JP2010192614A

JP2010192614A - 発光装置

Info

Publication number: JP2010192614A
Application number: JP2009034338A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Nakatani; 俊浩中谷; Kenji Matsuno; 研二松野
Original assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】色覚障害者にも認識することができる赤色発光装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオード１００は、リードフレーム３及び４を備え、リードフレーム３の一端部には凹部３ａが設けられている。凹部３ａの底部には、青色発光素子としての青色のＬＥＤチップ１がダイボンディングにより接着固定されている。ＬＥＤチップ１は、例えば、波長が４３０〜４８０ｎｍの範囲で発光ピークを有する青色光を発することができる。凹部３ａ内には、透光性の樹脂が充填されることによって、ＬＥＤチップ１を覆う被覆部２を形成している。被覆部２は、ＬＥＤチップ１が発する青色光を励起光として、発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの赤色光を発光する赤色蛍光体１０を含有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤色の光を発する発光装置に関し、特に色覚障害者にも視認することができる発光装置に関する。

人間の目の視細胞は、その形態から杆体と錐体に分類され、錐体は、その異なる分光吸収特性により赤錐体、緑錐体、及び青錐体の３種類に分類されている。各錐体の分光吸収特性は、視物質の性質に依存し、赤錐体は赤視物質、緑錐体は緑視物質、青錐体は青視物質を発現しており、目に入った光がどのような波長成分を有するかに応じて、各視物質を介して各錐体が刺激され、色として知覚される。

赤視物質、緑視物質、青視物質のいずれかの機能が損なわれた状態を色覚障害という。色覚障害の大多数は、赤視物質の遺伝子に変異を生じた第１色覚障害（色覚障害全体の約２５％）か、緑視物質の遺伝子に変異を生じた第２色覚障害（色覚障害全体の約７５％）であり、赤視物質又は緑視物質のどちらの機能が失われても、緑〜赤の波長域で色の差を感じにくいという似た症状になるため、赤緑色覚障害と総称されている。一方、青視物質の遺伝子に変異を生じた第３色覚障害は、色覚障害全体の約０．０２％と少ない。

色覚障害のうち大多数を占める赤緑色覚障害（第１色覚障害、第２色覚障害）は、緑〜赤の波長域において、明度が類似した色を見分けること（対象物の色識別）が困難になっている。特に、光の波長域において、黄緑〜黄の波長域を中心に左右（短波長側と長波長側）の色がほぼ同一に見えており、「緑と赤」、「黄緑と黄」の差を区別して認識することが困難となっている。

一方、赤色の光を発する発光装置として、例えば、赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）は、情報表示装置、家電製品やＡＶ機器、携帯電話、車載機器、信号機など、様々な分野で利用されている。

図７は従来の赤色発光ダイオードの発光スペクトルの一例を示す説明図である。図７に示すように、波長が６２０ｎｍ〜６３０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークが存在するとともに、６００ｎｍ付近の短波長領域で相対発光強度がゼロに近づいている。また、特許文献１には、このような従来の赤色発光ダイオードが歩行者用信号灯器に使用されている例が開示されている。

特開２００８−２３４１３４号公報

しかしながら、健常者であれば、特許文献１の歩行者用信号灯器に使用されている赤色発光ダイオードが発する赤色を認識することができるものの、色覚障害者の赤視物質の機能障害の程度によっては、赤が暗く感じられる場合や、赤色を認識することができない場合がある。このため、色覚障害者にも認識することができる赤色発光装置が望まれていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、色覚障害者にも認識することができる赤色発光装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る発光装置は、波長が４３０〜４８０ｎｍの範囲で発光ピークを有する青色発光素子と、該青色発光素子からの励起光により、発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの光を発光する赤色蛍光体と、該赤色蛍光体を含有し、前記青色発光素子を覆う被覆部とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る発光装置は、第１発明において、前記発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの光のスペクトル半値幅が８０ｎｍ以上であることを特徴とする。

第３発明に係る発光装置は、第１発明又は第２発明において、前記発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの光のスペクトルの下限値が少なくとも５５０ｎｍより小さいことを特徴とする。

第１発明にあっては、青色発光素子（青色ＬＥＤチップ）は、波長が４３０〜４８０ｎｍの範囲で発光ピークを有する青色を発する。この青色の光が青色発光素子を覆う被覆部を透過する際に、被覆部に含有された赤色蛍光体は、青色の光により励起されて、発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの赤色の光を発する。すなわち、発光装置は、赤色の光と青色の光とを同時に発する。健常者の赤錐体の相対的な感度は、波長５６０ｎｍ付近でピークを有し、５６０ｎｍ付近から７００ｎｍ付近に至る波長域で減少する。一方、健常者や赤緑色覚障害者の青錐体の相対的な感度は、４４０ｎｍ付近でピークを有し、４４０ｎｍ付近から５４０ｎｍ付近に至る波長域で減少し、５４０ｎｍ程度で急激に減少するが６４０ｎｍ付近まで感度を保っている。発光装置が発する赤色のドミナント波長（発光ピーク）を６２０〜６６０ｎｍ付近とすることにより、色覚障害者（赤緑色覚障害者）の赤錐体の相対的な感度が健常者の場合に比べて低下する場合でも、色覚障害者の青錐体の相対的な感度が保たれている波長域（例えば、６２０ｎｍ〜６６０ｎｍ）において、赤錐体に対する相対的な反応度合いを高める。また、発光装置が発する青色のドミナント波長（発光ピーク）を４３０〜４８０ｎｍ付近とすることにより、色覚障害者の青錐体の相対的な感度が低下する波長域（例えば、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ）において、青錐体に対する相対的な反応度合いを高める。

そして、赤色に青色を組み合わせることにより、赤錐体の相対的な感度が低下する波長域において赤錐体に対する相対的な反応度合いを高めるのみならず、青錐体の相対的な感度が低下する波長域においても青錐体の相対的な反応度合いも高めることにより、赤色だけの場合に比較して、色再現性が良くなり、色覚障害者の対する赤色の識別力を向上させることができ、健常者にとっても違和感なく赤色を認識することができる。

第２発明にあっては、発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの光のスペクトル半値幅を８０ｎｍ以上とする。赤色光のスペクトルの半値幅を従来の赤色発光ダイオードの場合に比較して大きくすることにより、赤色光の相対発光強度を短波長側でも相対的に大きくする。これにより、赤錐体の相対的な感度が長波長側で低下するような色覚障害の場合、すなわち、赤錐体の相対的な感度を維持することができる波長域が短波長側に限られているような色覚障害の場合でも、赤色の識別力を向上することができ、あるいは、赤色の存在を認識することができる。

第３発明にあっては、発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの光のスペクトルの下限値を少なくとも５５０ｎｍより小さくする。下限値は、光の相対発光強度がゼロになるときの波長のうち下限の方である。赤色光のスペクトルの下限値を従来の赤色発光ダイオードの場合に比較して小さくする（短波長側にする）ことにより、赤色光の相対発光強度を短波長側でも相対的に大きくする。特に、赤錐体の相対的な感度は、波長５６０ｎｍ付近でピークを有し、５６０ｎｍ付近から７００ｎｍ付近に至る波長域で減少するので、赤色光のスペクトルの下限値を少なくとも５５０ｎｍより小さくすれば、赤錐体に対する相対的な反応度合いを高めることができる。これにより、赤錐体の相対的な感度が長波長側で低下するような色覚障害の場合、すなわち、赤錐体の相対的な感度を維持することができる波長域が短波長側に限られているような色覚障害の場合でも、赤色の識別力を向上することができ、あるいは、赤色の存在を認識することができる。

第１発明によれば、赤色に青色を組み合わせることにより、色覚障害者の対する赤色の識別力を向上させることができ、健常者にとっても違和感なく赤色を認識することができる。

第２発明によれば、赤色光のスペクトルの半値幅を８０ｎｍ以上とすることにより、赤錐体の相対的な感度が長波長側で低下するような色覚障害の場合、すなわち、赤錐体の相対的な感度を維持することができる波長域が短波長側に限られているような色覚障害の場合でも、赤色の識別力を向上することができ、あるいは、赤色の存在を認識することができる。

第３発明によれば、赤色光のスペクトルの下限値を少なくとも５５０ｎｍより小さくすることにより、赤錐体の相対的な感度が長波長側で低下するような色覚障害の場合、すなわち、赤錐体の相対的な感度を維持することができる波長域が短波長側に限られているような色覚障害の場合でも、赤色の識別力を向上することができ、あるいは、赤色の存在を認識することができる。

本発明に係る発光装置の実施の形態１である発光ダイオードの構成例を示す正面断面図である。発光ダイオードの発光スペクトルの一例を示す説明図である。発光ダイオードの発光色を示すＣＩＥ色度図である。健常者の各錐体の相対的な感度を示す説明図である。赤緑色覚障害者（第１色覚障害者）の各錐体の相対的な感度の一例を示す説明図である。本発明に係る発光装置の実施の形態２である発光ダイオードの構成例を示す正面断面図である。従来の赤色発光ダイオードの発光スペクトルの一例を示す説明図である。

実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る発光装置の実施の形態１である発光ダイオード１００の構成例を示す正面断面図である。図１に示すように、本発明に係る発光装置としての発光ダイオード１００は、リードフレーム３及び４を備え、リードフレーム３の一端部には凹部３ａが設けられている。凹部３ａの底部には、青色発光素子としての青色のＬＥＤチップ１がダイボンディングにより接着固定されている。ＬＥＤチップ１は、例えば、波長が４３０〜４８０ｎｍの範囲で発光ピークを有する青色光を発することができる。

ＬＥＤチップ１の一方の電極は、ワイヤ５によりリードフレーム３とワイヤボンディングされ、他方の電極はワイヤ５によりリードフレーム４とワイヤボンディングされている。凹部３ａ内には、透光性の樹脂が充填されることによって、ＬＥＤチップ１を覆う被覆部２を形成している。被覆部２が形成されたリードフレーム３及び４の端部は、先端部が凸状のレンズ部をなすモールド部６に収納されている。モールド部６は、エポキシ樹脂等の透光性の樹脂で形成されている。

被覆部２は、ＬＥＤチップ１が発する青色光を励起光として、発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの赤色光を発光する赤色蛍光体１０を含有している。赤色蛍光体１０は、例えば、硫化カルシウム（ＣａＳ）及び硫化ユーロピウム（ＥｕＳ）からなる混合物を焼成してなる。具体的には、ＣａＳ及びＥｕＳを混合する混合過程、混合過程後の生成物を９００〜１１００℃の温度で所定時間保持する保持過程、保持過程後の生成物を冷却する冷却過程、冷却過程後の生成物の温度を再度上昇させて６００〜９００℃の温度で所定時間保持する保持過程により所望の赤色蛍光体を得ることができる。この場合、硫化ユーロピウム（ＥｕＳ）のモル比は、硫化カルシウム（ＣａＳ）及び硫化ユーロピウム（ＥｕＳ）の合計を１００として、例えば、０．０１〜１０程度の範囲にすることができる。あるいは、赤色蛍光体１０として、酸窒化物蛍光体を用いることもできる。例えば、α−Ｓｉ₃Ｎ₄と同一の結晶構造を有し、一般式αで表される無機化合物にＥｕ²⁺を付活したものである。ここで、一般式αは、α：Ｍ（Ｓｉ、Ａｌ）₁₂（Ｏ、Ｎ）₁₆であり、Ｍは、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｙ、又はランタノイド元素である。

上述の構成により、発光ダイオード１００は、ＬＥＤチップ１からの青色光と、赤色蛍光体１０からの赤色光とを同時に発する。

図２は発光ダイオード１００の発光スペクトルの一例を示す説明図である。図２に示すように、発光ダイオード１００は、波長が４３０〜４８０ｎｍの範囲で発光ピークを有する青色光と、波長が６２０〜６６０ｎｍの範囲で発光ピークを有する赤色光とを発する。赤色光のスペクトル半値幅は８０ｎｍ以上である。ここで、スペクトル半値幅とは、相対発光強度がピーク値に対して半分（５０％）になる２つの波長の幅である。図２の例では、発光スペクトルの相対発光強度が半分になる波長は、略５８０ｎｍと略６８０ｎｍとであり、半値幅は略１００ｎｍ（６８０−５８０）となっている。

また、赤色光のスペクトルの下限値が少なくとも５５０ｎｍより小さい。下限値は、赤色光のスペクトルの相対発光強度がゼロになるときの波長のうち下限の方である。すなわち、赤色光のスペクトルは、５５０ｎｍより長波長側では上限値までの範囲においてゼロではないということである。図２の例では、下限値は略５２０ｎｍである。

なお、図２の例では、赤色光のピークの相対発光強度が１に対して、青色光のピークの相対発光強度が０．３程度である場合を例示しているが、赤色光と青色光との相対発光強度の比は、図２の例に限定されるものではなく、例えば、赤色光と青色光との相対発光強度の比が、１：１から１：０．１程度の範囲内であってもよい。

図３は発光ダイオード１００の発光色を示すＣＩＥ色度図である。図３に示すように、発光ダイオード１００の発光色は、色座標（ｘ、ｙ）で特定することができ、図３において、台形状の領域（図中模様ありの領域）が発光ダイオード１００の色度範囲Ａである。すなわち、色度範囲Ａは、次の４点の（０．５４、０．２３４）、（０．５４、０．３０２）、（０．６３１、０．３５）、（０．６８、０．３）で囲まれる領域である。なお、色度範囲Ａ内の所望の色座標値を得るには、例えば、赤色蛍光体の濃度を調整すればよい。発光ダイオード１００の発光色を色度範囲Ａ内にすることにより、健常者にも違和感なく赤色と認識される。

図４は健常者の各錐体の相対的な感度を示す説明図である。横軸は光の波長を示し、縦軸は各錐体の相対的な感度（分光感度）をＬｏｇ換算で示している。青錐体の相対的な感度（受光スペクトル）は、４４０ｎｍ付近でピークを有し、４４０ｎｍ付近から５４０ｎｍ付近に至る波長域で減少し、５４０ｎｍ程度で急激に減少するが６４０ｎｍ付近まで感度を保っている。また、赤錐体の相対的な感度は、波長５６０ｎｍ付近でピークを有し、５６０ｎｍ付近から７００ｎｍ付近に至る波長域で減少する。また、緑錐体の相対的な感度は、５４０ｎｍ付近でピークを有し、広い波長域で赤錐体の相対的な感度と重複しているが、少しずれている。

健常者では、ある波長の光が目に入った場合、青錐体、緑錐体及び赤錐体の３つの各錐体がその波長での分光感度に応じて反応し、３種の反応度合いが異なることにより、光の色を弁別することができる。すなわち、健常者は、各錐体の反応度合いの違いにより、異なる色として知覚することができる。

図５は赤緑色覚障害者（第１色覚障害者）の各錐体の相対的な感度の一例を示す説明図である。横軸は光の波長を示し、縦軸は各錐体の相対的な感度（分光感度）をＬｏｇ換算で示している。図５の例では、赤錐体の相対的な感度が健常者の場合に比べて小さく、また、波長が６００ｎｍ以上では感度が急激に低下している。すなわち、図７に例示する従来の赤色発光ダイオードの場合、波長が６００ｎｍ以下では相対発光強度がゼロに近づくため、従来の赤色発光ダイオードから発せられる赤色は、色覚障害者には認識することができないか、あるいは赤色が暗く感じられる。なお、以下の説明においては、色覚障害者は、赤緑色覚障害者であるとする。また、図５の例は、色覚障害者の各錐体の相対的な感度を模式的に示したものであり、あくまで一例であって、これに限定されるものではない。

上述のとおり、健常者の赤錐体の相対的な感度は、波長５６０ｎｍ付近でピークを有し、５６０ｎｍ付近から７００ｎｍ付近に至る波長域で減少する。一方、健常者や色覚障害者の青錐体の相対的な感度は、４４０ｎｍ付近でピークを有し、４４０ｎｍ付近から５４０ｎｍ付近に至る波長域で減少し、５４０ｎｍ程度で急激に減少するが６４０ｎｍ付近まで感度を保っている。発光ダイオード１００が発する赤色のドミナント波長（発光ピーク）を６２０〜６６０ｎｍ付近とすることにより、色覚障害者の赤錐体の相対的な感度が健常者の場合に比べて低下する場合でも、色覚障害者の青錐体の相対的な感度が保たれている波長域（例えば、６２０ｎｍ〜６６０ｎｍ）において、赤錐体に対する相対的な反応度合いを高める。また、発光ダイオード１００が発する青色のドミナント波長（発光ピーク）を４４０〜４８０ｎｍ付近とすることにより、色覚障害者の青錐体の相対的な感度が低下する波長域（例えば、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ）において、青錐体に対する相対的な反応度合いを高める。

そして、発光ダイオード１００は、赤色と青色を同時に発光することにより、赤錐体の相対的な感度が低下する波長域において赤錐体に対する相対的な反応度合いを高めるのみならず、青錐体の相対的な感度が低下する波長域においても青錐体の相対的な反応度合いも高めることにより、赤色だけの場合に比較して、色再現性が良くなり、色覚障害者の対する赤色の識別力を向上させることができ、健常者にとっても違和感なく赤色を認識することができる。

また、発光ダイオード１００の赤色光のスペクトル半値幅を８０ｎｍ以上とする。赤色光のスペクトルの半値幅を従来の赤色発光ダイオードの場合に比較して大きくすることにより、赤色光の相対発光強度を短波長側でも相対的に大きくする。これにより、赤錐体の相対的な感度が長波長側で低下するような色覚障害の場合、すなわち、赤錐体の相対的な感度を維持することができる波長域が短波長側に限られているような色覚障害の場合でも、赤色の識別力を向上することができ、あるいは、赤色の存在を認識することができる。

また、発光ダイオード１００の赤色光のスペクトルの下限値を少なくとも５５０ｎｍより小さくする。下限値は、光の相対発光強度がゼロになるときの波長のうち下限の方である。赤色光のスペクトルの下限値を従来の赤色発光ダイオードの場合に比較して小さくする（短波長側にする）ことにより、赤色光の相対発光強度を短波長側でも相対的に大きくする。特に、赤錐体の相対的な感度は、波長５６０ｎｍ付近でピークを有し、５６０ｎｍ付近から７００ｎｍ付近に至る波長域で減少するので、赤色光のスペクトルの下限値を少なくとも５５０ｎｍより小さくすれば、赤錐体に対する相対的な反応度合いを高めることができる。これにより、赤錐体の相対的な感度が長波長側で低下するような色覚障害の場合、すなわち、赤錐体の相対的な感度を維持することができる波長域が短波長側に限られているような色覚障害の場合でも、赤色の識別力を向上することができ、あるいは、赤色の存在を認識することができる。

実施の形態２
図６は本発明に係る発光装置の実施の形態２である発光ダイオード２００の構成例を示す正面断面図である。実施の形態１では、発光ダイオード１００は、いわゆる砲弾型のモールド部６とリードフレーム３及び４とを備えたＬＥＤランプの例であったが、発光ダイオードは表面実装型の構成でもよい。図６において、７は配線基板であり、配線基板７の表面には銅箔による配線パターン７１及び７２が互いに離隔して形成されている。配線基板７の表面に形成された一方の配線パターン７１の表面に、青色のＬＥＤチップ１を実装してある。ＬＥＤチップ１の一方の電極は、ワイヤ５により配線パターン７１とワイヤボンディングされ、他方の電極はワイヤ５により配線パターン７２とワイヤボンディングされている。ＬＥＤチップ１の周囲には、実施の形態１と同様の赤色蛍光体１０を含有したエポキシ樹脂等の樹脂で形成されたモールド部６を形成してある。なお、発光ダイオード２００の発光スペクトルや発光色は、実施の形態と同様であるので説明を省略する。

以上説明したように、本発明によれば、赤色に青色を組み合わせることにより、色覚障害者の対する赤色の識別力を向上させることができ、健常者にとっても違和感なく赤色を認識することができる。

また、赤色光のスペクトルの半値幅を８０ｎｍ以上とすることにより、赤錐体の相対的な感度が長波長側で低下するような色覚障害の場合、すなわち、赤錐体の相対的な感度を維持することができる波長域が短波長側に限られているような色覚障害の場合でも、赤色の識別力を向上することができ、あるいは、赤色の存在を認識することができる。

また、赤色光のスペクトルの下限値を少なくとも５５０ｎｍより小さくすることにより、赤錐体の相対的な感度が長波長側で低下するような色覚障害の場合、すなわち、赤錐体の相対的な感度を維持することができる波長域が短波長側に限られているような色覚障害の場合でも、赤色の識別力を向上することができ、あるいは、赤色の存在を認識することができる。

また、従来、赤色発光ダイオードは、情報表示装置、家電製品やＡＶ機器、携帯電話、車載機器、信号機など様々な分野で利用されているものの、色覚障害者にとってみれば、赤色を認識できない事態や、認識しにくい事態が存在していた。上述の実施の形態１、２の発光ダイオード１００、２００を用いることにより、色覚障害者には、赤色の光を赤錐体の相対的な感度に応じて（色覚障害の程度に応じて）、擬似赤色の光として認識することができ、従来、赤色の光の点灯の判断ができないという問題や判断しにくいという問題を解消することができる。同時に、健常者にとっても、違和感のない範囲で赤色としての発光ダイオードを提供することができる。

なお、白色やパステル色の発光ダイオードの場合には、蛍光体を励起させるための青色発光ダイオードが発する光の波長を細かく管理する必要があるが、赤色と青色の２色の光を発光させる発光ダイオードの場合には、青色発光ダイオードが発する光のピークは、上述した範囲のものを使用することができ、この範囲であれば、いずれの波長の発光素子でも良いので、歩留まりを向上させることができる。

１ＬＥＤチップ（青色発光素子）
２被覆部
６モールド部（被覆部）
１０赤色蛍光体

Claims

波長が４３０〜４８０ｎｍの範囲で発光ピークを有する青色発光素子と、
該青色発光素子からの励起光により、発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの光を発光する赤色蛍光体と、
該赤色蛍光体を含有し、前記青色発光素子を覆う被覆部と
を備えることを特徴とする発光装置。
前記発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの光のスペクトル半値幅が８０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記発光ピークが波長６２０〜６６０ｎｍの光のスペクトルの下限値が少なくとも５５０ｎｍより小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。