JP2007288138A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】赤色蛍光体を使う場合に比べて発光効率を向上させつつ、平均演色評価数Ｒａを向上させることが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の発光装置は、発光素子として、青色ＬＥＤチップ２と赤色ＬＥＤチップ３を有する。このＬＥＤチップ２，３は、波長４９０〜５１０ｎｍと５３０〜５８０ｎｍにそれぞれ発光ピークを有する蛍光体（緑色蛍光体）を透明樹脂に混合・分散させた蛍光体含有樹脂層１０により覆われている。蛍光体含有樹脂層１０から出射される光における波長５５０ｎｍの発光強度に対する波長５００ｎｍの発光強度の割合が０．４以上である。
【選択図】図６

Description

本発明は、発光ダイオードランプなどの発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤランプは、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末などのバックライト、屋内外広告など、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。さらに、ＬＥＤランプは、長寿命で信頼性が高く、また低消費電力、耐衝撃性、高純度表示色、軽薄短小化の実現などの特徴を有することから、産業用途のみならず一般照明用途への適用も試みられている。このようなＬＥＤランプを種々の用途に適用する場合、白色発光を得ることが重要となる。

ＬＥＤランプで白色発光を実現する代表的な方式としては、（１）青、緑および赤の各色に発光する３つのＬＥＤチップを使用する方式、（２）青色発光のＬＥＤチップと黄色発光の蛍光体とを組合せる方式、（３）紫外線発光のＬＥＤチップと青色、緑色および赤色発光の三色混合蛍光体とを組合せる方式、の３つが挙げられる。これらのうち、一般には（２）の方式が広く実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなＬＥＤランプの構造としては、表面実装型（ＳＭＤ）や砲弾型のようなカップ形状の中にＬＥＤチップを配置し、所望の色を発する蛍光体を混合した透明樹脂を流し込み、これを固化させて蛍光体を含有する蛍光体層を形成した構造が一般的である。

ところで、一般照明用の発光装置に求められている特性として、高効率性に加え、演色性と呼ばれる色の見え方が重視されている。演色性は、太陽光、白熱灯に近い白色光を基準光として、その基準光の色彩を忠実に再現しているかを評価したものである。演色性を評価するための指標として、ＪＩＳ Ｚ ８７２６で定められた演色評価数がある。演色評価数は、ＪＩＳに定められている試験色を試料光源と基準光とでそれぞれ照明したときの色ずれの大きさを、基準光で見たときを１００とし、色ずれが大きくなるにしたがって数値が小さくなるように数値化したものである。演色評価数には、平均演色評価数Ｒａと特殊演色評価数Ｒｉがあり、平均演色評価数Ｒａは、試験Ｎｏ．１〜８の演色評価数値の平均値として表される。原則として１００に近いほど演色性がよく、一般照明用としては、平均演色評価数Ｒａが８５〜９０以上であることが好ましいとされている。

現在主流となっている白色ＬＥＤは上記（２）の方式であるが、この方式では、赤み成分が不足し演色性が十分ではない。平均演色評価数Ｒａを向上させるために、黄色発光の蛍光体に加えて、窒化物系や硫化物系などの赤色発光の蛍光体を配合することが行われている。

しかしながら、赤色蛍光体が窒化物系などの場合には、青色ＬＥＤチップからの波長４６０ｎｍの青色発光だけでなく、黄色系蛍光体から発光される緑色ないし黄色の光も吸収して励起に使用するため、赤色蛍光体を使用するとＬＥＤランプの発光効率が約半減と大幅に下がるという問題を抱えている。

ＬＥＤランプの発光効率を低下させずに、赤み成分を補って演色性を向上させる対策として、赤色蛍光体ではなく赤色ＬＥＤチップを用いる策が考えられる（例えば特許文献２）。
特開２００１−１４８５１６公報 特開２００２−５７３７６公報

しかし、赤色ＬＥＤチップからの発光スペクトルは、赤色蛍光体からの発光スペクトルに比べて半値幅が狭いので、赤みは増すものの、平均演色評価数Ｒａ８５以上の実現は難しいという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、赤色蛍光体を使う場合に比べて発光効率を向上させつつ、平均演色評価数を向上させることが可能な発光装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発光装置は、青色光を放射する青色発光素子と；赤色光を放射する赤色発光素子と；前記青色発光素子から放射された青色光により励起されて、波長４９０〜５１０ｎｍと波長５３０〜５８０ｎｍにそれぞれ発光ピークを有し、かつ波長５３０〜５８０ｎｍの範囲の発光ピークの発光強度に対する波長４９０〜５１０ｎｍの範囲の発光ピークの発光強度の割合が０．４以上である可視光を発する蛍光体を含有する蛍光体層と；を具備することを特徴としている。

請求項２記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、前記蛍光体が、波長４９０〜５１０ｎｍに発光ピークを有する第１の蛍光体と波長５３０〜５８０ｎｍに発光ピークを有する第２の蛍光体とをそれぞれ含有することを特徴としている。

請求項３記載の発光装置は、青色光を放射する青色発光素子と；赤色光を放射する赤色発光素子と；前記青色発光素子から放射された青色光により励起されて、少なくとも波長４９０〜５１０ｎｍに発光ピークを有するとともに、前記青色光との混色により、波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍに発光強度の谷部を有し、かつ前記青色光のピーク波長の発光強度に対する前記谷部の波長の発光強度の割合が０．７〜０．９である可視光を発する蛍光体を含有する蛍光体層と；を具備することを特徴としている。

請求項４記載の発光装置は、請求項３記載の発光装置において、前記蛍光体が、波長４９０〜５１０ｎｍと波長５３０〜５８０ｎｍにそれぞれ発光ピークを有し、かつ波長５３０〜５８０ｎｍの範囲の発光ピークの発光強度に対する波長４９０〜５１０ｎｍの範囲の発光ピークの発光強度の割合が０．４以上である可視光を発する蛍光体であることを特徴としている。

本発明における用語の定義および技術的意味は、特に指定しない限り以下の通りである。

青色光を放射する青色発光素子は、青色光を放射し、放射した青色光により蛍光体を励起して可視光を発光させるものである。本発明で用いられる青色光を放射する青色発光素子としては、例えば、青色発光タイプのＬＥＤチップなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。本発明において、青色発光素子から放射される青色光の主波長は、特に限定されないが、例えば４２０〜４８０ｎｍである。

赤色光を放射する赤色発光素子は、赤色光を放射するものである。本発明で用いられる赤色光を放射する赤色発光素子としては、例えば、赤色発光タイプのＬＥＤチップなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。本発明において、赤色発光素子から放射される赤色光の主波長は特に限定されないが、例えば６００〜７００ｎｍである。

蛍光体は、青色発光素子から放射された青色光により励起されて可視光を発し、この可視光と、青色発光素子から放射される青色光と、赤色発光素子から放射される赤色光との混色によって、発光装置として所望の発光色を得るものである。

本発明において、蛍光体としては、波長４９０〜５１０ｎｍの範囲と波長５３０〜５８０ｎｍの範囲にそれぞれ発光ピークを有する計１種類の蛍光体を使用することができる。また、各波長範囲にそれぞれ１つの発光ピークを有する２種類の蛍光体を混合して使用してもよい。すなわち、主波長が４９０〜５１０ｎｍの緑色蛍光体と、主波長が５３０〜５８０ｎｍの黄色蛍光体との計２種類の蛍光体を混合した蛍光体を使用することができる。

これら１種類または２種類の蛍光体の透明樹脂に対する配合割合は、発光装置からの発光の平均演色評価数Ｒａが高く、かつ高い発光効率が得られるように調整される。

本発明では、蛍光体層から出射される光において、波長４９０〜５１０ｎｍの範囲の発光ピーク（第１の発光ピーク）の強度の波長５３０〜５８０ｎｍの範囲の発光ピーク（第２の発光ピーク）の強度に対する割合が、０．４以上になるように構成している。これにより、太陽光、白熱灯の発光スペクトルに近づけることができるので、平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。

また本発明では、蛍光体として、少なくとも波長４９０〜５１０ｎｍの範囲に発光ピークを有する蛍光体を使用し、青色発光素子から放射された青色光との混色により、波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍに発光強度の谷部を有し、この谷部の発光強度の波長４９０ｎｍ〜５１０ｎｍの範囲の発光ピークの強度に対する割合が０．７〜０．９５になるようなスペクトルの光が発せられるように構成することができる。さらに、この蛍光体を、波長４９０〜５１０ｎｍの範囲の発光ピーク（第１の発光ピーク）とともに波長５３０〜５８０ｎｍの範囲にも発光ピーク（第２の発光ピーク）を有し、かつ第１の発光ピークの強度の第２の発光ピークの強度に対する割合が０．４以上になるものとすることができる。

蛍光体を含む蛍光体層は、前記１種類または２種類の蛍光体を、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂のような透明樹脂に加えて混合・分散させた層として形成される。発光素子の外側を覆うように形成することができるが、発光素子を直接覆うようにして透明樹脂層を形成し、その上に前記した１種類または２種類の蛍光体を含む層を設けることも可能である。

請求項１または２記載の発明によれば、赤色発光素子を用いており、赤色蛍光体のように励起のために黄色光を吸収しないので、発光効率を向上させることができる。そのうえ、蛍光体からの発光スペクトルが、波長５３０〜５８０ｎｍの範囲のピークとともに、波長４９０〜５１０ｎｍの範囲にも発光ピークを有しているので、平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。また、蛍光体層から出射される光における波長５３０〜５８０ｎｍの範囲の発光ピークの強度に対する波長４９０〜５１０ｎｍの範囲の発光ピークの強度の割合を０．４以上にしているので、波長５００ｎｍ付近の発光強度の低下が緩和されている。これにより、平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。

請求項３記載の発明によれば、青色発光素子から放射された青色光と、赤色発光素子から放射された赤色光、および青色発光素子から放射された青色光により励起されて蛍光体から発せられた少なくとも波長４９０〜５１０ｎｍの範囲に発光ピークを有する可視光（緑色光）とにより、平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。そして、これらの光の混色により発せられる光が、波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲に発光強度の谷部を有し、この谷部における発光強度の前記青色光のピーク波長の発光強度に対する割合が０．７〜０．９となるスペクトルを有しているので、平均演色評価数Ｒａの低下を抑制しつつ、エネルギー効率の向上を図ることができる。すなわち、前記割合が０．７未満になると、平均演色評価数Ｒａが低下しはじめ、割合が０．９を超える場合においては、波長４７０〜４９０ｎｍの光は視感度が低いため、この波長域の発光強度が高くても視覚的効果が小さいので、エネルギー効率が低下して発光効率を高めることができない。

請求項４記載の発明によれば、平均演色評価数Ｒａを向上させるとともに、エネルギー効率の向上を図り、発光効率を高めることができる。

したがって、本発明によれば、従来に比べて発光効率を向上させつつ、平均演色評価数を向上させることが可能な発光装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第１の実施形態の構成を示す断面図、図２は、図１に示すＬＥＤランプの複数個を、例えば一平面上に３行３列のマトリックス状に配置したＬＥＤモジュールの一例を示す平面図、図３は、図２のＡ−Ａ´線断面図である。

図１に示すＬＥＤランプ１は、発光素子として青色発光タイプのＬＥＤチップ（青色ＬＥＤチップ）２と赤色発光タイプのＬＥＤチップ（赤色ＬＥＤチップ）３とを有している。青色ＬＥＤチップ２、赤色ＬＥＤチップ３は、それぞれ、回路パターン４を有する基板５上に搭載されている。基板５としては、放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ樹脂などから成る平板が用いられ、この基板５上に電気絶縁層６を介して陰極側と陽極側の回路パターン４が、青色ＬＥＤチップ接続用および赤色ＬＥＤチップ接続用に、それぞれ形成されている。回路パターン４は、ＣｕとＮｉの合金やＡｕなどの導電性物質から構成されている。

そして、青色ＬＥＤチップ２の底面電極が一方の電極側の回路パターン４の上に配置されて電気的に接続され、上面電極が他方の電極側の回路パターン４に、金線などのボンディングワイヤ７を介して電気的に接続されている。青色ＬＥＤチップ２の電極接続構造としては、フリップチップ接続構造を適用することもできる。これらの電極接続構造によれば、青色ＬＥＤチップ２の前面への光取出し効率が向上する。赤色ＬＥＤチップ３の接続についても同様である。

回路パターン４は、青色ＬＥＤチップ２と赤色ＬＥＤチップ３とを同時に発光できるように構成されている。回路パターン４は、青色ＬＥＤチップ２用と赤色ＬＥＤチップ３用とを特に分けずに構成する（共用する）こともできるが、上記のように、それぞれ分けて構成したほうが電圧制御等の点で好ましい。

基板５上には、凹部８を有する樹脂製などのフレーム９が設けられている。凹部８を有するフレーム９は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）などの合成樹脂から構成され、凹部８内に青色ＬＥＤチップ２及び赤色ＬＥＤチップ３が配置され、収容されている。そして、青色ＬＥＤチップ２及び赤色ＬＥＤチップ３が収容された凹部８内には、青色ＬＥＤチップ２から放射された光の一部を吸収して励起されて可視光を発する蛍光体を透明樹脂に混合し分散させた光体含有樹脂が塗布・充填されている。青色ＬＥＤチップ２及び赤色ＬＥＤチップ３はこのような蛍光体含有樹脂層１０により覆われている。透明樹脂としては、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などが用いられる。

蛍光体含有樹脂層１０に含有させる蛍光体は、ＬＥＤランプ１から所望の光量を得る上で、透明樹脂に対して５〜４０質量％（重量％）含有していることが好ましく、１０〜３０重量％含有していることがより好ましい。蛍光体としては、波長４９０〜５１０ｎｍの範囲に１以上の発光ピークを有する緑色蛍光体を使用することができる。また、このような波長４９０〜５１０ｎｍの範囲に１以上の発光ピークを有する緑色蛍光体と、波長５３０〜５８０ｎｍの範囲に１以上の発光ピークを有する黄色蛍光体とを混合して用いることができる。さらに、波長４９０〜５１０ｎｍの範囲と波長５３０〜５８０ｎｍの範囲にそれぞれ発光ピークを有する一種類の緑色蛍光体を用いてもよい。波長４９０〜５１０ｎｍの範囲に半値幅の広い第１の発光ピークを、波長５３０〜５８０ｎｍの範囲に半値幅の広い第２の発光ピークをそれぞれ有し、かつ第１の発光ピーク（波長５００ｎｍ近傍）から第２の発光ピーク（波長５５０ｎｍ近傍）の範囲の発光強度の低下が少ない連続スペクトルを有する緑色蛍光体を用いることがより好ましい。このように、緑色蛍光体として、５００ｎｍ近傍から５５０ｎｍ近傍まで連続したスペクトルを有するものを含有する場合には、黄色蛍光体を別途含有させる必要がない。

緑色蛍光体としては、例えば、（ＡＥ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｎ，Ｏ）_１６：Ｅｕ蛍光体等のサイアロン蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）、ＲＥ_３（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。）などのＹＡＧ蛍光体、（Ｃａ_ｘ，Ｃｅ_ｙ）Ｓｃ_ｚ（Ｓｉ_ｎＧｅ_ｍ）Ｏ_１２蛍光体（ただし３≧ｘ，ｙ，ｚ，ｎ，ｍ≧０）、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ_ｘＣｅ_ｙ蛍光体（ただし１≧ｘ，ｙ≧０、１≧ｘｙ≧０）、Ｓｒ_３ＳｉＯ_５：Ｅｕ^２＋蛍光体等の珪酸塩蛍光体が用いられる。

黄色蛍光体としては、例えばＲＥ_３（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。）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。）、Ｓｒ_３ＳｉＯ_５：Ｅｕ^２＋蛍光体等の珪酸塩蛍光体、ｎ−ＵＶＬＥＤＢＧＲ、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体等が用いられる。

第１の実施形態のＬＥＤランプ１では、印加された電気エネルギーが青色ＬＥＤチップ２で主波長が４２０〜４８０ｎｍ（例えば４６０ｎｍ）の青色光に変換されて放射される。放射された青色光は、蛍光体含有樹脂層１０中に含有された上記緑色蛍光体を含む蛍光体により、より長波長の光に変換される。また、印加された電気エネルギーが赤色ＬＥＤチップ３で主波長が６００〜７００ｎｍ（例えば６３０ｎｍ）の赤色光に変換されて放射される。そして、青色ＬＥＤチップ２から放射される青色光と、赤色ＬＥＤチップ３から放射される赤色光と、上記蛍光体の発光色とが交じり合った色である白色光（混色光）がＬＥＤランプ１から放出される。

そして、上記蛍光体が配合された蛍光体層から出射される光のスペクトル（発光スペクトル）における波長４９０〜５１０ｎｍの範囲の発光ピーク（第１の発光ピーク）の強度の、波長５３０〜５８０ｎｍの範囲の発光ピーク（第２の発光ピーク）の強度に対する割合が０．４以上となっている。これは、従来の白色光ＬＥＤランプからの発光スペクトルにおける当該割合よりも大きな値である。このような分光分布は、蛍光体含有樹脂層１０に波長４９０〜５１０ｎｍの範囲に発光ピークを有する緑色蛍光体を所定量含有させることにより得ることができる。また、波長４６０ｎｍの発光強度に対する波長５５０ｎｍの発光強度の割合が１以上となっている。このような分光分布は、蛍光体層に、波長５３０〜５８０ｎｍの範囲に発光ピークを有する緑色ないし黄色蛍光体を所定量含有させることにより得ることができる。

また、第１の実施形態においては、青色発光素子から放射された青色光と、蛍光体から発せられた少なくとも波長４９０〜５１０ｎｍに発光ピークを有する緑色光との混色により発せられる光が、波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲に発光強度の谷部を有しており、かつこの谷部における発光強度が青色光の発光ピークの発光強度に対して、０．７〜０．９の割合となるようなスペクトルを有している。このように、より視感度が高い波長（例えば４９０〜５１０ｎｍ）範囲への光変換がなされ、視感度が悪い波長範囲に発光強度の谷部が形成された発光スペクトルとなっているので、平均演色評価数Ｒａの低下が抑制されるとともに、エネルギー効率が向上している。なお、青色光の発光ピークの強度に対する発光谷部の強度の割合が０．７未満では、平均演色評価数Ｒａの大幅な低下が生じるため好ましくない。また、谷部の波長（４７０ｎｍ〜４９０ｎｍ）の光は視感度が悪く、発光強度が高くても視覚的効果が小さいので、この谷部の強度の青色光の発光ピークの強度に対する割合が０．９を超える場合には、エネルギー効率の点で好ましくない。

このように、第１の実施形態のＬＥＤランプ１においては、従来のＬＥＤランプの発光スペクトルには存在しなかった、主波長が４９０〜５１０ｎｍの発光が加えられているので、波長５００ｎｍ近傍の発光強度の低下を十分に緩和することができる。したがって、本発明においては、太陽光、白熱灯の発光スペクトルに近づけることができ、それにより、平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。

また、第１の実施形態のＬＥＤランプ１においては、赤色ＬＥＤチップ３を用いることにより赤み成分を得ており、励起のために他の色成分の光を吸収することがないので、光を有効に取り出すことができる。半値幅が赤色蛍光体に比べて狭い赤色ＬＥＤチップ３を用いることによるデメリットは、波長４９０〜５１０ｎｍの範囲および波長５３０〜５８０ｎｍの範囲のそれぞれに１以上の発光ピークを有し、かつこれらの発光ピークの間の発光強度の低下が少ない連続スペクトルを有する蛍光体を加えることにより、十分に補うことができる。したがって、十分に高い平均演色評価数Ｒａの値を確保することができるうえに、好ましい演色性を有している。

なお、上記実施形態では、ＬＥＤランプ１をマトリックス状に複数個配置したＬＥＤジュール２１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、例えば複数個のＬＥＤランプ１を１列状に配置して形成してもよく、さらにＬＥＤランプ１は単数でもよい。

図４および図５は、本発明の第２の実施形態に係わるＬＥＤパッケージを形成する発光装置を示している。図４は、この発光装置の平面図であり、図５は、図４に示す発光装置をＦ−Ｆ線に沿って切断した縦断面図である。なお、図４および図５おいて、第１の実施形態に関する図面と同様の構成要素については同じ参照数字を用いて、その説明を簡略化または省略する。

図４および図５に示す発光装置（ＬＥＤランプ）１は、パッケージ基板例えば装置基板５と、反射層３１と、回路パターン４と、複数対好ましくは多数対の半導体発光素子（例えば青色ＬＥＤチップ２と赤色ＬＥＤチップ３）と、接着層３２と、リフレクタ３４と、蛍光体含有樹脂層１０と、光拡散部材３３とを備えて形成されている。蛍光体含有樹脂層１０は封止部材としても機能する。

装置基板５は、金属または絶縁材、例えば合成樹脂製の平板からなり、発光装置１に必要とされる発光面積を得るために、所定形状例えば長方形状をなしている。装置基板５を合成樹脂製とする場合、例えば、ガラス粉末入りのエポキシ樹脂等で形成することができる。装置基板５を金属製とする場合は、この装置基板５の裏面からの放熱性が向上し、装置基板５の各部温度を均一にすることができ、同じ波長域の光を発する半導体発光素子２，３の発光色のばらつきを抑制することができる。なお、このような作用効果を奏する金属材料としては、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性に優れた材料、具体的にはアルミニウムまたはその合金を例示することができる。

反射層３１は、所定数の半導体発光素子２，３を配設し得る大きさであって、例えば、装置基板５の表面全体に被着されている。反射層３１は、４００〜７４０ｎｍの波長領域で８５％以上の反射率を有する白色の絶縁材料により構成することができる。このような白色絶縁材料としては、接着シートからなるプリプレグ（pre-preg）を使用することができる。このようなプリプレグは、例えば、酸化アルミニウム等の白色粉末が混入された熱硬化性樹脂をシート基材に含浸させて形成することができる。反射層３１はそれ自体の接着性により、装置基板５の表面となる一面に接着される。

回路パターン４は、各半導体発光素子２，３への通電要素として、反射層３１の装置基板５が接着された面とは反対側の面に接着されている。この回路パターン４は、例えば各半導体発光素子２，３を直列に接続するために、装置基板５および反射層３１の長手方向に所定間隔ごとに点在して２列に形成されている。一方の回路パターン４の列の一端側に位置する端側回路パターン４ａには、給電パターン部４ｃが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン４の列の一端側に位置する端側回路パターン４ａには、給電パターン部４ｄが一体に連続して形成されている。

給電パターン部４ｃ，４ｄは反射層３１の長手方向一端部に並べて設けられ、互いに離間して反射層３１により絶縁されている。これらの給電パターン部４ｃ，４ｄのそれぞれに、電源に至る図示しない電線が個別に半田付け等で接続されるようになっている。

回路パターン４は以下に説明する手順で形成される。まず、未硬化の前記熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグからなる反射層３１を装置基板５上に貼付けた後、反射層３１上にこれと同じ大きさの銅箔を貼付ける。次に、こうして得た積層体を加熱するとともに加圧して、熱硬化性樹脂を硬化させることによって、装置基板５と銅箔を反射層３１に圧着し接着を完了させる。次いで、銅箔上にレジスト層を設けて、銅箔をエッチング処理した後に、残ったレジスト層を除去することによって、回路パターン４を形成する。銅箔からなる回路パターン４の厚みは例えば３５μｍである。

図５に示すように、半導体発光素子２は、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のＬＥＤチップからなり、透光性を有する素子基板２ｂ一面に半導体発光層２ａを積層して形成されている。素子基板２ｂは、例えばサファイア基板で作られている。この素子基板２ｂの厚みは、回路パターン４より厚く、例えば９０μｍとする。なお、青色ＬＥＤチップである半導体発光素子２について説明するが、赤色ＬＥＤチップである半導体発光素子３についても同様に構成されている。

半導体発光層２ａは、素子基板２ｂの主面上に、バッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型半導体層を順次積層して形成されている。発光層は、バリア層とウェル層を交互に積層した量子井戸構造をなしている。ｎ型半導体層にはｎ側電極が設けられ、ｐ型半導体層上にはｐ側電極が設けられている。この半導体発光層２ａは、反射膜を有しておらず、厚み方向の双方に光を放射できる。

各半導体発光素子２は、装置基板５の長手方向に隣接した回路パターン４間にそれぞれ配置され、白色の反射層３１の同一面上に接着層３２により接着されている。具体的には、半導体発光層２ａが積層された素子基板２ｂの一面と平行な他面が、接着層３２により反射層３１に接着されている。この接着により、回路パターン４および半導体発光素子２は反射層３１の同一面上で直線状に並べられるので、この並び方向に位置した半導体発光素子２の側面と回路パターン４とは、近接して対向するように設けられている。

接着層３２の厚みは、例えば５μｍ以下とすることができる。接着層３２には、例えば５μｍ以下の厚みで光透過率が７０％以上の透光性を有した接着剤、例えばシリコーン樹脂系の接着剤を好適に使用できる。

図４および図５に示すように、各半導体発光素子２の電極と半導体発光素子２の両側に近接配置された回路パターン４とは、ボンディングワイヤ７で接続されている。さらに、前記２列の回路パターン４列の他端側に位置された端側回路パターン４ｂ同士も、ボンディングワイヤ７で接続されている。したがって、この実施形態の場合、各半導体発光素子２は直列に接続されている。

以上の装置基板５、反射層３１、回路パターン４、各半導体発光素子２，３、接着層３２、およびボンディングワイヤ７により、発光装置１の面発光源が形成されている。

リフレクタ３４は、一個一個または数個の半導体発光素子２，３ごとに個別に設けられるものではなく、反射層３１上の全ての半導体発光素子２，３を包囲する単一のものであり、例えば長方形の枠で形成されており、半導体発光素子２，３は前記枠で形成された凹部８内に配置されている。リフレクタ３４は反射層３１に接着止めされていて、その内部に複数の半導体発光素子２，３および回路パターン４が収められているとともに、前記一対の給電パターン部４ｃ、４ｄはリフレクタ３４の外部に位置されている。

リフレクタ３４は、例えば合成樹脂で成形することができ、その内周面は反射面となっている。リフレクタ３４の反射面は、ＡｌやＮｉ等の反射率の高い金属材料を蒸着またはメッキして形成することができる他、可視光の反射率の高い白色塗料を塗布して形成することができる。あるいは、リフレクタ３４の成形材料中に白色粉末を混入して、リフレクタ３４自体を可視光の反射率が高い白色にすることもできる。前記白色粉末としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム等の白色フイラーを用いることができる。なお、リフレクタ３４の反射面は、発光装置１の照射方向に次第に開くように形成することが望ましい。

蛍光体含有樹脂層１０は、前記第１の実施形態と同様に、蛍光体を混合した液状の熱硬化性樹脂をディスペンサ等の注入装置を用いて、反射層３１表面および一直線上に配列された各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ７等を満遍なく埋めるようにして充填し、加熱により熱硬化性樹脂を硬化させることにより形成されている。

反射層３１表面とボンディングワイヤ７との間に流れ込んだ液状の透明樹脂は、毛細管現象等により各半導体発光素子２，３およびボンディングワイヤ７に行きわたり、その膜厚等がほぼ均一になっており、蛍光体も透明樹脂にほぼ均一に分散している。

このように構成される第２の実施形態においても、十分に高い平均演色評価数Ｒａの値を確保することができるうえに、好ましい演色性を有している。また、エネルギー効率の向上を図ることができ、発光効率を高めることができる。

次に、本発明の実施例およびその評価結果について、比較例と比較しながら説明する。

実施例１，２、比較例１〜３
以下に示す発光素子、蛍光体をそれぞれ使用し、図１に示す構成を有するＬＥＤランプを作製した。いずれの例でも、青色発光素子としては、波長４６０ｎｍに発光ピークを有する青色ＬＥＤチップを用いた。

実施例１では、赤色発光素子として、波長６３０ｎｍに発光ピークを有する赤色ＬＥＤチップを用い、蛍光体として、波長５００ｎｍと波長５５０ｎｍにそれぞれ半値幅の広い発光ピークを有し、かつ波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲の発光強度の低下が少ない連続スペクトルを有する緑色蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）を用いた。実施例２では、赤色発光素子として波長６４５ｎｍに発光ピークを有する赤色ＬＥＤチップを用いた他は、実施例１と同じであった。

比較例１では、蛍光体として、波長５５０ｎｍに発光ピークを有する黄色蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）と波長６３０ｎｍに発光ピークを有する窒化物系赤色蛍光体を用い、赤色ＬＥＤチップは用いなかった。比較例２では、蛍光体として、波長５５０ｎｍに発光ピークを有する黄色蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）のみを用い、赤色ＬＥＤチップも赤色蛍光体も用いなかった。比較例３では、赤色発光素子として、波長６３０ｎｍに発光ピークを有する赤色ＬＥＤチップを用い、蛍光体として、波長５５０ｎｍに発光ピークを有する黄色蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）のみを用いた。

上記蛍光体をシリコーン樹脂中に、表１に示す配合比（シリコーン樹脂に対する配合割合；重量％）でそれぞれ混合し、分散させた。次に、こうして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂を、ディスペンサを用いて深さ１．０ｍｍ、開口径３ｍｍの凹部８内に充填した後、シリコーン樹脂を硬化させ、光路長０．５ｍｍの蛍光体層（蛍光体含有樹脂層１０）を形成し、図１に模式的に示す構成を有するＬＥＤランプを作製した。なお、比較例１，２においては、赤色発光素子を用いていないので、図１に示すものとは異なり、ＬＥＤチップが１つの構成のＬＥＤランプである。

これらのＬＥＤランプの発光スペクトルを分光光度計（大塚電子製の瞬間分光度計ＭＣＰＤ−７０００）を用いて測定した。測定された分光スペクトルを図６に示す。

図６から、実施例１，２のＬＥＤランプの発光スペクトルは、視感度の低い波長４７０〜４９０ｎｍの範囲（４８０ｎｍ）に発光強度の谷部を有し、この谷部（波長４８０ｎｍ）における発光強度の波長４６０ｎｍの発光強度に対する割合が０．８５となっていることがわかる。これに対して、比較例１〜３のＬＥＤランプの発光スペクトルは、いずれも波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲（４８０ｎｍ）に発光強度の谷部を有していない。

また、比較例１〜３のＬＥＤランプの発光スペクトルでは、波長５００ｎｍ近傍に急激な低下があるのに対し、実施例１，２の発光スペクトルでは、この低下がほとんどなくなっている。さらに、実施例１，２の発光スペクトルでは、４６０ｎｍ近傍および５５０ｎｍ近傍の発光強度が比較例１〜３に比べて低めに抑えられ、青色光から橙色光の波長域まで発光強度がなだらかに推移し、バランスのよい発光スペクトルになっていることがわかる。

次いで、実施例１，２および比較例１〜３のＬＥＤランプについて測定された分光スペクトルから、色温度、平均演色評価数Ｒａをそれぞれ算出し、あわせて、波長５５０ｎｍの発光強度に対する波長５００ｎｍの発光強度の割合（波長５００ｎｍの発光強度／波長５５０ｎｍの発光強度）を算出した。また、ゴニオメータを用いて発光効率を測定した。これらの結果を表１に示す。なお、表１に示す効率比は、比較例１のＬＥＤランプの発光効率を１００％としたときの相対値である。

表１に示されるように、実施例１で得られたＬＥＤランプは、その平均演色評価数Ｒａは９０であり、比較例１で得られたＬＥＤランプのＲａよりも僅かに低かったが、８５以上という、十分高い値のＲａを得られた。そのうえ、発光効率が比較例１に比べて７０％向上しており、極めて高い発光効率を有していた。このことから、赤色蛍光体を用いずに赤色ＬＥＤチップを用いた場合には、高い発光効率を得られることが確認された。

実施例１のＬＥＤランプは、比較例２のＬＥＤランプよりも効率が僅かに劣るが、Ｒａは大幅に高かった。比較例２で他の例よりもＲａが低かったのは、赤色蛍光体も赤色ＬＥＤチップもいずれも用いていないので、赤み成分が不足しているからである。このことから、赤色ＬＥＤチップを用いて赤み成分を補うとともに、波長５００ｎｍ近傍にも発光ピークを有する蛍光体を含有した場合には、赤色蛍光体も赤色ＬＥＤチップも用いない場合に比べて、効率の低下を抑制しつつ、Ｒａを９０にまで向上できることが確認された。

実施例１のＬＥＤランプは、比較例３のＬＥＤランプと効率が同じでありながら、Ｒａは大幅に高かった。実施例１と比較例３との条件の違いは、蛍光体のみである。このことから、波長５５０ｎｍ近傍に加えて波長５００ｎｍ近傍にも発光ピークを有する緑色蛍光体を含有させたことが、Ｒａの向上に寄与していることが確認された。

また、実施例２のＬＥＤランプでは、赤色ＬＥＤチップの主波長は実施例１と異なるが、実施例１のＬＥＤランプと同様に、十分高い値のＲａが得られ、比較例１に比べて効率比が６０％向上し、極めて高い発光効率を得られた。さらに、実施例２の結果からは、色温度は赤色ＬＥＤチップの主波長のみで変えられること、及び、赤色ＬＥＤチップの主波長を変えてもＲａの値には影響がないことが確認された。

以上の結果から、赤色ＬＥＤチップを用いた場合でも、波長５５０ｎｍ近傍に加えて波長５００ｎｍ近傍にも発光ピークを有する緑色蛍光体を含有することにより、赤色蛍光体を用いた場合に比べて遜色ない十分な値のＲａが得られるうえに、発光効率が大幅に向上することが確認された。

なお、これらの実施例以外に、波長５００ｎｍに発光ピークを有する緑色蛍光体と波長５５０ｎｍに発光ピークを有する黄色蛍光体との２種類の蛍光体を混合してシリコーン樹脂に含有させ分散させた蛍光体含有樹脂層でも同様の実験を行った。この場合にも上記実施例１，２と同様の効果が得られた。

本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第１の実施形態の構成を示す断面図である。 図１に示すＬＥＤランプを複数配置したＬＥＤモジュールの一例を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ´線断面図である。 本発明の発光装置の第２の実施形態に係わる発光装置の平面図である。 図４のＦ−Ｆ線断面図である。 本発明の実施例１，２および比較例１〜３で得られたＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。

符号の説明

１…ＬＥＤランプ、２…青色ＬＥＤチップ、３…赤色ＬＥＤチップ、４…回路パターン、５…基板、６…絶縁層、７…ボンディングワイヤ、８…凹部、９…フレーム、１０…蛍
光体含有樹脂層、２１…ＬＥＤモジュール。

Claims (4)

1. 青色光を放射する青色発光素子と；
   赤色光を放射する赤色発光素子と；
   前記青色発光素子から放射された青色光により励起されて、波長４９０〜５１０ｎｍと波長５３０〜５８０ｎｍにそれぞれ発光ピークを有し、かつ波長５３０〜５８０ｎｍの範囲の発光ピークの発光強度に対する波長４９０〜５１０ｎｍの範囲の発光ピークの発光強度の割合が０．４以上である可視光を発する蛍光体を含有する蛍光体層と；
   を具備することを特徴とする発光装置。
2. 前記蛍光体が、波長４９０〜５１０ｎｍに発光ピークを有する第１の蛍光体と波長５３０〜５８０ｎｍに発光ピークを有する第２の蛍光体とをそれぞれ含有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 青色光を放射する青色発光素子と；
   赤色光を放射する赤色発光素子と；
   前記青色発光素子から放射された青色光により励起されて、少なくとも波長４９０〜５１０ｎｍに発光ピークを有するとともに、前記青色光との混色により、波長４７０ｎｍ〜４９０ｎｍに発光強度の谷部を有し、かつ前記青色光のピーク波長の発光強度に対する前記谷部の波長の発光強度の割合が０．７〜０．９である可視光を発する蛍光体を含有する蛍光体層と；
   を具備することを特徴とする発光装置。
4. 前記蛍光体が、波長４９０〜５１０ｎｍと波長５３０〜５８０ｎｍにそれぞれ発光ピークを有し、かつ波長５３０〜５８０ｎｍの範囲の発光ピークの発光強度に対する波長４９０〜５１０ｎｍの範囲の発光ピークの発光強度の割合が０．４以上である可視光を発する蛍光体であることを特徴とする請求項３記載の発光装置。

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