KSF蛍光体LEDとLUMINUS LUX COBの概要について解説

今回は、LED照明における「高演色」と「高効率」のジレンマを解決する画期的な技術に焦点を当てます。従来のLEDは、演色性（CRI）を高めると発光効率が低下する課題がありました。このトレードオフを打破し、現在大きな注目を集めているのが「KSF蛍光体」です。Luminus社のLUX COBシリーズに採用されているKSF蛍光体は、非常に鋭い赤色の発光スペクトルを持ちます。視覚に寄与しない赤外線領域への無駄なエネルギー放出を抑えることで、鮮やかな赤色（R9）の再現と卓越した電力効率の完全な両立を実現しました。店舗やホスピタリティ照明など、光の質と省エネが求められる現場に最適です。この次世代LED技術であるKSF蛍光体の仕組みやLUX COBシリーズのメリットについて、分かりやすく解説した記事をご紹介します。

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KSF（フッ化ケイ酸カリウム（PFS）、K2SiF6: Mn4+）蛍光体*は、青色光を照射すると630nm付近に狭帯域のスペクトルを放出するように設計された赤色粉末です。この技術は、広色域の液晶LEDディスプレイ用バックライトや、高演色性の白色LEDのパッケージに使用されています。信頼性が高く長寿命であり、「赤色KSF蛍光体は、優れた狭帯域カラーコンバーターである」[1] と評価されています。KSFは赤色スペクトル内に5つのピークを持ち、図1に示すように、各ピークは「5nmという超狭帯域の半値幅（FWHM）」[1] を示し、メインピークは631nm付近に位置します。また、高光束かつ高温の条件下でも安定した材料です [1]。
赤色KSF蛍光体技術は、高演色（高CRI）かつ高効率な白色LEDの開発における最先端の進歩です [2]。この技術の主な目的は、正確な演色性とエネルギー効率が求められる幅広い用途において、LEDが生成する白色光の品質と効率を向上させることです。KSF蛍光体は、商用白色LED技術における新しい素材であり、従来使用されてきた窒化物系の赤色蛍光体と比較して大きな利点があります。図1に示すように、KSF蛍光体はLEDにおいて高効率かつ視認性の高い飽和赤色を提供し、自己吸収がありません [3]。

図1：KSF蛍光体の分光放射分布（SPD）。600nmから650nmの赤色領域における独自の狭帯域強度を示しています。励起曲線と発光曲線が完全に分離しているため、KSFには自己吸収がありません。

KSF蛍光体を採用した白色LEDは、高CRIおよび高R9（赤色）値を実現するように特別に調合されており、照射対象物を極めて高い色彩リアリズムで照らし出しつつ、エネルギー消費を抑えることができます。

従来の赤色窒化物蛍光体をKSF蛍光体に置き換えることで、80 CRIの白色LEDの演色性を、同等の効率を維持したまま90 CRIまで向上させることが可能です。KSF蛍光体による狭帯域の赤色スペクトルは、分光放射分布（SPD）における放射パワーを、従来の窒化物系蛍光体の「ほとんど目に見えない長波長側の裾野部分」から「より視認性の高い波長範囲」へと移動させるため、赤色光の効率（lm/W）が向上します。

3000K・90 CRIのLED蛍光体調合にKSFを加えると、放射視感効果（LER）**は283 lm/Wから334 lm/Wへと上昇します。窒化物蛍光体は赤色の発光帯域が広く、可視光範囲を大きく超えて広がっているため、達成可能な放射視感効果が低下してしまいます。

図2は、CRIの品質を維持しながら3000K・90 CRI LEDのLPW（ルーメン・パー・ワット）を向上させる戦略を示しています。これは、窒化物赤色蛍光体成分の大部分（青線）を、赤色KSF蛍光体と少量の窒化物の混合物に置き換えることで実現されます。これにより、530～600nm領域（赤線）で目的のスペクトル形状が得られます。窒化物蛍光体はかなりの量の「見えない光（不可視光）」を放出しますが、KSFスペクトルは可視光のみを放出します。この不可視光成分を減らすことで、図に示すようにLERが向上します。

図2：CRI品質を維持しながら3000K・90 CRI LEDのLPWを向上させる手法。

KSF蛍光体搭載 Luminus LUXシリーズ COB LEDの製品特長

Luminusは、最先端のKSF蛍光体技術を活用し、LUX COB LED製品ラインを開発しました。この革新により、Luminusは多くの性能および効率上のメリットを提供しています。主な特長は以下の通りです。

• 高光束および高効率： LUX COBは、90および95 CRIの両方で、従来の80 CRI白色LEDと同等の高効率を実現しています。この高い効率により、エネルギー消費が重要な課題となる高演色用途においても、優れた光源の利用が可能になります。

• 幅広い色温度（CCT）： LUX COBは、2400K、2700K、3000K、3500K、4000K、5000K、6500Kの幅広い色温度で展開されています。これらのオプションは、Luminus製LEDの特長である卓越した演色性と高品質な白色光を備えています。

• 優れた配光特性（Color over Angle）： KSF蛍光体ベースのLUX製品は、異なるビーム角の光学系においても、優れた光学的放射均一性と色の安定性を示します。

• 強化された熱伝導性： LUX COBは優れた熱伝導性を誇り、効率的な熱抽出を実現します。

• 環境への配慮： RoHSおよびREACH規制の両方に準拠しており、環境に配慮した製品です。

• ライセンス取得済みIP： Luminusは、元々ゼネラル・エレクトリック（GE）社が特許を取得した革新的なTriGain® PFS/KSF蛍光体のライセンスを、LUX COB製品ラインへの統合のために取得しています。GEが開発したこの蛍光体（現在はCurrent Lighting Solutions社の製品）は、その卓越した性能から採用されました。

LUX COB製品ラインへのKSF蛍光体の統合は、照明技術の限界を押し広げ、性能、効率、そして環境責任において優れた先進的なソリューションをお客様に提供するというLuminusのコミットメントを裏付けるものです。

注釈：
 KSF/PFS： GEライティング社が特許を取得した「TriGain®」ファミリーのフッ化ケイ酸カリウム（PFS）ベースの蛍光体。ディスプレイのLEDバックライト向け、およびパッケージLEDメーカー向けの広範なライセンスプログラムの一部です。PFS技術により、LCDベースのテレビ、モニター、モバイルデバイスにおいて、より忠実な色制御で豊かな赤色を再現することが可能になります [4]。KSFとPFSは同義であり、どちらも K2SiF6: Mn4+ の略称です。

 放射視感効果（LER）： LEDが発生させる1光学ワットあたりのルーメン数（光束と放射束の比）を指します。この値は、入力として使用される特定の分光放射分布（SPD）ごとに一定です。同じSPD形状を異なる光出力レベルに適用しても、LERは変化しません。LERの単位は「lm/optical watt」で、LEDのルーメンと光学出力の間の変換に使用されます。LERは、SPDの形状が変化した場合にのみ変化します。

KSF蛍光体およびKSF蛍光体技術を採用したLuminus LUXシリーズCOB LEDの詳細については、ホワイトペーパー”LUX Series COBs: Achieving High CRI Lighting with High Efficacy Using Luminus LUX Technology.“をご覧ください

参考文献)

[1]  Ghaffarzadeh, K., “Phosphors or QDs for color conversion in LCD and microLED?” Wevolver, August 16, 2022.

[2]  Cohen, W.E., et al., “Review—The K2SiF6:Mn4+ (PFS/KSF) Phosphor”, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 12 076004, 2023. DOI: 10.1149/2162-8777/ace47a

[3]   Setchell, J., “Chapter 4: Colour description and communication,” pages 99-129 in Colour Design (Second Edition), Janet Best (Ed.), Woodhead Publishing, 2012. DOI: 10.1016/B978-0-08-101270-3.00004-7

高演色と高効率を両立する「KSF蛍光体」とは？

従来のLED照明における大きな課題は、「演色性（CRI）を高めると発光効率が低下してしまう」というトレードオフでした。これは、赤色を補うための従来の蛍光体が、視覚に寄与しない赤外線領域にまで光を放ってしまい、無駄なエネルギーを消費していたためです。
今回解説した「KSF蛍光体」は、非常に鋭いピークを持つ赤色発光が特徴です。無駄な赤外線へのエネルギー放出をカットすることで、高い発光効率（省エネ性）を維持したまま、鮮やかな赤色（R9）を含むCRI 90以上の優れた演色性を実現しました。

Luminus社の「LUX COBシリーズ」は、この画期的なKSF技術を搭載しており、店舗照明やホスピタリティ施設など、美しい光の質と省エネが同時に求められる現場に最適なソリューションです。ワンランク上の照明器具開発に、ぜひご活用ください。
「高いR9」と「低いCOI」を両立した光源こそが、安全で信頼性の高い医療環境を実現します。当社では、これら厳しい医療要件を満たすLuminus社のLED製品をご提案可能です。最適なスペクトル選定について、ぜひお気軽にご相談ください。