(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長帯域の異なる光を出射する２種類以上の光源と、
上記２種類以上の光源のうちのいずれかの光源の波長帯域を広げる蛍光材料と、
上記２種類以上の光源のうち少なくとも１つの光源からの光と上記蛍光材料を通過した光とを混色する混色手段とを備え、
上記蛍光材料は、上記の光源と上記混色手段との間で、その蛍光材料に反応する光のみが通過する位置に配置されており、
上記混色手段によって、上記光源の各々より波長帯域の広い光を出射させることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
上記の２種類以上の光源の各々は、赤、緑、青のいずれかの光を出射する発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
上記蛍光材料の種類は２種類以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
上記２種類以上の蛍光材料のうちの少なくともいずれかの蛍光材料は、最も短波長側の光源の波長帯域を広げることを特徴する請求項３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、主として室内（屋内）の照明に用いられる照明装置に係り、特に、２色以上の光源を用いる照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、室内照明装置の光源としては、白熱灯や蛍光灯が主として用いられているが、これらの光源に代えて、半導体を用いた固定発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）を、室内照明用の光源として利用することが考えられている。すなわち、ＬＥＤは、小型、高輝度および長寿命といった特徴より、将来の照明手段として期待される。現在は、その変換効率が一般的な蛍光灯の約１／６程度とあまり良くないため、照明分野での利用は少ないが、上記の特徴およびＬＥＤの持つ可能性を考慮すると、近い将来、ＬＥＤが照明の主流となることも考えられる。ところで、ＬＥＤを室内照明装置用の光源とするには、ＬＥＤは本来、点又は線状の光源であることから、これを面状の光源に変える必要がある。
【０００３】
従来、ＬＥＤを光源とした面状の光源装置としては、各種電気機器等の液晶表示画面のバックライト用の面光源装置が知られている。従来のＬＥＤを光源とした導光型の面光源装置を図１の斜視図及び図２の断面図により示す。この面光源装置１００は、光を閉じ込めるための導光板２と、発光部３と、反射板４とから構成されている。導光板２は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂により形成されており、導光板２の下面には凹凸加工や拡散反射インクのドット印刷等によって拡散パターンＰが形成されている。発光部３は、回路基板３ａ上に複数のＬＥＤなどのいわゆる点光源３ｂを実装したものであって、導光板２の側面（光入射面７）に対向している。反射板４は、反射率の高い、例えば、白色樹脂シートによって形成されており、その両側部は、両面テープ８によって導光板２の下面に貼り付けられている。
【０００４】
しかして、図２に示すように、発光部３から出射されて光入射面７から導光板２の内部に導かれた光ｆは、導光板２内部で全反射することによって導光板２内部に閉じ込められる。導光板２内部の光ｆは、拡散パターンＰに入射すると、拡散反射され、光出射面６へ向けて全反射の臨界角よりも小さな角度で反射された光ｆが、光出射面６から外部へ取り出される。また、導光板２下面の拡散パターンＰの存在しない箇所を透過した光ｆは、反射板４によって反射されて、再び導光板２内部へ戻るので、導光板２下面からの光量損失を防止することができる。
【０００５】
ＬＥＤを光源とした室内照明装置を実現する手段としては、上述の図１及び図２に示したような導光型の面光源装置を大型化する方法や、従来の照明装置と同様、かさや拡散部材等を用いて光を広げる方法が考えられる。いずれの手段を用いる場合でも、ＬＥＤを照明装置の光源として用いるとき、光源の白色化は避けられない。この光源を白色化する方法としては、例えば、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の光を出射する３種のＬＥＤを用い、これら３つのＬＥＤからの出射光を混合させて、白色光を作るという方法や、ＬＥＤの表面に紫外線を発生させる蛍光材料を塗布し、白色光を出射させるという方法が挙げられるが、光変換効率や色調整の可能性を考慮すると、前者の３色混合による白色化がより有効である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来のＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光を出射する３種のＬＥＤを光源として用いた照明装置では、広範囲な波長帯域の光を出射することができないため、これらの光源から出射された光を物体に照射した場合に、照射された物体の色が変わって見えてしまうという問題があった。
【０００７】
図３は、一般的なＲ，Ｇ，Ｂの３原色のＬＥＤのスペクトルを示す図である。周知のように、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の光源があれば全ての色は再現できる。しかし、これは、ディスプレイのように、光源から出射された光を直接見る場合に、等価的にＲ，Ｇ，Ｂで全ての色を再現できるという意味であって、照明装置から出射された光を物体に照射し、いったん物体で反射された光を見る場合には必ずしもＲ，Ｇ，Ｂの光だけを出しておけばよいという訳ではない。
【０００８】
図４は、太陽光の下で黄色に見える物体の反射スペクトルの一例を示す図である。このような物体を、図３に示されるＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光源を持つ照明装置で照射した場合には、照明装置からの黄色の波長帯域に該当する出射光がほとんどないため、黄色に見える物体からの反射光がほとんどなく、この物体の色が変わって見えてしまう。光源としてＬＥＤを用いた場合には、ＬＥＤの出射光の波長帯域が狭いため、この傾向は特に強く現れる。これを改善するためには、図３の実線のようなＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光のみを照射する光源ではなく、図３の破線のようなよりブロードなスペクトルを持つ光源を用いることが必要である。図５は、図４に示される黄色い物体からの反射光を示す図である。（２）に示されるブロードなスペクトルを持つ光源からの光を照射した場合には、（１）に示されるＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光のみを照射した場合と比べて、黄色い物体からの反射光が多いことが分かる。
【０００９】
スペクトルをブロードにするためには、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤだけでなく、図６に示されるＲとＧの中間の波長帯域の光（１）、及びＧとＢの中間の波長帯域の光（２）を出射するＬＥＤも用いればよい。しかし、この方法では、５種類のＬＥＤを用いることになり、回路的に複雑になるため、現実的ではない。
【００１０】
上記の５種類のＬＥＤを持つ光源を用いる以外に、出射光の波長帯域を広げる方法としては、蛍光材料を用いたものがある。ただし、蛍光材料を用いても、自由な波長帯域のコントロールができるわけではないので、図７に示されるように、元の光源として１種類の波長帯域の光（１）を出射するＬＥＤのみを使用した場合には、蛍光材料によって広げられた光（２）は、一部の波長帯域のみ強かったり、光源の元の波長帯域の光が残る場合があり、照明として十分な光とは言えなかった。又、短波長側の光を長波長側にシフトさせる場合に、シフトさせる幅が広いと、エネルギーの損失も大きく、エネルギー効率上も問題があった。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、光源と接続する回路を複雑にしたり、一部の波長帯域の光のみを強くすることなく、広範囲な波長帯域の光を出射することができるようにして、出射された光を物体に照射した場合に、照射された物体の色が変わって見えてしまうことを防ぐことが可能な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】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、互いに波長帯域の異なる光を出射する２種類以上の光源と、上記２種類以上の光源のうちのいずれかの光源の波長帯域を広げる蛍光材料と、上記２種類以上の光源のうち少なくとも１つの光源からの光と上記蛍光材料を通過した光とを混色する混色手段とを備え、上記蛍光材料は、上記の光源と上記混色手段との間で、その蛍光材料に反応する光のみが通過する位置に配置されており、上記混色手段によって、上記光源の各々より波長帯域の広い光を出射させるものである。
【００１３】
この構成においては、蛍光材料を用いて、互いに波長帯域の異なる２種類以上の光源のうちの少なくともいずれか１種類の光源の波長帯域を広げることができるので、この波長帯域を広げた光源と他の波長帯域の光源を用いることにより、照明装置から広範囲な波長帯域の光を出射することができる。これにより、出射された光を物体に照射した場合に、照射された物体の色が変わって見えてしまうことを防ぐことができる。また、蛍光材料にその蛍光材料に反応する波長帯域の光のみが入射するので、蛍光材料に反応しない光が蛍光材料を通過することによる光強度の低下を防ぐことができる。
【００１４】
また、上記の２種類以上の光源の各々は、赤、緑、青のいずれかの光を出射する発光ダイオードであってもよい。これにより、小型、高輝度および長寿命といった特徴を持つＬＥＤを光源として用いた照明装置において、上記の作用を得ることができる。
【００１５】
また、上記蛍光材料の種類は２種類以上であってもよい。これにより、互いに波長帯域の異なる２種類以上の光源の波長帯域を広げることができるので、照明装置から出射する光の波長帯域を容易に広げることができる。
【００１６】
また、上記２種類以上の蛍光材料のうちの少なくともいずれかの蛍光材料は、最も短波長側の光源の波長帯域を広げるものであってもよい。これにより、この波長帯域を広げた光源を用いて、短波長領域の光を出射することができるので、出射された光を短波長領域の光に該当する色を持つ物体に照射した場合に、照射された物体の色が変わって見えてしまうことを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の照明装置によれば、蛍光材料を用いて、互いに波長帯域の異なる２種類以上の光源のうちの少なくともいずれか１種類の光源の波長帯域を広げるようにしたので、この波長帯域を広げた光源と他の波長帯域の光源を用いて、照明装置から広範囲な波長帯域の光を出射することにより、出射された光を物体に照射した場合に、照射された物体の色が変わって見えてしまうことを防ぐことができる。従って、可視光領域の全ての波長帯域の光をカバーする５種類の光源を用いて広範囲な波長帯域の光を出射するようにした場合と比べて、光源と接続する回路が複雑化することがなくなる。また、１種類の光源の波長帯域を広範囲に広げて、この波長帯域を広げた光源のみを用いて物体を照射した場合と比べて、一部の波長帯域の光のみが強くなったり、光源の元の波長帯域の光が残るということを防ぐことができる。さらに、１種類の光源の波長帯域を広範囲に広げる場合と比べて、波長帯域を広げる幅を狭くすることができるので、エネルギーの損失を小さくすることができる。また、蛍光材料を、光源と混色手段との間で、その蛍光材料に反応する光のみが通過する位置に配置したので、蛍光材料にその蛍光材料に反応する波長帯域の光のみを入射させて、蛍光材料に反応しない光が蛍光材料を通過することによる光強度の低下を防ぐことができる。
【００１８】
また、２種類以上の光源の各々を、赤、緑、青のいずれかの光を出射する発光ダイオードとすることにより、小型、高輝度および長寿命といった特徴を持つＬＥＤを光源として用いた照明装置において、上記請求項１と同等の効果を得ることができる。
【００１９】
また、蛍光材料の種類を２種類以上とすることにより、互いに波長帯域の異なる２種類以上の光源の波長帯域を広げることができる。これにより、これらの波長帯域を広げた２種類以上の光源を用いて、照明装置から広範囲な波長帯域の光を出射することができるので、上記請求項１に記載の効果を的確に得ることができる。
【００２０】
また、２種類以上の蛍光材料のうちの少なくともいずれかの蛍光材料を、最も短波長側の光源の波長帯域を広げるものとすることにより、出射された光を短波長領域の光に該当する色を持つ物体に照射した場合に、照射された物体の色が変わって見えてしまうことを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した実施の形態を図面を参照して説明する。
図８は本実施形態による照明装置の概略外観図である。この照明装置１１の概略構成は、図１及び図２に示される従来例のＬＥＤバックライトと同じであり、光を閉じ込めて導光させる平板状の透明媒体である導光板１３（混色手段）と、この導光板１３の非出射面側の平板上に設けられたシート又は薄板状の反射板１４と、導光板１３の出射面側の平板上に設けられた拡散板１５と、導光板１３の端面から光が入射するように設置された光源モジュール１６（幅約１００ｍｍ）とから構成される。光源モジュール１６には、赤（λ＝６８０ｎｍ）、緑（λ＝５６５ｎｍ）、青（λ＝４５０ｎｍ）の光をそれぞれ出射するＲ，Ｇ，Ｂの３種のＬＥＤが内蔵されている。なお、導光板１３のサイズは、例えば、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ×１０ｍｍのものを用いる。
【００２２】
光源モジュール１６から導光板１３内に導入されたＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれの光を導光板１３内で混ぜ合わされて白色光を作る。この時、上述の「発明が解決しようとする課題」の説明で述べた通り、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種のＬＥＤからの出射光のみを用いても、可視光の波長帯域全ての光を出射できないため、対象物によっては色が再現されないという問題があった。この問題を解決するため、蛍光材料を用いて、元のＬＥＤから出射されていない波長帯域の光を発生させ、この波長帯域を広げた光と、他のＬＥＤからの出射光とを混ぜ合わせて出射光全体の波長帯域をブロード化する。これにより、理想的な照明用の光を効率よく発生させることができる。このような光は、図３の実線に示されるＲ，Ｇ，Ｂの３種のＬＥＤからの出射光のみを用いても発生させることが難しく、また、図７の実線に示される蛍光材料を透過した光のみを用いても発生させることが難しかった。
【００２３】
蛍光材料を設ける位置は、（１）光源モジュール１６、（２）反射板１４又は拡散板１５、（３）導光板１３の非出射面側に設けられた取り出しパターン部分（図２に示される拡散パターンＰ）が考えられる。ただし、光源モジュール１６に蛍光材料を設けた場合には、各色の光が混合する前に蛍光材料に光が照射される。従って、必要な色の光が透過する部分にのみ蛍光材料を塗れば、対応しない不必要な色の光が蛍光材料へ入射することを防ぐことができる。これにより、蛍光材料を透過することによる照明装置１１全体の出射光の強度低下を軽減することができるので、エネルギー効率を向上させることができる。
【００２４】
蛍光材料によって波長帯域をブロード化した光源は、図８に示される導光型の面光源だけではなく、図９に示される間接照明や図１０に示される直下型照明でも有効である。図９に示される照明装置１１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種のＬＥＤが内蔵された投射用光源３０、投射用光源３０からの出射光を拡散反射する拡散反射板３１とからなる間接照明装置である。図１０に示される照明装置１１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種のＬＥＤがアレイ状に並設された光源４０と、この光源４０からの出射光を拡散させる拡散板４１とからなる直下型照明装置である。これらの照明装置１１を用いる場合も、蛍光材料は光が混色する前の位置にある方が望ましい。
【００２５】
次に、ＬＥＤ出射側における蛍光材料の設置例について図１１を参照して説明する。図１１（ａ１）（ａ２）は複数のＬＥＤチップが横一線にモールドされている場合の蛍光材料設置例であり、（ｂ１）（ｂ２）（ｂ３）は個々のＬＥＤチップが個別にモールドされている場合の蛍光材料設置例である。また、（ａ１）（ｂ１）はＬＥＤのモールド樹脂の表面に蛍光材料を塗布した場合の蛍光材料設置例、（ｂ２）はモールド樹脂中に蛍光材料を分散させた場合の蛍光材料設置例、（ａ２）（ｂ３）はＬＥＤチップの上に蛍光材料を塗った場合の蛍光材料設置例である。以下に、各設置例について説明する。
【００２６】
（ａ１）に示される設置例では、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤチップ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを覆うモールド樹脂２１の上面に、ＬＥＤチップ１６ａ，１６ｂ，１６ｃのそれぞれに対応した異なる蛍光材料２２ａ，２２ｂ，２２ｃを塗布している。各蛍光材料２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、それぞれＬＥＤチップ１６ａ，１６ｂ，１６ｃから出射された光のみが通過するような位置に配設されている。（ａ２）に示される設置例では、モールド樹脂２１やモールド樹脂２３ではなく、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤチップ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ自体に、それぞれ蛍光材料２２ａ，２２ｂ，２２ｃを塗布している。どちらの設置例でも、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤチップ１６ａ，１６ｂ，１６ｃから出射された３色の光が混色する前に、蛍光材料２２ａ，２２ｂ，２２ｃを用いて出射光の波長帯域を広げている。これにより、それぞれの蛍光材料２２ａ，２２ｂ，２２ｃが波長帯域を広げることの可能な光のみが、これらの蛍光材料２２ａ，２２ｂ，２２ｃ中を通過するので、これらの蛍光材料を透過することによる照明装置１１全体の出射光の強度低下を軽減することができる。
【００２７】
（ｂ１）に示される設置例では、Ｂの色のＬＥＤチップ１６ｃを覆うモールド樹脂２３の表面に蛍光材料２２ｃを塗布している。（ｂ２）に示される設置例では、Ｂの色のＬＥＤチップ１６ｃを覆うモールド樹脂２３中に蛍光材料２２ｃを分散させている。（ｂ３）に示される設置例では、Ｂの色のＬＥＤチップ１６ｃ自体に蛍光材料２２ｃを塗布している。これらのどの設置例でも、ＢのＬＥＤチップ１６ｃから出射された光が他のＬＥＤチップの光と混色する前に、蛍光材料２２ｃを用いて出射光の波長帯域を広げている。これら（ｂ１）（ｂ２）（ｂ３）のいずれの設置例でも、蛍光材料２２ｃが波長帯域を広げることの可能な光のみが、蛍光材料２２ｃを通過するので、蛍光材料２２ｃを透過することによる照明装置１１全体の出射光の強度低下を軽減することができる。
【００２８】
波長帯域のブロード化に用いる蛍光材料は、２種類以上であってもよい。蛍光材料を２種類以上とすることにより、複数色のＬＥＤの出射光の波長帯域を広げることができるので、１種類の蛍光材料を用いてブロード化を行う場合と比べて、容易に照明装置１１全体の出射光の波長帯域をブロード化することができる。また、図１２に示されるように、蛍光材料は全ての光源に塗られていなくてもよい。図１２（ａ）（ｂ）は、それぞれ蛍光材料をＬＥＤの色毎に塗り分けた場合と、同色のＬＥＤを蛍光材料を塗布したものと塗布しないものとに分けた場合の光源モジュール１６内の各ＬＥＤを示す図である。（ａ）に示される光源モジュール１６内のＧ，ＢのＬＥＤには、それぞれＧ，ＢのＬＥＤからの出射光の波長帯域を広げることが可能な蛍光材料２２ｂ，２２ｃが塗布されているが、ＲのＬＥＤには蛍光材料が塗布されていない。また、（ｂ）に示される光源モジュール１６内のＧ，ＢのＬＥＤは、ＬＥＤの色が同じでも蛍光材料２２ｂ，２２ｃを塗布したＬＥＤと塗布していないＬＥＤとに分けられている。
【００２９】
図１３（ａ）（ｂ）は、それぞれＢのＬＥＤからの出射光とＧのＬＥＤからの出射光の波長帯域を広げた場合のスペクトルを示す図である。（ａ）の（１）は、ＢのＬＥＤから出射された元の光のスペクトルを示し、（２）はＢのＬＥＤからの出射光の波長帯域を蛍光材料を用いて広げた場合のスペクトルを示す。また、（ｂ）の（３）は、ＧのＬＥＤから出射された元の光のスペクトルを示し、（４）はＧのＬＥＤからの出射光の波長帯域を蛍光材料を用いて広げた場合のスペクトルを示す。これらの図に示されるように、蛍光材料は、元のＬＥＤの波長帯域を長波長側にしか広げられない。従って、例えば、ＧのＬＥＤからの出射光の波長帯域を広げた（ｂ）の（４）の光では、短波長領域に属する（５）の波長帯域をカバーすることができない。このため、蛍光材料には、短波長側の光を広げる蛍光材料を使用することが望ましい。これにより、短波長領域の光を出射することができるので、出射された光を物体に照射した場合に、照射された物体の色が変わって見えてしまうことを防ぐことができる。また、同様の理由により、光源モジュール１６は、短波長側のＬＥＤを有することが望ましい。図１４は、短波長側のＬＥＤを有しない光源モジュール１６で波長帯域のブロード化を行った場合のスペクトルを示す図である。図中の（６）は、ＧのＬＥＤから出射された元の光のスペクトルを示し、（７）はＧのＬＥＤからの出射光の波長帯域を蛍光材料を用いて広げた場合の光のスペクトルを示す。短波長側のＢのＬＥＤがない場合には、波長帯域のブロード化を行っても、図１４のような波長帯域の光しか出射できない。用途に応じて、ＲのＬＥＤからの出射光のみ波長帯域を広げる、ＧのＬＥＤからの出射光のみ波長帯域を広げる、Ｂ以外のＧとＲのＬＥＤからの出射光の波長帯域を広げるといった場合がある。また、当然全ての光の波長帯域を広げてもよい。
【００３０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られず種々の変形が可能である。例えば、光源モジュール１６にＢとＧの２種類のＬＥＤを備え、これらのＬＥＤからの出射光の波長帯域を共に広げることにより、照明装置の出射光全体をブロード化してもよいし、また、光源モジュール１６にＢとＲの２種類のＬＥＤを備え、ＢのＬＥＤからの出射光の波長帯域のみを広げることにより、照明装置の出射光全体をブロード化してもよい。このような構成にしても、ＢのＬＥＤからの出射光を長波長側に広げることにより、短波長領域の光を出射することができるので、出射された光を物体に照射した場合に、照射された物体の色が変わって見えてしまうことを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の面光源装置の斜視図である。
【図２】従来の面光源装置の断面図である。
【図３】一般的なＲ，Ｇ，Ｂの３原色のＬＥＤのスペクトルを示す図である。
【図４】太陽光の下で黄色に見える物体の反射スペクトルの一例を示す図である。
【図５】図４に示される黄色い物体からの反射光を示す図である。
【図６】５種類のＬＥＤを用いた場合の各ＬＥＤのスペクトルを示す図である。
【図７】元の光源として１種類のＬＥＤのみを使用した場合のブロード化されたスペクトルを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による照明装置の概略外観図である。
【図９】間接照明の光学系構成図である。
【図１０】直下型照明の光学系構成図である。
【図１１】ＬＥＤ出射側における蛍光材料の設置例を示す図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ蛍光材料をＬＥＤの色毎に塗り分けた場合と、同色のＬＥＤを蛍光材料を塗布したものと塗布しないものとに分けた場合の光源モジュール内の各ＬＥＤを示す図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）は、それぞれＢのＬＥＤからの出射光とＧのＬＥＤからの出射光を広げた場合のスペクトルを示す図である。
【図１４】短波長側のＬＥＤを有しない光源モジュールで波長帯域のブロード化を行った場合のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１    照明装置
１３    導光板（混色手段）
１６ａ  ＬＥＤチップ（光源、発光ダイオード）
１６ｂ  ＬＥＤチップ（光源、発光ダイオード）
１６ｃ  ＬＥＤチップ（光源、発光ダイオード）
２２ａ  蛍光材料
２２ｂ  蛍光材料
２２ｃ  蛍光材料
【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１４】
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