JP2005123484A - 白色ｌｅｄ - Google Patents

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Abstract


【課題】 青色ＬＥＤ素子に蛍光体を組み合わせ、更に赤色ＬＥＤ素子を付加した、従来の赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤにおいては緑色領域での演色性が低下するとともに、白色光が赤味かかったものとなり、不自然な照明光となるのを改善する。
【解決手段】 発光波長の互いに異なる第１のＬＥＤ素子４と第２のＬＥＤ素子５を有し、すくなくとも第１のＬＥＤ素子４は黄色の励起光ｓｙを発する蛍光体８を含有する封止部材１０により封止されてなり、全体として外部に白色系の照明光を出射する白色ＬＥＤ２０を、前記第１のＬＥＤ素子４はピーク波長が４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの長波長の青色光ｓｂ１を発光する長波長青色ＬＥＤ素子であり、前記第２のＬＥＤ素子は赤色光ｓｒを発光する赤色ＬＥＤ素子であるように構成する。
【選択図】
図１

Description

本発明は、カラー表示を行う液晶表示装置のバックライトや、動画、静止画の撮影用のフラッシュの照明、その他一般の照明用の発光源として用いられる発光ダイオードに関し、特に白色又は白色に近い発光を目的とする白色発光ダイオード（以下白色ＬＥＤという。）の改良に関する。
近年、発光ダイオードチップ（以下ＬＥＤ素子という。）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、半導体チップとしてのＬＥＤ素子を基板に搭載したＬＥＤ装置（以下単にＬＥＤという。）は照明用の小型の電子部品として上記のように広く利用されるようになってきた。
特に近年、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三原色をそれぞれ発光する高効率のＬＥＤ素子が開発されたことから、白色の発光を目的として、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ素子からなる多色混合型のＬＥＤが従来より知られている（例えば特許文献１参照）。
しかし、このようなＬＥＤ素子の組み合わせよりなるＬＥＤに関して言えば、各ＬＥＤ素子すなわち、ＲＬＥＤ素子、ＧＬＥＤ素子、ＢＬＥＤ素子はそれぞれ優れた単色性ピーク波長を有するが故に、白色系発光光源などとさせるためには、演色性に欠けるという問題がある。ここに演色性とは、同一の物体でも照明光源が異なれば色の見えは異なるところ、ある照明光源のこの物体色の見えに及ぼす影響を、基準となる照明光源（昼の自然光等）を基準にして現したものを演色といい、この演色の特性を演色性という。演色性は色の見えの一致度が高いほどよいが、物体色によっても変わるので、ＣＩＥの演色評価の方法においては、物体色として、複数種類（１５種類）のものを決めておき、これらのうちの特定の数種類に対する演色性の平均値Ｒａをもって、演色性の評価を行う。例えば、上記の特許文献１の記載に類するようなＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤ素子の組み合わせよりなる発光ダイオード（ＬＥＤ）の場合、発光スペクトルは図７（ａ）のＳ１に示すようになり、ＲとＧ、ＧとＢの間にスペクトル強度の弱い谷間が広く存在する。特に、ＲとＧの谷間の領域は（５５０ｎｍ〜６１０ｎｍ）は幅も広くスペクトル強度の落ち込みも大きい。
即ち、自然光のスペクトル特性とは違いが大きくなる。そのために、演色性は低くなり、
Ｒａ＝１２程度となる（自然光の場合はＲａ＝１００）。なお、演色性が低くなると、物体の反射光を検出するスキャナー装置等読み取り装置、その他の照明の光源として用いるには不適当となると考えられる。
そこで、このような問題点を改善するため、ＬＥＤ素子の発光色を蛍光体で色変換させた白色ＬＥＤが開発された（例えば特許文献２）。
この白色ＬＥＤの構造を便宜上、表面実装型の、ＬＥＤの構造に直して図８に示す。図８（ａ）は全体の構成ゐ示す図、図８（ｂ）はその要部を示す図である。図８におい、１１０は白色ＬＥＤである。白色ＬＥＤ１１０は、接続用の電極パターン１０３、１０４を設けた絶縁基板１０２の上にＩＮＧａＮ系の青色ＬＥＤ素子１０１を固定し、青色ＬＥＤ素子１０１の一方の電極１０１ａ（ｐ層電極）をワイヤー１０６により電極パターン１０３に接続し、他方の電極１０１ｂ（ｎ層電極）をワイヤー１０６により電極パターン１０４に接続した後、ＹＡＧ蛍光体等の蛍光体１０８を分散させた樹脂よりなる封止部材１０７によりこれらを封止することにより形成される。このような構成により、例えば４６０ｎｍ付近にピーク波長を有する青色ＬＥＤ素子１０１の発光ｓｂの一部は上記の蛍光体１０８に吸収され、ピーク波長が５６０ｎｍ前後の黄緑色ｓｙの光に波長変換される。この結果、この白色ＬＥＤ１１０の発光のスペクトルは図７（ｂ）のＳ２に示すように、ピーク波長が４６０ｎｍの青色ＬＥＤ素子１０１からの発光と、ピーク波長が５６０ｎｍの蛍光体１０８からの発光が見られる。これからもわかるように、この白色ＬＥＤ１１０は可視光線領域のほとんどの領域で発光するため、演色性が良く、平均演色評価数Ｒａが８０を超えている。よって、前記の多色混合型のＬＥＤ（特許文献１）のような演色性の低下の問題は改善される。
しかし、このような前記の青色ＬＥＤ素子とＹＡＧ等の蛍光体による従来の白色ＬＥＤ（１１０）には次のような問題がある。これは図７（ｂ）のＳ２に示す発光スペクトルからもわかるように、赤色領域のうち特に波長が６５０ｎｍを超える領域においては他の波長領域（可視光）における発光スペクトルの強度と比較してかなり低下している。よって、かかる赤色領域における再現性に欠けることとなる。例えば、赤色領域における物体色を有する照明対象を照明した場合、その反射光（又は透過光）の赤色成分は自然光で照明した場合に比して大幅に低下し、再現性が欠けることとなる。
そこで、上記従来の蛍光体混色型の白色ＬＥＤの問題点を解決する手段として、青色ＬＥＤ素子に蛍光体を組み合わせ、更に赤色ＬＥＤ素子を付加してなる,赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤが知られている（例えば特許文献３参照）。
以下に、この赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤについて説明する。
かかる赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤは、従来の蛍光体混色型の白色ＬＥＤ(図８の１１０に示すようなもの)に赤色ＬＥＤ素子を付加し、同時発光させることとなる。図９は特許文献３に示すような、従来の赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤの発光のスペクトルＳ３を示す図であり、青色光の成分である４５０ｎｍ付近に大きなピークｐ１と黄色光の成分である５６０ｎｍ付近にピークｐ２があり、更に、赤色光の成分である６５０ｎｍ付近には前記赤色ＬＥＤ素子の発光による大きなピークｐ３が存在する。すなわち、前記赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤにおいては、可視光領域において、特に赤色領域におけるスペクトルが補強され、赤色領域における再現性か改善される。
特開平７−１５０４４号公報(図１) 特許第２９２７２７９号公報（図１、図３） 特開２００２−５７３７６号公報
前記の特許文献３に示すような赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤにおいては、前記多色混合型の白色ＬＥＤ（特許文献１）や、蛍光体混色型の白色ＬＥＤ（特許文献２）に比べると、その演色性と赤色領域における再現性はかなり改善されている。しかし、フルカラー表示装置のバックライトに用いる白色光源としては、演色性が十分とは言えず、特に、図９のスペクトルＳ３に示すように緑色の領域の５００ｎｍ付近の発光成分が不足している。
また、蛍光灯に代わる照明光として使用する場合には、赤色が目立つ不自然な照明となり、自然な照明光として蛍光灯に代替することができないという問題がある。この点に関し、図１０に示す色度図を用いて説明する。図１０において、前記赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤの赤色ＬＥＤ素子の赤色発光の色度点をｃｒ、蛍光体の黄色発光の色度点をｃｙ、青色ＬＥＤ素子の青色発光の色度点（代表的４５０〜４７０ｎｍのうちの代表的なもの）をｃｂで表すことができる（これらの色度点は単色光の軌跡ＳＴの近傍にあるものとみなす。）。今、赤色光を点灯せず、青色ＬＥＤ素子のみを点灯すると、前記白色ＬＥＤの色度は、青色発光と黄色発光（蛍光）の割合に応じて、ｃｙとｃｂを結ぶ直線Ｌの上をたどるが、直線Ｌは白色の色度点ｃ０又はその近傍を通る。ここで、白色を狙っていても、赤色ＬＥＤ素子を点灯して、赤色範囲の再現性を上げようとすれば、全体としての色度点は矢印Ｆに示すようにｃｒに向かって移動し、色度のｘ座標が増え、赤味がかって見えるようになる。更にこの他に、赤色光と他の色の光の混色が不十分で均一に行われないために、赤色光が上面から見て点状に見えてしまうという問題もあった。
本発明は、青色ＬＥＤ素子に蛍光体を組み合わせ、更に赤色ＬＥＤ素子を付加してなる,赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤに関する上記の問題点を改善することを課題とするものであり、カラー表示装置のバックライトや自然な照明光として蛍光灯に代替することが可能な白色ＬＥＤを提供することを目的とするものである。
上記の課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、発光波長の互いに異なる第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子を有し、すくなくとも第１のＬＥＤ素子は黄色の励起光を発する蛍光体を含有する封止部材により封止されてなり、全体として外部に白色系の照明光を出射する白色ＬＥＤにおいて、前記第１のＬＥＤ素子は長波長の青色を発光する長波長青色ＬＥＤ素子であり、前記第２のＬＥＤ素子は赤色を発光する赤色ＬＥＤ素子であることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第２の手段として本発明は、前記第１の手段において、前記第１のＬＥＤ素子である長波長青色ＬＥＤ素子のピーク波長は４７０ｎｍ〜４９０ｎｍであることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第３の手段として本発明は、前記第１の手段又は第２の手段において、前記第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子はそれぞれに独立の端子に電気的に接続され、前記第１のＬＥＤ素子である長波長青色ＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子である赤色ＬＥＤ素子の通電の制御が個別にできるようにされていることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第４の手段として本発明は、前記第３の手段において、
前記第２のＬＥＤ素子である赤色ＬＥＤ素子は１個であり、前記第１のＬＥＤ素子である長波長青色ＬＥＤ素子は複数個よりなることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第５の手段として本発明は、前記第４の手段において、 前記複数個の長波長青色ＬＥＤ素子の各々はそれぞれに独立の端子に電気的に接続され、それぞれに対し通電の制御が別個にできるようにされていることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第６の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第５の手段のいずれかにおいて、前記第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子はそれぞれに対応する導通電極手段が形成された共通の基板に搭載され、黄色の励起光を発する蛍光体を含有する封止部材により封止されてなることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第７の手段として本発明は、前記第６の手段において、 前記第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子が搭載された共通の基板上の前記封止部材の周辺に、凹部に形成した反射面を有する反射部材を取り付けたことを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第８の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第７の手段のいずれかにおいて、前記第２のＬＥＤ素子である赤色ＬＥＤ素子のピーク波長は６２０ｎｍ〜６６０ｎｍであることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第９の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第８の手段のいずれかにおいて、前記長波長青色ＬＥＤ素子はＧａＮ系であることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第１０の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第８の手段のいずれかにおいて、前記赤色ＬＥＤ素子はＧａＡｌＡｓもしくはＧａＡｌＩｎＰよりなることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第１１の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第８の手段のいずれかにおいて、前記蛍光体はＹＡＧであることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第１２の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第８の手段のいずれかにおいて、前記独立の端子はスルーホールに導通するスルーホール電極であることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第１３の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第８の手段のいずれかにおいて、前記赤色ＬＥＤ素子の上方の面が遮光皮膜で覆われていることを特徴とする。
上記の課題を解決するためにその第１４の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第８の手段のいずれかにおいて、前記赤色ＬＥＤ素子の周囲を半透明樹脂で一旦封止することを特徴とする。
本発明は赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤに属するものであるが、前記の第１の手段又は第２の手段又は第８の手段によれば、赤色領域における再現性を確保すると共に、前記第１のＬＥＤ素子として、従来の青色ＬＥＤ素子（４５０ｎｍ〜４７０ｎｍ）に代えて長波長青色ＬＥＤ素子（４７０ｎｍ〜４９０ｎｍ）を用いるので、緑色の領域で波長が５００ｎｍ付近の発光成分を十分に確保することができるので、前記の特許文献３に示すような従来の赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤに比して緑色領域における演色性が改善され、フルカラー表示装置のバックライトに用いる白色光源として、十分な演色性をもって使用することができる。又従来の青色ＬＥＤ素子を長波長青色ＬＥＤ素子に置き換えればよいので、構造は従来よりも複雑になることはなく、比較的簡単でよい。
前記第３の手段乃至第５の手段のいずれかによれば、前記第１のＬＥＤ素子である長波長青色ＬＥＤ素子の駆動電流と第２ＬＥＤ素子である赤色ＬＥＤ素子の駆動電流を個別に制御できるので、目的に応じて長波長青色の発光強度と赤色の発光強度の割合を調整し、例えば動画、静止画の撮影等で赤色領域の再現性が要求される場合は赤色の発光強度の割合を上げ、蛍光灯に代えて自然光に近い照明光として使用する場合には、赤色が目立たないように、長波長青色ＬＥＤ素子の発光強度を上げて、青色領域の発光とこれにより励起される蛍光体の発光によるの割合を上げるようにすることができる。
前記第６又は第７の手段によれば、本発明に係る赤色補正方式の蛍光体混色型の白色ＬＥＤを表面実装型のＬＥＤとして小型に形成すること及び又は、反射手段を利用することにより、照明光の発散を防ぎ、照明対象に効率よく照明光を集めることができる。
前記第９の手段、第１０の手段、第１１の手段によれば、本発明において使用するＬＥＤ素子等を所望の波長で発光させ、又はその品質かコストかの選択をすることができる。
前記第１２の手段によれば、スルーホール端子を用いることにより、複数ＬＥＤ素子に対し、個別の端子を設けた場合でも、白色ＬＥＤを小型で表面実装に適したものとすることができる。
前記第１３の手段又は第１４の手段によれば、前記赤色ＬＥＤ素子の赤色発光がと他の色の発光との混色が不十分の状態で白色ＬＥＤの外部（主として上方）に出射することがなくなり、点状の赤色が見えることが防止される。
以下に本発明の実施例１に係る白色ＬＥＤにつき図面を用いて説明する。図１は本実施例１に係る白色ＬＥＤ２０の構成を示す図である。白色ＬＥＤ２０は白色系の発光を目的とした赤色補正方式の蛍光体混色型のＬＥＤに属する表面実装型のＬＥＤである。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は正面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図１において、１はガラス繊維入りのエポキシ樹脂等よりなる絶縁性の矩形状の基板であり、２ａ、２ｂは１対の青色用接続電極、３ａ、３ｂは１対の赤色用接続電極である。７は前記基板１の側面の形成された４個のスルーホールである。前記青色用接続電極２ａ、２ｂおよび赤色用接続電極３ａ、３ｂは前記基板１の上面にパターン形成され、それぞれに対応する前記スルーホール７の内面にまで延長して形成されている。４は長波長の青色（ピーク波長λｄ＝４７０ｎｍ〜４９０ｎｍ）を発光する長波長青色ＬＥＤ素子であり、５は赤色（ピーク波長λｄ＝６２０ｎｍ〜６６０ｎｍ）を発光する赤色ＬＥＤ素子である。図１（ｄ）は図１（ｃ）の部分的な拡大図であるが、同図に示すように、長波長青色ＬＥＤ素子４はＧａＮ系のｐｎ半導体層をサファイア絶縁基板４ｃ上に形成してなるものであるが、サファイア絶縁基板４ｃを前記基板１上に直接に接着固定し、長波長青色ＬＥＤ素子４のｎ層電極４ｂをワイヤー６により前記青色用接続電極２ｂに、長波長青色ＬＥＤ素子４のｐ層電極１１ａをワイヤー６により青色用接続電極２ａ接続電極３に接続する（図１（ｃ）参照）。一方、赤色ＬＥＤ素子５は安価を目的とするときは例えばＧａＡｌＡｓにより形成され、性能を目標とするときは例えばＧａＡｌＩｎＰにより形成される半導体のダイオードのｐ−ｎ接合タイプであり、その赤色ＬＥＤ素子５のｎ層５ｂをＡｇペースト９により前記赤色用接続電極３ｂに接続し、赤色ＬＥＤ素子５のp層電極５ａをワイヤー６により赤色用接続電極３ａに接続する。
このようにして、基板１の上に取り付けられ、接続がなされた長波長青色ＬＥＤ素子４
および赤色ＬＥＤ素子５の上を、粒子状のＹＡＧ蛍光体８を透明なモールド樹脂内に混入、分散させてなる封止樹脂部材１０をモールドして被覆し封止する。ここで、１１は基板１の上でその周辺部に配置され封止樹脂部材１０を囲む樹脂枠であり、前記の、封止樹脂部材１０を形成する際に、その形状を規定するとともにし、溶融したモールド樹脂が基板１の裏側やスルーホールにまで流れ出すのを防止する役割をなす。１２は封止樹脂部材１０の上面において、赤色ＬＥＤ素子５の上方の部分を覆うようにして形成された遮光性の遮光膜である。これにより、赤色ＬＥＤ素子５の発する赤色光ｓｒが点状の赤色として上面から直接に見えてしまうことを防止している。以上のようにして本実施例１に係る表面実装型の白色ＬＥＤ２０が構成される。
白色ＬＥＤ２０の前記の青色用接続電極２ａ、２ｂおよび赤色用接続電極３ａ、３ｂを対応する前記スルーホール７を介して図示しない回路基板の対応する配線に接続し、青色用接続電極２ａから２ｂの方向に正電圧を加え、赤色用接続電極３ａから３ｂの方向に正電圧を加えることにより、長波長青色ＬＥＤ素子４および赤色ＬＥＤ素子５にそれぞれ所要の電流を流すことにより、それぞれのＬＥＤ素子を同時に発光させる。その一例として、図１（ｃ）に示すように長波長青色ＬＥＤ素子４は４７０ｎｍ〜４９０ｎｍのピーク波長で長波長青色光ｓｂ１を発光し、赤色ＬＥＤ素子５は６２０ｎｍ〜６６０ｎｍのピーク波長で赤色ｓｒ光を発光する。この場合、前記長波長青色光ｓｂ１の一部は封止樹脂部材１０内に分散されたＹＡＧ蛍光体８に吸収されて波長変換され、ピーク波長が５６０ｎｍ付近の黄色光ｓｙが励起される。この場合、赤色光ｓｒは、赤色ＬＥＤ素子５の上方の部分は遮光皮膜１２の存在により透過することができず、斜め方向に、長波長青色光ｓｂ１および黄色光ｓｙと混じりあった状態で出射するので、赤色光が単独で赤い点として上方から見えることはない。
図５（ａ）はこのようにして生じ、封止樹脂部材１０を通って外部に、出射する光線の中の長波長青色光ｓｂ１と蛍光体８の黄色光ｓｙとの合体した青・黄色合体光の発光スペクトルＳＢと赤色光ｓｒの発光スペクトルＳＲを個別に示す図であり、図５（ｂ）はこれらの光線の成分が総合されて、白色ＬＥＤ２０全体として外部に出射する照明光ｓのスペクトルＳを示す図である。同図に示すようにこのスペクトルＳは従来の赤色補正方式の蛍光体混色型のＬＥＤの総合的な照明光のスペクトルとして、図９のＳ３に示したスペクトルと比較すると緑色の領域の５００ｎｍ付近の発光成分の落込みが少なくなり、緑色の領域における演色性が向上している。このため、本第１実施例の白色ＬＥＤ２０は、カラーＬＣＤ等カラー表示装置の照明用の白色系の照明手段として適している。
図６は本第１実施例に係る白色ＬＥＤ２０の発光の色度を従来の赤色補正方式の蛍光体混色型のＬＥＤの発光の色度（図１０に示したもの）と比較して示す色度図である。ここで、説明の便宜上、赤色ＬＥＤ素子５の発光（６５０ｎｍ）の色度点ｃｒ、蛍光体８の発光（５６０ｎｍ）の色度点ｃｙ、長波長青色ＬＥＤ素子５の発光（４７０ｎｍ〜５９０ｎｍのうち代表的なもの）の色度点ｂ１、従来の青色ＬＥＤ素子の発光（４５０ｎｍ〜４７０ｎｍのうち代表的なもの）の色度点ｃｂとし、これらがいずれも色度図における単色光を示す曲線ＳＴの近傍に存在するものと見なして以下の説明を行う。すなわち、今仮に、赤色ＬＥＤ素子（６５０ｎｍ）を発光させることなく従来の青色ＬＥＤ素子のみに通電した場合、そのＬＥＤの全体の色度は青色ＬＥＤ素子の発光の強さと、蛍光体の発光強さの割合に応じて、青色ＬＥＤ素子の色度点ｃｂと蛍光体の色度点ｃｙを結ぶ直線Ｌ上を移動する。そして、この直線Ｌは白色の色度点ｃ０（ｘ＝０．３３ ｙ＝０．３３）の近傍を通過する（これはもともと、青色ＬＥＤ素子の発光と蛍光体の発光を合成して蛍光体白色光を得ることを目的としているからである。）。よって、このほかに赤色ＬＥＤ素子を発色させると、すでに、従来例で図１０において説明したように、合成光の色度は白色を目的としようとしても、矢印Fに示すように白色よりも右側にずれてx成分が増加し、どうしても赤味がかった色合いとなり、自然光に近い照明に不適切となる。
これに対し、本実施例１においては、従来の青色ＬＥＤ素子に代えて長波長青色ＬＥＤ素子５（４８０ｎｍ）を使用しその色度点ｃｂ１は従来の色度点ｃｂよりも左上のｙ方向にずれている。よって、この色度点ｃｂ１と蛍光体の色度点ｃｙを結ぶ直線Ｌ１は前記の直線Ｌよりも左側にずれ、白色の色度点ｃ０よりも左側を通ることとなる。よって、赤色ＬＥＤ素子５を発光させない状態で、長波長青色ＬＥＤ素子４の発光強度と蛍光体８の発光強度の割合を調整して直線Ｌ１で白色の色度点ｃ０の左側の点、例えばｃ１となるように調整し（蛍光体８の含有量又は長波長青色ＬＥＤ素子５の発光強度を変えることにより調整できる。）この状態で赤色ＬＥＤ素子５を発光させれば、合成光の色度は矢印F１に示すように、白色の色度点ｃ０に近づくことになる。このように本実施例１によれば、赤色ＬＥＤ素子５をある程度強く発光させても、全体の合成光の色度が白色に近い状態を保つことができるので、蛍光灯に代えて自然光に近い照明光として使用する場合に赤味がかった照明光となるのを防ぐことができる。
なお、本実施例１においては、長波長青色ＬＥＤ素子４および赤色ＬＥＤ素子５に対し個別の接続端子となる接続電極（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ）が設けられており、これらはいずれも対応する独立のスルーホール７の電極を端子として個別に所望の電流を流して長波長青色の発光強度と赤色光の発光強度を独立に調整することができるので、この調整により演色性(特に緑色の領域)を高め、目的に応じて赤色領域の再現性を高めたり、白色照明光としての赤味を減少させるような調整が容易にできるようになっている。又、スルーホールを電極端子とすることにより、複数のLED素子に対しこのように個別に端子を設けた場合でも、表面実装に適した小型の白色ＬＥＤとすることができる。（なお、図示は省略するが、各ＬＥＤ素子に対応する接続電極のマイナス側の電極を必要に応じて共通の接続電極とすることもできる。）
なお、本発明によれば、構造的には従来の従来の赤色補正方式の蛍光体混色型のＬＥＤ(特許文献３)の青色ＬＥＤ素子を長波長青色ＬＥＤ素子に置換すればよいので、従来よりも構造を特に複雑にしなくとも、従来と同様の比較的簡単な構造によって、従来の問題点を解決することができる。
以下に、本発明の実施例２に係る白色ＬＥＤにつき図面を用いて説明する。図２（ａ）は本実施例２に係る白色ＬＥＤ３０の全体の示す斜視図であり、図２（ｂ）はその分解斜視図である。図２（ｂ）において、２７は基板２１に搭載された赤色ＬＥＤ素子５、第1の長波長青色ＬＥＤ素子１４ａおよび第2の長波長青色ＬＥＤ素子１４ｂが蛍光体を含有する封止樹脂部材１９により封止されてなる白色発光体であり、３１は反射枠体である。白色発光体３１の基板２１に反射枠体３２が取り付けられて図２（ａ）に示す白色ＬＥＤ３０が構成される。図３（ａ）は、図２（ｂ）に示す白色発光体２７を示す上面図であり、図３（ｂ）は図２（ａ）に示す白色ＬＥＤ３０の組み立てられた状態の断面図である。図２（ｂ）及び図３（ａ）に示すように、基板２１の側面には６個のスルーホールが形成され、基板２１の上面には第1青色用接続電極２３ａ、２３ｂ、第2青色用接続電極２４ａ、２４ｂおよび赤色用接続電極２５ａ、２５ｂが対応するスルーホールの内面を含めて形成されている。第1の長波長青色ＬＥＤ素子１４ａは図１（ｄ）に示して説明したのと同様にして基板２１に固定されるとともにワイヤーにより第1青色用接続電極２３ａ、２３ｂにそれぞれ接続される。第2の長波長青色ＬＥＤ素子１４ｂも、同様にして基板２１に固定されるとともにワイヤーにより第2青色用接続電極２４ａ、２４ｂにそれぞれ接続される。赤色ＬＥＤ５は図１（ｄ）に示して説明したのと同様にして赤色用接続電極２５ｂに導通固定されるとともに、ワイヤーにより赤色用接続電極２５ａに接続される。
このようにして基板２１の上に搭載され、所要の端子への接続がなされた前記赤色ＬＥＤ素子５、第1の長波長青色ＬＥＤ素子１４ａおよび第2の長波長青色ＬＥＤ素子１４ｂは、図示しないＹＡＧ蛍光体を含有する封止樹脂部材１９により封止される。封止樹脂部材２９は略円板型にモールド成型される。このようにして、白色発光体２７が形成される。反射枠体３１は図２（ｂ）に示すように、略直方体の基板の中央部に貫通したすり鉢状の凹部３２を有する形状をなし、樹脂等により形成され、凹部３２の表面にはメッキ処理等により図３（ｂ）に示す反射膜３２ｃが形成され、反射面となっている。反射枠体３１はその凹部３２が封止樹脂部材２９を囲むような位置において、基板２１上に載置され、接着または熱圧着により固定される。図３（ｂ）はこの固定された状態を示す断面図である。
図２および図３に示した本実施例２において、第1の長波長青色ＬＥＤ素子１４ａおよび第2の長波長青色ＬＥＤ素子１４ｂはともに発光波長が４７０ｎｍ〜４９０ｎｍのものを用いる。この範囲に入っていれば、発光波長が一致していなくてもよい。本実施例２の動作原理は、基本的には図１に示した実施例１と共通なので、共通の原理の部分については説明を省略する。実施例２において、１個の赤色ＬＥＤ素子（５）に対して２個の長波長青色ＬＥＤ素子（１４ａ、１４ｂ）を用いる理由は、赤色領域の再現性を上げるには赤色ＬＥＤ素子の発光強度をある程度上げる必要があるところ、白色光として赤味がからない自然に近いものを発光させるには、長波長青色ＬＥＤ素子の発光の強度は従来の青色ＬＥＤ素子を用いた白色照明の場合よりも純粋の青色から外れている分だけ、逆に発光強度を上げる必要があるからである。又、このように、２個の長波長青色ＬＥＤ素子を用いることにより、赤色ＬＥＤ素子の発光強度を下げることなく、白色を保持しつつ、全体の照明の明るさを上げることができる。更に本実施例２の場合は、前記反射枠体３１を用いることにより、白色ＬＥＤ３０の本体部分である白色系発光体２７から発散する光を反射させて照明対象物に効率よく照射し、実質的な照明光の明るさを上げることができる。
なお、副次的な効果としては、例えば、発光波長が４８０ｎｍを狙って製造した長波青色ＬＥＤ素子の発光波長がバラついている場合、長波長青色ＬＥＤ素子（１４ａ、１４ｂ）として発光波長が４８０ｎｍ以下のものと４８０ｎｍ以上のものを組み合わせ、その発光強度を適切に調整することにより、緑色領域における演色性を所望の値に補正することも可能となる。
以下に、本発明の実施例３に係る白色ＬＥＤにつき図面を用いて説明する。図４は本実施例３に係る白色ＬＥＤ４０の構成を示す図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図４において４１は基板、４５は赤色ＬＥＤ素子、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄは長波長青色ＬＥＤ素子である。赤色ＬＥＤ素子４５の発光波長は略６５０ｎｍであり、長波長青色ＬＥＤ素子４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの発光波長は４７０ｎｍ〜４９０ｎｍである。５５ａ、５５ｂは赤色接続電極である。５４ａ１、５４ａ２は長波長青色ＬＥＤ素子４４ａに対応する１対の接続電極、５４ｂ１、５４ｂ２は長波長青色ＬＥＤ素子４４ｂに対応する１対の接続電極、５４ｃ１、５４ｃ２は長波長青色ＬＥＤ素子４４ｃに対応する１対の接続電極、５４ｄ１、５４ｄ２は長波長青色ＬＥＤ素子４４ｄに対応する１対の接続電極である。図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、赤色ＬＥＤ素子４５は基板４１の中央部において、一方の赤色接続電極５５ｂの上に固定されて導通し、他方の赤色接続電極５５ａとはワイヤーにより接続される。長波長青色ＬＥＤ素子４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ は、図４（ａ）、図４（ｃ）に示すように赤色ＬＥＤ素子４５を囲む位置において基板４１に固着され、長波長青色ＬＥＤ素子４４ａはワイヤーにより、接続電極５４ａ１、５４ａ２にそれぞれ接続される。長波長青色ＬＥＤ素子４４ｂはワイヤーにより、接続電極５４ｂ１、５４ｂ２にそれぞれ接続される。長波長青色ＬＥＤ素子４４ｃはワイヤーにより、接続電極５４ｃ１、５４ｃ２にそれぞれ接続される。長波長青色ＬＥＤ素子４４ｄはワイヤーにより、接続電極５４ｄ１、５４ｄ２にそれぞれ接続される。
このようにして基板４１上に搭載され所要の接続がなされた赤色ＬＥＤ素子４５および長波長青色ＬＥＤ素子４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの上を以下に示すようにして封止する。すなわち、赤色ＬＥＤ素子４５の周囲を、拡散剤入りエポキシ−よりなる半透明樹脂５２で一旦封止し、その半透明樹脂５２の上および長波長青色ＬＥＤ素子４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄの上を図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＹＡＧ蛍光体８を含有する封止樹脂部材５０により封止する。５１は封止樹脂部材５０の形状を保つために基板４１上の周辺部に固定される樹脂枠である。図４（ｂ）に示すように赤色ＬＥＤ素子４５からは実施例１において図１に示したのと同様の赤色光線ｓｒを出射するが、半透明樹脂５２内の図示しない拡散剤により拡散されて封止樹脂部材５０内では種々の方向に分散する。図４（ｃ）に示すように長波長青色ＬＥＤ素子４４ａ、４４ｂ等よりは図１に示したのと同様の長波長青色光ｓｂ１を発しそのｓｂ１の一部がＹＡＧ蛍光体８に吸収されて黄色の励起光ｓｙを発する。このようにして封止樹脂部材５０内において、結果的には赤色光線ｓｒ、長波長青色光ｓｂ１、黄色の励起光ｓｙが適切に混じり合って混色がなされ、赤色光が点状のものとして上部から見えるのを防止することができる。このようにして構成された本実施例３に係る白色ＬＥＤ４０の作用原理および効果は、基本的には図１に示した実施例１に係る白色ＬＥＤ２０と同様であるが、赤色ＬＥＤ素子１個に対し長波長青色ＬＥＤ素子４個を配し、長波長青色ＬＥＤ素子の数を増やした分だけ、より、演色性を高め、発光色度の自由度を上げることや、赤味のない白色発光の発光強度を上げることが容易にできるようになっている。
本発明の実施例１に係る白色ＬＥＤの構成および作用を示す図である。 本発明の実施例２に係る白色ＬＥＤの構成を示す図である。 図２に示した白色ＬＥＤの要部等を示す図である。 本発明の実施例３に係る白色ＬＥＤの構成およびと作用を示す図である。 図１に示した白色ＬＥＤの発光のスペクトルを示す図である。 図１に示した白色ＬＥＤの発光の色度を示す色度図である。 従来の白色ＬＥＤの発光のスペクトルを示す図である。 従来の白色ＬＥＤの構成および作用を示す図である。 従来の改良型の白色ＬＥＤの発光のスペクトルを示す図である。 図９に示す発光のスペクトルに対応する色度を示す色度図である。
符号の説明
１、２１、４１ 基板
２ａ、２ｂ、２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ 青色用接続電極
３ａ、３ｂ、２５ａ、２５ｂ 赤色用接続電極
４、１４ａ、１４ｂ 長波長青色ＬＥＤ素子
４ａ、５ａ ｐ層電極
４ｂ ｎ層電極
４ｃ サファイア絶縁基板
５ 赤色ＬＥＤ素子
５ｂ ｎ層
６ ワイヤー
７ スルーホール
８ ＹＡＧ蛍光体
９ Ａｇペースト
１０、１９、５０ 封止部材
１１、５１ 樹脂枠
１２ 遮光膜
２０、３０、４０ 白色ＬＥＤ
３１ 反射枠体
３２ 凹部
３２ｃ 反射面
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ 長波長青色ＬＥＤ素子
４５ 赤色ＬＥＤ素子
５２ 半透明樹脂
５４ａ１、５４ｂ１、・・・、５４ｄ１、５４ｄ２ 長波長青色ＬＥＤ素子対応接続電極
５５ａ、５５ｂ 赤色接続電極
ｓｂ１ 長波長青色光
ｓｒ 赤色光
ｓｙ 蛍光体励起光

Claims (14)

  1. 発光波長の互いに異なる第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子を有し、すくなくとも第１のＬＥＤ素子は黄色の励起光を発する蛍光体を含有する封止部材により封止されてなり、全体として外部に白色系の照明光を出射する白色ＬＥＤにおいて、前記第１のＬＥＤ素子は長波長の青色を発光する長波長青色ＬＥＤ素子であり、前記第２のＬＥＤ素子は赤色を発光する赤色ＬＥＤ素子であることを特徴とする白色ＬＥＤ。
  2. 前記第１のＬＥＤ素子である長波長青色ＬＥＤ素子のピーク波長は４７０ｎｍ〜４９０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の白色ＬＥＤ。
  3. 前記第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子はそれぞれに独立の端子に電気的に接続され、前記第１のＬＥＤ素子である長波長青色ＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子である赤色ＬＥＤ素子の通電の制御が個別にできるようにされていることを特徴とする請求光１又は請求項２に記載の白色ＬＥＤ。
  4. 前記第２のＬＥＤ素子である赤色ＬＥＤ素子は１個であり、前記第１のＬＥＤ素子である長波長青色ＬＥＤ素子は複数個よりなることを特徴とする請求項３に記載の白色ＬＥＤ。
  5. 前記複数個の長波長青色ＬＥＤ素子の各々はそれぞれに独立の端子に電気的に接続され、 それぞれに対し通電の制御が別個にできるようにされていることを特徴とする請求項４に記載の白色ＬＥＤ。
  6. 前記第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子はそれぞれに対応する導通電極手段が形成された共通の基板に搭載され、黄色の励起光を発する蛍光体を含有する封止部材により封止されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の白色ＬＥＤ。
  7. 前記第１のＬＥＤ素子と第２のＬＥＤ素子が搭載された共通の基板上の前記封止部材の周辺に、凹部に形成した反射面を有する反射部材を取り付けたことを特徴とする請求項６に記載の白色ＬＥＤ。
  8. 前記第２のＬＥＤ素子である赤色ＬＥＤ素子のピーク波長は６２０ｎｍ〜６６０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項７にいずれかに記載の白色ＬＥＤ。
  9. 前記長波長青色ＬＥＤ素子はＧａＮ系であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の白色ＬＥＤ。
  10. 前記赤色ＬＥＤ素子はＧａＡｌＡｓもしくはＧａＡｌＩｎＰよりなることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の白色ＬＥＤ。
  11. 前記蛍光体はＹＡＧであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の白色ＬＥＤ。
  12. 前記独立の端子はスルーホールに導通するスルーホール電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の白色ＬＥＤ。
  13. 前記赤色ＬＥＤ素子の上方の面が遮光皮膜で覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の白色ＬＥＤ。
  14. 前記赤色ＬＥＤ素子の周囲を半透明樹脂で一旦封止することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の白色ＬＥＤ。
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