JP4787066B2 - 蛍光ランプ - Google Patents
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石堂 正美:「メラトニンの作用機構と機構」、第14回JCIEセミナー試料、2006年、pp1−4 Brainard,G.C., et.al :"Action Spectrum for Melatonin Regulation in Humans:Evidence for a Novel Circadian Photoreceptor", The Journal of Neuroscience,August 15, 2001, 21(16):6406−6412
図1乃至図3は実施の形態1を示す図で、図1は一部を断面で示す直管形蛍光ランプ10(蛍光ランプの一例)の平面図、図2は蛍光面3付近の拡大断面図、図3は直管形蛍光ランプ10の分光分布を示す図である。
後述するように、メラトニン分泌作用抑制を低減するためには、相関色温度を小さくし、Duvを大きくすると良いが、次のような制約がある。Duvは快適性の観点から−10〜2程度がよい。−10より小さくなると、紫が強くなり、不快な感じになる。一方、2を越えて大きくなると、緑味が増し、若干、快適性が十分でなくなる傾向があり、さらに10を越えると明確に不快感を感じ始める。すなわち、ある程度快適性で我慢できる範囲としてはDuvが10より小さい範囲である必要がある。
次にメラトニン分泌抑制作用の評価について説明する。図4に示すメラトニン分泌に対する分光作用関数をM(λ)とし、問題とするランプあるいは照明器具の全出力の分光エネルギー分布をI(λ)とすると、メラトニンへの作用量Mは、次式となる。
M=k∫M(λ)I(λ)dλ (1)
ただし、kは任意に定める定数、λは波長である。光束は上記分光エネルギー分布I(λ)に視感度V(λ)の積分値に定数をかけたものであるから、ランプあるいは照明器具から出力する光束Φに対するこのメラトニンへの作用量Mの比が、適当な光束を得ることを前提にした場合のメラトニン分泌抑制の程度を比較できる量となる。この量をメラトニン光束比Sとする。すなわち、
S=M/Φ (2)
なお、ここではk=1とおく。このSは同じ光量をとったときのメラトニン分泌抑制の作用量を表すので、照明器具のメラトニン分泌抑制作用をこのSの大小で評価することができる。
比較的任意に光色を作ることのできる3波長形蛍光ランプを用いて、メラトニン光束比と光色との関係を調べた。その結果、相関色温度が小さくなるほど、メラトニン光束比が小さくなることが確認され、さらにDuvが大きくなるほど、ほぼメラトニン光束比が小さくなることが分かった。上述のように、メラトニン光束比を下げるのにDuvを上げるという手段には限界がある。このため、まず、黒体輻射と同じDuv=0を条件として、相関色温度を下げてゆく検討を行う。具体的には青色蛍光体の比率を減少させながら、赤色蛍光体と緑色蛍光体の混合比率のバランスをとって、Duvを合わせるという作業になる。その結果、2500K弱で、青色蛍光体が0となり、相関色温度を下げることができなくなる。この2500K、Duv=0の点に調整した直管形蛍光ランプ10のメラトニン光束比を基準の100として、その比で比較する(以降、その比を相対メラトニン光束比と呼ぶ)。この相対メラトニン光束比100がDuv=0という条件での吸収膜4等を用いない3波長形蛍光ランプの下限値ということができ、Duv=0において、100以下に下げるのが目標ということになる。
Duvは前述したようにその照明環境の快適性や不快感と特にプラスの大きい側での影響が大きいので、少なくともDuvを固定して直管形蛍光ランプ10の発光を比較する必要がある。この2500K、Duv=0という発光の直管形蛍光ランプ10に対して、Duvを一定のまま、相関色温度は2000K以上であれば、動かしても良いという条件で、メラトニン分泌抑制作用を低減するためにフィルタすなわち、吸収膜4を利用することとした。このねらいは、直管形蛍光ランプ10の青の領域にある水銀の発光輝線を押さえ、これによるメラトニン分泌抑制作用を押さえるというものであり、特に、通常の視覚としての感度がより小さい、400nmに近いものを押さえるというものである。400nmから500nmにかけて、3カ所のピーク、すなわち405nmから410nm(1番目のピーク)、430nmから440nm(2番目のピーク)、480nmから510nm(3番目のピーク、これは緑色蛍光体の副ピークによる)がある。吸収膜4によりこの1番目のピークをとると、相対メラトニン光束比は91、相関色温度が2470Kとなる。さらに2番目のピークを40%強になるまでとると、2000Kとなり相対メラトニン光束比は61となる。Duv=0という条件では相関色温度の下限である2000K以下となるため、これ以上、吸収することができない。
一方、Duvを10までなら、若干の快適性の犠牲ですむため、Duv=10という上限でメラトニン分泌抑制作用を低減する検討を行った。上記、3カ所のピークのうち、1番目のピークを吸収させると、相関色温度3000K、相対メラトニン光束比が97となり、小さいが効果はあり、さらに2番目のピークを吸収させると、2270K、相対メラトニン光束比が52で、効果が見られる。また、さらに3番目のピークをほぼ半分にすると、2000Kとなり、相対メラトニン光束比が17まで低減される。この3番目のピークをさらに低下させると、さらに相対メラトニン光束比は低下するが、快適性からの限界である、2000Kを割る。この3番目のピークを半減以上低下させない現実的な条件として、490 nmにおいて80%以上の透過率があればよいので、このDuv=10という条件では、2000K以上という条件と一致している。この2000Kという条件を満たす吸収膜4の吸収波長は、これより低いDuvに対して、短波長側となる。
また、Duv=5の場合も同様に、1番目のピークを吸収させると、相関色温度2740K、相対メラトニン光束比が94、2番目のピークを90%吸収させると、2030K、相対メラトニン光束比が50となる。これ以上吸収させると、2000Kを割ることになる。すなわち、Duvが5〜10という若干、快適性のレベルの低い領域では、Duvが0の場合に比較すると、吸収膜4によってより大きく相対メラトニン光束比を減少させることができる。
ここまでの検討結果等をまとめるとDuvの−10〜10の範囲について、少なくとも吸収膜4の透過率が、415nmで20%以下であれば、メラトニン分泌抑制作用の低減作用はある。一方、490nmにおいて、80%以上の透過率が必要で、これは、Duvが−10〜10かつ2000K以上という条件を満たすために必要である。
3波長蛍光ランプにおいては、所定の光色を実現するためには赤、緑、青の3カテゴリーの蛍光体の比率を調整して実現する。このうち、青の蛍光体のピーク波長は、440nmから490nmにあり、図4に示すメラトニン分泌抑制作用の分光作用関数の値の大きい位置にある。従って、青の蛍光体はできるだけ少ない方がよく、まったく用いないというのがもっとも効果がある。この場合、赤色蛍光体と緑色蛍光体の2種類の蛍光体を使用することになり、その実現できる光色の範囲はその比率というひとつのパラメータとなり、例えば、xy色度座標上では、1本の線で表され、同様に任意の相関色温度に対してひとつのDuvのみ実現できるという関係(相関色温度−Duv平面を想定すると、その平面上の1本の線)になる。また、このようにして決めた光色に対して、青色蛍光体を少し加えると、上記の線分と交わる方向に光色が変化し、色度平面上で、より広がった面積を持つ範囲で光色が実現できるようになる。
一方、各蛍光体の製造ばらつきによって、その光色が変化し、赤色蛍光体と緑色蛍光体の2種類のみを使用した場合、その実現できる光色が変化するので、ばらつきに対応した光色の調整が難しいという課題があるが、これに青色蛍光体を若干加えておくと、この青色蛍光体の比率も光色の調整に使えるため、面の範囲で光色が実現でき、任意の位置に光色を調整できるという利点がある。このため、ばらつきでずれることが想定される範囲の青色蛍光体を混合しておけばよい。これに必要な青色蛍光体は、その発光エネルギーの、ランプからの可視放射全体のエネルギーに対する比率で表して、1%以下で十分である。この1%の発光比率に対応する青色蛍光体を追加することによる相対メラトニン光束比の変化は10%程度である。この青色蛍光体の比率は光色のばらつきの許容範囲によるので、種々のパラメータを変化させて、メラトニン光束比などの比較をする場合は一定値にして行うのが妥当である。なお、可視放射の範囲はJIS Z 8113によると確定しておらず、ここでは380nmから780nmの間の放射とする。
吸収膜4の一例としては、ポリエチレンテレフタラート(PET)に、適当な光吸収材料を混合して、チューブにし、それをランプに被せて加熱し、収縮させ密着させる。光吸収材料として微粉末のプラセオジム(Pr)、あるいは、酸化チタンなどを用いることができ、この他、有機の種々の材料を利用することができる。さらに、図1等の例では吸収膜4をガラス管1外面に密着させたPETとしたが、もちろんこれと異なる材料でもよく、基本的に記載の条件で規定する透過条件を満たせば効果があり、さらにガラス管1の内面の蛍光面3との間に、無機物の吸収面を設けても、また、ガラス自身の透過率を、その成分を換えることによっても同じように効果がある。また、外部に吸収膜4を設ける場合でも、ここまではガラス管1に密着するタイプで説明したが、必ずしも密着していなくても、同様な効果がある。
実施の形態2においては、実施の形態1と同様、図1あるいは図2に示される仕様は同様で、蛍光面3に、530nmから550nmにピークのある緑色蛍光体と、600nmから650nmにピークのある赤色蛍光体と、440nmから490nmにピークのある青色蛍光体とにより、蛍光面3を形成し、透過率が415nm以下の各波長において20%以下、435nmにおいて70%以上の吸収膜4を備える。これにより、405nmから410nmまでの1番目のピークをほぼ吸収することになる。さらに、上記3種類の蛍光体の比率を調整し、点灯時の光色を、Duvを−10から10の範囲、相関色温度を2500K以上、3000K以下とした。これ以外は実施の形態1と同様である。
Claims (4)
- 放電を内部に維持するように形成されたガラス管と、
このガラス管の内面に形成される蛍光面とを有し、
405nmから410nmに1番目の発光ピーク、430nmから440nmに2番目の発光ピーク、480nmから510nmに3番目の発光ピークを有する蛍光ランプにおいて、
前記蛍光面より外側に設けられ、1番目のピークをとり、かつ、2番目のピークを40%強になるまでとる吸収膜とを備え、
点灯時の光色の、Duvを0、相関色温度を2000Kとし、
相関色温度を2500KにしDuvを0にした直管形蛍光ランプの点灯時の光束Φに対するメラトニンへの作用量Mの比を基準100のメラトニン光束比S(S=M/Φ)とした場合、メラトニン光束比を61とすることを特徴とする蛍光ランプ。 - 放電を内部に維持するように形成されたガラス管と、
このガラス管の内面に形成される蛍光面とを有し、
405nmから410nmに1番目の発光ピーク、430nmから440nmに2番目の発光ピーク、480nmから510nmに3番目の発光ピークを有する蛍光ランプにおいて、
前記蛍光面より外側に設けられ、1番目のピークをとり、かつ、2番目のピークをとり、かつ、3番目のピークを半分にする吸収膜とを備え、
点灯時の光色の、Duvを10、相関色温度を2000Kとし、
相関色温度を2500KにしDuvを0にした直管形蛍光ランプの点灯時の光束Φに対するメラトニンへの作用量Mの比を基準100のメラトニン光束比S(S=M/Φ)とした場合、メラトニン光束比を17とすることを特徴とする蛍光ランプ。 - 放電を内部に維持するように形成されたガラス管と、
このガラス管の内面に形成される蛍光面とを有し、
405nmから410nmに1番目の発光ピーク、430nmから440nmに2番目の発光ピーク、480nmから510nmに3番目の発光ピークを有する蛍光ランプにおいて、
前記蛍光面より外側に設けられ、1番目のピークをとり、かつ、2番目のピークをとり、かつ、490nmにおいて80%以上の透過率を有する吸収膜とを備え、
点灯時の光色の、Duvを10、相関色温度を2000K超2270K未満とし、
相関色温度を2500KにしDuvを0にした直管形蛍光ランプの点灯時の光束Φに対するメラトニンへの作用量Mの比を基準100のメラトニン光束比S(S=M/Φ)とした場合、メラトニン光束比を17超52未満とすることを特徴とする蛍光ランプ。 - 放電を内部に維持するように形成されたガラス管と、
このガラス管の内面に形成される蛍光面とを有し、
405nmから410nmに1番目の発光ピーク、430nmから440nmに2番目の発光ピーク、480nmから510nmに3番目の発光ピークを有する蛍光ランプにおいて、
前記蛍光面より外側に設けられ、1番目のピークをとり、かつ、2番目のピークを90%吸収する吸収膜とを備え、
点灯時の光色の、Duvを5、相関色温度を2030Kとし、
相関色温度を2500KにしDuvを0にした直管形蛍光ランプの点灯時の光束Φに対するメラトニンへの作用量Mの比を基準100のメラトニン光束比S(S=M/Φ)とした場合、メラトニン光束比を50とすることを特徴とする蛍光ランプ。
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