発光装置
【課題】高い演色性を維持しつつ、発光効率を向上させることができ、色温度２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光することが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の発光装置は、青色光を放射する発光素子と；前記発光素子から放射される青色光により励起されて、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、前記青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体を少なくとも含み、前記青色光との混色により色温度が２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光する蛍光体層と；を具備することを特徴とする。
【解決手段】本発明の発光装置は、青色光を放射する発光素子と；前記発光素子から放射される青色光により励起されて、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、前記青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体を少なくとも含み、前記青色光との混色により色温度が２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光する蛍光体層と；を具備することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードなどの発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤランプは、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末などのバックライト、屋内外広告など、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。さらに、ＬＥＤランプは、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、軽薄短小化の実現などの特徴を有することから、産業用途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ＬＥＤランプを種々の用途に適用する場合、白色発光を得ることが重要となる。
【０００３】
ＬＥＤランプで白色発光を実現する代表的な方式としては、（１）青、緑および赤の各色に発光する３つのＬＥＤチップを使用する方式、（２）青色発光のＬＥＤチップと黄色ないし橙色発光の蛍光体とを組合せる方式、（３）紫外線発光のＬＥＤチップと青色、緑色および赤色発光の三色混合蛍光体とを組合せる方式、の３つが挙げられる。これらのうち、一般的には（２）の方式が広く実用化されている。そして、上記した（２）の方式を適用したＬＥＤランプの構造としては、ＳＭＤや砲弾型のようなＬＥＤチップを装備したカップ型のフレーム内に蛍光体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を含有する樹脂層を形成した構造が一般的であり、また、高輝度化を目的として、基板（ボード）上に搭載された多数のＬＥＤチップの上に、蛍光体を混合した透明樹脂を塗布し蛍光体含有樹脂層を形成したチップオンボード（以下、「ＣＯＢ」とも称する。）構造も開発されている。さらに、蛍光体を混合した透明樹脂をシート状に成形して成る蛍光体含有樹脂シートを、ＬＥＤチップが配置されたフレームに固定し、色むらやカップ間の色差を低減する技術も提案されている。
【０００４】
近年、一般照明用としてのＬＥＤランプにおいて、高い発光効率に加え、演色性と呼ばれる色の見え方が重視されている。演色性は、自然光に近い照明を基準光にして光源による色の見え方を評価したものであり、ＪＩＳに定められている試験色を、試料光源と基準光でそれぞれ照明したときの色ずれの大きさを数値化したものが演色評価数である。演色評価数には、平均演色評価数Ｒａと特殊演色評価数Ｒｉがあり、平均演色評価数Ｒａは、試験Ｎｏ．１〜８の演色評価数値の平均値として表される。特殊演色評価数Ｒｉは、試験Ｎｏ．９〜１５の個々の特殊演色評価数値として表される。平均演色評価数Ｒａは、基準光源である白色光源による色彩を忠実に再現しているかを指数で表したもので、原則として１００に近いほど演色性が良い。
【０００５】
一般に、平均演色評価数Ｒａの高いいわゆる高演色タイプのＬＥＤランプは、ＬＥＤチップからの青色発光によって、波長５４０ｎｍ〜５６０ｎｍの光を発光するＹＡＧなどの黄色系蛍光体からの黄色発光と、波長６３０ｎｍの光を発光する赤色発光体からの赤色発光で演色性にすぐれる白色光を合成する。しかしながら、このような高演色タイプのＬＥＤランプでは、赤色蛍光体が、ＬＥＤチップからの４６０ｎｍ付近の青色光を励起に用いるのみならず、黄色系蛍光体から発光される黄色光も吸収して励起に使用するため、光の取り出し効率が約半減と、大幅に低減するという問題があった。
【０００６】
そこで、これに対する対策として、赤色蛍光体（あるいは橙色蛍光体）とともに緑色蛍光体を混合して用いたＬＥＤランプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、赤色蛍光体の主波長を選択する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。赤色領域は、通常６００ｎｍ以上で一般に６７０ｎｍであるが、幅広く主波長７８０ｎｍまでの領域が選択される。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたＬＥＤランプにおいては、緑色蛍光体からの緑色光も励起光として使用される場合が多いため、発光効率およびＲａの十分な向上には繋がらなかった。
【０００８】
また、特許文献２に記載されたＬＥＤランプでは、発光効率の低下を少なくしかつＲａ向上を考慮した場合、主波長の選定を厳密に行う必要があった。そのうえ、Ｃａ２Ｓｒ５Ｎ８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどの窒化物系赤色蛍光体は、結晶成長が行われにくく、またその他の窒化物系赤色蛍光体においても、粒径が効率低下に大きく影響するため、幅広い波長範囲の中から最も良好な波長を選定し、さらに蛍光体粒径を厳密に設定する必要があった。蛍光体の粒径が小さいと、発光効率が上がらないばかりでなく、ＬＥＤチップからの青色発光とこの青色により励起され発光した黄色系発光の光路がいずれもふさがれ、光取り出し効率が低下することになる。
【０００９】
一般照明用のＬＥＤランプとしては、３波長蛍光ランプの平均演色評価数Ｒａ（８０〜８５）値が指標となり、高い発光効率を維持しつつ、かつ平均演色評価数Ｒａ８０以上、特には高い平均演色評価数Ｒａ９０〜９５を実現した高演色性の発光装置が求められている。加えて、光色すなわち色温度についても、ＨＩＤランプ、電球、蛍光ランプを考慮した場合には、ＨＩＤランプや、３波長型蛍光ランプと同レベルの演色性、例えば平均演色評価数Ｒａ８３や、さらに高演色性の平均演色評価数Ｒａ９０仕様における、各種色温度６７００Ｋから２８５０Ｋまでのラインナップが必要とされる。各種色温度の中で、特に、５０００Ｋから２８５０Ｋにおける発光効率の向上が求められている。
【特許文献１】特開２００４−３２７５１８公報
【特許文献２】特開２００５−３２２６７４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、高い演色性を維持しつつ、発光効率を向上させることができ、色温度２８５０〜５０００Ｋにおいて、平均演色評価数が８０以上である光を発光することが可能な発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発光装置は、青色光を放射する発光素子と；前記発光素子から放射される青色光により励起されて、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、前記青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体を少なくとも含み、前記青色光との混色により色温度が２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光する蛍光体層と；を具備することを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、前記蛍光体層は、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体を含有し、前記緑色蛍光体と前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発光装置は、請求項２記載の発光装置において、前記蛍光体層は、平均粒径が７〜１５μｍの前記赤色蛍光体と、平均粒径が７〜１５μｍの前記緑色蛍光体と、樹脂とをそれぞれ含み、前記蛍光体層の厚さが１．０ｍｍのときの前記樹脂に対する前記赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％および４．０〜１０．０重量％であることを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の発光装置は、請求項２または３記載の発光装置において、前記平均演色評価数が９０以上であることを特徴としている。
【００１５】
請求項５記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、前記蛍光体層は、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体と、波長５４０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体とを含有し、前記緑色蛍光体及び前記黄色蛍光体の合計と、前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることを特徴としている。
【００１６】
請求項６記載の発光装置は、請求項５記載の発光装置において、前記蛍光体層は、平均粒径が７〜１５μｍの前記赤色蛍光体と、平均粒径が７〜１５μｍの前記緑色蛍光体と、平均粒径が８〜１５μｍの前記黄色蛍光体と、樹脂とをそれぞれ含み、前記蛍光体層の厚さが１．０ｍｍのときの前記樹脂に対する前記赤色蛍光体、前記緑色蛍光体および前記黄色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％、１．２〜５．０重量％および２．０〜６．０重量％であることを特徴としている。
【００１７】
上記した請求項１ないし請求項６記載の発明において、用語の定義および技術的意味は、特に指定しない限り以下の通りである。青色光を放射する発光素子は、主波長が４２０〜４８０ｎｍ（例えば４６０ｎｍ）の青色光を放射し、放射した青色光により蛍光体を励起して可視光を発光させるものである。本発明で用いられる青色光を放射する発光素子としては、例えば、青色発光タイプのＬＥＤチップなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００１８】
蛍光体は、このような発光素子から放射された青色光により励起されて可視光を発光し、この可視光と発光素子から放射される青色光との混色によって、発光装置として所望の発光色を得るものである。
【００１９】
本発明において蛍光体としては、青色光により励起されて波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、前記青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体の２種類の蛍光体を使用することができる。前記赤色蛍光体および緑色蛍光体は蛍光体層に含まれ、前記青色光との混色により色温度が２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光する。また、上記の平均演色評価数Ｒａが９０以上であることがさらに好ましい。
【００２０】
赤色蛍光体のピーク波長が６４０ｎｍ未満である場合には、平均演色評価数Ｒａが８０以上の高演色性の発光を得ることが難しい。一方、赤色蛍光体のピーク波長が６６０ｎｍを超えた場合には、平均演色評価数Ｒａの向上に寄与しない波長範囲の発光成分が増大するばかりでなく、吸収光の波長範囲が広くなり短波長の光をより吸収してしまうため、発光効率が低下する。
【００２１】
前記緑色蛍光体は、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体であることが好ましい。また、色温度２８５０〜５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａ８０以上の発光を得るためには、前記緑色蛍光体と６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する赤色蛍光体との配合比を３：１〜５：１の範囲とすることが好ましい。緑色蛍光体の赤色蛍光体に対する配合比が３未満になると、色温度が低下し、反対に緑色蛍光体の赤色蛍光体に対する配合比が５を超える場合も、色温度が上昇し、いずれの場合も色温度２８５０〜５０００Ｋの発光を得ることができない。
【００２２】
また、前記赤色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は７〜１５μｍであり、前記緑色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は７〜１５μｍであることが好ましい。これらの蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が下限値未満である場合には、蛍光体が励起光を吸収する割合よりも散乱する割合が大きくなるため、発光効率が低下する。一方、これらの蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が上限値を超える大粒径である場合には、蛍光体粒子の沈降が大きくなり、その影響で分散のばらつきや塗布作業性の悪化が生じる。なお、蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は、例えばレーザー回折法で測定したものであり、低粒子径から積算し全体の蛍光体量の５０容積％に至る粒子の大きさ、すなわち積算値５０％の粒度を示すものである。
【００２３】
さらに、色温度２８５０〜５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａが８０以上であり、かつ発光効率の高い光を得るために、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍの場合の樹脂に対する前記赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％および４．０〜１０．０重量％であることがより好ましい。なお、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍでない場合には、前記赤色蛍光体および緑色蛍光体の好ましい配合割合は、前記数値範囲を基にしてほぼ逆比例的に算定することができる。すなわち、例えば蛍光体層の厚さ（光路長）が０．５ｍｍと１／２の場合には、発光に関与する蛍光体粒子の数を光路長が１．０ｍｍの場合と同等にするために、前記配合割合の数値を２〜３倍にした数値を好ましい範囲とすることができる。
【００２４】
本発明の蛍光体としては、青色光により励起されて、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体および波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体とともに、青色光により励起されて波長５４０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体の計３種類の蛍光体を使用することができる。すなわち、主波長（ピーク波長）が６４０〜６６０ｎｍの赤色蛍光体、主波長が５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の緑色蛍光体、および主波長が５４０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の黄色蛍光体を混合した蛍光体を使用することができる。
【００２５】
そして、色温度２８５０〜５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａが８０以上であり、かつ発光効率の高い発光を得るために、前記緑色蛍光体及び黄色蛍光体の合計と前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることが好ましい。
【００２６】
さらに、前記赤色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が７〜１５μｍであり、前記緑色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が７〜１５μｍであり、前記黄色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が８〜１５μｍであることが好ましい。各色の蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が下限値未満と小粒径である場合には、蛍光体が励起光を吸収する割合よりも散乱する割合が大きくなるため、発光効率が低下する。一方、蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が上限値を超える大粒径である場合には、蛍光体粒子の沈降が大きくなり、その影響で分散のばらつきや塗布作業性の悪化が生じる。またさらに、色温度２８５０〜５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａが８０以上であり、かつ発光効率の高い光を得るために、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍの場合の蛍光体層中の樹脂に対する前記赤色蛍光体、前記緑色蛍光体および前記黄色蛍光体の配合割合は、それぞれ０．８〜２．５重量％、１．２〜５．０重量％および２．０〜６．０重量％であることがより好ましい。
【００２７】
蛍光体を含む蛍光体層は、前記の蛍光体を、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂のような透明樹脂に加えて混合・分散させた層として形成される。蛍光体層は、発光素子の外側を覆うように形成することができるが、発光素子を直接覆うようにして予め透明樹脂層を形成し、その上に前記した蛍光体を含む層を設けることも可能である。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１記載の発光装置によれば、蛍光体からの発光スペクトルが、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有するとともに緑色の範囲に発光ピークを有しているので、エネルギー変換効率が高い。そのため、色温度２８５０〜５０００Ｋにおいて、高い演色性を維持しつつ発光効率を向上させることができる。
【００２９】
請求項２記載の発光装置によれば、赤色蛍光体と緑色蛍光体との配合比を規定することにより、エネルギー変換効率をより高くできるので、より高い演色性を有し、良好な発光効率を得ることができる。
【００３０】
請求項３記載の発光装置によれば、各種の蛍光体の適切な平均粒径およびそれらの配合量を規定しているので、より高い発光効率を得ることができる。
【００３１】
請求項４記載の発光装置によれば、平均演色評価数の極めて高い光を得ることができる。
【００３２】
請求項５記載の発光装置によれば、赤色蛍光体および緑色蛍光体の他に、黄色蛍光体を使用しているので、より高い発光効率を得ることができる。
【００３３】
請求項６記載の発光装置によれば、各種の蛍光体の適切な平均粒径およびそれらの配合量を規定しているので、より高い発光効率を得ることができる。
【００３４】
したがって、本発明によれば、従来に比べて、高い演色性を維持しつつ、発光効率をより向上させることが可能であり、色温度２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光することが可能な発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係わるＬＥＤパッケージを形成する発光装置を示している。図１は、この発光装置の平面図であり、図２は、図１に示す発光装置をＦ−Ｆ線に沿って切断した縦断面図である。
【００３６】
図１および図２に示す発光装置（ＬＥＤランプ）１は、パッケージ基板例えば装置基板４と、反射層３１と、回路パターン３と、複数好ましくは多数の半導体発光素子（例えば青色ＬＥＤチップ）と、接着層３２と、リフレクタ３４と、蛍光体含有樹脂層９と、光拡散部材３３とを備えて形成されている。蛍光体含有樹脂層９は封止部材としても機能する。装置基板４は、金属または絶縁材、例えば合成樹脂製の平板からなり、発光装置１に必要とされる発光面積を得るために、所定形状例えば長方形状をなしている。装置基板４を合成樹脂製とする場合、例えば、ガラス粉末入りのエポキシ樹脂等で形成することができる。装置基板４を金属製とする場合は、この装置基板４の裏面からの放熱性が向上し、装置基板４の各部温度を均一にすることができ、同じ波長域の光を発する半導体発光素子２の発光色のばらつきを抑制することができる。なお、このような作用効果を奏する金属材料としては、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性に優れた材料、具体的にはアルミニウムまたはその合金を例示することができる。
【００３７】
反射層３１は、所定数の半導体発光素子２を配設し得る大きさであって、例えば、装置基板４の表面全体に被着されている。反射層３１は、４００〜７４０ｎｍの波長領域で８５％以上の反射率を有する白色の絶縁材料により構成することができる。このような白色絶縁材料としては、接着シートからなるプリプレグ（pre-preg）を使用することができる。このようなプリプレグは、例えば、酸化アルミニウム等の白色粉末が混入された熱硬化性樹脂をシート基材に含浸させて形成することができる。反射層３１はそれ自体の接着性により、装置基板４の表面となる一面に接着される。
【００３８】
回路パターン３は、各半導体発光素子２への通電要素として、反射層３１の装置基板４が接着された面とは反対側の面に接着されている。この回路パターン３は、例えば各半導体発光素子２を直列に接続するために、装置基板４および反射層３１の長手方向に所定間隔ごとに点在して２列に形成されている。一方の回路パターン３の列の一端側に位置する端側回路パターン３ａには、給電パターン部３ｃが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン３の列の一端側に位置する端側回路パターン３ａには、給電パターン部３ｄが一体に連続して形成されている。給電パターン部３ｃ，３ｄは反射層３１の長手方向一端部に並べて設けられ、互いに離間して反射層３１により絶縁されている。これらの給電パターン部３ｃ，３ｄのそれぞれに、電源に至る図示しない電線が個別に半田付け等で接続されるようになっている。
【００３９】
回路パターン３は以下に説明する手順で形成される。まず、未硬化の前記熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグからなる反射層３１を装置基板４上に貼付けた後、反射層３１上にこれと同じ大きさの銅箔を貼付ける。次に、こうして得た積層体を加熱するとともに加圧して、熱硬化性樹脂を硬化させることによって、装置基板４と銅箔を反射層３１に圧着し接着を完了させる。次いで、銅箔上にレジスト層を設けて、銅箔をエッチング処理した後に、残ったレジスト層を除去することによって、回路パターン３を形成する。銅箔からなる回路パターン３の厚みは例えば３５μｍである。
【００４０】
図２に示すように、半導体発光素子２は、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のＬＥＤチップからなり、透光性を有する素子基板２ｂ一面に半導体発光層２ａを積層して形成されている。素子基板２ｂは、例えばサファイア基板で作られている。この素子基板２ｂの厚みは、回路パタ−ン３より厚く、例えば９０μｍとする。
【００４１】
半導体発光層２ａは、素子基板２ｂの主面上に、バッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型半導体層を順次積層して形成されている。発光層は、バリア層とウェル層を交互に積層した量子井戸構造をなしている。ｎ型半導体層にはｎ側電極が設けられ、ｐ型半導体層上にはｐ側電極が設けられている。この半導体発光層２ａは、反射膜を有しておらず、厚み方向の双方に光を放射できる。
【００４２】
各半導体発光素子２は、装置基板４の長手方向に隣接した回路パターン３間にそれぞれ配置され、白色の反射層３１の同一面上に接着層３２により接着されている。具体的には、半導体発光層２ａが積層された素子基板２ｂの一面と平行な他面が、接着層３２により反射層３１に接着されている。この接着により、回路パターン３および半導体発光素子２は反射層３１の同一面上で直線状に並べられるので、この並び方向に位置した半導体発光素子２の側面と回路パターン３とは、近接して対向するように設けられている。接着層３２の厚みは、例えば５μｍ以下とすることができる。接着層３２には、例えば５μｍ以下の厚みで光透過率が７０％以上の透光性を有した接着剤、例えばシリコーン樹脂系の接着剤を好適に使用できる。
【００４３】
図１および図２に示すように、各半導体発光素子２の電極と半導体発光素子２の両側に近接配置された回路パターン３とは、ボンディングワイヤ６で接続されている。さらに、前記２列の回路パターン３列の他端側に位置された端側回路パターン３ｂ同士も、ボンディングワイヤ６で接続されている。したがって、この実施形態の場合、各半導体発光素子２は直列に接続されている。以上の装置基板４、反射層３１、回路パターン３、各半導体発光素子２、接着層３２、およびボンディングワイヤ６により、発光装置１の面発光源が形成されている。
【００４４】
リフレクタ３４は、一個一個または数個の半導体発光素子２ごとに個別に設けられるものではなく、反射層３１上の全ての半導体発光素子２を包囲する単一のものであり、例えば長方形の枠で形成されており、半導体発光素子２は前記枠で形成された凹部７内に配置されている。リフレクタ３４は反射層３１に接着止めされていて、その内部に複数の半導体発光素子２および回路パターン３が収められているとともに、前記一対の給電パターン部３ｃ、３ｄはリフレクタ３４の外部に位置されている。リフレクタ３４は、例えば合成樹脂で成形することができ、その内周面は反射面となっている。リフレクタ３４の反射面は、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ，Ｐｄ等の反射率の高い金属材料を蒸着またはメッキして形成することができる他、可視光の反射率の高い白色塗料を塗布して形成することができる。あるいは、リフレクタ３４の成形材料中に白色粉末を混入して、リフレクタ３４自体を可視光の反射率が高い白色にすることもできる。前記白色粉末としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム等の白色フィラーを用いることができる。なお、リフレクタ３４の反射面は、発光装置１の照射方向に次第に開くように形成することが望ましい。
【００４５】
蛍光体含有樹脂層９は、例えば２種類または３種類の蛍光体を混合した液状の熱硬化性樹脂を、ディスペンサ等の注入装置を用いて、反射層３１表面および一直線上に配列された各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６等を満遍なく埋めるようにして充填し、加熱により熱硬化性樹脂を硬化させることにより形成されている。蛍光体樹脂層９の厚さ（光路長さ）は適宜決めることができる。
【００４６】
赤色蛍光体としては、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ蛍光体のような酸硫化物蛍光体、窒化物系蛍光体（例えば、ＡＥ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋やＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋）、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎなどのアルカリ土類元素を示す。）やこれらの共付活性の蛍光体、Ｓｒ３Ｓｉ３Ｏ５：Ｅｕ２＋蛍光体などのケイ酸塩蛍光体（シリケート系蛍光体）、サイアロン系蛍光体（例えば、ＣａｘＳｉｘＡｌ２ＯＮ）、酸化物系蛍光体などを用途に応じて用いることができる。赤色蛍光体は、青色光により励起されて波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する。上記の波長が６４０ｎｍ未満の場合には高い演色性を得ることができず、波長が６６０ｎｍを超える場合には十分な発光効率が得られない。赤色蛍光体からの波長６４０〜６６０ｎｍの範囲の発光ピークは、１００〜１３０ｎｍの範囲の半値幅を有することが好ましい。半値幅が１００ｎｍ未満のシャープな発光ピークを有する蛍光体を使用した場合には平均演色評価数Ｒａが低くなるおそれがある。また、半値幅が１３０ｎｍを超えるブロードな発光ピークとした場合には、発光効率が低くなるおそれがある。なお、蛍光体の発光ピークにおける半値幅は、発光ピークの強度の１／２強度におけるスペクトルの広がり幅（波長）をいう。
【００４７】
緑色蛍光体は、例えばＲＥ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥは、Ｙ、ＧおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。）などのＹＡＧ蛍光体、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）やＣａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体などのケイ酸塩蛍光体、サイアロン系蛍光体（例えば、ＣａXＳｉｙＡｌZＯＮ：Ｅｕ２＋）、およびＣａ３Ｓｃ２Ｏ４：Ｃｅ蛍光体などの中から選択される。
【００４８】
黄色系蛍光体は、例えばＲＥ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥは、Ｙ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。）などのＹＡＧ蛍光体、（Ｔｂ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体などのＴＡＧ蛍光体、サイアロン系蛍光体（例えば、ＣａＸＳｉＹＡｌＺＯＮ：Ｅｕ２＋）、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）やＳｒ３Ｓｉ３Ｏ５：Ｅｕ２＋蛍光体などのケイ酸塩蛍光体などの中から、蛍光体の特性や用途に応じて選択される。
【００４９】
赤色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は、７〜１５μｍが好ましい。緑色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は、７〜１５μｍが好ましい。黄色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は、８〜１５μｍが好ましい。これらの各種の蛍光体のそれぞれの平均粒径が上記の下限値（μｍ）未満であると、蛍光体が励起光を吸収する割合よりも散乱する割合が大きくなるため、発光効率が低下する。一方、蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が上限値を超える大粒径である場合には、蛍光体粒子の沈降が大きくなり、その影響で分散のばらつきや塗布作業性の悪化が生じる。
【００５０】
次に、これらの蛍光体の配合比および配合量について説明する。まず、上記の赤色蛍光体および緑色蛍光体の２種類の蛍光体を使用する場合（２成分系）について説明する。緑色蛍光体と赤色蛍光体との配合比は、重量比で３：１〜５：１の範囲が好ましい。緑色蛍光体と赤色蛍光体との配合比が前記範囲内である場合には、赤色蛍光体の使用による演色性の向上と、緑色蛍光体の使用による発光効率の向上のバランスを図ることができるので、エネルギー変換効率をより高めることができる。赤色蛍光体と緑色蛍光体の配合量は、各種の蛍光体の平均粒径、蛍光体層の厚さ（光路長）などに依存する。各種の蛍光体が上記の平均粒径（赤色蛍光体の平均粒径：７〜１５μｍ、緑色蛍光体の平均粒径：７〜１５μｍ）であって、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍの場合には、赤色蛍光体と緑色蛍光体の配合量は、樹脂に対してそれぞれ０．８〜２．５重量％および４．０〜１０．０重量％の範囲が好ましい。２種類の蛍光体の平均粒径および配合量が上記の範囲内である場合には、演色性の向上と、発光効率の向上のバランスを図ることができるので、エネルギー変換効率をより高めることができる。
【００５１】
次に、上記の赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の３種類の蛍光体を使用する場合（３成分系）について説明する。緑色蛍光体および黄色蛍光体の合計と赤色蛍光体との配合比は、重量比で３：１〜５：１の範囲が好ましい。赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合比がこれらの範囲内である場合には、赤色蛍光体の使用による演色性の向上と、緑色蛍光体および黄色蛍光体の使用による発光効率の向上のバランスを図ることができるので、エネルギー変換効率をより高めることができる。特に、比視感度が良好な波長（例えば５５５ｎｍ）の光を含む発光を有する黄色蛍光体の配合比を規定する場合には、エネルギー変換効率をより高くすることができる。赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合量は、各種の蛍光体の平均粒径、蛍光体層の厚さ（光路長）などに依存する。各種の蛍光体が上記の平均粒径（赤色蛍光体の平均粒径：７〜１５μｍ、緑色蛍光体の平均粒径：７〜１５μｍ、黄色蛍光体の平均粒径：８〜１５μｍ）であって、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍの場合には、赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合量は、樹脂に対して、それぞれ０．８〜２．５重量％、１．２〜５．０重量％および２．０〜６．０重量％の範囲が好ましい。上記の３種類の蛍光体の平均粒径および配合量が上記の範囲内である場合には、演色性の向上と、発光効率の向上のバランスを図ることができるので、エネルギー変換効率をより高めることができる。
【００５２】
実施形態のＬＥＤランプ１では、印加された電気エネルギーがＬＥＤチップ２で主波長が４２０〜４８０ｎｍ（例えば４６０ｎｍ）の青色光に変換されて放射され、放射された青色光は、蛍光体含有樹脂層９中に含有された赤色蛍光体と緑色蛍光体の２種類、または赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の３種類からなる蛍光体で、より長波長の光に変換される。そして、ＬＥＤチップ２から放射される青色光とこれらの蛍光体の発光色とに基づく色である白色光がＬＥＤランプ１から放出される。
【００５３】
反射層３１表面とボンディングワイヤ６との間に流れ込んだ液状の透明樹脂は、毛細管現象等により各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６に行きわたり、その膜厚等がほぼ均一になっており、蛍光体も透明樹脂にほぼ均一に分散している。そして、この実施形態のＬＥＤランプ１においては、蛍光体からの発光スペクトルが、波長６４０〜６６０の範囲の発光ピークおよび緑色の発光ピークを有しているので、エネルギー変換効率が高いため、高い演色性を維持しつつ、発光効率をより向上させることが可能であり、色温度２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光することができる。また、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲の発光ピークを有しているので、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）についても良好な光を得ることができる。
【００５４】
また、本発明のＬＥＤ装置は、いわゆる砲弾型やＳＭＤ型の発光装置として使用しても、同様に高い演色性を維持しつつ、発光効率をより向上させることが可能であり、色温度２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるような光を発光することができる。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の実施例およびその評価結果について記載する。
【００５６】
実施例１，２、比較例１（２成分系）
実施例１では、半値幅が１１０ｎｍであり波長６５０ｎｍに発光ピークを有し、粒径が７〜１５μｍであり、レーザー回折式粒度分布計により測定した平均粒径（Ｄ５０）が１０．２μｍであり、組成がＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋である赤色シリケート系蛍光体と、半値幅が７０ｎｍであり波長５２０ｎｍに発光ピークを有し、同様に粒径が５〜４５μｍ、平均粒径が１１．２μｍである緑色蛍光体とを、それぞれシリコーン樹脂中に表１に示す配合比（シリコーン樹脂に対する配合割合；重量％）で混合し、分散させた。実施例２では、さらに高い平均演色評価数（Ｒａ＝９５）を得るため、上記赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合量を増加させ、それぞれシリコーン樹脂中に表１に示す配合比（シリコーン樹脂に対する配合割合；重量％）で混合し、分散させた。また、比較例１では、上記の赤色蛍光体の代わりに、半値幅が１００ｎｍであり波長６３０ｎｍに発光ピークを有し、同様に粒径が５〜４５μｍ、平均粒径が１０．５μｍであり、組成がＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋である赤色シリケート系蛍光体を使用し、この赤色蛍光体と上記の緑色蛍光体と、表１に示す配合比でそれぞれシリコーン樹脂中に混合して、分散させた。
【００５７】
次に、こうして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂を、開口径３ｍｍの凹部７内に充填した後、シリコーン樹脂を硬化させて蛍光体含有樹脂層を形成し、図１に示す構成を有するＬＥＤランプ１を作成した。なお、蛍光体含有樹脂層９の光路長は１．０ｍｍとした。光路長は、ＬＥＤチップの上面より光取り出し側の蛍光体含有樹脂層の厚さをいう。
【００５８】
こうして実施例１，２および比較例１で得られたＬＥＤランプを発光させ、発光の色温度、色の偏差（ｄｕｖ）、平均演色評価数Ｒａ、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）および発光効率をそれぞれ測定した。色温度、色の偏差、平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９（赤色）は分光光度計（大塚電子製の瞬間分光光度計ＭＣＰＤ−７０００）を用いて測定し、発光効率はゴニオメーター（富士光電工業株式会社製ＧＭＴ−１）を用いて測定した。これらの測定結果を表１に示す。なお、発光効率は表１の参考例の発光特性を有するＬＥＤランプの発光効率を１００％としたときの相対値である。また、上記の分光光度計を用いて測定されたこれらのＬＥＤランプの発光スペクトルのうち、実施例１で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを図３に、実施例２および比較例１で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを図４に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
実施例１，２および比較例１は、一般照明として３波長型蛍光ランプと同レベルの平均演色評価数Ｒａ８３よりもさらに高輝度のタイプである平均演色評価数Ｒａ９０、特にＲａ９５を目標（指標）として、色温度５０００Ｋおよび３０００Ｋで作成したものである。実施例１，２では、色温度５０００Ｋおよび３０００Ｋにおいて、それぞれ平均演色評価数Ｒａが９０以上の非常に高い演色性を維持しつつ、良好な発光効率が得られることが確認された。また特殊演色評価数Ｒ９（赤色）についても良好な値が得られることが確認された。これに対し、比較例１は、色温度３０００Ｋにおいて平均演色評価数Ｒａ９０を達成することができないことが確認され、その発光効率も低かった。また、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）についても低いことが確認された。
【００６１】
なお、実施例１，２の赤色シリケート系蛍光体としては、（Ｂａ，Ｃａ）ＳｉＯ４：Ｅｕや共付括のもの、その他ＭｇやＺｎなどのシリケート系蛍光体、サイアロン系蛍光体や酸化物蛍光体でも波長変更が可能なものも同様に色温度５０００Ｋおよび３０００Ｋにおいて、高い平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９（赤色）を維持しつつ、高い発光効率を得ることができた。
【００６２】
実施例３ないし５、比較例２ないし５（３成分系）
実施例３では、色温度５０００Ｋにおいて、平均演色評価数Ｒａが９０を得るために、表２に示すように実施例１で使用した上記の赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合量を全体として減少させ、さらに半値幅が１１０ｎｍであり波長５６５ｎｍに発光ピークを有す、組成がＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕである黄色窒化物蛍光体を使用した。比較例２においても、同様に比較例１で使用した上記の赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合量を全体として減少させ、さらに上記の黄色窒化物蛍光体を使用した。実施例４および比較例３では、実施例３および比較例２に対し、同じ色温度５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａ８０を得るために、赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合量を全体として減少させ、黄色蛍光体の量を増加させた。さらに、実施例５および比較例４，５では、色温度３０００Ｋで平均演色評価数Ｒａ８０を達成するために、実施例４および比較例３に対し、緑色蛍光体、赤色蛍光体および黄色蛍光体の量を増加させた。そして、これらの蛍光体をそれぞれシリコーン樹脂中に配合し、表２に示す配合比（シリコーン樹脂に対する配合割合；重量％）で混合し、分散させた。次に、こうして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂を、実施例１と同様に、開口径３ｍｍの凹部７内に充填した後、シリコーン樹脂を硬化させて蛍光体含有樹脂層９を形成し、図１に示す構成を有するＬＥＤランプ１を作成した。
【００６３】
こうして実施例３ないし５および比較例２ないし５で得られたＬＥＤランプを実施例１と同様に発光させ、発光の色温度、色の偏差（ｄｕｖ）、平均演色評価数Ｒａ、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）および発光効率をそれぞれ測定した。これらの測定結果を表２に示す。なお、発光効率は表１の参考例のＬＥＤランプの発光効率を１００％としたときの相対値である。また、上記の分光光度計を用いて測定されたこれらのＬＥＤランプの発光スペクトルのうち、実施例４および比較例２で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを図５に、実施例５および比較例４で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを図６に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
実施例３では、赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体を使用しても、色温度５０００Ｋで、高い平均演色評価数Ｒａ８９を維持しつつ良好な発光効率が得られることが確認された。また、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）も良好であった。これに対し、比較例２では、色温度５０００Ｋを得ることができず、また、平均演色評価数Ｒａ９０も得ることができず、さらに発光効率も低かった。
【００６６】
実施例４では、色温度５０００Ｋで、高い平均演色評価数Ｒａ８０を維持しつつ極めて高い発光効率９０％が得られることが確認された。また、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）も良好であった。これに対し、比較例３は、色温度４７５０Ｋで、平均演色評価数Ｒａ８０の条件では、発光効率が８１．１％であった。よって比較例３は実施例４と比較して発光効率が約１０％低下することが確認された。さらに、実施例５は、色温度３０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａ８０で良好な発光効率約７５％を達成できるが、比較例５では、実施例５と同じ平均演色評価数Ｒａで発光効率が約１２％低下することが確認された。また、実施例５は、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）も良好であった。
【００６７】
また、これらの結果に関しては以下のことが考えられる。実施例の波長６５０ｎｍに発光ピークを有する赤色蛍光体は、比較例の波長６３０ｎｍに発光ピークを有する赤色蛍光体と対比すると、実施例の赤色蛍光体の方が発光の主波長が短波長側にあるため、一般的にはストークスシフトの原理により単色の発光強度が低くなると推測される。ここで、ストークスシフトとは、一般に励起波長に対し発光の主波長が長波長側にシフトすることであり、ストークスシフトが大きくなると発光波長域はブロードになって半値幅が大きくなり発光強度が低下する。
【００６８】
しかしながら、比較例の赤色蛍光体を使用する場合には、色温度、特に２８５０〜５０００Ｋにおいて、高い演色性を得るために配合量を多く配合する必要がある。特に、比較例１の赤色蛍光体の配合量を低下させると、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）の低下が激しく、所定の特殊演色評価数Ｒ９（赤色）値を得るために、赤色蛍光体の配合比は下げることができない。そのため、主として発光効率の上昇への寄与が大きい緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合比率を低く抑えなければならない。これに対し、実施例の赤色蛍光体は、上記のような配合量の低下による演色性、特に特殊演色評価数Ｒ９（赤色）の低下がそれほど激しくないので、緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合比率を上げることができる。したがって、全体としては実施例の赤色蛍光体を使用する方が、色温度５０００Ｋおよび３０００Ｋにおいて高い平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９（赤色）を維持しつつ、高い発光効率を得ることができる。
【００６９】
したがって、赤色蛍光体および緑色蛍光体の２色系においては、色温度５０００Ｋ、３０００Ｋにおいて、非常に高い平均演色評価数Ｒａ９０以上を維持しつつ、良好な発光効率を達成できることがわかる。また、赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の３色系においては、色温度５０００Ｋおよび平均演色評価数Ｒａ８０〜９０、および色温度３０００Ｋおよび平均演色評価数Ｒａ８０において、高い発光効率を達成できることがわかる。また、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）についてもそれぞれ良好な値を得ることができ、色温度２８５０〜５０００Ｋにおいて、平均演色評価数Ｒａ８０以上であって、高い発光効率を達成できる発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の発光装置の第１の実施形態に係わる発光装置の平面図である。
【図２】図１のＦ−Ｆ´線断面図である。
【図３】本発明の実施例１で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図４】本発明の実施例２，比較例１で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例４および比較例２で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図６】本発明の実施例５および比較４で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１…ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、３…回路パターン、４…基板、６…ボンディングワイヤ、７…凹部、８…フレーム、９…蛍光体含有樹脂層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードなどの発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤランプは、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末などのバックライト、屋内外広告など、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。さらに、ＬＥＤランプは、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、軽薄短小化の実現などの特徴を有することから、産業用途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ＬＥＤランプを種々の用途に適用する場合、白色発光を得ることが重要となる。
【０００３】
ＬＥＤランプで白色発光を実現する代表的な方式としては、（１）青、緑および赤の各色に発光する３つのＬＥＤチップを使用する方式、（２）青色発光のＬＥＤチップと黄色ないし橙色発光の蛍光体とを組合せる方式、（３）紫外線発光のＬＥＤチップと青色、緑色および赤色発光の三色混合蛍光体とを組合せる方式、の３つが挙げられる。これらのうち、一般的には（２）の方式が広く実用化されている。そして、上記した（２）の方式を適用したＬＥＤランプの構造としては、ＳＭＤや砲弾型のようなＬＥＤチップを装備したカップ型のフレーム内に蛍光体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を含有する樹脂層を形成した構造が一般的であり、また、高輝度化を目的として、基板（ボード）上に搭載された多数のＬＥＤチップの上に、蛍光体を混合した透明樹脂を塗布し蛍光体含有樹脂層を形成したチップオンボード（以下、「ＣＯＢ」とも称する。）構造も開発されている。さらに、蛍光体を混合した透明樹脂をシート状に成形して成る蛍光体含有樹脂シートを、ＬＥＤチップが配置されたフレームに固定し、色むらやカップ間の色差を低減する技術も提案されている。
【０００４】
近年、一般照明用としてのＬＥＤランプにおいて、高い発光効率に加え、演色性と呼ばれる色の見え方が重視されている。演色性は、自然光に近い照明を基準光にして光源による色の見え方を評価したものであり、ＪＩＳに定められている試験色を、試料光源と基準光でそれぞれ照明したときの色ずれの大きさを数値化したものが演色評価数である。演色評価数には、平均演色評価数Ｒａと特殊演色評価数Ｒｉがあり、平均演色評価数Ｒａは、試験Ｎｏ．１〜８の演色評価数値の平均値として表される。特殊演色評価数Ｒｉは、試験Ｎｏ．９〜１５の個々の特殊演色評価数値として表される。平均演色評価数Ｒａは、基準光源である白色光源による色彩を忠実に再現しているかを指数で表したもので、原則として１００に近いほど演色性が良い。
【０００５】
一般に、平均演色評価数Ｒａの高いいわゆる高演色タイプのＬＥＤランプは、ＬＥＤチップからの青色発光によって、波長５４０ｎｍ〜５６０ｎｍの光を発光するＹＡＧなどの黄色系蛍光体からの黄色発光と、波長６３０ｎｍの光を発光する赤色発光体からの赤色発光で演色性にすぐれる白色光を合成する。しかしながら、このような高演色タイプのＬＥＤランプでは、赤色蛍光体が、ＬＥＤチップからの４６０ｎｍ付近の青色光を励起に用いるのみならず、黄色系蛍光体から発光される黄色光も吸収して励起に使用するため、光の取り出し効率が約半減と、大幅に低減するという問題があった。
【０００６】
そこで、これに対する対策として、赤色蛍光体（あるいは橙色蛍光体）とともに緑色蛍光体を混合して用いたＬＥＤランプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、赤色蛍光体の主波長を選択する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。赤色領域は、通常６００ｎｍ以上で一般に６７０ｎｍであるが、幅広く主波長７８０ｎｍまでの領域が選択される。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたＬＥＤランプにおいては、緑色蛍光体からの緑色光も励起光として使用される場合が多いため、発光効率およびＲａの十分な向上には繋がらなかった。
【０００８】
また、特許文献２に記載されたＬＥＤランプでは、発光効率の低下を少なくしかつＲａ向上を考慮した場合、主波長の選定を厳密に行う必要があった。そのうえ、Ｃａ２Ｓｒ５Ｎ８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどの窒化物系赤色蛍光体は、結晶成長が行われにくく、またその他の窒化物系赤色蛍光体においても、粒径が効率低下に大きく影響するため、幅広い波長範囲の中から最も良好な波長を選定し、さらに蛍光体粒径を厳密に設定する必要があった。蛍光体の粒径が小さいと、発光効率が上がらないばかりでなく、ＬＥＤチップからの青色発光とこの青色により励起され発光した黄色系発光の光路がいずれもふさがれ、光取り出し効率が低下することになる。
【０００９】
一般照明用のＬＥＤランプとしては、３波長蛍光ランプの平均演色評価数Ｒａ（８０〜８５）値が指標となり、高い発光効率を維持しつつ、かつ平均演色評価数Ｒａ８０以上、特には高い平均演色評価数Ｒａ９０〜９５を実現した高演色性の発光装置が求められている。加えて、光色すなわち色温度についても、ＨＩＤランプ、電球、蛍光ランプを考慮した場合には、ＨＩＤランプや、３波長型蛍光ランプと同レベルの演色性、例えば平均演色評価数Ｒａ８３や、さらに高演色性の平均演色評価数Ｒａ９０仕様における、各種色温度６７００Ｋから２８５０Ｋまでのラインナップが必要とされる。各種色温度の中で、特に、５０００Ｋから２８５０Ｋにおける発光効率の向上が求められている。
【特許文献１】特開２００４−３２７５１８公報
【特許文献２】特開２００５−３２２６７４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、高い演色性を維持しつつ、発光効率を向上させることができ、色温度２８５０〜５０００Ｋにおいて、平均演色評価数が８０以上である光を発光することが可能な発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発光装置は、青色光を放射する発光素子と；前記発光素子から放射される青色光により励起されて、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、前記青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体を少なくとも含み、前記青色光との混色により色温度が２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光する蛍光体層と；を具備することを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、前記蛍光体層は、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体を含有し、前記緑色蛍光体と前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発光装置は、請求項２記載の発光装置において、前記蛍光体層は、平均粒径が７〜１５μｍの前記赤色蛍光体と、平均粒径が７〜１５μｍの前記緑色蛍光体と、樹脂とをそれぞれ含み、前記蛍光体層の厚さが１．０ｍｍのときの前記樹脂に対する前記赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％および４．０〜１０．０重量％であることを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の発光装置は、請求項２または３記載の発光装置において、前記平均演色評価数が９０以上であることを特徴としている。
【００１５】
請求項５記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、前記蛍光体層は、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体と、波長５４０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体とを含有し、前記緑色蛍光体及び前記黄色蛍光体の合計と、前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることを特徴としている。
【００１６】
請求項６記載の発光装置は、請求項５記載の発光装置において、前記蛍光体層は、平均粒径が７〜１５μｍの前記赤色蛍光体と、平均粒径が７〜１５μｍの前記緑色蛍光体と、平均粒径が８〜１５μｍの前記黄色蛍光体と、樹脂とをそれぞれ含み、前記蛍光体層の厚さが１．０ｍｍのときの前記樹脂に対する前記赤色蛍光体、前記緑色蛍光体および前記黄色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％、１．２〜５．０重量％および２．０〜６．０重量％であることを特徴としている。
【００１７】
上記した請求項１ないし請求項６記載の発明において、用語の定義および技術的意味は、特に指定しない限り以下の通りである。青色光を放射する発光素子は、主波長が４２０〜４８０ｎｍ（例えば４６０ｎｍ）の青色光を放射し、放射した青色光により蛍光体を励起して可視光を発光させるものである。本発明で用いられる青色光を放射する発光素子としては、例えば、青色発光タイプのＬＥＤチップなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００１８】
蛍光体は、このような発光素子から放射された青色光により励起されて可視光を発光し、この可視光と発光素子から放射される青色光との混色によって、発光装置として所望の発光色を得るものである。
【００１９】
本発明において蛍光体としては、青色光により励起されて波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、前記青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体の２種類の蛍光体を使用することができる。前記赤色蛍光体および緑色蛍光体は蛍光体層に含まれ、前記青色光との混色により色温度が２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光する。また、上記の平均演色評価数Ｒａが９０以上であることがさらに好ましい。
【００２０】
赤色蛍光体のピーク波長が６４０ｎｍ未満である場合には、平均演色評価数Ｒａが８０以上の高演色性の発光を得ることが難しい。一方、赤色蛍光体のピーク波長が６６０ｎｍを超えた場合には、平均演色評価数Ｒａの向上に寄与しない波長範囲の発光成分が増大するばかりでなく、吸収光の波長範囲が広くなり短波長の光をより吸収してしまうため、発光効率が低下する。
【００２１】
前記緑色蛍光体は、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体であることが好ましい。また、色温度２８５０〜５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａ８０以上の発光を得るためには、前記緑色蛍光体と６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する赤色蛍光体との配合比を３：１〜５：１の範囲とすることが好ましい。緑色蛍光体の赤色蛍光体に対する配合比が３未満になると、色温度が低下し、反対に緑色蛍光体の赤色蛍光体に対する配合比が５を超える場合も、色温度が上昇し、いずれの場合も色温度２８５０〜５０００Ｋの発光を得ることができない。
【００２２】
また、前記赤色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は７〜１５μｍであり、前記緑色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は７〜１５μｍであることが好ましい。これらの蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が下限値未満である場合には、蛍光体が励起光を吸収する割合よりも散乱する割合が大きくなるため、発光効率が低下する。一方、これらの蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が上限値を超える大粒径である場合には、蛍光体粒子の沈降が大きくなり、その影響で分散のばらつきや塗布作業性の悪化が生じる。なお、蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は、例えばレーザー回折法で測定したものであり、低粒子径から積算し全体の蛍光体量の５０容積％に至る粒子の大きさ、すなわち積算値５０％の粒度を示すものである。
【００２３】
さらに、色温度２８５０〜５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａが８０以上であり、かつ発光効率の高い光を得るために、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍの場合の樹脂に対する前記赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％および４．０〜１０．０重量％であることがより好ましい。なお、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍでない場合には、前記赤色蛍光体および緑色蛍光体の好ましい配合割合は、前記数値範囲を基にしてほぼ逆比例的に算定することができる。すなわち、例えば蛍光体層の厚さ（光路長）が０．５ｍｍと１／２の場合には、発光に関与する蛍光体粒子の数を光路長が１．０ｍｍの場合と同等にするために、前記配合割合の数値を２〜３倍にした数値を好ましい範囲とすることができる。
【００２４】
本発明の蛍光体としては、青色光により励起されて、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体および波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体とともに、青色光により励起されて波長５４０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体の計３種類の蛍光体を使用することができる。すなわち、主波長（ピーク波長）が６４０〜６６０ｎｍの赤色蛍光体、主波長が５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の緑色蛍光体、および主波長が５４０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の黄色蛍光体を混合した蛍光体を使用することができる。
【００２５】
そして、色温度２８５０〜５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａが８０以上であり、かつ発光効率の高い発光を得るために、前記緑色蛍光体及び黄色蛍光体の合計と前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることが好ましい。
【００２６】
さらに、前記赤色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が７〜１５μｍであり、前記緑色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が７〜１５μｍであり、前記黄色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が８〜１５μｍであることが好ましい。各色の蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が下限値未満と小粒径である場合には、蛍光体が励起光を吸収する割合よりも散乱する割合が大きくなるため、発光効率が低下する。一方、蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が上限値を超える大粒径である場合には、蛍光体粒子の沈降が大きくなり、その影響で分散のばらつきや塗布作業性の悪化が生じる。またさらに、色温度２８５０〜５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａが８０以上であり、かつ発光効率の高い光を得るために、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍの場合の蛍光体層中の樹脂に対する前記赤色蛍光体、前記緑色蛍光体および前記黄色蛍光体の配合割合は、それぞれ０．８〜２．５重量％、１．２〜５．０重量％および２．０〜６．０重量％であることがより好ましい。
【００２７】
蛍光体を含む蛍光体層は、前記の蛍光体を、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂のような透明樹脂に加えて混合・分散させた層として形成される。蛍光体層は、発光素子の外側を覆うように形成することができるが、発光素子を直接覆うようにして予め透明樹脂層を形成し、その上に前記した蛍光体を含む層を設けることも可能である。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１記載の発光装置によれば、蛍光体からの発光スペクトルが、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有するとともに緑色の範囲に発光ピークを有しているので、エネルギー変換効率が高い。そのため、色温度２８５０〜５０００Ｋにおいて、高い演色性を維持しつつ発光効率を向上させることができる。
【００２９】
請求項２記載の発光装置によれば、赤色蛍光体と緑色蛍光体との配合比を規定することにより、エネルギー変換効率をより高くできるので、より高い演色性を有し、良好な発光効率を得ることができる。
【００３０】
請求項３記載の発光装置によれば、各種の蛍光体の適切な平均粒径およびそれらの配合量を規定しているので、より高い発光効率を得ることができる。
【００３１】
請求項４記載の発光装置によれば、平均演色評価数の極めて高い光を得ることができる。
【００３２】
請求項５記載の発光装置によれば、赤色蛍光体および緑色蛍光体の他に、黄色蛍光体を使用しているので、より高い発光効率を得ることができる。
【００３３】
請求項６記載の発光装置によれば、各種の蛍光体の適切な平均粒径およびそれらの配合量を規定しているので、より高い発光効率を得ることができる。
【００３４】
したがって、本発明によれば、従来に比べて、高い演色性を維持しつつ、発光効率をより向上させることが可能であり、色温度２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光することが可能な発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係わるＬＥＤパッケージを形成する発光装置を示している。図１は、この発光装置の平面図であり、図２は、図１に示す発光装置をＦ−Ｆ線に沿って切断した縦断面図である。
【００３６】
図１および図２に示す発光装置（ＬＥＤランプ）１は、パッケージ基板例えば装置基板４と、反射層３１と、回路パターン３と、複数好ましくは多数の半導体発光素子（例えば青色ＬＥＤチップ）と、接着層３２と、リフレクタ３４と、蛍光体含有樹脂層９と、光拡散部材３３とを備えて形成されている。蛍光体含有樹脂層９は封止部材としても機能する。装置基板４は、金属または絶縁材、例えば合成樹脂製の平板からなり、発光装置１に必要とされる発光面積を得るために、所定形状例えば長方形状をなしている。装置基板４を合成樹脂製とする場合、例えば、ガラス粉末入りのエポキシ樹脂等で形成することができる。装置基板４を金属製とする場合は、この装置基板４の裏面からの放熱性が向上し、装置基板４の各部温度を均一にすることができ、同じ波長域の光を発する半導体発光素子２の発光色のばらつきを抑制することができる。なお、このような作用効果を奏する金属材料としては、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性に優れた材料、具体的にはアルミニウムまたはその合金を例示することができる。
【００３７】
反射層３１は、所定数の半導体発光素子２を配設し得る大きさであって、例えば、装置基板４の表面全体に被着されている。反射層３１は、４００〜７４０ｎｍの波長領域で８５％以上の反射率を有する白色の絶縁材料により構成することができる。このような白色絶縁材料としては、接着シートからなるプリプレグ（pre-preg）を使用することができる。このようなプリプレグは、例えば、酸化アルミニウム等の白色粉末が混入された熱硬化性樹脂をシート基材に含浸させて形成することができる。反射層３１はそれ自体の接着性により、装置基板４の表面となる一面に接着される。
【００３８】
回路パターン３は、各半導体発光素子２への通電要素として、反射層３１の装置基板４が接着された面とは反対側の面に接着されている。この回路パターン３は、例えば各半導体発光素子２を直列に接続するために、装置基板４および反射層３１の長手方向に所定間隔ごとに点在して２列に形成されている。一方の回路パターン３の列の一端側に位置する端側回路パターン３ａには、給電パターン部３ｃが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン３の列の一端側に位置する端側回路パターン３ａには、給電パターン部３ｄが一体に連続して形成されている。給電パターン部３ｃ，３ｄは反射層３１の長手方向一端部に並べて設けられ、互いに離間して反射層３１により絶縁されている。これらの給電パターン部３ｃ，３ｄのそれぞれに、電源に至る図示しない電線が個別に半田付け等で接続されるようになっている。
【００３９】
回路パターン３は以下に説明する手順で形成される。まず、未硬化の前記熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグからなる反射層３１を装置基板４上に貼付けた後、反射層３１上にこれと同じ大きさの銅箔を貼付ける。次に、こうして得た積層体を加熱するとともに加圧して、熱硬化性樹脂を硬化させることによって、装置基板４と銅箔を反射層３１に圧着し接着を完了させる。次いで、銅箔上にレジスト層を設けて、銅箔をエッチング処理した後に、残ったレジスト層を除去することによって、回路パターン３を形成する。銅箔からなる回路パターン３の厚みは例えば３５μｍである。
【００４０】
図２に示すように、半導体発光素子２は、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のＬＥＤチップからなり、透光性を有する素子基板２ｂ一面に半導体発光層２ａを積層して形成されている。素子基板２ｂは、例えばサファイア基板で作られている。この素子基板２ｂの厚みは、回路パタ−ン３より厚く、例えば９０μｍとする。
【００４１】
半導体発光層２ａは、素子基板２ｂの主面上に、バッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型半導体層を順次積層して形成されている。発光層は、バリア層とウェル層を交互に積層した量子井戸構造をなしている。ｎ型半導体層にはｎ側電極が設けられ、ｐ型半導体層上にはｐ側電極が設けられている。この半導体発光層２ａは、反射膜を有しておらず、厚み方向の双方に光を放射できる。
【００４２】
各半導体発光素子２は、装置基板４の長手方向に隣接した回路パターン３間にそれぞれ配置され、白色の反射層３１の同一面上に接着層３２により接着されている。具体的には、半導体発光層２ａが積層された素子基板２ｂの一面と平行な他面が、接着層３２により反射層３１に接着されている。この接着により、回路パターン３および半導体発光素子２は反射層３１の同一面上で直線状に並べられるので、この並び方向に位置した半導体発光素子２の側面と回路パターン３とは、近接して対向するように設けられている。接着層３２の厚みは、例えば５μｍ以下とすることができる。接着層３２には、例えば５μｍ以下の厚みで光透過率が７０％以上の透光性を有した接着剤、例えばシリコーン樹脂系の接着剤を好適に使用できる。
【００４３】
図１および図２に示すように、各半導体発光素子２の電極と半導体発光素子２の両側に近接配置された回路パターン３とは、ボンディングワイヤ６で接続されている。さらに、前記２列の回路パターン３列の他端側に位置された端側回路パターン３ｂ同士も、ボンディングワイヤ６で接続されている。したがって、この実施形態の場合、各半導体発光素子２は直列に接続されている。以上の装置基板４、反射層３１、回路パターン３、各半導体発光素子２、接着層３２、およびボンディングワイヤ６により、発光装置１の面発光源が形成されている。
【００４４】
リフレクタ３４は、一個一個または数個の半導体発光素子２ごとに個別に設けられるものではなく、反射層３１上の全ての半導体発光素子２を包囲する単一のものであり、例えば長方形の枠で形成されており、半導体発光素子２は前記枠で形成された凹部７内に配置されている。リフレクタ３４は反射層３１に接着止めされていて、その内部に複数の半導体発光素子２および回路パターン３が収められているとともに、前記一対の給電パターン部３ｃ、３ｄはリフレクタ３４の外部に位置されている。リフレクタ３４は、例えば合成樹脂で成形することができ、その内周面は反射面となっている。リフレクタ３４の反射面は、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ，Ｐｄ等の反射率の高い金属材料を蒸着またはメッキして形成することができる他、可視光の反射率の高い白色塗料を塗布して形成することができる。あるいは、リフレクタ３４の成形材料中に白色粉末を混入して、リフレクタ３４自体を可視光の反射率が高い白色にすることもできる。前記白色粉末としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム等の白色フィラーを用いることができる。なお、リフレクタ３４の反射面は、発光装置１の照射方向に次第に開くように形成することが望ましい。
【００４５】
蛍光体含有樹脂層９は、例えば２種類または３種類の蛍光体を混合した液状の熱硬化性樹脂を、ディスペンサ等の注入装置を用いて、反射層３１表面および一直線上に配列された各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６等を満遍なく埋めるようにして充填し、加熱により熱硬化性樹脂を硬化させることにより形成されている。蛍光体樹脂層９の厚さ（光路長さ）は適宜決めることができる。
【００４６】
赤色蛍光体としては、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ蛍光体のような酸硫化物蛍光体、窒化物系蛍光体（例えば、ＡＥ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋やＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋）、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎなどのアルカリ土類元素を示す。）やこれらの共付活性の蛍光体、Ｓｒ３Ｓｉ３Ｏ５：Ｅｕ２＋蛍光体などのケイ酸塩蛍光体（シリケート系蛍光体）、サイアロン系蛍光体（例えば、ＣａｘＳｉｘＡｌ２ＯＮ）、酸化物系蛍光体などを用途に応じて用いることができる。赤色蛍光体は、青色光により励起されて波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する。上記の波長が６４０ｎｍ未満の場合には高い演色性を得ることができず、波長が６６０ｎｍを超える場合には十分な発光効率が得られない。赤色蛍光体からの波長６４０〜６６０ｎｍの範囲の発光ピークは、１００〜１３０ｎｍの範囲の半値幅を有することが好ましい。半値幅が１００ｎｍ未満のシャープな発光ピークを有する蛍光体を使用した場合には平均演色評価数Ｒａが低くなるおそれがある。また、半値幅が１３０ｎｍを超えるブロードな発光ピークとした場合には、発光効率が低くなるおそれがある。なお、蛍光体の発光ピークにおける半値幅は、発光ピークの強度の１／２強度におけるスペクトルの広がり幅（波長）をいう。
【００４７】
緑色蛍光体は、例えばＲＥ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥは、Ｙ、ＧおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。）などのＹＡＧ蛍光体、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）やＣａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体などのケイ酸塩蛍光体、サイアロン系蛍光体（例えば、ＣａXＳｉｙＡｌZＯＮ：Ｅｕ２＋）、およびＣａ３Ｓｃ２Ｏ４：Ｃｅ蛍光体などの中から選択される。
【００４８】
黄色系蛍光体は、例えばＲＥ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥは、Ｙ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。）などのＹＡＧ蛍光体、（Ｔｂ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体などのＴＡＧ蛍光体、サイアロン系蛍光体（例えば、ＣａＸＳｉＹＡｌＺＯＮ：Ｅｕ２＋）、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）やＳｒ３Ｓｉ３Ｏ５：Ｅｕ２＋蛍光体などのケイ酸塩蛍光体などの中から、蛍光体の特性や用途に応じて選択される。
【００４９】
赤色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は、７〜１５μｍが好ましい。緑色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は、７〜１５μｍが好ましい。黄色蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は、８〜１５μｍが好ましい。これらの各種の蛍光体のそれぞれの平均粒径が上記の下限値（μｍ）未満であると、蛍光体が励起光を吸収する割合よりも散乱する割合が大きくなるため、発光効率が低下する。一方、蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）が上限値を超える大粒径である場合には、蛍光体粒子の沈降が大きくなり、その影響で分散のばらつきや塗布作業性の悪化が生じる。
【００５０】
次に、これらの蛍光体の配合比および配合量について説明する。まず、上記の赤色蛍光体および緑色蛍光体の２種類の蛍光体を使用する場合（２成分系）について説明する。緑色蛍光体と赤色蛍光体との配合比は、重量比で３：１〜５：１の範囲が好ましい。緑色蛍光体と赤色蛍光体との配合比が前記範囲内である場合には、赤色蛍光体の使用による演色性の向上と、緑色蛍光体の使用による発光効率の向上のバランスを図ることができるので、エネルギー変換効率をより高めることができる。赤色蛍光体と緑色蛍光体の配合量は、各種の蛍光体の平均粒径、蛍光体層の厚さ（光路長）などに依存する。各種の蛍光体が上記の平均粒径（赤色蛍光体の平均粒径：７〜１５μｍ、緑色蛍光体の平均粒径：７〜１５μｍ）であって、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍの場合には、赤色蛍光体と緑色蛍光体の配合量は、樹脂に対してそれぞれ０．８〜２．５重量％および４．０〜１０．０重量％の範囲が好ましい。２種類の蛍光体の平均粒径および配合量が上記の範囲内である場合には、演色性の向上と、発光効率の向上のバランスを図ることができるので、エネルギー変換効率をより高めることができる。
【００５１】
次に、上記の赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の３種類の蛍光体を使用する場合（３成分系）について説明する。緑色蛍光体および黄色蛍光体の合計と赤色蛍光体との配合比は、重量比で３：１〜５：１の範囲が好ましい。赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合比がこれらの範囲内である場合には、赤色蛍光体の使用による演色性の向上と、緑色蛍光体および黄色蛍光体の使用による発光効率の向上のバランスを図ることができるので、エネルギー変換効率をより高めることができる。特に、比視感度が良好な波長（例えば５５５ｎｍ）の光を含む発光を有する黄色蛍光体の配合比を規定する場合には、エネルギー変換効率をより高くすることができる。赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合量は、各種の蛍光体の平均粒径、蛍光体層の厚さ（光路長）などに依存する。各種の蛍光体が上記の平均粒径（赤色蛍光体の平均粒径：７〜１５μｍ、緑色蛍光体の平均粒径：７〜１５μｍ、黄色蛍光体の平均粒径：８〜１５μｍ）であって、蛍光体層の厚さ（光路長）が１．０ｍｍの場合には、赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合量は、樹脂に対して、それぞれ０．８〜２．５重量％、１．２〜５．０重量％および２．０〜６．０重量％の範囲が好ましい。上記の３種類の蛍光体の平均粒径および配合量が上記の範囲内である場合には、演色性の向上と、発光効率の向上のバランスを図ることができるので、エネルギー変換効率をより高めることができる。
【００５２】
実施形態のＬＥＤランプ１では、印加された電気エネルギーがＬＥＤチップ２で主波長が４２０〜４８０ｎｍ（例えば４６０ｎｍ）の青色光に変換されて放射され、放射された青色光は、蛍光体含有樹脂層９中に含有された赤色蛍光体と緑色蛍光体の２種類、または赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の３種類からなる蛍光体で、より長波長の光に変換される。そして、ＬＥＤチップ２から放射される青色光とこれらの蛍光体の発光色とに基づく色である白色光がＬＥＤランプ１から放出される。
【００５３】
反射層３１表面とボンディングワイヤ６との間に流れ込んだ液状の透明樹脂は、毛細管現象等により各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６に行きわたり、その膜厚等がほぼ均一になっており、蛍光体も透明樹脂にほぼ均一に分散している。そして、この実施形態のＬＥＤランプ１においては、蛍光体からの発光スペクトルが、波長６４０〜６６０の範囲の発光ピークおよび緑色の発光ピークを有しているので、エネルギー変換効率が高いため、高い演色性を維持しつつ、発光効率をより向上させることが可能であり、色温度２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光することができる。また、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲の発光ピークを有しているので、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）についても良好な光を得ることができる。
【００５４】
また、本発明のＬＥＤ装置は、いわゆる砲弾型やＳＭＤ型の発光装置として使用しても、同様に高い演色性を維持しつつ、発光効率をより向上させることが可能であり、色温度２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるような光を発光することができる。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の実施例およびその評価結果について記載する。
【００５６】
実施例１，２、比較例１（２成分系）
実施例１では、半値幅が１１０ｎｍであり波長６５０ｎｍに発光ピークを有し、粒径が７〜１５μｍであり、レーザー回折式粒度分布計により測定した平均粒径（Ｄ５０）が１０．２μｍであり、組成がＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋である赤色シリケート系蛍光体と、半値幅が７０ｎｍであり波長５２０ｎｍに発光ピークを有し、同様に粒径が５〜４５μｍ、平均粒径が１１．２μｍである緑色蛍光体とを、それぞれシリコーン樹脂中に表１に示す配合比（シリコーン樹脂に対する配合割合；重量％）で混合し、分散させた。実施例２では、さらに高い平均演色評価数（Ｒａ＝９５）を得るため、上記赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合量を増加させ、それぞれシリコーン樹脂中に表１に示す配合比（シリコーン樹脂に対する配合割合；重量％）で混合し、分散させた。また、比較例１では、上記の赤色蛍光体の代わりに、半値幅が１００ｎｍであり波長６３０ｎｍに発光ピークを有し、同様に粒径が５〜４５μｍ、平均粒径が１０．５μｍであり、組成がＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋である赤色シリケート系蛍光体を使用し、この赤色蛍光体と上記の緑色蛍光体と、表１に示す配合比でそれぞれシリコーン樹脂中に混合して、分散させた。
【００５７】
次に、こうして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂を、開口径３ｍｍの凹部７内に充填した後、シリコーン樹脂を硬化させて蛍光体含有樹脂層を形成し、図１に示す構成を有するＬＥＤランプ１を作成した。なお、蛍光体含有樹脂層９の光路長は１．０ｍｍとした。光路長は、ＬＥＤチップの上面より光取り出し側の蛍光体含有樹脂層の厚さをいう。
【００５８】
こうして実施例１，２および比較例１で得られたＬＥＤランプを発光させ、発光の色温度、色の偏差（ｄｕｖ）、平均演色評価数Ｒａ、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）および発光効率をそれぞれ測定した。色温度、色の偏差、平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９（赤色）は分光光度計（大塚電子製の瞬間分光光度計ＭＣＰＤ−７０００）を用いて測定し、発光効率はゴニオメーター（富士光電工業株式会社製ＧＭＴ−１）を用いて測定した。これらの測定結果を表１に示す。なお、発光効率は表１の参考例の発光特性を有するＬＥＤランプの発光効率を１００％としたときの相対値である。また、上記の分光光度計を用いて測定されたこれらのＬＥＤランプの発光スペクトルのうち、実施例１で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを図３に、実施例２および比較例１で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを図４に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
実施例１，２および比較例１は、一般照明として３波長型蛍光ランプと同レベルの平均演色評価数Ｒａ８３よりもさらに高輝度のタイプである平均演色評価数Ｒａ９０、特にＲａ９５を目標（指標）として、色温度５０００Ｋおよび３０００Ｋで作成したものである。実施例１，２では、色温度５０００Ｋおよび３０００Ｋにおいて、それぞれ平均演色評価数Ｒａが９０以上の非常に高い演色性を維持しつつ、良好な発光効率が得られることが確認された。また特殊演色評価数Ｒ９（赤色）についても良好な値が得られることが確認された。これに対し、比較例１は、色温度３０００Ｋにおいて平均演色評価数Ｒａ９０を達成することができないことが確認され、その発光効率も低かった。また、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）についても低いことが確認された。
【００６１】
なお、実施例１，２の赤色シリケート系蛍光体としては、（Ｂａ，Ｃａ）ＳｉＯ４：Ｅｕや共付括のもの、その他ＭｇやＺｎなどのシリケート系蛍光体、サイアロン系蛍光体や酸化物蛍光体でも波長変更が可能なものも同様に色温度５０００Ｋおよび３０００Ｋにおいて、高い平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９（赤色）を維持しつつ、高い発光効率を得ることができた。
【００６２】
実施例３ないし５、比較例２ないし５（３成分系）
実施例３では、色温度５０００Ｋにおいて、平均演色評価数Ｒａが９０を得るために、表２に示すように実施例１で使用した上記の赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合量を全体として減少させ、さらに半値幅が１１０ｎｍであり波長５６５ｎｍに発光ピークを有す、組成がＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕである黄色窒化物蛍光体を使用した。比較例２においても、同様に比較例１で使用した上記の赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合量を全体として減少させ、さらに上記の黄色窒化物蛍光体を使用した。実施例４および比較例３では、実施例３および比較例２に対し、同じ色温度５０００Ｋで平均演色評価数Ｒａ８０を得るために、赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合量を全体として減少させ、黄色蛍光体の量を増加させた。さらに、実施例５および比較例４，５では、色温度３０００Ｋで平均演色評価数Ｒａ８０を達成するために、実施例４および比較例３に対し、緑色蛍光体、赤色蛍光体および黄色蛍光体の量を増加させた。そして、これらの蛍光体をそれぞれシリコーン樹脂中に配合し、表２に示す配合比（シリコーン樹脂に対する配合割合；重量％）で混合し、分散させた。次に、こうして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂を、実施例１と同様に、開口径３ｍｍの凹部７内に充填した後、シリコーン樹脂を硬化させて蛍光体含有樹脂層９を形成し、図１に示す構成を有するＬＥＤランプ１を作成した。
【００６３】
こうして実施例３ないし５および比較例２ないし５で得られたＬＥＤランプを実施例１と同様に発光させ、発光の色温度、色の偏差（ｄｕｖ）、平均演色評価数Ｒａ、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）および発光効率をそれぞれ測定した。これらの測定結果を表２に示す。なお、発光効率は表１の参考例のＬＥＤランプの発光効率を１００％としたときの相対値である。また、上記の分光光度計を用いて測定されたこれらのＬＥＤランプの発光スペクトルのうち、実施例４および比較例２で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを図５に、実施例５および比較例４で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを図６に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
実施例３では、赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体を使用しても、色温度５０００Ｋで、高い平均演色評価数Ｒａ８９を維持しつつ良好な発光効率が得られることが確認された。また、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）も良好であった。これに対し、比較例２では、色温度５０００Ｋを得ることができず、また、平均演色評価数Ｒａ９０も得ることができず、さらに発光効率も低かった。
【００６６】
実施例４では、色温度５０００Ｋで、高い平均演色評価数Ｒａ８０を維持しつつ極めて高い発光効率９０％が得られることが確認された。また、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）も良好であった。これに対し、比較例３は、色温度４７５０Ｋで、平均演色評価数Ｒａ８０の条件では、発光効率が８１．１％であった。よって比較例３は実施例４と比較して発光効率が約１０％低下することが確認された。さらに、実施例５は、色温度３０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａ８０で良好な発光効率約７５％を達成できるが、比較例５では、実施例５と同じ平均演色評価数Ｒａで発光効率が約１２％低下することが確認された。また、実施例５は、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）も良好であった。
【００６７】
また、これらの結果に関しては以下のことが考えられる。実施例の波長６５０ｎｍに発光ピークを有する赤色蛍光体は、比較例の波長６３０ｎｍに発光ピークを有する赤色蛍光体と対比すると、実施例の赤色蛍光体の方が発光の主波長が短波長側にあるため、一般的にはストークスシフトの原理により単色の発光強度が低くなると推測される。ここで、ストークスシフトとは、一般に励起波長に対し発光の主波長が長波長側にシフトすることであり、ストークスシフトが大きくなると発光波長域はブロードになって半値幅が大きくなり発光強度が低下する。
【００６８】
しかしながら、比較例の赤色蛍光体を使用する場合には、色温度、特に２８５０〜５０００Ｋにおいて、高い演色性を得るために配合量を多く配合する必要がある。特に、比較例１の赤色蛍光体の配合量を低下させると、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）の低下が激しく、所定の特殊演色評価数Ｒ９（赤色）値を得るために、赤色蛍光体の配合比は下げることができない。そのため、主として発光効率の上昇への寄与が大きい緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合比率を低く抑えなければならない。これに対し、実施例の赤色蛍光体は、上記のような配合量の低下による演色性、特に特殊演色評価数Ｒ９（赤色）の低下がそれほど激しくないので、緑色蛍光体および黄色蛍光体の配合比率を上げることができる。したがって、全体としては実施例の赤色蛍光体を使用する方が、色温度５０００Ｋおよび３０００Ｋにおいて高い平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９（赤色）を維持しつつ、高い発光効率を得ることができる。
【００６９】
したがって、赤色蛍光体および緑色蛍光体の２色系においては、色温度５０００Ｋ、３０００Ｋにおいて、非常に高い平均演色評価数Ｒａ９０以上を維持しつつ、良好な発光効率を達成できることがわかる。また、赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体の３色系においては、色温度５０００Ｋおよび平均演色評価数Ｒａ８０〜９０、および色温度３０００Ｋおよび平均演色評価数Ｒａ８０において、高い発光効率を達成できることがわかる。また、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）についてもそれぞれ良好な値を得ることができ、色温度２８５０〜５０００Ｋにおいて、平均演色評価数Ｒａ８０以上であって、高い発光効率を達成できる発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の発光装置の第１の実施形態に係わる発光装置の平面図である。
【図２】図１のＦ−Ｆ´線断面図である。
【図３】本発明の実施例１で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図４】本発明の実施例２，比較例１で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例４および比較例２で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図６】本発明の実施例５および比較４で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１…ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、３…回路パターン、４…基板、６…ボンディングワイヤ、７…凹部、８…フレーム、９…蛍光体含有樹脂層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色光を放射する発光素子と；
前記発光素子から放射される青色光により励起されて、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、前記青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体を少なくとも含み、前記青色光との混色により色温度が２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光する蛍光体層と；
を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体層は、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体を含有し、前記緑色蛍光体と前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体層は、平均粒径が７〜１５μｍの前記赤色蛍光体と、平均粒径が７〜１５μｍの前記緑色蛍光体と、樹脂とをそれぞれ含み、前記蛍光体層の厚さが１．０ｍｍのときの前記樹脂に対する前記赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％および４．０〜１０．０重量％であることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記平均演色評価数が９０以上であることを特徴とする請求項２または３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体層は、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体と、波長５４０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体とを含有し、前記緑色蛍光体及び前記黄色蛍光体の合計と、前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項６】
前記蛍光体層は、平均粒径が７〜１５μｍの前記赤色蛍光体と、平均粒径が７〜１５μｍの前記緑色蛍光体と、平均粒径が８〜１５μｍの前記黄色蛍光体と、樹脂とをそれぞれ含み、前記蛍光体層の厚さが１．０ｍｍのときの前記樹脂に対する前記赤色蛍光体、前記緑色蛍光体および前記黄色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％、１．２〜５．０重量％および２．０〜６．０重量％であることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【請求項１】
青色光を放射する発光素子と；
前記発光素子から放射される青色光により励起されて、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、前記青色光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体を少なくとも含み、前記青色光との混色により色温度が２８５０〜５０００Ｋ、平均演色評価数が８０以上となるように発光する蛍光体層と；
を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体層は、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体を含有し、前記緑色蛍光体と前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体層は、平均粒径が７〜１５μｍの前記赤色蛍光体と、平均粒径が７〜１５μｍの前記緑色蛍光体と、樹脂とをそれぞれ含み、前記蛍光体層の厚さが１．０ｍｍのときの前記樹脂に対する前記赤色蛍光体および緑色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％および４．０〜１０．０重量％であることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記平均演色評価数が９０以上であることを特徴とする請求項２または３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体層は、波長６４０〜６６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する赤色蛍光体と、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体と、波長５４０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体とを含有し、前記緑色蛍光体及び前記黄色蛍光体の合計と、前記赤色蛍光体との配合比が、重量比で３：１〜５：１であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項６】
前記蛍光体層は、平均粒径が７〜１５μｍの前記赤色蛍光体と、平均粒径が７〜１５μｍの前記緑色蛍光体と、平均粒径が８〜１５μｍの前記黄色蛍光体と、樹脂とをそれぞれ含み、前記蛍光体層の厚さが１．０ｍｍのときの前記樹脂に対する前記赤色蛍光体、前記緑色蛍光体および前記黄色蛍光体の配合割合が、それぞれ０．８〜２．５重量％、１．２〜５．０重量％および２．０〜６．０重量％であることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２７０７８１（Ｐ２００８−２７０７８１Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７３１６３（Ｐ２００８−７３１６３）
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]