TWI417486B - White light source and the use of its white light source system - Google Patents

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TWI417486B TW100115768A TW100115768A TWI417486B TW I417486 B TWI417486 B TW I417486B TW 100115768 A TW100115768 A TW 100115768A TW 100115768 A TW100115768 A TW 100115768A TW I417486 B TWI417486 B TW I417486B
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Description

白色光源及使用其之白色光源系統
本發明係關於一種白色光源及使用其之白色光源系統，尤其是關於具有與自然光之發光光譜近似的發光光譜之白色光源及使用其之白色光源系統。
近年來，從省能源對策或二氧化碳之排出量削減的觀點來看已有一種使用LED(發光二極體)的白色光源為人所注目。與使用鎢絲的習知白熱電燈泡相較，LED之壽命長，且可省能源。習知的白色LED，如日本特開平10-242513號(專利文獻1)所示，係使用發光峰值波長在400至530nm之範圍的藍色LED來激勵YAG發光體，且混合LED之藍色光與YAG螢光體之黃色光而實現白色光。
使用LED的白色光源，係已被廣泛使用作為信號機或液晶顯示裝置之背光源、進而亦被廣泛使用作為室內燈等的一般用照明機器。習知之使用藍色LED的白色光源之發光光譜，係有如下傾向：從藍色LED發出的藍色光之峰值高度可比來自螢光體的黃色光之峰值高度高出1.5倍以上，且藍色光的影響較強。
另一方面，隨著使用LED的白色光源之普及，已開始擔心白色光源對人體的不良影響。如前面所述，習知的白色LED之藍色LED的發光峰值較強。如此的藍色峰值 較強之白色光係與自然光大為不同的光。在此所謂自然光，係意指太陽光。
考慮如此的白色光源對人體之影響，在國際公開WO2008/069101號小冊子(專利文獻2)中，有提供一種組合發光峰值不同之LED與螢光體並將4種類之發光峰值予以混合藉此可使與分光視覺效率之偏離較少的白色光。
在此所謂分光視覺效率，係將人類眼睛對光之靈敏度稱為視覺度，且CIE(國際照明委員會)將之定為標準分光比視覺度V(λ)。因而，分光視覺效率與標準分光比視覺度V(λ)係為相同的意思。第1圖係顯示CIE所規定的分光視覺效率V(λ)。亦即，依據第1圖，表示人類能以最高的靈敏度來辨識波長約555nm的光。
另一方面，在專利文獻2中，係考慮藍色光對人體的影響，並以控制波長為420至490nm之範圍的光為目的。藉由如此的方法，被認為可在夜間具有：能將與生物時鐘之調節有關之作為荷爾蒙之一種的褪黑激素(melatonin)之分泌予以正常化的效果。
另一方面，人類係具有可由體內時鐘支配的晝夜節律(circadian rhythm：概日節律、24小時節律)。人類雖然是以在自然光下生活為其基本，但是在現代社會中，也呈現多樣化而有長時間之室內勞動或晝夜顛倒生活等的生活型式。當長期間持續不曝曬於自然光的生活時，晝夜節律就會發生擾動而有對人體帶來不良影響之虞。
(專利文獻1)日本特開平10-242513號公報
(專利文獻2)國際公開WO2008/069101號小冊子
使用現在之LED的白色光源(即使用藍色LED的白色光源)，係具有與自然光大為不同的發光光譜。當長時間在如此的白色光源之照射下生活時，就有對人類的晝夜節律帶來不良影響之虞。
本發明係為了要應付如此的問題而開發完成者，其目的在於提供一種具有與自然光之發光光譜近似的發光光譜之白色光源。
為了達成上述目的，本發明之白色光源，其特徵為：當將白色光源之發光光譜設為P(λ)、將顯示與白色光源相同之色溫度的黑體輻射之發光光譜設為B(λ)、將分光視覺效率之光譜設為V(λ)、將P(λ)×V(λ)成為最大之波長設為λmax1、將B(λ)×V(λ)成為最大之波長設為λmax2時，滿足關係式：-0.2≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.2。
又，上述白色光源中，較佳為，滿足關係式：-0.1≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B (λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.1。又，較佳為，白色光源之色溫度為2500至7000K。
又，較佳為，上述白色光源係具備LED和螢光體。又，較佳為，LED之發光峰值在350至420nm之範圍內，螢光體之發光峰值在420至700nm之範圍內。又，上述白色光源係具備：峰值波長不同之3種類以上、較佳為4種類以上的螢光體。又，更佳為，具備：峰值波長不同之5種類以上的螢光體。又較佳為，上述螢光體，係形成混合有螢光體和樹脂之螢光體層。又，較佳為，螢光體層，係具備基層複數個於樹脂中分散有螢光體粒子之螢光體要素的多層構造。又，本發明之白色光源系統，其特徵為：使用複數個上述本發明之白色光源而構成。
依據本發明之白色光源，則可重現與自然光相同之發光光譜。因此，即使長時間曝曬在來自白色光源之白色光下亦可將對人體之不良影響控制在與自然光同等的水平。
本發明之實施形態的白色光源，其特徵為：當將白色光源之發光光譜設為P(λ)、將顯示與白色光源相同之色溫度的黑體輻射之發光光譜設為B(λ)、將分光視覺效率之光譜設為V(λ)、將P(λ)×V(λ)成為最大之波長設為λmax1、將B(λ)×V(λ)成為最大之波長設為 λmax2時，滿足：-0.2≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.2之關係式。在此，λ係表示可視光區域之380至780nm的波長。
構成滿足上述關係式的白色光源之順序係如下所述。首先，測定白色光源之發光光譜P(λ)。發光光譜之測定係藉由以JIS-C-8152為標準而使用積分球的全光束測定來實施。色溫度，係從發光光譜中藉由計算而求出。另外，色溫度之單位為絕對溫度(Kelvin)(K)。
其次，求出與白色光源之色溫度相同的黑體輻射之發光光譜B(λ)。發光光譜B(λ)係藉由蒲朗克分布(Planck distribution)而求出。蒲朗克分布亦可藉由第2圖所示之數式而求出。第2圖中，h為蒲朗克常數，c為光速，λ為波長，e為自然對數之底，k為波耳茲曼常數(Boltzmann constant)，T為色溫度。黑體輻射之發光光譜，係因h、c、e、k為常數而只要決定色溫度T，即可求出相應於波長λ的發光光譜。
又，黑體輻射亦稱為黑體放射，在本發明中係表示自然光(太陽光)之發光光譜。自然光，例如在白天、清晨、日出時各自的色溫度分別不同。分別於第3圖顯示白天之自然光(色溫度5100K)的發光光譜之一例；於第4圖顯示清晨之自然光(色溫度4200K)的發光光譜之一例；於第5圖顯示日出之自然光(色溫度2700K)的發光光譜之一例。另外，第4圖之清晨係假設早上7：00時。
又，第6圖係顯示後述之實施例1的發光光譜P(λ)。另一方面，第7圖係顯示實施例1之(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))。又，第8圖係顯示將白天之自然光(第3圖)的發光光譜設為B(λ)時之(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2)。
求出第7圖及第8圖時的V(λ)係使用第1圖所示的分光視覺效率。
第7圖係描繪出將第6圖所示的實施例1之發光光譜P(λ)與分光視覺效率V(λ)在每一波長之值相乘後所得的值，再除以(P(λmax1)×V(λmax1))而得的值之曲線圖。在第7圖中，(P(λ)×V(λ))成為最大值的波長，係為λmax1=556nm。
又，第8圖係描繪出將第3圖之發光光譜B(λ)與分光視覺效率V(λ)在每一波長之值相乘後所得的值，再除以(B(λmax2)×V(λmax2))而得的值之曲線圖。在第8圖中，(B(λ)×V(λ))成為最大值的波長，係為λmax2=556nm。
(P(λ)×V(λ))，係表示分光視覺效率V(λ)區域中的白色光源之發光光譜的強度。藉由除以最大值之(P(λmax1)×V(λmax1))，即可如第7圖所示設為將1.0當作上限的值。
又，(B(λ)×V(λ))，係表示分光視覺效率V(λ)區域中的黑體輻射之發光光譜的強度。藉由除以最大值之(B(λmax2)×V(λmax2))，即可如第8圖所示 設為將1.0當作上限的值。
其次，求出差異A(λ)=[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]。本實施形態之白色光源，係為-0.2≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.2。該差異A(λ)為-0.2≦A(λ)≦+0.2，係表示分光視覺效率V(λ)區域中的白色光源之發光光譜近似於黑體輻射之發光光譜(即近似於自然光之發光光譜)。換句話說，若差異A(λ)=0，則意味著可重現與自然光相同的發光光譜。
第9圖係顯示實施例1之差異A(λ)。從第9圖可明白，實施例1可重現差異A(λ)之範圍為-0.03≦A(λ)≦+0.02之白天的自然光。
如此依據本實施形態，則由於能夠設計發光光譜近似於黑體輻射之發光光譜，所以與如習知之藍色光之峰值突出的白色LED相較，可大幅地抑制對人類之晝夜節律的不良影響。
又，由於如後述之實施例亦可重現日出之自然光或清晨之自然光，所以只要配合其目的來控制發光光譜即可。又，將重現白天之自然光、日出之自然光、清晨之自然光的白色光源予以組合在一起，亦能重現與一整天之太陽光相同的自然光。例如，若使用該白色光源，作為病房或必須進行長時間之室內業務的場所或房屋之照明設備，則可 抑制對於在該處生活之患者或進行作業之勞動者的晝夜節律之不良影響。又，由於可重現自然光，所以亦可應用在利用自然光之植物栽培等的農業領域等中。
如此的白色光源，較佳為，發光之色溫度為2500至7000K。當該色溫度未滿2500K以及超過7000K時，就有變成不屬於自然光的色溫度之虞。色溫度之較佳範圍為2700至6700K。
具有如此差異A(λ)的白色光源，較佳是具備LED(發光二極體)與螢光體。LED之發光峰值波長較佳是在350至420nm之範圍內。較佳的方式是將在紫外線至紫色區域中有發光峰值的LED光藉由螢光體而轉換成可視光。LED之發光峰值波長為420nm以上的藍色LED、綠色LED、紅色LED，會因其發光峰值高度較大而難以將差異A(λ)控制在-0.2≦A(λ)≦+0.2之範圍內。又，若是發光峰值波長為350至420nm之發光源的話，則不限於LED亦可使用半導體雷射等。
又，螢光體，較佳是在以350至420nm之發光源來激勵時，螢光體之發光峰值波長會在420至700nm之範圍內。又，螢光體，較佳是使用峰值波長不同之3種類以上、進而為5種類以上的螢光體。又，各螢光體之峰值波長較佳為偏移150nm以下，更佳為偏移10至100nm，最佳為偏移10至50nm。換句話說，其是如下方法：在藍色區域至紅色區域，使用3種以上、進而使用5種以上之螢光體以每次錯開10至100nm之方式組合峰值波長，藉此 實現-0.2≦差異A(λ)≦+0.2的方法。
螢光體之材質，若發光峰值在420至700nm則雖然並非被特別限定，但是較佳是以如下的螢光體作為以350至420nm激勵的螢光體。又，螢光體之發光光譜的峰值波長之半值寬度較佳為寬至40nm以上，更佳為寬至50至100nm。
作為藍色螢光體(B)之例，可列舉銪活化之鹼土磷酸鹽螢光體(峰值波長440至455nm)或銪活化之鋇鎂鋁酸鹽螢光體(峰值波長450至460nm)等。又，作為藍綠色螢光體，可列舉銪活化之鍶鋁酸鹽螢光體(峰值波長480至500nm)、或銪、錳活化之鋇鎂鋁酸鹽螢光體(峰值波長510至520nm)等。
作為綠色螢光體(G)之例，可列舉銪活化之正矽酸鹽(orthosilicate)螢光體(峰值波長520至550nm)、銪活化之β矽鋁氮氧化合物(sialon)螢光體(峰值波長535至545nm)、銪活化之鍶矽鋁氮氧化合物螢光體(峰值波長510至530nm)。
又，作為黃色螢光體(Y)之例，可列舉銪活化之正矽酸鹽螢光體(峰值波長550至580nm)或鈰活化之稀土鋁石榴石螢光體(峰值波長550至580nm)等。
又，作為紅色螢光體(R)之例，可列舉銪活化之鍶矽鋁氮氧化合物螢光體(峰值波長600至630nm)、銪活化之鈣鍶氮氧化合物螢光體(峰值波長610至650nm)、銪活化之氧硫化鑭螢光體(峰值波長620至630nm)或錳 活化之氟鍺酸(fluorogermanate)鎂螢光體(峰值波長640至660nm)等。
為了控制前述差異A(λ)，較佳是從上述藍色螢光體、藍綠色螢光體、綠色螢光體、黃色螢光體及紅色螢光體之中使用3種以上、進而5種以上。又，色溫度之控制，係可藉由改變各自的螢光體之混合比例而控制。
又，各螢光體之平均粒徑較佳為5至40μm。若平均粒徑未滿5μm，則因粒徑過小而難以製造且造成成本提高之要因。另一方面，當平均粒徑超過40μm而較大時，就難以將各螢光體均一地予以混合。
其次就白色光源之製造加以說明。第10圖係顯示本發明之白色光源之一實施例的電燈泡型白色光源。圖中，元件符號1為LED電燈泡(白色光源)，2為LED模組，3為基體部，4為燈罩(globe)，5為絕緣構件，6為燈帽(cap)，7為基板，8為LED晶粒(chip)，9為螢光體層，10為透明樹脂層。
亦即，第10圖所示的LED電燈泡1，係具備：LED模組2；及可供LED模組2設置的基體部3；及以覆蓋LED模組2之方式安裝於基體部3上的燈罩4；及隔著絕緣構件5而安裝於基體部3之下端部的燈帽6；以及設置於基體部3內的點燈電路11。
LED模組2，係具備：安裝於基板7上的紫外至紫色發光之LED晶粒8。在基板7上係表面安裝有複數個LED晶粒8。在紫外至紫色發光之LED晶粒8，係可使用 InGaN系、GaN系、AlGaN系等之發光二極體。在基板7之表面(更可按照需要而為內部)，係設置有配線網(未圖示)，而LED晶粒8之電極係與基板7之配線網電性連接。在LED模組2之側面或是底面，係有拉出配線12，且該配線12係與設置於基體部3內的點燈電路11電性連接。LED晶粒8，係藉由隔著點燈電路11而施加的直流電壓來點燈。
在燈罩4之內面，係設置有吸收從LED晶粒8射出之紫外至紫色光並發出白色光的螢光體層9。螢光體層9，係組合3種以上、進而5種以上之峰值波長不同的螢光體而形成。又，亦可按照需要來與樹脂混合而形成螢光體層9。又，各種螢光體，既可全部予以混合而作為混合螢光體層，又可作為將逐次以1至3種類左右進行混合後的螢光體層予以多層化的多層螢光體層。
又，第10圖中雖然是設為在燈罩4之內面設置有螢光體層的構造，但是既可為在燈罩4之外面或燈罩4本身混合螢光體的構造，亦可在透明樹脂層10混合螢光體。又，在第10圖中雖然有例示電燈泡型白色光源，但是本發明並不限於此，亦可適用於單晶粒型之白色光源。又，本發明之白色光源，並不限於上述電燈泡型，亦可適用於螢光燈型(細長型)、吊燈(chandelier)型等，且其形狀亦非被限定。
如以上所述，藉由將差異A(λ)控制在-0.2≦A(λ)≦+0.2，即可提供一種重現自然光的白色光源。又，亦可 設為：將重現白天、日出、清晨、黃昏等之各自然光的白色光源予以分別組合而重現一整天的自然光之節律的白色光源系統。藉此，可提供一種能抑制對人體之晝夜節律之不良影響的白色光源及白色光源系統。
(實施例) (實施例1)
準備發光峰值波長400nm的LED晶粒。其次，準備峰值波長為445nm的銪活化之鹼土磷酸鹽藍色螢光體、峰值波長為490nm的銪活化之鍶鋁酸鹽藍綠色螢光體、峰值波長為530nm的銪活化之正矽酸鹽綠色螢光體、峰值波長為555nm的銪活化之正矽酸鹽黃色螢光體及峰值波長為630nm的銪活化之鍶矽鋁氮氧化物紅色螢光體之混合物，作為藉由照射400nm之電磁波而發光的螢光體。另外，各螢光體之平均粒徑係設為15μm。各螢光體之混合比係以藍色螢光體：藍綠色螢光體：綠色螢光體：黃色螢光體：紅色螢光體=30：15：20：15：20作為重量比(質量比)之比率予以混合，且與透明樹脂進行混合，並塗敷於燈罩內面，藉此製作第10圖所示的電燈泡型白色光源。所獲得的白色光源，其發光色之相關色溫度為5100K。該色溫度5100K係與白天之自然光同等的色溫度。
第6圖係顯示將藉由以JIS-C-8152為標準而使用積分球的全光束測定，來測定實施例1的電燈泡型白色光源之發光光譜的結果。又，第7圖係使用第1圖之分光視覺分 布V(λ)，來求出實施例1之(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))。另外，實施例1之λmax1為556nm。
其次，第3圖係藉由蒲朗克分布(第2圖之數式)來求出色溫度5100K的黑體輻射之發光光譜。將第3圖之發光光譜設為B(λ)。第8圖係求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))。另外，λmax2為556nm。
實施例1之差異可藉由A(λ)=[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]來求出。將結果顯示於第9圖。從第9圖可明白，在實施例1之白色光源中，與白天之自然光的發光光譜之差異A(λ)在可視光區域之380至780nmm中係為-0.2至+0.2之範圍，具體而言差異A(λ)係為-0.03至+0.02。
(實施例2)
準備發光峰值波長400nm的LED晶粒。其次，準備峰值波長為445nm的銪活化之鹼土磷酸鹽藍色螢光體、峰值波長為490nm的銪活化之鍶鋁酸鹽藍綠色螢光體、峰值波長為530nm的銪活化之正矽酸鹽綠色螢光體、峰值波長為555nm的銪活化之正矽酸鹽黃色螢光體及峰值波長為630nm的銪活化之鍶矽鋁氮氧化物紅色螢光體之混合物，作為藉由照射400nm之電磁波而發光的螢光體。另外，各螢光體之平均粒徑係設為15μm。各螢光體之混合比係以 藍色螢光體：藍綠色螢光體：綠色螢光體：黃色螢光體：紅色螢光體=10：15：25：20：30作為重量比(質量比)之比率予以混合，且與透明樹脂進行混合，並塗敷於燈罩內面，藉此製作第10圖所示的電燈泡型白色光源。所獲得的白色光源，其發光色之相關色溫度為4200K。該色溫度4200K係與清晨之自然光同等的色溫度。
與實施例1同樣地藉由使用積分球的全光束測定，調查了實施例2的白色光源之發光光譜。將結果顯示於第11圖。又，第12圖係使用第1圖之分光視覺分布V(λ)，來求出實施例2之(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))。另外，實施例2之λmax1為560nm。
其次，第4圖係藉由蒲朗克分布(第2圖之數式)來求出色溫度4200K的黑體輻射之發光光譜。第13圖係將第4圖之發光光譜設為B(λ)，並求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))。另外，λmax2為560nm。
實施例2之差異可藉由A(λ)=[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]來求出。將結果顯示於第14圖。從第14圖可明白，實施例2之白色光源，其與清晨之自然光的發光光譜之差異A(λ)在可視光區域之380至780nmm中係為-0.2至+0.2之範圍，具體而言差異A(λ)係為-0.04至+0.03。
(實施例3)
準備發光峰值波長400nm的LED晶粒。其次，藉由照射400nm之電磁波而發光的螢光體，係由：準備峰值波長為445nm的銪活化之鹼土磷酸鹽藍色螢光體、峰值波長為490nm的銪活化之鍶鋁酸鹽藍綠色螢光體、峰值波長為530nm的銪活化之正矽酸鹽綠色螢光體、峰值波長為555nm的銪活化之正矽酸鹽黃色螢光體及峰值波長為630nm的銪活化之鍶矽鋁氮氧化物紅色螢光體之混合物所構成。另外，各螢光體之平均粒徑係設為15μm。各螢光體之混合比係以藍色螢光體：藍綠色螢光體：綠色螢光體：黃色螢光體：紅色螢光體=5：10：20：25：40作為重量比之比率予以混合，且與透明樹脂進行混合，並塗敷於燈罩內面，藉此製作第10圖所示的電燈泡型白色光源。所獲得的白色光源，其發光色之相關色溫度為2700K。該色溫度2700K係與日出之自然光同等的色溫度。
與實施例1同樣地藉由使用積分球的全光束測定，調查了實施例3的白色光源之發光光譜。將結果顯示於第15圖。又，第16圖係使用第1圖之分光視覺分布V(λ)，來求出實施例3之(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))。另外，實施例3之λmax1為570nm。
其次，第5圖係藉由蒲朗克分布(第2圖之數式)來求出色溫度2700K的黑體輻射之發光光譜。第17圖係將第5圖之發光光譜設為B(λ)，並求出(B(λ)×V (λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))。另外，λmax2為570nm。
實施例3之差異可藉由A(λ)=[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]來求出。將結果顯示於第18圖。從第18圖可明白，實施例3之白色光源，其與日出之自然光的發光光譜之差異A(λ)，在可視光區域之380至780nmm中係為-0.2至+0.2之範圍，具體而言差異A(λ)係為-0.03至+0.15。
(實施例4)
準備發光峰值波長410nm的LED晶粒。其次，準備峰值波長為450nm的銪活化之鋇鎂鋁酸鹽藍色螢光體、峰值波長為515nm的銪及錳活化之鋇鎂鋁酸鹽藍綠色螢光體、峰值波長為530nm的銪活化之正矽酸鹽綠色螢光體、峰值波長為555nm的銪活化之正矽酸鹽黃色螢光體及峰值波長為630nm的銪活化之鈣鍶氧氮化合物紅色螢光體之混合物，作為藉由照射410nm之電磁波而發光的螢光體。另外，各螢光體之平均粒徑係設為20μm。各螢光體之混合比係以藍色螢光體：藍綠色螢光體：綠色螢光體：黃色螢光體：紅色螢光體=30：20：15：20：15作為重量比(質量比)之比率予以混合，且與透明樹脂進行混合，並塗敷於燈罩內面，藉此製作第10圖所示的電燈泡型白色光源。所獲得的白色光源，其發光色之相關色溫度為 5100K。該色溫度5100K係與白天之自然光同等的色溫度。
與實施例1同樣地藉由使用積分球的全光束測定，調查了實施例4的白色光源之發光光譜。又，使用第1圖之分光視覺分布V(λ)，來求出(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))。另外，實施例4之λmax1為556nm。
其次，藉由蒲朗克分布(第2圖之數式)來求出色溫度5100K的黑體輻射之發光光譜。將黑體輻射之發光光譜設為B(λ)，並求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))。另外，λmax2為556nm。
實施例4之差異可藉由A(λ)=[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]來求出。實施例4之白色光源，其與白天之自然光的發光光譜之差異A(λ)，在可視光區域之380至780nmm中係為-0.2至+0.2之範圍，具體而言差異A(λ)係為-0.18至+0.19。
(實施例5)
準備發光峰值波長400nm的LED晶粒。藉由照射400nm之電磁波而發光的螢光體，係由：峰值波長為445nm的銪活化之鹼土磷酸鹽藍色螢光體、峰值波長為530nm的銪活化之正矽酸鹽綠色螢光體及峰值波長為625nm的銪活化之鍶矽鋁氮氧化合物紅色螢光體之混合物 所構成。
螢光體之混合比係以藍色螢光體：綠色螢光體：紅色螢光體=30：40：30作為重量比之比率予以混合，且與透明樹脂進行混合，並塗敷於燈罩內面，藉此製作第10圖所示的電燈泡型白色光源。所獲得的白色光源，其發光色之相關色溫度為5000K。該色溫度5000K係與白天之自然光同等的色溫度。
其次與實施例1同樣地，藉由使用積分球的全光束測定，調查了實施例5的白色光源之發光光譜P(λ)。將結果顯示於第21圖。又，第23圖係使用第1圖之標準比視覺度V(λ)，來求出實施例5之(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))。另外，實施例之λmax1為540nm。
其次，第22圖係藉由蒲朗克分布(第2圖之數式)來求出色溫度5000K的黑體輻射之發光光譜。第24圖係將第22圖之發光光譜設為B(λ)，並求出(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))。另外，λmax2為555nm。
藉由實施例之差異A(λ)=[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]來求出。將結果顯示於第25圖。從第25圖可明白，實施例5之白色光源，其與白天之自然光的發光光譜之差異A(λ)，在可視光區域之380至780nmm中係為-0.2至+0.2之範圍，具體而言差異A (λ)係為-0.2至+0.1。
(比較例1)
組合發光峰值波長460nm之藍色發光二極體、與鈰活化之釔鋁石榴石黃色螢光體，而製作比較例1的白色光源。比較例1之白色光源的色溫度為5100K，差異A(λ)如第19圖所示為-0.28至+0.04。
被測者(各10個人)在同照度下從白天9：00至17：00生活於各實施例與比較例1之白色光源中，並在當天夜晚(21：00)進行褪黑激素之分泌量的測定。另外，褪黑激素之分泌量的分析係以唾液檢查來實施。又，顯示出將比較例1之褪黑激素分泌量設為100時的各實施例之分泌量(10個人的平均值)。將結果顯示於下述表1。
從上述表1所示的結果可明白，在各實施例的白色光源中，與使用習知之比較例1的白色光源之情況相較，被測者的褪黑激素之分泌量會變多。褪黑激素為從腦部之松 果體分泌出來的荷爾蒙之一種，一般為人所知的是褪黑激素之分泌量在白天會變低，而在夜間會變高。此被認為是因白天要在自然光下生活之故。因此，被認為褪黑激素是為了獲得安穩的睡眠而所需的荷爾蒙。又，在美國等國家也被廣泛地使用作為用以防止體內氧化的補給品(supplement)。
因而，在難以曝曬於自然光的環境(病房或長時間之室內活動等)藉由使用本實施例之白色光源，就可獲得曝曬自然光同等的效果，且可期待抑制睡眠障礙或晝夜節律失調的效果。
又，在各實施例中，雖然已分別製作白天之自然光(實施例1、實施例4及實施例5)、清晨之自然光(實施例2)及日出之自然光(實施例3)，但是藉由適當地組合其等的複數個來構成白色光源系統，亦可重現與一整天之自然光同等的光。
具體而言，如第20圖所示，亦可將用以發出白天之自然光的LED晶粒8a及螢光體層9a、用以發出日出之自然光的LED晶粒8b及螢光體層9b、用以發出清晨之自然光的LED晶粒8c及螢光體層9c配置在共通的基板7上，且將被覆著此等之螢光體層9a、9b、9c的LED晶片8a、8b、8c收納在同一共通的燈罩4內而構成白色光源系統1a。又，亦可在LED晶粒8與螢光體層9之間設置透明樹脂層10。
各LED晶粒8a、8b、8c，係可藉由配線12a而連接 於點燈電路11a。可構成：使用者能按照期望來選擇藉由附設於點燈電路11a之未圖示的切換機構而適當地點燈的LED晶粒。
依據具有上述構成的白色光源系統1a，就能夠按照使用者之期望或照明週期來從1座白色光源系統1a中選擇性地享受白天之自然光、日出之自然光及清晨之自然光。亦即，亦可設為：分別組合重現白天、日出、清晨、黃昏等之各自然光的白色光源而重現一整天之自然光之節律的白色光源系統。
(產業上之可利用性)
依據本發明之白色光源及白色光源系統，就可重現與自然光相同的發光光譜。因此，即使長時間曝曬於來自該白色光源之白色光亦可將對人體之不良影響控制在與自然光同等的水平。
1‧‧‧LED電燈泡(白色光源)
1a‧‧‧白色光源系統
2、2a‧‧‧LED模組
3‧‧‧基體部
4‧‧‧燈罩
5‧‧‧絕緣構件
6‧‧‧燈帽
7‧‧‧基板
8、8a、8b、8c‧‧‧LED晶粒
9、9a、9b、9c‧‧‧螢光體層
10‧‧‧透明樹脂層
11、11a‧‧‧點燈電路
12、12a‧‧‧配線
第1圖係顯示分光視覺效率V(λ)之曲線圖。
第2圖係求出黑體輻射之發光光譜B(λ)的數式。
第3圖係顯示白天之自然光的發光光譜之一例的曲線圖。
第4圖係顯示朝陽之自然光的發光光譜之一例的曲線圖。
第5圖係顯示日出之自然光的發光光譜之一例的曲線 圖。
第6圖係實施例1之發光光譜的曲線圖。
第7圖係顯示實施例1之(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的曲線圖。
第8圖係顯示將與第3圖同色溫度之黑體輻射設為B(λ)時之(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2)的曲線圖。
第9圖係顯示實施例1之差異A(λ)的曲線圖。
第10圖係顯示本發明之白色光源(電燈泡型)之一實施例的剖視圖。
第11圖係顯示實施例2之白色光源之發光光譜的曲線圖。
第12圖係顯示實施例2之(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的曲線圖。
第13圖係顯示將與第4圖同色溫度之黑體輻射設為B(λ)時之(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2)的曲線圖。
第14圖係顯示實施例2之差異A(λ)的曲線圖。
第15圖係顯示實施例3之發光光譜的曲線圖。
第16圖係顯示實施例3之(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的曲線圖。
第17圖係顯示將與第5圖同色溫度之黑體輻射設為B(λ)時之(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2)的曲線圖。
第18圖係顯示實施例3之差異A(λ)的曲線圖。
第19圖係顯示比較例1之差異A(λ)的曲線圖。
第20圖係顯示本發明之白色光源(電燈泡型)之另一實施例的剖視圖。
第21圖係顯示實施例5之白色光源之發光光譜P(λ)的曲線圖。
第22圖係顯示色溫度為5000K之黑體輻射B(λ)的曲線圖。
第23圖係顯示實施例5之白色光源之(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))的曲線圖。
第24圖係顯示實施例5之白色光源之(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2)的曲線圖。
第25圖係顯示實施例5之差異A(λ)的曲線圖。

Claims (11)

  1. 一種白色光源，其特徵為：當將白色光源之發光光譜設為P(λ)、將顯示與白色光源相同之色溫度的黑體輻射之發光光譜設為B(λ)、將分光視覺效率之光譜設為V(λ)、將P(λ)×V(λ)成為最大之波長設為λmax1、將B(λ)×V(λ)成為最大之波長設為λmax2時，滿足關係式：-0.2≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.2。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的白色光源，其中，滿足：-0.1≦[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≦+0.1。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的白色光源，其中，白色光源之色溫度為2500至7000K。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的白色光源，其中，具備LED和螢光體。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的白色光源，其中，LED之發光峰值在350至420nm之範圍內，螢光體之發光峰值在420至700nm之範圍內。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的白色光源，其中，具備：峰值波長不同之3種類以上的螢光體。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的白色光源，其中，具備：峰值波長不同之5種類以上的螢光體。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的白色光源，其中，螢光體，係形成混合有螢光體和樹脂之螢光體層。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的白色光源，其中，各螢光體之峰值波長的間隔為150nm以下。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的白色光源，其中，前述螢光體層具備多層構造。
  11. 一種白色光源系統，其特徵為：使用複數個申請專利範圍第1至10項中任一項所述的白色光源。
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