(57)【要約】  本出願の対象は、労働活動中または任意の活動において人間の認知能力を改良し、生物学的に有益な範囲４６０〜６６０ｎｍにおいて太陽放射を９０％超シミュレートするＬＥＤ照明の光源である。ＬＥＤ光源の全体のシステムは、青色および青緑色の光放射の４．５〜６％が白色ＬＥＤチップから発される光放射に加えられる態様で設定され、放射強度が等しい場合に有利である。この手段は、放射強度のバランスを日光レベルの９０％に提供する。認知型ＬＥＤ光源の生成された混合光放射は、ＣＲＩ９８および相関色温度４０００〜４７００Ｋを有し、太陽放射は相関色温度４９８２ＫおよびＣＲＩ９９．５を有する。
2021536097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
認知能力を向上させかつ４６０〜６６０ｎｍの範囲内の光エネルギーの分布における最大値および最小値の９０％バランスを備えた太陽光特性を有するＬＥＤ光源であって、３８０ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する光を発する少なくとも１つの白色ＬＥＤチップ（１）、４７０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長を有する光を発する少なくとも１つの単色青色ＬＥＤチップ（２）を含み、前記ＬＥＤチップは電流源に接続され、
４９０ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光を発する少なくとも１つの単色青緑色ＬＥＤチップ（３）も含み、前記白色ＬＥＤチップが、相関色温度３８００〜４２００ＫおよびＣＲＩ９０〜９８を有し、前記青色ＬＥＤチップ（２）および青緑色ＬＥＤチップ（３）がそれぞれ前記ＬＥＤ光源の全放出パワーの３〜７％を生じる、または、前記青色ＬＥＤチップ（２）からの光束が前記ＬＥＤ光源の全光束の１〜４％になりかつ前記青緑色ＬＥＤチップ（３）の光束が前記ＬＥＤ光源の全光束の４〜７％になり、前記白色ＬＥＤチップが主要放出パワーおよび主要光束を提供する、
ことを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項２】
緑色−黄色波長５００〜６５０ｎｍの範囲内の放射を有する少なくとも１つのＰＣライムＬＥＤチップ（１１）を含み、全照射パワーにおけるシェア６〜９％または前記光源の全光出力の１０〜１５％を有する、ことを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項３】
前記ＰＣライムＬＤチップ（１１）が、発光団で覆われ４２０±５ｎｍの範囲で励起された青色ＬＥＤチップ（２）を含むことを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤ光源。
【請求項４】
前記白色ＬＥＤチップ（１）が、発光団で覆われた青色ＬＥＤチップ（２）からなることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
人間の認知能力を高め、太陽光を模倣する光源である。
【背景技術】
【０００２】
光は、人間の概日システムに影響を与える最も重要な要因の１つであると考えられる。産業および技術の発展に際し、人類は、特に冬の数ヶ月に一日を人為的に拡大してきた。人々は、夜遅くに眠りにつく、あるいは、十分に用心しなければならない冶金で働く。しかしながら、我々のほとんどは、家庭またはオフィスにおいて、必要な時に目覚めさせない不適切な照明を使用する。
【０００３】
体内時計、または、視交叉上核（ＳＣＮ）に位置する概日リズムを制御する中枢時計（central oscillator）は、眼の網膜を介して間接的に光の影響を受ける。したがって、眼は、視覚のほかに、光に関する情報を処理する。松果体は、神経ホルモンのメラトニンを合成し、これは、概日リズムの同期と安定化、および人間の睡眠と覚醒の周期的な変化の時間マーカーとして機能する。メラトニン受容体を用いて、ＳＣＮは生体内を循環しているメラトニンの量に関するフィードバック情報を取得する。光のさまざまな成分が人間にさまざまな影響を与えることが示されてきた。波長４６０〜４８０ｎｍを有する青色光は、人間に刺激的な効果をもたらす一方で、波長６１０〜７００ｎｍを有する赤色光は、人間に落ち着きと鎮静効果をもたらし、これは、我々が眠りにつき効率的であることがあまり所望でない夜にのみ現れるべきである。青色光は間違いなく重要であるが、概日リズムを乱し、神経内分泌系に影響を及ぼし、文明病の拡大に関与する可能性がある。一般に、相関色温度（ＣＣＴ）が高いほど、含まれる青色成分が多くなると言える。青色光を使用すると、白色光よりもはるかに低い光強度で必要な効果を刺激できるということは事実である。透明な白色光で２０分間刺激すると、強度が１００倍低い青色光で同じ刺激を行うのと脳の同じ部分が活性化される。
【０００４】
青色光は、注意力、興奮、反応時間、仕事のパフォーマンスおよび気分を含む、多くの作用のモジュレータとして機能する。光の認知促進効果は、視床皮質投射、脳幹、および網様体賦活系の上行性ニューロンを通過する。夕方に青色光を当てた後の注意力の向上は翌日まで続くことが示された。注意力のほかに、青色光はまた、より複雑な認知活動に影響を及ぼす。物体を３Ｄで回転させる視空間能力における青色ＬＥＤダイオードの重要な効果が示された。
【０００５】
認知機能における青色光の効果を、カフェインの効果と比較した。青色光およびカフェインが、夜間の高速道路での運転における実際の状況下でもテストおよび比較された。ボランティアは、２００ｍｇのカフェインを摂取したか、または、４００ｋｍのルートにおいてダッシュボードでスイッチが入れられた４６８ｎｍの波長を有する青色光を受けた。チェックはコーヒーのカフェインを含まないオプションであった。両方のテストされたグループは、カフェインを含まないコーヒーを飲んだグループよりも効率的であった。（非特許文献１）。
【０００６】
特許文献１には、青色光を発するＬＥＤチップおよび白色光を発するＬＥＤチップを含むうつ病治療用のＬＥＤ照明が記載され、白色ＬＥＤチップの数に対するＬＥＤ青色チップの数は０．０３：０．２５である。ＬＥＤ照明を製造している多くの製造メーカーがある。Ｓｅｏｕｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒは、日光と同様の光スペクトルを発する光ＳｕｎＬｉｋｅを備える。紫色のＬＥＤチップを追加することにより、青色の波長が除去された。この光で照射された物体は、日中の太陽によって照射されているのと同様に見える。青色、黄色および赤色のチップが追加された発光団を備えた古典的なＬＥＤは、青緑色範囲および赤色範囲で顕著な低下を有する。したがって、この光は、認知能力には適さず、さらに演色評価数の値が非常に悪い。フィリップス社によるＨＵＥとラベル付けされた光は、高い相関色温度（最大６０００Ｋ）を有するが、上記の光と同様の光スペクトルを有し、したがって、青緑色範囲で顕著な低下を有し、したがって認知能力の刺激には適していない。さらに、赤色、緑色および青色のチップで構成されるＬＥＤ、いわゆるＲＧＢ  ＬＥＤは、非常に頻繁に組み合わされる。白色光は、可視スペクトルのすべての部分、すなわち赤色、青色および緑色の重なりによって生成される。これらの組み合わされたダイオードを使用して、幅広い色スペクトルを実現できる。しかしながら、色混合によって生成された光スペクトルは、青緑色から緑色までの範囲およびオレンジ色の範囲でも低下しているため、認知能力の刺激は生じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０６９９４２０９号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】SMOTEK, Michael et al. Effect of blue light on circadian system, sleep and cognitive performance. Narodni ustav dusevniho health - National Institute of Mental Health
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
認知能力を高める独自のＬＥＤ光源が製造され、これは、生物学的に有益な放射範囲で特性を持つ太陽光と９０％同等である。人間の認知能力は、労働時間内および注意が必要なあらゆる活動において必要な特性であり、あるいは、例えば、研究、困難な作業の解決、集中力の延長などにおいて、最大の集中力および最大の精神能力が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
認知能力を向上させかつ太陽光の特性を備えるＬＥＤ光源は、少なくとも３種類のＬＥＤチップからなる：発光団で覆われた青色チップである白色チップ、単色青色ＬＥＤチップおよび青緑色単色ＬＥＤチップ。このように構成されたスペクトルは、特定のスペクトル組成を有し、４６０〜６６０ｎｍの生物学的に有益な範囲における太陽放射の最良の部分を表す。紫外線の波長が短くなると、イメージング機能に影響がなくなり視認性が良好になるが、ユーザーを眩惑させ光が不快になるため、夏には屋外でサングラスが頻繁に使用され、さらに、３８０〜４５０ｎｍの範囲における電磁放射はブルーライトハザードと称され、人間の眼はそれに対する受容体を有しない。光スペクトルの反対側では、赤外線範囲における波長７４０ｎｍ以上でも視覚的忠実度は向上せず、内部のみが加熱され、これは不要であり多くの場合は望ましくない。
【００１１】
このＬＥＤ光源は、４６０ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲において光パワーの強度の分布でマークされており、この範囲の光スペクトルの最大値と最小値との差は最大２５％である。したがって、スペクトル波長での光強度の低下を最小化される。
【００１２】
そのようなスペクトルは、少なくとも最大値の７５％まで連続しており、スペクトルの最小値によって特定される最小パワーを有する光源のスペクトル色は放射強度の７５％以上に達する。
【００１３】
ＬＥＤ光源のスペクトルは、太陽から放射されるスペクトルに最大で９１％近い、すなわち、生物学的に有益な４６０ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲の波長に応じた光パワーの分布における最大値および最小値のバランスに関する。
【００１４】
太陽スペクトルの最大近似のために、少なくとも５００〜５８０ｎｍの緑色−黄色の範囲の放射を持つＬＥＤチップを追加して、放射スペクトルにおいて黄色−緑色の範囲の強度を完成させると有利である。黄色−緑色の範囲において強度が追加されたＬＥＤ光源の光スペクトルは、４６０ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲における光パワーの分布によって特徴付けられ、この範囲における光スペクトルの最大値と最小値との差は最大１５％である。したがって、放射波長に亘って分布する光パワーの差が１５％以下の場合、スペクトル波長における光強度の低下が最小化される。
【００１５】
したがって、そのようなスペクトルは、少なくともその最大値の８５％まで連続しており、スペクトルの最小値によって決定される最小パワーの光源のスペクトル色は、放射強度の８５％以上に達する。
【００１６】
ＬＥＤ光源のスペクトルは、太陽から放射されるスペクトルに最大で９８％近い、すなわち、生物学的に有益な４６０ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲の波長に応じた光パワーの分布における最大値および最小値のバランスに関する。
【００１７】
太陽光放射の特性を備えた新しいＬＥＤ光源が、個々のチップの出力および光出力によって与えられる光パワーの画定された相互分布を持つ４つの光源で構成されると有利である。ＬＥＤ光源のみはユニットとして動作する。シングルチップタイプを別のものに交換すると、ＬＥＤ光源がずれ、必要なコンパクトパラメータが示されなくなる。相関色温度３８００〜４２００ＫおよびＣＲＩ９０〜９８の白色ＬＥＤチップに対する光ＬＥＤ光源の光出力の基本的な比率を維持することが常に必要である。
【００１８】
ＬＥＤ光源は、相関色温度３８００〜４２００Ｋの白色光ＬＥＤ光源に設定されており、４０００Ｋの場合に有利である。夕焼けの光を模倣した温かみのある白色光源として使用される、より低い相関色温度、例えば２７００Ｋの白色光源が用いられる場合、システムは、青色範囲の光パワーを欠き、色組成に関して、ＬＥＤ光源は正しい中性を失い、照射光の緑色の色合いにシフトする。一方、フラッシュ装置において写真を撮る際に使用される、より高い相関色温度、例えば５５００Ｋの白色光源が用いられる場合、システムは、赤色範囲の光パワーを欠き、色組成に関して、ＬＥＤ光源は再び正しい中性を失い、青みがかった照射光にシフトする。
【００１９】
ＬＥＤチップはいずれも半導体合金で構成されている。青色ＬＥＤに利用できる典型的な半導体が多重量子井戸タイプの半導体、すなわち窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）である場合は有利であり、光スペクトルが青緑色範囲にシフトする際に、青緑色ＬＥＤのための半導体が多重量子井戸タイプの半導体、すなわちＩｎでよりドープされたＩｎＧａＮである場合も有利である。使用された白色ＬＥＤチップは、４２０〜７８０ｎｍの波長範囲でバンドスペクトルを放出する発光団で覆われた青色ＬＥＤチップで構成された。
【００２０】
青色および青緑色のＬＥＤチップに加えてＰＣライムＬＥＤチップを用いて緑色−黄色スペクトル成分を提供するＬＥＤ光源は、人間の認知能力を促進するだけでなく、必要な範囲でさらにバランスを取られた色スペクトル成分を用いて太陽から放出される光スペクトルをシミュレートし、したがって、４６０ｎｍ〜６６０ｎｍは、良好な視覚に適した太陽スペクトルにおける効率的なスロットである。
【００２１】
太陽光放射の特性を備えたＬＥＤ光源のモデルは、以下を含む：
白色チップ−相関色温度３８００〜４２００Ｋ、ＣＲＩ９０〜９８、波長４２０〜７８０ｎｍの放射スペクトル、全放射パワーの７８〜８５％または全光束の８２〜８７％のシェア、
４７５±５ｎｍで最大放射強度を持ち、全放射パワーの３〜７％または光源の全光束の４〜７％を占める青緑色の単色ＬＥＤチップ、
４９５±５ｎｍで最大放射強度を持ち、全放射パワーの３〜７％および光源の全光束の１〜４％を占める青色の単色ＬＥＤチップ、人間は可視範囲の限界に達するので、可視光は全電磁放射の一部にすぎない。
【００２２】
以下が含まれていると有利である：
緑色−黄色−総放射パワーの６〜９％または光源の全光束の１０〜１５％を占めるＰＣライムＬＥＤチップ。
【００２３】
光源−ＬＥＤチップのｌｍでの光出力の理想的な比率
白色ＬＥＤ：緑色−黄色ＰＣライムＬＥＤ：青緑色ＬＥＤ：青色ＬＥＤは、１００：９：６：３になる。
【００２４】
以下を組み合わせてそのような照明が達成されると有利である：
白色ＬＥＤチップ、３８００〜４２００Ｋ、ＣＲＩ９０〜９８であって、４６０〜５３０ｎｍの範囲で特徴的な低下がある連続スペクトルを有し、これは、４５０ｎｍ付近の青色ＬＥＤチップの励起および発光団を通過する際の青色光の波長５２０〜７４０ｎｍの緑色−黄色−赤色の範囲へのシフトによって引き起こされる、
４７５±５ｎｍで最大放射を有する単色の青色ＬＥＤチップ、
４９５±５ｎｍで最大放射を示す単色の青緑色ＬＥＤチップ、
かつ、４２０ｎｍ付近の青色ＬＥＤチップの励起および発光団を通過する際の青色光の波長５００〜６５０ｎｍの緑色−黄色の範囲へのシフトによって引き起こされる、連続スペクトルを有する、緑色−黄色ＰＣライムＬＥＤチップであれば有利である。
【００２５】
そして、本質的な特性は、光出力の相互比率またはＬＥＤチップの光効率、および、４６０〜６６０ｎｍの範囲でバランスの取れた光スペクトルを得るための単一ランプでのそれらのシェアである。これは、光源ＬＥＤチップのすべてのスペクトル最大値を同じ強度にする最大バランスを意味する。
【００２６】
以下のパラメータを持つＬＥＤチップが提示用に選択された：
１．相関色温度４０００Ｋ、演色忠実度９８、光出力７０ｌｍ／Ｗおよびパワー１．３９５Ｗを備え、総放射線出力の５１．２％を示す、従来の最高の白色ＬＥＤチップ、
２．４７５ｎｍにおける最大放射、光出力２９．４５ｌｍ／Ｗおよびパワー１．４６Ｗを備え、全放射出力の２０％を示す青色の単色ＬＥＤチップ、
３．４９５ｎｍにおける最大放射、光出力６４．１０ｌｍ／Ｗおよびパワー１．５６Ｗを備え、全放射出力の２０％を示す青緑色の単色ＬＥＤチップ、
４．５００〜６００ｎｍの範囲において連続スペクトルを照射し、光出力９６ｌｍ／Ｗおよびパワー１．３９５Ｗを備え、全放射出力の８．８％を示す緑色−黄色のＰＣ−ライムＬＥＤチップ。
【００２７】
認知型ＬＥＤ光源には、少なくとも１つの白色ＬＥＤチップ、少なくとも１つの青色ＬＥＤチップ、および少なくとも１つの青緑色ＬＥＤチップが含まれる。ＬＥＤ光源のサイズおよび必要な出力に応じて、より多くのチップを使用すると有利である。チップがセクションを形成するプリント回路に取り付けられると有利であり、プリント回路セクションの構築長さが５〜８ｃｍであると有利である。プリント回路セクションは、エッジが重なった後、はんだ付けによって結合される。結合されたプリント回路は、可変長の光ストリップを形成する。各セクションには、直列に配置された複数のＬＥＤチップが含まれ、セクションはストリップに並列に配置される。
【００２８】
認知型光源には、白色ＬＥＤチップと青色および青緑色ＬＥＤチップの出力の比率が正確にバランスされたＬＥＤチップが含まれ、白色ＬＥＤチップ：青色ＬＥＤチップ：青緑色ＬＥＤチップの比率が１：０．０３〜０．０５：０．０３〜０．０５の場合に有利である。認知型ＬＥＤ光源は、ＬＥＤチップの出力の選択可能な比率を有し、出力のより低いＬＥＤチップがより高いシェアで取り付けられ、より低い放射強度のバランスを取り、それらのＬＥＤチップの必要な出力を提供する。
【００２９】
認知型出力用のＬＥＤ光源についてのこの独自の確立された比率は、青色から緑色への遷移の範囲、したがって青色および青緑色の範囲の波長において白色ＬＥＤチップの両方の光最大値のレベルまで認知型ＬＥＤ光源の完全な照射スペクトルを提供することは驚くべきことである。このようにして、発光スペクトルは、少なくとも光強度の７５％まで連続的になる。青色および青緑色の単色ＬＥＤチップのこの特定の追加によって、青色から緑色への遷移の範囲および４６０〜６６０ｎｍの光スペクトル範囲における光放射の強度が、図１に示されるように太陽により照射される光照射の強度の８０％とほぼ平衡する、太陽放射への照射光の大きな近似が引き起こされる／提供される。
【００３０】
認知型ＬＥＤ光源のシステム全体は、白色ＬＥＤチップからの光放射に青色および青緑色の光放射の４．５〜６％が追加されるように設定され、放射強度が等しい場合に有利である。これにより、赤色範囲に対する青色から緑色への遷移範囲の放射強度をほぼ日光レベルまでバランスをとることができる。認知型ＬＥＤ光源の生成された複合光放射は、ＣＲＩ９８および相関色温度４０００〜４７００Ｋを持ち、太陽放射は相関色温度４９８２ＫおよびＣＲＩ９９．５を有する。
【００３１】
認知能力のための光源が少なくとも２つの光ストリップを使用する場合に有利である。白色ストリップは、白色ＬＥＤチップのみが取り付けられる。青色ストリップは、等しい出力の単色青緑色ＬＥＤチップを備えた単色青色ＬＥＤチップを含み、１つの白色ＬＥＤチップの出力が０．１７Ｗの場合に有利である。単色青色ＬＥＤチップが、他の光ストリップにおいて等しい出力の単色青緑色ＬＥＤチップと交互になる場合に有利であり、青色および青緑色のＬＥＤチップがシェア１：１である場合に有利である。１つの青色または青緑色の光出力が０．０９Ｗである場合に有利である。
【００３２】
光ストリップの長さおよびＬＥＤチップの数はさまざまでありうるが、白色ＬＥＤチップ：（青色＋青緑色）の光出力の比率１：０．０３〜０．０５に従う必要がある。青色および青緑色のＬＥＤチップの光出力が、白色ＬＥＤチップの光出力の４．５〜６％となり、青色および青緑色のＬＥＤチップの入力が白色ＬＥＤチップの入力の１３〜１５％となる場合に有利である。白色ＬＥＤチップ自体が総入力の８５〜８７％入力を有し、青色−青緑色ストリップのスイッチをオンにした後、入力が１３〜１５％増加したことが定められた。
【００３３】
認知型ＬＥＤ光源が、白色、青色および青緑色のチップが取り付けられたプリント回路で構成され、電流源に接続された電圧マルチプライヤに接続された、少なくとも２つの光ストリップを含む場合に有利である。調光器を電圧マルチプライヤの後ろに接続して、光ストリップの放射強度を低減するために使用される入力電流を調整すると有利である。
【００３４】
緑色−黄色のＰＣライムＬＥＤチップをも含むＬＥＤ光源が２つのチャネル中に接続されたＬＥＤチップを含み、Ｉチャネルが２０〜８０の白色ＬＥＤチップを含みＩＩチャネルが１〜８グループの青色−青緑色−緑色−黄色ＬＥＤチップを含み、ＬＥＤチップの１グループが１つの青色ＬＥＤチップ、１つの青緑色ＬＥＤチップおよび１つの緑色−黄色ＰＣライムＬＥＤチップを含む場合に有利である。青色−青緑色−緑色−黄色ＬＥＤチップのグループがまた、１〜４の白色ＬＥＤチップを含む場合に有利である。
【００３５】
Ｉチャネルが４０〜６０の白色ＬＥＤチップを含み、ＩＩチャネルが４つのグループの青色−青緑色−緑色のＬＥＤチップを含む場合に有利である。
【００３６】
Ｉチャネルが４８の白色ＬＥＤチップを含み、ＩＩチャネルが４つのグループの青色−青緑色−緑色−黄色のＬＥＤチップおよび４つの白色ＬＥＤチップを含む場合に有利である。
【００３７】
緑色−黄色のＰＣライムＬＥＤチップも含むＬＥＤ光源が、３列のチップで構成されている場合に有利であり、第１および第３列がＩチャネルからの白色ＬＥＤチップのみを含み、第２列がＩＩチャネルからのチップを含む場合に有利であり、したがって、青色−青緑色−緑色−黄色のＬＥＤチップのグループは白色ＬＥＤチップと交互になる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】日中の太陽光の光スペクトル
【図２】相関色温度４０００ＫかつＣＲＩ８０の従来のＬＥＤの光スペクトル
【図３】相関色温度３９５７ＫかつＣＲＩ９８の白色ＬＥＤチップの光スペクトル
【図４】白色ＬＥＤチップおよび相関色温度３８０６ＫかつＣＲＩ９７．８のストリップの光スペクトル
【図５】認知能力を向上させるための光源の電気接続の図
【図６】実施例１に従ったＬＥＤチップを備えたプリント回路の図
【図７】単色の青色および青緑色のＬＥＤチップを備えた光ストリップの光スペクトル
【図８】実施例４に従った認知型ＬＥＤ光源により放出される分光光度スペクトル
【図９】実施例２に従った認知型ＬＥＤ光源により放出される分光光度スペクトル
【図１０】図９に示されるスペクトルの詳細
【図１１】実施例１に従った認知型ＬＥＤ光源により放出される分光光度スペクトル
【図１２】図１１に示されるスペクトルの詳細
【図１３】実施例５に従った２つのチャネル中にＬＥＤチップを備えた光ストリップ
【図１４Ａ】ＩＩチャネルのみがオンであり電流が３５０ｍＡの場合の実施例５に従ったストリップにより放出される光スペクトル
【図１４Ｂ】ＩＩチャネルのみがオンであり電流が５００ｍＡの場合の実施例５に従ったストリップにより放出される光スペクトル
【図１４Ｃ】ＩＩチャネルのみがオンであり電流が６００ｍＡの場合の実施例５に従ったストリップにより放出される光スペクトル
【図１４Ｄ】ＩＩチャネルのみがオンであり電流が７００ｍＡの場合の実施例５に従ったストリップにより放出される光スペクトル
【図１５】実施例５に従ったＬＥＤ光源により放出されるスペクトル
【図１６】光源のスペクトルの比較
【図１７】１６Ａ：相関色温度４０００ＫおよびＣＲＩ９０の白色ＬＥＤチップのスペクトル
【図１８】１６Ｂ：実施例１の認知型光源に従ったＬＥＤ光源により放出されるスペクトル
【図１９】１６Ｃ：太陽放射の特性を有する、実施例５に従ったＬＥＤ光源により放出されるスペクトル
【図２０】使用済みＬＥＤチップ：Ａ−白色ＬＥＤチップ４０００Ｋ、Ｂ−青色ＬＥＤチップ、Ｃ−青緑色ＬＥＤチップ、Ｄ−ＰＣライムＬＥＤチップ、Ｅ−実施例５に従った太陽放射の特性を備えたＬＥＤ光源、のすべての光源のスペクトルのグラフ
【図２１】過渡電流に依存するＬＥＤチップの電圧応答
【図２２】星印が実施例７に従った統計的有意差をマークする、認知能力のテストの結果−グループ平均＋平均偏差
【図２３】図７に従った、テスト済み（ＧＮＰ、ｎ＝５１）および対照（ＧＵＬＺ、ｎ＝５３）グループの主観的評価の平均
【図２４】ＬＥＤチップを装着した実施例５に従って製造されたＬＥＤ光源のプリント回路の図
【図２５】ＬＥＤチップを装着した実施例５に従って製造されたＬＥＤ光源のプリント回路の図
【図２６】実施例５に従って製造されたＬＥＤ光源の接続の図
【図２７】使用済みＬＥＤチップ：Ａ−白色ＬＥＤチップ２７００、Ｂ−青色ＬＥＤチップ、Ｃ−青緑色ＬＥＤチップ、Ｄ−ＰＣライムＬＥＤチップ、Ｅ−実施例６に従ったＬＥＤ光源、のすべての光源のスペクトルのグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３９】
実施例１−光出力が等しい青色および青緑色のＬＥＤチップの２つの光ストリップ
白色ＬＥＤチップは、発光団で覆われた半導体ＩｎＧａＮを備えた青色ＬＥＤチップで構成された。使用された発光団が、６２８ｎｍの波長で最大である光を発する商品名ＺＹＰ６３０Ｇ３、および、５５５ｎｍの波長で最大である光を発するＺＹＰ５５５Ｇ３である場合に有利であり、これらは、青色ＬＥＤダイオード上に適用されたシリコンケース中に分散された。ＬＥＤダイオードのケースは、様々な形状を有してもよく、ＬＥＤダイオードのケースの壁の傾斜が水平に対して２０°傾斜していると有利である。
【００４０】
認知型ＬＥＤ照明は、ＬＥＤチップが取り付けられたプリント回路で構成される２つの長さ１ｍの光ストリップ５および６で作製され、ストリップは、電流源１０に接続された電圧マルチプライヤ９に接続された。白色光ストリップ５は、２列に配置された２４０の白色ＬＥＤチップ１が取り付けられ、５ｃｍの長さの１つのプリント回路４は、１２の白色ＬＥＤチップ１が取り付けられた。白色ＬＥＤチップ１は、比率１：２でＺＹＰ５５５Ｇ３およびＺＹＰ６３０６３のマークが付いた発光団で覆われたＩｎＧａＮ半導体の青色ＬＥＤチップで構成された。白色ＬＥＤチップ１から放出された光は、波長３８０〜７００ｎｍで、相関色温度３９５７ＫおよびＣＲＩ９８を有する連続バンドスペクトルを形成した。白色ＬＥＤチップ１を備えた白色光ストリップ５は、４１Ｗ／ｍの光出力を有した。１ｍの長さを有する青色および青緑色チップ６についての光ストリップは、４７５ｎｍで最大放射を示すＩｎＧａＮ半導体の５５の単色青色ＬＥＤチップ２、および、４９５ｎｍで最大放射を示すＩｎＧａＮ半導体の５５の単色青緑色ＬＥＤチップ３が取り付けられた。７．２ｃｍの長さを有する１つのプリント回路４は、４つの青色ＬＥＤチップ２および４つの青緑色ＬＥＤチップ３が交互に取り付けられた。青色および青緑色のチップ６についての光ストリップは、３Ｗ／ｍの出力を有した。ＬＥＤチップ白色：青色：青緑色の光度比率は、１：０．３：０．３であった。チップのシェアは４：１：１であった。
【００４１】
図１０に示されるように、特性パラメータは、この光源について手動分光計ＵＰＲｔｅｋを用いて測定され、放出された光は、相関色温度４６０３でＣＲＩ８９を有し、照射光のスペクトルは、４２０〜７６０ｎｍの範囲内であり、４６０〜６５０ｎｍの範囲からの定格放射線場は、太陽放射の光強度の８０％を生成した。
【００４２】
認知型ＬＥＤ照明の受信も測定され、８０．２Ｗであった。
【００４３】
実施例２−光出力が異なる青色および青緑色のＬＥＤチップ２つの光ストリップ
認知型ＬＥＤ照明は、ＬＥＤチップが取り付けられたプリント回路で構成される２つの長さ１ｍの光ストリップ、白色チップの光ストリップ５および青色および青緑色チップの光ストリップ６で作製され、ストリップは、電流源１０に接続された電圧マルチプライヤ９に接続された。白色チップの光ストリップ５は、２列に配置された２４０の白色ＬＥＤチップ１が取り付けられ、５ｃｍの長さの１つのプリント回路４は、１２の白色ＬＥＤチップ１が取り付けられた。白色ＬＥＤチップ１は、比率１：２でＺＹＰ５５５Ｇ３およびＺＹＰ６３０６３のマークが付いた発光団で覆われたＺｎＳ半導体の青色ＬＥＤチップで構成された。白色ＬＥＤチップ１から放出された生じた光は、波長３８０〜７００ｎｍで、相関色温度４０００Ｋを有する連続バンドスペクトルを形成した。１つの白色チップ１は、出力０．１７Ｗを有し、これは、全体の１ｍ長の白色ストリップが出力４１Ｗ／ｍを有したことを意味する。
【００４４】
長さ１ｍの青色および青緑色のチップを備えた光ストリップ６は、光出力４ｍＷで４７５ｎｍにおいて最大放射を有するＩｎＧａＮ半導体の１１０の単色青色ＬＥＤチップ２、および、光出力７ｍＷで４９５ｎｍにおいて最大放射を有する半導体の５５の単色青緑色ＬＥＤチップ３が取り付けられ、これは、青色および青緑色チップの全体で１ｍ長の光ストリップ６が８２５ｍＷ／ｍの出力を有したことを意味する。長さ７．２ｃｍの１つのプリント回路４は、６つの青色ＬＥＤチップ２および２つの青緑色ＬＥＤチップ３が取り付けられた。色付きのＬＥＤチップは、常に２つの青色および１つの青緑色チップが交互であった。図１０に示されるように、特性パラメータは、この光源について手動分光計ＵＰＲｔｅｋを用いて測定され、放出された光は、相関色温度４３９７でＣＲＩ９１．３を有し、照射光のスペクトルは、４２０〜７６０ｎｍの範囲内であり、４６０〜６５０ｎｍの範囲からの定格放射線場は、太陽放射の光強度の７８％を生成した。
【００４５】
認知型ＬＥＤ照明の受信も測定され、７７．２Ｗであった。
【００４６】
実施例３−光出力が異なる青色および青緑色のＬＥＤチップの３つの光ストリップ
白色チップを有する光ストリップ５、青色チップのための光ストリップおよび青緑色チップのための光ストリップである、長さ１メートルの光ストリップが３つ作製され、ＬＥＤチップはそれらの内部に取り付けられた。白色チップの光ストリップ５には、２４０個の白色ＬＥＤチップ１が取り付けられ、長さ５ｃｍのプリント回路４には、１２個の白色ＬＥＤチップ１が取り付けられ、続けて配置された。白色ＬＥＤチップ１は、比率１：２でＺＹＰ５５５Ｇ３およびＺＹＰ６３０６３のマークが付いた発光団で覆われたＺｎＳ半導体の青色ＬＥＤチップで構成された。白色ＬＥＤチップ１から放出された生じた光は、相関色温度４０００Ｋを有し、光波長は３８０から７００ｎｍであった。１つの白色ＬＥＤチップは、出力０．１７Ｗを有し、これは、全体の１ｍ長の白色ストリップが出力４１Ｗ／ｍを有したことを意味する。
【００４７】
長さ１ｍの青色チップ用の光ストリップには、総光出力が１．５Ｗ／ｍであり４７５ｎｍにおいて最大放射を有するＩｎＧａＮ半導体の２１９個の単色青色ＬＥＤチップ２が取り付けられ、１つのチップの出力は７ｍＷであった。長さ１ｍの青緑色ＬＥＤチップ用の光ストリップには、総光出力が１．４Ｗ／ｍであり４９５ｎｍにおいて最大放射を有するＩｎＧａＮ半導体の１１０個の単色青緑色ＬＥＤチップ３が取り付けられ、１つのチップの出力は１２ｍＷであった。特性パラメータは、この光源について手動分光計ＵＰＲｔｅｋを用いて測定され、放出された光は、相関色温度４６５０でＣＲＩ９０を有し、照射光のスペクトルは、４２０〜７６０ｎｍの範囲内であり、４６０〜６５０ｎｍの範囲からの定格放射線場は、太陽放射の光強度の８０％を生成した。
【００４８】
認知型ＬＥＤ照明の受信も測定され、８０Ｗであった。
【００４９】
実施例４−３つのチップ
円形光源には、３つのＬＥＤチップが取り付けられ、１つは波長４４０ｎｍ〜７００ｎｍにおいて可視光の連続バンドスペクトルの相関色温度３９５７ＫおよびＣＲＩ９８の出力２Ｗの白色ＬＥＤチップであり、１つは６０ｍＷの出力の青色ＬＥＤチップであり、１つは出力６０ｍＷの青緑色ＬＥＤチップである。白色ＬＥＤチップは、波長４４０ｎｍ〜７００ｎｍにおいて可視光の連続バンドスペクトルを放出し、相関色温度ＣＣＴ３８００〜４２００ＫおよびＣＲＩ９８であった。青色ＬＥＤチップは、４７５ｎｍで最大放射を伴うＩｎＧａＮのものであり、青緑色ＬＥＤチップは、４９５ｎｍで最大放射を伴うＩｎＧａＮのものであった。図８に示されるように、特性パラメータは、この光源について手動分光計ＵＰＲｔｅｋを用いて測定され、放出された光は、相関色温度４８１０でＣＲＩ８９．５を有し、照射光のスペクトルは、４２０〜７６０ｎｍの範囲内であり、４６０〜６５０ｎｍの範囲からの定格放射線場は、太陽放射の光強度の８１％を生成した。
【００５０】
実施例５
３列を有する１つの光ストリップを含むＬＥＤ光源が作製され、第１および第３列に２４個の白色ＬＥＤチップ、つまり合計４８個の白色ＬＥＤチップが取り付けられ、連続して接続された１２個のチップと並列にＩチャネルに接続され、相関色温度４０００ＫおよびＣＲＩ９８を有し、中央の列には、最大放射が４７３〜４７５ｎｍの４個の青色単色ＬＥＤチップ、最大放射が４９５ｎｍの４個の青緑色単色ＬＥＤチップ、４２０ｎｍで放出される最大放射が５２０ｎｍの４個のＰＣライムＬＥＤ、および１２個の白色ＬＥＤチップが取り付けられ、連続して接続された１２個のチップと並列にＩＩチャネルに接続され、中央の列は、青色、青緑色およびＰＣライムＬＥＤチップと交互の白色ＬＥＤチップからなるが、これは、白色、青色、白色、青緑色、白色、ＰＣライム、白色、青色などを意味する。
【００５１】
チップの特性は以下のようであった：
白色ＬＥＤチップ
出力：４８チップユニットを含むＩチャネルの１チップあたり０．３１Ｗ、合計１５．１Ｗ、および、１２チップを含むＩＩチャネルの１チップあたり０．９３Ｗ、合計１１．１Ｗ、および白色チップの合計出力：２６．２Ｗ
光効率：７０ｌｍ／Ｗ
総光パワーのシェア：５１．２％。
【００５２】
４７５ｎｍで最大放射を有する青色単色ＬＥＤチップ
出力：４チップユニットを含むＩＩチャネルの１チップあたり０．３５Ｗ、合計１．４Ｗ
光効率：２９．４５ｌｍ／Ｗ
総光パワーのシェア：２０％。
【００５３】
４９５ｎｍで最大放射を有する青緑色単色ＬＥＤチップ
出力：４チップユニットを含むＩＩチャネルの１チップあたり０．３８Ｗ、合計１．５Ｗ
光効率：６４．１ｌｍ／Ｗ
総光パワーのシェア：２０％。
【００５４】
５２０ｎｍで最大放射を有するＰＣライムＬＥＤチップ
出力：４チップユニットを含むＩＩチャネルの１チップあたり０．７８Ｗ、合計３．１Ｗ
光効率：９６ｌｍ／Ｗ
総光パワーのシェア：８．８％。
【００５５】
光源の総出力は３２．２Ｗ、７２ユニットのＬＥＤチップになった。
【００５６】
実施例６
３列を有する１つの光ストリップを含むＬＥＤ光源が作製され、第１および第３列に２４個の白色ＬＥＤチップ、つまり合計４８個の白色ＬＥＤチップが取り付けられ、連続して接続された１２個のチップと並列にＩチャネルに接続され、相関色温度２７００ＫおよびＣＲＩ９８を有し、中央の列には、最大放射が４７３〜４７５ｎｍの４個の青色単色ＬＥＤチップ、最大放射が４９５ｎｍの４個の青緑色単色ＬＥＤチップ、４２０ｎｍで放出される最大放射が５２０ｎｍの４個のＰＣライムＬＥＤ、および相関色温度２７００ＫおよびＣＲＩ９８を有する１２個の白色ＬＥＤチップが取り付けられ、連続して接続された１２個のチップと並列にＩＩチャネルに接続され、中央の列は、青色、青緑色およびＰＣライムＬＥＤチップと交互の白色ＬＥＤチップからなるが、これは、白色、青色、白色、青緑色、白色、ＰＣライム、白色、青色などを意味する。この光源のスペクトルが測定され、青色範囲の放射強度が低く、必要な生物学的に有益な範囲４６０〜６６０ｎｍのスペクトルが不均衡であるため、太陽光放射の特性を備えたＬＥＤ光源としての使用には不適切であることが見出された。
【００５７】
実施例７
プラハ学派のＧｙｍｎａｚｉｕｍ  Ｎａ  Ｐｒａｚａｃｃｅ（ＧＮＰ）では、実施例１に従った認知能力を向上させるＬＥＤ照明の設備が、建物の一部に設置された。光の青色スペクトル成分のために、特に学生の認知能力が授業室で促進された。他の監視されたパラメータは、例えば、集中力、注意力、反応時間、在籍および思考率、記憶からの想起、身体的パフォーマンス、視覚的快適性、および学生と教師の主観的内容であった−すべての主観的パラメータの概要が図２０に示される。実験は、ＬＥＤ照明の設置前と設置後の、２つの代表的な時間帯で行われ、別の学校−Ｇｙｍｎａｚｉｕｍ  ｕ  Ｌｉｂｅｎｓｋｅｈｏ  ｚａｍｋｕ（ＧＵＬＺ）が対照グループとして選択された。実験は両方の対象（ＧＮＰおよびＧＵＬＺ）で並行して行われた。実験は、２セットの特別に設計された心理テストを用いて評価され、テストの１セットは生徒の学習能力に関連する客観的パラメータに集中し、他のセットは生徒と教師によるＬＥＤ照明の主観的な受信に集中した。結果は、実施例１に従ったＬＥＤ照明にさらされた学生が、学生の対照グループと比較してより良好な研究結果、より良好な健康−評価パラメータには病気や寝坊による欠席の監視も含まれた、および、より良好な満足度を示すことを示す。実験は以下の実施例に示される。すべての測定は分光光度計を使用して行われた。
【００５８】
実施例７Ａ  照度の測定
作業エリアの照度の測定は、授業中の授業室の実際の光の状態を記録した。確立された照明の強度は、テストが実施された両方の学校のすべての授業室で同等であった。発明されたおよび標準的な照明の下での書類および机の水平照度は約８００ｌｘになり、学生の目に入る光（つまり生物学的に有益な光）は、授業室における位置および視線方向に応じて約３００〜３３０ｌｘになった。
【００５９】
表面の適度の照明は、同じサイズの授業室で同等であった黒板上のテキストの読みやすさを評価する際に非常に良好な効果があった。授業室における表面の照度は同等であったが、対照の授業室の２５％の学生は空間が明るすぎると評価し、新しい照明においてこの意見を持った学生はわずか６％であった。評価の違いは統計的に重要である（Ｔ検定、ｎ＝１０４、ｐ＝０．０１）。この効果の説明は、新しい光のより良い分布およびよりバランスの取れたスペクトル組成をもたらしうる。
【００６０】
実施例７Ｂ  生物学的効率の測定
スペクトル曲線の測定は、同等レベルの照度にもかかわらず、Ｂｒａｉｎａｒｄによる生物学的効率の評価において新しい照明が０．４７〜０．３６Ｗ／ｍ２を達成したのに対し、対照授業室の照明は約０．２５〜０．２０Ｗ／ｍ２しか達成しなかったことを示した。これはおそらく、認知能力と持久力に必要なプラスの効果を達成し、生物の体内時計を適切に同期させるための重要な要素である青色スペクトル成分の高いシェアを有する光のバランスの取れたスペクトル構成によるものである。
【００６１】
実施例７Ｃ  客観的評価−認知能力のテスト
光の効果の客観的評価を、認知能力のテストを用いて行った。テストにより、集中力および短期記憶を監視した。テストの最初の段階、すなわち照明が設置されてから３か月後、新しい認知型照明を備えた授業室で早朝に学習する学生が著しく良好な結果を示した。これらの学生は、テストでの間違いが少なく（Ｔ検定、ｎ＝１０４、ｐ＜０．０５）、最近の記憶は、一般的な授業室の学生と比較して著しく良好であった（Ｔ検定、ｎ＝１０４、ｐ＜０．０２）。テスト結果が図１９に示される。
【００６２】
実施例７Ｄ  演色評価数Ｒａの測定
新しい照明はまた、より高い演色評価数Ｒａを達成した。もともと、Ｒａ６０の照明は、ＧＮＰにおけるすべての授業室、および、ＧＵＬＺで監視されている対照授業室に設置された。これは、人の長期滞在のための空間の照明に関する標準の要求を満たしておらず、要求はＲａ８０以上である。新しい照明システムは、学校が美術教育に焦点を合わせているからだけでなく重要なＲａ９１を達成する。これは、学生の主観的な評価にありがちであり、新しい照明の色の自然さをよりよく評価する傾向があった。新しい照明では、８５％の人が肌の色を自然または比較的自然であると評価するが、元の照明では６９％の人にすぎなかった。テストされたグループ（ＧＮＰ、ｎ＝５１）および対照グループ（ＧＵＬＺ、ｎ＝５３）の主観的評価の平均については、図２０を参照。
【００６３】
実施例７Ｅ  エネルギー節約
新しい照明は、授業室の約半分に設置され、元の蛍光灯および一般的な節約型ＬＥＤ照明と交換された。測定はすべての対象に対して行った。照度が大幅に向上し、とりわけスペースの約半分で照明品質が向上したにもかかわらず、消費電力は前年比で増加しなかった。それどころか、今年の最後の四半期に消費量は５％だけ小さく減少した。
【００６４】
実施例７Ｆ  心理的効果
新しく設置された教室の照明は、一般的な照明と比較した場合、主観的により快適であると評価された（ｔ検定、ｎ＝１０４、ｐ＜０．０１）。対照教室の照明は、生徒の３２％だけが快適または基本的に快適であると評価したのに対し、新しく設置された照明では５３％であった。
【符号の説明】
【００６５】
１  白色ＬＥＤチップ
２  青色ＬＥＤチップ
３  青緑色ＬＥＤチップ
４  白色ストリップのプリント回路
５  白色チップの光ストリップ
６  青色および青緑色チップの光ストリップ
７  青色および青緑色青チップの光ストリップのプリント回路
８  二量体
９  電圧マルチプライヤ
１０  電源
１１  黄色−緑色ＰＣライムＬＥＤチップ
【産業上の利用可能性】
【００６６】
したがって、人の認知能力を刺激する光源は、多大な集中力および注意力が必要な場合に適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３ｐａｒｔ１】
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【図２３ｐａｒｔ２】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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