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発明の名称 光源装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−80534(P2007−80534A)
公開日 平成19年3月29日(2007.3.29)
出願番号 特願2005−262949(P2005−262949)
出願日 平成17年9月9日(2005.9.9)
代理人 【識別番号】100087767
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清
発明者 荒木 一弘 / 川南 博生 / 関井 広行
要約 課題
出射光の演色性を従来構成よりもさらに向上させることができる光源装置を提供する。

解決手段
光源装置1は、白色光を出射する主光源3と、白熱電球からなる補助光源4とを器体2に備える。主光源3は、青色に発光する発光ダイオードと、発光ダイオードからの光の一部を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を含んだ光色変換部材とを有し、青色光と黄色光とを混合することにより白色光を出射する。補助光源4は、主光源3に比べて光束の小さい光を主光源3からの光に混合させるように出射する。
特許請求の範囲
【請求項1】
青色に発光する発光ダイオードおよび発光ダイオードからの光の一部を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を含んだ光色変換部材を有し白色光を出射する主光源と、白熱電球からなり主光源に比べて光束の小さい光を主光源からの光に混合させるように出射する補助光源とを器体に備えることを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記器体は、透光性を有する透光性基板を備え、前記主光源は、前方に光を出射する向きで透光性基板の一面上に固定され、前記補助光源は、透光性基板の後方に配置されていることを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
前記主光源は、複数個設けられ、前記補助光源を囲んで配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光源装置。
【請求項4】
前記補助光源は、出射光が赤色系であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の光源装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、青色に発光する発光ダイオードと、発光ダイオードからの光の一部を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を含んだ光色変換部材とを有し白色光を出射する光源装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、発光ダイオードとして青色に発光するものが知られており、近年では、この種の(青色)発光ダイオードを用いて白色光を取り出すことができるようにした光源装置が提供されている。
【0003】
この種の光源装置としては、発光ダイオードからの光の一部について光色を変換する光色変換部材により発光ダイオード(チップ)を覆った構成を有するものがある。光色変換部材は、発光ダイオードからの光を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を透光性樹脂中に分散させたものである。すなわち、発光ダイオードからの青色光の一部を蛍光体で黄色光に変換することによって、青色光と黄色光との混色光である白色光を得られるようにしてある。このような光源装置を用いて得られる白色光は、青色の波長域と黄色の波長域とに発光ピーク波長を有することになる。
【0004】
一方、光源装置を照明用途に用いる際の出射光の演色性(平均演色評価数Ra)の向上を狙って、赤色に発光する発光ダイオードを上述した光源装置に付加し、青色光と黄色光との混合により得られた白色光にさらに赤色光を混合させることにより、出射光に赤色の波長域の光を付加したものが考えられている(たとえば特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2004−103443号公報(第5−6頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、演色性の高い出射光を得るためには可視光領域の全般に亘って発光スペクトルを分布させる必要があるのに対して、発光ダイオードの発光スペクトルは特定波長の近辺に局在するので、特許文献1に記載のように発光ダイオードから出射される赤色光を白色光に混合させたとしても、その発光スペクトルは青色、黄色、赤色の各波長域に局在することになり、結果的に、光源装置の演色性が十分に改善されることにはならない。
【0006】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、出射光の演色性を従来構成よりもさらに向上させることができる光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1の発明は、青色に発光する発光ダイオードおよび発光ダイオードからの光の一部を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を含んだ光色変換部材を有し白色光を出射する主光源と、白熱電球からなり主光源に比べて光束の小さい光を主光源からの光に混合させるように出射する補助光源とを器体に備えることを特徴とする。
【0008】
この構成によれば、主光源から出射される青色光および黄色光の混色光である白色光に、補助光源から出射される光が混合されることになる。ここで、補助光源は白熱電球であって、白熱電球は可視光領域の全波長域に亘って発光スペクトルが分布した光を出射するから、主光源からの光と補助光源からの光との混色光においては、可視光領域の全般に亘って発光スペクトルが分布することになり、結果的に、光源装置の出射光の演色性が従来構成よりもさらに向上する。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記器体が、透光性を有する透光性基板を備え、前記主光源が、前方に光を出射する向きで透光性基板の一面上に固定され、前記補助光源が、透光性基板の後方に配置されていることを特徴とする。
【0010】
この構成によれば、主光源と補助光源とを前後に重ねて配置することができるから、透光性基板の前記一面に沿った面内で光源装置を小型化することができる。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記主光源が、複数個設けられ、前記補助光源を囲んで配置されていることを特徴とする。
【0012】
この構成によれば、主光源と補助光源とのそれぞれから出射される光が互いに混合しやすくなる。
【0013】
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかの発明において、前記補助光源が、出射光が赤色系であることを特徴とする。
【0014】
この構成によれば、主光源と補助光源とのそれぞれから出射される光の混色光として、赤味を帯びた白色光を得ることができるので、請求項4の光源装置を光源に用いることによって食料品などの照明に適した照明器具を実現することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明は、可視光領域の全般に亘って発光スペクトルが分布することになり、結果的に、光源装置の出射光の演色性が従来構成よりもさらに向上するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
(実施形態1)
本実施形態の光源装置1は、図1に示すように、1個の器体2に対して、白色光を出射する主光源3が複数個配設されるとともに、白熱電球からなる補助光源4が配設された構成を有する。
【0017】
各主光源3はそれぞれ青色に発光する発光ダイオード(図示せず)と、発光ダイオードを覆う光色変換部材(図示せず)とを備えている。光色変換部材は、透光性を有する透光性樹脂(たとえばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂など)の中に、青色光を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を分散させたものであって、この光色変換部材に入射した光(青色光)のうち、一部の光は蛍光体で黄色光に変換されて出力され、その他の光は蛍光体に吸収されることなく光色変換部材を透過して青色光として出力されるので、主光源3から出射される光としては、互いに補色関係にある青色光と黄色光との混色光である白色光が得られることになる。
【0018】
図1では詳しく図示しないが、各主光源3は、パッケージ(図示せず)の一表面に凹設された凹部の底面に発光ダイオード(チップ)を実装し、当該凹部の開口を板状に形成された光色変換部材で閉塞することによりそれぞれ構成される。これにより、凹部の開口からは光色変換部材を通して白色光が出射されることになる。ただし、主光源3の構成はこれに限らず、たとえば発光ダイオード(チップ)をリードフレーム上に実装し、当該リードフレームを光色変換部材でモールドすることにより主光源3を構成してもよい。ここで用いる発光ダイオードは、窒化ガリウム系化合物半導体材料からなる発光部がサファイア基板の一表面側に形成されたチップであり、室温での発光スペクトルの発光ピーク波長が略460nmである。
【0019】
本実施形態では、光色変換部材の蛍光体としてそれぞれ発光ピーク波長の異なる光を出射する2種類の蛍光体を用いている。2種類の蛍光体としては、発光ダイオードからの青色光を吸収することにより励起されて500〜700nmの波長域に亘る光を出射する周知の蛍光体を用いればよく(つまり、発光ピーク波長が黄色の波長域内にあり、かつ発光波長域が赤色の波長域を含むような蛍光体を用いればよく)、たとえば、アルカリ土類金属オルトケイ酸塩系の蛍光体を用いればよい。ここでは、組成が(Sr,Ca,Ba)SiO:Eu2+の蛍光体で、室温での発光ピーク波長が520nmの蛍光体と590nmの蛍光体とを用いた場合について例示する。なお、上述の各蛍光体では、Srの組成をa、Caの組成をb、Baの組成をcとすれば、a+b+c=2(つまり、a=2−b−c)であり、組成比を調整することによって、発光スペクトルの半値幅をほとんど変えることなく発光ピーク波長のみをずらすことができ、発光ピーク波長が520nmの蛍光体では、発光ピーク波長が590nmの蛍光体に比べて、Baの組成cとCaの組成bとの組成比(=c/b)が高くなっている。
【0020】
光色変換部材においては、発光ピーク波長が520nmの蛍光体と、発光ピーク波長が590nmの蛍光体との濃度比(wt%比)を35:65にしてある。ここで、各蛍光体としては、平均粒径d50が5μmの粒子状の蛍光体を用いている。
【0021】
上述した構成により、主光源3からは図2の「イ」に示す発光スペクトルを有した光が出射されることになる。すなわち、主光源3が単独で発光すると、従来構成において説明したように、青色の波長域と黄色の波長域とに発光ピーク波長を有する光が得られることになる。
【0022】
一方、本実施形態の光源装置1では上述したように主光源3の他に補助光源4が設けられており、補助光源4は白熱電球からなるので、補助光源4からは、図2の「ロ」に示すように可視光領域の全波長域に亘って発光スペクトルが分布した光が出射されることになる。ここで、光源装置1から取り出される主な光束は主光源3から出射するものとしており、補助光源4からは複数個の主光源3に比べて光束の小さい光を取り出すことになる。本実施形態では、周知のハロゲン電球のうち小型のもの(いわゆる豆球)を補助光源4として用いるが、その他の白熱電球を用いてもよい。この補助光源4からの光は、後述する手段によって主光源3からの光と混合されることになる。
【0023】
また、器体2は、図1に示すように透光性を有する合成樹脂製の透光性基板5を備えており、複数個の主光源3は全て透光性基板5の前面(図1の下面)上に固定され、補助光源4は透光性基板5の後方(図1の上方)に配置される。ただし、主光源3を透光性基板5の後面に固定するようにしてもよい。ここにおいて、主光源3は前方(図1の下方)に光を出射する向きに(つまりパッケージの凹部を前方に向けて)配置される。図1では透光性基板5のみを図示しているが、この他にも器体2には、補助光源4を保持するためのランプソケット、透光性基板5との間に補助光源4を収納する空間を形成するカバー、カバーの内周面に形成され補助光源4からの光を前方に配光する反射板などが設けられる。
【0024】
上述した構成によれば、光源装置1からは、図2の「イ」に示す発光スペクトルを有した主光源3の光(図1に実線の矢印で示す)と、図2の「ロ」に示す発光スペクトルを有した補助光源4の光(図1に破線の矢印で示す)とを、共に器体2の前方に取り出すことができる。このとき、主光源3からの光に補助光源4からの光を混合させることによって、可視光領域の全般に亘って発光スペクトルが分布することになり、広帯域の発光スペクトルを有した光を得ることができる。このように主光源3からの光と補助光源4からの光とを混合させることにより、主光源3を単独で発光させる場合に比べて、光源装置1の演色性(平均演色評価数Ra)は向上することになる。
【0025】
主光源3からの光と補助光源4からの光とを混合する手段としては、器体2における主光源3の前方に拡散透過板(図示せず)を設け、主光源3および補助光源4のそれぞれから出射された光を拡散透過板で拡散させてから取り出す構成を採用してもよいし、この構成に限らず、たとえば光源装置1を照明器具の光源として用いる場合に、照明器具に設けられた拡散透過板(セード等)を利用して主光源3からの光と補助光源4からの光とを混合するようにしたり、あるいは照射面において主光源3からの光が照射する領域と補助光源4からの光が照射する領域とを重ねることによって、照射面上で両者の光を混合したりしてもよい。
【0026】
また、複数個の主光源3の光と補助光源4の光との光束の関係は主光源3の光のほうが大きくなるように設定されているのは上述した通りであるが、本実施形態では、複数個の主光源3の消費電力と補助光源4の消費電力との関係についても主光源3のほうが大きくなるようにしてある。なお、本実施形態では主光源3を複数個設ける例を示したが、主光源3は1個だけであってもよい。主光源3を1個とする場合であっても、主光源3の光と補助光源4の光との光束の関係は主光源3のほうが大きくなるように設定される。補助光源4を複数個設けるようにしてもよい。
【0027】
(実施形態2)
本実施形態の光源装置1は、主光源3および補助光源4の配置が実施形態1に示した光源装置1とは相違する。
【0028】
すなわち、光源装置1は、図3に示すように器体2が前面(図3の下面)円形状の円盤状に形成され、器体2の前面の中央部に補助光源4が配置されるとともに、器体2の前面において補助光源4を囲むように複数個の主光源3が配置された構成を有する。図3においては主光源3は器体2の前面の周縁に沿って等間隔に8個配置されている。ここで、主光源3および補助光源4は器体2内に収納されており、器体2の前面には主光源3および補助光源4のそれぞれから光を取り出す孔が形成されている。
【0029】
この構成によれば、光源装置1からは、主光源3の光と補助光源4の光とを共に器体2の前方に取り出すことができる。しかも、補助光源4は主光源3に囲まれた位置に配置されているから、主光源3と補助光源4とのそれぞれから出射される光が互いに混合しやすいという利点がある。
【0030】
また、本実施形態では、ガラス球が赤色に着色された白熱電球(豆球)を補助光源4として用いている。これにより、補助光源4からは赤色系の光が出射されることになり、無色透明のガラス球を有した白熱電球を補助光源4とする場合に比べて、光源装置1の赤色の特殊演色評価数(R9)が向上することになる。一方で、たとえば、飲食店等で用いる照明器具のように食料品を照明する照明器具としては、平均演色評価数(Ra)だけでなく、赤色の特殊演色評価数(R9)の高いものが好ましいことが知られている。したがって、本実施形態のように赤色の特殊演色評価数(R9)を向上させた光源装置1を光源に用いることにより、食料品などの照明にも適した照明器具を実現することができる。
【0031】
なお、器体2の前面に孔を設けなくとも、実施形態1において説明したような透光性基板5を器体2の前壁に用いることによって、主光源3および補助光源4の光を取り出すようにしてもよい。この場合には、主光源3は器体2の外側に固定されていてもよい。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の実施形態1の構成を示す概略図である。
【図2】同上における発光スペクトルの説明図である。
【図3】本発明の実施形態2の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【0033】
1 光源装置
2 器体
3 主光源
4 補助光源
5 透光性基板




 

 


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