WO2015129116A1 - 照明装置 - Google Patents

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WO2015129116A1
WO2015129116A1 PCT/JP2014/081576 JP2014081576W WO2015129116A1 WO 2015129116 A1 WO2015129116 A1 WO 2015129116A1 JP 2014081576 W JP2014081576 W JP 2014081576W WO 2015129116 A1 WO2015129116 A1 WO 2015129116A1
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light
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和浩 綿谷
津森 俊宏
敏彦 塚谷
美濃輪 武久
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信越化学工業株式会社
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    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention is suitable for outdoor lighting that is suitably used in places with poor brightness (places where there is no light around) at night, etc., and particularly suitable for outdoor lighting installed in sidewalks, roadways, plazas, residential areas, tunnels, etc.
  • the present invention relates to a lighting device.
  • LED lighting that is more advantageous in terms of power consumption and lifetime than conventional incandescent bulbs and fluorescent lamps from the viewpoint of maintenance and economy for outdoor lighting such as street lamps.
  • LED lighting has a wide variety of light emission, and those using blue LEDs have a blue component in the light component to be irradiated, so outdoor lighting such as blue street lamps that have been introduced in recent years It can be used as a light source.
  • the power usage efficiency of LED lighting is extremely high, and the power for obtaining the same illuminance is extremely small, 1/5 or less that of conventional incandescent bulbs.
  • the product life is generally said to be tens of thousands of hours, leading to maintenance labor and cost reduction. Therefore, LED lighting is excellent as outdoor lighting such as street lamps that are used continuously for a long time.
  • the peak wavelength of light emitted from the phosphor is around 555 nm by applying a phosphor emitting green, yellow, red or the like on the front surface of a blue LED chip having an emission wavelength of 440 to 470 nm.
  • the broad fluorescent light and the unconverted blue light are combined to produce white light.
  • Many white LEDs for illumination use fluorescent light with a wavelength of around 555 nm because the human eye has high sensitivity to light in the vicinity of a wavelength of 555 nm, so in principle there are many components of light of this wavelength. This is because the contained light is highly efficient as illumination.
  • the peak wavelength of human visibility shifts from 555 nm to a shorter wavelength side as shown in FIG. Is known (Purkinje effect).
  • Non-Patent Document 1 For night lighting, lighting with a high color temperature has been studied (Non-Patent Document 1). However, conventional night lighting has a low level of scotopic vision and low light with respect to changes in visibility based on the Purkinje effect. It is hard to say that it contains enough wavelengths with the highest visibility at the visual level.
  • cone cells and rod cells On the retina of the human eyeball, there are cone cells and rod cells that are light receptors.
  • the cone cells have a function of feeling color vision in a bright place, and rod cells feel light in a dark place. It is known that These pyramidal cells and rod cells are not evenly distributed on the human retina, and the cone cells are concentrated near the part called the fovea, whereas the rod cells are closer to the periphery. It is also known that many are distributed. For this reason, it is considered that the human eye has a structure that makes it easier to perceive brightness in the peripheral visual field than in the center of the viewpoint in an environment where rods mainly work, such as under dark vision or undercognitive vision. In such an environment, it is considered that the lighting device should also increase the amount of light around the optical axis.
  • LED night illumination there is a portion around the optical axis of the lighting device. Most of them are particularly bright and the surroundings of the optical axis are darkened rapidly.
  • many LED lights used as street lighting have a high color temperature, but such street lighting is simply an increase in blue light. It is not designed in consideration of visual sensitivity.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and feels brighter to the human eye, particularly in the suburbs, rural areas, rural areas, tunnels, etc.
  • An object of the present invention is to provide an illuminating device that can provide a sense of brightness.
  • the inventors of the present invention have studied LED illumination that can improve the reduction in visibility due to changes in the visibility wavelength under dark vision or twilight vision, and as a phosphor that is excited by a blue LED together with a blue LED as a light source.
  • Lu 3 Al 5 O 12 Ce 3+ phosphor (LuAG phosphor) Study to improve feeling and visibility.
  • the LuAG phosphor concentration in the crystal of Ce which is added as an activator i.e., by controlling the Ce-activated rate for Lu, 5d ⁇ 2 F 7/2 5d to the transition ⁇ 2 F 5/2
  • the rate of transition can be increased, and light emission near 510 nm, which is advantageous under dark or dimmed vision, increases.
  • the LuAG phosphor and the blue LED it is possible to obtain illumination that is more useful in a dark place or under a bright view than in the past.
  • the color emitted by the illumination is blue or green, When its chromaticity is measured, it is far from blackbody radiation. Under dark vision or twilight vision, the human eye is less sensitive to color, but a light source whose chromaticity of emitted light is out of blackbody radiation may cause discomfort to the human.
  • the deviation from blackbody radiation is expressed by ⁇ uv.
  • ⁇ uv in order to reduce ⁇ uv, it is effective to bring the emission color closer to blackbody radiation by adding red light.
  • red light in order to add red light in night illumination using a blue LED as a light source, it can be achieved by separately incorporating a red LED or the like into the illumination device, but there is a drawback that the circuit as the illumination device becomes complicated.
  • it is also effective to use a phosphor that is excited by a blue LED and emits red light at the same time. Examples of the phosphor that emits red light when excited by blue light include nitrides such as SCASN, CASN, and ⁇ -sialon.
  • Phosphors and oxynitride phosphors are listed, but these phosphors have the feature of absorbing blue-green, green, and yellow light in addition to blue light. These phosphors are used simultaneously with LuAG phosphors. If red light is emitted, the light emission intensity of 507 nm to 555 nm, which is useful in a dark place or under twilight, is greatly reduced.
  • the inventors of the present invention in a lighting device that combines a blue LED and a LuAG phosphor having a cerium activation amount of 2% or less, further activates manganese.
  • the emission color is near blackbody radiation with a small ⁇ uv, and it is under sight and light It becomes an illuminating device in which the brightness in the peripheral visual field can be felt more visually, and these phosphors are mixed and dispersed in a resin to form a phosphor-containing resin layer, and the phosphor-containing resin layer emits light from a blue LED. It has been found that the illumination range of the illumination device is greatly expanded by arranging it in the front of the direction, and the illumination device irradiates illumination light over a wider range under dark place vision or twilight vision than before. Invented the invention It led to.
  • the present invention provides the following lighting device.
  • An illuminating device comprising: a double fluoride phosphor represented by the formula: [2] The lighting device according to [1],
  • the resin is one or two or more thermoplastic resins selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polystyrene, acrylic resin, and ABS resin.
  • an illuminating device that emits light in the vicinity of blackbody radiation and feels brighter under dark and dimmed conditions, providing high visibility and a wide range of brightness. can do.
  • FIG. 3 is a diagram showing an XRD profile of Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ phosphor particles obtained in Example 1. It is a figure which shows the LED illumination produced by the Example and the comparative example, (A) is a partial see-through
  • the illumination device of the present invention includes a blue LED chip having a maximum peak at a wavelength of 420 to 480 nm.
  • a blue LED chip As such a blue LED chip, a known blue LED package in which a blue LED chip is sealed together with wiring or the like with a sealing material may be used, and a known one or a commercially available product can be used.
  • a blue LED chip whose maximum peak is shorter or longer than the above wavelength is used, the excitation efficiency of the phosphor is extremely lowered, which is not preferable.
  • the illuminating device of this invention is equipped with the fluorescent substance containing resin layer, and the fluorescent substance containing resin layer is arrange
  • this phosphor-containing resin layer the following composition formula (1) Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (1)
  • the content of the LuAG phosphor represented by the composition formula (1) depends on the distance, positional relationship, strength, and the like with respect to the phosphor-containing resin layer to be arranged. It is preferable that they are 5 mass% or more and 50 mass% or less.
  • Ce-activated rate for Lu exceeds 2 mol%, 5d ⁇ 2 F 7/2 ratio of transition 5d ⁇ 2 F 5/2 more than the transition, if the Ce-activated rate for Lu exceeds 2 mol% , 5d ⁇ 2 F 7/2 ratio of transition 5d ⁇ 2 F 5/2 significantly greater than the transition. Therefore, the peak position of the emission spectrum shifts to the long wavelength side, and the deviation between the emission wavelength and the visibility in the dark place or under the bright vision becomes large, and under the dark place or under the bright view. There is a risk of inferior brightness.
  • the LuAG phosphor of the present invention can be produced by a known method. For example, barium fluoride is added as a flux to each powder of lutetium oxide, cerium oxide, and aluminum oxide mixed to have a desired composition, and this mixed powder is then added to the atmosphere under an inert gas atmosphere such as nitrogen. In a reducing atmosphere in which a part of the active gas is replaced with a reducing component such as hydrogen, it is heated at a high temperature to form a composite oxide. It can be manufactured by crushing.
  • the phosphor-containing resin layer of the present invention further comprises the following composition formula (2): A 2 (B 1-x Mn x ) F 6 (2) (Wherein A is one or more elements selected from the group consisting of Li, Na, K and Cs, B is one or more elements selected from the group consisting of Si, Ti, Nb, Ge and Sn, and x is (It is a positive number that satisfies the range of 0.001 ⁇ x ⁇ 0.1.) A compound obtained by mixing and dispersing a double fluoride phosphor represented by the following formula is used.
  • the content rate of the fluorescent substance represented by the composition formula (2) depends on the distance, positional relationship, strength, and the like with respect to the fluorescent substance-containing resin layer, 1% by mass in the fluorescent substance-containing resin layer. It is preferable that it is 40 mass% or less.
  • the double fluoride phosphor of the present invention can be produced by a known method (for example, US Pat. No. 3,576,756 (Patent Document 5) and the like).
  • the LuAG phosphor and the double fluoride phosphor of the present invention are both in particulate form.
  • the average particle diameter of the phosphor particles is preferably 1.5 to 50 ⁇ m from the viewpoint of light emission efficiency. When the average particle size is less than 1.5 ⁇ m, the luminous efficiency of the phosphor particles is lowered, and the illumination efficiency may be lowered. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 50 ⁇ m, there is no particular problem as illumination characteristics, but a large amount of phosphor is used to increase the number of particles, and the amount of phosphor used increases, resulting in high cost. There is a risk.
  • the particle size of the phosphor particles in the present invention for example, a value measured by a laser diffraction scattering method in which phosphor particles are dispersed in an air stream or a water stream can be applied.
  • the phosphor-containing resin layer of the present invention is represented by the LuAG phosphor represented by the above composition formula (1) of the present invention and the above composition formula (2) for the purpose of improving the color tone and color rendering as an illumination device.
  • You may use fluorescent substance other than the double fluoride fluorescent substance used in the range which does not impair the objective of this invention.
  • the total content rate of the fluorescent substance in the fluorescent substance containing resin layer of this invention is 1.5 to 90 mass%.
  • the resin of the phosphor-containing resin layer a transparent or translucent resin can be used.
  • a thermosetting resin such as a silicone resin or an epoxy resin can be used.
  • the phosphor-containing resin layer may be formed by mixing and dispersing a phosphor in an uncured resin composition and applying it to the surface of a blue LED chip or blue LED package and curing it.
  • the phosphor-containing resin layer may be separately cured and molded to be disposed in front of the light emitting direction of the blue LED chip or the blue LED package.
  • thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polystyrene, acrylic resin, and ABS resin are used singly or in combination of two or more. You can also.
  • thermoplastic resin the thermoplastic resin and the phosphor are kneaded, and the phosphor is dispersed in the thermoplastic resin and molded to obtain a phosphor-containing resin layer, which is emitted from a blue LED chip or a blue LED package. What is necessary is just to arrange
  • the phosphor-containing resin layer can be molded by a known molding method such as compression molding, extrusion molding, injection molding, or the like, and may be molded into a desired size in any shape such as a film shape or a thin plate shape.
  • the shape and size of the phosphor-containing resin layer may be appropriately selected according to the usage mode of the phosphor-containing resin layer, and are not particularly limited, but the thickness is usually 0.02 to 5 mm. .
  • an additive may be used in the phosphor-containing resin layer as long as the object of the present invention is not impaired.
  • Additives include silica, alumina, mica, yttria, zinc oxide, zirconia for the purpose of improving weather resistance such as deterioration due to ultraviolet rays, for the purpose of light scattering for promoting light scattering, or for the purpose of coloring.
  • Additives such as blue pigments, green pigments, yellow pigments and red pigments can be used.
  • the content of the additive is usually 10% by mass or less, particularly 0.01% by mass or more and 5% by mass or less in the phosphor-containing resin layer.
  • the lighting device of the present invention preferably employs a remote phosphor system in which the phosphor-containing resin layer is disposed away from the blue LED package via a gas layer or a vacuum layer.
  • the remote phosphor illumination device has a light distribution characteristic different from that of general LED illumination, such as surface emission and a large radiation angle.
  • general LED illumination such as surface emission and a large radiation angle.
  • the distance from the optical axis of the illumination device is around 507 nm. It is preferable that a large amount of light with a wavelength is emitted, and remote phosphor illumination with a large emission angle distribution is a more useful illumination device as outdoor illumination than a method in which a phosphor is arranged on a blue chip.
  • the light (irradiation light) emitted from the illumination device of the present invention is a light in which the light emitted from the blue LED, the light emitted from the LuAG phosphor, and the light emitted from the double fluoride phosphor are mixed.
  • the ratio of the phosphor used may be adjusted, and is expressed by the above composition formula (1) that emits light when excited by blue light. This can be achieved by adjusting the ratio between the LuAG phosphor and the double fluoride phosphor represented by the above composition formula (2) that emits light when excited by blue light.
  • the ratio between the LuAG phosphor represented by the composition formula (1) and the double fluoride phosphor represented by the composition formula (2) [(LuAG phosphor): (double fluoride fluorescence). Body)] is preferably 1: 0.1 to 1:10, more preferably 1: 0.5 to 1: 4 in terms of mass ratio.
  • the ratio S1 / S2 between the intensity S1 of the broad emission peak at a wavelength of 460 to 620 nm and the intensity S2 of the emission peak of the emission line spectrum near 630 nm is 0.5 or more and 0. If it is .9 or less, ⁇ uv corresponding to the deviation from the black body radiation of the luminescent color of the illumination device can be set to ⁇ 0.03 to +0.03. By selecting such light emission conditions, the illumination color of the lighting device becomes an illumination close to white, and it is possible to suppress the irradiation light from giving an unpleasant impression to human eyes.
  • the illumination color has a light emission color that gives a more comfortable impression with a smaller deviation from the black body radiation of the light emission color.
  • S1 / S2 is less than 0.5 or more than 0.9
  • ⁇ uv may be less than -0.03 or more than +0.03.
  • the emission color is deviated from white and is not suitable for illumination. There is a risk of becoming a color.
  • the emission peak of the emission line spectrum is around 630 nm. Does not exist, and the value of ⁇ uv exceeds 0.03, resulting in a light emission color close to blue or green.
  • the illuminating device of the present invention includes a wavelength with high visibility at a scotopic level and a twilight level corresponding to a change in visibility based on the Purkinje effect, but the emission color deviates from black body radiation. Therefore, the lighting device has a luminescent color that gives a comfortable impression.
  • the lighting device (lighting fixture) of the present invention is installed in outdoor lighting at night or in places with poor brightness (places where there is no light in the surroundings), particularly on sidewalks, roadways, open spaces, residential areas, tunnels, and the like.
  • Outdoor lighting such as street light, is suitable for outdoor use, but is suitable for use in dark places or under twilight, so indoor lighting, That is, it is also suitable for indoor use.
  • the fired body thus obtained was crushed with a ball mill, washed with about 0.5 mol / L hydrochloric acid, washed with pure water, separated into solid and liquid, and dried to obtain an average particle size of 20 ⁇ m.
  • Lu 3 Al 5 O 12 Ce 3+ phosphor particles (Ce activation rate with respect to Lu was 1 mol%) were obtained.
  • the results of XRD analysis of the phosphor particles are shown in FIG.
  • the diffraction pattern of this phosphor particle confirms that the main phase is coincident with the diffraction peak of the lutetium aluminum garnet phase, and Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ containing the garnet phase as the main phase is obtained. It was done.
  • K 2 (Si 0.97 Mn 0.03 ) F 6 phosphor particles having an average particle diameter of 21 ⁇ m were obtained according to the method described in US Pat. No. 3,576,756 (Patent Document 5).
  • Patent Document 5 When the emission spectrum of the obtained phosphor particles by blue light excitation at a wavelength of 450 nm was measured, it was confirmed that the phosphor particles had a plurality of emission peaks centered around 630 nm.
  • a total amount of Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ phosphor particles and K 2 (Si 0.97 , Mn 0.03 ) F 6 phosphor particles in a transparent epoxy resin (SpeciFix-40 kit) manufactured by Marumoto Struers Co., Ltd. And 30% by mass with a mass ratio of (Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ phosphor) :( K 2 (Si 0.97 , Mn 0.03 ) F 6 phosphor) 2: 1.
  • LED packages Seven of these LED packages are connected in series in a state where they are installed in a rectangular aluminum chassis with internal dimensions of 39 mm wide, 220 mm long and 5 mm high, and as a protective cover at a position 25 mm from the light emitting surface of the LED package.
  • a 2 mm thick transparent mat acrylic plate was attached to produce LED lighting (illumination device) as shown in FIG.
  • 1 is an LED package
  • 2 is an aluminum chassis
  • 3 is a protective cover
  • 4 is a power supply terminal
  • 5 is a switch.
  • the spectrum of the irradiation light of this LED illumination was measured with a spectrophotometer (Konica Minolta Co., Ltd., CL-500, the same shall apply hereinafter). The results are shown in FIG. S1 / S2 of this spectrum was 0.79. Further, ⁇ uv of this LED illumination was measured with a total luminous flux measuring device (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., total luminous flux measurement ( ⁇ 500) system, model HalfMoon, the same applies hereinafter), and found to be +0.022.
  • Example 2 7 blue LED packages made by Cree, XLamp LX-E Royal Blue, connected in series in the same aluminum chassis as in Example 1, and further, 25 mm from the light emitting surface of the blue LED package Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ phosphor particles obtained in Example 1 and K 2 (Si 0.97 , Mn 0.03 ) F 6 phosphor particles, respectively, with a phosphor concentration of 1.8% by mass, A 2 mm thick polycarbonate plate kneaded and molded into polycarbonate at 7.2% by mass was attached as a phosphor-containing resin layer to produce a remote phosphor type LED illumination as shown in FIG.
  • reference numeral 3 in FIG. 2 denotes a phosphor-containing resin layer having a function as a protective cover.
  • the spectrum of the irradiation light of this LED illumination was measured with a spectrophotometer. The results are shown in FIG. S1 / S2 of this spectrum was 0.55. Further, ⁇ uv of this LED illumination was measured with a total luminous flux measuring apparatus, and was ⁇ 0.018.
  • the LED lights of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were mounted at a position 3 m high from the asphalt road of the temporary pole to form an LED street light, lighted at a voltage of 24 V at night, and the starting point 10 m away from directly under the LED light From the viewpoint of 30 people, the road surface and its surroundings were evaluated by slowly walking to the end point directly under the LED lighting.
  • the results are shown in Table 1.
  • the ratio in Table 1 is the ratio of those who affirmed each item in the table
  • the numerical value in parentheses is the number of persons who affirmed each item in the table.
  • the LED illuminations of Examples 1 and 2 are equivalent or superior in any evaluation items, and in particular, color discrimination and illumination light look natural. It was excellent in terms, and the peripheral part felt bright, and it was found to be excellent in dark field and dim field.
  • the LED lighting of Example 1 is effective for visibility in a wide space such as the brightness of the entire space and a sense of brightness in the surrounding area, and was found to be excellent as outdoor lighting. In addition, it was found that a high degree of satisfaction was obtained with regard to the color recognition of the surrounding scenery and whether it looks natural lighting colors. In Example 2 in which the remote phosphor system was used, it was further found that non-dazzling illumination with less shadows was obtained due to the spread of light due to surface emission. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the illuminating device suitable for the outdoor illumination which respond

Abstract

 本発明の照明装置は、波長420~480nmに最大ピークを有する青色LEDチップと、該青色LEDチップの発光方向前方に配設された蛍光体含有樹脂層とを備え、該蛍光体含有樹脂層が、Lu3Al512:Ce3+で表され、かつLuに対するCe賦活率が2モル%以下であるLuAG蛍光体と、A2(B1-xMnx)F6(式中、AはLi、Na、K及びCsからなる群から選ばれる1種類以上の元素、BはSi、Ti、Nb、Ge及びSnからなる群から選ばれる1種類以上の元素、xは0.001≦x≦0.1の範囲を満たす正数)で表される複フッ化物蛍光体とを、樹脂に混合分散させてなる照明装置であり、黒体放射線近傍の発光色で、暗所視条件下や薄明視条件下において、より明るく感じられ、高い視認性と広い範囲での明るさ感が得られる。

Description

照明装置
 本発明は、夜間等において、明るさに乏しい場所(周囲に光がない場所)で好適に用いられる屋外照明、特に、歩道、車道、広場、住宅地、トンネル等に設置される屋外照明に好適な照明装置に関するものである。
 都市においては、夜間でも自動車のヘッドライト、店舗照明等の多くの光源により明るく照らされている場所が多い。一方、郊外や地方においては、夜間は光に乏しいため、歩道、車道、公園、トンネルといった場所には、安全確保や防犯などの目的で街路灯をはじめとした屋外照明が設置されている。
 しかしながら、郊外や地方では、過度に高輝度の照明を設置して夜間に点灯することは、住民の生活の妨げになるばかりでなく、過剰な電力を消費することになり、また、設備に多額の費用が必要になってしまう。そこで、消費電力を上げることなく、安全確保や防犯などの目的を十分に達成できる屋外照明の導入が望まれている。
 一方、近年では、街路灯などの屋外照明用に、保守、経済性の観点から、従来の白熱電球や蛍光灯などより、電力消費や寿命の点で有利なLED照明に注目が集まっている。LED照明は発光のバリエーションが豊富であり、また、青色LEDを用いたものは、照射される光の成分に青色成分を有しているため、近年導入が進んでいる青色街路灯などの屋外照明の光源として用いることが可能である。また、LED照明の電力使用効率は、極めて高く、同等の照度を得るための電力は、従来の白熱電球の1/5以下と極めて小さい。また、製品寿命も一般に数万時間と言われており、保守点検の労力、コスト削減にもつながることから、LED照明は、長時間連続使用する街路灯などの屋外照明として優れている。
 一般的な照明用の白色LEDパッケージでは、発光波長440~470nmの青色LEDチップの前面に緑色や黄色や赤色などの蛍光を発する蛍光体を塗布することで、蛍光体から発光したピーク波長555nm前後のブロードな蛍光光と、波長未変換の青色光とが合わさって、白色光が生ずる構造となっている。多くの照明用白色LEDで波長555nm前後の蛍光発光を利用しているのは、人の目は波長555nm近傍の光に対して高い感度をもっているため、原理的にこの波長の光の成分を多く含む光が、照明として高効率であるからである。しかしながら、夜間の街路などの暗所視条件下、日没直後の薄明視条件下では、人間の視感度のピーク波長は、図7に示されるように、555nmからより短波長側に移行することが知られている(プルキンエ効果)。
 このような暗所視条件下及び薄明視条件下では、白色LEDを使用する夜間照明においても、発光のピークが555nmより短波長にシフトしたものが好ましいといえる。夜間照明用としては、色温度の高い照明などが検討されている(非特許文献1)が、従来の夜間照明は、プルキンエ効果に基づいた視感度の変化に対して、暗所視レベル、薄明視レベルでの最も視感度の高い波長を十分に含んでいるとは言い難い。
 また、人の眼球の網膜上には光の受容体である錐体細胞、桿体細胞があり、錐体細胞は明所での色覚を、桿体細胞は暗所での光を感じる働きをもっていることが知られている。これら錐体細胞と桿体細胞は、人の網膜上に均一に分布しておらず、錐体細胞は中心窩と呼ばれる部分付近に集中しているのに対し、桿体細胞はそれより周辺に多く分布していることも知られている。そのため、暗所視下や薄明視下など桿体細胞が主に働く環境下では、人間の目は、視点の中心よりも、周辺視野で明るさを感じやすい構造をもっていると考えられている。このような環境下では、照明装置も、光軸の周辺での光量をより多くするのが良いと考えられるが、一般的に、LED夜間照明では、照明装置の光軸を中心とした部分が特に明るく、光軸の周辺は急激に暗くなっているものが多い。また、近年、街路照明として用いられているLED照明は、色温度が高いものが多いが、このような街路照明は、単に、青色光を増やしたものであり、暗所視下や薄明視下での視感度を考慮した設計になっていない。
特開2008-135381号公報 特開2009-151967号公報 特開2012-038504号公報 特開2012-009434号公報 米国特許第3576756号明細書
白倉公隆、他2名、「街路照明の分光特性が空間の明るさに及ぼす影響」、照明学会誌、第96巻、第5号、2012年、259-271
 本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、郊外や地方、農村部、トンネル内などの、特に、暗所視条件下や薄明視条件下において、人間の目により明るく感じられ、広い範囲での明るさ感が得られる照明装置を提供することを目的とする。
 本発明者らは、暗所視下や薄明視下での視感度波長の変化による視認性の低下を改善できるLED照明を検討し、光源として青色LEDと共に、青色LEDで励起される蛍光体として、Lu3Al512:Ce3+蛍光体(LuAG蛍光体)に着目し、青色LEDに蛍光体としてLuAG蛍光体を組み合わせたLED照明により、暗所視下や薄明視下での明るさ感や、視認性を向上させる検討をした。
 LuAG蛍光体については、賦活剤として添加しているCeの結晶中での濃度、即ち、Luに対するCe賦活率をコントロールすることで、5d→27/2遷移に対する5d→25/2遷移の割合を増加させることができ、暗所視下や薄明視下で有利な510nm近傍の発光が多くなる。その結果、LuAG蛍光体と青色LEDを組み合わせることで、従来よりも暗所視下や薄明視下で有用な照明が得られる。
 しかし、上記のようなLuAG蛍光体と青色LEDとによって得られる照明は、発光スペクトルの多くが可視光のうちの短波長に偏っているため、照明の発する色合いは青色又は緑色に寄っており、その色度を測定すると、黒体放射線から離れたものとなる。暗所視下や薄明視下では、人の目は色に対する感性が鈍るが、発光の色度が黒体放射線から外れた光源は、人にとって不快感を与える場合がある。
 一般に、黒体放射線からのずれはΔuvで表されるが、このような場合、Δuvを小さくするには、赤色光を加えることで発光色を黒体放射線に近づけることが有効である。青色LEDを光源とした夜間照明において赤色光を加えるには、別に赤色LEDなどを照明装置に組み込むことでも達成可能だが、照明装置としての回路が複雑になるといった欠点がある。一方、青色LEDで励起され、赤色光を発する蛍光体を同時に使用する方法も有効であり、青色光により励起されて赤色光を発する蛍光体としては、SCASN、CASN、α-サイアロンなどの窒化物蛍光体や酸窒化物蛍光体が挙げられるが、これらの蛍光体は、青色光以外に青緑、緑色、黄色光を吸収してしまうという特徴をもっており、これら蛍光体をLuAG蛍光体と同時に使用して赤色光を出そうとすると、暗所視下や薄明視下で有用な507nm~555nmの発光強度が大きく下がってしまう。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、青色LEDと、セリウム賦活量を2%以下にしたLuAG蛍光体とを組み合わせた照明装置において、更に、マンガンを賦活剤とする、Si、Ti、Nb、Ge及びSnから選ばれる元素を含有する複フッ化物赤色発光蛍光体を組み合わせることで、Δuvが小さい黒体放射線近傍の発光色であり、暗所視下や薄明視下で周辺視野での明るさがより感じられる照明装置となること、また、これらの蛍光体を樹脂に混合分散させて蛍光体含有樹脂層とし、該蛍光体含有樹脂層を青色LEDの発光方向前方に配置することで、照明装置の照射範囲が格段に広がり、従来よりも、暗所視下や薄明視下で、より広い範囲に照明光を照射する照明装置となることを見出し、本発明を成すに至った。
 従って、本発明は、下記の照明装置を提供する。
[1] 波長420~480nmに最大ピークを有する青色LEDチップと、該青色LEDチップの発光方向前方に配設された蛍光体含有樹脂層とを備え、該蛍光体含有樹脂層が、下記組成式(1)
  Lu3Al512:Ce3+  (1)
で表され、かつLuに対するCe賦活率が2モル%以下であるLuAG蛍光体と、下記組成式(2)
  A2(B1-xMnx)F6  (2)
(式中、AはLi、Na、K及びCsからなる群から選ばれる1種類以上の元素、BはSi、Ti、Nb、Ge及びSnからなる群から選ばれる1種類以上の元素、xは0.001≦x≦0.1の範囲を満たす正数である。)
で表される複フッ化物蛍光体とを、樹脂に混合分散させてなることを特徴とする照明装置。
[2] 上記樹脂が、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂であることを特徴とする[1]記載の照明装置。
[3] 上記樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂及びABS樹脂からなる群から選ばれる1種又は2種以上の熱可塑性樹脂であることを特徴とする[1]記載の照明装置。
[4] 発光色のΔuv値が-0.03~+0.03であることを特徴とする[1]乃至[3]のいずれかに記載の照明装置。
 本発明によれば、黒体放射線近傍の発光色で、暗所視条件下や薄明視条件下において、より明るく感じられ、高い視認性と広い範囲での明るさ感が得られる照明装置を提供することができる。
実施例1で得られたLu3Al512:Ce3+蛍光体粒子のXRDプロファイルを示す図である。 実施例及び比較例で作製したLED照明を示す図であり、(A)は部分透視平面図、(B)は斜視図である。 実施例1のLED照明から照射された光のスペクトルプロファイルを示す図である。 実施例2のLED照明から照射された光のスペクトルプロファイルを示す図である。 比較例1のLED照明から照射された光のスペクトルプロファイルを示す図である。 実施例及び比較例における、LED照明を用いた道路面及びその周辺の見え方の評価方法の説明図である。 一般的な白色LEDの発光スペクトル(破線)と、人の目の感度の明所でのピーク波長(555nm)及び暗所でのピーク波長(507nm)を示す図である。
 以下、本発明の照明装置について詳細に説明する。
 本発明の照明装置は、波長420~480nmに最大ピークを有する青色LEDチップを備える。このような青色LEDチップとしては、青色LEDチップが封止材で配線等と共に封止された公知の青色LEDパッケージを用いればよく、公知のもの、市販品を用いることができる。最大ピークが上記波長より短波長又は長波長の青色LEDチップを使用した場合、蛍光体の励起効率が極端に低下してしまうため好ましくない。
 また、本発明の照明装置は、蛍光体含有樹脂層を備え、蛍光体含有樹脂層は、青色LEDチップの発光方向前方に配設される。この蛍光体含有樹脂層としては、下記組成式(1)
  Lu3Al512:Ce3+ (1)
で表され、かつLuに対するCe賦活率(LuとCeの総量に対するCeの割合)が2モル%以下、特に1モル%以下であり、好ましくは0.1モル%以上である蛍光体(LuAG蛍光体)を、樹脂に混合分散させたものが用いられる。上記組成式(1)で表されるLuAG蛍光体の含有率は、配置される蛍光体含有樹脂層との距離や位置関係、強度などにより左右されるが、蛍光体含有樹脂層中、0.5質量%以上50質量%以下であることが好ましい。
 Luに対するCe賦活率が2モル%を超える場合は、5d→27/2遷移の割合が5d→25/2遷移よりも多く、Luに対するCe賦活率が2モル%を超える場合は、5d→27/2遷移の割合が5d→25/2遷移よりも著しく多い。そのため、発光スペクトルのピーク位置は長波長側にシフトして、発光波長と暗所視下又は薄明視下との視感度とのずれが大きくなってしまい、暗所視下又は薄明視下での明るさに劣る照明となってしまうおそれがある。一方、Luに対するCe賦活率が0.1モル%に満たない場合は、蛍光体自体の吸収率が低くなり、暗所視下又は薄明視下で明るく感じられる波長510nm付近の光が不足するおそれがある。
 本発明のLuAG蛍光体は、公知の方法で製造することができる。例えば、目的の組成になるように混合された酸化ルテチウム、酸化セリウム、酸化アルミニウムの各粉末に、フラックスとしてフッ化バリウムを加え、この混合粉末を大気下、窒素などの不活性ガス雰囲気下、不活性ガスの一部を水素などの還元性のある成分で置換した還元雰囲気下などで、高温で加熱し、複合酸化物とし、得られた複合酸化物を適当な大きさにまで、ボールミルなどで解砕することで製造することができる。
 本発明の蛍光体含有樹脂層は、更に、下記組成式(2)
  A2(B1-xMnx)F6  (2)
(式中、AはLi、Na、K及びCsからなる群から選ばれる1種類以上の元素、BはSi、Ti、Nb、Ge及びSnからなる群から選ばれる1種類以上の元素、xは0.001≦x≦0.1の範囲を満たす正数である。)
で表される複フッ化物蛍光体を混合分散させたものが用いられる。上記組成式(2)で表される蛍光体の含有率は、配置される蛍光体含有樹脂層との距離や位置関係、強度などにより左右されるが、蛍光体含有樹脂層中、1質量%以上40質量%以下であることが好ましい。
 本発明の複フッ化物蛍光体は、公知の方法(例えば、米国特許第3576756号明細書(特許文献5)など)で製造することができる。
 本発明のLuAG蛍光体及び複フッ化物蛍光体は、いずれも、粒子状のものが用いられる。蛍光体粒子の粒径は、発光の効率の観点から、平均粒径が1.5~50μmであることが好ましい。平均粒径が1.5μm未満の場合、蛍光体粒子の発光効率が低下して、照明の効率が低下するおそれがある。一方、平均粒径が50μmを超える場合、照明の特性としては特に問題はないが、粒子数を増やすために多量の蛍光体を用いることになり、蛍光体の使用量が増えるため、コストが高くなるおそれがある。本発明における蛍光体粒子の粒径は、例えば、気流中又は水流中に蛍光体粒子を分散し、レーザー回折散乱法により測定した値が適用できる。
 本発明の蛍光体含有樹脂層には、照明装置としての色調、演色性改善などの目的で、本発明の上記組成式(1)で表されるLuAG蛍光体及び上記組成式(2)で表される複フッ化物蛍光体以外の蛍光体を、本発明の目的を損なわない範囲で使用してもよい。なお、本発明の蛍光体含有樹脂層中の蛍光体の総含有率は1.5質量%以上90質量%以下であることが好ましい。
 蛍光体含有樹脂層の樹脂としては、透明又は半透明の樹脂を用いることができ、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。この場合、蛍光体含有樹脂層は、未硬化の樹脂組成物に蛍光体を混合、分散させたものを、青色LEDチップや青色LEDパッケージ表面に塗布して硬化させて形成してもよいし、また、別途、硬化、成形して蛍光体含有樹脂層を得、これを青色LEDチップや青色LEDパッケージの発光方向前方に配設してもよい。
 また、蛍光体含有樹脂層の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂、ABS樹脂などの熱可塑性樹脂を1種単独で又は2種以上混合して用いることもできる。熱可塑性樹脂の場合は、熱可塑性樹脂と蛍光体とを混練し、熱可塑性樹脂に蛍光体を分散させて成形して蛍光体含有樹脂層を得、これを青色LEDチップや青色LEDパッケージの発光方向前方に配設すればよい。
 蛍光体含有樹脂層の成形は、圧縮成形、押出成形、射出成形等の公知の成形方法が適用でき、フィルム状、薄板状等の任意の形状で、所望の大きさに成形すればよい。蛍光体含有樹脂層の形状及び大きさは、蛍光体含有樹脂層の使用態様に合わせて適宜選定すればよく、特に限定されるものではないが、その厚さは通常0.02~5mmである。
 蛍光体含有樹脂層には、樹脂及び蛍光体の他に、本発明の目的を損なわない範囲で、添加物を用いてもよい。添加物としては、紫外線などによる劣化など耐候性を向上する目的、光の散乱を促進するための光散乱などの目的、又は着色などの目的で、シリカ、アルミナ、マイカ、イットリア、酸化亜鉛、ジルコニア、青色顔料、緑色顔料、黄色顔料、赤色顔料等の添加剤を用いることができる。添加物の含有量は、蛍光体含有樹脂層中、通常10質量%以下、特に0.01質量%以上5質量%以下である。
 本発明の照明装置は、蛍光体含有樹脂層が、青色LEDパッケージから気体層又は真空層を介して、離れた場所に配設されたリモートフォスファー方式を採用することが好ましい。リモートフォスファー方式の照明装置は、面発光で放射角が大きいなど、一般的なLED照明とは異なる配光特性を有している。また、人間の桿体細胞が眼球内で中心窩から離れたところに分布していることから、特に、夜間照明に用いられる屋外照明においては、照明装置の光軸から離れた箇所に507nm近傍の波長の光が多く出ていることが好ましく、発光の角度分布が大きいリモートフォスファー照明では、蛍光体を青色チップ上に配置する方式と比較して、屋外照明としてより有用な照明装置になる。
 本発明の照明装置から発光する光(照射光)は、青色LEDから発光した光と、LuAG蛍光体から発光した光と、複フッ化物蛍光体から発光した光とが混合された光であるが、照明装置の発光色を黒体放射線近傍になるようにするためには、使用する蛍光体の割合を調整すればよく、青色光によって励起されて発光する上記組成式(1)で表されるLuAG蛍光体と、青色光によって励起されて発光する上記組成式(2)で表される複フッ化物蛍光体との比率を調整することで達成することができる。具体的には、上記組成式(1)で表されるLuAG蛍光体と、上記組成式(2)で表される複フッ化物蛍光体との比率[(LuAG蛍光体):(複フッ化物蛍光体)]が、質量比で1:0.1~1:10であることが好ましく、1:0.5~1:4であることがより好ましい。
 本発明の照明装置からの発光スペクトルにおいて、波長460~620nmにあるブロードな発光ピークの強度S1と、630nm近傍にある輝線スペクトルの発光ピークの強度S2との比S1/S2が0.5以上0.9以下であれば、照明装置の発光色の黒体放射線からのズレに相当するΔuvを-0.03~+0.03とすることができる。このような発光条件を選ぶことにより、照明装置の発光色が白色に近い照明となり、照射光が人の目に不快な印象を与えることを抑えることができる。更に、Δuvを-0.01~+0.01とすることにより、発光色の黒体放射線からのずれがより小さく、より快適な印象を与える発光色を有する照明となる。S1/S2が0.5未満又は0.9を超える場合、Δuvが-0.03未満又は+0.03を超えるおそれがあり、その場合、発光色が白色からずれて、照明としては不向きな発光色となってしまうおそれがある。特に、上記組成式(2)で表される複フッ化物蛍光体を用いず、上記組成式(1)で表されるLuAG蛍光体のみを用いた場合は、630nm付近には輝線スペクトルの発光ピークが存在せず、Δuvの値は0.03を超える値となり、青色又は緑色に寄った発光色となってしまう。
 本発明の照明装置は、プルキンエ効果に基づいた視感度の変化に対応した、暗所視レベル及び薄明視レベルで視感度の高い波長を十分に含みながら、発光色としては黒体放射線からのずれが小さいため、快適な印象を与える発光色を有する照明装置となっている。
 また、本発明の照明装置(照明器具)は、夜間や、明るさに乏しい場所(周囲に光がない場所)における屋外照明、特に、歩道、車道、広場、住宅地、トンネル等に設置される屋外照明、例えば、街路灯など、屋外での使用に好適な照明であるが、暗所視下や薄明視下での使用に好適であることから、同様の使用環境であれば、屋内照明、即ち、屋内での使用においても好適である。
 以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
  [実施例1]
 純度99.9%、平均粒径1.0μmの酸化ルテチウム(Lu23)粉末と、純度99.0%、平均粒径0.5μmの酸化アルミニウム(Al23)粉末と、純度99.9%、平均粒径0.2μmの酸化セリウム(CeO2)粉末とを、各々、Lu:Al:Ce=2.97:5.0:0.03のモル比で混合し、1,000gの混合粉を得た。得られた混合粉に、更に、フラックスとしてフッ化バリウムを200g添加して、十分に混合し、これをアルミナ坩堝に充填して、アルゴンガス中、1,400℃で、10時間熱処理した。このようにして得られた焼成体をボールミルにて解砕した後、約0.5モル/Lの塩酸で洗浄後、純水で水洗し、固液分離、乾燥して、平均粒径20μmのLu3Al512:Ce3+蛍光体粒子(Luに対するCe賦活率が1モル%)を得た。
 この蛍光体粒子のXRD分析を行った結果を図1に示す。この蛍光体粒子の回折パターンは、主相がルテチウムアルミニウムガーネット相の回折ピークと合致しており、ガーネット相を主相として含むLu3Al512:Ce3+が得られていることが確認された。
 更に、米国特許第3576756号明細書(特許文献5)記載の方法に従って、平均粒径21μmのK2(Si0.97Mn0.03)F6蛍光体粒子を得た。得られた蛍光体粒子の波長450nmの青色光励起による発光スペクトルを測定したところ、630nm付近を中心に複数の発光ピークをもつことが確認された。
 丸本ストルアス株式会社製、透明エポキシ樹脂(SpeciFix-40kit)に、Lu3Al512:Ce3+蛍光体粒子と、K2(Si0.97、Mn0.03)F6蛍光体粒子とを、総量で30質量%として、質量比で、(Lu3Al512:Ce3+蛍光体):(K2(Si0.97、Mn0.03)F6蛍光体)=2:1の割合で混合分散させたスラリーを、日亜化学工業株式会社製、青色LEDパッケージ(NS6b083T)の発光面に滴下し、50℃で3時間硬化させることで、エポキシ樹脂に蛍光体粒子が混合分散された蛍光体含有樹脂層を有するLEDパッケージを得た。
 このLEDパッケージを7個、内寸で幅39mm、長さ220mm、高さ5mmの長方形のアルミシャーシに設置した状態で直列につなぎ、更に、LEDパッケージの発光面から25mmの位置に、保護カバーとして2mm厚の透明マット地アクリル板を取り付け、図2に示されるようなLED照明(照明装置)を作製した。なお、図2中、1はLEDパッケージ、2はアルミシャーシ、3は保護カバー、4は電源端子、5はスイッチである。
 このLED照明の照射光のスペクトルを、分光光度計(コニカミノルタ株式会社製、CL-500、以下同じ)にて測定した。結果を図3に示す。このスペクトルのS1/S2は0.79であった。また、このLED照明のΔuvを全光束測定装置(大塚電子株式会社製、全光束測定(φ500)システム、モデルHalfMoon、以下同じ)にて測定したところ、+0.022であった。
  [実施例2]
 Cree社製、青色LEDパッケージ、XLamp LX-E Royal Blueを7個、実施例1と同様のアルミシャーシに設置した状態で直列につなぎ、更に、青色LEDパッケージの発光面から25mmの位置に、実施例1で得られたLu3Al512:Ce3+蛍光体粒子と、K2(Si0.97、Mn0.03)F6蛍光体粒子とを、蛍光体濃度を、各々1.8質量%、7.2質量%としてポリカーボネートに練り込んで成形した2mm厚のポリカーボネート板を蛍光体含有樹脂層として取り付け、図2に示されるようなリモートフォスファー型のLED照明を作製した。なお、この態様の場合、図2中、3は保護カバーとしての機能を備える蛍光体含有樹脂層である。
 このLED照明の照射光のスペクトルを、分光光度計にて測定した。結果を図4に示す。このスペクトルのS1/S2は0.55であった。また、このLED照明のΔuvを全光束測定装置にて測定したところ、-0.018であった。
  [比較例1]
 蛍光体粒子を、Lu3Al512:Ce3+蛍光体粒子のみを用いた以外は、実施例1と同様にして、蛍光体含有樹脂層を有するLEDパッケージを得、得られたLEDパッケージを用いて、LED照明を作製した。
 このLED照明の照射光のスペクトルを、分光光度計にて測定した。結果を図5に示す。このスペクトルでは630nm付近のS2ピークは認められなかった。また、このLED照明のΔuvを全光束測定装置にて測定したところ、+0.034であった。
 実施例1、2及び比較例1のLED照明を、仮設ポールのアスファルト道路から高さ3mの位置に取り付けてLED街路灯とし、夜間に24Vの電圧で発光させ、LED照明直下から10m離れた始点からLED照明直下の終点までゆっくり歩行したときの、道路面及びその周辺の見え方について、30人の目視により評価した。結果を表1に示す。なお、表1中の割合は、表中の各項目を肯定した者の割合であり、括弧内の数値は、表中の各項目を肯定した者の人数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 これらの結果から、比較例1のLED照明と比べて、実施例1、2のLED照明が、いずれの評価項目においても、同等又は優れており、特に、色の判別や照明光が自然に見える点で優れており、なおかつ周辺部が明るく感じ、暗視野や薄明視野に優れていることがわかった。
 実施例1のLED照明は、空間全体の明るさや、周辺部分での明るさ感など広い空間での視認性に効果的な照明であり、屋外照明として優れていることがわかった。また、周囲の景色についての色の認識や、自然な照明色に見えるかについても、高い満足度が得られることがわかった。リモートフォスファー方式とした実施例2では、これらに加え、更に、面発光による光の広がりから影の部分の少ない、眩しくない照明が得られていることがわかった。本発明によれば、プルキンエ効果に基づいた暗所視下、薄明視下での視感度の変化に対して、効果的に対応した、屋外照明に好適な照明装置が得られる。
1 LEDパッケージ
2 アルミシャーシ
3 保護カバー又は蛍光体含有樹脂層
4 電源端子
5 スイッチ

Claims (4)

  1.  波長420~480nmに最大ピークを有する青色LEDチップと、該青色LEDチップの発光方向前方に配設された蛍光体含有樹脂層とを備え、該蛍光体含有樹脂層が、下記組成式(1)
      Lu3Al512:Ce3+  (1)
    で表され、かつLuに対するCe賦活率が2モル%以下であるLuAG蛍光体と、下記組成式(2)
      A2(B1-xMnx)F6  (2)
    (式中、AはLi、Na、K及びCsからなる群から選ばれる1種類以上の元素、BはSi、Ti、Nb、Ge及びSnからなる群から選ばれる1種類以上の元素、xは0.001≦x≦0.1の範囲を満たす正数である。)
    で表される複フッ化物蛍光体とを、樹脂に混合分散させてなることを特徴とする照明装置。
  2.  上記樹脂が、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
  3.  上記樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂及びABS樹脂からなる群から選ばれる1種又は2種以上の熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
  4.  発光色のΔuv値が-0.03~+0.03であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の照明装置。
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