JP2007207532A

JP2007207532A - 照明装置

Info

Publication number: JP2007207532A
Application number: JP2006023910A
Authority: JP
Inventors: Kiyoko Kawashima; 淨子川島; Ariyoshi Haniyuda; 有美羽生田; Atsuya Murata; 淳哉村田; Koichi Honda; 宏一本多
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】蛍光体粒子の劣化を抑制することが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１は、透明樹脂５１ａに蛍光体粒子５１ｂを含有させた蛍光体シート５１と、蛍光体シート５１の両方の主面５１ｃを覆う光透過部材５２と、蛍光体シート５１の側面５１ｄ側に配置されたシール部材５３とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、照明装置に関する。

発光ダイオードは、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末等のバックライト、屋内外広告等、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。さらに、発光ダイオードは長寿命で信頼性が高く、また低消費電力、耐衝撃性、高純度表示色、軽薄短小化の実現等の特徴を有することから、産業用のみならず一般照明用途への適用も試みられている。このような発光ダイオードを種々の用途に適用する場合、白色光を得ることが重要となる。

発光ダイオードで白色光を実現する代表的な方式としては、（１）赤、緑および青の各色を発する３つの発光ダイオードチップを使用する方式、（２）青色光を発する発光ダイオードチップと黄色ないし赤色光を発する蛍光体とを組み合わせる方式、（３）紫外線を発する発光ダイオードチップと赤色、緑色および青色の三色混合蛍光体とを組み合わせる方式の３つが挙げられる（例えば特許文献１，２参照）。

発光ダイオードの構造としては、表面実装型（ＳＭＤ）や砲弾型のようなカップ形状の中に発光ダイオードチップを配置し、所望の色を発する蛍光体粒子を混合した透明樹脂を流し込み、これを固化させて蛍光体粒子を含有する蛍光体層を形成した構造が一般的であるが、色ムラやカップ間の色差を低減させるために蛍光体層の代わりに蛍光体粒子を含有した蛍光体シートを配置することがある。

ところで、発光ダイオードを使用したスポットライトなどの舞台用照明装置においては、平均演色指数（Ｒａ）を向上させるために、白色光を発する発光ダイオードの中に、シアン色光、オレンジ色光、赤色光を発する発光ダイオードをそれぞれ混在させ、レンズで集光して混色している。

しかしながら、この場合においては、レンズで完全に集光しきれず、スクリーン上において色ムラが発生してしまう。また、光色が異なる種々の発光ダイオードを使用するため、回路が複雑となる。

これらの問題を解決するための手法としては、光路に上記したような蛍光体シートを配置することが提案されている。具体的には、例えば、発光ダイオードとして青色光を発するものを用いる場合には、緑色又は黄色発光蛍光体粒子を含有した蛍光体シート、或いは緑色又は黄色発光蛍光体粒子と赤色発光蛍光体粒子とを含有した蛍光体シートを光路に配置し、また発光ダイオードとして白色光を発するものを用いる場合には、赤色発光蛍光体粒子を含有する蛍光体シートを光路に配置する。

しかしながら、蛍光体シートに含有される蛍光体粒子が耐水性に優れていない場合、蛍光体粒子が大気中に含まれる水分を吸収し、例えば蛍光体粒子に含まれる硫黄成分が溶け出してしまう。このため、蛍光体粒子が劣化してしまい、光束維持率が低下し、また蛍光体粒子が変色してしまうことがある。
特開２００４−１７９６４４号公報特開２００５−９３８９８６号公報

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、本発明は、蛍光体粒子の劣化を抑制することが可能な照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、透明樹脂に蛍光体粒子を含有させた蛍光体シートと；前記蛍光体シートの両方の主面を覆う光透過部材と；前記蛍光体シートの側面側に配置されたシール部材と；を具備することを特徴とする照明装置である。

請求項２記載の発明は、前記シール部材が、前記光透過部材間の隙間を塞ぎ、３００００ｃｃ／ｃｍ^２・２４ｈ／ａｔｏｍ以下の酸素透過率を有する樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置である。ここで、酸素透過率が３００００ｃｃ／ｃｍ^２・２４ｈ／ａｔｏｍ以下としたのは、酸素透過率がこの数値を超えると、効果が少なく、特に密閉度の高い高温多湿下での劣化を抑制できないからである。

請求項３記載の発明は、前記樹脂が、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２記載の照明装置である。

請求項４記載の発明は、前記シール部材が、前記蛍光体シートの側面から離間していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置である。

請求項５記載の発明は、発光素子をさらに備え、前記蛍光体粒子が前記発光素子から放射される光により励起されて可視光を発することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置である。

請求項１記載の発明によれば、蛍光体シートの両方の主面を光透過部材で覆っているので、蛍光体シートの主面側において大気中の水分が蛍光体粒子に接触することを抑制することができる。また、蛍光体シートの側面側にシール部材が配置されているので、蛍光体シートの側面側において大気中の水分が蛍光体粒子に接触することを抑制することができる。これにより、蛍光体粒子の劣化を抑制することができる。

請求項２記載の発明によれば、光透過部材間の隙間を３００００ｃｃ／ｃｍ^２・２４ｈ／ａｔｏｍ以下の酸素透過性を有する樹脂から構成されたシール部材で塞いでいるので、光透過部材間の隙間から大気中の水分が入り込むことを抑制することができ、蛍光体シートの側面側において大気中の水分が蛍光体粒子に接触することを抑制することができる。これにより、蛍光体粒子の劣化を良好に抑制することができる。

請求項３記載の発明によれば、エポキシ樹脂は優れた耐水性を有しているので、蛍光体粒子の劣化をより抑制することができる。

請求項４記載の発明によれば、シール部材が蛍光体シートの側面から離間しているので、照明装置の点灯熱による熱膨張により蛍光体シートの主面に沿った方向に蛍光体シートが延伸しても、シール部材の破損を抑制することができる。また、熱膨張による蛍光体シートの膜厚変化を光透過部材で抑制することができるので、色変化を抑制することができる。

以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る照明装置の模式的な概略構成図であり、図２は本実施の形態に係る照明装置の模式的な正面図であり、図３は本実施の形態に係る光変換部の模式的な縦断面図である。図４は本実施の形態に係る他の光変換部の模式的な縦断面図であり、図５は本実施の形態に係る照明装置の動作状態を示す模式図である。

図１〜図５に示される照明装置１は、舞台照明やスポットライト等に好適な照明装置であり、器具本体２を備えている。器具本体２は例えば金属製の角筒状箱体で形成されており、器具本体２の内部には発光部３、アパーチャ部４、光変換部５、固定部材６、および光制御部としての投射レンズ７を収容している。

発光部３は、青色光を放射する複数の発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）３１を有し、これらの発光ダイオード３１から放射された青色光が所定の方向に照射するように配列されている。なお、発光ダイオード３１は、青色光を放射するものに限らず、他の光色を放射するものであってもよい。発光ダイオード３１としては、表面実装型（ＳＭＤ）や砲弾型のもの、或いは光出力が相対的に大きい高出力パワー発光ダイオードを使用することができる。

また、各発光ダイオード３１には、その青色光照射方向に拡散シート３２を配置してもよい。これにより、発光ダイオード３１からの青色光を均等にアパーチャ部４の方向を照射することができる。ただし、拡散シート３２を配設すると、発光ダイオード３１からの光束が低下するので、高出力型パワー発光ダイオードと組み合わせて使用することが好ましい。

アパーチャ部４は、発光ダイオード３１の青色光が照射する所定の方向に設けた隔壁４１に、アパーチャ４２を形成している。複数の発光ダイオード３１は、アパーチャ４２が位置する領域で照射された青色光が混光されるようにアパーチャ４２の中心に向けて光を照射するように配列されている。

アパーチャ部４は、発光部３に設けた複数個の発光ダイオード３１の青色光のうち、アパーチャ４２の領域外にある均質でない光を遮断し、アパーチャ４２を介して、例えば、投射レンズ７に向けて発光ダイオード３１の光を放射させる。なお、アパーチャ４２の開口面積を可変に構成して、上記均質でない光を擬似光源とみなすこともできる。

このように、発光部３に設けた複数個の発光ダイオード３１の青色光ビームが集光する所定の位置に、アパーチャ４２が位置するようにアパーチャ部４を設けているため、このアパーチャ４２を擬似光源とみなすことができる。

光変換部５は、図３に示されるように透明樹脂５１ａに蛍光体粒子５１ｂを含有させた蛍光体シート５１と、蛍光体シート５１の両方の主面５１ｃを覆う光透過部材５２と、蛍光体シート５１の側面５１ｄ側に配置され、光透過部材５２間の隙間を塞ぐシール部材５３とから構成されている。

透明樹脂５１ａとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。蛍光体粒子５１ｂは、発光ダイオード３１から発せられた光により励起されて可視光を発し、この蛍光体粒子５１ｂから発光される可視光と発光ダイオード３１から放射される光との混色によって白色光が得られるものであればよい。

蛍光体粒子５１ｂは、主として緑色又は黄色発光蛍光体から構成されている。緑色発光蛍光体は発光ダイオード３１から発せられた青色光により励起されて緑色光を発するものであり、黄色発光蛍光体は発光ダイオード３１から発せられた青色光により励起されて黄色光を発するものである。また、演色性等の向上を図るために、緑色又は黄色発光蛍光体と共に赤色蛍光発光体を併用してもよい。

緑色又は黄色発光蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ等の硫化物蛍光体、ＲＥ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＲＥはＹ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。）等のＹＡＧ蛍光体、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ（ＡＥはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等のアルカリ土類元素である。）等の珪酸塩蛍光体、ｎ−ＵＶＬＥＤＢＧＲ、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、サイアロン、有機蛍光体等を用いることができる。

蛍光体シート５１は、発光ダイオード３１から所望の光量を得る上で、透明樹脂５１ａに対して蛍光体粒子５１ｂを５〜２０質量％、好ましくは１０〜１５質量％添加、混合した後、シート状に形成されている。

光透過部材５２は、図３においては平板状の２枚の光透過部材５２が図示されているが、図４に示されるように側面に開口５２ａを有する箱型の光透過部材５２を使用してもよい。この場合、箱型の光透過部材５２の中に蛍光体シート５１を入れて、開口５２ａをシール部材５３により塞ぐ。

光透過部材５２は、光を透過させるものであれば、特に限定されない。光透過部材５２としては、例えば、ガラス、及び透明樹脂等を用いることができる。なお、この中でもガラスは耐水性及び光透過性に優れていることからガラスを使用することが好ましい。また、光透過部材５２の表面を荒らした場合には、拡散シートとしての機能をも有する。

シール部材５３は、３００００ｃｃ／ｃｍ^２・２４ｈ／ａｔｏｍ以下の酸素透過率を有する樹脂から構成されている。このような樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂（酸素透過率：１０ｃｃ／ｃｍ^２・２４ｈ／ａｔｏｍ）、アクリル樹脂（酸素透過率：１５０ｃｃ／ｃｍ^２・２４ｈ／ａｔｏｍ）、及びポリカーボネート（酸素透過率：１８００ｃｃ／ｃｍ^２・２４ｈ／ａｔｏｍ）等が挙げられる。

シール部材５３は、蛍光体シート５１の全ての側面５１ｄを覆うように設けられている。なお、シール部材５３は、必ずしも蛍光体シート５１の全ての側面５１ｄを覆うように設けられている必要はない。例えば、図４に示されるように蛍光体シート５１の側面５１ｄの一部が光透過部材５２により覆われている場合には、シール部材５３は蛍光体シート５１の光透過部材５２で覆われていない側面５１ｄを覆っていればよい。

シール部材５３は、蛍光体シート５１の側面５１ｄから離間している。即ち、シール部材５３と蛍光体シート５１の側面５１ｄとの間には隙間が存在している。なお、大気中に存在している水分により蛍光体粒子５１ｂが劣化することを考慮すると、この隙間に存在している空気等を脱気することが望ましい。

固定部材６は、光変換部５を所定の位置に固定するものであり、光変換部５の外周縁部に取り付けられている。固定部材６は、光透過部材５２を両側から挟持して、固定するものである。この固定部材６を設けることにより、光変換部５を所定の位置に固定することができるとともに蛍光体シート５１の主面５１ｃと光透過部材５２とを密着させることができる。なお、固定部材６は、光透過部材５２を両側から挟持するものでなくともよい。

投射レンズ７は、光変換部５からの白色光を例えばスクリーン等の被照射面Ｓを照射する面積等を制御する。なお、投射レンズ７は球面レンズや平坦状レンズで構成することができる。本実施の形態では、１個のフレネルレンズを用いた場合を示している。

器具本体２には、投射レンズ７とアパーチャ４２、又は発光部３との距離を相対的に可変する移動機構（図示せず）が設けられている。この移動機構は、光源フォーカスハンドル８とレンズフォーカスハンドル９とを含み、これらハンドル８，９を操作し、発光部３と投射レンズ７との離間間隔を相対的に変動させることにより、スクリーン等の被照射面Ｓでの被照射面積を変化させ、また光量が変化するように構成されている。

投射レンズ７側の器具本体２の前面には、その四辺に、複数枚のバンドア１０が設けられており、これらバンドア１０の開閉角を適宜調節することにより、投射レンズ７からの光の照射範囲を所望範囲に遮光し、調節することができる。

器具本体２の下部には点灯装置収納部１１が配置されており、点灯装置収納部１１には発光ダイオード３１に所望の点灯電力を供給する点灯装置１２が収納されている。この点灯装置１２は、供給される商用電源を発光ダイオードに適合した低ワット（Ｗ）の直流に変換し、また、外部から出力されたＤＭＸ信号等の調光信号に応じて、発光ダイオード３１から放射される青色光の強度を調節して白色光を得ることができるように構成されている。

本実施の形態では、蛍光体シート５１の両方の主面５１ｃを光透過部材５２で覆っているので、蛍光体シート５１の主面５１ｃ側において大気中の水分が蛍光体粒子５１ｂに接触することを抑制することができる。さらに、光透過部材５２間の隙間を３００００ｃｃ／ｃｍ^２・２４ｈ／ａｔｏｍ以下の酸素透過性を有する樹脂から構成されたシール部材５３で塞いでいるので、光透過部材５２間の隙間から大気中の水分が入り込むことを抑制することができ、蛍光体シート５１の側面５１ｄ側において大気中の水分が蛍光体粒子５１ｂに接触することを抑制することができる。これにより、蛍光体粒子５１ｂの劣化を抑制することができる。なお、ガラスで蛍光体シート５１全体を覆うことも考えられるが、この場合には、ガラスを溶融させる必要があるため、蛍光体シート５１がガラス溶融時の熱に耐えられず、劣化してしまうおそれがある。また、エポキシ樹脂は耐水性に優れているので、透明樹脂５１ａとしてエポキシ樹脂を用いた場合には、蛍光体シート５１の耐水性を向上させることができるが、この場合であっても、光透過部材５２及びシール部材５３を設けなければ、蛍光体シート５１の表面に露出している蛍光体粒子５１ｂは劣化してしまう。

蛍光体シート５１は、発光ダイオード３１から発せられる青色光の照射により、蛍光体シート５１の温度が上昇するため、熱膨張する。ここで、光変換部５の外周縁部が固定部材６により挟持されている場合においては、蛍光体シート５１は、熱膨張により蛍光体シート５１の主面５１ｃに沿った方向に延伸するため、蛍光体シート５１の側面５１ｄとシール部材５３とが密着していると、シール部材５３が破損してしまうおそれがある。これに対し、本実施の形態では、蛍光体シート５１とシール部材５３との間の隙間が存在しているので、熱膨張により蛍光体シート５１の主面５１ｃに沿った方向に蛍光体シート５１が延伸しても、シール部材５３が破損し難い。また、熱膨張による蛍光体シート５１の膜厚変化を光透過部材５２で抑制することができるので、色変化を抑制することができる。

光変換部５の外周縁部が固定部材６により挟持されていない場合においては、蛍光体シート５１は、熱膨張により蛍光体シート５１の主面５１ｃに沿った方向のみならず厚さ方向にも延伸するが、蛍光体シート５１が冷えて収縮すると、蛍光体シート５１と光透過部材５２との間に隙間が生じてしまい、光の屈折により所望の配光が得られないおそれがある。これに対し、本実施の形態では、光透過部材５２間にシール部材５３を配置しているので、シール部材５３が蛍光体シート５１の熱膨張及び収縮に対して追従して伸縮する。これにより、蛍光体シート５１と光透過部材５２との間に隙間が生じ難く、所望の配光を得ることができる。

（実施例１及び比較例１，２）
以下、実施例１及び比較例１，２について説明する。実施例１及び比較例１，２においては、異なる光変換部をそれぞれ作製して、初期に対する５００時間後の光束維持率と、蛍光体粒子の変色度合いを調べた。

実施例１で使用した光変換部は、上記実施の形態で説明したものと同様の構造のものであった。即ち、蛍光体シートの他、光透過部材及びシール部材が設けられているものであった。蛍光体シートとしては、シリコーン樹脂に緑色発光蛍光体としてＺｎＳ：Ｅｕを１５質量％含有させたものを使用し、光透過部材としては、肉厚１ｍｍのソーダ石灰ガラスを使用した。また、シール部材としては、エポキシ樹脂を使用した。

比較例１で使用した光変換部は、蛍光体シートのみのもので、光透過部材もシール部材も設けられていないものであった。また、比較例２で使用した光変換部は、蛍光体の他、光透過部材は設けられているが、シール部材は設けられていないものであった。比較例１，２の蛍光体シートとしては、実施例１と同様のものを使用し、比較例２の光透過部材としては、実施例１と同様のものを使用した。

そして、このような実施例１及び比較例１，２の光変換部に対して、高温・高湿試験を行い、初期に対する５００時間後の光束維持率と、蛍光体粒子の変色度合いを調べた。高温・高湿試験は、８５℃の温度かつ８５％の湿度に維持された試験室内にそれぞれ光変換部を配置することにより行われた。また、効率変化は、ゴニオ法で測定した。

以下、結果について述べる。

表１に示されるように、比較例１，２における光束維持率は低く、また変色しているもの蛍光体粒子が多かった。これに対し、実施例１における光束維持率は高く、また蛍光体粒子は変色していなかった。こられの結果から、光透過部材とこのようなシール部材を設けることにより、蛍光体粒子の劣化を抑制できることが確認された。

（実施例２及び比較例３，４）
以下、実施例２及び比較例３，４について説明する。実施例２及び比較例３，４においては、異なる光変換部を作製して、初期に対する５００時間後の光束維持率と、蛍光体粒子の変色度合いを調べた。

実施例２で使用した光変換部は、上記実施の形態で説明したものと同様の構造のものであった。即ち、蛍光体シートの他、光透過部材及びシール部材が設けられているものであった。蛍光体シートとしては、シリコーンに赤色発光蛍光体として有機蛍光体を含有させたものを使用し、光透過部材としては、肉厚１ｍｍのソーダ石灰ガラスを使用した。また、シール部材としては、エポキシ樹脂を使用した。

比較例３で使用した光変換部は、蛍光体シートのみのもので、光透過部材もシール部材も設けられていないものであった。また、比較例４で使用した光変換部は、蛍光体の他、光透過部材は設けられているが、シール部材は設けられていないものであった。比較例３，４の蛍光体シートとしては、実施例２と同様のものを使用し、比較例４の光透過部材としては、実施例２と同様のものを使用した。

そして、このような実施例２及び比較例３，４の光変換部に対して、高温・高湿試験を行い、初期に対する５００時間後の光束維持率と、蛍光体粒子の変色度合いを調べた。高温・高湿試験は、８５℃の温度かつ８５％の湿度に維持された試験室内にそれぞれ光変換部を配置することにより行われた。また、効率変化は、ゴニオ法で測定した。

以下、結果について述べる。

表２に示されるように、比較例３，４における光束維持率は低く、また蛍光体粒子は変色しているものが多かった。これに対し、実施例２における光束維持率は高く、また蛍光体粒子は変色していなかった。こられの結果から、光透過部材とこのようなシール部材を設けることにより、蛍光体粒子の劣化を抑制できることが確認された。

本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施の形態に係る照明装置の模式的な概略構成図である。実施の形態に係る照明装置の模式的な正面図である。実施の形態に係る光変換部の模式的な縦断面図である。実施の形態に係る他の光変換部の模式的な縦断面図である。実施の形態に係る照明装置の動作状態を示す模式図である。

符号の説明

１…照明装置、３１…発光ダイオード、５…光変換部、５１…蛍光体シート、５１ａ…透明樹脂、５１ｂ…蛍光体粒子、５１ｃ…主面、５１ｄ…側面、５２…光透過部材、５３…シール部材。

Claims

透明樹脂に蛍光体粒子を含有させた蛍光体シートと；
前記蛍光体シートの両方の主面を覆う光透過部材と；
前記蛍光体シートの側面側に配置されたシール部材と；
を具備することを特徴とする照明装置。
前記シール部材は、前記光透過部材間の隙間を塞ぎ、３００００ｃｃ／ｃｍ^２・２４ｈ／ａｔｏｍ以下の酸素透過率を有する樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
前記シール部材は、前記蛍光体シートの側面から離間していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
発光素子をさらに備え、前記蛍光体粒子は前記発光素子から放射される光により励起されて可視光を発することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。