特許 6462713 白色光源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6462713

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】白色光源システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/50 20100101AFI20190121BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20190121BHJP

   F21V 9/08 20180101ALI20190121BHJP

   C09K 11/08 20060101ALI20190121BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20190121BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/50

   F21S2/00 311

   F21V9/08 200

   C09K11/08 J

   F21Y115:10

【請求項の数】13

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2016-556362(P2016-556362)

(86)(22)【出願日】2015年10月28日

(86)【国際出願番号】JP2015005418

(87)【国際公開番号】WO2016067609

(87)【国際公開日】20160506

【審査請求日】2017年4月7日

(31)【優先権主張番号】特願2014-219532(P2014-219532)

(32)【優先日】2014年10月28日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】303058328

【氏名又は名称】東芝マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山川 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】八木 典章

(72)【発明者】

【氏名】小林 薫平

【審査官】 大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０６１９４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１４４０８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０３２６６２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１３６７４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−０８６０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５４０５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１１９３１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０５４２９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１０８０６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１１３９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１３９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／００１９２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０２３３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２２９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３８７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２３４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８３１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１９４２７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１７−５３１３１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

Ｃ０９Ｋ １１／００ − １１／８９

Ｆ２１Ｋ ９／００ − ９／９０

Ｆ２１Ｓ ２／００ − １９／００

Ｆ２１Ｖ １／００ − １５／０４

Ｆ２１Ｗ １２１／００ − １３１／４１１

Ｆ２１Ｙ １０１／００ − １１５／３０

Ｈ０５Ｂ ３７／００ − ３９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のＬＥＤモジュールないし第４のＬＥＤモジュールを備える発光部と、
前記第１のＬＥＤモジュールないし前記第４のＬＥＤモジュールのそれぞれの発光強度を制御する制御部と、を具備し、
前記第１のＬＥＤモジュールないし前記第４のＬＥＤモジュールのそれぞれは、光源部を有する白色光源を備え、
前記光源部から放射される白色光は、ＣＩＥ色度図上の色度点であって黒体輻射軌跡に対して−０．００５以上＋０．００５以下の偏差を含む色度点に対応する相関色温度を有するとともに、
式：−０．２≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．２
（Ｐ（λ）は前記白色光の発光スペクトルを表し、Ｂ（λ）は、前記白色光の相関色温度に対応する色温度を有する黒体輻射のスペクトルを表し、Ｖ（λ）は分光視感効率のスペクトルを表し、λｍａｘ１はＰ（λ）×Ｖ（λ）が最大値である波長を表し、λｍａｘ２はＢ（λ）×Ｖ（λ）が最大値である波長を表す）
を満たし、
前記第１のＬＥＤモジュールから放射される第１の白色光および前記第２のＬＥＤモジュールから放射される第２の白色光は、第１の相関色温度を有し、
前記第３のＬＥＤモジュールから放射される第３の白色光および前記第４のＬＥＤモジュールから放射される第４の白色光は、前記第１の相関色温度よりも高い第２の相関色温度を有し、
前記ＣＩＥ色度図上において、前記第１の白色光の第１の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差、および前記第３の白色光の第３の色度点の前記黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、０以上＋０．００５以下であり、
前記ＣＩＥ色度図上において、前記第２の白色光の第２の色度点の前記黒体輻射軌跡に対する偏差、および前記第４の白色光の第４の色度点の前記黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、−０．００５以上０以下であり、
前記制御部は、
データ入出力部と、
日本国内および日本国外の複数の地域における太陽光の発光スペクトルを示す第１のデータと、前記複数の地域における太陽光の相関色温度を示す第２のデータと、前記複数の地域における太陽光の前記ＣＩＥ色度図上における色度点の前記黒体輻射軌跡に対する偏差を示す第３のデータと、を日付毎および時刻毎に分類して保存するメモリと、
前記データ入出部に入力された、前記複数の地域の一つを示す場所情報と日付および時刻を示す時間情報とを基に、前記メモリから前記場所情報および前記時間情報に対応する前記第１ないし第３のデータを読み出し、前記第１ないし第３のデータに基づいて前記第１ないし第４のＬＥＤモジュールのそれぞれの混合強度比を計算するマイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサの計算結果に基づいて前記第１ないし第４のＬＥＤモジュールのそれぞれに印加する電流量を制御する電子回路と、を備える、白色光源システム。

【請求項2】

前記相関色温度は、２６００Ｋ以上６５００Ｋ以下である、請求項１に記載の白色光源システム。

【請求項3】

前記光源部は、発光ダイオードを有し、
前記発光ダイオードは、
発光ダイオードチップと、
青色蛍光体、青緑色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、および赤色蛍光体の少なくとも３以上の蛍光体と、前記蛍光体と混合された樹脂と、を含み、前記発光ダイオードチップを被覆する蛍光体層と、を備える、請求項１または請求項２に記載の白色光源システム。

【請求項4】

前記蛍光体層は、８５重量％以上９４重量％以下の前記青色蛍光体と、２重量％以上３重量％以下の前記緑色蛍光体と、２重量％以上４重量％以下の前記黄色蛍光体と、２重量％以上８重量％以下の前記赤色蛍光体と、を合計１００重量％になるように含む、請求項３に記載の白色光源システム。

【請求項5】

前記青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類クロロリン酸塩蛍光体またはユーロピウム付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体を含み、
前記青緑色蛍光体がユーロピウム付活ストロンチウムアルミン酸塩蛍光体またはユーロピウム、マンガン付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体を含み、
前記緑色蛍光体がユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体、ユーロピウム付活ベータサイアロン蛍光体、またはユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体を含み、
前記黄色蛍光体がユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体またはセリウム付活希土類アルミニウムガーネットを含み、
前記赤色蛍光体がユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、ユーロピウム付活カルシウムニトリドアルミノシリケート蛍光体、ユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体、またはマンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体を含む、請求項３または請求項４に記載の白色光源システム。

【請求項6】

前記発光ダイオードチップから放射され且つ３６０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下のピーク波長を有する紫外ないし紫色の一次光の少なくとも一部は、前記蛍光体に吸収されて白色の二次光に変換され、
前記二次光は、前記白色光源の外部に放射され、
前記白色光源の外部に漏出する前記一次光の発光効率は、０．４ｍＷ／ｌｍ以下である、請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載の白色光源システム。

【請求項7】

前記樹脂は、シリコーン樹脂である、請求項３ないし請求項６のいずれか一項に記載の白色光源システム。

【請求項8】

前記発光ダイオードは、前記蛍光体層の外側に設けられ且つ酸化亜鉛、酸化チタン、および酸化アルミニウムの少なくとも一つの材料を含む紫外線吸収膜をさらに備える、請求項３ないし請求項７のいずれか一項に記載の白色光源システム。

【請求項9】

前記蛍光体層の厚さは、１００μｍ以上１０００μｍ以下である、請求項３ないし請求項８のいずれか一項に記載の白色光源システム。

【請求項10】

前記蛍光体の平均粒子径は、１０μｍ以上４０μｍ以下である、請求項３ないし請求項９のいずれか一項に記載の白色光源システム。

【請求項11】

前記第１の相関色温度は、２６００Ｋ以上４０００Ｋ以下であり、
前記第２の相関色温度は、４０００Ｋ以上６５００Ｋ以下である、請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の白色光源システム。

【請求項12】

前記第１の相関色温度は、２６００Ｋ以上４０００Ｋ未満であり、
前記第２の相関色温度は、５０００Ｋ以上６５００Ｋ以下である、請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の白色光源システム。

【請求項13】

前記白色光源システムが美術館または博物館の展示物を照明するために用いられる、請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の白色光源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、白色光源および白色光源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

美術品や工芸品において、色彩は重要特性の一つである。しかしながら、絵画や壷自身は発光しない。よって、美術館または博物館等において展示物を鑑賞する場合、作品と同じくらい照明が重要である。何故ならば、展示物の鑑賞者は、照明光源から照射された可視光のうち、展示物の表面で反射された光を観察するからである。よって、芸術家がいくら美しい色彩を表現しても展示物に照射される光が特定の色彩に対応する発光成分を含まなければ、展示物は、鑑賞者により例えば薄暗くて色彩感覚に乏しい色調で観察される。

【0003】

このような美術館または博物館等の展示物を照明するために用いられる光として最も好ましい光は太陽光である。太陽光は連続的な光の波長成分から成り、可視光波長である４００ｎｍから７６０ｎｍまでのあらゆる光成分をほぼ均等に含む。よって、太陽光は、自然界に存在するあらゆる物質の色を当該物質本来の色として再現することができる。しかしながら、上記照明用途の光として太陽光が優れる場合であっても、例えば絵画等の高級美術品は、屋外の明るい空間で太陽光に直接曝して鑑賞されない場合が多い。美術館等の特定の場所に美術品を所蔵して鑑賞する理由の一つは、雨風や盗難等の事故から守るためである。

【0004】

上記理由以外の重要な理由として、美術品を大量の光照射から保護することが挙げられる。これは、太陽光があらゆる波長の可視光を含むとともに、紫外光や赤外光等の可視光以外の発光成分を含むためである。特に、紫外光のエネルギーは可視光のエネルギーよりも高いことから、例えば歴史的な絵画等の美術品が太陽光に直接曝されると、例えば退色や脆化等が早まる。このため、人工光源が求められており、例えば光量の調節が可能であることや紫外線量を極力低減させる等の、人工光の便利な特長に加え、太陽光を忠実に再現することが可能な光源が求められている。

【0005】

近年、省エネルギーや二酸化炭素排出量削減の観点から、人工光源として発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を使った光源が注目されている。ＬＥＤは、タングステンフィラメントを用いる従来の白熱電球と比べて、長寿命かつ省エネルギーである。また、ＬＥＤ照明の市場はＬＥＤの利便性から急速に伸びている。従来のＬＥＤ照明としては、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて白色光を得るタイプのＬＥＤ照明が多い。上記タイプのＬＥＤ照明では、光の暖かみが不足しており、光が不自然な白色光であった。ＬＥＤ製品は、市場拡大とともに性能向上も著しい。よって、その後ＬＥＤと蛍光体との組み合わせに関する改良の結果、太陽光と同等の光を再現することが可能な白色光源が開発されている。

【0006】

太陽光と同等の発光スペクトルの光を発光する白色光源として、例えば色温度の異なる太陽光が同じ色温度の黒体輻射スペクトルで再現された白色光源が挙げられる。上記白色光源では、時間とともに色温度が変化する太陽光に対し、見かけ上の白色光だけでなく、白色光の発光スペクトル形状が太陽光に近似している白色光を得ることができる。また、白色光源を用いた照明システムとしては、例えば照明の対象の中心が人間等であるオフィス照明等の照明システムが挙げられる。上記照明システムは、屋外光の変化を検知しながら、屋内光の色温度や照度を調整できるシステムである。
上記照明システムにより、例えば人類の生理現象や季節による変化に対応した白色光を得ることができる。また白色光源を用いたシステムとして、異なる色温度の複数個の発光ダイオードモジュールを組み合わせた人工太陽光システムが挙げられる。上記人工太陽光システムでは、地球上の異なる緯度や経度の地点に照射される太陽光の色温度の変化を再現することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２０１２／１４４０８７号

【特許文献2】特開２０１１−２３３３９号公報

【特許文献3】特表２００９−５４０５９９号公報

【発明の概要】

【0008】

本発明の目的の一つは、太陽光に近似され、かつ時間や場所によって変化する太陽光の微妙な差異を再現することが可能な白色光源を提供すること、および照明システム等の白色光源システムを提供することである。

【0009】

実施形態の白色光源システムは、第１のＬＥＤモジュールないし第４のＬＥＤモジュールを備える発光部と、第１のＬＥＤモジュールないし第４のＬＥＤモジュールのそれぞれの発光強度を制御する制御部と、を具備する。第１のＬＥＤモジュールないし第４のＬＥＤモジュールのそれぞれは、光源部を有する白色光源を備える。光源部から放射される白色光は、ＣＩＥ色度図上の色度点であって黒体輻射軌跡に対して−０．００５以上＋０．００５以下の偏差を含む色度点に対応する相関色温度を有するとともに、
式：−０．２≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．２
（Ｐ（λ）は白色光の発光スペクトルを表し、Ｂ（λ）は、白色光の相関色温度に対応する色温度を有する黒体輻射のスペクトルを表し、Ｖ（λ）は分光視感効率のスペクトルを表し、λｍａｘ１はＰ（λ）×Ｖ（λ）が最大値である波長を表し、λｍａｘ２はＢ（λ）×Ｖ（λ）が最大値である波長を表す）
を満たす。第１のＬＥＤモジュールから放射される第１の白色光および第２のＬＥＤモジュールから放射される第２の白色光は、第１の相関色温度を有する。第３のＬＥＤモジュールから放射される第３の白色光および第４のＬＥＤモジュールから放射される第４の白色光は、第１の相関色温度よりも高い第２の相関色温度を有する。ＣＩＥ色度図上において、第１の白色光の第１の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差、および第３の白色光の第３の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、０以上＋０．００５以下である。ＣＩＥ色度図上において、第２の白色光の第２の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差、および第４の白色光の第４の色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、−０．００５以上０以下である。制御部は、データ入出力部と、日本国内および日本国外の複数の地域における太陽光の発光スペクトルを示す第１のデータと、複数の地域における太陽光の相関色温度を示す第２のデータと、複数の地域における太陽光のＣＩＥ色度図上における色度点の黒体輻射軌跡に対する偏差を示す第３のデータと、を日付毎および時刻毎に分類して保存するメモリと、データ入出部に入力された、複数の地域の一つを示す場所情報と日付および時刻を示す時間情報とを基に、メモリから場所情報および時間情報に対応する第１ないし第３のデータを読み出し、第１ないし第３のデータに基づいて第１ないし第４のＬＥＤモジュールのそれぞれの混合強度比を計算するマイクロプロセッサと、マイクロプロセッサの計算結果に基づいて第１ないし第４のＬＥＤモジュールのそれぞれに印加する電流量を制御する電子回路と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】黒体輻射の発光スペクトルを表す数式である。

【図2】横浜市における５月１４日１０時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図3】東京都における５月２７日１７時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図4】本実施形態の白色光源が示す発光色度域を示す図である。

【図5】本実施形態の白色光源システムの概要図である。

【図6】横浜市における５月１４日１０時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図7】実施例１の白色光源システムの発光スペクトルを示す図である。

【図8】太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射スペクトルと実施例１の白色光源の発光スペクトルの差分スペクトルを示す図である。

【図9】東京都における５月２７日１７時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図10】実施例２の白色光源システムの発光スペクトルを示す図である。

【図11】太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射スペクトルと実施例２の白色光源の発光スペクトルの差分スペクトルを示す図である。

【図12】横浜市における６月１０日１７時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図13】実施例３の白色光源システムの発光スペクトルを示す図である。

【図14】太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射スペクトルと実施例３の白色光源の発光スペクトルの差分スペクトルを示す図である。

【図15】横浜市における９月２０日１８時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図16】実施例４の白色光源システムの発光スペクトルを示す図である。

【図17】太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射スペクトルと実施例４の白色光源の発光スペクトルの差分スペクトルを示す図である。

【図18】大阪市における５月２０日１３時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図19】実施例５の白色光源システムの発光スペクトルを示す図である。

【図20】太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射スペクトルと実施例５の白色光源の発光スペクトルの差分スペクトルを示す図である。

【図21】大阪市における５月２０日１５時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図22】実施例６の白色光源システムの発光スペクトルを示す図である。

【図23】太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射スペクトルと実施例６の白色光源の発光スペクトルの差分スペクトルを示す図である。

【図24】熱海市における８月８日１７時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図25】実施例７の白色光源システムの発光スペクトルを示す図である。

【図26】太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射スペクトルと実施例７の白色光源の発光スペクトルの差分スペクトルを示す図である。

【図27】ミラノにおける１２月１６日１２時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図28】実施例８の白色光源システムの発光スペクトルを示す図である。

【図29】太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射スペクトルと実施例８の白色光源の発光スペクトルの差分スペクトルを示す図である。

【図30】フィレンツェにおける１２月１４日１２時の太陽光の発光スペクトルを示す図である。

【図31】実施例９の白色光源システムの発光スペクトルを示す図である。

【図32】太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射スペクトルと実施例９の白色光源の発光スペクトルの差分スペクトルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施形態の白色光源は、光の放射が可能な光源部を具備する。光源部は、印加される電流に応じて光を放射する。光源部から放射される光は、白色光である。

【0012】

近年、太陽光の再現が可能な白色光源が複数提案されている。また、上記白色光源と別の太陽光の再現が可能な商品も市場に多数知られている。これらの照明製品として、任意の瞬間の太陽光に近似する光を発する照明製品や、太陽光の変化を捉えた場合であっても太陽光の色温度変化に着目して太陽光の近似を図る照明製品が多い。これに対し、時間や場所の違いによる太陽光の色温度および光特性の変化データをコントロールする方法も考えられる。しかしながら、例えば上記人工太陽光システムでは、色温度以外の光特性の変化については、具体的に説明されていない、または改良されていない。

【0013】

太陽光の変化は色温度のみに限られない。太陽光は、例えば照射率や純度・濁度によっても変化する。色温度に加え、これらの要素を含む変化は、地域毎に異なる風土を生み出す大きな要因である。

【0014】

例えば、日本の地域を日本海側の地域および太平洋側の地域の複数の地域に分けた場合、日本海側の地域では、曇りや雨、雪の日が多い。また、日本海側の地域の大気は、水蒸気や埃等の浮遊物を多く含む。このため、太陽光が遮られ、物質の色が濁る。

【0015】

太平洋側の地域では、水蒸気が少ないため大気の純度が高い。よって、物質の色が澄んだ色である。従って、地域によって色の嗜好に違いが生じ、日本海側の地域に住む人達は濁色を好み、太平洋側の人々は清色を好む傾向がある。

【0016】

絵画等の美術品は、人間による創作である。従って、個人によるオリジナル作品である。しかしながら、環境の影響を回避して作品の色彩を表現することはできない。写実画は当然であるが、抽象画において、赤または青の強調、清色または濁色を好むこと等の選択は、既に風土等の影響を受けている可能性を有する。

【0017】

仮に、上記選択が純粋に個人の感性に基づく場合であっても、創作物の色表現を光源からの光の反射光で識別する以上、光の影響は避けられない。つまり、作者が個人的な意図で赤色を強調しても、強調の程度は、光源中に含まれる同じ波長の赤色発光成分の量に影響される。

【0018】

美術鑑賞等において、作品の本当の価値を理解するためには、単に太陽光を再現するだけではなく、作品の制作環境と同じ環境の光を再現することが非常に重要である。つまり作品の制作国や制作地域、季節や時間、さらには時代や天候等が作者の体験環境と同じ環境の光の下で作品を鑑賞することにより、作者と同じように作品を理解することができる。

【0019】

実施形態の白色光源では、各種色温度の太陽光を再現する。即ち、特定の色温度の太陽光を再現する場合に、太陽光と同じ色温度の黒体輻射のスペクトルを太陽光の発光スペクトルとみなし、白色光を黒体輻射のスペクトルの形状に近似する。太陽を黒体の一種であると考えることができる。黒体輻射のスペクトル曲線と太陽光の発光スペクトル曲線との一致度は良好である。実際の太陽光の発光スペクトル分布は、５８００Ｋの色温度の黒体輻射のスペクトルに近いとされている。

【0020】

地球上に到達する実際の太陽光の発光スペクトルが黒体輻射のスペクトルと若干ずれる場合がある。太陽光の発光スペクトルが黒体輻射のスペクトルに近似していても、地球上に到達するまでの間に、地表上の空気、水蒸気、または塵埃等の層を通過し、特定波長の光が散乱するためである。青色光の散乱等によるマクロの変化を色温度の変化として再現することは可能である。しかしながら、発光スペクトルの特定波長域に生じる微小な凹凸波形まで人工的に再現することは困難である。

【0021】

このような微小な差異が、地域による風土の違いを生み出す要因である。本実施形態の白色光源は、上記微小な差異を再現可能にするために工夫された白色光源である。具体的には、地上に到達した太陽光のスペクトルと太陽光と同じ色温度の黒体輻射スペクトルとの間のズレの程度を、ＣＩＥ色度図において黒体軌跡からの偏差に換算し、所定の偏差を有する色度点に対応する相関色温度の白色光を再現する白色光源である。

【0022】

実施形態の白色光源は、黒体輻射のスペクトル形状を再現した上で、時間差や地域差を含めて、地上に到達した太陽光と同じ形状を有する発光スペクトルに近似させることが可能である。そのため、例えば美術品等の展示物の照明に用いられる館内照明に上記白色光源を利用すると、展示物に照射する光を当該展示物の制作時期や制作場所と同じ環境の光に近づけることができ、作者の意図をより忠実に再現することが可能な照明を得ることができる。

【0023】

前述のとおり、実施形態の白色光源の目的は、太陽光をより忠実に再現することである。太陽光を忠実に再現するためには、時間や場所により変化する太陽光の発光スペクトルを正確に捉える必要がある。

【0024】

地球の緯度や経度の違いによる変化は、太陽光の入射角度の違いにより、地球表面の大気圏を通過する距離が異なることによって生じる。つまり、太陽光が大気中を通過する際、空気中に浮遊するガス分子等により、太陽光が散乱され、通過距離によって青色光等の散乱程度に違いが生じるためである。このような太陽光の変化は、色温度の違いとしてマクロに捉えることができる。この場合、色温度の異なる太陽光の発光スペクトルは、対応する色温度の黒体輻射スペクトルで近似することができる。

【0025】

図１に示す式により、色温度の異なる様々な発光スペクトルを比較的容易に再現することが可能である。図１において、ｈはプランク定数を表し、ｃは光速度を表し、λは波長を表し、ｅは自然対数の底を表し、ｋはボルツマン定数を表し、Ｔは色温度を表す。黒体輻射スペクトルでは、ｈ、ｃ、ｅ、ｋが定数である。よって、色温度が決まれば波長に応じた発光スペクトルを求めることができる。

【0026】

太陽光の発光スペクトルは、緯度や経度の違いだけでなく、地域差によっても変化する。この場合、変化する要因として様々な要因が挙げられる。例えば、光散乱は、空気やガスの分子だけでなく、水蒸気や塵埃等の微粒子も影響する。水蒸気や塵埃等の濃度は、地域によって様々である。例えば海に近い地域と、砂漠に近い地域では、大きな相違がある。散乱だけでなく、反射による影響も無視できない。つまり、人間が太陽光として知覚する光は、太陽から降り注ぐ直接光に加え、地上に到達後に反射する光を含む。海に近い地域や、森に近い地域、そして建物が密集する都会では、反射光に含まれる光成分が当然違う。このように、地域差による太陽光の変化は、複数の要因が複雑に絡まることにより起こる。上記変化では、一般的な規則性は無い。よって、上記変化を地域固有の要因に基づく変化であると捉える必要がある。

【0027】

このような太陽光の変化を再現するために、本実施形態では、地域や時間毎に変化する太陽光の発光スペクトルを実測し、できるだけ多くのデータを収集し、保存活用する。これにより太陽光を再現する。具体的には、世界中の主要地域において太陽光の発光スペクトルを測定し、一日のうちの時間毎の変化、一年のうちの季節毎の変化をデータとして集積する。なお、本実施形態において集積するデータは、原則として晴れの日に関するデータである。よって、曇り、雨、雪等の影響は考慮されていない。

【0028】

図２は日本の横浜市における５月１４日１０時の太陽光の発光スペクトルの一例である。図３は東京都における５月２７日１７時の太陽光の発光スペクトルの一例である。これらの発光スペクトルは、例えば以下の方法により測定することができる。

【0029】

回折格子を備え、光強度の波長成分の分解機能を有する測色装置（分光分布測定器）の光検出部分を太陽に向ける。これにより、太陽光を分光分布測定器に直接取り込み、発光スペクトルを測定する。測定の波長範囲は、３６０ｎｍから７６０ｎｍまでの範囲であり、可視光域を網羅している。分光分布測定器に取り込む光の強度は、測定器に組み込まれている露光時間調節機能により調整される。このとき、光の強度が大きい波長領域においても飽和現象がないことが好ましい。測定結果の電子データから波長毎の光の強度を算出し、その結果に基づいて太陽光のＣＩＥ色度座標値、太陽光の相関色温度、太陽光の偏差を算出する。偏差は、例えば相関色温度と同じ色温度の黒体輻射軌跡に対する当該相関色温度を特定する色度点の偏差である。

【0030】

いずれの発光スペクトルもギザギザな曲線である。この発光スペクトルに対してスムージングを施すことにより、当該発光スペクトルを特定の色温度の黒体輻射スペクトルの形状に近似させることができる。図２と図３とを比較すると、スペクトル曲線中の凹凸の位置が重なっている。このことから、それぞれの凹凸がノイズ等ではなく、特定浮遊物等の固有な要因に基づくことがわかる。図２および図３に示す発光スペクトルは、６５０ｎｍから７５０ｎｍの波長にかけて特徴的な３箇所の凹凸を有する。上記３箇所の凹凸の程度が最も大きいことから、これらの波長域の発光スペクトルの形状が、地域差等によって異なる要因の一つであると推定される。図２、図３の発光スペクトルの形状を基に白色光の相関色温度を計算すると、図２が５４９５Ｋ＋０．００１ｄｕｖであり、図３が４４８３Ｋ−０．００１ｄｕｖである。

【0031】

上記は２箇所のみの比較であるが、各地域、各時間の太陽光の発光スペクトルのデータを比較評価し、全体の傾向を確認する。これにより、発光色の色度点が（ｘ、ｙ）色度図上の黒体軌跡に近い点を示すことがわかる。また、発光色の色度点が黒体軌跡上の点と完全に一致するとは限らないこと、そしてほぼ全てのデータにおいて、色温度が２６００Ｋから６５００Ｋの間であり、黒体輻射軌跡を挟み偏差が±０．００５ｄｕｖの色度点を含む領域の範囲内に対応する色温度であることがわかる。

【0032】

図４は、本実施形態の白色光源の発光色度域を示す図（ＣＩＥ色度図）である。色温度および偏差が異なる複数の白色光源を用いることにより、発光色度域において四角形状もしくは多角形状の範囲内の全ての発光色を再現することができる。具体的には例えば図４に示すとおり、図中のＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６を結ぶ直線に囲まれた領域内の発光色を再現することができる。Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６は、色度点である。実施形態の白色光源システムは、例えばＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６に相当する４または６種類の白色光源を備えている。

【0033】

Ｘ３に対応する相関色温度は、Ｘ１に対応する色温度よりも高くＸ５に対応する相関色温度よりも低い。Ｘ４に対応する相関色温度は、Ｘ２に対応する色温度よりも高くＸ６に対応する相関色温度よりも低い。すなわち、Ｘ３、Ｘ４に対応する相関色温度は、Ｘ１、Ｘ２に対応する相関色温度よりも高く、Ｘ５、Ｘ６に対応する相関色温度は、Ｘ３、Ｘ４に対応する相関色温度よりも高い。

【0034】

Ｘ１、Ｘ２に対応する相関色温度は、例えば２６００Ｋ以上４０００Ｋ以下、または２６００Ｋ以上４０００Ｋ未満である。Ｘ５、Ｘ６に対応する相関色温度は、例えば４０００Ｋ以上６５００以下、または５０００Ｋ以上６５００Ｋ以下である。

【0035】

Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５の黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、０以上＋０．００５以下、例えば０超＋０．００５以下である。Ｘ２、Ｘ４、Ｘ６の黒体輻射軌跡に対する偏差のそれぞれは、−０．００５以上０以下、例えばー０．００５以上０未満である。

【0036】

互いに異なる色温度および偏差を有する複数の白色光源を任意の強度割合で混合することにより、多角形状の範囲内の全ての発光色を再現することができる。より具体的には、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４を結ぶ直線に囲まれた四角形、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６を結ぶ直線に囲まれた四角形、さらにはＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６を結ぶ直線で囲まれた多角形の範囲の発光色を再現することができる。

【0037】

図４からこの形状の範囲は、色温度が２６００Ｋから６５００Ｋまでの黒体軌跡上の発光色と、黒体軌跡からの偏差が±０．００５ｄｕｖの範囲内の白色光領域を網羅していることがわかる。よって、本実施形態の白色光源では、単純に黒体軌跡上の白色光のみでなく、地球上の様々な環境要因によって変化する、微妙な色温度のズレも考慮して太陽光を再現することが可能となる。

【0038】

特定の四角形等の範囲内の色再現について説明したが、四角形の各頂点に相当する発光色を様々な相関色温度の白色に設定することで、種々の白色光を当然再現することができる。また、４種類または６種類の白色光源を任意に混合し、本実施形態の白色光源を得ることができるが、基になる白色光源の種類は、８種類さらには１０種類等の多くの白色光源を利用する方が、よりきめ細かに種々の色温度の太陽光を再現することができる。

【0039】

複数の白色光源を備える白色光源システムにより、幅広い範囲の色温度の白色光を再現することができる。しかし、基になる白色光源の種類が多いとシステムの設計が複雑である。最低４種類の白色光源を使用すれば、白色光源システムの機能を不足なく発揮することが可能である。再現する白色光の色温度の範囲は、例えば２６００Ｋから６５００Ｋであり、２６００Ｋを下限とし、６５００Ｋを上限として、任意の２点間の色温度を再現範囲として選択することが可能である。このように、実施形態の白色光源システムの発光部から放射される光は、ＣＩＥ色度図上の色度点であって黒体輻射軌跡に対して−０．００５以上＋０．００５以下の偏差を含む色度点に対応する２６００Ｋ以上６５００Ｋ以下の相対色温度を有する。

【0040】

本実施形態の白色光源または白色光源システムでは、発光色のみでなく、発光スペクトルを含めて、太陽光の再現が可能である。図４のＸ１〜Ｘ６に示した６種類の発光色の光は、それぞれが黒体輻射のスペクトルに近似する、発光スペクトル分布を有している。具体的には、各白色光の発光スペクトルをＰ（λ）、白色光の相対色温度と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトルをＢ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）、Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ１、Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ２としたとき、白色光源の発光スペクトルは下記式（１）を満たす。

【0041】

−０．２≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．２
（１）

【0042】

本実施形態の白色光源では、下記式(２)を満足することにより黒体輻射の発光スペクトルをより厳密に再現することができる。

【0043】

−０．１≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１
（２）

【0044】

（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））は、分光視感効率領域における白色光の発光スペクトルの強さを示している。（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））は、分光視感効率領域における黒体輻射のスペクトルの強さを示している。

【0045】

本実施形態の白色光源では、基礎となる少なくとも４種類の白色光が黒体輻射に近似する発光スペクトルを有する。これにより、太陽光の各発光色成分を、過不足なく有することができる。よって、４種類の光を任意の割合で含む各白色光も太陽光が有する発光成分を備えているとみなすことができる。つまり、本実施形態の白色光源で得られる白色光は、各色温度の黒体輻射スペクトルの特徴を有する。その上で、本実施形態の白色光源では、特定波長域の微妙な変動を含めて太陽光を再現することができる。

【0046】

本実施形態の白色光源は、発光特性に特徴を有する。よって、太陽光が再現できれば、どの様な構成部材を用いても構わない。このため、様々な光源の応用が可能だが、様々な相関色温度の白色光を得るには、蛍光体を用いて発光色を調整する方法が最も簡便であり、蛍光体応用製品を用いることが好ましい。光源部は、例えば発光ダイオードを有していてもよい。特に、ＬＥＤと蛍光体との組み合わせによる光源は、特性面のみならず、製造面や応用面でも優位な特徴を有しており最適である。

【0047】

ＬＥＤとしては、紫外〜紫色領域に発光ピーク波長を有するＬＥＤを使用することが好ましい。紫外〜紫色領域は、具体的には３６０〜４２０ｎｍの範囲である。発光ピーク波長が４２０ｎｍを超えるＬＥＤを使用した場合、ＬＥＤの光は、特定波長でシャープな発光を示すため、一般的にブロードなスペクトル形状を有する蛍光体の発光とのバランスが悪くなり、上記式（１）、（２）の関係を満足することが困難となる。

【0048】

紫外ないし紫色であれば、視感度が低いため、白色光に与える影響は少ない。さらに、ＬＥＤからの一次光を白色光源の外部に出ないようにカットすることで、問題を無くすことも可能である。なお、ＬＥＤの種類について、発光ピーク波長以外では特に制限される条件はなく、レーザー発光のＬＥＤであっても、またＬＥＤの材料は特に限定されない。

【0049】

白色光源の発光スペクトルが、式（１）、（２）の関係を満足するためには、ＬＥＤに組み合わせる蛍光体として、青色蛍光体、青緑色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、および赤色蛍光体のうちの３種以上、さらには５種以上の蛍光体を用いることが好ましい。これらの蛍光体を、対応する黒体輻射のスペクトルに合わせて任意に混合することにより、任意の色温度もしくは、任意の偏差を有する白色光を得ることができる。蛍光体の具体的な種類としては、発光ピークが４２０〜７００ｎｍにあれば特に限定されない。３５０〜４２０ｎｍで励起される蛍光体としては、例えば以下の蛍光体が好ましい。

【0050】

青色蛍光体としては、ユーロピウム付活アルカリ土類リン酸塩蛍光体（ピーク波長４４０〜４５５ｎｍ）やユーロピウム付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体（ピーク波長４５０〜４６０ｎｍ）等が挙げられる。

【0051】

青緑色蛍光体としては、ユーロピウム付活ストロンチウムアルミン酸塩蛍光体（ピーク波長４８０〜５００ｎｍ）や、ユーロピウム、マンガン付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体（ピーク波長５１０〜５２０ｎｍ）等が挙げられる。

【0052】

緑色蛍光体としては、ユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体（ピーク波長５２０〜５５０ｎｍ）、ユーロピウム付活ベータサイアロン蛍光体（ピーク波長５３５〜５４５ｎｍ）、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体（ピーク波長５２０〜５４０ｎｍ）等が挙げられる。

【0053】

黄色蛍光体としては、ユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体（ピーク波長５５０〜５８０ｎｍ）やセリウム付活希土類アルミニウムガーネット蛍光体（ピーク波長５５０〜５８０ｎｍ）等が挙げられる。

【0054】

赤色蛍光体としては、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体（ピーク波長６００〜６３０ｎｍ）、ユーロピウム付活カルシウムニトリドアルミノシリケート蛍光体（ピーク波長６２０〜６６０ｎｍ）、ユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体（ピーク波長６２０〜６３０ｎｍ）やマンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体（ピーク波長６４０〜６６０ｎｍ）等が挙げられる。

【0055】

蛍光体は、樹脂材料と混ぜ合わされ、蛍光膜等の蛍光体層として使用される。ＬＥＤチップの周囲を直接または間接的に蛍光膜で被覆することにより、ＬＥＤから出射された一次光の少なくとも一部が、蛍光膜で吸収されて二次光（白色光）に変換され、白色光源の外部に放射される。樹脂材料は、透明な材料であれば特に制限されない。ＬＥＤとして紫外ないし紫色ＬＥＤを用いる場合、紫外線に対する耐劣化特性の良好な、シリコーン樹脂等を用いることが好ましい。

【0056】

蛍光体層は、例えば８５重量％以上９４重量％以下の青色蛍光体と、２重量％以上３重量％以下の緑色蛍光体と、２重量％以上４重量％以下の黄色蛍光体と、２重量％以上８重量％以下の赤色蛍光体と、を合計１００重量％になるように含んでいてもよい。

【0057】

本実施形態の白色光源では蛍光体発光の組み合わせにより白色発光を得る。ＬＥＤからの一次光において、なるべく多くのエネルギーが蛍光体に吸収されることが好ましい。さらに、ＬＥＤの光が光源外部に漏出することを避けなければならない。特に、ＬＥＤ光に紫外線が含まれる場合には、美術品等を損ねる可能性がある。よって、漏出防止が求められる。

【0058】

本実施形態のＬＥＤモジュールでは、紫外線の漏出を防止するために、蛍光膜の厚さが十分な厚さであることが好ましい。個々の蛍光体粒子表面で反射されたＬＥＤの一次光が、蛍光膜を透過して光源の外部に漏出しないように、蛍光膜を厚くする。

【0059】

蛍光膜の厚さが極端に厚すぎると、蛍光体の発光自身も蛍光膜の外に放射されず、蛍光膜の発光強度が低下する。一般的に、蛍光体の粒子径および最適膜厚は互いに比例関係にあることが知られており、本実施形態では、蛍光膜に実用上できるだけ大きい粒子を含む蛍光体を用い、蛍光膜をできるだけ厚くする。このような目的のため、本実施形態のＬＥＤモジュールに用いられる蛍光体では、蛍光体粒子の平均粒子径が１０μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。

【0060】

粒子径に対応する蛍光膜の厚さは、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。これにより、蛍光膜の発光を極力低下させず、かつ紫外線の漏出を極力抑制するＬＥＤモジュールを得ることができる。

【0061】

紫外線漏出防止をさらに徹底するために、蛍光膜の外側に紫外線吸収膜を形成してもよい。この場合、紫外線の吸収・反射材料として酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム等の微粒子白色顔料を使用することができる。これらの微粒子顔料を蛍光膜同様に、樹脂中に分散させ、蛍光膜の外側に直接的もしくは間接的に、紫外線吸収膜を形成することにより、目的のＬＥＤモジュールを得ることができる。本実施形態のＬＥＤモジュールでは、ＬＥＤモジュールの外部に漏出する一次光の発光効率を０．４ｍＷ／ｌｍ以下に低減することができる。

【0062】

一次光の量は、例えば以下の方法により求められる。下記式(３)に示すように、光源部から放射される白色光の発光スペクトルをＰ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）として、両者を掛け合わせて積分してφを求める。

【0063】

【数1】

【0064】

ＬＥＤより出射される一次光エネルギーは、例えば以下の方法により求められる。下記式(４)に示すように、スペクトルＦ（λ）を３６０〜４２０ｎｍの範囲で積分してＵＶを求める。

【0065】

【数2】

【0066】

光源部から出射される発光の光束あたりの一次光のエネルギーは、例えばＵＶ／φにより求められる。

【0067】

本実施形態の白色光源システムの概要を図５に示す。図５に示す白色光源システムは、複数種のＬＥＤモジュール（ＬＥＤモジュール８〜１１）を備える発光部１２と、ＬＥＤモジュールの発光を制御する制御部１３と、を具備する。

【0068】

ＬＥＤモジュール８〜１１は、基板５上に設けられている。ＬＥＤモジュール８〜１１のそれぞれは、ＬＥＤチップ７と、ＬＥＤチップ７を被覆する蛍光体層６と、を備える。発光部１２は、必要に応じて、リフレクタやレンズ、さらには出力光を拡散するためのグローブ等を備えていてもよい。また、ＬＥＤモジュール８〜１１を囲む外囲器４は、用途に合わせて、立方体、直方体、円柱状、円盤状等様々な形状を備えていてもよい。

【0069】

ＬＥＤモジュール８〜１１は、例えば上記白色光源を備える。よって、発光部１２から放射される白色光は、ＬＥＤモジュール８〜１１のそれぞれから放射される白色光の混合光である。混合光は、例えばＸ１ないしＸ６を結ぶ直線で囲まれた領域内の色度点に対応する相関色温度を有していてもよい。

【0070】

ＬＥＤモジュール８から放射される光は、例えば図４におけるＸ１で表される相関色温度を有し、ＬＥＤモジュール９から放射される光は、例えば図４におけるＸ２で表される相関色温度を有し、ＬＥＤモジュール１０から放射される光は、例えば図４におけるＸ５で表される相関色温度を有し、ＬＥＤモジュール１１から放射される光は、例えば図４におけるＸ６で表される相関色温度を有していてもよい。

【0071】

制御部１３は、ＬＥＤモジュール８〜１１のそれぞれの発光強度を制御することができる。図５に示す制御部１３は、マイクロプロセッサ１と、メモリ２と、データ入出力部３と、電子回路（図示せず）と、を備える。

【0072】

メモリ２は、地球上の日本国内および日本国外の複数の主要地域で観測した太陽光の発光スペクトルを示すデータ、相関色温度を示すデータ、偏差を示すデータ等を保存する。上記データは、「日付」や「時刻」の単位毎に、「緯度」、「経度」を基準に分類されている。

【0073】

システム使用者は、緯度・経度や都市名等の地域を示す場所情報、日付、時刻等を示す時間情報をデータ入出力部３に入力することにより、メモリ２の保存データの中から最適なデータを選択することができる。

【0074】

場所や時間が特定されると、場所情報および時間情報に対応する太陽光の発光スペクトル、相関色温度、偏差等のデータが特定され、マイクロプロセッサ１が４つの白色光源（ＬＥＤモジュール８〜１１）の混合強度比を計算する。

【0075】

電子回路は、マイクロプロセッサ１、メモリと、ＬＥＤモジュール８〜１１の発光強度とを制御することができる。マイクロプロセッサ１の計算結果を元に電子回路は、各ＬＥＤモジュールに印加する電流量を制御する。例えばマイクロプロセッサ１により生成される制御信号により電子回路は制御される。よって、目的の発光スペクトル、相対色温度、および偏差を有する光を得ることができる。

【実施例】

【0076】

任意の場所および時間の太陽光を再現可能な白色光源システムの例について説明する。本実施例では日本国内および日本国外の主要都市における白色光を再現する場合について説明する。

【0077】

（実施例１）
青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、および赤色蛍光体を混合した。各蛍光体の材料および混合量（重量％）を表１に示す。各蛍光体としては２５〜３５μｍの平均粒径を有する粉末を用いた。混合した蛍光体をシリコーン樹脂に分散させたスラリーをＬＥＤチップの周囲に塗布することで、相関色温度および偏差が異なる４種の白色光源（白色光源１ないし白色光源４）を備える４つのＬＥＤモジュールを具備する白色光源システムを作製した。蛍光膜の膜厚は、５００〜７００μｍであった。ＬＥＤとしては、４１０ｎｍに発光ピーク波長を有する紫外発光ＬＥＤを用いた。

【0078】

【表1】

【0079】

４種類の白色光源を用い、所定場所における、所定時刻の白色光を合成した。再現対象となる太陽光として、図６に示すとおり、５月１４日１０時の横浜市における白色光を選択した。図中の発光スペクトルデータを用いて、白色光の色温度を計算した結果、５７０４Ｋ＋０．００１ｄｕｖであることが判明した。

【0080】

この色温度の白色光を再現するために、４種類の白色光源の混合強度比を計算した。その結果、白色光源１の相対強度が１００、白色光源２の相対強度が９０、白色光源３の相対強度が７０、そして白色光源４の相対強度が５０の割合で混合することにより、図６に示す白色光と全く同じ色温度の白色光を合成することができる。

【0081】

計算結果を元に、具体的に白色光を合成して図７に示す発光スペクトルで表される白色光を得た。図６と図７の発光スペクトルの形状を比較すると、発光スペクトル曲線にミクロの凹凸が存在するかどうかは別にして、両者の全体形状は良好な一致度を示すことがわかる。

【0082】

上記２種類の白色光の一致度を定量的に確認するため、太陽光と同じ色温度を有する黒体輻射のスペクトルと、本実施形態の白色光源から放射される白色光の発光スペクトルとの、波長毎の差分スペクトル強度を測定し、比較した。具体的には白色光源の発光スペクトルをＰ（λ）、白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトルをＢ（λ）、分光視感効率のスペクトルをＶ（λ）、Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ１、Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長をλｍａｘ２としたとき、Ａ＝（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１）、Ｂ＝（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２）と定義して、（Ａ−Ｂ）の値を求めた。（Ａ−Ｂ）の値を波長毎にグラフとして表すと図８のようになった。

【0083】

図からもわかるように、可視光波長領域において、両者の差分は＋側で０．０５以下、−側で−０．１以上であり、下記式−０．１≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．０５の関係を満たすことがわかる。また、この白色光源システムから漏出されるＬＥＤ一次光の強度を測定すると０．１ｍＷ／ｌｍであり、太陽光に含まれる紫外線より遥かに微弱であることが判明した。

【0084】

以上のように作製した本実施形態の白色光源システムでは、利用者が特定場所、特定時間の太陽光を指定することにより、良好な再現特性を有する白色光を得ることができる。つまり、本実施形態の白色光源の発光スペクトルは、太陽光と同じ色温度の黒体輻射のスペクトルと、可視光領域において良好な一致度を示すことができる。

【0085】

単に黒体輻射のスペクトル形状を再現するだけでなく、黒体輻射（太陽）による発光が地球上の各地点に届く間に受ける影響度合いを、黒体輻射の色温度からの偏差として定量化し、その偏差を含めた色温度の白色光を完全に再現することができた。これにより、地域および場所を特定した太陽光を再現できる上、太陽光より遥かに微弱な紫外線のみを含有するため、例えば美術館等の展示物の照明として用いた場合、従来の光源に比べて、遥かに高い精度で展示物本来の体色を再現することができる実用的な光源を得ることができる。

【0086】

（実施例２）
５月２７日１７時の東京都における白色光を再現した。この白色光の特性は図９に示すとおり、色温度が４４８３Ｋ−０．００１ｄｕｖであった。この白色光を再現するために、実施例１に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、４種類の白色光源を備える４つのＬＥＤモジュールを具備する白色光源システムを作製した。なお実施例２の蛍光膜では、紫外線吸収を目的として、酸化チタン微粒子と樹脂との混合スラリーを用いて、蛍光膜の外側に薄膜を形成した。得られた４種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表２に示すとおりである。

【0087】

得られた白色光源の発光スペクトルを図１０に示す。図からもわかるとおり、太陽光の発光スペクトルと、本実施形態の白色光源の発光色は良く一致しており、黒体輻射スペクトルとの差分を測定すると、図１１のとおりであった。図中の差分スペクトルよりこの光源が下記式を満たすことがわかる。また、この光源から漏出されるＬＥＤ一次光は、０．０４ｍＷ／ｌｍであり、非常に微弱であった。よって、実施例２の白色光源は、実施例１と同様に美術館照明等として好適である。
−０．０５≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．０５

【0088】

（実施例３）
６月１０日１７時の横浜市における白色光を再現した。この白色光の特性は図１２に示すとおり、色温度が３７９５Ｋ＋０．０００ｄｕｖであった。この白色光を再現するために、実施例１に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、４種類の白色光源を備える４つのＬＥＤモジュールを作製した。この４種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表２に示すとおりである。

【0089】

得られた白色光源の発光スペクトルを図１３に示す。図からもわかるとおり、太陽光の発光スペクトルと、本実施形態の白色光源の発光色は良く一致しており、黒体輻射スペクトルとの差分を測定すると、図１４のとおりであった。図中の差分スペクトルよりこの光源が下記式を満たすことがわかる。また、この光源から漏出されるＬＥＤ一次光は、０．０５ｍＷ／ｌｍであり、非常に微弱であった。よって、実施例３の白色光源は、実施例１と同様に美術館照明等として好適である。
−０．０５≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１０

【0090】

（実施例４）
９月２８日１８時の横浜市における白色光を再現した。この白色光の特性は図１５に示すとおり、色温度が３３１３Ｋ＋０．００２ｄｕｖであった。この白色光を再現するために、実施例１に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、４種類の白色光源を備える４つのＬＥＤモジュールを作製した。なお実施例４の蛍光膜では、紫外線吸収を目的として、酸化亜鉛微粒子と樹脂との混合スラリーを用いて、蛍光膜の外側に薄膜を形成した。こうして得られた４種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表２に示すとおりである。

【0091】

得られた白色光源の発光スペクトルを図１６に示す。図からもわかるとおり、太陽光の発光スペクトルと、本実施形態の白色光源の発光色は良く一致しており、黒体輻射スペクトルとの差分を測定すると、図１７のとおりであった。図中の差分スペクトルよりこの光源が下記式を満たすことがわかる。また、この光源から漏出されるＬＥＤ一次光は、０．２ｍＷ／ｌｍであり、非常に微弱であった。よって、実施例４の白色光源は、実施例１と同様に美術館照明等として好適である。
−０．０５≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１０

【0092】

（実施例５）
５月２０日１３時の大阪市における白色光を再現した。この白色光の特性は図１８に示すとおり、色温度が６０３５Ｋ＋０．００３ｄｕｖであった。この白色光を再現するために、実施例１に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、４種類の白色光源を備える４つのＬＥＤモジュールを作製した。この４種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表２に示すとおりである。

【0093】

得られた白色光源の発光スペクトルを図１９に示す。図からもわかるとおり、太陽光の発光スペクトルと、本実施形態の白色光源の発光色は良く一致しており、黒体輻射スペクトルとの差分を測定すると、図２０のとおりであった。図中の差分スペクトルよりこの光源が下記式を満たすことがわかる。また、この光源から漏出されるＬＥＤ一次光は、０．３ｍＷ／ｌｍであり、非常に微弱であった。よって、実施例５の白色光源は、実施例１と同様に美術館照明等として好適である。
−０．１０≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．０５

【0094】

（実施例６）
５月２０日１５時の大阪市における白色光を再現した。この白色光の特性は図２１に示すとおり、色温度が５０９４Ｋ−０．００３ｄｕｖであった。この白色光を再現するために、実施例１に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、４種類の白色光源を備える４つのＬＥＤモジュールを作製した。この４種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表２に示すとおりである。

【0095】

得られた白色光源の発光スペクトルを図２２に示す。図からもわかるとおり、太陽光の発光スペクトルと、本実施形態の白色光源の発光色は良く一致しており、黒体輻射スペクトルとの差分を測定すると、図２３のとおりであった。図中の差分スペクトルよりこの光源が下記式を満たすことがわかる。また、この光源から漏出されるＬＥＤ一次光は、０．１ｍＷ／ｌｍであり、非常に微弱であった。よって、実施例６の白色光源は、実施例１と同様に美術館照明等として好適である。
−０．０５≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１０

【0096】

（実施例７）
８月８日１７時の熱海市における白色光を再現した。この白色光の特性は図２４に示すとおり、色温度が４１４６Ｋ＋０．００１ｄｕｖであった。この白色光を再現するために、実施例１に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、４種類の白色光源を備える４つのＬＥＤモジュールを作製した。この４種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表２に示すとおりである。

【0097】

得られた白色光源の発光スペクトルを図２５に示す。図からもわかるとおり、太陽光の発光スペクトルと、本実施形態の白色光源の発光色は良く一致しており、黒体輻射スペクトルとの差分を測定すると、図２６のとおりであった。図中の差分スペクトルよりこの光源が下記式を満たすことがわかる。また、この光源から漏出されるＬＥＤ一次光は、０．０８ｍＷ／ｌｍであり、非常に微弱であった。よって、実施例７の白色光源は、実施例１と同様に美術館照明等として好適である。
−０．０５≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１０

【0098】

（実施例８）
１２月１６日１２時のミラノにおける白色光を再現した。この白色光の特性は図２７に示すとおり、色温度が５９９１Ｋ＋０．００１ｄｕｖであった。この白色光を再現するために、実施例１に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、４種類の白色光源を備える４つのＬＥＤモジュールを作製した。この４種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表２に示すとおりである。

【0099】

得られた白色光源の発光スペクトルを図２８に示す。図からもわかるとおり、太陽光の発光スペクトルと、本実施形態の白色光源の発光色は良く一致しており、黒体輻射スペクトルとの差分を測定すると、図２９のとおりであった。図中の差分スペクトルよりこの光源が下記式を満たすことがわかる。また、この光源から漏出されるＬＥＤ一次光は、０．０８ｍＷ／ｌｍであり、非常に微弱であった。よって、実施例８の白色光源は、実施例１と同様に美術館照明等として好適である。
−０．０７≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．０３

【0100】

（実施例９）
１２月１４日１２時のフィレンツェにおける白色光を再現した。この白色光の特性は図３０に示すとおり、色温度が６１６０Ｋ＋０．０００ｄｕｖであった。この白色光を再現するために、実施例１に用いた蛍光体と同じ種類の蛍光体を使用し、組合せを種々変更して、４種類の白色光源を備える４つのＬＥＤモジュールを作製した。この４種類の白色光源の色温度および、それぞれの光源の混合割合は表２に示すとおりである。

【0101】

得られた白色光源の発光スペクトルを図３１に示す。図からもわかるとおり、太陽光の発光スペクトルと、本実施形態の白色光源の発光色は良く一致しており、黒体輻射スペクトルとの差分を測定すると、図３２のとおりであった。図中の差分スペクトルよりこの光源が下記式を満たすことがわかる。また、この光源から漏出されるＬＥＤ一次光は、０．０９ｍＷ／ｌｍであり、非常に微弱であった。よって、実施例９の白色光源は、実施例１と同様に美術館照明等として好適である。
−０．０８≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．０３

【0102】

【表2】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】