(57)【要約】【課題】色ムラが生じず、設計どおりの放射特性、色温度をほぼ全域で安定して得ることができるＬＥＤ照明の色温度変換フィルタを提供せんとする。【解決手段】光透過性の板状基材２と、該板状基材２のＬＥＤ光源１１側の面及び反対側の面の少なくとも一方の面に、真空蒸着又はスパッタリングにより設けられる単又は複数の光学薄膜層３とを備え、板状基材２が、中央部２２ａとＬＥＤ光源の中心とを結ぶ軸心方向の位置が該中央部から外側に離れた部位ほどＬＥＤ光源側に位置する立体的形状であり、中央部２２ａを頂部としてその周囲に光源側に傾いて広がる周壁部２ｂを有することを特徴とする．【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ光源に対向配置されて色温度変換を行うＬＥＤ照明用の色温度変換フィルタであって、
光透過性の板状基材と、
該板状基材のＬＥＤ光源側の面及び反対側の面の少なくとも一方の面に、真空蒸着又はスパッタリングにより設けられる単又は複数の光学薄膜層とを備え、
前記板状基材が、中央部と前記ＬＥＤ光源の中心とを結ぶ軸心方向の位置が該中央部から外側に離れた部位ほどＬＥＤ光源側に位置する立体的形状であり、前記中央部を頂部としてその周囲に光源側に傾いて広がる周壁部を有することを特徴とする色温度変換フィルタ。
【請求項２】
前記板状基材の形状が、前記周壁部の端部の外径をφ、前記端部の中心部と前記頂部とを結ぶ前記軸心方向に沿った、前記頂部と前記周壁部の端部との間の距離をｚとして、次の式１を満たす形状である請求項１記載の色温度変換フィルタ。
【数１】
2017125900.tif 000011
【請求項３】
前記板状基材のＬＥＤ光源側の面及び反対側の面の形状が、円錐面形状又は部分球面形状である請求項１又は２記載の色温度変換フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ照明に取り付けられる色温度変換フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の色温度変換フィルタは、従来、複数の光学薄膜層を光透過性の支持体上に形成したものが知られており（例えば、特許文献１参照。）、店舗などで用いる演出用のＬＥＤ電球に取り付けられ、ＬＥＤ光源の色温度・演色性を変化させるフィルタとしても用いられている。この場合、ＬＥＤ電球等のカバーを取り外し、代わりにガラス製の平板基材に上記複数の光学薄膜層を真空蒸着したものが用いられている。
【０００３】
光学薄膜は、ＬＥＤ光源の放射特性（波長−放射強度特性）と目的とする放射特性、色温度に基づき、分光特性を設計して成膜されるが、ＬＥＤ光源に対向させて平板状のフィルタを取り付けると、中央部と外周部とでは色ムラが生じ、ほぼ全域で目的とする放射特性、色温度を安定して得ることができないといった課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１１６９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、色ムラが生じず、設計どおりの放射特性、色温度をほぼ全域で安定して得ることができるＬＥＤ照明の色温度変換フィルタを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述の課題解決のために、ＬＥＤ光源に対向配置されて色温度変換を行うＬＥＤ照明の色温度変換フィルタであって、光透過性の板状基材と、該板状基材のＬＥＤ光源側の面及び反対側の面の少なくとも一方の面に、真空蒸着又はスパッタリングにより設けられる単又は複数の光学薄膜層とを備え、前記板状基材が、中央部と前記ＬＥＤ光源の中心とを結ぶ軸心方向の位置が該中央部から外側に離れた部位ほどＬＥＤ光源側に位置する立体的形状であり、前記中央部を頂部としてその周囲に光源側に傾いて広がる周壁部を有することを特徴とする色温度変換フィルタを構成した。
【０００７】
ここで、前記板状基材の形状が、前記周壁部の端部の外径をφ、前記端部の中心部と前記頂部とを結ぶ前記軸心方向に沿った、前記頂部と前記周壁部の端部との間の距離をｚとして、次の式１を満たす形状であるものが好ましい。
【０００８】
【数１】
2017125900.tif 000003
【０００９】
また、前記板状基材のＬＥＤ光源側の面及び反対側の面の形状が、円錐面形状又は部分球面形状であるものが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
以上にしてなる本願発明に係るＬＥＤ照明の色温度変換フィルタは、板状基材が、中央部と前記ＬＥＤ光源の中心とを結ぶ軸心方向の位置が該中央部から外側に離れた部位ほどＬＥＤ光源側に位置する立体的形状であり、前記中央部を頂部としてその周囲に光源側に傾いて広がる周壁部を有することを特徴とするので、複雑な形状を有さずともフィルタ中央部と外周部とでフィルタ面への光の入射角のずれが低減され、これにより色ムラも低減され、ほぼ全域で目的とする放射特性、色温度を安定して得ることが可能となる。
【００１１】
また、前記板状基材の形状が、前記周壁部の端部の外径をφ、前記端部の中心部と前記頂部とを結ぶ前記軸心方向に沿った、前記頂部と前記周壁部の端部との間の距離をｚとして、次の式１を満たす形状であると、より確実に色ムラを低減させることができる。
【００１２】
【数２】
2017125900.tif 000004
【００１３】
また、前記板状基材のＬＥＤ光源側の面及び反対側の面の形状が、円錐面形状又は部分球面形状であると、斜入射による色ムラをより確実に低減できる。なお、通常の真空蒸着やスパッタリングによる場合、軸心方向に成膜成分を提供することになるが、軸心方向に沿って傾きが変化する部分球面形状に比べて、傾きが一定な円錐面の方がより膜厚を均一化することができ、斜入射による色ムラと膜厚のばらつきによる色ムラの双方をより確実に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の代表的実施形態に係る色温度変換フィルタを取り付けたＬＥＤ照明を示す説明図。
【図２】（ａ）は同じく色温度変換フィルタを示す斜視図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部拡大断面図。
【図３】同じく色温度変換フィルタの変形例を示す縦断面図。
【図４】実施例／比較例のサンプルを設置する光源ホルダーを示す説明断面図。
【図５】照度計による測定位置を示す説明図。
【図６】実施例１−１のサンプルの設計上の放射スペクトル、フィルタ透過特性、測定された各位置での放射スペクトルをそれぞれ示すグラフ。
【図７】実施例１−２のサンプルの設計上の放射スペクトル、フィルタ透過特性、測定された各位置での放射スペクトルをそれぞれ示すグラフ。
【図８】実施例１−３のサンプルの設計上の放射スペクトル、フィルタ透過特性、測定された各位置での放射スペクトルをそれぞれ示すグラフ。
【図９】実施例２−１、実施例２−２の各サンプルの測定された各位置での放射スペクトルを示すグラフ。
【図１０】比較例１−１〜１−３の各サンプルの測定された各位置での放射スペクトルを示すグラフ。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例１−１〜１−３の各サンプルから壁に照射された光を撮影した画像。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施例２−１、２−２の各サンプルから壁に照射された光を撮影した画像。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例１−１〜１−３の各サンプルから壁に照射された光を撮影した画像。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
本発明の色温度変換フィルタ１は、図１に示すように、ＬＥＤ照明１０に取り付けられ、ＬＥＤ光源１１に対向配置されることで色温度変換を行うフィルタである。本例で示したＬＥＤ照明１０はハロゲン型のＬＥＤ電球であるが、その他のＬＥＤ電球にも用いることができる。電球型にも限定されず、たとえば面照明などにも適用できる。また、本例ではＬＥＤ照明１０から照明用カバーを取り外し、その代わりに色温度変換フィルタ１を取り付けているが、照明用カバーの外面又は内面に重ねるように、或いは間隔をあけて介在させるように取り付けて用いることもできる。外面側に設ける場合には、例えばブラケットや専用ホルダー等を介して取り付けることができる。
【００１７】
また、ＬＥＤ光源１１は、ＬＥＤ発光素子一つのみで構成されるものに限らず、複数のＬＥＤ発光素子で構成される場合もある。特に面照明に用いる場合には、単又は複数のＬＥＤ発光素子のあるまとまりを一つの光源とし、複数の光源の各光源にそれぞれ本フィルタを取り付けるようにすることもできる。
【００１８】
色温度変換フィルタ１は、より詳しくは、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、光透過性の板状基材２と、該板状基材２のＬＥＤ光源側の面２０及び反対側の面２１のうち少なくとも一方の面、本例ではＬＥＤ光源側の面２０のみに、真空蒸着又はスパッタリングにより形成された単又は複数の光学薄膜層３とより構成されている。
【００１９】
板状基材２は、図１に示す中央部２ａとＬＥＤ光源１１の中心とを結ぶ軸１２に沿った方向の位置が、中央部２ａから外側に離れた部位ほどＬＥＤ光源１１側に位置する立体的形状である。すなわち、図２にも示すように中央部２ａを頂部として、その周囲に光源側に傾いて広がる周壁部２ｂを有している。
【００２０】
本例では、周壁部２ｂの端部２２に連続して、断面視略Ｌ字状に軸心方向に屈曲した形状であり、図１に示すようにＬＥＤ照明１０の照明用カバーの代わりに筐体１３の端部１３０に本色温度変換フィルタ１を取り付けるための環状の鍔部２ｃが形成されている。このような鍔部は、本発明の色温度変換フィルタを取り付ける対象となるＬＥＤ照明１０の形態に応じた構造を採用でき、その他の構成でも勿論可能である。
【００２１】
板状基材２は、具体的には、周壁部２ｂの端部２２の外径をφ、端部２２の中心部２２ａと前記頂部（中央部２ａ）とを結ぶ前記軸心方向に沿った、前記頂部（中央部２ａ）と前記周壁部２ｂの端部２２との間の距離をｚとして、次の式１を満たす形状である。
【００２２】
【数３】
2017125900.tif 000005
【００２３】
より具体的には、ＬＥＤ光源側の面２０及び反対側の面２１の形状が、図１及び図２に示すような円錐面形状であるもの、図３に示すような部分球面形状であるもの、又はこれらの組み合わせの形状であるものが好ましい。なかでも後述する実施例が示すように円錐面形状がより好ましい。ただし、これらの形状に限定されるものではなく、放物線状に傾斜する面形状や高次非球面形状、その他種々の形状が可能である。
【００２４】
板状基材２の素材は、光透過性のフィルタ基材の素材として公知の合成樹脂、ガラスなどを広く用いることができる。例えば合成樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエチレングリコールビスアリルカーボネート（ＣＲ３９）樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂（アクリルガラス）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂などが好適である。
【００２５】
板状基材２は、ほぼ均一な厚みの板状体であり、形状保持のため０．２ｍｍ以上の厚みとすることが好ましい。均一な厚みでなくてもよく、中心部２ａから外側に向けて厚みが変化するものでもよい。ＬＥＤ光源側の面２０及び反対側の面２１の形状はほぼ同じ（相似形）であるが、上記のとおり厚みを変化させ、上記面２０、２１の形状を互いに異なるものとすることもできる。
【００２６】
単又は複数の光学薄膜層３は、当フィルタ用の光学薄膜層として従来から公知の素材である酸化チタンや二酸化珪素などを用いることができ、膜厚、層数についても、従来と同様、目的とする放射特性、色温度などに合わせて設計することができる。層数は４〜２０が好ましく、総膜厚は３００〜２３００ｎｍが好ましい。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明に係る色温度変換フィルタのサンプルである実施例１−１〜１−３、２−１〜２−２、従来の色温度変換フィルタのサンプルである比較例１−１〜１−３を用いて、各実施例、比較例のサンプルを通過した光の放射スペクトル、色温度を測定した結果について説明する。
【００２９】
（サンプル）
実施例１−１〜１−３のサンプルは、いずれも図１及び図２に示した代表的実施形態と同じ形態、すなわち板状基材のＬＥＤ光源側の面及び反対側の面の形状を円錐面形状とし、ＬＥＤ光源側の面に複数の光学薄膜層を真空蒸着により積層して形成した色温度変換フィルタである。実施例２−１、２−２のサンプルは、いずれも図３に示した変形例の形態、すなわち板状基材のＬＥＤ光源側の面及び反対側の面の形状を部分球面形状とし、同じくＬＥＤ光源側の面に複数の光学薄膜層を真空蒸着により積層して形成した色温度変換フィルタである。比較例１−１〜１−３のサンプルは、いずれも平らな円板状の板状基材の同じくＬＥＤ光源側の面に複数の光学薄膜層を真空蒸着により積層して形成した従来からの色温度変換フィルタである。
【００３０】
各サンプルの板状基材の素材、厚み、周壁部の端部の外径φ、端部の中心部と頂部（中央部）とを結ぶ軸心方向に沿った頂部（中央部）と周壁部の端部との間の距離ｚ、２ｚ／φ、厚みについては、表１のとおり設定した。また、光学薄膜層の構成は、表２〜表４に示すＸ１〜Ｘ３の３種類とし、各サンプルに形成した光学薄膜層及び目標とする色温度変
換値は、同じく表１のとおり設定した。尚、表２〜表４の「層１」、「層２」・・は、光学薄膜層の蒸着順の番号（板状基材面に近い方から順に付した番号）である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
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【００３３】
【表３】
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【００３４】
【表４】
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【００３５】
（測定条件・測定方法）
放射スペクトル、色温度の測定は、図４に示すように、底面側のアルミニウム製のベース台に組み付けられたポリカーボネート製黒色鉢状の光源ホルダーの開口部に、サンプルを設置するとともに、該光源ホルダーの底面に露出したベース台に接するようにＬＥＤ光源としてのＬＥＤ素子（シチズン電子株式会社製  照明用ＬＥＤ ＣＬＵ７００）を設置し、直流安定化電源（菊水電子工業株式会社製  ＰＡＳ６０−６）を用いてＬＥＤ素子に１００ｍＡの定電流を印加し、そのまま１０分間静置した後、図５に示すように、光源ホルダーの開口部中心から軸方向に７５ｍｍ離れた位置であって、軸方向から０°ずれた軸上の位置（位置(1)）、１５°ずれた位置（位置(2)）、３０°ずれた位置（位置(3)）、４５°ずれた位置（位置(4)）の各位置に照度計（コニカミノルタ株式会社製  ＣＬ−５００Ａ）を受光窓が開口部中心を向くように配置して測定を行った。
【００３６】
（測定結果）
測定結果を図６〜図１０、及び表５に示す。
【００３７】
【表５】
2017125900.tif 000010
【００３８】
光学薄膜層の構成が同じＸ１である実施例１−１、実施例２−１、比較例１−１の「各
位置での放射スペクトル」のグラフを比較すると、図６の実施例１−１のグラフはほぼ全波長域で測定位置(1)〜(4)による光量のずれは小さく抑えられており、図９の実施例２−１のグラフもある一定の波長域を除いて光量のずれは小さく抑えられているのに対し、実施例１０の比較例１−１のグラフではほぼ全波長域で光量がずれていることが分かる。また、実施例２−１のグラフによれば一定の波長域で光量がずれているが、その量は０．１以下に抑えられているのに対し、比較例１−１では０．１５〜０．２程度ずれている波長域がある。
【００３９】
光学薄膜層の構成が同じＸ２である実施例１−２、実施例２−２、比較例１−２の「各位置での放射スペクトル」のグラフを比較しても、図７の実施例１−２、図９の実施例２−２のグラフは一定の波長域を除いて光量のずれは小さく抑えられており、一定領域についてもずれは０．１程度に抑えられているのに対し、図１０の比較例１−２のグラフではほぼ全波長域で光量がずれており、０．２〜０．３程度ずれているは波長域もある。
【００４０】
光学薄膜層の構成が同じＸ３である実施例１−３、比較例１−３の「各位置での放射ス
ペクトル」のグラフを比較しても、図８の実施例１−３のグラフはほぼ全波長域で測定位置(1)〜(4)による光量のずれは小さく抑えられているのに対し、図１０の比較例１−３のグラフによればほとんどの波長域で０．２程度大きく光量がずれている。
【００４１】
このように、本発明に係る実施例１−１〜２−２のサンプルは、比較例１−１〜１−３の従来からのサンプルに比べて測定位置による光量のずれが小さく抑えられ、色ムラを低減できることが分かる。また、実施例の中でも、円錐面形状の実施例１−１〜１−３は、部分球面形状の実施例２−１、２−２に比べて光量のずれがより小さく抑えられることが分かる。
【００４２】
また、光学薄膜層の構成が同じＸ１である実施例１−１、実施例２−１、比較例１−１
の表５の色温度を比較すると、実施例１−１は測定位置(1)〜(4)による色温度の値のずれは３７Ｋに抑えられており、実施例２−１も８６Ｋに抑えられているのに対し、比較例１−１では測定位置(1)〜(4)で色温度の値が１８３Ｋずれている。また、光学薄膜層の構成が同じＸ２である実施例１−２、実施例２−２、比較例１−２の表５の色温度を比較
すると、実施例１−２は測定位置(1)〜(4)による色温度の値のずれは１７９Ｋに抑えられており、実施例２−２も色温度の値のずれは１４０Ｋに抑えられているのに対し、比較例１−２では測定位置(1)〜(4)で色温度の値が２６７Ｋずれている。
【００４３】
また、光学薄膜層の構成が同じＸ３である実施例１−３、比較例１−３の表５の色温度
を比較すると、実施例１−３は測定位置(1)〜(4)による色温度の値のずれは４３Ｋに抑えられているのに対し、比較例１−３では測定位置(1)〜(4)で色温度が１８３Ｋずれている。このように、本発明に係る実施例１−１〜２−２のサンプルは、比較例１−１〜１−３の従来からのサンプルに比べて測定位置による色温度の違いが小さく抑えられ、色ムラを低減できることが分かる。
【００４４】
図１１〜図１３は、実施例１−１〜１−３、実施例２−１、２−２、比較例１−１〜１−３の各サンプルを取り付けた上記光源ホルダー及びベース台を壁際の同じ位置に置き、当該壁には、光源ホルダー開口部中心に対応する位置から放射状の目盛線が描かれた白色系の用紙を貼り付け、壁に照射された光を同じ側方位置から撮影した写真であり、各サンプルの色温度特性が反映された画像である。これら図１１〜１３からも、本発明に係る実施例１−１〜２−２のサンプルは、比較例１−１〜１−３の従来からのサンプルに比べて色ムラを低減できることが分かる。
【符号の説明】
【００４５】
１  色温度変換フィルタ
２  板状基材
２ａ  中央部
２ｂ  周壁部
２ｃ  鍔部
３  光学薄膜層
１０  ＬＥＤ照明
１１  ＬＥＤ光源
１２  軸
１３  筐体
２０，２１  面
２２  端部
２２ａ  中心部
１３０  端部
【図１】
2017125900.tif 000012
【図２】
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【図３】
2017125900.tif 000014
【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】
2017125900.tif 000021
【図１１】
2017125900.tif 000022
【図１２】
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【図１３】
2017125900.tif 000024