JP2012064327A

JP2012064327A - Ｌｅｄ電球

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Publication number: JP2012064327A
Application number: JP2010205205A
Authority: JP
Inventors: Hajime Takeuchi; 肇竹内; Yasumasa Oya; 恭正大屋; Hiroyasu Kondo; 弘康近藤; Tatsuki Itoga; 達規糸賀
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: JP5566822B2

Abstract

【課題】演色性の向上とグレアの低減とを実現したＬＥＤ電球を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ電球１は、ＬＥＤモジュール２と、ＬＥＤモジュール２が設置された基体部３と、基体部３に取り付けられたグローブ４とを具備する。ＬＥＤモジュール２は、基板７上に実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を備える。基体部３には点灯回路と口金６とが設けられる。グローブ４の内面には、酸化亜鉛、酸化セリウム、及び酸化チタンから選ばれる少なくとも１種の粒子を含む紫外乃至紫色光吸収層９と、ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜１０とが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態はＬＥＤ電球に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた発光装置は、液晶表示装置のバックライト、信号装置、各種スイッチ類、車載用ランプ、一般照明等の照明装置に幅広く利用されている。特に、ＬＥＤと蛍光体とを組合せた白色発光型のＬＥＤランプは、白熱電球の代替品として注目されており、その開発が急速に進められている。ＬＥＤランプを適用した電球（以下、ＬＥＤ電球と記す）としては、例えば電球口金が設けられた基体部にグローブを取り付けると共に、グローブ内にＬＥＤチップを配置し、さらに基体部内にＬＥＤチップの点灯回路を設けた一体型のランプ構造を有するものが知られている。

従来のＬＥＤ電球においては、青色発光のＬＥＤチップ（青色ＬＥＤ）と、青色ＬＥＤから出射された青色光を吸収して黄色光を発光する黄色蛍光体（ＹＡＧ蛍光体等）との組合せが適用されており、青色ＬＥＤから出射された青色光とそれを吸収して黄色蛍光体が発光する黄色光との混色により白色光を得ている。青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球は、明るさを確保しやすいというような特徴を有する。しかしながら、青色ＬＥＤからの青色光と黄色蛍光体からの黄色光との混色に基づく白色光は、平均演色評価数（Ｒａ）等で評価される演色性に劣るという難点を有する。

従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球は、光の分布が青色成分と黄色成分とに偏っており、赤色成分の光が不足しているため、ＬＥＤ電球からの光で物体を見たときの反射光が太陽光の下で見る自然色とは異なるという難点を有している。また、従来のＬＥＤ電球では、青色ＬＥＤから出射された光が白色光の生成に使用されるため、電球全体の輝度を均一化することが難しく、これにより電球のぎらつきや局所的なまぶしさ、いわゆるグレアを低減することが困難であるという難点を有する。

特開２００５−００５５４６号公報特開２００９−１７０１１４号公報

本発明の目的は、演色性の向上とグレアの低減とを実現したＬＥＤ電球を提供することにある。

実施形態のＬＥＤ電球は、ＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールが設置された基体部と、ＬＥＤモジュールを覆うように基体部に取り付けられたグローブとを具備する。ＬＥＤモジュールは、基板上に実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップを備える。基体部には、ＬＥＤチップを点灯させる点灯回路と、点灯回路と電気的に接続された口金とが設けられている。グローブの内壁面上には、酸化亜鉛、酸化セリウム、及び酸化チタンから選ばれる少なくとも１種の粒子を含む紫外乃至紫色光吸収層が設けられている。グローブの内面側には、紫外乃至紫色光吸収層を介して蛍光膜が設けられている。蛍光膜はＬＥＤチップから離間させて設けられており、ＬＥＤチップから出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光するものである。

第１の実施形態によるＬＥＤ電球を一部断面で示す図である。第２の実施形態によるＬＥＤ電球を示す図である。実施例におけるＬＥＤ電球の紫外乃至紫色光吸収層の構成粒子の平均粒子径と光束との関係の一例を示す図である。

以下、実施形態のＬＥＤ電球について、図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態によるＬＥＤ電球を一部断面で示す図である。図２は第２の実施形態によるＬＥＤ電球を示す図である。これらの図に示すＬＥＤ電球１は、ＬＥＤモジュール２と、ＬＥＤモジュール２が設置された基体部３と、ＬＥＤモジュール２を覆うように基体部３上に取り付けられたグローブ４と、基体部３の下端部に絶縁部材５を介して取り付けられた口金６と、基体部３内に設けられた点灯回路（図示せず）とを具備する。

ＬＥＤモジュール２は、基板７上に実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を備えている。基板７上には複数のＬＥＤチップ８が面実装されている。紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８には、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の発光ダイオードが用いられる。基板７の表面（さらに必要に応じて内部）には、配線網（図示せず）が設けられており、ＬＥＤチップ８の電極は基板７の配線網と電気的に接続されている。ＬＥＤモジュール２の側面もしくは底面には、図示を省略した配線が引き出されており、この配線が基体部３内に設けられた点灯回路（図示せず）と電気的に接続されている。ＬＥＤチップ８は、点灯回路を介して印加される直流電圧により点灯する。

グローブ４の内面側には、酸化亜鉛、酸化セリウム、及び酸化チタンから選ばれる少なくとも１種の粒子を含む紫外乃至紫色光吸収層９を介して蛍光膜１０が設けられている。紫外乃至紫色光吸収層９については後述する。蛍光膜１０はＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光するものであり、従来の蛍光体粒子をＬＥＤチップの封止樹脂中に分散させたＬＥＤモジュールとは異なり、ＬＥＤチップ８から離間するように設けられている。ＬＥＤ電球１に印加された電気エネルギーはＬＥＤチップ８で紫外乃至紫色光に変換され、さらに蛍光膜１０でより長波長の光に変換されて白色光として放出される。ＬＥＤ電球１から放出される白色光は、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、実質的に蛍光膜１０の発光のみにより構成される。

ＬＥＤ電球１はグローブ４の内面全体に設けられた蛍光膜１０を発光させているため、従来の蛍光体粒子を封止樹脂中に分散させたＬＥＤモジュールとは異なり、蛍光膜１０全体が面発光し、蛍光膜１０から全方位に白色光が広がる。また、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、蛍光膜１０からの発光のみで白色光を得ているため、局所的な輝度ムラ等を抑制することができる。これらによって、ぎらつきが無く、均一で柔らかい白色光が得られる。すなわち、ＬＥＤ電球１のグレアを従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球に比べて大幅に低減することが可能となる。

グローブ４の形状は特に限定されるものではなく、図１に示すようなドーム型形状や図２に示すようなナス型形状を適用することができる。なお、図２ではグローブ４内の構成の図示を省略したが、グローブ４の形状が異なることを除いて、図２に示すＬＥＤ電球１は図１に示すＬＥＤ電球１と同様な構成を備えている。グローブ４の形成材料は透光性を有するものであればよく、例えばガラス製や樹脂製等のグローブ４が使用される。グローブ４は、例えば白熱電球と同等の大きさを有している。

ＬＥＤ電球１の発光色は、ＬＥＤチップ８の発光波長と蛍光膜１０を構成する蛍光体との組合せにより決定される。紫外乃至紫色光のＬＥＤチップ８と組合せて白色光を得るにあたって、蛍光膜１０は青色蛍光体、緑色乃至黄色蛍光体、及び赤色蛍光体を含む混合蛍光体（ＢＧＲ又はＢＹＲ蛍光体）で構成することが好ましい。混合蛍光体は、さらに青緑色蛍光体及び深赤色蛍光体から選ばれる少なくとも１種の蛍光体を含んでいてもよい。混合蛍光体を構成する各蛍光体は特に限定されるものではないが、ＬＥＤチップ８からの紫外乃至紫色光との組合せ、また得られる白色光の色温度や演色性（平均演色評価数Ｒａ等）の観点から以下に示す蛍光体を使用することが好ましい。

青色蛍光体としては、発光のピーク波長が４３０〜４６０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（１）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体を使用することが好ましい。
一般式：（Ｓｒ_1-x-y-zＢａ_xＣａ_yＥｕ_z）₅（ＰＯ₄）₃・Ｃｌ …（１）
（式中、ｘ、ｙ、及びｚは０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１を満足する数である）

緑色乃至黄色蛍光体としては、発光のピーク波長が４９０〜５８０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（２）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体、式（３）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体、式（４）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体、及び式（５）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種を使用することが好ましい。
一般式：（Ｂａ_1-x-y-zＳｒ_xＣａ_yＥｕ_z）（Ｍｇ_1-uＭｎ_u）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇ …（２）
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ_1-x-y-z-uＢａ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄ …（３）
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）
一般式：（Ｓｉ，Ａｌ）₆（Ｏ，Ｎ）₈：Ｅｕ_x …（４）
（式中、ｘは０＜ｘ＜０．３を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯ_δＮ_ω …（５）
（式中、ｘ、α、β、γ、δ、及びωは０＜ｘ＜１、０＜α≦３、１２≦β≦１４、２≦γ≦３．５、１≦δ≦３、２０≦ω≦２２を満足する数である）

赤色蛍光体としては、発光のピーク波長が５８０〜６３０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（６）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活酸硫化ランタン蛍光体、式（７）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活カズン蛍光体、及び式（８）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種を使用することが好ましい。
一般式：（Ｌａ_1-x-yＥｕ_xＭ_y）₂Ｏ₂Ｓ …（６）
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、Ｓｂ、及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘ及びｙは０．０８≦ｘ＜０．１６、０．０００００１≦ｙ＜０．００３を満足する数である）
一般式：（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＥｕ_y）ＳｉＡｌＮ₃ …（７）
（式中、ｘ及びｙは０≦ｘ＜０．４、０＜ｘ＜０．５を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯ_δＮ_ω …（８）
（式中、ｘ、α、β、γ、δ、及びωは０＜ｘ＜１、０＜α≦３、５≦β≦９、１≦γ≦５、０．５≦δ≦２、５≦ω≦１５を満足する数である）

青緑色蛍光体としては、発光のピーク波長が４６０〜４９０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（９）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体を使用することが好ましい。
一般式：（Ｂａ_1-x-y-z-uＳｒ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄ …（９）
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）

深赤色蛍光体としては、発光のピーク波長が６３０〜７８０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（１０）で表される組成を有するマンガン（Ｍｎ）付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体を使用することが好ましい。
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ₂・（Ｇｅ_1-xＭｎ_x）Ｏ₂ …（１０）
（式中、α、β、及びｘは３．０≦α≦４．０、０．４≦β≦０．６、０．００１≦ｘ≦０．５を満足する数である）

混合蛍光体を構成する各蛍光体の比率は、ＬＥＤ電球１の発光色等に応じて適宜に設定されるものであるが、例えば混合蛍光体は質量割合で、１０〜６０％の範囲の青色蛍光体、０〜１０％の範囲の青緑色蛍光体、１〜３０％の範囲の緑色乃至黄色蛍光体、３０〜９０％の範囲の赤色蛍光体、及び０〜３５％の範囲の深赤色蛍光体を含むことが好ましい。このような混合蛍光体によれば、相関色温度が６５００Ｋ〜２５００Ｋというような広範囲の白色光を同一蛍光種で得ることができる。従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組合せの場合、２色の組合せのみでは２８００Ｋの電球色を、偏差を含めて調整することは困難であり、青色励起で発光する赤色蛍光体を追加することが必要となる。

蛍光膜１０は、例えば混合蛍光体の粉末をバインダ樹脂等と混合し、この混合物（例えばスラリー）をグローブ４の内面に塗布した後に加熱・硬化させることによって形成される。混合蛍光体粉末は平均粒子径（粒度分布の中位値（Ｄ50））が３〜５０μｍの範囲であることが好ましい。このような平均粒子径を有する混合蛍光体（蛍光体粒子）を使用することによって、ＬＥＤチップ８から出射される紫外乃至紫色光の蛍光膜１０による吸収効率を高めることができ、ＬＥＤ電球１の輝度を向上させることが可能となる。また、蛍光膜１０の膜厚は２００〜８００μｍの範囲とすることが好ましい。蛍光膜１０の膜厚が２００μｍ未満であると白色光の輝度が不十分になるおそれがあり、また８００μｍを超えるとＬＥＤ電球１の明るさが低下するおそれがある。

ＬＥＤ電球１の励起源として紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を使用した場合には、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、上述したように蛍光膜１０を種々の蛍光体で構成することができる。すなわち、蛍光膜１０を構成する蛍光体種の選択幅が広がるため、ＬＥＤ電球１から放出される白色光の演色性等を高めることができる。具体的には、相関色温度が６５００Ｋ以下で、平均演色評価数（Ｒａ）が８５以上の白色光を得ることができる。このような白色光を得ることによって、白熱電球の代替品としてのＬＥＤ電球１の実用性等を向上させることが可能となる。

ＬＥＤチップ８は紫外乃至紫色発光タイプ（発光ピーク波長が３５０〜４３０ｎｍ）のＬＥＤであればよいが、特に発光ピーク波長が３７０〜４１０ｎｍの範囲であると共に、発光スペクトルの半値幅が１０〜１５ｎｍのＬＥＤチップ８を使用することが好ましい。このようなＬＥＤチップ８と上述した混合蛍光体（ＢＧＲ又はＢＹＲ蛍光体、さらに必要に応じて青緑蛍光体や深赤色蛍光体を加えた混合蛍光体）で構成した蛍光膜１０とを組合せて使用した場合、相関色温度（発光色）についてはＬＥＤチップ８の出力バラツキにかかわらず安定した白色光を得ることができ、ＬＥＤ電球１の歩留りを高めることが可能となる。従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組合せは、ＬＥＤチップの出力バラツキが直接相関色温度（発光色）に影響するため、ＬＥＤ電球の歩留りが低下しやすい。

また、基板７上に面実装された複数のＬＥＤチップ８は、透明樹脂層１１で覆われていることが好ましい。すなわち、ＬＥＤモジュール２は、基板７上に面実装された複数のＬＥＤチップ８と、複数のＬＥＤチップ８を覆うように基板７上に設けられた透明樹脂層１１とを備えることが好ましい。透明樹脂層１１には、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が用いられ、特に耐紫外線性に優れるシリコーン樹脂を使用することが好ましい。このように、複数のＬＥＤチップ８を透明樹脂層１１で覆うことによって、各ＬＥＤチップ８から出射された光が互いに伝播し、グレアの一因となる局所的な光の強弱が緩和されると共に、光の取出し効率を高めることができる。

ところで、蛍光膜１０の励起源として紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を用いた場合、グローブ４からの紫外線の漏出を抑制することが重要となる。グローブ４から漏出した紫外線は、ＬＥＤ電球１の近傍やＬＥＤ電球１が配置された室内空間等に存在する印刷物、食品、薬品、人体等に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、この実施形態のＬＥＤ電球１においては、グローブ４の内壁面上に紫外乃至紫色光吸収層９を設けている。紫外乃至紫色光吸収層９はグローブ４の内面と蛍光膜１０との間に形成されている。紫外乃至紫色光吸収層９は、酸化亜鉛、酸化セリウム、及び酸化チタンから選ばれる少なくとも１種の粒子を含む粒子層であり、これにより蛍光膜１０を通過した紫外乃至紫色光がグローブ４から外部空間に漏出することを抑制することが可能となる。

酸化亜鉛、酸化セリウム、及び酸化チタンから選ばれる少なくとも１種の粒子は、いずれも可視光は透過し、かつ紫外乃至紫色領域に吸収のピークを有することから、蛍光膜１０を通過した紫外乃至紫色光を吸収し、グローブ４からの紫外乃至紫色光の漏出を抑制することができる。いずれの粒子もバルクで紫外線を吸収するが、特に酸化亜鉛は紫外線の吸収力が強いため、グローブ４からの紫外乃至紫色光の漏出をより有効に抑制することができる。紫外乃至紫色光吸収層９は１０〜６００μｍの範囲の厚さを有することが好ましい。紫外乃至紫色光吸収層９の厚さが１０μｍ未満であると、紫外乃至紫色光の吸収効果が十分に得られないおそれがあり、また６００μｍを超えると蛍光膜１０から発光される白色光の輝度が低下するおそれがある。

紫外乃至紫色光吸収層９を構成する粒子（酸化亜鉛、酸化セリウム、及び酸化チタンから選ばれる少なくとも１種の粒子）は、０．１μｍ以下の平均粒子径を有することが好ましい。このような平均粒子径を有する粒子で紫外乃至紫色光吸収層９を構成することによって、蛍光膜１０が発光する白色光の散乱が抑制される。従って、ＬＥＤ電球１の発光効率の低下を抑制することが可能となる。紫外乃至紫色光吸収層９を構成する粒子の平均粒子径が０．１μｍを超えると、蛍光膜１０が発光する白色光の散乱が大きくなり、これによりＬＥＤ電球１の発光効率が低下しやすくなる。すなわち、紫外乃至紫色光吸収層９を平均粒子径が０．１μｍ以下の粒子で構成することによって、グローブ４からの紫外線の漏出を抑制しつつ、発光効率に優れるＬＥＤ電球１を提供することが可能となる。

この実施形態のＬＥＤ電球１は上述した紫外乃至紫色光吸収層９によって、例えばグローブ４からの紫外乃至紫色光の漏出量（漏出する紫外線のエネルギー量）を０．０３ｍＷ／ｎｍ／ｌｍ（ルーメンス）未満とすることができる。このような紫外線の漏れ量であれば、蛍光灯等の従来の照明器具と同等レベルもしくはそれ以下であり、ＬＥＤ電球１の近傍やＬＥＤ電球１が配置された室内空間等に存在する印刷物の色劣化、食品や薬品の変質、人体等への悪影響を極力抑えることができ、ＬＥＤ電球１の実用性を高めることが可能となる。また、ＬＥＤ電球１の発光効率に関しては、例えば４０ｌｍ／Ｗ以上を実現することができる。ここで、紫外乃至紫色光の漏出量は、ＬＥＤ電球１の発光スペクトルにおける３７０〜４１５ｎｍの範囲の紫外乃至紫色発光のピーク値（単位：ｍＷ／ｎｍ）を、ＬＥＤ電球１の光束（単位：ｌｍ）で除した値を示すものとする。

この実施形態のＬＥＤ電球１は、例えば以下のようにして作製される。まず、紫外乃至紫色光吸収層９の構成粒子を含むスラリーを調製する。粒子スラリーは、例えば酸化亜鉛、酸化セリウム、及び酸化チタンから選ばれる少なくとも１種の粉末をシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等のバインダ樹脂と混合して調製される。また、蛍光体粉末を含む蛍光体スラリーを調製する。蛍光体スラリーは、例えば蛍光体粉末をシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等のバインダ樹脂やアルミナ、シリカ等の充填材と混合して調製される。蛍光体とバインダ樹脂との混合比は、蛍光体の種類や粒子径により適宜に選択されるが、例えば蛍光体とバインダ樹脂との合計量に対してバインタ樹脂量を１〜３０質量％の範囲とすることが好ましい。蛍光体の種類、平均粒子径、混合比等は目的とする白色光に応じて、前述した条件範囲から適宜に設定することが好ましい。

次に、グローブ４の内面に粒子スラリーと蛍光体スラリーを順に塗布する。これらスラリーの塗布は、例えばスプレー法やディップ法、あるいはグローブ４を回転させる方法等により実施され、グローブ４の内面に均一に塗布する。次いで、粒子スラリーの塗布膜と蛍光体スラリーの塗布膜との積層膜を、ドライヤやオーブン等の加熱装置を用いて加熱乾燥させることによって、グローブ４の内面側に紫外乃至紫色光吸収層９と蛍光膜１０とを形成する。紫外乃至紫色光吸収層９や蛍光膜１０の膜厚は、各スラリー中の固形分量、バインダ粘度、硬化温度や時間等により調整することができる。この後、ＬＥＤモジュール２や口金６等を設置した基体部３に、紫外乃至紫色光吸収層９と蛍光膜１０とを有するグローブ４を取り付けることによって、目的とするＬＥＤ電球１を作製する。

次に、具体的な実施例及びその評価結果について述べる。

（実施例１）
青色蛍光体として平均粒子径が４０μｍのＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ_0.604Ｂａ_0.394Ｅｕ_0.002）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ）蛍光体と、緑色乃至黄色蛍光体として平均粒子径が１７μｍのＥｕ及びＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩（（Ｓｒ_0.675Ｂａ_0.25Ｍｇ_0.0235Ｅｕ_0.05Ｍｎ_0.0015）₂ＳｉＯ₄）蛍光体と、赤色蛍光体として平均粒子径が４５μｍのＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ_0.9Ｅｕ_0.1）₂Ｏ₂Ｓ）蛍光体とを用意した。

上述した青色蛍光体と緑色乃至黄色蛍光体と赤色蛍光体とを、白色光の色温度が３０００Ｋとなるように、１８．８％、４．４％、７６．８％の質量割合で混合して混合蛍光体を調製した。また、紫外乃至紫色光吸収層を構成する粒子として、平均粒子径が３８ｎｍの酸化セリウム（ＣｅＯ₂）粉末を用意した。これら混合蛍光体と酸化セリウム粉末とを用いて、以下のようにしてＬＥＤ電球を作製した。まず、酸化セリウム粉末をバインダ樹脂としてのシリコーン樹脂に分散させて粒子スラリーを調製した。同様に、混合蛍光体をバインダ樹脂としてのシリコーン樹脂に分散させて蛍光体スラリーを調製した。

次に、グローブ内に所望の膜厚となる量の粒子スラリーを投入し、グローブの内面に均一に広がるように角度を変化させながらグローブを回転させた。赤外線ヒータやドライヤ等を用いて、粒子スラリーが硬化し始めて塗布膜が流れなくなるまで加熱した。次いで、グローブ内に所望の膜厚となる量の蛍光体スラリーを投入し、同様に角度を変化させながらグローブを回転させた。また同様に、蛍光体スラリーが硬化し始めて塗布膜が流れなくなるまで加熱した。この後、オーブン等を用いて１００℃×５時間程度の条件で熱処理し、粒子スラリーの塗布膜と蛍光体スラリーの塗布膜を完全に硬化させた。

このようにして形成した粒子層（紫外乃至紫色光吸収層）の膜厚は１０μｍであり、粒子層中の固形分量（粒子量）は約３０質量％であった。また、蛍光膜の膜厚は５４０μｍであった。また、ＬＥＤモジュールは発光ピーク波長が４００ｎｍ、発光スペクトルの半値幅が１５ｎｍのＬＥＤチップを１２６個使用し、これらＬＥＤチップを基板上に面実装し、さらにシリコーン樹脂で被覆して構成したものを使用した。グローブはポリカーボネート製のドーム型形状を有するものを使用した。グローブの厚さは約１ｍｍである。これらの構成部品を使用して組み立てたＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。

（実施例２〜８）
粒子層（紫外乃至紫色光吸収層）の膜厚を表１に示す厚さに変更する以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を組み立てた。これらＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。

（比較例１）
粒子層（紫外乃至紫色光吸収層）を形成せずに、グローブの内面に直接蛍光体膜を形成する以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を組み立てた。このＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。

（比較例２）
青色発光のＬＥＤチップと黄色蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）との組合せを適用したＬＥＤ電球を用意し、これを後述する特性評価に供した。黄色蛍光体からなる蛍光膜は青色ＬＥＤチップの直上に塗布されており、これらによりＬＥＤ電球が構成されている。

次に、実施例１〜８及び比較例１〜２の各ＬＥＤ電球を２５℃の環境下で点灯（消費電力：８．７Ｗ）させ、各ＬＥＤ電球から放出される白色光の光束、発光効率、相関色温度、平均演色評価数Ｒａを測定した。これらの特性はラブズフェア社製ＳＬＭＳ全光束測定システムにより測定した。また、各ＬＥＤ電球を点灯した際の紫外乃至紫色光の漏れ量を測定した。紫外乃至紫色光の漏れ量は、上記測定システムにより測定されたスペクトルにおいて、３７０ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の範囲の紫外乃至紫色発光のピーク値（単位：ｍＷ／ｎｍ）をＬＥＤ電球の光束（単位：ｌｍ）で除した値（単位：ｍＷ／ｎｍ／ｌｍ）で示している。これらの測定・評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜８によるＬＥＤ電球は紫外線の漏れ量が少なく、また実用的な明るさが得られていることが分かる。紫外乃至紫色光吸収層の厚さが６００μｍを超えると発光効率が４０ｌｍ／Ｗ未満となるため、ＬＥＤ電球の実用性が若干低下する。このため、紫外乃至紫色光吸収層の厚さは６００μｍ以下とすることが好ましい。また、実施例１〜８によるＬＥＤ電球は比較例２のＬＥＤ電球と比べて平均演色評価数Ｒａに優れている。さらに、各ＬＥＤ電球の点灯時のぎらつきや局所的なまぶしさ（グレア）を目視で評価したところ、実施例１〜８によるＬＥＤ電球は比較例２によるＬＥＤ電球に比べてグレアが低減されていることが確認された。これらのことから、実施例１〜８によるＬＥＤ電球は、白熱電球の代替品として実用性に優れていることが分かる。

（実施例９〜１２）
紫外乃至紫色光吸収層の構成粒子として表２に平均粒子径を示す酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末を用いると共に、紫外乃至紫色光吸収層の膜厚を５００μｍとする以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を組み立てた。これらＬＥＤ電球の特性を実施例１と同様にして測定・評価した。これらの測定・評価結果を表２に示す。また、紫外乃至紫色光吸収層の構成粒子の平均粒子径とＬＥＤ電球の光束との関係を図３に示す。

表２及び図３から明らかなように、紫外乃至紫色光吸収層の構成粒子の平均粒子径が１００ｎｍを超えるとＬＥＤ電球の光束の低下が著しくなる。このため、実用的なＬＥＤ電球を得るために、紫外乃至紫色光吸収層の構成粒子の平均粒子径は１００ｎｍ以下とすることが好ましい。なお、実施例９〜１２によるＬＥＤ電球の紫外線の漏れ量はいずれも零であった。また、実施例９〜１２によるＬＥＤ電球からの発光はいずれも演色性に優れ、さらにグレアも低減されていることが確認された。

（実施例１３）
実施例１と同様な青色蛍光体と緑色乃至黄色蛍光体と赤色蛍光体とに加えて、青緑色（ＢＧ）蛍光体として平均粒子径が２０μｍのＥｕ及びＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩（（Ｓｒ_0.225Ｂａ_0.65Ｍｇ_0.0235Ｅｕ_0.1Ｍｎ_0.0015）₂ＳｉＯ₄）蛍光体と、深赤色（ＤＲ）蛍光体として平均粒子径が１２μｍのＭｎ付活マグネシウムフロロジャーマネート（３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・（Ｇｅ_0.75Ｍｎ_0.25）Ｏ₂）蛍光体とを用意した。

上述した青色蛍光体と青緑色蛍光体と緑色乃至黄色蛍光体と赤色蛍光体と深赤色蛍光体とを、白色光の色温度が２８００Ｋとなるように、２６．０％、０．５％、３．７％、６４．５％、５．３％の質量割合で混合して混合蛍光体を調製した。また、紫外乃至紫色光吸収層を構成する粒子として、平均粒子径が４０ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）粉末を用意した。これら混合蛍光体と酸化チタン粉末とを用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を作製した。紫外乃至紫色光吸収層の膜厚は６００μｍであり、粒子層中の固形分量（粒子量）は１質量％であった。このＬＥＤ電球の特性を実施例１と同様にして測定・評価した。これらの測定・評価結果を表３に示す。

（実施例１４〜１５）
紫外乃至紫色光吸収層中の固形分量（粒子量）と膜厚を表３に示す値に変更する以外は、実施例１３と同様にしてＬＥＤ電球を組み立てた。これらＬＥＤ電球の特性を実施例１と同様にして測定・評価した。これらの測定・評価結果を表３に示す。

表３から明らかなように、各種の条件下でＬＥＤ電球の紫外線漏れ量を低下させつつ、実用的な明るさを得ることが可能であることが分かる。実施例１３〜１５によるＬＥＤ電球からの発光はいずれも演色性に優れ、グレアも低減されていることが確認された。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ＬＥＤ電球、２…ＬＥＤモジュール、３…基体部、４…グローブ、６…口金、７…基板、８…ＬＥＤチップ、９…紫外乃至紫色光吸収層（粒子層）、１０…蛍光膜、１１…透明樹脂層。

Claims

基板と、前記基板上に実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールと、
前記ＬＥＤモジュールが設置された基体部と、
前記ＬＥＤモジュールを覆うように前記基体部に取り付けられたグローブと、
前記グローブの内壁面上に形成され、酸化亜鉛、酸化セリウム、及び酸化チタンから選ばれる少なくとも１種の粒子を含む紫外乃至紫色光吸収層と、
前記ＬＥＤチップから離間させていると共に、前記グローブの内面側に前記紫外乃至紫色光吸収層を介して設けられ、前記ＬＥＤチップから出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜と、
前記基体部内に設けられ、前記ＬＥＤチップを点灯させる点灯回路と、
前記点灯回路と電気的に接続された口金と
を具備することを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１記載のＬＥＤ電球において、
前記紫外乃至紫色光吸収層に含まれる前記粒子は０．１μｍ以下の平均粒子径を有することを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１又は２記載のＬＥＤ電球において、
前記紫外乃至紫色光吸収層は１０μｍ以上６００μｍ以下の範囲の厚さを有することを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記グローブからの前記紫外乃至紫色光の漏出量が０．０３ｍＷ／ｎｍ／ｌｍ未満であることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１乃至４のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記蛍光膜は、青色蛍光体、緑色乃至黄色蛍光体、前記赤色蛍光体を含むことを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項５記載のＬＥＤ電球において、
前記青色蛍光体は
一般式：（Ｓｒ_1-x-y-zＢａ_xＣａ_yＥｕ_z）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ
（式中、ｘ、ｙ、及びｚは０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体であり、
前記緑色乃至黄色蛍光体は
一般式：（Ｂａ_1-x-y-zＳｒ_xＣａ_yＥｕ_z）（Ｍｇ_1-uＭｎ_u）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム及びマンガン付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体、
一般式：（Ｓｒ_1-x-y-z-uＢａ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム及びマンガン付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体、
一般式：（Ｓｉ，Ａｌ）₆（Ｏ，Ｎ）₈：Ｅｕ_x
（式中、ｘは０＜ｘ＜０．３を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活サイアロン蛍光体、及び
一般式：（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯ_δＮ_ω
（式中、ｘ、α、β、γ、δ、及びωは０＜ｘ＜１、０＜α≦３、１２≦β≦１４、２≦γ≦３．５、１≦δ≦３、２０≦ω≦２２を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種であり、
前記赤色蛍光体は
一般式：（Ｌａ_1-x-yＥｕ_xＭ_y）₂Ｏ₂Ｓ
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、Ｓｂ、及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘ及びｙは０．０８≦ｘ＜０．１６、０．０００００１≦ｙ＜０．００３を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体、
一般式：（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＥｕ_y）ＳｉＡｌＮ₃
（式中、ｘ及びｙは０≦ｘ＜０．４、０＜ｘ＜０．５を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活カズン蛍光体、及び
一般式：（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯ_δＮ_ω
（式中、ｘ、α、β、γ、δ、及びωは０＜ｘ＜１、０＜α≦３、５≦β≦９、１≦γ≦５、０．５≦δ≦２、５≦ω≦１５を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項５又は６項記載のＬＥＤ電球において、
前記蛍光膜は、さらに青緑色蛍光体及び深赤色蛍光体から選ばれる少なくとも１種の蛍光体を含むことを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項７記載のＬＥＤ電球において、
前記青緑色蛍光体は
一般式：（Ｂａ_1-x-y-z-uＳｒ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム及びマンガン付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体であり、
前記深赤色蛍光体は
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ₂・（Ｇｅ_1-xＭｎ_x）Ｏ₂
（式中、α、β、及びｘは３．０≦α≦４．０、０．４≦β≦０．６、０．００１≦ｘ≦０．５を満足する数である）
で表される組成を有するマンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体であることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項５乃至８のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記蛍光膜は質量割合で、１０％以上６０％以下の前記青色蛍光体、０％以上１０％以下の前記青緑色蛍光体、１％以上３０％以下の前記緑色乃至黄色蛍光体、３０％以上９０％以下の前記赤色蛍光体、及び０％以上３５％以下の前記深赤色蛍光体を含むことを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１乃至９のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記ＬＥＤチップから出射される紫外乃至紫色発光は、発光ピーク波長が３７０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の範囲であると共に、発光スペクトルの半値幅が１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲であることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１乃至１０のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記蛍光膜から発光される前記白色光は、相関色温度が６５００Ｋ以下で、平均演色評価数（Ｒａ）が８５以上であることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１乃至１１のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記ＬＥＤモジュールは、前記基板上に面実装された複数の前記ＬＥＤチップと、前記複数のＬＥＤチップを被覆するように前記基板上に設けられた透明樹脂層とを備えることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１乃至１２のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記グローブは、ドーム型形状又はナス型形状を有することを特徴とするＬＥＤ電球。