JP2005333051A

JP2005333051A - 照明装置

Info

Publication number: JP2005333051A
Application number: JP2004151729A
Authority: JP
Inventors: Kouji Omichi; 浩児大道
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】調光時の色度変化が抑制された照明装置を提供する。
【解決手段】リードワイヤ２及び３と、リードワイヤ２の端部に載置され、リードワイヤ３と電気的に接続された発光ダイオード素子４と、発光ダイオード素子４から発せられた光の少なくとも一部を吸収し、この光とは異なる波長の蛍光を発する蛍光物質７とを備える発光ダイオード１ａと、発光ダイオード１ａに接続された可変定電流電源部９と、可変定電流電源部９の電流値を設定するための電流値制御部１０とを設け、蛍光物質７の中心波長と、発光ダイオード１ａ発光中心波長とが任意量異なるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを用いた照明装置に関する。

従来から、青色等の短波長で発光する青色発光ダイオード素子と、この青色発光ダイオード素子から発せられた光の一部または全部を吸収することにより励起され、より長波長の黄色等の蛍光を発する蛍光物質とを用いた白色発光ダイオードが存在する。

上記の白色発光ダイオードの一例としては、化合物半導体青色発光ダイオード素子と、青色光を吸収し青色の補色である黄色の蛍光を発するセリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Yttrium Aluminium Garnet：ＹＡＧ）系蛍光体とからなる白色発光ダイオードが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

また近年、上記の白色発光ダイオードの高輝度化が進み、これを照明装置に用いることが一般的に行われている。

このような白色照明装置の現状としては、利用者が任意の明るさを設定する調光機能を有するものが多数市販されている。
特許第２９２７２７９号公報

上記の照明装置においては、その用途によって、照明のＯＮ／ＯＦＦだけではなく、前記のとおり、明るさを任意に調整するための調光機能が必要とされる。

発光ダイオードを光源に利用した上記の照明装置においては、何らかの制御回路からの指示に基づいて発光ダイオードに流す電流値を設定する可変定電流電源部を設けることにより、上記の調光機能の実現が可能である。

また、可変定電流電源部への入力は通常、手動ダイヤル操作により行われる他、例えば、外部からのデータ通信等の手段により調光設定情報を入力することが挙げられる。

しかしながら、上記のような白色照明装置では、調光時の色度変化が問題となっていた。以下、この原因について考察する。
従来の白色発光ダイオードにおいては、蛍光体の発光効率を最大にするために、青色発光ダイオード素子の発光中心波長と、蛍光体の励起中心波長とを同一にすることが一般的であるが、青色発光ダイオード素子は、電流量により発光中心波長がシフトしてしまう。

例えば、向井孝志・中村修二「白色および紫外ＬＥＤ」応用物理第６８巻第２号（１９９９）では、順方向電流を０．１ｍＡから数十ｍＡまで変化させた際に、窒化インジウムガリウム（Indium Gallium Nitride：ＩｎＧａＮ）系青色発光ダイオード素子のピーク波長が４７３ｎｍから４７０ｎｍに変化することが報告されている。

さらに、この際、順電流の増加に伴い、スペクトルがブロード化することも知られている。

前記の波長ピークのシフトは、蛍光体の励起効率、即ち、最終的には発光効率を変化させてしまい、前記のスペクトルのブロード化は、色彩学的に青色成分を強めてしまう。

実際にこれらを検証するために、発光中心波長が４６０ｎｍの青色発光ダイオード素子と、励起中心波長が４６０ｎｍのＹＡＧ系蛍光体とを用いて白色発光ダイオードを作製し、この発光ダイオードに可変定電流電源部を接続し、この可変定電流電源部に手動操作が可能なツマミを接続して、調光機能付き白色照明装置とした。

次に、上記のツマミを操作して、電流量を１ｍＡから２０ｍＡまで変化させたところ、ＣＩＥのＸＹＺ表色系における色度座標（ｘ，ｙ）は（０．３１８３，０．３０９９）から（０．３０８２，０．２８９３）まで変化し、色度図上の直線距離にして０．０２３も変化した。

上記の実験結果は、従来の照明装置に改善の必要性があることを示唆しているといえ、このような事情に鑑み本発明は、調光時の色度変化が抑制された照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、少なくとも２本のリードワイヤと、リードワイヤの内の少なくとも１本の端部に載置され、端部及び他のリードワイヤと電気的に接続された発光素子と、発光素子から発せられた光の少なくとも一部を吸収し、この光とは異なる波長の蛍光を発する蛍光物質と、リードワイヤに電流を供給する可変定電流電源部と、可変定電流電源部の電流値を設定するための電流値制御部とを備え、蛍光物質の励起中心波長と、発光素子の発光中心波長とが任意量異なることを要旨とする。

請求項２に記載の本発明は、少なくとも２本のリードワイヤと、リードワイヤの内の少なくとも１本の端部に載置され、端部及び他のリードワイヤと電気的に接続された発光素子と、発光素子から発せられた光の少なくとも一部を吸収し、この光とは異なる波長の蛍光を発する蛍光物質と、リードワイヤに電流を供給する可変定電流電源部と、可変定電流電源部の電流値を設定するための電流値制御部とを備え、蛍光物質の励起中心波長に対して、発光素子の発光中心波長が長波長側に任意量異なることを要旨とする。

請求項３に記載の本発明は、少なくとも２本のリードワイヤと、リードワイヤの内の少なくとも１本の端部に載置され、端部及び他のリードワイヤと電気的に接続された発光素子と、発光素子から発せられた光の少なくとも一部を吸収し、この光とは異なる波長の蛍光を発する蛍光物質と、リードワイヤに電流を供給する可変定電流電源部と、可変定電流電源部の電流値を設定するための電流値制御部とを備え、蛍光物質の励起中心波長に対して、発光素子の発光中心波長が長波長側に５ｎｍ乃至１０ｎｍ異なることを要旨とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、発光素子は、青色発光ダイオード素子であり、蛍光物質は、波長が４４０ｎｍ乃至４７０ｎｍの青紫色光あるいは青色光を吸収し、波長が５５０ｎｍ乃至６００ｎｍの黄緑色光、黄色光あるいは黄赤色光を発する蛍光体であることを要旨とする。

本発明においては、蛍光物質の励起中心波長と、発光素子の発光中心波長とが任意量異なる。

また、蛍光物質の励起中心波長に対して、発光素子の発光中心波長が長波長側に任意量異なる。

また、蛍光物質の励起中心波長に対して、発光素子の発光中心波長が長波長側に５ｎｍ乃至１０ｎｍ異なる。

上記のとおり、蛍光物質の励起中心波長と、発光素子の発光中心波長とが適当量異なることにより、発光素子に流す電流の値を変化させて調光を行った際の色度変化を抑制することができる。

以下、図面を用いつつ本発明の照明装置についての説明を行う。
なお、以下の実施例においては、本発明の照明装置の一例として発光ダイオード素子を具備する発光ダイオードを有する場合を示すが、以下の実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。
また、以下の実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付与し、これに関する反復説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施例（実施例１）に係る照明装置１００ａの構成を示す図であり、併せて発光ダイオード１ａの断面を示している。図２は、図１の発光ダイオード１ａの斜視図である。
照明装置１００ａは、発光ダイオード（白色発光ダイオード）１ａ、可変定電流電源部９及び電流値制御部１０からなる。

発光ダイオード１ａは、上部が湾曲した略円筒形状、換言すれば砲弾と類似した形状を有し、リードワイヤ２及び３、青色の光を発する発光ダイオード素子（青色発光ダイオード素子）４、ボンディングワイヤ５、蛍光物質７（黄色蛍光体）、樹脂（第１の樹脂）６及び樹脂（第２の樹脂）８からなり、リードワイヤ２及び３の下部は露出している。

リードワイヤ２の上端部には、凹部が設けられ、この凹部に発光ダイオード素子（発光素子）４が載置され、ボンディングワイヤ５や導電性ペーストを用いたダイボンディング等によりリードワイヤ２及びリードワイヤ３と電気的に接続されている。

また、前記の凹部を含む発光ダイオード素子４の近傍は樹脂６により封止され、この樹脂６中に蛍光物質７が分散されている。

また、上記のリードワイヤ２及び３、発光ダイオード素子４、ボンディングワイヤ５、樹脂６は、樹脂８により封止されている。

可変定電流電源部９は、発光ダイオード１ａに接続され、これに電流を供給する。

電流値制御部１０は、可変定電流電源部９に接続され、これにより供給される電流の値を設定する。

また、この電流値制御部１０には、電流値を指定するための手動操作可能なツマミ、あるいはデータ通信等の手段により調光設定情報を受け取る制御回路などが含まれる。

次に、表１を参照しつつ、本実施例において作製した発光ダイオード１ａの発光ダイオード素子４（表１中の“青色ＬＥＤ素子”）と蛍光物質７（表１中の“黄色蛍光体”）について説明する。

上記の表１に示すとおり、本実施例においては、青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体のサンプルを４種類用意した。

全てのサンプルにおいて、黄色蛍光体には同一組成のＹＡＧ系の蛍光体を用いており、その励起中心波長は４６０ｎｍである。

また、青色ＬＥＤ素子には、ＩｎＧａＮ系のＬＥＤを用いており、其々のサンプルでは、活性層中のインジウムとガリウムの組成比が異なる。このため、その発光中心波長も異なり、サンプルＡが４５５ｎｍ、サンプルＢが４６０ｎｍ、サンプルＣが４６５ｎｍ、サンプルＤが４７０ｎｍであり、発光中心波長が長波長側にあるものほどインジウムの占める割合が大きい。

次に、表２を参照しつつ、上記の照明装置１００ａにおいて、電流値が１ｍＡである場合に発せられる光の色度座標、電流値が２０ｍＡである場合に発せられる光の色度座標、ならびに上記の座標点間の直線距離について説明する。

上記の表２に示すとおり、従来の技術と同様に青色ＬＥＤ素子の発光中心波長と黄色蛍光体の励起中心波長とを同一としたサンプルＢでは直線距離にして０．０２３もの変化があったのに対し、青色ＬＥＤ素子の発光中心波長を黄色蛍光体の励起中心波長に対して５ｎｍ長波長側にシフトさせたサンプルＣでは０．０１６、１０ｎｍシフトさせたサンプルＤでは０．０１４であり、色度の変化が非常に小さい。

図４は、上記のサンプルＡの、順電流値を変化させていった際の色度座標変化を図３の色度図上にプロットしたグラフであり、以下同様に、図５はサンプルＢ、図６はサンプルＣ、図７はサンプルＤの色度座標変化を図３上にプロットしたものである。
図示するとおり、サンプルＡ及びＢにおいては、順電流値の増加に伴い（ｘ，ｙ）が単調に減少、即ち、青色成分が単調増加している。

これに対し、サンプルＣ及びＤにおいては、一旦ｘが増加方向、ｙが減少方向にシフトした後、（ｘ，ｙ）が単調減少する。

一旦ｘが増加方向に向かうのは、黄色成分も増加しているためである。即ち、青色ＬＥＤ素子のブルーシフトに伴い、黄色蛍光体の励起効率（蛍光効率）が向上していると考えられる。

したがって、図１及び２の蛍光物質７の励起中心波長と発光ダイオード素子４の発光中心波長とを任意量異なるものとする、換言すれば、蛍光物質７の励起中心波長に対して、発光ダイオード素子４の発光中心波長を長波長側に任意量シフトさせることにより、順電流変化による発光ダイオード素子４の発光特性変化に起因する発光ダイオード１ａの色度変化を抑制することができ、これに伴い、照明装置１００ａの調光時における色度変化を抑制することができる。

また、上記のように、シフト幅を約５ｎｍから約１０ｎｍにすれば、より確実に色度変化を抑制することができる。

また、ＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤ素子のなかには、順電流増加に伴い発光中心波長が長波長側にシフトするものが存在する。

さらには、セレン化亜鉛（Zinc Selenide：ＺｎＳｅ）系、酸化亜鉛（Zinc Oxide：ＺｎＯ）系等の材料により作製された青色ＬＥＤ素子も順電流増加に伴い発光中心波長が長波長側にシフトする。

これらにおいては、黄色蛍光体の励起中心波長に対し、短波長側に発光中心を持たせておくことで、上記と同様の特性を実現できる。

次に、図８及び図９を用いて本発明の第２の実施例（実施例２）に係る照明装置１００ｂについて説明する。
照明装置１００ｂは、前記の照明装置１００ａに変更を加えたものであり、発光ダイオード１ａに代えて発光ダイオード１ｂを有する。

なお、図８は、照明装置１００ｂの構成を示す図であり、併せて発光ダイオード１ｂの断面を示している。また、図９は、図８の発光ダイオード１ｂの斜視図である。

図１及び図２に示した発光ダイオード１ａにおいては、蛍光物質７が発光ダイオード素子４の近傍、つまり樹脂６中に分散されている場合を示したが、これに限定されず、本実施例のように樹脂８中、つまり樹脂全体に蛍光物質７を分散させた構成とすることも可能である。

また、上記の実施例１及び実施例２では、発光ダイオード素子が上方（ボンディングワイヤ５側）に１個、下方（リードワイヤ２の凹部側）にもう１個の電極を有する場合を示したが、下方には電極がなく上方に二つの電極があるものを用いてもよい。

この場合には、発光ダイオード素子が適切に固定されていればよいため、導電性ペーストを用いる必要がなく、２本のボンディングワイヤによりボンディングを行う。

また、本発明は、上記の実施例で示した白色発光ダイオードを用いた照明装置に限らず、短波長の発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子から発せられた光の一部又は全部を吸収することにより励起され、より長波長の蛍光を発する蛍光物質とを備えた発光ダイオードを用いた照明装置であれば、通常どのようなものにも適用できる。

例えば、紫外発光ダイオード素子と紫外励起可視発光蛍光体とを用いた青色発光ダイオードによる青色照明装置、紫外発光ダイオード素子と紫外励起可視発光蛍光体とを用いた緑色発光ダイオードによる緑色照明装置、紫外発光ダイオード素子と紫外励起可視発光蛍光体とを用いた赤色発光ダイオードによる赤色照明装置あるいは紫外発光ダイオード素子と紫外励起可視発光蛍光体とを用いた白色発光ダイオードによる白色照明装置などにも適用できる。

また、本発明におけるリードワイヤの形状は、発光ダイオード素子が載置可能であれば、いかなるものでもよい。

さらに、本発明は、発光ダイオード素子に限らず、レーザダイオードをはじめとするあらゆる発光素子に適用可能である。

本発明の第１の実施例に係る照明装置の構成図である。図１の発光ダイオードの斜視図である。色度座標と色との関係を示した色度図である。サンプルＡの、順電流値を変化させていった際の色度変化を示す図である。サンプルＢの、順電流値を変化させていった際の色度変化を示す図である。サンプルＣの、順電流値を変化させていった際の色度変化を示す図である。サンプルＤの、順電流値を変化させていった際の色度変化を示す図である。本発明の第２の実施例に係る照明装置の構成図である。図８の発光ダイオードの斜視図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ発光ダイオード
２、３リードワイヤ
４発光ダイオード素子
５ボンディングワイヤ
６、８樹脂
７蛍光物質
９可変定電流電源部
１０電流値制御部
１００ａ、１００ｂ照明装置

Claims

少なくとも２本のリードワイヤと、
前記リードワイヤの内の少なくとも１本の端部に載置され、該端部及び他のリードワイヤと電気的に接続された発光素子と、
前記発光素子から発せられた光の少なくとも一部を吸収し、この光とは異なる波長の蛍光を発する蛍光物質と、
前記リードワイヤに電流を供給する可変定電流電源部と、
前記可変定電流電源部の電流値を設定するための電流値制御部と
を備え、
前記蛍光物質の励起中心波長と、前記発光素子の発光中心波長とが任意量異なる
ことを特徴とする照明装置。
少なくとも２本のリードワイヤと、
前記リードワイヤの内の少なくとも１本の端部に載置され、該端部及び他のリードワイヤと電気的に接続された発光素子と、
前記発光素子から発せられた光の少なくとも一部を吸収し、この光とは異なる波長の蛍光を発する蛍光物質と、
前記リードワイヤに電流を供給する可変定電流電源部と、
前記可変定電流電源部の電流値を設定するための電流値制御部と
を備え、
前記蛍光物質の励起中心波長に対して、前記発光素子の発光中心波長が長波長側に任意量異なる
ことを特徴とする照明装置。
少なくとも２本のリードワイヤと、
前記リードワイヤの内の少なくとも１本の端部に載置され、該端部及び他のリードワイヤと電気的に接続された発光素子と、
前記発光素子から発せられた光の少なくとも一部を吸収し、この光とは異なる波長の蛍光を発する蛍光物質と、
前記リードワイヤに電流を供給する可変定電流電源部と、
前記可変定電流電源部の電流値を設定するための電流値制御部と
を備え、
前記蛍光物質の励起中心波長に対して、前記発光素子の発光中心波長が長波長側に５ｎｍ乃至１０ｎｍ異なる
ことを特徴とする照明装置。
前記発光素子は、青色発光ダイオード素子であり、
前記蛍光物質は、波長が４４０ｎｍ乃至４７０ｎｍの青紫色光あるいは青色光を吸収し、波長が５５０ｎｍ乃至６００ｎｍの黄緑色光、黄色光あるいは黄赤色光を発する蛍光体である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。