JP2007059864A - 照明装置および発光ダイオード装置 - Google Patents

Abstract

【課題】白色光の取出し効率を向上させることができる発光ダイオード装置を提供する。
【解決手段】青色光を発光する発光ダイオードチップ６と；この発光ダイオードチップを収容する投光開口８ａを有する凹部を形成してなる凹部形成部材９と；この凹部内に配設されて発光ダイオードチップに電気的に接続される回路パターン５と；青色光により励起されて黄色光を蛍光発光する黄色発光蛍光体層１２と；発光ダイオードチップからの青色光を透過させる一方、黄色発光蛍光体層からの黄色光を反射する長波長反射層１１と；を具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は照明装置およびその発光素子として発光ダイオードチップを具備した発光ダイオード装置に関する。

一般に、発光ダイオードチップの発光を電球色等の白色光に変換し照射する発光ダイオード装置は、低電圧駆動や小型軽量化、耐久性、長寿命等の長所を有するので、近年では、車載ディスプレイ装置や携帯電話器の表示部のバックライトとして普及しつつある。

従来、この種の発光ダイオード装置において、発光ダイオードチップの発光をやや赤味を帯びた電球色等白色系の混色光に変換する方法としては、発光ダイオードチップの青色発光または紫外線発光を蛍光体によりそれぞれ白色光に変換する２方法が知られている（例えば特許文献１，２参照）。

前者は、発光ダイオードチップからの青色発光の一部を蛍光体により波長変換し、残る青色発光と蛍光体からの発光との混色により白色発光を得る方法である。

また、後者は、発光ダイオードチップからの紫外線を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を発光する蛍光体により白色光に変換する方法である。
特開２００４−１７９６４４号公報 特開２００５−９３８９６号公報

しかしながら、上記前者の従来方法では、例えば発光ダイオードチップからの青色光により、まず黄色発光蛍光体を励起して黄色光を発光させ、この黄色発光蛍光体を透過した青色光とその補色の黄色光との混色光により白色光を得る場合には、黄色発光蛍光体で蛍光発光した黄色光が全方位に放射されるので、その一部が発光ダイオードチップ側へ戻り、発光ダイオードチップ側で吸収されてしまう。このために白色光の取出し効率が低いという課題がある。

また、後者の従来方法においても、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）にそれぞれ蛍光発光する蛍光体で発光した光の一部が発光ダイオードチップ側へ戻り、発光ダイオードチップ側で吸収されてしまうので、やはり白色光の取出し効率が低いという課題がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、白色光の取出し効率を向上させることができる発光ダイオード装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、主として青色光を発光する発光素子と；青色光により励起されて主として黄色光を発光する黄色系蛍光体と；発光素子からの青色光を透過させ、黄色系蛍光体からの黄色光以上の波長の光を反射する青色透過黄色系反射手段と；を具備していることを特徴とする照明装置である。なお、本請求項１以下に係る発明において、黄色以上の波長の光とは例えば４８０ｍｍ以上の緑色も含む光をいい、黄色系ともいう。

請求項２に係る発明は、青色光を発光する発光ダイオードチップと；この発光ダイオードチップを収容する投光開口を有する収容部と；この収容部に配設されて発光ダイオードチップに電気的に接続される導電層と；青色光により励起されて黄色光を蛍光発光する黄色発光蛍光体層と；発光ダイオードチップからの青色光を透過させる一方、黄色発光蛍光体層からの黄色光を反射する長波長反射層と；を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置である。なお、発光ダイオードチップは、紫外光を発光してもよい。反射層は、上記特性を有するものであれば何でもよい。

請求項３に係る発明は、紫外線を発光する発光ダイオードチップと；この発光ダイオードチップを収容する投光開口を有する収容部と；この収容部に配設されて発光ダイオードチップに電気的に接続される導電層と；紫外線により励起されて赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ蛍光発光する赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体の少なくとも２種以上よりなる蛍光体層と；発光ダイオードチップからの紫外線を透過させる一方、蛍光体層からの光を反射する長波長反射層と；を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置である。

請求項４に係る発明は、長波長反射層がＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２層またはＺｎＳ−ＭｇＦ_２層で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオード装置である。

請求項５に係る発明は、照明器具本体と；主として青色光を放射する複数の発光素子を有し、これら発光素子から放射された青色光が所定方向を照射するように、照明器具本体に配設された発光部と；発光素子から放射された青色光により励起されて、主として黄色光を発光する黄色系蛍光体層およびこの黄色系蛍光体層からの黄色光以上の波長の光を反射する青色透過黄色系反射層を有し、青色光および黄色光が混色されることにより白色光を放射する色変換部と；を具備することを特徴とする照明装置である。

請求項６に係る発明は、青色透過黄色系反射層は、黄色系蛍光体層の発光素子との対向面に密着されていることを特徴とする請求項５記載の照明装置である。

請求項１に係る発明によれば、発光素子からの青色光は青色透過黄色系反射層を透過して黄色系蛍光体層へ入射される。ここで、青色光の一部が透過する一方、残りの青色光が黄色光の波長以上の黄色系光に発光し、この黄色系光が、透過した青色光と混色されて白色光として取り出される。そして、黄色系蛍光体層から放射された光のうち、発光素子側へ放射された光は青色透過黄色系反射層により黄色系蛍光体層側へ再び反射され、再び黄色系蛍光体層へ入射される。このために、黄色系蛍光体層へ再び入射された光は、ここで、吸収されずに、黄色系光に発光し、青色光と混色されて白色光として外部へ取り出される。このため、黄色光以上の波長の光の発光量が増加するので、その分、この黄色光以上の波長の光と青色光との混合よりなる白色光の取出し効率を向上させることができる。

請求項２に係る発明によれば、発光ダイオードチップの青色発光は反射層を透過して黄色発光蛍光体層へ入射され、ここで、発光した黄色光の一部が発光ダイオードチップ側へ戻ると、この黄色光は反射層により黄色発光蛍光体層側へ反射され、再び戻され、吸収されず、外部へ出ていくため、黄色光の発光量が増加する。このために、この黄色光と青色光との混合よりなる白色光の取出し効率を向上させることができる。

請求項３に係る発明によれば、発光ダイオードチップの紫外線発光は反射層を透過して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の蛍光体層へ入射され、ここで、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）にそれぞれ発光した光の一部が発光ダイオードチップ側へ戻ると、これらの光Ｒ，Ｇ，Ｂは反射層により蛍光体層側へ反射されて再び戻され、外部へ出ていくため、これら赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光量が増加する。このために、これら赤、緑、青の色光の混合よりなる白色光の取出し効率を向上させることができる。

請求項５に係る発明によれば、発光部の発光素子からの青色発光は青色透過黄色系反射層を透過して黄色発光蛍光体層へ入射される。ここで、青色光の一部はさらに透過し、残りの青色光は黄色系蛍光体層を励起して黄色光以上の光（黄色系光）を発光し、この黄色系光が上記透過した青色光と混色し、白色光して放射される。そして、この黄色系蛍光体層で放射された光の一部が発光素子側へ反射されると、この反射光は青色透過黄色系反射層により黄色系蛍光体層側へ再び反射される。このために、黄色系蛍光体層へ再び入射された光は、ここで、吸収されずに、再び黄色系光を発光する。これにより、黄色光以上の波長の光の発光量が増加するので、その分、この黄色光以上の波長の光と青色光との混合よりなる白色光の取出し効率を向上させることができる。

請求項６に係る発明によれば、青色透過黄色系反射層が黄色系蛍光体層の発光素子との対向面に密着しているので、この青色透過黄色系反射層と黄色系蛍光体層との間に間隙がない。このために、発光素子からの青色光が青色透過黄色系反射層を透過した青色透過光がその間隙から外部から外部に漏れることもなく、その殆どを黄色系蛍光体層に入射させることができる。また、黄色系蛍光体層から青色透過黄色系反射層側へ反射された反射光が間隙から外部に漏れることもなく、その反射光量の殆どを青色透過黄色系反射層へ入射させることができる。このために、青色透過黄色系反射層の青色透過効率と黄色系反射効率を共に向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、複数の添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。

図１は図３のＩ部拡大図、図２は本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオードモジュール１の平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

図１〜図３に示すように発光ダイオードモジュール１は、基板２上に、複数の発光ダイオード装置３，３，…を一平面上で例えば３行３列のマトリクス状に配設し、かつ一体に連成している。

基板２は放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ等の平板からなり、複数の発光ダイオード装置３，３，…の各基板を一体に連成してなる一体基板であり、この基板２上には、電気絶縁層４を介して回路パターン５が配設されている。

図１に示すように回路パターン５は、各発光ダイオード装置３毎に、ＣｕとＮｉの合金やＡｕ等により、陰極側と陽極側の回路パターン（配線パターン）５ａ，５ｂに形成されており、この回路パターン５上には、各発光ダイオード装置３毎に、青色発光の発光ダイオードチップ６をそれぞれ搭載している。各青色発光の発光ダイオードチップ６は、青色の光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体等からなる。各ダイオードチップ６は、その底面電極を回路パターン５ａ，５ｂの一方上に載置して電気的に接続する一方、上面電極を回路パターン５ａ，５ｂの他方にボンディングワイヤ７により接続している。

そして、基板２上には、各発光ダイオードチップ６の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、基板２の反対側（図２，図３では上方）に向けて漸次拡開する円錐台状の凹部８をそれぞれ同心状に形成した凹部形成部材９を各発光ダイオード装置３毎に形成すると共に、これら凹部形成部材９を一体に連結形成している。凹部形成部材９は例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂よりなり、各凹部８は外部に開口する投光開口８ａをそれぞれ有する。

各凹部８は、その内部に、底面から図１中上方へ向けて封止樹脂層１０、長波長反射層１１および黄色発光蛍光体層１２をこの順に順次形成している。

封止樹脂層１０は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性透明樹脂を発光ダイオードチップ６よりも高い位置まで注入して熱硬化させることにより形成され、発光ダイオードチップ６を凹部８内に封止している。

長波長反射層１１は、発光ダイオードチップ６からの青色光を透過させる一方、黄色発光蛍光体層１２から長波長反射層１０側へ戻ってきた黄色光を黄色発光蛍光体層１２側へ反射させて再び黄色発光蛍光体層１２側へ戻す反射層である。

長波長反射層１１は、例えばＺｎＳ−ＭｇＦ_２やＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２等の光学多層膜をガラス板に形成させる等により構成されている。この構成の長波長反射層１１では、発光ダイオードチップ６の青色発光の波長域では、透過率が９５％、黄色光の波長域では透過率が１０％、反射率が８５％であった。但し、長波長反射層１１は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の透明樹脂基材に、上記ＺｎＳ−ＭｇＦ_２やＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２を蒸着したものでもよい。または樹脂シート状に構成してもよい。

黄色発光蛍光体層１２は、長波長反射層１１の硬化形成後、凹部８内に、青色光により励起されて黄色に蛍光発光する黄色発光蛍光体を、熱可塑性や熱硬化性等の透明合成樹脂基材内に、所要量含有し、黄色発光蛍光体分子を分散させることにより構成されている。黄色発光蛍光体層１２の図１中上端面は凹部投光開口８ａの上端とほぼ面一に形成されている。

次に、この発光ダイオードモジュール装置１の作用を説明する。

まず、各陰極側と陽極側の回路パターン５ａ，５ｂ間に、外部から所定の直流電圧が印加されると、各青色発光ダイオードチップ６が青色発光される。この青色発光は、透明の封止樹脂層１０を透過して長波長反射層１１へ入射され、さらに、ここを透過して黄色発光蛍光体層１２へ入射される。黄色発光蛍光体層１２では、青色光は、その一部がそのまま透過して投光開口８ａから外部へ放射される一方、残りの青色光が黄色発光蛍光体を励起して黄色光を蛍光発光させる。

このとき、黄色光は全方位に放射されるので、その一部は長波長反射層１１側へ戻り、長波長反射層１１へ入射される。この長波長反射層１１では黄色光を黄色発光蛍光体層１２側へ反射し、黄色発光蛍光体層１２へ戻し、投光開口８ａから外部へ放射する。このために、投光開口８ａから外部へは青色光とその補色の黄色光が放射され、これら青色光と黄色光が加法混色され、電球色等の白色系光が放射される。

したがって、この発光ダイオード装置１によれば、黄色発光蛍光体層１２で蛍光発光した黄色光の一部が発光ダイオードチップ６側へ戻されても、この黄色光は発光ダイオードチップ６側で吸収されずに、長波長反射層１１に入射され、ここで黄色発光蛍光体層１２側へ反射されて、再び黄色発光蛍光体層１２へ戻され、ここで、さらに黄色光に蛍光発光されるので、黄色光の発光量が増える。このために、この黄色光と青色光との加法混色よりなる白色光が投光開口８ａから外部へ取り出される取出し効率を向上させることができる。

例えば長波長反射層１１が、ＺｎＳ−ＭｇＦ_２等よりなる光学多層膜を上下一対のガラス板により挟持することにより構成されている場合には、この長波長反射層１１が無い場合の明るさが３０ｌｍ／Ｗであるのに対し、長波長反射層１１がある場合は５０ｌｍ／Ｗであった。すなわち、長波長反射層１１を具備することにより、光取出し効率を５０％以上向上させることができた。

図４は本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオード装置３Ａの要部縦断面図である。この発光ダイオード装置３Ａは、上記図１で示す発光ダイオード装置３において、その長波長反射層１１と黄色発光蛍光体層１２とを、長波長反射シート１１Ａ、黄色発光蛍光体シート１２Ａにそれぞれ置換した点に主な特徴を有する。

すなわち、発光ダイオード装置３Ａは、凹部形成部材９の凹部８の図４中上部に、長波長反射シート１１Ａの外径端部を嵌合させ、この長波長反射シート１１Ａの上端面が投光開口８ａの上端面とほぼ面一となる状態で支持する係合段部９ａを形成している。

そして、長波長反射シート１１Ａの図４中下方の凹部８内には、長波長反射シート１１Ａの下端に上端が密着するように封止樹脂１０Ａを形成している。

長波長反射シート１１Ａは上述したようにシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等、透明樹脂基材に、ＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２やＺｎＳ−ＭｇＦ_２やＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２等を樹脂シートに形成している。

黄色発光蛍光体シート１２Ａは、この長波長反射シート１１Ａとほぼ同形同大の樹脂シートに形成され、この長波長反射シート１１Ａ上に密着させた状態で配設されている。

この黄色発光蛍光体シート１２Ａも上述したように透明樹脂基材に所要量の黄色発光蛍光体を含有し硬化させることにより構成されている。

この発光ダイオード装置３Ａによっても、発光ダイオードチップ６と黄色発光蛍光体シート１２Ａとの間に、長波長反射シート１１Ａを設けているので、図１で示す発光ダイオード装置３と同様に、白色光の取出し効率を向上させることができる。

図５は本発明の第３の実施形態に係る発光ダイオード装置３Ｂの要部縦断面図である。この発光ダイオード装置３Ｂは、上記図１で示す発光ダイオード装置３において、青色発光の発光ダイオードチップ６を、紫外線発光の発光ダイオードチップ６Ｂに置換し、さらに、長波長反射層１１をＵＶ用長波長反射層１１Ｂに、黄色発光蛍光体層１２をＲＧＢ蛍光体層１２Ｂにそれぞれ置換した点に特徴があり、これら以外は発光ダイオード装置１とほぼ同様に構成されている。

ＵＶ用長波長反射層１１Ｂは、発光ダイオードチップ６Ｂからの紫外線を透過させる一方、ＲＧＢ蛍光体層１２ＢからこのＵＶ用長波長反射層１１Ｂへ戻ってくる赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）をＲＧＢ蛍光体層１２Ｂへ反射させて再び戻す反射層である。

ＲＧＢ蛍光体層１２Ｂは、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の透明樹脂内に、所要量の赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体をそれぞれ含有して硬化させて構成され、紫外線により励起されて赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）をそれぞれ蛍光発光させるものである。

したがって、この発光ダイオード装置３Ｂによれば、発光ダイオードチップ６Ｂからの紫外線はＵＶ用長波長反射層１１Ｂを透過してＲＧＢ蛍光体層１２Ｂに入射され、ここで赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、青色発光蛍光体をそれぞれ励起して赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）にそれぞれ蛍光発光して投光開口８ａから外部へ放射される。

このために、投光開口８ａからは赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の加法混色光である電球色等の白色系光が取り出される。

そして、ＲＧＢ蛍光体層１２Ｂで蛍光発光した赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の一部が発光ダイオードチップ６Ｂ側へ戻っても、これら色光Ｒ，Ｇ，ＢはＵＶ用長波長反射層１１ＢによりＲＧＢ蛍光体層１２Ｂ側へ反射され、戻されるので、このＲＧＢ蛍光体層１２Ｂで再び蛍光発光する各色光Ｒ，Ｇ，Ｂの発光量が増加する。このために、これら色光Ｒ，Ｇ，Ｂの加法混色よりなる白色光が投光開口８ａから外部へ放射される白色光の取出し効率を向上させることができる。

なお、ＲＧＢ蛍光体層１２Ｂは、青色発光蛍光体を省略して赤色発光蛍光体と緑色発光蛍光体のみを含有させてもよい。また、ＲＧＢ蛍光体層１２Ｂは、各赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、青色発光蛍光体毎にそれぞれ蛍光体層を個別に形成し、これら各層を図中上下方向に積層するように構成してもよい。但し、この場合も青色発光蛍光体層は省略してもよい。

また、前記各実施形態では、各発光ダイオード装置３，３Ａ，３Ｂの複数個をそれぞれマトリックス状に配設した発光ダイオードモジュールについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば各発光ダイオード装置３，３Ａ，３Ｂの複数個をそれぞれ１列状に形成してもよく、さらに各発光ダイオード装置３，３Ａ，３Ｂはそれぞれ単数でもよい。

図６は本発明の第４の実施形態である照明装置２１の断面図、図７は同正面図、図８は同模式図である。

照明装置２１は、舞台照明やスポットライト等に好適な照明装置であり、照明器具本体２２、発光部２３、アパーチャ部２４、色変換部２５および光制御部２６を具備して構成されている。

照明器具本体２２は、例えば金属製の角筒状箱体で形成され、内部には発光部２３、アパーチャ部２４、色変換部２５および光制御部２６を収容している。

発光部２３は、青色光を放射する複数の発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）２３ａ，２３ａ，…を有し、これら発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…から放射された青色光が所定方向を照射するように配列している。ここで、発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…は、砲弾型のものや、光出力が相対的に大きい高出力型パワー発光ダイオードを使用することができる。また、各発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…には、その青色光照射方向に拡散シート２３ｂを配置してもよい。そうすることにより、発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…からの青色光を均等にアパーチャ部２４の方向を照射することができる。但し、拡散シート２３ｂを配設すると発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…からの光束が低下するので、高出力型パワー発光ダイオードと組み合せて使用することが好ましい。

アパーチャ部２４は、発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…の青色光が照射する所定方向に設けた隔壁２４ａに、アパーチャ２４ｂを形成している。複数の発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…は、アパーチャ２４ｂが位置する領域で照射された青色光が混光されるようにアパーチャ２４ｂの中心に向けてビームを射出するように配列されている。アパーチャ部２４は、発光部２３に設けた複数個の発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…の青色光のうち、アパーチャ２４ｂの領域外にある均質でない光を遮断し、アパーチャ２４ｂを介して、例えば、スポットライト２１の光制御部としての投射レンズ２６に向けて発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…の放射光を通過させる。なお、アパーチャ２４ｂの開口面積を可変に構成して、上記均質でない光を遮断する割合を制御してもよい。

このように、発光部２３に設けた複数個の発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…の青色光ビームが集光する所定位置に、アパーチャ２４ｂが位置するようにアパーチャ部２４を設けているため、このアパーチャ２４ｂを擬似光源とみなすことができる。

色変換部２５は、アパーチャ２４ｂに、投射レンズ２６側から発光部２３側へ向けて、黄色系蛍光体層２５ａ、青色透過黄色系反射層２５ｂおよび集光レンズ２５ｃをこの順に順次配設している。集光レンズ２５ｃは複数の発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…からの青色光を色変換部２５に集光するレンズである。但し、この集光レンズ２５ｃは省略してもよい。

黄色系蛍光体層２５ａは発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…から放射された青色光により励起されて、波長４８０ｎｍ以上の黄色系光を発光する黄色系蛍光体が含まれており、ここで、青色光と黄色光が混色されることにより白色光を放射するようになっている。

黄色系蛍光体層２５ａは、発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…から所望の光量を得る上で、例えばシリコーン樹脂等の透明樹脂に対して蛍光体を５〜２０質量％、好ましくは１０〜１５質量％添加、混合した後、シート状に成形されている。

また、黄色系蛍光体層２５ａは、発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…から放射される光、例えば青色光や紫外線により励起されて可視光を発光するものである。青色光タイプの発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…を使用して白色発光を得る場合には、黄色光から橙色光間の光を発光する黄色系蛍光体が主として用いられる。さらに、演色性等の向上を図るために、黄色系蛍光体に加えて赤色発光蛍光体を使用してもよい。黄色光から橙色光間の光を発光する黄色系蛍光体としては、例えばＲＥ３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥはＹ，ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。以下同じ）等のＹＡＧ蛍光体、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥはＳｒ，Ｂａ，Ｃａ等のアルカリ土類元素である。以下同じ）等の珪酸塩蛍光体が用いられる。

そして、黄色系蛍光体層２５ａの背面、すなわち、複数の発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…と対向する対向面には、所要層厚の青色透過黄色系反射層２５ｂを密着させて形成している。

青色透過黄色系反射層２５ｂは発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…の青色発光（例えば主波長４５０〜４７０ｎｍ）を透過する一方、波長が４８０ｎｍ以上の黄色系光を反射する光フィルターであり、例えば樹脂製のダイクロイックミラーや着色ガラス等からなる。青色透過黄色系反射層２５ｂは、これにより反射するフィルター吸収端が４８０ｎｍであることが望ましいが、５００ｎｍでもよい。また、青色透過黄色系反射層２５ｂは黄色系蛍光体層２５ａの背面に、密に接触させて間隙を形成せずに配設すればよく、透明接着剤等により固着しなくてもよい。

光制御部としての投射レンズ２６は、色変換部２５からの白色光を例えばスクリーン２７等の被照射対象を照明する面積等を制御する。なお、投射レンズ２６は球面レンズや平坦状レンズで構成することができる。本実施形態では１個のフレネルレンズを用いた場合を示している。

そして、照明器具本体２２には、投射レンズ２６とアパーチャ２４ｂ、または発光部２３との距離を相対的に可変とする図示しない移動機構を設けている。この移動機構は、光源フォーカスハンドル２８ａとレンズフォーカスハンドル２８ｂとを含み、これらハンドル２８ａ，２８ｂの操作により、発光部２８ａと投射レンズ２６との離間距離を相対的に変動させることにより、スクリーン２７等の被照射面での光照射面積を変化させ、また光量が変化するように構成されている。

また、投射レンズ２６側の照明器具本体２２の前面には、その四辺に、複数枚のバンドア２９，２９，…を設けており、これらバンドア２９，２９，…の開閉角を適宜調節することにより、投射レンズ２６からの光の照射範囲を所望範囲に遮光し調節することができる。

そして、照明器具本体２２は、発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…に所望の点灯電力を供給する点灯装置を、照明器具本体２２の下部に位置する点灯装置収納部２２ａ内に収納している。この点灯装置は、供給される商用電源を発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…に適合した低ワット（Ｗ）の直流に変換し、また、外部から出力されたＤＭＸ信号等の調光信号に応じて、発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…から放射される青色光の強度を調整して白色光を調光できるように構成されている。

したがって、この照明装置２１によれば、この種の従来の照明装置に比してスクリーン２７等の被照射対象の照射面上の色むらの低減と明るさの効率向上を共に図ることができる。

すなわち、従来の舞台照明用やスポットライト用等の照明装置の一例としては、複数の青色発光の発光ダイオード２３ａの投光開口端等に、黄色系蛍光体層をそれぞれ配設して白色発光の発光ダイオードにそれぞれ構成し、これら白色発光ダイオードからの白色光を集光レンズにより集光してスクリーン２７等の照明対象物に投射させるものが知られている。

しかし、このような白色発光ダイオードでは、複数の発光ダイオード自体の発光性能上のばらつきや各黄色系蛍光体層自体の色変換特性のばらつき、これら黄色系蛍光体層の各発光ダイオードへの取付角度や位置のばらつきがあって、白色光にばらつきが生ずるうえに、必ずしも平均演色評価数Ｒａが高くない。このために、これら白色発光ダイオードの中に、シアン、オレンジ、赤色にそれぞれ発光する発光ダイオードをそれぞれ混在させ、これらの発光を集光レンズにより集光して白色光に混色させ、スクリーン２７等に投射させる照明装置もある。

しかしながら、このような従来の照明装置では、平均演色評価数Ｒａの向上を図ることができるが、白色光やシアン、オレンジ、赤色等の色光を集光レンズによりほぼ完全に集光できないために、スクリーン２７等上で色むらが発生するという課題がある。

そこで、他の照明装置としては、複数の青色発光の発光ダイオードの照射光路上に、例えば１枚の黄色系蛍光体層を配設したものが考えられる。

この照明装置によれば、仮に複数の発光ダイオードの発光性能自体にばらつきがあっても、１枚の黄色系蛍光体層により黄色系光に変換するので、発光ダイオードや黄色系蛍光体層自体のばらつきに起因する白色光のばらつきや色むらを低減することができる。

しかし、この黄色系蛍光体層は全方向に発光するので、スクリーン２７等照明対象物とは反対側の発光ダイオード側へも放射する。このために、照明対象物側の光束が低減するという課題がある。

これに対し、本発明に係る照明装置２１によれば、黄色系蛍光体層２５ａの背面に青色透過黄色系反射層２５ｂを設けているので、この黄色系蛍光体層２５ａから発光部２３ａ側へ放射された波長４８０ｎｍ以上の黄色系光を青色透過黄色系反射層２５ｂにより黄色系蛍光体層２５ａ側へ反射させることができる。このために、黄色系蛍光体層２５ａよりも前方のスクリーン２７（照明対象）上の光束を増大させることができる。例えば、照度実験によれば、青色透過黄色系反射層２５ｂを具備しない場合に比してスクリーン２７の照度面の照度を約５０％向上させることができた。但し、この照度向上のためには、主波長４５０〜４７０ｎｍの青色発光を青色透過黄色系反射層２５ｂによりカットしないことが重要であり、青色透過黄色系反射層２５ｂの吸収端が４８０ｎｍのときのスクリーン２７上の照度は、この青色透過黄色系反射層２５ｂを具備しないときの照度を１００％とすると、ほぼ１２０％であり、吸収端が５００ｎｍのときのスクリーン照度は１５０％であった。

また、複数の発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…からの青色光を１枚の黄色系蛍光体層２５ａにより黄色系光に変換するので、仮に複数の発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…自体の発光性能等にばらつきがあっても、黄色系蛍光体層２５ａからはそのばらつきが低減された黄色系光が放射されるので、この黄色系光と青色の混色よりなる白色光のばらつきを低減することができる。

さらに、黄色系蛍光体層２５ａが１枚であるので、その特性が単一である。このために、黄色系蛍光体層２５ａを各発光ダイオード２３ａ，２３ａ，…毎にそれぞれ設ける場合の黄色系蛍光体層２５ａ自体の特性や取付角度、または位置のばらつきに起因する特性のばらつきを解消することができる。

また、黄色系蛍光体層２５ａを複数種類用意することにより、光色を適宜変更することができる。

なお、上記実施形態では、蛍光体層として黄色系蛍光体層２５ａを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば黄色系蛍光体に赤色等他の色に発光する蛍光体を適宜混合したものでもよいことは上述した通りである。

図３のＩ部拡大図。 本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオードモジュールの平面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。 本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオード装置の拡大縦断面図。 本発明の第３の実施形態に係る発光ダイオード装置の拡大縦断面図。 本発明の第４の実施形態に係る照明装置の断面図。 本発明の第４の実施形態に係る照明装置の正面図。 本発明の第４の実施形態に係る照明装置の模式図。

符号の説明

１…発光ダイオードモジュール、３，３Ａ，３Ｂ…発光ダイオード装置、５ａ，５ｂ…回路パターン、６…青色発光のダイオードチップ、６Ｂ…紫外線発光の発光ダイオードチップ、８…凹部、８ａ…投光開口、９…凹部形成部材、１１…長波長反射層、１１Ａ…長波長反射シート、１１Ｂ…ＵＶ用長波長反射層、１２…黄色蛍光体層、１２Ａ…黄色発光蛍光体シート、１２Ｂ…ＲＧＢ蛍光体層、２１…照明装置、２２…照明器具本体、２３…発光部、２３ａ…発光ダイオード、２４…アパーチャ部、２４ｂ…アパーチャ、２５…色変換部、２５ａ…黄色系蛍光体層、２５ｂ…青色透過黄色系反射層、２５ｃ…集合レンズ、２７…スクリーン。

Claims (6)

1. 主として青色光を発光する発光素子と；
   青色光により励起されて主として黄色光を発光する黄色系蛍光体と；
   発光素子からの青色光を透過させ、黄色系蛍光体からの黄色光以上の波長の光を反射する青色透過黄色系反射手段と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。
2. 主として青色光を発光する発光ダイオードチップと；
   発光ダイオードチップを収容する投光開口を有する凹部を形成してなる凹部形成部材と；
   凹部形成部材に配設されて発光ダイオードチップに電気的に接続される導電層と；
   青色光により励起されて黄色光を発光する黄色発光蛍光体層と；
   発光ダイオードチップからの青色光を透過させ、黄色発光蛍光体層からの黄色光を反射する青色透過黄色系反射層と；
   を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。
3. 主として紫外線を放射する発光ダイオードチップと；
   発光ダイオードチップを収容する投光開口を有する凹部を形成してなる凹部形成部材と；
   収容部に配設されて発光ダイオードチップに電気的に接続される導電層と；
   紫外線により励起されて赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ発光する赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体の少なくとも２種以上よりなる蛍光体層と；
   発光ダイオードチップからの紫外線を透過させ、蛍光体層からの光を反射する反射層と；
   を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。
4. 反射層はＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２層またはＺｎＳ−ＭｇＦ_２層で構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の発光ダイオード装置。
5. 照明器具本体と；
   主として青色光を放射する複数の発光素子を有し、これら発光素子から放射された青色光が所定方向を照射するように照明器具本体に配設された発光部と；
   発光素子から放射された青色光により励起されて、黄色光以上の波長の黄色系光を発光する黄色系蛍光体層および青色光を透過させる一方、黄色系蛍光体層からの黄色系光を反射する青色透過黄色系反射層を有し、青色光および黄色光が混色されることにより白色光を放射する色変換部と；
   を具備することを特徴とする照明装置。
6. 青色透過黄色系反射層は、黄色系蛍光体層の発光素子との対向面に密着して配設されていることを特徴とする請求項５記載の照明装置。

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