JP6462713B2 - 白色光源システム - Google Patents
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Description
上記照明システムにより、例えば人類の生理現象や季節による変化に対応した白色光を得ることができる。また白色光源を用いたシステムとして、異なる色温度の複数個の発光ダイオードモジュールを組み合わせた人工太陽光システムが挙げられる。上記人工太陽光システムでは、地球上の異なる緯度や経度の地点に照射される太陽光の色温度の変化を再現することができる。
式:−0.2≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.2
(P(λ)は白色光の発光スペクトルを表し、B(λ)は、白色光の相関色温度に対応する色温度を有する黒体輻射のスペクトルを表し、V(λ)は分光視感効率のスペクトルを表し、λmax1はP(λ)×V(λ)が最大値である波長を表し、λmax2はB(λ)×V(λ)が最大値である波長を表す)
を満たす。第1のLEDモジュールから放射される第1の白色光および第2のLEDモジュールから放射される第2の白色光は、第1の相関色温度を有する。第3のLEDモジュールから放射される第3の白色光および第4のLEDモジュールから放射される第4の白色光は、第1の相関色温度よりも高い第2の相関色温度を有する。CIE色度図上において、第1の白色光の第1の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差、および第3の白色光の第3の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、0以上+0.005以下である。CIE色度図上において、第2の白色光の第2の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差、および第4の白色光の第4の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、−0.005以上0以下である。制御部は、データ入出力部と、日本国内および日本国外の複数の地域における太陽光の発光スペクトルを示す第1のデータと、複数の地域における太陽光の相関色温度を示す第2のデータと、複数の地域における太陽光のCIE色度図上における色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差を示す第3のデータと、を日付毎および時刻毎に分類して保存するメモリと、データ入出部に入力された、複数の地域の一つを示す場所情報と日付および時刻を示す時間情報とを基に、メモリから場所情報および時間情報に対応する第1ないし第3のデータを読み出し、第1ないし第3のデータに基づいて第1ないし第4のLEDモジュールのそれぞれの混合強度比を計算するマイクロプロセッサと、マイクロプロセッサの計算結果に基づいて第1ないし第4のLEDモジュールのそれぞれに印加する電流量を制御する電子回路と、を備える。
(1)
(2)
青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、および赤色蛍光体を混合した。各蛍光体の材料および混合量(重量%)を表1に示す。各蛍光体としては25〜35μmの平均粒径を有する粉末を用いた。混合した蛍光体をシリコーン樹脂に分散させたスラリーをLEDチップの周囲に塗布することで、相関色温度および偏差が異なる4種の白色光源(白色光源1ないし白色光源4)を備える4つのLEDモジュールを具備する白色光源システムを作製した。蛍光膜の膜厚は、500〜700μmであった。LEDとしては、410nmに発光ピーク波長を有する紫外発光LEDを用いた。
5月27日17時の東京都における白色光を再現した。この白色光の特性は図9に示すとおり、色温度が4483K−0.001duvであった。この白色光を再現するために、実施例1に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、4種類の白色光源を備える4つのLEDモジュールを具備する白色光源システムを作製した。なお実施例2の蛍光膜では、紫外線吸収を目的として、酸化チタン微粒子と樹脂との混合スラリーを用いて、蛍光膜の外側に薄膜を形成した。得られた4種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表2に示すとおりである。
−0.05≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.05
6月10日17時の横浜市における白色光を再現した。この白色光の特性は図12に示すとおり、色温度が3795K+0.000duvであった。この白色光を再現するために、実施例1に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、4種類の白色光源を備える4つのLEDモジュールを作製した。この4種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表2に示すとおりである。
−0.05≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.10
9月28日18時の横浜市における白色光を再現した。この白色光の特性は図15に示すとおり、色温度が3313K+0.002duvであった。この白色光を再現するために、実施例1に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、4種類の白色光源を備える4つのLEDモジュールを作製した。なお実施例4の蛍光膜では、紫外線吸収を目的として、酸化亜鉛微粒子と樹脂との混合スラリーを用いて、蛍光膜の外側に薄膜を形成した。こうして得られた4種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表2に示すとおりである。
−0.05≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.10
5月20日13時の大阪市における白色光を再現した。この白色光の特性は図18に示すとおり、色温度が6035K+0.003duvであった。この白色光を再現するために、実施例1に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、4種類の白色光源を備える4つのLEDモジュールを作製した。この4種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表2に示すとおりである。
−0.10≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.05
5月20日15時の大阪市における白色光を再現した。この白色光の特性は図21に示すとおり、色温度が5094K−0.003duvであった。この白色光を再現するために、実施例1に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、4種類の白色光源を備える4つのLEDモジュールを作製した。この4種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表2に示すとおりである。
−0.05≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.10
8月8日17時の熱海市における白色光を再現した。この白色光の特性は図24に示すとおり、色温度が4146K+0.001duvであった。この白色光を再現するために、実施例1に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、4種類の白色光源を備える4つのLEDモジュールを作製した。この4種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表2に示すとおりである。
−0.05≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.10
12月16日12時のミラノにおける白色光を再現した。この白色光の特性は図27に示すとおり、色温度が5991K+0.001duvであった。この白色光を再現するために、実施例1に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、4種類の白色光源を備える4つのLEDモジュールを作製した。この4種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表2に示すとおりである。
−0.07≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.03
12月14日12時のフィレンツェにおける白色光を再現した。この白色光の特性は図30に示すとおり、色温度が6160K+0.000duvであった。この白色光を再現するために、実施例1に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、4種類の白色光源を備える4つのLEDモジュールを作製した。この4種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表2に示すとおりである。
−0.08≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.03
Claims (13)
- 第1のLEDモジュールないし第4のLEDモジュールを備える発光部と、
前記第1のLEDモジュールないし前記第4のLEDモジュールのそれぞれの発光強度を制御する制御部と、を具備し、
前記第1のLEDモジュールないし前記第4のLEDモジュールのそれぞれは、光源部を有する白色光源を備え、
前記光源部から放射される白色光は、CIE色度図上の色度点であって黒体輻射軌跡に対して−0.005以上+0.005以下の偏差を含む色度点に対応する相関色温度を有するとともに、
式:−0.2≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))−(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.2
(P(λ)は前記白色光の発光スペクトルを表し、B(λ)は、前記白色光の相関色温度に対応する色温度を有する黒体輻射のスペクトルを表し、V(λ)は分光視感効率のスペクトルを表し、λmax1はP(λ)×V(λ)が最大値である波長を表し、λmax2はB(λ)×V(λ)が最大値である波長を表す)
を満たし、
前記第1のLEDモジュールから放射される第1の白色光および前記第2のLEDモジュールから放射される第2の白色光は、第1の相関色温度を有し、
前記第3のLEDモジュールから放射される第3の白色光および前記第4のLEDモジュールから放射される第4の白色光は、前記第1の相関色温度よりも高い第2の相関色温度を有し、
前記CIE色度図上において、前記第1の白色光の第1の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差、および前記第3の白色光の第3の色度点の前記黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、0以上+0.005以下であり、
前記CIE色度図上において、前記第2の白色光の第2の色度点の前記黒体輻射軌跡に対する偏差、および前記第4の白色光の第4の色度点の前記黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、−0.005以上0以下であり、
前記制御部は、
データ入出力部と、
日本国内および日本国外の複数の地域における太陽光の発光スペクトルを示す第1のデータと、前記複数の地域における太陽光の相関色温度を示す第2のデータと、前記複数の地域における太陽光の前記CIE色度図上における色度点の前記黒体輻射軌跡に対する偏差を示す第3のデータと、を日付毎および時刻毎に分類して保存するメモリと、
前記データ入出部に入力された、前記複数の地域の一つを示す場所情報と日付および時刻を示す時間情報とを基に、前記メモリから前記場所情報および前記時間情報に対応する前記第1ないし第3のデータを読み出し、前記第1ないし第3のデータに基づいて前記第1ないし第4のLEDモジュールのそれぞれの混合強度比を計算するマイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサの計算結果に基づいて前記第1ないし第4のLEDモジュールのそれぞれに印加する電流量を制御する電子回路と、を備える、白色光源システム。 - 前記相関色温度は、2600K以上6500K以下である、請求項1に記載の白色光源システム。
- 前記光源部は、発光ダイオードを有し、
前記発光ダイオードは、
発光ダイオードチップと、
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少なくとも3以上の蛍光体と、前記蛍光体と混合された樹脂と、を含み、前記発光ダイオードチップを被覆する蛍光体層と、を備える、請求項1または請求項2に記載の白色光源システム。 - 前記蛍光体層は、85重量%以上94重量%以下の前記青色蛍光体と、2重量%以上3重量%以下の前記緑色蛍光体と、2重量%以上4重量%以下の前記黄色蛍光体と、2重量%以上8重量%以下の前記赤色蛍光体と、を合計100重量%になるように含む、請求項3に記載の白色光源システム。
- 前記青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類クロロリン酸塩蛍光体または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を含み、
前記青緑色蛍光体がユーロピウム付活ストロンチウムアルミン酸塩蛍光体またはユーロピウム、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を含み、
前記緑色蛍光体がユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体、ユーロピウム付活ベータサイアロン蛍光体、またはユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体を含み、
前記黄色蛍光体がユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体またはセリウム付活希土類アルミニウムガーネットを含み、
前記赤色蛍光体がユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、ユーロピウム付活カルシウムニトリドアルミノシリケート蛍光体、ユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体、またはマンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体を含む、請求項3または請求項4に記載の白色光源システム。 - 前記発光ダイオードチップから放射され且つ360nm以上420nm以下のピーク波長を有する紫外ないし紫色の一次光の少なくとも一部は、前記蛍光体に吸収されて白色の二次光に変換され、
前記二次光は、前記白色光源の外部に放射され、
前記白色光源の外部に漏出する前記一次光の発光効率は、0.4mW/lm以下である、請求項3ないし請求項5のいずれか一項に記載の白色光源システム。 - 前記樹脂は、シリコーン樹脂である、請求項3ないし請求項6のいずれか一項に記載の白色光源システム。
- 前記発光ダイオードは、前記蛍光体層の外側に設けられ且つ酸化亜鉛、酸化チタン、および酸化アルミニウムの少なくとも一つの材料を含む紫外線吸収膜をさらに備える、請求項3ないし請求項7のいずれか一項に記載の白色光源システム。
- 前記蛍光体層の厚さは、100μm以上1000μm以下である、請求項3ないし請求項8のいずれか一項に記載の白色光源システム。
- 前記蛍光体の平均粒子径は、10μm以上40μm以下である、請求項3ないし請求項9のいずれか一項に記載の白色光源システム。
- 前記第1の相関色温度は、2600K以上4000K以下であり、
前記第2の相関色温度は、4000K以上6500K以下である、請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の白色光源システム。 - 前記第1の相関色温度は、2600K以上4000K未満であり、
前記第2の相関色温度は、5000K以上6500K以下である、請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の白色光源システム。 - 前記白色光源システムが美術館または博物館の展示物を照明するために用いられる、請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載の白色光源システム。
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