、より一層の効率低下を招く。とりわけ白熱電球の光色を青色に変更する場合は元々青色領域での放射が乏しいため、効率は極めて悪いものとならざるを得なかった。
【０００６】
上記第１の問題点を解決する手段、つまり白熱電球の効率及び光色の改善を行う手段として、例えば特開昭５３−１９７８号公報あるいは特開昭５３−１９７９号公報に示したものがある。（第２従来例）本従来例は、フィラメントに蛍光体を塗布し、フィラメントから放射される白熱光によって蛍光体を励起・発光させるものである。また、上記第１の問題点を解決する別の手段として、特開昭５４−１６００７７号公報に示したものがある。（第３従来例）本従来例は、従来の白熱電球のバルブ内面に紫外光を可視光に変換する蛍光体を塗布したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記全ての従来例に於ては、白熱電球の最大のエネルギー損失源である赤外域の利用はなされておらず、白熱電球のランプ効率の低下及び光色の限定が生じる、という第２の問題点が生じる。
【０００８】
本発明は上記全ての問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、赤外域を積極的に利用することにより、光色の限定を改善可能であると共に、ランプ効率の改善可能な照明用光源を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１記載の発明によれば、高温での発熱により可視域及び赤外域に熱放射する発光体と、発光体を内設すると共に、赤外乃至可視域に対して高反射率の内壁を有し、一部に開口部が設けられた反射器具と、前記反射器具の外部に、且つ一端を前記開口部に密着して配設されるロッド状の赤外放射を可視放射に変換する赤外・可視変換体と、前記赤外・可視変換体の他端に密着して配設されると共に、可視域では高い透過率、赤外域では高い反射率を有する選択性透過膜とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、発光体は、透光性バルブを有する白熱電球の発光体であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、発光体は、透光性バルブを有するハロゲン電球の発光体であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明によれば、前記赤外・可視変換体は、Ｅｒ（３価）及びＹｂ（３価）のうちの少なくとも１つをドープした、主組成がＡｌＦ 3 のフッ化物ガラス、もしくはビトロセラミクス（ＰｂＦ 2 −ＧｅＯ 2 ）のうちの、少なくとも１つのフッ化物材料を用いたものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明によれば、前記選択性透過膜は、ＴｉＯ 2 及びＳｉＯ 2 からなる多層膜によって形成したものであることを特徴とする。
【００１７】
【作用】
請求項１〜３記載の発明によれば、開口部を介して白熱電球からの可視及び赤外放射光を効率的に取り出し、ロッド状の赤外・可視変換体を介することにより、発光体からの赤外放射を新たな可視放射に変換し、それを発光体からの可視放射に重畳された可視放射を得ると共に、反射器具，ロッド状の赤外・可視変換材，選択性透過膜による所謂光閉じ込め効果によって、赤外・可視変換体を高密度に励起し、選択性透過膜を介してバランスのとれた白色光を得る。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、可視域では高い透過率、赤外域では高い変換率を有する。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、可視域では高い透過率、赤外域では高い反射率を有する。
【００２３】
【実施例】
（参考例１）本発明に係る参考例の模式図を図１に示す。
【００２４】
図中２ｂは発光体、４ａは赤外・可視変換体である。
発光体２ｂは高温に加熱することにより、可視域及び赤外域に熱放射（温度放射）するものである。赤外・可視変換体４ａは、図２に示す様に、可視光に比べてエネルギーの小さな赤外光ｈν１，ｈν２によって、多段的に上位準位に励起し、エネルギーの大きな可視光ｈν３を得ることができるものである。そして、赤外・可視変換体４ａを介することにより、発光体２ｂからの赤外放射を新たな可視放射に変換し、それを発光体２ｂからの可視放射に重畳された可視放射が得られる。
【００２５】
また、タングステンフィラメントなどの発光体２ｂでは、青色領域あるいは緑色領域での放射強度が比較的少ないので、赤外・可視変換体４ａとして波長の低い青色乃至緑色領域での可視放射を有する材料を用いると、図３に示す様に低波長領域に於て、発光体２ｂからの可視放射に赤外・可視変換体４ａからの青色乃至緑色領域の可視放射を重畳でき、よって可視域全域にわたってスペクトル分布を有するバランスの優れた白色光が得られる。
【００２６】
（参考例２）本発明に係る第２参考例の側面図を図４に示す。
【００２７】
図７に示した第１従来例と異なる点は、図７に示す様な、従来の白熱電球によく用いられているソーダ石灰ガラスで形成されたガラスバルブ１ａの代わりに、透光性の赤外・可視変換体によって形成されたガラスバルブ１ｂを用いたことであり、その他の第１従来例と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００２８】
この様に構成したことにより、発光体２ａからの直接の可視放射に、ガラスバルブ１ｂを形成する赤外・可視変換体を介した可視放射が重畳された可視放射が得られる。
【００２９】
（参考例３）本発明に係る第３参考例の側面図を図５に示す。
【００３０】
図７に示した第１従来例と異なる点は、図７に示す様なガラスバルブ１ａの外壁に、赤外・可視変換体からなる層４ｂを付加したことであり、その他の第１従来例と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３１】
この様に構成したことにより、発光体２からの直接の可視放射に、赤外・可視変換体からなる層４ｂを介した可視放射が重畳された可視放射が得られると共に、図７に示す様な従来の白熱電球がそのまま流用できる。なお、赤外・可視変換体からなる層４ｂをガラスバルブ１ａの内壁だけ、あるいは内外壁両方に付加してもよい。
【００３２】
（実施例）本発明に係る実施例の断面図を図６に示す。
【００３３】
図中、白熱電球Ｌａ（あるいはハロゲン電球）は、赤外乃至可視域に対して高反射率の内壁５を有すると共に一部に開口部７が設けられている、例えば略球形の様な閉空間を構成する反射器具６に内設されている。また、ロッド状の赤外・可視変換体４ｃが、反射器具６の外部に、且つその一端を開口部７に密着する様に配設されている。赤外・可視変換体４ｃの他端に密着して選択性透過膜（所謂ダイクロイックミラー）８が配設されている。
【００３４】
ここで、赤外・可視変換体４ｃとしては、例えば、フッ化物ガラス（ＡｌＦ₃が主組成）及びビトロセラミクス（ＰｂＦ₂−ＧｅＯ₂）などのフッ化物材料に、Ｅｒ（３価）及びＹｂ（３価）などをドープした材料がある。また、選択性透過膜８としては、例えば、ＴｉＯ₂及びＳｉＯ₂の連続多層膜からなり、且つ可視域では高い透過率、赤外域では高い反射率を有する所謂赤外線反射フィルタがある。
【００３５】
この様に構成したことにより、開口部７を介して白熱電球Ｌａからの可視及び赤外放射光を効率的に取り出すことが可能となると共に、赤外・可視変換体４ｃの両端に白熱電球Ｌａ及び選択性透過膜８を配設したことにより、所謂光閉じ込め効果によって、赤外・可視変換体４ｃの高密度な励起が可能となるので、選択性透過膜８を介してバランスのとれた白色光が得られる。
【００３６】
なお本実施例に於ては、赤外・可視変換体４ｃ，選択性透過膜８は上述材料に限定しなくてもよい。また、発光体として、白熱電球を利用するのが最も簡便であるが、ハロゲン電球を利用すればランプ効率やランプ寿命の点で更に有利であり、また、白熱電球Ｌａの代わりに、例えば上記第１〜第３参考例に示す様な発光体２ａ，２ｂを用いてもよい。
【００３７】
更に上記第１〜第３参考例に於ては、赤外・可視変換体４ａ，４ｂは赤外・可視変換体４ｃに用いたものを用いても、他の材料でもよい。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、バランスのとれた白色光が得られると共に、光色の限定を改善可能で、ランプ効率の改善可能な照明用光源を提供できる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、白熱電球の利点を維持しつつ、光色の限定を改善可能であると共に、ランプ効率の改善可能な照明用光源を提供できる。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば、ハロゲン電球の利点を維持しつつ、光色の限定を改善可能であると共に、ランプ効率の改善可能な照明用光源を提供できる。
【００４１】
請求項４、５記載の発明によれば、光色の限定を改善可能であると共に、ランプ効率の改善可能な照明用光源を提供できる。
【００４２】
請求項６記載の発明によれば、バランスのとれた白色光が得られると共に、光色の限定を改善可能で、ランプ効率の改善可能な照明用光源を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１参考例の模式図を示す。
【図２】赤外・可視変換体の動作原理を示すエネルギー準位図である。
【図３】本発明に係る放射スペクトルの特性図を示す。
【図４】本発明に係る第２参考例の側面図を示す。
【図５】本発明に係る第３参考例の側面図を示す。
【図６】本発明に係る実施例の断面図を示す。
【図７】本発明に係る第１従来例の側面図を示す。
【図８】上記従来例に係る放射スペクトルの特性図を示す。
【符号の説明】
１透光性バルブ
２発光体
４赤外・可視変換体
Ｌａ電球

Claims

高温での発熱により可視域及び赤外域に熱放射する発光体と、発光体を内設すると共に、赤外乃至可視域に対して高反射率の内壁を有し、一部に開口部が設けられた反射器具と、前記反射器具の外部に、且つ一端を前記開口部に密着して配設されるロッド状の赤外放射を可視放射に変換する赤外・可視変換体と、前記赤外・可視変換体の他端に密着して配設されると共に、可視域では高い透過率、赤外域では高い反射率を有する選択性透過膜とを備えることを特徴とする照明用光源。
前記発光体は、透光性バルブを有する白熱電球の発光体であることを特徴とする請求項１記載の照明用光源。
前記発光体は、透光性バルブを有するハロゲン電球の発光体であることを特徴とする請求項１記載の照明用光源。
前記赤外・可視変換体は、Ｅｒ（３価）及びＹｂ（３価）のうちの少なくとも１つをドープした、主組成がＡｌＦ3 のフッ化物ガラス、もしくはビトロセラミクス（ＰｂＦ2 −ＧｅＯ2 ）のうちの、少なくとも１つのフッ化物材料を用いたものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明用光源。
前記選択性透過膜は、ＴｉＯ2 及びＳｉＯ2 からなる多層膜によって形成したものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明用光源。