JP2004193581A - Ｌｅｄ照明光源 - Google Patents

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Abstract

【課題】 演色性を向上させたＬＥＤ照明光源を提供する。
【解決手段】 少なくとも１つのＬＥＤ素子９２と、ＬＥＤ素子９２から放射された光９５を、この光９５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９３とを備えたＬＥＤ照明光源であって、波長５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ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フィルタ手段９４を更に備えている。
【選択図】 図９

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。
特許第２９９８６９６号明細書
図１に示す従来のＬＥＤ照明光源には、演色性が良くないという問題がある。図２は、図１に示す構成を有する白色ＬＥＤ照明光源の分光分布の一例を示している。図２からわかるように、このような白色ＬＥＤ照明光源によれば、赤色の波長範囲における発光量が他の波長範囲における発光量に比べて少なく、それによって演色性が悪くなっている。
「演色性」とは、照明光に照らされた物体の色の見え方を決定する光源の性質である。光源の演色性は、平均演色評価数（Ｒａ）で評価することができる。この値Ｒａが高いほど、演色性が良いことになる。
国際基準ＩＳＯ ８９９５−１９８９によれば、平均演色評価数Ｒａが９０以上の光源は、グループ１Ａに分類され、平均演色評価数Ｒａが８０以上９０未満の光源は、グループ１Ｂに分類される。平均演色評価数Ｒａの好ましい大きさは、光源の用途によって異なるが、一般に７０以上であることが望ましい。
しかしながら、青色ＬＥＤ素子を用いた従来の白色ＬＥＤ照明光源では、光色によっては７０以上の平均演色評価数Ｒａを実現することが困難であった。
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、演色性を向上させたＬＥＤ照明光源を提供することにある。
本発明によるＬＥＤ照明光源は、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、波長５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ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フィルタ手段を更に備えている。
好ましい実施形態において、前記ＬＥＤ素子は、ピーク波長が４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に含まれる光を放射する。
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、樹脂から形成された前記波長変換部は、Ｎｄ化合物を含有しており、前記波長変換部が前記フィルタ手段としても機能する。
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、前記波長変換部を取り囲む開口部を有する反射板を有している。
好ましい実施形態において、前記フィルタ手段は、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下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、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲における前記フィルタ手段の分光透過率は、他の可視光波長範囲における分光透過率の１０％以上９５％以下の範囲に調節されている。
好ましい実施形態において、前記フィルタ手段の分光透過率は、平均演色評価数Ｒａを増加させるように調整されている。
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、ＬＥＤ照明光源の平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。
本発明者は、ＬＥＤ照明光源の平均演色評価数Ｒａを向上するのに有用な分光分布を見出すために、以下に説明するシミュレーションを行った。
まず、シミュレーションの前提として、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ものとした。そして、上記のＬＥＤ素子から放射される光と、蛍光物質から放射される光（蛍光）とが混ざりあって形成される照明光の色温度が４０００ＫとなるようにＬＥＤ照明光源の分光分布を調整し、照明光の分光分布を実測した。実測は、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ずつに変化させて行った。その結果、８１個のデータポイントが得られ、平均演色評価数Ｒａは７０となった。
次に、上記の分光分布データを用いて、幅５ｎｍの狭帯域における分光透過率を０％とした場合に平均演色評価数Ｒａがどのように変化するかを計算によって求めた。すなわち、実測によって得られた前述の分光分布データ（８１個）から、１つの測定帯域（帯域幅：５ｎｍ）を選択し、選択した波長範囲における分光透過率を０％とした場合の平均演色評価数Ｒａを計算する。この作業を波長３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの可視光波長帯の全体にわたって順次行った。
図３は、上記の計算結果を示すグラフである。グラフの横軸は、分光透過率を０％にした狭波長帯（幅５ｎｍ）の中心値を示し、縦軸は平均演色評価数Ｒａの増減を示している。平均演色評価数Ｒａの増減は、上記ＬＥＤ照明光源からフィルタを通さずに得られる照明光に関する平均演色評価数Ｒａを基準に評価した。
図３のグラフでは、波長５７０ｎｍにおいてピークを持つ計算結果が示されている。ここで、波長λｎｍにおけるデータポイントは、波長（λ−２．５）ｎｍ〜（λ＋２．５）ｎｍの帯域における分光透過率を０％にした場合に得られる照明光の平均演色評価数Ｒａの変化量である。
図３のグラフからわかるように、分光透過率を意図的に低減していない波長範囲における分光透過率（例えば、波長が５１０ｎｍの分光透過率）に対し、波長が５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ以下の範囲から選択した任意の波長範囲における分光透過率を減少させることにより、ＬＥＤ照明光源の平均演色評価数Ｒａが向上する。特に、波長が５７５ｎｍから５９０ｎｍまでの帯域における分光透過率を減少させることにより、平均演色評価数Ｒａを効果的に向上させることができる。このような分光透過率の制御は、適切な透過特性を有するフィルタ部材を用いることにより、実現できる。なお、特開平５−２９０８１８号公報には、冷蔵庫などの庫内照明に用いられるガラス管電球において、ガラス管内に酸化ネオジムを添加することにより、黄色光（波長５７０〜５９０ｎｍ）の光を吸収させる技術が開示されている。この技術によれば、庫内の品物の色彩を鮮やかに見せることが可能であるが、平均演色評価数Ｒａは低下してしまう。
次に、フィルタ部材の透過特性と、ＬＥＤ照明光源の平均演色評価数Ｒａおよび光束との関係を説明する。
［フィルタ部材Ｆ１］
まず、図４（ａ）および（ｂ）を参照する。図４（ａ）は、フィルタ部材Ｆ１の分光透過率を示し、図４（ｂ）は、フィルタ部材Ｆ１を備えたＬＥＤ照明光源から照射された光の分光分布を示している。
図４（ａ）からわかるように、フィルタ部材Ｆ１では、波長５１０ｎｍ超６０５ｎｍ以下の範囲における分光透過率が他の波長範囲（例えば波長５１０ｎｍ）の分光透過率に対して低い。
このようなフィルタ部材Ｆ１を備えたＬＥＤ照明光源の平均演色評価数Ｒａは６８であった。一方、上記フィルタ部材Ｆ１を用いない場合、言い換えると、可視光の波長範囲で分光透過率が１００％となる透明部材をフィルタ部材Ｆ１の代わりに用いた場合、平均演色評価数Ｒａは６５となった。すなわち、上記フィルタ部材Ｆ１を用いることにより、平均演色評価数Ｒａが３だけ増加した。また、このようなフィルタ部材Ｆ１を用いることにより、ＬＥＤ照明光源の光束がフィルタ部材Ｆ１を用いない場合の光束の７２％に減少した。
このように、波長５１０ｎｍの分光透過率に対して波長５１０ｎｍ超６０５ｎｍ以下の分光透過率を減少させたフィルタ部材を用いることにより、ＬＥＤ照明光源の平均演色評価数Ｒａが向上する。
前述したように、図３のグラフからは、波長が５５０ｎｍから６０５ｎｍまで範囲内における分光透過率を選択的に減少させることにより、ＬＥＤ照明光源の平均演色評価数Ｒａが特に向上することがわかる。図４（ａ）に示す透過率特性は、５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ以下の範囲を含む、より広い範囲、すなわち５１０ｎｍ超６０５ｎｍ以下の範囲においても、他の可視光波長範囲におけるよりも分光透過率を低下させている。この場合、波長５１０ｎｍ超５５０ｎｍ未満の範囲における分光透過率の低下は平均演色評価数Ｒａの向上には特に寄与していないが、波長５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ以下の範囲における分光透過率の減少によって平均演色評価数Ｒａが向上すると考えられる。
分光透過率を低下する波長範囲を必要以上に広げると、光束が減少するので好ましくない。特に波長５５０ｎｍ程度の光は、人間の視感度が高い緑色の波長範囲に属するため、波長５５０ｎｍにおける分光透過率を高めに維持しつつ、５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ以下の範囲における分光透過率を選択的に減少させることが好ましい。なお、分光透過率を低減すべき波長範囲は、５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ以下の範囲内から選択することが好ましいが、この波長範囲以外における分光透過率が低減していてもよい。
また、上記の例では、ＬＥＤ素子として、発光ピーク波長が４６０ｎｍ程度の青色ＬＥＤを使用しているが、本発明の効果は、発光ピーク波長が４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲にあるＬＥＤ素子を用いる場合に顕著である。
［フィルタ部材Ｆ２］
次に、図５（ａ）および（ｂ）を参照する。図５（ａ）は、フィルタ部材Ｆ２の分光透過率を示し、図５（ｂ）は、このフィルタ部材Ｆ２を備えたＬＥＤ照明光源から放射された光の分光分布を示す。
図５（ａ）に示すように、フィルタ部材Ｆ２では、波長５１０ｎｍの分光透過率に対して波長５６０ｎｍから６０５ｎｍの分光透過率が減少している。このようなフィルタ部材Ｆ２を用いることにより、平均演色評価数Ｒａは７２に増加し、光束は９０％に減少した。
このように、波長５１０ｎｍの分光透過率に対して波長５５０ｎｍ〜６０５ｎｍの分光透過率を減少させたフィルタ部材を用いることにより、光束の低下を抑制しながら、ＬＥＤ照明光源の平均演色評価数Ｒａを効率的に向上させることができる。
［フィルタ部材Ｆ３］
次に、図６（ａ）および（ｂ）を参照する。図６（ａ）は、フィルタ部材Ｆ３の分光透過率を示し、図６（ｂ）は、フィルタ部材Ｆ３を備えたＬＥＤ照明光源から照射された光の分光分布を示している。
図６（ａ）からわかるように、フィルタ部材Ｆ３は、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の範囲における分光透過率が他の波長範囲（例えば波長５１０ｎｍ）の分光透過率の９５％の大きさを有している。このフィルタ部材Ｆ３を用いることにより、平均演色評価数Ｒａは６６に微増した。光束は、フィルタ部材Ｆ３を用いない場合の光束の９９％であった。
このように、５１０ｎｍの分光透過率に対して５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の範囲の分光透過率を僅かに５％だけ減少させたフィルタ部材を用いても、平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。
［フィルタ部材Ｆ４］
次に、図７（ａ）および（ｂ）を参照する。図７（ａ）は、フィルタ部材Ｆ４の分光透過率を示し、図７（ｂ）は、このフィルタ部材Ｆ４を備えたＬＥＤ照明光源から照射された光の分光分布を示している。
図７（ａ）からわかるように、フィルタ部材Ｆ４は、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の範囲における分光透過率が他の波長範囲（例えば波長５１０ｎｍ）の分光透過率の１０％の大きさしか有していない。このフィルタ部材Ｆ４を用いることにより、平均演色評価数Ｒａは８２へと大幅に増加した。一方、光束は、フィルタ部材を用いない場合の光束の８０％であった。平均演色評価数Ｒａの向上に伴うＬＥＤ照明光源の光束の低下は、実用性からみて８０％が妥当なところである。このため、光束がこれよりも小さくなることは好ましくない。
このように、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の範囲の分光透過率を他の波長範囲（例えば５１０ｎｍ）の分光透過率の１０％にまで大きく低減したフィルタ部材を用いると、平均演色評価数Ｒａを大幅に向上させることができる。しかし、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の範囲の分光透過率をこれ以上低下させると、光束の低下が許容範囲を超えるため、好ましくない。
［フィルタ部材Ｆ５］
次に、図８（ａ）および（ｂ）を参照する。図８（ａ）は、フィルタ部材Ｆ５の分光透過率を示し、図８（ｂ）は、このフィルタ部材Ｆ５を備えたＬＥＤ照明光源から照射された光の分光分布を示している。
図８（ａ）からわかるように、フィルタ部材Ｆ５は、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の範囲における分光透過率が他の波長範囲（例えば波長５１０ｎｍ）の分光透過率の５０％の大きさを有している。
フィルタ部材Ｆ５を用いることにより、ＬＥＤ照明光源の平均演色評価数Ｒａは７４に増加する。また、本実施形態の光束は、フィルタ部材を用いない場合の光束の９０％である。このように、平均演色評価数Ｒａの向上に伴うＬＥＤ照明光源の光束の低下が、１０％以内であれば、実用性からみて問題ない。
以上のことからわかるように、波長５１０ｎｍ以上６０５ｎｍ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節されたフィルタ部材を用い、ＬＥＤ照明光源から出た光をフィルタリングすることにより、平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。
また、他の波長範囲に比べて分光透過率を選択的に低下させる波長の範囲は、５５０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下であることが効率的である。この波長範囲の分光透過率を他の波長範囲の分光透過率の１０〜９５％の大きさを有するフィルタ部材を用いることにより、光束を必要なレベルに維持しながら、平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。５５０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲における分光透過率は、他の波長範囲における分光透過率の５０％以上９５以下％以下に調節することが好ましく、７０％以上９５以下％以下に調節することが更に好ましい。また、波長５５０ｎｍにおける分光透過率は、分光透過率を減少させていない帯域における分光透過率に比べて９０％以上に保持しておくことが好ましい。
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９（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９（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９２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、（Ｙ0.39Ｇｄ0.57Ｃｅ0.03Ｓｍ0.01）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９２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９２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１０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５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ以下の範囲内における少なくとも一部の帯域で、分光透過率を他の波長範囲の分光透過率よりも低減させた特性を有している。
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、好ましくはネオジウム酸化物などのネオジウム化合物の粉末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。例えば、樹脂に対して０．２重量パーセントのＮｄ粉末（平均粒径７μｍ）を添加することにより、１０％程度の分光吸収率が得られる。光吸収性のある材料を用いる代わりに、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ることができる。
図１４は、酸化ネオジウムの分光透過率特性を示すグラフである。図１４からわかるように、酸化ネオジウムの分光透過率は、波長５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ以下の範囲で、最高値の７０％を下回る値を示している（波長６００ｎｍで３０％を超える分光吸収率が示されている）。
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９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、フィルタ部材９４を透過する過程で、例えば、図８（ｂ）に示すような分光分布を有する光に変化する。この結果、前述した理由により、平均演色評価数Ｒａが向上する。
なお、図９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９（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９（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９７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９（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９４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９（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。
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。
図１５は、図１４に示す分光透過率特性を示す酸化ネオジウム（Ｎｄ2Ｏ3）を、黄色蛍光体とともに樹脂部９３に混ぜた本発明のＬＥＤ照明光源から放射された光のスペクトルを示している。酸化ネオジウムの添加量は１重量％であり、蛍光体の添加量は６５重量パーセントである。また、この樹脂部９３には、平均粒径１２ｎｍのチクソ剤（５．５重量％）を添加し、円柱状の形状を付与している。
樹脂部９３に酸化ネオジウムを添加しない場合におけるＬＥＤ照明光源から放射される光のスペクトルは、図２に示す通りである。なお、このときのＬＥＤ素子（チップ）９２から放射される光のピーク長は５７０ｎｍである。
図１５のグラフから明らかなようにも、波長が約６００ｎｍの位置に相対エネルギー強度の低下が観察され、平均演色評価数Ｒａは９４程度であり、２４の増加があった。これは、樹脂部９３に含まれる酸化ネオジウムの光吸収によるものである。
このように、ＬＥＤ素子９２を覆う樹脂部９３に蛍光体とともにＮｄ化合物を添加しても、本発明の効果を充分に得ることができる。
なお、ネオジウムの添加は、演色性を向上させるだけではなく、樹脂に添加したネオジウムがチクソ剤や分散剤としても機能するので好ましい。
（実施形態５）
図１１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５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ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５１０ｎｍ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１２および図１３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１２は、カード型ＬＥＤ照明光源１２１の分解斜視図であり、図１３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１２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１２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１３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９（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１３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。
なお、上記のいずれの実施形態も、青色光を発するＬＥＤ素子と、青色光をより波長の長い光に変換する波長変換部とを備えたＬＥＤ照明光源であるが、本発明は、紫外光を発するＬＥＤ素子と、この紫外光をより波長の長い光に変換する波長変換部とを備えたＬＥＤ照明光源に適用することもできる。
また、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１１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。
本発明は、放電を利用した既存の照明光源に置き換わる各種の照明光源に適用される。
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。 分光分布データ（８１個）から、１つの測定帯域（帯域幅：５ｎｍ）を選択し、選択した波長範囲における分光透過率を０％とした場合の平均演色評価数Ｒａを示すグラフである。グラフの横軸は、分光透過率を０％にした狭波長帯（幅５ｎｍ）の中心値を示し、縦軸は平均演色評価数Ｒａの増減を示している。 （ａ）は、本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ１の分光透過率を示し、（ｂ）は、フィルタ部材Ｆ１を備えたＬＥＤ照明光源から照射された光の分光分布を示すグラフである。 （ａ）は、本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ２の分光透過率を示し、（ｂ）は、フィルタ部材Ｆ２を備えたＬＥＤ照明光源から照射された光の分光分布を示すグラフである。 （ａ）は、本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ３の分光透過率を示し、（ｂ）は、フィルタ部材Ｆ３を備えたＬＥＤ照明光源から照射された光の分光分布を示すグラフである。 （ａ）は、本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ４の分光透過率を示し、（ｂ）は、フィルタ部材Ｆ４を備えたＬＥＤ照明光源から照射された光の分光分布を示すグラフである。 （ａ）は、本発明のＬＥＤ照明光源に用いられ得るフィルタ部材Ｆ５の分光透過率を示し、（ｂ）は、フィルタ部材Ｆ５を備えたＬＥＤ照明光源から照射された光の分光分布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９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１２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。 酸化ネオジウムの分光透過率特性を示すグラフである。 図１４に示す分光透過率特性を示す酸化ネンジウムを、黄色蛍光体とともに樹脂部９３に混ぜた本発明のＬＥＤ照明光源から放射された光のスペクトルを示すグラフである。
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 (17)

  1. 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、
    波長５５０ｎｍ以上６０５ｎｍ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フィルタ手段を更に備えているＬＥＤ照明光源。
  2. 前記ＬＥＤ素子は、発光ピーク波長が４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に含まれる光を放射する請求項１に記載のＬＥＤ照明光源。
  3. 前記ＬＥＤ素子は、基板に実装されている請求項１または２に記載のＬＥＤ照明光源。
  4. 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３に記載のＬＥＤ照明光源。
  5. 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４のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
  6. 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５に記載のＬＥＤ照明光源。
  7. 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５または６に記載のＬＥＤ照明光源。
  8. 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７のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
  9. 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８のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
  10. 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６のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
  11. 樹脂から形成された前記波長変換部は、Ｎｄ化合物を含有しており、
    前記波長変換部が前記フィルタ手段としても機能する請求項５に記載のＬＥＤ照明光源。
  12. 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１１に記載のＬＥＤ照明光源。
  13. 前記波長変換部を取り囲む開口部を有する反射板を有している請求項１１または１２に記載のＬＥＤ照明光源。
  14. 前記フィルタ手段は、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下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から１３のいずれかにＬＥＤ照明光源。
  15. 波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲における前記フィルタ手段の分光透過率は、他の可視光波長範囲における分光透過率の１０％以上９５％以下の範囲に調節されている請求項１４にＬＥＤ照明光源。
  16. 前記フィルタ手段の分光透過率は、平均演色評価数Ｒａを増加させるように調整されている請求項１から１５のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
  17. 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１６のいずれかに記載のＬＥＤ照明光源。
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