JP2004193580A - Ｌｅｄ照明光源 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電流の大きさが変化しても色ずれが生じにくいＬＥＤ照明光源を提供する。
【解決手段】発光ピーク波長が４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に含まれる少なくとも１つのＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子から放射された光を前記光の波長よりも長い波長を有する光に変換する蛍光物質を含有する波長変換部とを備えたＬＥＤ照明光源である。ＬＥＤ素子を発光させるためにＬＥＤ素子に供給する電流の大きさが変化した場合に生じる色シフトを抑制するように分光透過率が調節されたフィルタ手段を更に有している。
【選択図】図１０

Description

本発明は、蛍光物質を含有する波長変化部を備えたＬＥＤ照明光源に関する。

近年、白色電球の代替を目的として、白色のＬＥＤ照明光源が活発に研究されている。白色のＬＥＤ照明光源には、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）材料を用いた青色ＬＥＤ素子のパッケージに、ＹＡＧ系の蛍光物質を塗布したものがある。この例のＬＥＤ照明光源では、青色ＬＥＤ素子から波長４５０ｎｍの発光が生じ、この光を受けた蛍光物質が黄色（ピーク波長は約５５０ｎｍ）の蛍光を発する。これらの光が混合することにより、白色の光が提供されることになる。

紫外光を発するＬＥＤ素子を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の光を発する蛍光材料と組み合わせて用いる白色ＬＥＤ照明光源も開発されている。このようなＬＥＤ照明光源では、ＬＥＤ素子から放射された紫外光が蛍光材料を励起し、赤、青、および緑の発光を生じさせるため、白色光を得ることができる。

従来のＬＥＤ照明光源では、砲弾型のパッケージが広く採用されている。以下、図１を参照しながら、砲弾型ＬＥＤ照明光源の従来例を説明する。

図１は、特許文献１などに開示されている従来のＬＥＤ照明光源の断面構成例を示している。図示されているＬＥＤ照明光源２０は、ＬＥＤ素子２１と、ＬＥＤ素子２１をカバーする砲弾型の透明容器と、ＬＥＤ素子２１に電流を供給するためのリードフレーム２２ａ、２２ｂとを備えている。リードフレーム２２ｂのマウント部には、ＬＥＤ素子２１の発光を矢印Ｄの方向に反射するカップ型反射板２３が設けられており、カップ型反射板２３の内壁面（光反射面）は、傾斜した状態でＬＥＤ素子２１の側面部を取り囲んでいる。マウント部に搭載されたＬＥＤ素子２１は、第１の樹脂部２４によって封止され、第１の樹脂部２４は第２の樹脂部２５によって覆われている。

第１の樹脂部２４は、ＬＥＤ素子２１をカップ型反射板２３内に搭載し、リードフレーム２２ａおよび２２ｂとＬＥＤ素子２１のカソード電極およびアノード電極とをワイヤを介して電気的に接続した後、カップ型反射板２３内に充填され、硬化されたものである。第１の樹脂部２４の内部には、蛍光物質２６が分散されており、ＬＥＤ素子２１から出た光Ａによって第１の樹脂部２４内の蛍光物質２６が励起される。励起された蛍光物質２６からは、光Ａの波長よりも長い波長の蛍光（光Ｂ）が生じる。ＬＥＤ素子２１から放射される光Ａが赤色である場合は、蛍光物質２６から出る光Ｂが黄色の光となるように構成される。光Ａの一部は、蛍光物質２６を含有する第１の樹脂部２４を透過するため、光Ａおよび光Ｂが交じり合った光Ｃが照明光として利用される。例えば、光Ａはピーク波長が４７０ｎｍ程度の狭帯域の分光分布を示し、光Ｂはピーク波長が５７０ｎｍ程度の広帯域の分光分布を示す。図２は、このようなＬＥＤ照明光源から得られる照明光の分光分布の一例を示している。
特許第２９９８６９６号明細書

図１に示す従来のＬＥＤ照明光源には、ＬＥＤ素子に供給する電流（駆動電流）の大きさが変化すると、照明光の分光分布に変化（色シフト）が生じやすいという問題がある。このような色シフトは、ＬＥＤ素子の発光状態が駆動電流の大きさに依存して変化し、ＬＥＤ素子が放射する光Ａの分光分布が変化するために生じる。一般に、ＬＥＤ素子の発光ピーク波長は、駆動電流が小さくなるほど長くなる傾向がある。このようにしてＬＥＤ素子から出る光Ａの分光分布が変化すると、ＬＥＤ素子を覆う樹脂中の蛍光物質２６から出る光Ｂの分光分布も変化してしまうことになり、その結果、図２に示す分光分布のプロファイルが変化する。一方、照明光源の輝度は状況に応じて調節（調光）する必要があるため、ＬＥＤ素子を光源に用いる場合は、目的とする輝度を得るためにＬＥＤ素子の駆動電流も変化させられることになる。このような駆動電流の変化によって色シフトが生じることは、ＬＥＤ素子を照明光源に用いる上で解決しなければならない課題である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、駆動電流を変化させても色シフトが生じにくいＬＥＤ照明光源を提供することにある。

本発明のＬＥＤ照明光源は、発光ピーク波長が４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に含まれる少なくとも１つのＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子から放射された光を前記光の波長よりも長い波長を有する光に変換する蛍光物質を含有する波長変換部とを備えたＬＥＤ照明光源であって、前記ＬＥＤ素子を発光させるために前記ＬＥＤ素子に供給する電流の大きさが変化した場合に生じる色シフトを抑制するように分光透過率が調節されたフィルタ手段を更に有している、ＬＥＤ照明光源。

好ましい実施形態において、前記フィルタ手段は、逆相対変化量の波長依存性に対応した分光透過率を有している。

好ましい実施形態において、前記フィルタ手段の分光透過率は、逆相対変化量が１００％よりも低くなる波長範囲において相対的に低い大きさを有している。

好ましい実施形態において、前記フィルタ手段は、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲から選択された少なくとも一部の波長範囲における分光透過率が他の可視光波長範囲における分光透過率に比べて低くなるように調整されている。

好ましい実施形態において、前記フィルタ手段は、前記ＬＥＤ素子の発光ピーク波長よりも短い波長範囲の少なくとも一部における分光透過率が他の可視光波長範囲における分光透過率に比べて低くなるように調整されている。

好ましい実施形態において、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲における前記フィルタ手段のフィルタリング率は、３％以上３５％以下の範囲にある。

好ましい実施形態において、前記ＬＥＤ素子は、基板に実装されている。

好ましい実施形態において、前記ＬＥＤ素子は、フリップチップ状態で前記基板に実装されている。

好ましい実施形態において、前記波長変換部は樹脂から形成されている。

好ましい実施形態において、前記波長変換部は、円筒形状を有しており、前記ＬＥＤ素子の全体を覆っている。

好ましい実施形態において、前記波長変換部を覆うように樹脂が形成されている。

好ましい実施形態において、前記フィルタ手段は、前記波長変換部を覆うように配置されている。

好ましい実施形態において、前記フィルタ手段は、樹脂から形成されている。

好ましい実施形態において、前記波長変換部およびフィルタ手段は、いずれも、樹脂から形成されており、前記波長変換部とフィルタ手段との間に実質的な界面が存在していない。

好ましい実施形態において、点灯回路を備えた照明装置に対して着脱可能なカード形状を有している。

本発明によれば、特定波長範囲の分光透過率を選択的に低減したフィルタ部材をＬＥＤ照明光源に適用することにより、駆動電流の変化によって生じえるＬＥＤ照明光源の色シフトを抑制することができる。

まず、図３を参照しながら、いわゆる青色光を発するＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子を覆う波長変換部（蛍光物質を含む樹脂）とを供えたＬＥＤ照明光源の色シフトを詳細に説明する。図３は、上記構成を有する各種のＬＥＤ照明光源について計算で求めた色度を示すグラフ（ＣＩＥ１９３１ｘｙ色度図）である。

図３に示す色度は、蛍光体の種類、樹脂の濃度および／または体積が異なる種々のＬＥＤ照明光源について分光分布を測定し、測定した分光分布から計算によって求めたものである。分光分布は、駆動電流が５ｍＡ、１０ｍＡ、２０ｍＡ、４０ｍＡの場合の各々について、分光放射照度計によって計測した。図３に示す各データポイントは、各ＬＥＤ照明光源の色度点を表している。

図３では、色度点を示す記号の種類がＬＥＤ照明光源の構成の違いによって異なっており、共通の線で結ばれた各色度点は、同一のＬＥＤ照明光源に関するものである。各ラインで結合された各色度の位置が色度図上にシフトしているのは、駆動電流が変化することによって照明光の分光分布が変化したためである。図３の各矢印は、対応するＬＥＤ照明光源において、駆動電流の増加によって色度点がシフトした方向を示している。矢印の向きが示すように、駆動電流が増加するほど、色度が色度図上で右斜め上方向に変化していく。

このような色シフトを効果的に抑制するＬＥＤ照明光源を開発するため、本発明者は、複数種類のＬＥＤ照明光源の各々について、駆動電流が５ｍＡのときの分光分布と４０ｍＡのときの分光分布の比較を次のようにして行った。

まず、ＬＥＤ素子が放射する光はピーク波長が４６０ｎｍの狭帯域分光分布を有し、蛍光物質が放射する光はピーク波長が５７５ｎｍの広帯域分光分布を有するＬＥＤ照明光源を用い、照明光の分光分布を実測した。実測は、駆動電流が５ｍＡの場合と４０ｍＡの場合について行った。より詳細には、波長３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの帯域（可視光波長帯）において、測定波長を５ｎｍずつ変化させて行った。その結果、得られた分光強度を、ピーク波長５７５ｎｍにおける分光強度で正規化した。

その後、波長毎に駆動電流が５ｍＡのときの分光分布と、駆動電流が４０ｍＡのときの分光分布との大きさを比較し、小さい値を大きい値で割り１００を掛けた。この値を本明細書では、「逆相対変化量」と称することとする。もし、両者の分光分布（その波長における分光強度）が同じであれば、逆相対変化量は１００となる。逆相対変化量が３８０ｎｍから７８０ｎｍの間で全て１００であれば、両者の分光分布は全く一致していることになる。すなわち、それらから計算される色度は等しくなるため、駆動電流を５ｍＡから４０ｍＡに増加しても、色シフトは起こらないことになる。逆に、逆相対変化量の大きさが１００よりも０に近くなるほど、駆動電流が５ｍＡのときと４０ｍＡのときとで分光分布に大きな変化が生じたことを示す。

図４は、ＬＥＤ照明光源に関する波長と逆相対変化量との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は照明光の波長を示し、縦軸は逆相対変化量を示している。図４から明らかなように、逆相対変化量は、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲で相対的に小さくなっている。より詳細には、上記の範囲内において、波長が短くなるほど、概略、逆相関変化量は減少する傾向を示しているが、波長４５５ｎｍの付近および波長５００ｎｍの付近では局所的に大きな値を示している。言い換えると、波長４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲および波長４７０ｎｍ付近で逆相関変化量は小さくなっており、この範囲の波長を持つ光の強度は駆動電流の変化によって変化しやすい。

以上の実験および検討から、駆動電流の変化によって照明光の分光分布の変化が生じやすい波長範囲と、生じにくい波長範囲が存在することが明らかになった。

本発明では、駆動電流の変化による色シフトを低減するためには、上記逆相関変化量が１００よりも小さくなる波長範囲の光成分を照明光から減少させる。より具体的には、ＬＥＤ照明光源から出る照明光のうち、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲に含まれる光成分をフィルタ部材によって低減し、それによって駆動電流による色シフトを抑制する。

以下、本発明によるＬＥＤ照明光源において好適に用いられる各種のフィルタ部材を説明する。

［フィルタ部材Ｆ１］
図５は、ＬＥＤ照明光源から出た光の分光分布を制御するフィルタ部材Ｆ１の分光透過率を示すグラフである。このフィルタ部材Ｆ１では、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲における分光透過率を図５に示すように減少させている。より詳細には、フィルタ部材Ｆ１の分光透過率は、波長４００ｎｍでは３８％であるが、波長５４５ｎｍまでは直線的に増加し、波長５４５ｎｍで１００％に達している。波長５４５ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲の分光透過率は１００％である。

図５と図４とを比較するとわかるように、フィルタ部材Ｆ１の分光透過率のプロファイルは、逆相関変化率のプロファイルに対応している。

次に、フィルタ部材Ｆ１を備える、図１０（ａ）に示す構成を有するＬＥＤ照明光源（実施例）と、このＬＥＤ照明光源からフィルタ部材Ｆ１のみを取り除いたＬＥＤ照明光源（比較例）とについて、色シフトを評価した。

図１０（ａ）に示すＬＥＤ照明光源は、基板９１と、基板９１に実装されたＬＥＤ素子９２と、蛍光物質（蛍光体）を含有する樹脂部（波長変換部）９３と、フィルタ部材９４とを備えている。このＬＥＤ照明光源の構造の詳細については、後述する。ここでは、ＬＥＤ素子９２としては、サイズが縦３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ０．９ｍｍのバアチップＬＥＤを用いた。樹脂部９３は、蛍光体と樹脂を例えば７０：３０で混合した混合液を高さ０．１５ｍｍ、直径１．４ｍｍの円柱状に成形・硬化したものである。

上記のＬＥＤ照明光源（実施例および比較例）について、駆動電流が５ｍＡにおける色度と駆動電流が４０ｍＡにおける色度との差異（色シフト）を調べた。色シフトの評価は、色温度およびＤｕｖ（ＣＩＥ１９６０ｕｖ色度座標上で色度点から垂直に黒体放射軌跡におろしたときの距離）に関する比較によって行った。

フィルタ部材Ｆ１が無い場合、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度は３８６３Ｋ、Ｄｕｖは０．３であった。また、駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は３８３２Ｋ、Ｄｕｖは５．３であった。両者の差は、色温度で３１、Ｄｕｖで５．０であった。一方、フィルタ部材Ｆ１がある場合は、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度が３４８９Ｋ、Ｄｕｖが８．１であった。駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は３４８９、Ｄｕｖは８．１であった。両者の差は、色温度およびＤｕｖとも、０であった。

以上のことから、フィルタ部材Ｆ１を設けることにより、色シフトを充分に抑制することができることがわかる。

なお、蛍光体と樹脂を例えば８０：２０で混合した混合液を、高さ１．２ｍｍ、直径１．４ｍｍの円柱状に成形・硬化させることによって樹脂部９３を作製した場合についても、同様の評価を行った。この場合、フィルタ部材Ｆ１を設けないと、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度は２５７７Ｋ、Ｄｕｖは２１．９、駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は２６８８Ｋ、Ｄｕｖは２１．９であった。これに対して、フィルタ部材Ｆ１を設けると、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度は２５６４Ｋ、Ｄｕｖは２０．８、駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は２６６８Ｋ、Ｄｕｖは２１．８であった。

このように、フィルタ部材Ｆ１を設けることにより、種々のＬＥＤ照明光源について、色シフトを抑制することができる。

［フィルタ部材Ｆ２］
次に、図６を参照しながら、他のフィルタ部材Ｆ２を説明する。

図６は、フィルタ部材Ｆ２の分光透過率を示すグラフである。このグラフからわかるように、フィルタ部材Ｆ２の分光透過率は、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲において、波長４５５ｎｍ付近を除く部分で選択的に低く設定されている。この例で用いるＬＥＤ素子の発光ピーク波長は４６０ｎｍ前後であるので、フィルタ部材Ｆ２は、ＬＥＤ素子の発光ピーク波長前後の波長範囲では高い分光透過率を示すことになる。より詳細には、フィルタ部材Ｆ２の分光透過率は、波長４００ｎｍでは３８％であるが、波長４４０ｎｍまで直線的に増加し、波長４４０ｎｍで５０％に達している。また、波長４４０ｎｍから４５５ｎｍまで異なる傾きで直線的に増加し、波長４５５ｎｍで１００％に達している。その後、分光透過率は波長４７０ｎｍまで低下し、波長４７０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲で６５％の一定値をとる。分光透過率は更に波長４９０ｎｍから波長５１５ｎｍまで直線的に増加し、波長５１５ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲では１００％である。

図４によれば、波長４５５ｎｍの付近で逆相対変化量が大きくなっており、ほとんど１００である。すなわち、波長４００ｎｍから５４５ｎｍのうちでも、波長４５５ｎｍの波長付近では、駆動電流による分光分布の変化は小さい。したがって、フィルタ部材によって波長４５５ｎｍの付近の光を減少させなくとも、色シフトを抑制することができる。

フィルタ部材Ｆ２についても、前述の実施例および比較例と同様のＬＥＤ照明光源について色温度およびＤｕｖを評価した。その結果、フィルタ部材Ｆ２が無い場合は、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度は３８６３Ｋ、Ｄｕｖは０．３であった。また、駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は３８３２Ｋ、Ｄｕｖは５．３であった。両者の差は、色温度で３１、Ｄｕｖで５．０であった。

一方、フィルタ部材Ｆ２がある場合は、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度が３６００Ｋ、Ｄｕｖが４．７であった。駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は３６１８、Ｄｕｖは９．６であった。両者の差は、色温度で１８、Ｄｕｖで４．８であった。したがって、フィルタ部材Ｆ２を設けることにより、色シフトを低減することができることがわかる。

［フィルタ部材Ｆ３］
次に、図７を参照しながら、更に他のフィルタ部材Ｆ３を説明する。図７は、フィルタ部材Ｆ３の分光透過率を示すグラフである。このグラフからわかるように、フィルタ部材Ｆ３の分光透過率は、波長４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲において選択的に低く設定されている。この例で用いるＬＥＤ素子の発光ピーク波長は４６０ｎｍ前後であるので、フィルタ部材Ｆ３は、ＬＥＤ素子の発光ピーク波長よりも短い波長範囲で低い分光透過率を示すことになる。より詳細には、フィルタ部材Ｆ３の分光透過率は、波長４００ｎｍでは０％であるが、波長４５０ｎｍまでは直線的に増加し、波長４５０ｎｍで１００％に達している。波長４５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲の分光透過率は１００％である。

図４からわかるように、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲のうち、波長４００ｎｍから波長４４０ｎｍまでの範囲で逆相対変化量が最も小さい。したがって、フィルタ部材Ｆ３によって、波長４００ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の範囲における分光透過率のみを減少させても、駆動電流の変化による色シフトを有効に低減できる。

フィルタ部材Ｆ３についても、ＬＥＤ照明光源の実施例および比較例について色温度およびＤｕｖを評価した。その結果、フィルタ部材Ｆ３が無い場合は、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度は２５７７Ｋ、Ｄｕｖは２１．９であった。また、駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は２６８８Ｋ、Ｄｕｖは２１．９であった。両者の差は、色温度で１１１、Ｄｕｖで０であった。一方、フィルタ部材Ｆ３がある場合は、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度が２５８２Ｋ、Ｄｕｖが２０．９であった。駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は２６８７Ｋ、Ｄｕｖは２１．９であり、その差は色温度で１０５、Ｄｕｖで１であった。したがって、フィルタ部材Ｆ３を設けることにより、Ｄｕｖが１だけ増加し、色温度で６Ｋ減少し、総合的に色シフトが低減した。

［フィルタ部材Ｆ４］
次に、図８を参照しながら、更に他のフィルタ部材Ｆ４を説明する。図８は、フィルタ部材Ｆ４の分光透過率を示すグラフである。フィルタ部材Ｆ４では、波長４５５ｎｍ以上５１５ｎｍ以下の範囲における分光透過率が他の波長範囲の分光透過率よりも低下している。より詳細には、フィルタ部材Ｆ４は、フィルタ部材Ｆ２の波長４００ｎｍ以上４５５ｎｍ以下の範囲の分光透過率を１００％となるように変化させた分光透過率を有している。

本明細書では、図８に示す太線で囲まれた面積に対する、斜線で囲まれた面積（波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の吸収領域の面積）の割合（％）を「フィルタ部材のフィルタリング率」と定義する。

フィルタ部材Ｆ４のフィタリング率を３％に設定し、前述した構成を有するＬＥＤ照明光源の実施例および比較例について、色温度およびＤｕｖを評価した。その結果、フィルタ部材Ｆ４が無い場合は、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度は３８６３Ｋ、Ｄｕｖは０．３であった。また、駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は３８３２Ｋ、Ｄｕｖは５．３であった。両者の差は、色温度で３１、Ｄｕｖで５．０であった。一方、フィルタ部材Ｆ４がある場合は、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度が３６３２Ｋ、Ｄｕｖが３．３であった。駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は３６６１Ｋ、Ｄｕｖは７．５であり、その差は色温度で２９、Ｄｕｖで４．２であった。したがって、フィルタ部材Ｆ４を設けることにより、色温度で２Ｋ、Ｄｕｖで０．８だけ減少し、僅かに色シフトが低減した。

以上のことから、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲におけるフィルタ部材のフィルタリング率が３％を下回ると、色シフトの低減を実現することが難しくなることがわかる。

［フィルタ部材Ｆ５］
次に、図９を参照しながら、他のフィルタ部材Ｆ５を説明する。図９は、フィルタ部材Ｆ５の分光透過率を示すグラフである。波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲におけるフィルタ部材Ｆ５の分光透過率は、他の波長範囲の分光透過率よりも低下しており、フィルタ部材Ｆ５のフィルタリング率は３５％である。より詳細には、フィルタ部材Ｆ５の分光透過率は、波長４００ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の範囲および４７０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲で０％である。また、この分光透過率は、波長４４０ｎｍから波長４５５ｎｍまで直線的に増加し、波長４５５ｎｍで１００％に達する。その後、波長４７０ｎｍまで直線的に低下する。更に、波長５３０ｎｍから波長５４５ｎｍまで直線的に増加し、波長５４５ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲では１００％である。

このようにしてフィルタ部材Ｆ５のフィタリング率を３５％に設定し、前述した構成を有するＬＥＤ照明光源の実施例および比較例について、色温度およびＤｕｖを評価した。その結果、フィルタ部材Ｆ５が無い場合は、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度は２５７７Ｋ、Ｄｕｖは２１．９であった。また、駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は２６８８Ｋ、Ｄｕｖは２１．９であった。両者の差は、色温度で１１１、Ｄｕｖで０であった。一方、フィルタ部材Ｆ５がある場合は、駆動電流が５ｍＡのとき、色温度が２３１０Ｋ、Ｄｕｖが１５．９であった。駆動電流が４０ｍＡのとき、色温度は２３８７Ｋ、Ｄｕｖは１６．６であり、その差は色温度で７７、Ｄｕｖで０．７であった。したがって、フィルタ部材Ｆ５を設けることにより、Ｄｕｖで０．７だけ増加したが、色温度では３４Ｋだけ変化し、色シフトを大幅に抑えることができた。

以上のフィルタ部材Ｆ１〜Ｆ５に関する説明からわかるように、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲から選択された少なくとも一部の波長範囲における分光透過率が他の可視光波長範囲における分光透過率に比べて低くなるように調整されたフィルタ部材を用いれば、駆動電流の変化に起因する色シフトを抑制することができる。そして、４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲において、ＬＥＤ素子の発光ピーク波長を含む部分では分光透過率を相対的に高くすることが好ましい。

以下、図面を参照しながら、本発明によるＬＥＤ照明光源を説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

（実施形態１）
まず、図１０（ａ）を参照しながら、本発明のＬＥＤ照明光源の第１の実施形態を説明する。

図１０（ａ）に示すＬＥＤ照明光源は、基板９１と、基板９１に実装されたＬＥＤ素子９２と、蛍光物質（蛍光体）を含有する樹脂部９３と、フィルタ部材９４とを備えている。

本実施形態では、ＬＥＤ素子９２がフリップチップ状態で基板９１の主面上に実装されている。基板９１には不図示の配線が形成されており、実装されたＬＥＤ素子９２上の電極と電気的に接続されている。ＬＥＤ素子９２上には、基板９１の配線を介して、点灯回路（不図示）から発光に必要な電流または電圧が供給される。

樹脂部９３の内部に分散されている蛍光物質は、ＬＥＤ素子９２から放射された光に吸収し、励起された後、蛍光を発する。蛍光物質から出る光の波長は、ＬＥＤ素子１２から放射される光の波長よりも長い。例えば、ＬＥＤ素子９２として、青色を発するＬＥＤチップを用いる場合、蛍光物質としては（Ｙ・Ｓｍ）₃（Ａｌ・Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ_0.39Ｇｄ_0.57Ｃｅ_0.03Ｓｍ_0.01）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂などを好適に用いることができる。このような蛍光物質を用いることにより、ＬＥＤ素子１２から出た青色光の一部を黄色光に変換し、全体として白色に近い照明光を得ることができる。

本実施形態における樹脂部９３は、樹脂部９３から出た光を反射し得る面（不図示）から離間した側面を有している。具体的には、樹脂部９３は、ＬＥＤ素子１２の対角線長よりも長い直径を持ち、ＬＥＤ素子９２の高さよりも大きな高さを有する円柱状であり、樹脂部９３の側面は、ＬＥＤ素子９２の側面部を取り囲む曲面から構成されている。ここで、「樹脂部９３から出た光を反射し得る面」とは、典型的には、反射のために意図的に配置された光反射部材の光反射面を含むが、他の部材の表面であってもよい。

樹脂部９３の形成方法は、例えば、図１１に示すようにして行うことができる。より具体的には、まず、ＬＥＤ素子４４を実装した基板４１を用意する。本実施形態では、ＬＥＤ素子４４をフリップチップ実装によって基板４１に搭載していている。次に、円柱形状の孔（開口部）が形成された版４２を基板４１に密接させ、その後、蛍光物質を含有した樹脂液を円柱形状の孔に注ぎ込む。版４２の厚さは、例えば０．０２〜１．１ｍｍ程度であり、孔の直径はＬＥＤ素子４４の対角線長（例えば０．３〜１．０ｍｍ）よりも大きな値（例えば０．８ｍｍ）に設定される。

樹脂液を版４２の孔に注ぎ込んだ後、版４２の上面よりも上に盛り上がる樹脂液をスキージ４３で平滑化し、樹脂液を熱硬化させる。その後、版４２を基板４１から取り除くことにより、ＬＥＤ素子４４の全体を覆う円柱状の樹脂部が得られる。

本実施形態のフィルタ部材９４は、上記の樹脂部９３の外側に配置され、樹脂部９３から出た光を受けるように樹脂部９３を覆っている。フィルタ部材９４は、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲から選択された少なくとも一部の波長範囲における分光透過率が他の可視光波長範囲における分光透過率（例えば波長５５０ｎｍにおける分光透過率）に比べて低くなるように調整されている。

本実施形態におけるフィルタ部材９４の材質は、上記のフィルタリング特性を持つものであれば、特に限定されない。価格が比較的低い材料である樹脂を好適に用いることができ、樹脂の中でも、特に柔軟性に富み、熱ストレスに強いシリコーンを好適に用いることができる。なお、このような樹脂に、上記のフィルタリング特性を付与するには、例えばネオジウムなどの添加物をフィルタ部材の材料（樹脂など）に混ぜ合わせることによって調節することができる。あるいは、透明部材の表面に多層干渉膜を堆積したり、ケミカルコーティングを施したものを本実施形態のフィルタ部材として用いたりすることができる。

ＬＥＤ素子９２から放射された光は、樹脂部９３の蛍光物質を励起し、蛍光を発生させる。これらの光を図１０では、参照符号「９５」の矢印で模式的に示すこととする。

光９５は、例えば図２に示すような分光分布を有しているが、その分光分布は、光がフィルタ部材９４を透過する過程で変化し、色シフトが生じにくい分光分布を持つようになる。

なお、図１０では、基板９１上に１つのＬＥＤ素子９２が実装されている状態が図示されているが、基板９１上に実装されるＬＥＤ素子９２は複数であってもよい。複数のＬＥＤ素子９２が基板９１上に実装されている場合、各ＬＥＤ素子９２が別個のフィルタ部材９４によって覆われていてもよいし、また、１つのフィルタ部材９４が複数のＬＥＤ素子９２を覆っていても良い。これらのことは、以下に説明する他の実施形態についても当てはまる。

（実施形態２）
図１０（ｂ）を参照しながら、本発明のＬＥＤ照明光源の第２の実施形態を説明する。本実施形態のＬＥＤ照明光源は、第１の実施形態におけるＬＥＤ照明光源と略同様の構成を有しているが、樹脂部９３とフィルタ部材９４との配置関係に違いがある。前述の実施形態では、樹脂部９３とフィルタ部材９４との間に空隙が存在しているが、本実施形態では、樹脂部９３とフィルタ部材９４とが密着している。樹脂部９３とフィルタ部材９４の境界部９６において、異なる物質の界面が形成されると、その界面で光が屈折するため、光の取出し効率が減少する。光の取出し効率を高く維持するためには、フィルタ部材９４を、樹脂部９３と同一の樹脂材料から形成することが好ましい。また、樹脂部９３を形成する製造工程段階において、樹脂部９３が硬化する前にフィルタ部材９４も同一の樹脂を用いて作製すれば、樹脂部９３とフィルタ部材９４との間の接合強度を高めることができるので好ましい。この場合、樹脂部９３とフィルタ部材９４との間には実質的に界面が存在しない。

（実施形態３）
図１０（ｃ）を参照しながら、本発明のＬＥＤ照明光源の第３の実施形態を説明する。本実施形態のＬＥＤ照明光源が第２の実施形態におけるＬＥＤ照明光源と異なっている主な点は、反射板９７が基板９１上に設けられている点にある。

反射板９７は、ＬＥＤ素子９２の側面部から出た光を基板９１から遠ざかる方向（好ましくは基板主面の法線方向）へ反射する反射面を有している。この反射面は、ＬＥＤ素子９２の側面を取り囲むように形成されている。複数のＬＥＤ素子９２が基板９１上に実装されている場合、ＬＥＤ素子９２に対応する位置に開口部（貫通孔）が形成された反射板９７を用いることが好ましい。この場合、反射板９７の開口部の内壁面が反射面として機能する。反射板９７に設けられた開口部の内壁面（反射面）は、基板主面に対してテーパ状に傾斜していることが好ましい。反射面を基板主面に垂直な面で切り取った形状は、直線的である必要はなく、曲面的であってもよい。

本実施形態のフィルタ部材９４は、反射板９４の開口部内に位置しており、レンズ機能を有している。本実施形態のフィルタ部材９４は、前述の実施形態と同様に樹脂から好適に形成され得る。

（実施形態４）
図１０（ｄ）を参照しながら、本発明のＬＥＤ照明光源の第４の実施形態を説明する。本実施形態のＬＥＤ照明光源が第３の実施形態のＬＥＤ照明光源と異なる点は、樹脂部（第１樹脂部）９３が第２樹脂部９８によって覆われ、かつ、反射板９７上にフィルタ部材９６が配置されている点にある。第１樹脂部９３と第２の樹脂部９８とのの境界部で界面が存在すると、光取出し効率が低下するので、この境界部に明確な界面が形成されないようにすることが好ましい。

本実施形態のフィルタ部材９６は、図１０（ｄ）に示すように平板な形状を有しているが、レンズとして機能する凸部を有していてもよい。

なお、上記の実施形態１〜４では、蛍光物質を含む樹脂部９３とは別にフィルタ部材を設けているが、この樹脂部９３にＮｄなどの添加物を加えることにより、樹脂部９３の少なくとも一部をフィルタ部材として機能させてもよい。

（実施形態５）
図１２は、本実施形態におけるカード型ＬＥＤ照明光源と、このＬＥＤ照明光源が着脱可能に挿入されるコネクタ１２３と、コネクタ１２３を介してＬＥＤ照明光源と電気的に接続される点灯装置１３２とを示す斜視図である。

図示されているカード型ＬＥＤ照明光源１２１は、一対の案内部１２２が形成されたコネクタ１２３内に挿入される。案内部１２２は、ＬＥＤ照明光源１２１をコネクタ１２３に抜き差しする際にＬＥＤ照明光源１２１の基板エッジを所定方向にスライドさせる案内機能を有する。コネクタ１２３には、カード型ＬＥＤ照明光源１２１の給電電極（不図示）と電気的に接続する給電電極（不図示）が設けられており、ライン１３１を介して点灯装置１３２に接続されている。

ＬＥＤ照明光源１２１は、好ましくは矩形状の基板に実装された複数個のＬＥＤ素子を備えており、各ＬＥＤ素子は前述の円柱形状樹脂部によって覆われており、樹脂部は更にフィルタ部材によって覆われている。このフィルタ部材は、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲から選択された少なくとも一部の波長範囲における分光透過率が他の可視光波長範囲における分光透過率に比べて低くなるように調整されている。

ＬＥＤ照明光源１２１の基板は各ＬＥＤ素子と給電電極とを接続する多層配線を有していてもよい。また、ＬＥＤ素子に対応した開口部を有する金属性の反射板が基板表面に貼り付けられていても良い。

このように本実施形態のＬＥＤ照明光源１２１は、メモリカードなどに類似したカード型形状を有しているため、コネクタを有する種々の機器に対して抜き差し（着脱）が自由である。このため、照明装置に使用していたＬＥＤ照明光源１２１の寿命が尽きたとき、そのＬＥＤ照明光源１２１を同形の新しいＬＥＤ照明光源と交換することにより、照明装置を継続的に使用することができる。また、異なった特性を有する複数種類のＬＥＤ照明光源１２１から適宜必要なものを選択し、照明装置に装着すれば、同一の照明装置を用いながら、多様な照明光を提供することも可能となる。

図１３および図１４を参照しながら、本実施形態のカード型ＬＥＤ照明光源１２１の構成を更に詳細に説明する。図１３は、カード型ＬＥＤ照明光源１２１の分解斜視図であり、図１４は、カード型ＬＥＤ照明光源１２１におけるＬＥＤ素子が設けられている領域の断面図である。

まず、図１３を参照する。本実施形態のＬＥＤ照明光源は、基板１１上にマトリクス状に配列された多数の円筒状樹脂部２１３を有している。図１３では、ＬＥＤ素子が記載されていないが、各円筒状樹脂部２１３の内部にＬＥＤ素子がモールドされている。前述したように、円筒状樹脂部２１３には蛍光物質が分散しており、ＬＥＤ素子から出た光を長波長の光に変換する。

基板１１の表面（実装面）側には、各円筒状樹脂部２１３を取り囲む開口部を有する光反射板１５２が貼り付けられる。光反射板１５２の開口部の内周面は、円筒状樹脂部２１３から出た光を反射する光反射面として機能する。

次に、図１４を参照する。本実施形態における各ＬＥＤ素子１５３は、基板１１を構成する金属板１５０に貼り付けられた多層配線基板１５１の配線パターン１５９とフリップチップ実装によって接続されている。ＬＥＤ素子１５３は、蛍光物質を含有する樹脂部２１３で覆われており、更に、この樹脂部２１３はレンズ機能を有する第２の樹脂部１６２に覆われている。この第２の樹脂部１６２には濃度が０．０１〜３０％（好ましくは０．１％以上）程度のネオジウムが添加されており、図１０（ｃ）に示すフィルタ部材９４と同様のフィルタ部材としても機能する。

本実施形態の多層配線基板１５１には、２層の配線パターン１５９が形成されており、異なる層における配線パターン１５９がビア１６３によって接続されている。最上層における配線パターン１５９は、Ａｕバンプ１６１を介してＬＥＤ素子１５３の電極と接続されている。配線パターン１５９は、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、または、これらの金属を主成分とする合金から形成した配線パターンによって構成される。

このような構成を有する多層配線基板１５１の上面の大半は光反射板１５２で覆われているが、一部は露出している。多層配線基板１５１上の露出領域には、複数の給電電極（不図示）が形成されている。この給電電極は、カード型ＬＥＤ照明光源が差し込まれるコネクタを介して照明装置の点灯回路に電気的に接続される。

なお、図１４に示す例では、光反射板１５２と多層配線基板１５１との間に、アンダーフィル（応力緩和層）１６０が設けられている。このアンダーフィル１６０により、金属製の光反射板１５２と多層配線基板１５１との間にある熱膨張差に起因する応力が緩和されるとともに、光反射板１５２と多層配線基板５１上の上層配線との間の電気的絶縁も確保される。

本実施形態によれば、着脱自在のカード型ＬＥＤ照明光源により、演色性の高い照明光が得られる。

上記各実施形態においては、いずれも、フィルタ部材がＬＥＤ素子を実装した基板に対して固定されているが、本発明はこのような構成に限定されるわけではない。例えば、図１２に示すコネクタ１２３にフィルタ部材を設けても良い。本発明にとって重要な点は、ＬＥＤ照明光源におけるＬＥＤ素子および波長変換部から出た照明光をフィルタリングすることができる位置にフィルタ部材が設けられればよい。また、本発明は、図１に示すような砲弾型のＬＥＤ照明光源にも好適に適用できる。この場合、例えば第２の樹脂部２５やガラス容器の少なくとも一部をフィルタ部材として機能させることができる。

また、波長変換部として機能する樹脂中に特定波長範囲の光を吸収する物質を混合し、波長変化部の少なくとも一部がフィルタ手段として機能するようにしてもよい。

本発明のＬＥＤ照明光源は、白色電球を代替し得る各種の光源として広く用いられる。

従来のＬＥＤ照明光源を示す断面図である。 ＬＥＤ素子から放射される光のスペクトルを示すグラフである。 ＬＥＤ照明光源の色シフトを示す色度図である。 ＬＥＤ照明光源に関する波長と逆相対変化量との関係を示すグラフである。 本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ１の分光透過率を示すグラフである。 本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ２の分光透過率を示すグラフである。 本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ３の分光透過率を示すグラフである。 本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ４の分光透過率を示すグラフである。 本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ５の分光透過率を示すグラフである。 （ａ）は、本発明によるＬＥＤ照明光源の第１の実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は、第２の実施形態を示す断面図であり、（ｃ）は、第３の実施形態を示す断面図であり、（ｄ）は、第４の実施形態を示す断面図である。 図１０に示す円柱状樹脂部（波長変換部）を形成する方法の一例を示す斜視図である。 本発明によるＬＥＤ照明光源の第５の実施形態を示す斜視図である。 本発明によるカード型ＬＥＤ照明光源の分解斜視図である。 図１３のカード型ＬＥＤ照明光源におけるＬＥＤ素子が設けられている領域の断面図である。

符号の説明

２１ ＬＥＤ素子
２２ａ リード
２２ｂ リード
２３ カップ型反射板
２４ 第１の樹脂部（蛍光物質を含有する樹脂部）
２５ 第２の樹脂部
２６ 蛍光物質
４１ 基板
４２ 版
４３ スキージ
４４ ＬＥＤ素子
９１ 基板
９２ ＬＥＤ素子
９３ 第１の樹脂部（蛍光物質を含有する樹脂部）
９４ フィルタ部材
９５ 放射光
９６ フィルタ部材
９７ 反射板
９８ 第２の樹脂部
１２１ ＬＥＤ照明光源
１２２ 案内部
１２３ コネクタ
１３１ ライン
１３２ 点灯装置

Claims (15)

1. 発光ピーク波長が４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に含まれる少なくとも１つのＬＥＤ素子と、
   前記ＬＥＤ素子から放射された光を前記光の波長よりも長い波長を有する光に変換する蛍光物質を含有する波長変換部と、
   を備えたＬＥＤ照明光源であって、
   前記ＬＥＤ素子を発光させるために前記ＬＥＤ素子に供給する電流の大きさが変化した場合に生じる色シフトを抑制するように分光透過率が調節されたフィルタ手段を更に有している、ＬＥＤ照明光源。
2. 前記フィルタ手段は、逆相対変化量の波長依存性に対応した分光透過率を有している請求項１に記載のＬＥＤ照明光源。
3. 前記フィルタ手段の分光透過率は、逆相対変化量が１００％よりも低くなる波長範囲において相対的に低い大きさを有している請求項２に記載のＬＥＤ照明光源。
4. 前記フィルタ手段は、波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲から選択された少なくとも一部の波長範囲における分光透過率が他の可視光波長範囲における分光透過率に比べて低くなるように調整されている請求項１に記載のＬＥＤ照明光源。
5. 前記フィルタ手段は、前記ＬＥＤ素子の発光ピーク波長よりも短い波長範囲の少なくとも一部における分光透過率が他の可視光波長範囲における分光透過率に比べて低くなるように調整されている請求項４に記載のＬＥＤ照明光源。
6. 波長４００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下の範囲における前記フィルタ手段のフィルタリング率は、３％以上３５％以下の範囲にある請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
7. 前記ＬＥＤ素子は、基板に実装されている請求項１から６のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
8. 前記ＬＥＤ素子は、フリップチップ状態で前記基板に実装されている請求項７に記載のＬＥＤ照明光源。
9. 前記波長変換部は樹脂から形成されている請求項１から８のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
10. 前記波長変換部は、円筒形状を有しており、前記ＬＥＤ素子の全体を覆っている請求項９に記載のＬＥＤ照明光源。
11. 前記波長変換部を覆うように樹脂が形成されている請求項７または１０に記載のＬＥＤ照明光源。
12. 前記フィルタ手段は、前記波長変換部を覆うように配置されている請求項１から１１のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
13. 前記フィルタ手段は、樹脂から形成されている請求項１から１２のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
14. 前記波長変換部およびフィルタ手段は、いずれも、樹脂から形成されており、前記波長変換部とフィルタ手段との間に実質的な界面が存在していない請求項１から１２のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
15. 点灯回路を備えた照明装置に対して着脱可能なカード形状を有している請求項１から１４のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。

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