白色発光装置、照明装置および照明方法
【課題】Ｒａが８０以上であるＬＥＤ照明装置に好ましく適用することのできる、発光効率の改善された白色光源を提供することを解題とする。
【解決手段】各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置において、該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合せて構成され、該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、
６０≦Ｒａ1≦７０、かつ
８５≦Ｒａ2＜１００、かつ
８０≦Ｒａ3＜Ｒａ2である、ことを特徴とする白色発光装置。
【解決手段】各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置において、該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合せて構成され、該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、
６０≦Ｒａ1≦７０、かつ
８５≦Ｒａ2＜１００、かつ
８０≦Ｒａ3＜Ｒａ2である、ことを特徴とする白色発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置の光源に適した白色発光装置、とりわけ、蛍光体変換型の半導体白色発光素子を含む白色発光装置に関する。本発明は、また、かかる白色発光装置を用いた照明装置に関する。本発明は、また、かかる白色発光装置を用いた照明方法に関する。
【０００２】
本発明および本明細書においては、光色の黒体輻射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−２０〜＋２０の範囲に含まれる光を、白色光と呼ぶものとする。Ｄｕｖ（＝１０００ｄｕｖ）の定義はＪＩＳ Ｚ ８７２５：１９９９「光源の分布温度及び色温度・相関色温度測定方法」による。
【背景技術】
【０００３】
昨今、白熱電球や蛍光ランプを光源に用いた従来の照明装置から、半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いたＬＥＤ照明装置への置き換えが急速に進んでいる。ＬＥＤ照明装置として主流となっているのは、紫外から緑色にかけての波長域に発光ピーク波長を有するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの放射を所定の可視光に変換する蛍光体とから構成される、蛍光体変換型の半導体白色発光素子である白色ＬＥＤを、白色光の発生源に用いたものである。
【０００４】
照明用光源にとって重要な性質のひとつは演色性である。１９８６年にＣＩＥ（国際照明委員会）は蛍光ランプが具備すべき演色性の指針を公表しており、その指針によれば、使用される場所に応じた好ましい平均演色評価数（Ｒａ）は、一般作業を行う工場では６０以上８０未満、住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場などでは８０以上９０未満、臨床検査を行う場所、美術館などでは９０以上とされている。
【０００５】
一般に、光源の演色性と発光効率との間にはトレードオフがあり、白色ＬＥＤのような半導体白色発光素子も例外ではない。現状で最も発光効率の高い半導体白色発光素子は、青色光を発するＬＥＤチップと青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合わせて構成された白色ＬＥＤであるが、この白色ＬＥＤのＲａは８０に達しない。つまり、住宅、店舗、オフィスなどの照明に使用する光源に望まれる演色性の最低水準（８０≦Ｒａ）を充たしていない（特許文献１）。Ｒａの改善された半導体白色発光素子は、青色光を発するＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合わせることにより得られている（特許文献２）。
【０００６】
ＬＥＤ照明装置は、光源に色温度の異なる２種類の半導体白色発光素子を用いることにより、調色機能を備えたものとすることができる。そのような２種類の半導体白色発光素子をひとつのパッケージに収めた白色ＬＥＤが開発されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０７７９７９号公報
【特許文献２】特開２００６−０４９５５３号公報
【特許文献３】特開２００９−２３１５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
青色光を発するＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体（緑色蛍光体
）と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体（赤色蛍光体）とを組み合せて構成される半導体白色発光素子は、Ｒａを８０以上とすることができるため、住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場のような場所の照明に用いる光源として好適といえる。しかし、このタイプの半導体白色発光素子では、緑色蛍光体の発する光の一部が赤色蛍光体に吸収されるために、効率が低くなるという問題がある。
【０００９】
上記事情の下、本発明の主たる目的は、Ｒａが８０以上であるＬＥＤ照明装置に好ましく適用することのできる、発光効率の改善された白色光源を提供することである。また、本発明の目的には、該白色光源を用いた照明装置を提供することも含まれる。更に、本発明の目的には、Ｒａが８０以上の照明装置の使用が望まれる場所で好ましく採用することのできる、半導体白色発光素子を用いた効率の高い照明方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
青色光を発するＬＥＤチップと青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合わせて構成された半導体白色発光素子は、演色性が良くないことから、これを用いてＲａが８０以上の照明装置を作ることはできないものと考えられていた。しかし、本発明者等が実験したところ、このような半導体白色発光素子が発する光が演色性の高い半導体白色発光素子の発する光に混合される白色発光装置は、Ｒａが８０以上の照明装置の光源として使用可能な、良好な演色性を示すものとなり得ることが判明した。本発明は、かかる知見に基づき完成されたものであり、その一実施形態として提供される白色発光装置は次の構成を有する：
各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置において、該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合せて構成され、該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、６０≦Ｒａ1≦７０、かつ８５≦Ｒａ2＜１００、かつ８０≦Ｒａ3＜Ｒａ2である、ことを特徴とする白色発光装置。
【００１１】
この白色発光装置は、高演色の半導体白色発光素子である第２素子の明るさを、高効率の半導体白色発光素子である第１素子が補うことにより、住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場のような場所の照明のための光源に求められる演色性の水準を充たしながら、発光効率が改善されたものとなっている。
【００１２】
第１素子は、放出する第１白色光の相関色温度Ｔ1（Ｋ）を５０００≦Ｔ1≦７０００とすると視感効率（luminous efficiency）が特に高くなり、好ましい。
【００１３】
この白色発光装置は、第１白色光と第２白色光の相関色温度を異ならせることにより、調色機能を備えたＬＥＤ照明装置の光源としても使用可能なものとなる。その場合、第１白色光の相関色温度Ｔ1（Ｋ）と第２白色光の相関色温度Ｔ2（Ｋ）の差が大きい程、調色可能な色温度のレンジを広くすることができる。３０００≦Ｔ1−Ｔ2であれば、相関色温度にして１０００Ｋ以上のレンジで調色が可能なＬＥＤ照明装置を、この白色発光装置を光源に用いて作ることが可能となる。
【００１４】
この白色発光装置は、発光効率の改善を優先して、平均演色評価数Ｒａ3を９０以下に抑えることができる。
【００１５】
この白色発光装置において、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体の好適例は、Ｃｅ3+を付活剤としガーネット型酸化物結晶またはランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体を含む。
【００１６】
この白色発光装置における第２素子の好適例は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する、Ｍｎ4+で付活されたフッ化物錯体蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００１７】
この白色発光装置における第２素子の他の好適例は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００１８】
この白色発光装置における第２素子の更に他の好適例は、紫色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、紫色光を吸収して青色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００１９】
この白色発光装置における第２素子の更に他の好適例は、近紫外光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、近紫外光を吸収して青色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００２０】
この白色発光装置を光源に用いた照明装置も、また、本発明の一実施形態に含まれる。
【００２１】
本発明は、更に、その一実施形態として、次の照明方法を提供するものである：
各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置を用いた照明方法において、該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合せて構成され、該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、６０≦Ｒａ1≦７０、かつ、８５≦Ｒａ2＜１００であり、Ｒａ3が８０を下回らない範囲で該白色光に含まれる該第１白色光と該第２白色光の強度比を調節する、ことを特徴とする照明方法。
【００２２】
この照明方法で使用される白色発光装置は、高演色の半導体白色発光素子である第２素子の明るさを、高効率の半導体白色発光素子である第１素子が補っている。この照明方法は、平均演色評価数が８０以上の照明装置を用いることが望まれる住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場のような場所の照明に好ましく使用できる。
【００２３】
この照明方法において、第１白色光の相関色温度をＴ1（Ｋ）としたとき、好ましくは、５０００≦Ｔ1≦７０００である。
【００２４】
この照明方法において、第２白色光の相関色温度をＴ2（Ｋ）としたとき、３０００≦Ｔ1−Ｔ2とすれば、相関色温度にして１０００Ｋ以上のレンジで調色が可能となる。レンジ内のいずれの色温度においても白色発光装置の平均演色評価数が８０以上であることは、この白色発光装置を光源とする照明の下で色の恒常性をつかさどるヒトの視覚システムが正常に機能するために（つまり、照明色が変わっても同じ物の色が同じであると知覚されるために）重要である。
【００２５】
この照明方法において、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体の好適例は、Ｃｅ3+を付活剤としガーネット型酸化物結晶またはランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体
を含む。
【００２６】
この照明方法における第２素子の好適例は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する、Ｍｎ4+で付活されたフッ化物錯体蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００２７】
この照明方法における第２素子の他の好適例は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００２８】
この照明方法における第２素子の更に他の好適例は、紫色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、紫色光を吸収して青色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００２９】
この照明方法における第２素子の更に他の好適例は、近紫外光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、近紫外光を吸収して青色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の実施形態に係る上記の白色発光装置を用いることにより、Ｒａが８０以上の、発光効率の改善されたＬＥＤ照明装置を作ることができる。また、本発明の実施形態に係る上記の照明装置は、８０以上のＲａと改善された発光効率を有するものとなる。更に、本発明の実施形態に係る上記の照明方法によれば、Ｒａが８０以上の照明装置の使用が望まれる場所の照明を高効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る白色ＬＥＤの斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す白色ＬＥＤにおいてＬＥＤチップがリード電極にどのように接続されているかを示す平面図である。
【図１Ｃ】図１Ａ及び図１Ｂに示す白色ＬＥＤの回路構成を示す図である。
【図２】図１に示す白色ＬＥＤの断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の実施形態に係る発光モジュールの斜視図であり、図３（ｂ）は該発光モジュールにおける白色ＬＥＤの配置について簡略に示す図である。
【図４】図３に示す発光モジュールの回路構成を示す図である。
【図５】図３に示す発光モジュールに搭載された白色ＬＥＤへの電流印加パターンの一例を示す図である。
【図６】半導体白色発光素子の構造例を示す断面図である。
【図７】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図８】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図９】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図１０】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図１１】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図１２】色度図（ＣＩＥ １９３１）である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の白色発光装置は、白色照明に適した光、すなわち、光色の黒体輻射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−２０〜＋２０の範囲、好ましくは−６．０〜＋６．０の範囲に入る光を発
生させることを目的としている。
【００３３】
本発明の白色発光装置は、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの放射を所定の可視光に変換する蛍光体とを組み合せて構成された、半導体白色発光素子を備えるものである。この半導体白色発光素子において、該ＬＥＤチップと該蛍光体の光学的な結合の形態に限定はなく、白色光生成系が構成されさえすれば、両者の間は単に透明な媒体（空気を含む）で充たされているだけであってもよいし、あるいは、レンズ、光ファイバ、導光板、反射鏡などの光学素子が両者の間に介在していてもよい。蛍光体の形態にも特に限定はなく、パウダー状であってもよいし、セラミック組織中に蛍光体相を含有する発光セラミックであってもよい。パウダー状の蛍光体は適宜な方法により固定化して使用される。固定化の方法に限定はないが、好ましくは、高分子材料またはガラスからなる透明な固体マトリックス中に蛍光体粒子を分散させるか、あるいは、適宜な部材の表面に電着その他の方法で蛍光体粒子を層状に堆積させる。
【００３４】
本発明の白色発光装置が備える半導体白色発光素子は、汎用の白色ＬＥＤと同様の構造を有するものであってもよい。すなわち、１個または複数個のＬＥＤチップを、砲弾型パッケージ、ＳＭＤ型パッケージなどのパッケージにマウントし、蛍光体を添加した透光性封止材で封止した構造である。
【００３５】
また、本発明の白色発光装置が備える半導体白色発光素子は、いわゆるチップ・オン・ボード型ユニットのように、回路基板上にパッケージを介さずにＬＥＤチップが直接マウントされた構造を有するものであってもよい。その場合、蛍光体は、ＬＥＤチップが発する光が照射される位置に、適宜な方法で配置される。例えば、分散された蛍光体パウダーを含む透光性のシリコーン樹脂組成物が、ＬＥＤチップの表面に塗布される。あるいは、蛍光体パウダーが、電着などの方法によって、ＬＥＤチップの表面に堆積される。あるいは、別途工程で準備された、蛍光体を含有する透光性のシートが、ＬＥＤチップの上部に設置される。このシートは、蛍光体相を含む発光セラミックからなるシートであってもよいし、蛍光体パウダーを分散させた透光性の樹脂組成物からなるフィルムであってもよい。このフィルムは、樹脂、ガラス等からなる透明板の表面に積層されたものであってもよい。
【００３６】
本発明の白色発光装置が備える半導体白色発光素子において、白色光生成系を構成するＬＥＤチップは好ましくはＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップである。ＩｎＧａＮ系ＬＥＤは、窒化ガリウム系半導体（ＩｎＧａＡｌＮ）を用いて形成されたダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を有し、電子と正孔の発光再結合の場である活性層にＩｎＧａＮを用いた発光ダイオード素子であり、通常、ＩｎＧａＮ量子井戸層を含むＭＱＷ活性層を、それぞれがＧａＮまたはＡｌＧａＮからなるｐ型層とｎ型層とで挟んだ構造を有する。
【００３７】
現在のところ、ＩｎＧａＮ系ＬＥＤは、近紫外から青色にかけての波長域に発光ピークを有する発光ダイオード素子の中で最も高い発光効率を有する。公知の事実として、ＩｎＧａＮ系ＬＥＤは発光ピーク波長を４１０〜４３０ｎｍの範囲としたときに発光効率が最大となり、発光ピーク波長をこの範囲から離すにつれて効率が低下する傾向を示す。その一方で、視感度は４３０ｎｍよりも長波長側では波長の増加とともに急激に上昇する。また、多くの青色蛍光体の励起効率は紫外〜近紫外領域において高く、波長４０５ｎｍよりも長波長側では波長の増加とともに急激に低下する。従って、青色光の発生源として用いるＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップの発光ピーク波長は好ましくは４４０〜４６０ｎｍであり、青色蛍光体の励起源として用いるＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップの発光ピーク波長は好ましくは４０５〜４２０ｎｍである。
【００３８】
本発明の白色発光装置が備える半導体白色発光素子に好適な蛍光体については次に説明
する通りである。
【００３９】
〔赤色蛍光体〕
赤色蛍光体（赤色光を発する蛍光体）は、その発光色が、図１２に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ１９３１）における「ＲＥＤ」、「ＲＥＤＤＩＳＨ ＯＲＡＮＧＥ」または「ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。赤色蛍光体の主発光ピーク波長は通常５７０ｎｍ以上、好ましくは５８０ｎｍ以上、特に好ましくは６１０ｎｍ以上であり、また、通常７００ｎｍ以下、好ましくは６８０ｎｍ以下、特に好ましくは６６０ｎｍ以下である。また、主発光ピークの半値幅は、通常１ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、特に好ましくは３０ｎｍ以上であり、また通常１２０ｎｍ以下、好ましくは１１０ｎｍ以下、特に好ましくは１００ｎｍ以下である。
【００４０】
ＬＥＤチップを用いて励起可能な公知の赤色蛍光体を任意に用いることができるが、好適例としては、Ｅｕ2+を付活剤とし、アルカリ土類ケイ窒化物、αサイアロンまたはアルカリ土類ケイ酸塩からなる結晶を母体とする赤色蛍光体が挙げられる。この種の赤色蛍光体は、通常、紫外から青色にかけてのいずれの波長の光でも励起可能である。母体結晶が窒素を含むものは、特に優れた耐久性および耐熱性を有する。アルカリ土類ケイ窒化物結晶を母体とするものの具体例には、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉ4Ｎ7：Ｅｕ、（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4ＮnＯ）x：Ｅｕなどがある。アルカリ土類ケイ酸塩結晶を母体とするものの具体例には、（Ｓｒ，Ｂａ）3ＳｉＯ5：Ｅｕなどがある。
【００４１】
赤色蛍光体の他の好適例は、Ｍｎ4+を付活剤とし、アルカリ金属、アミンまたはアルカリ土類金属のフッ化物錯体塩を母体結晶とする、Ｍｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体である。母体結晶を形成するフッ化物錯体には、配位中心が３価金属（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｓｃ、ランタノイド）のもの、４価金属（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｈｆ）のもの、５価金属（Ｖ、Ｐ、Ｎｂ、Ｔａ）のものがあり、その周りに配位するフッ素原子の数は５〜７である。この蛍光体は、米国特許第３５７６７５６号公報、米国特許公開２００６／０１６９９９８号公報、米国特許公開２００７／０２０５７１２号公報などに開示されており、青色ＬＥＤチップを励起源として用いる場合に適しているが、青色蛍光体が発する光を用いても励起可能である。
【００４２】
好ましいＭｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体は、アルカリ金属のヘキサフルオロ錯体塩を母体結晶とするＡ2ＭＦ6：Ｍｎ（ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、ＮＨ４から選ばれる一種以上；ＭはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒから選ばれる一種以上）である。中でも特に好ましいのは、ＡがＫ（カリウム）またはＮａ（ナトリウム）から選ばれる１種以上で、ＭがＳｉ（ケイ素）またはＴｉ（チタン）であるもの、例えば、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ、Ｋ2Ｓｉ1-xＮａxＡｌxＦ6：Ｍｎ、Ｋ2ＴｉＦ6：Ｍｎなどである。
【００４３】
Ｋ2Ｓｉ1-xＮａxＡｌxＦ6：Ｍｎは上記特許文献には開示されていないが、原料化合物としてＫ2ＳｉＦ6、Ａ3ＡｌＦ6、ＮａＦ、ＫＦ、Ｋ2ＭｎＦ6、ＫＭｎＯ4、Ｋ2ＭｎＣｌ6などを用い、これらを所定の割合でフッ化水素酸中に添加して攪拌下に溶解させて反応させ、その後、蛍光体の貧溶媒を添加して、蛍光体を析出させる方法により製造することができる。この方法は、特許文献１に記載の方法と同様にして行ってもよいが、更に、貧溶媒の添加速度を遅くすることにより、より粒子径の大きな高輝度のものを得ることができる。
【００４４】
この方法でＫ2Ｓｉ1-xＮａxＡｌxＦ6：Ｍｎを製造する場合に採用し得る、原料化合物の組み合わせを以下に例示する。
１）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ2ＮａＡｌＦ6とＫ2ＭｎＦ6との組み合わせ。
２）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａＦとＫ2ＭｎＦ6との組み合わせ。
３）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａ3ＡｌＦ6とＫ2ＭｎＦ6との組み合わせ。
４）Ｋ2ＳｉＦ6とＫＦとＮａ3ＡｌＦ6とＫ2ＭｎＦ6との組み合わせ。
５）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ2ＮａＡｌＦ6とＫＭｎＯ4との組み合わせ。
６）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａＦとＫＭｎＯ4との組み合わせ。
７）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａ3ＡｌＦ6とＫＭｎＯ4。
８）Ｋ2ＳｉＦ6とＫＦとＮａ3ＡｌＦ6とＫＭｎＯ4との組み合わせ。
９）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ2ＭｎＣｌ6との組み合わせ。
１０）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａＦとＫ2ＭｎＣｌ6との組み合わせ。
１１）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａ3ＡｌＦ6とＫ2ＭｎＣｌ6との組み合わせ。
【００４５】
Ｍｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体は、発光バンドが極めて狭く、主発光ピーク波長（通常、６２０〜６４０ｎｍ）よりも長波長の光、つまり、視感度が極めて低い深赤色光を殆ど放出しないという特徴を有している。さらに、それだけでなく、波長４９０ｎｍ以上の光を殆ど吸収しない、つまり、黄色蛍光体または緑色蛍光体が発する光を実質的に吸収しないという特徴を有している。従って、この種の赤色蛍光体の使用は、半導体白色発光素子の発光効率を向上させるうえで極めて有用である。
【００４６】
〔黄色蛍光体〕
黄色蛍光体（黄色光を発する蛍光体）とは、その発光色が、図１２に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＹＥＬＬＯＷ ＧＲＥＥＮ」、「ＧＲＥＥＮＩＳＨ ＹＥＬＬＯＷ」、「ＹＥＬＬＯＷ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。黄色蛍光体の主発光ピーク波長は通常５３０ｎｍ以上、好ましくは５４０ｎｍ以上、特に好ましくは５５０ｎｍ以上であり、また、通常６２０ｎｍ以下、好ましくは６００ｎｍ以下、特に好ましくは５８０ｎｍ以下である。
【００４７】
ＬＥＤチップを用いて励起可能な公知の黄色蛍光体を任意に用いることができるが、好適例としては、Ｃｅ3+を付活剤とし、ガーネット型酸化物結晶を母体とする蛍光体、例えば、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅなどが挙げられる。他の好ましい黄色蛍光体には、Ｃｅ3+を付活剤とし、ランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体、例えば、Ｌａ3Ｓｉ6Ｎ11：Ｃｅ、Ｃａ1.5xＬａ3-xＳｉ6Ｎ11：Ｃｅなどがある。これらの黄色蛍光体は、青色ＬＥＤチップを励起源として用いる場合に適しているが、青色蛍光体が発する光を用いても励起可能である。黄色蛍光体の更に他の好適例としては、Ｅｕ2+を付活剤とし、αサイアロンまたはアルカリ土類ケイ酸塩からなる結晶を母体とする蛍光体が挙げられる。この種の蛍光体は紫外から青色にかけてのいずれの波長の光でも励起可能である。
【００４８】
〔緑色蛍光体〕
緑色蛍光体（緑色光を発する蛍光体）とは、その発光色が、図１２に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＧＲＥＥＮ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ ＧＲＥＥＮ」に区分される蛍光体である。緑色蛍光体の主発光ピーク波長は通常５００ｎｍ以上、好ましくは５１０ｎｍ以上、特に好ましくは５２０ｎｍ以上であり、また、通常５８０ｎｍ以下、好ましくは５７０ｎｍ以下、特に好ましくは５６０ｎｍ以下である。また、主発光ピークの半値幅は通常１ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、特に好ましくは３０ｎｍ以上であり、また、通常１２０ｎｍ以下、好ましくは９０ｎｍ以下、特に好ましくは６０ｎｍ以下である。
【００４９】
ＬＥＤチップを用いて励起可能な公知の緑色蛍光体を任意に用いることができるが、好適例としては、Ｅｕ2+、Ｃｅ3+などを付活剤として含むものが挙げられる。Ｅｕ2+を付活剤とする好適な緑色蛍光体は、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類ケイ酸窒化物または
サイアロンからなる結晶を母体とする緑色蛍光体である。この種の緑色蛍光体は、通常、紫外から青色にかけてのいずれの波長の光でも励起可能である。アルカリ土類ケイ酸塩結晶を母体とするものの具体例には、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）2（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ2Ｏ7：Ｅｕなどがある。アルカリ土類ケイ酸窒化物結晶を母体とするものの具体例には、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ9Ｎ4：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕなどがある。サイアロン結晶を母体とするものの具体例には、βサイアロン：Ｅｕ、Ｓｒ3Ｓｉ13Ａｌ3Ｏ2Ｎ21：Ｅｕ、Ｓｒ5Ａｌ5Ｓｉ21Ｏ2Ｎ35：Ｅｕなどがある。
【００５０】
Ｃｅ3+を付活剤とする好適な緑色蛍光体としては、ガーネット型酸化物結晶を母体とする緑色蛍光体、例えばＣａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅや、アルカリ土類金属スカンジウム酸塩結晶を母体とする緑色蛍光体、例えばＣａＳｃ2Ｏ4：Ｃｅがある。この種の緑色蛍光体は、青色ＬＥＤチップを励起源として用いる場合に適している。
【００５１】
〔青色蛍光体〕
青色蛍光体（青色光を発する蛍光体）とは、その発光色が、図１２に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＰＵＲＰＵＬＩＳＨ ＢＬＵＥ」、「ＢＬＵＥ」または「ＧＲＥＥＮＩＳＨ ＢＬＵＥ」に区分される蛍光体である。青色蛍光体の主発光ピーク波長は通常４３０ｎｍ以上、好ましくは４４０ｎｍ以上であり、また、通常５００ｎｍ以下、好ましくは４８０ｎｍ以下、特に好ましくは４６０ｎｍ以下である。また、主発光ピークの半値幅が通常１ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、特に好ましくは３０ｎｍ以上で有り、また通常１００ｎｍ以下、好ましくは８０ｎｍ以下、特に好ましくは７０ｎｍ以下である。
【００５２】
ＬＥＤチップにより励起可能な公知の青色蛍光体を任意に用いることができるが、好適例としては、Ｅｕ2+を付活剤とし、アルカリ土類アルミン酸塩またはアルカリ土類ハロリン酸塩からなる結晶を母体とする青色蛍光体、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕなどが挙げられる。中でも好ましいものとして、発光効率が高く、かつ、ブロードな発光バンドを有する、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：ＥｕおよびＳｒ5-yＢａy（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ（０＜ｙ＜５）が挙げられる。白色半導体発光装置の演色性を高めるためには、ブロードな発光バンドを有する青色蛍光体を用いることが有効である。
【００５３】
次に、本発明の好適な実施形態に係る白色発光装置について、適宜図面を参照しつつ説明する。
【００５４】
図１Ａは、照明用の発光モジュール３０（後述する図３を参照。）に搭載される白色ＬＥＤ８の斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す白色ＬＥＤ８においてＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂがリード電極２０Ａ、２０Ｂにどのように接続されているかを示す平面図である。また、図１Ｃは、図１Ａ及び図１Ｂに示す白色ＬＥＤ８の回路構成を示す図である。更に、図２は、図１Ａに示す白色ＬＥＤ８を、リード電極２０Ａ、２０Ｂを含む面で切断した場合の断面図である。
【００５５】
図１Ａに示すように、白色ＬＥＤ８は、２つのカップを有するパッケージ１を含んで構成されている。該パッケージ１は、絶縁基板２と、その表面にパターニングされたリード電極２０Ａ、２０Ｂ（図１Ａには表示せず）と、絶縁基板２の上に接合された環状の枠体１０と、第１カップ１２Ａと第２カップ１２Ｂとを隔てる間仕切り１１とを有している。
【００５６】
絶縁基板２はプリント基板用の材料であり、アルミナ基板、金属ベース基板、ガラスエポキシ基板などが好ましく例示される。リード電極２０Ａ、２０Ｂはプリント基板の導体
パターン形成技術を用いて形成されている。
【００５７】
枠体１０および間仕切り１１は、ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂが放射する光および後述する蛍光部１４Ａ、１４Ｂで生じる光を透過させないように、少なくともその表面が、これらの光の波長における反射率の高い材料を用いて形成されている。好ましい材料としては、アルミナなどの白色セラミック、白色樹脂（白色顔料の添加により白色を呈す樹脂）、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉなどの銀白色を呈す金属（合金を含む）が例示される。枠体１０と間仕切り１１は接着剤を用いて絶縁基板２上に固定されている。枠体１０と間仕切り１１は一体成形することもできる。
【００５８】
第１カップ１２Ａ、第２カップ１２Ｂには、ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂがそれぞれ４個ずつ実装されている。各カップ内の４個のＬＥＤチップは同種であり、図１Ｂに示すようにリード電極によって並列に接続されている。ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂは、それぞれリード電極２０Ａ、２０Ｂを通して電力供給を受け、発光する。
【００５９】
ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂは、それぞれ、発光ピーク波長を約４５０ｎｍに有する、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップである。
【００６０】
図２に示すように、第１カップ１２Ａ、第２カップ１２Ｂには、それぞれ、蛍光部１４Ａ、１４Ｂが、ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂを覆って設けられている。蛍光部１４Ａ、１４Ｂは、それぞれ、ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂからの放射を所定波長の可視光に変換する蛍光体を含有している。蛍光部１４Ａ、１４Ｂは、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、低融点ガラスなど、ＬＥＤチップの封止保護用に適した透光性材料中に蛍光体を分散させた組成物により形成することができる。
【００６１】
第１カップ１２Ａ内では、ＬＥＤチップ３Ａと蛍光部１４Ａとが、相関色温度Ｔｃｐ1の第１白色光を生成する第１半導体白色発光素子を構成している。第２カップ１２Ｂ内では、ＬＥＤチップ３Ｂと蛍光部１４Ｂとが、相関色温度Ｔｃｐ2の第２白色光を生成する第２半導体白色発光素子を構成している。換言すれば、白色ＬＥＤ８においては、ＬＥＤチップ３Ａと蛍光部１４Ａで構成される第１半導体白色発光素子と、ＬＥＤチップ３Ｂと蛍光部１４Ｂで構成される第２半導体白色発光素子とが、２つのカップを有するパッケージ１を用いることによって一体化されている。
【００６２】
蛍光部１４Ａは、ＬＥＤチップ３Ａが発する青色光を吸収して黄色光を発する黄色蛍光体を含有している。黄色蛍光体の種類は、第１半導体白色発光素子の平均演色評価数Ｒａが６０以上７０以下となるように選択される。一般的に、この黄色蛍光体の発光バンドが広いほど、第１半導体白色発光素子のＲａの値は高くなり、反対に、該発光バンドが狭くなるほど、該値は低くなる。
【００６３】
第１半導体白色発光素子の視感効率（luminous efficiency）を最大化するために、第１白色光の相関色温度Ｔｃｐ1が５０００〜７０００Ｋとなるよう、蛍光部１４Ａへの黄色蛍光体の添加量を制御することが望ましい。Ｔｃｐ1をこの範囲より低くしたときには、波長変換に伴うストークス損失が大きくなる傾向が生じる。Ｔｃｐ1をこの範囲より高くしたときには、第１白色光に含まれる、視感度の高い波長を有する成分が少なくなる。
【００６４】
蛍光部１４Ｂは、ＬＥＤチップ３Ｂが発する青色光を吸収して緑色光を発する緑色蛍光体と、ＬＥＤチップ３Ｂが発する青色光を吸収して赤色光を発する赤色蛍光体と、含有している。赤色蛍光体および緑色蛍光体の種類は、第２半導体白色発光素子の平均演色評価数Ｒａが８５以上となるように選択される。例えば、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ、βサイアロン：Ｅｕ、Ｃａ3（
Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：ＣｅおよびＣａＳｃ2Ｏ4：Ｃｅから選ばれる緑色蛍光体と、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉ4Ｎ7：Ｅｕ、およびＣａ1-xＡｌ1-xＳｉ1+xＮ3-xＯx：Ｅｕから選ばれる主発光ピーク波長を６２５〜６５０ｎｍの範囲に有する赤色蛍光体を用いることにより、第２半導体白色発光素子のＲａ値を８５以上とすることができる。ＬＥＤチップ３Ｂとして近紫外または紫色の光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップを使用するとともに、蛍光部１４Ｂに緑色蛍光体および赤色蛍光体に加えて青色蛍光体を含有させると、第２半導体白色発光素子のＲａ値をより容易に８５以上とすることができる。
【００６５】
また、ＬＥＤチップ３Ｂとして青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップを用いる場合に、蛍光部１４Ｂに黄色蛍光体および赤色蛍光体を含有させることによっても、第２半導体白色発光素子のＲａを８５以上とすることができる。この場合、赤色蛍光体には、発光ピーク波長を６４５〜６６０ｎｍに有する（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕを使用するか、または、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ、Ｋ2Ｓｉ1-xＮａxＡｌxＦ6：Ｍｎ、Ｋ2ＴｉＦ6：ＭｎのようなＭｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体を使用することが好ましい。
【００６６】
蛍光体を用いた波長変換にはストークス損失と呼ばれる損失が必然的に伴うので、発光効率を考慮すると、ＬＥＤチップ３Ｂには青色光を発するものを用いることが望ましい。なぜなら、ＬＥＤチップが発する光の一部を白色光の成分として利用できるので、蛍光体を用いて発生させる光を減らすことができるからである。
【００６７】
第１半導体白色発光素子と第２半導体白色発光素子を同時に点灯させると、第１白色光と第２白色光が混合した白色の合成光が、白色ＬＥＤ８から放出される。この合成光の相関色温度は、第１半導体白色発光素子と第２半導体白色発光素子のそれぞれに供給する電力の比率を変化させることにより、Ｔｃｐ1とＴｃｐ2との間で変化させることができる。なお、上記にいう「同時に点灯させる」とは、ヒトの視覚で同時と感じられるように点灯させることを意味する。
【００６８】
上記合成光に含まれる第１白色光の比率を高くするに従って、白色ＬＥＤ８の演色性は低くなり、発光効率は高くなる。従って、この比率を適度に低くしたとき、白色ＬＥＤ８のＲａは８０以上となる。
【００６９】
Ｔｃｐ1とＴｃｐ2との差を３０００Ｋ以上（３０００≦Ｔｃｐ1−Ｔｃｐ2）とすると、白色ＬＥＤ８のＲａを８０以上に保ちつつ、白色ＬＥＤ８が放出する合成光の相関色温度を１０００Ｋ以上の範囲にわたって可変とすることができる。例えば、Ｔｃｐ1を６５００Ｋ、Ｔｃｐ2を３０００Ｋとしたとき、光源の演色性を８０以上に保ったまま、相関色温度を３０００〜４５００Ｋの範囲で可変とすることができる。
【００７０】
図３は、白色ＬＥＤ８を複数搭載した発光モジュールの構成例を示す図であり、図３（ａ）は発光モジュールの斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す発光モジュール上の５台の白色ＬＥＤの配置状態を模式的に示す平面図である。図３（ｂ）に示すように、５台の白色ＬＥＤ８は、円盤状の回路基板３１の中心点を中心とする円周上に等角配置されている。それぞれの白色ＬＥＤ８から放出される光がムラなく混合されるようにするための構成については、特許文献３（特開２００９−２３１５２５号公報）などを参照することができる。
【００７１】
発光モジュール３０においては、各白色ＬＥＤ８が第１カップ１２Ａ内に有するＬＥＤチップ群（並列に接続された４個のＬＥＤチップ３Ａからなる）の間が配線層３４により直列に結線され、各白色ＬＥＤ８が第２カップ１２Ｂ内に有するＬＥＤチップ群（並列に接続された４個のＬＥＤチップ３Ｂからなる）の間が配線層３５により直列に結線されて
いる。この回路構成を示したものが図４である。このように同種の半導体白色発光素子に含まれるＬＥＤチップ群の間を直列に結線することで、第１半導体白色発光素子および第２半導体白色発光素子のそれぞれに供給する電力を別個に制御することができる。
【００７２】
図５は発光モジュール３０に搭載された白色ＬＥＤ８に対する電流印加パターンの一例を示す図であり、図５（ａ）は各白色ＬＥＤ８の第１カップ１２Ａ内に配置されるＬＥＤチップ３Ａに供給される電流と時間との関係を示しており、図５（ｂ）は各白色ＬＥＤ８の第２カップ１２Ｂ内に配置されるＬＥＤチップ３Ｂに供給される電流と時間との関係を示している。この例のように、各ＬＥＤチップ３に矩形状の電流を印加する場合、ＬＥＤチップ３Ａに電流を流す時間とＬＥＤチップ３Ｂに電流を流す時間との比率を変えることによって、第１半導体白色発光素子と第２半導体白色発光素子に供給する電力の比率を変えることができるので、発光モジュール３０の平均演色評価数を簡便に８０以上に制御することができる。
【００７３】
発光モジュール３０の変形実施形態として、図１Ａに示す２カップ型のパッケージ１を用いて第１半導体白色発光素子と第２半導体白色発光素子を一体化した白色ＬＥＤ８を用いる代わりに、通常の１カップ型のパッケージを用いてそれぞれ形成された、相関色温度Ｔｃｐ1の白色ＬＥＤ（第１半導体白色発光素子）と、相関色温度Ｔｃｐ2の白色ＬＥＤ（第２半導体白色発光素子）を、それぞれ回路基板３１上に搭載することもできる。
【００７４】
発光モジュール３０の他の変形実施形態では、回路基板の配線層をＬＥＤチップの実装に適したパターンに形成して、ＬＥＤチップを回路基板上に直接実装するチップ・オン・ボード型の構成を採用することもできる。図６は、そのようなチップ・オン・ボード型の発光モジュールにおける半導体白色発光素子の構造例を示す部分的な断面図であり、回路基板（金属基板２Ａ、配線層２０Ｃ、２０Ｄおよび絶縁層２Ｄを有する）上に直接実装されたＬＥＤチップ３を、蛍光体を分散させた組成物からなる蛍光部１４が覆っている。ＬＥＤチップ３と配線層２０Ｃとの間は、ハンダや銀ペーストのような導電性接着剤により接続されている。ＬＥＤチップ３と配線層２０Ｄとの間は金線６により接続されている。
【００７５】
他の変形実施形態では、蛍光体含有組成物を板状に成形したものを蛍光部とし、該蛍光部をＬＥＤチップの表面から離れた位置に、ＬＥＤチップが発する光が照射されるように配置することもできる。
【００７６】
＜実験例＞
以下では、本発明者等が行った実験（シミュレーションを含む）の結果について述べる。この実験では、いくつかの白色ＬＥＤを実際に作製してそれぞれの発光スペクトルを測定した後、その発光スペクトルを用いたシミュレーションによって、演色性の異なる白色ＬＥＤの光が混合された合成光を放出する白色発光装置の演色性を調べるという方法を用いた。
【００７７】
実際に作製した白色ＬＥＤサンプルの一覧を下記表１に示す。各サンプルは、発光ピーク波長を４５０±３ｎｍの範囲内に有する３５０μｍ角のＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤチップ１個を３５２８ＳＭＤ型ＰＰＡ樹脂パッケージに実装し、蛍光体を分散させたシリコーン樹脂で封止することにより作製した。表１において、Ｔｃｐ（相関色温度）、Ｄｕｖ（光色の黒体輻射軌跡からの偏差）、Ｒａ（平均演色評価数。ＣＲＩともいう）は、印加電流を２０ｍＡとして測定した発光スペクトルに基づいて算出したものである。また、変換効率は、印加電流２０ｍＡのときのＬＥＤチップの発光出力当たりの白色ＬＥＤの光束である。
【００７８】
【表１】
【００７９】
表１に略称で示した蛍光体の構造式と発光ピーク波長を表２に示す。発光ピーク波長は、発光ピーク波長の欄に括弧書きで記された波長で励起したときの値である。
【００８０】
【表２】
【００８１】
表１に示す結果から分かることとして、同じ蛍光体を使用した相関色温度の高い白色ＬＥＤと相関色温度の低いＬＥＤとを比較すると、前者の方が後者よりも変換効率が高いということが挙げられる（Ｈ１とＬ１、Ｈ２とＬ２、Ｈ３とＬ３のそれぞれの比較より）。また、相関色温度が略同じである白色ＬＥＤ同士を比較すると、一部の例外を除いて、演色性が高いもの程、変換効率が低いということが挙げられる。
【００８２】
最も高い変換効率を示したのは、ＹＡＧ：Ｃｅ系の黄色蛍光体を用いたサンプルＨ４であった。このサンプルＨ４は、６５００Ｋという比較的高い相関色温度を有しており、表１に示す白色ＬＥＤの中では平均演色評価数Ｒａが２番目に低い。演色性が高い（Ｒａ＝９１）にもかかわらず、例外的に変換効率にも優れていたのは、Ｍｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体であるＫＳＮＡＦを用いたサンプルＬ５である。このサンプルＬ５の変換効率は、赤色蛍光体としてＫＳＮＡＦに代えてＳＣＡＳＮを用いたことを除いてサンプルＬ５と同様に作製した相関色温度約２７００Ｋの白色ＬＥＤ（Ｒａ＝７５）の変換効率と同等であった。
【００８３】
２種の白色ＬＥＤを組み合せることにより得られる白色発光装置の発光特性を、次のよ
うにしてシミュレートした。まず、一方の白色ＬＥＤとしてサンプルＨ４を、他方の白色ＬＥＤとしてサンプルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４およびＬ５の中からひとつを選び、それぞれの発光スペクトル（印加電流２０ｍＡで測定したもの）を光束が等しくなるように規格化したうえで、ｎ：（１０−ｎ）という比率で足し合わせることにより合成スペクトルを作成した（Ｈ４の発光スペクトルの混合比はｎ／１０となる）。そして、作成した合成スペクトルに対応するＣＩＥ色度座標値（ｘ，ｙ）、相関色温度Ｔｃｐ、Ｄｕｖ、平均演色評価数Ｒａを計算により求めた。なお、上記比率におけるｎを０から１０の範囲で１ずつ変化させることにより、２つの白色ＬＥＤの光の混合比を変化させることを模擬した。
【００８４】
ここで、２つの発光スペクトルを光束が等しくなるように規格化するとは、下記数式（１）により決定される光束Φが等しくなるように、その２つの発光スペクトル（下記数式（１）中の分光放射束Φe）の強度の絶対値を定めることを意味する。
【００８５】
【数１】
【００８６】
ここで、
Φ：光束［ｌｍ］
Ｋm：最大視感度［ｌｍ／Ｗ］
Ｖλ：明所視標準比視感度
Φe:分光放射束［Ｗ／ｎｍ］
λ：波長［ｎｍ］、である。
【００８７】
上記シミュレーションの結果を下記表３〜表７に示す。また、Ｈ４−Ｌ１、Ｈ４−Ｌ２、Ｈ４−Ｌ３、Ｈ４−Ｌ４およびＨ４−Ｌ５の各組合せについて上記シミュレーションにより得た混合光のスペクトルを図７〜図１１にそれぞれ示す。なお、表３〜７における「Ｈ４混合比」は、Ｈ４の発光スペクトルの混合比、すなわち上記ｎを０から１０の範囲で１ずつ変化させたときの「ｎ／１０」を示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
【表４】
【００９０】
【表５】
【００９１】
【表６】
【００９２】
【表７】
【００９３】
Ｈ４−Ｌ１（表３）、Ｈ４−Ｌ２（表４）、Ｈ４−Ｌ３（表５）およびＨ４−Ｌ５（表７）の各組合せ、すなわち、相関色温度が低い方の白色ＬＥＤが８８以上のＲａを有する組合せでは、白色ＬＥＤサンプルＨ４の発光スペクトルの混合比が０．５以下のとき（Ｈ４−Ｌ５では０．６以下のとき）、混合光を放出する白色発光装置のＲａのシミュレーション値が８０を超えた。
【００９４】
一方、Ｈ４−Ｌ４（表６）の組合せ、すなわち、相関色温度が高い方の白色ＬＥＤがＲａ＝６９、相関色温度が低い方の白色ＬＥＤがＲａ＝６３という組合せにおいては、白色ＬＥＤサンプルＨ４の発光スペクトルの混合比が０．９から０．１までのいずれの場合においても、混合光を放出する白色発光装置のＲａのシミュレーション値が７１を超えるこ
とはなかった。
【００９５】
興味深い事実は、混合光を発する白色発光装置の演色性が、当該混合光の生成に関与する可視発光体の数とは無関係だということである。例えば、Ｈ４−Ｌ２の場合、ＬＥＤチップ（青色発光体）、ＹＡＧ（黄色発光体）、ＣＳＭＳ（緑色発光体）およびＳＣＡＳＮ（赤色発光体）が混合光の生成に関与しているので、その数は４である。それに対し、Ｈ４−Ｌ５では、混合光の生成に関与している可視発光体はＬＥＤチップ（青色発光体）、ＹＡＧ（黄色発光体）およびＫＳＮＡＦ（赤色発光体）であり、その数は３である。しかし、Ｈ４−Ｌ２の組み合わせにより得られる白色発光装置と、Ｈ４−Ｌ５の組み合わせにより得られる白色発光装置との間で、演色性に特段の優劣は見出されない。しかも、ＳＣＡＳＮはＫＳＮＡＦに比べてはるかにブロードな主発光ピークを有していることを考慮すると、半導体白色発光素子を用いた白色発光装置において、発光スペクトルの形状を連続的とすることが演色性を改善するうえで好ましいという従来の常識は、必ずしも正しくないように見える。
【符号の説明】
【００９６】
１・・・・パッケージ
２・・・・絶縁基板
３Ａ、３Ｂ・・・・ＬＥＤチップ
８・・・・白色ＬＥＤ
１０・・・・枠体
１１・・・・間仕切り
１２Ａ・・・・第１カップ
１２Ｂ・・・・第２カップ
１４Ａ、１４Ｂ・・・・蛍光部
２０Ａ、２０Ｂ・・・・リード電極
３０・・・・発光モジュール
３１・・・・回路基板
３４、３５・・・・配線層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置の光源に適した白色発光装置、とりわけ、蛍光体変換型の半導体白色発光素子を含む白色発光装置に関する。本発明は、また、かかる白色発光装置を用いた照明装置に関する。本発明は、また、かかる白色発光装置を用いた照明方法に関する。
【０００２】
本発明および本明細書においては、光色の黒体輻射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−２０〜＋２０の範囲に含まれる光を、白色光と呼ぶものとする。Ｄｕｖ（＝１０００ｄｕｖ）の定義はＪＩＳ Ｚ ８７２５：１９９９「光源の分布温度及び色温度・相関色温度測定方法」による。
【背景技術】
【０００３】
昨今、白熱電球や蛍光ランプを光源に用いた従来の照明装置から、半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いたＬＥＤ照明装置への置き換えが急速に進んでいる。ＬＥＤ照明装置として主流となっているのは、紫外から緑色にかけての波長域に発光ピーク波長を有するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの放射を所定の可視光に変換する蛍光体とから構成される、蛍光体変換型の半導体白色発光素子である白色ＬＥＤを、白色光の発生源に用いたものである。
【０００４】
照明用光源にとって重要な性質のひとつは演色性である。１９８６年にＣＩＥ（国際照明委員会）は蛍光ランプが具備すべき演色性の指針を公表しており、その指針によれば、使用される場所に応じた好ましい平均演色評価数（Ｒａ）は、一般作業を行う工場では６０以上８０未満、住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場などでは８０以上９０未満、臨床検査を行う場所、美術館などでは９０以上とされている。
【０００５】
一般に、光源の演色性と発光効率との間にはトレードオフがあり、白色ＬＥＤのような半導体白色発光素子も例外ではない。現状で最も発光効率の高い半導体白色発光素子は、青色光を発するＬＥＤチップと青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合わせて構成された白色ＬＥＤであるが、この白色ＬＥＤのＲａは８０に達しない。つまり、住宅、店舗、オフィスなどの照明に使用する光源に望まれる演色性の最低水準（８０≦Ｒａ）を充たしていない（特許文献１）。Ｒａの改善された半導体白色発光素子は、青色光を発するＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合わせることにより得られている（特許文献２）。
【０００６】
ＬＥＤ照明装置は、光源に色温度の異なる２種類の半導体白色発光素子を用いることにより、調色機能を備えたものとすることができる。そのような２種類の半導体白色発光素子をひとつのパッケージに収めた白色ＬＥＤが開発されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０７７９７９号公報
【特許文献２】特開２００６−０４９５５３号公報
【特許文献３】特開２００９−２３１５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
青色光を発するＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体（緑色蛍光体
）と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体（赤色蛍光体）とを組み合せて構成される半導体白色発光素子は、Ｒａを８０以上とすることができるため、住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場のような場所の照明に用いる光源として好適といえる。しかし、このタイプの半導体白色発光素子では、緑色蛍光体の発する光の一部が赤色蛍光体に吸収されるために、効率が低くなるという問題がある。
【０００９】
上記事情の下、本発明の主たる目的は、Ｒａが８０以上であるＬＥＤ照明装置に好ましく適用することのできる、発光効率の改善された白色光源を提供することである。また、本発明の目的には、該白色光源を用いた照明装置を提供することも含まれる。更に、本発明の目的には、Ｒａが８０以上の照明装置の使用が望まれる場所で好ましく採用することのできる、半導体白色発光素子を用いた効率の高い照明方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
青色光を発するＬＥＤチップと青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合わせて構成された半導体白色発光素子は、演色性が良くないことから、これを用いてＲａが８０以上の照明装置を作ることはできないものと考えられていた。しかし、本発明者等が実験したところ、このような半導体白色発光素子が発する光が演色性の高い半導体白色発光素子の発する光に混合される白色発光装置は、Ｒａが８０以上の照明装置の光源として使用可能な、良好な演色性を示すものとなり得ることが判明した。本発明は、かかる知見に基づき完成されたものであり、その一実施形態として提供される白色発光装置は次の構成を有する：
各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置において、該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合せて構成され、該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、６０≦Ｒａ1≦７０、かつ８５≦Ｒａ2＜１００、かつ８０≦Ｒａ3＜Ｒａ2である、ことを特徴とする白色発光装置。
【００１１】
この白色発光装置は、高演色の半導体白色発光素子である第２素子の明るさを、高効率の半導体白色発光素子である第１素子が補うことにより、住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場のような場所の照明のための光源に求められる演色性の水準を充たしながら、発光効率が改善されたものとなっている。
【００１２】
第１素子は、放出する第１白色光の相関色温度Ｔ1（Ｋ）を５０００≦Ｔ1≦７０００とすると視感効率（luminous efficiency）が特に高くなり、好ましい。
【００１３】
この白色発光装置は、第１白色光と第２白色光の相関色温度を異ならせることにより、調色機能を備えたＬＥＤ照明装置の光源としても使用可能なものとなる。その場合、第１白色光の相関色温度Ｔ1（Ｋ）と第２白色光の相関色温度Ｔ2（Ｋ）の差が大きい程、調色可能な色温度のレンジを広くすることができる。３０００≦Ｔ1−Ｔ2であれば、相関色温度にして１０００Ｋ以上のレンジで調色が可能なＬＥＤ照明装置を、この白色発光装置を光源に用いて作ることが可能となる。
【００１４】
この白色発光装置は、発光効率の改善を優先して、平均演色評価数Ｒａ3を９０以下に抑えることができる。
【００１５】
この白色発光装置において、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体の好適例は、Ｃｅ3+を付活剤としガーネット型酸化物結晶またはランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体を含む。
【００１６】
この白色発光装置における第２素子の好適例は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する、Ｍｎ4+で付活されたフッ化物錯体蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００１７】
この白色発光装置における第２素子の他の好適例は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００１８】
この白色発光装置における第２素子の更に他の好適例は、紫色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、紫色光を吸収して青色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００１９】
この白色発光装置における第２素子の更に他の好適例は、近紫外光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、近紫外光を吸収して青色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００２０】
この白色発光装置を光源に用いた照明装置も、また、本発明の一実施形態に含まれる。
【００２１】
本発明は、更に、その一実施形態として、次の照明方法を提供するものである：
各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置を用いた照明方法において、該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合せて構成され、該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、６０≦Ｒａ1≦７０、かつ、８５≦Ｒａ2＜１００であり、Ｒａ3が８０を下回らない範囲で該白色光に含まれる該第１白色光と該第２白色光の強度比を調節する、ことを特徴とする照明方法。
【００２２】
この照明方法で使用される白色発光装置は、高演色の半導体白色発光素子である第２素子の明るさを、高効率の半導体白色発光素子である第１素子が補っている。この照明方法は、平均演色評価数が８０以上の照明装置を用いることが望まれる住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場のような場所の照明に好ましく使用できる。
【００２３】
この照明方法において、第１白色光の相関色温度をＴ1（Ｋ）としたとき、好ましくは、５０００≦Ｔ1≦７０００である。
【００２４】
この照明方法において、第２白色光の相関色温度をＴ2（Ｋ）としたとき、３０００≦Ｔ1−Ｔ2とすれば、相関色温度にして１０００Ｋ以上のレンジで調色が可能となる。レンジ内のいずれの色温度においても白色発光装置の平均演色評価数が８０以上であることは、この白色発光装置を光源とする照明の下で色の恒常性をつかさどるヒトの視覚システムが正常に機能するために（つまり、照明色が変わっても同じ物の色が同じであると知覚されるために）重要である。
【００２５】
この照明方法において、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体の好適例は、Ｃｅ3+を付活剤としガーネット型酸化物結晶またはランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体
を含む。
【００２６】
この照明方法における第２素子の好適例は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する、Ｍｎ4+で付活されたフッ化物錯体蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００２７】
この照明方法における第２素子の他の好適例は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００２８】
この照明方法における第２素子の更に他の好適例は、紫色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、紫色光を吸収して青色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【００２９】
この照明方法における第２素子の更に他の好適例は、近紫外光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、近紫外光を吸収して青色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された半導体白色発光素子である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の実施形態に係る上記の白色発光装置を用いることにより、Ｒａが８０以上の、発光効率の改善されたＬＥＤ照明装置を作ることができる。また、本発明の実施形態に係る上記の照明装置は、８０以上のＲａと改善された発光効率を有するものとなる。更に、本発明の実施形態に係る上記の照明方法によれば、Ｒａが８０以上の照明装置の使用が望まれる場所の照明を高効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る白色ＬＥＤの斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す白色ＬＥＤにおいてＬＥＤチップがリード電極にどのように接続されているかを示す平面図である。
【図１Ｃ】図１Ａ及び図１Ｂに示す白色ＬＥＤの回路構成を示す図である。
【図２】図１に示す白色ＬＥＤの断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の実施形態に係る発光モジュールの斜視図であり、図３（ｂ）は該発光モジュールにおける白色ＬＥＤの配置について簡略に示す図である。
【図４】図３に示す発光モジュールの回路構成を示す図である。
【図５】図３に示す発光モジュールに搭載された白色ＬＥＤへの電流印加パターンの一例を示す図である。
【図６】半導体白色発光素子の構造例を示す断面図である。
【図７】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図８】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図９】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図１０】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図１１】シミュレーションにより得た混合光のスペクトルである。
【図１２】色度図（ＣＩＥ １９３１）である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の白色発光装置は、白色照明に適した光、すなわち、光色の黒体輻射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−２０〜＋２０の範囲、好ましくは−６．０〜＋６．０の範囲に入る光を発
生させることを目的としている。
【００３３】
本発明の白色発光装置は、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの放射を所定の可視光に変換する蛍光体とを組み合せて構成された、半導体白色発光素子を備えるものである。この半導体白色発光素子において、該ＬＥＤチップと該蛍光体の光学的な結合の形態に限定はなく、白色光生成系が構成されさえすれば、両者の間は単に透明な媒体（空気を含む）で充たされているだけであってもよいし、あるいは、レンズ、光ファイバ、導光板、反射鏡などの光学素子が両者の間に介在していてもよい。蛍光体の形態にも特に限定はなく、パウダー状であってもよいし、セラミック組織中に蛍光体相を含有する発光セラミックであってもよい。パウダー状の蛍光体は適宜な方法により固定化して使用される。固定化の方法に限定はないが、好ましくは、高分子材料またはガラスからなる透明な固体マトリックス中に蛍光体粒子を分散させるか、あるいは、適宜な部材の表面に電着その他の方法で蛍光体粒子を層状に堆積させる。
【００３４】
本発明の白色発光装置が備える半導体白色発光素子は、汎用の白色ＬＥＤと同様の構造を有するものであってもよい。すなわち、１個または複数個のＬＥＤチップを、砲弾型パッケージ、ＳＭＤ型パッケージなどのパッケージにマウントし、蛍光体を添加した透光性封止材で封止した構造である。
【００３５】
また、本発明の白色発光装置が備える半導体白色発光素子は、いわゆるチップ・オン・ボード型ユニットのように、回路基板上にパッケージを介さずにＬＥＤチップが直接マウントされた構造を有するものであってもよい。その場合、蛍光体は、ＬＥＤチップが発する光が照射される位置に、適宜な方法で配置される。例えば、分散された蛍光体パウダーを含む透光性のシリコーン樹脂組成物が、ＬＥＤチップの表面に塗布される。あるいは、蛍光体パウダーが、電着などの方法によって、ＬＥＤチップの表面に堆積される。あるいは、別途工程で準備された、蛍光体を含有する透光性のシートが、ＬＥＤチップの上部に設置される。このシートは、蛍光体相を含む発光セラミックからなるシートであってもよいし、蛍光体パウダーを分散させた透光性の樹脂組成物からなるフィルムであってもよい。このフィルムは、樹脂、ガラス等からなる透明板の表面に積層されたものであってもよい。
【００３６】
本発明の白色発光装置が備える半導体白色発光素子において、白色光生成系を構成するＬＥＤチップは好ましくはＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップである。ＩｎＧａＮ系ＬＥＤは、窒化ガリウム系半導体（ＩｎＧａＡｌＮ）を用いて形成されたダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を有し、電子と正孔の発光再結合の場である活性層にＩｎＧａＮを用いた発光ダイオード素子であり、通常、ＩｎＧａＮ量子井戸層を含むＭＱＷ活性層を、それぞれがＧａＮまたはＡｌＧａＮからなるｐ型層とｎ型層とで挟んだ構造を有する。
【００３７】
現在のところ、ＩｎＧａＮ系ＬＥＤは、近紫外から青色にかけての波長域に発光ピークを有する発光ダイオード素子の中で最も高い発光効率を有する。公知の事実として、ＩｎＧａＮ系ＬＥＤは発光ピーク波長を４１０〜４３０ｎｍの範囲としたときに発光効率が最大となり、発光ピーク波長をこの範囲から離すにつれて効率が低下する傾向を示す。その一方で、視感度は４３０ｎｍよりも長波長側では波長の増加とともに急激に上昇する。また、多くの青色蛍光体の励起効率は紫外〜近紫外領域において高く、波長４０５ｎｍよりも長波長側では波長の増加とともに急激に低下する。従って、青色光の発生源として用いるＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップの発光ピーク波長は好ましくは４４０〜４６０ｎｍであり、青色蛍光体の励起源として用いるＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップの発光ピーク波長は好ましくは４０５〜４２０ｎｍである。
【００３８】
本発明の白色発光装置が備える半導体白色発光素子に好適な蛍光体については次に説明
する通りである。
【００３９】
〔赤色蛍光体〕
赤色蛍光体（赤色光を発する蛍光体）は、その発光色が、図１２に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ１９３１）における「ＲＥＤ」、「ＲＥＤＤＩＳＨ ＯＲＡＮＧＥ」または「ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。赤色蛍光体の主発光ピーク波長は通常５７０ｎｍ以上、好ましくは５８０ｎｍ以上、特に好ましくは６１０ｎｍ以上であり、また、通常７００ｎｍ以下、好ましくは６８０ｎｍ以下、特に好ましくは６６０ｎｍ以下である。また、主発光ピークの半値幅は、通常１ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、特に好ましくは３０ｎｍ以上であり、また通常１２０ｎｍ以下、好ましくは１１０ｎｍ以下、特に好ましくは１００ｎｍ以下である。
【００４０】
ＬＥＤチップを用いて励起可能な公知の赤色蛍光体を任意に用いることができるが、好適例としては、Ｅｕ2+を付活剤とし、アルカリ土類ケイ窒化物、αサイアロンまたはアルカリ土類ケイ酸塩からなる結晶を母体とする赤色蛍光体が挙げられる。この種の赤色蛍光体は、通常、紫外から青色にかけてのいずれの波長の光でも励起可能である。母体結晶が窒素を含むものは、特に優れた耐久性および耐熱性を有する。アルカリ土類ケイ窒化物結晶を母体とするものの具体例には、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉ4Ｎ7：Ｅｕ、（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4ＮnＯ）x：Ｅｕなどがある。アルカリ土類ケイ酸塩結晶を母体とするものの具体例には、（Ｓｒ，Ｂａ）3ＳｉＯ5：Ｅｕなどがある。
【００４１】
赤色蛍光体の他の好適例は、Ｍｎ4+を付活剤とし、アルカリ金属、アミンまたはアルカリ土類金属のフッ化物錯体塩を母体結晶とする、Ｍｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体である。母体結晶を形成するフッ化物錯体には、配位中心が３価金属（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｓｃ、ランタノイド）のもの、４価金属（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｈｆ）のもの、５価金属（Ｖ、Ｐ、Ｎｂ、Ｔａ）のものがあり、その周りに配位するフッ素原子の数は５〜７である。この蛍光体は、米国特許第３５７６７５６号公報、米国特許公開２００６／０１６９９９８号公報、米国特許公開２００７／０２０５７１２号公報などに開示されており、青色ＬＥＤチップを励起源として用いる場合に適しているが、青色蛍光体が発する光を用いても励起可能である。
【００４２】
好ましいＭｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体は、アルカリ金属のヘキサフルオロ錯体塩を母体結晶とするＡ2ＭＦ6：Ｍｎ（ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、ＮＨ４から選ばれる一種以上；ＭはＧｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒから選ばれる一種以上）である。中でも特に好ましいのは、ＡがＫ（カリウム）またはＮａ（ナトリウム）から選ばれる１種以上で、ＭがＳｉ（ケイ素）またはＴｉ（チタン）であるもの、例えば、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ、Ｋ2Ｓｉ1-xＮａxＡｌxＦ6：Ｍｎ、Ｋ2ＴｉＦ6：Ｍｎなどである。
【００４３】
Ｋ2Ｓｉ1-xＮａxＡｌxＦ6：Ｍｎは上記特許文献には開示されていないが、原料化合物としてＫ2ＳｉＦ6、Ａ3ＡｌＦ6、ＮａＦ、ＫＦ、Ｋ2ＭｎＦ6、ＫＭｎＯ4、Ｋ2ＭｎＣｌ6などを用い、これらを所定の割合でフッ化水素酸中に添加して攪拌下に溶解させて反応させ、その後、蛍光体の貧溶媒を添加して、蛍光体を析出させる方法により製造することができる。この方法は、特許文献１に記載の方法と同様にして行ってもよいが、更に、貧溶媒の添加速度を遅くすることにより、より粒子径の大きな高輝度のものを得ることができる。
【００４４】
この方法でＫ2Ｓｉ1-xＮａxＡｌxＦ6：Ｍｎを製造する場合に採用し得る、原料化合物の組み合わせを以下に例示する。
１）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ2ＮａＡｌＦ6とＫ2ＭｎＦ6との組み合わせ。
２）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａＦとＫ2ＭｎＦ6との組み合わせ。
３）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａ3ＡｌＦ6とＫ2ＭｎＦ6との組み合わせ。
４）Ｋ2ＳｉＦ6とＫＦとＮａ3ＡｌＦ6とＫ2ＭｎＦ6との組み合わせ。
５）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ2ＮａＡｌＦ6とＫＭｎＯ4との組み合わせ。
６）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａＦとＫＭｎＯ4との組み合わせ。
７）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａ3ＡｌＦ6とＫＭｎＯ4。
８）Ｋ2ＳｉＦ6とＫＦとＮａ3ＡｌＦ6とＫＭｎＯ4との組み合わせ。
９）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ2ＭｎＣｌ6との組み合わせ。
１０）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａＦとＫ2ＭｎＣｌ6との組み合わせ。
１１）Ｋ2ＳｉＦ6とＫ3ＡｌＦ6とＮａ3ＡｌＦ6とＫ2ＭｎＣｌ6との組み合わせ。
【００４５】
Ｍｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体は、発光バンドが極めて狭く、主発光ピーク波長（通常、６２０〜６４０ｎｍ）よりも長波長の光、つまり、視感度が極めて低い深赤色光を殆ど放出しないという特徴を有している。さらに、それだけでなく、波長４９０ｎｍ以上の光を殆ど吸収しない、つまり、黄色蛍光体または緑色蛍光体が発する光を実質的に吸収しないという特徴を有している。従って、この種の赤色蛍光体の使用は、半導体白色発光素子の発光効率を向上させるうえで極めて有用である。
【００４６】
〔黄色蛍光体〕
黄色蛍光体（黄色光を発する蛍光体）とは、その発光色が、図１２に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＹＥＬＬＯＷ ＧＲＥＥＮ」、「ＧＲＥＥＮＩＳＨ ＹＥＬＬＯＷ」、「ＹＥＬＬＯＷ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。黄色蛍光体の主発光ピーク波長は通常５３０ｎｍ以上、好ましくは５４０ｎｍ以上、特に好ましくは５５０ｎｍ以上であり、また、通常６２０ｎｍ以下、好ましくは６００ｎｍ以下、特に好ましくは５８０ｎｍ以下である。
【００４７】
ＬＥＤチップを用いて励起可能な公知の黄色蛍光体を任意に用いることができるが、好適例としては、Ｃｅ3+を付活剤とし、ガーネット型酸化物結晶を母体とする蛍光体、例えば、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅなどが挙げられる。他の好ましい黄色蛍光体には、Ｃｅ3+を付活剤とし、ランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体、例えば、Ｌａ3Ｓｉ6Ｎ11：Ｃｅ、Ｃａ1.5xＬａ3-xＳｉ6Ｎ11：Ｃｅなどがある。これらの黄色蛍光体は、青色ＬＥＤチップを励起源として用いる場合に適しているが、青色蛍光体が発する光を用いても励起可能である。黄色蛍光体の更に他の好適例としては、Ｅｕ2+を付活剤とし、αサイアロンまたはアルカリ土類ケイ酸塩からなる結晶を母体とする蛍光体が挙げられる。この種の蛍光体は紫外から青色にかけてのいずれの波長の光でも励起可能である。
【００４８】
〔緑色蛍光体〕
緑色蛍光体（緑色光を発する蛍光体）とは、その発光色が、図１２に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＧＲＥＥＮ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ ＧＲＥＥＮ」に区分される蛍光体である。緑色蛍光体の主発光ピーク波長は通常５００ｎｍ以上、好ましくは５１０ｎｍ以上、特に好ましくは５２０ｎｍ以上であり、また、通常５８０ｎｍ以下、好ましくは５７０ｎｍ以下、特に好ましくは５６０ｎｍ以下である。また、主発光ピークの半値幅は通常１ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、特に好ましくは３０ｎｍ以上であり、また、通常１２０ｎｍ以下、好ましくは９０ｎｍ以下、特に好ましくは６０ｎｍ以下である。
【００４９】
ＬＥＤチップを用いて励起可能な公知の緑色蛍光体を任意に用いることができるが、好適例としては、Ｅｕ2+、Ｃｅ3+などを付活剤として含むものが挙げられる。Ｅｕ2+を付活剤とする好適な緑色蛍光体は、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類ケイ酸窒化物または
サイアロンからなる結晶を母体とする緑色蛍光体である。この種の緑色蛍光体は、通常、紫外から青色にかけてのいずれの波長の光でも励起可能である。アルカリ土類ケイ酸塩結晶を母体とするものの具体例には、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）2（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ2Ｏ7：Ｅｕなどがある。アルカリ土類ケイ酸窒化物結晶を母体とするものの具体例には、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ9Ｎ4：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕなどがある。サイアロン結晶を母体とするものの具体例には、βサイアロン：Ｅｕ、Ｓｒ3Ｓｉ13Ａｌ3Ｏ2Ｎ21：Ｅｕ、Ｓｒ5Ａｌ5Ｓｉ21Ｏ2Ｎ35：Ｅｕなどがある。
【００５０】
Ｃｅ3+を付活剤とする好適な緑色蛍光体としては、ガーネット型酸化物結晶を母体とする緑色蛍光体、例えばＣａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅや、アルカリ土類金属スカンジウム酸塩結晶を母体とする緑色蛍光体、例えばＣａＳｃ2Ｏ4：Ｃｅがある。この種の緑色蛍光体は、青色ＬＥＤチップを励起源として用いる場合に適している。
【００５１】
〔青色蛍光体〕
青色蛍光体（青色光を発する蛍光体）とは、その発光色が、図１２に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＰＵＲＰＵＬＩＳＨ ＢＬＵＥ」、「ＢＬＵＥ」または「ＧＲＥＥＮＩＳＨ ＢＬＵＥ」に区分される蛍光体である。青色蛍光体の主発光ピーク波長は通常４３０ｎｍ以上、好ましくは４４０ｎｍ以上であり、また、通常５００ｎｍ以下、好ましくは４８０ｎｍ以下、特に好ましくは４６０ｎｍ以下である。また、主発光ピークの半値幅が通常１ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、特に好ましくは３０ｎｍ以上で有り、また通常１００ｎｍ以下、好ましくは８０ｎｍ以下、特に好ましくは７０ｎｍ以下である。
【００５２】
ＬＥＤチップにより励起可能な公知の青色蛍光体を任意に用いることができるが、好適例としては、Ｅｕ2+を付活剤とし、アルカリ土類アルミン酸塩またはアルカリ土類ハロリン酸塩からなる結晶を母体とする青色蛍光体、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕなどが挙げられる。中でも好ましいものとして、発光効率が高く、かつ、ブロードな発光バンドを有する、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：ＥｕおよびＳｒ5-yＢａy（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ（０＜ｙ＜５）が挙げられる。白色半導体発光装置の演色性を高めるためには、ブロードな発光バンドを有する青色蛍光体を用いることが有効である。
【００５３】
次に、本発明の好適な実施形態に係る白色発光装置について、適宜図面を参照しつつ説明する。
【００５４】
図１Ａは、照明用の発光モジュール３０（後述する図３を参照。）に搭載される白色ＬＥＤ８の斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す白色ＬＥＤ８においてＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂがリード電極２０Ａ、２０Ｂにどのように接続されているかを示す平面図である。また、図１Ｃは、図１Ａ及び図１Ｂに示す白色ＬＥＤ８の回路構成を示す図である。更に、図２は、図１Ａに示す白色ＬＥＤ８を、リード電極２０Ａ、２０Ｂを含む面で切断した場合の断面図である。
【００５５】
図１Ａに示すように、白色ＬＥＤ８は、２つのカップを有するパッケージ１を含んで構成されている。該パッケージ１は、絶縁基板２と、その表面にパターニングされたリード電極２０Ａ、２０Ｂ（図１Ａには表示せず）と、絶縁基板２の上に接合された環状の枠体１０と、第１カップ１２Ａと第２カップ１２Ｂとを隔てる間仕切り１１とを有している。
【００５６】
絶縁基板２はプリント基板用の材料であり、アルミナ基板、金属ベース基板、ガラスエポキシ基板などが好ましく例示される。リード電極２０Ａ、２０Ｂはプリント基板の導体
パターン形成技術を用いて形成されている。
【００５７】
枠体１０および間仕切り１１は、ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂが放射する光および後述する蛍光部１４Ａ、１４Ｂで生じる光を透過させないように、少なくともその表面が、これらの光の波長における反射率の高い材料を用いて形成されている。好ましい材料としては、アルミナなどの白色セラミック、白色樹脂（白色顔料の添加により白色を呈す樹脂）、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉなどの銀白色を呈す金属（合金を含む）が例示される。枠体１０と間仕切り１１は接着剤を用いて絶縁基板２上に固定されている。枠体１０と間仕切り１１は一体成形することもできる。
【００５８】
第１カップ１２Ａ、第２カップ１２Ｂには、ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂがそれぞれ４個ずつ実装されている。各カップ内の４個のＬＥＤチップは同種であり、図１Ｂに示すようにリード電極によって並列に接続されている。ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂは、それぞれリード電極２０Ａ、２０Ｂを通して電力供給を受け、発光する。
【００５９】
ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂは、それぞれ、発光ピーク波長を約４５０ｎｍに有する、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップである。
【００６０】
図２に示すように、第１カップ１２Ａ、第２カップ１２Ｂには、それぞれ、蛍光部１４Ａ、１４Ｂが、ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂを覆って設けられている。蛍光部１４Ａ、１４Ｂは、それぞれ、ＬＥＤチップ３Ａ、３Ｂからの放射を所定波長の可視光に変換する蛍光体を含有している。蛍光部１４Ａ、１４Ｂは、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、低融点ガラスなど、ＬＥＤチップの封止保護用に適した透光性材料中に蛍光体を分散させた組成物により形成することができる。
【００６１】
第１カップ１２Ａ内では、ＬＥＤチップ３Ａと蛍光部１４Ａとが、相関色温度Ｔｃｐ1の第１白色光を生成する第１半導体白色発光素子を構成している。第２カップ１２Ｂ内では、ＬＥＤチップ３Ｂと蛍光部１４Ｂとが、相関色温度Ｔｃｐ2の第２白色光を生成する第２半導体白色発光素子を構成している。換言すれば、白色ＬＥＤ８においては、ＬＥＤチップ３Ａと蛍光部１４Ａで構成される第１半導体白色発光素子と、ＬＥＤチップ３Ｂと蛍光部１４Ｂで構成される第２半導体白色発光素子とが、２つのカップを有するパッケージ１を用いることによって一体化されている。
【００６２】
蛍光部１４Ａは、ＬＥＤチップ３Ａが発する青色光を吸収して黄色光を発する黄色蛍光体を含有している。黄色蛍光体の種類は、第１半導体白色発光素子の平均演色評価数Ｒａが６０以上７０以下となるように選択される。一般的に、この黄色蛍光体の発光バンドが広いほど、第１半導体白色発光素子のＲａの値は高くなり、反対に、該発光バンドが狭くなるほど、該値は低くなる。
【００６３】
第１半導体白色発光素子の視感効率（luminous efficiency）を最大化するために、第１白色光の相関色温度Ｔｃｐ1が５０００〜７０００Ｋとなるよう、蛍光部１４Ａへの黄色蛍光体の添加量を制御することが望ましい。Ｔｃｐ1をこの範囲より低くしたときには、波長変換に伴うストークス損失が大きくなる傾向が生じる。Ｔｃｐ1をこの範囲より高くしたときには、第１白色光に含まれる、視感度の高い波長を有する成分が少なくなる。
【００６４】
蛍光部１４Ｂは、ＬＥＤチップ３Ｂが発する青色光を吸収して緑色光を発する緑色蛍光体と、ＬＥＤチップ３Ｂが発する青色光を吸収して赤色光を発する赤色蛍光体と、含有している。赤色蛍光体および緑色蛍光体の種類は、第２半導体白色発光素子の平均演色評価数Ｒａが８５以上となるように選択される。例えば、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ、βサイアロン：Ｅｕ、Ｃａ3（
Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：ＣｅおよびＣａＳｃ2Ｏ4：Ｃｅから選ばれる緑色蛍光体と、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉ4Ｎ7：Ｅｕ、およびＣａ1-xＡｌ1-xＳｉ1+xＮ3-xＯx：Ｅｕから選ばれる主発光ピーク波長を６２５〜６５０ｎｍの範囲に有する赤色蛍光体を用いることにより、第２半導体白色発光素子のＲａ値を８５以上とすることができる。ＬＥＤチップ３Ｂとして近紫外または紫色の光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップを使用するとともに、蛍光部１４Ｂに緑色蛍光体および赤色蛍光体に加えて青色蛍光体を含有させると、第２半導体白色発光素子のＲａ値をより容易に８５以上とすることができる。
【００６５】
また、ＬＥＤチップ３Ｂとして青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップを用いる場合に、蛍光部１４Ｂに黄色蛍光体および赤色蛍光体を含有させることによっても、第２半導体白色発光素子のＲａを８５以上とすることができる。この場合、赤色蛍光体には、発光ピーク波長を６４５〜６６０ｎｍに有する（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕを使用するか、または、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ、Ｋ2Ｓｉ1-xＮａxＡｌxＦ6：Ｍｎ、Ｋ2ＴｉＦ6：ＭｎのようなＭｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体を使用することが好ましい。
【００６６】
蛍光体を用いた波長変換にはストークス損失と呼ばれる損失が必然的に伴うので、発光効率を考慮すると、ＬＥＤチップ３Ｂには青色光を発するものを用いることが望ましい。なぜなら、ＬＥＤチップが発する光の一部を白色光の成分として利用できるので、蛍光体を用いて発生させる光を減らすことができるからである。
【００６７】
第１半導体白色発光素子と第２半導体白色発光素子を同時に点灯させると、第１白色光と第２白色光が混合した白色の合成光が、白色ＬＥＤ８から放出される。この合成光の相関色温度は、第１半導体白色発光素子と第２半導体白色発光素子のそれぞれに供給する電力の比率を変化させることにより、Ｔｃｐ1とＴｃｐ2との間で変化させることができる。なお、上記にいう「同時に点灯させる」とは、ヒトの視覚で同時と感じられるように点灯させることを意味する。
【００６８】
上記合成光に含まれる第１白色光の比率を高くするに従って、白色ＬＥＤ８の演色性は低くなり、発光効率は高くなる。従って、この比率を適度に低くしたとき、白色ＬＥＤ８のＲａは８０以上となる。
【００６９】
Ｔｃｐ1とＴｃｐ2との差を３０００Ｋ以上（３０００≦Ｔｃｐ1−Ｔｃｐ2）とすると、白色ＬＥＤ８のＲａを８０以上に保ちつつ、白色ＬＥＤ８が放出する合成光の相関色温度を１０００Ｋ以上の範囲にわたって可変とすることができる。例えば、Ｔｃｐ1を６５００Ｋ、Ｔｃｐ2を３０００Ｋとしたとき、光源の演色性を８０以上に保ったまま、相関色温度を３０００〜４５００Ｋの範囲で可変とすることができる。
【００７０】
図３は、白色ＬＥＤ８を複数搭載した発光モジュールの構成例を示す図であり、図３（ａ）は発光モジュールの斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す発光モジュール上の５台の白色ＬＥＤの配置状態を模式的に示す平面図である。図３（ｂ）に示すように、５台の白色ＬＥＤ８は、円盤状の回路基板３１の中心点を中心とする円周上に等角配置されている。それぞれの白色ＬＥＤ８から放出される光がムラなく混合されるようにするための構成については、特許文献３（特開２００９−２３１５２５号公報）などを参照することができる。
【００７１】
発光モジュール３０においては、各白色ＬＥＤ８が第１カップ１２Ａ内に有するＬＥＤチップ群（並列に接続された４個のＬＥＤチップ３Ａからなる）の間が配線層３４により直列に結線され、各白色ＬＥＤ８が第２カップ１２Ｂ内に有するＬＥＤチップ群（並列に接続された４個のＬＥＤチップ３Ｂからなる）の間が配線層３５により直列に結線されて
いる。この回路構成を示したものが図４である。このように同種の半導体白色発光素子に含まれるＬＥＤチップ群の間を直列に結線することで、第１半導体白色発光素子および第２半導体白色発光素子のそれぞれに供給する電力を別個に制御することができる。
【００７２】
図５は発光モジュール３０に搭載された白色ＬＥＤ８に対する電流印加パターンの一例を示す図であり、図５（ａ）は各白色ＬＥＤ８の第１カップ１２Ａ内に配置されるＬＥＤチップ３Ａに供給される電流と時間との関係を示しており、図５（ｂ）は各白色ＬＥＤ８の第２カップ１２Ｂ内に配置されるＬＥＤチップ３Ｂに供給される電流と時間との関係を示している。この例のように、各ＬＥＤチップ３に矩形状の電流を印加する場合、ＬＥＤチップ３Ａに電流を流す時間とＬＥＤチップ３Ｂに電流を流す時間との比率を変えることによって、第１半導体白色発光素子と第２半導体白色発光素子に供給する電力の比率を変えることができるので、発光モジュール３０の平均演色評価数を簡便に８０以上に制御することができる。
【００７３】
発光モジュール３０の変形実施形態として、図１Ａに示す２カップ型のパッケージ１を用いて第１半導体白色発光素子と第２半導体白色発光素子を一体化した白色ＬＥＤ８を用いる代わりに、通常の１カップ型のパッケージを用いてそれぞれ形成された、相関色温度Ｔｃｐ1の白色ＬＥＤ（第１半導体白色発光素子）と、相関色温度Ｔｃｐ2の白色ＬＥＤ（第２半導体白色発光素子）を、それぞれ回路基板３１上に搭載することもできる。
【００７４】
発光モジュール３０の他の変形実施形態では、回路基板の配線層をＬＥＤチップの実装に適したパターンに形成して、ＬＥＤチップを回路基板上に直接実装するチップ・オン・ボード型の構成を採用することもできる。図６は、そのようなチップ・オン・ボード型の発光モジュールにおける半導体白色発光素子の構造例を示す部分的な断面図であり、回路基板（金属基板２Ａ、配線層２０Ｃ、２０Ｄおよび絶縁層２Ｄを有する）上に直接実装されたＬＥＤチップ３を、蛍光体を分散させた組成物からなる蛍光部１４が覆っている。ＬＥＤチップ３と配線層２０Ｃとの間は、ハンダや銀ペーストのような導電性接着剤により接続されている。ＬＥＤチップ３と配線層２０Ｄとの間は金線６により接続されている。
【００７５】
他の変形実施形態では、蛍光体含有組成物を板状に成形したものを蛍光部とし、該蛍光部をＬＥＤチップの表面から離れた位置に、ＬＥＤチップが発する光が照射されるように配置することもできる。
【００７６】
＜実験例＞
以下では、本発明者等が行った実験（シミュレーションを含む）の結果について述べる。この実験では、いくつかの白色ＬＥＤを実際に作製してそれぞれの発光スペクトルを測定した後、その発光スペクトルを用いたシミュレーションによって、演色性の異なる白色ＬＥＤの光が混合された合成光を放出する白色発光装置の演色性を調べるという方法を用いた。
【００７７】
実際に作製した白色ＬＥＤサンプルの一覧を下記表１に示す。各サンプルは、発光ピーク波長を４５０±３ｎｍの範囲内に有する３５０μｍ角のＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤチップ１個を３５２８ＳＭＤ型ＰＰＡ樹脂パッケージに実装し、蛍光体を分散させたシリコーン樹脂で封止することにより作製した。表１において、Ｔｃｐ（相関色温度）、Ｄｕｖ（光色の黒体輻射軌跡からの偏差）、Ｒａ（平均演色評価数。ＣＲＩともいう）は、印加電流を２０ｍＡとして測定した発光スペクトルに基づいて算出したものである。また、変換効率は、印加電流２０ｍＡのときのＬＥＤチップの発光出力当たりの白色ＬＥＤの光束である。
【００７８】
【表１】
【００７９】
表１に略称で示した蛍光体の構造式と発光ピーク波長を表２に示す。発光ピーク波長は、発光ピーク波長の欄に括弧書きで記された波長で励起したときの値である。
【００８０】
【表２】
【００８１】
表１に示す結果から分かることとして、同じ蛍光体を使用した相関色温度の高い白色ＬＥＤと相関色温度の低いＬＥＤとを比較すると、前者の方が後者よりも変換効率が高いということが挙げられる（Ｈ１とＬ１、Ｈ２とＬ２、Ｈ３とＬ３のそれぞれの比較より）。また、相関色温度が略同じである白色ＬＥＤ同士を比較すると、一部の例外を除いて、演色性が高いもの程、変換効率が低いということが挙げられる。
【００８２】
最も高い変換効率を示したのは、ＹＡＧ：Ｃｅ系の黄色蛍光体を用いたサンプルＨ４であった。このサンプルＨ４は、６５００Ｋという比較的高い相関色温度を有しており、表１に示す白色ＬＥＤの中では平均演色評価数Ｒａが２番目に低い。演色性が高い（Ｒａ＝９１）にもかかわらず、例外的に変換効率にも優れていたのは、Ｍｎ4+付活フッ化物錯体蛍光体であるＫＳＮＡＦを用いたサンプルＬ５である。このサンプルＬ５の変換効率は、赤色蛍光体としてＫＳＮＡＦに代えてＳＣＡＳＮを用いたことを除いてサンプルＬ５と同様に作製した相関色温度約２７００Ｋの白色ＬＥＤ（Ｒａ＝７５）の変換効率と同等であった。
【００８３】
２種の白色ＬＥＤを組み合せることにより得られる白色発光装置の発光特性を、次のよ
うにしてシミュレートした。まず、一方の白色ＬＥＤとしてサンプルＨ４を、他方の白色ＬＥＤとしてサンプルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４およびＬ５の中からひとつを選び、それぞれの発光スペクトル（印加電流２０ｍＡで測定したもの）を光束が等しくなるように規格化したうえで、ｎ：（１０−ｎ）という比率で足し合わせることにより合成スペクトルを作成した（Ｈ４の発光スペクトルの混合比はｎ／１０となる）。そして、作成した合成スペクトルに対応するＣＩＥ色度座標値（ｘ，ｙ）、相関色温度Ｔｃｐ、Ｄｕｖ、平均演色評価数Ｒａを計算により求めた。なお、上記比率におけるｎを０から１０の範囲で１ずつ変化させることにより、２つの白色ＬＥＤの光の混合比を変化させることを模擬した。
【００８４】
ここで、２つの発光スペクトルを光束が等しくなるように規格化するとは、下記数式（１）により決定される光束Φが等しくなるように、その２つの発光スペクトル（下記数式（１）中の分光放射束Φe）の強度の絶対値を定めることを意味する。
【００８５】
【数１】
【００８６】
ここで、
Φ：光束［ｌｍ］
Ｋm：最大視感度［ｌｍ／Ｗ］
Ｖλ：明所視標準比視感度
Φe:分光放射束［Ｗ／ｎｍ］
λ：波長［ｎｍ］、である。
【００８７】
上記シミュレーションの結果を下記表３〜表７に示す。また、Ｈ４−Ｌ１、Ｈ４−Ｌ２、Ｈ４−Ｌ３、Ｈ４−Ｌ４およびＨ４−Ｌ５の各組合せについて上記シミュレーションにより得た混合光のスペクトルを図７〜図１１にそれぞれ示す。なお、表３〜７における「Ｈ４混合比」は、Ｈ４の発光スペクトルの混合比、すなわち上記ｎを０から１０の範囲で１ずつ変化させたときの「ｎ／１０」を示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
【表４】
【００９０】
【表５】
【００９１】
【表６】
【００９２】
【表７】
【００９３】
Ｈ４−Ｌ１（表３）、Ｈ４−Ｌ２（表４）、Ｈ４−Ｌ３（表５）およびＨ４−Ｌ５（表７）の各組合せ、すなわち、相関色温度が低い方の白色ＬＥＤが８８以上のＲａを有する組合せでは、白色ＬＥＤサンプルＨ４の発光スペクトルの混合比が０．５以下のとき（Ｈ４−Ｌ５では０．６以下のとき）、混合光を放出する白色発光装置のＲａのシミュレーション値が８０を超えた。
【００９４】
一方、Ｈ４−Ｌ４（表６）の組合せ、すなわち、相関色温度が高い方の白色ＬＥＤがＲａ＝６９、相関色温度が低い方の白色ＬＥＤがＲａ＝６３という組合せにおいては、白色ＬＥＤサンプルＨ４の発光スペクトルの混合比が０．９から０．１までのいずれの場合においても、混合光を放出する白色発光装置のＲａのシミュレーション値が７１を超えるこ
とはなかった。
【００９５】
興味深い事実は、混合光を発する白色発光装置の演色性が、当該混合光の生成に関与する可視発光体の数とは無関係だということである。例えば、Ｈ４−Ｌ２の場合、ＬＥＤチップ（青色発光体）、ＹＡＧ（黄色発光体）、ＣＳＭＳ（緑色発光体）およびＳＣＡＳＮ（赤色発光体）が混合光の生成に関与しているので、その数は４である。それに対し、Ｈ４−Ｌ５では、混合光の生成に関与している可視発光体はＬＥＤチップ（青色発光体）、ＹＡＧ（黄色発光体）およびＫＳＮＡＦ（赤色発光体）であり、その数は３である。しかし、Ｈ４−Ｌ２の組み合わせにより得られる白色発光装置と、Ｈ４−Ｌ５の組み合わせにより得られる白色発光装置との間で、演色性に特段の優劣は見出されない。しかも、ＳＣＡＳＮはＫＳＮＡＦに比べてはるかにブロードな主発光ピークを有していることを考慮すると、半導体白色発光素子を用いた白色発光装置において、発光スペクトルの形状を連続的とすることが演色性を改善するうえで好ましいという従来の常識は、必ずしも正しくないように見える。
【符号の説明】
【００９６】
１・・・・パッケージ
２・・・・絶縁基板
３Ａ、３Ｂ・・・・ＬＥＤチップ
８・・・・白色ＬＥＤ
１０・・・・枠体
１１・・・・間仕切り
１２Ａ・・・・第１カップ
１２Ｂ・・・・第２カップ
１４Ａ、１４Ｂ・・・・蛍光部
２０Ａ、２０Ｂ・・・・リード電極
３０・・・・発光モジュール
３１・・・・回路基板
３４、３５・・・・配線層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置において、
該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合せて構成され、
該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、
６０≦Ｒａ1≦７０、かつ
８５≦Ｒａ2＜１００、かつ
８０≦Ｒａ3＜Ｒａ2である、
ことを特徴とする白色発光装置。
【請求項２】
前記第１白色光の相関色温度をＴ1（Ｋ）としたとき、５０００≦Ｔ1≦７０００である、請求項１に記載の白色発光装置。
【請求項３】
前記第２白色光の相関色温度をＴ2（Ｋ）としたとき、３０００≦Ｔ1−Ｔ2である、請求項２に記載の白色発光装置。
【請求項４】
８０≦Ｒａ3≦９０である、請求項１〜３のいずれかに記載の白色発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体が、Ｃｅ3+を付活剤としガーネット型酸化物結晶またはランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体から選ばれる１種以上の蛍光体を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項６】
前記第２素子が、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する、Ｍｎ4+で付活されたフッ化物錯体蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項７】
前記第２素子が、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項８】
前記第２素子が、紫色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、紫色光を吸収して青色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項９】
前記第２素子が、近紫外光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、近紫外光を吸収して青色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の白色発光装置を光源に用いた照明装置。
【請求項１１】
各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置を用いた照明方法において、
該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと青色光を吸収して黄色光を発
する蛍光体とを組み合せて構成され、
該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、
６０≦Ｒａ1≦７０、かつ、８５≦Ｒａ2＜１００であり、
Ｒａ3が８０を下回らない範囲で該白色光に含まれる該第１白色光と該第２白色光の強度比を調節する、
ことを特徴とする照明方法。
【請求項１２】
前記第１白色光の相関色温度をＴ1（Ｋ）としたとき、５０００≦Ｔ1≦７０００である、請求項１１に記載の照明方法。
【請求項１３】
前記第２白色光の相関色温度をＴ2（Ｋ）としたとき、３０００≦Ｔ1−Ｔ2である、請求項１１または１２に記載の照明方法。
【請求項１４】
前記蛍光体が、Ｃｅ3+を付活剤としガーネット型酸化物結晶またはランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体から選ばれる１種以上の蛍光体を含む、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の照明方法。
【請求項１５】
前記第２素子が、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する、Ｍｎ4+で付活されたフッ化物錯体蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の照明方法。
【請求項１６】
前記第２素子が、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の照明方法。
【請求項１７】
前記第２素子が、紫色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、紫色光を吸収して青色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の照明方法。
【請求項１８】
前記第２素子が、近紫外光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、近紫外光を吸収して青色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の照明方法。
【請求項１】
各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置において、
該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体とを組み合せて構成され、
該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、
６０≦Ｒａ1≦７０、かつ
８５≦Ｒａ2＜１００、かつ
８０≦Ｒａ3＜Ｒａ2である、
ことを特徴とする白色発光装置。
【請求項２】
前記第１白色光の相関色温度をＴ1（Ｋ）としたとき、５０００≦Ｔ1≦７０００である、請求項１に記載の白色発光装置。
【請求項３】
前記第２白色光の相関色温度をＴ2（Ｋ）としたとき、３０００≦Ｔ1−Ｔ2である、請求項２に記載の白色発光装置。
【請求項４】
８０≦Ｒａ3≦９０である、請求項１〜３のいずれかに記載の白色発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体が、Ｃｅ3+を付活剤としガーネット型酸化物結晶またはランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体から選ばれる１種以上の蛍光体を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項６】
前記第２素子が、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する、Ｍｎ4+で付活されたフッ化物錯体蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項７】
前記第２素子が、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項８】
前記第２素子が、紫色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、紫色光を吸収して青色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項９】
前記第２素子が、近紫外光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、近紫外光を吸収して青色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１〜５のいずれか一項に記載の白色発光装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の白色発光装置を光源に用いた照明装置。
【請求項１１】
各々が蛍光体変換型の半導体白色発光素子である第１素子および第２素子を有し、該第１素子が放出する第１白色光および該第２素子が放出する第２白色光を含む混合光である白色光を放出する白色発光装置を用いた照明方法において、
該第１素子は、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと青色光を吸収して黄色光を発
する蛍光体とを組み合せて構成され、
該第１素子の平均演色評価数をＲａ1、該第２素子の平均演色評価数をＲａ2、該白色発光装置の平均演色評価数をＲａ3としたとき、
６０≦Ｒａ1≦７０、かつ、８５≦Ｒａ2＜１００であり、
Ｒａ3が８０を下回らない範囲で該白色光に含まれる該第１白色光と該第２白色光の強度比を調節する、
ことを特徴とする照明方法。
【請求項１２】
前記第１白色光の相関色温度をＴ1（Ｋ）としたとき、５０００≦Ｔ1≦７０００である、請求項１１に記載の照明方法。
【請求項１３】
前記第２白色光の相関色温度をＴ2（Ｋ）としたとき、３０００≦Ｔ1−Ｔ2である、請求項１１または１２に記載の照明方法。
【請求項１４】
前記蛍光体が、Ｃｅ3+を付活剤としガーネット型酸化物結晶またはランタンケイ素窒化物結晶を母体とする蛍光体から選ばれる１種以上の蛍光体を含む、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の照明方法。
【請求項１５】
前記第２素子が、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して黄色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する、Ｍｎ4+で付活されたフッ化物錯体蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の照明方法。
【請求項１６】
前記第２素子が、青色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、青色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、青色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の照明方法。
【請求項１７】
前記第２素子が、紫色光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、紫色光を吸収して青色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、紫色光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の照明方法。
【請求項１８】
前記第２素子が、近紫外光を発するＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップと、近紫外光を吸収して青色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して緑色光を発する蛍光体と、近紫外光を吸収して赤色光を発する蛍光体とを組み合せて構成された、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の照明方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１７６２７６（Ｐ２０１１−１７６２７６Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７９７４（Ｐ２０１０−２２７９７４）
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
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