IPC分类号 : F21K9/20,C09K11/00,C09K11/08,C09K11/61,C09K11/66,C09K11/67,C09K11/80,F21S8/08,F21Y115/10
专利摘要
专利摘要
本发明为照明装置,其具备在波长420~480nm具有最大峰的蓝色LED芯片、和在该蓝色LED芯片的发光方向前方配置的含有荧光体的树脂层,该含有荧光体的树脂层通过使由Lu3Al5O12:Ce3+表示并且相对于Lu的Ce活化率为2摩尔%以下的LuAG荧光体、和由A2(B1‑xMnx)F6(式中,A为选自Li、Na、K及Cs中的1种以上的元素,B为选自Si、Ti、Nb、Ge及Sn中的1种以上的元素,x为满足0.001≤x≤0.1的范围的正数)表示的复合氟化物荧光体在树脂中混合分散而成,为黑体放射线附近的发光色,在暗处视觉条件下、微明视觉条件下更为感到明亮,获得高可视性和宽范围的明亮感。
权利要求
1.照明装置,其特征在于,具备在波长420~480nm具有最大峰的蓝色LED芯片、和在该蓝色LED芯片的发光方向前方配置的含有荧光体的树脂层,该含有荧光体的树脂层通过使由下述组成式(1)表示并且相对于Lu的Ce活化率为2摩尔%以下的LuAG荧光体、和由下述组成式(2)表示的复合氟化物荧光体混合分散于树脂而成,
Lu
A
式中,A为选自Li、Na、K及Cs中的1种以上的元素,B为选自Si、Ti、Nb、Ge及Sn中的1种以上的元素,x为满足0.001≤x≤0.1的范围的正数,
在发光光谱中,位于波长460~620nm的宽的发光峰的强度S1与位于630nm附近的亮线光谱的发光峰的强度S2之比S1/S2为0.5以上0.9以下。
2.权利要求1所述的照明装置,其特征在于,所述树脂为有机硅树脂或环氧树脂。
3.权利要求1所述的照明装置,其特征在于,所述树脂为选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯酸系树脂及ABS树脂中的1种或2种以上的热塑性树脂。
4.权利要求1~3的任一项所述的照明装置,其特征在于,发光色的Δuv值为-0.03~+0.03。
说明书
技术领域
本发明涉及在夜间等缺乏明亮的场所(周围没有光的场所)适合使用的室外照明,特别是在人行道、车道、广场、住宅地、隧道等设置的室外照明中适合的照明装置。
背景技术
都市中,即使在夜间利用汽车的前照灯、店铺照明等的众多的光源明亮地照明的场所多。另一方面,在郊外、地方,夜间由于缺乏光,因此在人行道、车道、公园、隧道等这样的场所中,为了确保安全、防止犯罪等,设置以街道路灯为首的室外照明。
但是,在郊外、地方,过度地设置高亮度的照明在夜间点亮,不仅妨碍居民的生活,而且消耗过多的电力,另外,设备需要高额的费用。因此,希望引入在没有提高消耗电力的情况下能够充分地实现安全确保、防止犯罪等目的的室外照明。
另一方面,近年来,在街道路灯等室外照明用途中,从维护、经济性的观点出发,已从以往的白炽电灯泡、荧光灯等,集中关注于在电力消耗、寿命方面有利的LED照明。LED照明富于发光的变化,而且使用了蓝色LED的LED照明在所照射的光的成分中具有蓝色成分,因此可以用作近年来不断引入的蓝色街道路灯等室外照明的光源。另外,LED照明的电力使用效率极高,用于获得同等的照度的电力极小,为以往的白炽电灯泡的1/5以下。另外,制品寿命一般据说为数万小时,带来维护检查的劳力、成本削减,因此LED照明作为长时间连续使用的街道路灯等室外照明优异。
一般的照明用的白色LED封装体中,通过在发光波长440~470nm的蓝色LED芯片的前面涂布发出绿色、黄色、红色等荧光的荧光体,从而成为了将从荧光体发光的峰波长555nm左右的宽的荧光光和波长未变换的蓝色光结合、产生白色光的结构。在大量的照明用白色LED中利用了波长555nm左右的荧光发光,这是因为:人眼对于波长555nm附近的光具有高敏感度,因此在原理上大量包含该波长的光的成分的光作为照明为高效率。但是,在夜间的街道等暗处视觉条件下、刚日落后的微明视觉条件下,已知人的视敏感度的峰波长如图7中所示那样,从555nm向更短波长侧迁移(浦肯雅效应)。
在这样的暗处视觉条件下和微明视觉条件下,在使用白色LED的夜间照明中,可以说也优选发光的峰从555nm向短波长迁移的照明。作为夜间照明用,研究了色温度高的照明等(非专利文献1),但以往的夜间照明难以说充分地包含对于基于浦肯雅效应的视敏感度的变化在暗处视觉水平、微明视觉水平上的视敏感度最高的波长。
另外,已知在人的眼球的视网膜上存在作为光的受容体的锥体细胞、杆体细胞,锥体细胞具有在亮处的色觉,杆体细胞具有感知在暗处的光的作用。也已知,这些锥体细胞和杆体细胞在人的视网膜上没有均匀地分布,锥体细胞集中于称为中心窝的部分附近,而杆体细胞大量分布于其周边。因此,在暗处视觉下、微明视觉下等杆体细胞主要发挥作用的环境下,认为人眼具有与视点的中心相比容易在周边视野中感到明亮的结构。在这样的环境下,认为照明装置也使光轴的周边处的光量更多为宜,一般地,在LED夜间照明中,多是如下情形:使照明装置的光轴为中心的部分特别明亮,光轴的周边急剧地变暗。另外,近年来,作为街道照明使用的LED照明多是色温度高的LED照明,这样的街道照明单纯地增加蓝色光,尚未成为考虑暗处视觉下、微明视觉下的视敏感度的设计。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2008-135381号公报
专利文献2:特开2009-151967号公报
专利文献3:特开2012-038504号公报
专利文献4:特开2012-009434号公报
专利文献5:美国专利第3576756号说明书
非专利文献
非专利文献1:白仓公隆、其他2名、“街路照明的分光特性对空间的明亮产生的影响”、照明学会杂志、第96卷、第5号、2012年、259-271
发明内容
发明要解决的课题
本发明鉴于上述实际情况而完成,目的在于提供在郊外、地方、农村部、隧道内等的、特别是暗处视觉条件下、微明视觉条件下由人眼可感到明亮、获得宽范围下的明亮感的照明装置。
用于解决课题的手段
本发明人对能够改善暗处视觉下、微明视觉下的视敏感度波长的变化引起的可视性的降低的LED照明进行研究,作为光源,与蓝色LED一起,着眼于作为用蓝色LED激发的荧光体的Lu3Al5O12:Ce
对于LuAG荧光体,通过控制作为活化剂添加的Ce在结晶中的浓度、即、相对于Lu的Ce活化率,能够增加相对于5d→
但是,对于通过上述那样的LuAG荧光体和蓝色LED所得到的照明,由于发光光谱的大部分偏向于可见光中的短波长,因此照明发出的色调接近蓝色或绿色,测定其色度时,成为远离黑体放射线的照明。在暗处视觉下、微明视觉下,人眼对于颜色的敏感性迟钝,发光的色度偏离黑体放射线的光源有时对人给予不舒适感。
一般地,与黑体放射线的偏离用Δuv表示,这样的情况下,使Δuv变小时,通过加入红色光而使发光色接近黑体放射线是有效的。在将蓝色LED作为光源的夜间照明中,加入红色光时,通过另外将红色LED等组装到照明装置中也可实现,但存在作为照明装置的电路变得复杂的缺点。另一方面,同时使用用蓝色LED激发、发出红色光的荧光体的方法也是有效的,作为通过蓝色光激发而发出红色光的荧光体,可列举SCASN、CASN、α-赛隆等氮化物荧光体、氧氮化物荧光体,这些荧光体具有在蓝色光以外吸收蓝绿、绿色、黄色光的特征,如果要将这些荧光体与LuAG荧光体同时使用而产生红色光,则在暗处视觉下、微明视觉下有用的507nm~555nm的发光强度大幅地下降。
本发明人为了解决上述课题反复深入研究,结果发现:在将蓝色LED与使铈活化量为2%以下的LuAG荧光体组合的照明装置中,通过进一步组合以锰作为活化剂的、含有选自Si、Ti、Nb、Ge及Sn中的元素的复合氟化物红色发光荧光体,从而为Δuv小的黑体放射线附近的发光色,成为在暗处视觉下、微明视觉下更为感到周边视野的明亮的照明装置,另外,通过将这些荧光体在树脂中混合分散而制成含有荧光体的树脂层,将该含有荧光体的树脂层配置在蓝色LED的发光方向前方,从而成为照明装置的照射范围进一步变宽、与以往相比在暗处视觉下、微明视觉下向更宽的范围照射照明光的照明装置,完成了本发明。
因此,本发明提供下述的照明装置。
[1]照明装置,其特征在于,具备在波长420~480nm具有最大峰的蓝色LED芯片、和在该蓝色LED芯片的发光方向前方配置的含有荧光体的树脂层,该含有荧光体的树脂层通过使由下述组成式(1)
Lu3Al5O12:Ce
表示、并且相对于Lu的Ce活化率为2摩尔%以下的LuAG荧光体、和由下述组成式(2)
A2(B1-xMnx)F6(2)
(式中,A为选自Li、Na、K和Cs中的1种以上的元素,B为选自Si、Ti、Nb、Ge和Sn中的1种以上的元素,x为满足0.001≤x≤0.1的范围的正数。)
表示的复合氟化物荧光体在树脂中混合分散而成。
[2][1]所述的照明装置,其特征在于,上述树脂为有机硅树脂或环氧树脂。
[3][1]所述的照明装置,其特征在于,上述树脂为选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯酸系树脂和ABS树脂中的1种或2种以上的热塑性树脂。
[4][1]-[3]的任一项所述的照明装置,其特征在于,发光色的Δuv值为-0.03~+0.03。
发明的效果
根据本发明,能够提供以黑体放射线附近的发光色、在暗处视觉条件下、微明视觉条件下感到更为明亮、获得高的可视性和宽范围的明亮感的照明装置。
附图说明
图1为表示实施例1中得到的Lu3Al5O12:Ce
图2为表示实施例及比较例中制作的LED照明的图,(A)为部分透视平面图,(B)为斜视图。
图3为表示从实施例1的LED照明照射的光的光谱分布的图。
图4为表示从实施例2的LED照明照射的光的光谱分布的图。
图5为表示从比较例1的LED照明照射的光的光谱分布的图。
图6为实施例和比较例中的、使用了LED照明的道路面及其周边的外观的评价方法的说明图。
图7为表示一般的白色LED的发光光谱(虚线)和人眼的敏感度的在亮处的峰波长(555nm)及在暗处的峰波长(507nm)的图。
具体实施方式
以下对本发明的照明装置详细地说明。
本发明的照明装置具备在波长420~480nm具有最大峰的蓝色LED芯片。作为这样的蓝色LED芯片,可使用将蓝色LED芯片用密封材料与配线等一起密封了的公知的蓝色LED封装体,可以使用公知的蓝色LED芯片、市售品。使用了最大峰与上述波长相比短波长或长波长的蓝色LED芯片的情况下,由于荧光体的激发效率极端地降低,因此不优选。
另外,本发明的照明装置具备含有荧光体的树脂层,将含有荧光体的树脂层配置在蓝色LED芯片的发光方向前方。作为该含有荧光体的树脂层,可使用使由下述组成式(1)
Lu3Al5O12:Ce
表示、并且相对于Lu的Ce活化率(相对于Lu和Ce的总量的Ce的比例)为2摩尔%以下、特别地1摩尔%以下、优选地0.1摩尔%以上的荧光体(LuAG荧光体)混合分散于树脂而成的含有荧光体的树脂层。由上述组成式(1)表示的LuAG荧光体的含有率由与所配置的含有荧光体的树脂层的距离、位置关系、强度等左右,优选在含有荧光体的树脂层中为0.5质量%以上50质量%以下。
相对于Lu的Ce活化率超过2摩尔%的情况下,5d→
本发明的LuAG荧光体能够采用公知的方法制造。例如,可以通过在以成为目标组成的方式混合了的氧化钌、氧化铈、氧化铝的各粉末中加入氟化钡作为助熔剂,将该混合粉末在大气下、氮等非活性气体气氛下、将非活性气体的一部分用氢等具有还原性的成分置换了的还原气氛下等、在高温下加热,制成复合氧化物,用球磨机等将得到的复合氧化物破碎为适当的大小而制造。
本发明的含有荧光体的树脂层可使用进一步将由下述组成式(2)
A2(B1-xMnx)F6(2)
(式中,A为选自Li、Na、K和Cs中的1种以上的元素,B为选自Si、Ti、Nb、Ge和Sn中的1种以上的元素,x为满足0.001≤x≤0.1的范围的正数。)
表示的复合氟化物荧光体混合分散而成的产物。由上述组成式(2)表示的荧光体的含有率由与所配置的含有荧光体的树脂层的距离、位置关系、强度等决定,优选在含有荧光体的树脂层中为1质量%以上40质量%以下。
本发明的复合氟化物荧光体能够采用公知的方法(例如,美国专利第3576756号说明书(专利文献5)等)制造。
本发明的LuAG荧光体和复合氟化物荧光体都使用粒子状的荧光体。荧光体粒子的粒径,从发光的效率的观点出发,优选平均粒径为1.5~50μm。平均粒径不到1.5μm的情况下,有可能荧光体粒子的发光效率降低,照明的效率降低。另一方面,平均粒径超过50μm的情况下,作为照明的特性,不会有特别的问题,但为了增加粒子数而使用大量的荧光体,荧光体的使用量增加,因此有可能成本升高。本发明中的荧光体粒子的粒径,例如,能够适用将荧光体粒子分散在气流中或水流中、采用激光衍射散射法测定的值。
在本发明的含有荧光体的树脂层中,出于作为照明装置的色调、演色性改善等的目的,可以在不损害本发明的目的的范围内使用本发明的由上述组成式(1)表示的LuAG荧光体和由上述组成式(2)表示的复合氟化物荧光体以外的荧光体。应予说明,本发明的含有荧光体的树脂层中的荧光体的总含有率优选为1.5质量%以上90质量%以下。
作为含有荧光体的树脂层的树脂,能够使用透明或半透明的树脂,例如,能够使用有机硅树脂、环氧树脂等热固化性树脂。这种情况下,含有荧光体的树脂层可通过将使荧光体在未固化的树脂组成物中混合、分散的产物涂布于蓝色LED芯片或蓝色LED封装体表面并使其固化而形成,另外,也可另外地固化、成型而得到含有荧光体的树脂层,将其配置在蓝色LED芯片或蓝色LED封装体的发光方向前方。
另外,作为含有荧光体的树脂层的树脂,能够将聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯酸系树脂、ABS树脂等热塑性树脂中的1种单独使用或者将2种以上混合使用。热塑性树脂的情况下,可以将热塑性树脂与荧光体混炼,使荧光体分散于热塑性树脂中成型而得到含有荧光体的树脂层,将其配置在蓝色LED芯片或蓝色LED封装体的发光方向前方。
含有荧光体的树脂层的成型可以应用压缩成型、挤出成型、注射成型等公知的成型方法,可以以膜状、薄板状等任意的形状成型为所期望的大小。含有荧光体的树脂层的形状及大小可根据含有荧光体的树脂层的使用形态适当地选择,并无特别限定,其厚度通常为0.02~5mm。
在含有荧光体的树脂层中,除了树脂和荧光体以外,在不损害本发明的目的的范围内可使用添加物。作为添加物,出于提高紫外线等引起的劣化等的耐候性的目的、用于促进光的散射的光散射等的目的、或者着色等的目的,能够使用二氧化硅、氧化铝、云母、氧化钇、氧化锌、氧化锆、蓝色颜料、绿色颜料、黄色颜料、红色颜料等的添加剂。添加物的含量在含有荧光体的树脂层中通常为10质量%以下,特别为0.01质量%以上5质量%以下。
本发明的照明装置优选采用将含有荧光体的树脂层配置在经由气体层或真空层远离蓝色LED封装体的场所的远程荧光体方式。远程荧光体方式的照明装置具有为面发光、放射角大等与一般的LED照明不同的配光特性。另外,由于人的杆体细胞在眼球内分布于远离中心窝的部位,因此特别是用于夜间照明的室外照明中,优选507nm附近的波长的光大量射出到远离照明装置的光轴的部位,在发光的角度分布大的远程荧光体照明中,成为与将荧光体配置在蓝色芯片上的方式相比作为室外照明更为有用的照明装置。
由本发明的照明装置发出的光(照射光)是将从蓝色LED发出的光、从LuAG荧光体发出的光、和从复合氟化物荧光体发出的光混合而成的光,为了使照明装置的发光色成为黑体放射线附近,可调整使用的荧光体的比例,可以通过调整由蓝色光激发而发光的由上述组成式(1)表示的LuAG荧光体、由蓝色光激发而发光的由上述组成式(2)表示的复合氟化物荧光体的比率而实现。具体地,优选由上述组成式(1)表示的LuAG荧光体与由上述组成式(2)表示的复合氟化物荧光体的比率[(LuAG荧光体):(复合氟化物荧光体)]以质量比计为1:0.1~1:10,更优选为1:0.5~1:4。
在来自本发明的照明装置的发光光谱中,位于波长460~620nm的宽的发光峰的强度S1与位于630nm附近的亮线光谱的发光峰的强度S2之比S1/S2如果为0.5以上0.9以下,则能够使相当于照明装置的发光色的与黑体放射线的偏差的Δuv为-0.03~+0.03。通过选择这样的发光条件,成为照明装置的发光色接近白色的照明,能够抑制照射光对人眼给予不舒服的印象。进而,通过使Δuv为-0.01~+0.01,发光色的与黑体放射线的偏差更小,成为具有给予更为舒适的印象的发光色的照明。S1/S2不到0.5或超过0.9的情况下,有可能Δuv不到-0.03或超过+0.03,这种情况下,发光色偏离白色,有可能成为不适合作为照明的发光色。特别地,不使用由上述组成式(2)表示的复合氟化物荧光体而只使用由上述组成式(1)表示的LuAG荧光体的情况下,在630nm附近不存在亮线光谱的发光峰,Δuv的值成为超过0.03的值,成为了靠近蓝色或绿色的发光色。
本发明的照明装置在适应于基于浦肯雅效应的视敏感度的变化的、暗处视觉水平和微明视觉水平上充分地包含视敏感度高的波长,同时作为发光色,与黑体放射线的偏差小,因此成为了具有给予舒适的印象的发光色的照明装置。
另外,本发明的照明装置(照明器具)是在夜间、缺乏明亮的场所(周围没有光的场所)中的室外照明、特别是人行道、车道、广场、住宅地、隧道等中设置的室外照明例如街道路灯等、在室外的使用中适合的照明,由于适合在暗处视觉下、微明视觉下的使用,因此如果是同样的使用环境,在室内照明、即在室内的使用中也适合。
实施例
以下示出实施例及比较例,对本发明具体地说明,但本发明并不受下述的实施例限制。
[实施例1]
将纯度99.9%、平均粒径1.0μm的氧化钌(Lu2O3)粉末、纯度99.0%、平均粒径0.5μm的氧化铝(Al2O3)粉末、和纯度99.9%、平均粒径0.2μm的氧化铈(CeO2)粉末分别以Lu:Al:Ce=2.97:5.0:0.03的摩尔比混合,得到了1,000g的混合粉末。在得到的混合粉末中,进一步添加200g作为助熔剂的氟化钡,充分地混合,将其填充到氧化铝坩埚,在氩气中、1,400℃下热处理10小时。将这样得到的烧成体用球磨机破碎后,用约0.5摩尔/L的盐酸清洗后,用纯水水洗,进行固液分离,干燥,得到了平均粒径20μm的Lu3Al5O12:Ce
将该荧光体粒子的进行了XRD分析的结果示于图1中。该荧光体粒子的衍射图案与主相为钌铝石榴石相的衍射峰一致,确认得到了含有石榴石相作为主相的Lu3Al5O12:Ce
进而,按照美国专利第3576756号说明书(专利文献5)记载的方法,得到了平均粒径21μm的K2(Si0.97Mn0.03)F6荧光体粒子。测定得到的荧光体粒子的波长450nm的蓝色光激发产生的发光光谱,结果确认以630nm附近为中心具有多个发光峰。
通过在丸本ストルアス株式会社制造、透明环氧树脂(SpeciFix-40kit)中使Lu3Al5O12:Ce
将7个该LED封装体,以设置于内尺寸为宽39mm、长220mm、高5mm的长方形的铝底盘的状态串联地连接,进而,将作为保护盖的2mm厚的透明消光亚克力板安装于距离LED封装体的发光面25mm的位置,制作图2中所示的LED照明(照明装置)。应予说明,图2中,1为LED封装体,2为铝底盘,3为保护盖,4为电源端子,5为开关。
用分光光度计(コニカミノルタ株式会社制造、CL-500、下同)测定了该LED照明的照射光的光谱。将结果示于图3。该光谱的S1/S2为0.79。另外,使用全光束测定装置(大塚电子株式会社制造、全光束测定(φ500)系统、型号HalfMoon、下同)测定该LED照明的Δuv,结果为+0.022。
[实施例2]
将7个Cree社制造、蓝色LED封装体、XLamp LX-E Royal Blue以设置于与实施例1同样的铝底盘的状态串联地连接,进而,将实施例1中得到的Lu3Al5O12:Ce
用分光光度计测定该LED照明的照射光的光谱。将结果示于图4中。该光谱的S1/S2为0.55。另外,用全光束测定装置测定该LED照明的Δuv,结果为-0.018。
[比较例1]
对于荧光体粒子,只使用了Lu3Al5O12:Ce
用分光光度计测定该LED照明的照射光的光谱。将结果示于图5。在该光谱中,没有发现630nm附近的S2峰。另外,用全光束测定装置测定该LED照明的Δuv,结果为+0.034。
将实施例1、2及比较例1的LED照明安装于临时电杆的距离沥青道路高3m的位置,制成LED街道路灯,在夜间以24V的电压使其发光,对于从LED照明正下方距离10m的起点开始直至LED照明正下方的终点缓慢地步行时的道路面及其周边的外观,通过30人的目视进行评价。将结果示于表1。应予说明,表1中的比例为肯定了表中的各项目的人的比例,括弧内的数值为肯定了表中的各项目的人的人数。
[表1]
由这些结果可知,与比较例1的LED照明相比,实施例1、2的LED照明在所有的评价项目中都为同等或优异,特别是在颜色的判别、能自然地看到照明光的方面优异,并且感到周边部明亮,暗视野、微明视野优异。
可知实施例1的LED照明为对于空间全体的明亮、在周边部分的明亮感等广阔空间中的可视性有效的照明,作为室外照明优异。另外可知,关于对于周围的景色的颜色的认识、是否可看到自然的照明色,也都获得高的满足度。制成了远程荧光体方式的实施例2中,可知除了这些以外,进而由于面发光产生的光的扩展,因此得到了影的部分少、不刺眼的照明。根据本发明,可得到对于基于浦肯雅效应的暗处视觉下、微明视觉下的视敏感度的变化有效地应对的、适合室外照明的照明装置。
附图标记的说明
1LED封装体
2铝底盘
3保护盖或含有荧光体的树脂层
4电源端子
5开关
照明装置专利购买费用说明
Q:办理专利转让的流程及所需资料
A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。
1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2:按规定缴纳著录项目变更手续费。
3:同时提交相关证明文件原件。
4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q:专利转让变更,多久能出结果
A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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