ＬＥＤ光源
【課題】ＬＥＤ光源から放射された白色光が、凹面反射鏡を用いて照明対象物上に反射集光される照明装置において、明るくて見易い照明パターンの得られる、ＬＥＤ光源を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ光源は、平面状の基板３と、基板上に実装された少なくとも１個以上のＬＥＤチップ４と、ＬＥＤチップの周囲を被覆するように塗布された蛍光膜５からなる。蛍光膜は青、緑、黄、赤の主として三原色の蛍光体からなり、ＬＥＤチップから放射された一次光を吸収し、演色性に優れた白色発光を発する。ＬＥＤチップおよび基板上に広がる蛍光膜の面積はなるべく小さいことが望ましい。また、蛍光膜の形状は、ＬＥＤチップの様な矩形ではなく、なるべく曲線から構成されていることがのぞましく、大略円形形状を有する。
【解決手段】ＬＥＤ光源は、平面状の基板３と、基板上に実装された少なくとも１個以上のＬＥＤチップ４と、ＬＥＤチップの周囲を被覆するように塗布された蛍光膜５からなる。蛍光膜は青、緑、黄、赤の主として三原色の蛍光体からなり、ＬＥＤチップから放射された一次光を吸収し、演色性に優れた白色発光を発する。ＬＥＤチップおよび基板上に広がる蛍光膜の面積はなるべく小さいことが望ましい。また、蛍光膜の形状は、ＬＥＤチップの様な矩形ではなく、なるべく曲線から構成されていることがのぞましく、大略円形形状を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、医療用の照明灯に用いられるＬＥＤ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは電気エネルギーを紫外光や可視光等の光に変換して放射する半導体素子であり、
このようなＬＥＤチップを例えば透明樹脂で封止したＬＥＤ光源が各種分野で使用されて
いる。ＬＥＤ光源から放射される光の色調はＬＥＤチップの発光波長に限られるものでは
なく、例えばＬＥＤチップの表面に蛍光体を塗布したり、あるいはＬＥＤチップを封止す
る透明樹脂中に蛍光体を含有させることによって、青色から赤色まで使用用途に応じた可
視光領域の光を得ることができる。特に、白色発光型のＬＥＤランプは携帯通信機器の表
示部のバックライトや車載用ランプ、更に最近では家庭用の照明光源などに、従来の白熱
電球の代替品として、急速に普及し始めている。
【０００３】
現在、普及もしくは試行されている白色発光型のＬＥＤ光源としては、青色発光ＬＥＤと
黄色発光蛍光体や赤色蛍光体とを組合せたＬＥＤ光源と、紫外発光ＬＥＤと青色、緑色、
赤色発光の各蛍光体の混合物とを組合せたＬＥＤ光源とが知られている。現時点では、前
者の青色発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプの方が後者より輝度特性等に優れることか
ら普及している。しかし、後者の紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤ光源は、輝度が前者
より劣るものの、発光並びに投影光の色ムラが少なく、色再現性に優れた白色光を得るこ
とができる等の利点を有している。この為、高品位が要求される特殊照明の分野では、紫
外発光LEDを用いた発光装置が普及するものと期待されている。なお、紫外発光LEDを用い
た方が、青色発光LEDを用いた場合より色再現性が優れる理由は、紫外発光LEDと組合せ使
用できる蛍光体の種類が、青色発光LEDを用いた場合よりも多く、様々な色温度の白色光
を得る場合に、数多くの蛍光体種の中から最適なものを選択でき、選択の幅が拡がること
によるものである。
【０００４】
ところで、手術灯など医療用に用いられる特殊照明の分野でも、LED光源への置き換えが
進み始めている。従来この分野ではハロゲン電球を使用するのが一般的であったが、LED
光源を用いることにより、小型化、省電力を同時に実現することが可能となる。しかもLE
D光源の場合、発熱量が少ない為に、使用中の温度上昇を抑えることができ、手術等で連
続使用した場合に、温度上昇による苦痛を低減できるとか、更には電球の様に切れること
が無い為、保守点検等の手間を大幅に削減できるなどの、利点も有している。一方LED光
源の場合、ハロゲン電球等に比べて、演色性が不十分との問題もあった。何故なら医療用
照明の場合、血管等を鮮明に照らす必要があり、更に動脈と静脈を明確に区別できること
が求められる。この為には、短波長の紫色から長波長の赤色まで、あらゆる色を忠実に再
現できることが重要となる。しかし、この様な問題は、例えば青色LEDと黄色蛍光体の組
合せによる白色LEDランプを使用した場合に生ずるものであり、先に述べた紫外発光LEDと
三原色蛍光体を組合せた白色光源では、演色性の問題も容易に解決できる為、今後急速に
置き換えが進むものと見込まれている。
手術灯の場合、特定対象物を明るく照らす為に、光を集光し、集光位置を制御する手段が設けられている。光を集光させる手段としては、凹面等を有する反射鏡を用いたり、レンズを使用する方法がある。例えば引用文献１には凹面反射鏡を用いた白色ＬＥＤ装置が開示されている。特許文献の白色ＬＥＤ装置は、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源に対向配置された反射鏡からなり、ＬＥＤ光源からの光が反射鏡に向かって放射され、反射鏡の凹面で反射集光された後、最終的にはＬＥＤ光源の背面側より光が取り出される構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６５８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のＬＥＤ光源は、手術等の医療用に使用される発光装置で、光源からの発光を凹面
反射鏡の作用を用いて集光させるタイプの発光装置に使用され、照明対象物を明るく照ら
すと共に、対象物に照射された光パターンの輪郭に鋭角部や陰影等がなく、対象物を観察
し易い形状となることを課題にしている。本発明のLED光源は医療用の発光装置に利用さ
れるため、例えば手術に用いる際は、照明対象物を明るく照らすだけでなく、対象物の細
部まで正確に判別できる品位も要求される。この為には、照射された光のパターンにおい
て、中心部が明るく照射されると同時に、周辺部に陰影等が無く、なるべく曲線で構成さ
れていることが望ましい。何故なら、光パターンの輪郭に鋭角部や陰影が存在すると、対
象物上に照射された光パターンの輪郭部では、鋭角部や陰影が視覚の邪魔になって、細部
を見分けることが困難になる。また輪郭部が曲線で構成されている方が、柔らかく自然な
印象を与えるとの心理的効果も得られるためである。なお、本発明によるＬＥＤ光源は、
あらゆる対象物を、自然な色の体色で再現することができ、演色性に優れた白色光を提供
できることは勿論である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によるＬＥＤ光源は、平面状の基板と、基板上に実装された少なくとも
１個以上のＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの集積全体を被覆するように塗布された蛍光膜
からなる。蛍光膜は青、緑、黄、赤等の主として三原色蛍光体からなり、ＬＥＤチップか
ら放射された一次光を外部に漏らすことなく吸収し、演色性に優れた白色光を発する。Ｌ
ＥＤチップおよび基板上に広がる蛍光膜の面積はなるべく小さいことが望ましい。本発明
の蛍光膜では、蛍光膜表面上の任意の２点における２点間の最大直線距離と、集積を構成
する各ＬＥＤチップの各頂点のうち、任意の２つの頂点を結ぶ最大直線距離の比率が、１
．０７以上２．５０以下であることを特徴とする。また、この時の蛍光膜の形状は、１個
のＬＥＤチップからなる矩形や多数個ＬＥＤチップからなる多角形とは異なり、なるべく
曲線から構成されていることがのぞましく、大略円形形状を有することを特徴としている
。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のＬＥＤ光源を用いた発光装置
【図２】略円形の形状パターン
【図３】本発明のＬＥＤ光源の正面図
【図４】本発明のＬＥＤ光源の断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態のＬＥＤ光源は、基板上に実装された少なくとも１個のＬＥＤチップ（発光ダ
イオード素子）と、ＬＥＤチップの集積全体を被覆する様に塗布形成された、蛍光膜より
構成される。
【００１０】
図１は、本発明のLED光源（１）が組み込まれた発光装置の模式図を示すものである。平
面基板上に実装されたＬＥＤチップはワイヤで電源に繋がれており、ＬＥＤチップに通電
されるとＬＥＤチップが発光し、ＬＥＤチップからの一次光は、ＬＥＤチップの周囲に被
覆された蛍光膜によって二次光に変換される（図は省略）。蛍光膜から放射された光は、
反射鏡（２）に向かって照射された後、反射鏡の凹面により反射され、最終的にはＬＥＤ
光源（１）の背面側より、発光装置の外部に取り出されることになる。この時、凹面反射
鏡は、LEDチップの搭載位置が焦点となる様に配置設計されており、LEDの微小光源から発
した光は、凹面鏡で反射された後、凹面鏡の中心軸に対して略平行な光として、LEDチッ
プの外側に取り出されることになる。
【００１１】
凹面鏡で反射された光は、元のLED光源の形状がそのまま拡大され、対象物に照射される
ことになる。このため蛍光膜の形状は、輪郭に鋭角部分や陰影の存在しないことが望まし
い。何故なら鋭角部や陰影の近傍の対象物は、鋭角部の形状や陰影が邪魔になって、対象
物の詳細を見極めることが困難になる。本発明のLED光源を手術用の光源として使用する
場合、対象となる人体の傷口や患部の微細構造を見極める必要がある。輪郭に鋭角部が存
在せず、対象物にムラ無く光が照射されていれば、対象物の詳細を識別し易い照明が得ら
れることになる。この場合、一定の範囲の大きさで輪郭形状の条件を満足した照明であれ
ば、蛍光膜の形状自体は本来特に制限されない。不定形であっても構わない。しかし、輪
郭に鋭角部が存在せず、サイズがコンパクトであることを同時に満たすための最も合理的
な形状は円形である。しかも円形であれば、照射対象物の中心から、あらゆる方向に同じ
距離の範囲で、光が照射されることになり、最も望ましい形状の照明と言える。
【００１２】
蛍光膜の形状が円形であることは、明るさの面からも望ましい。何故なら、凹面鏡の形状
が通常は円形である為である。仮に蛍光膜の形状が長方形や多角形の場合、凹面鏡の形状
と合致しない為、長方形の長辺の一部や多角形の一部を凹面鏡で捉えきれず、一部光が損
失される恐れがある。蛍光膜の形状を小さくすれば、全体の光を捉えることができるが、
この場合最も効率的な形状は円形である。蛍光膜の形状が円形で、なるべく小さいもので
あれば、蛍光膜の発光の全てが効率的に凹面鏡に捉えられ、対象物を明るく照らすことに
なる。
【００１３】
蛍光膜の形状は、円形であることが望ましいが、必ずしも真円である必要は無く、略円形
であれば、同様の効果を発揮できる。略円形とは、楕円であっても構わない。最も重要な
ことは輪郭に鋭角部分の存在しないことである。図２は様々な形状の照明パターンを表し
た模式図である。図２のａやｂやcが本発明の略円形パターンであり、ｄやｅの様に輪郭
に角が存在するものは、本発明には適さない。またｃの様に、輪郭に微小な凹凸が存在す
るものの、全体としての形状が円に近ければ、略円形と定義する。
【００１４】
蛍光膜と組合せるＬＥＤチップは、１つのＬＥＤ光源に対して、１個のＬＥＤチップを使
用するのが最も効率的である。なぜなら、出来るだけ小さな面積の発光を得ようとする場
合、限られた面積内に複数のＬＥＤチップを並べるよりも、全発光面積を１個のＬＥＤチ
ップで形成するのが、最も効率的であるためである。しかし、求められる明るさや経済性
に応じて、複数個のＬＥＤチップが使用される場合もある。複数個のＬＥＤチップが使用
される場合、チップ間の隙間が成るべく小さくなる様に、基板上に集積して並べられるの
が望ましい。ＬＥＤチップの形状は矩形であるのが一般的であり、矩形形状を有するＬＥ
Ｄチップを高密度に並べようとすると、集積部全体の形状も、正方形や長方形などの四角
形となるのが、一般的である。しかしながら、場合によっては、三角形の各頂点にＬＥＤ
を配列するパターンも有り得るため、集積部全体の形状は多角形を想定する必要がある。
この様に、集積部全体の形状は、鋭角部を有する多角形となるため、集積部全体の形状
を光源の形状とするのは好ましくない。光源の形状そのものである蛍光膜の形状は、ＬＥ
Ｄチップ集積部の形状と異なるものとする必要がある。
【００１５】
ＬＥＤチップとしては、たとえば、ＩｎＧａＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮ系発光ダイオー
ドチップが挙げられる。また発光ピーク波長は、３５０〜４２０ｎｍの範囲にあることが
好ましい。すなわち、実施形態のＬＥＤ光源は、紫外線〜紫色領域に発光ピークを有する
ＬＥＤ光を、蛍光体によって可視光に全面変換する方式である。この様な方式を採用する
ことのメリットは、主に２つある。つまり、白色光を構成する発光成分を全て蛍光体の組
合せにより得ることができるため、１つは、蛍光膜の形状を任意に変形できることであり
、他の１つは均一な発光で、且つ高演色な白色光が得られることである。
【００１６】
本発明のＬＥＤ光源では、複数個のＬＥＤチップが全体として多角形状となる様に、平面
基板上に配列され、ＬＥＤチップ全体を覆う様に形成された蛍光膜の形状が略円形状を有
している。本発明の蛍光膜の形状が略円形を形成できるのは、LEDからの一次光が紫外乃
至紫色光から構成されている為である。つまり、本発明のＬＥＤ光源は、ＬＥＤチップか
ら紫外光または紫色光が一次放射され、蛍光体がＬＥＤからの一次光を吸収して、青色〜
緑色〜赤色の三原色可視光に変換し、三原色が混合されて白色光を形成するものである。
この時、蛍光体により吸収されることの無かった紫外光や紫色光も、白色光の一部として
含有されるが、量的には極微量であり、しかも紫外光は目に見えず、更に紫色光は視感度
が低いため、白色光に本質的な影響を与えない。従って本発明の蛍光膜はどの部分を見て
も、均一な白色光を示すことになる。しかしながら、青色発光のＬＥＤチップを採用した
場合、ＬＥＤの青色光と、蛍光体の黄色光等を混合して白色光としている。この場合、均
一な白色光を得るには、青色光と黄色光が、どの部分においても均一な割合で混合される
必要がある。従い、青色ＬＥＤの周囲を、薄くてかつ均一な厚さの蛍光膜を形成すること
が重要となる。つまり、青色ＬＥＤを使用した場合には、蛍光膜の形状はＬＥＤチップの
形状と相似形であることが必須条件となる。現在市販のＬＥＤチップは矩形形状であるの
が一般的であり、青色ＬＥＤを用いた場合に、略円形形状の蛍光膜を形成することは出来
ない。もし無理矢理に略円形形状の蛍光膜を形成した場合は、同一の蛍光膜において、青
色光の強い部分や黄色光の強い部分が同時に存在し、色ムラのある発光しか得ることがで
きないものである。
【００１７】
高演色な白色光を得るために組み合わせる蛍光体としては、３５０〜４２０ｎｍの発光源
で励起させたとき、青、緑、黄、赤等の主として三原色に明るく発光する蛍光体を使用す
る。使用できる蛍光体種は特に限定されるものでは無いが、明るさ及び演色性の観点より
、以下の蛍光体を使用することが望ましい。青色蛍光体としてはユーロピウム付活ハロ燐
酸塩蛍光体、緑色乃至黄色蛍光体としてはユーロピウム、マンガン付活アルカリ土類オル
ト珪酸マグネシウム蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類オルト珪酸塩蛍光体またはユ
ーロピウム付活サイアロン蛍光体が、赤色蛍光体としてはユーロピウム付活サイアロン蛍
光体またはユーロピウム付活カズン蛍光体等を用いることが望ましい。これらの蛍光体の
３〜５種を任意の割合で混合することで、高輝度・高演色で様々な色温度を有する白色発
光を得ることができる。
【００１８】
蛍光体はシリコーン樹脂等の透明樹脂と混合して蛍光体スラリーとし、前記スラリーをＬ
ＥＤチップの周囲に塗布して、蛍光膜が形成される。この時、蛍光膜はＬＥＤチップの全
面を覆う様に形成されていることが重要となる。もしＬＥＤチップの一部に、蛍光膜で被
覆されない部分があれば、ＬＥＤからの直接光が光源の外部に漏れ出ることになる。本発
明で使用するＬＥＤチップは、発光成分に紫外線が含まれており、人体への影響面で好ま
しくない上、蛍光体により可視光に変換されるＬＥＤ光の割合が減少して、光源の輝度が
低下することになる。
【００１９】
蛍光膜の形状は真円が最も望ましいが、本発明の効果を発揮するには、大きさの範囲も制
限される。図３は本発明のＬＥＤ光源を正面から見た構造を模式的に表したものである。
図中、蛍光膜は円形形状を有しており、半径はＭＬである。一方ＬＥＤチップは矩形形状
であり、図中では２個のＬＥＤチップが全体として長方形となる様に配列されている。こ
の時、各ＬＥＤチップの任意の頂点において、頂点間の直線距離が最大となるのは、図中
のＣＬである。なおＬＥＤや蛍光膜は平面図で表わされているが、実際には立体形状であ
る。具体的には、ＬＥＤチップには厚みがあり、蛍光膜はＬＥＤチップの上面に形成され
る為に、更に大きな高低差を有している。しかしながら本発明のＭＬやＣＬの長さは、厚
味を無視して、平面図上の直線距離として定義するものとする。
【００２０】
本発明において、ＭＬとＣＬの比率、ＭＬ／ＣＬの値は、１．０７以上２．５以下である
ことが望まれる。この比率を決定する基準として、まずLEDチップ面積の最大値と最小値
を考慮する。本発明では、LEDチップの使用個数を制限するものではないが、光源はなる
べく小さなものが望まれるため、最大値については、最も大きなLEDチップを１個使用し
たケースを上限値とする。本発明で使用することのできる最大の大きさは３×３mm角のLE
Dチップである。このLEDチップを複数個使用したり、このLEDチップより大きなLEDチップ
を使用することは、凹面鏡の大きさとのバランスを考慮すると、考えられないものである
。またCLの最小値は、当然のことながら、最も小さいLEDチップを１個使用した場合であ
る。CLの値がこれらの最小値と最大値を満たす範囲であれば、どのような大きさのLEDチ
ップを、どのような個数で使用しても問題はない。
【００２１】
本発明で使用される最大面積のＬＥＤチップとして３×３mm角のものを使用した場合、CL
は約４．２４ｍｍとなり、ＭＬとして許される大きさは、CＬの２．５倍の１０．６mmと
なる。つまり光源として許される最大値は直径が約１．１cmまでの円形となる。蛍光膜の
直径をこれ以上大きくすると、蛍光膜の膜厚が厚くなりすぎること及び凹面反射鏡との大
きさのバランスが悪くなり、蛍光膜から出射される白色光の強度が低下してしまう。
【００２２】
一方下限値については小さい程良好であるが、蛍光膜は一定以上の輝度を発揮する為の膜
厚が必要となる上、LEDチップが蛍光膜でほぼ完全に被覆されている必要がある。蛍光膜
が明るく発光するには、少なくとも数μｍ程度以上の膜厚が必要であり、例えば本発明で
最小面積のLEDチップ０．１×０．１ｍｍ角のものを使用した場合に、ＬＥＤチップを完
全に被覆するには、蛍光膜形状の外径が少なくとも０．１５ｍｍΦの円形となることが必
要とされため、ML/CLの値は１．０７が下限である。なお、ML/CLの値は、１．０７以上２
．５０以下であるが、蛍光膜の輝度がより明るくなる膜厚範囲を考慮すれば、より望まし
い範囲は１．１２以上１．８０以下となる。
【００２３】
蛍光膜の大きさを円形に限定して説明したが、本発明の蛍光膜の形状は真円のみに限定さ
れる必要はない。形状が略円形である場合、前記ＭＬの値は、円の直径ではなく、蛍光膜
表面上の２点間の距離で定義される。具体的には、蛍光膜の表面上の任意の２点で、２点
間の距離を測定した時、直線距離が最大値を示す２点間の距離をＭＬとして定義する。こ
の場合においても、蛍光膜の高さ方向の厚味は無視するものとし、あくまで平面図に表し
た時の、直線距離を測定するものとする。なお、蛍光膜が円形以外の場合でも、ＭＬとＣ
Ｌの比率（ＭＬ／ＣＬ）の最適範囲は変わらず、１．０７以上２．５以下となる。なお、
より望ましい範囲は１．１２以上１．８以下である。
【００２４】
ＬＥＤチップを実装するための基板の材料はアルミナが好適である。ただし、表面の反射
率が高く、物理的強度や、放熱特性等が適正であればアルミナに限定されることは無く、
例えばプラスチック等でも構わない。また基板外形については、ＬＥＤ光源から集光・反
射した光を背面側よ取り出す為に、小形であることが望ましい。具体的には、基板表面上
の任意の２点の最大直線距離をＰＬとして、前記ＰＬ値は１４．５ｍｍ以下であり、より
好ましくは７ｍｍ以下である。
【００２５】
基板表面の体色は反射率を高くするとの観点で、白色が望ましい。ただし反射率を高くす
るのは、ＬＥＤチップが載置される部分と蛍光膜で覆われた部分のみである。これらの部
分においては、ＬＥＤチップや蛍光膜から放射された光が、基板表面で反射され、光源全
体から放射される光の強度が増大する。
【００２６】
一方、基板上で、その表面上にＬＥＤチップや蛍光膜が存在しない部分、つまり外部から
見て、基板表面を直接見ることのできる部分は、光を反射しないことが望ましい。何故な
ら、基板表面で反射された光が、凹面鏡に向かって放射され、最終的には照明対象物への
照明光に混合される為である。蛍光膜からの直接光と、周囲の反射光の両者が凹面鏡に照
射されると、両者間の光の強度差が大きいために、照射パターンにムラが生じてしまう。
具体的には本来の照射パターンの輪郭部周辺に、陰影が形成されることになる。この様な
陰影部分は照明対象物を観察する上での障害となるため、なるべく存在しないことが好ま
しい。この為、蛍光膜の周囲の基板表面は反射率を成るべく低くする必要がある。具体的
には、基板表面にカーボンブラックからなる層を形成し、反射率を抑えると良い。シリコ
ーン樹脂中に、カーボンブラックの粉末を加えてスラリーを形成し、基板上に塗布するこ
とで形成することができる。カーボンブラック膜の膜厚は、数十〜数百ミクロン程度が適
正である。
【００２７】
なお、カーボンブラック膜を形成する際、基板表面上に直接塗布するのが原則であるが、
蛍光膜との境界線に沿ってピッタリ塗り分けるのは製造技術上困難である。この為、蛍光
膜の周辺部分においては、一部蛍光膜の上に重ねて、カーボンブラック膜が形成される場
合がある。この時、実質的な光源の大きさは、蛍光膜が外表面に露出している部分に限定
されるため、本発明における蛍光膜とは、表面が露出している部分に限定するものとする
。つまり本発明では、蛍光膜の表面上の任意の二点のうち、二点間の最大直線距離をＭＬ
と定義しているが、前記ＭＬは、蛍光面が直接露出している表面の２点間の最大直線距離
を意味するものとする。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例について具体的に説明する。
（実施例１）
青色、緑色、黄色、および赤色に発光する４種類の蛍光体を用意し、これにシリコーン
樹脂を加えて、十分に混練し、蛍光体スラリーを作成した。各色蛍光体の組合せは、ＬＥ
Ｄ光源の白色色温度が４２５０度Ｋとなる様に、表１記載の蛍光体種と配合比率で行なっ
た。
【００２９】
【表１】
【００３０】
次に、アルミナ基板（サイズ：４×４mm）上に隣接するチップとの間隔を０．１ｍｍとし
て実装された２個のＬＥＤチップ（発光ピーク波長：３９９ｎｍ，１個のサイズ：８００
×８００μｍ）を並列接続し、その上から、蛍光体を含む混合スラリーを滴下し、１４０
℃で熱処理してシリコーン樹脂を硬化させることにより、蛍光膜を作製した。さらに蛍光
膜の周囲で、アルミナ基板が剥き出しになっている箇所に、カーボンブラックの混練され
た樹脂スラリーを塗布し、表面の体色を黒色とした。なお、ＭＬ/ＣＬ値を測定した結果
、１．５であった。このようにして得られたＬＥＤ光源に、３００ｍＡの電流を流し駆動
した。積分球で明るさ（全光束）を測定すると共に、演色性（Ｒａ，Ｒ９値）を求めた。
測定にあたり、積分球はLABSPERE社製１０インチ積分球の装置を使用し、基板面中央から
垂直に１２７ｍｍ離れた位置での分光光度を測定した。また、実施例１のＬＥＤ光源に凹
面反射鏡を組合せ、発光装置の照度を測定した。ＬＥＤ光源の背面で、光源から１ｍ離れ
た位置に観察用試料を置き、試料に発光措置から光を照射して測定した。得られた諸特性
の数値を表２に示す。
【００３１】
【表２】
表２に示される通り、実施例１の光源は、４２５０度Ｋの白色光で、全光束が４４ｌｍ（
ルーメン）、試料の照度が４２９０ｌｘ（ルックス）を示し、所望の明るさを示すＬＥＤ
光源を得ることができた。また白色光の演色性は、平均演色評価数Ｒａが９７、赤色の見
え方を評価する特殊演色評価数Ｒ９が９２であり、医療用照明としての品位を十分に満足
するものであった。演色評価数は、人体に照射した際の血管等の存在を見極めるのに必要
な特性であり、Ｒａが９０以上、Ｒ９が８５以上あれば、全く問題のないレベルである。
【００３２】
（実施例２〜１４、比較例１〜７）
続いて、 ＬＥＤチップの使用個数を変更すると共に、ＬＥＤチップの総面積に対応して
、種々の形状と大きさの蛍光膜を組合せ、実施例と比較例のＬＥＤ光源を作成した。なお
蛍光膜は実施例１で作成したものと全く同じ組成のスラリーを使用した。ＬＥＤチップを
実装する基板については、材料は同じアルミナを使用したが、大きさについては蛍光膜の
形状や大きさに応じて適宜変更した。また基板表面で、蛍光膜等で被覆されていない部分
については、カーボンブラックによる黒色膜を形成してあるが、実施例１４と比較例７に
ついては、黒色膜は形成せず、アルミナ基板の生地がそのまま剥き出しとなっている。ま
た、同じ表３のチップ配列の欄には、チップ間の接続方式と使用個数が判る表現で記載し
た。例えば「２並列×２直列」とは、ＬＥＤチップ２個を直列に接続したものを、２列に
並列接続したもので、合計４個のＬＥＤチップが実装されていることを示す。
【００３３】
【表３】
表３の照度特性を見ると判る通り、実施例のＬＥＤ光源では、ＭＬ/ＣＬが１．０７から
２．４１の範囲にあり、約３０００から４５００ｌｘの明るい照度特性を示し、特にＭＬ
/ＣＬが１．８以下１．１２以上の場合は、４２００ｌｘ以上の明るい照度特性が得られ
た。一方ＭＬ/ＣＬが規定値を満たさない比較例１〜５のＬＥＤ光源の照度は３０００ｌ
ｘ以下しか得られなかった。特に比較例２の様に、ＭＬ／ＣＬの下限値を下回る場合に蛍
光膜の膜厚が十分確保できず、効率良く可視光に変換できないために全光束が低い事がわ
かる。また光源の形状は図２のａ〜ｅの５種類のパターンのものを作成した。形状ａ及び
bは、照射パターンの輪郭に鋭角部や陰影は無く、対象物が見易くて大変良好な品位であ
った。一方形状dやｅの場合は、照射パターンの輪郭に鋭角部が存在し、対象物が見難い
照明しか得られなかった。また実施例１４つおいては、照射パターンの形状は円形で問題
はなかったが、輪郭に薄い二重のパターンが現われ、実用レベルではあるが、やや見難い
照明であった。なお、得られた白色光の演色性は実施例１と同様に良好であり、全ての光
源が、Ｒａは９７±２、Ｒ９は９２±２の範囲内に収まった。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・ＬＥＤ光源、２・・・凹面反射鏡、３・・・基板、４・・・ＬＥＤチップ、５・
・・蛍光膜
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、医療用の照明灯に用いられるＬＥＤ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは電気エネルギーを紫外光や可視光等の光に変換して放射する半導体素子であり、
このようなＬＥＤチップを例えば透明樹脂で封止したＬＥＤ光源が各種分野で使用されて
いる。ＬＥＤ光源から放射される光の色調はＬＥＤチップの発光波長に限られるものでは
なく、例えばＬＥＤチップの表面に蛍光体を塗布したり、あるいはＬＥＤチップを封止す
る透明樹脂中に蛍光体を含有させることによって、青色から赤色まで使用用途に応じた可
視光領域の光を得ることができる。特に、白色発光型のＬＥＤランプは携帯通信機器の表
示部のバックライトや車載用ランプ、更に最近では家庭用の照明光源などに、従来の白熱
電球の代替品として、急速に普及し始めている。
【０００３】
現在、普及もしくは試行されている白色発光型のＬＥＤ光源としては、青色発光ＬＥＤと
黄色発光蛍光体や赤色蛍光体とを組合せたＬＥＤ光源と、紫外発光ＬＥＤと青色、緑色、
赤色発光の各蛍光体の混合物とを組合せたＬＥＤ光源とが知られている。現時点では、前
者の青色発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプの方が後者より輝度特性等に優れることか
ら普及している。しかし、後者の紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤ光源は、輝度が前者
より劣るものの、発光並びに投影光の色ムラが少なく、色再現性に優れた白色光を得るこ
とができる等の利点を有している。この為、高品位が要求される特殊照明の分野では、紫
外発光LEDを用いた発光装置が普及するものと期待されている。なお、紫外発光LEDを用い
た方が、青色発光LEDを用いた場合より色再現性が優れる理由は、紫外発光LEDと組合せ使
用できる蛍光体の種類が、青色発光LEDを用いた場合よりも多く、様々な色温度の白色光
を得る場合に、数多くの蛍光体種の中から最適なものを選択でき、選択の幅が拡がること
によるものである。
【０００４】
ところで、手術灯など医療用に用いられる特殊照明の分野でも、LED光源への置き換えが
進み始めている。従来この分野ではハロゲン電球を使用するのが一般的であったが、LED
光源を用いることにより、小型化、省電力を同時に実現することが可能となる。しかもLE
D光源の場合、発熱量が少ない為に、使用中の温度上昇を抑えることができ、手術等で連
続使用した場合に、温度上昇による苦痛を低減できるとか、更には電球の様に切れること
が無い為、保守点検等の手間を大幅に削減できるなどの、利点も有している。一方LED光
源の場合、ハロゲン電球等に比べて、演色性が不十分との問題もあった。何故なら医療用
照明の場合、血管等を鮮明に照らす必要があり、更に動脈と静脈を明確に区別できること
が求められる。この為には、短波長の紫色から長波長の赤色まで、あらゆる色を忠実に再
現できることが重要となる。しかし、この様な問題は、例えば青色LEDと黄色蛍光体の組
合せによる白色LEDランプを使用した場合に生ずるものであり、先に述べた紫外発光LEDと
三原色蛍光体を組合せた白色光源では、演色性の問題も容易に解決できる為、今後急速に
置き換えが進むものと見込まれている。
手術灯の場合、特定対象物を明るく照らす為に、光を集光し、集光位置を制御する手段が設けられている。光を集光させる手段としては、凹面等を有する反射鏡を用いたり、レンズを使用する方法がある。例えば引用文献１には凹面反射鏡を用いた白色ＬＥＤ装置が開示されている。特許文献の白色ＬＥＤ装置は、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源に対向配置された反射鏡からなり、ＬＥＤ光源からの光が反射鏡に向かって放射され、反射鏡の凹面で反射集光された後、最終的にはＬＥＤ光源の背面側より光が取り出される構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６５８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のＬＥＤ光源は、手術等の医療用に使用される発光装置で、光源からの発光を凹面
反射鏡の作用を用いて集光させるタイプの発光装置に使用され、照明対象物を明るく照ら
すと共に、対象物に照射された光パターンの輪郭に鋭角部や陰影等がなく、対象物を観察
し易い形状となることを課題にしている。本発明のLED光源は医療用の発光装置に利用さ
れるため、例えば手術に用いる際は、照明対象物を明るく照らすだけでなく、対象物の細
部まで正確に判別できる品位も要求される。この為には、照射された光のパターンにおい
て、中心部が明るく照射されると同時に、周辺部に陰影等が無く、なるべく曲線で構成さ
れていることが望ましい。何故なら、光パターンの輪郭に鋭角部や陰影が存在すると、対
象物上に照射された光パターンの輪郭部では、鋭角部や陰影が視覚の邪魔になって、細部
を見分けることが困難になる。また輪郭部が曲線で構成されている方が、柔らかく自然な
印象を与えるとの心理的効果も得られるためである。なお、本発明によるＬＥＤ光源は、
あらゆる対象物を、自然な色の体色で再現することができ、演色性に優れた白色光を提供
できることは勿論である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によるＬＥＤ光源は、平面状の基板と、基板上に実装された少なくとも
１個以上のＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの集積全体を被覆するように塗布された蛍光膜
からなる。蛍光膜は青、緑、黄、赤等の主として三原色蛍光体からなり、ＬＥＤチップか
ら放射された一次光を外部に漏らすことなく吸収し、演色性に優れた白色光を発する。Ｌ
ＥＤチップおよび基板上に広がる蛍光膜の面積はなるべく小さいことが望ましい。本発明
の蛍光膜では、蛍光膜表面上の任意の２点における２点間の最大直線距離と、集積を構成
する各ＬＥＤチップの各頂点のうち、任意の２つの頂点を結ぶ最大直線距離の比率が、１
．０７以上２．５０以下であることを特徴とする。また、この時の蛍光膜の形状は、１個
のＬＥＤチップからなる矩形や多数個ＬＥＤチップからなる多角形とは異なり、なるべく
曲線から構成されていることがのぞましく、大略円形形状を有することを特徴としている
。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のＬＥＤ光源を用いた発光装置
【図２】略円形の形状パターン
【図３】本発明のＬＥＤ光源の正面図
【図４】本発明のＬＥＤ光源の断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態のＬＥＤ光源は、基板上に実装された少なくとも１個のＬＥＤチップ（発光ダ
イオード素子）と、ＬＥＤチップの集積全体を被覆する様に塗布形成された、蛍光膜より
構成される。
【００１０】
図１は、本発明のLED光源（１）が組み込まれた発光装置の模式図を示すものである。平
面基板上に実装されたＬＥＤチップはワイヤで電源に繋がれており、ＬＥＤチップに通電
されるとＬＥＤチップが発光し、ＬＥＤチップからの一次光は、ＬＥＤチップの周囲に被
覆された蛍光膜によって二次光に変換される（図は省略）。蛍光膜から放射された光は、
反射鏡（２）に向かって照射された後、反射鏡の凹面により反射され、最終的にはＬＥＤ
光源（１）の背面側より、発光装置の外部に取り出されることになる。この時、凹面反射
鏡は、LEDチップの搭載位置が焦点となる様に配置設計されており、LEDの微小光源から発
した光は、凹面鏡で反射された後、凹面鏡の中心軸に対して略平行な光として、LEDチッ
プの外側に取り出されることになる。
【００１１】
凹面鏡で反射された光は、元のLED光源の形状がそのまま拡大され、対象物に照射される
ことになる。このため蛍光膜の形状は、輪郭に鋭角部分や陰影の存在しないことが望まし
い。何故なら鋭角部や陰影の近傍の対象物は、鋭角部の形状や陰影が邪魔になって、対象
物の詳細を見極めることが困難になる。本発明のLED光源を手術用の光源として使用する
場合、対象となる人体の傷口や患部の微細構造を見極める必要がある。輪郭に鋭角部が存
在せず、対象物にムラ無く光が照射されていれば、対象物の詳細を識別し易い照明が得ら
れることになる。この場合、一定の範囲の大きさで輪郭形状の条件を満足した照明であれ
ば、蛍光膜の形状自体は本来特に制限されない。不定形であっても構わない。しかし、輪
郭に鋭角部が存在せず、サイズがコンパクトであることを同時に満たすための最も合理的
な形状は円形である。しかも円形であれば、照射対象物の中心から、あらゆる方向に同じ
距離の範囲で、光が照射されることになり、最も望ましい形状の照明と言える。
【００１２】
蛍光膜の形状が円形であることは、明るさの面からも望ましい。何故なら、凹面鏡の形状
が通常は円形である為である。仮に蛍光膜の形状が長方形や多角形の場合、凹面鏡の形状
と合致しない為、長方形の長辺の一部や多角形の一部を凹面鏡で捉えきれず、一部光が損
失される恐れがある。蛍光膜の形状を小さくすれば、全体の光を捉えることができるが、
この場合最も効率的な形状は円形である。蛍光膜の形状が円形で、なるべく小さいもので
あれば、蛍光膜の発光の全てが効率的に凹面鏡に捉えられ、対象物を明るく照らすことに
なる。
【００１３】
蛍光膜の形状は、円形であることが望ましいが、必ずしも真円である必要は無く、略円形
であれば、同様の効果を発揮できる。略円形とは、楕円であっても構わない。最も重要な
ことは輪郭に鋭角部分の存在しないことである。図２は様々な形状の照明パターンを表し
た模式図である。図２のａやｂやcが本発明の略円形パターンであり、ｄやｅの様に輪郭
に角が存在するものは、本発明には適さない。またｃの様に、輪郭に微小な凹凸が存在す
るものの、全体としての形状が円に近ければ、略円形と定義する。
【００１４】
蛍光膜と組合せるＬＥＤチップは、１つのＬＥＤ光源に対して、１個のＬＥＤチップを使
用するのが最も効率的である。なぜなら、出来るだけ小さな面積の発光を得ようとする場
合、限られた面積内に複数のＬＥＤチップを並べるよりも、全発光面積を１個のＬＥＤチ
ップで形成するのが、最も効率的であるためである。しかし、求められる明るさや経済性
に応じて、複数個のＬＥＤチップが使用される場合もある。複数個のＬＥＤチップが使用
される場合、チップ間の隙間が成るべく小さくなる様に、基板上に集積して並べられるの
が望ましい。ＬＥＤチップの形状は矩形であるのが一般的であり、矩形形状を有するＬＥ
Ｄチップを高密度に並べようとすると、集積部全体の形状も、正方形や長方形などの四角
形となるのが、一般的である。しかしながら、場合によっては、三角形の各頂点にＬＥＤ
を配列するパターンも有り得るため、集積部全体の形状は多角形を想定する必要がある。
この様に、集積部全体の形状は、鋭角部を有する多角形となるため、集積部全体の形状
を光源の形状とするのは好ましくない。光源の形状そのものである蛍光膜の形状は、ＬＥ
Ｄチップ集積部の形状と異なるものとする必要がある。
【００１５】
ＬＥＤチップとしては、たとえば、ＩｎＧａＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮ系発光ダイオー
ドチップが挙げられる。また発光ピーク波長は、３５０〜４２０ｎｍの範囲にあることが
好ましい。すなわち、実施形態のＬＥＤ光源は、紫外線〜紫色領域に発光ピークを有する
ＬＥＤ光を、蛍光体によって可視光に全面変換する方式である。この様な方式を採用する
ことのメリットは、主に２つある。つまり、白色光を構成する発光成分を全て蛍光体の組
合せにより得ることができるため、１つは、蛍光膜の形状を任意に変形できることであり
、他の１つは均一な発光で、且つ高演色な白色光が得られることである。
【００１６】
本発明のＬＥＤ光源では、複数個のＬＥＤチップが全体として多角形状となる様に、平面
基板上に配列され、ＬＥＤチップ全体を覆う様に形成された蛍光膜の形状が略円形状を有
している。本発明の蛍光膜の形状が略円形を形成できるのは、LEDからの一次光が紫外乃
至紫色光から構成されている為である。つまり、本発明のＬＥＤ光源は、ＬＥＤチップか
ら紫外光または紫色光が一次放射され、蛍光体がＬＥＤからの一次光を吸収して、青色〜
緑色〜赤色の三原色可視光に変換し、三原色が混合されて白色光を形成するものである。
この時、蛍光体により吸収されることの無かった紫外光や紫色光も、白色光の一部として
含有されるが、量的には極微量であり、しかも紫外光は目に見えず、更に紫色光は視感度
が低いため、白色光に本質的な影響を与えない。従って本発明の蛍光膜はどの部分を見て
も、均一な白色光を示すことになる。しかしながら、青色発光のＬＥＤチップを採用した
場合、ＬＥＤの青色光と、蛍光体の黄色光等を混合して白色光としている。この場合、均
一な白色光を得るには、青色光と黄色光が、どの部分においても均一な割合で混合される
必要がある。従い、青色ＬＥＤの周囲を、薄くてかつ均一な厚さの蛍光膜を形成すること
が重要となる。つまり、青色ＬＥＤを使用した場合には、蛍光膜の形状はＬＥＤチップの
形状と相似形であることが必須条件となる。現在市販のＬＥＤチップは矩形形状であるの
が一般的であり、青色ＬＥＤを用いた場合に、略円形形状の蛍光膜を形成することは出来
ない。もし無理矢理に略円形形状の蛍光膜を形成した場合は、同一の蛍光膜において、青
色光の強い部分や黄色光の強い部分が同時に存在し、色ムラのある発光しか得ることがで
きないものである。
【００１７】
高演色な白色光を得るために組み合わせる蛍光体としては、３５０〜４２０ｎｍの発光源
で励起させたとき、青、緑、黄、赤等の主として三原色に明るく発光する蛍光体を使用す
る。使用できる蛍光体種は特に限定されるものでは無いが、明るさ及び演色性の観点より
、以下の蛍光体を使用することが望ましい。青色蛍光体としてはユーロピウム付活ハロ燐
酸塩蛍光体、緑色乃至黄色蛍光体としてはユーロピウム、マンガン付活アルカリ土類オル
ト珪酸マグネシウム蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類オルト珪酸塩蛍光体またはユ
ーロピウム付活サイアロン蛍光体が、赤色蛍光体としてはユーロピウム付活サイアロン蛍
光体またはユーロピウム付活カズン蛍光体等を用いることが望ましい。これらの蛍光体の
３〜５種を任意の割合で混合することで、高輝度・高演色で様々な色温度を有する白色発
光を得ることができる。
【００１８】
蛍光体はシリコーン樹脂等の透明樹脂と混合して蛍光体スラリーとし、前記スラリーをＬ
ＥＤチップの周囲に塗布して、蛍光膜が形成される。この時、蛍光膜はＬＥＤチップの全
面を覆う様に形成されていることが重要となる。もしＬＥＤチップの一部に、蛍光膜で被
覆されない部分があれば、ＬＥＤからの直接光が光源の外部に漏れ出ることになる。本発
明で使用するＬＥＤチップは、発光成分に紫外線が含まれており、人体への影響面で好ま
しくない上、蛍光体により可視光に変換されるＬＥＤ光の割合が減少して、光源の輝度が
低下することになる。
【００１９】
蛍光膜の形状は真円が最も望ましいが、本発明の効果を発揮するには、大きさの範囲も制
限される。図３は本発明のＬＥＤ光源を正面から見た構造を模式的に表したものである。
図中、蛍光膜は円形形状を有しており、半径はＭＬである。一方ＬＥＤチップは矩形形状
であり、図中では２個のＬＥＤチップが全体として長方形となる様に配列されている。こ
の時、各ＬＥＤチップの任意の頂点において、頂点間の直線距離が最大となるのは、図中
のＣＬである。なおＬＥＤや蛍光膜は平面図で表わされているが、実際には立体形状であ
る。具体的には、ＬＥＤチップには厚みがあり、蛍光膜はＬＥＤチップの上面に形成され
る為に、更に大きな高低差を有している。しかしながら本発明のＭＬやＣＬの長さは、厚
味を無視して、平面図上の直線距離として定義するものとする。
【００２０】
本発明において、ＭＬとＣＬの比率、ＭＬ／ＣＬの値は、１．０７以上２．５以下である
ことが望まれる。この比率を決定する基準として、まずLEDチップ面積の最大値と最小値
を考慮する。本発明では、LEDチップの使用個数を制限するものではないが、光源はなる
べく小さなものが望まれるため、最大値については、最も大きなLEDチップを１個使用し
たケースを上限値とする。本発明で使用することのできる最大の大きさは３×３mm角のLE
Dチップである。このLEDチップを複数個使用したり、このLEDチップより大きなLEDチップ
を使用することは、凹面鏡の大きさとのバランスを考慮すると、考えられないものである
。またCLの最小値は、当然のことながら、最も小さいLEDチップを１個使用した場合であ
る。CLの値がこれらの最小値と最大値を満たす範囲であれば、どのような大きさのLEDチ
ップを、どのような個数で使用しても問題はない。
【００２１】
本発明で使用される最大面積のＬＥＤチップとして３×３mm角のものを使用した場合、CL
は約４．２４ｍｍとなり、ＭＬとして許される大きさは、CＬの２．５倍の１０．６mmと
なる。つまり光源として許される最大値は直径が約１．１cmまでの円形となる。蛍光膜の
直径をこれ以上大きくすると、蛍光膜の膜厚が厚くなりすぎること及び凹面反射鏡との大
きさのバランスが悪くなり、蛍光膜から出射される白色光の強度が低下してしまう。
【００２２】
一方下限値については小さい程良好であるが、蛍光膜は一定以上の輝度を発揮する為の膜
厚が必要となる上、LEDチップが蛍光膜でほぼ完全に被覆されている必要がある。蛍光膜
が明るく発光するには、少なくとも数μｍ程度以上の膜厚が必要であり、例えば本発明で
最小面積のLEDチップ０．１×０．１ｍｍ角のものを使用した場合に、ＬＥＤチップを完
全に被覆するには、蛍光膜形状の外径が少なくとも０．１５ｍｍΦの円形となることが必
要とされため、ML/CLの値は１．０７が下限である。なお、ML/CLの値は、１．０７以上２
．５０以下であるが、蛍光膜の輝度がより明るくなる膜厚範囲を考慮すれば、より望まし
い範囲は１．１２以上１．８０以下となる。
【００２３】
蛍光膜の大きさを円形に限定して説明したが、本発明の蛍光膜の形状は真円のみに限定さ
れる必要はない。形状が略円形である場合、前記ＭＬの値は、円の直径ではなく、蛍光膜
表面上の２点間の距離で定義される。具体的には、蛍光膜の表面上の任意の２点で、２点
間の距離を測定した時、直線距離が最大値を示す２点間の距離をＭＬとして定義する。こ
の場合においても、蛍光膜の高さ方向の厚味は無視するものとし、あくまで平面図に表し
た時の、直線距離を測定するものとする。なお、蛍光膜が円形以外の場合でも、ＭＬとＣ
Ｌの比率（ＭＬ／ＣＬ）の最適範囲は変わらず、１．０７以上２．５以下となる。なお、
より望ましい範囲は１．１２以上１．８以下である。
【００２４】
ＬＥＤチップを実装するための基板の材料はアルミナが好適である。ただし、表面の反射
率が高く、物理的強度や、放熱特性等が適正であればアルミナに限定されることは無く、
例えばプラスチック等でも構わない。また基板外形については、ＬＥＤ光源から集光・反
射した光を背面側よ取り出す為に、小形であることが望ましい。具体的には、基板表面上
の任意の２点の最大直線距離をＰＬとして、前記ＰＬ値は１４．５ｍｍ以下であり、より
好ましくは７ｍｍ以下である。
【００２５】
基板表面の体色は反射率を高くするとの観点で、白色が望ましい。ただし反射率を高くす
るのは、ＬＥＤチップが載置される部分と蛍光膜で覆われた部分のみである。これらの部
分においては、ＬＥＤチップや蛍光膜から放射された光が、基板表面で反射され、光源全
体から放射される光の強度が増大する。
【００２６】
一方、基板上で、その表面上にＬＥＤチップや蛍光膜が存在しない部分、つまり外部から
見て、基板表面を直接見ることのできる部分は、光を反射しないことが望ましい。何故な
ら、基板表面で反射された光が、凹面鏡に向かって放射され、最終的には照明対象物への
照明光に混合される為である。蛍光膜からの直接光と、周囲の反射光の両者が凹面鏡に照
射されると、両者間の光の強度差が大きいために、照射パターンにムラが生じてしまう。
具体的には本来の照射パターンの輪郭部周辺に、陰影が形成されることになる。この様な
陰影部分は照明対象物を観察する上での障害となるため、なるべく存在しないことが好ま
しい。この為、蛍光膜の周囲の基板表面は反射率を成るべく低くする必要がある。具体的
には、基板表面にカーボンブラックからなる層を形成し、反射率を抑えると良い。シリコ
ーン樹脂中に、カーボンブラックの粉末を加えてスラリーを形成し、基板上に塗布するこ
とで形成することができる。カーボンブラック膜の膜厚は、数十〜数百ミクロン程度が適
正である。
【００２７】
なお、カーボンブラック膜を形成する際、基板表面上に直接塗布するのが原則であるが、
蛍光膜との境界線に沿ってピッタリ塗り分けるのは製造技術上困難である。この為、蛍光
膜の周辺部分においては、一部蛍光膜の上に重ねて、カーボンブラック膜が形成される場
合がある。この時、実質的な光源の大きさは、蛍光膜が外表面に露出している部分に限定
されるため、本発明における蛍光膜とは、表面が露出している部分に限定するものとする
。つまり本発明では、蛍光膜の表面上の任意の二点のうち、二点間の最大直線距離をＭＬ
と定義しているが、前記ＭＬは、蛍光面が直接露出している表面の２点間の最大直線距離
を意味するものとする。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例について具体的に説明する。
（実施例１）
青色、緑色、黄色、および赤色に発光する４種類の蛍光体を用意し、これにシリコーン
樹脂を加えて、十分に混練し、蛍光体スラリーを作成した。各色蛍光体の組合せは、ＬＥ
Ｄ光源の白色色温度が４２５０度Ｋとなる様に、表１記載の蛍光体種と配合比率で行なっ
た。
【００２９】
【表１】
【００３０】
次に、アルミナ基板（サイズ：４×４mm）上に隣接するチップとの間隔を０．１ｍｍとし
て実装された２個のＬＥＤチップ（発光ピーク波長：３９９ｎｍ，１個のサイズ：８００
×８００μｍ）を並列接続し、その上から、蛍光体を含む混合スラリーを滴下し、１４０
℃で熱処理してシリコーン樹脂を硬化させることにより、蛍光膜を作製した。さらに蛍光
膜の周囲で、アルミナ基板が剥き出しになっている箇所に、カーボンブラックの混練され
た樹脂スラリーを塗布し、表面の体色を黒色とした。なお、ＭＬ/ＣＬ値を測定した結果
、１．５であった。このようにして得られたＬＥＤ光源に、３００ｍＡの電流を流し駆動
した。積分球で明るさ（全光束）を測定すると共に、演色性（Ｒａ，Ｒ９値）を求めた。
測定にあたり、積分球はLABSPERE社製１０インチ積分球の装置を使用し、基板面中央から
垂直に１２７ｍｍ離れた位置での分光光度を測定した。また、実施例１のＬＥＤ光源に凹
面反射鏡を組合せ、発光装置の照度を測定した。ＬＥＤ光源の背面で、光源から１ｍ離れ
た位置に観察用試料を置き、試料に発光措置から光を照射して測定した。得られた諸特性
の数値を表２に示す。
【００３１】
【表２】
表２に示される通り、実施例１の光源は、４２５０度Ｋの白色光で、全光束が４４ｌｍ（
ルーメン）、試料の照度が４２９０ｌｘ（ルックス）を示し、所望の明るさを示すＬＥＤ
光源を得ることができた。また白色光の演色性は、平均演色評価数Ｒａが９７、赤色の見
え方を評価する特殊演色評価数Ｒ９が９２であり、医療用照明としての品位を十分に満足
するものであった。演色評価数は、人体に照射した際の血管等の存在を見極めるのに必要
な特性であり、Ｒａが９０以上、Ｒ９が８５以上あれば、全く問題のないレベルである。
【００３２】
（実施例２〜１４、比較例１〜７）
続いて、 ＬＥＤチップの使用個数を変更すると共に、ＬＥＤチップの総面積に対応して
、種々の形状と大きさの蛍光膜を組合せ、実施例と比較例のＬＥＤ光源を作成した。なお
蛍光膜は実施例１で作成したものと全く同じ組成のスラリーを使用した。ＬＥＤチップを
実装する基板については、材料は同じアルミナを使用したが、大きさについては蛍光膜の
形状や大きさに応じて適宜変更した。また基板表面で、蛍光膜等で被覆されていない部分
については、カーボンブラックによる黒色膜を形成してあるが、実施例１４と比較例７に
ついては、黒色膜は形成せず、アルミナ基板の生地がそのまま剥き出しとなっている。ま
た、同じ表３のチップ配列の欄には、チップ間の接続方式と使用個数が判る表現で記載し
た。例えば「２並列×２直列」とは、ＬＥＤチップ２個を直列に接続したものを、２列に
並列接続したもので、合計４個のＬＥＤチップが実装されていることを示す。
【００３３】
【表３】
表３の照度特性を見ると判る通り、実施例のＬＥＤ光源では、ＭＬ/ＣＬが１．０７から
２．４１の範囲にあり、約３０００から４５００ｌｘの明るい照度特性を示し、特にＭＬ
/ＣＬが１．８以下１．１２以上の場合は、４２００ｌｘ以上の明るい照度特性が得られ
た。一方ＭＬ/ＣＬが規定値を満たさない比較例１〜５のＬＥＤ光源の照度は３０００ｌ
ｘ以下しか得られなかった。特に比較例２の様に、ＭＬ／ＣＬの下限値を下回る場合に蛍
光膜の膜厚が十分確保できず、効率良く可視光に変換できないために全光束が低い事がわ
かる。また光源の形状は図２のａ〜ｅの５種類のパターンのものを作成した。形状ａ及び
bは、照射パターンの輪郭に鋭角部や陰影は無く、対象物が見易くて大変良好な品位であ
った。一方形状dやｅの場合は、照射パターンの輪郭に鋭角部が存在し、対象物が見難い
照明しか得られなかった。また実施例１４つおいては、照射パターンの形状は円形で問題
はなかったが、輪郭に薄い二重のパターンが現われ、実用レベルではあるが、やや見難い
照明であった。なお、得られた白色光の演色性は実施例１と同様に良好であり、全ての光
源が、Ｒａは９７±２、Ｒ９は９２±２の範囲内に収まった。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・ＬＥＤ光源、２・・・凹面反射鏡、３・・・基板、４・・・ＬＥＤチップ、５・
・・蛍光膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、矩形を有するＬＥＤチップが少なくとも１個と、蛍光膜からなるＬＥＤ光源にお
いて、前記基板上の特定領域部内に、前記ＬＥＤチップが集積されて配列され、前記ＬＥ
Ｄチップの集積全体を被覆する様に前記蛍光膜が形成されてなり、前記特定領域部の平面
形状と、前記蛍光膜の平面形状が互いに異なることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記蛍光膜の平面形状が略円形であることを特徴と
するＬＥＤ光源。
【請求項３】
請求項１乃至２記載のＬＥＤ光源において、前記特定領域部内で集積を構成する各ＬＥＤ
の各頂点のうち、任意の２つの頂点を結ぶ２点間距離のうち、最大直線距離をＣＬとし、
蛍光膜の表面上の任意の２点間の距離のうち、最大直線距離をＭＬとするとき、前記ＣＬ
と前記ＭＬの比率ＭＬ／ＣＬが、１．０７以上２．５０以下であることを特徴とするＬＥ
Ｄ光源。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のＬＥＤ光源において、前記基板のうち、前記特定領域部内及び前記
蛍光膜で被覆された部分の表面が白色であり、その他の部分の表面が黒色であることを特
徴とするＬＥＤ光源。
【請求項５】
請求項４記載のＬＥＤ光源において、前記基板がアルミナからなり、前記基板上の黒色部
分はカーボンブラックとシリコーン樹脂からなることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項６】
請求項１乃至５記載のＬＥＤ光源において、前記ＭＬとＣＬの比率ＭＬ／ＣＬが、１．１
２以上１．８０以下であることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のＬＥＤ光源において、各ＬＥＤチップの１辺が０．１〜３．０mm、
他の１辺が０．１〜３mmの矩形であることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項８】
請求項１乃至７記載のＬＥＤ光源において、前記ＬＥＤチップから照射される光のピーク
波長が３８０nm以上４２０nm以下であることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項９】
請求項１乃至８記載のＬＥＤ光源において、前記蛍光膜が、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄
色蛍光体及び赤色蛍光体からなる主として三原色の蛍光体と透明樹脂との混合物であり、
白色に発光する事を特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項１０】
請求項９記載のＬＥＤ光源において、前記青色蛍光体がユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光
体、前記緑色乃至黄色蛍光体がユーロピウム、マンガン付活アルカリ土類オルト珪酸マグ
ネシウム蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類オルト珪酸塩蛍光体もしくはユーロピウ
ム付活サイアロン蛍光体の少なくとも１種、前記赤色蛍光体がユーロピウム付活サイアロ
ン蛍光体、もしくはユーロピウム付活カズン蛍光体の少なくとも１種であることを特徴と
するＬＥＤ光源。
【請求項１１】
請求項１乃至１０記載のＬＥＤ光源は、凹面を有する反射鏡を備えた発光装置に使用され
ることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項１２】
請求項１１記載のＬＥＤ光源において、前記発光装置が医療用に用いられることを特徴と
するＬＥＤ光源。
【請求項１】
基板と、矩形を有するＬＥＤチップが少なくとも１個と、蛍光膜からなるＬＥＤ光源にお
いて、前記基板上の特定領域部内に、前記ＬＥＤチップが集積されて配列され、前記ＬＥ
Ｄチップの集積全体を被覆する様に前記蛍光膜が形成されてなり、前記特定領域部の平面
形状と、前記蛍光膜の平面形状が互いに異なることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤ光源において、前記蛍光膜の平面形状が略円形であることを特徴と
するＬＥＤ光源。
【請求項３】
請求項１乃至２記載のＬＥＤ光源において、前記特定領域部内で集積を構成する各ＬＥＤ
の各頂点のうち、任意の２つの頂点を結ぶ２点間距離のうち、最大直線距離をＣＬとし、
蛍光膜の表面上の任意の２点間の距離のうち、最大直線距離をＭＬとするとき、前記ＣＬ
と前記ＭＬの比率ＭＬ／ＣＬが、１．０７以上２．５０以下であることを特徴とするＬＥ
Ｄ光源。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のＬＥＤ光源において、前記基板のうち、前記特定領域部内及び前記
蛍光膜で被覆された部分の表面が白色であり、その他の部分の表面が黒色であることを特
徴とするＬＥＤ光源。
【請求項５】
請求項４記載のＬＥＤ光源において、前記基板がアルミナからなり、前記基板上の黒色部
分はカーボンブラックとシリコーン樹脂からなることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項６】
請求項１乃至５記載のＬＥＤ光源において、前記ＭＬとＣＬの比率ＭＬ／ＣＬが、１．１
２以上１．８０以下であることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のＬＥＤ光源において、各ＬＥＤチップの１辺が０．１〜３．０mm、
他の１辺が０．１〜３mmの矩形であることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項８】
請求項１乃至７記載のＬＥＤ光源において、前記ＬＥＤチップから照射される光のピーク
波長が３８０nm以上４２０nm以下であることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項９】
請求項１乃至８記載のＬＥＤ光源において、前記蛍光膜が、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄
色蛍光体及び赤色蛍光体からなる主として三原色の蛍光体と透明樹脂との混合物であり、
白色に発光する事を特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項１０】
請求項９記載のＬＥＤ光源において、前記青色蛍光体がユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光
体、前記緑色乃至黄色蛍光体がユーロピウム、マンガン付活アルカリ土類オルト珪酸マグ
ネシウム蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類オルト珪酸塩蛍光体もしくはユーロピウ
ム付活サイアロン蛍光体の少なくとも１種、前記赤色蛍光体がユーロピウム付活サイアロ
ン蛍光体、もしくはユーロピウム付活カズン蛍光体の少なくとも１種であることを特徴と
するＬＥＤ光源。
【請求項１１】
請求項１乃至１０記載のＬＥＤ光源は、凹面を有する反射鏡を備えた発光装置に使用され
ることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項１２】
請求項１１記載のＬＥＤ光源において、前記発光装置が医療用に用いられることを特徴と
するＬＥＤ光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０２０５８（Ｐ２０１３−１０２０５８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４９５６（Ｐ２０１１−２４４９５６）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
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