可視光全域の波長をカバーする、世界で初めての標準LEDを開発

－次世代照明の高精度な特性評価を目指して－

ポイント

これまで困難であった可視光全域で十分な光強度をもつ標準LEDを開発

複数色のLED素子と複数の蛍光体を組み合わせて実現

LED照明や有機EL照明の高精度な特性評価と性能向上への貢献に期待

概要

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】（以下「産総研」という）物理計測標準研究部門【研究部門長 中村 安宏】 光放射標準研究グループ 中澤 由莉 研究員、丹羽 一樹 主任研究員、神門 賢二 主任研究員と日亜化学工業株式会社【代表取締役社長 小川 裕義】（以下「日亜化学工業」という）は、共同で、可視光全域をカバーする標準LEDを、世界で初めて開発した。 次世代照明として普及しつつあるLED照明や有機EL照明といった固体素子照明では、明るさを評価する指標として全光束や色の評価が重要とされ、これらの評価のためには、分光測定により、光の波長ごとの強度を高精度に測ることが不可欠である。分光測定を高精度に行うには、評価対象の光源を、基準となる標準光源と比較する必要があるが、これまで、固体素子照明の高精度な分光測定に利用でき、可視光全域をカバーする標準光源は存在しなかった。 今回、産総研と日亜化学工業は、中心波長が異なる複数のLED素子と複数の蛍光体を用いて、可視光全域で十分な光強度をもつ標準LEDを開発した。LEDの製造・開発の現場において、この標準LEDを用いることで、固体素子照明の高精度な特性評価が可能となり、製品開発の加速や性能向上への貢献が期待できる。 なお、この技術の詳細は、産総研つくばセンター（茨城県つくば市）で開催される2015年度計量標準総合センター成果発表会で2016年2月10日に報告される。

開発の社会的背景

研究の経緯

産総研は、照明の明るさの基準である全光束標準や分光測定技術の研究開発を行うとともに、固体素子照明の測定技術の研究開発に取り組み、これらを通じて、高精度なスペクトルの測定・解析技術を培ってきた。 日亜化学工業は、世界的なLED開発・製造メーカーとして、品質・信頼性の高いLEDの開発を進めてきたが、これまで以上に高精度な測定・評価技術を求めていた。 そこで、産総研と日亜化学工業は、固体素子照明の高精度な特性評価を実現するため、産総研がもつ「スペクトルを定量的に精密測定・解析する技術」と、日亜化学工業がもつ「高度なLED製造技術」とを組み合わせ、固体素子照明の分光測定に適用することのできる標準LEDを開発することとした。

研究の内容

従来の白色LEDでは、420 nm～720 nmの波長領域以外では光強度が十分でなく（図1、青破線）、可視光全域で分光測定をするための標準には適していなかった。そこで、今回開発した標準LEDでは、中心波長が異なる複数のLED素子により、380 nm～430 nmの波長領域での光強度を改善するとともに、430 nmより長い波長領域では、青、緑、赤の蛍光を発する複数の蛍光体を組み合わせて光強度を改善した。これにより、標準LEDのスペクトルは380 nm～780 nmの波長領域に広がり、可視光のほぼすべての波長領域で十分な光強度を実現した（図1、赤線）。 また、今回開発した標準LEDは、本体の直径が62 mm、発光部の直径が12 mmであり、発光部の温度を常に一定に保つための温度制御機構を実装している。この機構により、標準LEDの周囲温度に対する光強度の変動を0.01 % /℃以下に抑えることに成功した（図2、左）。これは、従来の白色LEDに比べ、約20倍の安定性である（従来の白色LEDの変動は約0.15～0.2 % /℃程度）。さらに、従来の白色LEDは点灯後の光強度が大きく変動するが、今回開発した標準LEDは、点灯後の光強度がほとんど変動しない(図2、右)。



今後の予定

日亜化学工業は、今回開発した標準LEDの量産化に向けた準備を進める予定である。また、産総研では、今回の標準LED開発で用いたスペクトル精密測定技術をさらに発展させ、面発光光源や紫外光・赤外光領域における光源の評価技術の研究開発を行っていく予定である。

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