JP5660662B2

JP5660662B2 - 照明装置

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Publication number: JP5660662B2
Application number: JP2010064925A
Authority: JP
Inventors: 川勝　晃; 晃川勝
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP2011199054A

Description

本発明は、白色発光体の演色性および光色を調整した照明装置に関する。

半導体発光デバイスチップから発光される光の色を、蛍光体層で波長変換を行うことにより、より好ましい光の色に変換し、かつ可視光をフィルタリングすることにより特定の光の色を得る発光デバイスは既知である（特許文献１参照。）。上記発光デバイスの実施形態によれば、波長４５０ｎｍの青色発光チップと、このチップの上に配設されて青色光を波長５３５ｎｍの緑色光に波長変換する蛍光体層と、この蛍光体層の上に配設されたフィルタ層とを備え、フィルタ層が蛍光体層から漏れたチップの青色光をフィルタ層で吸収する。このフィルタ層は無機および有機染料を含む、とされている。

また、青色ＬＥＤ素子を用いた白色ＬＥＤ照明光源に波長５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ以下の範囲から選択された少なくとも一部の波長範囲における分光透過率が他の可視光波長範囲における分光透過率に比べて低くなるように調整されているフィルタ手段を付加して演色性を向上したＬＥＤ光源を得ることも既知である（特許文献２参照。）。

なお、フィルタ手段としてネオジムガラス（５８４ｎｍピーク吸収）や干渉フィルタが挙げられる。

特開２００４−１１９９８４号公報特開２００４−１９３５８１号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術は、特定光色のみにするために不要光をカットするものである。特許文献２の技術は、演色性をある程度改善することが可能であるが、例えばネオジムガラスはカット波長が５８４ｎｍに固定で光色の制御ができない。干渉フィルタもカット幅が広くて光色の制御ができない。このため、従来技術は、いずれも見え方の改善が不十分であるとともに、高価になるという問題がある。
そのいずれもフィルタ層を用いて可視光の分光特性を変化させる点で共通しているが、食品および衣類などの特に赤の見え方を良好にすることができないという課題がある。

本発明は、青色発光素子を含む白色発光体および特定波長を選択的に吸収する有機材料を組み合わせ、光色と演色性を改善するとともに、特に赤の見え方が良好で、比較的安価な照明装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、第１の発明の照明装置は、青色光を発生する青色発光素子および青色発光素子から放射された光を、５４０〜５７０ｎｍを発光ピークとする波変換するように配設された黄色系発光蛍光体層を備えた色温度４５００〜６０００Ｋの白色発光体と；少なくとも波長５７０〜５８０ｎｍに吸収ピークを有する第１の有機可視選択吸収材料および波長略５００ｎｍ以下を吸収する第２の有機可視選択吸収材料が分散され、白色発光体の前面に配設された透光性部材と；を具備することを特徴としている。

第２の発明の照明装置は、青色光を発生する青色発光素子および青色発光素子から放射された光を、５４０〜５９０ｎｍを発光ピークとする波長変換するように配設された黄色系発光蛍光体層を備えた色温度４５００〜６０００Ｋの白色発光体と；少なくとも波長５７０〜５８０ｎｍに吸収ピークを有する第１の有機可視選択吸収材料および波長略５００ｎｍ以下を吸収する第２の有機可視選択吸収材料が分散され、白色発光体の前面に配設された透光性部材と；を具備することを特徴としている。

また、本発明の照明装置は、請求項１または２記載の照明装置において、第１の有機可視選択吸収材料が波長６１０ｎｍ以上に発光することを特徴としている。

以上の各発明において、以下の態様をなしていることを許容する。

すなわち、照明装置は、白色発光体と一体化されていてもよいし、別体であってもよい。例えば、いわゆる発光ダイオードとして流通する形態および照明器具の形態などであることを許容する。

また、白色発光体は、その色温度が限定されないが、一般的には４５００〜６０００Ｋであり、この範囲には温白色、白色、昼光色などが含まれる。

さらに、透光性部材は、少なくとも上記第１および第２の有機可視選択吸収材料を有し、例えばこれらの材料が透光性物質中に分散している態様をなしている。すなわち、第１および第２の有機可視選択吸収材料は必須であるが、所望によりその他の波長域の可視光を選択吸収する有機可視選択吸収材料を添加することができる。また、有機可視選択吸収材料を分散させる透光性物質としては、例えばアクリル、ポリカーボネート、シリコーンおよびエポキシなどのプラスチックスまたはこれらのプラスチックスを含む複合材料を用いることができる。

本発明において、第２の有機可視選択吸収材料が波長略５００ｎｍ以下を吸収するとは、例えば後述する実施形態において図３および図５に示すように波長略５００ｎｍ以下の波長帯を幅広く吸収する意味であり、またその吸収する波長帯は波長４５０〜４６０ｎｍ以下であってもよいことを意味する。

第１および第２の有機可視選択吸収材料としては、シアニン系、スクアリリウム系、アゾメチン系、キサンテン系、オキソノール系、アゾ系ポリメチン系などの各種化合物、有機金属化合物からなる有機顔料を用いることができる。なお、これらの材料は、例えばＰＤＰなどのディスプレイでネオンの発光の抑制にも使用されている。

第１の発明は、少なくとも波長５７０〜５８０ｎｍに吸収ピークを有する第１の有機可視選択吸収材料および波長略５００ｎｍ以下を吸収する第２の有機可視選択吸収材料を分散した透光性部材を青色発光素子および黄色系発光蛍光体層を備えた色温度４５００〜６０００Ｋの白色光を発生する白色光発光体の前面に配設し、白色発光体から発生する白色の光色を制御することで、特殊演色評価数のＲ９（赤）が高くなり、赤の見え方が優れるので、赤を中心とする商品などの照明に好適であるばかりでなく、平均演色評価数Ｒａも高くなるので、良質の一般照明に用いることができるとともに、比較的安価な照明装置を提供できる効果を奏する。
第２の発明は、少なくとも波長５７０〜５９０ｎｍに吸収ピークを有する第１の有機可視選択吸収材料および波長略５００ｎｍ以下を吸収する第２の有機可視選択吸収材料を分散した透光性部材を青色発光素子および黄色系発光蛍光体層を備えた色温度４５００〜６０００Ｋの白色光を発生する白色光発光体の前面に配設し、白色発光体から発生する白色の光色を制御することで、特殊演色評価数のＲ９（赤）が高くなり、赤の見え方が優れるので、赤を中心とする商品などの照明に好適であるばかりでなく、平均演色評価数Ｒａも高くなるので、良質の一般照明に用いることができるとともに、比較的安価な照明装置を提供できる効果を奏する。

本発明を実施するための第１の形態としてのスポットライトを示す正面図である。本発明を実施するための第２の形態としての発光ダイオードを示す正面図である。本発明の実施に用いる透光性部材の有機可視選択吸収材料の膜のみの第１の例の分光透過率特性図である。第１の実施例グループの放射エネルギー分布図である。本発明の実施に用いる透光性部材の有機可視選択吸収材料の膜のみの第２の例の分光透過率特性図である。第２の実施例グループの放射エネルギー分布図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明を実施するための第１の形態を、図１を参照して説明する。本形態において、照明装置１は、照明器具であり、白色発光体２、透光性部材３および照明器具本体１１を具備している。なお、ＬＥＤ照明器具は、一例としてスポットライトを構成している。

本発明を実施するための第２の形態を、図２を参照して説明する。本形態において、光照明装置１は、ＬＥＤ照明器具であり、白色発光体２、透光性部材３および照明器具本体１１を具備している。

白色発光体２は、その複数が配線基板２ａに分散して実装されている。

白色発光体２は、青色発光素子および黄色光系蛍光体層を備えた色温度４５００〜６０００Ｋの複数の発光ダイオードからなり、配線基板２ａに分散して実装されている。
後述する照明器具本体１１の前面側に配設される。

透光性部材３は、白色発光体２の前面に配設され、すなわち白色発光体２からの投光方向の前方に配設されている。また、照明器具本体１１の前面において複数の白色発光体２に対して共通に前面プレートとして配設されている。前面プレートは、例えばアクリル、ポリカーボネート、シリコーンまたはエポキシなどの透光性プラスチックス基材の内部に第１および第２の有機可視選択吸収材料を分散させたり、内部に上記有機可視選択吸収材料を分散させたプラスチックスシートを内面または外面に接着したりして透光性部材３として機能させている。第１の有機可視選択吸収材料は、波長５７０〜５８０ｎｍに吸収のピークを有している。第２の有機可視選択吸収材料は、波長略５００ｎｍ以下を吸収する分光透過特性を有している。

照明器具本体１１は、放熱性金属、例えばアルミニウムのダイキャストによって成形され、図において下面側に白色発光体２の収納凹部１１ａが形成され、背面側に放熱フィンなどの放熱手段が形成されている。収納凹部１１ａには、白色発光体２が収納され、白色発光体２の周囲に深形反射板１１ｂが配置されて遮光角を大きく設定している。透光性部材３は、収納凹部１１ａの前面側を閉鎖するように装着されていて、前面プレートを兼ねている。なお、符号１１ｃは、支持アームであり、照明器具本体１１を回動可能に支持している。

透光性部材３を照明器具本体１１に対して着脱可能にしておくことにより、照明目的に応じて素通しの前面板を、白色発光体２および照明器具本体１１を何ら交換することなしに本形態のフィルタ部材３からなる前面板に変更することが容易になる。そうすれば、頗る安価に赤の見え方が優れた照明器具にリフォームすることが可能になる。なお、従来は、発光ダイオードを光源とする照明装置は、寿命が相対的に長いのであるにもかかわらず、演色性改善や色温度変更するためには照明器具全体を交換する必要があった。したがって、不経済である。

本発明を実施するための第２の形態を、図２を参照して説明する。本形態において、照明装置１は、発光ダイオードからなり、白色発光体２および透光性部材３を一体化して備えている。

白色発光体２は、青色発光ダイオードチップ２ｂおよび黄色系発光蛍光体層２ｃにより構成されている。青色発光ダイオードチップ２ｂは、基台２ｄ上にマウントされるとともに、青色発光ダイオードチップ２ｂの周囲を反射体２ｄが包囲するように基台２ｄ上に配設されている。黄色系発光蛍光体層２ｃは、シリコーンなどの透明性プラスチックスに黄色系発光蛍光体粒子を分散させたもので、反射体２ｄが形成する凹部の内部に充填されて固化している。

透光性部材３は、シリコーンなどの透明性プラスチックスに第１および第２の有機可視選択吸収材料を分散させたシリコーンなどの透明性プラスチックスを充填して固化させてなり、黄色系発光蛍光体層２ｃの上側を被覆している。

次に、本発明の照明装置における光学特性の形態について説明する。

表１は、有機可視選択吸収材料の図３に示す第１の例において、それぞれの有機可視選択吸収材料を調合してアクリルまたはシリコーンなどの樹脂系溶媒中に分散させた塗布液を作成し、厚さ２ｍｍのアクリル板に膜厚２０μｍで塗布してフィルタ部材の試料を作成し、各資料を用いて色温度約５４００Ｋの白色発光体（Ｒａ：６７、Ｒ９：−３４）の前面に配置して照明装置を構成した場合の光学特性の測定結果を示している。

上記塗布液は、例えば試料Ｎｏ．３の場合、クロロホルムＣＨＣＬ_３中において波長約５７３ｎｍを吸収ピークとする有機金属化合物系可視選択吸収材料を０．５質量％、波長約４５５ｎｍに吸収ピークを有する有機金属化合物系可視選択吸収材料を０．２質量％を、それぞれ分散させたアクリルまたはシリコーン樹脂からなる膜を約２０μｍの膜厚でアクリル板にコートして試料を作成した。他の試料も有機金属化合物系可視選択吸収材料の種類および添加量を除いて上記と同様に作成した。

なお、表１は、第１行の左側から右側に向かって「選択吸収材料」の欄はその有無および波長選択特性を、「Ｎｏ．」は試料Ｎｏ．を、「ＣＣＴ（Ｋ）」は色温度を、「ｄｕｖ」は色度差を、「相対光量」は、フィルタ膜のない試料Ｎｏ．１を基準とした場合の光量の相対値を、「Ｒａ」は平均演色評価数を、「Ｒ９」は特殊演色評価数の赤を、それぞれ示す。そして、第２行以下に各資料の上記項目に対向した位置に対応する光学特性データを示している。

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次に、図３を参照して有機可視選択吸収材料の第１の例の分光透過率特性について説明する。図中［５７４ｎｍカット］と表示している曲線は、第１の有機可視選択吸収材料の分光透過率特性曲線であり、波長５７４ｎｍに吸収のピークすなわち透過率の谷を有している。また、図中［４５５ｎｍカット］と表示している曲線は、第２の有機可視選択吸収材料の分光透過率特性曲線であり、主として波長４５５ｎｍ以下を吸収する。また、図３には、上記２曲線に加えて、波長６００ｎｍに吸収のピークすなわち透過率の谷を有する第３の有機可視選択吸収材料の分光透過率特性曲線も点線で示されている。

再び表１に戻って説明する。表１の試料Ｎｏ．１に示しているように、フィルタ膜がない場合には、白色発光素子の発光特性は、Ｒａ、Ｒ９ともに低いが、本発明に基づくフィルタ膜を有する試料Ｎｏ．２〜５においては、Ｒａが約８４以上で、Ｒ９が６８〜９４で極めて高い値を示している。なお、ＣＣＴおよびｄｕｖはフィルタ膜がない場合と比較して大きな変化が見られない。相対光量は、フィルタ膜がない場合に比較して４０程度ないし５０％未満の低下に止まっている。

表１の試料Ｎｏ．１、３〜５の分光放射エネルギー分布を図４に示す。いずれの特性も波長約４５０ｎｍ、約５４０ｎｍおよび約６１０ｎｍにピークがあり、波長約４９０ｎｍ、約５８０ｎｍに谷がある。

表２は、有機可視選択吸収材料の図５に示す第２の例において、第１の例と同様に作成したフィルタ部材の試料Ｎｏ．６〜９を作成し、各資料を用いて照明装置を構成した場合の光学特性の測定結果を、表１と同様に示している。

図５に太線で示すとともに５９０ｎｍカット、６２０ｎｍ発光と枠で囲んで表示している有機可視選択吸収材料の第２の例は、第１の有機可視選択吸収材料の第１の例が波長５９０ｎｍに吸収のピークを有していて、かつ波長６１９ｎｍ（約６２０ｎｍ）を発光する。また、細線で示すとともに５７５ｎｍカット、６２０ｎｍ発光と枠で囲んで表示している第１の有機可視選択吸収材料の第２の例は、波長５７５ｎｍに吸収のピークを有していて、かつ波長６１９ｎｍ（約６２０ｎｍ）を発光する。太線で示すとともに４５５ｎｍカットと枠で囲んで表示している第２の有機可視選択吸収材料は、波長４５５ｎｍ以下の波長を吸収する。

表２の資料Ｎｏ．６に示しているように、フィルタ膜がない場合には、白色発光素子の発光特性は、Ｒａ、Ｒ９ともに低いが、試料Ｎｏ．７〜９においては、Ｒａが約８４以上で、Ｒ９が５１〜９７といずれも高くなっているが、値のばらつきが大きい。なお、ＣＣＴは、フィルタ膜がない場合と同等から３０００台まで大きい幅を示している。ｄｕｖは、フィルタ膜がない場合と比較して大きな変化が見られない。相対光量は、フィルタ膜がない場合に比較して４０程度ないし５０％未満の低下に止まっている。

表２の試料Ｎｏ．６、７、９の放射エネルギー分布を図６に示す。試料Ｎｏ．７、９は、波長約４５０ｎｍ、約５４０ｎｍおよび約６１０ｎｍにピークがあり、波長約４９０ｎｍ、約５７０〜５９０ｎｍに谷がある。

１…照明装置、２…白色発光体、２ａ…配線基板、３…透光性部材、１１…照明器具本体、１１ａ…収納凹部、１１ｂ…深形反射体、１１ｃ…支持アーム

Claims

単一発光ピークの青色光を発生する青色発光素子および青色発光素子から放射された光を、５４０〜５７０ｎｍを発光ピークとし、発光ピークの相対エネルギーが前記青色発光素子の発光ピークの相対エネルギーよりも小さくて、かつ相対エネルギー分布の半値幅を前記青色光よりも広く波長変換するように配設された黄色系発光蛍光体層を備えた白色発光体と；
少なくとも波長５７０〜５８０ｎｍに吸収ピークを有し、前記黄色系発光蛍光体層によって波長変換された光の相対エネルギー分布を前記吸収ピークの波長の前後にそれぞれピークを有する相対エネルギー分布にする第１の有機可視選択吸収材料および波長略５００ｎｍ以下を吸収し、前記青色発光素子の発光ピークの相対エネルギーを小さくする第２の有機可視選択吸収材料が分散され、白色発光体の前面に配設された透光性部材と；
を具備することを特徴とする照明装置。
単一発光ピークの青色光を発生する青色発光素子および青色発光素子から放射された光を、５４０〜５７０ｎｍを発光ピークとし、発光ピークの相対エネルギーが前記青色発光素子の発光ピークの相対エネルギーよりも小さくて、かつ相対エネルギー分布の半値幅を前記青色光よりも広く波長変換するように配設された黄色系発光蛍光体層を備えた白色発光体と；
少なくとも波長５７０〜５９０ｎｍに吸収ピークを有し、前記黄色系発光蛍光体層によって波長変換された光の相対エネルギー分布を前記吸収ピークの波長の前後にそれぞれピークを有する相対エネルギー分布にする第１の有機可視選択吸収材料および波長略５００ｎｍ以下を吸収し、前記青色発光素子の発光ピークの相対エネルギーを小さくする第２の有機可視選択吸収材料が分散され、白色発光体前面に配設された透光性部材と；
を具備することを特徴とする照明装置。
第１の有機可視選択吸収材料は、波長６１０ｎｍ以上に発光することを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。