JP5382849B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、赤、緑、青の各色で発光する発光体を備える光源装置に関する。

従来の電球や蛍光灯等の白色光源に替えて、赤、緑、青の各色で発光する発光ダイオードを用い、各発光ダイオードの波長領域を特定の範囲に選定することによって高い演色性が得られるようにした光源装置が提案されている。例えば、図１４に示す表、および図１５に示す分光分布において、波長のピーク値が６００〜６６０ｎｍの範囲にある赤色発光体と、波長のピーク値が５３０〜５７０ｎｍの範囲にある緑色発光体と、波長のピーク値が４７０〜４８５ｎｍの範囲にある青色発光体から構成された光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この例によると、メラトニン抑制効率は低いものの、各ピーク波長が急峻である場合があり、このため演色性が不十分になることがあった。そこで、図１４および図１５に従来例１および２として示すように、従来例２のように、従来例１で６２０ｎｍであった赤色発光体のピーク波長を６５０ｎｍにずらして構成した光源装置が考えられる。

しかしながら、この従来例２の場合は、図１５に示すように、演色性を示す値であるＲａ値が低下してしまう。

特開２００７-１７３５５７号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、演色性の高い光源装置を提供することを目的とする。

本発明は、ピーク波長が６００〜６６０ｎｍであって、ピーク強度の半分における波長範囲が６００〜６６０ｎｍよりも広い第１の発光体と、ピーク波長が５３０から５７０ｎｍであって、ピーク強度の半分における波長範囲が５３０〜５７０ｎｍよりも広い第２の発光体と、ピーク波長が４２０ｎｍ〜４７０ｎｍである第３の発光体と、を具備した光源装置であって、前記第１および第２の発光体は、５３０ｎｍ以下に波長ピークを有する光源素子と、前記光源素子の近傍に設けられた光変換部材とを具備し、前記色変換部材にレンズが装着され、前記レンズが４８０ｎｍ以下の可視光成分をカットする短波長カットフィルタを含むように構成された光源装置を提供する。

この構成により、各色発光体のピーク強度の半分における波長範囲を広くすることで、各発光体のピークがなだらかとなり、このためピーク波長が多少変化しても演色性への影響が少なくなり、演色性が向上する。また、光変換部材の選択により効率よく所望の波長の光を得ることができ、演色性が向上する。また、第１および第２の発光体が波長４８０ｎｍ以下の可視光成分を発光ダイオードチップを覆う光学多層膜を含む樹脂に装着された短波長カットフィルタを含むレンズによって吸収することで、メラトニン抑制光にかかる波長を少なくしつつ、演色性を維持することができるので、一般照明用の光源として用いる場合に、メラトニン非抑制を効率的に行うことが可能となる。

また、本発明は、上記の光源装置において、前記各発光体は、５３０ｎｍ以下に波長ピークを有する発光ダイオードを光源素子とするものであり、前記第１の発光体は、４８０ｎｍ以下の可視光成分をほぼ０とするものを含む。

この構成により、各発光体が発光ダイオードで構成され、波長４８０ｎｍ以下の可視光成分を含まないことで、光源素子自身に由来する波長が少ない長波長領域を補足し、色温度の可変範囲を拡げることができ、さらに演色性を高めることが可能となる。

更に、本発明は、上記の光源装置において、前記第２の発光体は、４８０ｎｍ以下の可視光成分をほぼ０とするものを含む。

この構成により、第１および第２の発光体が波長４８０ｎｍ以下の可視光成分を含まないことで、メラトニン抑制光にかかる波長を少なくしつつ、演色性を維持することができるので、一般照明用の光源として用いる場合に、メラトニン非抑制を効率的に行うことが可能となる。

また、本発明は、上記の光源装置において、前記光源素子は発光ダイオードであり、前記発光ダイオードを覆う樹脂が、光変換材料で構成され、４８０ｎｍ以下の可視光成分を吸収する成分を含有するようにしたものを含む。

この構成により、第１および第２の発光体が波長４８０ｎｍ以下の可視光成分を発光ダイオードチップを覆う樹脂の光変換材料によって吸収することで、効率よく、メラトニン抑制光にかかる波長を少なくしつつ、演色性を維持することができるので、一般照明用の光源として用いる場合に、メラトニン非抑制を効率的に行うことが可能となる。

また、本発明は、上記の光源装置において、前記色変換部材が光学多層膜を含み、４８０ｎｍ以下の可視光成分を吸収するように構成されたものを含む。

この構成により、第１および第２の発光体が波長４８０ｎｍ以下の可視光成分を発光ダイオードチップを覆う樹脂の光変換部材によって吸収することで、メラトニン抑制光にかかる波長を少なくしつつ、演色性を維持することができるので、一般照明用の光源として用いる場合に、メラトニン非抑制を効率的に行うことが可能となる。

本発明の光源装置によれば、演色性の向上をはかることができる。また、メラトニン非抑制を両立することも可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る光源装置について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の概略構成を示す図である。

図１において、本実施の形態の光源装置１は、それぞれ制御ユニット２０に接続され、互いに近接して配置された第１の発光体Ｐｒ１、第２の発光体Ｐｇ１および第３の発光体Ｐｂ１から構成される。

第１の発光体Ｐｒ１は、波長のピーク値が６００〜６６０ｎｍの範囲にあり、且つピーク強度の半分における波長範囲が６００〜６６０ｎｍよりも広い赤色光を発する発光ダイオードｒ１からなり、第２の発光体Ｐｇ１は、波長のピーク値が５３０〜５７０ｎｍの範囲にあり、且つピーク強度の半分における波長範囲が５３０〜５７０ｎｍよりも広い緑色光を発する発光ダイオードｇ１からなる。

また、第３の発光体Ｐｂ１は、波長のピーク値が４７０〜４８５ｎｍの範囲にある青色光を発する第３の発光ダイオードｂ１からなるものである。

＜実施例１、２＞
次に、第１ないし第３の発光体Ｐｒ１、Ｐｇ１、Ｐｂ１として、各波長のピーク値が、上述の範囲内で異なる値のものに選定された具体的な実施例１および実施例２について説明する。

図２は、実施例１および実施例２における各発光体Ｐｒ１、Ｐｇ１、Ｐｂ１の波長のピーク値、演色性を示す値であるＲａ値、および相対メラトニン抑制効率を、比較例としての電球色蛍光灯および従来例１、２と対比させて示した表である。また、図３は、実施例１および実施例２の光源装置１によって発光される光の分光分布を示す図である。

なお、Ｒａ値は、ＪＩＳＺ８７２６に準拠して測定される値であり、１００に近いほど自然光で照明される物体の色に近い色が再現される。一般的に、Ｒａ値が８０以上であれば十分に高い演色性が得られる。

また、相対メラトニン抑制効率は、メラトニンの分泌を抑制する効率を表すもので、図１２に示す式によって算出され、電球色蛍光灯を用いた場合を基準の値としてパーセント表示される。

メラトニンとは、脳にある松果体から分泌されるホルモンの一種であり、夜間の入眠前から睡眠前半の時間帯にかけて多く分泌され、体温の低下や入眠を促すと考えられている。また、夜間の受光によってその分泌が抑制されることが明らかにされており、図１３のような波長特性を示すアクションスペクトラムが報告されている。図１３によると、メラトニン分泌抑制感度がピークとなる波長は４６４ｎｍであり、この近傍をカットすることにより、夜間のメラトニン分泌の抑制を回避できることがわかる。

図２に示すように、実施例１における第１の発光体Ｐｒ１は、波長のピーク値が６３０ｎｍの赤色光を発する発光ダイオードであり、第２の発光体Ｐｇ１は、波長のピーク値が５２０ｎｍの緑色光を発する発光ダイオードであり、第３の発光体Ｐｂ１は、波長のピーク値が４６０ｎｍの青色光を発する発光ダイオードであって、前述したように、それぞれブロードなピーク波長を有している。

このように構成された実施例１の光源装置１によって発光される光の分光分布を、図３において実線で示す。

実施例２は、実施例１における第１の発光体Ｐｒ１のピーク波長をずらして構成したものであり、波長ピーク値が６６０ｎｍの赤色光を発する発光ダイオードである。第２の発光体Ｐｇ１は、波長のピーク値が５２０ｎｍの緑色光を発する発光ダイオードであり、第３の発光体Ｐｂ１は、波長のピーク値が４６０ｎｍの青色光を発する発光ダイオードである。

このように構成された実施例２の光源装置１により発光される光の分光分布を、図３において破線で示す。

比較例として挙げた電球色蛍光灯の分光分布を図１１に示す。また、従来例１、２の光源装置は、それぞれ図１４の表に示す通りの波長のピーク値を有する３つの発光体から構成され、その分光分布は図１５においてそれぞれ実線および破線で示す。

図２を参照すると、実施例１におけるＲａ値は９２であり、電球色蛍光灯に比べてやや劣るものの、十分な演色性を有していることがわかる。

また、実施例２におけるＲａ値は８６であって、実施例１に比べれば若干劣るものの充分な演色性を有している。これは、従来例１に対する従来例２と比べれば、その改善効果が著しい。

以上のように、実施例１と実施例２の光源装置１を用いる場合は、高い演色性が得られので、室内用照明システムの光源として適している。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の概略構成を示す図である。

図４において、本実施の形態の光源装置２は、それぞれ制御ユニット２０に接続され、互いに近接して配置された第１の発光体Ｐｒ２、第２の発光体Ｐｇ２および第３の発光体Ｐｂ２から構成される。

図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に係るそれぞれ第１の発光体Ｐｒ２、第２の発光体Ｐｇ２および第３の発光体Ｐｂ２の概略構成を示す図である。

図５（ａ）において、第１の発光体Ｐｒ２は、波長のピーク値が６００〜６６０ｎｍの範囲にあり、且つピーク強度の半分における波長範囲が６００〜６６０ｎｍよりも広い赤色光を発する発光ダイオードｒ１と、発光ダイオードｒ１の発光部を覆って設けられた色変換部ｘ１と、色変換部ｘ１の上部に設けた短波長カットフィルタｆ１を有する構成である。

色変換部ｘ１は、波長が４８０ｎｍ以下の可視光成分を吸収する成分を含有する透明樹脂、又は光学多層膜から構成される光学部材である。

また、短波長カットフィルタｆ１は、アクリルやポリカーボネート、シリコン等の透光性樹脂に、アゾ系やピラゾロン系、キノフタレン系、フラバトロン系等の有機、又は無機顔料、或いは黄色染料を練り込んで構成され、波長が４８０ｎｍ以下の可視光を略０にするものである。更に、黄色ガラス、ガラスに上記の塗料を塗ったもの、光学多層膜等が使用できる。

色変換部ｘ１と短波長カットフィルタｆ１は、一体化して構成してもよい。例えば、色変換部ｘ１に上記の塗料を練り込んだり、色変換部ｘ１に光学多層膜を成膜、又は塗装することで一体化することができる。

また、色変換部ｘ１の上に取り付けるレンズ部分に上記の塗料を練り込んだり、レンズ部分を色ガラスにしてもよい。若しくは、レンズ部分に塗装したり、光学多層膜を成膜するなどして短波長カットフィルタｆ１と一体化してもよい。

図５（ｂ）において、第２の発光体Ｐｇ２は、波長のピーク値が５３０〜５７０ｎｍの範囲にあり、且つピーク強度の半分における波長範囲が５３０〜５７０ｎｍよりも広い緑色光を発する発光ダイオードｇ１と、発光ダイオードｒ１の発光部を覆って設けられた色変換部ｘ２と、色変換部ｘ２の上部に設けた短波長カットフィルタｆ２を有する構成である。

なお、色変換部ｘ２と短波長カットフィルタｆ２の機能、構成および製法は、第１の発光体Ｐｒ２における色変換部ｘ１および短波長カットフィルタｆ１とそれぞれ同様であり、説明を省略する。

図５（ｃ）において、第３の発光体Ｐｂ２は、波長のピーク値が４７０〜４８５ｎｍの範囲にある青色光を発する発光ダイオードｂ１と、発光ダイオードｂ１の発光部を覆って設けられた色変換部ｘ３を有する構成である。

なお、色変換部ｘ３の機能、構成および製法は、第１の発光体Ｐｒ２における色変換部ｘ１と同様であり、説明を省略する。

＜実施例３、４＞
次に、第１ないし第３の発光体Ｐｒ２、Ｐｇ２、Ｐｂ２として、各波長のピーク値が、上述の範囲内で異なる値のものに選定された具体的な実施例３および実施例４について説明する。

図６は、実施例３および実施例４における各発光体Ｐｒ２、Ｐｇ２、Ｐｂ２の波長のピーク値、演色性を示す値であるＲａ値、および相対メラトニン抑制効率を、比較例としての電球色蛍光灯および従来例１、２と対比させて示した表である。また、図７は、実施例３および実施例４の光源装置２によって発光される光の分光分布を示す図である。

Ｒａ値は、第１の実施の形態と同様に、ＪＩＳＺ８７２６に準拠して測定される値であり、相対メラトニン抑制効率も第１の実施の形態と同様に、電球色蛍光灯を用いた場合を基準の値としてパーセント表示される値である。

図６に示すように、実施例３における第１の発光体Ｐｒ２は、波長のピーク値が６２５ｎｍ、且つ波長４８０ｎｍ以下の可視光成分が略０であり、第２の発光体Ｐｇ２は、波長のピーク値が５２０ｎｍであり、第３の発光体Ｐｂ２は、波長のピーク値が４６０ｎｍであって、それぞれブロードなピーク波長を有している。

このように構成された実施例３の光源装置２により発光される光の分光分布を、図７において実線で示す。

実施例４は、図６および図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、実施例３における第２の発光体Ｐｇ２のピーク波長をずらして構成したもので、波長ピーク値が５４０ｎｍ、且つ波長４８０ｎｍ以下の可視光成分を短波長カットフィルタｆ２によってカットしたものである。第１の発光体Ｐｒ２は、波長のピーク値が６２５ｎｍ、且つ波長４８０ｎｍ以下の可視光成分が略０であり、第３の発光体Ｐｂ２は、波長のピーク値が４６０ｎｍである。

このように構成された実施例４の光源装置２により発光される光の分光分布を、図７の破線、および図９におけるＳＰで示す。

比較例として挙げた電球色蛍光灯の分光分布を図１１に示す。また、従来例１、２の光源装置は、それぞれ図１４の表に示す通りの波長のピーク値を有する３つの発光体から構成され、その分光分布は図１５においてそれぞれ実線および破線で示す。

図６から明らかなように、実施例３におけるＲａ値は９３であり、電球色蛍光灯および従来例１、２に対して、優れた演色性を有している。

図１０は、実施例３における光源装置２により発光される光の光色可変範囲を、ｘｙ色度図を用いて表示したものである。同図に示すように、第１の実施の形態における実施例１に比較して、より広い範囲の黒体放射軌跡をカバーしており、色温度の可変範囲が広いことがわかる。

図６において、実施例４におけるＲａ値は８３であり、実施例３に対して若干劣るものの、十分な演色性を有している。

また、メラトニン抑制効率は５０であり、電球色蛍光灯の半分にまで下げることができており、メラトニンの生成を抑制する作用が弱いことが分かる。これにより、実施例４の光源装置２を、例えば就眠時に用いる場合は、使用者のメラトニン生成が抑制されず、安眠に適した照明が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の概略構成を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の実施例において、演色性と相対メラトニン抑制効率を、電球色蛍光灯および従来例と比較して示す図 本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の実施例において、分光分布を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の概略構成を示す図 （ａ）本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、第１の発光体の概略構成を示す図 （ｂ）本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、第２の発光体の概略構成を示す図 （ｃ）本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、第３の発光体の概略構成を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、演色性と相対メラトニン抑制効率を、電球色蛍光灯および従来例と比較して示す図 本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、分光分布を示す図 （ａ）本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、第１の発光体の分光分布を示す図 （ｂ）本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、第２の発光体の分光分布を示す図 （ｃ）本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、第３の発光体の分光分布を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、分光分布を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る光源装置の実施例において、ｘｙ色度図を示す図 比較例としての電球色蛍光灯の分光分布を示す図 相対メラトニン抑制効率を導出するための計算式を示す図 メラトニンのアクションスペクトルを示す図 従来例の演色性と相対メラトニン抑制効率を、電球色蛍光灯と比較して示す図 従来例の分光分布を示す図

符号の説明

１、２ 光源装置
Ｐｒ１、Ｐｒ２ 第１の発光体
Ｐｇ１、Ｐｇ２ 第２の発光体
Ｐｂ１、Ｐｂ２ 第３の発光体
ｒ１ 赤色光を発する発光ダイオード
ｇ１ 緑色光を発する発光ダイオード
ｂ１ 青色光を発する発光ダイオード
ｘ１、ｘ２、ｘ３ 色変換部
ｆ１、ｆ２ 短波長カットフィルタ

Claims (5)

1. ピーク波長が６００〜６６０ｎｍであって、ピーク強度の半分における波長範囲が６００〜６６０ｎｍよりも広い第１の発光体と、ピーク波長が５３０から５７０ｎｍであって、ピーク強度の半分における波長範囲が５３０〜５７０ｎｍよりも広い第２の発光体と、ピーク波長が４２０ｎｍ〜４７０ｎｍである第３の発光体とを具備した光源装置であって、
   前記第１および第２の発光体は、５３０ｎｍ以下に波長ピークを有する光源素子と、前記光源素子の近傍に設けられた光変換部材とを具備し、
   前記色変換部材にレンズが装着され、前記レンズが４８０ｎｍ以下の可視光成分をカットする短波長カットフィルタを含むように構成された光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置であって、
   前記各発光体は、５３０ｎｍ以下に波長ピークを有する発光ダイオードを光源素子とするものであり、前記第１の発光体は、４８０ｎｍ以下の可視光成分をほぼ０とする光源装置。
3. 請求項１または２に記載の光源装置であって、
   前記第２の発光体は、４８０ｎｍ以下の可視光成分をほぼ０とする光源装置。
4. 請求項１に記載の光源装置であって、
   前記光源素子は発光ダイオードであり、前記発光ダイオードを覆う樹脂が、光変換材料で構成され、４８０ｎｍ以下の可視光成分を吸収する成分を含有するようにした光源装置。
5. 請求項に１記載の光源装置であって、
   前記色変換部材が光学多層膜を含み、４８０ｎｍ以下の可視光成分を吸収するように構成された光源装置。

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