JP2019029084A - 屋外用照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複雑な光学設計を必要としない簡便な構成でありながら、照明領域の全体において、良好な視認性と均一な色調が得られる屋外用照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態の一例である道路灯１００は、相関色温度が５０００Ｋ〜６５００Ｋ、色偏差が±１０以内、暗所視における光束と明所視における光束との比率であるＳ／Ｐ比が２．０以上、式１により算出されるルーメン当量が３００ｌｍ／Ｗ以上である白色光を出射する光源３１０を備える。光源３１０は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの光を出射する固体発光素子３１３と、固体発光素子３１３から出射される光を吸収して上記白色光を放射する蛍光体３１７とを有する。
【選択図】図２
【解決手段】実施形態の一例である道路灯１００は、相関色温度が５０００Ｋ〜６５００Ｋ、色偏差が±１０以内、暗所視における光束と明所視における光束との比率であるＳ／Ｐ比が２．０以上、式１により算出されるルーメン当量が３００ｌｍ／Ｗ以上である白色光を出射する光源３１０を備える。光源３１０は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの光を出射する固体発光素子３１３と、固体発光素子３１３から出射される光を吸収して上記白色光を放射する蛍光体３１７とを有する。
【選択図】図２
Description
本開示は、屋外用照明装置に関する。
道路灯、車両用照明装置等の屋外用照明装置には、道路を通行する歩行者或いは通行車両の運転手等の視認性を確保することが要求される。ところで、人の視感度は、明所視と、暗所視と、薄明視とでそれぞれ異なっている。明所視（明るい環境下）では、錐体細胞の働きにより色の認識が可能である。暗所視（暗い環境下）では、錐体細胞が機能しないために色の認識はできないが、桿体細胞の働きによって視感度が向上する。
薄明視（薄暗い環境下）では、明所視と暗所視との中間の状態であって、錐体細胞及び桿体細胞の双方が機能する。人が薄明視となる明るさは、０．０１〜１０ｌｘ程度といわれており、これ以上の明るさの場合は明所視となり、これ以下の明るさの場合は暗所視となるといわれている。
なお、暗い環境下では、明るい環境下に対して視感度のピークは短波長側にシフトする。このような現象は、プルキンエ現象としてよく知られている。また、錐体細胞は網膜の中心側に数が多く、中心側から離れると数が極端に減少するのに対し、桿体細胞は網膜の中心側には存在せず、中心から離れると数が急激に増加する。そのため、薄明視において、通行車両の運転手は、道路の車道側を中心視によって視認し、かつ道路の歩道側を周辺視によって視認することが多い。
従来、上述のプルキンエ現象を利用した屋外用照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の照明装置は、車道に光を照射する車道側光源部と、歩道に光を照射する歩道側光源部とを備える。車道側光源部は、明所で活発に働く錐体細胞による視感度のピーク（５５５ｎｍ）に合わせた光を車道へ照射する。一方、歩道側光源部は、暗所で活発に働く桿体細胞による視感度のピーク（５０７ｎｍ）に合わせた光を歩道へ照射する。上述のように、運転手は、道路の歩道側を周辺視によって視認することが多いため、桿体細胞の視感度に合わせた光が歩道側へ照射されると、歩道側の視認性も向上する。
しかしながら、特許文献１に記載の照明装置では、車道側光源部及び歩道側光源部によって照射される光の色が異なるため、歩行者等が色斑を感じ易く違和感を覚えるといった問題が想定される。そこで、１種類の光源を用いて中心視及び周辺視の視認性を向上させるべく、青色光を出射する青色発光素子と、当該青色光の一部を吸収して波長変換する黄色蛍光体との組み合わせで白色光を照射する方法が考えられる。
この場合、特に歩行者が抱き易い車道側の白色光と歩道側の白色光の違いによる違和感を抑えることができる。しかし、このような光源から出射される白色光は、青色発光素子から出射される指向性の高い青色光と、蛍光体から全方位に放射される黄色光とで配向が異なるため、白色光が照射される範囲の外周部では比較的低色温度の白色光となる。このような白色光では、薄明視下において桿体細胞に作用することで周辺の視認性が向上するという効果が低減する。したがって、照明範囲であっても、通行車両の運転手にとって明るく見える範囲は限定的であったり、また照明範囲の外周部で白色光の色温度が低くならないようにするには灯具の光学設計が煩雑になるといった問題が想定される。
本開示の目的は、複雑な光学設計を必要としない簡便な構成でありながら、照明領域の全体で視認性が高く、かつ照明領域全体の色調が均一な屋外用照明装置を提供することである。
本開示の一態様である屋外用照明装置は、相関色温度が５０００Ｋ〜６５００Ｋ、色偏差が±１０以内、暗所視における光束と明所視における光束との比率であるＳ／Ｐ比が２．０以上、式１により算出されるルーメン当量が３００ｌｍ／Ｗ以上である白色光を出射する光源を備えた屋外用照明装置であって、
式中、Ｋは最大視感度（６８３ｌｍ／Ｗ）、Ｖ（λ）は標準視感度、Φe（λ）は照射分光分布であり、前記光源は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの光を出射する固体発光素子と、前記固体発光素子から出射される光を吸収して前記白色光を放射する蛍光体とを有することを特徴とする。
本開示の一態様である屋外用照明装置によれば、複雑な光学設計を必要としない簡便な構成でありながら、照明領域の全体において、良好な視認性と均一な色調が得られる。本開示の一態様である屋外用照明装置を道路灯に適用した場合、例えば夜間の街路空間、道路空間などの薄暗い環境下において、車道側、歩道側を含む照明領域の全体で良好な視認性が確保され、かつ色調が均一で違和感のない照明空間を実現できる。
以下、図面を参照しながら、本開示の屋外用照明装置の実施形態の一例について詳細に説明する。なお、以下で説明する複数の実施形態の各構成要素を選択的に組み合わせることは当初から想定されている。また、実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであるから、図面に描画された構成要素の寸法比率などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において、「数値Ａ〜数値Ｂ」との記載は、特に断らない限り「数値Ａ以上数値Ｂ以下」を意味する。
以下では、屋外用照明装置として、道路に設置される道路灯１００を例示する。道路灯１００は、例えば一般道路、工場、駐車場などで使用される。但し、本開示の屋外用照明装置は道路灯に限定されない。本開示の屋外用照明装置は、例えば自動車、二輪車等のヘッドライト、公園、駅の照明などに適用することもできる。
図１は、実施形態の一例である道路灯１００による光の照射面を示す図である。図１に例示するように、道路灯１００は、車道２１０と歩道２２０とを備える道路２００に白色光を照射するように設置される。道路灯１００は、柱状部材１１０によって道路２００の上方に支持される。図１に示すように、道路灯１００は、道路２００沿いに所定の間隔をあけて複数設置される。道路灯１００は、車道２１０及び歩道２２０の路面に光を照射し、特に照射面ＬＡを明るく照らす。
道路灯１００は、光源３１０によって、薄明視環境下における視認性が良好な白色光を出射する。また、道路灯１００は、車道２１０及び歩道２２０に均一な色調の白色光を照射する。道路灯１００は、例えば道路２００の路面から５ｍ〜１５ｍの高さに設置される。道路２００の路面において、白色光が照射される照射面ＬＡの平均水平面照度は、５ｌｘ以上に設定されることが好ましい。ここで、平均水平面照度とは、水平な面に照射される光の単位面積あたりの平均照度である。
道路灯１００によれば、光の照射範囲の薄明視環境下又は明所視環境下において、歩行者及び運転手にとって視認性の高い光が空間全体に照射される。また、道路灯１００の光が照明領域の全体に均一に照射されるので、歩行者及び運転手は、色斑を感じることがなく、違和感を覚えることがない。
道路灯１００から出射される光の広がり角度は、例えば平均水平面照度が５ｌｘ以上になるように設定されればよいが、好ましくは道路２００の幅方向よりも道路２００が延びる長手方向に広がるように設定される。この場合、均一で自然な白色光による違和感のない照明空間を実現することが容易になる。道路灯１００は、道路２００の長手方向に光が広がるように光学設計されたレンズを備えていてもよい。
図２は、道路灯１００の外観斜視図である。図３は、道路灯１００の内部構成を示す図であって、透光カバー１３０を取り外した状態を示す図である。図２及び図３に例示するように、道路灯１００は、筺体１２０と、透光カバー１３０と、発光部３００とを備える。また、道路灯１００は、光源３１０に電力を供給する電源ユニット１４０を備えていてもよい。電源ユニット１４０は、例えば商用電源の交流電力を直流電力に変換して光源３１０に出力する。なお、電源ユニット１４０は、道路灯１００に内蔵されてもよいし、道路灯１００とは別の場所に設置されてもよい。
筺体１２０は、発光部３００を収容し、収容された発光部３００を覆う透光カバー１３０を保持する。筺体１２０は、例えば金属材料を用いて形成されるが、樹脂材料等の他の材料を用いて形成されてもよい。筺体１２０は、光の利用効率を上げるために内面が光反射材で形成されてもよい。
透光カバー１３０は、発光部３００からの光を透過するカバー部材であり、筺体１２０に取り付けられている。透光カバー１３０は、例えばガラス、又はアクリル樹脂、ポリカーボネート等の透明な樹脂によって形成される。透光カバー１３０は、光拡散性を有していてもよく、道路２００が延びる長手方向に光が広がるように光学設計されたレンズの機能を有していてもよい。
発光部３００は、道路２００の路面に白色光を照射する。発光部３００は、マトリクス状に配置された複数の光源３１０によって構成されている。詳しくは後述するが、光源３１０は、固体発光素子と、当該発光素子から出射される光を波長変換する蛍光体とを有する。なお、発光部３００を構成する光源３１０の数、配置等は、特に限定されない。
図４は光源３１０の外観斜視図、図５は図４中のＡＡ線断面図である。図４及び図５に例示するように、光源３１０は、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）型の発光デバイスである。光源３１０は、薄明視環境下の中心視及び周辺視において、明るいと感じられる白色光を出射することができる。このため、光源３１０は、夜間等の周囲が暗い環境下で使用される道路灯に適している。なお、光源３１０の構造は特に限定されず、例えばＳＭＤモジュール、ＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ)モジュールのいずれであってもよい。
ここで、周辺視とは、例えば視角が１０度以上の視野の周辺部分を視認することを意味し、薄明視環境下或いは暗所視環境下を主たる活動環境とする。中心視とは、例えば視角が１０度未満程度の視野の中心部分を視認することを意味し、明所視環境下を主たる活動環境とする。
光源３１０は、相関色温度が５０００Ｋ〜６５００Ｋ、色偏差（Ｄｕｖ）が±１０以内、暗所視における光束と明所視における光束との比率であるＳ／Ｐ比が２．０以上、式１により算出されるルーメン当量が３００ｌｍ／Ｗ以上である白色光を出射する。
式中、Ｋは最大視感度（６８３ｌｍ／Ｗ）、Ｖ（λ）は標準視感度、Φe（λ）は照射分光分布である。
また、上記白色色の平均演色評価数（Ｒａ）は、８０以上であることが好ましい。Ｒａが８０以上であれば、色再現性が高く、例えば道路２００上、並びに道路２００の周辺に設置された標識などの色情報がより正確に認識でき、車両の色、歩行者の服の色などについても正確に把握できる。
また、上記白色色の平均演色評価数（Ｒａ）は、８０以上であることが好ましい。Ｒａが８０以上であれば、色再現性が高く、例えば道路２００上、並びに道路２００の周辺に設置された標識などの色情報がより正確に認識でき、車両の色、歩行者の服の色などについても正確に把握できる。
光源３１０は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの光を出射する固体発光素子３１３と、当該素子から出射される光の少なくとも一部を吸収して上記白色光を放射する蛍光体３１７とを有する。光源３１０を用いることで、複雑な光学設計を必要とすることなく、照明領域の全体において、錐体細胞及び稈体細胞のいずれにも作用する均一な白色光を照射することができる。このため、例えば夜間において、照明空間の全体で違和感がなく、中心視及び周辺視のいずれも明るく感じられる。
光源３１０は、凹部を有する容器３１１と、凹部内に封入された封止部材３１２とを有する。固体発光素子３１３は、容器３１１の凹部内に実装されている。固体発光素子３１３には、半導体レーザ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等が適用できる。固体発光素子３１３の好適な一例は、ＬＥＤチップである。容器３１１は、固体発光素子３１３及び封止部材３１２を収容する容器である。また、容器３１１は、固体発光素子３１３に電力を供給するための金属配線である電極３１４を有する。固体発光素子３１３と電極３１４とは、ボンディングワイヤ３１５によって電気的に接続される。
容器３１１は、例えばセラミック、金属、又は樹脂で構成される。容器３１１を構成するセラミックとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等が例示できる。金属としては、表面に絶縁膜が形成された、アルミニウム合金、鉄合金、銅合金等が例示できる。樹脂としては、ガラス繊維強化エポキシ樹脂等が例示できる。容器３１１には、光反射率が比較的高い材料（例えば、光反射率が９０％以上）が適用されてもよい。この場合、固体発光素子３１３が発する光を容器３１１の表面で反射させることができ、光源３１０の光取り出し効率が向上する。また、固体発光素子３１３が配置される容器３１１の内面は、光反射率を高めるように加工されていてもよい。
封止部材３１２は、固体発光素子３１３、ボンディングワイヤ３１５、及び電極３１４の少なくとも一部を封止する封止部材である。蛍光体３１７は、封止部材３１２に含まれていることが好適である。封止部材３１２は、例えば蛍光体３１７を含む透光性樹脂で構成される。当該透光性樹脂の一例としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が挙げられるが、透光性樹脂の組成は特に限定されない。
固体発光素子３１３には、発光ピーク波長が３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの紫色光を出射するＬＥＤチップが用いることが好適である。固体発光素子３１３を構成する紫色ＬＥＤチップは、発光ピーク波長が３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの範囲にある単一の光を出射する。固体発光素子３１３のピーク波長が４３０ｎｍを超えると、蛍光体３１７の吸収率が急激に低下するため、ピーク波長の上限値は４３０ｎｍとする必要がある。一方、ピーク波長が３８０ｎｍを下回ると、固体発光素子３１３の発光効率が大きく低下するため、ピーク波長の下限値は３８０ｎｍとする必要がある。
固体発光素子３１３のピーク波長は、４００ｎｍ〜４２０ｎｍが特に好ましい。ピーク波長が当該範囲内にあれば、固体発光素子３１３の発光効率が高く、また蛍光体の吸収率も高いので、光源３１０から高い光束が得られる。固体発光素子３１３の一例は、ＩｎＧａＮ系化合物半導体を用いた紫色ＬＥＤである。固体発光素子３１３から出射される光は封止部材３１２に含有された蛍光体３１７によって吸収されるが、その一部が封止部材３１２を透過する場合、道路灯１００は、特に波長４２０ｎｍ以下の光をカットする光学部材を備えることが好ましい。
上記光学部材には、例えば波長４２０ｎｍ以下の光をカットするロングパスフィルタを用いることができる。ロングパスフィルタには、波長４２０ｎｍ以下の光をカットでき、かつ波長４２０ｎｍを超える光の透過性が高いものが用いられる。ロングパスフィルタは、発光部３００の表面を覆うように取り付けることができる。波長４２０ｎｍ以下の光は虫を引き付け易いが、当該光学部材を用いて波長４２０ｎｍ以下の光をカットすることで、道路灯１００に虫が集まることを抑制できる。
光源３１０は、蛍光体３１７として、青色蛍光体３１７ｂと、緑色蛍光体３１７ｇと、赤色蛍光体３１７ｒとを含むことが好ましい。この場合、固体発光素子３１３から出射される紫色光が当該３種類の蛍光体を用いて白色光に変換される、即ち３種類の蛍光体から放射される光が混ざることにより白色光が得られる。光源３１０によれば、照明領域の全体において、良好な視認性と均一な色調が実現される。例えば、道路灯１００の直下の明所視環境だけでなく、照明面ＬＡの（図１参照）の周辺部においても自然な白色光によって均一で明るい照明空間が得られ、センターライン、横断歩道等の道路白線を含む各種標識の視認性が大きく向上する。
光源３１０から出射される白色光には、固体発光素子３１３の紫色光が含まれていてもよいが、固体発光素子３１３の光は視感度の低い光であるため、白色光の色味に影響を与えない。つまり、固体発光素子３１３の光が白色光に含まれていても、照明領域の全体において良好な視認性と均一な色調が得られる。
青色蛍光体３１７ｂは、発光ピーク波長は、特に限定されないが、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍが好ましく、発光ピークの半値における長波長側の波長λｈが４８０ｎｍ〜５００ｎｍである蛍光体が好ましい。ここで、発光ピークとは、発光スペクトルの最大のピークを意味し、発光ピークの半値とは、当該ピークの強度の５０％の強度を意味する。発光ピークの半値の波長のうち、短波長側の波長は特に限定されないが、長波長側の波長λｈは４８０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。この場合、高いＳ／Ｐ比が得られ、演色性も高い白色が得られる。
なお、発光波長が長波長になるに従い、Ｓ／Ｐ比は高くなる一方、Ｒａは低下する傾向にある。波長λｈが４８０ｎｍより短波長の場合、Ｓ／Ｐが低下して稈体細胞への作用が低下し易くなる。一方、波長λｈが５００ｎｍより長波長の場合、Ｒａが低下して色彩の見えが悪くなり易い。
青色蛍光体３１７ｂは、固体発光素子３１３の紫色光を吸収して、上記条件を満たす青色光を放射する蛍光体であればよい。青色蛍光体３１７ｂの例としては、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、Ｓｒ10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+等が挙げられる。
緑色蛍光体３１７ｇは、発光ピーク波長が５３０ｎｍ〜５５０ｎｍであり、かつスペクトル半値幅が５０ｎｍ以上である蛍光体が好ましい。発光ピーク波長及びスペクトル半値幅が当該範囲内であれば、高いＳ／Ｐ比と十分な光束が得られる。なお、緑色蛍光体３１７ｇの発光ピーク波長が長波長になるに従い、ルーメン当量は高くなる一方、Ｓ／Ｐ比は低下する傾向にある。例えば、発光ピーク波長が５３０ｎｍより短波長であれば、十分な光束を得られない場合がある。また、発光ピーク波長が５５０ｎｍより長波長であれば、十分なＳ／Ｐ比が得られない場合がある。
ここで、スペクトル半値幅（以下、単に「半値幅」とする）とは、発光スペクトルの最大ピークの強度の５０％の値における当該ピークの全幅を意味する。緑色蛍光体３１７ｇの発光ピークの半値幅が大きくなると、Ｒａは高くなる傾向にある。例えば、半値幅Ｒａが５０ｎｍより小さい場合、Ｒａが低下して色彩の見えが悪くなり易い。
緑色蛍光体３１７ｇは、固体発光素子３１３の紫色光を吸収して、上記の条件を満たす緑色光を放射する蛍光体であればよい。緑色蛍光体３１７ｇの例としては、βサイアロン蛍光体、ＣａＳｃ2Ｏ4：Ｅｕ2+、（Ｂａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、Ｍｎ2+、Ｂａ3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ2+、（Ｓｉ，Ａｌ）6（Ｏ，Ｎ）8：Ｅｕ2+等が挙げられる。
赤色蛍光体３１７ｒは、発光ピーク波長が６１０ｎｍ〜６２５ｎｍである蛍光体が好ましい。発光ピーク波長が当該範囲内であれば、十分な光束が得られ、演色性も高い白色光が得られる。なお、赤色蛍光体３１７ｒの発光ピーク波長が長波長になるに従い、Ｒａが高くなる一方、ルーメン当量は低下する傾向にある。例えば、発光ピーク波長が６１０ｎｍより短波長の場合、Ｒａが低下して色彩の見えが悪くなり易い。また、発光ピーク波長が６２５ｎｍより長波長であれば、十分な光束が得られない場合がある。
赤色蛍光体３１７ｒは、固体発光素子３１３の紫色光を吸収して、上記の条件を満たす赤色光を放射する蛍光体であればよい。赤色蛍光体３１７ｒの例としては、Ｅｕ3+賦活酸化物蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+、（Ｃａ，Ｓｒ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+等が挙げられる。
光源３１０から出射される白色光、即ち蛍光体３１７によって波長変換された白色光は、上述の通り、相関色温度が５０００Ｋ〜６５００Ｋ、Ｄｕｖが±１０以内、Ｓ／Ｐ比が２．０以上、上記式１により算出されるルーメン当量が３００ｌｍ／Ｗ以上である。当該白色光によれば、照明領域の全体を明るく照らすことができ、中心視、周辺視のいずれについても良好な視認性が得られる。また、当該白色光は、青味の少なく違和感のない自然な白色光である。
白色光の相関色温度を高くすると、道路２００上の白線、標識等の白字が白く際立って見え易くなるが、色温度を高くし過ぎると青味を帯びるため、色温度は５０００Ｋ〜６５００Ｋが好ましく、５２００Ｋ〜６０００Ｋがより好ましい。例えば、霧が発生し易い場所では、青色成分を低減することにより、照明光の散乱を抑制でき、霧発生時の視界を向上させることができる。また、Ｄｕｖが±１０の範囲を超えると、白色光が緑味又は赤味を帯びて違和感を覚え易くなる。Ｄｕｖは、好ましくは±５である。この場合、より自然な白色光が得られ、道路白線等の白が際立って見え易くなる。
ここで、色偏差とは、黒体軌跡上の色温度からの偏差である。Ｓ／Ｐ比（ＲＳＰ）は、例えばＶ（λ）を光源３１０の明所視における分光視感効率とし、Ｖ’（λ）を暗所視における分光視感効率とした場合、以下の式２に基づいて算出することができる。
なお、式２において、Ｋは明所視最大視感度（＝６８３ｌｍ／Ｗ）であり、Ｋ’は暗所視最大視感度（＝１６９９ｌｍ／Ｗ）であり、Φｅ（λ）は光源３１０の分光全放射束である。
白色光のＳ／Ｐ比は、高くするほど薄明視状態で明るく見える効果が高まるが、２．０以上であれば、その効果を実感できる。上記式１で算出されるルーメン当量は、等エネルギー当りの明所視での視認性を評価する指標であって、その値が高いほど、器具効率が高まり、少ない電力で中心視の明るさを確保できるが、３００ｌｍ／Ｗ以上であれば、中心視の明るさを十分に確保できる。
言い換えると、ルーメン当量が大きい光は、明所視において同じ光エネルギーあたりの視認性が高い、つまり錐体細胞が認識し易い光であると解釈される。さらには、ルーメン当量が大きい照明は、薄明視においても、錐体細胞が認識し易い照明であると解釈される。このため、光源３１０から発せられる光は、薄明視においても、錐体細胞が認識し易い光の割合が多い光となる。そのため、光源３１０から発せられる光は、薄明視において、運転手及び歩行者にとって中心視及び周辺視で明るく感じられるために光エネルギーの利用効率の良い光となる。
上述のように、光源３１０を備えた屋外用照明装置である道路灯１００によれば、複雑な光学設計が不要で簡便な構造でありながら、照明領域の全体において、良好な視認性と均一な色調が得られる。道路灯１００は、車道２１０と歩道２２０とで照らし分けることなく、中心視及び周辺視のいずれも明るく感じられる。通行車両の運転手にとっては、車道２１０の状況、道路２００脇の状況、及び歩道２２０にいる歩行者等の視認性が向上する。また、道路白線を含む各種標識の視認性が大きく向上する。歩行者にとっても、中心視で明るいと認識される白色光で周囲を照らされるため、中心視でとらえる足元の視認性が向上し、歩行の際の安全性が高まる。さらに、車道２１０と歩道２２０とで空間的に均一な白色光が照射され、色斑がなく色調が均一で違和感のない照明空間を実現できる。
道路灯１００等の屋外用照明装置に適用される光源は、光源３１０に限定されず、図６に例示する光源３１０Ａ、図７及び図８に例示する光源３１０Ｂなどであってもよい。
光源３１０では、封止部材３１２において複数種の蛍光体がランダムに分散した状態で存在しているが、各種蛍光体の配置はこれに限定されない。例えば、光源は、蛍光体として、第１蛍光体と、第１蛍光体よりも長波長の光を放射する第２蛍光体とを含み、第２蛍光体を第１蛍光体よりも固体発光素子に近接配置してもよい。複数種の蛍光体を混合して使用する場合、長波長側で発光する蛍光体（第２蛍光体）が、他の蛍光体（第１蛍光体）から放射される光を再吸収することが想定されるが、上記配置とすることで、かかる再吸収を抑制して発光効率を向上させることができる。
図６は、光源３１０Ａの一部を拡大して示す断面図である。図６に例示するように、光源３１０Ａは、３層構造を有する封止部材３１２Ａを備える点で、光源３１０と異なる。封止部材３１２Ａは、固体発光素子３１３側から順に、赤色蛍光体３１７ｒを含有する第１封止層３１２ｒと、緑色蛍光体３１７ｇを含有する第２封止層３１２ｇと、青色蛍光体３１７ｂを含有する第３封止層３１２ｂとを有する。当該３種類の蛍光体３１７の中で、赤色蛍光体３１７ｒが最も長波長の光を放射するため、赤色蛍光体３１７ｒを含む第１封止層３１２ｒを固体発光素子３１３に近接配置することで、上記再吸収を抑制して発光効率を高めることができる。
また、緑色蛍光体３１７ｇは、赤色蛍光体３１７ｒに次いで長波長の光を放射するため、緑色蛍光体３１７ｇを含む第２封止層３１２ｇは青色蛍光体３１７ｂを含む第３封止層３１２ｂよりも固体発光素子３１３側に配置することが好ましい。封止部材３１２Ａの各層を構成する透光性樹脂には、シリコーン樹脂など、互いに同種の樹脂を用いることができる。
図７は光源３１０Ｂの斜視図、図８は図７中のＢＢ線断面図である。図７及び図８に例示するように、光源３１０Ｂは、基板３１６と、基板３１６上に実装された固体発光素子３１３とを有する。基板３１６は、電極３１４が設けられた配線領域を有する基板である。基板３１６は、メタルベース基板、セラミック基板、樹脂基板等のいずれであってもよい。また、基板３１６には、光反射率が高い基板が適用されてもよい。光反射率の高い基板を用いることで、固体発光素子３１３の光を基板３１６の表面で反射させることができ、光源３１０Ｂの光取り出し効率が向上される。このような基板としては、例えばアルミナを基材とする白色セラミック基板が例示される。
光源３１０Ｂの封止部材３１２Ｂは、基板３１６上に曲率を有するようにドーム状に形成され、封止部材３１２Ｂの断面形状は略半円形状を呈する。ドーム状に形成された封止部材３１２Ｂは、レンズとして機能し、蛍光体３１７から放射された光を集光できる。なお、封止部材３１２Ｂの曲率を変更することで、光源３１０Ｂを備える道路灯から出射される白色光を所望の照射角度に調整できる。封止部材３１２Ｂを用いることで、例えば他にレンズ等を設けることなく、所望の照射範囲で道路２００を照らすことができる。
以下、本開示の屋外用照明装置を構成する光源から出射される白色光の発光スペクトルの例（実施例１，２）を示す。また、比較例１，２を併せて示す。
［実施例１］
図９は、実施例１の光源Ａの発光スペクトルを示す図である。光源Ａは、光源３１０と同様の構造を有し、波長４０５ｎｍに発光ピークを有するＬＥＤと、下記３種類の蛍光体とを有する。３種類の蛍光体は、封止部材を構成するシリコーン樹脂中に均一に分散している。
青色蛍光体；シリケート蛍光体 （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+
緑色蛍光体；βサイアロン蛍光体
赤色蛍光体；窒化物蛍光体 （Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+
各蛍光体は、相関色温度が５５００Ｋとなるように配合量を調整した。
図９は、実施例１の光源Ａの発光スペクトルを示す図である。光源Ａは、光源３１０と同様の構造を有し、波長４０５ｎｍに発光ピークを有するＬＥＤと、下記３種類の蛍光体とを有する。３種類の蛍光体は、封止部材を構成するシリコーン樹脂中に均一に分散している。
青色蛍光体；シリケート蛍光体 （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+
緑色蛍光体；βサイアロン蛍光体
赤色蛍光体；窒化物蛍光体 （Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+
各蛍光体は、相関色温度が５５００Ｋとなるように配合量を調整した。
光源Ａから出射される白色光のＤｕｖ、Ｒａ、Ｓ／Ｐ比、上記式１により算出されるルーメン当量は、下記の通りである。
Ｄｕｖ；０
Ｒａ；８７
Ｓ／Ｐ比；２．１
ルーメン当量；３００ｌｍ／Ｗ
Ｄｕｖ；０
Ｒａ；８７
Ｓ／Ｐ比；２．１
ルーメン当量；３００ｌｍ／Ｗ
［実施例２］
図１０は、実施例２の光源Ｂの発光スペクトルを示す図である。光源Ｂは、光源Ａと同じＬＥＤ、同じ構造を有する。光源Ｂの封止部材を構成するシリコーン樹脂中には、下記の蛍光体が均一に分散した状態で含有されている。
青色蛍光体；シリケート蛍光体 （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+
緑色蛍光体；βサイアロン蛍光体
赤色蛍光体；Ｅｕ3+賦活酸化物蛍光体 Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+
各蛍光体は、相関色温度が５５００Ｋとなるように配合量を調整した。
図１０は、実施例２の光源Ｂの発光スペクトルを示す図である。光源Ｂは、光源Ａと同じＬＥＤ、同じ構造を有する。光源Ｂの封止部材を構成するシリコーン樹脂中には、下記の蛍光体が均一に分散した状態で含有されている。
青色蛍光体；シリケート蛍光体 （Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+
緑色蛍光体；βサイアロン蛍光体
赤色蛍光体；Ｅｕ3+賦活酸化物蛍光体 Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+
各蛍光体は、相関色温度が５５００Ｋとなるように配合量を調整した。
光源Ｂから出射される白色光のＤｕｖ、Ｒａ、Ｓ／Ｐ比、上記式１により算出されるルーメン当量は、下記の通りである。
Ｄｕｖ；０
Ｒａ；９２
Ｓ／Ｐ比；２．２
ルーメン当量；３００ｌｍ／Ｗ
Ｄｕｖ；０
Ｒａ；９２
Ｓ／Ｐ比；２．２
ルーメン当量；３００ｌｍ／Ｗ
［比較例１］
図１１は、比較例１の光源Ｘの発光スペクトルを示す図である。光源Ｘは、光源３１０と同様の構造を有し、波長４５０ｎｍに発光ピークを有する青色ＬＥＤと、下記２種類の蛍光体とを有する。２種類の蛍光体は、封止部材を構成するシリコーン樹脂中に均一に分散している。
緑色蛍光体；Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+
赤色蛍光体；窒化物蛍光体 （Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+
各蛍光体は、相関色温度が６０００Ｋとなるように配合量を調整した。
図１１は、比較例１の光源Ｘの発光スペクトルを示す図である。光源Ｘは、光源３１０と同様の構造を有し、波長４５０ｎｍに発光ピークを有する青色ＬＥＤと、下記２種類の蛍光体とを有する。２種類の蛍光体は、封止部材を構成するシリコーン樹脂中に均一に分散している。
緑色蛍光体；Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+
赤色蛍光体；窒化物蛍光体 （Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+
各蛍光体は、相関色温度が６０００Ｋとなるように配合量を調整した。
光源Ｘから出射される白色光のＤｕｖ、Ｒａ、Ｓ／Ｐ比は、下記の通りである。
Ｄｕｖ；０
Ｒａ；８０
Ｓ／Ｐ比；２．２
Ｄｕｖ；０
Ｒａ；８０
Ｓ／Ｐ比；２．２
［比較例２］
図１２は、比較例２の光源Ｙの発光スペクトルを示す図である。光源Ｙは、光源３１０と同様の構造を有し、波長４８０ｎｍに発光ピークを有する青緑色ＬＥＤと、波長６３０ｎｍに発光ピークを有する赤色ＬＥＤと、下記の蛍光体とを有する。蛍光体は、封止部材を構成するシリコーン樹脂中に均一に分散している。
緑色蛍光体；Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+
蛍光体は、相関色温度が５５００Ｋとなるように配合量を調整した。
図１２は、比較例２の光源Ｙの発光スペクトルを示す図である。光源Ｙは、光源３１０と同様の構造を有し、波長４８０ｎｍに発光ピークを有する青緑色ＬＥＤと、波長６３０ｎｍに発光ピークを有する赤色ＬＥＤと、下記の蛍光体とを有する。蛍光体は、封止部材を構成するシリコーン樹脂中に均一に分散している。
緑色蛍光体；Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+
蛍光体は、相関色温度が５５００Ｋとなるように配合量を調整した。
光源Ｙから出射される白色光のＲａ、Ｓ／Ｐ比は、下記の通りである。
Ｒａ；５８
Ｓ／Ｐ比；２．９
Ｒａ；５８
Ｓ／Ｐ比；２．９
図９及び図１０の発光スペクトルを示す光源Ａ，Ｂを用いた屋外用照明装置によれば、薄明視環境下において、中心視、周辺視ともに明るく感じられ、照明領域の全体において色再現性が高く、良好な視認性と均一な色調が得られる。当該発光スペクトルには、波長４０５ｎｍをピークとするＬＥＤの光が現れているが、この光は視感度が低く白色光の色味に影響しない。
一方、図１１の発光スペクトルを示す光源Ｘを用いた屋外照明装置では、青色ＬＥＤの青色光と、当該青色光の一部を波長変換する蛍光体の緑色光及び赤色光との組み合わせで白色光が得られる。この場合、ＬＥＤから出射される指向性のある青色光と、蛍光体から全方位に放射される黄色光（緑色光＋赤色光）とで配光が異なるため、白色光が照射される範囲の外周部分における光が比較的低色温度の黄色光成分が多い白色光となる。このため、薄明視下において桿体細胞に作用度が低くなり、照射範囲の外周部分における視認性が低下する。したがって、例えば通行車両の運転手にとって明るく見える範囲が限定的であったり、またそのような白色光が歩道上に照射されないようにするためには照明器具の光学設計が複雑になる。
また、図１２の発光スペクトルを示す光源Ｙを用いた屋外照明装置では、光源Ｘを用いた場合と同様の課題がある。加えて、光源Ｙの白色光は、Ｒａが５８であることから、色再現性が低く、運転手及び歩行者は標識等の色を誤認する懸念がある。
１００ 道路灯、１１０ 柱状部材、１２０ 筺体、１３０ 透光カバー、１４０ 電源ユニット、２００ 道路、２１０ 車道、２２０ 歩道、３００ 発光部、３１０、３１０Ａ，３１０Ｂ 光源、３１１ 容器、３１２，３１２Ａ，３１２Ｂ 封止部材、３１２ｂ 第３封止層、３１２ｇ 第２封止層、３１２ｒ 第１封止層、３１３ 固体発光素子、３１４ 電極、３１５ ボンディングワイヤ、３１６ 基板、３１７ｂ 青色蛍光体、３１７ｇ 緑色蛍光体、３１７ｒ 赤色蛍光体、ＬＡ 照射面
Claims (6)
- 相関色温度が５０００Ｋ〜６５００Ｋ、
色偏差が±１０以内、
暗所視における光束と明所視における光束との比率であるＳ／Ｐ比が２．０以上、
式１により算出されるルーメン当量が３００ｌｍ／Ｗ以上である白色光を出射する光源を備えた屋外用照明装置であって、
前記光源は、
発光ピーク波長が３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの光を出射する固体発光素子と、
前記固体発光素子から出射される光を吸収して前記白色光を放射する蛍光体と、
を有する、屋外用照明装置。 - 前記白色光の平均演色評価数が、８０以上である、請求項１に記載の屋外用照明装置。
- 前記光源は、前記蛍光体として、
発光ピーク波長が４４０ｎｍ〜４８０ｎｍであり、発光ピーク強度の半値における長波長側の波長が４８０ｎｍ〜５００ｎｍである青色蛍光体と、
発光ピーク波長が５３０ｎｍ〜５５０ｎｍであり、スペクトル半値幅が５０ｎｍ以上である緑色蛍光体と、
発光ピーク波長が６１０ｎｍ〜６２５ｎｍである赤色蛍光体と、
を含む、請求項１又は２に記載の屋外用照明装置。 - 前記光源は、前記蛍光体として、第１蛍光体と、前記第１蛍光体よりも長波長の光を放射する第２蛍光体とを含み、
前記第２蛍光体は、前記第１蛍光体よりも前記固体発光素子に近接配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の屋外用照明装置。 - 波長４２０ｎｍ以下の光をカットする光学部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の屋外用照明装置。
- 前記光源は、路面から５ｍ〜１５ｍの高さに設置され、前記路面に前記白色光を照射する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の屋外用照明装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017144313A JP6861389B2 (ja) | 2017-07-26 | 2017-07-26 | 屋外用照明装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
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