(57)【要約】【課題】演色性に優れ、紫外線による劣化を抑制でき、製造コストの低減を図ることができる照明装置を提供する。【解決手段】本発明の一の態様によれば、光源５と、光源５の少なくとも一部を覆う発光ガラス６とを備える照明装置１であって、発光ガラス６が、光源５から発せられる発光ガラス６の吸収端波長より短い波長の光により励起されて、発光ガラス６を励起させる前記波長より長い波長の連続スペクトル光を発することを特徴とする、照明装置１が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源の少なくとも一部を覆う発光ガラスとを備える照明装置であって、
前記発光ガラスが、前記光源から発せられる前記発光ガラスの吸収端波長より短い波長の光により励起されて、前記発光ガラスを励起させる前記波長より長い波長の連続スペクトル光を発することを特徴とする、照明装置。
【請求項２】
前記光源から発せられる光の波長が、前記発光ガラスの完全吸収領域に存在する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記発光ガラスが、前記光源側の面以外の面に形成された凹凸を有する、請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記発光ガラスが、前記光源側の面以外の面に形成された前記発光ガラスから特定の光成分を反射または吸収する膜をさらに備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源から発せられる光が紫外線である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記発光ガラスが、ガラス材料、１ｍｏｌ％以上の含有量を有するＳｎＯ２、および還元剤を含む原料を用いてなり、かつＳｎＯ２を前記還元剤により還元させて得られる酸化スズを含む、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記ガラス材料がソーダボロシリケートガラスである、請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記連続スペクトル光が、少なくとも４００〜８００ｎｍの波長領域において連続である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ガラスを使用した照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と称する。）は、照明装置の光源またはインジケータとして幅広く利用されている。特に白色発光ＬＥＤは照明装置として重要であり、さまざまな方法で実現されている。現在、白色発光ＬＥＤを製造する方法として、下記の３種類の方法が知られている。
【０００３】
（１）青色発光ＬＥＤチップと、青色発光ＬＥＤチップから発せられた青色光によって黄色に発光するＣｅ２＋を添加したＹＡＧ蛍光体とを組み合わせる方法（特許文献１参照）、
（２）近紫外線ダイオード上に希土類元素を含有した蛍光体を設けて、発光させる方法、
（３）赤色発光ＬＥＤ、緑色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥＤの３つのＬＥＤを用いて白色発光ＬＥＤを作り出す方法がある。
【０００４】
上記（１）の方法は、従来の照明装置等の光源に比べ、長寿命、低消費電力、環境負荷物質を含まない等の利点を有しているため、白熱電球や蛍光灯に代わる次世代の光源として期待されている。
【０００５】
しかしながら、この方法においては、蛍光体を透明樹脂に混合し、青色発光ＬＥＤ上に設けているので、光や熱により透明樹脂が劣化し、短寿命化してしまうという問題がある。また、青色と黄色を混色することで白色の実現を図るものであるので、演色性に欠けるという問題もある。
【０００６】
上記（２）の方法においては、高価である希土類元素を使用するので、高コストになるという問題がある。また、１種類以上の蛍光元素を添加する必要性がある。さらに、蛍光体を（１）の方法と同様に樹脂と混合して作製しているので、樹脂が紫外線で劣化しやすく、短寿命化してしまうという問題がある。
【０００７】
上記（３）の方法においては、赤色発光ＬＥＤ、緑色発光ＬＥＤ、および青色発光ＬＥＤの３つのＬＥＤを用いて白色を得るので、各ＬＥＤの明るさのバランスが重要になるが、明るさの整合性を調節することが困難であるという問題がある。また、３つのＬＥＤをもちいているので、装置が複雑になる。さらに、上記（１）等の方法と同様に樹脂と混合して作製しているので、樹脂が紫外線で劣化しやすく、短寿命化してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２０８８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、演色性に優れ、紫外線による劣化を抑制でき、製造コストの低減を図ることができる照明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】
【００１０】
本発明の一の態様によれば、光源と、前記光源の少なくとも一部を覆う発光ガラスとを備える照明装置であって、前記発光ガラスが、前記光源から発せられる前記発光ガラスの吸収端波長より短い波長の光により励起されて、前記発光ガラスを励起させる前記波長より長い波長の連続スペクトル光を発することを特徴とする、照明装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一の態様によれば、演色性に優れ、紫外線による劣化を抑制でき、製造コストの低減を図ることができる照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係る照明装置の模式的な縦断面図である。
【図２】実施例１に係る発光ガラスを波長３６０ｎｍの紫外線で励起させた場合の発光スペクトルである。
【図３】実施例３に係る波長に対する発光ガラスの透過率曲線を示したグラフである。
【図４】実施例３に係る発光ガラスを波長２５５ｎｍ、２８０ｎｍ、３００ｎｍの紫外線で励起させた場合の発光スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態に係る照明装置の模式的な縦断面図である。図１に示されるように、照明装置１は、主に、基材２、反射層３、リード４、光源５および発光ガラス６等から構成されている。
【００１４】
基材２は、内部に光源５を収容するものである。基材２には、凹部２ａが形成されており、凹部２ａ内の底部に光源５が配置されている。凹部２ａはテーパ状、具体的には凹部２ａの開口が底部から上部に向けて広がった形状となっている。
【００１５】
反射層３は、凹部２ａのテーパ状の内表面に形成されている。光源５からの光を反射層３により反射することで、発光ガラス６の発光効率を向上させることができる。
【００１６】
リード４は、光源５に電力を供給するためのものであり、リード４を介して電源（図示せず）から光源５に電力を供給することにより光源５が点灯するように構成されている。
【００１７】
光源５は、発光ガラス６の後述する吸収端波長より短い波長の光を発することができれば、特に限定されず、発光ガラス６の後述する完全吸収領域に存在する波長の光を発するものも使用可能である。具体的には、光源５としては、紫外線ダイオード、紫外線ランプ等の紫外線を発するものが挙げられる。
【００１８】
発光ガラス６は、光源５の少なくとも一部を覆うように配置されている。本実施の形態では、発光ガラス６は、光源５上に配置されている。具体的には、発光ガラス６は、凹部２ａ内のみならず、凹部２ａ上にも形成されている。
【００１９】
発光ガラス６は、光源５側の面以外の面に任意の凹凸を有することが好ましい。本実施の形態では、発光ガラス６における光源５側の面とは反対側の面が凸状に形成されている。発光ガラス６に凹凸を形成することにより、表面積を増大させることができ、発光効率の向上を図ることができる。
【００２０】
発光ガラス６は、光源５側の面以外の面に、光源５からの特定の光成分を吸収する吸収膜６ａを備えていることが好ましい。本実施の形態では、発光ガラス６における光源５側の面とは反対側の面に吸収膜６ａが形成されている。なお、吸収膜６ａの代わりに光源５からの特定の光成分を反射する反射膜が形成されていてもよい。吸収膜６ａあるいは反射膜として紫外線を吸収あるいは反射する膜を形成することにより、紫外線を発する光源を使用した場合、紫外線の漏れを防止することができるとともに効率を向上させることができる。
【００２１】
発光ガラス６は、発光ガラス６の吸収端波長より短い波長の光により励起されて、この励起波長より長い波長の連続スペクトル光を発するものである。ここで、本発明における「吸収端」とは、光の吸収が始まる最も低いエネルギーを意味する。また、これに相当する波長を「吸収端波長」と呼び、その波長より長い波長の光は透過する。また、一般的には、「吸収端波長」は、吸収スペクトルでの関係において、その立ち上がり部分をリニアフィットして外挿法で求められる。後に示す図３においては、吸収端波長は、３８０ｎｍ付近に存在する。
【００２２】
発光ガラス６は、発光ガラス６の完全吸収領域に存在する波長の光により励起されることが好ましい。ここで、本発明における「完全吸収領域」とは、吸収端波長より短い波長領域であって、発光ガラス６の光透過率がほぼ０となる波長領域を意味する。後に示す図３においては、完全吸収領域は、約３２０ｎｍ以下の領域である。完全吸収領域に存在する波長の光により励起させることにより、より高い発光強度を得ることができる。
【００２３】
発光ガラス６から発せられる連続スペクトル光は、少なくとも４００〜８００ｎｍの波長領域において連続であることが好ましい。連続スペクトル光が少なくともこの範囲の波長領域で連続であれば、白色における優れた演色性を実現することができるからである。
【００２４】
発光ガラス６は、発光ガラス６の吸収端波長より短い波長の光により励起されて、この励起波長より長い波長の連続スペクトル光を発するものであれば特に限定されないが、このような特性を満たす発光ガラスとしては、例えば酸化スズ含有ガラスが挙げられる。酸化スズ含有ガラスは、ガラス材料、含有量が１ｍｏｌ％以上のＳｎＯ２、および還元剤を含む原料を用いて製造されたものであり、かつＳｎＯ２を還元剤により還元させて得られる酸化スズを含むものである。
【００２５】
ガラス材料は、酸化ケイ素、および所望によりホウ酸または酸化ホウ素を含有することが好ましい。特に好ましい態様として、ガラス材料は、酸化ボロン、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、または酸化ナトリウムをさらに含有するものである。このような酸化物を含有することにより、ガラスの融点が下がるため、ＳｎＯ２を１ｍｏｌ％以上添加した場合であっても、還元された酸化スズが酸化されることが抑制される。そのため、透明性に優れるとともに、発光強度の高い酸化スズ含有ガラスを実現できる。このようなガラス材料としては、例えば、ホウ酸とケイ酸とを主成分としたボロシリケートガラス（ホウケイ酸ガラス）、Ｎａ２Ｏ・ＣａＯ・ＳｉＯ２を主成分としたソーダライムガラス等が好適に使用できる。
【００２６】
原料中でのガラス材料の含有量は、酸化ケイ素が２０〜８０ｍｏｌ％、ホウ酸または酸化ホウ素が１０〜５０ｍｏｌ％、および酸化ナトリウムが０〜５０ｍｏｌ％であることが好ましく、また、酸化ケイ素が２０〜５０ｍｏｌ％、酸化ホウ素が１０〜３０ｍｏｌ％、および酸化ナトリウムが５〜３０ｍｏｌ％であることがより好ましく、酸化ケイ素が３０〜５０ｍｏｌ％、酸化ホウ素が２０〜３０ｍｏｌ％であることが特に好ましい。
【００２７】
ガラス材料は、より一層ガラス化しやすくし、安定なガラスの製造を可能にするため、酸化リチウム、酸化リン、酸化カルシウム、リン酸カルシウム、酸化イットリウム、酸化インジウム、酸化バリウム、リン酸バリウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化ランタニウム、酸化マグネシウムからなる群から選択される１種以上の化合物を含むことが好ましい。この化合物の含有量は、原料中で１〜２０ｍｏｌ％であることが好ましく、１〜１３ｍｏｌ％であることがより好ましい。
【００２８】
ＳｎＯ２は原料中の含有量が１ｍｏｌ％以上であればよいが、１〜２０ｍｏｌ％が好ましく、３〜１７ｍｏｌ％がより好ましく、５〜１５ｍｏｌ％が特に好ましい。ＳｎＯ２の含有量が１ｍｏｌ％未満であると、紫外線を照射したときの発光強度が十分に得られないおそれがあるからである。また、ガラスに透明性が要求される場合には、ＳｎＯ２の含有量が２０ｍｏｌ％を超えるとガラス中に不透明な結晶部分が生じ、透明なガラスを形成できないおそれがあるからである。なお、含有量が１ｍｏｌ％以上のＳｎＯ２を用いた場合には、ガラス中における酸化スズの含有量は約１ｍｏｌ％以上となり、また含有量が３〜１７ｍｏｌ％、５〜１５ｍｏｌ％のＳｎＯ２を用いた場合には、ガラス中における酸化スズの含有量は約３〜１７ｍｏｌ％、約５〜１５ｍｏｌ％となる。
【００２９】
酸化スズ含有ガラス中に含まれる「酸化スズ」とは、ＳｎＯ２を還元剤により還元させて得られるものであり、ＳｎＯ２をほとんど含まない概念である。具体的には、この酸化スズは、２価以上４価未満の価数を有するスズの酸化物であると考えられる。すなわち、酸化スズとしては、一般的にＳｎＯとＳｎＯ２の２種類の酸化物が知られており、この場合スズの価数は２価、４価となるが、２価のスズとホールを有する状態、または３価の状態も存在するとも考えられている。そして、ＳｎＯ２を還元した場合には、２価のスズとホールを有する状態、または３価の状態の酸化スズを優位に作り出すことができると考えられる。
【００３０】
還元剤の含有量は、ＳｎＯ２の含有量の１０〜７０％であることが好ましい。還元剤としては、ＳｎＯ２を還元することができる物質であれば、特に限定されないが、酸化されることによりガラスの構成成分となる物質または酸化されることによりガラス材料の溶融温度で気化する物質であることが好ましい。前者の物質は酸化されることによりガラスの構成成分となり、また後者の物質は酸化されることによりガラス中から排出されるので、例えばガラスの透明性等に影響を及ぼさない。
【００３１】
上記「ガラスの構成成分」とは、ガラスの主成分は勿論のこと、ガラスに一般的に添加される物質を含む意味する。酸化されることによりガラスの構成成分となる物質としては、例えばＳｉ、ＡｌおよびＺｎからなる群から選択される１以上の物質が挙げられる。
【００３２】
酸化されることにより気化する物質としては、例えば炭素、砂糖等の炭水化物が挙げられる。炭素や炭水化物は酸化されると、ＣＯ２となって気化するので、溶融したガラス中から排出させることができる。
【００３３】
このような照明装置１を製造するには、溶融した発光ガラス材料を発光ガラス６の形状となるように形成された型に流し込み、発光ガラス材料を冷却して固化させる。発光ガラスとして、酸化スズ含有ガラスを作製する場合には、上記説明したガラス材料、含有量が１ｍｏｌ％以上のＳｎＯ２、および還元剤を含む原料を加熱して、ガラス材料を溶融させるとともにＳｎＯ２を還元剤により還元させ、溶融したガラスを型に流し込み、冷却して固化させる。
【００３４】
酸化スズ含有ガラスを作製する場合には、上記のような組成を有する原料は、比較的低温である１３００℃〜１５００℃の温度で溶融させることができる。１３００℃未満の温度では原料が溶融しないおそれがある。
【００３５】
上記の溶融温度で原料を溶融する時間は、３０分〜４時間程度であることが好ましい。３０分間未満であるとガラス成分の溶融が不十分なため、結晶が溶融体に残存し、ガラスを固化したときの透明性が損なわれる。一方、４時間を超えて溶融を行うと還元された酸化スズが酸化されるおそれがあるため、ガラスの発光特性に影響を与えたり、また、ガラスが不透明になる。
【００３６】
また、還元された酸化スズの酸化を抑制するために、窒素等の不活性ガス雰囲気下でガラスを溶融・固化させることが好ましい。
【００３７】
このようにして得られた酸化スズ含有ガラスは、２価以上４価未満の状態にある酸化スズをガラス中に含有するため、紫外線等の電離放射線の照射により発光が得られる。具体的には、波長２００〜３８０ｎｍの紫外線を照射することにより、可視光帯域のブロードな発光が得られる。すなわち、酸化スズの発光特性は、酸化スズにおけるスズの価数が２価の状態または２価と４価との間の不安定な状態にある場合に得られる特性であり、酸化状態により発光中心波長が変化すると考えられる。本発明の酸化スズ含有ガラスによれば、ＳｎＯ２を還元して酸化スズを得ているので、上記したように２価以上４価未満の価数を有する酸化スズを優位に作り出すことができる。これにより、効率の良い発光特性を実現することができ、また発光の中心を制御することができる。なお、発光中心波長は、還元剤の含有量および合成時間を制御することで変化させることが可能である。
【００３８】
本実施の形態によれば、発光ガラス６から発せられる光が連続スペクトル光であるので、優れた演色性を実現することができる。特に、連続スペクトル光が可視光領域である４００〜８００ｎｍにおいて連続である場合には、自然白色に近い優れた演色性を実現することができる。また、出力が連続スペクトル光となることで、光源５からの光の影響を受けにくく、色温度が安定した出力を得ることができる。
【００３９】
また、透明樹脂を使用していないので、紫外線による劣化が生じ難い。また、ガラスを使用しているので、軟化させたものをプレスすることで自由に加工することができる。
【００４０】
さらに、蛍光体を使用していないので、蛍光体を製造する必要がなく、また蛍光体と樹脂とを混合する必要がないので、製造コストの低減を図ることができる。また、酸化スズは安価であるので、酸化スズを含む発光ガラスを作製する場合には、更なる製造コストの低減を図ることができる。
【実施例】
【００４１】
本発明を実施例により詳細に説明するが、実施例により本発明の範囲が制限されるものではない。本実施例においては、上記実施の形態で説明した発光ガラスを作製し、様々な実験を行った。
【００４２】
実施例１
まず、サンプルとなる発光ガラスを作製した。具体的には、以下の原料組成となるようにＳｉＯ２、Ｈ３ＢＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＳｎＯ２、Ｓｉ、ＢａＣＯ３を混合したものを用いて、電気炉中で１４００℃で２時間加熱して溶融させた後、溶融したガラス組成物をカーボン板に流し出して室温まで急冷することにより１ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの発光ガラスを得た。なお、このガラス中に含まれる酸化スズの含有量は約１５ｍｏｌ％であった。
ＳｉＯ２      ５０ｍｏｌ％
Ｂ２Ｏ３       １５ｍｏｌ％
Ｎａ２Ｏ        ８ｍｏｌ％
ＳｎＯ２      １５ｍｏｌ％
Ｓｉ           ７ｍｏｌ％
ＢａＯ         ５ｍｏｌ％
【００４３】
このようにして得られた発光ガラスの発光特性を調べるため、蛍光分光光度計（F-4800、日立製作所製）を用いて、波長３６０ｎｍの紫外線にて励起させた時の発光を調べた。得られた発光スペクトルを図２に示す。図２に示されるように、波長３６０ｎｍで励起させた場合には、４００〜８００ｎｍの波長領域において連続スペクトル光が発せられた。この結果から、この発光ガラスを紫外線ダイオード上に設けた場合には、白色発光ダイオードが得られることが確認できた。
【００４４】
実施例２
波長３６５ｎｍの紫外線を発する紫外線ダイオード上に発光ガラスを配置し、この紫外線ダイオードからの紫外線により励起させて、発光させた場合の演色性を調べた。なお、使用した発光ガラスは、厚みが５ｍｍである以外は実施例１の発光ガラスと同様であった。
【００４５】
発光ガラスから発せれた光の演色性Ｒａは、９３であった。
【００４６】
実施例３
波長３００ｎｍ以下の紫外線で励起させた場合の発光ガラスの発光特性を調べた。本実施例の発光ガラスは、実施例１と同様のものを使用した。図３は、波長に対する発光ガラスの透過率曲線を示したグラフである。
【００４７】
図３に示されるように、この発光ガラスは、波長３００ｎｍ以下の紫外線はほぼ透過しないことが分かる。ここで、現在商品化されている紫外線ダイオードは、主に波長３６５ｎｍ、３７５ｎｍの光を発するものであるが、発光強度の観点からできる限り短波長の紫外線により励起させることが好ましい。そこで、波長２５５ｎｍ、２８０ｎｍ、３００ｎｍの紫外線にて励起させた時の発光を調べた。得られた発光スペクトルを図４に示す。
【００４８】
図４に示されるように、波長２５５ｎｍ、２８０ｎｍ、３００ｎｍで励起させた場合のいずれにおいても、４００〜８００ｎｍの波長領域でブロード（発光ピーク波長は４５０ｎｍ〜５００ｎｍ）な発光が得られ、またこれらの発光強度は、ほぼ同程度であった。この結果から、波長３００ｎｍ以下の紫外線で励起させた場合であっても、使用できる明るさが得られることが確認できた。
【００４９】
実施例４
実施例１と同様の組成を有する発光ガラスを暗室中において電力が４Ｗのブラックライト（低圧水銀灯、中心波長２５４ｎｍ、３６５ｎｍ、サンプル入射面紫外線強度１．４ｍＷ／ｃｍ２）上に置き、波長２５５ｎｍ、波長３６５ｎｍの紫外線を照射しながら、ガラスから発せられる光の輝度を輝度計（MINOLTA LS−110）により測定した。測定した結果を表１に示す。
【表１】
2011054436.tif 000003
【００５０】
一般に発光強度は短波長の紫外線により励起した方が高くなるので、波長３６５ｎｍより波長２５４ｎｍで励起させた方がよいと考えられるが、波長３６５ｎｍで励起させる発光ガラスの厚みを波長２５４ｎｍで励起させる発光ガラスの厚みより厚くした場合には、表１に示されるように波長２５４ｎｍおよび波長３６５で励起させた場合の輝度はほぼ同程度であった。この結果から、励起光として波長２５４ｎｍおよび波長３６５ｎｍのいずれも使用できることが確認できた。
【００５１】
また、波長２５４ｎｍおけるガラスの光透過率と、波長３６５ｎｍにおけるガラスの光透過率を比べた場合、波長３６５ｎｍにおける光透過率の方が、波長２５４ｎｍにおける光透過率よりも高い。このことは、波長２５４ｎｍで励起させた場合には波長２５４ｎｍの紫外線はほぼ透過しないので、ほぼガラス表面のみで発光するのに対し、波長３６５ｎｍで励起させた場合には波長３６５ｎｍの紫外線はある程度透過するので、ガラス表面のみならずガラスの内部でも発光することを意味する。したがって、実際に発光する領域は波長２５４ｎｍで励起した場合より波長３６５ｎｍで励起させた場合に比べて少ない。このことから、波長２５４ｎｍおよび波長３６５ｎｍで励起させる場合において、同じ明るさを得る場合には、波長２５４ｎｍの紫外線で励起させた方がガラスの厚みを薄くすることができることが確認できた。
【符号の説明】
【００５２】
１…照明装置、２…基材、２ａ…凹部、３…反射層、４…リード、５…光源、６…発光ガラス、６ａ…吸収膜。
【図１】
2011054436.tif 000004
【図２】
2011054436.tif 000005
【図３】
2011054436.tif 000006
【図４】
2011054436.tif 000007