JP2007214603A - Led lamp and lamp unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDランプおよびランプユニットに関し、特に、白色発光LEDランプに関する。 The present invention relates to an LED lamp and a lamp unit, and more particularly to a white light emitting LED lamp.
発光ダイオード素子(以下、「LED素子」と称する。)は、小型で効率が良く鮮やかな色の発光を示す半導体素子であり、優れた単色性ピークを有している。LED素子を用いて白色発光をさせる場合、例えば赤色LED素子と緑色LED素子と青色LED素子とを近接して配置させて拡散混色を行わせる必要があるが、各LED素子が優れた単色性ピークを有するがゆえに、色むらが生じやすい。すなわち、各LED素子からの発光が不均一で混色がうまくいかないと、色むらが生じた白色発光となってしまう。このような色むらの問題を解消するために、青色LED素子と黄色蛍光体とを組み合わせて白色発光を得る技術が開発されている(例えば、特許文献1参照。)。 A light-emitting diode element (hereinafter referred to as an “LED element”) is a semiconductor element that is small, efficient, and emits brightly colored light, and has an excellent monochromatic peak. When emitting white light using an LED element, for example, it is necessary to arrange a red LED element, a green LED element, and a blue LED element in close proximity to perform diffusion color mixing, but each LED element has an excellent monochromatic peak. Therefore, uneven color tends to occur. That is, if the light emission from each LED element is not uniform and color mixing is not successful, white light emission with uneven color will occur. In order to solve such a problem of color unevenness, a technique for obtaining white light emission by combining a blue LED element and a yellow phosphor has been developed (for example, see Patent Document 1).
この公報に開示されている技術によれば、青色LED素子からの発光と、その発光で励起され黄色を発光する黄色蛍光体からの発光とによって白色発光を得ている。この技術では、1種類のLED素子だけを用いて白色発光を得るので、複数種類のLED素子を近接させて白色発光を得る場合に生じる色むらの問題を解消することができる。
従来、LED素子は主に表示素子としての応用展開がなされてきたために、LED素子を照明用ランプとして用いる場合の研究開発というのはあまりなされていない。LED素子を表示素子として用いる場合、LED素子から発光される自発光が有している発光色の特性を問題にすればよいが、ランプとして用いる場合には、物を照らす際の演色性も問題とする必要がある。この演色性の最適化まで検討したLEDランプというのは未だ開発されていないのが実情である。 Conventionally, since LED elements have been mainly applied as display elements, there has been little research and development in the case of using LED elements as illumination lamps. When using an LED element as a display element, it is only necessary to consider the characteristics of the color of light emitted from the self-emission emitted from the LED element, but when using it as a lamp, the color rendering property when illuminating an object is also a problem. It is necessary to. The fact is that LED lamps that have been studied up to the optimization of color rendering have not been developed yet.
上記公報に開示されたLED素子は、確かに白色発光を行うことができるが、そのLED素子をランプとして用いる場合には、次のような問題があることを本願発明者は見出した。上記従来のLED素子は、青色LED素子の発光と黄色蛍光体の発光とによって白色系の発光色を作り出しているので、赤色成分となる600nm以上の発光スペクトルが不足している。600nm以上の発光スペクトル(赤色成分)が不足していると、照明やバックライトに適用する場合に赤色の再現が低くなるという問題が生じる。さらに、赤色成分が不足しているので、相関色温度が比較的低い白色発光LED素子を構成することも難しい。本願発明者が調べた結果によると、従来の白色LEDの平均演色評価数Raは、赤の発光スペクトル成分が少なくてもすむ相関色温度が高い光色の場合でも、赤色の再現性の悪さが影響して約85の値を超えることは難しい。赤の色の見えを示す特殊演色評価数R9の値で評価した場合、赤色の再現性の悪さが如実に現れ、従来の白色LEDのR9は、約50近傍の低い値しか示さない。 Although the LED element disclosed in the above publication can surely emit white light, the present inventor has found that there is the following problem when the LED element is used as a lamp. Since the conventional LED element produces a white emission color by the light emission of the blue LED element and the light emission of the yellow phosphor, the light emission spectrum of 600 nm or more which becomes a red component is insufficient. When the emission spectrum (red component) of 600 nm or more is insufficient, there arises a problem that red reproduction becomes low when applied to illumination or a backlight. Furthermore, since the red component is insufficient, it is difficult to construct a white light emitting LED element having a relatively low correlated color temperature. According to the results of investigation by the inventors of the present application, the average color rendering index Ra of the conventional white LED is inferior in red reproducibility even in the case of a light color having a high correlated color temperature that requires a small amount of red emission spectrum component. It is difficult to influence and exceed a value of about 85. When evaluated with the value of the special color rendering index R9 indicating the appearance of red color, the poor red reproducibility appears clearly, and the conventional white LED R9 shows only a low value in the vicinity of about 50.
また、本願発明者は、上記公報に開示されたLED素子の構成にさらに赤色蛍光体を設けて600nm以上の発光スペクトルを補うようにした構成も検討した。しかし、この構成では、青色LEDの発光によって赤色蛍光体を励起して赤色を発光させることになるため、エネルギー変換効率が非常に悪くなる。すなわち、青色を用いて赤色にすることは変換波長が大きいことを意味しているため、ストークスの法則に従ってエネルギー変換効率が非常に低下する。それゆえ、LEDランプの発光効率が極めて低くなってしまうので、赤色蛍光体を用いる構成は実用的ではない。 In addition, the inventor of the present application also examined a configuration in which a red phosphor is further added to the configuration of the LED element disclosed in the above publication to supplement an emission spectrum of 600 nm or more. However, in this configuration, the red phosphor is excited by the light emission of the blue LED to emit red light, so that the energy conversion efficiency is very poor. In other words, using blue to make red means that the conversion wavelength is large, so that the energy conversion efficiency is greatly reduced according to Stokes' law. Therefore, since the luminous efficiency of the LED lamp becomes extremely low, a configuration using a red phosphor is not practical.
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、色再現性が良く発光効率も高いLEDランプを提供することにある。 The present invention has been made in view of such various points, and a main object thereof is to provide an LED lamp having high color reproducibility and high luminous efficiency.
本発明による第1のLEDランプは、青色発光LED素子と、赤色発光LED素子と、前記青色発光LED素子によって励起される蛍光体であって、前記青色発光LED素子が発光する青色の波長帯域と前記赤色発光LED素子が発光する赤色の波長帯域との間の波長帯域の発光強度を補う発光スペクトルを発光する蛍光体とを備えるLEDランプであって、前記LEDランプの相関色温度が5000K以上であって、演色性評価の基準光源が合成昼光の場合において、前記青色発光LED素子のピーク波長は、450nmから460nmの範囲にあり、前記赤色発光LED素子のピーク波長は、600nm以上であり、かつ、前記蛍光体の発光ピーク波長は、520nmから545nmの範囲にある。 A first LED lamp according to the present invention includes a blue light emitting LED element, a red light emitting LED element, a phosphor excited by the blue light emitting LED element, and a blue wavelength band emitted by the blue light emitting LED element; An LED lamp including a phosphor that emits an emission spectrum that compensates for emission intensity in a wavelength band between the red wavelength band emitted by the red light emitting LED element, and the correlated color temperature of the LED lamp is 5000 K or more. When the reference light source for color rendering evaluation is synthetic daylight, the peak wavelength of the blue light emitting LED element is in the range of 450 nm to 460 nm, and the peak wavelength of the red light emitting LED element is 600 nm or more, The emission peak wavelength of the phosphor is in the range of 520 nm to 545 nm.
本発明による第2のLEDランプは、青色発光LED素子と、赤色発光LED素子と、前記青色発光LED素子によって励起される蛍光体であって、前記青色発光LED素子が発光する青色の波長帯域と前記赤色発光LED素子が発光する赤色の波長帯域との間の波長帯域の発光強度を補う発光スペクトルを発光する蛍光体とを備えるLEDランプであって、前記LEDランプの相関色温度が5000K未満であって、演色性評価の基準光源が黒体放射の場合において前記青色発光LED素子のピーク波長は450nmから460nmの範囲にあり、前記赤色発光LED素子のピーク波長は、615nmから650nmの範囲にあり、かつ、前記蛍光体の発光ピーク波長は、545nmから560nmの範囲にある。 A second LED lamp according to the present invention is a blue light emitting LED element, a red light emitting LED element, a phosphor excited by the blue light emitting LED element, and a blue wavelength band emitted by the blue light emitting LED element; An LED lamp including a phosphor that emits an emission spectrum that compensates for emission intensity in a wavelength band between the red wavelength band emitted by the red light emitting LED element, and the correlated color temperature of the LED lamp is less than 5000K When the reference light source for color rendering evaluation is black body radiation, the peak wavelength of the blue light emitting LED element is in the range of 450 nm to 460 nm, and the peak wavelength of the red light emitting LED element is in the range of 615 nm to 650 nm. The emission peak wavelength of the phosphor is in the range of 545 nm to 560 nm.
ある実施形態において、前記蛍光体は、前記青色発光LED素子によって励起されて黄色を発光する黄色発光蛍光体である。 In one embodiment, the phosphor is a yellow light emitting phosphor that emits yellow light when excited by the blue light emitting LED element.
ある実施形態において前記黄色発光蛍光体は、YAG蛍光体、またはMn発光中心を有する蛍光体である。 In one embodiment, the yellow light emitting phosphor is a YAG phosphor or a phosphor having a Mn emission center.
ある実施形態において、前記赤色発光LED素子のピーク波長は、610nmから630nmの範囲内であって、平均演色評価数であるR1からR8までで構成される色域面積比Gaよりも、特殊演色評価数であるR9からR12までで構成される色域面積比Ga4が高い。 In one embodiment, the peak wavelength of the red light emitting LED element is in a range of 610 nm to 630 nm, and a special color rendering evaluation is performed rather than a color gamut area ratio Ga composed of R1 to R8 that are average color rendering indexes. The color gamut area ratio Ga4 composed of the numbers R9 to R12 is high.
ある実施形態において、前記赤色発光LED素子の発光強度を調節する発光強度調節手段をさらに備えている。 In one embodiment, there is further provided emission intensity adjusting means for adjusting the emission intensity of the red light emitting LED element.
ある実施形態において、前記発光強度調節手段は可変抵抗器である。 In one embodiment, the light emission intensity adjusting means is a variable resistor.
ある実施形態において、前記青色発光LED素子と、前記赤色発光LED素子と、前記蛍光体とが一体素子構成されている。 In one embodiment, the blue light-emitting LED element, the red light-emitting LED element, and the phosphor are configured as an integral element.
ある実施形態において、前記青色発光LED素子の発光部位と、前記赤色発光LED素子の発光部位とが、一つのチップ内に設けられている。 In one embodiment, the light emitting portion of the blue light emitting LED element and the light emitting portion of the red light emitting LED element are provided in one chip.
ある実施形態において、前記青色発光LED素子および前記蛍光体を含むLED素子と、前記赤色発光LED素子とがクラスタ構成されている。 In one embodiment, the blue light-emitting LED element and the LED element including the phosphor and the red light-emitting LED element are clustered.
本発明のランプユニットは、上記のの何れか一つに記載のLEDランプと、前記LEDランプに電力を供給する電力供給器とを備えている。 A lamp unit of the present invention includes the LED lamp according to any one of the above, and a power supply unit that supplies power to the LED lamp.
ある実施形態において、前記LEDランプから発する光を反射する反射板をさらに備えている。 In one embodiment, a reflection plate that reflects light emitted from the LED lamp is further provided.
本発明のLEDランプによると、赤色発光LED素子が設けられているので、従来のLED素子による白色発光において不足していた600nm以上の発光スペクトルを、ランプの発光効率を落とすことなく導入することができる。このため、色再現性が良く且つ発光効率も高い白色発光可能なLEDランプを提供することができる。 According to the LED lamp of the present invention, since the red light emitting LED element is provided, it is possible to introduce an emission spectrum of 600 nm or more, which is insufficient in white light emission by the conventional LED element, without reducing the luminous efficiency of the lamp. it can. For this reason, it is possible to provide an LED lamp capable of emitting white light with good color reproducibility and high luminous efficiency.
また、青色発光LED素子のピーク波長が450nmから470nmの範囲にあり、赤色発光LED素子のピーク波長が610nmから630nmの範囲にあり、かつ、蛍光体の発光ピーク波長が520nmから560nmの範囲にある場合、優れた色再現性を有するLEDランプを実現することができる。さらに、赤色発光LED素子の発光強度を調整する発光強度調整手段がさらに備えられている場合には、赤色発光LED素子の発光強度を調整することができるため、光色可変LEDランプを提供することができる。 The peak wavelength of the blue light emitting LED element is in the range of 450 nm to 470 nm, the peak wavelength of the red light emitting LED element is in the range of 610 nm to 630 nm, and the emission peak wavelength of the phosphor is in the range of 520 nm to 560 nm. In this case, an LED lamp having excellent color reproducibility can be realized. Furthermore, when the light emission intensity adjusting means for adjusting the light emission intensity of the red light emitting LED element is further provided, the light intensity of the red light emitting LED element can be adjusted, and therefore a light color variable LED lamp is provided. Can do.
本発明のLEDランプによると、赤色発光LED素子が設けられているので、色再現性が良く且つ発光効率も高い白色発光可能なLEDランプを提供することができる。また、赤色発光LED素子の発光強度を調整する発光強度調整手段がさらに備えられている場合には、赤色発光LED素子の発光強度を調整することができるため、光色可変LEDランプを提供することができる。 According to the LED lamp of the present invention, since the red light emitting LED element is provided, it is possible to provide an LED lamp capable of emitting white light with good color reproducibility and high luminous efficiency. Moreover, when the light emission intensity adjusting means for adjusting the light emission intensity of the red light emitting LED element is further provided, the light intensity of the red light emitting LED element can be adjusted. Can do.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の図面においては、説明を簡明にするために、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)
図1は、本実施形態にかかるLEDランプ100の構成を模式的に示している。LEDランプ100は、青色発光LED素子11と、赤色発光LED素子12と、青色発光LED素子11によって励起され発光する蛍光体13とを備えている。 青色発光LED素子11は、例えば、GaN系青色LEDチップであり、そして赤色発光LED素子12は、例えば、AlInGaP系、GaAsP系、または、GaAlAs系の赤色LEDチップである。本実施形態におけるGaN系青色LEDチップは、GaN系材料の発光層を有する青色発光LEDベアチップであり、赤色LEDチップは、AlInGaP系、GaAsP系、または、GaAlAs系材料の発光層を有する赤色発光LEDベアチップである。そのような材料からなる発光層が、LEDの発光部位となる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of simplicity.
(Embodiment 1)
FIG. 1 schematically shows the configuration of an
蛍光体13は、青色発光LED素子(青色LEDチップ)11が発光する青色の波長帯域と赤色発光LED素子(赤色LEDチップ)12が発光する赤色の波長帯域との間の波長帯域の発光強度を補う発光スペクトルを発光する。蛍光体13は、例えば、青色LEDチップ11によって励起されて緑色から黄色の範囲のいずれかの色を発光する蛍光体であり、好ましくは、黄色発光蛍光体または緑色発光蛍光体である。なお、蛍光体13の発光は、蛍光だけに限らず、燐光であってもよい。
The
図2は、LEDランプ100の分光分布(発光スペクトル分布)を模式的に示しており、波長を横軸とし、発光強度を縦軸としている。図2に示すように、LED100の発光スペクトル分布は、青色LEDチップ11から発光された青色発光スペクトル(B)21と、青色LEDチップ11によって励起されて発光される蛍光体13の緑色から橙色の範囲のいずれかの色(例えば、黄色)の発光スペクトル(G−Y)22と、赤色LEDチップ12から発光される赤色発光スペクトル(R)23とを含んでいる。
FIG. 2 schematically shows the spectral distribution (emission spectrum distribution) of the
図2に示したように、LEDランプ100の分光分布は、発光スペクトル21および22に加えて、赤色成分の発光スペクトル23も含んでいるので、従来のLED素子による白色発光において不足していた600nm以上の発光スペクトルが補われた白色発光を行うことができる。赤色発光スペクトル23は、青色LEDチップ11によって励起されて蛍光体から発光される成分ではなく、赤色LEDチップ12から発光される成分であるため、ランプの発光効率が低下することもない。すなわち、青色LEDチップ11の発光を用いて赤色の発光スペクトルを生成する場合には、青色から赤色への変換波長が大きいためにストークスの法則にしたがってランプの発光効率が著しく低下してしまう。これに対し、ランプ100では、赤色の発光スペクトル23を赤色LEDチップ12から直接生成させているため、ランプの発光効率の低下を起こすことなく、赤色成分を補った色再現性の良い白色系の発光をすることができる。
As shown in FIG. 2, the spectral distribution of the
また、図2に示した発光スペクトル21、22および23を、それぞれLEDチップから直接生成させるようにした場合、各LEDチップは単色性ピークを有しているため、均一な白色系の発光となるように拡散混色を行わせることが難しく、それゆえに色むらが生じることとなる。本実施形態のLEDランプ100では、青色LEDチップ11の青色発光スペクトル21と、赤色LEDチップ12の赤色発光スペクトル23との間に位置する発光スペクトルの発光強度を補うために、青色LEDチップ11によって励起される蛍光体13からの発光スペクトル22を使用している。このため、発光スペクトル21、22および23のそれぞれを各LEDチップから直接生成させる場合よりも、拡散混色を行わせることが容易であり、その結果、色むらを防止・抑制した白色発光を行うことが可能となる。
In addition, when the
青色LEDチップ11、蛍光体13、および赤色LEDチップ12は、それぞれ発光する発光スペクトル21、22および23の発光ピーク波長によって特徴づけることが可能である。青色LEDチップ11は、例えば500nm以下の発光ピーク波長を有しており、赤色LEDチップ12は、例えば600nm以上の発光ピーク波長を有している。なお、青色LEDチップ11として、例えば540nm以下の発光ピーク波長を有する青緑LEDチップを用いることも可能である。本明細書において「青色LEDチップ(青色発光LED素子)」は、「青緑LEDチップ(青緑発光LED素子)」を包含するものとする。青緑LEDチップを使用する場合には、青緑LEDチップによって励起されて発光する蛍光体を使用する構成にすればよい。
The
蛍光体13は、青色LEDチップ11の発光ピーク波長と赤色LEDチップ12の発光ピーク波長との間に、蛍光体の発光ピーク波長を有している。蛍光体13が黄色発光蛍光体の場合、蛍光体13は、例えば540〜590nmの間、好ましくは550〜590nmの間に発光ピーク波長を有している。なお、蛍光体13が緑色発光蛍光体の場合には、例えば480〜560nmの間、好ましくは500から560nmの間に発光ピーク波長を有している。
The
図3に示すように、発光スペクトル22が例えばブロードとなる場合、必ずしも発光スペクトル21(B)と23(R)との間に明確な発光ピークが存在しなくてもよい。蛍光体13に明確な発光ピーク波長が存在しない場合には、発光スペクトル21(B)と23(R)との間に位置する領域において仮想的な発光ピーク波長を想定して蛍光体13の発光スペクトルを特徴づけるようにしてもよい。その場合、仮想的な発光ピーク波長は、例えば、発光スペクトル21(B)および23(R)のそれぞれの発光ピーク波長の間(例えば、中間点)とすることができる。
As shown in FIG. 3, when the
再び図1を参照する。図1に示した白色発光LEDランプ100は、青色LEDチップ11と、赤色LEDチップ12と、蛍光体13とが一体素子構成されている。詳細に説明すると、青色LEDチップ11と赤色LEDチップ12とは共に、リードフレーム14の一部として形成された例えば皿状(またはカップ状)の台座17上に配置されており、青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12を覆うようにして台(台座)17上に蛍光体13が形成されている。なお、青色LEDチップ11によって蛍光体13が発光するように構成されていればよいため、蛍光体13が青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12の一部を覆う構成であってもよいし両者を覆わない構成であってもよい。
Refer to FIG. 1 again. In the white light emitting
青色LEDチップ11の下端(下部端子)は、台17に接触するように配置されてリード14aに電気的に接続されており、青色LEDチップ11の上端(上部端子)は、ボンディングワイヤ15を介してリード14bに電気的に接続されている。一方、赤色LEDチップ12の下端もまた台17上に接触するように配置されてリード14aに電気的に接続されており、その上端は、ボンディングワイヤ15を介してリード14cに電気的に接続されている。
The lower end (lower terminal) of the
本実施形態では、LEDベアチップの上下に、LEDの電極となるアノードとカソードとを設けた例を示したが、これに限定されず、アノードとカソードをLEDベアチップの片面に設けた構成にしてもよい。LEDベアチップは、公知の方法によって作製することができ、例えば、基板上にLEDの発光層を成長させることによって得ることができる。また、本実施形態では、LEDチップをワイヤーボンディングして電気的接続を行っているが、これに限らず、LEDチップをフリップチップ実装してもよい。この場合には、ボンデイングワイヤ15が存在しない構成にすることができる。
In the present embodiment, an example in which an anode and a cathode that are electrodes of an LED are provided above and below the LED bare chip has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the anode and the cathode may be provided on one side of the LED bare chip. Good. The LED bare chip can be produced by a known method, and can be obtained, for example, by growing a light emitting layer of an LED on a substrate. In this embodiment, the LED chip is wire-bonded for electrical connection. However, the present invention is not limited to this, and the LED chip may be flip-chip mounted. In this case, the
リードフレーム14は、不図示の外部回路(例えば点灯回路)に電気的に接続されており、リードフレーム14に電力を供給して、青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12を動作させると、赤色成分が補われた白色光がランプ100から発光することになる。また、リードフレーム14に供給する電力を調節することによって、ランプ100の明るさを制御することができる。
The
青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12が配置された台17と、ボンディングワイヤ15と、リードフレーム14の一部は、砲弾状の透明樹脂部16によって封入されており、透明樹脂部16は、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂から構成されている。なお、透明樹脂部16の形状は、砲弾状に限定されず、例えば、SMD(サーフェイス・マウント・デバイス)のチップ型(直方体型など)のような形状にしてもよい。
A
図1に示した一体素子型(一素子型)のLEDランプ100では、青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12に対して共用のリード14aを使用し、青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12を共通の台17上に配置しているので、青色LEDチップ11と赤色LEDチップ12とを熱的に結合することができる。両者(11および12)を熱的に結合させると、ほぼ同一温度で使用することができるので、素子温度特性の制御を簡素化することが可能となる。すなわち、共用のリード14aを用いずに、4本のリードを用いて、青色LEDチップ11と赤色LEDチップ12とをそれぞれ個別の台の上に配置して動作させた場合には、半導体素子であるLEDチップ11および12はその動作において温度依存性を有しているので、青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12のそれぞれについて素子温度特性の制御をする必要があるが、青色LEDチップ11と赤色LEDチップ12とを共通の台17の上で熱的に結合させることによって簡便に動作の温度補償を行うことができる。また、4本のリードを用いる構成よりも、図1に示した構成の方がリード(引き出しリード)の数を減らすことができるため、ランプの製造コストを減らすこともできる。
In the integrated element type (one element type)
なお、リードフレーム14のリードの数は、1本を共用のリード14aとした場合の3本に限定されず、勿論、共用のリード14aを用いない構成の4本にしてもよい。また、青色LEDチップ11と赤色LEDチップ12とのそれぞれの順電流方向を同一にした上で、両者を直列に電気的に接続すれば、リードの数を最小の2つにすることも可能である。
Note that the number of leads of the
また、LEDランプ100は、一体素子型であるので、ランプの寸法を比較的小さくすることが可能である。さらに、台17の上に青色LEDチップ11と赤色LEDチップ12とを共に載置し、その上に蛍光体13を形成しているので、青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12からの発光を蛍光体13が散乱拡散することができる。このため、混光照明時の混光ムラをより効果的に低減させることができる。すなわち、青色LEDチップ11の発光と赤色LEDチップ12の発光とを混色させる場合にもある程度の混色ムラが生じることになるが、LEDランプ100では、各LEDチップからの発光は蛍光体13を通過する際に散乱拡散して混色されるため、混色ムラが低減された白色光となる。また、混色ムラを低減させる目的で、例えば透明樹脂部16の表面に凹凸を施して、さらに散乱拡散をさせるようにすることも可能である。
Further, since the
図4に、LEDランプ100における実際の発光スペクトル分布の一例を示す。図4からわかるように、青色LEDチップ11の発光スペクトル21(発光ピーク波長:460nm、ピーク発光強度:約40)および黄色発光蛍光体13の発光スペクトル22(発光ピーク波長:570nm、ピーク発光強度:約20)に加えて、赤色LEDチップ12の発光スペクトル23(発光ピーク波長:610nm、ピーク発光強度:約100)が含まれている。このため、LEDランプ100によれば、従来技術における青色LEDチップで蛍光体を励起したときに不足する赤色発光のスペクトルパワーを補うことができる。
FIG. 4 shows an example of an actual emission spectrum distribution in the
また、この赤色発光のスペクトルパワーは、赤色LEDチップ12の発光によって補われているので、仮に赤色発光蛍光体で同様の赤色発光のスペクトルパワーを補った場合よりも、高い発光効率を有するLEDランプを提供することが可能となる。赤色LEDチップ12の発光ピーク波長は、上述したように580nm以上であればよいが、色を鮮やかに見せる色再現上の特性(色再現性)は、赤色LEDチップ12の発光波長ピークが600nm以上になると、視細胞のL錐体(赤に相当する刺激に反応する視細胞)に対する刺激純度が高まるため、特に優れるようになる。このため、発光ピーク波長は600nm以上に設定することが好ましい。
Further, since the spectrum power of the red light emission is supplemented by the light emission of the
なお、今日において、600nmを超えた発光スペクトルを高効率で発光するLED素子用蛍光体(赤色発光蛍光体)が存在していないのが現状であり、比較的安価な赤色LEDチップ12(GaAsP系またはGaAlAs系の赤色LEDチップ)によって赤色成分を補うようにすることは利点が大きい。勿論、比較的高価であるがより高い発光効率を有するAlInGaP系LEDチップを用いてもよい。また、蛍光体の発光スペクトルと異なり、赤色LEDチップ12の発光スペクトルは狭いため、従来の構成において不足していた赤色成分だけを簡便に導入することができる。
In addition, at present, there is no LED element phosphor (red light emitting phosphor) that emits an emission spectrum exceeding 600 nm with high efficiency, and a relatively inexpensive red LED chip 12 (GaAsP type). It is also very advantageous to supplement the red component with a GaAlAs red LED chip). Of course, an AlInGaP-based LED chip that is relatively expensive but has higher luminous efficiency may be used. Further, unlike the emission spectrum of the phosphor, the emission spectrum of the
本実施形態のLEDランプ100では、赤色発光スペクトルパワーを赤色LEDチップ12の発光によって与えるようにしているので、赤色発光スペクトルパワーを電気的にコントロールすることができる。従って、赤色発光スペクトルの強度を簡単に調節することができ、その結果、簡便な構成によって色温度可変光源を提供することが可能となる。すなわち、黄色発光蛍光体13の発光強度は基本的にその励起源である青色LEDチップ11の発光強度に相関するため、青色LEDチップ11の発光強度と赤色LEDチップ12の発光強度とを設定することによって、任意の光色を得ることができるようになる。
In the
図5(a)から(d)は、光色可変を説明するためのLEDランプ100の分光分布の変化を示している。図5(a)から(d)に向かうほど、赤色発光スペクトル23の強度が高くなっている。赤色発光スペクトル23の強度が高くなるに従って、LEDランプ100の相関色温度は低下することになる。すなわち、赤色発光スペクトル23の強度を調節することによって、LEDランプ100の光色を任意に変えることが可能になる。従って、例えば、昼光色、昼白色、白色、温白色、電球色などの各種相関色温度を有する光色を得ることができる。
FIGS. 5A to 5D show changes in the spectral distribution of the
光色可変LEDランプは、例えば、本実施形態のLEDランプ100を図6に示す回路構成にすることよって実現することが可能である。図6に示した回路200は、青色LEDチップ11と、青色LEDチップ11の発光強度を調節する発光強度調節手段(発光強度調節器)11aと、赤色LEDチップ12と、赤色LEDチップ12の発光強度を調節する発光強度調節手段(発光強度調節器)12aとを備えている。図6に示した構成では、発光強度調節手段として可変抵抗を用いている。この構成によれば、青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12の発光強度比を調節することができるため、任意の光色を発光させることができる。さらに、ランプの明るさも簡便に調節することができる。
The light color variable LED lamp can be realized, for example, by making the
なお、青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12の発光強度比を変えることによって発光色の相関色温度を変えることが可能であるので、青色LEDチップ11に連結される発光強度調節手段11aには単に固定抵抗を用いて、赤色LEDチップ12に連結される発光強度調節手段12aにだけ可変抵抗を用いるようにしても、光色可変LEDランプを実現することができる。発光強度調節手段としては、可変抵抗に限定されず、固定抵抗を切り替える手段、ラダー抵抗を使用する手段、周波数制御による手段、時分周点灯による手段、負荷となるLED素子の連結個数を変える手段、または、結線法を切り替える手段などを用いることができる。なお、青色LEDチップ11および赤色LEDチップ12の発光強度比を変えれば、光色可変LEDランプを実現することができるので、赤色LEDチップ12の発光強度を固定して、青色LEDチップ11の発光強度を変えるような構成にしてもよい。
Since the correlated color temperature of the emission color can be changed by changing the emission intensity ratio of the
図7は、本実施形態のLEDランプ100の色度を示している。図7を参照しながら、蛍光体13として黄色発光蛍光体を用いた場合における本実施形態のLEDランプ100の光色可変が可能な範囲について説明する。黄色発光蛍光体13は、例えば、YAG蛍光体、またはMn発光中心を有する蛍光体である。上述したように、黄色発光蛍光体13として、YAG蛍光体を用いるときには、下式のaが少なくbが多い場合の方が緑みが強い蛍光体となり、発光効率を高めるという観点から好ましい。
FIG. 7 shows the chromaticity of the
YAG=(Y1−a,Gda)3(Al1−b,Gab)5O12:Ce
図7中の領域41は、青色LEDチップ11の色度であり、青色LEDチップ11は、440から480nm近傍に発光ピークを有している。曲線42は、黄色発光蛍光体(YAG蛍光体)13の色度である。YAG蛍光体13の組成中のaが少なくbが大きいほど、図7中の色度座標上でyが大きくxが小さくなる。YAG蛍光体13は、440から480nm近傍に励起スペクトルピークを有するため、領域41に発光光色の範囲がある青色LEDチップ11によって高効率で励起される。
YAG = (Y 1-a, Gd a) 3 (Al 1-b, Ga b) 5 O 12: Ce
A
領域41と曲線42とによって囲まれる範囲45の色度が、青色LEDチップ11と黄色発光蛍光体(YAG蛍光体)13によって実現しうる理論的な色度範囲となる。しかし、範囲45内であっても発光光色が曲線42に近づけば近づくほど、励起源である青色LEDチップ11自身の出力が減るわけであるから、実際上は、LEDランプから高効率な発光を得るようとすると、範囲45内における領域41と曲線42との中間に位置する色度範囲に色温度可変可能な範囲を設定することが好ましい。このような範囲の白色発光の色度と混色されることとなる赤色LEDチップ12の色度の範囲44は、演色という観点から600nm近傍にある。このため、混光された光が広い相関色温度の範囲において黒体放射軌跡30から離れないようにするには、青色LEDチップ11と黄色発光蛍光体13による白色発光の色度は、黒体放射軌跡30より上方に位置し、高い相関色温度を持つような範囲43内にあることが望ましい。
The chromaticity in a
その結果として、範囲43内の白色発光の色度と、範囲44内の赤色LEDチップ12の色度とによって囲まれる色度範囲(すなわち、図中の線31と線32の間の領域)で相関色温度を可変できるLEDランプを実現することができる。言い換えると、JISやCIE(国際照明委員会)で規定される蛍光ランプの光源色の色度範囲に準ずる発光色(JIS;昼光色、昼白色、白色、温白色、電球色。CIE;Daylight、Cool white、White、Warm white)を得ることができ、加えて、それらの発光色の色度範囲を結んだ領域の色度にすることもできる光色可変なLEDランプを実現することができる。図中の線33は、本実施形態のLEDランプ100の色度を変化させた例を示している。すなわち、より黒体放射軌跡30に近い状態で、相関色温度を大きく変化させることができる例を示している。
As a result, in the chromaticity range surrounded by the chromaticity of the white light emission within the
図7に示した例において、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長を630nm以下に設定すると、その光色変化の軌跡が黒体放射軌跡に沿うため、比較的広い相関色温度の範囲で、黒体放射軌跡30近傍における光色可変を可能とすることができる。その結果、平均演色評価数を高めることが可能となる。
In the example shown in FIG. 7, when the emission peak wavelength of the
なお、広い範囲での相関色温度可変を目的とせずに、低色温度光源としての使用を意図するのであれば、青色LEDチップ11と黄色発光蛍光体13による範囲43内の白色発光の色度と赤色LEDチップ44の色度に囲まれる範囲は、線31と線32の間の領域に限定されず、範囲45内において適宜決定すればよい。
If it is intended to be used as a low color temperature light source without aiming at changing the correlated color temperature in a wide range, the chromaticity of white light emission in the
上記実施形態では、蛍光体13として黄色発光蛍光体を用いた場合の説明をしてきたが、黄色発光蛍光体に代えて、青色LEDチップ11によって励起され緑色を発光する緑色発光蛍光体を用いることも可能である。緑色発光蛍光体は、例えば480から560nmの発光ピーク波長を有しており、緑色発光蛍光体としては、例えば、YAG蛍光体、または、Tb、Ce、Eu、およびMnの内の少なくとも1つを発光中心としてドープした蛍光体を用いることができる。なお、照明光としての演色性の改善のために、発光ピーク波長の異なる蛍光体を複数種類用いることも可能である。現在、最も視感効率の高い555nmの近傍で高効率に発光するLED素子が存在しないため、この近傍の発光を蛍光体による発光で補うことは大きな意義を有している。また、上記実施形態においては、無機蛍光体を用いた場合を示したが、無機蛍光体に代えて、同様な発光ピークを有する有機蛍光体を用いてもよい。有機ELの開発に伴って、近年、実用可能な有機蛍光体が研究・開発されているため、無機蛍光体のみならず、有機蛍光体も使用可能な状況になりつつあるからである。
In the above embodiment, the case where a yellow light emitting phosphor is used as the
黄色発光蛍光体と同様に、緑色発光蛍光体の発光強度も、基本的にその励起源である青色LEDチップ11の発光強度に相関するので、青色LEDチップ11の発光強度と赤色LEDチップ12の発光強度とを設定するだけで、任意の光色を得ることができる。従って、緑色発光蛍光体を用いる場合でも、簡便な構成での光色可変LED照明光源を実現することができる。
Similar to the yellow light-emitting phosphor, the light emission intensity of the green light-emitting phosphor basically correlates with the light emission intensity of the
今日において、人間の比視感度の最も高い555nm近傍の帯域に発光スペクトルを有する高効率な緑色発光LED素子が、工業的に実用レベルで存在しないのが実情であるので、この帯域の発光を蛍光体の発光によって高効率に実現することは利点が大きい。 Nowadays, it is a fact that a high-efficiency green light-emitting LED element having an emission spectrum in a band near 555 nm, which has the highest human relative visual acuity, does not exist industrially at a practical level. Achieving high efficiency by light emission from the body has great advantages.
さらに、緑色発光蛍光体を用いた構成の場合には、青色LEDチップ11、緑色発光蛍光体13、赤色LEDチップ12の各発光スペクトルを、R・G・Bの比較的狭帯域な範囲に集中させることが可能となる。このため、例えば3波長域発光形光源のように色域面積比の大きい色鮮やかな色再現特性を示す光源を構成することができる。つまり、この構成によれば、バックライトに用いる場合においても、高輝度で、且つ、色再現の色域面積が広い表示を行うことが可能となる。本構成においても、赤色発光LEDの発光ピーク波長を600nm以上にすると、黄色発光蛍光体の場合と同様に赤に対する刺激純度が高まるため、より良好な色再現性を得ることができる。
Further, in the case of a configuration using a green light emitting phosphor, the emission spectra of the
なお、緑色発光蛍光体を用いた構成の場合、照明光の演色性の観点から、青色LEDチップ11の発光ピーク波長が440から470nmであり、緑色発光蛍光体の発光ピーク波長が520から560nmであり、そして赤色LEDチップ12の発光ピーク波長が600から650nmであることが望ましい。また、バックライトとしての色再現の観点からは、青色LEDチップ11の発光ピーク波長が440nm以下であり、緑色発光蛍光体の発光ピーク波長が510から550nmであり、そして赤色LEDチップ12の発光ピーク波長が610nm以上、望ましくは630nm以上であることが好ましい。
(実施形態2)
本実施形態では、青色LEDチップ11と、赤色LEDチップ12と、蛍光体13との好適な組み合わせについて説明する。上記実施形態1のLEDランプ100によれば、上述したように、赤色LEDチップ12により、従来のLED素子による白色発光において不足していた赤色発光スペクトルを導入できるため、色再現性の良いLEDランプを提供することができる。このLEDランプの色再現性を評価する上で問題となるのは、色再現性の評価方法である。以下、この問題を説明する。
In the case of the configuration using the green light emitting phosphor, from the viewpoint of the color rendering property of the illumination light, the emission peak wavelength of the
(Embodiment 2)
In the present embodiment, a suitable combination of the
実施形態1のLEDランプ100では、従来不足していた赤色発光スペクトルが導入されているので、赤色の見えを示す特殊演色評価数R9および平均演色評価数Raが、従来の白色LEDランプよりも向上することは容易に理解できる。しかし、LEDランプの色再現性は、これらの評価数による評価方法だけで判断するのは適切でない。すなわち、従来から照明用光源として使用されている蛍光ランプ、電球、およびHID光源の発光に比べて、LEDの発光は、色を非常に鮮やかに見せるという傾向を有しているが、従来の平均演色評価数や特殊演色評価数だけの評価は、LEDを光源としたときの演色性の特徴を十分捉えきれない。LEDの発光が色を非常に鮮やかに見せるのは、LEDを照明に用いる際に特徴的な事象であり、半値幅の狭い狭帯域で、かつ、副発光波長のない高色純度の分光分布を有するというLEDの特徴に起因するものである。
In the
実施形態1のLEDランプ100では、可視発光帯域における短波長側の青および長波長側の赤にLEDの半値幅の狭い発光を有している(図4参照)。それゆえ、蛍光ランプなどの光源と比べて、色を非常に鮮やかに見せることが可能である。本願発明者は、多数の実験・検討の下、LEDランプ100にとって好適な分光分布を導きだすことに成功した。以下、本願発明者が行ったLEDランプ100についての色再現性の最適化手法をまず説明し、その後、LEDランプ100が優れた色再現性を示す好適な分光分布の例を説明する。
In the
まず、従来の演色性評価数による評価の問題を説明する。従来の演色性評価数は、評価する光源と同等の相関色温度を有する合成昼光や黒体放射などの基準光源での各種演色評価色票の色再現を100とおいた場合に、評価したい評価光源での各種演色評価色票の色再現が、当該基準光源での色再現とどれだけずれているかを評価し指標化するものである。それゆえ、評価光源での演色と基準光源での演色が一致した場合が最も評価が高くなる。評価色票が基準光源での演色よりもくすんで見え、その結果、好ましくなく見える場合は当然演色評価は低くなるが、逆に、評価色票が基準光源での演色よりも鮮やかに見え、その結果、好ましく見える場合もまた演色評価は低くなってしまう。つまり、より鮮やかに見えたり、色が目立って見えたりする場合にも、演色評価が低くなるという問題を有している。 First, the problem of evaluation based on the conventional color rendering index will be described. The conventional color rendering index is an evaluation to be performed when the color reproduction of various color rendering evaluation color charts with a reference light source such as synthetic daylight or blackbody radiation having a correlated color temperature equivalent to the light source to be evaluated is 100. It evaluates and indexes how much the color reproduction of the various color rendering evaluation color charts with the light source is different from the color reproduction with the reference light source. Therefore, the evaluation is highest when the color rendering with the evaluation light source matches the color rendering with the reference light source. If the evaluation color chart looks duller than the color rendering with the reference light source and, as a result, looks unfavorable, the color rendering evaluation is naturally lower, but conversely, the evaluation color chart looks more vivid than the color rendering with the reference light source, As a result, the color rendering evaluation also becomes low when it looks favorable. That is, there is a problem that the color rendering evaluation is lowered even when the image looks more vivid or the color looks conspicuous.
今日、日常生活において人間を取りまく物は、木や石などの中彩度の自然物ばかりでなく、鮮やかな青や黄色等のような人工的に鮮やかな着色がなされた色を持った工業製品で満ちあふれている。このため、評価色票が基準光源での演色よりも鮮やかに見える場合に、その光源に対して、低い評価を与えることは必ずしも適切な評価とはいえない。そこで、本願発明者は、LED光源の特徴を生かすべく、LEDランプの分光分布の最適化を行った。以下、本願発明者が行った最適化手法を説明する。 Today, the things that surround human beings in everyday life are not only natural objects with medium saturation such as trees and stones, but also industrial products with artificially vibrant colors such as vivid blue and yellow. It's full. For this reason, when the evaluation color chart looks brighter than the color rendering with the reference light source, giving a low evaluation to the light source is not necessarily an appropriate evaluation. Therefore, the inventor of the present application has optimized the spectral distribution of the LED lamp in order to take advantage of the characteristics of the LED light source. Hereinafter, the optimization method performed by the present inventor will be described.
光源の演色性評価手法は、国際的な整合を持っており、日本ではJIS Z8726に開示されている。この中で、国際規格では規定されていないものの、「演色評価数による以外の演色性の評価法」として色域面積比による方法が、一般にオーソライズされた方法として示されている。この方法は、平均演色評価数計算用の試験色(R1〜R8)で構成される色域面積の比で評価する方法である。より詳細に説明すると、平均演色評価数の算出に用いられるR1からR8までの色度座標を用いるものであり、基準光源によって演色される色度座標上の8点を結んだときの色度座標上の面積と、評価光源によって演色される色度座標上の8点を結んだときの色度座標上の面積との比を求め、それを色域面積比Gaとする評価手法である。 The color rendering property evaluation method of the light source has international consistency, and is disclosed in JIS Z8726 in Japan. Among them, although not defined by international standards, a method based on a color gamut area ratio is generally indicated as an authorized method as a “color rendering property evaluation method other than based on the color rendering index”. This method is a method of evaluating by the ratio of the color gamut area composed of the test colors (R1 to R8) for calculating the average color rendering index. More specifically, the chromaticity coordinates from R1 to R8 used for calculating the average color rendering index are used, and the chromaticity coordinates when 8 points on the chromaticity coordinates rendered by the reference light source are connected. This is an evaluation method in which the ratio between the upper area and the area on the chromaticity coordinates when connecting the eight points on the chromaticity coordinates rendered by the evaluation light source is determined and used as the color gamut area ratio Ga.
この評価手法によれば、Gaが100より小さいときには、彩度が減った色の見えとなるため、くすんで見える傾向にあり、一方、Gaが100より大きいときには、彩度が増した色の見えとなるため、鮮やかに見える傾向にある。このように、基準光源との色再現のずれによる評価でなく、色域面積比による評価を用いると、鮮やかに見える場合において、Raが低くなっても、好ましく見える傾向を示す評価を得ることができる。この評価手法は、LEDの特徴である鮮やかな演色を評価する上で、有効な評価指標であるように思える。しかし、この指標のみを使用した場合、Gaを高めると良い評価になるものの、同様の評価試験色を用いて評価したRaは低下してしまい、基準光源との色再現のずれによる違和感が大きくなってしまう。つまり、Gaの指標のみを使用した場合、Raの指標との整合性がとれなくなってしまう。 According to this evaluation method, when Ga is less than 100, the color appears to be dull because the saturation is reduced. On the other hand, when Ga is greater than 100, the color appears to have increased saturation. Therefore, it tends to look vivid. As described above, when the evaluation based on the color gamut area ratio is used instead of the evaluation based on the color reproduction deviation from the reference light source, it is possible to obtain an evaluation showing a favorable appearance even when Ra is low when the image looks vivid. it can. This evaluation method seems to be an effective evaluation index for evaluating the vivid color rendering characteristic of the LED. However, when only this index is used, Ra is evaluated better when Ga is increased, but Ra evaluated using the same evaluation test color is lowered, and a sense of incongruity due to color reproduction deviation from the reference light source is increased. End up. That is, when only the Ga index is used, consistency with the Ra index cannot be obtained.
そこで、本願発明者は、鮮やかな赤・黄・緑・青についての特殊演色評価数であるR9からR12を用いた色域面積比を、新たな評価指標として導入した。この評価指標による評価方法を説明すると、上述したR1からR8の評価試験色を用いたGaと同様のJISZ8726に示される計算手法に乗っ取って、R1からR8の評価試験色の代わりにR9からR12を用いて色域面積比を求める方法である。以下、本明細書において、特殊演色評価数R9〜R12による色域面積比を「Ga4」と呼ぶこととする。 Therefore, the inventor of the present application introduced a color gamut area ratio using R9 to R12, which are special color rendering evaluation numbers for vivid red, yellow, green, and blue, as a new evaluation index. The evaluation method based on this evaluation index will be described. By taking over the calculation method shown in JISZ8726 similar to Ga using the evaluation test colors R1 to R8 described above, R9 to R12 are substituted for the evaluation test colors R1 to R8. This is a method for obtaining the color gamut area ratio by using it. Hereinafter, in this specification, the color gamut area ratio according to the special color rendering index R9 to R12 is referred to as “Ga4”.
本来、R1からR8は、自然な物の微妙な見えの違いを評価するために選定されたものであり、中彩度の試験色である。これに対して、R9からR12は、本来鮮やかなものの見えを評価するために選定された評価色票である。このため、Ga4を使用することによって、鮮やかに見せたい物が鮮やかに見えているかということを抽出して正確に評価することが可能になる。つまり、中彩度の微妙で正確な色の見えが要求される物に対する見えについては、GaとRaが100に近くなるような自然の物の色に忠実な色再現を行い、かつ、鮮やかな色再現を行いたい物に対する見えについては、Ga4が高くなるような色鮮やかな色再現を行うことが、色再現の最適化となる。このような最適化を行うと、色の彩度のコントラストが高くメリハリを利かせつつ、より自然な色再現を行わせることができる。 Originally, R1 to R8 are selected in order to evaluate a subtle difference in appearance of a natural object, and are test colors of medium saturation. On the other hand, R9 to R12 are evaluation color charts selected for evaluating the appearance of originally vivid objects. For this reason, by using Ga4, it is possible to extract and accurately evaluate whether or not an object that the user wants to show vividly appears. In other words, for objects that require subtle and accurate color appearance with medium saturation, color reproduction that is faithful to the colors of natural objects with Ga and Ra close to 100 and vivid colors As for the appearance of an object to be color-reproduced, performing color reproduction that increases Ga4 is the optimum color reproduction. By performing such optimization, more natural color reproduction can be performed with high contrast of color saturation and sharpness.
本願発明者は、上記実施形態1のLEDランプ100に対して、最適化処理を行い、次のような知見を得た。
This inventor performed the optimization process with respect to the
(1)赤色LEDチップ12の発光ピーク波長が600nm以上であると、平均演色評価数Raを高めることができる。そして、610nmから630nmの範囲内にすると、Raを高めながらGa4を高め、かつ、GaよりもGa4を高くすることができる。つまり、この範囲であれば、微妙で厳密な色再現が望まれる中彩度の色については忠実に色再現することができ、高彩度の色については、鮮やかに色再現を行うことができる。
(1) When the emission peak wavelength of the
青色LEDチップ11の発光ピーク波長が470nm以下であると、Raを高めることができる。そして、450nmから470nmの範囲内にすると、Raを高めながらGa4を高め、かつ、GaよりもGa4を高くすることができる。
Ra can be raised as the light emission peak wavelength of the
そのようなLEDチップと組み合わされる蛍光体13の発光ピーク波長は、520nmから560nmの範囲内にあることが好ましい。545nmから560nmの範囲内にすると、Raを高くできることが多いため、より好ましい。
The emission peak wavelength of the
(2)LEDランプ100の相関色温度が5000K以上であって、演色性評価の基準光源が合成昼光の場合においては、青色LEDチップ11の発光ピーク波長は、450nmから460nmの範囲にあり、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長は、600nm以上であり、かつ、蛍光体13の発光ピーク波長は、520nmから560nmの範囲にあることがさらに好ましい。
(2) When the correlated color temperature of the
(3)LEDランプ100の相関色温度が5000K未満であって、演色性評価の基準光源が黒体放射の場合においては、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長は、615nmから650nmの範囲にあり、かつ、蛍光体13の発光ピーク波長は、545nmから560nmの範囲にあることがさらに好ましい。
(3) When the correlated color temperature of the
(4)LEDランプ100の相関色温度を低いときから高いときまで可変させる場合においては、青色LEDチップ11の発光ピーク波長は、455nmから465nmの範囲にあり、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長は、620nmから630nmの範囲にあり、かつ、蛍光体13の発光ピーク波長は、540nmから550nmの範囲にあることがより好ましい。
(4) When the correlated color temperature of the
色再現の最適化が行われたLEDランプ100の例を、図8から図10ならびに表1から表3に示す。
Examples of the
図8(a)は、相関色温度が低いものの代表として3000Kの場合について最適化を行ったLEDランプ100の分光分布の一例を示している。3000Kは、常用される照明光源において相関色温度の下限に近いレベルである。3000Kの場合、Raの計算時においては比較する基準光源は黒体放射である。この例における青色LEDチップ11の発光ピーク波長は460nmであり、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長は625nmであり、そして、蛍光体13の発光ピーク波長は545nmである。
FIG. 8A shows an example of the spectral distribution of the
図8(b)は、図8(a)に示した分光分布を持つLEDランプ100についてのGaによる色域面積比を示すグラフであり、そして、図8(c)は、Ga4による色域面積比を示すグラフである。下記表1には、上記条件に加えて、図8についてのLEDランプ100の光色の色度値(x,y)、Duv、演色性(Ra、R1〜R15)、色域面積比もあわせて示している。
FIG. 8B is a graph showing the color gamut area ratio by Ga for the
図8(a)と同様に、図9(a)は、相関色温度が中位のものの代表として5000Kの場合について最適化を行ったLEDランプ100の分光分布の一例を示している。5000Kは、Raの計算時においては比較する基準光源が黒体放射から、合成昼光に切り替わるポイントである。この例における青色LEDチップ11の発光ピーク波長は460nmであり、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長は640nmであり、そして、蛍光体13の発光ピーク波長は545nmである。図9(b)および(c)は、それぞれ、GaおよびGa4の色域面積比を示すグラフである。表1と同様に、下記表2には、上記条件に加えて、図9についてのLEDランプ100の光色の色度値(x,y)、Duv、演色性(Ra、R1〜R15)、色域面積比もあわせて示している。
Similar to FIG. 8A, FIG. 9A shows an example of the spectral distribution of the
また、図10(a)は、相関色温度が6700Kの場合について最適化を行ったLEDランプ100の分光分布の一例を示している。6700Kは、常用される照明光源において相関色温度の上限に近いレベルである。6700Kの場合、Raの計算時においては比較する基準光源は合成昼光である。この例における青色LEDチップ11の発光ピーク波長は460nmであり、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長は640nmであり、そして、蛍光体13の発光ピーク波長は545nmである。図10(b)および(c)は、それぞれ、GaおよびGa4の色域面積比を示すグラフである。表1と同様に、下記表3には、上記条件に加えて、図10についてのLEDランプ100の光色の色度値(x,y)、Duv、演色性(Ra、R1〜R15)、色域面積比もあわせて示している。
FIG. 10A shows an example of the spectral distribution of the
青色LEDチップ11と、赤色LEDチップ12と、蛍光体13との組み合わせについて、本願発明者が最適化に際して検討したパターンの代表例を図11から図13に示す。図中の縦軸には、LEDランプ100のRaをとり、横軸には、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長(nm)をとっている。LEDランプ100のRaは、実測またはシミュレーション結果に基づいている。図中の各ポイント(丸印、三角印、四角印)においては、各々、図8(a)〜(c)および表1のような検討が行われている。
Representative examples of patterns studied by the inventors of the present application for the combination of the
図11(a)から(c)は、それぞれ、相関色温度3000K、5000K、6700Kの例である。青色LEDチップ11の発光ピーク波長は450nmに固定しており、蛍光体13の発光ピーク波長は、520nmの緑から560nmの黄色まで変化させている(560nm(丸印)、545nm(三角印)、520nm(四角印))。赤色LEDチップ12の発光ピーク波長(nm)は、595nmから670nmまで変化させている。
FIGS. 11A to 11C are examples of correlated color temperatures of 3000K, 5000K, and 6700K, respectively. The emission peak wavelength of the
同様に、図12(a)から(c)は、それぞれ、相関色温度3000K、5000K、6700Kの例であり、青色LEDチップ11の発光ピーク波長は460nmに固定している。一方、図13(a)から(c)は、それぞれ、相関色温度3000K、5000K、6700Kの例であり、青色LEDチップ11の発光ピーク波長は470nmに固定している。
Similarly, FIGS. 12A to 12C are examples of correlated color temperatures of 3000K, 5000K, and 6700K, respectively, and the emission peak wavelength of the
図8から図13および表1から表3の結果をふまえて、上述した本願発明者による知見をさらに詳述する。 Based on the results of FIGS. 8 to 13 and Tables 1 to 3, the above-mentioned findings by the inventors will be described in further detail.
JISにおいては、高演色な3波長域発光型蛍光ランプは、Ra80以上と規定されている。Ra80以上の高演色性を目指してLEDランプ100を設計する場合、上記結果を総合してみると、平均演色評価数を高める範囲は、赤色LEDチップ12の発光ピークを600nm以上にした範囲であった。このような範囲にすれば、Ra80以上のLEDランプ100が実現可能となる。特に、平均演色評価数が高い点、または平均演色評価数が飽和する傾向が見られる好適な範囲は、赤色LEDチップ12の発光ピークが610nmから630nmの範囲にある場合であった。このような範囲にした場合、微妙で厳密な色再現が望まれる中彩度な色に対しては忠実な演色を行うことができ、それに加えて、LEDランプ100は、可視発光帯域の短波長側と長波長側の両方に半値幅が狭く純度の高いLEDのスペクトルを持っているので、高彩度な色に対しては鮮やかに色再現を行うことができる。つまり、Raの高さに加えて、彩度に関してコントラストがついた、すなわち、色のめりはりのある好ましい視環境を実現することができるようになる。
In JIS, a high color rendering three-wavelength region emission fluorescent lamp is defined as Ra80 or more. When designing the
平均演色評価数を高める範囲は、青色LEDチップ11の発光ピーク波長については、470nm以下であった。これよりも発光ピーク波長が長くなった場合、特に相関色温度が高いLEDランプ100の実現が困難となり、かつ、Raが80を越すことが難しくなることを本願発明者は実験により確認した。加えて、470nmを越えると、相関色温度が低いLEDランプ100を実現しようとしても、Raを高めることができる赤色LEDチップ12の発光ピークの組み合わせ範囲が狭く制限されることがわかった。一方、青色LEDチップ11の発光ピーク波長の下限は、450nm以上にすることが望ましい。450nmを下回ると、Raが90を越すことが困難になり、かつ、特に相関色温度が高いLEDランプ100を実現するときに、組み合わせ可能な蛍光体13の発光波長の帯域がより制限されるためである。
The range for increasing the average color rendering index was 470 nm or less for the emission peak wavelength of the
発光効率の面から検討すると、次のようなことが言える。赤色LEDチップ12の発光ピーク波長が610nmから630nmの範囲から外れると、発光効率(lm/W)は低下するため、発光効率の観点からも、610nmから630nmの範囲内にすることが好ましい。また、青色LEDチップ11の発光ピーク波長も450nmを下回ると、発光効率(lm/W)は低下するので、赤色LEDランプ12と同様に、青色LEDランプ11についても、450nm以上にすることが好ましい。
From the viewpoint of luminous efficiency, the following can be said. When the emission peak wavelength of the
また、LEDチップ(特に、青色LEDランプ11)と組み合わされる蛍光体13の発光ピークの範囲は、520nmから560nmが好ましいことがわかった。各種LEDチップとの組み合わせにおいて、総合的にみて、Raの高い傾向が得られる545nmから560nmの範囲にすることがより好ましい。
Moreover, it turned out that the range of the emission peak of the
さらに、次のようなこともわかった。低色温度から高色温度まで広い相関色温度の範囲で、同一のLEDチップと同一の蛍光体を用いて、同一のピーク波長を有しながら、そのパワー比のみを変化させるLEDランプ100の場合において、平均演色評価数を高めるには、青色LEDチップ11の発光ピークの範囲を455nmから465nmにし、赤色LEDチップ12の発光ピークを620nmから630nmにし、蛍光体13の発光ピークの範囲を540nmから550nmにすることが好ましい。
I also found out that: In the case of the
光色を大きく変化できる光源に特化せず、各種相関色温度でRa90以上の高演色の実現に特化した場合を考えると、次のようなことが言える。なお、Ra90以上の高演色は、CIEの演色性区分で言う演色性グループ1A(Ra≧90)であり、厳密な演色性が必要な用途(例えば、美術館用)に十分使用可能なレベルのものである。相関色温度が比較的高く、演色性評価の基準光源が合成昼光の場合(すなわち、5000K以上の場合)、赤色LEDチップ12の発光ピークは600nm以上、かつ、青色LEDチップ11の発光ピークの範囲は450nmから460nmであり、さらに望ましくは、組み合わされる蛍光体のピーク波長は520nmから545nmにあればよい。一方、相関色温度が比較的低く、演色性評価の基準光源が黒体放射の場合は、赤色LEDチップ12の発光ピークは615nmから650nm、かつ、組み合わされる蛍光体のピーク波長は545nmから560nmにあればよい。
Considering the case of specializing in the realization of high color rendering of
さらに、RaおよびGaが高く、かつ、Ga4が高い範囲の特に優れた例は、図8から図10に示した組み合わせ例である。なお、当該組み合わせの各発光ピーク波長を僅かにずらした場合(例えば、±5〜10nm程度)においても、RaおよびGaが高く、かつ、Ga4が高いLEDランプ100を実現できることは当業者であれば容易に理解可能である。
Furthermore, particularly excellent examples in the range where Ra and Ga are high and Ga4 is high are the combination examples shown in FIGS. A person skilled in the art can realize an
相関色温度が比較的低い場合(例えば、3000K)には、青色LEDチップ11の発光ピーク波長が460nmであり、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長が625nmであり、そして、蛍光体13の発光ピーク波長が545nmである範囲である。この範囲において、Ra=92.4、Ga=103.3、およびGa4=109.3のLEDランプ100を実現することができる。
When the correlated color temperature is relatively low (for example, 3000 K), the emission peak wavelength of the
相関色温度が中位の場合(例えば、5000K)には、青色LEDチップ11の発光ピーク波長が460nmであり、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長が640nmであり、そして、蛍光体13の発光ピーク波長が545nmである範囲である。この範囲において、Ra=94.3、Ga=101.6、およびGa4=112.9のLEDランプ100を実現することができる。
When the correlated color temperature is intermediate (for example, 5000 K), the emission peak wavelength of the
相関色温度が比較的高い場合(例えば、6700K)には、青色LEDチップ11の発光ピーク波長が460nmであり、赤色LEDチップ12の発光ピーク波長が640nmであり、そして、蛍光体13の発光ピーク波長が545nmである範囲である。この範囲において、Ra=92.2、Ga=96.6、およびGa4=107.5のLEDランプ100を実現することができる。
When the correlated color temperature is relatively high (for example, 6700 K), the emission peak wavelength of the
本実施形態のLEDランプは、Raが高い範囲に対して、GaおよびGa4による最適化の検討がなされているため、各試験色の色再現の分布に歪みが少なく、かつ、より色彩が鮮やかに見える光源となる。つまり、特殊演色評価数に用いられるR9からR12の鮮やかな赤・黄・緑・青の試験色は、人工的な鮮やかな色味を代表する試験色票であるため、Ra(およびGa)が高い条件下で、この試験色票によって構成されるGa4を最大化させることは、自然な色はより自然に見せながら、鮮やかな色のみをより鮮やかに演色する光源を実現することができる。これら鮮やかな色の物体の分光反射率は、一般に特定の波長を境に急峻な分光分布の変化を示すので、分光分布の半値幅の狭い発光ダイオードを好適に利用することができる。その結果、自然物をより自然に色再現し、かつ、人工的に鮮やかな色を有する物体はより鮮やかに色再現する色彩のコントラストのはっきりした、従来にない、高品位な照明光源が実現可能となる。 Since the LED lamp of this embodiment has been studied for optimization by Ga and Ga4 for a range where Ra is high, the color reproduction distribution of each test color is less distorted and the color is more vivid. It becomes a visible light source. In other words, the bright red, yellow, green, and blue test colors of R9 to R12 that are used for the special color rendering index are test color charts that represent artificial vivid colors, so that Ra (and Ga) is Maximizing Ga4 constituted by this test color chart under high conditions can realize a light source that renders only vivid colors more vividly while making natural colors appear more natural. Since the spectral reflectance of these brightly colored objects generally shows a sharp change in spectral distribution with a specific wavelength as a boundary, a light emitting diode having a narrow half-value width of the spectral distribution can be preferably used. As a result, it is possible to realize an unprecedented, high-quality illumination light source that reproduces natural objects more naturally, and has a clear color contrast that allows objects with artificially vivid colors to be reproduced more vividly. Become.
なお、より色彩が鮮やかに見せることに主眼をおく場合には、Raを必要以上に高くしなくてもよいため、そのようなLEDランプを実現できる範囲は上述した範囲よりもさらに広がることになる。
(実施形態3)
図14から図18を参照しながら、本発明による実施形態3にかかるLEDランプの説明をする。上記実施形態1では、一つの青色LEDベアチップ11および一つの赤色LEDベアチップ12、合計2つのLEDベアチップから、LEDランプ100を構成したが、本実施形態では、青色LEDの発光部位と、赤色LEDの発光部位との両方を含む一つのLEDベアチップから、LEDランプを構成している。この点が、上記実施形態1のLEDランプ100と異なる。他の点においては、上記実施形態1と同様であるので、説明の簡略化のため実施形態1と同様の点の説明は省略または簡略化する。なお、LEDランプ100の最適化を図った上記実施形態2の構成は、本実施形態のLEDランプにも適用可能できることは言うまでもない。
If the focus is on making the colors appear more vivid, Ra need not be made higher than necessary, so the range in which such LED lamps can be realized will be wider than the range described above. .
(Embodiment 3)
The LED lamp according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the
本実施形態では、2つの発光色を発する1つのLEDベアチップを用いるため、2つの発光色のベアチップを並べて配置する必要があった実施形態1のものと比べて、次の利点が得られる。すなわち、1つのLEDベアチップしか使わないため、赤色および青色の両者の発光位置が一つのLEDベアチップ上で限りなく同一に近づく。その結果、より混色に有利なLEDランプが実現できる。さらに、赤色発光部位と青色発光部位との両者がより熱的に接合されているため、両発光部位間の温度が均一化される。その結果、両者を熱的に同一と見なせるため、光出力に対する熱の影響のフィードバックコントロールを容易にすることができる。 In this embodiment, since one LED bare chip that emits two emission colors is used, the following advantages can be obtained as compared with the first embodiment in which two emission color bare chips need to be arranged side by side. That is, since only one LED bare chip is used, the red and blue light emission positions are as close as possible to each other on one LED bare chip. As a result, an LED lamp that is more advantageous for color mixing can be realized. Furthermore, since both the red light emitting part and the blue light emitting part are more thermally bonded, the temperature between both light emitting parts is made uniform. As a result, since both can be regarded as being thermally identical, feedback control of the influence of heat on the light output can be facilitated.
最初に、図14(a)〜(c)を参照しながら、赤色および青色を発する1つのLEDベアチップを作製するプロセスを説明する。 First, a process for manufacturing one LED bare chip that emits red and blue will be described with reference to FIGS.
まず、図14(a)に示すように、発光ダイオード成膜用の基板115上に、少なくともP型半導体層とN型半導体層と活性層とを含む第1の発光ダイオード発光層(以下、「発光ダイオード発光層」を「LED発光層」と呼ぶ。)111を形成する。
First, as shown in FIG. 14A, a first light emitting diode light emitting layer (hereinafter referred to as “a light emitting diode light emitting diode”) including at least a P type semiconductor layer, an N type semiconductor layer, and an active layer on a
次に、図14(b)に示すように、基板115を剥離して、第1のLED発光層111を得る。基板115の剥離は、基板115およびLED発光層の種類によって適宜選択すればよく、例えば、基板115の研磨、メカニカルな剥離、エッチングによる基板115の除去、熱ストレスによる剥離などの手法が採用され得る。
Next, as shown in FIG. 14B, the
次に、図14(c)に示すように、第2のLED発光層112が形成されている基板115’に、第1のLED発光層111を張り付けると、2つの発光色を発するLEDベアチップが得られる。このように、青色LEDの発光層および赤色LEDの各々またはいずれかを剥離した後、張り合わせて、一つのLEDベアチップにする。
Next, as shown in FIG. 14C, when the first LED
以下、図15から図18を参照しながら、張り合わせの組み合わせパターンを例示する。この張り合わせのバリエーションは多数存在するが、以下では、主なパターンを示す。なお、便宜上、第1のLED発光層を、青色LED発光層111とし、第2のLED発光層を、赤色LED発光層112とする。これらのLED発光層の周囲には、蛍光体13が形成されている。
Hereinafter, a combination pattern of bonding will be exemplified with reference to FIGS. 15 to 18. There are many variations of this bonding, but the main patterns are shown below. For convenience, the first LED light-emitting layer is referred to as a blue LED light-emitting
図15(a)は、基板115が導電性である場合の両面電極構造の例を示している。この構造の場合、基板115を挟んで、上側の青色LED発光層111の上面に1つの電極を設け、下側の赤色LED発光層112の下面に1つの電極を設ければよい。
FIG. 15A shows an example of a double-sided electrode structure when the
図15(b)は、発光ダイオード基板が非導電性である場合の片面電極構造の例を示している。この構造の場合、基板115を挟んで、上側の青色LED発光層111の上面に2つ、下側の赤色LED発光層112の下面に2つの電極を設ければよい。
FIG. 15B shows an example of a single-sided electrode structure when the light-emitting diode substrate is non-conductive. In the case of this structure, two electrodes may be provided on the upper surface of the upper blue LED light-emitting
図15(c)は、基板115が導電性である場合において、片面電極構造と両面電極構造とをの組み合わせた例である。この構造の場合、基板115を挟んで、上側の青色LED発光層111の上面に1つ、下側の赤色LED発光層112の下面に2つの電極を設ければよい。
FIG. 15C shows an example in which the single-sided electrode structure and the double-sided electrode structure are combined when the
図16(a)は、基板115が導電性である場合において、基板115片側にLED発光層を積み上げた例である。この構造の場合、上側の赤色LED発光層112の上面に1つ、基板115の下面に1つの電極を設ければよい。
FIG. 16A shows an example in which LED light emitting layers are stacked on one side of the
図16(b)は、基板115が導電性である場合において、基板115片側に、両面電極および片面電極のLED発光層を積み上げた例である。この構造の場合、基板115の上面に1つ、下側の赤色LED発光層112の下面に2つの電極を設ければよい。
FIG. 16B shows an example in which a double-sided electrode and an LED light-emitting layer of a single-sided electrode are stacked on one side of the
図16(c)は、基板115を挟んで、下側に短波長の発光を行うLED発光層(青色LED発光層)111を配し、当該短波長の発光を行うLED発光層111からの光で励起発光されるLED活性層(赤色LED活性層)112’を上側に配した構造を示している。この構造の場合、LED発光層111の下面に2つの電極を設ければよい。
FIG. 16C shows an LED light emitting layer (blue LED light emitting layer) 111 that emits short wavelength light below the
図15および図16に示した構造は、多数の考えられる組み合わせの一例であり、各発光色のLED発光層の組み替えのバリエーションはもとより、図15(c)、図16(a)〜(c)に示した構造では、上下関係についての反転パターンもある。 The structure shown in FIGS. 15 and 16 is an example of a number of possible combinations. In addition to variations in the rearrangement of the LED light-emitting layers of the respective emission colors, FIGS. 15C and 16A to 16C are used. In the structure shown in (2), there is also an inversion pattern for the vertical relationship.
また、各々のLED発光層(111、112)を同一基板115の片側または両側に積層するのではなく、同一基板115上に空間的に並置させた構造にすることも可能である。そのような構造の例を、図17および図18に示す。
In addition, each LED light emitting layer (111, 112) may be spatially juxtaposed on the
図17(a)は、各色のLED発光層(111、112)を、1つの導電性基板115に形成した構造を示している。この構造の場合、基板115の下側に共通した一つの電極を設け、かつ、各LED発光層の上面に1つずつ電極を設ければよい。
FIG. 17A shows a structure in which LED light emitting layers (111, 112) of the respective colors are formed on one
図17(b)は、各色のLED発光層(111、112)を、1つの非導電性基板115に形成した構造を示している。この構造の場合、各LED発光層の上面に2つずつ電極を設ければよい。
FIG. 17B shows a structure in which the LED light emitting layers (111, 112) of the respective colors are formed on one
図17(c)は、図17(b)に示した構造の上下関係を反転させたパターンを示している。 FIG. 17C shows a pattern in which the vertical relationship of the structure shown in FIG.
図18(a)は、各色のLED発光層(111、112)を、1つの導電性基板115に形成した構造を示している。この構造の場合、基板115の下側に共通した一つの電極を設け、かつ、各LED発光層の上面に1つずつ電極を設けたものと、各LED発光層の上面に2つずつ電極を設けたものとを混在させている。
FIG. 18A shows a structure in which the LED light emitting layers (111, 112) of the respective colors are formed on one
図18(b)は、LED発光層をそのまま並置した構造を示している。この構造の場合、基板115が不要となるとともに、図14(c)に示した張り合わせプロセスを行わなくてもよい。
FIG. 18B shows a structure in which the LED light emitting layers are juxtaposed. In the case of this structure, the
図18(c)は、両面電極のLED発光層を2つそのまま積層した構造を示している。この構造の場合でも、基板115は不要となる。また、このコンセプトの場合、片面電極および両面電極のLED発光層を積層するバリエーションや、4つのLED発光層を積層するバリエーションもあり得る。
FIG. 18C shows a structure in which two LED light emitting layers of double-sided electrodes are laminated as they are. Even in this structure, the
図17および図18に示した構造も、多数の考えられる組み合わせの一例であり、各発光色のLED発光層の組み替えのバリエーションはもとより、図17(a)、図18(a)および(b)に示した構造の上下関係の反転パターンもある。 The structure shown in FIGS. 17 and 18 is also an example of many possible combinations. In addition to variations in the rearrangement of the LED light-emitting layers of the respective emission colors, FIG. 17A, FIG. 18A and FIG. There is also a reversal pattern of the vertical relationship of the structure shown in FIG.
本実施形態では、青色発光LED素子11の発光層111と、赤色発光LED素子12の発光層112とを、一つのLEDチップとして一体構成した構造となるので、両者の発光位置が限りなく同一に近づき、より混色に有利になる。さらに、両者がより熱的に接合されているため、両発光層間の温度が均一化され、両者を熱的に同一と見なせる。その結果、光出力に対する熱の影響のフィードバックコントロールを容易にすることができる。
(実施形態4)
図19を参照しながら、本発明による実施形態4にかかるLEDランプ500を説明する。図19は、LEDランプ500の構成を模式的に示している。上記実施形態1のLEDランプ100では一体素子構成されていたのに対して、本実施形態のLEDランプ500では、一体素子構成ではなくクラスタ構成されている点が異なる。以下においては説明を簡明にするため、実施形態1と異なる点を主に説明し、実施形態1と同様の点の説明は省略または簡略化する。
In the present embodiment, since the
(Embodiment 4)
The
図19に示すように、本実施形態のLEDランプ500は、青色LEDチップ11と青色LEDチップ11によって励起され発光する黄色発光蛍光体13とから構成された白色発光LED素子52と、赤色LEDチップ12を含む赤色発光LED素子54とが平面的にクラスタ構成されている。すなわち、白色発光LED素子52と赤色発光LED素子54とが平面的に配列されている。
As shown in FIG. 19, the
本実施形態では、白色発光LED素子52は、リードフレーム14の台17上に配置された青色LEDチップ11とそれを覆う黄色発光蛍光体13とを封止する砲弾型の透明樹脂部16とを含んでおり、赤色発光LED素子54は、リードフレーム14の台17上に配置された赤色LEDチップ12とそれを封止する砲弾型の透明樹脂部16とを含んでいる。白色発光LED素子52と赤色発光LED素子54とは例えば交互に配列されている。
In the present embodiment, the white light emitting
本実施形態のLEDランプ500では、それぞれ構成材料が異なる白色発光LED素子52および赤色発光LED素子54を個別に作製した後に、1つのランプユニットにクラスタすることができるため、各々のLED素子設計を個別に最適設計することができる。また、各々のLED素子の良品を選別して1つのランプユニットにクラスタすることができるために、工業的な歩留まりを向上させることが可能となる。さらには、放熱設計が容易となるという利点もある。
In the
また、青色LEDチップ11の出力光束と赤色LEDチップ12の出力光束とが異なる場合であっても、各々のLEDチップは個別の素子として構成されているので、そのクラスタ数の比率を任意に設定することが可能であり、その結果、ランプ設計の自由度を高くすることができる。すなわち、1つの素子内に青色LEDチップ11と赤色LEDチップ12とが一定の比率で予め組み込まれている素子をクラスタするよりも、本実施形態の構成の方がランプ設計の自由度を上げることができる。
Even if the output light flux of the
なお、LEDランプ500の場合、発光源となる各々の光色のLEDチップ52および54は、個別の素子として空間的に離れた箇所で発光することとなるため、上記実施形態1のLEDランプ100のように一体素子構成されている場合と比較して、混光ムラが大きくなる傾向ある。このような混色ムラを低減させる目的で、図20のように、立体的にクラスタ構成したLEDランプ600にしてもよい。
In the case of the
LEDランプ600は、青色LEDチップ11と青色LEDチップ11によって励起され発光する黄色発光蛍光体13とから構成された白色発光LED素子62と、赤色LEDチップ12を含む赤色発光LED素子64とを有しており、白色発光LED素子62と赤色発光LED素子64とがそれぞれ異なる高さになるように配列されている。LEDランプ600によると、個別の素子62および64がそれぞれ立体的に配列されているので、LED素子62および64から出力された光を相互に反射屈折させることができ、その結果、混光ムラを低減することが可能となる。なお、LEDランプ600では、配光特性の比較的狭い砲弾型形状のLED素子62と、配光特性の比較的広い角形形状のLED素子64とを組み合わせてさらに混光特性を改善するように構成している。
The
LEDランプ500および600は、上記実施形態1で説明したように、白色発光LEDチップ52(または62)と赤色発光LED素子54(または64)との発光強度比を変えることができるように構成して、光色可変LEDランプにすることも可能である。また、黄色発光蛍光体13に代えて緑色発光蛍光体を用いることも可能である。この場合、青色LEDチップ11と青色LEDチップ11によって励起され発光する緑色発光蛍光体とを組み合わせた青緑発光LED素子52(または62)と、赤色LEDチップ12を有する赤色発光LED素子54(または64)とをクラスタ構成させて、LEDランプ500(または600)とすればよい。
As described in the first embodiment, the
なお、上記実施形態においては、青色発光LED素子(青色LEDチップ)11として、GaN系青色LEDチップ(GaN系は、GaNだけでなく、AlInGaN、InGaNも含む。)を用いてこれと黄色発光蛍光体と組み合わせて用いたが、これに限定されず、ZnSe系青色発光LED素子(ZnSe系青色LEDチップ)を用いても良く、ZnSe系青色発光LED素子(ZnSe系青色LEDチップ)によってZnSe基板を黄色蛍光発光させて白色発光LED素子とする構成も採用することができる。この場合、ZnSe基板が蛍光体となる。
(実施形態5)
上記実施形態におけるLEDランプは、LEDランプに電力を供給する電力供給器と組み合わせてランプユニットにすることができる。図21は、本実施形態におけるランプユニット1000の構成を模式的に示している。
In the above embodiment, as the blue light-emitting LED element (blue LED chip) 11, a GaN-based blue LED chip (GaN-based not only GaN but also AlInGaN and InGaN) is used and this is a yellow light-emitting fluorescent light. However, the present invention is not limited to this, and a ZnSe blue light emitting LED element (ZnSe blue LED chip) may be used. A ZnSe substrate is formed by a ZnSe blue light emitting LED element (ZnSe blue LED chip). A configuration in which yellow fluorescent light is emitted to form a white light emitting LED element can also be employed. In this case, the ZnSe substrate becomes a phosphor.
(Embodiment 5)
The LED lamp in the above embodiment can be combined with a power supply device that supplies power to the LED lamp to form a lamp unit. FIG. 21 schematically shows the configuration of the
本実施形態のランプユニット1000は、上記実施形態1のLEDランプ100と、LEDランプ100から発する光を反射する反射板110と、LEDランプ100に電力を供給する電力供給器120と、電力供給器120に連結されている口金130とを備えている。反射板110の底面には複数のLEDランプ100を配置することができ、例えば10個〜200個くらい配置することができる。さらに、反射板110がLEDランプ100と熱的に結合されていると、反射板110がヒートシンクの役割を果たすため、LEDランプ100の放熱性の向上に寄与することが可能となる。その結果、LEDランプ100をより長寿命化させて使用することができる。反射板110としては、拡散反射板(例えば、白色反射板)や鏡面反射板(反射鏡)を使用することができ
る。
The
LEDランプ100を約60個設けたランプユニット1000の場合、ビーム光束(ビーム角内に含まれる光束)は60lm、ランプ寿命は10000時間、そして発光効率は約30〜50lm/Wとなることが本願発明者によって確認されている。この特性は、LEDランプではないハロゲン電球とダイクロイックミラーとを組み合わせた従来のランプユニットの特性(ビーム光束:約60lm、寿命:2000時間、発光効率:約15lm/W)と比較すると、非常に優れていることがわかる。また、ランプユニット1000に取り付けられるLEDランプ100は、半導体素子であるので、電球の球切れ等の問題もない。従って、取り扱いが容易であるという利点もある。
In the case of the
また、LEDランプ100を光色可変LEDランプにすることによって、光色可変可能なランプユニット1000を提供することもできる。この場合、図6に示した回路200を電力供給器120に設けるようにすればよい。電力供給器120には例えばAC/DC変換器などを設けるようにすることもできる。図21に示した例では、電力供給器120には、光色可変ダイヤル122と明るさ可変ダイヤル124とが取り付けられており、ダイヤル操作で照明の光色と明るさとのそれぞれを調節できるように構成している。
Moreover, the
本実施形態では、LEDランプ100を用いて説明したが、これに限定されず、実施形態2および実施形態3のLEDランプ、ならびに、実施形態4のLEDランプ500または600と電力供給器120とを組み合わせてランプユニットを構成してもよい。なお、ランプユニット1000の反射板110および口金130は各種用途に応じて設けたり、設けなかったりすることができる。また、60個程度のLEDランプ100を1ユニットとして、その1ユニットを1つの光源として使用する構成にすることも可能である。また、その1ユニットを複数用いる構成にしてもよい。
Although this embodiment has been described using the
以上説明したように、本発明に係るLEDランプは、色再現性が良く且つ発光効率も高い白色発光が可能であり、白色発光LEDランプ等として有用である。 As described above, the LED lamp according to the present invention can emit white light with good color reproducibility and high luminous efficiency, and is useful as a white light emitting LED lamp.
11 青色発光LED素子(青色LEDチップ)
11a 発光強度調節手段(可変抵抗)
12 赤色発光LED素子(赤色LEDランプ)
12a 発光強度調節手段(可変抵抗)
13 蛍光体(黄色発光蛍光体、緑色発光蛍光体)
14 リードフレーム
15 ボンディングワイヤ
16 透明樹脂部
17 台座
21 青色発光LED素子の発光スペクトル
22 黄色発光蛍光体の発光スペクトル
23 赤色発光LED素子の発光スペクトル
30 黒体放射軌跡
41 青色LEDチップの色度
42 黄色発光蛍光体の色度
43 青色LEDチップと黄色発光蛍光体とによる白色発光の色度
44 赤色LEDチップの色度
52、62 白色発光LED素子
54、64 赤色発光LED素子
100 LEDランプ
110 反射板
120 電力供給器
122 光色可変ダイヤル
124 明るさ可変ダイヤル
130 口金
500 LEDランプ
600 LEDランプ
1000 ランプユニット
11 Blue light-emitting LED element (blue LED chip)
11a Luminous intensity adjustment means (variable resistance)
12 Red LED element (red LED lamp)
12a Luminous intensity adjustment means (variable resistance)
13 Phosphor (yellow light-emitting phosphor, green light-emitting phosphor)
14
Claims (11)
さらに前記青色発光LED素子によって励起される黄色発光蛍光体であって、前記青色発光LED素子が発光する青色の波長帯域と前記赤色発光LED素子が発光する赤色の波長帯域との間の波長帯域の発光強度を広帯域で補う発光スペクトルを発光する黄色発光蛍光体と
を備えた、LEDランプ。 Only a blue light emitting LED element and a red light emitting LED element are provided as light emitting LED elements,
Further, a yellow light-emitting phosphor that is excited by the blue light-emitting LED element, and has a wavelength band between a blue wavelength band that the blue light-emitting LED element emits light and a red wavelength band that the red light-emitting LED element emits light. An LED lamp comprising: a yellow light-emitting phosphor that emits an emission spectrum that supplements emission intensity over a wide band.
前記黄色発光蛍光体のピーク波長は550nm以上590nm以下である、請求項1に記載のLEDランプ。 The peak wavelength of the red light emitting LED element is 600 nm or more,
2. The LED lamp according to claim 1, wherein a peak wavelength of the yellow light emitting phosphor is not less than 550 nm and not more than 590 nm.
平均演色評価数であるR1からR8までで構成される色域面積比Gaよりも、特殊演色評価数であるR9からR12までで構成される色域面積比Ga4が高い、請求項2に記載のLEDランプ。 The red light emitting LED element has a peak wavelength in a range of 610 nm to 630 nm,
The gamut area ratio Ga4 composed of R9 to R12, which is a special color rendering index, is higher than the gamut area ratio Ga, composed of R1 to R8, which is an average color rendering index. LED lamp.
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011521469A (en) * | 2008-05-23 | 2011-07-21 | クリー インコーポレイテッド | Semiconductor lighting parts |
JP2012099717A (en) * | 2010-11-04 | 2012-05-24 | Mitsubishi Chemicals Corp | Semiconductor white light-emitting device |
KR101562772B1 (en) * | 2008-03-31 | 2015-10-26 | 서울반도체 주식회사 | Light emitting divece for white light of incandescent color |
US9398664B2 (en) | 2008-11-14 | 2016-07-19 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic device that emits mixed light |
JP2016532276A (en) * | 2013-09-09 | 2016-10-13 | ジーイー・ライティング・ソルーションズ,エルエルシー | Light source with improved color preference |
JP2017502493A (en) * | 2013-10-28 | 2017-01-19 | ジーイー・ライティング・ソルーションズ,エルエルシー | Lamp for improved fluorescent whitening and color preference |
KR101814193B1 (en) * | 2009-03-12 | 2018-01-30 | 필립스 라이팅 홀딩 비.브이. | Led lighting with incandescent lamp color temperature behavior |
JP2018056581A (en) * | 2011-06-03 | 2018-04-05 | シチズン電子株式会社 | Apparatus for exhibiting exhibit |
JP2021022523A (en) * | 2019-07-30 | 2021-02-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Luminaire |
KR20210109511A (en) * | 2013-08-29 | 2021-09-06 | 소라, 인코포레이티드 | Circadian-friendly led light source |
-
2007
- 2007-05-28 JP JP2007140253A patent/JP2007214603A/en active Pending
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101562772B1 (en) * | 2008-03-31 | 2015-10-26 | 서울반도체 주식회사 | Light emitting divece for white light of incandescent color |
JP2011521469A (en) * | 2008-05-23 | 2011-07-21 | クリー インコーポレイテッド | Semiconductor lighting parts |
US9398664B2 (en) | 2008-11-14 | 2016-07-19 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic device that emits mixed light |
KR101814193B1 (en) * | 2009-03-12 | 2018-01-30 | 필립스 라이팅 홀딩 비.브이. | Led lighting with incandescent lamp color temperature behavior |
KR101888416B1 (en) * | 2009-03-12 | 2018-09-20 | 필립스 라이팅 홀딩 비.브이. | Led lighting with incandescent lamp color temperature behavior |
JP2012099717A (en) * | 2010-11-04 | 2012-05-24 | Mitsubishi Chemicals Corp | Semiconductor white light-emitting device |
JP2018056581A (en) * | 2011-06-03 | 2018-04-05 | シチズン電子株式会社 | Apparatus for exhibiting exhibit |
KR102620095B1 (en) * | 2013-08-29 | 2023-12-29 | 소라, 인코포레이티드 | Circadian-friendly led light source |
JP7399142B2 (en) | 2013-08-29 | 2023-12-15 | ソラア インコーポレーテッド | Circadian friendly LED light source |
US11287090B2 (en) | 2013-08-29 | 2022-03-29 | Ecosense Lighting Inc. | Circadian-friendly LED light source |
US11725783B2 (en) | 2013-08-29 | 2023-08-15 | Korrus, Inc. | Circadian-friendly LED light source |
JP7273893B2 (en) | 2013-08-29 | 2023-05-15 | ソラア インコーポレーテッド | Circadian friendly LED light source |
KR20210109511A (en) * | 2013-08-29 | 2021-09-06 | 소라, 인코포레이티드 | Circadian-friendly led light source |
JP2021158362A (en) * | 2013-08-29 | 2021-10-07 | ソラア インコーポレーテッドSoraa Inc. | Circadian friendly LED light source |
JP2021193739A (en) * | 2013-08-29 | 2021-12-23 | ソラア インコーポレーテッドSoraa Inc. | Circadian friendly LED light source |
US10240087B2 (en) | 2013-09-09 | 2019-03-26 | GE Lighting Solutions, LLC | Enhanced color-preference LED light sources using lag, nitride, and PFS phosphors |
US10196565B2 (en) | 2013-09-09 | 2019-02-05 | GE Lighting Solutions, LLC | Enhanced color-preference light sources |
JP2016532276A (en) * | 2013-09-09 | 2016-10-13 | ジーイー・ライティング・ソルーションズ,エルエルシー | Light source with improved color preference |
JP2017502493A (en) * | 2013-10-28 | 2017-01-19 | ジーイー・ライティング・ソルーションズ,エルエルシー | Lamp for improved fluorescent whitening and color preference |
JP2021022523A (en) * | 2019-07-30 | 2021-02-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Luminaire |
JP7296579B2 (en) | 2019-07-30 | 2023-06-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | lighting equipment |
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