JP5770269B2 - 白色光源およびそれを用いた白色光源システム - Google Patents

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Description

本発明は、白色光源およびそれを用いた白色光源システムに係り、特に自然光の発光スペクトルに近似した発光スペクトルを有する白色光源およびそれを用いた白色光源システムに関する。
近年、省エネルギー対策や二酸化炭素の排出量削減の観点からＬＥＤ（発光ダイオード）を使用した白色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較して、ＬＥＤは長寿命で、かつ省エネルギーが可能である。従来の白色ＬＥＤは、特開平１０−２４２５１３号公報（特許文献１）に示されているように、発光ピーク波長が４００〜５３０ｎｍの範囲にある青色ＬＥＤを使用してＹＡＧ蛍光体を励起させ、ＬＥＤの青色光とＹＡＧ蛍光体の黄色光とを混合して白色光を実現していた。
ＬＥＤを使用した白色光源は、信号機や液晶表示装置のバックライト、さらには室内灯などの一般用照明機器としても広く使用されている。従来の青色ＬＥＤを使用した白色光源は、その発光スペクトルは青色ＬＥＤから発する青色光のピーク高さが蛍光体からの黄色光のピーク高さの１．５倍以上と高く、青色光の影響が強い傾向があった。
一方、ＬＥＤを使用した白色光源の普及に伴って、白色光源の人体への悪影響が懸念され始めている。前述のように従来の白色ＬＥＤは青色ＬＥＤの発光ピークが強い。このような青色ピークの強い白色光は自然光とは大きく異なる光である。ここで自然光とは、太陽光を意味する。
このような白色光源の人体への影響を考慮して、国際公開ＷＯ２００８／０６９１０１号パンフレット（特許文献２）では、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ことにより分光視感効率とのずれが少ない白色光を提供している。
ここで分光視感効率とは、人間の目の光に対する感度を視感度と呼び、ＣＩＥ（国際照明委員会）は標準分光比視感度Ｖ（λ）として定めたものである。従って、分光視感効率と標準分光比視感度Ｖ（λ）とは同じ意味である。図１にＣＩＥが定めた分光視感効率Ｖ（λ）を示す。すなわち、図１によれば、人間は波長が約５５５ｎｍの光を最も高い感度で認識することを表している。
一方、特許文献２では、青色光の人体への影響を考慮して、波長が４２０〜４９０ｎｍの範囲の光を制御することを目的としている。このような方法により、夜間において生物時計による調節に関わるホルモンの一種としてのメラトニンの分泌を正常化する効果があると考えられる。
一方、人間は、体内時計で支配されるサーカディアンリズム（circadian rhythm:概日リズム、２４時間リズム）を有している。人間は、自然光の下で生活することを基本としているが、現代社会では、長時間の室内労働や昼夜逆転生活など生活スタイルが多様化している。自然光を浴びない生活を長期間続けていると、サーカディアンリズムに乱れが生じ人体への悪影響が懸念されている。
特開平１０−２４２５１３号公報 国際公開ＷＯ２００８／０６９１０１号パンフレット
現在のＬＥＤを使用した白色光源、すなわち青色ＬＥＤを使用した白色光源は、自然光とは大きく異なる発光スペクトルを有している。このような白色光源の照射下で長時間生活していると人間のサーカディアンリズムに悪影響を与えることが懸念される。
本発明は、このような問題に対処するためになされたものであり、自然光の発光スペクトルに近似した発光スペクトルを有する白色光源およびそれを用いた白色光源システムを提供することを目的としたものである。
上記目的を達成するために本発明に係る白色光源は、発光ピークが４２１〜４９０ｎｍにある青色発光ＬＥＤを具備した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、関係式：−０．２≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．２、を満たすことを特徴とするものである。
また、上記白色光源において、関係式：−０．１≦［（Ｐ（λ）×V（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×V（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×V（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×V（λｍａｘ２））］≦＋０．１、を満たすことがより好ましい。また、白色光源の色温度は２５００〜５４００Ｋであることが好ましい。
また、上記白色光源がＬＥＤと蛍光体とを具備することが好ましい。また、蛍光体の発光ピーク波長が４２０〜７００ｎｍの範囲にあることが好ましい。また、上記白色光源が、ピーク波長が異なる３種類以上、好ましくは４種類以上の蛍光体を具備することが好ましい。また、ピーク波長が異なる５種類以上の蛍光体を具備することが、さらに好ましい。
さらに、各蛍光体の隣接するピーク波長の間隔が１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
また、上記蛍光体は、蛍光体と樹脂とを混合した蛍光体層を形成していることが好ましい。また、蛍光体層が、樹脂中に蛍光体粒子を分散した蛍光体要素を複数積層した多層構造を具備していることが好ましい。
さらに、本発明の他の白色光源は、複数の青色発光ＬＥＤを具備し、−０．２≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．２を満たし、かつ異なる発光スペクトルを有する複数の白色光源を一つのハウジング内に配置したことを特徴とする。
また、本発明の白色光源システムは、上記本発明に係る白色光源を複数個用いて構成したことを特徴とするものである。
本発明に係る白色光源によれば、自然光と同じ発光スペクトルを再現できる。そのため、白色光源からの白色光を長時間浴びても人体への悪影響を自然光と同等のレベルにすることができる。
分光視感効率Ｖ（λ）を示すグラフである。 黒体輻射の発光スペクトルＢ（λ）を求める数式である。 実施例１の白色光源の発光スペクトルＰ（λ）を示すグラフである。 実施例１（色温度２７００Ｋ）の黒体輻射の発光スペクトルＢ（λ）を示すグラフである。 実施例１の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示すグラフである。 実施例１（色温度２７００Ｋ）の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示すグラフである。 実施例１の差異Ａ（λ）を示すグラフである。 実施例２の白色光源の発光スペクトルＰ（λ）を示すグラフである。 実施例２（色温度４１００Ｋ）の黒体輻射の発光スペクトルＢ（λ）を示すグラフである。 実施例２の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示すグラフである。 実施例２（色温度４１００Ｋ）の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示すグラフである。 実施例２の差異Ａ（λ）を示すグラフである。 実施例３の白色光源の発光スペクトルＰ（λ）を示すグラフである。 実施例３（色温度５４００Ｋ）の黒体輻射の発光スペクトルＢ（λ）を示すグラフである。 実施例３の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示すグラフである。 実施例３（色温度５４００Ｋ）の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示すグラフである。 実施例３の差異Ａ（λ）を示すグラフである。 比較例１の差異Ａ（λ）を示すグラフである。 本発明の白色光源（電球型）の一実施例を示す断面図である。 本発明に係る白色光源（電球型）の他の一実施例を示す断面図である。
本発明の実施形態に係る白色光源は、発光ピークが４２１〜４９０ｎｍにある青色発光ＬＥＤと、前記青色発光ＬＥＤに励起され白色に発光する蛍光体とを具備した白色光源であり、前記蛍光体は発光ピーク波長の異なる少なくとも４種類以上の蛍光体からなり、そのうちの少なくとも１種がピーク波長４８０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲にあるユーロピウム付活ストロンチウムアルミン酸塩青緑色発光蛍光体であって、前記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、−０．２≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．２の関係式を満たすことを特徴とするものである。ここでλは可視光領域である３８０〜７８０ｎｍの波長を示す。
上記関係式を満たす白色光源を構成する手順は以下の通りである。まず、白色光源の発光スペクトルＰ（λ）を測定する。発光スペクトルの測定はＪＩＳ−Ｃ−８１５２に準じて積分球を使用した全光束測定で実施するものとする。色温度は、発光スペクトルから計算により求めるものである。なお、色温度の単位はケルビン（Ｋ）である。
次に、白色光源の色温度と同じ黒体輻射の発光スペクトルＢ（λ）を求める。発光スペクトルＢ（λ）はプランク分布により求める。プランク分布は図２に示す数式により求めることができる。図２中、ｈはプランク定数、ｃは光速、λは波長、ｅは自然対数の底、ｋはボルツマン定数、Ｔは色温度である。黒体輻射の発光スペクトルは、ｈ、ｃ、ｅ、ｋが定数であるため色温度Ｔが決まれば、波長λに応じた発光スペクトルを求めることができる。
また、黒体輻射は黒体放射とも呼ばれ、本発明では自然光（太陽光）の発光スペクトルを示すものである。自然光は、例えば、日中、朝方、日の出の時にはそれぞれ色温度が異なっている。具体的には、日中の自然光の色温度は５１００Ｋ程度であり、朝方の自然光の色温度は約４２００Ｋであり、日の出の自然光の色温度は約２７００Ｋである。なお、朝方とは午前７：００時を想定したものである。
図３に後述する実施例１の発光スペクトルＰ（λ）を示した。一方、図５に、実施例１の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を示した。また、図６に実施例１（色温度２７００Ｋ）の（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を示した。
図５および図６を求める際のＶ（λ）は図１に示した分光視感効率を用いた。
図５は、図３に示した実施例１の発光スペクトルＰ（λ）と分光視感効率Ｖ（λ）を各波長毎の値を掛け合わせた値を、（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））で割った値をプロットした図である。図５において、（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））が最大値となる波長は、λｍａｘ１＝５５６ｎｍである。
また、図６は、図４の発光スペクトルＢ（λ）と分光視感効率Ｖ（λ）を各波長毎の値を掛け合わせた値を、（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））で割った値をプロットした図である。図６において、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））が最大となるのは、λｍａｘ２＝５５６ｎｍである。
（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。最大値である（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））で割ることにより、図５に示したように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、最大値である（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））で割ることにより図６に示したように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。本実施例の白色光源は、−０．２≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．２である。この差異Ａ（λ）が−０．２≦Ａ（λ）≦＋０．２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。
図７に実施例１の差異Ａ（λ）を示した。図７から明らかな通り、実施例１は差異Ａ（λ）の範囲が−０．０３≦Ａ（λ）≦＋０．１１であり、日中の自然光を再現していることが分かる。
このように本実施例によれば、発光スペクトルを黒体輻射の発光スペクトルに近似するよう設計されているので、従来のような青色光のピークが突出した白色ＬＥＤと比べて人間のサーカディアンリズムに対する悪影響を大幅に抑制することができる。
また、後述する実施例のように日の出の自然光や朝方の自然光を再現することもできるので、その目的に合わせて発光スペクトルを制御すればよい。また、日中の自然光、日の出の自然光、朝方の自然光を再現した白色光源を組合せて、一日の太陽光と同じ自然光を再現することも可能である。例えば、病棟や長時間の室内業務を行わなければならない場所や部屋の照明設備として、この白色光源を用いれば、そこで生活する患者や作業を行う労働者のサーカディアンリズムへの悪影響を抑制できる。また、自然光を再現できるので、自然光を利用した植物栽培などの農業分野などへの応用も可能である。
このような白色光源は、発光の色温度が２５００〜５４００Ｋであることが好ましい。この色温度が２５００Ｋ未満および５４００Ｋを超えると、自然光との乖離が大きくなり色温度の調整が困難となってしまうおそれがある。色温度の好ましい範囲は２７００〜５２００Ｋである。
このような差異Ａ（λ）を有する白色光源は、ＬＥＤ（発光ダイオード）と蛍光体を具備することが好ましい。ＬＥＤの発光ピーク波長は４２１〜４９０ｎｍの範囲にある青色発光ＬＥＤが好ましい。紫外線〜紫色領域に発光ピークがあるＬＥＤ光を蛍光体により可視光に変換する方式であることが好ましい。ＬＥＤの発光ピーク波長が４９０ｎｍ超の青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤは、その発光ピーク高さが大きいため差異Ａ（λ）を−０．２≦Ａ（λ）≦＋０．２の範囲に制御し難い。また、発光ピーク波長が４２１〜４９０ｎｍの発光源であれば、ＬＥＤに限らず半導体レーザなどを用いてもよい。
また、蛍光体は、４２１〜４９０ｎｍの発光源で励起させたとき、蛍光体の発光ピーク波長が４２０〜７００ｎｍの範囲にあることが好ましい。また、蛍光体は、ピーク波長の異なる３種類以上、さらには５種類以上の蛍光体を用いることが好ましい。また、各蛍光体のピーク波長は、１５０ｎｍ以下、さらには１０〜１００ｎｍ、さらには１０〜５０ｎｍずれていることが好ましい。つまり、青色領域〜赤色領域にかけて、３種以上、さらには５種以上の蛍光体を使ってピーク波長を１０〜１００ｎｍ毎ずらして組合せることにより、−０．２≦差異Ａ（λ）≦＋０．２を実現することができる。
蛍光体の材質は、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、４２１〜４９０ｎｍで励起される蛍光体として次の蛍光体が好ましい。また、蛍光体の発光スペクトルのピーク波長の半値幅は４０ｎｍ以上、さらには５０〜１００ｎｍと広いものが好ましい。
青色蛍光体（Ｂ）の例としては、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４４０〜４５５ｎｍ）やユーロピウム付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体（ピーク波長４５０〜４６０ｎｍ）などが挙げられる。また、青緑色蛍光体として、ユーロピウム付活ストロンチウムアルミン酸塩蛍光体（ピーク波長４８０〜５００ｎｍ）や、ユーロピウム、マンガン付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体（ピーク波長５１０〜５２０ｎｍ）などが挙げられる。
緑色蛍光体（Ｇ）の例としては、ユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体（ピーク波長５２０〜５５０ｎｍ）、ユーロピウム付活βサイアロン蛍光体（ピーク波長５３５〜５４５ｎｍ）、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５１０〜５３０ｎｍ）などが挙げられる。
また、黄色蛍光体（Ｙ）の例としては、ユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体（ピーク波長５５０〜５８０ｎｍ）やセリウム付活希土類アルミニウムガーネット蛍光体（ピーク波長５５０〜５８０ｎｍ）などが挙げられる。
また、赤色蛍光体（Ｒ）の例としては、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６００〜６３０ｎｍ）、ユーロピウム付活カルシウムストロンチウム酸窒化物蛍光体（ピーク波長６１０〜６５０ｎｍ）、ユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体（ピーク波長６２０〜６３０ｎｍ）やマンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート（ピーク波長６４０〜６６０ｎｍ）などが挙げられる。
前記差異Ａ（λ）を制御するためには、上記青色蛍光体、青緑色蛍光体、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、さらには５種以上用いることが好ましい。また、色温度の制御は、それぞれの蛍光体の混合割合を変えることにより制御できる。
また、各蛍光体の平均粒径は５〜４０μｍが好ましい。平均粒径が５μｍ未満では粒径が小さすぎて製造することが困難でありコストアップの要因となる。一方、平均粒径が４０μｍを超えて大きいと、各蛍光体を均一に混合するのが困難となる。
次に白色光源の構造について説明する。図１９に本発明の白色光源の一実施形態としての電球型白色光源を示した。図中、１はＬＥＤ電球（白色光源）、２はＬＥＤモジュール、３は基体部、４はグローブ、５は絶縁部材、６は口金、７は基板、８はＬＥＤチップ、９は蛍光体層、１０は透明樹脂層である。
すなわち、図１９に示すＬＥＤ電球１は、ＬＥＤモジュール２と、ＬＥＤモジュール２が設置された基体部３と、ＬＥＤモジュール２を覆うように基体部３上に取り付けられたハウジングとしてのグローブ４と、基体部３の下端部に絶縁部材５を介して取り付けられた口金６と、基体部３内に設けられた点灯回路１１とを具備する。
ＬＥＤモジュール２は、基板７上に実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を備えている。基板７上には複数のＬＥＤチップ８が面実装されている。紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８には、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の発光ダイオードが用いられる。基板７の表面（さらに必要に応じて内部）には、配線網（図示せず）が設けられており、ＬＥＤチップ８の電極は基板７の配線網と電気的に接続されている。ＬＥＤモジュール２の側面もしくは底面には、配線１２が引き出されており、この配線１２が基体部３内に設けられた点灯回路１１と電気的に接続されている。ＬＥＤチップ８は、点灯回路１１を介して印加される直流電圧により点灯する。
ハウジングとしてのグローブ４の内面には、ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光体層９が設けられている。蛍光体層９は、３種以上、さらには５種以上のピーク波長の異なる蛍光体を組合せて形成される。また、必要に応じて、樹脂と混合して蛍光体層９を形成してもよい。また、各種蛍光体は、すべて混合して混合蛍光体層としてもよいし、１〜３種類程度ずつ混合した蛍光体層を多層化した多層蛍光体層としてもよい。
また、図１９ではグローブ４の内面に蛍光体層９を設けた構造としたが、グローブ４の外面やグローブ４自体に蛍光体を混合する構造であってもよいし、透明樹脂層１０に蛍光体粒子を混合してもよい。また、図１９では電球型白色光源を例示したが、本発明はこれに限らず、ワンチップ型の白色光源にも適用できる。また、本発明に係る白色光源は、上記電球型に限らず、蛍光灯タイプ（長細いもの）、シャンデリアタイプなどにも適用でき、その形状も限定されるものではない。
以上のように、差異Ａ（λ）を−０．２≦Ａ（λ）≦＋０．２に制御することにより、自然光を再現した白色光源を提供することができる。また、日中、日の出、朝方、夕方などの各自然光を再現した白色光源をそれぞれ組合せて一日の自然光のリズムを再現した白色光源システムとすることもできる。これにより、人体のサーカディアンリズムへの悪影響を抑制した白色光源および白色光源システムを提供することができる。
（実施例）
（実施例１）
ＬＥＤチップとして発光ピーク波長４５０ｎｍの青色発光ＬＥＤを用意した。次に、４５０ｎｍの電磁波を照射することにより発光する蛍光体として、ピーク波長が４９０ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムアルミン酸塩青緑色蛍光体と、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６３０ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン赤色蛍光体との混合物を用意した。なお、各蛍光体の平均粒径は１５μｍとした。各蛍光体の混合比は重量比（質量比）として青緑色蛍光体：緑色蛍光体：黄色蛍光体：赤色蛍光体＝２０：２５：１５：４０の比率で混合し、透明樹脂と混合して、グローブ内面に塗布することにより、図１９に示した電球型白色光源を作製した。得られた白色光源は、発光色の相関色温度が２７００Ｋであった。この色温度２７００Ｋは朝日の自然光と同等の色温度である。
ＪＩＳ−Ｃ−８１５２に準じて積分球を使った全光束測定により、実施例１の電球型白色光源の発光スペクトルを測定した結果を図３に示す。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５である。なお、実施例１のλｍａｘ１は５７４ｎｍである。
次に、色温度２７００Ｋの黒体輻射の発光スペクトルをプランク分布（図２の式）により求めたものが図４である。図４の発光スペクトルをＢ（λ）として、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めたものが図６である。なお、λｍａｘ２は５７２ｎｍである。
実施例１の差異Ａ（λ）＝［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］により求めた。その結果を図７に示す。図７から明らかなように、実施例１に係る白色光源では、日中の自然光の発光スペクトルとの差異Ａ（λ）が可視光領域である３８０〜７８０ｎｍにおいて−０．２〜＋０．２の範囲であり、具体的に差異Ａ（λ）は−０．０３〜＋０．１１であった。
（実施例２）
ＬＥＤチップとして発光ピーク波長が４４５ｎｍの青色発光ＬＥＤを用意した。次に、４４５ｎｍの電磁波を照射することにより発光する蛍光体として、ピーク波長が４９０ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムアルミン酸塩青緑色蛍光体と、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と、ピーク波長が５５５ｎｍ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５３０ｎｍ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６３０ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン赤色蛍光体との混合物を用意した。
なお、各蛍光体の平均粒径は１５μｍとした。各蛍光体の混合比は重量比（質量比）として、青緑色蛍光体：緑色蛍光体：黄色蛍光体：赤色蛍光体＝３０：３０：２０：２０の比率で混合し、 透明樹脂と混合して、グローブ内面に塗布することにより、図１９に示す電球型白色光源１を作製した。得られた白色光源１は、発光色の相関色温度が４1００Ｋであった。この色温度４1００Ｋは朝方の自然光と同等の色温度である。
実施例１と同様に積分球を使用した全光束測定により、実施例２の白色光源の発光スペクトルを調査した。その結果を図８に示す。また、図１の分光視感効率V（λ）を使って、実施例２の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を求めたものが図１０である。なお、実施例２のλｍａｘ１は５５９ｎｍである。
次に、色温度４１００Ｋの黒体輻射の発光スペクトルをプランク分布（図２の式）により求めたものが図９である。図９の発光スペクトルをＢ（λ）として、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めたものが図１１である。なお、λｍａｘ２は５６０ｎｍである。
実施例２の差異Ａ（λ）を［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］により求めた。その結果を図１２に示す。図１２から明らかなように、実施例２に係る白色光源は、朝方の自然光の発光スペクトルとの差異Ａ（λ）が可視光領域である３８０〜７８０ｎｍにおいて−０．２〜＋０．２の範囲であり、具体的に差異Ａ（λ）は−０．０４〜＋０．０７であった。
（実施例３）
ＬＥＤチップとして発光ピーク波長が４５０ｎｍの青色発光ＬＥＤを用意した。４５０ｎｍの電磁波を照射することにより発光する蛍光体は、ピーク波長が４９０ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムアルミン酸塩青緑色蛍光体と、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と、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６３０ｎｍであるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン赤色蛍光体との混合物から構成した。
なお、各蛍光体の平均粒径は１５μｍとした。蛍光体の混合比は重量比として青緑色蛍光体：緑色蛍光体：黄色蛍光体：赤色蛍光体＝４０：３０：１０：２０の比率で混合し、透明樹脂と混合して、グローブ内面に塗布することにより、図１９に示す電球型白色光源１を作製した。得られた白色光源１の発光色の色温度は相関色温度５４００Ｋであった。この白色光源の色温度は日中の自然光と同等の色温度である。
実施例１と同様に積分球を使った全光束測定により、実施例３に係る白色光源の発光スペクトルＰ（λ）を調査した。その結果を図１３に示す。また、図１の分光視感効率V（λ）を使用して、実施例３の（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））を求めたものが図１６である。なお、実施例３のλｍａｘ１は５５０ｎｍである。
次に、色温度５４００Ｋの黒体輻射の発光スペクトルをプランク分布（図２の式）により求めたものが図１４である。図１４の発光スペクトルをＢ（λ）として、（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））を求めたものが図１６である。なお、λｍａｘ２は５５５ｎｍである。
実施例３の差異Ａ（λ）を［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］により求めた。その結果を図１７に示す。図１７から明らかなように、実施例３に係る白色光源は、日中の自然光の発光スペクトルとの差異Ａ（λ）が、可視光領域である３８０〜７８０ｎｍにおいて−０．２〜＋０．２の範囲であり、具体的に差異Ａ（λ）は−０．０６〜＋０．０６であった。
（比較例１）
発光ピーク波長４６０ｎｍの青色発光ダイオードと、セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット黄色蛍光体とを組み合わせて、比較例１に係る白色光源を作製した。比較例１の白色光源の色温度は５１００Ｋであり、差異Ａ（λ）は図１８に示した通り−０．２８〜＋０．０４であった。
各実施例と比較例１との白色光源を同照度下で被験者（各１０人）が日中９：００から１７：００まで過ごし、その夜（２１：００）にメラトニンの分泌量の測定を行った。なお、メラトニンの分泌量の分析は唾液検査で実施した。また、比較例１におけるメラトニン分泌量を１００としたときの各実施例の分泌量（１０人の平均値）を示した。その結果を下記表１に示す。
Figure 0005770269
上記表１に示す結果から明らかなように、各実施例に係る白色光源においては、従来の比較例１の白色光源を使用した場合と比較して、被験者のメラトニンの分泌量が多くなった。メラトニンは脳の松果体から分泌されるホルモンの一種であり、一般的に昼間はメラトニンの分泌量は低く、夜間は高くなるといわれている。これは日中においては自然光の下で暮らしているためと考えられている。そのため、メラトニンは安らかな睡眠を得るために必要なホルモンと考えられている。また、米国等では体内の酸化を防止するサプリメントとしても広く使用されている。
従って、自然光を浴びることが困難な環境（病棟や長時間の室内活動など）では本実施例の白色光源を使用することにより、自然光を浴びるのと同等の効果が得られ、睡眠障害やサーカディアンリズムが狂うことを抑制する効果が期待できる。
また、各実施例においては、日の出の自然光（実施例１）、朝方の自然光（実施例２）および日中の自然光（実施例３）を別々に作製したが、適宜、それらの複数個を組み合わせて白色光源システムを構成することにより、一日の自然光と同等の光を再現することもできる。
具体的には、図２０に示すように、日中の自然光を発するためのＬＥＤチップ８ａおよび蛍光体層９ａと、日の出の自然光を発するためのＬＥＤチップ８ｂおよび蛍光体層９ｂと、朝方の自然光を発するためのＬＥＤチップ８ｃおよび蛍光体層９ｃとを共通した基板７上に配置し、これらのＬＥＤチップ８ａ，８ｂ，８ｃを同一の共通するグローブ４内に収容して白色光源システム１ａを構成することも可能である。また、ＬＥＤチップ８と蛍光体層１０の間に透明樹脂層９を設けてもよい。
各ＬＥＤチップ８ａ，８ｂ，８ｃは、配線１２ａによって点灯回路１１ａに接続されている。使用者は要望に応じて点灯回路１１ａに内蔵された図示しない切替機構によって適宜点灯させるＬＥＤチップを選択できるように構成されている。
上記構成を有する白色光源システム１ａによれば、使用者の要望や照明周期に応じて日中の自然光、日の出の自然光および朝方の自然光を１基の白色光源システム１ａから選択的に享受することが可能になる。すなわち、日中、日の出、朝方、夕方などの各自然光を再現した白色光源をそれぞれ組合せて一日の自然光のリズムを再現した白色光源システムとすることもできる。
本発明に係る白色光源および白色光源システムによれば、自然光と同じ発光スペクトルを再現できる。そのため、この白色光源からの白色光を長時間浴びても人体への悪影響を自然光と同等のレベルにすることができる。
１ ＬＥＤ電球（白色光源）
１ａ 白色光源システム
２，２ａ ＬＥＤモジュール
３ 基体部
４ グローブ(ハウジング)
５ 絶縁部材
６ 口金
７ 基板
８，８ａ，８ｂ，８ｃ ＬＥＤチップ
９，９ａ，９ｂ，９ｃ 蛍光体層
１０ 透明樹脂層
１１，１１ａ 点灯回路
１２，１２ａ 配線

Claims (10)

  1. 発光ピークが４２１〜４９０ｎｍにある青色発光ＬＥＤと、前記青色発光ＬＥＤに励起され白色に発光する蛍光体とを具備した白色光源であり、前記蛍光体は発光ピーク波長の異なる少なくとも４種類以上の蛍光体からなり、そのうちの少なくとも１種がピーク波長４８０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲にあるユーロピウム付活ストロンチウムアルミン酸塩青緑色発光蛍光体であって、前記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、関係式：
    −０．２≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．２、
    を満たすことを特徴とする白色光源。
  2. 関係式：−０．１≦［（Ｐ（λ）×V（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×V（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×V（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×V（λｍａｘ２））］≦＋０．１、
    を満たすことを特徴とする請求項１記載の白色光源。
  3. 前記白色光源の色温度が２５００〜５４００Ｋであることを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載の白色光源。
  4. 前記蛍光体の発光ピークが４２０〜７００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の白色光源。
  5. 前記白色光源が、ピーク波長が異なる５種類以上の蛍光体を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の白色光源。
  6. 各蛍光体の隣接するピーク波長の間隔が１５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の白色光源。
  7. 蛍光体は、蛍光体粒子と樹脂とを混合した蛍光体層を形成していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の白色光源。
  8. 前記蛍光体層が、樹脂中に蛍光体粒子を分散した蛍光体要素を複数積層した多層構造を具備していることを特徴とする請求項７記載の白色光源。
  9. 複数の青色発光ＬＥＤを具備し、−０．２≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．２を満たし、かつ異なる発光スペクトルを有する複数の白色光源を一つのハウジング内に配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の白色光源。
  10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の白色光源を複数個用いたことを特徴とする白色光源システム。
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