WO2022186662A1 - 백색광원의 사용 방법 및 백색광원 - Google Patents

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WO2022186662A1
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white light
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opic
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코바야시쿤페이
츠다료지
야기노리아키
이노우에키요시
예경희
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    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/16—Controlling the light source by timing means

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a method of using a white light source and a white light source.
  • the method of the present invention is adopted as a method of using a white light source, it is possible to not only obtain a comfortable lighting environment for a person, but also to properly maintain a person's daily rhythm, thereby contributing to the maintenance and promotion of health.
  • LED lighting is in an overwhelming position.
  • the reason that LED has been transferred to the existing lighting source is that it does not use harmful mercury gas like fluorescent lamps, so it has high safety, is not consumed in a short time like incandescent light bulbs, and has the characteristics of low power consumption.
  • current LED lighting is not superior to conventional light sources in all respects.
  • the emission spectrum distribution of an LED light source is significantly different from that of an incandescent light bulb.
  • An incandescent light bulb emits light when a filament is heated to a high temperature, and has the characteristic of showing a flexible curved light emission spectrum including light of all wavelength components. And when the white light emitted from the incandescent light bulb was observed in a limited wavelength range, light of a specific wavelength component was not extremely included or other wavelength components were not extremely low.
  • light emission of an LED is to convert electrical energy into light without heat generation inside the semiconductor material, and a major feature of the emission spectrum by such an LED is that it shows a spectral shape having a sharp emission peak at a specific wavelength.
  • white light is synthesized by combining the light emission of an LED and a phosphor for a light source that emits white light, but it is mainstream to use direct light from the LED for the blue component of white light emission.
  • this type of LED light source out of the overall flat emission spectrum, only blue emission of a specific wavelength exhibits a protruding spectrum shape.
  • the emission spectrum of white light always contains a blue emission component in a certain ratio.
  • the most preferable white light emission spectrum is one in which each light emission component is contained in good balance without being biased toward a specific emission color component.
  • the total amount of blue light is not different from that of normal white light, but has an uneven spectrum distribution in which blue light of a specific wavelength is extremely large and blue light of other wavelength components is small.
  • the daily rhythm of the human body is affected by the intensity of blue light received by the human body
  • the amount of blue light received by the human body is not all equal to the blue wavelength. Since the peak of human acceptance and the emission peak wavelength of blue LED are close to each other, when LED lighting is used, the human body receives strong blue light. That is, when receiving white light of the same color temperature from LED light, sunlight, or even an incandescent light bulb, the human body feels that it has received the same white light from any light source, but in reality, the stimulation of blue light received from the LED light source is much stronger than sunlight or incandescent light bulb. . Blue light with a strong specific wavelength is a factor that causes blue light risk in LED lighting.
  • Patent Document 1 discloses a lighting device system capable of automatically controlling color temperature and illuminance under preset conditions according to daily life rhythms and environmental changes.
  • Patent Document 2 discloses a lighting system that can reproduce changes in the outdoor environment indoors.
  • Cited Document 1 the environmental change dealt with in these documents is that the color temperature and illuminance of the light source can be changed in units of hours or half days, and in Cited Document 2, it is not enough to adopt changes in sunlight only during sunrise and sunset times. it wasn't
  • fluorescent lamps, LEDs, and organic EL light sources were used as lighting sources, the only characteristic that could be strictly controlled was the color temperature. Therefore, it is not known at all about the shape of the emission spectrum of the illumination light or the usage method of the illumination light that can properly maintain the daily rhythm of the person or prevent the danger of blue light.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2011-23339
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2015-106515
  • An object of the present invention is to provide a comfortable lighting environment for a person, and to realize a lighting light that can properly maintain a daily rhythm of a person by receiving light and can also contribute to the improvement of health. For this reason, by thoroughly examining and examining the effect of the illumination light on the human body, it aims at a more essential improvement with respect to the conventional illumination light source and its use.
  • the present invention focuses on the effect of changes in the shape of the emission spectrum on the human body and examines the use of a white light source that can safely and easily realize lighting with precise control of daily rhythm and comfort in living places such as general homes. It is to provide a method and a white light source.
  • ⁇ opic irradiance a white light source
  • ⁇ opic irradiance has an optimal value for each color temperature as an effect on human sleep, and there is a certain difference in the optimal value.
  • a white light source that gives a good sleep effect to humans, it was found that a light source showing a numerical value on a straight line connecting the ⁇ opic irradiance, which is the optimal value of each color temperature, and a value within a certain range on both sides of the straight line was found to be the most desirable range.
  • the preferable range of the present invention can be specified by the above, it is inconvenient as a characteristic management index of general lighting to manage using the above ratio as a method of using a light source. This is because the optimum range for each color temperature changes minutely, so it is necessary to separately use a white light source with a different color temperature while comparing it with the check table. Therefore, as a method of using the light source of the present invention, a method of standardizing the range of the ⁇ -opic irradiance ratio preferable to the optimum value of each color temperature has been devised.
  • the range of desirable properties discovered by the present invention can be expressed as follows.
  • A is the white light source
  • B is the blackbody radiation of the same color temperature as the white light source
  • the ratio of each ⁇ opic irradiance (L cone opic irradiance/(L cone opic irradiance + M cone opic irradiance)).
  • a method of using a white light source emitting light having a correlated color temperature in the range of 2500K or more and 10000K or less is provided.
  • the amount of stimulation light that the white light source irradiates to the photoreceptor cells of endogenous photosensitive retinal ganglion cells (ipRGC), L cone, and M cone among human photoreceptor cells is set as melanophic irradiance, L cone opic irradiance, and M cone opic irradiance, respectively.
  • the ratio corresponding to the emission spectrum of the above-described white light source is A
  • the ratio corresponding to the spectrum of blackbody radiation having the same color temperature as the white light source is B.
  • a white light source emitting light having a correlated color temperature in the range of 2500K or more and 10000K or less is provided.
  • the amount of stimulation light that the white light source irradiates to the photoreceptor cells of ipRGC, L cone, and M cone among human photoreceptor cells is set as melanophic irradiance, L cone opic irradiance, and M cone opic irradiance, respectively, and the ratio of the stimulus light amounts is calculated using the following formula
  • A is the ratio corresponding to the emission spectrum of the white light source
  • B is the ratio corresponding to the spectrum of blackbody radiation having the same color temperature as the white light source
  • a white light source emitting white light having a correlated color temperature in the range of 2500K or more and 10000K or less is provided.
  • the white light source includes a substrate, an accommodating part provided on the surface of the substrate, an electrode disposed on the surface or back of the substrate, a wiring pattern disposed on the surface or back of the substrate, and an electrode or wiring pattern in the accommodating part.
  • At least one GaN-based LED chip, and a phosphor layer including various kinds of phosphors having different luminous colors disposed in a housing unit to directly or indirectly cover the periphery of the LED chip.
  • the amount of stimulation light that the white light source irradiates to the photoreceptor cells of ipRGC, L cone, and M cone among human photoreceptor cells is taken as melanophic irradiance, L cone opic irradiance, and M cone opic irradiance, respectively, and the ratio of the stimulus light amounts is expressed by the following formula
  • the following equation (2) is satisfied when A is the ratio corresponding to the emission spectrum of the white light source and B is the ratio corresponding to the spectrum of blackbody radiation having the same color temperature as the white light source do.
  • the range of ⁇ -opik irradiance found in the present invention contributes to proper maintenance of human daily rhythm and health promotion.
  • medical knowledge is required to understand the meaning of the ⁇ -opik irradiance value, it is difficult for an illumination light source user to select the optimal illumination light source by directly using the ⁇ -opik irradiance value.
  • the optimal light source corresponding to the color temperature can be easily selected only by determining the light source of the color temperature suitable for the purpose. Therefore, if you use a light source with an appropriate color temperature according to your lifestyle, etc., it is possible to prevent or improve the daily rhythm of a person.
  • the present invention may also provide high-color rendering white lighting.
  • the range of the optimal illumination light source for humans is determined based on the luminous characteristics of blackbody radiation, and the light source of the present invention is not tailored to the luminous characteristics of blackbody radiation.
  • high color rendering characteristics close to 100 can be realized only when the A/B ratio is limited within a certain range.
  • 1 is a diagram illustrating a row of LED chips arranged linearly on a substrate.
  • FIG. 2 is a view showing an appearance of an LED module.
  • Fig. 3 is a diagram showing wiring and LED chip arrangement in the LED module.
  • FIG. 4 is a view showing a cross section of an LED module.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a phosphor layer covering the periphery of a plurality of LED chips.
  • Fig. 6 is a cross-sectional view showing a relationship between a phosphor layer and a transparent resin layer covering a plurality of LED chips.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a relationship between a fluorescent film covering a plurality of LED chips and a transparent resin layer.
  • Fig. 8 is a cross-sectional view showing the relationship between a fluorescent film covering a single LED chip and a transparent resin layer.
  • FIG. 9 is a view showing an excitation spectrum and an emission spectrum of a green phosphor used in the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing an excitation spectrum and an emission spectrum of a red phosphor used in the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing an emission spectrum of a white light source according to an embodiment of the present invention.
  • 12 is a diagram showing action curves for five types of photoreceptor cells.
  • FIG. 13 is a diagram showing a spectral curve of ⁇ -opik irradiance of a white light source.
  • Figure 14a is a graph showing the daily change of melatonin secretion for groups 1-3.
  • 14B is a graph showing the relationship between subjective evaluation of sleep quality and ⁇ -opic irradiance ratio for groups 1-3;
  • Fig. 14C is a graph showing the number of awakenings during sleep time for groups 1-3;
  • 15A is a graph showing daily changes in melatonin secretion for groups 4-6.
  • 15B is a graph showing the relationship between the subjective evaluation of sleep quality and the ⁇ -opic irradiance ratio for groups 4-6.
  • Fig. 15C is a graph showing the number of awakenings during sleep time for groups 4-6.
  • Figure 16a is a graph showing the daily change of melatonin secretion for groups 7-9.
  • Fig. 16B is a graph showing the relationship between the subjective evaluation of sleep quality and the ⁇ -opic irradiance ratio for groups 7-9.
  • Fig. 16C is a graph showing the number of awakenings during sleep time for groups 7-9.
  • 17 is a diagram showing the relationship between ⁇ -opic irradiance and sleep quality.
  • 18 is a diagram showing the relationship between the daily change in the amount of melatonin secretion and the ⁇ -opic irradiance ratio.
  • 19A is a diagram illustrating a range of ⁇ -opic irradiance ratios that give good sleep quality.
  • Fig. 19B is a diagram showing the relationship between the result shown in Fig. 19A and the A/B ratio.
  • 20 is a diagram showing emission spectra of black body radiation having different color temperatures.
  • 21A is a diagram showing a spectral curve of blackbody radiation at 3000 K;
  • 21B is a diagram showing a spectral curve of ⁇ -opic irradiance of blackbody radiation.
  • FIG. 22 is a view showing the upper and lower limits of the A/B ratio of the white light source of the present invention.
  • FIG. 23 is a diagram showing the device configuration of a white light source according to the present invention.
  • 24 is a view for explaining the dimming and toning functions of the white light source of the present invention.
  • FIG. 25 is a diagram showing an emission spectrum of the white light source of Example 1.
  • FIG. 26 is a diagram showing the emission spectrum of the white light source of Example 2.
  • FIG. 27 is a diagram showing the emission spectrum of the white light source of Example 3.
  • FIG. 27 is a diagram showing the emission spectrum of the white light source of Example 3.
  • FIG. 28 is a diagram showing the emission spectrum of the white light source of Example 4.
  • FIG. 28 is a diagram showing the emission spectrum of the white light source of Example 4.
  • 29 is a diagram showing the emission spectrum of the white light source of Example 5.
  • Example 30 is a diagram showing the emission spectrum of the white light source of Example 6.
  • FIG. 31 is a diagram showing the emission spectrum of the white light source of Example 7.
  • Fig. 32 is a diagram showing the emission spectrum of the white light source of Example 8.
  • FIG. 33 is a diagram illustrating an emission spectrum of a white light source of Comparative Example 1.
  • FIG. 34 is a diagram showing an emission spectrum of a white light source of Comparative Example 2.
  • FIG. 35 is a diagram showing an emission spectrum of a white light source of Comparative Example 3.
  • 36 is a view showing an emission spectrum of a white light source of Comparative Example 4.
  • Fig. 37 is a diagram showing a time schedule of a test execution day of a daily rhythm study subject.
  • Fig. 38 is a diagram showing the change in luminous characteristics from sunrise to sunset of sunlight in Yokohama City in March.
  • Fig. 39 is a diagram showing the measurement result of the concentration of melatonin contained in the saliva of the experiment participant.
  • Fig. 40 is a view summarizing the results of a questionnaire regarding subjective evaluation of sleep states.
  • Fig. 41 is a view summarizing the results of a questionnaire regarding the number of awakenings during sleep.
  • Fig. 43 is a diagram showing the relationship between subjective evaluation data of sleep states and A/B ratios for groups T1 and T2;
  • Fig. 44 is a diagram showing the relationship between the number of awakenings during sleep and the A/B ratio for groups T1 and T2;
  • Fig. 45 is a view in which the relationship between the data at the time of opening the eyes and the A/B ratio for the groups T1 and T2 is collected.
  • Fig. 46 is a diagram showing the relationship between subjective evaluation data of sleep states and the A/B ratio for groups E1 and E2;
  • Fig. 47 is a diagram showing the relationship between the number of awakenings during sleep and the A/B ratio for groups E1 and E2;
  • Fig. 48 is a view summarizing the relationship between the data on the time of eye opening and the A/B ratio for groups E1 and E2.
  • 49 is a schematic cross-sectional view for explaining the LED chip of the present invention.
  • 50 is a schematic cross-sectional view for explaining another type of LED chip of the present invention.
  • 51 is a schematic cross-sectional view for explaining a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • the basic configuration of the white light source of the present invention is an LED module.
  • the LED module includes a substrate, an LED chip disposed on the substrate, a phosphor layer formed to cover the circumference of the LED chip, and electrodes and wiring patterns for electrically connecting the LED and a driving circuit or driving power source outside the substrate.
  • Resin, metal, and ceramics are used as materials for the substrate.
  • resin material polyetherimide, polyimide, liquid crystal polymer, epoxy, BT resin (bismaleimide triazine resin), silicone or the like is preferably used.
  • ceramic material silicon nitride, aluminum nitride, alumina, zirconia, glass ceramic, or the like is preferable.
  • aluminum, an aluminum alloy, copper, stainless steel, a magnesium alloy, iron etc. are mentioned as a metal material.
  • substrate can be made into 1 type, or 2 or more types.
  • a reflective layer is preferably formed on the surface of the substrate from the viewpoint of light extraction efficiency.
  • the reflective layer may be applied to the substrate surface by dispersing inorganic particles in a binder.
  • the inorganic particles it is possible to use white powders such as aluminum oxide, zirconia, titanium oxide and barium oxide.
  • the reflective layer may be formed using any of the methods described above, it is necessary to make the light reflectance 90% or more, and it is preferable to select a material or a film forming method having as high a light reflectance as possible.
  • a lead frame having a reflective film may be used as a substrate.
  • the surface of the lead frame is molded with resin, it can be used as a reflective film by adding a reflective material to the resin.
  • An inorganic powder such as a silicone resin or an epoxy resin, can be used as a resin material, and aluminum oxide etc. as a reflector.
  • a distributed Bragg reflector can be applied to the surface of the substrate, and the distributed Bragg reflector can be formed by alternately stacking at least two insulating materials having different refractive indices.
  • the insulating material silicon oxide, titanium oxide, or niobium oxide may be used.
  • the distributed Bragg reflector when used on the surface of the substrate, it is possible to easily control the reflectance of the target wavelength by controlling the combination of insulating materials constituting the distributed Bragg reflector or the thickness between the insulating materials, thereby improving the light efficiency. it is possible to do
  • the LED used as the white light source of the present invention examples include an LED that emits light in at least one of ultraviolet and purple, and a blue light-emitting LED having an emission peak wavelength of 360 nm or more and 470 nm or less.
  • the LED material any material may be used as long as it emits light in at least one of ultraviolet, purple, and blue.
  • GaN-based InGaN, GaN, or AlGaN may be used.
  • the LED chip 80 of the present invention may include an n-type semiconductor layer 82 , an active layer 83 , and a p-type semiconductor layer 84 sequentially formed on a substrate 81 . If necessary, a buffer layer (not shown) may be interposed between the substrate 81 and the n-type semiconductor layer 82 .
  • the substrate 81 may be a growth substrate, and for example, a sapphire, silicon, silicon carbide, and GaN substrate may be used. If necessary, it is possible to form a pattern on the growth surface or the back surface of the substrate.
  • the n-type semiconductor layer 82 may use an AlInGaN-based material, and Si may be doped therein.
  • the n-type semiconductor layer 82 may be formed of a single layer, but may be formed of a plurality of layers, if necessary. For example, it may be composed of an n-type contact layer in ohmic contact with the n-type electrode 86 , an n-type electron injection layer, and a superlattice (SLs) formed adjacent to an active layer to be described later.
  • SLs superlattice
  • the active layer 83 has a single quantum well structure (SQW) or a multiple quantum well in a region where electrons from the n-type semiconductor layer 82 and holes from the p-type semiconductor layer 84 recombine. It can be used as a structure (Multi Quantum Well, MQW), etc.
  • the multi-quantum well structure may be formed by alternately stacking a well layer and a barrier layer having a larger band gap than the well layer. In this case, the number of repeated laminations is not significantly limited, for example, repeated laminations of 2 to 10 times are possible.
  • the well layer may use, for example, InGaN
  • the barrier layer may use at least one of GaN, InGAN, or AlGAN.
  • the barrier layer it is possible to use a combination of at least two or more layers having different band gaps.
  • each well layer when a multi-quantum well structure is used, each well layer can emit light of the same peak wavelength having the same bandgap, but the light emitted from each well layer is different because the bandgap of each well layer is different. It is also possible to change the peak wavelength. For example, when the composition of the well layer is InGaN, light having a different peak wavelength may be emitted for each well layer by changing the content of In for each well layer.
  • the p-type semiconductor layer 84 may use an AlInGaN-based material, and Mg may be doped therein.
  • the p-type semiconductor layer 84 may be formed of a single layer, it is also possible to form a plurality of layers if necessary.
  • it may include an electron blocking layer (EBL) formed adjacent to the active layer, a hole injection layer, and a p-type contact layer in ohmic contact with the p-type electrode 85 .
  • the electron blocking layer may be formed of a material having a relatively large bandgap in order to confine electrons, which move relatively faster than holes, in the active layer, and may be formed of, for example, AlGaN or AlInGaN.
  • the LED chip 90 of the present invention may be of a flip chip type, and in this case, the growth substrate 91 forms the top surface of the chip and may be used as a light extraction surface.
  • the growth substrate may be removed, and a roughened surface may be formed on the surface of the semiconductor layer from which the growth substrate is removed by using PEC etching or the like. This roughened surface can greatly increase light extraction efficiency by reducing total surface reflection of light emitted from the LED chip.
  • the LED chip 90 of the present invention may include an n-type semiconductor layer 92 , an active layer 93 , and a p-type semiconductor layer 94 sequentially formed on a substrate 91 .
  • a buffer layer (not shown) may be interposed between the substrate 91 and the n-type semiconductor layer 92 .
  • the substrate 91 may be a growth substrate, and for example, a sapphire, silicon, silicon carbide, and GaN substrate may be used. If necessary, it is possible to form a pattern on the growth surface or the back surface of the substrate.
  • the n-type semiconductor layer 92 may use an AlInGaN-based material, and Si may be doped therein.
  • the n-type semiconductor layer 92 may be formed of a single layer, but may be formed of a plurality of layers, if necessary. For example, it may be composed of an n-type contact layer in ohmic contact with the n-type electrode 96 , an n-type electron injection layer, and a superlattice (SLs) formed adjacent to an active layer to be described later.
  • the active layer 93 has a single quantum well (SQW) or multiple quantum well in a region where electrons from the n-type semiconductor layer 92 and holes from the p-type semiconductor layer 94 recombine. It can be used as a structure (Multi Quantum Well, MQW), etc.
  • the multi-quantum well structure may be formed by alternately stacking a well layer and a barrier layer having a larger band gap than the well layer.
  • the number of repeated laminations is not significantly limited, for example, 2 to 10 repeated laminations are possible.
  • the well layer may use, for example, InGaN
  • the barrier layer may use at least one of GaN, InGaN, or AlGaN.
  • the barrier layer it is possible to use a combination of at least two or more layers having different band gaps.
  • each well layer has the same bandgap and can emit light of the same peak wavelength. It is also possible to change the optical peak wavelength. For example, when the composition of the well layer is InGaN, light having a different peak wavelength may be emitted for each well layer by changing the content of In for each well layer.
  • the p-type semiconductor layer 94 may use an AlInGaN-based material, and Mg may be doped therein.
  • the p-type semiconductor layer 94 may be formed of a single layer, it is also possible to form a plurality of layers if necessary.
  • it may include an electron blocking layer (EBL) formed adjacent to the active layer, a hole injection layer, and a p-type contact layer in ohmic contact with the p-type electrode 95 .
  • the electron blocking layer may be formed of a material having a relatively large bandgap in order to confine electrons, which have a relatively fast movement speed compared to holes, in the active layer, and may be formed of, for example, AlGaN or AlInGaN.
  • the LED chip 90 of the present invention may be flip-bonded to the submount substrate 97 as shown in FIG. 50 .
  • the light source of the present invention it is important to suppress the intensity range of melanophic irradiance occupied during white light emission within a certain value. It becomes important to be able to strictly control the inverse spectral shape.
  • the emission peak of the LED has a spectral shape having a sharp emission peak at a specific wavelength, if the emission peak wavelength of the LED matches the blue wavelength band viewed earlier, the emission intensity is excessive, which may adversely affect the daily rhythm. From this point of view, it is preferable to obtain white light emission by combining an LED which emits light in one of ultraviolet light to violet light and phosphor light emission.
  • the light emission of the LED for a short wavelength of purple or less, and the light emission of the phosphor for a long wavelength of blue or more.
  • the light emission of the phosphor exhibits a flatter emission spectrum shape than that of the LED, and at the same time, the type of the spectrum shape can be changed in various ways, so that the spectral shape of blue light or white light can be more strictly controlled.
  • an ultraviolet or purple LED when the spectral shape is important, but when the brightness (power consumption) is emphasized, it is better to use a blue LED. This is because the luminous efficiency of the LED itself is significantly superior to that of the blue light emitting LED or the ultraviolet or purple light emitting LED. However, in that case, it is necessary to invent excessive blue light emission inconspicuous, and there is a method of using several LED chips as a method for that.
  • the most common usage of the LED chip is to use multiple LED chips having a single peak wavelength, but in the present invention, multiple LED chips having different emission peak wavelengths are combined. In this case, one LED chip may have a larger emission peak wavelength of about 10 nm or more compared to the emission peak wavelength of another LED chip.
  • LED If the shape of the emission spectrum is broad, emitting light in a wide wavelength band, there may be overlap between the excitation spectrum and the emission spectrum. Between green (for example, cyan), there is a gap or trough of light emission. In addition, these gaps cause only the light emission of LEDs to protrude from the white emission spectrum shape, which adversely affects the daily rhythm of the human body. can
  • LED and phosphor can be used in the light source of the present invention, it is important to consider how to flatten the spectral shape of the blue wavelength band and adjust its intensity arbitrarily.
  • the light source of the present invention can use several LED chips in combination with several phosphors, and several LED chips can emit light of different peak wavelengths.
  • the light source of the present invention can be used in combination with an LED chip having a single peak wavelength or a combination of a phosphor having a peak wavelength adjacent to the LED chip having multiple peak wavelengths.
  • a plurality of LED chips 4 may be arranged in a line shape in the receiving part 3 installed on the surface of the substrate 2 .
  • a conductive part 5 is formed as an electrode on the substrate 2, and each LED chip 4 is connected to the electrode.
  • a row of chips may be more than one row. Several chip rows can be arranged according to the number of chips used. An example thereof is shown in FIGS. 2 to 3 .
  • the LED module 10 is electrically connected between the LED chips 13 and the LED chips 13 arranged in a matrix in a region surrounded by the dam 12 on the surface of the aluminum substrate 11 and the substrate 11 serving as a reflective layer.
  • (16) an electrode (17) electrically connected to the wiring pattern (16), a phosphor layer (18) filled in the dam (12) and directly covering the plurality of LED chips (13), and a substrate (11) and a solder resist layer 19 covering the wiring pattern 16 of the Au plating is applied to the surfaces of the bonding pad unit 15 and the electrode 17 .
  • FIG. 3 several chip columns are arranged in a matrix form.
  • the LED chips it is desirable to arrange the LED chips as high as possible, but if the distance between the LED chips is too close, it is not preferable because mutual absorption of LED light between the LED chips occurs. In order to do this, it is preferable to arrange the LED chips at appropriate intervals.
  • each LED chip is connected with an electrode while being connected with a wire.
  • the electrode has a specific pattern and serves as a conductive part on the substrate. At least several metal materials made of copper, silver, silver alloy, gold, etc. are used as the material of the conductive part, and an Au film is preferably formed on the surface of at least some of the metal materials for the purpose of preventing corrosion.
  • the Au film may be formed using any of a printing method, a vapor deposition method, and a plating method.
  • the said electrode part may be comprised with the laminated body of a prepreg and metal foil.
  • a white solder resist film having the above-described insulation properties and excellent resistance to UV rays is formed on the outermost surface of the electrode.
  • the dam 12 may be formed of resin on the substrate, and a reflective material may be added to the resin. Silicone resin or epoxy resin may be used as the resin material, and inorganic powder such as aluminum oxide or titanium oxide may be used as the reflective material.
  • the LED module of this invention is not limited to the above.
  • an LED chip can be flip-chip bonded to a substrate.
  • the mounting area can be reduced compared to the method of connecting with a metal wire. Heat from the chip can be easily transferred to the substrate, so it has excellent heat dissipation properties.
  • Fluorescent film (phosphor layer)
  • the periphery of the LED chip on the substrate may be directly or indirectly covered with a phosphor layer.
  • FIG. 4 Another example of the LED module is presented in FIG. 4 .
  • the LED module 20 electrically connects the electrode 21 made of a metal conductor, the LED chip 22 formed on the electrode 21, and the electrode 21 and the LED chip 22, for example. It includes a bonding wiring 23 , a phosphor layer 24 formed to directly cover the LED chip 22 on the electrode 21 , and a resin mold 25 surrounding the phosphor layer 24 .
  • the resin mold 25 may also serve as a reflective member. Examples of arrangement of the phosphor layer are shown in FIGS. 5 to 8 . In the LED module illustrated in FIGS.
  • a plurality of LED chips 32 are arranged in a line shape on the substrate 31 .
  • the phosphor layer 33 may be formed directly on the surface of the LED chip 32 on the substrate 31 .
  • the periphery of the phosphor layer 33 may be coated with the transparent resin layer 34 .
  • the transparent resin layer may serve to protect the phosphor layer from the outside.
  • the phosphor layer and the transparent resin layer of the present invention may be formed of the same base material, but may be formed of different materials if necessary.
  • the interface between the phosphor layer and the transparent resin layer may be formed with a curved surface. There is (see Figure 51).
  • the LED device 100 of FIG. 51 may be a package or a module.
  • the LED device 100 of FIG. 51 includes two leads 106 disposed far apart from each other, at least two LED chips 101 and 102 disposed over at least one of the leads 106 , and the leads 106 . and a molding part 105 for fixing, wherein a cavity for exposing at least a portion of the lead and the LED chip may be formed in the molding part.
  • a phosphor layer 103 and a transparent resin layer 104 that are exposed in the cavity and cover the lead 106 and the LED chip are included, and the order of the phosphor layer 103 and the transparent resin layer 104 is as needed. The order may be changed.
  • the phosphor layer 103 and the transparent resin layer 104 may be made of the same resin material, or different materials may be used. When the phosphor layer 103 and the transparent resin layer 104 are made of different materials, the interface between the phosphor layer 103 and the transparent resin layer 104 is formed in a curved shape to reduce total reflection at the interface and increase light efficiency. can be improved Note that, although the phosphor layer 103 in Fig. 51 is expressed as a single layer, it may be formed of a plurality of layers. For example, after the phosphor layer 103 is formed in two or more layers, another phosphor may be disposed as each phosphor layer. In this case, reliability can be improved by disposing a phosphor having relatively weak thermal degradation characteristics relatively far away from the chip.
  • the periphery of a single or a plurality of LED chips may be covered with a transparent resin layer, a phosphor layer is formed on the outer side thereof, and a laminated structure in which a transparent resin layer is further formed on the outer side may be adopted.
  • the purpose of forming the transparent resin layer is to equalize the light emission intensity.
  • a location where the LED chip exists and a location where the LED chip does not exist coexist on the substrate.
  • the periphery of the LED chip with such a pattern is covered with a phosphor layer, the light emission intensity is strong in the portion where the LED chip is present, and the light emission intensity is weak in the portion where the LED chip does not exist. No luminescence can be obtained.
  • the transparent resin layer is formed on the inner surface or outer surface of the phosphor layer, uniform light can be easily obtained over the entire layer.
  • the transparent resin layer is formed on the inner surface of the phosphor layer, the primary light from the LED is scattered within the transparent resin layer.
  • the transparent resin layer is formed on the outer surface of the phosphor layer, the secondary light from the phosphor is scattered within the transparent resin layer.
  • the same effect can be obtained even when the number of LED chips is one instead of several.
  • the general shape of the LED chip is a rectangular parallelepiped, the light emission intensity emitted from each surface of the rectangular parallelepiped is not the same, and the light emission intensity distribution is produced depending on the emission direction. Therefore, if a transparent resin layer is formed on the inner or outer surface of the phosphor layer covering the periphery of the LED chip, it is possible to achieve uniform emission intensity as in the case of multiple LED chips.
  • the transparent resin layer may be prepared for the purpose of not only improving the luminescent properties as described above, but also protecting the fluorescent film or the like.
  • the fluorescent film can be physically and chemically protected by forming it on the outer surface of the fluorescent film.
  • a transparent resin layer as a protective film is not limited to protection of a fluorescent film.
  • a transparent resin film After undergoing the process of electrically connecting the electrodes and wiring patterns, a transparent resin film is coated on the entire surface of the LED module, and it can also be used as a protective film.
  • the above-described transparent resin film may be formed of only resin, but may contain a small amount of an inorganic compound inside the resin layer.
  • the transparent resin film is formed for the purpose of uniform luminescence intensity, by containing the fine inorganic compound powder in the resin layer, the light scattering effect by the inorganic fine particles can be obtained and further uniformity can be achieved.
  • the inorganic material powder to be contained in the resin layer include silica powder such as silicate nanoparticles (fumed silica) or precipitated silica (wet silica), alumina powder such as alumina oxide or pulverized alumina, cerium oxide, zirconium oxide powder, and titanium oxide powder. , and metal oxide powders such as barium titanate powder.
  • the kind of inorganic material to be used can be made into one type or two or more types.
  • silica powder and alumina powder are each preferable as an inorganic compound powder to be contained in the transparent resin layer, because they are inexpensive and easy to form particles.
  • silicate nanoparticles and aluminum oxide are suitable because they are easy to obtain spherical ultrafine particles, respectively.
  • the particle shape is spherical
  • the light scattered from the particle surface is uniformly scattered in all directions.
  • the particles tend to line up in a certain direction within the transparent resin layer, and the scattered light There is a fear that jokes may occur in the direction.
  • the maximum particle diameter of the inorganic material powder is 1/4 or less of the wavelength of the light passing through the inside of a transparent resin layer.
  • the transmitted light is appropriately scattered, so that the intensity of light emitted from the light source is uniformed, and the orientation of the light can be improved.
  • the maximum particle diameter exceeds 1/4 of the wavelength of light, the probability that the light emitted from the LED or phosphor is reflected by the fine powder of the inorganic material and returned to the inside of the light source (LED chip side) increases.
  • the lower limit of the maximum particle diameter of the inorganic material powder is not particularly limited in terms of the scattering effect, but it is difficult to obtain extreme fine particles industrially, and also in terms of handling the powder, preferably larger than several nm, more Preferably, it is several tens of nm or more.
  • the inorganic compound powder as described above in the range of 0.1 mass % or more and 5 mass % or less in the transparent resin layer.
  • the content of the inorganic compound powder in the transparent resin layer is less than 0.1% by mass, there is a fear that the light scattering effect of the inorganic compound powder cannot be sufficiently obtained.
  • the content of the inorganic compound powder exceeds 5% by mass, multiple scattering of light tends to occur, and there is a fear that the light emitted to the outside of the light source decreases.
  • the content of the inorganic compound powder in the transparent resin layer is more preferably 1 mass % or more.
  • the phosphor layer may contain a transparent resin material.
  • the transparent resin layer may mainly contain a transparent resin material, but may contain other components such as a phosphor or inorganic material powder.
  • a transparent resin material any material may be used as long as it satisfies strength, heat resistance and transparency. Specifically, it is preferable to use a silicone resin, an epoxy resin, or the like.
  • the phosphor layer and the inorganic material powder are simultaneously contained in the phosphor layer, it is preferable that the phosphor is formed in the lower part of the resin and the inorganic material powder is uniformly distributed throughout the resin. Accordingly, it is possible to further improve the diffusion characteristics of the wavelength-converted light by the phosphor.
  • the transparent resin layer when used in combination with an LED of ultraviolet light, it is more preferable to use a silicone resin excellent in the resistance to deterioration to ultraviolet light.
  • Epoxy resins are weak to ultraviolet light deterioration, and when used for a long period of time, the material may yellow and transparency may be impaired.
  • the emission spectrum shape exhibiting the effect of the present invention it is preferable to combine two or more, or three or more of blue phosphors, cyan phosphors, green phosphors, yellow phosphors and red phosphors as phosphors to be combined with LEDs.
  • the wavelength range of visible light can be filled with the emission of various phosphors, and white light with high color rendering can be obtained.
  • the overall emission spectrum shape is arbitrarily selected to obtain a white light having an arbitrary color temperature or an arbitrary deviation.
  • the target white light emission can be obtained.
  • the phosphor it is preferable to use a phosphor having an emission peak wavelength of 360 nm or more and 470 nm or less excited by an LED and exhibiting an emission peak in a range of 420 nm or more and 700 nm or less.
  • the emission peak wavelengths of each fluorescent substance are mutually shifted by 150 nm or less, 10 nm or more and 100 nm or less, and 10 nm or more and 50 nm or less. That is, the distance between a certain peak wavelength and a neighboring peak wavelength is preferably 150 nm or less, 10 nm or more and 100 nm or less, and 10 nm or more and 50 nm or less. It is preferable that the emission spectra of at least two types of phosphors constituting the mixture of phosphors satisfy this relationship.
  • the half width at half maximum of the emission spectrum of at least one type of phosphor constituting the mixture of phosphors is as wide as 50 nm or more, and more preferably 50 nm or more and 100 nm or less.
  • a plurality of phosphors whose emission spectra overlap each other, it is possible to suppress a change in emission color during continuous lighting for a long period of time.
  • the phosphors used in the present invention there are phosphors having a wide absorption band. Such a phosphor can be excited not only with ultraviolet light or purple light, but also with blue light or green light simultaneously to emit green light or red light. In such a phosphor, when a plurality of phosphors having overlapping emission spectra are used, reabsorption or double excitation between phosphors is likely to occur, and the emission color change can be suppressed.
  • a green phosphor when a green phosphor is excited by ultraviolet or purple light emitted from the LED, it not only emits green light, but also absorbs the light emission of a blue phosphor that is excited by the LED and emits blue light to emit green light. That is, the green phosphor can emit light by double excitation of the LED and the blue phosphor.
  • white light is obtained by mixing the light emission of a plurality of red, green, and blue phosphors inside the device. When such a white light source is continuously turned on, the brightness of the phosphor generally decreases over time. At this time, if the brightness of each phosphor changes with time to the same extent, the chromaticity of the white light that can be obtained does not change.
  • the resultant white light has an excess or deficiency in light emission of a specific component, resulting in a change in the luminous color obtained.
  • the deterioration rate between the phosphors is averaged, so that the decrease in luminance of only a specific phosphor can be suppressed.
  • the white light source of the present invention the magnitude of the chromaticity change at the initial stage of lighting of the white light source using the CIE chromaticity diagram and after continuous lighting for 6000 hours can be made less than 0.010.
  • the chromaticity coordinates u' and v' after the initial lighting of the white light source and 6000 hours after continuous are measured, respectively, in the measuring method of the magnitude
  • the magnitude of the change in chromaticity can be reduced to less than 0.010 and less than 0.009.
  • the magnitude of the chromaticity change is less than 0.010, it indicates a state in which there is hardly any color change from the initial lighting even after long-time use. Therefore, it is possible to maintain a stable ratio of ⁇ -opic irradiance over a long period of time.
  • Specific phosphors that can be used in the white light source system of the present invention are as follows.
  • the blue phosphor include europium-activated alkaline earth phosphate phosphor (peak wavelength 430 nm or more and 470 nm or less) or europium-activated barium magnesium aluminate phosphor (peak wavelength 450 nm or more and 460 nm or less).
  • cyan phosphor europium, manganese-activated barium magnesium aluminate phosphor (peak wavelength 510 nm or more and 520 nm or less), europium-activated alkaline earth phosphate phosphor (peak wavelength 470 nm or more and 500 nm or less), or europium Activated strontium aluminate fluorescent substance (peak wavelength 480 nm or more and 500 nm or less) etc. are mentioned.
  • europium-activated orthosilicate phosphor peak wavelength 520 nm or more and 550 nm or less
  • cerium-activated rare earth aluminum garnet phosphor ((peak wavelength 520 nm or more and 550 nm or less)
  • europium-activated strontium sialon phosphor peak wavelength 510 nm or more and 540 nm or less
  • europium-activated ⁇ -sialon phosphor peak wavelength 535 nm or more and 545 nm or less
  • europium-activated orthosilicate phosphor peak wavelength 550 nm or more) 580 nm or less
  • a cerium-activated rare earth aluminum garnet phosphor a wavelength of 550 nm or more and 580 nm or less
  • red phosphor a europium-activated strontium sialon phosphor (peak wavelength of 600 nm or more and 630 nm or less) is mentioned.
  • europium-activated calcium nitrido aluminum silicate phosphor emission peak wavelength 610 nm or more and 650 nm or less
  • europium-activated calcium nitrido aluminum silicate phosphor peak wavelength 620 nm or more and 660 nm or less
  • europium activated calcium an oxonitrido aluminum silicate phosphor in the range of a peak wavelength of 620 nm or more and 660 nm or less
  • a manganese activated magnesium fluorogermanate phosphor a peak wavelength of 640 nm or more and 660 nm or less
  • FIG. 9 is a graph showing the emission characteristics of a green light-emitting europium-activated orthosilicate phosphor (the horizontal axis indicates the wavelength (nm) and the vertical axis indicates the light intensity (arbitrary unit)).
  • An excitation spectrum 41 corresponding to the emission of is plotted.
  • the long-wavelength end of the excitation spectrum 41 of this phosphor is extended to about 525 nm, and it can be seen that green light is emitted when stimulated by ultraviolet light or purple light, furthermore, blue light or cyan light.
  • FIG. 10 is a diagram showing the emission spectrum 42 and the excitation spectrum 43 of the europium-activated calcium nitride aluminum silicate phosphor emitting red light.
  • the horizontal axis of the figure is wavelength (nm), and the vertical axis is light intensity (arbitrary unit). It can be seen that the excitation spectrum 43 of this phosphor spreads from the ultraviolet region to the yellow region, and is excited by ultraviolet light, purple light, further blue light, green light, and further yellow light to emit red light.
  • the blue phosphor is excited by the LED
  • the green phosphor is excited by the LED and the blue phosphor
  • the red phosphor is the LED and the blue phosphor
  • the green phosphor is excited to cause reabsorption and multiple excitation between the phosphors.
  • Table 1 collects data of emission peak wavelengths and half widths for emission spectra of the phosphor used in the present invention.
  • the numerical values in the table represent the full width at half maximum of the emission spectrum corresponding to the main peak with respect to the emission spectrum of each phosphor as a representative value.
  • Table 1 although there are some exceptions, most phosphors have a half maximum width of 50 nm or more. Therefore, if the phosphor used is appropriately selected, a combination of all phosphors with a half maximum width of 50 nm or more can be configured as a white light source. do.
  • the member configuration and light emission characteristics of the white light source are, for example, as follows.
  • the horizontal axis of the figure is wavelength (nm), and the vertical axis is relative intensity (arbitrary unit).
  • the relative color temperature of the light source was 2900K+0.000duv.
  • the color rendering characteristics of this light source showed a high numerical value as shown in Table 2 below, and when used as an illumination light source, it was found to be an excellent white light capable of reproducing the color of an object in a natural form.
  • ⁇ -opic irradiance of white light source The most important characteristic in the white light source of the present invention is ⁇ -opic irradiance. It is thought that by maintaining the ⁇ opic radiation illuminance at an appropriate value, it is possible to obtain illumination light that has an appropriate effect on human daily rhythms and the like.
  • rod cells There are 5 types of photoreceptor cells in humans, specifically rod cells, 3 types of cones (S-cone, M-cone, L-cone), and ipRGC.
  • rod cells work in weak light of less than about 1 lux, and nerve activity via rod cells is transmitted to the cerebral visual area and is involved in sensing the intensity of light, but not in sensing color.
  • the cone exists near the fovea of the retina and operates in a normal light environment (brightness when a human is engaged in daily activities), and there are three types depending on the wavelength range it acts on.
  • Each cone cell contains a protein that responds best to a specific range of wavelengths (the iris), so that they receive visible light, and the signal passes through the optic nerve to the visual association area of the cerebrum, where the relative ratio of information from the three cones or It can perceive color by analyzing its position.
  • the other photoreceptor cell is a new photoreceptor different from cones or rods and is called ipRGC.
  • ipRGC has a protozoan called melanopsin, and is involved in non-visual functions that humans are not conscious of, such as pupil reflexes and light synchronization of daily rhythms.
  • melanopsin a protozoan that controls the circadian rhythm, such as sleep/wake, and the concentration of hormone (melatonin). deeply involved in rhythm.
  • ⁇ -Opic irradiance ⁇ (spectrum of light source)*(action curve of horn cells)*d ⁇ (4)
  • the light In order for a person to sense light, the light needs to reach the retina of the eye and irradiate the photoreceptor cells. Acquisition of light intensity information is performed based on detection of the stimulus amount for each photoreceptor cell corresponding to light intensity.
  • the amount of stimulation of each photoreceptor can be calculated as the sum of the product of the spectrum of light irradiated onto the retina for each wavelength and a weighting function unique to each photoreceptor, that is, the spectral sensitivity curve, as shown in Equation (4).
  • the action curves of each photoreceptor cell are the action curves for S-cone, M-cone, L-cone, rod, and ipRGC, respectively, as shown in FIG. 12 .
  • the action curves for the five types of photoreceptor cells shown in Fig. 12 conform to the provisions of the International Commission on Illumination (CIE) standard CIES026/E:2018, respectively.
  • the horizontal axis of the figure is wavelength (nm), and the vertical axis is relative intensity (arbitrary unit).
  • the melanopic-irradiance when a light source having a certain emission spectrum is used with a certain intensity, it is possible to quantitatively grasp the intensity of stimulation to the photoreceptor cells of the eye. For example, if a white light source for lighting is prepared and the spectral distribution of the light source is known, the melanopic-irradiance) can be obtained using the action curve of ipRGC and the above formula, and daily rhythm management by controlling the melanopic irradiance is expected to be possible.
  • This ratio is represented by (1) as follows.
  • any of the five types of ⁇ -opic irradiance except melanophic irradiance may be used. was used.
  • a reference value corresponding to the sensitivity of the human eye can be set by taking the sum of the L-cone, M-cone, and both stimulus amounts as the denominator. That is, when the emission spectra of two types of light sources are compared using this ratio, it is possible to compare light sources of the same brightness when viewed by the human eye to compare the numerical value of the melanographic irradiance.
  • the calculation target is a white light source having the emission spectrum of FIG. 11 .
  • the calculation method can be calculated using Equation (5) below, for example, taking the melanopic irradiance as an example.
  • the five types of spectral curves shown in the figure below can be obtained by calculating as described above using the five types of action curves in FIG. 12 pointed out earlier.
  • curve a is S-conopic irradiance
  • curve b is melanophic irradiance
  • curve c is roadpic irradiance
  • curve d is M-cone opic irradiance
  • curve e is L- Corresponds to the cone opic irradiance. If the ratio (melanopic irradiance/(L-conopic irradiance + M-conopic irradiance)) is calculated using three kinds of curves among the above five types, it can be obtained by Equation (6) in the following procedure.
  • the value of 24.8 obtained above is the ratio of ⁇ opic irradiance to this white light source.
  • the ⁇ opic irradiance ratio of each of the three levels Eggplant samples were prepared.
  • the design of the light source was the same as the white light source shown above, and the type of LED was used with the same light emitting characteristics, but in order to obtain characteristics of each level, the type and ratio of the phosphors to be combined were appropriately changed and produced.
  • the luminescence characteristics of the obtained light source sample are summarized in Table 3 below.
  • Color temperature in Table 4 and illuminance indicate the color temperature and illuminance of white light output from each of the white light source used in each time zone and the commercially available fluorescent lamp.
  • a survey was conducted on sleep conditions, and each person's self-evaluation of their sleep state and whether and how often they were awakened during sleep were answered.
  • Comparative analysis of melatonin concentration analysis data in saliva and questionnaire data was performed.
  • groups with the same lighting conditions were compared on a daily basis, and the possibility of unnecessary factors affecting the analysis results was excluded.
  • the results of dividing groups into 1-3, 4-6, and 7-9 are as follows.
  • the comparative evaluation results of groups 1 to 3 are as shown in FIGS. 14A, 14B and 14C.
  • the daily change of melatonin secretion for 5 days is shown for the average value of three group members.
  • the subjective evaluation regarding the quality of sleep is not individual data, but the results shown by 3 people over 5 days are collected as a representative value.
  • the number of awakenings during sleep the sum of the number of awakenings experienced by each member in 5 days is counted for each member, and the number of awakenings is classified according to the number of experienced persons.
  • Groups 4 to 6 were able to obtain almost the same results as groups 1 to 3, and among the 3 groups, group 5 using the white light source Spl 5 showing the median value of the amount of photostimulation of ipRGC showed the best results, A was the grade.
  • B grade was group 6 using the white light source Spl 6 with the largest amount of photostimulation
  • group 4 using the white light source Spl 4 with the least amount of photostimulation was grade C.
  • This ranking was reversed from the previous groups 1-3.
  • groups 4-6 the evaluation results were divided into grades A, B, and C, but the data difference between grades tended to be smaller than those of groups 1-3.
  • the evaluation results of groups 7 to 9 are shown in FIGS. 16A, 16B, and 16C.
  • the evaluation results of this group are not divided into three groups, A, B, and C, but are divided into two groups.
  • Groups 8 and 9 using the white light source Spl 8, 9 with a large amount of photostimulation for ipRGC had a large amount of melatonin secretion and the stability of daily changes was slightly changed, but was generally stable. Both were equivalent to grade A.
  • group 7, which used the white light source Spl 7 with the least amount of photostimulation was inferior to the other two groups in terms of melatonin secretion, stability of daily changes, quality of sleep, and number of awakenings during sleep.
  • the ⁇ opic irradiance ratio of the white light source has an optimal value for each color temperature as an effect on human sleep, and there is a certain width in the optimal value than the retest data. Therefore, in order to grasp the width of the optimal value in more detail, 11 new light source samples expected to belong to the core or boundary of the optimal value were prepared and additional tests were conducted in the same manner as the first time.
  • the combined results of the first test and the additional test are shown in FIG. 19A .
  • the mark indicated by the first test indicates the data of the two experiments described above, and the mark indicated by the additional test indicates data obtained as a result of the additional experiment.
  • grade A is indicated by a double circle
  • grade B is indicated by a black triangle
  • grade C is indicated by ⁇ .
  • grade A of the additional test is indicated by a circle painted in black, a triangle painted in black for grade B, and a square painted in black for grade C. From this result, it can be seen that as a white light source that gives a good sleep effect to humans, the light source with the ⁇ opic irradiance in the numerical value on the straight line L2 in the drawing and the numerical value in the area sandwiched by the dotted lines L1 and L3 on both sides of the straight line L2 is the most desirable range.
  • the light source preferably has an ⁇ -opic irradiance ratio of about 22 to 27% when it is about 3000K, and an ⁇ -opik irradiance ratio of about 33 to 42% for a light source of about 5000K.
  • the optimum range of ?opic irradiance revealed by the present invention is a newly discovered region that has not been described in previous inventions or the like. It is well known that blue light affects the quality of sleep. When the intensity was to be suppressed to a low level, a white light source with a low color temperature was often used. However, only the amount of light stimulated by blue light was newly revealed by this test, and it is desirable not to select the color temperature of the white light source to be used, but to select the white light of the optimal color temperature according to the daily rhythm or life rhythm of a person. In addition, if a light source having the optimal ⁇ opic irradiance among the selected color temperatures is used, the effect on human sleep can be made much better than before.
  • the preferable range of this invention could be specified, it is inconvenient as a characteristic management index
  • the emission spectrum distribution of black body radiation as a reference and the intensity of melanographic irradiance can be obtained in the following order as in the case of a white light source.
  • various emission spectra having different color temperatures can be reproduced relatively easily by the following equation (6).
  • h is the Planck constant
  • k is the Boltzmann constant
  • c is the speed of light
  • e is the bottom of the natural logarithm, and is fixed to a constant value.
  • the blackbody radiation spectrum of 2000 K which has the lowest color temperature, there is no emission peak in the visible wavelength region, and the emission intensity increases as the wavelength increases.
  • the color temperature exceeds 4000K, the emission peak begins to appear in the visible wavelength region, and as the color temperature increases, it can be seen that the emission peak wavelength is further shifted toward the shorter wavelength.
  • the blackbody radiation spectrum for each color temperature can be calculated, then the ⁇ opic irradiance for each emission spectrum can be calculated.
  • the melanopic irradiance can be calculated using the following formula (5A) as in the case of a white light source.
  • Equation (5A) for example, by obtaining the ⁇ -opic irradiance by 5 types of action curves for the 3000K blackbody radiation spectrum shown in Fig. 21A, 5 types of spectral curves of Fig. 21B can be obtained.
  • curves in Fig. 21B are all ⁇ -opic irradiances for a blackbody radiation spectrum at 3000K.
  • curve a corresponds to S-cone irradiance
  • curve b corresponds to melanopic irradiance
  • curve c corresponds to road peak irradiance
  • curve d corresponds to M-con opic irradiance
  • curve e corresponds to L-con opic irradiance. do. If the ratio (melanopic irradiance/(L-cone opic irradiance + M-con opic irradiance)) is calculated using three curves among the above five types, it can be obtained by Equation 9 in the following order .
  • the ⁇ -opic irradiance ratio showed a larger value as the color temperature of blackbody radiation increased.
  • the photoresponse of ipRGC is maximum in the wavelength range of 480 nm to 490 nm, looking at the blackbody radiation spectrum graph of FIG. It can be seen that the value has changed to a large value in response to the above.
  • the ⁇ -opik irradiance ratio of blackbody radiation calculated above, it was decided to standardize the light source application range of the present invention and use it as a light source usage method. Specifically, when the ⁇ opic irradiance ratio of the light source of the present invention is A and the ⁇ opic irradiance ratio ratio of blackbody radiation of the same color temperature is B, the ratio A/B is obtained as follows.
  • A/B ( ⁇ -opic irradiance ratio of the light source of the present invention)/( ⁇ -opic irradiance ratio of blackbody radiation) (7)
  • the range of the white light source of the present invention is expressed using the A/B ratio obtained above, 0.88 ⁇ A/B ⁇ 1.11 Equation (2). And it was possible to substitute 0.92 ⁇ A/B ⁇ 1.07 Formula (3) for a more preferable range.
  • the A/B ratio is 1.05 (1.047), similarly at 5000K. The value of 37.5% was also 1.01 (1.008), which was close to 1.00.
  • Fig. 19B shows the relationship between the results shown in Fig. 19A and the A/B ratio. In Fig.
  • the solid line L4 is a curve indicating the ⁇ -opic irradiance ratio of the blackbody radiation
  • the dashed lines L5 and L6 are the curves indicating the preferable range of the A/B ratio
  • the broken lines L7 and L8 are the curves indicating the more preferable range.
  • the numerical range shown in the above formulas (2) and (3) corresponds to the area newly discovered by the present invention, indicating that it is a range showing a good effect on the secretion amount of melatonin or the quality of sleep.
  • the solid line L4 is a curve indicating the ⁇ -opic irradiance of blackbody radiation
  • the dashed lines L5 and L6 are the curves indicating the preferred range of the A/B ratio
  • the broken lines L7 and L8 are the curves indicating the more preferable range.
  • the effect on the daily rhythm of the human body can be controlled.
  • the A/B ratio exceeds the upper limit of the range of Equation (2), the amount of stimulation of ipRGC is excessive and the amount of melatonin secretion is suppressed, thereby reducing sleep efficiency or delaying sleep, thereby causing a problem in that the quality of sleep is deteriorated.
  • the A/B ratio is below the lower limit of the range of the above formula (2), the amount of stimulation to ipRGC is insufficient, the internal clock cannot be reset, and a problem arises that the wake-up time is gradually delayed.
  • the A/B ratio is out of the appropriate range, even if it exceeds the upper limit or falls below the lower limit, the daily rhythm cannot be accurately recorded, which can lead to disease over a long period of time.
  • the white light source includes a white light source unit 51 and a control unit 52 .
  • the white light source unit 51 includes a substrate 53, a plurality of white light sources 54 disposed on the substrate 53, and a light emitting device enclosure 55 fixed to the substrate 53 to cover the plurality of white light sources.
  • Each of the plurality of white light sources 54 is composed of an LED module.
  • each of the several white light sources 54 may be an LED package.
  • the LED module includes an LED chip 56 disposed on the substrate 53 and a phosphor layer 57 disposed on the substrate 53 and covering the LED chip 56 .
  • a wiring network is provided on the substrate 53 , and electrodes of the LED chip 56 are electrically connected to the wiring network of the substrate 53 .
  • a lens (not shown) can be disposed on the outer surface of the wall portion on the side opposite to the substrate 53 .
  • the transparent portion is preferably formed in the wall portion facing the substrate 53 .
  • a reflector (not shown) may be disposed, for example, on the inner surface of the light emitting device enclosure 55 .
  • the control unit 52 includes a control unit 58 , a memory unit 59 , and a data input/output unit 60 .
  • the white light source 54 made of an LED module is connected to an electronic circuit (not shown) of the control unit 58 by a wiring 61 , and a white light source is generated by a current flowing through the wiring 61 in the control unit 58 . (54) emits light.
  • a preset change pattern of color temperature and data of a color temperature change and illuminance change of the day of sunlight are stored.
  • the type of data desired by the user is inputted to the data input/output unit, and the obtained data is transmitted to the control unit 58 .
  • the control unit 58 extracts the preservation data corresponding to the input data, reads the target correlated color temperature and illuminance data of the white light emission, and calculates the mixing intensity ratio of each white light source based on these data. Based on the calculation result, the electronic circuit of the controller 58 controls the current value applied to each white light source to reproduce the required characteristic change of the white light.
  • a sensor unit (not shown) can be further provided in the control unit 52, so that the illuminance around the sensor unit is sensed, and the sensed data is passed to the control unit to control the lighting device according to the surrounding illuminance. can do it
  • white light of any color temperature may be used at any illuminance for the purpose of properly managing the daily rhythm of the human body.
  • light sources having different color temperatures of X1, X2, X3, X4, X5, and X6 are prepared as shown in the xy chromaticity diagram of FIG. By mixing in an intensity ratio, it is possible to reproduce the emission color within the range surrounded by six points of X1, X2, X3, X4, X5, and X6.
  • Each of these six light sources is a white light source of the present invention, and the melanographic irradiance ratio contained in the white light emission is adjusted to be similar to the melanographic irradiance ratio in the white light of the corresponding blackbody radiation of the same color temperature.
  • the range of this shape covers the entire white light region where the color temperature of the blackbody locus is from 2000K to 6500K, and the deviation from the blackbody locus is within the range of 0.005duv. Therefore, in the white light source of the present invention, not only white light on a black body locus but also white light of various correlated color temperatures can be arbitrarily selected and reproduced.
  • the melanopic irradiance of the mixed white light also represents an appropriate value in that each light source before mixing has an appropriate melanopic irradiance.
  • the white light source of the present invention can be used in various places in daily life. In the home, living room, study, study room, bedroom, even kitchen or bathroom, etc. Also, with regard to business establishments, there are offices and conference rooms in office buildings, workshops such as factories, and stores in commercial facilities. In addition, medical facilities, hospitals, classrooms such as schools, exhibition rooms of art galleries and museums, etc. are applicable.
  • the light source of the present invention When the light source of the present invention is used for the above-mentioned indoor lighting, it is necessary to manage the luminous intensity of the illumination light within an appropriate range.
  • the white light source When the white light source is installed on a ceiling or wall surface indoors, when the distance between the light source and the object to be illuminated is in the range of 0.3 m or more and 5.0 m or less, the object to be illuminated is within the range of 50 lux or more and 10000 lux or less. It is preferable that it is illuminated by illuminance. And when the illumination object is the whole or a part of a human face, also in confirming the illumination effect on a human body, it is a more preferable method.
  • the intensity of the irradiated light is too strong, so excessive light is received in the ipRGC, and there is a risk of adverse effects such as a decrease in sleep efficiency have.
  • the intensity of the irradiated light is too weak, so that the required amount of light is not received by the ipRGC, and there is a risk that the internal clock may not function properly.
  • the management range of melanophic irradiance is set as a condition that the illuminance required for work, etc.
  • the emission color is one of them, and the emission color is expressed by the color temperature (K) Kelvin.
  • K Kelvin
  • the white light source of the present invention was adjusted so that, for each (correlated) color temperature, the melanophic irradiance of white light was about the same as that of blackbody radiation of the same color temperature. Therefore, it is preferable in terms of maintaining an appropriate daily rhythm to select and use a light source having a dedicated color temperature according to a purpose or a place, such as for a living room or a bedroom.
  • the same white light source is used under various conditions, such as during work or break time, during daytime work or nighttime work.
  • the white light source of the present invention if the white light source of the present invention is used, the melanophic irradiance can be controlled to be an appropriate value according to the change in color temperature, so it goes without saying that it is effective for the proper management of daily rhythm.
  • the white light source of the present invention is a light source having very high color rendering characteristics, with an average color rendering index Ra of 95 to 97 or more, and all of the color rendering coefficients R1 to R8 and special color rendering coefficients R9 to R15 are 85 to 90 or more. Therefore, regardless of the effect on the daily rhythm, it can be very effective even in applications requiring high color rendering. Therefore, it is ideal for use as lighting for exhibitions in art galleries and museums, or for display cases in food supermarkets.
  • the LED chips were connected to each other with a metal wire and connected to an electrode.
  • a copper plate plated with gold was used for the electrode.
  • the periphery of the LED chip was covered with the fluorescent film, and the surface of the fluorescent film and the conductive member was covered with a transparent resin film to obtain an LED module.
  • the fluorescent film was prepared by dispersing six types of phosphor mixed powder in a silicone resin and then coating it in the form of covering the LED.
  • the six types of phosphors are blue phosphors, cyan phosphors, green phosphors, and red phosphors, respectively, and two kinds of yellow phosphors.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 2685K-0.001duv.
  • the ratio A/B to black body radiation was calculated, it was 1.00, which was found to satisfy an appropriate range.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, an LED module was created. The combinations of the LEDs and the phosphors used are as shown in Tables 7 to 9. The emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG. The correlated color temperature of this emission spectrum was 3476K+0.001duv. In addition, when the ratio A/B to blackbody radiation was calculated by obtaining the three types of ⁇ -opic irradiance, it was found that 0.97 satisfies the appropriate range. In addition, the color rendering characteristics of this light source showed a high numerical value as shown in Table 6 below, and when used as an illumination light source, it was found to be an excellent white light capable of reproducing the color of an object in a natural form.
  • Example 7 In the same manner as in Example 1, an LED module was created.
  • the combination of the LED and the phosphor used is as described in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 4983K+0.002duv.
  • the ratio A/B to black body radiation was calculated, it was 0.95, which was found to satisfy an appropriate range.
  • the color rendering characteristics of this light source showed a high numerical value as shown in Table 10 below, and when used as an illumination light source, it was found to be an excellent white light capable of reproducing the color of an object in a natural form.
  • An LED module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the combinations of LEDs and phosphors used are as shown in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 6499K+0.004duv.
  • the ratio A/B to blackbody radiation was calculated by obtaining the three types of ⁇ -opic irradiance, it was found that 1.01 satisfies the appropriate range.
  • the color rendering characteristics of this light source showed a high numerical value as shown in Table 11 below, and when used as an illumination light source, it was found to be an excellent white light capable of reproducing the color of an object in a natural form.
  • An LED module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the combinations of the LEDs and the phosphors used are as shown in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 8070K+0.004duv.
  • the ratio A/B to blackbody radiation was calculated by obtaining three types of ⁇ -opic irradiance, it was found that 1.02 satisfies the appropriate range.
  • the color rendering characteristics of this light source showed a high numerical value as shown in Table 12 below, and when used as an illumination light source, it was found to be an excellent white light capable of reproducing the color of an object in a natural form.
  • An LED module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the combinations of LEDs and phosphors used are as shown in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in Fig. 30.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 9540K+0.000duv.
  • the ratio A/B to blackbody radiation was calculated by obtaining the three types of ⁇ -opic irradiance, it was found to be 1.01, which satisfies the appropriate range.
  • the color rendering characteristics of this light source showed a high numerical value as shown in Table 13 below, and when used as an illumination light source, it was found to be an excellent white light capable of reproducing the color of an object in a natural form.
  • An LED module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the combinations of LEDs and phosphors used are as shown in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 2750K+0.004duv.
  • the ratio A/B of blackbody radiation was calculated by obtaining the ⁇ -opic irradiance of the three types, it was found to be 0.94, which satisfies the appropriate range.
  • the color rendering characteristics of this light source showed a high numerical value as shown in Table 14 below, and when used as an illumination light source, it was found to be an excellent white light capable of reproducing the color of an object in a natural form.
  • An LED module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the combinations of LEDs and phosphors used are as shown in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 5050K+0.004duv.
  • the ratio A/B to blackbody radiation was calculated, it was found to be 1.02, which satisfies the appropriate range.
  • the color rendering characteristics of this light source showed high numerical values as shown in Table 15 below, and it was found that when used as an illumination light source, it was an excellent white light capable of reproducing the color of an object in a natural form.
  • An LED module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the combinations of LEDs and phosphors used are as shown in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 4430K+0.014duv.
  • the ratio A/B of blackbody radiation was calculated by obtaining the three types of ⁇ -opic irradiance, it was 1.14, which was out of the appropriate range.
  • the average color rendering evaluation number of this light source was as low as 81, so when this light source was used for lighting, the object could not be reproduced in natural color, so only insufficient characteristics could be obtained.
  • An LED module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the combinations of LEDs and phosphors used are as shown in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 4890K+0.002duv.
  • the ratio A/B of blackbody radiation was calculated by obtaining the three types of ⁇ -opic irradiance, it was 0.85, which was out of the appropriate range.
  • the average color rendering evaluation number of this light source was as low as 82, so when this light source was used for lighting, the object could not be reproduced in natural color, so only insufficient characteristics could be obtained.
  • An LED module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the combinations of LEDs and phosphors used are as shown in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 5240K+0.003duv.
  • the ratio A/B of blackbody radiation was calculated by obtaining the ⁇ -opic irradiance of the three types, it was 0.78, which was out of the appropriate range.
  • the average color rendering evaluation number of this light source was as low as 72, so when this light source was used for lighting, the object could not be reproduced in natural color, and only insufficient characteristics could be obtained.
  • An LED module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the combinations of LEDs and phosphors used are as shown in Table 7.
  • the emission spectrum of the obtained white light is shown in FIG.
  • the correlated color temperature of this emission spectrum was 6360K+0.004duv.
  • the ratio A/B of blackbody radiation was calculated by obtaining the ⁇ -opic irradiance of the three types, it was found to be 0.87, which was out of the appropriate range.
  • the average color rendering evaluation number of this light source was 83, which was a low value, so when this light source was used for lighting, the object could not be reproduced in natural color, so only insufficient characteristics could be obtained.
  • white light sources of various color temperatures and A/B ratios were separately prepared and the effect on the daily rhythm of the human body was verified.
  • various light emitting devices were brought into the campsite, which was conducted as part of the spring break club activity, and a white light source comparison test was conducted.
  • the venue is a training facility in Yokohama City, with two outdoor tennis courts, and several indoor conference rooms, large assembly halls, and lodging facilities such as private rooms for participants.
  • the activity schedule common to all participants is performed according to the table of FIG.
  • group activities are conducted in accordance with the club's policy during the time between breakfast and dinner.
  • outdoor activities are prohibited except for club activities 1 to 4 and break times, and indoor activities are the principle.
  • bedtime and free time were, in principle, to be spent in their own rooms.
  • chatting was allowed in each indoor meeting room.
  • the curtains in each living room were closed to prevent light from entering the room.
  • the lights are turned off at 11 pm and the lights are turned on at 7 am, and the operation is automatic, so that each person cannot turn off or turn on at will.
  • smartphone use was limited to 30 minutes each in the morning and afternoon.
  • the T2 group spent the same time in the same environment as the T1 group during the club activities.
  • the contents of the activities are the same as those of T1 for the time other than the club activities, but the A/B ratio of the indoor lighting was used to exceed the upper limit of the claim of the present invention.
  • E1 group was active inside the conference room during club activities. Activities include research presentations, group discussions, and reading of literature and magazines.
  • Activities include research presentations, group discussions, and reading of literature and magazines.
  • a dimming toning lighting device that reproduces the change of sunlight was used.
  • the A/B ratio of the white light source used in the dimming/toning device was within the scope of the claims of the present invention.
  • time outside of club activities was spent indoors.
  • the A/B ratio of the private room lighting was used within the range of claims in the present invention.
  • the activities of the E2 group are, in principle, the same as those of the E1 group.
  • the A/B ratio of the dimming/toning light-emitting device and the private room lighting was less than the lower limit of claims in the present invention.
  • the lighting of the conference room used by the E1 and E2 groups for club activities 1-4 used a dimming and toning device that can reproduce the change in the luminous characteristics of sunlight.
  • Specific color temperature and illuminance changes were carried out according to the schedule of FIG. 38 .
  • the curve in Fig. 38 shows the change in the luminescence characteristic shown by sunlight in March measured in Yokohama City.
  • Curve 63 shows the color temperature change of sunlight
  • curve 62 shows the change in illuminance ratio of sunlight.
  • the color temperature of sunlight was reproduced by mixing four types of white light sources shown in Table 19.
  • the color temperature on the blackbody radiation locus between 4000K and 6000K was faithfully reproduced by mixing at least two or three kinds of light sources out of the four kinds at a predetermined intensity ratio calculated in advance.
  • the color temperature change and the illuminance ratio change corresponding to the time period (for example, from 8:30 am to 10:00 am) described as the continuous change in Table 18 were reproduced. .
  • the color temperature and illuminance changes shown in FIG. 38 are stored in the memory unit of the light emitting device, and the control unit in the device controls the program while calling the stored data as needed to reproduce the sunlight change.
  • the luminous color change was changed by reading new data every 3 minutes, but the difference in chromaticity between them was only a difference within the McAdam ellipse on the xy chromaticity diagram. was observed as In addition, this device automatically reads the time when the lighting device is powered on, and calls up the color temperature and illuminance data that match the time.
  • the participants' saliva was collected and the concentration of melatonin contained in the saliva was checked.
  • a survey was conducted on the sleeping status of the participants.
  • the questionnaire included (1) each subjective evaluation of sleep state (5 steps evaluation), (2) evaluation of sleep quality (whether or not aroused during sleep, and The number of awakenings) and (3) arousal evaluation (waking time) were three.
  • Fig. 39 shows daily changes in the concentration of melatonin contained in saliva for groups T1, T2, E1, and E2.
  • Fig. 40 shows the aggregated results of questionnaires regarding subjective evaluation of sleep states for groups T1, T2, E1, and E2.
  • Fig. 41 shows the aggregated results of questionnaires regarding the number of awakenings during sleep for groups T1, T2, E1, and E2.
  • Fig. 42 shows the aggregated results of questionnaires regarding the time to open eyes for groups T1, T2, E1, and E2.
  • Fig. 39 shows daily changes in the concentration of melatonin contained in saliva for groups T1, T2, E1, and E2.
  • Fig. 40 shows the aggregated results of questionnaires regarding subjective evaluation of sleep states for groups T1, T2, E1, and E2.
  • Fig. 41 shows the aggregated results of questionnaires regarding the number of awakenings during sleep for groups T1, T2, E1, and E2.
  • Fig. 42 shows the aggregated results of questionnaires regarding the time to open eyes for groups T1, T2, E1, and E2.
  • the T1 group consists of 5 members belonging to the tennis club
  • the E1 group consists of 5 members belonging to the ESS club.
  • the behaviors of the two groups during the camp were completely the same except for the time spent in club activities.
  • T1 was active under outdoor sunlight and E1 was active under indoor lighting such as conference rooms, so the two spent their time in different environments, but other than that, the time schedule of life, the lighting received indoors conditions (color temperature, illuminance, A/B ratio) were the same (Table 15). Therefore, if the difference in the lighting environment has any effect on sleep, the difference between the two is due to the difference in whether the club activity was done indoors or outdoors.
  • the color temperature and illuminance of the illumination light received by the E1 indoors are reproduced based on the actual measured values of the color temperature change or illuminance change of sunlight.
  • the A/B ratio was not reproduced based on the measured value of sunlight, it was based on the ⁇ opic irradiance in blackbody radiation of the same color temperature, and was substantially equivalent to sunlight.
  • both sunlight and the white light source of the present invention are at almost the same level, aiming to reproduce the light emitting characteristics of sunlight It can be seen that the characteristics of the white light source of the present invention are at a level that can sufficiently satisfy the purpose of the present invention.
  • Both T1 and T2 consist of members belonging to the tennis club.
  • the two groups performed the same activities under the same lighting environment for group activities such as club activities and meals, but the lighting conditions in their free time were different.
  • T1 was about 1.00, which was within the scope of the present invention, but T2 was about 1.15, the upper limit of the stipulation of the present invention. was worth more than
  • T2 showed a clearly lower value than that of T1. Also, looking at the daily change in secretion amount, T1 showed a flat and stable course that was almost linear, but T2 showed a rather unstable tendency compared to T1 with large irregularities and wide range of change. Since the members of T2 received light from a white light source with a large ratio of melanophic irradiance before going to bed, it is thought that ipRGC acted in a direction to suppress the secretion of melatonin by receiving excessive light.
  • Fig. 44 shows the aggregated results of the questionnaire for the number of awakenings during sleep. Regardless of the size of the A/B ratio, the most response was “none”, but the response of “none” was that the member who received the light with the appropriate A/B ratio received the illumination light with the A/B ratio greater than the upper limit. There was one more than one member, and the difference in the number of members who answered "I woke up once" during 5 days of sleep was opposite to the above. Therefore, the members who received illumination light with an appropriate A/B ratio tended to have better sleep quality.
  • Fig. 45 examines the time of waking up in the morning with the time of waking up with illumination.
  • the most common response was “I woke up at the same time as the lighting was turned on”, but the members who received the light with the proper A/B ratio had a total of 3 members who woke up earlier than the time when the lighting was turned on. There is a total of 5 members who woke up later than the lighting time, among the members who received light with an A/B ratio greater than the upper limit, for the member who woke up later than the lighting time was 0. None of the members woke up quickly. Among the members who received the appropriate light in the A/B ratio, there was a member who woke up early from the time the light was turned on.
  • waking up early is the result of a good night's sleep, (2) at 7 o'clock at the time of waking up, the indoor lighting was in a dark state due to the effect of the curtain, but the outdoor was already bright.
  • the wake up time is rather appropriate, and it can be judged that the daily rhythm is functioning properly.
  • many members who received the light with the A/B ratio exceeding the upper limit many members woke up late: (1) continued to sleep without realizing that the light was turned on despite the bright interior, (2) ) It can be said that there was an undesirable tendency in terms of daily rhythm, considering that the outdoors was already bright, and if it was not a campsite, it was already time to be awake.
  • Both E1 and E2 consist of members belonging to the ESS club. Both groups performed the same activities under the same lighting environment for group activities except for club activities, but the lighting conditions at other times were different. Among the lighting conditions, there was no difference in color temperature or illuminance between the two, but for the A/B ratio, E1 was about 1.00, which was within the scope of the present invention, but E2 was about 0.75, which was less than the lower limit of the provisions of the present invention. it was worth
  • Fig. 46 is a collection of results of subjective evaluation of sleep states. There was a clear difference in sleep quality between the member who received light with an appropriate A/B ratio and the member who received a light source with an A/B ratio smaller than the lower limit.
  • Fig. 47 is an aggregate of questionnaire results for the number of times waking up during sleep. Regarding the number of awakenings, there was a big difference between the members of E1 and E2. In E1, there were 4 members who said “never woke up”, in E2 there were 0 people, on the other hand, in E2 there were 2 members who answered “I woke up twice”, and in E1 there were 0 people.
  • Fig. 48 summarizes the results of the questionnaire regarding waking time.
  • E1 was better than E2, and the difference between the two was clear.
  • the highest response was 'at the same time as the lighting was on', but the number of members who woke up at a different time than the lighting on time of E2 increased, and the direction of waking was only later than the lighting on time.
  • E2 member was significantly inferior to other group members in the sleep quality evaluation results, and the delayed waking time seems to be due to the unstable circadian rhythm.
  • the color temperature of the white light sources Spl 10 and Spl 11 the correlated color temperature, the ratio of ⁇ opic irradiance (melanopic irradiance/(L-con opic irradiance + M-con opic irradiance)), color rendering properties, A/B ratio,
  • the quality of sleep is shown in Table 20.
  • the correlated color temperature of the white light source from Spl 12 to 23 the ratio of ⁇ opic irradiance (melanopic irradiance/(L-con opic irradiance + M-con opic irradiance)), color rendering, A/B ratio, water surface
  • the quality is shown in Table 21.
  • the sleep quality evaluation method is the same as described above.
  • the light source having an A/B ratio within the range of 0.88 or more and 1.11 or less that is, the light source within the region defined by the curve L5 and the curve L6 in FIG. 19B.
  • the quality of the light source is grade A and the A/B ratio is outside the range defined by the upper limit (1.11) and the lower limit (0.88), indicating that the quality of sleep is B or C grade.
  • the light source exhibiting an A/B ratio in a more preferable range (0.92 or more and 1.07 or less) exhibits a stable high value of the secretion of melatonin, and the average color rendering index Ra There was a tendency to show a higher value than FIG. 95 .
  • the linear image shown in Fig. 19A and the light source in the vicinity thereof that is, the light source on the solid line L4 in Fig. 19B and the light source in the vicinity thereof, exhibited a tendency to obtain a characteristic close to 100 with an Ra of 97 or more.
  • LED module 2... Substrate, 3... accommodating part, 4... LED chip, 5... Conductive part, 10... LED module, 11... Substrate, 12... Dam, 13... LED chip, 14... bonding wiring, 15... bonding pad portion, 16 . . . wiring pattern, 17... electrode, 18... Phosphor layer, 19... Solder resist layer, 20... LED module, 21... electrode, 22... LED chip, 23... bonding wiring, 24... Phosphor layer, 25... Resin mold, 31... substrate, 32... LED chip, 33... Phosphor layer, 34... Transparent resin layer, 40... Emission spectrum, 41... Excitation spectrum, 42... Emission spectrum, 43... Excitation spectrum, 51... White light source unit, 52... control unit, 53... substrate, 54...
  • White light source 55... Light-emitting device envelope, 56 . . . LED chip, 57... Phosphor layer, 58... control unit, 59... Electronic circuit memory unit, 60 ... data input/output unit, 61 ... wiring, 80... LED chip, 81... substrate, 82... n-type semiconductor layer, 83... active layer, 84... p-type semiconductor layer, 85... p-type electrode, 86... n-type electrode, 90... LED chip, 91... substrate, 92... n-type semiconductor layer, 93... active layer, 94... p-type semiconductor layer, 95... p-type electrode, 96... n-type electrode, 97... Sub-mount substrate, 100... LED device, 101... LED chip, 102... LED chip, 103... Phosphor layer, 104... Transparent resin layer, 105... Molding part, 106... lead.

Abstract

일일 리듬의 정밀한 컨트롤과, 쾌적성을 갖춘 조명을, 일반 가정등의 생활의 장소에서, 안전하고 용이하게 실현될 수 있는, 백색광원의 사용 방법 및 백색광원을 제공한다. 실시 형태에 따르면, 백색광원의 사용 방법이 제공된다. 백색광원이, 사람의 시세포 가운데, 내인성 광감수성 망막 신경절 세포(ipRGC), L추체, M추체의 시세포에 조사하는 자극 광량을 각각 멜라노픽 방사 조도, L-콘 오픽 방사 조도, M-콘 오픽 방사 조도로 하여, 상기 자극 광량의 비율을 하기 식(1)로 나타낼 때, 백색광원의 발광 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 A, 해당 백색광원과 동일한 색온도의 흑체 복사의 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 B로 했을 때, 하기 식(2)를 만족하는 백색광원의 발광 강도를 변화시키는 것으로, ipRGC에 조사하는 자극 광량을 정량적으로 변화시킨다. 멜라노픽 방사 조도 / (L콘 오픽 방사 조도 + M콘 오픽 방사 조도) (1) 0.88≤A/B≤1.11 (2)

Description

백색광원의 사용 방법 및 백색광원
본 발명의 실시 형태는, 백색광원의 사용 방법 및 백색광원에 관한 것이다. 백색광원의 사용 방법으로서 본 발명의 방법을 채용하면, 사람에게 있어 쾌적한 조명 환경을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 사람이 가지는 일일 리듬을 적정하게 유지하여 건강의 유지 증진에 기여할 수가 있다.
정보 단말등의 발전에 수반해, 최근에는 장시간에 걸쳐 눈을 혹사할 기회가 증가하고 있다. 시간이나 장소를 가리지 않고 스마트폰의 화면을 직시하거나, 실내에 있는 경우에서도, 밝게 비추어진 조명광 아래에서 밤 늦게까지 PC 등의 정보 기기의 조작을 하고 있다. 이와 같은 생활 스타일의 진전은, 편리한 반면, 부정적인 면도 만들어내고 있다. 예를 들면 조명광에 의한 블루 라이트의 위험 문제이다. 이것은, 취침전에 장시간 조명을 사용했을 때에, 잠드는 것이 늦고 충분한 수면 시간이 확보되지 않게 되는 등의 현상이다. 조명광 중에 포함되는 강한 청색 성분의 빛에 의해, 눈이나 뇌가 자극을 받아 사람이 가지는 일일 리듬에 혼란이 발생함으로써 일어나는 것이다.
근래에 들어, 상기의 문제가 발생하게 된 요인은 앞서 기재한 생활방식의 변화가 하나. 그리고 다른 하나는 조명 광원의 문제가 있다.
최근에는, 조명 광원으로 LED를 사용하는 것이 주류가 되고 있다. 청색 LED가 개발되어 시장에 등장하자, 백열전구나 형광등이 시장으로부터 사라지기 시작해 현재로부터 장래에 걸쳐, LED 조명이 압도적인 지위를 차지하는 상황에 있다. LED가 기존의 조명 광원에 옮겨져 온 이유는, 형광등과 같이 유해한 수은가스를 사용하지 않아 안전성이 높고, 백열전구와 같이 단기간에 소모되는 일이 없으며, 게다가 소비전력이 적다는 특징을 가지고 있기 때문이다. 그러나 현재의 LED 조명이 모든 점에서 기존 광원보다 뛰어난 것은 아니다. 백열전구 사용이 주류였을 때는 블루 라이트 위험과는 전혀 무관한 세계였다. 당시와 지금은 당연히 생활양식은 다르지만 그에 더하여 큰 차이가 있다. LED 광원의 발광 스펙트럼 분포는 백열전구와 크게 다른 것이다. 백열전구는 필라멘트가 고온으로 가열됨으로써 빛을 발하는 것으로 모든 파장성분의 빛을 포함한 유연한 곡선형상의 발광 스펙트럼을 나타낸다는 특징이 있다. 그리고 백열전구에서 나오는 백색 발광을 한정된 파장 범위에 한정하여 관찰했을 때 특정 파장 성분의 빛이 극단적으로 많이 포함되거나 다른 파장 성분이 극단적으로 부족하지는 않았다.
한편 LED의 발광은 반도체 재료의 내부에서 발열을 수반하지 않고 전기에너지가 빛으로 변환되는 것이며, 이러한 LED에 의한 발광 스펙트럼의 큰 특징은 어느 특정 파장에 날카로운 발광 피크를 갖는 스펙트럼 형상을 나타내는 것이다. 현재 시판되고 있는 제품으로 백색 발광을 나타내는 광원은 LED와 형광체의 발광을 조합해 백색광을 합성하고 있지만 백색 발광의 청색 성분은 LED에 의한 직접광을 사용하는 것이 주류이다. 이 타입의 LED 광원에서는, 전체적으로 평탄한 형상의 발광 스펙트럼중에서, 특정 파장의 청색 발광만이 돌출한 스펙트럼 형상을 나타내고 있다. 빛의 삼원색이 적·녹·청으로 불리듯이, 백색광의 발광 스펙트럼에는, 청색 발광 성분은 일정 비율로 반드시 포함되어 있다. 그렇지만, 가장 바람직한 백색 발광 스펙트럼은, 특정의 발광색 성분에 치우치지 않고, 각 발광 성분이 밸런스 좋게 포함되어 있는 것이다. 한편 앞에서 기술한 LED 광원의 경우 청색광의 총량은 통상의 백색광과 다르지 않지만 특정 파장의 청색광이 극단적으로 많고 그 밖에 파장 성분의 청색광이 적은 요철 형상의 스펙트럼 분포를 갖는 것이다.
그런데, 인체의 일일 리듬은, 인체가 받는 청색광의 강도에 영향을 받는다고 알려져 있으나, 인체에 수용되는 청색광의 광량도 청색 파장에 모두 균등한 것은 아니다. 인체 수용 절정과 청색 LED의 발광 피크 파장은 거의 가까운 위치에 있기 때문에 LED 조명을 사용할 경우 인체는 강한 청색 빛을 받게 된다. 즉 LED광이나 태양광, 심지어 백열전구로부터 같은 색온도의 백색광을 받을 경우 인체는 어떤 광원으로부터도 같은 백색광을 받았다고 느끼지만 실제로는 LED 광원에서 받는 청색광의 자극은 태양광이나 백열전구보다 훨씬 강한 자극을 받게 된다. 이와 같은 특정 파장이 강한 청색광이 LED 조명에서 블루 라이트 위험이 발생하는 요인이 되고 있다.
이상과 같이 조명광에 의한 블루라이트 위험의 문제를 없애기 위해 조명광의 발광 스펙트럼 특성 개선이 급선무가 되고 있다. 청색광을 포함한 백색 발광 전체의 스펙트럼 분포에 대해서, 바람직한 스펙트럼 형상이 어떠한 것인지 불분명하다. 또한 블루라이트 위험 중에서도 일일 리듬의 혼란을 방지하기 위해서는 시간의 경과에 맞추어 발광 스펙트럼 특성을 선택할 수 있는 것이 중요해지지만 실외의 광환경이나 사람들의 생활 스타일에 대응하는 바람직한 스펙트럼 형상에 대해서도 불분명하다.
이하 2건의 특허문헌에서는, 생활 리듬이나 환경 변화에 맞추어, 밝기나 발광색을 변화할 수 있는 조명 장치가 개시되고 있다. 특허문헌 1에서는 하루의 생활 리듬과 환경 변화에 따라 색온도와 조도를 미리 설정된 조건으로 자동 제어할 수 있는 조명장치 시스템이 개시되어 있다. 또 특허문헌2에서는 실외 환경의 변화를 실내에서 재현할 수 있는 조명 시스템이 개시되어 있다. 그렇지만, 이러한 문헌에서 다루고 있는 환경변화란 인용문헌 1에서는 광원의 색온도와 조도를 시간 단위나 반나절 단위로 전환해 대응할 수 있는 것으로, 인용문헌 2에서는 일출과 일몰 시간대에만 태양광의 변화를 채택한 것으로 전혀 충분한 것이 아니었다. 게다가 조명 광원에는 형광등이나 LED, 나아가 유기EL 등이 사용되고 있어 엄밀하게 컨트롤 할 수 있는 특성은 색온도뿐이었다. 따라서 사람의 일일 리듬을 알맞게 유지하거나, 블루 라이트 위험 등을 방지할 수 있는 조명광의 발광 스펙트럼 형상이나 그 사용 방법이 어떠한 것인지에 대해서는 일절 알지 못한다.
[선행 기술 문헌]
[특허 문헌]
[특허 문헌 1]특개 2011－23339호 공보
[특허 문헌 2]특개 2015－106515호 공보
본 발명은, 사람에게 쾌적한 조명 환경을 제공하는 것과 동시에, 빛을 받는 것에 의해, 사람이 가지는 일일 리듬을 적정하게 유지할 수 있으며 건강의 증진에도 기여할 수 있는 조명빛의 실현을 과제로 하고 있다. 이 때문에 조명광이 인체에 미치는 작용효과를 충분히 조사 검토하는 것으로, 종래의 조명 광원과 그 사용방법에 대해서, 보다 본질적인 개선을 목표로 한 것이다.
　본 발명은 발광 스펙트럼의 형상 변화가 인체에 미치는 작용 효과에 주목해 검토하는 것으로, 일일 리듬의 정밀한 컨트롤과 쾌적성을 갖춘 조명을 일반 가정 등의 생활터에서 안전하고 쉽게 실현할 수 있는 백색광원의 사용방법 및 백색광원을 제공하는 것이다.
사람의 수면과 α오픽 방사 조도의 관계를 조사한 결과 백색광원인 α오픽 방사 조도에는 사람의 수면에 미치는 효과로서 색온도마다 최적치가 있고, 최적치에는 어느 정도 차이가 있는 것으로 밝혀졌다. 사람에게 양호한 수면효과를 주는 백색광원으로 각 색온도의 최적값인 α오픽 방사 조도를 연결하는 직선상의 수치와 직선 양쪽의 일정범위 안에 낀 영역 내의 수치를 나타내는 광원이 가장 바람직한 범위임을 발견했다.
상기에 의해 본 발명의 바람직한 범위를 특정할 수 있었지만, 광원의 사용방법으로서 상기한 비율을 이용해 관리하는 것은, 일반 조명의 특성 관리 지표로서 불편한 것이다. 색온도마다 최적범위가 미세하게 변화하기 때문에 일일이 수표테이블과 대조하면서 색온도가 다른 백색광원을 구분해서 사용할 필요가 생기기 때문이다. 따라서 본 발명의 광원 사용방법으로서 바람직한 α오픽 방사 조도 비율의 범위를 각 색온도의 최적값으로 규격화하는 방법을 발안했다. 각 색온도의 최적값의 연색평가수(Ra)를 확인하면 모두 100에 가까운 값을 나타내기 때문에 Ra가 100에 상당하는 각 색온도의 흑체복사가 나타내는 α오픽 방사 조도의 비율을 계산하여 얻은 값을 규격화의 기준값으로서 발안하는 것으로 했다.
사람에게 양호한 수면 효과를 주는 백색광원으로서 본 발명으로 발견된 바람직한 특성 범위는 다음과 같이 표현할 수 있다.
0. 88≤A/B≤1. 11
위 식에서 A는 백색광원, B는 백색광원과 같은 색온도의 흑체복사, 각각의 α오픽 방사 조도의 비율(L콘 오픽 방사 조도/(L콘 오픽 방사 조도 + M콘 오픽 방사조도))을 나타낸다.
실시 형태에 따르면 2500K이상 10000K이하의 범위의 상관색온도의 빛을 발하는 백색 광원의 사용 방법이 제공된다. 백색 광원이 사람의 시세포 중 내인성 광감수성 망막 신경절 세포(ipRGC), L추체, M추체의 시세포에 조사하는 자극 광량을 각각 멜라노픽 방사 조도, L콘 오픽 방사조도, M콘 오픽 방사 조도로 하여, 상기 자극 광량의 비율을 하기 식(1)로 나타낼 때, 전술한 백색 광원의 발광 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 A, 해당 백색 광원과 동일한 색 온도의 흑체 복사의 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 B라고 할 때 하기 식(2)를 만족하는 백색 광원의 발광 강도를 변화시킴으로써 ipRGC에 조사하는 자극 광량을 정량적으로 변화시키는 백색 광원의 사용 방법.
(수학식 1)
멜라노픽 방사 조도 / (L콘 오픽 방사 조도 + M콘 오픽 방사 조도) (1)
0. 88≤A/B≤1. 11 (2)
또 실시 형태에 따르면 2500K 이상 10000K 이하 범위의 상관 색온도의 빛을 내는 백색광원이 제공된다. 백색광원이 사람의 시세포 중 ipRGC, L추체, M추체의 시세포에 조사하는 자극광량을 각각 멜라노픽 방사 조도, L콘 오픽 방사 조도, M콘 오픽 방사 조도로 하여, 상기 자극 광량의 비율을 하기 식(1)로 나타낼 때, 상기 백색광원의 발광 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 A, 해당 백색광원과 동일한 색온도의 흑체 복사의 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 B로 했을 때, 하기 식(2)를 만족한다. (수학식 2)
멜라노픽 방사 조도 / (L콘 오픽 방사 조도 + M콘 오픽 방사 조도) (1)
0. 88≤A/B≤1. 11 (2)
또 실시 형태에 따르면 2500K 이상 10000K 이하의 범위의 상관 색온도의 백색광을 발하는 백색 광원이 제공된다. 백색 광원은 기판과, 기판의 표면에 마련된 수납부와, 기판 표면 또는 뒷면에 배치된 전극과 기판의 표면 또는 뒷면에 배치된 배선 패턴과 수납부 내에 전극 또는 배선 패턴과 전기적으로 연결된 상태로 배치된 1개 이상의 GaN계 LED칩과, 수납부 내에, 상기 LED칩의 주위를 직접적 또는 간접적으로 피복하도록 배치된 발광색이 다른 여러 종류의 형광체를 포함하는 형광체층을 구비한다. 백색 광원이 사람의 시세포 중 ipRGC, L추체, M추체의 시세포에 조사하는 자극 광량을 각각 멜라노픽 방사 조도, L콘 오픽 방사 조도, M콘 오픽 방사 조도로 하여, 상기 자극 광량의 비율을 하기 식(1)로 나타낼 때, 상기 백색 광원의 발광 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 A, 해당 백색 광원과 동일한 색 온도의 흑체 복사의 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 B라고 할 때 하기 식(2)를 만족한다.
(수학식 3)
멜라노픽 방사 조도 / (L콘 오픽 방사 조도 + M콘 오픽 방사 조도) (1)
0. 88≤A/B≤1.11 (2)
본 발명에서 발견한 α오픽 방사 조도의 범위는 사람의 일일 리듬을 적정하게 유지하고 건강증진 등에 기여한다. 그러나 α오픽 방사 조도의 수치의 의미를 이해하기 위해서는 의학적인 지식을 필요로 하기 때문에 조명광원 이용자가 α오픽 방사 조도의 수치를 직접 이용하여 최적의 조명광원을 선택하기는 어렵다. 이에 대해 본 발명에서 도입한 A/B 비율이라면 목적에 맞는 색온도의 광원을 결정하는 것만으로 색온도에 대응한 최적의 광원을 쉽게 선택할 수 있다. 따라서 생활패턴 등에 맞춰 적절한 색온도의 광원을 사용하면 사람의 일일 리듬이 흐트러지는 것을 방지하거나 개선되는 효과를 기대할 수 있다.
또한 본 발명은 고연색 백색조명을 제공할 수도 있다. 본 발명의 광원은 사람에게 있어서 최적의 조명광원의 범위를 흑체복사의 발광특성을 기준으로 정한 것으로, 본 발명의 광원을 흑체복사의 발광특성에 맞춘 것은 아니다. 그러나 A/B 비율을 일정 범위 이내로 한정해야 100에 가까운 고연색 특성을 구체화할 수 있다.
　따라서 본 발명의 광원 사용방법을 활용함으로써 쾌적성을 갖추고 건강 유지 증진에도 기여할 수 있는 조명광을 제공할 수 있다.
도 1은 기판 위에 선형으로 배열된 LED 칩 열을 나타내는 도면이다.
도 2는 LED 모듈의 외관을 나타내는 도면이다.
도 3은 LED 모듈에 있어서의 배선과 LED 칩 배열을 나타내는 도면이다.
도 4는 LED 모듈의 단면을 나타내는 도면이다.
도 5는 복수의 LED 칩의 주위를 피복하는 형광체층을 나타내는 단면도이다.
도 6은 복수의 LED 칩을 피복하는 형광체층과 투명 수지층의 관계를 나타내는단면도이다.
도 7은 복수의 LED 칩을 피복하는 형광막과 투명 수지층의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 8은 단수의 LED 칩을 피복하는 형광막과 투명 수지층의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 사용되는 녹색 형광체의 여기 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 사용되는 적색 형광체의 여기 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 12는 5 종류의 시세포에 대한 작용 곡선을 나타내는 도면이다.
도 13은 백색광원의α오픽 방사 조도의 스펙트럼 곡선을 나타내는 도면이다.
도 14a는 그룹 1－3에 대해, 멜라토닌 분비량의 일일변화를 나타내는 그래프이다.
도 14b는 그룹 1－3에 대해, 수면의 질에 관한 주관 평가와 α오픽 방사 조도 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14c는 그룹 1－3에 대해, 수면 시간중의 각성 횟수를 나타내는 그래프이다.
도 15a는 그룹 4－6에 대해, 멜라토닌 분비량의 일일변화를 나타내는 그래프이다.
도 15b는 그룹 4－6에 대해, 수면의 질에 관한 주관 평가와 α오픽 방사 조도 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15c는 그룹 4－6에 대해, 수면 시간중의 각성 횟수를 나타내는 그래프이다.
도 16a는 그룹 7－9에 대해, 멜라토닌 분비량의 일일변화를 나타내는 그래프이다.
도 16b는 그룹 7－9에 대해, 수면의 질에 관한 주관 평가와 α오픽 방사 조도 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16c는 그룹 7－9에 대해, 수면 시간중의 각성 횟수를 나타내는 그래프이다.
도 17는 α오픽 방사 조도와 수면의 질과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 멜라토닌 분비량의 일일변화와 α오픽 방사 조도 비율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19a는 양호한 수면의 질을 주는 α오픽 방사 조도 비율의 범위를 나타내는 도면이다.
도 19b는 도 19a에 나타낸 결과와 A/B비율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 색온도가 다른 흑체 복사의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 21a는 3000 K의 흑체 복사의 스펙트럼 곡선을 나타내는 도면이다.
도 21b는 흑체 복사의 α오픽 방사 조도의 스펙트럼 곡선을 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 백색광원의 A/B비율의 상한과 하한을 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 백색광원의 장치 구성을 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 백색광원의 조광·조색 기능을 설명하는 도면이다.
도 25는 실시예 1의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 26은 실시예 2의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 27은 실시예 3의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 28은 실시예 4의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 29는 실시예 5의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 30은 실시예 6의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 31은 실시예 7의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 32는 실시예 8의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 33은 비교예 1의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 34는 비교예 2의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 35는 비교예 3의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 36은 비교예 4의 백색광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 37은 일일 리듬 조사 대상자의 시험 실시일의 타임 스케줄을 나타내는 도면이다.
도 38은 3월의 요코하마시내에서 태양광의 일출부터 일몰까지의 발광 특성의 변화를 나타낸 도면이다.
도 39는 실험 참가자의 타액중에 포함되는 멜라토닌 농도의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 40은 수면 상태의 주관 평가에 관한 앙케이트 결과를 정리한 도면이다.
도 41은 수면중의 각성 횟수에 관한 앙케이트 결과를 정리한 도면이다.
도 42는 잠에서 깨는 시간에 관한 앙케이트 결과를 정리한 도면이다.
도 43은 그룹 T1, T2에 대해, 수면 상태의 주관 평가 데이터와 A/B비율과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 44는 그룹 T1, T2에 대해, 수면중의 각성 횟수와 A/B비율과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 45는 그룹 T1, T2에 대해, 눈을 뜨고 시각의 데이터와 A/B비율의 관계를 모은 도면이다.
도 46은 그룹 E1와 E2에 대해, 수면 상태의 주관 평가 데이터와 A/B비율과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 47은 그룹 E1와 E2에 대해, 수면중의 각성 회수와 A/B비율과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 48은 그룹 E1와 E2에 대해, 눈을 뜨는 시간의 데이터와 A/B비율의 관계를 정리한 도면이다.
도 49는 본 발명의 LED 칩을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 50은 본 발명의 다른 형태의 LED 칩을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 51은 본 발명의 일실시 형태에 의한 발광 디바이스를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
(LED 모듈)
본 발명의 백색광원의 기본 구성은 LED모듈이다. LED모듈은 기판과, 기판 위에 배치된 LED칩과 LED칩 주위를 덮도록 형성된 형광체층 및 LED와 기판외부의 구동회로 또는 구동전원을 전기적으로 접속하기 위한 전극 및 배선패턴 등을 구비한다.
(기판)
기판에는 수지, 금속, 세라믹스가 재료로 사용된다. 수지 재료로는 폴리에터이미드, 폴리이미드, 액정 폴리머, 에폭시, BT레진(비스말레이미드 트리아진 수지), 실리콘 등의 사용이 바람직하다. 세라믹 재료로는 질화규소, 질화알루미늄, 알루미나, 지르코니아, 유리 세라믹 등이 바람직하다. 또 금속재료로는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 스테인리스, 마그네슘 합금, 철 등을 들 수 있다. 이러한 재료 중 어느 것을 사용하는가에 대해서는 열전도성, 자외에서 보라색 범위의 빛에 대한 내성, 절연성, 반사율, 비용 등, 기계적 강도나 기계가공의 용이성 등을 종합적으로 판단해 선택하는 것이 바람직하다. 또 기판을 구성하는 재료의 종류는 1종류 또는 2종류 이상으로 할 수 있다.
기판의 표면에는, 광 추출 효율의 관점에서 반사층이 형성되는 것이 바람직하다. 반사층은 바인더내에 무기입자를 분산해서 기판표면에 도포해도 된다. 무기입자로서는 산화알루미늄, 산화지르코니아, 산화티타늄 및 산화바륨 등의 백색분말을 사용하는 것이 가능하다. 또 기판의 표면에, 예를 들면 인쇄법이나 증착법에 의해 알루미늄이나 은으로 이루어진 박막을 형성해도 좋다. 이 경우 금속반사막 등의 반사층 표면의 적어도 일부를 투명절연막으로 피복해 두는 것이 바람직하다.
반사층은, 상기 어느 방법을 이용해 형성해도 좋지만, 광반사율을 90% 이상으로 할 필요가 있으며, 가능한 한 광반사율이 높은 재료나 막 형성 방법을 선택하는 것이 바람직한다.
이상은 일반적인 기판재료에 관한 사례이지만, 본 발명의 백색광원에서는 반사막을 가진 리드프레임을 기판으로 사용해도 좋다. 이 경우 리드 프레임의 표면은 수지로 몰딩되어 있어 수지 중에 반사재를 첨가함으로써 반사막으로 이용할 수 있다. 수지 재료로는 실리콘 수지 혹은 에폭시 수지 등, 반사재로는 산화알루미늄 등의 무기 분말을 사용할 수 있다.
　덧붙여 이 발명에서는, 기판의 표면에 분포 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector, DBR)를 적용할 수 있으며, 상기 분포 브래그 반사기는 굴절률이 다른 적어도 2개의 절연재료를 교대로 적층해서 형성할 수 있다. 상기 절연물질로서는 산화실리콘, 산화티타늄 또는 산화니오브 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 기판의 표면에 분포 브래그 반사기를 이용할 경우, 분포 브래그 반사기를 구성하는 절연재료의 조합이나 절연물질 사이의 두께를 제어함으로써 목표파장의 반사율 제어를 용이하게 할 수 있으며, 이를 통해 광효율을 향상시키는 것이 가능하다.
(LED 칩)
본 발명의 백색광원으로 사용되는 LED의 예는, 발광 피크 파장이 360 nm 이상 470 nm 이하인, 자외 또는 보라색 중의 적어도 하나에서 발광하는 LED, 청색 발광 LED를 들 수 있다. LED 재료에 대해서는 자외, 보라, 청색 중 적어도 어느 하나에서 발광하는 재료라면 어떤 재료를 사용해도 무방하지만 예를 들어 GaN 계의 InGaN, GaN 또는 AlGaN 등을 사용할 수 있다. 도 49를 참조하면, 본 발명의 LED칩(80)은, 기판(81)상에 차례로 형성된 n형 반도체층(82), 활성층(83)과 p형 반도체층(84)을 포함할 수 있다. 필요에 따라 상기 기판(81)과 n형 반도체층(82) 사이에 완충층(도시하지 않음)을 개입시켜도 된다.
　상기 기판(81)은 성장기판일 수 있으며, 가령 사파이어, 실리콘, 탄화규소 및 GaN기판 등을 사용할 수 있다. 필요에 따라 상기 기판의 성장면 또는 그 이면에 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 위의 n형 반도체층(82)은 AlInGaN계 물질을 사용할 수 있으며 Si가 그 내부로 도핑될 수 있다. 또, 상기 n형 반도체층(82)은, 단일의 층으로 형성될 수 있지만, 필요에 따라서, 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어 n형 전극(86)과 오믹 컨택하는 n형 콘택트층, n형 전자주입층과 후술하는 활성층에 인접하여 형성되는 초격자층(Superlattice, SLs)으로 구성될 수 있다. 상기 활성층(83)은, 상기 n형 반도체층(82)으로부터의 전자와 p형 반도체층(84)으로부터의 정공이 재결합하는 영역에서는, 단일 양자 우물 구조(Single Quantum Well, SQW) 또는 다중 양자 우물 구조(Multi Quantum Well, MQW) 등의 구조로 사용할 수 있다. 상기 다중 양자 우물 구조는 우물층과 우물층보다 밴드갭이 큰 장벽층을 교대로 적층해 형성할 수 있다. 이때 반복 적층 횟수는 크게 제한되지 않는다, 예를 들어 2회에서 10회 반복 적층이 가능하다. 상기 우물층은 예를 들어 InGaN을 사용할 수 있으며 상기 장벽층은 GaN, InGAN 또는 AlGAN 중 적어도 1개를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 장벽층은, 다른 밴드갭을 가지는 적어도 2개 이상의 층을 조합해 사용하는 것이 가능하다.
　본 발명에서는 다중 양자 우물 구조를 사용하고 있는 경우는 각각의 우물층이 동일한 밴드갭을 가지는 같은 피크 파장의 빛을 방출할 수 있지만 각각의 우물층의 밴드갭이 달라서 각각의 우물층에서 방출되는 광 피크 파장을 바꿀 수도 있다. 예를 들어 우물층의 조성이 InGaN인 경우에는 In의 함유량을 우물층별로 변경하여 우물층마다 다른 피크 파장의 빛을 방출할 수 있다. 상기 p형 반도체층(84)은 AlInGaN계 물질을 사용할 수 있으며 Mg가 그 내부에 도핑 될 수 있다.　
　상기 p형 반도체층(84)은, 단일의 층으로 형성되는 일이 있지만, 필요에 따라서, 복수의 층으로 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어 활성층에 인접하여 형성된 전자 차단층(Electron Blocking Layer, EBL), 정공주입층과, p형 전극(85)과 오믹 콘택하는 p형 콘택트층을 포함할 수 있다. 전자 차단층은 정공에 비해 상대적으로 이동속도가 빠른 전자를 활성층에 가두기 위해 상대적으로 밴드갭이 큰 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들어 AlGaN 또는 AlInGaN으로 형성할 수 있다.
　도 50을 참조하면, 본 발명의 LED칩(90)은 플립칩 타입으로 할 수 있으며, 이때 성장기판(91)이 칩의 상면을 형성해서 광추출면으로 사용할 수 있다. 이렇게 플립칩 타입의 칩이 사용되는 경우에는 상기의 성장기판은 제거될 수 있고 성장기판이 제거된 반도체층의 표면에 PEC 식각 등을 이용하여 조면화된 표면을 형성할 수 있다. 이 조면화된 표면은 LED칩에서 방출되는 빛의 표면 전반사를 줄여 광 추출 효율을 크게 높일 수 있다.
　본 발명의 LED칩(90)은, 기판(91) 상에 차례로 형성된 n형 반도체층(92), 활성층(93)과 p형 반도체층(94)를 포함할 수 있다. 필요에 따라 상기 기판(91)과 n형 반도체층(92) 사이에 완충층(도시하지 않음)을 개입시켜도 좋다. 상기 기판(91)은 성장기판일 수 있으며, 가령 사파이어, 실리콘, 탄화규소 및 GaN기판 등을 사용할 수 있다. 필요에 따라 상기기판의 성장면 또는 그 이면에 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 위의 n형 반도체층(92)는 AlInGaN계 물질을 사용할 수 있으며 Si가 그 내부로 도핑될 수 있다. 또, 상기 n형 반도체층(92)은, 단일의 층으로 형성될 수 있지만, 필요에 따라서, 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어 n형 전극(96)과 오믹 컨택하는 n형 컨택층, n형 전자주입층과 후술하는 활성층에 인접해서 형성되는 초격자층(Superlattice, SLs)으로 구성될 수 있다. 상기 활성층(93)은, 상기 n형 반도체층(92)으로부터의 전자와 p형 반도체층(94)로부터의 정공이 재결합하는 영역에서는, 단일 양자 우물 구조(Single Quantum Well, SQW) 또는 다중 양자 우물 구조(Multi Quantum Well, MQW) 등의 구조로 사용할 수 있다. 상기 다중 양자 우물 구조는 우물층과 우물층보다 밴드갭이 큰 장벽층을 교대로 적층해 형성할 수 있다. 이 때 반복적층회수는 크게 제한되지 않는다, 예를 들어 2회에서 10회 반복적층이 가능하다. 상기 우물층은 예를 들어 InGaN을 사용할 수 있으며 상기 장벽층은 GaN, InGaN 또는 AlGaN 중 적어도 1개를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 장벽층은, 다른 밴드갭을 가지는 적어도 2개 이상의 층을 조합해 사용하는 것이 가능하다.
　본 발명에서는 다중 양자 우물구조를 사용하고 있는 경우에는 각각의 우물층이 같은 밴드갭을 가지고 같은 피크 파장의 빛을 방출할 수 있는데, 각각의 우물층의 밴드갭이 다른 것으로서 각각의 우물층에서 방출되는 광 피크 파장을 바꿀 수도 있다. 예를 들어 우물층의 조성이 InGaN인 경우에는 In의 함유량을 우물층별로 변경하여 우물층마다 다른 피크 파장의 빛을 방출할 수 있다.
　상기 p형 반도체층(94)은 AlInGaN계 물질을 사용할 수 있으며 Mg가 그 내부에 도핑될 수 있다. 상기 p형 반도체층(94)은, 단일의 층으로 형성되는 일이 있지만, 필요에 따라서, 복수의 층으로 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어 활성층에 인접하여 형성된 전자 차단층(Electron Blocking Layer, EBL), 정공주입층과, p형 전극(95)과 오믹 컨택하는 p형 콘택트층을 포함할 수 있다. 상기 전자 차단층은 정공에 비해 상대적으로 이동속도가 빠른 전자를 활성층에 가둬두기 위해 상대적으로 밴드갭이 큰 물질로 형성하는 것이 가능하며, 예를 들어 AlGaN 또는 AlInGaN으로 형성 가능하다. 본 발명의 LED칩(90)은 도 50과 같이 서브마운트 기판(97)에 플립 본딩될 수 있다.
본 발명의 광원에서는, 백색 발광중에 차지하는 멜라노픽 방사 조도의 강도 범위를 일정치 이내에 억제하는 것이 중요하게 되지만, ipRGC내에 포함되는 멜라놉신의 광수용 응답은, 청색 파장역에서 가장 높기 때문에, 이 파장역의 스펙트럼 형상을 엄밀하게 컨트롤 할 수 있는 것이 중요하게 된다. 그런데, LED의 발광 피크는, 특정 파장에 날카로운 발광 피크를 가지는 스펙트럼 형상이기 때문에, LED의 발광 피크 파장이 앞에서 본 청색 파장대에 일치하면, 발광 강도가 과대해져, 일일 리듬에 악영향을 미칠 수도 있다. 이러한 관점에서는, 자외에서 보라색까지 중 하나에서 발광하는 LED와 형광체 발광을 조합하여 백색발광을 얻는 것이 바람직하다. 이 조합에 따르면 보라색 이하의 단파장에 LED, 청색 이상의 장파장에 형광체의 발광을 이용할 수 있다. 이 때 형광체의 발광은 LED보다 평탄한 발광 스펙트럼 형상을 나타내면서 동시에 스펙트럼 형상의 종류를 다양하게 바꿀 수 있어 청색광이나 백색광의 스펙트럼 형상을 보다 엄밀하게 컨트롤할 수 있기 때문이다.
스펙트럼 형상을 중시하는 경우에는 자외 혹은 보라색 LED를 이용하는 것이 유리하지만 밝기(소비전력)를 중시하는 경우에는 청색 LED를 이용하는 것이 좋다. LED 자체의 발광 효율은, 청색 발광 LED가 자외 혹은 보라색 발광 LED보다 현격히 우수하기 때문이다. 다만, 그 경우에는 과대한 청색발광을 눈에 띄지 않게 하는 궁리가 필요하고, 그것을 위한 한 방법으로 여러 개의 LED칩을 사용하는 방법이 있다. LED칩의 가장 일반적인 사용법은 단일 피크 파장의 LED칩을 여러 개 사용하는 것이지만, 본 발명 용도에서는 발광 피크 파장이 다른 LED칩 여러 개를 조합했다. 이때 LED칩 한 개는 다른 LED칩의 발광 피크 파장에 비해 약 10nm 이상의 큰 발광 피크 파장을 가질 수 있다. LED에 의한 청색광과 청색광의 일부에 의해 여기되어 발광하는 형광체의 녹색광이나 적색광을 조합해 백색광을 얻는 경우, LED와 형광체 사이에, 발광 스펙트럼의 틈새나 골이 생기기 쉬워진다. LED 발광이 형광체 발광으로 변환될 경우 원리적으로 더 강한 에너지에 여기되어 더 약한 에너지의 빛으로 변환된다. 따라서 같은 파장의 빛에 여기되어 같은 파장의 빛이 생기지 않으며 반드시 단파장의 빛에서 장파장의 빛으로 변환되는 것이며 게다가 에너지의 변환은 손실을 수반하므로 변환 전과 변환 후의 파장간에 갭이 생기게 된다.이 경우 LED의 발광 스펙트럼 형상이 폭넓은 파장대에서 발광하는 브로드한 형상이라면 여기 스펙트럼과 발광 스펙트럼에 겹침이 생기는 경우가 있지만 LED의 발광은 특정 파장에 한정된 날렵한 형상이기 때문에 LED와 형광체의 발광 파장 사이, 즉 청색과 녹색 사이(예를 들어 청록색)에 발광의 틈새나 골이 생기게 된다. 그리고 이러한 틈이 백색발광 스펙트럼 형상에서 LED의 발광만이 돌출하는 요인이 되어 인체의 일일 리듬에 악영향을 주게 된다.이 대책으로 파랑색 파장대 전부를 복수의 LED 발광으로 채우는 것으로, 스펙트럼 형상을 평탄화할 수 있다.
본 발명의 광원에서는 LED와 형광체의 다양한 조합을 이용할 수 있지만 청색 파장대의 스펙트럼 형상을 어떻게 평탄화하고 그 강도를 임의로 조정할 수 있도록 배려하는 것이 중요하다.
이 때문에 본 발명의 광원은 여러 LED칩을 여러 형광체와 조합해 사용할 수 있으며 여러 LED칩은 다른 피크 파장의 빛을 방출할 수 있다.
　또한 본 발명의 광원은 인접하여 피크파장을 갖는 형광체를 단일 피크파장을 갖는 LED칩과 조합하거나 여러 피크파장을 갖는 LED칩과 조합하여 사용할 수 있다.
(칩 배열 및 회로 구성)
　본 발명의 LED모듈(1)에서는 예를 들면 도 1에 나타나듯이 기판(2)의 표면상에 설치된 수납부(3)안에 다수의 LED칩(4)이 선 모양으로 배열될 수 있다. 기판(2) 상에 전극으로 도전부(5)가 형성되고 각 LED칩(4)이 전극과 연결되어 있다. 칩열은 한 줄 이상으로 할 수 있다. 사용 개수에 따라 여러 개의 칩열을 배열할 수 있다. 그 일례를 도 2~도 3에 나타낸다. LED 모듈(10)은 반사층을 겸한 알루미늄 기판(11)과 기판(11)의 표면의 댐(12)으로 둘러싸인 영역 내에 매트릭스 모양으로 배열된 LED칩(13)과 LED칩(13) 사이를 전기적으로 접속하기 위한 본딩배선(14)과, 본딩배선(14)와 전기적으로 접속된 본딩패드부(15)와, 기판(11)의 표면에 설치되어 본딩패드부(15)와 전기적으로 접속된 배선패턴(16)과, 배선패턴(16)과 전기적으로 접속된 전극(17)과, 댐(12)내에 충전되어, 복수의 LED칩(13)을 직접 덮는 형광체층(18)과, 기판(11)의 배선패턴(16)을 덮는 솔더 리지스트층(19)을 포함하는 것이다. 본딩 패드부(15) 및 전극(17)의 표면에는 Au 도금이 되어 있다. 위에서 설명한 바와 같이 예를 들어 도 3에서는 여러 개의 칩열이 매트릭스 형태로 배열되어 있다. LED칩은 가능한 한 고밀도로 배열되는 것이 바람직하나, LED칩간의 거리가 너무 가까워지면 LED칩끼리 LED발광의 상호흡수가 일어나기 때문에 바람직하지 않고, 연속점등시에 LED칩에 의해 발생하는 열의 방열을 촉진하기 위해서도 LED칩은 적당한 간격을 두고 배열하는 것이 바람직하다.
또한 칩의 배열은 선형이나 매트릭스 형태로 한정되지 않고, 물떼새 격자형 등으로 배열해도 마찬가지로 고밀도 배열로 할 수 있다. 도 3에서 각 LED칩은 와이어로 접속됨과 동시에 전극과 연결되어 있다. 전극은 특정 패턴을 가지며 기판상의 도전부를 겸하고 있다. 도전부의 재료로는 동, 은, 은합금, 금 등으로 이루어진 적어도 몇 개의 금속재료가 사용되며, 상기 금속재료 중 적어도 몇 개의 표면에는 부식 등을 방지하는 목적으로 Au막이 형성되는 것이 바람직하다. Au막은 인쇄법, 증착법 및 도금법 중 어느 것을 이용하여 형성해도 무방하다. 상기 전극부가 프리프레그와 금속박의 적층체로 구성되어 있어도 된다. 그리고 상기 전극의 최표면에는 상기절연성을 갖는 동시에 자외선에 대한 내열화특성이 뛰어난 백색 솔더 리지스트막이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 댐(12)은 상기 기판상에 수지로 형성할 수 있고 수지중에 반사소재를 첨가할 수 있다. 상기 수지 재료로는 실리콘 수지나 에폭시 수지등을 이용할 수 있으며, 상기 반사 소재로는 산화알루미늄, 산화티타늄 등의 무기분말을 이용하는 것이 가능하다.
LED를 전기적으로 접속하는 방법에 대해서, 상기에 대표적인 사례를 들었지만, 본 발명의 LED 모듈은, 상기에 한정되지는 않는다. 예를 들어 LED칩을 기판에 플립칩 본딩 할 수 있다. 이 경우 금속와이어로 접속하는 방법에 비해 실장 면적을 작게 할 수 있다는 이점이 있다. 칩의 열을 기판에 쉽게 전달할 수 있어 방열 특성 또한 뛰어나다.
　형광막(형광체층)
기판상의 LED칩 주위는 직, 또는 간접적으로 형광체층으로 피복될 수 있다. 도 4에 LED 모듈의 다른 예를 제시한다. LED 모듈(20)은 예를 들면 금속도전체로 이루어진 전극(21)과, 전극(21) 상에 형성된 LED칩(22)과, 전극(21)과 LED칩(22)간을 전기적으로 접속하는 본딩 배선(23)과, 전극(21) 상에 LED칩(22)을 직접 피복하도록 형성된 형광체층(24)과, 형광체층(24)의 주위를 둘러싼 수지 몰드(25)를 포함하는 것이다. 수지 몰드(25)는, 반사 부재를 겸하고 있어도 좋다. 형광체층의 배치 예는 도 5 ~ 도 8과 같다. 도 5 ~ 도 8에 예시되는 LED모듈에서는 복수개의 LED칩(32)이 기판(31) 상에 선 모양으로 배열되어 있다. 도 5와 같이 기판(31) 상의 LED칩(32)의 표면상에 직접 형광체층(33)을 형성해도 된다. 도 6과 같이 LED칩(32)의 주위를 형광체층(33)으로 피복한 후, 형광체층(33)의 주위를 투명수지층(34)으로 피복해도 된다. 이 경우 투명수지층은 형광체층을 외부로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 또, 본 발명의 형광체층과 투명수지층은, 같은 베이스 재료로 형성할 수 있지만, 필요에 따라서 다른 재료로 형성할 수 있다. 이와 같이, 다른 재료로 형성할 경우, 각 재료의 굴절률 차이에 따라 형광체층과 투명수지층의 계면에서 전반사를 일으킬 수 있다.이를 방지하기 위해 형광체층과 투명수지층의 계면을 곡면으로 형성할 수 있다(도 51 참조).
　도 51의 LED 디바이스(100)는 패키지 또는 모듈일 수 있다. 도 51의 LED 디바이스(100)는 서로 멀리 떨어져 배치된 2개의 리드(106), 상기 리드(106) 중 적어도 하나 위에 배치된 최소 2개의 LED 칩(101, 102), 및 상기 리드(106)를 고정하는 몰딩부(105)를 포함하며, 상기 몰딩부에는 상기 리드의 적어도 일부 및 상기 LED 칩을 노출할 수 있는 캐비티가 형성될 수 있다. 또 상기 캐비티 내 노출되 리드(106)와 LED 칩을 덮는 형광체층(103)과 투명수지층(104)을 포함하며, 상기 형광체층(103)과 투명수지층(104)의 순서는 필요에 따라 순서가 바뀔 수 있다. 상기 형광체층(103)과, 투명수지층)(104)은, 사용하는 수지 재료를 같게 만들 수도 있고, 다른 재료를 사용할 수도 있다. 상기 형광체층(103)과, 투명수지층(104)이 다른 재료일 경우에는 형광체층(103)과, 투명수지층(104)의 계면을 곡선상으로 형성함으로써 계면에서의 전반사를 저감시켜 광효율을 향상시킬 수 있다. 또, 도 51의 형광체층(103)은, 단일 층으로 표현했지만, 복수의 층으로 형성할 수도 있다. 예를 들어 형광체층(103)을 2개 이상 층으로 형성한 후 각각의 형광체 층으로 다른 형광체를 배치할 수 있다. 이 경우 열 열화 특성이 상대적으로 취약한 형광체를 칩에서 상대적으로 멀리 떨어뜨려 배치시킴으로써 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또, 도 7에 나타내는 것처럼, LED 칩(32)의 표면을 투명 수지층(34)으로 피복 한 후, 투명 수지층(34)의 거의 전면을 형광체층(33)으로 피복 해도 좋다. 통상, 형광체는, LED 칩으로부터 발생된 열에 의해 열화 할 가능성이 있어, 이와 같이 투명 수지층상에 형광체층을 피복 하면, 이것을 방지할 수가 있다. 더욱이, 도 5 ~ 도 7에서는 복수개의 LED 칩을 단일의 형광체층 혹은 투명 수지층으로 피복 하는 구조로 했지만, 도 8과 같이 단일의 LED 칩(32)을, 단일의 투명 수지층(34)으로 피복 해도 좋다. 또, 도 8에 대해, 단일의 투명 수지층(34) 대신에 단일의 형광체층(33)으로 LED 칩(32)을 직접 피복 해도 좋다.
또한 응용 예의 하나로서 단독 또는 복수의 LED 칩의 주위를, 투명 수지층으로 피복 해, 그 외측에 형광체층을 형성하며, 더욱 외측에 투명 수지층을 형성하는 적층 구조로 해도 좋다.
앞에서 본 여러 가지의 막구성에 대해, 투명 수지층을 형성하는 목적은, 발광 강도의 균일화이다. 복수개의 LED 칩이, 어느 패턴으로 배열되고 있는 경우, 기판상에는 LED 칩의 존재하는 개소와 존재하지 않는 개소가 공존한다. 이와 같은 패턴의 LED 칩의 주위를 형광체층으로 피복 했을 경우, LED 칩의 존재하는 부분에서는 발광 강도가 강하고, LED 칩의 존재하지 않는 부분에서는 발광 강도가 약해지기 때문에, 형광체층 전면에 걸치는 균일한 발광을 얻을 수 없게 된다. 이 때, 형광체층의 내면 또는 외면에 투명 수지층이 형성되고 있으면, 층 전체로 균일한 빛을 얻기 쉬워진다. 형광체층의 내면에 투명 수지층이 형성되고 있으면, LED로부터의 일차광이 투명 수지층내에서 산란되기 때문이다. 한편, 형광체층의 외면에 투명수지층이 형성되어 있으면, 형광체로부터의 2차광이 투명수지층내에서 산란되기 때문이다. 또한 LED 칩 개수가 여러 개가 아니라 한 개일 경우에도 같은 효과를 얻을 수 있다. LED 칩의 일반적인 형상은 직방체이지만 직방체의 각 면으로부터 발사되는 발광 강도는 동일하지 않고, 발사되는 방향에 의해서, 발광의 강도 분포가 생기고 있다. 따라서 LED칩 주위를 피복하는 형광체층의 내면 또는 외면에 투명수지층이 형성되어 있으면 LED칩이 여러 개인 경우와 마찬가지로 발광강도의 균일화를 도모할 수 있다.
또한 투명 수지층은 기술한 바와 같은 발광 특성의 개선 뿐만이 아니라, 형광막등의 보호를 목적으로 하여 작성되는 경우도 있다. 이 목적의 경우는, 형광막의 외면에 형성해, 형광막을 물리적, 화확적으로 보호할 수가 있다.
또한, 투명 수지층을 보호막으로서 이용하는 것은, 형광막의 보호로 한정되는 것은 아니다. 전극이나 배선 패턴과 전기적 접속하는 공정을 거친 후, LED 모듈 전체의 표면에 투명 수지막을 코팅 해, 보호막으로서 사용할 수도 있다.
상기한 투명 수지막은 수지만으로 형성해도 좋지만, 수지층 내부에 소량의 무기 화합물을 함유 시켜도 좋다. 특히 투명 수지막을 발광 강도의 균일화를 목적으로 형성하는 경우는, 수지층내에 미립자상의 무기 화합물 분말을 함유 시키는 것으로, 무기 미립자에 의한 광산란 효과를 얻을 수 있어 보다 한층 더 균일화를 할 수가 있다. 수지층 내에 함유 시키는 무기 재료 분말로는, 규산염 나노입자(건식 실리카) 혹은 침강성 실리카(습식 실리카) 등의 실리카 분말, 산화 알루미나 혹은 분쇄 알루미나 등의 알루미나 분말, 세륨 산화물, 산화 지르코늄 분말, 산화 티탄 분말, 티탄산 바륨 분말등의 금속 산화물 분말을 들 수 있다. 사용하는 무기 재료의 종류는 1 종류 또는 2 종류 이상으로 할 수 있다. 이들 중에서도, 실리카 분말 및 알루미나 분말은, 각각, 염가로 한편 미립자화가 용이하기 때문에, 투명 수지층안에 함유 시키는 무기 화합물 분말로서 바람직하다. 특히, 규산염 나노입자 및 산화 알루미늄은, 각각, 구상의 초미립자를 얻기 쉽기 때문에 적합하다.
입자 형상이 구인 경우는, 입자 표면에서 산란된 빛은 모든 방향으로 균일하게 산란되지만, 예를 들면 편평한 입자인 경우는, 투명 수지층내에서 입자끼리 일정 방향으로 줄서기 쉬워져, 산란된 빛의 방향으로 농담이 생길 우려가 있다.
또 무기 재료 분말의 최대 입자 지름은, 투명 수지층내를 통과하는 빛의 파장의 1/4 이하인 것이 바람직하다. 최대 입자 지름이 빛의 파장의 1/4 이하의 무기 화합물 분말을 이용하면, 투과 하는 빛이 적당히 산란되기 때문에, 광원에서 나오는 빛의 강도가 균일화되어, 빛의 배향성을 개선할 수가 있다. 최대 입자 지름이 빛의 파장의 1/4를 넘는 경우에는, LED 혹은 형광체에서 나온 빛이, 무기 재료의 미분말에 의해 반사되어 광원의 내부(LED 칩측)로 되돌아갈 확률이 높아진다. 무기 재료 분말의 최대 입경 지름의 하한치는, 산란 효과의 면에서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 극단적인 미립자를 공업적으로 얻는 것은 어렵고, 또 분말의 취급의 면에서도, 수nm보다 큰 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 수십 nm 이상이다.
상술한 바와 같은 무기 화합물 분말은, 투명 수지층에 0. 1 질량% 이상 5 질량% 이하의 범위에서 함유 시키는 것이 바람직하다. 투명 수지층 중 무기 화합물 분말의 함유량이 0. 1 질량% 미만이면, 무기 화합물 분말에 의한 빛의 산란 효과를 충분히 얻을 수 없을 우려가 있다. 한편, 무기 화합물 분말의 함유량이 5 질량%를 넘으면, 빛의 다중 산란등이 발생하기 쉬워져, 광원의 외부에 배출되는 빛이 감소할 우려가 있다. 투명 수지층안의 무기 화합물 분말의 함유량은 1 질량 %이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
형광체층에는, 투명 수지 재료가 함유 되어 있어도 좋다. 한편, 투명 수지층은, 투명 수지 재료를 주체로 하는 것이어도 좋지만, 형광체 혹은 무기 재료 분말 등의 타성분을 함유 하고 있어도 좋다. 이러한 투명 수지 재료로서는, 강도, 내열성 및 투명성을 만족하는 재료라면, 어떠한 재료를 사용해도 상관 없지만, 구체적으로는 실리콘 수지, 에폭시 수지등을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 형광체층에 형광체와 무기 재료 분말이 동시에 포함되는 경우에는, 형광체는, 수지내의 하부에 형성되어 무기 재료 분말은, 수지 전체에 균일하게 분포되는 것이 바람직하다. 이에 따르면 형광체에 의해 파장 변환된 빛의 확산 특성을 더욱 향상시킬 수가 있다. 특히 본 발명에서는, 투명 수지층을 자외 발광의 LED와 조합해 사용하는 경우에는, 자외광에의 내열화 특성이 뛰어나는 실리콘 수지를 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 에폭시 수지는 자외광 열화에 약하고, 장기간 사용하면 재료가 황변하여, 투명성이 손상되는 경우가 있다.
(형광체 재료)
본 발명의 효과를 발휘하는 발광 스펙트럼 형상을 얻기 위해 LED와 조합하는 형광체로서 청색 형광체, 청록색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체 및 적색 형광체중에서 2종 이상, 또 3종 이상을 조합하는 것이 바람직하다. 특히 3 종류 이상 6 종류 이하의 형광체를 조합하면, 가시광선 파장역의 전파장을 여러 형광체 발광으로 채울 수가 있어 고연색인 백색광을 얻을 수 있다
본 발명에서는, 멜라노픽 방사 조도에게 영향을 주는 파장역에 주위를 기울이면서, 스펙트럼 형상을 조정한 후, 전체적인 발광 스펙트럼 형상에 대해서는, 임의의 색온도 혹은, 임의의 편차를 가지는 백색광을 얻을 수 있도록 임의로 혼합함으로써, 목적의 백색 발광을 얻을 수 있다. 형광체는, 발광 피크 파장이 360 nm 이상 470 nm 이하의 LED에 여기되어 420 nm 이상 700 nm 이하의 범위에 발광 피크를 나타내는 형광체를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 각 형광체의 발광 피크 파장은, 서로 150 nm 이하, 또 10 nm 이상 100 nm 이하, 또 10 nm 이상 50 nm 이하로 어긋나 있는 것이 바람직하다. 즉, 어떤 피크 파장과 서로 이웃이 되는 피크 파장과의 거리가 150 nm 이하, 또 10 nm 이상 100 nm 이하, 또 10 nm 이상 50 nm 이하인 것이 바람직하다. 이러한 관계를, 형광체의 혼합물을 구성하는 적어도 2 종류의 형광체의 발광 스펙트럼이 만족하는 것이 바람직하다. 그리고, 형광체의 혼합물을 구성하는 적어도 1 종류의 형광체의 발광 스펙트럼의 반치폭은 50 nm 이상, 나아가 50 nm 이상 100 nm 이하로 넓은 것이 바람직하다. 이러한 조건을 만족하는 형광체를 사용함으로써, 각 형광체의 발광 스펙트럼이 다른 형광체의 발광 스펙트럼과 겹쳐지기 쉬워지고, 각 발광 스펙트럼간에 겹쳐지는 면적이 증대하는 것에 따라, 얻을 수 있는 혼합 백색광의 스펙트럼 곡선에서, 요철이 적은, 보다 평활한 스펙트럼 특성을 얻을 수 있다.
또, 발광 스펙트럼이 서로 겹치는 복수의 형광체를 사용함으로써, 장시간 연속 점등시의 발광색 변화를 억제할 수가 있다. 본 발명에서 사용되는 형광체 중에는, 폭넓은 흡수대를 가지는 형광체가 존재한다. 이와 같은 형광체는, 자외광이나 자색광으로 여기될 뿐만 아니라, 청색광이나 녹색광에도 동시 여기되어 녹색광이나 적색광에 발광할 수가 있다. 이러한 형광체에서, 발광 스펙트럼이 서로 겹치는 복수의 형광체를 사용하면, 형광체간의 재흡수나 이중 여기가 일어나기 쉬워져, 발광색 변화를 억제할 수가 있는 것이다. 예를 들어 녹색 형광체를 예를 들면, LED로부터 나오는 자외 혹은 자색광에 여기되어 녹색광으로 발광할 뿐만 아니라, LED에 의해 여기되고 청색광을 발하는 청색 형광체의 발광도 흡수해, 녹색으로 발광할 수가 있다. 즉 녹색 형광체는, LED와 청색 형광체의 2중 여기에 의해, 발광할 수 있게 된다. 일반적으로 인공의 백색광원에서는, 적·녹·청의 복수의 형광체의 발광을 장치 내부에서 혼합하는 것으로써, 백색광을 얻고 있다. 이와 같은 백색광원을 연속 점등했을 경우, 형광체의 밝음은, 시간이 지남에 따라 저하되는 것이 일반적이다. 이 때, 각 형광체의 밝음이, 같은 정도로 경시 변화 한다면, 얻을 수 있는 백색광의 색도는 변화하지 않게 된다. 그러나, 복수종의 형광체 가운데, 특정종의 형광체의 휘도 열화 속도가, 다른 여러 형광체의 휘도 열화 속도와 다르면, 얻어진 백색광에는 특정 성분의 발광에 과부족이 생겨 얻을 수 있는 발광색에 변화가 생기는 것이다. 그렇지만, 본 발명과 같이 상호 흡수나 이중 여기가 발생하면, 형광체간의 열화 속도가 평균화되어 특정의 형광체만이 휘도 저하하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 결과적으로 얻을 수 있는 백색광의 색도 변화가 적어지게 된다.
덧붙여 특정의 형광체에 대해, 어떤 파장으로 여기되어 어떤 파장으로 발광하는지는, 형광체의 여기 스펙트럼이나 발광 스펙트럼을 측정함으로써, 용이하게 확인할 수가 있다. 따라서, 미리 발광 스펙트럼 특성의 측정을 실시한 다음, 사용 형광체의 조합을 선택하면, 연속 점등 중의 색도 변화를 최대한 저감 할 수 있는 것이다. 이상의 효과를 이용함으로써, 본 발명의 백색광원은, CIE색도도를 이용한 백색광원의 점등 초기와 연속 6000시간 점등 후의 색도 변화의 크기를 0.010 미만으로 할 수 있다. 색도 변화의 크기의 측정 방법에서는, JIS－Z－8518(1998년)에 준해, 백색광원의 점등 초기와 연속 6000시간 후의 색도 좌표 u＇,ｖ＇를 각각 측정한다. 이 때의 색도 좌표의 차이인△u＇, △ｖ＇를 구해 색도 변화의 크기=［(△u＇) 2＋(△ｖ＇) 2］1/2로 구하는 것이다. 본 발명의 백색광원은, 이 색도 변화의 크기가 0.010 미만, 또 0.009 미만으로 작게 할 수가 있다. 색도 변화의 크기가 0.010 미만이라는 것은, 장시간 사용했다고 해도 초기 점등시부터 색의 변화가 거의 없는 상태를 나타낸다. 때문에, 장기간에 걸쳐, 안정된 α오픽 방사 조도의 비율을 유지할 수가 있다.
본 발명의 백색광원 시스템에 사용할 수 있는 구체적인 형광체는 이하와 같다. 청색 형광체로서 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 형광체(피크 파장 430 nm 이상 470 nm 이하의 범위) 또는 유로퓸 활성화 바륨 마그네슘 알루민산염 형광체(피크 파장 450 nm 이상 460 nm 이하의 범위)등을 들 수 있다. 또, 청록색 형광체로서 유로퓸, 망간 활성화 바륨 마그네슘 알루민산염 형광체(피크 파장 510 nm 이상 520 nm 이하의 범위), 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 형광체(피크 파장 470 nm 이상 500 nm 이하의 범위), 혹은, 유로퓸 활성화 스트론튬 알루민산염 형광체(피크 파장 480 nm 이상 500 nm 이하의 범위)등을 들 수 있다. 녹색 형광체로서 유로퓸 활성화 오쏘 규산염 형광체(피크 파장 520 nm 이상 550 nm 이하의 범위), 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 형광체((피크 파장 520 nm 이상 550 nm 이하의 범위), 유로퓸 활성화 스트론튬 사이알론 형광체(피크 파장 510 nm 이상 540 nm 이하의 범위), 유로퓸 활성화β 사이알론 형광체(피크 파장 535 nm 이상 545 nm 이하의 범위) 등을 들 수 있다. 또, 황색 형광체로서 유로퓸 활성화 오쏘규산염 형광체(피크 파장 550 nm 이상 580 nm 이하의 범위)나 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 형광체 (파장 550 nm 이상 580 nm 이하의 범위) 등을 들 수 있다. 또, 적색 형광체로서 유로퓸 활성화 스트론튬 사이알론 형광체(피크 파장 600 nm 이상 630 nm 이하의 범위), 유로퓸 활성화 칼슘 나이트리도 규산 알루미늄 형광체(발광 피크 파장 610 nm 이상 650 nm 이하의 범위), 유로퓸 활성화 칼슘 나이트리도 규산 알루미늄 형광체(피크 파장 620 nm 이상 660 nm 이하의 범위), 유로퓸 활성화 칼슘 옥소 나이트리도 규산 알루미늄 형광체(피크 파장 620 nm 이상 660 nm 이하의 범위)나 망간 활성화 마그네슘 플루오로 게르마늄산염 형광체(피크 파장 640 nm 이상 660 nm 이하의 범위) 등을 들 수 있다.
도 9는 녹색 발광의 유로퓸 활성화 오쏘 규산염 형광체의 발광 특성을 나타내는 것으로(가로축이 파장(nm), 세로축이 광강도(임의 단위)) 527 nm에 피크를 가지는 발광 스펙트럼(40)과 피크 파장 527 nm의 발광에 대응하는 여기 스펙트럼(41)이 그려져 있다. 도 9에서도 알 수 있듯이 이 형광체의 여기 스펙트럼(41)의 장파장단은 약 525nm까지 펼쳐져 있어 자외광이나 자색광, 나아가 청색광이나 청록색광에 자극되어 녹색발광을 나타내는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 도 10은 적색 발광한 유로퓸 활성화 칼슘 나이트리도 규산 알루미늄 형광체의 발광 스펙트럼(42) 및 여기 스펙트럼(43)을 나타내는 도면이다.
도면의 가로축이 파장(nm), 세로축이 광강도(임의단위)이다. 이 형광체의 여기 스펙트럼(43)은 자외역에서 황색 영역으로 퍼져 자외광, 자색광, 나아가 청색광이나 녹색광, 나아가 황색광에 여기되어 적색 발광을 나타내는 것을 알 수 있다. 이상의 2종류의 형광체에 자색 LED와 청색 형광체를 조합하여 백색 발광의 광원을 구성하였을 때 청색 형광체는 LED에 의해 여기 되고 녹색 형광체는 LED와 청색 형광체에 의해 여기 되며, 적색 형광체는 LED와 청색 형광체와 녹색 형광체에 여기되어 형광체 간의 재흡수 및 다중 여기가 생기게 된다.
이러한 광원에서, 만일 청색 형광체만이 경시 변화로 크게 휘도 열화되었다고 해도, 청색광의 휘도 변화가, 녹색 형광체나 적색 형광체의 휘도에도 영향을 미쳐, 전체적인 휘도 변화가 평균화되는 것으로부터, 결과적으로 백색광의 색도 변화의 억제 효과를 얻을 수 있는 것이다.
표 1은, 본 발명에 사용되는 형광체의 발광 스펙트럼에 대해, 발광 피크 파장과 반치폭의 데이터를 모은 것이다. 표 안의 수치는, 각 형광체의 발광 스펙트럼에 대해, 메인 피크에 상당하는 발광 스펙트럼의 반치폭을 대표치로서 나타낸 것이다. 표 1에서도 알 수 있듯이, 일부에 예외는 있지만 대부분의 형광체의 반치폭은 50 nm 이상이기 때문에, 사용하는 형광체를 적절히 선택하면, 모든 형광체의 반치폭이 50 nm 이상인 조합으로 한 백색광원을 구성하는 것이 가능하다.
발광색 형광체 조성 피크 파장
(nm)		 반치폭
(nm)
청색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 형광체 430~470 50
청색 유로퓸 활성화 바륨 마그네슘 알루민산염 형광체 450~460 55
청록색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 형광체 470~500 72
청록색 유로퓸, 망간부활 바륨 마그네슘 알루민산염 형광체 510~520 12
녹색 유로퓸 활성화 오쏘 규산염 형광체 520~550 65
녹색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 형광체(LuAG) 520~550 99
녹색 유로퓸 활성화 스트론튬 사이알론 형광체 510~540 60
황색 유로퓸 활성화 오쏘 규산염 형광체 550~580 85
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 형광체 550~580 110
적색 유로퓸 활성화 스트론튬 사이알론 형광체 600~630 110
적색 유로퓸 활성화 칼슘 나이트리도 규산 알루미늄 형광체(SCASN) 610~650 74
적색 유로퓸 활성화 칼슘 옥소 나이트리도 규산 알루미늄 형광체(CASON) 620~660 128
적색 유로퓸 활성화 칼슘 나이트리도 규산 알루미늄 형광체(CASN) 620~660 90
적색 망간 활성화 마그네슘 플루오르 게르마늄산염 형광체 640~660 33
* 표에서, 형광체 조성의 괄호 내에 기재되어 있는 것은, 영문표기의 화학조성에 있어서 첫 글자를 조합한 약칭이다. 화합물 표기가 유사하여 혼동하기 쉬운 것을 구별하기 위해 부여하였다.(백색광원의 발광 특성)
백색광원의 기본 디자인
백색광원의 부재 구성 및 발광 특성은, 예를 들면 이하와 같다.
*410 nm에 발광 피크를 가지는 자색 발광 LED에, 청색 형광체로서 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 형광체, 청록색 형광체로서 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 형광체, 황색 형광체로서 유로퓸 활성화 오쏘 규산염 형광체, 황색 형광체로서 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 형광체, 적색 형광체로서 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 형광체의 합계 5 종류의 형광체를, 각각 35：30：18：8：9의 중량 비율로 혼합해, 백색광원을 작성했다. 이 광원의 발광 스펙트럼 형상은, 도 11과 같다. 도면의 가로축은 파장(nm), 세로축이 상대강도(임의 단위)이다. 또, 광원의 상대 색온도는 2900K＋0.000duｖ였다. 또, 이 광원의 연색특성은, 아래 표 2에 나타내는 것과 같이 높은 수치를 나타내고 있어 조명 광원으로 사용했을 경우에, 물체색을 자연스러운 형태로 재현 할 수 있는 뛰어난 백색광인 것이 판명되었다.
Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
97 96 98 96 94 96 96 99 99 97 98 90 95 96 97 98
(백색광원의 α오픽 방사 조도)본 발명의 백색광원에서 가장 중요한 특성은 α오픽 방사 조도다. α오픽방사 조도를 적정치로 유지함으로써 사람의 일일 리듬 등에 적합한 영향을 미치는 조명광을 얻을 수 있다고 생각된다.
이하에서 α오픽 방사 조도가 어떤 의미를 가지며, 계산 값을 어떻게 얻을 수 있는지에 대해 설명한다.
사람이 빛을 수용하는 시세포에는 5종류가 있으며, 구체적으로는 간상세포, 3종의 추체(S-추체, M-추체, L-추체) 및 ipRGC가 있다. 간상세포는 눈의 망막 주변부에 약 1억 개가 존재하며 시세포의 95%를 차지한다. 간상세포는 약 1럭스 미만의 약한 빛에서 작용하며, 간상세포를 경유한 신경활동은 대뇌시각영역으로 전달돼 빛의 세기를 느끼는 데 관여하며, 색을 느끼는 데는 관여하지 않는다. 추체는 망막의 중심와 부근에 존재하며 통상적인 빛 환경(인간이 일상 활동을 하고 있을 때 밝기)에서 작용하며, 작용하는 파장 영역에 따라 3종류가 존재한다. 가장 긴 파장(주황색 주변)에서 작용하는 L-추체, 중간 파장(연두 주변)에서 작용하는 M-추체, 그리고 가장 짧은 파장(청색 주변)에서 작용하는 S-추체 등 3종류이다. 각각의 추체세포는 특정 범위의 파장에 가장 잘 반응하는 단백질(시홍소)을 함유하고 있어 이들이 가시광선을 받아 신호가 시신경을 거쳐 대뇌의 시각연합영역으로 들어가 여기서 세 가지 추체로부터의 정보의 상대비나 위치를 분석해 색을 지각할 수 있다.
나머지 1개의 시세포는 추체나 간체와 다른 새로운 광수용체이며 ipRGC라고 불린다. ipRGC는 멜라놉신이라고 불리는 시물질을 가져, 인간이 직접 의식하는 일이 없는, 동공 반사나 일일 리듬의 빛 동조등의 비시각 기능에 관여하고 있다. ipRGC에 의해 빛이 수용되면 광신호는 시교차상핵으로 직접 전달되는데, 이 시교차상핵은 수면·각성, 호르몬(멜라토닌)의 농도 등 일주기 리듬을 제어하는 체내 시계의 기능을 가지고 있어 ipRGC가 일일 리듬에 깊게 관여하게 된다.
이상과 같이 빛은 수면 등을 통해서 사람들의 건강과 강하게 관련되어 있다.그리고 광은 시세포를 통해 체내에 받아들여져 5종류의 시세포 중에서도 멜라놉신을 시물질로 하는 경로에서의 광입력, 즉 ipRGC에 대한 광자극이 사람의 수면에 깊이 관련되어 있다. 따라서 본 발명에서는 ipRGC를 비롯한 시세포에 대한 광자극량과 사람 수면의 관계에 대해 검토함으로써 사람의 수면 및 건강증진에 효과적인 조명광원의 개발 및 사용방법을 구체화할 수 있다는 점에 주목하였다. 이 목적을 달성하기 위해서는 시세포에 도입되는 광자극량을 알아야 하는데 그 계산방법으로 다음과 같은 방법을 찾아냈다.
(수학식 4)
α-오픽 방사 조도 = ∫(광원의 스펙트럼)*(각시세포의 작용곡선)*dλ (4)
사람이 빛을 느끼기 위해서는, 빛이 안구의 망막에 도달해 시세포에 조사될 필요가 있다. 빛의 강약 정보의 취득은, 빛의 강약에 대응한 각 시세포 마다 자극량의 검출을 기본으로 행해진다. 각 시세포의 자극량은, (4) 식에 나타내는 대로, 파장별, 망막상에 조사한 빛의 스펙트럼과 각 시세포에 고유의 가중 함수 즉 분광 감도 곡선의 곱의 총화로 산출할 수가 있다.
위 식(4)에 있어서, 각 시세포의 작용 곡선으로는 도 12에 나타내는 대로, S-추체, M-추체, L-추체, 간체, ipRGC에 대한 각각의 작용 곡선이다. 도 12에 나타내는 5 종류의 시세포에 대한 작용 곡선은, 각각, 국제조명위원회(CIE) 규격 CIES026/E：2018의 규정에 따르는 것이다. 또한 그림의 가로축이 파장(nm), 세로축이 상대 강도(임의 단위)이다. 도 12에 있어서의 S－cone, M－cone, L－cone, rod, ipRGC의 표시가, S-추체, M-추체, L-추체, 간체, ipRGC에 대한 각각의 작용 곡선과 대응하고 있다. 따라서α－오픽 방사 조도(α－opic－irradiance 단위：Wㅇm－2)로서 5 종류의 수치를 얻을 수 있다. 구체적으로, S-추체의 작용 곡선을 이용해 계산했을 경우는, S－콘 오픽 방사 조도(S－cone－opic－irradiance)를 얻을 수 있고 마찬가지로 M-추체의 경우는 M-콘 오픽 방사 조도(M－cone－opic－irradiance), L-추체의 경우는 L-콘 오픽 방사 조도(L－cone－opic－irradiance), 간체의 경우는 로드픽 방사 조도(Rhodopic－irradiance), ipRGC의 경우는 멜라노픽 방사 조도(Melanopic－irradiance)를 얻을 수 있다.
상기 계산식에 의해 어떤 발광 스펙트럼을 갖는 광원을 어느 정도의 강도로 사용하면 눈의 시세포에 대해 어느 정도 강도의 자극을 주는지를 정량적으로 파악할 수 있다. 예를 들어 어떤 조명용 백색광원이 준비된 경우 그 광원의 스펙트럼 분포를 알게 되면 ipRGC의 작용곡선과 상기 계산식을 이용해 멜라노픽 방사 조도Mhelanopic-irradiance)를 구할 수 있고 멜라노픽 방사 조도를 제어함으로써 일일 리듬의 관리가 가능해질 것으로 예상된다.
본 발명에서는, 우선 멜라노픽 방사 조도의 강도를 관리하기 위한 기준치로서 아래에 정하는 비율을 도입하기로 했다. 구체적으로는 멜라노픽 방사 조도외에 M-추체에 대한 M-콘 오픽 방사 조도(M-cone-opic-irradiance), L-추체에 대한 L-콘 오픽 방사 조도(L-cone-opic-irradiance)를 조합한 3자간의 비율이다.
이 비율은 아래와 같이 (1)로 나타내진다.
멜라노픽 방사조도/(L－콘 오픽 방사 조도＋M-콘 오픽 방사 조도) (1)
식(1)의 분모에는, 5 종류의 α－오픽 조도 가운데, 멜라노픽 방사 조도를 제외한 어느 쪽을 이용해도 상관없지만, 본 발명에서는 L-콘 오픽 방사 조도와 M-콘 오픽 방사조도의 2종류를 이용하였다. 이유는 L-추체, M-추체, 양쪽 자극량의 합을 분모로 함으로써 인간 눈의 감도에 대응한 기준치를 설정할 수 있기 때문이다. 즉, 이 비율을 이용해 두 종류의 광원의 발광 스펙트럼을 비교했을 경우, 인간의 눈으로 볼 때 같은 밝기의 광원을 비교해서 멜라노픽 방사 조도서로 어느 정도의 수치가 되는지를 비교할 수 있다.
이상에 의해 계산 방법이 밝혀짐에 따라, 이어서 구체적인 백색 광원의 α오픽 방사 조도의 비율을 구한다. 계산 대상은 도 11의 발광 스펙트럼을 가지는 백색광원이다. 계산방법은 예를 들어 멜라노픽 방사 조도를 예로 들면 아래의 식 (5)을 이용해 계산할 수 있다.
(수학식 5)
멜라노픽 방사 조도 = ∫(백색광원의 발광 스펙트럼)*(ipRGC의 작용곡선)*dλ (5)
또, 다른 시세포의α오픽 방사 조도에 대해서는, 먼저 가리킨 도 12의 5 종류의 작용 곡선을 이용해 상기와 같게 계산해, 아래 도의 5 종류의 스펙트럼 곡선을 얻을 수 있다.
도 13의 5 종류의 곡선은, 곡선 a가 S－콘 오픽 방사 조도, 곡선 b가 멜라노픽 방사 조도, 곡선 c가 로드픽 방사 조도, 곡선 d가 M-콘 오픽 방사 조도, 곡선 e가 L－콘 오픽 방사 조도에 해당한다. 상기 5 종류 가운데, 3 종류의 곡선을 사용해 비율(멜라노픽 방사 조도/(L－콘 오픽 방사 조도＋M－콘 오픽 방사 조도))을 계산하면, 이하의 순서로 수학식 6으로 얻을 수 있다.
(수학식 6)
멜라노픽 방사 조도/ (L-콘 오픽 방사 조도 + M-콘 오픽 방사조도) = (∫(백색광원의 발광 스펙트럼)*(ipRGC의 작용곡선)*dλ)/(∫(백색광원의 발광 스펙트럼)*(L추체의 작용곡선)*dλ + ∫(백색광원의 발광 스펙트럼)*(M추체의 작용곡선)*dλ) = 스펙트럼 곡선 b의 면적/(스펙트럼 곡선 e의 면적 + 스펙트럼 곡선 d의 면적) = 24.8 (%)
이상에서 얻은 24.8이라는 수치가 이 백색광원에 대한 α 오픽 방사 조도의 비율이다.
(α오픽 방사 조도가 사람의 수면에 미치는 효과)
위에서 구한 α오픽 방사 조도는 그 계산값을 확인함으로써 이 백색광원이 ipRGC에 대해 작용하는 자극광량의 정도를 평가할 수 있기 때문에 백색광원의 발광 특성이 사람의 일일 리듬에 어느 정도의 영향을 미치는지를 정량적으로 파악할 수 있다. 이를 위해 다양한 값의 오픽 방사 조도 비율을 가진 광원을 시험해 사람 잠과의 관계를 알아보기로 했다.
샘플이 되는 광원은, 색온도가 2900K와 4000K, 5000K의 3 종류의 백색광원에 대해서, 연색 특성(Ra)이 실용 레벨을 나타내는 발광 스펙트럼 형상의 범위내에서, 각 3 수준의α오픽 방사 조도 비율을 가지는 샘플을 준비했다. 광원의 디자인은 앞에서 나타낸 백색광원과 같은 것으로 하고, LED의 종류는 같은 발광 특성의 것을 사용했지만, 각 수준의 특성을 얻기 위해서, 조합이 되는 형광체의 종류나 비율을 적절히 변경해 제작했다. 얻은 광원 샘플의 발광 특성을 이하의 표 3에 정리한다.
색온도(K) 광원 No 상관색온도 비율(%) * 연색성(Ra)
2900 Spl 1 2910K+0.001duv 19.9 95
Spl 2 2900K+0.000duv 24.8 97
Spl 3 2910K+0.001duv 29.1 87
4000 Spl 4 4020K+0.001duv 25.1 79
Spl 5 3990K+0.002duv 29.5 98
Spl 6 3980K+0.001duv 35.7 95
5000 Spl 7 5020K+0.002duv 30.9 73
Spl 8 5000K+0.000duv 35.1 95
Spl 9 5030K+0.001duv 39.5 99
*는 멜라노픽 방사 조도/(L-콘 오픽 방사 조도 + M-콘 오픽 방사 조도이다.이러한 백색광원이 사람의 수면에게 주는 효과를 확인하기 위해, 27명의 실험 참가자의 도움을 받았다. 실험 참가자는 20~40대 정상인으로 27명을 3명씩 9개조로 나눴다. 그룹 분류는, 남녀나 연령에 관계없이, 실험 참가자의 희망도 넣으면서, 가능한 한 무작위가 되도록 배려했다. 조사는 5일 일정으로 하루를 8~13시, 13~18시 및 18~23시 등 3가지로 구분했으며 각 그룹이 각각 시간대에 맞춰 다른 조건의 실내 조명광을 받도록 했다. 구체적인 조명 스케줄은 아래 표 4와 같다. 표 4 내의 색온도와 조도는 각 시간대에서 사용되는 백색광원과 시판 형광램프 각각에서 출력되는 백색광의 색온도와 조도를 나타낸다. 조사 항목으로는 밤 10시에 실험 참가자의 타액을 채취해 침 속에 포함된 멜라토닌 분비량을 분석하는 동시에 매일 아침 8시에 수면 상황에 대한 설문조사를 하여 각자의 수면 상태 자기평가 및 수면 중 각성 여부와 횟수에 대해 답변을 받았다.
그룹 No 8~13시 13~18시 18~23시
4000K, 400럭스 5000K, 500럭스 2900K, 300럭스
1 시판 형광램프 시판 형광램프 백색광원 Spl 1
2 백색광원 Spl 2
3 백색광원 Spl 3
4 백색광원 Spl 4 시판 형광램프 시판 형광램프
5 백색광원 Spl 5
6 백색광원 Spl 6
7 시판 형광램프 백색광원 Spl 7 시판 형광램프
8 백색광원 Spl 8
9 백색광원 Spl 9
타액중의 멜라토닌 농도 분석 데이터, 및 앙케이트 데이터의 비교 분석을 실시했다. 비교에 있어서는, 백색광원의 차이가 인체에 주는 영향을 정확하게 평가하기 위해, 조명 조건이 하루의 단위로 완전히 같은 그룹끼리를 비교해, 불필요한 요인이 분석 결과에 영향을 줄 가능성을 배제했다. 그룹을, 1~3, 4~6, 7~9로 나누어 평가한 결과는 이하와 같다. 1~3 그룹의 비교 평가 결과는 도 14a, 도 14b 및 도 14c대로이다.아래 도표에서 멜라토닌의 분비량에 대해서는 그룹원 3명의 평균치에 대해, 5일간의 일일변화를 나타낸 것이다. 또 수면의 질에 관한 주관 평가는, 개개인의 데이터는 아니고, 3명이 5일간에 나타낸 결과를 대표치로서 모은 것이다. 또 수면 시간중의 각성 횟수에 대해서는, 각 멤버가 5일간에 경험한 각성 횟수의 합계를 멤버마다 집계해, 각성 횟수를 경험 인원수별로 분류한 것이다.
사람의 수면 상태에 영향을 주는 정도를 비교한 결과, 3수준의 α오픽 방사 조도 비율 중 최적치가 존재하는 것으로 나타났다. 상기 비율이 24.8로 중간치를 나타낸 백색광원 Spl 2를 사용한 그룹2의 평가결과는 멜라토닌 분비량이 가장 많고, 분비량의 일일 변화도 적어 안정적이었다. 또한 설문조사 결과에서도 전원이 잘 잤다고 답했으며, 수면 도중 각성한 횟수는 전원이 0이라고 답해 가장 평가가 높은 A등급으로 나타난 반면, 상기 비율이 29.1%로 가장 높은 백색광원 Spl 3을 사용한 그룹3은 멜라토닌 분비량이 가장 낮고 날이 갈수록 분비량 변화가 커졌다.
또 설문조사 결과에서도 수면 중 각성 횟수가 3그룹 중 가장 많았고 수면의 질 평가에서는 잠을 잘 못 잤다고 평가하는 경향이 높았기 때문에 3그룹 중 가장 낮은 C등급으로 나타났다.그리고 상기 비율이 가장 낮은 19.9%인 백색광원 Spl 1을 사용한 그룹1은 멜라토닌의 분비 상황도, 수면의 질 평가에서도 세 그룹 중 중간 값을 제시하고 평가는 B등급으로 매겼다. 이들 세 그룹의 평가 결과는 다른 세 그룹의 평가 결과와 비교해 가장 명확하게 세 등급으로 나눌 수 있었다. 이는 취침 전에 ipRGC가 과도한 광자극을 받은 그룹 3이나 과소한 광자극만 받은 그룹 1에서 멜라토닌 분비에 혼란이 생겨 수면의 질에 나쁜 영향을 주었으며, 가장 적절한 광자극을 받은 그룹 2에서 인체에 가장 양호한 영향을 준 것으로 추정된다. 4~6 그룹의 평가결과는 도 15a, 도 15b 및 도 15c와 같다.
4~6 그룹은, 앞의 1~3 그룹과 거의 같은 결과를 얻을 수 있었고, 3 그룹 중, ipRGC의 광자극량의 중간값을 나타내는 백색광원 Spl 5를 사용한 그룹 5가 가장 양호한 결과를 나타내, A등급이었다.
한편 B등급은, 가장 광자극량이 많은 백색광원 Spl 6를 사용한 그룹6으로, 가장 광자극량의 적은 백색광원 Spl 4를 사용한 그룹 4는 등급C였다. 이 등급 순위는 앞의 1~3 그룹과 역전하고 있었다. 4~6 그룹도, 평가 결과가 A, B, C등급으로 나누어졌지만, 등급간의 데이터 차이는, 그룹 1~3보다 작은 경향이 있었다.
7~9 그룹의 평가 결과는 도 16a, 도 16b 및 도 16c와 같다. 이 그룹의 평가 결과는 A, B, C 세 가지로 나누어지지 않고 두 그룹으로 나뉜다. ipRGC에 대한 광자극량이 많은 백색광원 Spl 8,9를 사용한 그룹8,9는 멜라토닌 분비량이 많고 일일 변화의 안정성은 약간의 변화가 생겼지만 대체로 안정되었으며, 수면의 질이나 수면 중 각성 횟수도 양호한 결과를 보여 양자 모두 A등급에 상당했다. 반면 광자극량이 가장 적은 백색광원 Spl 7을 사용한 그룹7은 멜라토닌 분비량과 일일 변화의 안정성, 수면의 질과 수면 중 각성 횟수 모두 다른 두 그룹보다 나빠 이 그룹만 C등급 판정을 받았다.
상기 3 종류의 평가 결과로, 평가 시험에 이용한 백색광원의 α오픽 방사 조도 비율의 값과 사람의 수면에 주는 영향의 등급 데이터와의 관계를 도 17에 정리했다. 2900K와 4000K의 광원에서는, 상기 비율의 최적값을 확인할 수 있었지만, 5000K의 백색광원에서는 최적값을 명확히 할 수 없었다. 이 결과부터는 최적치는 존재하지만 발견되지 않았을 뿐인지, 어느 일정치 이상이 되면 수면에 미치는 효과가 포화되는지 알 수 없어 재시험을 실시해 확인하기로 했다. 재시험은 오픽 방사 조도 비율이 각각 35.1%, 39.5%인 지난번 사용했던 백색광원 외에 상기 비율이 37.5%, 42.4%인 광원을 새로 추가해 지난번과 같은 요령으로 멜라토닌 분비량 평가시험을 실시했다. 결과는 도 18과 같다. 상기 비율이 35.1%와 39.5%로 전회와 똑같은 백색광원(이하 재현품 2종류라 부른다)을 수광했던 실험참가자의 멜라토닌 분비상황은 전회 결과가 재현돼 A등급에 상당하는 수준에 있었다. 한편 추가한 백색광원 중 상기 비율이 37.5%인 광원 수광자는 재현품 2종류의 광원을 수광한 실험 참가자보다 더욱 양호한 결과를 보였으며 분비량 및 분비량의 안정성 양면에서 재현품 2종류의 광원보다 뛰어난 효과를 보였다. 따라서 이들 3가지 광원은 모두 A등급에 해당하는 결과를 보였지만 α오픽 방사 조도의 최적치는 35.1%와 39.5%의 중간인 37.5%로 조사됐다. 또한 추가 광원 중 하나에서 상기 비율이 가장 높은 42.4%의 광원은 멜라토닌 분비량이 적고 분비량 변화의 일일 안정성도 나빠 C등급에 상당하는 것이었다. ipRGC에 대한 광자극량이 과대했던 것으로 추정된다.
그런데 이상의 실험결과에서 백색광원의 α오픽 방사 조도 비율에는 사람의 수면에 미치는 효과로서 색온도마다 최적치가 있으며 재시험 데이터보다 최적치에는 어느 일정한 폭이 있음을 알 수 있었다. 따라서 최적값의 폭을 보다 구체적으로 파악하기 위해서 최적값의 핵심부분이나 경계부분에 속하는 것이 예상되는 광원샘플을 새롭게 11개 준비하고, 첫 회와 같은 방법으로 추가시험을 실시했다. 첫 회 시험과 추가 시험의 결과를 합친 것을 도 19a에 나타낸다. 도면 중 첫 회 시험으로 표시된 마크는 앞서 설명한 2회의 실험 데이터를, 추가 시험으로 표시된 마크는 추가 실험의 결과로 얻어진 데이터를 나타내고 있다. 첫회 시험의 A등급을 이중 동그라미, B등급을 흑색의 삼각, C등급을 ×으로 나타낸다.
또, 추가시험의 A등급을 검은색으로 칠한 동그라미, B등급을 검은색으로 칠한 삼각, C등급을 검은색으로 칠한 사각으로 나타낸다. 이 결과로부터 사람에게 양호한 수면효과를 주는 백색광원으로 α오픽 방사 조도가 도면 중 직선 L2 상의 수치 및 직선 L2의 양측 점선 L1과 L3으로 끼워진 영역 내 수치의 광원이 가장 바람직한 범위임을 알 수 있었다. 즉, 약 3000K이면 α오픽 방사 조도 비율이, 약 22~27%, 또한 약 5000K 광원에서는 α오픽 방사 조도 비율이 약 33~42%의 범위가 바람직한 광원이다.
본 발명에 의해 밝혀진 α오픽 방사 조도의 최적 범위는 이전의 발명 등에는 기재되어 있지 않은, 새롭게 발견된 영역이다. 기존부터 청색광이 수면의 질에 영향을 준다는 것은 잘 알려져 있어, 예를 들어 다른 색온도의 백색광원을 구분해서 사용하는 경우에는 청색광의 강도를 강하게 하고 싶은 경우에는 색온도가 높은 백색광원을, 그리고 청색광의 강도를 낮게 억제하고 싶은 경우에는 색온도가 낮은 백색광원을 사용하는 경우가 많았다. 그러나 이번 시험에 의해 새롭게 밝혀진 것은 청색광에 의한 자극광량뿐이며 사용하는 백색광원의 색온도를 선택하는 것이 아니라 사람의 일일 리듬 혹은 생활 리듬에 맞춘 최적의 색온도의 백색광을 선택하는 것이 바람직하다. 그리고 선택한 색온도 중 최적의 α오픽 방사 조도를 가진 광원을 사용하면 사람의 수면에 미치는 영향을 종래보다 월등히 양호하게 만들 수 있다.
이상에 의해, 본 발명의 바람직한 범위를 특정할 수 있었지만, 광원의 사용 방법으로서 상기한 비율을 이용해 관리하는 것은, 일반 조명의 특성 관리 지표로서 불편한 것이다. 색온도마다 다른 비율의 백색광원을 구사할 필요가 생기기 때문이다. 거기서, 본 발명자등은, 본 발명의 광원의 사용 방법으로서 바람직한 α오픽 방사 조도 비율의 범위를, 각 색온도의 최적치(도 19a의 직선 L2상의 수치)로 규격화하는 방법을 규명했다. 규격화에 의해, 색온도가 다른 백색광원을 일원화하여 관리할 수 있다. 규격화의 기준이 되는 비율에는, 각 색온도의 최적값를 이용하기로 했다. 다만, 각 색온도의 최적치의 연색평가수(Ra)를 확인하면, 도 19a의 직선 L2상의 3점은, 97, 98, 99이며, 100에 가까운 값을 나타내는 것으로부터, Ra가 100에 상당하는 각 색온도의 흑체 복사가 가리키는 α오픽 방사 조도의 비율을 앞에서 본 기준치로 했다.
기준이 되는 흑체 복사의 발광 스펙트럼 분포나, 멜라노픽 방사 조도의 강도에 대해서는, 백색광원의 경우와 같이, 이하의 순서로 구할 수가 있다. 우선, 색온도가 다른 여러가지 발광 스펙트럼은, 하기에 나타내는 식(6)에 의해, 비교적 용이하게 재현 하는 것이 가능하다. 식 중, h는 플랑크 상수, k는 볼쯔만 상수, c는 광속, e는 자연대수의 바닥이며, 일정한 수치로 고정되므로, 색온도 T가 정해지면, 각 파장λ에 대응한 스펙트럼 분포 B(λ)를 구할 수가 있다.
(수학식 7)
B(λ) = (2hc2/λ5) * (1/ehc/λkT -1) (6)
도 20은, 상기 식(6)을 이용해 계산한 2000K에서 7000 K의 색온도의 흑체 복사 스펙트럼을 1000K 간격으로 도시한 것이다. 가장 색온도의 낮은 2000K의 흑체 복사 스펙트럼은, 가시광선 파장역에 발광 피크가 존재하지 않고, 파장이 길어짐에 따라, 발광 강도도 증가하고 있다. 한편, 색온도가 4000K를 넘으면, 가시광선 파장역에 발광 피크가 나타나기 시작해 색온도가 높아짐에 따라 발광 피크 파장이, 단파장 쪽으로 더 옮겨가는 것을 볼 수 있다. 각 색온도의 흑체 복사 스펙트럼을 계산할 수 있으면, 이어서 각각의 발광 스펙트럼에 대한 α오픽 방사 조도를 계산할 수가 있다. 예를 들면, 멜라노픽 방사 조도는, 백색광원의 경우와 같게 하기 식(5A)을 이용해 계산할 수가 있다.
(수학식 8)
멜라노픽 방사 조도 = ∫ (흑체복사의 스펙트럼) * (ipRGC의 작용곡선) * dλ (5A)
식(5A)을 이용해, 예를 들면, 도 21a에 나타내는 3000K의 흑체 복사 스펙트럼에 대해, 5 종류의 작용 곡선에 의한 α오픽 방사 조도를 구하면, 도 21b의 5 종류의 스펙트럼 곡선을 얻을 수 있다.
도 21b의 5 종류의 곡선은, 모두 3000K의 흑체 복사 스펙트럼에 대한 α오픽 방사 조도이다. 이 중, 곡선 a는 S-콘 오픽 방사 조도, 곡선 b는 멜라노픽 방사 조도, 곡선 c는 로드픽 방사 조도, 곡선 d는 M-콘 오픽 방사 조도, 곡선 e는 L－콘 오픽 방사 조도에 상당한다. 상기 5 종류 가운데, 3 종류의 곡선을 사용해 비율(멜라노픽 방사 조도/(L-콘 오픽 방사 조도+M-콘 오픽 방사 조도))을 계산하면, 이하의 순서로 수학식 9에 의해 구할 수 있다.
(수학식 9)
멜라노픽 방사 조도/ (L-콘 오픽 방사 조도 + M-콘 오픽 방사조도) = (∫(흑체복사의 스펙트럼)*(ipRGC의 작용곡선)*dλ)/(∫(흑체복사의 스펙트럼)*(L추체의 작용곡선)*dλ + ∫(흑체복사의 스펙트럼)*(M추체의 작용곡선)*dλ) = 스펙트럼 곡선 b의 면적/(스펙트럼 곡선 e의 면적 + 스펙트럼 곡선 d의 면적) = 24.5 (%)
마찬가지로 4000K~7000K의 4종류 색온도의 흑체 복사스펙트럼에 대한 비율을 계산해 표 5에 정리했다.
색온도 비율
3000K 24.5%
4000K 31.9%
5000K 37.2%
6000K 41.2%
7000K 44.1%
표 5의 데이터를 보면 알 수 있듯이 α오픽 방사 조도 비율은 흑체복사의 색온도가 높아질수록 큰 값을 나타냈다. 이는 ipRGC의 광응답이 480nm~490nm의 파장범위에서 최대이지만, 도 20의 흑체복사 스펙트럼 그래프를 보면, 상기 파장대의 발광강도는 색온도가 상승함에 따라 강해지는 방향으로 변화하고 있어 흑체복사의 발광 스펙트럼 변화에 대응해 큰 값으로 변화한 것임을 알 수 있다.이상으로 계산된 흑체복사의 α오픽 방사 조도 비율을 이용하여 본 발명의 광원 적용범위를 규격화해 광원 사용방법으로 활용하기로 했다. 구체적으로는, 본 발명의 광원인 α오픽 방사 조도 비율을 A로 하고, 같은 색온도의 흑체복사의 α 오픽 방사 조도 비율 비율을 B로 했을 때, 비율 A/B를 아래와 같이 구하는 것이다.
A/B=(본 발명의 광원의 α오픽 방사 조도 비율)/(흑체 복사의 α오픽 방사 조도 비율) (7)
상기에서 얻은 A/B 비율을 이용하여 본 발명의 백색 광원의 범위를 표현하면 0.88≤ A/B≤ 1.11 식(2). 그리고 보다 바람직한 범위는 0.92≤ A/B≤1.07 식(3)으로 치환하는 것이 가능했다. 예를 들면, 앞의 도 19a의 직선 L2상에 나타낸 α오픽 방사 조도 비율의 값으로서 색온도가 2900K에 있어서의 값 24.8%의 경우는, A/B 비율이 1.05(1.047), 동일하게 5000K에 있어서의 값 37.5%의 경우도 1.01(1.008)로, 거의 1.00에 가까운 것이었다. 도 19a에 나타낸 결과와 A/B비의 관계를 도면으로 나타낸 것을 도 19b에 나타낸다. 도 19b에서 실선 L4가 흑체복사의 α오픽 방사 조도 비율을 나타내는 곡선이고, 쇄선 L5, L6가 A/B 비율의 바람직한 범위를 나타내는 곡선, 파선 L7, L8이 보다 바람직한 범위를 나타내는 곡선이다. 그리고 상기 식(2), (3)에서 나타나는 수치범위가 본 발명으로 새롭게 발견된 영역에 상당하는 것으로 멜라토닌의 분비량이나 수면의 질에 양호한 영향을 나타내는 범위임을 나타낸다. 식 (2)를 만족하는 백색광원의 발광강도를 변화시켜 ipRGC에 조사하는 자극광량을 정량적으로 변화시킴으로써 사람의 일주기 리듬을 적정하게 유지할 수 있어 양호한 수면의 질을 얻을 수 있다.
도 22는 새로 도입된 A/B 비율을 이용하여 본 발명의 바람직한 광원의 수치범위를 치환하고 색온도의 범위를 넓혀 나타낸 것이다. 실선L4가 흑체복사의 α오픽 방사 조도를 나타내는 곡선이고, 쇄선L5, L6이 A/B 비율의 바람직한 범위를 나타내는 곡선, 파선L7, L8이 보다 바람직한 범위를 나타내는 곡선이다. 이러한 지표를 도입함으로써 색온도마다 다른 바람직한 α오픽 방사 조도 비율의 수치범위를 통일된 기준으로 특성 관리할 수 있게 되었다. 백색광원의 발광 스펙트럼 형상을, A/B가 위 비율의 범위내가 되도록 조정하면, 인체의 일일 리듬에 주는 효과를 컨트롤 할 수 있다. A/B 비율이 상기 식(2) 범위의 상한치를 초과하면 ipRGC 자극량이 과대해져 멜라토닌 분비량이 억제돼 수면효율을 떨어뜨리거나 수면지연을 일으켜 수면의 질이 떨어진다는 문제를 일으킨다. 한편, A/B 비율이 상기 식(2)의 범위의 하한치를 밑돌았을 경우는, ipRGC에의 자극량이 부족해, 체내 시계를 리셋 할 수 없게 되어, 기상 시간이 서서히 늦어지는 문제를 일으켜 버린다. 이처럼 A/B 비율이 적정 범위를 벗어난 경우, 상한치를 초과해도, 하한치를 밑돌더라도 일일 리듬을 정확히 새길 수 없게 되고 이것이 장기간에 걸쳐 질병이 발병할 수 있다.
(백색 광원의 장치 구성)
　실시 형태의 백색 광원에 대해서 장치 구성의 일례를 도 23에 나타낸다. 도 23에 나타내는 바와 같이 백색광원은 백색광원부(51)와 제어부(52)를 포함한다. 백색광원부(51)는 기판(53)과, 기판(53) 상에 배치된 복수의 백색광원(54)과 복수의 백색광원을 덮도록 기판(53)에 고정된 발광장치 외위기(55)를 포함한다. 복수의 백색광원(54)은 각각 LED 모듈로 구성된다. 물론 여러 백색광원(54)은 각각 LED 패키지일 수도 있다. LED 모듈은 기판(53) 위에 배치된 LED칩(56)과 기판(53) 위에 배치되며 LED칩(56)을 덮는 형광체층(57)을 포함한다. 기판(53)에는 배선망이 마련되어 있으며 LED칩(56)의 전극은 기판(53)의 배선망과 전기적으로 접속돼 있다. 덧붙여 발광 장치 외위기(55)는, 기판(53)과 대향하는 측의 벽부의 외측면에, 렌즈(도시 하지 않음)를 배치할 수 있다. 또, 발광 장치 외위기(55)의 적어도 일부를 빛 추출이 가능한 투명부로 하는 것도 가능하다. 투명부는 기판(53)과 마주보는 측의 벽부에 형성하는 것이 바람직하다. 또한 리플렉터(도시 하지 않음)를, 예를 들어 발광장치 외위기(55)의 내측면에 배치할 수 있다. 제어부(52)는 제어부(58)와 메모리부(59)와 데이터 입출력부(60)를 구비한다. LED 모듈로 이루어진 백색광원(54)는, 제어부(58)의 전자회로(도시 하지 않음)와 배선(61)에 의해 접속되어 있어 제어부(58)에서 배선(61)을 통해 흐르는 전류에 의해 백색광원(54)이 발광한다. 제어부(58)의 전자 회로 메모리부(59)에는, 미리 설정된 색온도의 변화 패턴이나, 태양광의 하루의 색온도 변화나 조도 변화의 데이터가 보존되고 있다. 사용자가 원하는 데이터의 종류를 데이터 입출력부에 입력하여 얻은 데이터를 제어부(58)로 보낸다. 제어부(58)는 입력 데이터에 대응하는 보존데이터를 추출하여 목적으로 하는 백색 발광의 상관색 온도와 조도의 데이터를 읽어, 이들 데이터를 바탕으로 각 백색광원의 혼합 강도비를 계산한다. 계산결과를 바탕으로 제어부(58)의 전자회로가 각 백색광원에 인가하는 전류값을 제어하여 필요로 하는 백색광의 특성변화를 재현할 수 있다. 또 본 발명에서는 상기 제어부(52)에 센서부(도시 하지 않음)를 더욱 갖출 수 있어 이들 센서부 주변의 조도 등을 센싱하여 이렇게 센싱된 데이터를 제어부에 넘겨 주변 조도에 따른 조명장치의 제어를 가능하게 할 수 있다.
(조광·조색 기능)
본 발명의 백색광원에서는 인체의 일일 리듬을 적정하게 관리할 목적으로 임의의 색온도의 백색광을 임의의 조도로 사용할 수 있다. 이 목적을 위해 예를 들면 도 24의 xy 색도도에 나타내는 대로 X1, X2, X3, X4, X5, X6의 다른 색온도의 광원을 준비하고, 이러한 광원 중에서 적어도 2~3종의 백색광원을 소정의 강도비로 혼합함으로써, X1, X2, X3, X4, X5, X6의 6점으로 둘러싸인 범위 내의 발광색을 재현할 수 있다. 이 여섯가지 광원은 각각이 본 발명의 백색광원이며, 백색 발광 중에 포함된 멜라노픽 방사 조도 비율은, 대응하는 같은 색온도의 흑체복사의 백색광에 있어서 멜라노픽 방사 조도 비율과 비슷하도록 조정되었다. 도 24와 같이 이 형상의 범위는 색온도가 2000K에서 6500K까지의 흑체궤적상의 발광색과 흑체궤적으로부터의 편차가 0.005duv 범위 내의 백색광영역 전부를 망라하고 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 백색광원에서는 단순히 흑체궤적상의 백색광뿐만 아니라 다양한 상관색 온도의 백색광을 임의로 선택해 재현할 수 있다. 이 때 여러 개의 백색광원으로부터의 빛을 혼합할 경우 혼합되기 전의 각 광원은 각각 적정한 멜라노픽 방사 조도라는 점에서 혼합된 백색광의 멜라노픽 방사 조도 또한 적정한 수치를 나타내는 것은 당연하다.
또 도 24의 설명에서는 2000K에서 6500K의 색온도 범위만 재현 할 수 있었지만, 상기의 다각형의 각 정점으로 상당하는 발광색을 여러가지 상관 색온도의 백색으로 설정함으로써, 보다 광범위의 백색광을 재현 할 수 있는 것은 당연하다. 그런데 상기 백색광원에서는, 여섯 종류의 백색광원을 임의로 혼합해, 본 발명의 백색 발광을 얻었지만, 바탕이 되는 백색광원의 종류는, 여덟 종류 더욱은 열 종류 등등, 보다 많은 백색광원을 이용하는 편이 보다 세밀하게 다양한 색온도의 태양광을 재현할 수 있음은 물론이다. 특히, 한개의 백색광원 장치에 대해, 보다 폭넓은 범위의 색온도의 백색광을 재현하는 경우에는 유리하다. 그러나, 기초가 되는 광원의 종류가 너무 많아지면(자) 조광 조색 장치의 설계가 복잡 해지기 때문에, 최저 네 종류의 광원을 사용하면, 본 발명의 효과를 최소한 발휘할 수 있다.
(백색광원의 사용 방법)
본 발명의 백색광원은, 일상생활의 다양한 장소에서 사용 될 수 있다. 가정내라면, 거실, 서재, 학습실, 침실, 심지어 주방이나 욕실 등등이다. 또 사업소 관련해서는, 오피스 빌딩내의 사무실이나 회의실, 공장등의 작업장, 상업 시설의 점포등을 들 수 있다. 그 밖에 의료 시설이나 병원, 학교등의 교실, 미술관이나 박물관의 전시실 등등이 해당한다.
본 발명의 광원을, 상기의 실내 조명으로 이용하는 경우에는, 조명빛의 발광 강도를 적당한 범위내에 관리할 필요가 있다. 상기 백색광원이, 옥내의 천정이나 벽면에 설치되어 있는 경우에, 광원과 조명 대상물의 거리가 0.3 m 이상 5.0 m 이하의 범위내에서 사용되고 있을 때, 조명 대상물이 50 럭스 이상 10000 럭스 이하의 범위내의 조도로 비추어지고 있는 것이 바람직하다. 그리고, 그 조명 대상물이, 인간의 얼굴의 전체 혹은 일부일 경우, 인체에의 조명 효과를 확인하는데 있어서도, 보다 바람직한 법이다.
상기 기술한 조도가 상한치를 넘으면, 멜라노픽 방사 조도가 본 발명의 광원에 요구되는 조건을 충족하더라도, 조사광의 강도가 너무 강하기 때문에 ipRGC에 과도한 빛이 수용 되어 수면 효율 저하등의 악영향을 미칠 우려가 있다. 또, 조도가 하한치를 밑돌면, 조사광의 강도가 너무 약하기 때문에, ipRGC에 필요량의 빛이 수용 되지 않게 되어, 체내시계가 적절히 기능하지 않게 되는 등의 영향이 나타날 우려가 있다. 또, 멜라노픽 방사 조도의 관리 범위는, 작업 등에 필요한 조도가 충족되어야 한다는 조건으로 설정되어 있기 때문에 조도가 상한치를 상회했을 경우에는 빛이 너무 강해 눈부시게 느끼고 하한치를 밑돌았을 경우에는 빛이 너무 약해 대상물을 눈으로 보는 것이 어렵다는 점에서 본래 조명용도의 광원으로 불충분한 사용조건이 될 것은 말할 필요도 없다. 그런데 조명광은 사용 상황에 따른 특성이 요구된다. 발광색도 그 중 하나이며, 발광색은 색온도(K) 켈빈으로 나타낸다. 색온도의 선택에서 작업을 할 경우는 고색온도 영역의 5000K이상 10000K이하, 가정내에서의 휴식이나 취침전에는 저색온도역의 2000K 이상 3500K 이하, 학교, 상품 판매등의 활동 영역에서는 3500K 이상 5000K 이하로 이용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 백색광원은, 백색광의 멜라노픽 방사 조도에 대해, 각 (상관) 색온도마다, 같은 색온도의 흑체 복사의 멜라노픽 방사 조도와 동일한 정도의 수치가 되도록 조정되었다. 따라서, 거실용이나 침실용 등, 용도나 장소에 따라 전용 색온도의 광원을 선택하여 사용하는 것이 적절한 일일 리듬을 유지하는 등의 면에서 바람직하다.
한편 사무실 등에서는 일이나 휴식시간, 낮의 작업이나 밤의 작업 등 동일한 백색광원이 다양한 조건으로 사용된다. 이러한 경우에서는 본 발명의 광원인 조광, 조색기능을 이용해 시간대 및 용도에 따라 다양한 색온도의 백색광을 구분할 수 있다. 이 때 오전 중의 조명, 휴식시간의 조명, 오후의 조명 등 미리 설정한 임의의 패턴으로 색온도 등을 설정해 두고 프로그램 제어를 이용해 자동적으로 패턴 관리를 할 수 있다. 이러한 사용방법에 있어서 본 발명의 백색광원을 사용하면 색온도의 변화에 따라 멜라노픽 방사 조도도 적정치가 되도록 제어할 수 있기 때문에 일일 리듬의 적정관리 등에 유효한 것은 말할 필요도 없다. 또, 병실 등의 조명 용도에서는, 태양광의 하루의 발광 강도 변화나 색온도 변화를, 프로그램 제어로 자동적으로 재현시켜도 된다. 미리 측정해 둔 태양광 발광 특성 데이터를 백색광원의 장치 내부 메모리에 저장해 두었다가 환자나 의사의 요구에 따라 필요한 데이터를 호출해 프로그램 제어로 재현하면 된다. 그리고 일출 시간에 자동 점등하거나 소등 시간에 맞춰 자동 소등시키면 조명 제어를 통해 규칙적인 입원 생활을 할 수 있다. 본 발명의 백색광원을 이러한 방법으로 이용하면 장기 입원환자 등이 병실 내에 있으면서 야외와 동일한 조명효과를 얻을 수 있어 입원에 따른 일일 리듬의 혼란을 방지하거나 퇴원 후의 사회 복귀를 촉진할 수 있는 효과가 기대된다. 위에서 전형적인 사용사례를 열거했지만 상기와 관계없이 일상생활의 상황에 따라 사용법을 고안하면 본 발명의 광원으로 인체의 일일 리듬을 적정하게 유지할 수 있다.
또 본 발명의 백색광원은 평균 연색평가수 Ra가 95~97 이상, 연색평가수 R1~R8 및 특수연색평가수 R9~R15 모두가 85~90 이상이라는 매우 높은 연색특성을 갖는 광원이다. 따라서 일일 리듬에 미치는 효과에 관계없이 높은 연색성이 요구되는 용도에서도 매우 뛰어난 효과를 발휘할 수 있다. 그러므로 미술관이나 박물관의 전시물이나 식품슈퍼 진열장의 조명 용도 등으로도 최적이다.
(실시예)
(실시예 1)
표면에 반사막을 형성한 알루미늄 기판상에, 415 nm에 발광 피크를 가지는 보라색 발광의 LED 칩 80개를 매트릭스 상으로 배열했다. LED 칩끼리를 금속 와이어로 접속하고 전극에 연결했다. 전극에는 동판에 금도금을 한 것을 사용하였다. 그리고, LED 칩의 주위를 형광막으로 피복하는 것과 동시에, 형광막이나 도전 부재의 표면을 투명 수지막으로 덮어, LED 모듈로 했다. 형광막은 실리콘수지 안에 여섯 종류의 형광체 혼합분말을 분산시킨 후 LED 주위를 피복하는 형태로 도포하여 작성하였다. 여섯종류의 형광체란 청색 형광체, 청록색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체를 각각 한종류와 두종류의 황색 형광체이다.
구체적으로는, 청색의 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 형광체, 청록색의 로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 형광체, 녹색의 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 형광체, 적색의 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 형광체, 그리고 황색의 유로퓸 활성화 오쏘 규산염 형광체와 륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 형광체를, 각각 40. 6：35. 0：2. 4：9. 1：15. 3：7. 6의 비율로 혼합해, 백색광을 얻었다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을, 도 25에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는, 2685K-0.001duv였다. 또 3 종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체 복사와의 비율 A/B를 계산하면, 1.00이며, 적정한 범위를 충족하는 것으로 나타났다.
(실시예 2)
실시예 1과 같은 방법에 의해, LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 편성은 표 7 내지 표 9에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을, 도 26에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는, 3476K＋0.001duv였다. 또 3 종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체 복사와의 비율 A/B를 계산하면, 0.97로 적정한 범위를 충족하는 것으로 나타났다. 또, 이 광원의 연색 특성은, 아래 표 6에 나타내는 것과 같이 높은 수치를 나타내고 있어 조명 광원으로 사용했을 경우에, 물체색을 자연스러운 형태로 재현할 수 있는 뛰어난 백색광인 것이 판명되었다.
Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
98 97 100 95 95 98 99 98 98 99 98 93 97 98 96 99
LED 피크
파장(nm)		 형광체
발광색		 형광체명칭 혼합비율
(wt%)		 상관색 온도
실시예1 자색 LED
415		 청색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 40.6 2685K
-0.001duv
청녹색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 35.0
녹색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 2.4
황색 유로퓸 활성화 오쏘규산염 15.3
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 7.6
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 9.1
실시예2 자색 LED
415		 청색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 37.8 3476K
+0.001duv
청녹색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 35.0
황색 유로퓸 활성화 오쏘규산염 12.5
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 7.5
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 7.2
실시예3 자색 LED
415		 청색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 43.4 4983K
+0.002duv
청녹색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 39.7
황색 유로퓸 활성화 오쏘규산염 5.2
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 4.2
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 옥소나이트리도 규산 알루미늄 7.5
실시예4 자색 LED
415		 청색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 51.7 6499K
+0.004duv
청녹색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 33.2
황색 유로퓸 활성화 오쏘규산염 5.0
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 4.1
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 옥소나이트리도 규산 알루미늄 6.0
LED 피크
파장(nm)		 형광체
발광색		 형광체명칭 혼합비율
(wt%)		 상관색 온도
실시예5 자색 LED
415		 청색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 52.3 8070K
+0.004duv
청녹색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 33.6
황색 유로퓸 활성화 오쏘규산염 4.7
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 3.8
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 옥소나이트리도 규산 알루미늄 6.6
실시예6 자색 LED
415		 청색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 57.8 9540K
+0.000duv
청녹색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 31.6
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 6.4
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 2.0
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 옥소나이트리도 규산 알루미늄 2.2
실시예7 청색 LED
435
450
475		 청색 - - 2750K
+0.004duv
청녹색 유로퓸 활성화 스트론튬 알루민산염 30
녹색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 15
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 25
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 30
실시예8 청색 LED
435
450
475		 청색 - - 5050K
+0.004duv
청녹색 - -
녹색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 50
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 25
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 25
LED 피크
파장(nm)		 형광체
발광색		 형광체명칭 혼합비율
(wt%)		 상관색 온도
비교예1 자색 LED
415		 청색 - - 4430K
+0.014duv
청녹색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 인산염 85
녹색 - -
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 10
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 5
비교예2 청색 LED
452		 청색 - - 4890K
+0.002duv
청녹색 - -
녹색 유로퓸 활성화 오쏘규산염 40.0
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 30.0
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 30.0
비교예3 청색 LED
451		 청색 - - 5240K
+0.003duv
청녹색 - -
녹색 - -
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 100
적색 - -
비교예4 청색 LED
452		 청색 - - 6360K
+0.004duv
청녹색 - -
녹색 유로퓸 활성화 오쏘규산염 30.0
황색 세륨 활성화 희토류 알루미늄 가닛 60.0
적색 유로퓸 활성화 알칼리 토류 나이트리도 규산 알루미늄 10.0
(실시예 3)
실시예 1과 같은 방법에 의해, LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 조합은 표 7에 기재한 대로이다.
얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을, 도 27에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는, 4983K＋0.002duv였다. 또 세 종류의 α 오픽 방사 조도를 구해 흑체 복사와의 비율 A/B를 계산하면, 0.95이며, 적정한 범위를 충족하는 것으로 나타났다. 또, 이 광원의 연색특성은, 아래 표 10에 나타내는 대로의 높은 수치를 나타내고 있어 조명 광원으로서 사용했을 경우에, 물체색을 자연스러운 형태로 재현할 수 있는 뛰어난 백색광인 것이 판명되었다.
Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
98 98 98 98 98 98 98 97 98 97 96 96 93 98 99 98
(실시예 4)
실시예1과 같은 방법으로 LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 조합은 표 7에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을, 도 28에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는, 6499K＋0.004duv였다. 또 세 종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체 복사와의 비율 A/B를 계산하면, 1.01로 적정한 범위를 충족하는 것으로 나타났다.
또, 이 광원의 연색특성은, 아래 표 11에 나타내는 대로의 높은 수치를 나타내고 있어 조명 광원으로서 사용했을 경우에, 물체색을 자연스러운 형태로 재현할 수 있는 뛰어난 백색광인 것이 판명되었다.
Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
98 99 99 99 98 99 98 98 98 96 97 97 94 98 99 98
(실시예 5)
실시예1과 같은 방법으로 LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 편성은 표 7에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을, 도 29에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는, 8070K＋0.004duv였다. 또 세 종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체 복사와의 비율 A/B를 계산하면, 1.02로 적정한 범위를 충족하는 것으로 나타났다. 또, 이 광원의 연색 특성은, 아래 표 12에 나타내는 것과 같이 높은 수치를 나타내고 있어 조명 광원으로 사용했을 경우에, 물체색을 자연스러운 형태로 재현할 수 있는 뛰어난 백색광인 것이 판명되었다.
Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
99 99 100 99 99 99 98 98 97 91 99 98 91 99 99 98
(실시예 6)
실시예1과 같은 방법으로 LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 조합은 표 7에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을, 도 30에 나타낸다.이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는 9540K+0.000duv이었다. 또 세 종류의 α오픽 방사 조도 구해 흑체복사와의 비율 A/B를 계산하면 1.01로 적정한 범위를 충족하는 것으로 나타났다.
또, 이 광원의 연색 특성은, 아래 표 13에 나타내는 것과 같이 높은 수치를 나타내고 있어 조명 광원으로 사용했을 경우에, 물체색을 자연스러운 형태로 재현할 수 있는 뛰어난 백색광인 것이 판명되었다.
Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
98 96 98 99 98 97 97 99 99 96 97 95 90 97 99 96
(실시예 7)
실시예1과 같은 방법으로 LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 조합은 표 7에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을 도 31에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는 2750K+0.004duv였다. 또 세종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체복사의 비율 A/B를 계산하면 0.94로 적정한 범위를 충족하는 것으로 나타났다. 또, 이 광원의 연색 특성은, 아래 표 14에 나타낸 것처럼 높은 수치를 나타내고 있어 조명 광원으로 사용했을 경우에, 물체색을 자연스러운 형태로 재현할 수 있는 뛰어난 백색광인 것이 판명되었다.
Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
96 97 97 95 98 96 97 97 92 81 92 98 84 97 96 95
(실시예 8)
실시예1과 같은 방법으로 LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 조합은 표 7에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을 도 32에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는, 5050K＋0.004duv였다. 또 세 종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체복사와의 비율 A/B를 계산하면 1.02로 적정한 범위를 충족하는 것으로 나타났다. 또, 이 광원의 연색 특성은, 아래 표 15에 나타내는 것과 같이 높은 수치를 나타내고 있어 조명 광원으로 사용했을 경우에, 물체색을 자연스러운 형태로 재현할 수 있는 뛰어난 백색광인 것이 판명되었다.
Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
98 98 98 98 97 98 98 98 98 93 95 98 96 98 99 98
(비교예 1)
실시예1과 같은 방법으로 LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 조합은 표 7에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을 도 33에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는 4430K+0.014duv였다. 또 세 종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체복사의 비율 A/B를 계산하면 1.14로 수치는 적정 범위를 벗어났다. 또 이 광원의 평균 연색 평가수는 81로 낮은 값이어서 이 광원을 조명용으로 사용할 경우 물체를 자연스런 색으로 재현할 수 없어 미흡한 특성만 얻을 수 있었다.
(비교예 2)
　실시예1과 같은 방법으로 LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 조합은 표 7에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을 도 34 에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는 4890K+0.002duv였다. 또 세 종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체복사의 비율 A/B를 계산하면 0.85로 수치는 적정 범위를 벗어났다. 또 이 광원의 평균 연색 평가수는 82로 낮은 값이어서 이 광원을 조명용으로 사용할 경우 물체를 자연스런 색으로 재현할 수 없어 미흡한 특성만 얻을 수 있었다.
(비교예 3)
실시예1과 같은 방법으로 LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 조합은 표 7에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을 도 35 에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는 5240K+0.003duv였다. 또 세종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체복사의 비율 A/B를 계산하면 0.78로 수치는 적정 범위를 벗어났다. 또 이 광원의 평균 연색 평가수는 72로 낮은 값이어서 이 광원을 조명용으로 사용할 경우 물체를 자연스런 색으로 재현할 수 없어 미흡한 특성밖에 얻을 수 없었다.
(비교예 4)
실시예1과 같은 방법으로 LED 모듈을 작성했다. 사용한 LED와 형광체의 조합은 표 7에 기재한 바와 같다. 얻어진 백색광의 발광 스펙트럼을 도 36 에 나타낸다. 이 발광 스펙트럼의 상관 색온도는 6360K+0.004duv였다. 또 세종류의 α오픽 방사 조도를 구해 흑체복사의 비율 A/B를 계산하면 0.87로 나타나 수치는 적정 범위를 벗어났다. 또 이 광원의 평균 연색 평가수는 83으로 낮은 값이어서 이 광원을 조명용으로 사용할 경우 물체를 자연스런 색으로 재현할 수 없어 미흡한 특성만 얻을 수 있었다.
실시예 1~8 및 비교예 1~4의 흑체복사의 색온도, A, B 및 A/B, 연색특성(Ra, R1~R15)을 순서대로 표 16 및 17에 정리하였다.
흑체복사의
색온도(K)		 B A A/B
실시예1 2685 21.8 21.7 1.00
실시예2 3476 28.5 27.7 0.97
실시예3 4983 39.3 37.5 0.95
실시예4 6499 42.7 43.3 1.01
실시예5 8070 46.0 47.0 1.02
실시예6 9540 49.0 49.5 1.01
실시예7 2750 22.3 21.0 0.94
실시예8 5050 38.2 37.5 1.02
비교예1 4430 39.2 34.4 1.14
비교예2 4890 31.1 36.7 0.85
비교예3 5240 29.9 38.3 0.78
비교예4 6360 37.3 42.7 0.87
* A … 백색광원의 멜라노픽 방사 조도 / (L-콘 오픽 방사 조도 + M-콘 오픽 방사 조도) 비율
* B … 백색광원과 같은 색온도의 흑체복사의 멜라노픽 방사 조도 / (L-콘 오픽 방사 조도 + M-콘 오픽 방사 조도) 비율
흑체복사의
색온도(K)		 B A A/B
실시예1 2685 21.8 21.7 1.00
실시예2 3476 28.5 27.7 0.97
실시예3 4983 39.3 37.5 0.95
실시예4 6499 42.7 43.3 1.01
실시예5 8070 46.0 47.0 1.02
실시예6 9540 49.0 49.5 1.01
실시예7 2750 22.3 21.0 0.94
실시예8 5050 38.2 37.5 1.02
비교예1 4430 39.2 34.4 1.14
비교예2 4890 31.1 36.7 0.85
비교예3 5240 29.9 38.3 0.78
비교예4 6360 37.3 42.7 0.87
(실시예 9)
앞서 나타낸 실시예나 비교예와 마찬가지로 다양한 색온도와 A/B 비율의 백색 광원을 별도로 준비하여 인체의 일일 리듬에 미치는 영향을 검증했다. 검증을 하기 위한 실험은 대학생의 협조를 얻어 봄방학 동아리 활동의 일환으로 진행된 합숙 장소에 각종 발광장치를 들여와 백색광원 비교시험을 실시했다.
(참가자의 개요)
남녀 대학생 총 20명의 협력을 얻었다. 내역은, 테니스 동호회에 속하는 10명 및 ESS(영어 연구) 동호회에 속하는 10명이다. 검증실험을 실시함에 따라 각 동호회 회원은 5명씩으로 나뉘어 총 4개 그룹의 팀 편성으로 했다. 그룹 멤버의 선별은, 각 동호회의 활동 내용을 고려해 이뤄졌으며 검증 실험과의 관계에 대해서는 전혀 고려하지 않고 있다. 따라서, 남녀나 연령등의 구성 비율은 임의적이다. 또한 검증 실험에의 참가자 전원이 정상인이며, 실험 실시 기간에 특별한 질병 이력 없이 특별한 약 등을 복용하는 자는 없었다.
(검증 실험의 타임 스케줄)
실험은 5일간 연속됐다. 장소는 요코하마 시내의 연수시설로 옥외에 테니스장 두개면, 옥내에 복수의 회의실과 큰 집회장 및 참가자가 사용하는 개인실 등의 숙박설비가 갖춰져 있다.
＜공통 스케줄＞
참가자 전원에게 공통되는 활동 스케줄은 도 37의 표에 따라서 행해진다. 아침 식사 후 저녁 식사 전까지의 시간은 원칙적으로 동호회 방침에 따른 단체 활동이 이루어진다. 단, 클럽활동 1~4와 휴식시간 이외에는 야외활동을 금지하고 실내를 원칙으로 했다. 또 오전 중 취침시 및 자유시간은 원칙적으로 각자의 방에서 보내는 것으로 했다. 단, 각 실내 집회실에서 담소 등을 하는 것은 자유로 했다. 덧붙여 각자의 거실은 커튼을 닫아 외부로부터의 빛이 입사하지 않게 했다. 또 소등은 오후 11시, 점등은 오전 7시이며 조작은 자동으로 하도록 해 각자 마음대로 소등이나 점등을 실시할 수 없도록 했다. 생활상의 주의점으로 스마트폰 사용은 오전, 오후 각 30분 이내로 했다. 또 합숙기간 중 흡연은 특별히 제한하지 않았으나 음주는 금지했다.
＜개별 스케줄＞
실험은 동호회별로 2개 그룹, 총 4개 그룹이 각각 다른 환경에서 합숙 활동을 했다. 테니스 동호회의 2개 그룹을 T1, T2, ESS 동호회의 2개 그룹을 E1, E2로서 조명 조건의 구별을 실시했다. 각 그룹에서 사용된 백색광원의 발광 특성은 표 18과 같다.
그룹,
조명조건		 기상, 세수
아침식사 등		 동아리
활동 1		 휴식 동아리 활동 2 점심식사
휴식		 동아리
활동 3		 휴식 동아리
활동 4		 미팅
입욕,
저녁식사		 자유시간
T1 색온도(K) 4500 옥외 옥외 4500 옥외 옥외 3500 3500
조도(lux) 400 - - 400 - - 300 500
비율(A/B) 1.01 - - 1.00 - - 1.02 0.99
T2 색온도(K) 4500 옥외 옥외 4500 옥외 옥외 3500 3500
조도(lux) 500 - - 400 - - 300 500
비율(A/B) 1.15 - - 1.00 - - 1.02 1.15
E1 색온도(K) 4500 연속변화 연속변화 4500 연속변화 연속변화 3500 3500
조도(lux) 400 연속변화 연속변화 400 연속변화 연속변화 300 500
비율(A/B) 1.01 약 1.00 약 1.00 1.00 약 1.00 약 1.00 1.02 0.99
E2 색온도(K) 4500 연속변화 연속변화 4500 연속변화 연속변화 3500 3500
조도(lux) 400 연속변화 연속변화 400 연속변화 연속변화 300 500
비율(A/B) 0.75 약 0.79 약 0.79 1.00 약 0.79 약 0.79 1.02 0.74
표 18에서도 알 수 있듯이, 실내 조명의 백색광원의 색온도와 밝기는 각 시간대에 걸쳐 모든 그룹이 동일한 조건이 되도록 설정되어 A/B 비율만 각 그룹 간에 다르게 했다. 또, 점심 휴식과 미팅, 목욕 및 저녁 시간대에 사용되는 백색 광원은 모든 그룹에 공통되는 것으로 했다. 그룹 간 조명 조건의 차이를 알 수 있듯이, 각 특징을 정리하면 다음과 같다.
T1 그룹은 동아리 활동 시간대에는 전부 야외에서 달리기, 연습경기 등의 운동을 했다. 합숙기간 중 5일 동안 하루 동안만 비가 내렸지만 약 30분 정도 소나기가 내렸고 그 외에는 대체로 맑은 맑은 날씨였다. 한편 동아리 활동 이외의 시간은 원칙적으로 실내에서 보냈다. 실내조명 중 개인실 조명의 A/B 비율은 본 발명에서의 클레임 범위 내의 것이 사용되었다.
T2 그룹은 동아리 활동 시간대에는 T1 그룹과 같은 환경에서 같은 운동을 하며 지냈다. 동아리 활동 이외의 시간도 활동내용은 T1과 동일하지만, 실내조명의 A/B 비율은 본 발명 클레임의 상한치를 넘는 것이 사용되고 있었다.
E1 그룹은 동아리 활동 시간대에는 회의실 내부에서 활동했다. 활동 내용은 연구 발표회, 그룹 토론, 문헌·잡지의 열람등을 실시했다. 회의실 조명은 태양광 변화를 재현한 조광 조색 조명장치를 사용했다. 조광·조색장치에 사용된 백색광원의 A/B 비율은 본 발명의 클레임 범위 내의 것이 사용되었다. 또 동아리 활동 이외의 시간은 원칙적으로 실내에서 보냈다. 실내조명 중 개인실 조명의 A/B 비율은 본 발명에서의 클레임 범위 내의 것이 사용되었다.
　E2 그룹의 활동 내용은 원칙적으로 E1 그룹과 같다. 단, 조광·조색발광장치 및 개인실 조명의 A/B 비율은 본 발명에서의 클레임 하한치를 밑도는 것이 사용되었다.
＜조광·조색 장치＞
E1, E2 그룹이 동아리 활동 1-4에 사용한 회의실 조명은 태양광의 발광 특성 변화를 재현할 수 있는 조광·조색장치를 이용했다. 구체적인 색온도와 조도 변화에 대해서는 도 38의 스케줄에 따라 실시했다. 도 38의 곡선은, 요코하마시내에서 실측한 3월의 태양광이 나타내는 발광 특성의 변화를 나타낸 것이다. 곡선 63은 태양광의 색온도 변화를 나타내고 곡선 62는 태양광의 조도비 변화를 나타낸다. 태양광의 색온도는 표 19에 나타낸 4 종류의 백색광원을 혼합하여 재현하였다. 4종류 중 적어도 2~3종류의 광원을 미리 계산된 소정의 강도비로 혼합함으로써 4000K에서 6000K 사이의 흑체복사 궤적상의 색온도를 충실하게 재현했다. 도 38의 색온도 변화곡 선63과 조도비 변화곡선 62에서 표 18의 연속변화라고 기재되어 있는 시간대(예를 들어 오전 8시 30분부터 오전 10시까지)에 대응하는 색온도변화와 조도비변화를 재현하였다. 도 38에 나타난 색온도와 조도변화를 발광장치의 메모리부에 보존하고, 장치내의 제어부가 필요에 따라 저장데이터를 호출하면서 프로그램을 제어해 태양광 변화를 재현했다. 발광색 변화는 3분마다 새로운 데이터를 읽어 변화시켰지만 이 사이의 색도 변화는 xy 색도도 상의 맥아담 타원 내 차이밖에 생기지 않았기 때문에 조명광 이용자는 색온도가 변화하는 순간을 식별할 수 없어 차이도 연속적으로 변화한 것처럼 관찰되었다. 또한 이 장치에서는 조명장치의 전원을 입력하면 입력 시 시각을 자동적으로 읽어 시각에 맞춘 색온도와 조도의 데이터가 호출되므로 조명이 중단된 경우에도 실제 태양광에 맞춘 연속변화를 재현할 수 있도록 설계된 것이다.
E1 그룹 E2 그룹
백색광원1 3998K+0.005duv A/B=1.00 3999K+0.005duv A/B=0.79
백색광원2 3998K-0.005duv 3997K-0.005duv
백색광원3 6001K+0.005duv 6005K+0.005duv
백색광원4 6003K-0.005duv 6003K-0.005duv
(생체 응답 조사)
　매일 밤 10시에 참가자의 타액을 채취해 타액 속에 포함된 멜라토닌의 농도를 확인했다. 또 매일 아침식사 후 참가자의 수면상황에 대해 설문조사를 했다.앙케이트 내용은 (1)수면 상태에 관한 각자의 주관 평가(5단계 평가), (2)수면의 질 평가(수면 도중의 각성 여부 및 각성 횟수), (3)각성 평가(깨어난 시간)의 세가지로 했다.
(생체 응답의 평가 결과)
실험 참가자를 T1, T2, E1, E2의 4 그룹으로 나누어 조사 결과를 그룹별로 모아 정리했다. 도 39로부터 도 42에, 각 조사 항목의 결과를 그래프에 정리해 비교할 수 있도록 하였다. 도 39는, 그룹 T1, T2, E1, E2에 대해, 타액중에 포함되는 멜라토닌 농도의 일일변화를 나타내고 있다. 도 40은, 그룹 T1, T2, E1, E2에 대해, 수면 상태의 주관 평가에 관한 앙케이트 결과를 집계한 것이다. 도 41은, 그룹 T1, T2, E1, E2에 대해, 수면중의 각성 횟수에 관한 앙케이트 결과를 집계한 것이다. 도 42는, 그룹 T1, T2, E1, E2에 대해, 눈을 뜨는 시간에 관한 앙케이트 결과를 집계한 것이다. 덧붙여 도 39의 멜라토닌 분비량에 대해서는, 멤버 5명의 측정 결과의 평균치를 구해 그룹간에 비교했다. 한편, 도 40~42의 앙케이트 결과의 데이터에 대해서는, 같은 결과를 회답한 인원수를 그룹별로 분류해, 그룹간에 비교를 실시했다. 이러한 데이터를 이용해, 백색광원의 사용 방법이 수면에게 주는 영향을 평가했다.
(태양광 재현 조명이 수면에게 주는 효과에 대해：T1와 E1의 비교 평가)
T1그룹은 테니스 동호회에 속한 5명의 멤버로 구성되어, E1그룹은 ESS 동호회에 속하는 5명의 멤버로 구성된다. 두 그룹의 합숙 중 행동 내용은, 클럽 활동의 시간을 제외하고 완전히 같았다. 클럽 활동내내, T1는 실외의 태양광아래에서 활동하고 E1는 회의실등의 실내 조명아래에서 활동하고 있었기 때문에, 양자는 다른 환경하에서 보냈지만, 그 이외에서는, 생활의 타임 스케줄, 실내에서 수광한 조명의 조건(색온도, 조도, A/B비율)은 똑같았다(표 15). 따라서, 조명 환경의 차이가 수면에 어떠한 영향을 미친다면, 둘 사이의 차이는, 클럽 활동을 실내에서 했는지, 실외에서 했는지의 차이에 기인하게 된다. 다만, E1이 실내에서 수광한 조명빛의 색온도와 조도는, 태양광의 색온도 변화나 조도 변화를 실측치를 토대로 재현 한 것이다. 또 A/B 비율은 태양광의 실측치를 토대로 재현 한 것은 아니지만, 같은 색온도의 흑체 복사에 있어서의 α오픽 방사 조도를 기준으로 한 것으로, 실질적으로 태양광과 동등하게 간주할 수 있는 수준이었다.
도 39의 멜라토닌 분비량의 변화를 확인하면, 네 그룹 중에서 T1와 E1의 결과만이 특출나며, T1와 E1의 그래프가 거의 서로 겹치고 있어 양자는 대략 동등 레벨에 있는 것을 알 수 있다. 또, 도 41의 수면의 질평가(수면 도중의 각성 횟수)나, 도 42의 각성 평가(눈을 떴을 때 시각과 조명점등 개시시각과의 차이)의 결과를 봐도, E1의 데이터는 T1의 데이터와 비교해 손색이 없는 것이었다.
이러한 세 종류의 비교 데이터에서, 멜라토닌의 분비 상황이나 수면에 대한 영향 정도로, 2 종류의 조명빛을 비교하면, 태양광도 본 발명의 백색광원도 거의 동등 레벨에 있어, 태양광의 발광 특성의 재현을 목표로 한 본 발명의 백색광원의 특성이 발명의 목적을 충분히 만족할 수 있는 레벨임을 알 수 있다.
(멜라노픽 방사조도가 수면에게 주는 효과에 대해(1)： T1와 T2의 비교 평가)
T1와 T2는 모두 테니스 동호회에 속한 회원들로 구성된다. 두 그룹은, 클럽 활동이나 식사등의 단체행동에 있어서는 같은 조명 환경하에서 같은 활동을 실시했지만, 자유시간의 조명 환경은 서로 달랐다. 조명 조건 중, 색온도나 조도는 양자 간에 변화는 없었지만, A/B 비율에 대해, T1는 약 1. 00으로 본 발명의 규정의 범위내였지만, T2는 약 1. 15로 본 발명의 규정의 상한을 웃도는 값이었다.
우선 도 39의 그래프로부터, 멜라토닌의 분비량을 비교하면, T2는 T1과 비교해, 분명히 낮은 수치를 나타냈다. 또 분비량의 일일변화를 보면, T1은 대체로 직선에 가까운 평탄하고 안정적인 경과를 나타냈지만, T2는 T1과 비교해 요철이 크고, 변화의 폭이 큰, 다소 불안정한 경향을 나타냈다. T2의 멤버들은 취침전에 멜라노픽 방사 조도의 비율이 큰 백색광원으로부터의 빛을 받았기 때문에, ipRGC가 과도인 빛을 수광해, 멜라토닌의 분비를 억제하는 방향으로 작용한 것이라고 생각된다. 그리고, T2에 있어서의 멜라토닌 분비량의 증감이, T1보다 크고, 게다가 그 증감은 합숙의 후반에 걸쳐 커진 것으로부터, ipRGC에의 과잉인 자극이 시간과 함께 축적된 것에 의해, 일일 리듬의 혼란이 생기기 시작하고 있었을 가능성이 있다. 이어서 수면의 질에 대한 설문조사 결과가 도 43에 정리되어 있다. T1, T2 멤버 모두 태양광 아래서 충분한 운동을 하고 있기 때문에 대체로 수면의 질은 양호했다. 그러나 A/B 비율이 수면에 미치는 영향을 비교하면 양자 간에 차이가 있다. A/B 비율이 1.00인 적정한 조명을 수광한 멤버 대부분이 잠을 매우 잘 잤다고 답한 반면 A/B 비율이 1.15로 상한치보다 큰 조명광을 수광한 멤버에서는 비교적 잘 잤다거나 평소와 다름없다고 돌리는 멤버가 증가하고 있어 수면의 질이 낮아지는 추세였다.
도 44는, 수면중의 각성 횟수에 대해, 앙케이트 결과를 집계한 것이다. A/B 비율의 크기에 관계없이, 가장 많은 응답은 「없음」이었지만, 「없음」의 응답은 A/B 비율이 적정한 조명을 수광한 멤버가, A/B 비율이 상한치보다 큰 조명빛을 수광한 멤버보다 1명 많았으며, 5일간의 수면중에, 「1회눈을 떴다」라고 응답한 멤버의 인원수의 차이는, 상기와 반대였다. 따라서, 적절한 A/B 비율의 조명빛을 수광한 멤버가 수면의 질이 더 좋은 경향이 있었다. 도 45는, 아침 눈뜨는 시간에 대해서, 조명점등 시간과의 엇갈림 시간을 조사한 것이다. 어느 쪽의 멤버도, 가장 많은 응답은「조명점등 시각과 같은 시각에 눈을 떴다」였지만, A/B비율이 적정한 조명을 수광한 멤버에, 조명점등 시각보다 빨리 눈을 뜬 멤버가 총 3명 존재하고, 점등 시각보다 늦게 눈을 뜬 멤버가 0인 것에 대해, A/B 비율이 상한치보다 큰 조명을 받은 멤버 중 조명점등 시간보다 늦게 눈을 뜬 멤버가 총 5명 존재해, 조명점등 시간보다 빨리 눈을 뜨는 멤버는 없었다. A/B 비율의 적정한 조명을 수광한 멤버 중, 조명점등 시간부터 빨리 눈을 뜬 멤버가 존재했던 것에 대해, (1) 이 멤버는 수면의 질조사에서, 「매우 잘 잤다」라고 응답하는 멤버가 많은 점에서, 빨리 눈을 뜬 것은 잘 잔 결과인 것, (2) 기상시각의 7시에 있어, 실내 조명은 커텐의 효과로 인해 어두운 상태에 있었지만, 실외는 이미 밝아져 있었던 점에서, 눈을 뜬 시간은 오히려 적정하고, 일일 리듬이 적정하게 기능하고 있던 결과라고 판단할 수 있다. 한편, A/B 비율이 상한치를 넘는 조명을 수광한 멤버 중, 잠에서 깨는 것이 늦는 멤버가 많은 것은, (1) 실내가 밝아졌음에도 불구하고 조명점등을 깨닫지 않고 수면을 계속한 것, (2) 실외는 이미 밝고, 합숙 장소가 아니었다면, 이미 깨어 있어야 할 시간이었다는 점을 고려하면, 일일 리듬에 관해서는 바람직하지 않은 경향이 있었다고 할 수 있다.
이상의 결과보다, A/B 비율이 적절한 조명을 수광한 멤버와 A/B 비율이 상한치보다 큰 조명을 수광한 멤버 사이에서는, 수면의 질, 수면중 깨어남, 깨어난 시각의 어느 점에서도, 양자 간에 차이가 있으며, 전자가 후자에 대해 바람직한 경향을 보였다. 따라서, A/B 비율이 적정한 수치를 나타내는 백색광원은, 시세포(ipRGC)에 대한 자극 광량을 적정하게 유지함으로써, 멜라토닌의 분비량을 적정하게 유지하고, 정상적인 일일 리듬을 유지하게도 기여하고 있는 것으로 확인되었다.
(멜라노픽 방사 조도가 수면에게 주는 효과에 대해(2)：E1과 E2의 비교 평가)
E1와 E2는 모두 ESS 동호회에 속한 회원들로 구성된다. 양 그룹은, 클럽 활동을 제외한 단체행동에 대해 같은 조명 환경하에서 같은 활동을 하였으나, 그 외 시간의 조명 환경은 서로 다른 것이었다. 조명 조건 중, 색온도나 조도는 양자간에 차이는 없었지만, A/B 비율에 대해, E1는 약 1.00으로 본 발명의 규정의 범위내였지만, E2는 약 0. 75로 본 발명의 규정의 하한을 밑도는 값이었다.
우선 도 39의 그래프로부터, 멜라토닌의 분비량을 비교하면, E1는 E2와 비교해, E1를 웃돌기는 커녕, E1를 항상 밑도는 결과를 나타냈다. 그리고, E1의 일일변화가 비교적 안정적이었던 반면, E2는 분비량의 변화의 폭이 커, 요철 형상의 변화 곡선을 나타냈다. 분비량의 변화의 폭은, 합숙 후반에 커진 것으로부터, 조명광을 받는 시간이 길어지는 것에 따라, 일일 리듬이 흐트러지기 시작하고 있었을 가능성이 있다. 도 46은, 수면 상태에 대한 주관 평가의 결과를 모은 것이다. A/B 비율이 적정한 조명을 수광한 멤버와 A/B비율이 하한치보다 작은 광원을 수광한 멤버 간에는, 잠의 질에 뚜렸한 차이가 발생했다. A/B 비율이 적정한 조명을 수광한 멤버 전원이 평소대로이거나 평소보다 잘 잘 수 있었던 상태를 나타낸 것에 대해, A/B 비율이 하한치보다 작은 광원을 수광한 멤버의 경우, 「매우 잘 잤다」라고 응답한 멤버도 절반 가까이 존재했지만, 평소와 다름없이, 잘 못 잤다까지 결과 분포는 다양한 상태로 확대됐다. 그리고 「별로 잘 못 잤다」, 「잘 못 잤다」라고 응답한 멤버가 25% 존재하고 있었다. 4개의 그룹 중, 수면의 질이 평소보다 저하되는 방향으로 응답한 그룹은 E2뿐으로, 특이한 그룹으로 눈에 띄는 존재였다. 도 47은, 수면 도중에 깨어난 횟수에 대한 앙케이트 결과를 집계한 것이다. 깨어난 횟수에 대해서도, E1과 E2의 멤버 사이에서는 큰 차이가 생겼다. E1에서는 「한번도 깨어나지 않았다」는 멤버가 4명 있던 것에 대해, E2는 0명, 한편, 「두번 깼다」라고 응답한 멤버가 E2에서는 2명 있던 것에 대해, E1에서는 0명의 결과였다.
도 48은, 잠에서 깨는 시각에 관한 앙케이트 결과를 정리한 것이다. 이 결과에 대해서도 다른 경우와 마찬가지로 E1이 E2보다 양호한 결과로, 양자 간의 차이는 명백했다. 양자 모두 가장 많은 응답은 '조명점등과 같은 시각'이었지만, E2가 조명점등 시각보다 어긋나 깨어나는 멤버의 연인원이 많아졌으며, 게다가 깨는 방향은 조명점등 시각보다 늦어지는 것뿐이었다. E2 멤버는 수면의 질 평가 결과에서도 다른 그룹 멤버에 비해 뚜렷이 뒤떨어졌으며 깨어남 시각이 지연된 원인은 일주기 리듬이 불안정해진 데 따른 것으로 보인다.
이상과 같이 A/B 비율이 다른 두 종류의 백색조명을 비교한 결과, A/B 비율이 하한치보다 낮은 조명에서는 A/B 비율이 적정한 것보다 멜라토닌의 분비상황이나 수면의 질이 떨어지는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 멜라노픽 방사조도가 적정치보다 떨어짐에 따라 ipRGC에 대한 자극광량이 적정치보다 부족한 결과 멜라토닌 분비량이 떨어지면서 불안정해지는 결과를 가져와 일일 리듬이 적정하게 유지되지 않아 수면의 질 저하로 이어진 것으로 보인다.
(평가 결과의 종합)
　평가 결과 실험 참가자군 간에 평가 결과의 차이가 확인되었다. 본 발명의 범위에 있는 조명을 이용한 군에서 멜라토닌 농도가 높고, 수면 상태의 주관 평가에서는 「잘 잤다」경향에 있으며, 수면의 질의 평가에서는 각성 횟수가 적은 경향에 있어, 눈을 뜨는 평가에서는 점등 시각과의 차이에서 빠른 경향이 인정되었다.
따라서 사람의 일일 리듬이나 수면의 질에 적합한 영향을 주는 백색광원에 대해 본 발명에서의 발광 특성의 적정 범위 및 적정 범위를 판단하기 위한 판단 기준 A/B 비율이 타당한 것임을 본 실시 예의 결과에서 검증할 수 있었다.
　(실시예10)
도 19a에 결과를 나타낸 백색광원 Spl 1으로부터 Spl 9의 자세한 것은 표 3에 나타낸 대로이지만, 백색광원 Spl 1으로부터 Spl 9 각각의 A/B 비를 표 20에 나타낸다. 표 20에는, 표 3에 나타낸 백색광원의 상세와 도 19a 및 도 19b에 나타낸 수면의 질을 다시 게시하였다.
또, 백색광원 Spl 10과 Spl 11의 색온도, 상관 색온도,α오픽 방사 조도의 비율(멜라노픽 방사 조도/(L－콘 오픽 방사 조도＋M－콘 오픽 방사 조도)), 연색성, A/B 비, 수면의 질을 표 20에 나타내었다. 한편, Spl 12로부터 23까지의 백색광원의 상관 색온도,α오픽 방사 조도의 비율(멜라노픽 방사 조도/(L－콘 오픽 방사 조도＋M－콘 오픽 방사 조도)), 연색성, A/B비, 수면의 질을 표 21에 나타낸다. 수면의 질의 평가방법은 전술한 바와 같다.
색온도
(K)		 광원 No 상관 색온도 비율(%) * A/B 비 연색성
(Ra)		 수면의 질
2900 Spl 1 2910K+0.001duv 19.9 0.84 95 △ B
Spl 2 2900K+0.000duv 24.8 1.05 97 ◎ A
Spl 3 2910K+0.001duv 29.1 1.23 87 × C
4000 Spl 4 4020K+0.001duv 25.1 0.79 79 × C
Spl 5 3990K+0.002duv 29.5 0.92 98 ◎ A
Spl 6 3980K+0.001duv 35.7 1.13 95 △ B
5000 Spl 7 5020K+0.002duv 30.9 0.83 73 × C
Spl 8 5000K+0.000duv 35.1 0.94 95 ◎ A
Spl 9 5030K+0.001duv 39.5 1.06 99 ◎ A
Spl 10 4995K+0.000duv 37.5 1.01 99 ◎ A
Spl 11 4980K+0.002duv 42.4 1.14 90 × C
*는 멜라노픽 방사 조소 / (L-콘 오픽 방사 조도 + M-콘 오픽 방사 조도)
광원 No 상관 색온도 비율(%) * A/B 비 연색성
(Ra)		 수면의 질
Spl 12 2900K-0.001duv 23.93 1.01 99 ◎ A
Spl 13 3140K+0.001duv 23.20 0.91 92 ◎ A
Spl 14 3200K+0.000duv 27.59 1.06 97 ◎ A
Spl 15 3460K+0.002duv 31.10 1.13 89 △ B
Spl 16 3785K+0.000duv 31.72 1.09 94 ◎ A
Spl 17 4000K+0.001duv 30.06 0.94 98 ◎ A
Spl 18 4320K-0.002duv 29.24 0.87 90 △ B
Spl 19 4560K+0.002duv 39.80 1.14 88 × C
Spl 20 4595K+0.001duv 33.03 0.94 95 ◎ A
Spl 21 4760K-0.002duv 30.83 0.86 90 × C
Spl 22 4995K+0.000duv 37.40 1.01 99 ◎ A
Spl 23 5000K-0.002duv 41.24 1.13 89 × C
*는 멜라노픽 방사 조소 / (L-콘 오픽 방사 조도 + M-콘 오픽 방사 조도)
표 20, 21 및 도 19b에서 알 수 있듯이, A/B 비가 0. 88 이상 1. 11 이하의 범위내에 있는 광원, 즉 도 19b의 곡선 L5와 곡선 L6로 규정된 영역내에 있는 광원은, 수면의 질이 A 등급이며, A/B 비율이 상한치(1. 11)와 하한치(0. 88)로 규정된 영역외에 존재하는 광원은 수면의 질이 B 또는 C 등급을 나타내고 있다.
또, 수면의 질이 A 등급을 나타낸 광원 중, 보다 바람직한 범위(0.92 이상 1.07 이하)의 A/B 비율을 나타내는 광원은, 멜라토닌의 분비량이 안정적으로 높은 값을 나타냄과 동시에, 평균연색평가수 Ra도 95 이상으로 높은 값을 나타내는 경향이었다. 특히, 도 19a에 대해 나타나는 직선상과 그 근방의 광원, 즉 도 19b에 있어서의 실선 L4상과 그 근방의 광원은, Ra가 97 이상으로, 100에 가까운 특성을 얻을 수 있는 경향을 보였다
백색광원의 사용시, 0. 88≤A/B≤1.11의 기준을 충족하는 조건으로 사용함으로써, 사람의 일일 리듬을 적정하게 유지할 수 있어 양호한 수면의 질을 얻을 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하고 있지 않다. 이들 신규 실시형태는 기타 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 생략, 치환, 변경을 할 수 있다. 이를 실시하는 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되며 특허청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
[부호의 설명]
1…LED 모듈, 2…기판, 3…수납부, 4…LED 칩, 5…도전부, 10…LED 모듈, 11…기판, 12…댐, 13…LED 칩, 14…본딩 배선, 15…본딩 패드부, 16…배선 패턴, 17…전극, 18…형광체층, 19…솔더 리지스트층, 20…LED 모듈, 21…전극, 22…LED 칩, 23…본딩 배선, 24…형광체층, 25…수지 몰드, 31…기판, 32…LED 칩, 33…형광체층, 34…투명 수지층, 40…발광 스펙트럼, 41…여기 스펙트럼, 42…발광 스펙트럼, 43…여기 스펙트럼, 51…백색광원부, 52…제어부, 53…기판, 54…백색광원, 55…발광 장치 외위기, 56…LED 칩, 57…형광체층, 58…제어부, 59…전자 회로 메모리부, 60…데이터 입출력부, 61…배선, 80…LED 칩, 81…기판, 82…n형 반도체층, 83…활성층, 84…p형 반도체층, 85…p형 전극, 86…n형 전극, 90…LED 칩, 91…기판, 92…n형 반도체층, 93…활성층, 94…p형 반도체층, 95…p형 전극, 96…n형 전극, 97…서브 마운트 기판, 100…LED 디바이스, 101…LED 칩, 102…LED 칩, 103…형광체층, 104…투명 수지층, 105…몰딩부, 106…리드.

Claims (25)

  1. 2500K 이상 10000K 이하의 범위의 상관 색온도의 빛을 발하는 백색광원에 대해, 상기 백색광원이, 사람의 시세포 가운데, ipRGC, L추체, M추체의 시세포에 조사하는 자극 광량을 각각 멜라노픽 방사 조도, L-콘 오픽 방사 조도, M-콘 오픽 방사조도로 하여, 상기 자극 광량의 비율을 하기 식(1)로 나타낼 때, 상기 백색광원의 발광 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 A, 해당 백색광원과 동일한 색온도의 흑체 복사의 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 B로 했을 때, 하기 식(2)를 만족하는 백색광원.
    멜라노픽 방사 조도 / (L콘 오픽 방사 조도 + M콘 오픽 방사 조도) (1)
    0. 88≤A/B≤1.11 (2)
  2. 제 1항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 비율 A와 상기 비율 B의 사이에 식(3)으로 나타나는 관계식이 성립되는 것을 특징으로 하는 백색광원.
    0. 92≤A/B≤1. 07 (3)
  3. 제 1항 또는 제 13항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 상관 색온도가 흑체 복사의 궤적상의 색온도로부터의 편차 duv가±0.005의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 백색광원이 LED 칩과 형광체층을 갖추어 상기 형광체층이 상기 LED 칩의 주위를 직접적 또는 간접적으로 피복 하고 있는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 LED 칩에서 나오는 빛이, 360 nm 이상 470 nm 이하의 파장간에 발광 피크를 가지는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 LED 칩은 발광 피크 파장이 다른 복수개의 LED 칩으로부터 구성됨과 동시에, 상기 형광체층에는 발광 피크 파장이 다른 복수종의 형광체의 혼합물이 함유 되고 있는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  7. 제 1항 내지 제 6항의 어느 한 항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 백색광원으로부터 나오는 백색광의 평균연색평가수 Ra가 95 이상, 연색평가수 R1부터 R8 및 특수연색평가수 R9부터 R15의 모두가 85 이상인 것이 특징으로 하는 백색광원.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 백색광원으로부터 나오는 백색광의 평균연색평가수 Ra가 97 이상, 연색평가수 R1부터 R8 및 특수연색평가수 R9부터 R15의 모두가 90 이상인 것이 특징으로 하는 백색광원.
  9. 제 1항 내지 제 8항의 어느 한 항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 백색광원의 점등 초기와 연속 6000시간 점등 후의 색도 변화를, CIE색도도상의 색도의 변화로 나타낼 때, 상기 색도 변화가 0.01 미만인 것을 특징으로 하는 백색광원.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 형광체의 혼합물에 포함되는 각 형광체의 발광 스펙트럼의 피크가, 서로 인접하는 피크와의 피크 파장 간격을 150 nm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 형광체의 혼합물에 포함되는 각 형광체가 50 nm 이상의 반치폭을 가지는 발광 스펙트럼을 나타내는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  12. 제 11에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 형광체의 혼합물에 포함되는 각 형광체의 발광 스펙트럼이 다른 피크 파장을 가지면서, 각 발광 스펙트럼의 일부가 다른 발광 스펙트럼과 겹치는 파장 영역을 적어도 하나 가지는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  13. 2500K 이상 10000K 이하의 범위의 상관 색온도의 백색광을 발하는 백색광원에 있어서, 상기 백색광원은,
    기판과
    상기 기판의 표면에 설치된 수납부와
    상기 기판의 상기 표면 혹은 이면에 배치된 전극과
    상기 기판의 상기 표면 혹은 상기 이면에 배치된 배선 패턴과
    상기 수납 부내에, 상기 전극 또는 상기 배선 패턴과 전기적으로 접속된 상태로 배치된 1개 이상의 GaN계 LED 칩과
    상기 수납 부내에, 상기 LED 칩의 주위를 직접적 또는 간접적으로 피복 하도록 배치된, 발광색이 다른 복수종의 형광체를 포함하는 형광체층을 갖추고
    상기 백색광원이, 사람의 시세포 중, ipRGC, L추체, M추체의 시세포에 조사하는 자극 광량을 각각 멜라노픽 방사 조도, L-콘 오픽 방사 조도, M-콘 오픽 방사조도로 하여 상기 자극 광량의 비율을 하기 식(1)로 나타낼 때, 상기 백색광원의 발광 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 A, 해당 백색광원과 동일한 색온도의 흑체 복사의 스펙트럼에 대응하는 상기 비율을 B로 했을 때, 하기 식(2)를 만족하는 백색광원.
    멜라노픽 방사 조도 / (L콘 오픽 방사 조도 + M콘 오픽 방사 조도) (1)
    0. 88≤A/B≤1.11 (2)
  14. 제 13항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 비율 A와 상기 비율 B의 사이에 하기 식(3)의 관계식이 성립되는 것을 특징으로 하는 백색광원.
    0. 92≤A/B≤1.07 (3)
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 상관 색온도가 흑체 복사의 궤적상의 색온도로부터의 편차 duv가 ±0.005의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 형광체층의 내면 또는 외면에 형성된 투명 수지층을 한층 더 갖추어 상기 투명 수지층내에 미립자의 무기 화합물이 함유 되고 있는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 무기 화합물이, 상기 투명 수지층 중에 0.1 질량%이상 5 질량% 이하의 범위에서 함유 되고 있는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  18. 제 13항 내지 제 17항의 어느 한 항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 기판이, 수지, 금속, 세라믹스 중 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 백색광원.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 기판의 상기 표면에 설치된 반사층을 한층 더 구비하고,
    상기 금속이 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 스테인리스, 마그네슘 합금, 철로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 백색 광원.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 반사층이 바인더 매트릭스와 상기 바인더 매트릭스 내에 분산되어 있는 무기 입자를 포함하고,
    상기 무기 입자가 산화 알류미늄, 산화 지르코늄, 산화 티탄, 및 산화 바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 백색 광원.
  21. 제 19항에 있어서, 백색광원에 있어서, 상기 반사층의 표면의 적어도 일부를 가리는 투명 절연막을 한층 더 구비하는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  22. 제 13항 내지 제 21항의 어느 한 항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 전극 및/또는 상기 배선 패턴의 표면의 적어도 일부에, Au막이 형성된 것을 특징으로 하는 백색광원.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 전극이 프리프레그와 금속박을 포함한 적층체로 구성되어 있어 상기 전극의 최표면에 백색 솔더 리지스트막이 형성되어 있으며 상기 백색 솔더 리지스트막이 전기 절연성과 자외선에 대한 내열화 특성을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  24. 제 13항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 LED 칩을 덮는 투명 절연막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 백색광원.
  25. 제 13항에 있어서, 상기 백색광원에 있어서, 상기 기판이, 수지 몰딩된 리드프레임으로 구성되어 있고, 상기 수지 몰딩이 반사재와 실리콘 수지 혹은 에폭시 수지를 포함하여 리플렉터로서 기능하는 것을 특징으로 하는 백색광원.
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