白光源和包括所述白光源的白光源系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种白光源，其包含：具有在421nm到490nm范围内的发光峰值波长的蓝色发光二极管(蓝光LED)和包括磷光体和树脂的磷光体层，其中所述白光源满足关系式-0.2≤[(P(λ)×V(λ))/(P(λmax1)×V(λmax1))-(B(λ)×V(λ))/(B(λmax2)×V(λmax2))]≤+0.2，假设：所述白光源的发光光谱是P(λ)；与所述白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱是B(λ)；光谱光视效率的光谱是V(λ)；P(λ)×V(λ)变为最大处的波长是λmax1；且B(λ)×V(λ)变为最大处的波长是λmax2，且其中从所述白光源初始点亮时到所述白光源连续点亮6000小时后时CIE色度图上的色度变化量小于0.010。根据上述白光源，可以提供能够再现与自然光相同的发光光谱的白光源。
【专利说明】白光源和包括所述白光源的白光源系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及白光源和包括所述白光源的白光源系统。更具体来说，本发明涉及发光光谱接近自然光的发光光谱的白光源，并且涉及包括所述白光源的白光源系统。
【背景技术】
[0002]近年来，包括发光二极管(LED)的白光源在节能措施和减少二氧化碳排放量方面引起了人们关注。与包括钨丝的常规白炽灯泡相比，LED具有更长的使用寿命，并且能够节能。如日本专利特许公开(未经审查的公开)10-242513号(专利文献I)中所公开的，在常规白光LED中，使用均具有在400nm到530nm范围内的发光峰值波长的蓝光LED激发YAG磷光体，并且从所述LED发射的蓝光与从所述YAG磷光体发射的黄光相互混合，由此获得并实现了白光。
[0003]包括LED的白光源已经广泛地用作交通信号灯和液晶显示器(IXD)以及一般照明设备(发光设备)(例如室内灯)的背光。在包括常规蓝光LED的白光源的发光光谱中，从所述蓝光LED发射的蓝光的峰值高度是从磷光体发射的黄光的峰值高度的至少1.5倍，因此蓝光的影响往往较强。
[0004]在所述情况下，随着包括LED的白光源的普及，白光源对人体的不利影响开始引起人们担忧。如上所述，在常规的白光LED中，蓝光LED的发光峰较强。这样具有强蓝光发射峰值的白光显著不同于自然光。在这里，自然光是指日光。
[0005]根据在考虑所述白光源对人体的影响而实现的国际公开W02008/069101号的小册子(专利文献2)，组合具有不同发光峰值的LED和磷光体，并且由此混合4种类型的发光峰，由此提供了与光谱光视效率偏差较小的白光。
[0006]在这里，将人眼对光的敏感度称作光视函数，国际照明委员会(InternationalCommission on Illumination) (CIE)将光谱光视效率定义为标准光谱光视函数V( λ )。因此，光谱光视效率和标准光谱光视函数V( λ)在含义上相同。图1显示由CIE定义的光谱光视效率V( λ )。也就是说，图1显示人在最高敏感度下识别波长为约555nm的光。
[0007]另一方面，专利文献2的目标是考虑到蓝光对人体的影响而控制波长在420nm到490nm范围内的光。预计这样的方法产生使褪黑激素的分泌正常化的作用，所述褪黑激素是涉及生物钟夜间调节的激素之一。
[0008]在这点上，人的昼夜节律(24小时节律)受到体内生物钟控制。人应该基本上生活于自然光下，但在现代社会中有各种生活方式，例如长时间的室内工作和昼夜颠倒的方式。如果不暴露于自然光的生活长期持续，那么会扰乱昼夜节律，并且担心对人体有不利影响。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本专利特许公报10(1998)-242513号
[0012]专利文献2:国际公开W02008/069101号的小册子
【发明内容】
[0013]本发明所要解决的问题
[0014]当前的包括LED的白光源，也就是说，包括蓝光LED的白光源，具有显著不同于自然光的发光光谱。在这些白光源辐照下长时期生活可能不利地影响人的昼夜节律。
[0015]为了应对这样的问题而实现的本发明的目标是提供发光光谱接近自然光的发光光谱的白光源和白光源系统。
[0016]解决所述问题的手段
[0017]为了实现上述目标，根据第一发明的白光源包含:具有在421nm到490nm范围内的发光峰值波长的蓝色发光二极管(蓝光LED)和包括磷光体和树脂的磷光体层，其中所述白光源满足关系式-0.2 ( [(Ρ(λ) XV(A))/(P(Amaxl) XV( λ maxl))-(B( λ ) XV( λ ))/(B(Amax2) XV(Amax2))]≤+0.2，假设:白光源的发光光谱是P ( λ );与白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱是Β(λ);光谱光视效率的光谱是ν(λ) ;Ρ(λ)χν(λ)变为最大处的波长是Xmaxl ;且8(入)xλ(入)变为最大处的波长是λ max2，且其中从白光源初始点亮时到白光源连续点亮6000小时后时CIE色度图上的色度变化量小于0.010。
[0018]此外，根据第二发明的白光源包含:具有在421nm到490nm范围内的发光峰值波长的蓝色发光二极管(蓝光LED)和包括磷光体和树脂的磷光体层，其中所述白光源满足关系式-0.2 ≤[(Ρ(λ) XV(A))/(P(Amaxl) XV( λ maxl))-(B( λ ) XV( λ ))/(B(Amax2) XV(Amax2))]≤+0.2，假设:白光源的发光光谱是P ( λ );与白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱是Β(λ);光谱光视效率的光谱是ν(λ) ;Ρ(λ)χν(λ)变为最大处的波长是λ maxi ;且8 ( λ ) X V ( λ )变为最大处的波长是λ max2,且其中磷光体层内所含磷光体的质量比是5质量％或更大与50质量％或更小。
[0019]更优选上述白光源中的每一个均满足关系式-0.1≤[(ρ(λ)χν(λ))/(P ( λ maxi) X V ( λ maxi)) - (B ( λ ) XV(A))/ (B (λ max 2) X V ( λ max 2)) ] ^ +0.10 此外，优选将白光源的色温设定为2，500K到5，400K。
[0020]此外，优选上述磷光体层包括两种或更多种类型(更优选三种或更多种类型)的均具有不同峰值波长的磷光体。此外，仍更优选组合使用上述三种或更多种类型的均具有不同峰值波长的磷光体以引起相互吸收，其中一种磷光体通过吸收从另一磷光体发射的光而受到激发。
[0021]此外,仍更优选磷光体层具有0.01mm到3mm的厚度。此外，仍更优选磷光体具有
Iμ m到80μ m的平均粒径。
[0022]此外，更优选使空间形成为磷光体层与发光二极管之间的一部分。此外，还优选将磷光体层提供于发光二极管上。此外，还优选通过透明树脂层将磷光体层提供于发光二极管上。
[0023]此外，通过包含上述根据本发明的白光源中的多个来配置根据本发明的白光源系统。
[0024]本发明的优点
[0025]根据本发明的白光源可再现与自然光相同的发光光谱。因此，即使人体长时间暴露于从白光源发射的白光，仍可使得对人体的不利影响相当于自然光的不利影响。
[0026]此外，在使用4种或更多种类型的均具有不同峰值波长的磷光体的情况下，可提供即使在长时期使用白光源后仍能够抑制色度变化、因此具有高可靠性的白光源。
[0027]此外，由于控制了磷光体层内所含磷光体的质量比，因此可提供即使在长时期使用白光源后仍能够有效地抑制亮度退化、因此具有高可靠性的白光源。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是显示光谱光视效率V ( λ )的图。
[0029]图2是用于获得黑体辐射的发光光谱Β( λ)的数学表达式(公式)。
[0030]图3是显示实施例1中的白光源的发光光谱的图。
[0031]图4是显示实例I (色温为2700Κ)中的黑体辐射的发光光谱B ( λ )的图。
[0032]图5 是显示实施例1 中的(Ρ(λ) XV(A))/(P(Amaxl) XV(Amaxl))的图。
[0033]图6是显示实施例1(色温为2700K)中的(Β(λ)χν(λ))/(B ( λ max 2) X V ( λ max 2))的图。
[0034]图7是显示实施例1中的差异A ( λ )的图。
[0035]图8是显示实施例2中的白光源的发光光谱Ρ( λ)的图。
[0036]图9是显示实例2 (色温为4100Κ)中的黑体辐射的发光光谱B ( λ )的图。
[0037]图10 是显示实施例 2 中的(Ρ(λ ) XV(A ))/(P(Amaxl) XV(Amaxl))的图。
[0038]图11是显示实施例2(色温为4100K)中的(B(λ) XV( λ))/(B ( λ max 2) X V ( λ max 2))的图。
[0039]图12是显示实施例2中的差异Α(λ)的图。
[0040]图13是显示实施例3中的发光光谱P ( λ )的图。
[0041]图14是显示实例3 (色温为5400Κ)中的黑体辐射的发光光谱B ( λ )的图。
[0042]图15 是显示实施例 3 中的(Ρ(λ) XV(A))/(P(Amaxl) XV(Amaxl))的图。
[0043]图16是显示实施例3(色温为5400K)中的(Β(λ)χν(λ))/(B ( λ max 2) X V ( λ max 2))的图。
[0044]图17是显示实施例3中的差异Α(λ)的图。
[0045]图18是显示比较实施例1中的差异A ( λ )的图。
[0046]图19是图解说明根据本发明的灯泡型白光源的实施方案的横截面视图。
[0047]图20是图解说明根据本发明的灯泡型白光源的另一实施方案的横截面视图。
【具体实施方式】
[0048]根据本发明实施方案的白光源包含具有在42 Inm到490nm范围内的发光峰值波长的蓝色发光二极管(蓝光LED)，且满足关系式-0.2≤[(Ρ(λ)χν(λ))/(P ( λ maxl) X V ( λ maxl)) - (B ( λ ) XV(A))/ (B (λ max 2) X V ( λ max 2)) ] < +0.2,假设:白光源的发光光谱是ρ(λ);与白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱是Β(λ);光谱光视效率的光谱是V( λ) ;Ρ(λ) χν(λ)变为最大处的波长是Xmaxl ;且8( λ ) XV( λ )变为最大处的波长是Xmax2。在这里，λ表示在可见光区域中的380nm到780nm的波长。
[0049]根据以下程序来配置满足上述关系式的白光源。首先，测量白光源的发光光谱P(A)0使用符合JIS-C-8152的积分球根据总光通量测量对发光光谱进行测量。从发光光谱计算色温。注意，色温的单位是开尔文(kelvin) (K)。[0050]接下来，获得与白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱Β(λ)。根据普朗克分布(Planck’s distribut1n)获得发光光谱。可以根据图2中所示的数学表达式获得普朗克分布。在图2中，h表不普朗克常数，c表不光速，λ表不波长，e表不自然对数的底，k表示波耳兹曼常数(Boltzmann’s constant),且T表示色温。因为h、c、e和k是常数，因此如果确定了色温T，那么就可以根据波长λ获得黑体辐射的发光光谱。
[0051]在本发明中，黑体辐射指示自然光(日光)的发光光谱。自然光例如在白天、早晨、日出时和晚上具有不同的色温。更具体来说，白天的自然光的色温是约5100Κ，早晨的自然光的色温是约4，200Κ,日出时的自然光的色温是约2，700Κ，且晚上的自然光的色温是约2，800Κ。注意，假设上午7点为早晨。
[0052]图3显示稍后将要描述的实施例1中的发光光谱P ( λ )。图5显示实施例1中的(Ρ(λ) XV(A))/(P(Amaxl) XV(AmaxD)0 此外，图 6 显示实施例1 (色温为 2700K)中的(Β(λ ) XV(A ))/(B(Amax2) XV(Amax2))。 [0053]图1中所不的光谱光视效率用于用以获得图5和图6的V( λ )。
[0054]图5是通过以下方式获得的图:对于每一波长，将图3中所示的实施例1中的发光光谱PU)的值乘以光谱光视效率ν(λ)的值；将所得乘积除以(PUmaxl) XVUmaxl))；并绘制所得商。在图5中，(Ρ(λ)χν(λ))变为最大处的波长是Xmaxl = 556nm。
[0055]图6是通过以下方式获得的图:对于每一波长，将图4中的发光光谱Β(λ)的值乘以光谱光视效率V( λ)的值；将所得乘积除以(BUmax2)XVUmax2));并绘制所得商。在图6中，(Β(λ) XVU))变为最大处的波长是Xmax2 = 556nm。
[0056](Ρ(λ)Χν(λ))指示光谱光视效率VU)区域中白光源的发光光谱的强度。将(Ρ(λ) χν(λ))除以为最大值的(PUmaxl) XV( λ maxl))，由此其上限可以为1.0，如图5中所示。
[0057]此外，(Β(λ)χν(λ))指示光谱光视效率VU)区域中黑体辐射的发光光谱的强度。将(Β(λ) XV(A))除以最大值的(B ( λ max2) XV( λ max2))，由此其上限可为1.0，如图6中所示。
[0058]接下来，获得差异Α(λ) = [(Ρ(λ)Χν(λ))/(P(Amaxl) XV(Amaxl))-(B(A) Χν(λ)) / (B(Amax2) XV(Amax2))]。根据本实施方案的白光源满足关系:-0.2≤[(Ρ(λ)χν(λ))/(P ( λ maxl) X V ( λ maxl)) - (B ( λ ) XV(A))/ (B (λ max 2) X V ( λ max 2)) ] ^ +0.2。如果差异Α(λ)满足关系:-0.2≤Α( λ)≤+0.2，那么光谱光视效率V( λ)区域中白光源的发光光谱接近黑体辐射的发光光谱，换句话说，接近自然光的发光光谱。也就是说，如果差异A ( λ )为零(Α(λ) = O)，那么可以再现与自然光相同的发光光谱。
[0059]图7显示实施例1中的差异Α(λ)。从图7明显可见，在实施例1中，差异Α(λ)的范围是-0.03≤Α(λ )Λ+0.11，并且可以确认在实施例1中再现了白天的自然光。
[0060]如上文所述，根据本实施方案，将发光光谱设计为接近黑体辐射的发光光谱。因此，与具有突出的蓝光峰的常规白光LED相比，本实施方案可以相当大地抑制对人昼夜节律的不利影响。
[0061]如实施例中稍后所述，也可以再现日出时的自然光和早晨的自然光，因此可以控制发光光谱以适应预定用途。[0062]此外，如果组合可以再现白天的自然光、日出时的自然光和早晨的自然光的白光源，那么可以再现与一天的日光相同的自然光。例如，如果将这样的组合式白光源用作医院病房和用于长时间室内工作的地方或房间中的照明设备，那么可以抑制对生活于其中的患者和工作于其中的员工的昼夜节律的不利影响。此外，因为可以再现自然光，所以也可能应用于使用自然光的农业领域，例如植物栽培。
[0063]优选这样的白光源具有2，500K到5，400K的发光色温。如果此色温降到低于2，500K和超过5，400K，那么与自然光的色温偏差变大，使得可能担心控制色温变得困难。色温的优选范围是2，700K到5，200K。
[0064]具有如上文所述的差异Α( λ)的白光源包含:具有在421nm到490nm范围内的发光峰值波长的蓝色发光二极管(蓝光LED);和磷光体层，所述磷光体层包括:两种或更多种、优选三种或更多种类型的具有不同峰值波长的磷光体；和树脂。
[0065]本发明的白光源是通过以下系统来配置:其中使用蓝色发光二极管且通过从蓝光LED发射的蓝光激发两种或更多种、优选三种或更多种类型的磷光体，由此获得白光。
[0066]均具有大于490nm的发光峰值波长的蓝光LED、绿光LED和红光LED的发光峰值高度较大，且因此难以将其差异Α( λ)控制到落在-0.2≤Α( λ)≤+0.2范围内。
[0067]此外，本发明的白光源的特征在于从白光源初始点亮时到白光源连续点亮6000小时后时CIE色度图上的色度变化量小于0.010。
[0068]测量色度变化量的方法根据JIS-Z-8518进行如下。也就是说，分别在白光源初始点亮时和在白光源连续点亮6000小时后时测量从白光源发射的光的色度坐标U’、V’。然后，获得指示为CIE色 度图上的色度坐标差异的差异Au’、Λν’。从以下计算公式获得色度变化量:色度变化量=[(Au’)2+(Λν’ )2J1720
[0069]在本发明的白光源中，色度变化量可降低到小于0.010，进一步小于0.009。小于0.010的色度变化量指示即使白光源从白光源初始点亮时开始长时期使用也几乎不发生色度变化的状态。因此，本发明的白光源可以长时期再现日光。
[0070]此外，本发明的白光源具有包含以下的磷光体层:两种或更多种类型、优选三种或更多种类型的具有不同峰值波长的磷光体；和树脂。
[0071]优选当磷光体受到421nm到490nm的发光源激发时，磷光体的发光峰值波长在420nm到700nm范围内。此外，优选使用两种或更多种类型(更优选4种或更多种类型)的具有不同峰值波长的磷光体。此外，磷光体的相邻峰值波长相差(相互偏差)优选150nm或更小、更优选IOnm到IOOnm且仍更优选IOnm到50nm。也就是说，从蓝色区域到红色区域，使用两种或更多种类 型(更优选三种或更多种类型)的磷光体来组合每个相差IOnm到IOOnm的峰值波长，由此可以有效地实现-0.2≤差异Α( λ ) ( +0.2。
[0072]此外，当具有不同峰值波长的磷光体类型增加到两种或更多种、优选三种或更多种时，即使长时期使用白光源，仍可以有效地抑制色度变化。
[0073]此外，在包含磷光体和树脂的磷光体层中，磷光体层内所包括的磷光体的质量比为5质量％或更大与50质量％或更小。当磷光体层内所含磷光体的质量比小于5质量％时，磷光体的存在比较小，使得易于发生作为整个磷光体层的亮度散射。另一方面，当磷光体的质量比超过50质量％时，磷光体层中磷光体的存在比变得过大，使得从蓝色发光二极管发射并穿过磷光体层的蓝光的比率不利地降低，由此获得白光变得困难。[0074]当控制磷光体层内所含磷光体的存在比(质量比)时，即使长时期使用白光源，仍使亮度均匀和抑制亮度降低成为可能。磷光体层内所含磷光体的存在比(质量比)优选设定在7质量％到35质量％范围内。
[0075]作为测量磷光体的质量比的方法，存在以下方法:其中从将用于形成磷光体层的磷光体粉末与树脂的混合比来测量质量比。在所述方法的情况下，从以下计算公式获得磷光体层内所含磷光体的质量比(％):
[0076]磷光体层中所含磷光体的质量比=[待混合的磷光体重量/(待混合的磷光体重量+待混合的树脂重量)]X 100 (% )。
[0077]此外，在从完成的磷光体层测量磷光体的质量比的情况下，切下预定量的磷光体层，并测量切下的样品的重量。此后，去除树脂组分，并测量磷光体的重量。因此，可以从以下计算公式有效地测量磷光体的质量比:磷光体层中所含磷光体的质量比=[磷光体重量/切下的样品的重量]X100 (% )。
[0078]关于这一点，作为去除树脂组分的方法，可以优选使用以下方法:其中在不造成磷光体的任何氧化的气氛和温度下烧掉并消除树脂组分。作为构成磷光体层的树脂，使用热硬化树脂，例如硅酮树脂等，使得可以通过上述方法测量质量比。此外，当磷光体不均匀地混合于磷光体层中时，这种不均匀性将造成亮度散射。因此，即使将基于部分切下的样品测量的磷光体层中所含磷光体的质量比视为由整个磷光体层代表的质量比，也没有问题。 [0079]此外，如下文所述，在将透明树脂层安置在磷光体层与发光二极管之间的情况下，这种透明树脂层并不包含在磷光体层中。此外，在球体型白光源的情况下，可能存在其中将粘着层提供于球体与磷光体层之间的部分的情况。然而，这种情况下的粘着层并不包括在磷光体层中。在本发明中，控制通过混合磷光体与树脂所形成的磷光体层中磷光体的质量比非常重要。
[0080]此外，还优选磷光体层具有0.01mm到3mm的厚度。当磷光体层的厚度薄到小于
0.01mm时，可能担心从发光二极管发射的发射光会过量地穿过磷光体层。当从发光二极管发射的发射光过量地穿过磷光体层时，控制白光源的差异A ( λ )落在-0.2 < A ( λ ) < +0.2范围内变得困难。
[0081]另一方面，当磷光体层的厚度厚到超过3mm时，均匀地混合从发光二极管发射的光和从磷光体发射的光变得困难。因此，控制白光源的差异Α(λ)落在-0.2<Α(λ) ^+0.2范围内变得相当困难。
[0082]此外，优选将磷光体层内所含磷光体的平均粒径(大小)设定为Iym或更大与80 μ m或更小,更优选设定为3 μ m到30 μ m。如果平均粒径小于I μ m,那么粒径过小，因此难以制造磷光体，导致成本增加。另外，平均粒径小于I μ m的精细粉末具有高聚集性质，使得难以形成均匀磷光体层。另一方面，当平均粒径过大到超过80 μ m时，相应磷光体粉末具有过大的尺寸，使得获得白光变得困难。
[0083]优选当磷光体受到421nm到490nm的发光源激发时，磷光体的发光峰值波长在420nm到700nm范围内。此外，优选使用两种或更多种类型、优选三种或更多种类型(更优选4种或更多种类型)的具有不同峰值波长的磷光体。此外，磷光体的相邻峰值波长相差(相互偏差)优选150nm或更小、更优选IOnm到IOOnm且仍更优选IOnm到50nm。也就是说，从蓝色区域到红色区域，使用两种或更多种类型、优选三种或更多种类型(更优选4种或更多种类型)的磷光体来组合每个相差IOnm到IOOnm的峰值波长，由此可以有效地实现-0.2<差异 Α(λ) ^ +0.2ο
[0084]此外，当具有不同峰值波长的磷光体类型增加到两种或更多种、优选三种或更多种、更优选4种或更多种时，即使长时期使用白光源，仍可以有效地抑制亮度退化。
[0085]所述磷光体的发光光谱具有合适的半带宽度。因此，当增加待混合的磷光体的类型时，引起了发光光谱的重叠。同时，相应磷光体的发光波长区域与另一磷光体的光吸收带重叠。
[0086]更具体来说，在混合 黄色磷光体、绿色磷光体、红色磷光体的情况下(根据情况需要，也可以混合蓝色磷光体)，从受到从发光二极管发射的光所激发的黄色磷光体发射的发射光被绿色磷光体和红色磷光体吸收，由此使得绿色磷光体和红色磷光体发射光。此时，绿色磷光体受到两种类型的激发源激发，所述激发源包含从发光二极管发射的光和从黄色磷光体发射的光。
[0087]相同现象出现于发射各种色彩的光的磷光体。也就是说，从绿色磷光体发射的光被红色磷光体吸收，由此发射红色发射光，并且从黄色磷光体发射的光被红色磷光体吸收，由此发射红色发射光。关于红色磷光体，红色磷光体具有三种类型的激发源，包含从发光二极管发射的光、从绿色磷光体发射的光和从黄色磷光体发射的光。
[0088]如上文所述，当磷光体层包含不仅受到从发光二极管发射的光激发而且受到从另一磷光体发射的光激发的磷光体时，可以提供其中对于年久劣化的耐受性较高且抑制亮度退化的白光源。关于这一点，相互光吸收性质是否存在于磷光体中可以通过研究相应磷光体的激发光谱来容易地证明。
[0089]用于构成每一磷光体的材料不受特别限制，只要其发光峰值在420nm到700nm范围内即可，并且以下磷光体优选作为在421nm到490nm下激发的磷光体。此外，每一磷光体的发光光谱的峰值波长的半值宽度(半带宽度)宽达优选40nm或更大且更优选50nm到lOOnm。当将上述半值宽度控制到上述范围时，可以容易地进行相互光吸收。
[0090]蓝色磷光体(B)的具体示例可以包括铕活化的碱土磷酸盐磷光体(峰值波长为440nm到455nm)和铕活化的招酸钡镁磷光体(峰值波长为450nm到460nm)等。此外,蓝绿色磷光体的示例可以包括铕活化的铝酸锶磷光体(峰值波长为480nm到500nm)和铕和锰活化的铝酸钡镁磷光体(峰值波长为510nm到520nm)等。
[0091]绿色磷光体(G)的具体示例可以包括铕活化的原硅酸盐磷光体(峰值波长为520nm到550nm)、铕活化的β -塞隆(sialon)磷光体(峰值波长为535nm到545nm)和铕活化的银塞隆磷光体(峰值波长为510nm到530nm)等。
[0092]黄色磷光体(Y)的具体示例可以包括铕活化的原硅酸盐磷光体(峰值波长为550nm到580nm)和铈活化的稀土铝石榴石磷光体(峰值波长为550nm到580nm)等。
[0093]红色磷光体(R)的具体示例可以包括铕活化的锶塞隆磷光体(峰值波长为600nm到630nm)、铕活化的氮氧化?丐银磷光体(峰值波长为610nm到650nm)、铕活化的硫氧化镧磷光体(峰值波长为620nm到630nm)、锰活化的氟锗酸镁(峰值波长为640nm到660nm)和铕活化的碱土金属氮化物磷光体(峰值波长为600nm到650nm)等。
[0094]为了控制差异Α( λ )，优选使用来自上文提及的蓝色磷光体、蓝绿色磷光体、绿色磷光体、黄色磷光体和红色磷光体的示例中的两种或更多种类型(更优选三种或更多种类型)的磷光体。此外，可以通过改变磷光体的混合比例来控制色温。
[0095]此外，优选使空间形成为磷光体层与发光二极管之间的一部分。此外，还优选将磷光体层提供于发光二极管上。此外，还优选通过透明树脂层将磷光体层提供于发光二极管上。
[0096]接下来，将解释白光源的结构。图19图解说明作为根据本发明的白光源的实施方案的灯泡型白光源。在图19中，附图标记I表示LED灯泡(白光源)，2表示LED模块，3表示基体，4表示球体,5表示绝缘构件,6表示帽,7表示衬底,8表示LED芯片，9表示磷光体层，且10表示透明树脂层。图19显示以下结构的一个实施例:其中使空间形成为磷光体层与发光二极管之间的一部分。
[0097]也就是说，图19中所图解说明的LED灯泡I包括:LED模块2 ;布置有LED模块2的基体3 ;附着到基体3的上部以覆盖LED模块2的球体4 (作为外壳)；附着到基体3的下端部的帽6，中间有绝缘构件5 ;和提供于基体3内部的照明电路11。
[0098]LED模块2包括LED芯片8，所述LED芯片发射紫外光到紫光并且安装在衬底7上。将多个LED芯片8表面安装在衬底7上。例如，将基于InGaN的、基于GaN的和基于AlGaN的发光二极管等用于发射紫外光到紫光的LED芯片8。
[0099]在衬底7的表面上提供配线网络(未图解说明)(根据需要在其内部进一步提供)，并且将每一 LED芯片8的电极电连接到衬底7的配线网络。从LED模块2的侧表面或底表面引出配线线路12，并且将配线线路12电连接到在基体3内部提供的照明电路11。通过经由照明电路11施加的DC电压导通LED芯片8。 [0100]在作为外壳的球体4的内表面上提供吸收从LED芯片8发射的蓝光并发射白光的磷光体层9。磷光体层9是通过组合两种或更多种类型(更优选4种或更多种类型)的具有不同峰值波长的磷光体来形成。此外，可混合所有磷光体以形成混合磷光体层。或者，层压通过混合约一种到三种类型的磷光体而形成的磷光体层以形成多层红色磷光体层。
[0101]尽管图19图解说明了在球体4的内表面上提供磷光体层的结构，但也可以在球体4的外表面上提供磷光体层，或可以使磷光体在树脂球体4自身中混合，且磷光体粒子可混合在透明树脂层10中。
[0102]此外，不限于上述灯泡类型，也可以将根据本发明的白光源应用于荧光灯型(细长型)、枝形吊灯型等，并且其形状不受特别限制。
[0103]尽管图19图解说明了灯泡型白光源，但本发明并不限于此，并且也可以将其施用于在发光二极管上直接提供磷光体层的结构。此外，在通过透明树脂层在发光二极管上提供磷光体层的情况下，优选将透明树脂层的厚度设定在0.01mm到0.1mm范围内。
[0104]如上文所述，控制差异Α(λ )以满足-0.2≤Α(λ)≤+0.2，由此可以提供再现自然光的白光源。此外，组合再现白天的自然光、日出时的自然光、早晨的自然光、晚上的自然光等的白光源，由此可以配置出再现一天自然光的节律的白光源系统。因此，有可能提供抑制对人体昼夜节律的不利影响的白光源和白光源系统。
[0105](实施例)
[0106](实施例1)
[0107]制备均具有450nm的发光峰值波长的蓝色发光二极管作为LED芯片。接下来，制备混合物，其包括:具有490nm的峰值波长的铕活化的铝酸锶蓝绿色磷光体；具有530nm的峰值波长的铕活化的原硅酸盐绿色磷光体；具有555nm的峰值波长的铕活化的原硅酸盐黄色磷光体；和具有630nm的峰值波长的铕活化的锶塞隆红色磷光体，作为在利用450nm的电磁波福照时发射光的磷光体。
[0108]将相应磷光体的平均粒径设定为12 μ m。注意，铕活化的锶塞隆红色磷光体具有相互光吸收性质，使得红色磷光体受到从另一磷光体发射的光激发。
[0109]将相应磷光体以蓝绿色磷光体:绿色磷光体:黄色磷光体:红色磷光体=20:25:15:40的重量比(质量比)混合，与透明树脂(硅酮树脂)混合，并施加到球体内表面，由此制造图19中所图解说明的灯泡型白光源。
[0110]由此获得的白光源的发光色彩的相关色温为2，700K。2，700K的这一色温相当于早晨的自然光的色温。
[0111]此外，将磷光体层的厚度设定为0.2mm。此外，磷光体层内所含磷光体的质量比为10质量％。此值是从混合磷光体与树脂的质量比来获得。
[0112]图3显示通过使用符合JIS-C-8152的积分球根据总光通量测量对实施例1中的灯泡型白光源的发光光谱进行测量所获得的结果。此外，图5显示实施例1中的(P( λ ) XV( λ ))/(P( λ maxi) XV( λ maxi)),这是通过使用图1中的光谱光视分布V( λ )来获得。注意，实施例1中的Xmaxl为574nm。
[0113]然后，图4显示具有2，700K的色温的黑体辐射的发光光谱，它是根据普朗克分布(图2中的表达式)来获得。图6显示(Β(λ) XVU))/(BUmax2) XVUmax2))，它是通过假设图4中的发光光谱为Β( λ )来获得。注意，λ max2为572nm。
[0114]实施例1中的差异AU)是根据[(PU) XVU))/(P(Amaxl) XV( λ maxl))-(B( λ ) XV( λ ))/(B( λ max2) XV(Amax2))]来获得。图 7 显示了其结果。从图7明显可见，在实施例1中的白光源中，与白天的自然光的发光光谱的差异Α( λ )在380nm到780nm的可见光区域中在-0.2到+0.2范围内。具体来说，具体差异Α(λ )为-0.03 到 +0.11。
[0115](实施例2)
[0116]制备均具有445nm的发光峰值波长的蓝色发光二极管作为LED芯片。接下来,制备混合物，其包括:具有490nm的峰值波长的铕活化的铝酸锶蓝绿色磷光体；具有555nm的峰值波长的铕活化的原硅酸盐绿色磷光体；具有555nm的峰值波长的铕活化的原硅酸盐黄色磷光体；具有530nm的峰值波长的铕活化的原硅酸盐黄色磷光体；和具有630nm的峰值波长的铕活化的锶塞隆红色磷光体，作为在利用445nm的电磁波辐照时发射光的磷光体。
[0117]注意，铕活化的锶塞隆红色磷光体具有相互光吸收性质，使得红色磷光体受到从另一磷光体发射的光激发。
[0118]将磷光体的平均粒径设定为17 μ m。将相应磷光体以蓝绿色磷光体:绿色磷光体:黄色磷光体:红色磷光体=30:30:20:20的重量比(质量比)混合，与透明树脂(硅酮树月旨)混合，并施加到球体内表面，由此制造图19中所图解说明的灯泡型白光源。获得的白光源的发光色彩的相关色温为4，100K。4，100K的这一色温相当于早晨的自然光的色温。
[0119]此外，将磷光体层的厚度设定为0.5mm。此外，磷光体层内所含磷光体的质量比为20质量％。此值是从混合磷光体与树脂的质量比来获得。
[0120]类似于实施例1，使用积分球根据总光通量测量检查实施例2中的白光源的发光光谱。图8显示了其结果。图10显示实施例2中的(Ρ(λ)χν(λ))/(Ρ( λ maxi) XV( λ maxi)),这是通过使用图1中所示的光谱光视效率V( λ )来获得。注意，实施例2中的Xmaxl为559nm。
[0121]然后，图9显示具有4，100K的色温的黑体辐射的发光光谱，它是根据普朗克分布(图2中的表达式)来获得。图11显示(Β(λ) XVU))/(BUmax2) XVUmax2))，它是通过假设图9中的发光光谱为Β(λ)来获得。注意，Xmax2为560nm。
[0122]实施例2中的差异AU)是根据[(PU) XVU))/(P(Amaxl) XV( λ maxl))-(B( λ ) XV( λ ))/(B( λ max2) XV(Amax2))]来获得。图 12 显示了其结果。从图12明显可见，在实施例2中的白光源中，与早晨的自然光的发光光谱的差异A ( λ )在380nm到780nm的可见光区域中在-0.2到+0.2范围内。具体来说，具体差异A(A)为-0.04 到 +0.07。
[0123](实施例3)
[0124]制备均具有450nm的发光峰值波长的蓝色发光二极管作为LED芯片。制备混合物，其包括:具有490nm的峰值波长的铕活化的铝酸锶蓝绿色磷光体；具有530nm的峰值波长的铕活化的原硅酸盐绿色磷光体；具有555nm的峰值波长的铕活化的原硅酸盐黄色磷光体；和具有630nm的峰值波长的铕活化的锶塞隆红色磷光体，作为在利用450nm的电磁波辐照时发射光的磷光体。
[0125]注意，铕活化的锶塞隆红色磷光体具有相互光吸收性质，使得红色磷光体受到从另一磷光体发射的光激发。
[0126]将磷光体的平均粒径设定为11 μ m。将磷光体以蓝绿色磷光体:绿色磷光体:黄色磷光体:红色磷光体=40:30:10:20的重量比混合，与透明树脂(硅酮树脂)混合，并施加到球体内表面，由此制造图19中所图解说明的灯泡型白光源。获得的白光源的发光色彩的相关色温为5，400K。白光源的这一色温相当于白天的自然光的色温。
[0127]此外，将磷光体层的厚度设定为0.3mm。此外，磷光体层内所含磷光体的质量比为15质量％。此值是从混合磷光体与树脂的质量比来获得。
[0128]类似于实施例1，使用积分球根据总光通量测量检查实施例3中的白光源的发光光谱。图13显示了其结果。图15显示实施例3中的(Ρ(λ)χν(λ))/(POmaxl) XVOmaxl)),这是通过使用图1中所示的光谱光视效率V( λ )来获得。注意，实施例3中的Xmaxl为550nm。
[0129]然后，图14显示具有5，400K的色温的黑体辐射的发光光谱，它是根据普朗克分布(图2中的表达式)来获得。图16显示(Β(λ) XVU))/(BUmax2) XVUmax2))，它是通过假设图14中的发光光谱为Β( λ )来获得。注意，Xmax2为555nm。
[0130]实施例3中的差异AU)是根据[(PU) XVU))/(P(Amaxl) XV( λ maxl))-(B( λ ) XV( λ ))/(B( λ max2) XV(Amax2))]来获得。图 17 显示了其结果。从图17明显可见，在实施例3中的白光源中，与日出时的自然光的发光光谱的差异A ( λ )在380nm到780nm的可见光区域中在-0.2到+0.2范围内。具体来说，具体差异 Α(λ )为-0.06 到 +0.06。
[0131](比较实施例1)
[0132]组合具有460nm的发光峰值波长的蓝色发光二极管与铈活化的钇铝石榴石黄色磷光体(具有5 μ m的平均粒径)，由此制造比较实施例1中的白光源。
[0133]在这点上，以如下方式形成磷光体层:将硅酮树脂与铈活化的钇铝石榴石黄色磷光体混合，之后将所述混合物直接施加到发光二极管上，由此形成具有0.1mm的厚度的磷光体层。
[0134]此外，磷光体层内所含磷光体的质量比为7质量％。此值是从混合磷光体与树脂的质量比来获得。
[0135]比较实施例1中的白光源 的色温为5，100K，并且其差异Α( λ)为-0.28到+0.04，如图18中所示。
[0136]受试者(10个人)在白天的9:00到17:00时处于上述实施例和比较实施例1中的每个中在相同照明强度的白光源下，并且在同一天的夜间(21:00)测量所分泌的褪黑激素的量。注意，根据唾液测试分析所分泌的褪黑激素的量。假设比较实施例1中所分泌的褪黑激素的量为100，测量上述实施例中每个中的所分泌的褪黑激素的量(10个人的平均值)。表1显示了其结果。
[0137][表1]
[0138]
【权利要求】
1.一种白光源，其包含:具有在421nm到490nm范围内的发光峰值波长的蓝色发光二极管和包括磷光体和树脂的磷光体层，其中所述白光源满足关系式-0.2 ≤[(Ρ( λ ) XV( λ ))/(Ρ( λ maxl) XV( λ maxl))-(B( λ ) XV( λ ))/(B(Amax2)XV(Amax2))] ( +0.2，假设:所述白光源的发光光谱是P ( λ );与所述白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱是Β(λ);光谱光视效率的光谱是ν(λ)；Ρ(λ) χν(λ)变为最大处的波长是Xmaxl ;且B ( λ ) X V ( λ )变为最大处的波长是λ max2，且其中从所述白光源初始点亮时到所述白光源连续点亮6000小时后时CIE色度图上的色度变化量小于0.010。
2.一种白光源，其包含:具有在421nm到490nm范围内的发光峰值波长的蓝色发光二极管；和包括磷光体和树脂的磷光体层，其中所述白光源满足以下关系式:
-0.2 ( [ (P ( λ ) X V ( λ ) ) / (P ( λ maxl) X V ( λ maxl) ) - (B ( λ ) X V ( λ )) /(B ( λ max2) XV(Amax2))] ( +0.2， 假设:所述白光源的发光光谱是Ρ(λ);与所述白光源具有相同色温的黑体辐射的发光光谱是Β(λ);光谱光视效率的光谱是ν(λ) ；Ρ(λ)χν(λ)变为最大处的波长是λ maxl ;且B ( λ ) XV(A)变为最大处的波长是λ max2,且 其中所述磷光体层内所包括 的所述磷光体的质量比为5质量％或更大与50质量％或更小。
3.根据权利要求1或2所述的白光源，其满足-0.1≤[(Ρ(λ)χν(λ))/(P ( λ maxl) X V ( λ maxl)) - (B ( λ ) XV(A))/ (B (λ max 2) X V ( λ max 2)) ] ^ +0.10
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的白光源，其中所述白光源的所述色温为2，500K 到 5，400K。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的白光源，其中所述磷光体层包含两种或更多种类型的具有不同峰值波长的磷光体。
6.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的白光源，其中所述磷光体层包含三种或更多种类型的具有不同峰值波长的磷光体。
7.根据权利要求6所述的白光源，其中组合使用所述三种或更多种类型的均具有不同峰值波长的磷光体以引起相互吸收，其中一种磷光体通过吸收从另一磷光体发射的光而受到激发。
8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的白光源，其中所述磷光体层具有0.01mm到3mm的厚度。
9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的白光源，其中所述磷光体具有Iμ m到80 μ m的平均粒径。
10.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的白光源，其中使空间形成为所述磷光体层与所述发光二极管之间的一部分。
11.根据权利要求1到10中任一权利要求所述的白光源，其中将所述磷光体层提供于所述发光二极管上。
12.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的白光源，其中通过透明树脂层将所述磷光体层提供于所述发光二极管上。
13.一种白光源系统，其包含多个根据权利要求1到12中任一权利要求所述的白光源。
【文档编号】F21Y101/02GK104025322SQ201280054493
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2011年10月24日
【发明者】山川昌彦, 白川康博 申请人:株式会社东芝, 东芝高新材料公司