照明装置技术领域
本公开内容涉及具有发光二极管(LED)作为光源的照明装置，并且
更具体地涉及用于在相关色温为4500K或更低的低色温环境下改进文字的
易读性的技术。
背景技术
按惯例，照明装置的开发具有忠实地再现要被照明的目标对象的原有
颜色的目的。具体而言，可以认为所见的各种目标对象的颜色越靠近标准
光下看到的颜色越好。这使得有可能通过使用平均显色指数来客观地评估
照明装置。
然而，平均显色指数不一定足以作为用于评估纸上书写的文字的外观
的指标。因此，作为根据文字的外观与白色感之间的关系而定量地需要纸
的白色感的指标，使用了通过使用CIE1997临时颜色外观模型(简单版本)
的计算方法而得到的色度值。对于用受控色度值来照射光的照明装置，已
知存在使用LED光源的照明装置，该LED光源照射相关色温为5400K到7000
K的光(例如，见日本未经审查专利申请No.2014-75186)。
然而，当上述照明装置在低色温环境下被用作任务灯时，由于在任务
灯光与外围(环境的)灯光之间的相关色温存在较大差异，使用者可能感
觉到不适感。
发明内容
鉴于上述情况，本公开内容提供了一种照明装置，所述照明装置可以
照射使使用者几乎不会感觉到不适感并且容易阅读文字的照明光。
根据本发明的一方面，提供了照明装置，其包括光源单元，所述光源
单元被配置为照射相关色温在2600K与4500K之间、色度偏差Duv在-1.6
与-12之间、并且平均显色指数Ra为80或更大的光。
根据本公开内容，照明光具有低的相关色温，并且具有使在其上书写
文字的纸看起来是白色的效果。因此，当在低的色温环境下使用照明装置
时，照明装置可以照射使用者几乎不会感觉到不适感并且容易阅读文字的
照明光。
附图说明
附图仅通过示例的方式而非限制的方式描绘了根据本发明的教导的一
种或多种实施方式。在附图中，类似的附图标记指代相同或相似的元件。
图1是根据实施例的照明装置的透视图。
图2A是包括在照明装置中的光源单元的顶视图，并且图2B是图2A的沿
着线2B-2B所截取的截面视图。
图3是示出在具有各种相关色温的任务灯光下的色度偏差Duv与纸的色
调之间的关系的视图。
图4A至4E是示出在具有各种相关色温的任务灯光下的对易读性、纸的
白度、和偏好的评估的结果的视图。
图5是示出在xy色度图中的纸的颜色与易读性等之间的关系的视图。
图6是示出在具有各种相关色温和照度的光下的实验对象的平均瞳孔
直径的视图。
图7是示出内在光敏性视网膜神经节细胞(ipRGC)的光谱灵敏度曲线
的视图。
图8是具有各种相关色温的光的光谱分布图。
图9是示出ipRGC刺激水平与平均瞳孔直径之间的关系的视图。
图10是示出相关色温与ipRGC刺激水平之间的关系的视图。
图11是由模拟得到的光(3个峰值波长)的光谱分布图。
图12是示出Ra和波段在380与590nm之间的光的光能与可见光波段中
的光的光能之比之间的关系的视图。
图13是由模拟得到的光(4个峰值波长)的光谱分布图。
图14是示出Ra和波段在380与590nm之间的光的光能与可见光波段中
的光的光能之比之间的关系的视图。
图15是由基于实际荧光物质的模拟所得到的光的光谱分布图。
图16是被添加有峰值波长为480nm的蓝光的来自通用LED的白光的光
谱分布图。
图17是通过将通用白色LED与具有大约580nm的波长处的吸收带的滤
波器组合而得到的光的光谱分布图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对根据实施例的照明装置进行描述。如图1中
所示，照明装置1例如是在书桌等上使用的独立的灯。照明装置1包括：
发出光的平板形状的灯装置2；支撑可移动的灯装置2的臂3；以及底座4，
其轴向支撑臂3并且被放置在书桌等上。灯装置2具有发出光的发光表面、
以及光源单元5。
如图2A和2B中所示，光源单元5包括：布线基板6；安装在布线基
板6的一个表面上的多个LED7；包封LED7的透光构件8；以及分散在透
光构件8中以转换光的波长的荧光物质9。
LED7包括例如基于氮化镓的LED和发出蓝光的蓝色LED。蓝光的主
要峰值波长在例如380与500nm之间的波段内。透光构件8例如由硅树脂
构成。在图2A和2B中所示的示例中，所有LED7都被包封，但是可以仅
包封LED7的一部分。荧光物质9由通过蓝光激发的青色荧光物质、绿/黄
色荧光物质、以及红色荧光物质中的至少两种荧光物质形成。
青色荧光物质将来自LED7的蓝光转换成主要峰值波长在470与500
nm之间的波段内的青色光。绿/黄色荧光物质将来自LED7的蓝光转换成
主要峰值波长在500与595nm之间的波段内的绿色至黄色光。通常，绿色
荧光物质发出主要峰值波长在500与545nm之间的波段内的光。黄色荧光
物质发出主要峰值波长在545与595nm之间的波段内的光。然而，荧光物
质之间存在大的特性差异。此外，尽管荧光物质根据成分方案而被分类为
黄色荧光物质，但是其可以根据辐射光波长而被分类为绿色荧光物质，反
之亦然。
因此，难以明确地区分绿色荧光物质与黄色荧光物质。为此，在本公
开内容中，绿色荧光物质与黄色荧光物质彼此没有被明确区分，以使两种
荧光物质被指示为“绿/黄色荧光物质”。红色荧光物质将来自蓝色LED的
蓝光和来自绿/黄荧光物质的绿色至黄色光的至少其中之一转换成主要峰值
波长在600与650nm之间的波段内的红光。
例如，青色荧光物质和绿色荧光物质由Y3Al5O12:Ce3+、Tb3Al5O12:Ce3+、
BaY2SiAl4O12:Ce3+、Ca3Sc2Si3O12:Ce3+、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+、CaSc2O4:Ce3+、
Ba3Si6O12N2:Eu2+、β-SiAlON:Eu2+、或SrGa2S4:Eu2+构成。例如，黄色荧光物
质由(Y,Gd)3Al5O12:Ce3+、Y3Al5O12:Ce3+、Pr3+、(Tb,Gd)3Al5O12:Ce3+、(Sr,
Ba)2SiO4:Eu2+、(Sr,Ca)2SiO4:Eu2+、CaSi2O2N2:Eu2+、Ca-α-SiAlON:Eu2+、
Y2Si4N6C:Ce3+、或CaGa2S4:Eu2+构成。例如,红色荧光物质由
Ca-α-SiAlON:Eu2+、CaAlSiN3:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、Sr2Si5N8:Eu2+、Sr2(Si,
Al)5(N,O)8:Eu2+、CaS:Eu2+、或La2O2S:Eu3+构成。
在测试中，具有4500K或更低的低相关色温的光从按照上文进行配置
的照明装置1进行照射，并且可以验证根据如何控制色度偏差Duv来识别
在纸上书写的文字是多么容易。
在该测试中，以500lx的照度以及3000K、3500K、4000K、5000K、
和6200K的相关色温中的每一个来照射参考光和测试光。在每个条件下，
文字的易读性由实验对象来验证。针对相关色温中的每一个将参考光的Duv
设置为0。在相关色温等于或小于4000K的情况下，测试光的Duv被设置
为3、-3、-6、-9、-12和-15，并且在相关色温等于或大于5000K的情况下，
测试光的Duv被设置为6、3、-3、-6、-9和-12。这种参考光和测试光是通
过将氙灯与液晶滤波器组合并且使用液晶滤波器来调整从氙灯照射的光的
光学特性而产生的。由实验对象阅读的文字是从MNREAD视力表
(MNREAD-J)中引用的30个字母并且以7个点的大小被印刷在常见普通
复印纸的中心。实验对象是年龄在24岁到51岁的12名男性和女性。
在测试中，使实验对象在他们适应参考光3分钟之后在参考光下阅读
文字5秒钟，并且随后使实验对象在他们适应测试光40秒钟之后在测试光
下阅读文字5秒钟。以这种方式对易读性进行评估。在执行上述初始评估
之后，使实验对象适应参考光40秒钟并且在参考光下阅读文字10秒钟，
并且随后，使实验对象适应测试光40秒钟并且在测试光下阅读文字5秒钟。
重复初始评估后的这些过程。执行评估作为包括颜色命名法(绝对评估法)
和量值评估法(相对效应法)的实验对象评估。在颜色命名法中，通过由
“白度”和“色调”来区分其上书写文字的纸的外观来在测试光下对易读
性进行评估。在量值评估法中，在一对的基础上对参考光下的文字和测试
光下的文字进行对比。
在颜色命名法中，实验对象在参考光和测试光下通过“白度”和“色
调”对纸的外观进行区分，以使“白度”和“色调”的比值的总和变为100。
此后，如果感觉到了色调，那么在以下两者之间选择颜色：“黄色至绿色”
与“红紫色至蓝紫色”。当选择“黄色至绿色”时，色调的数值被设置为正
数，并且当选择“红紫色至蓝紫色”时，色调的数值被设置为负数。
作为结果，如图3中所示，已经发现，当参考光和测试光两者的相关
色温都为3000K时，如果光的Duv被设置为-3，那么色调变为0，以使实
验对象将纸识别为白色。还发现，如果光的Duv被设置为大于-3，则黄绿
色的色调增强；并且相比之下，如果光的Duv被设置为小于-3，则红蓝紫
色的色调增强。在其它相关色温上观察到了相似的变化趋势。然而，随着
相关色温变得更低，色调的变化宽度更加增大并且由Duv产生的白色色调
的影响变得更强。
此外，已经发现，当参考光和测试光两者的相关色温都为3500K、4000
K、5000K和6200K时，如果Duv被分别设置为-3、1.6、0、0，则色调变
为0。像这样，色调为0时的Duv根据相关色温而变化。
在另一方面，在量值评估法中，在参考光下的文字的易读性的程度被
设置为100。如果测试光下的文字比参考光下的文字更加易读，那么将“易
读性”评估为大于100的数值，并且如果测试光下的文字没有参考光下的
文字易读，那么将“易读性”评估为小于100的数值。在参考光和测试光
下，以相似的方式对纸的“白度”和纸外观的“偏好”进行评估。
作为结果，如图4A中所示，当参考光和测试光两者的相关色温都为
3000K时，“易读性”在Duv-9(由圆圈指示)处最高，并且Duv为-9的
情况与Duv为-3、-6、和-12的情况(由点指示)之间不存在显著的差异。
此外，纸的“白度”与纸外观的“偏好”在Duv-6处最高，并且在Duv为
-6的情况与Duv为-3、-9、和-12的情况之间不存在显著的差异。
如图4B中所示，当相关色温为3500K时，“易读性”、“白度”和“偏
好”都在Duv-6处最高。如图4C中所示，当相关色温为4000K时，“易
读性”、“白度”和“偏好”都在Duv-3处最高。如图4D中所示，当相关
色温为5000K时，“易读性”和“白度”在Duv-6处最高，并且“偏好”
在Duv-3处最高。如图4E中所示，当相关色温为6200K时，“易读性”在
Duv-6处最高，并且“白度”和“偏好”在Duv-3处最高。
图5是在xy色度图中以重叠的方式示出通过上述颜色命名法和量值评
估法所评估的结果的曲线图。例如，当参考光和测试光的相关色温为3000K
(由圆圈指示)时，与Duv3、0、-3、-6、-9、-12和-15相对应的标记在色
度图中以该顺序从上方开始进行绘制。其中，Duv-3的标记为菱形形状，
指示在颜色命名表(见图3)中纸的色调为0。根据量值评估法(见图4A)，
已知的是，针对所有“易读性”、“白度”和“偏好”，在Duv为-3的情况与
Duv为-6、-9、和-12的情况之间不存在显著的差异。然而，作为那些没有
显著差异的Duv中的最低Duv的Duv-12由三角形标记绘制。类似地，对
于其它相关色温中的每一个，绘制菱形和三角形。
用于相应的相关色温的菱形标记通过线来连接，并且该线被称为“最
低色调曲线”，其指示难以识别纸的色调。可以看到，随着相关色温的降低，
最低色调曲线远离黑体辐射轨迹而朝向负方向增大。将用于相应的相关色
温的三角形标记互相连接的线被称为“允许下限曲线”，其指示可以得到与
最低色调曲线上的菱形标记相同的效果的下限。被最低色调曲线、允许下
限曲线和指示4500K的相关色温的线包围的区域(由斜线指示)被称为“文
字外观白色色调增强区域”，其中，在低色温环境下文字是清晰可读的并且
容易识别纸的白色。
接下来，执行测试以检查相关色温、照度和实验对象的瞳孔直径变化
之间的关系。在该测试中，作为光源，在3000K的相关色温发出Duv-3
的白光的白色LED与发出峰值波长为480nm的蓝光的蓝色LED一起使用。
照度被设置为300lx、500lx、750lx、1000lx、和1500lx的5个水平。相
关色温被设置为3000K、3500K、4000K、5000K、6200K的5个水平。
在测试中，在具有预定照度和预定相关色温的照明光下，使20岁和40
岁的两名实验对象将其下巴放在腮托上并且从45cm的视线距离处注视直
径为4mm的黑点。在该状态下，对实验对象的瞳孔直径进行三次测量。通
过使用由NAC图像技术公司生产的帽型注视点记录器(EMR-9)来测量瞳
孔直径。首先，将照度设置为300lx，并且使实验对象适应相关色温为3000
K的光3分钟。然后，测量实验对象的瞳孔直径15秒种。接下来，对于相
关色温为3500K、4000K、5000K和6200K的光中的每一个，实验对象按
该顺序适应光1分钟并且测量瞳孔直径15秒钟。此后，对于500lx、750lx、
1000lx和1500lx的照度，以与300lx的照度的情况相同的方式关于每个相
关色温测量瞳孔直径。
在图6A的曲线图上，关于迈尔德(相关色温的倒数的106倍)绘制平
均瞳孔直径。在图6B的曲线图上，关于照度的对数值来绘制平均瞳孔直径。
在通过前后10个点(总共21个点)的移动中间值进行滤波之后，当测量
的起始时间为0秒时，在从5秒到10秒的区段内计算平均瞳孔直径作为平
均值，除了诸如闪烁等测量误差以外。作为结果，已经发现，平均瞳孔直
径随着相关色温增大而减小并且还随着照度增大而减小。
作为与瞳孔直径的调整相关的视觉细胞，存在已知的内在光敏性视网
膜神经节细胞(ipRGC)。ipRGC是锥体细胞和杆状细胞之后的第三类受光
体。如图7中所示，已知ipRGC最有效地响应于波长为493nm的光。
图8示出了在该测试中所使用的相关色温为3000K、4000K、和6200
K的光的光谱分布曲线。相关色温为6200K的光包括大量的波长为493nm
的光，而相关色温为3000K的光包括少量的波长为493nm的光。对光谱
分布曲线的积分值和ipRGC响应水平进行计算并且得到ipRGC的由每个相
关色温的光产生的刺激水平。通过将由标准光源D65(在1000lx的照度下)
发出的光产生的ipRGC刺激水平设置为100来将ipRGC刺激水平标准化。
如图9中所示，已经关于以上计算的ipRGC刺激水平绘制了在图6A
和6B中描绘的平均瞳孔直径。作为结果，已经发现，平均通孔直径随着
ipRGC刺激水平增大而减小。
接下来，如图10中所示，关于从各种现有光源(在1000lx的照度下)
照射的光来计算ipRGC刺激水平。普通LED、荧光灯和灯泡被用作现有光
源并且对它们进行标准化以使由从标准光源D65发出的光产生的ipRGC刺
激水平变为100。作为结果，已经发现，从普通LED和普通荧光灯中的每
一个照射的相关色温为4500K的光分别提供了68和65的ipRGC刺激水平。
此外，已经发现，灯泡提供了50或更低的ipRGC刺激水平。换言之，已经
发现，不存在在4500K或更低的相关色温下提供70或更大的ipRGC刺激
水平的现有光源。
通常已普及的通用任务灯发出相关色温约为5000K的光。根据图10，
已经发现，这种光给出大约70的ipRGC刺激水平。因此，当相关色温为
4500K时，如果光给出70或更大(由点指示的区域)的ipRGC刺激水平，
那么平均瞳孔直径可以被设置为与通用任务灯的瞳孔直径几乎相同。此处，
瞳孔直径的功能与照相机的光圈相似，并且当瞳孔受到限制时，拓宽聚焦
范围(增大景深)。为此，为了改善低色温环境下的文字外观，需要使平均
瞳孔直径能够与通用任务灯的瞳孔直径几乎相同。
在图5中所示的“文字外观白色色调增强区域”中，为了获得提供70
或更大的ipRGC刺激水平的光，在虚拟发光光谱(高斯分布)中，通过将
420至660nm(10nm间隔)的峰值波长以及20、30和40nm的半宽度用
作参数来执行模拟。
图11示出了通过上述模拟获得的光(三个峰值波长)的光谱分布曲线
的示例。示例1的光的峰值波长为420nm、520nm和600nm。示例2的光
的峰值波长为480nm、570nm和660nm。
如表1中所示，当示例1的光的相关色温和Duv分别被设置为4500K
和-1.6时，ipRGC刺激水平为73并且Ra(平均显色指数)为84。当示例2
的光的相关色温和Duv分别被设置为4500K和-1.6时，ipRGC刺激水平为
91并且Ra为81。即使相关色温为低，峰值波长分别在420与480nm之间
的波段、520与570nm之间的波段、以及600与660nm之间的波段内的光
也具有70或更大的高ipRGC刺激水平。
(表1)
图12示出了曲线图，其中，在由上述模拟获得的光中，关于在380与590
nm之间的波段内的光能与可见光波段(380与780nm之间)中的光能的比值
来绘制Ra。当Ra等于或大于80时，该比值在0.54与0.77之间；当Ra等于或大
于85时，该比值在0.61与0.70之间；并且当Ra等于或大于90时，该比值在0.66
与0.68之间。
图13示出了通过上述模拟获得的光(四个峰值波长)的光谱分布曲线
的示例。示例1的光的峰值波长为420nm、460nm、530nm和600nm。示例
2的光的峰值波长为450nm、540nm、550nm和620nm。示例3的光的峰值
波长为440nm、500nm、580nm和660nm。
如表2中所示，当示例1的光的相关色温和Duv分别被设置为4500K
和-12时，ipRGC刺激水平为73并且Ra为85。当示例2的光的相关色温
和Duv分别被设置为4500K和-12时，ipRGC刺激水平为70并且Ra为82。
当示例3的光的相关色温和Duv分别被设置为3000K和-1.6时，ipRGC刺
激水平为70并且Ra为85。因此，即使相关色温为低，峰值波长分别在420
与450nm之间的波段、460与540nm之间的波段、530与580nm之间的
波段以及600与660nm之间的波段内的光也具有70或更大的高ipRGC刺
激水平。
(表2)
图14示出了曲线图，其中，在由上述模拟获得的光(四个峰值波长)
中，关于在380与590nm之间的波段内的光能与可见光波段(在380到780nm
之间)中的光能的比值来绘制Ra。当Ra等于或大于80时，该比值在0.33与
0.80之间；当Ra等于或大于85时，该比值在0.40与0.79之间；并且当Ra等于
或大于90时，该比值在0.49与0.76之间。
如表1和表2中所示，在照明装置1中，可以照射相关色温为3000K到
4500K、色度偏差Duv为-1.6到-12、并且平均显色指数Ra为80或更大的光。
这种光具有低的相关色温并且具有使其上书写文字的纸看起来是白色的效
果。因此，当照明装置1被用于低色温环境中时，照明装置1可以照射使用
者不会感觉到不适感并且容易阅读文字的照明光。由于来自照明装置1的照
明光被配置为具有70或更大的ipRGC刺激水平，因此有效地限制了瞳孔直径
以由此拓宽聚焦的范围(增大景深)并且增强易读性。
优选的是，ipRGC刺激水平等于或大于75。如果Ra等于或大于80，那
么优选的是使用具有高ipRGC刺激水平的光。尽管在附图中并未示出，但是
照明装置1还可以照射相关色温为2600K、色度偏差Duv为-1.6至-12、并且
平均显色指数Ra为80或更大的光。此处，2600K的相关色温是由
JISZ9112-2012限定的白色光源的色度分类中的灯泡颜色的最低相关色温。
接下来，为了在图5中所示的“文字外观白色色调增强区域”中得到给
出70或更大的ipRGC刺激水平的实际光，通过将发出峰值波长在450与490
nm之间的波段内的蓝光的蓝色LED与由蓝光激发的实际荧光物质组合来执
行模拟。作为实际荧光物质，使用了辐射在500与580nm之间的波段内的光
的19种绿/黄色荧光物质和辐射在570与665nm之间的波段内的光的6种红色
荧光物质。
图15示出了通过上述模拟获得的光的光谱分布曲线的示例。光的峰值
波长分别在440与490nm之间的波段、500与580nm之间的波段、以及570与
665nm之间的波段内。在380与590nm之间的波段中的光能与在可见光波段
中的光能的比值在0.35与0.68之间。
图16示出了将峰值波长为480nm的蓝光添加到从普通白色LED发出的
白光以进一步增大ipRGC的刺激水平的模拟测试的计算结果。此处的白光包
括接近450nm的峰值波长的蓝光，所述蓝光对于增大发光效率是有效的。
图17示出了通过将上述普通白色LED与具有大约580nm处的吸收带的
滤波器组合而获得的照明光的光谱分布曲线的示例。该光的峰值波长分别
在440与460nm之间的波段、500与550nm之间的波段、以及580与665nm之
间的波段内。在380与590nm之间的波段中的光能与可见光波段中的光能的
比值在0.42与0.67之间。
像这样，例如，通过提供大约580nm处的吸收带，通过将蓝色LED与
一种荧光物质组合而获得的2个峰值的光谱可以被转换成3个峰值的光谱。
因此，通过使用低成本的荧光物质，有可能获得Ra为80或更大并且ipRGC
刺激水平为70或更大的光。这种光减小了色度水平以增大纸的白度和PS(皮
肤颜色的偏好指数)，由此使皮肤的外观看上去良好。
具有大约580nm处的吸收带的上述滤波器是通过将波长选择性吸收色
素添加到透光性树脂的全部或一些部分而制成的。波长选择性吸收色素选
择性地吸收在570与600nm之间或570与780nm之间的波段内的光。对于波
长选择性吸收色素，例如，可能存在包括诸如四氮杂卟啉、四苯基卟啉、
八乙基卟啉、酞菁、花青、偶氮、亚甲基吡咯、方酸、氧杂蒽酮、二氧杂
环乙烷、氧杂菁等有机化合物作为主剂的色素，或者包含诸如钕离子等稀
土金属离子作为主剂的色素。其中，特别地，由于四氮杂卟啉对于光具有
高的刚性，因此它可以非常适合使用。此外，滤波器被安装在例如透光构
件的发光表面。此外，在图17的示例中，滤波器具有大约580nm处的吸收
带，但是即使当滤波器具有580于600nm之间的吸收带时也可以得到相同的
效果。
总结上述结果，优选的是，从照明装置1照射的光的至少两个峰值波长
在420与580nm之间的波段内、并且至少一个峰值波长在570与665nm之间
的波段内。
可以在不限于上述实施例的情况下对根据本公开内容的照明装置进行
各种修改。例如，光源单元不限于上述构造并且可以通过组合蓝色LED、
绿色LED和红色荧光物质、通过组合蓝色LED、绿色荧光物质和红色LED、
通过组合蓝色LED、绿色LED和红色LED、或通过组合紫外LED和由紫
外光激发的蓝色、绿色和红色荧光物质来形成。此外，光源单元不限于LED
并且可以由有机El(电致发光)元件形成。
虽然前面已经对被认为是最佳模式的情况和/或其它示例进行了描述，
但是要理解的是，可以对其做出各种修改，并且可以采用各种形式和示例
来实施本文中所公开的主题内容，并且本文中所公开的主题内容可以应用
于各种应用中，本文中仅描述了其中的一些应用。以下权利要求旨在要求
保护落在本教导的实际范围内的任何和全部修改以及变型。