JP7361291B2 - Ｌｅｄ装置及び発光表示構造 - Google Patents

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Description

本発明は、疲労感を与えにくい光を発する、ＬＥＤ装置、及び発光表示構造に関する。
従来、作業時の疲労感を低減したり、視認性を向上させたりする照明として、波長を考慮したＬＥＤ素子を含む照明装置が知られていた。例えば、下記特許文献１は、快適性を向上して作業時の疲労感を低減できるＬＥＤ素子の発光により照明光を出射して照明を行う照明装置として、照明光のスペクトルの４００ｎｍから８００ｎｍの面積に対して、６００ｎｍから７００ｎｍの面積が３０％以上７０％以下であるとともに、４００ｎｍから５００ｎｍの面積が２０％以下であり、照明光のスペクトルが６００ｎｍから７００ｎｍの間に最大値を有し、該最大値に対して５００ｎｍから６００ｎｍのスペクトルの最大値が７０％以下である照明装置を開示する。
また、下記特許文献２は、高演色性を維持しつつ、白さ感を高めて視認性の向上を図ることができる照明装置として、５８０ｎｍ～６３０ｎｍの範囲にピーク波長を有し、そのピーク波長における半値幅が１２０ｎｍ～１７５ｎｍの範囲とされるとともにＪＩＳ Ｚ９１１２に規定される電球色ＬＥＤと、４５０ｎｍ～４８０ｎｍの範囲にピーク波長を有する青色ＬＥＤと、５００ｎｍ～５３０ｎｍの範囲にピーク波長を有する緑色ＬＥＤと、を有するＬＥＤ光源を備えたことを特徴とする照明装置を開示する。
また、例えば、下記特許文献３は、リラクゼーション効果の高い光色をもつ、白熱電球、蛍光ランプ、ＬＥＤ照明装置、および、照明器具として、２種以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有したＬＥＤ照明装置であって、発光ダイオードの一つは、主波長の発光帯域が３８０ｎｍから５０５ｎｍまでであり、発光ダイオードの他の一つは、主波長の発光帯域が５７５ｎｍから７８０ｎｍまでであり、発光ダイオードが発光して得られる放射光の光色の色度点は、ＣＩＥ１９７６ｕ’ｖ’色度図上で（ｕ’，ｖ’）＝（０．３３，０．４８５），（０．３１，０．５１７），（０．２８，０．５１），（０．２６５，０．５），（０．２５９，０．４９１），（０．２５３，０．４６５），（０．３０５，０．４７）を直線で結んだ境界線に囲まれた色度範囲内に存在する、ＬＥＤ照明装置を開示している。
特開２０１３－１７１６８９号公報 特開２０１３－２５８０３７号公報 特開２００３－２５７２２４号公報
上述した技術は何れも作業環境あるいは生活環境において物体を照らし、物体から反射した光による物体色を見ながら作業する際に用いられるような照明光に関する技術であり、光源そのものが見つめられる照明装置ではない。
従来、光が直接見つめられる光源、例えば、発光表示用の光源の場合、視認性が高く、疲れにくく、暗所でも輝度が高く感じる光に関してはこれまで研究されていなかった。具体的には、例えば、自動車のインストルメントパネルに用いられるような、輝度の低いまたは遮光性の背景に文字や図形や記号を発光表示させる発光表示構造においては、発光表示を視認することにより疲労感が蓄積されることが懸念されていた。従来、自動車のインストルメントパネルのような発光表示構造において、高視認性を有し、かつ疲労感を低減させる光源は知られていなかった。
本発明は、暗所において明るく感じさせて高い視認性を与え、かつ疲労感を与えにくい光を発する、ＬＥＤ装置及び発光表示構造を提供することを目的とする。
本発明の一局面は、４２０～４８０ｎｍの範囲に第１の発光ピーク波長を有するＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を封止する透明樹脂封止体と、ＬＥＤ素子の上面または透明樹脂封止体の上面を覆う、蛍光体を含有する蛍光体層と、を含むＬＥＤ装置であり、ＣＩＥ１９３１の色度図の座標において、無彩色を示す座標Ｗ（0.33,0.33）とスペクトル軌跡上の４８０ｎｍの座標Ｂ（0.091，0.133）とを結ぶ線分ＷＢと、座標Ｗとスペクトル軌跡上の５６０ｎｍの座標Ｇ（0.373，0.624）とを結ぶ線分ＷＧと、座標Ｂから座標Ｇまでのスペクトル軌跡に囲まれる領域における、色純度が７．４～１７．７の領域に含まれ、波長領域４８０～５４０ｎｍにおいて連続した分光波長が占める面積が３８０～７８０ｎｍの光源全体の分光波長面積に対して１５％以上、好ましくは１５～６８％である光を発する、ＬＥＤ装置である。このようなＬＥＤ装置は、暗所において明るく感じさせて高い視認性を与え、かつ疲労感を与えにくい発光をする。
また、光の分光分布が、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの分光波長面積に対して、３８０～４８０ｎｍの面積が１５～３０％、４８１～５６０ｎｍの面積が２５～６２％、５６１～６４０ｎｍの面積が９～３５％、６４１～７８０ｎｍの面積が１～１０％であることが、視認性にさらに優れる点から好ましい。
また、光の分光分布において、４２０～４８０ｎｍの範囲に最大発光強度を示す第１のピークを有し、４８１～６８０ｎｍの範囲に最大発光強度に対して４０～６５％の発光強度を示す第２のピークをさらに有することが、視認性にさらに優れる点から好ましい。この場合、第１のピークと第２のピークの間に、第１のピークの発光強度に対して、１８～４０％の発光強度を示す谷を有することが、さらに疲労感を与えにくい発光をする点から好ましい。
また、光の分光分布において、６４１～７８０ｎｍの面積に対する４８１～５６０ｎｍの面積比が２～４であることが、視認性にさらに優れる点から好ましい。
蛍光体層としては、５２０～５９０ｎｍの範囲に蛍光ピーク波長を有するＹＡＧ蛍光体及び４７０～５６０ｎｍの範囲に蛍光ピーク波長を有する緑色蛍光体から選ばれる少なくとも一種の蛍光体、を含むことが、好ましい。この場合、６００～７８０ｎｍの範囲に蛍光ピーク波長を有する赤色蛍光体を含有しないことが、疲労感をとくに感じさせない発光になる点からさらに好ましい。
このようなＬＥＤ装置は、色再現性に優れる点から好ましい。とくには、ＬＥＤ素子とＬＥＤ素子を封止する透明樹脂封止材とを備えるＬＥＤ装置本体と、透明樹脂封止材を覆う蛍光体層とを備える場合には、汎用の青色ＬＥＤ装置をＬＥＤ装置本体として用いることができるためにコスト性に優れる点から好ましい。
上述したＬＥＤ装置は、発光表示用光源として好ましく用いられる。
また、本発明の他の一局面は、表示部と、表示部の周囲の背景部とを備え、表示部が上述した何れかのＬＥＤ装置の発光による表示をし、表示部の輝度が背景部の輝度より３０％以上高い発光表示構造である。表示部の輝度は０．５～３００ｃｄ/ｍ２の範囲内が好ましい範囲であり、このような発光表示構造は、インストルメントパネルのように文字や図形や記号等の情報を発光表示させる場合において、高いコントラストを示し、暗所において明るく感じさせ、高い視認性を有し、かつ疲労感を与えにくい。
また、背景部が非発光部であることが、視認性の点からさらに好ましい。
また、背景部が表面を間接照明または直接照明されることが、背景部上の情報を視認し易くなる点からさらに好ましい。
また、表示させるための光の透光部を備えた表示部と光を遮光する遮光性の背景部とからなる表示パネルと、表示パネルの表示面と反対側に配置されたバックライト光源とを備え、バックライト光源が上記何れかのＬＥＤ装置を含む発光表示構造である。このような発光表示構造によれば、インストルメントパネルのように背景に文字や図形や記号を発光表示させる場合において、表示部と非発光で遮光性の背景部とが面一の発光表示構造となるので、高視認性を維持し易くなる。いわゆる携帯電話、液晶表示装置のバックライト光源などに好ましく用いられる。
本発明の発光表示構造は、自動車、船舶、航空機等の移動体の運転部の発光表示機能のついた、いわゆる照光スイッチ・ボタン、メーター、インストルメントパネルに好ましく用いられる。各発光表示装置の輝度としては、照光スイッチ・ボタンの場合１～１５ｃｄ/ｍ２、メーターの場合２０～２００ｃｄ/ｍ２、インストルメントパネルの場合１００～２００ｃｄ/ｍ２が好ましい。作業者の夜間の運転や操縦に対して極めて有用である。
また、本発明の光源は、疲労感を調整し得る光源として用いることもできる。例えば、積極的に疲労感を与える赤色光成分や青色光成分を調整することにより、睡眠を誘導する光源としたり、脳と体を覚醒する光源としたりすることができる。また、反対に長時間の作業においても疲労しにくい本発明の光源の波長分布とすることが出来る。
本発明によれば、暗所において明るく感じさせて高い視認性を与え、かつ疲労感を与えにくい発光をする、ＬＥＤ装置及び発光表示構造が得られる。
図１は、実施形態の光源の発光色を説明するためのＣＩＥ１９３１の色度図である。 図２は、実施形態のＬＥＤ装置１０の模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ’断面における断面図である。 図３Ａは、図４においてＣＩＥ１９３１の色度図上に表された各点の各蛍光体を被せたキャップ付ＬＥＤ装置の分光分布の一部を示す。 図３Ｂは、図４においてＣＩＥ１９３１の色度図上に表された各点の各蛍光体を被せたキャップ付ＬＥＤ装置の分光分布の一部を示す。 図４は、実施例で得られた各蛍光体キャップを被せたキャップ付ＬＥＤ装置の発光色のＣＩＥ１９３１の色度図上の座標である。
以下、本発明の光源、ＬＥＤ装置、及び発光表示構造の好ましい実施形態を説明する。本実施形態の光源は、ＣＩＥ１９３１の色度図の座標において、無彩色を示す座標Ｗ（0.33,0.33）とスペクトル軌跡上の４８０ｎｍの座標Ｂ（0.091，0.133）と、５６０ｎｍの座標Ｇ（0.373，0.624）とを結ぶ線分ＷＢ及び線分ＷＧと、座標Ｂから前記座標Ｇまでのスペクトル軌跡とに囲まれる領域における、色純度が７．４～１７．７の領域に含まれ、かつ、波長領域４８０～５４０ｎｍにおいて連続した分光波長が占める面積が３８０～７８０ｎｍの光源全体の分光波長面積に対して１５％以上を有する光を発する光源である。このようなＬＥＤ装置等の光源の発光は、暗所において明るく感じ、高い視認性を有し、かつ疲労感を与えにくい。なお、光源の色座標はＪＩＳＺ８７０１に準拠して測定され、例えば、分光放射輝度計（コニカミノルタ製ＣＳ－２０００Ａ）により測定される。
ここで、色純度５０とは、図１に示すように、ＣＩＥ１９３１の色度図の座標において、無彩色を示す座標Ｗとスペクトル軌跡上の４８０ｎｍの座標Ｂから５６０ｎｍの座標Ｇまでの各点とを結ぶ線分の５０％の長さの点を結んで形成される、スペクトル軌跡の、色度図における上に凸である側、に対する５０％の相似形で囲まれた領域を意味する。なお、色純度１００とはスペクトル軌跡上の色である。その他の色純度も同様にスペクトル軌跡に対する各割合の相似形で囲まれた領域で表現される。光源の色純度が５０を超えた場合には、疲労感を与えにくいが視認性が低下する。色純度は５～４０、さらに好ましくは５～２０、とくには、７．４～１７．７であることが疲労感の与えにくさと視認性の良好さのバランスに優れる点から好ましい。
暗所視標準比視感度とは国際照明委員会（CIE）において、暗所でのヒトの比視感度の平均から世界標準となる比視感度を定めたものである。本発明では、暗所視標準比視感度中において、視感効率の高い４８０～５４０ｎｍの波長領域において光源の連続した分光波長が占める面積が、３８０～７８０ｎｍの光源全体の分光波長領域に対して１５％以上、好ましくは１８％以上である光源であることが、暗所での視認性の点から好ましい。なお、上限は６８％、さらには５１％であることが好ましい。
また、本実施形態の光源が発光する光は、横軸に波長、縦軸に相対発光強度をとった連続スペクトルにおいて、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域において、分光分布が、３８０ｎｍから７８０ｎｍの面積に対して、３８０～４８０ｎｍの面積が１５～３０％、さらには２４～２７％、４８１～５６０ｎｍの面積が２５～６２％、さらには３０～３５％、５６１～６４０ｎｍの面積が９～３５％、さらには３０～３３％、６４１～７８０ｎｍの面積が１～１０％、さらには５～１０％であることが好ましい。これら面積の範囲は、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、驚くべきことに光源がこのような光を発する場合には、疲労感の与えにくさと視認性の良好さのバランスにさらに優れることを見出した。３８０～４８０ｎｍは紫外～青色波長領域、４８１～５６０ｎｍは緑色波長領域であり、５６１～６４０ｎｍは黄色波長領域であり、６４１～７８０ｎｍは赤～赤外波長領域である。
さらに、上記分光分布において、６４１～７８０ｎｍの面積に対する４８１～５６０ｎｍの面積比が２～４であることが、視認性にとくに優れる点から好ましい。６４１～７８０ｎｍの面積に対する４８１～５６０ｎｍの面積比が小さすぎる場合には疲労感を与えにくい効果が低減する傾向があり、大きすぎる場合には視認性が低下する傾向がある。
また、光の分光分布においては、４２０～４８０ｎｍの範囲に最大発光強度を示す第１のピークを有し、４８１～６８０ｎｍの範囲に最大発光強度に対して４０～６５％の発光強度を示す第２のピークをさらに有することが好ましい。第２のピークの発光強度が第１のピークよりも低すぎる場合には青味が増す傾向があり、高すぎる場合には白味が低下する傾向がある。
また、光の分光分布においては、上記第１のピークと上記第２のピークとの間に、第１のピークの発光強度に対して、１８～４０％の発光強度を示す谷を有することが好ましい。第１のピークと第２のピークとの間の谷の発光強度が、低すぎる場合には、疲労感を与えにくい効果が低減する傾向がある。また、高すぎる場合には製造することが困難になる傾向がある。
以下、本実施形態の光源の代表例として、ＬＥＤ装置を用いた光源を例に挙げて、詳しく説明する。なお、本実施形態ではＬＥＤ装置を用いた光源について詳しく説明するが、光源の形態としてはＬＥＤ装置を用いたものに限られず、有機ＥＬ，蛍光灯，白熱電球等の発光を、分光波長を調整する要素としてカラーフィルター等と組み合わせて構成してもよい。
図２は、本実施形態のＬＥＤ装置１０の模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ’断面における断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、本実施形態のＬＥＤ装置１０は、ＬＥＤ装置本体５を蛍光体３（３Ｙ，３Ｇ）及び必要に応じて配合されるその他の光色調整剤３Ｘ，を含有する蛍光体シート（蛍光体層）である蛍光体キャップ９で覆うように形成された構成体である。
図２（ｂ）に示すように、ＬＥＤ装置本体５は、４２０～４８０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する青色ＬＥＤ素子１と、青色ＬＥＤ素子１を収容する収容凹部２ａを備えるパッケージ部材２と、収容凹部２ａに収容された青色ＬＥＤ素子１を封止する透明樹脂封止材４とを備える、いわゆるパッケージ型のＬＥＤ発光装置である。収容凹部２ａの内側面には、銀メッキである反射膜７が形成されている。青色ＬＥＤ素子１の一方の電極はリード２ｂに接続され、青色ＬＥＤ素子１の他方の電極は金線６によりワイヤーボンディングされてリード２ｃに接続されて、各リード２ｂ,２ｃが外部へ延出されている。このようなＬＥＤ装置本体５においては、透明樹脂封止材４の上面が発光面になる。そして、ＬＥＤ装置本体５の透明樹脂封止材４の上面の発光面を覆うように蛍光体キャップ９が装着されている。
青色ＬＥＤ素子１は、４２０ｎｍ～４８０ｎｍの青色領域に発光ピーク波長を有する、青色ＬＥＤチップである。青色ＬＥＤ素子の具体例としては、例えば、ＧａＮ系等の素子が挙げられる。また、透明樹脂封止材４は、収容凹部２ａに収容された青色ＬＥＤ素子１を封止して密封する。透明樹脂封止材を形成する透明樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。本実施形態のＬＥＤ装置本体は、いわゆる砲弾型、パッケージ型、チップオンボード型（ＣＯＢタイプ）などを含み、ＬＥＤ素子が４２０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークのあるものであれば、形状を問わず利用できる。
蛍光体キャップ９は、５２０～５９０ｎｍの範囲に蛍光ピーク波長を有するＹＡＧ蛍光体３Ｙ、及び４７０～５６０ｎｍの範囲に蛍光ピーク波長を有する緑色蛍光体３Ｇから選ばれる少なくとも一種の蛍光体と、必要に応じて配合されるその他の光色調整剤３Ｘとを、光透過性樹脂に配合した蛍光体シートをキャップ状に成形した成形体である。光透過性樹脂の具体例としては、例えば、シリコーンゴム（シリコーンエラストマー）やシリコーンレジン等が例示される。蛍光体シートは、キャップ状の蛍光体キャップであるが、蛍光体キャップの代わりに、平板なシート状であってもよく、ＬＥＤ装置本体と離れていても密着していてもよい。また、蛍光体層としては、青色ＬＥＤチップ表面に形成されたり、透明樹脂封止材４の部材内または表面に形成されたりした膜状であってもよい。とくに蛍光体層が、透明樹脂封止材４の表面に形成された膜状である場合、蛍光体層に配合される蛍光体や光色調整剤の配合量や、分光波長や発光強度の微調整、ＬＥＤ装置の製造が容易になるため好ましい。
ＹＡＧ蛍光体３Ｙは、青色ＬＥＤ素子１の発光により励起されて、５２０～５９０ｎｍの範囲にピーク波長を有する黄色光を発する。また、緑色蛍光体３Ｇは、青色ＬＥＤ素子１の発光により励起されて、４７０～５６０ｎｍの範囲にピーク波長を有する緑色光を発する。緑色蛍光体の具体例としては、例えば、シリケート系緑色蛍光体、ＬｕＡＧ系緑色蛍光体、アルミネート系緑色蛍光体、β－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ等のサイアロン系緑色蛍光体が挙げられる。
また、蛍光体キャップ９には、ＬＥＤ装置１０の発光色及び発光する光のスペクトルを調整するために、必要に応じてその他の光色調整剤３Ｘが配合されていてもよい。その他の光色調整剤３Ｘとしては、青色ＬＥＤ素子１の発光により励起されて、６００～７８０ｎｍの範囲にピーク波長を有する赤色光を発する、赤色蛍光体が挙げられる。赤色蛍光体は、演色性を上げるために６５０ｎｍ以上の波長領域の曲線の形状をコントロールするために用いられ得るが、赤色蛍光体を用いると疲労感の増す光となるので、疲労感の低減の観点からは含有しないことが好ましい。赤色蛍光体の具体例としては、例えば、窒化物系赤色蛍光体、シリケート系赤色蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ等のカズン系赤色蛍光体、サイアロン系赤色蛍光体、等が挙げられる。
また、その他の光色調整剤３Ｘとしては着色剤も挙げられる。着色剤は蛍光発光せず、所定の波長の光を吸収することにより発光色を調整するための成分として用いられる。このような着色剤の具体例としては、例えば、緑色顔料として、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ、ファナルイエローグリーンＧ、フタロシアニングリーン等の有機または無機顔料が挙げられる。
また、光源全体の輝度を調節するために、酸化チタン、タルク、硫酸バリウムの白色顔料、カーボンブラックなどの黒色顔料を併用することができる。また、シリカ、炭酸カルシウムなどを光拡散材として併用できる。これらの材料は、蛍光体と混合しても、区別して層状にして用いてもよい。
本発明の実施形態として、蛍光体を含有するキャップをＬＥＤ発光装置に被せて用いているが、４２０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークのあるＬＥＤ素子を用いてＬＥＤ素子上に蛍光体を含有する蛍光体シートを載置し、封止材でＬＥＤ素子と蛍光体シートを封止してＬＥＤ装置としてもよい。
このような、本実施形態の光源は、その光を凝視するような文字や図形や記号などの情報を光で表示する、発光が直接目に入るような発光表示する用途に用いられることが特に好ましい。
この光源は、発光表示用に適した光源となる。発光表示構造として、表示部と、表示部以外の背景部とを備え、表示部が光源により表示される。この光源は好ましくはＬＥＤ装置の発光によるもので、表示部の輝度が背景部の輝度より３０％以上高い状態で、光を出射するよう設けられることが好ましい。また、背景部は発光しても発光しなくてもよいが、発光しない方が好ましい。さらに背景部が黒色または黒色系であることが好ましい。背景部の下に光源を用いる場合、部分的に透光部と遮光部を設けることが好ましい。
背景部が非発光の場合、目盛りなど若干の付随情報を載せる場合があるので、所望により背景部表面を間接照明または直接照明されることが好ましい。
発光表示構造は、背景部が黒色、灰色、または単色の発光しない盤状で、その上に発光を伴う表示部が配される構造であってもよい。背景部は必要に応じて若干の目盛や記号などが記載され、発光表示部がその目盛を指針する形態でもよい。背景部は、更に、部分的に透光部を有し、盤の裏側に光源があり、光源からの光が透過する構造であってもよい。盤の裏側にある光源も本発明の光源であることが好ましい。
また、表示させるための光の透光部を備えた表示部と光を遮光する遮光性の背景部とからなる表示パネルと、表示パネルの表示面とは反対側に配置されたバックライト光源とを備え、バックライト光源が上記何れかの光源である発光表示構造が好ましい。
このような発光表示構造によれば、インストルメントパネルのように背景に文字や図形や記号を発光表示させる場合において、表示部と非発光で遮光性の背景部とが面一の発光表示構造となり、複雑な形状とならず、高視認性を維持し易くなる。
発光表示構造は、作業員が監視作業をする自動制御室等に配列した発光表示機能の付いた、いわゆる照光スイッチ、照光ボタン、メーターや表示パネル、自動車、航空機や、船舶、自動二輪車含む移動体の運転部のインストルメントパネルに用いることが好ましい。特に、夜間の暗い環境下で長時間、運転や操縦作業を要する自動車、航空機、船舶などのインストルメントパネルに有用である。
また、光源は、疲労感を調整し得る光源として用いることもできる。例えば、積極的に疲労感を与える赤色光成分や青色成分を調整することにより、睡眠を誘導する光源としたり、脳と体を覚醒する光源としたりすることができる。また、反対に長時間の作業においても疲労しにくい本発明の光源の波長分布とすることが出来る。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明の範囲は、実施例に何ら限定されるものではない。
はじめに、本実施例で用いた文字提示装置のバックライト光源として用いた実施例１～９及び比較例１～６、８のキャップ付ＬＥＤ装置について以下にまとめて説明する。なお、実施例２～４及び実施例６～９は、参考例である。
実施例１～９及び比較例１～６、８のキャップ付ＬＥＤ装置は、青色ＬＥＤ装置に各種蛍光体キャップを被せて製造した。青色ＬＥＤ装置としては、ピーク波長４５０ｎｍで波長４３５～４８０ｎｍの範囲に発光スペクトルを有し、色座標（０．１４３，０．０３３）に位置する青色光を発光する青色ＬＥＤ装置（日亜化学工業（株）製「ＮＳＳＣ０６３Ａ」）を用いた。蛍光体キャップとしては、シリコーンゴムにＹＡＧ蛍光体（日亜化学工業（株）製「ＹＡＧ蛍光体（ピーク波長：５５５ｎｍ）」）、緑色蛍光体（日亜化学工業（株）製「シリケート系蛍光体（ピーク波長：５２０ｎｍ）」、「ＬｕＡＧ系蛍光体（ピーク波長：５２５ｎｍ）」）、赤色蛍光体（日亜化学工業（株）製「ＣＡＳＮ系蛍光体（ピーク波長：６３０ｎｍ）」）の各蛍光体を所定の配合比率で均一に分散させて得られた厚さ０．３ｍｍの蛍光体キャップを用いて、表１記載の発光特性を持つ光源を得た。各蛍光体キャップを被せたキャップ付ＬＥＤ装置の発光特性を表１に示す。また、各蛍光体キャップを被せたキャップ付ＬＥＤ装置のスペクトルを図３Ａ及び図３Ｂに示す。また、図４に各蛍光体キャップを被せたキャップ付ＬＥＤ装置の発光色のＣＩＥ１９３１の色度図上の座標を示す。比較例７は日亜化学工業（株）製「青色ＬＥＤ（４６５ｎｍ）」とＢＩＶＡＲ社製「ＳＭ０８０５ＢＧＣ(５５０ｎｍ)」を合成した光源を用いて、表１記載の発光特性を持つ光源を得た。比較例７の合成波長ＬＥＤ装置のスペクトルも図３Ａに示す。また、比較例７の合成波長ＬＥＤ装置の発光色のＣＩＥ１９３１の色度図上の座標も図４に示す。
なお、発光スペクトルは、分光放射輝度計（コニカミノルタ製ＣＳ－２０００Ａ）を用いて測定した。
Figure 0007361291000001
次に表１に示したキャップ付ＬＥＤ装置をバックライト光源として用いた、文字提示装置について説明する。表１において３８０～７８０ｎｍにおける分光波長の面積を１００とした際に、暗所視標準比視感度曲線において、視感効率の高い波長領域４８０～５４０ｎｍにおいて連続した分光波長が占める面積との比率をＳとする。また、４２０～４８０ｎｍの範囲に最大発光強度を示す第１のピークの発光強度をλｐ１、４８１～６８０ｎｍの範囲に前記最大発光強度に対して４０～６５％の発光強度を示す第２のピークの発光強度をλｐ２、第２のピークと第２のピークの間の谷を示す発光強度をλｖとする。
ＪＩＳ規格による用紙サイズＡ４の発光面を有するトレース台（（株）Ｔｏｏ製のピクチャートレーサー PT404W）を準備した。そしてトレース台の内部に標準装備されたバックライト光源であるＬＥＤ光源を撤去し、それに代えて、上述した各キャップ付ＬＥＤ装置を実装し、各トレース台の輝度はメーター照明を想定し、３０ｃｄ/ｍ２に調整した。一方、厚さ２ｍｍのソーダガラス板に黒色の遮光塗料を塗布することにより遮光膜を形成し、形成された遮光膜にＭＳゴシック体でフォントサイズ１０．５の文字で５４列４５行の日本語文章をレーザー加工で彫り込むことにより、文字の部分の遮光膜を除去して文字部分から発光する文字透光部を形成した。そして、上述したトレース台の発光面に上記文字透光部を形成したガラス板を載置することにより、文字提示装置を作成した。
そして、各キャップ付ＬＥＤ装置をバックライト光源として用いた上述した文字提示装置を用いて、被験者に日本語文章の文字を読ませたときの、文字の視認性及び疲労感の評価を次のような方法によって評価した。なお、被験者には、実験の目的を伝えていない。
被験者は、年齢が２１歳から２４歳の男性１０名であった。また、被験者全員が、裸眼、常用眼鏡、または、コンタクトを着用したときに両眼で視力１．０以上であり、色覚の異常もなかった。常用眼鏡、または、コンタクトを着用している被験者には、それらを装着させて行った。
〈実験概要〉
次の順に実験を行った。上述した各ＬＥＤ装置をバックライト光源とする文字提示装置を準備した。実験室に一対の机と椅子を配置し、椅子に被験者を座らせた。眼精疲労自覚症状、自覚症調べのアンケートに回答してもらった。まず、被験者を暗室で椅子に座らせ、フリッカー値測定を行った。その後にウェアラブル光トポグラフィ装置の取り付けを行った。暗室にて１分間の安静時間を保持させ、安静時間経過後に、ＬＥＤ装置をバックライト光源とする文字提示装置を点灯させた。そして、文字提示装置に日本語文章を提示し、被験者に１０分間黙読させた。その後、１分間の安静時間を保持させた。そして、被験者に対して、暗室で椅子に座らせ、フリッカー値測定を行った後に、視認性、眼精疲労自覚症状、自覚症調べのアンケートに回答してもらった。なお、実験には基準白色をバックライト光源とする文字提示装置を用いた測定と、評価するＬＥＤ装置をバックライト光源とする文字提示装置を用いた測定を行い、これを１試行の実験とした。次の文字提示装置による試験を開始するまでの間には、疲労を回復させるために、１５分間間隔をあけた。前記の実験を繰り返して下記の項目の評価を実施した。実験詳細を下記に示す。
実験室の一般照明の下で被験者に眼精疲労の自覚症状、及びぼやけ感の自覚症状について以下のようなアンケートを実施した。
（眼精疲労の自覚症状）
実験前と実験後に、各被験者に眼精疲労の自覚症状を、日本産業衛生学会・産業疲労研究所発行の「新装産業疲労ハンドブック」pp.362-363(1995)の記載に基づき、下記表２に示す基準に従って主観評価させた。各被験者に主観的疲労感を判定させ、表２で１５つの評価項目の実験前のスコアの合計から実験後のスコアの合計を引くことで差分を評価した。
（ぼやけ感の自覚症状）
実験前と実験後に、日本産業衛生学会産業疲労研究会発行(2002年)の下記表３に示す「自覚症しらべ」を用いて、各被験者に主観的疲労感を判定させ、表３で丸印をつけた「ぼやけ感」の５つの評価項目の実験前のスコアの合計から実験後のスコアの合計を引くことで差分を評価した。
被験者を暗室で椅子に座らせたままフリッカー値測定による臨界融合頻度の測定を行った。なお、フリッカー値測定による臨界融合頻度の測定は次のようにして行われた。
（フリッカー値測定による臨界融合頻度の測定）
労研デジタルフリッカー値測定器 RDF-1（柴田科学（株） 製）を用いて、１分間の安静時間の前後に臨界融合頻度［Ｈｚ］を順逆３回測定し、平均値を求め、実験前後の差分から評価した。疲労することにより臨界融合頻度は低下を示す。
被験者の頭部に、近赤外線分光法（ＮＩＲＳ）を用いたウェアラブル光トポグラフィ装置（日立ハイテクノロジーズ(株)製 WOT-220）を国際10-20法に則り、Fp1とFp2の中間である前頭前野内側部へ電極を装着し、ＮＩＲＳによる前頭前野内側部の酸素化ヘモグロビン（以下ｏｘｙＨｂという）濃度の変化信号の計測を開始した。なお、ＮＩＲＳによる、前頭前野内側部のｏｘｙＨｂ濃度の変化信号の計測は次のようにして行われた。
（ＮＩＲＳによる、前頭前野内側部のｏｘｙＨｂ濃度の変化信号の計測）
近赤外線分光法（ＮＩＲＳ）を用いたウェアラブル光トポグラフィ装置により、ｏｘｙＨｂの変化濃度を測定した。具体的には、ウェアラブル光トポグラフィ装置を用いて被験者の頭皮上から脳に近赤外光（約７００～約１５００ｎｍ）を当て、ｏｘｙＨｂ濃度の変化信号を計測し平均値として算出することで、脳賦活変化を観察した。また、ｏｘｙＨｂ濃度は前頭前野内側部が疲労時にｏｘｙＨｂ濃度の低下により脳賦活反応の低下を示す。
（文字提示装置による実験）
文字提示前のフリッカー値測定後、暗室で１分間の安静時間を保持させた後、文字提示装置のバックライト光源を点灯させた。そして、被験者に文字提示装置の発光面に配置された日本語文章を１０分間黙読させた。その後、１分間の安静時間を保持させた。
（視認性評価）
実験後のフリッカー値測定の後に、室内の照明を点灯させ、文字の見やすさを下記表４に示す基準に従って主観評価させた。
さらに、眼精疲労の自覚症状、及びぼやけ感の自覚症状についてのアンケートも実施した。そして、被験者の疲労を回復させるために１５分間明室で休止時間を確保した。
以下の基準で判定した。
Ａ：基準白色より優れていた
Ｂ：基準白色と同等
Ｃ：基準白色より劣っていた
以上の結果を基準白色を基準として表１に示す。
図４におけるＬＥＤ装置の発光色のうち、実施例１～９のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は、無彩色を示す座標Ｗ（0.33,0.33）とスペクトル軌跡上の４８０ｎｍの座標Ｂ（0.091，0.133）と、５６０ｎｍの座標Ｇ（0.373，0.624）とを結ぶ線分ＷＢ及び線分ＷＧとスペクトル軌跡に囲まれる領域における、色純度が２～５０の領域に含まれる。実施例１及び実施例５のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は、線分ＷＢ及び線分ＷＧと、スペクトル軌跡に囲まれる領域における、色純度が２０以下の領域に含まれ、視認性が良好であった。また、実施例１のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は、さらに眼精疲労の耐性にも優れていた。実施例５のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は、色純度が１７．７であり、実施例１のキャップ付ＬＥＤ装置の色純度７．４より大きいため、実施例１のキャップ付ＬＥＤ装置の発光に比べて視認性がやや劣っていた。比較例２の基準白色のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は、視認性が向上し、眼精疲労は基準白色と同等に維持されているが、赤色蛍光体を用いているために、他の評価(ぼやけ感、臨界融合頻度の低下、脳賦活)が劣っていた。実施例２のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は、色純度が４７．３と、５０に近いので、視認性も眼精疲労も基準白色と同等である。しかし、３８０－４８０ｎｍの波長分布の割合が多いため、臨界融合頻度の低下は優れていた。実施例３のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は、視認性も眼精疲労も基準白色と同等であった。しかし、４８１－５６０ｎｍの波長分布の割合が多いため脳賦活が優れていた。実施例４のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は、視認性も眼精疲労も基準白色と同等であった。しかし、３８０－４８０ｎｍの波長分布の割合が多いため、臨界融合頻度の低下は優れていた。
比較例３及び比較例４のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は色純度が５０を超えており、比較例１の基準白色のキャップ付ＬＥＤ装置の発光に比べて視認性が低下した。また、比較例５のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は主波長４８０ｎｍ未満であり、眼精疲労が大きく、暗所視標準比視感度において、視感効率の高い４８０～５４０ｎｍにおける面積の含有比も低かった。また、比較例６のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は主波長５６０ｎｍを超え、眼精疲労が大きかった。比較例７の合成波長ＬＥＤ装置の発光は波長が連続ではなく暗所視標準比視感度において、視感効率の高い４８０～５４０ｎｍにおける面積の含有比も１５％未満であるため視認性及び脳賦活が低下した。
また、光の連続スペクトルにおける分光分布が、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの面積に対して、３８０～４８０ｎｍの面積が１５～３０％、４８１～５６０ｎｍの面積が２５～６２％、５６１～６４０ｎｍの面積が９～３５％、６４１～７８０ｎｍの面積が１～１０％である、実施例１，５，６，８のキャップ付ＬＥＤ装置の発光は各評価の２つ以上がＡの判定であり、高い視認性と疲労感を与えにくい特性のバランスに優れていた。とくに、色純度が５～２０である実施例１，５のキャップ付きＬＥＤ装置の発光は各評価の３つ以上がＡの判定であり、より高い視認性と疲労感を与えにくい特性のバランスに優れていた。
１ ＬＥＤ素子
２ パッケージ部材
２ａ 収容凹部
２ｂ，２ｃ リード
３ 蛍光体
３Ｙ ＹＡＧ蛍光体
３Ｇ 緑色蛍光体
３Ｘ 光色調整剤
４ 透明樹脂封止材
５ ＬＥＤ装置本体
６ 金線
７ 反射膜
９ 蛍光体キャップ
１０ ＬＥＤ装置

Claims (14)

  1. ４２０～４８０ｎｍの範囲に第１の発光ピーク波長を有するＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透明樹脂封止体と、前記ＬＥＤ素子の上面または前記透明樹脂封止体の上面を覆う、蛍光体を含有する蛍光体層と、を含むＬＥＤ装置であり、
    ＣＩＥ１９３１の色度図の座標において、無彩色を示す座標Ｗ（0.33,0.33）とスペクトル軌跡上の４８０ｎｍの座標Ｂ（0.091，0.133）とを結ぶ線分ＷＢと、前記座標Ｗとスペクトル軌跡上の５６０ｎｍの座標Ｇ（0.373，0.624）とを結ぶ線分ＷＧと、前記座標Ｂから前記座標Ｇまでのスペクトル軌跡に囲まれる領域における、色純度が７．４～１７．７の領域に含まれ、かつ、波長領域４８０～５４０ｎｍにおいて連続した分光波長が占める面積が３８０～７８０ｎｍの光源全体の分光波長面積に対して１５％以上である光を発することを特徴とするＬＥＤ装置。
  2. 波長領域４８０～５４０ｎｍにおいて連続した分光波長が占める面積が３８０～７８０ｎｍの分光波長面積に対して１５～６８％である光を発する請求項１に記載のＬＥＤ装置。
  3. 前記光の連続スペクトルにおける分光分布が、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの分光波長面積に対して、３８０～４８０ｎｍの面積が１５～３０％、４８１～５６０ｎｍの面積が２５～６２％、５６１～６４０ｎｍの面積が９～３５％、６４１～７８０ｎｍの面積が１～１０％である、請求項１または２に記載のＬＥＤ装置。
  4. 前記光の分光分布において、４２０～４８０ｎｍの範囲に最大発光強度を示す第１のピークを有し、４８１～６８０ｎｍの範囲に前記最大発光強度に対して４０～６５％の発光強度を示す第２のピークをさらに有する請求項３に記載のＬＥＤ装置。
  5. 前記光の分光分布において、６４１～７８０ｎｍの面積に対する４８１～５６０ｎｍの面積比が２～４である請求項４に記載のＬＥＤ装置。
  6. 前記光の分光分布において、前記第１のピークと前記第２のピークの間に、前記第１のピークの発光強度に対して、１８～４０％の発光強度を示す谷を有する請求項４または５に記載のＬＥＤ装置。
  7. 前記蛍光体層が、５２０～５９０ｎｍの範囲に蛍光ピーク波長を有するＹＡＧ蛍光体及び４７０～５６０ｎｍの範囲に蛍光ピーク波長を有する緑色蛍光体から選ばれる少なくとも一種の蛍光体を含む請求項１～６の何れか１項に記載のＬＥＤ装置。
  8. ６００～７８０ｎｍの範囲に蛍光ピーク波長を有する赤色蛍光体を含有しない請求項７に記載のＬＥＤ装置。
  9. 請求項１～８の何れか１項に記載のＬＥＤ装置を備え、表示部の輝度が０．５～３００ｃｄ/ｍ2である発光表示構造。
  10. 表示部と、前記表示部の周囲の背景部とを備え、前記表示部が請求項１～８の何れか１項に記載のＬＥＤ装置の発光による表示をし、前記表示部の輝度が前記背景部の輝度より３０％以上高いことを特徴とする発光表示構造。
  11. 前記背景部が非発光部である請求項１０に記載の発光表示構造。
  12. 前記背景部が表面を間接照明または直接照明される請求項１０または１１に記載の発光表示構造。
  13. 表示させるための光の透光部を備えた表示部と光を遮光する背景部とからなる表示パネルと、前記表示パネルの表示面と反対側に配置されたバックライト光源を備え、前記バックライト光源が請求項１～８の何れか１項に記載のＬＥＤ装置であることを特徴とする発光表示構造。
  14. 移動体の運転部のインストルメントパネルである請求項１３に記載の発光表示構造。
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