JP2014157752A - Led illumination apparatus - Google Patents

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Tomio Inoue
登美男 井上
Makoto Nozoe
誠 野添
Yoko Sakaki
洋子 坂木
Takakazu Miyahara
隆和 宮原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in which an LED device used in an LED illumination apparatus is still poor in color rendering, one reason of which is loss in characteristics due to interaction between used fluorescent bodies, and another reason of which is that an LED device constituted by a blue LED and a fluorescent body is poor in a spectrum of cyan.SOLUTION: An LED device in which a fluorescent body has a separation type structure so as to reduce interaction between fluorescent bodies as little as possible, and an LED device emitting light of cyan color are used in combination, thereby providing an LED illumination apparatus with super high color rendering.

Description

本発明は、LED電球などのLED照明装置に係り、光束値(ルーメン値)が高く、かつ演色性が良好な照明装置に関するものである。   The present invention relates to an LED lighting device such as an LED bulb, and relates to an lighting device having a high luminous flux value (lumen value) and good color rendering.

近年、LEDを用いた照明装置が実用化され、白熱電球や蛍光灯をはじめ水銀灯やハロゲン灯にも置き換わりつつある。その理由は、低消費電力で同等な明るさが得られ、地球温暖化の原因である二酸化炭素の排出量を大幅に削減できるエコ商品の切り札となるからである。例えば、60W級の白熱電球の同等の明るさは、9WのLED電球で実現できている。このように、すべての照明がLED照明に代われば、二酸化炭素排出量の削減目標は容易に達成できるのであるが、これを阻んでいるのが、2つの照明装置の価格差がまだ大きいことである。寿命を考慮すれば、その価格差はかなり小さくなっているので、特殊な場所の照明は、それを交換する人件費も削減できるため、LED照明に置き換えられつつある。   In recent years, lighting devices using LEDs have been put into practical use and are being replaced by incandescent bulbs and fluorescent lamps as well as mercury lamps and halogen lamps. The reason is that the same brightness can be obtained with low power consumption, and it becomes a trump card for eco-products that can significantly reduce the amount of carbon dioxide emissions that cause global warming. For example, the equivalent brightness of a 60W class incandescent bulb can be realized with a 9W LED bulb. In this way, if all lighting is replaced by LED lighting, the reduction target of carbon dioxide emissions can be easily achieved, but the obstacle is that the price difference between the two lighting devices is still large. It is. Considering the lifespan, the price difference is much smaller, so lighting in special places is being replaced by LED lighting because it can also reduce the labor costs of replacing it.

店舗のダウンライトやスポット照明に使用されるハロゲン灯は、白熱電球と同じくフィラメントに通電し、これを白熱させた際の発光を利用するので、色再現性を評価する演色評価数が高く、また一般の白熱電球よりフィラメントの温度を高くできるため、50%程度明るくすることができる。また、寿命も長持ちする。その理由は、フィラメントの材質はタングステンであり、白熱するとタングステンは昇華し、一般の白熱電球では、電球のガラスに析出する。しかしハロゲン灯は電球内に不活性ガスとともにハロゲンガスが微量封入されているので、ハロゲン化タングステンとなり、この物質は蒸気圧が高く析出せずにフィラメント付近で再度タングステンとハロゲンに分離し、タングステンがフィラメントに戻るというハロゲンサイクルを繰り返すためである。
ハロゲン灯の色温度は、2700Kから3000K程度で、演色性はランプの中では、最もよく、色再現性が重要な場所では、この光源が用いられる。
Halogen lamps used in store downlights and spot lighting use the light emitted when a filament is energized and incandescent in the same way as incandescent bulbs, so the color rendering index for evaluating color reproducibility is high. Since the temperature of the filament can be made higher than that of a general incandescent bulb, it can be brightened by about 50%. It also has a long life. The reason is that the filament is made of tungsten, and when incandescent, tungsten sublimes, and in a general incandescent bulb, it is deposited on the glass of the bulb. However, since halogen lamps contain a small amount of halogen gas together with an inert gas in the bulb, they become tungsten halide, and this substance has a high vapor pressure and does not precipitate, but again separates into tungsten and halogen near the filament. This is because the halogen cycle of returning to the filament is repeated.
The color temperature of the halogen lamp is about 2700K to 3000K, the color rendering is the best among the lamps, and this light source is used in a place where color reproducibility is important.

ハロゲン灯(ハロゲンランプとも記する)をLED電球で置き換える場合、ハロゲンランプの用途が、店舗の照明や演出照明など色再現性が重要な場所の照明に用いられるため、課題になるのは、明るさと演色性である。明るさは、LED素子の発光効率が上がり、照明用LEDデバイス(照明用LED電子部品)の実力値で150lm/W(5000K)や100lm/W(3000K)に達しているので問題はないように思えるが、演色性を考慮に入れると発光効率は下がってくる。例えば、色温度が3000Kの照明用LEDデバイスで、平均演色評価数Ra=80のデバイスは、発光効率が100lm/Wが可能であるが、Ra=85のデバイスは、80lm/Wと低くなる。つまり演色性を良くすれば、発光効率は下がってくるのである。   When replacing halogen lamps (also referred to as halogen lamps) with LED bulbs, the use of halogen lamps is used for lighting in places where color reproducibility is important, such as store lighting and production lighting. And color rendering. As for the brightness, the luminous efficiency of the LED element increases, and the actual value of the LED device for illumination (LED electronic component for illumination) has reached 150 lm / W (5000 K) or 100 lm / W (3000 K) so that there is no problem. It seems, but if color rendering properties are taken into account, the luminous efficiency decreases. For example, a lighting LED device having a color temperature of 3000 K and a device with an average color rendering index Ra = 80 can have a luminous efficiency of 100 lm / W, while a device with Ra = 85 has a low value of 80 lm / W. In other words, if the color rendering is improved, the luminous efficiency is lowered.

半導体発光素子(LED素子やLEDチップとも記する)を用いた白色光を得る方法として、第1ステップとして、青色光で青色と補色の関係にある黄色の光を発するYAG系の蛍光体粉末が用いられていた。しかし、このLED素子の青色光とYAG蛍光体の黄色光で作られる疑似の白色光は、平均演色評価数Raの値が70台程度と低く、その照明で物の自然な色を再現するには無理があった。Raが低い原因は、光の赤成分が少ないためである。
そこで、第2ステップとして、LED素子の青色光で光の3原色である緑色と赤色の光を発する蛍光体粉末が用いられるようになり、LED素子の青色光と2種の蛍光体からのブロードな光スペクトルを持つ緑色光と赤色光により、白色光を構成し、その平均演色評価数Raの値は発光効率が良いもので80台と改善されたが、Raが90台に届く高演色タイプでは発光効率はかなり悪くなる。その原因は、以下の理由である。
現在普及しつつあるLED電球に用いられる照明用LEDデバイスは、青色光を発光するLED素子とその青色光で励起されブロードな緑色光を発する緑色系蛍光体と青色光で励起されブロードな赤色光を発する赤色系蛍光体から構成されている。光の明るさは、人間の視感度にも影響されるので、視感度を考慮した光束で表され、単位はlm(ルーメン)が用いられる。人間の視感度は、波長555nmの黄色系の光が最も高く、青色系や赤色系の光は低くなる。そのため、蛍光体による赤色系の光成分が多くなればルーメン値は低くなる。演色性を良くするためには、一般的に、赤色系の光のなかでも長波の赤色光が必要で、その分、ルーメン値は低くなるのである。これが、演色性を良くすると光束値が下がる第1の要因である。
As a method for obtaining white light using a semiconductor light emitting element (also referred to as an LED element or an LED chip), as a first step, a YAG-based phosphor powder that emits yellow light that is complementary to blue and blue light is used. It was used. However, the pseudo white light produced by the blue light of the LED element and the yellow light of the YAG phosphor has a low average color rendering index Ra of about 70 units, and the natural color of the object is reproduced by the illumination. Was impossible. The reason why Ra is low is that the red component of light is small.
Therefore, as a second step, phosphor powder that emits green and red light, which are the three primary colors of light, is used with the blue light of the LED element, and the blue light of the LED element and broad from the two types of phosphors are used. Green light and red light with a good light spectrum make up white light, and its average color rendering index Ra has good luminous efficiency and has been improved to 80 units, but the color rendering type with Ra reaching 90 units Then, the luminous efficiency is considerably deteriorated. The reason is as follows.
The LED device for illumination used in LED bulbs that are currently in widespread use is an LED element that emits blue light, a green phosphor that emits broad green light that is excited by the blue light, and a broad red light that is excited by blue light. It is comprised from the red type fluorescent substance which emits. Since the brightness of light is also affected by human visual sensitivity, it is expressed by a luminous flux considering visual sensitivity, and the unit is lm (lumen). Human visibility is highest for yellow light with a wavelength of 555 nm, and low for blue light and red light. Therefore, the lumen value decreases as the red light component due to the phosphor increases. In order to improve the color rendering, generally, long-wave red light is necessary among red light, and the lumen value is lowered accordingly. This is the first factor that the luminous flux value decreases when the color rendering is improved.

この先、第3ステップとして、紫色光や紫外光を発する半導体発光素子の高輝度化が進めば、紫色光や紫外光で光の3原色を発する3種の蛍光体粉末が用いられ、Raの値はハロゲンランプと同等の100になることが期待できる。現段階においても、紫色LEDデバイスを用いた高演色のLED電球が発売され始めている。それについては後で述べる。(非特許文献1参照)   As the third step, if the brightness of the semiconductor light emitting device emitting violet light or ultraviolet light is increased, three kinds of phosphor powders emitting three primary colors of light with violet light or ultraviolet light are used. Can be expected to be 100, which is equivalent to a halogen lamp. Even now, high color rendering LED bulbs using purple LED devices are on the market. More on that later. (See Non-Patent Document 1)

演色性を良くすると光束値が下がる重要な第2の要因がある。それを以下に記述する。
一般的に、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体は色温度を再現できる配合比で混合されて利用される。このように緑色系蛍光体と赤色系蛍光体を混合して使用する場合、蛍光体間で相互作用が生じている。つまり、LED素子からの青色光で励起された緑色系蛍光体からブロードな緑色光が発光されるが、その光の一部は赤色系蛍光体の励起光にもなりうるのである。
図10にこのような相互作用の顕著な例を示す。図10のSample5は、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体を同じ量だけ混合した場合のスペクトルで、Sample6は、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体の単独のスペクトルを加算したもの(つまり、両者の蛍光体間で相互作用がない場合のスペクトル)である。両スペクトルの光特性値は、Sample5は、光束値=69.0lm,Ra=69.0,色温度=2300K、Sample6は、光束値=72.2lm,Ra=93.5,色温度=4096.9Kである。
この発光スペクトルデータNo3からわかるように、同じ量だけ混合した場合(すなわち緑色系蛍光体と赤色系蛍光体の混合比を1:1にした場合)は、緑色光成分は全く現れずに赤色光成分だけが大きくなっている。すなわち、緑色光は赤色系蛍光体に再吸収されて赤色光に変換されているのである。その結果、色温度は赤っぽく2300Kとなり、色再現性もRa=69.0と悪くなり、さらに光束値も小さくなっている。
There is an important second factor that the luminous flux value decreases when the color rendering is improved. This is described below.
Generally, a green phosphor and a red phosphor are mixed and used at a blending ratio that can reproduce the color temperature. In this way, when the green phosphor and the red phosphor are mixed and used, an interaction occurs between the phosphors. That is, broad green light is emitted from the green phosphor excited by the blue light from the LED element, but part of the light can also be excitation light of the red phosphor.
FIG. 10 shows a remarkable example of such an interaction. Sample 5 in FIG. 10 is a spectrum when green phosphors and red phosphors are mixed in the same amount, and Sample 6 is a sum of single spectra of green phosphors and red phosphors (that is, both). Spectrum when there is no interaction between the phosphors. The optical characteristic values of both spectra are as follows: Sample 5 has a luminous flux value = 69.0 lm, Ra = 69.0, color temperature = 2300 K, Sample 6 has a luminous flux value = 72.2 lm, Ra = 93.5, and color temperature = 4096. 9K.
As can be seen from the emission spectrum data No. 3, when the same amount is mixed (that is, when the mixing ratio of the green phosphor and the red phosphor is 1: 1), the green light component does not appear at all and red light is emitted. Only the ingredients are larger. That is, the green light is reabsorbed by the red phosphor and converted into red light. As a result, the color temperature is reddish, 2300K, the color reproducibility is deteriorated to Ra = 69.0, and the luminous flux value is also reduced.

この例から次の2つのことが理解できる。
まず第1に、蛍光体を混合したSample5は、LED素子が発する青色光から緑色系蛍光体によりブロードな緑色光に変換され、更にこの光が赤色系蛍光体によりブロードな赤色光に変換されるという2段階の変換を経由した光となるため、2段階の変換による損失が伴っている。すなわちトータルとしての白色光の発光効率に損失分が発生していること。
The following two things can be understood from this example.
First, Sample 5 mixed with a phosphor is converted from blue light emitted from the LED element into broad green light by the green phosphor, and further, this light is converted into broad red light by the red phosphor. Since the light passes through the two-stage conversion, there is a loss due to the two-stage conversion. That is, there is a loss in the luminous efficiency of white light as a total.

第2に、緑色光成分の消失は、色温度の変化はもちろんであるが、平均演色評価数Raを大きく損なっていること。
このような蛍光体間の相互作用は、演色性を落とすとともに、発光効率も悪くする作用があるのである。すなわち、前記したハロゲンランプのような高演色性で高光束値を持つ光源をLED電球で置き換えるためには、蛍光体間の相互作用をなくす構造にすることが重要であることがわかる。
Secondly, the disappearance of the green light component not only changes the color temperature but also greatly impairs the average color rendering index Ra.
Such interaction between phosphors has the effect of degrading the color rendering and deteriorating the luminous efficiency. That is, in order to replace a light source having a high color rendering property and a high luminous flux value such as the halogen lamp described above with an LED bulb, it is important to have a structure that eliminates the interaction between phosphors.

現在普及しているほとんどの白色LEDデバイスは、第2ステップにあるため、前記したように高演色化と高光束化が達成しにくい。そのため、高光束な既存の白色LEDデバイスに赤色発光LED素子を用いたデバイス(赤色LEDデバイスと記する)を追加することにより高演色化を満たそうという方法が取られている。このような例は、特許文献1に示されている。
この場合、色温度の異なる2つの白色LEDデバイス(例えば、色温度が約3000Kと4000Kの2つ)に赤色LEDデバイスを追加して用いている。ここでの2つの白色LEDデバイスは、前記した第2ステップのもので、(2つの色温度の白色LEDデバイスを使用しているので)2倍の蛍光体間の相互作用による損失が含まれている。また、赤色LEDデバイスのスペクトルは、シャープなスペクトルで、トータルのスペクトルがアンバランスになることや赤色発光LED素子と青色発光LED素子とはVFが異なっているのでドライバー回路が複雑になるなどの欠点もある。
また、文献2は、高光束で高演色なLED照明とするために、青色LEDデバイス、青緑色LEDデバイス、橙色LEDデバイスおよび赤色LEDデバイスにより構成した照明装置の例やさらに蛍光体も含めた構成も記述されているが、数種のLEDデバイスをコントロールすることは、各LEDデバイスの静特性や温度や寿命特性が異なるため非常に複雑になり、現実的ではない。
また、非特許文献1は、第3ステップにあたり、紫色光を発する半導体発光素子(紫色LEDチップと記する)に、紫色光でブロードな青色光、緑色光、赤色光をそれぞれ発する蛍光体をシリコン樹脂に混合し、ペースト状にしたものを塗布して、演色性の高いLED照明としている。これについては、実施例の比較で再度記述するが、紫色LEDチップは、まだ青色LEDチップと比較して、輝度が低い上に高価であることが欠点である。また、青色光より波長が短い紫色の光が多く出ているために、シリコン樹脂にとってダメージが大きく寿命も短くなる欠点もある。
Since most white LED devices currently in widespread use are in the second step, it is difficult to achieve high color rendering and high luminous flux as described above. Therefore, a method of satisfying high color rendering by adding a device using a red light emitting LED element (denoted as a red LED device) to an existing white LED device having a high luminous flux has been taken. Such an example is shown in Patent Document 1.
In this case, a red LED device is additionally used for two white LED devices having different color temperatures (for example, two color temperatures of about 3000K and 4000K). The two white LED devices here are those of the second step described above, and contain twice the loss due to the interaction between the phosphors (since using two color temperature white LED devices). Yes. Also, the red LED device has a sharp spectrum, the total spectrum is unbalanced, and the red light emitting LED element and the blue light emitting LED element have different VFs, so that the driver circuit is complicated. There is also.
Reference 2 describes an example of an illumination device including a blue LED device, a blue-green LED device, an orange LED device, and a red LED device, and further includes a phosphor in order to obtain LED illumination with high luminous flux and high color rendering. However, controlling several types of LED devices becomes very complicated because the static characteristics, temperature, and life characteristics of each LED device are different, which is not practical.
Further, in Non-Patent Document 1, in the third step, a semiconductor light emitting element that emits purple light (referred to as a purple LED chip) is made of a phosphor that emits blue light, broad blue light, green light, and red light. It is mixed with resin and applied in a paste form to provide LED lighting with high color rendering properties. This will be described again in the comparison of the examples. However, the purple LED chip is disadvantageous in that it is lower in luminance and more expensive than the blue LED chip. In addition, since a large amount of purple light having a shorter wavelength than blue light is emitted, there is a drawback that the silicon resin is greatly damaged and has a short life.

特開2012−3908号公報JP 2012-3908 A 特開2006−261702号公報JP 2006-261702 A

「MUSEUM COM SPOT LIGHT」、シーシーエス株式会社"MUSEUM COM SPOT LIGHT", CCS Corporation

ハロゲンランプを前記した第2ステップの照明用白色LEDデバイスで再現する場合、3000Kの色温度で、演色性がRa=90以上の値で、発光効率が80lm/W以上のもの、好ましくは、演色性がR1からR15までの平均値が95以上で、発光効率が60lm/W以上のものが理想的である。これまでの照明用LEDデバイスは、青色光を発光するLED素子に、色温度や演色性を再現するための蛍光体を混合して、LED素子の光取り出し面上に配置する構造が主であり、蛍光体間の相互作用までを考慮して、最適条件にした照明用LEDデバイスや、LED電球は存在していない。上記した理想的な照明用LEDデバイスを実現するためには、LED素子の発光効率や蛍光体粉末の変換効率(青色光で励起され固有の色の光を発する効率)の向上とともに、蛍光体間の相互作用をできるだけ少なくするLEDデバイスの構造やLED電球などLED照明装置の設計が重要である。
また、第2ステップの照明用白色LEDデバイスの場合、蛍光体間の相互作用を最適にしても致命的にシアン色のスペクトルが谷間となり不足するという課題が残る。
また、この先、紫色LED素子や紫外LED素子の高輝度化と低コスト化が進み、蛍光体として青色系蛍光体が用いられるようになっても、青色系蛍光体、緑色系蛍光体、黄色系蛍光体、および赤色系蛍光体間の相互作用もこれまで以上に考慮する必要が生じてくることは同じである。
When reproducing a halogen lamp with the above-mentioned white LED device for illumination in the second step, a color temperature of 3000 K, a color rendering property of Ra = 90 or more, and a luminous efficiency of 80 lm / W or more, preferably color rendering Ideally, the average value from R1 to R15 is 95 or more and the luminous efficiency is 60 lm / W or more. Conventional LED devices for lighting mainly have a structure in which phosphors for reproducing color temperature and color rendering are mixed with LED elements that emit blue light and arranged on the light extraction surface of the LED elements. In consideration of the interaction between the phosphors, there is no LED device for illumination or LED bulb that is in an optimum condition. In order to realize the ideal LED device for illumination described above, the luminous efficiency of the LED elements and the conversion efficiency of the phosphor powder (efficiency of emitting light of a specific color when excited by blue light) are improved. The structure of the LED device that minimizes the interaction of the LED and the design of the LED lighting device such as the LED bulb are important.
Further, in the case of the white LED device for illumination in the second step, there remains a problem that even if the interaction between the phosphors is optimized, the cyan spectrum becomes a valley and becomes insufficient.
Further, even if purple LED elements and ultraviolet LED elements are further increased in brightness and cost and blue phosphors are used as phosphors, blue phosphors, green phosphors, yellow phosphors will be used. It is the same that the interaction between the phosphor and the red phosphor needs to be considered more than ever.

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、特にLED電球などのLED照明装置として、蛍光体間の相互作用を少なくした構成とするとともにシアン色のスペクトルを補足することにより、特性が向上したLED電球などのLED照明装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and in particular, as an LED lighting device such as an LED bulb, has a configuration in which the interaction between phosphors is reduced and supplements the cyan spectrum. An object of the present invention is to provide an LED lighting device such as an LED bulb with improved performance.

請求項1の発明は、
青色光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子の光で励起され固有の光を発する蛍光体からなる発光装置において、
前記固有の光として、
緑色系の光を発する緑色系蛍光体、
黄色系の光を発する黄色系蛍光体、および、
赤色系の光を発する赤色系蛍光体
の中から、異なる発光色の蛍光体が2種類以上用いられ、これらの蛍光体は、蛍光体間の相互作用が抑制される特定構造すなわち蛍光体分離型構造である発光装置(蛍光体分離型LEDデバイスと記する)と、
前記青色光とピーク波長が異なる青色からシアン色の光を発する半導体発光素子(シアン系色LEDチップと記する)または、該シアン系色LEDチップを用いた発光装置(シアン系色LEDデバイスと記する)とからなることを特徴とするLED照明装置である。
The invention of claim 1
In a light emitting device comprising a semiconductor light emitting element that emits blue light and a phosphor that emits intrinsic light that is excited by the light of the semiconductor light emitting element,
As the intrinsic light,
A green phosphor that emits green light,
A yellow phosphor that emits yellow light, and
Two or more kinds of phosphors having different emission colors are used among red phosphors emitting red light, and these phosphors have a specific structure that suppresses the interaction between the phosphors, that is, phosphor separation type A light emitting device having a structure (referred to as a phosphor-separated LED device);
A semiconductor light emitting element (referred to as a cyan color LED chip) that emits blue to cyan light having a peak wavelength different from that of the blue light, or a light emitting device using the cyan color LED chip (referred to as a cyan color LED device). LED lighting device characterized by comprising:

前記第2ステップの白色LEDデバイスは、緑色系蛍光体(または黄色系蛍光体)と赤色系蛍光体をシリコン樹脂中に一定の割合で混合し、青色光を発光するLED素子の光取り出し面上に塗布した構造(混合系白色LEDデバイス)で、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体間の相互作用で、発光効率や演色性が損なわれている。この混合系白色LEDデバイスで、約3000Kの色温度で、最も演色性が良好なデバイスは、例えばXicato社製の品番がXSM9527(図11のSample7)で、この発光効率(lm/W値)および演色評価数(R1からR15)は、例えば、表1の通りである。   In the second step, the white LED device is obtained by mixing a green phosphor (or yellow phosphor) and a red phosphor in a silicon resin at a certain ratio, and on a light extraction surface of an LED element that emits blue light. In the structure (mixed white LED device) applied to, the light emission efficiency and color rendering are impaired due to the interaction between the green phosphor and the red phosphor. Among the mixed white LED devices, a device having the best color rendering property at a color temperature of about 3000K is, for example, XSM9527 (Sample 7 in FIG. 11) manufactured by Xicato, and the luminous efficiency (lm / W value) and The color rendering index (R1 to R15) is as shown in Table 1, for example.

Figure 2014157752
Figure 2014157752

R1からR15までの平均値は93.8である。このように演色性はかなり良くなっているが、発光効率は38.6lm/Wと極めて低い。この原因は、前記したように緑色系蛍光体と赤色系蛍光体間の相互作用があるためである。また、シアン系色スペクトルの欠乏が原因であるR11とR12の数値が低くなっている。   The average value from R1 to R15 is 93.8. As described above, the color rendering property is considerably improved, but the light emission efficiency is as extremely low as 38.6 lm / W. This is because there is an interaction between the green phosphor and the red phosphor as described above. Also, the numerical values of R11 and R12 due to the lack of the cyan color spectrum are low.

これを改善するためには、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体の相互作用をなくすことが重要で、それを満たす蛍光体分離型構造にした蛍光体分離型LEDデバイス(図8のSample2)の発光効率(lm/W値)および演色評価数(R1からR15)は、同じ測定系で表2のようになる。   In order to improve this, it is important to eliminate the interaction between the green phosphor and the red phosphor, and the phosphor-separated LED device (Sample 2 in FIG. 8) having a phosphor-separated structure that satisfies the interaction is important. The luminous efficiency (lm / W value) and the color rendering index (R1 to R15) are as shown in Table 2 in the same measurement system.

Figure 2014157752
Figure 2014157752

R1からR15までの平均値は94.4である。また、発光効率は52.3lm/Wと高くなっている。このように、蛍光体分離型構造にすることによって、演色性や発光効率は改善されている。しかし、シアン系色スペクトルの欠乏は依然として残っておりR11とR12は他の評価数より低い値である。
これを改善するために、この波長を発するシアン系色LEDチップやシアン系色LEDデバイスのスペクトルを分離型の構成、つまり蛍光体分離型LEDデバイスとは別の発光装置として追加することにより改善できるのである。
The average value from R1 to R15 is 94.4. The luminous efficiency is as high as 52.3 lm / W. As described above, the color rendering property and the light emission efficiency are improved by adopting the phosphor separation type structure. However, the deficiency of the cyan color spectrum still remains and R11 and R12 are lower than the other evaluation numbers.
In order to improve this, it can be improved by adding the spectrum of the cyan color LED chip or the cyan color LED device emitting this wavelength as a separate configuration, that is, as a light emitting device different from the phosphor separation type LED device. It is.

請求項2の発明は、
前記蛍光体分離型LEDデバイスは、
青色光を発光し、対向する2つの主面を持ち、一方の主面を光取り出し面とし、他方の主面を電極形成面とする半導体発光素子の上に、前記光取り出し面と同等もしくは大きな対向する2つの主面を持ち、一方の主面を入光面とし、他方の主面を出光面とする蛍光体含有フィルム片が、前記光取り出し面と前記入光面を対向するように重ねて配置されて構成され、
前記蛍光体含有フィルム片を主面と垂直に複数分割し、分割した領域(分割領域と記する)ごとに、緑色系蛍光体、赤色系蛍光体、黄色系蛍光体のうち、いずれかの蛍光体を1つ割り当てて、前記蛍光体含有フィルム片を構成して、前記特定構造を構成したことを特徴とする請求項1に記載のLED照明装置である。
The invention of claim 2
The phosphor-separated LED device is
Blue light is emitted, has two main surfaces facing each other, one main surface is a light extraction surface, and the other main surface is an electrode formation surface, and is equal to or larger than the light extraction surface. A phosphor-containing film piece having two opposing main surfaces, one main surface being a light incident surface and the other main surface being a light output surface, is overlapped so that the light extraction surface and the light input surface are opposed to each other. Arranged and configured
The phosphor-containing film piece is divided into a plurality of pieces perpendicular to the main surface, and each of the divided regions (denoted as divided regions) is a fluorescent material selected from a green phosphor, a red phosphor, and a yellow phosphor. The LED lighting device according to claim 1, wherein the specific structure is configured by allocating one body to configure the phosphor-containing film piece.

蛍光体間の相互作用を殆どなくす構造として、単体の照明用LEDデバイスとして実現するには、蛍光体フィルム片を形成する構造が最も現実的である。例えば、スクリーン印刷法でプラスチックシート上に赤色系蛍光体粉末をシリコン樹脂中に混ぜてペースト状にしたものを印刷し、硬化させ、フィルム状の蛍光体含有フィルム片を形成する。その後、ダイサーを用いてブレード幅の溝を複数ライン入れることにより、蛍光体含有フィルム片の一部を研削し、蛍光体を取り除く。その後、この取り除いた赤色系蛍光体の部分に、緑色系蛍光体粉末をシリコン樹脂中に混ぜてペースト状にしたものを塗りこみ硬化させる。このようにして赤色系蛍光体の領域と緑色系蛍光体の領域を分離して形成した蛍光体含有フィルム片ができる。これを半導体発光素子(LED素子)の光取り出し面上に配置すれば赤色系蛍光体と緑色系蛍光体間で殆ど相互作用のない発光装置ができる。これに青色系蛍光体や黄色系蛍光体の領域を加えるためには、上記方法を繰り返せばよい。   A structure that forms a phosphor film piece is the most realistic to realize as a single LED device for illumination as a structure that eliminates the interaction between the phosphors. For example, a paste obtained by mixing red phosphor powder in a silicon resin on a plastic sheet by screen printing is printed and cured to form a film-like phosphor-containing film piece. Thereafter, a plurality of blade-width grooves are inserted using a dicer to grind a part of the phosphor-containing film piece and remove the phosphor. Thereafter, the removed red phosphor portion is coated with a paste obtained by mixing a green phosphor powder in a silicon resin and cured. In this way, a phosphor-containing film piece formed by separating the red phosphor region and the green phosphor region is obtained. If this is arranged on the light extraction surface of the semiconductor light emitting element (LED element), a light emitting device having almost no interaction between the red phosphor and the green phosphor can be obtained. In order to add a blue phosphor region or a yellow phosphor region to this, the above method may be repeated.

請求項3の発明は、
前記シアン系色LEDチップのピーク波長は、465nmから500nmの範囲にあることを特徴とする請求項1に記載のLED照明装置である。
The invention of claim 3
2. The LED illumination device according to claim 1, wherein a peak wavelength of the cyan color LED chip is in a range of 465 nm to 500 nm.

前記蛍光体分離型LEDデバイスのスペクトルに欠乏しているシアン系色スペクトルを追加するために用いられるシアン系色LEDチップのピーク波長は、前記蛍光体分離型LEDデバイスに用いられる前記青色光を発する半導体発光素子のピーク波長に依存するが、465nmから500nmの範囲が良い。特に、前記蛍光体分離型LEDデバイスに450nm近傍のピーク波長を用いた場合は、470nmから490nmの範囲が好ましい。該シアン系色LEDチップは、実装基板に直接チップオンボードの形で用いても良いし、該シアン系色LEDチップを用いたシアン系色LEDデバイスとして用いても良い。   The peak wavelength of the cyan color LED chip used to add a cyan color spectrum that is lacking in the spectrum of the phosphor-separated LED device emits the blue light used in the phosphor-separated LED device. Although it depends on the peak wavelength of the semiconductor light emitting device, the range of 465 nm to 500 nm is preferable. In particular, when a peak wavelength near 450 nm is used for the phosphor-separated LED device, a range of 470 nm to 490 nm is preferable. The cyan color LED chip may be used directly on a mounting substrate in a chip-on-board form, or may be used as a cyan color LED device using the cyan color LED chip.

請求項4の発明は、
青色光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子の光で励起され固有の光を発する蛍光体からなる発光装置において、
前記固有の光として、
緑色系の光を発する緑色系蛍光体、
黄色系の光を発する黄色系蛍光体、および、
赤色系の光を発する赤色系蛍光体
の中から、異なる発光色の蛍光体が2種類以上用いられ、これらの蛍光体は、蛍光体間の相互作用が抑制される特定構造すなわち蛍光体分離型構造である発光装置(蛍光体分離型LEDデバイスと記する)と、
紫色光を発する半導体発光素子(紫色LEDチップと記する)と該半導体発光素子の光で励起されブロードな波長分布を持つ青色系の光を発する青色系蛍光体からなる発光装置(青色系蛍光体LEDデバイスと記する)と
からなることを特徴とするLED照明装置である。
The invention of claim 4
In a light emitting device comprising a semiconductor light emitting element that emits blue light and a phosphor that emits intrinsic light that is excited by the light of the semiconductor light emitting element,
As the intrinsic light,
A green phosphor that emits green light,
A yellow phosphor that emits yellow light, and
Two or more kinds of phosphors having different emission colors are used among red phosphors emitting red light, and these phosphors have a specific structure that suppresses the interaction between the phosphors, that is, phosphor separation type A light emitting device having a structure (referred to as a phosphor-separated LED device);
A light emitting device comprising a semiconductor light emitting device emitting purple light (referred to as a purple LED chip) and a blue phosphor emitting blue light having a broad wavelength distribution excited by light from the semiconductor light emitting device (blue phosphor) LED lighting device, characterized in that it is described as an LED device.

シアン系色スペクトルを追加する方法として、前記したシアン系色LEDチップを用いる方法があるが、一般的にLEDチップからの発光スペクトルはシャープでそれに含まれる波長の範囲は狭く最適な波長のLEDチップの選別が必要である。その代わりに、紫色光を発する紫色LEDチップに該紫色LEDチップからの光で励起され青色からシアン色を含むブロードな波長分布を持つ光を発する青色系蛍光体からなる発光装置を用いる方がチップの選別など簡素化されるとともに、より好ましい演色性が得られる。 As a method of adding a cyan color spectrum, there is a method using the above-mentioned cyan color LED chip. Generally, the emission spectrum from the LED chip is sharp, and the wavelength range included in the LED chip is narrow and the optimum wavelength LED chip. Sorting is necessary. Instead, it is better to use a light emitting device made of a blue phosphor that emits light having a broad wavelength distribution including blue to cyan, which is excited by light from the purple LED chip, to a purple LED chip that emits purple light. And the like, and more preferable color rendering properties can be obtained.

本発明のLED照明装置は、LED照明装置に使用するLEDデバイスを、
蛍光体間の相互作用が生じない蛍光体分離型LEDデバイスと、
該蛍光体分離型LEDデバイスのスペクトルに欠乏しているシアン系色スペクトルを補足するシアン系色LEDチップや該シアン系色LEDチップを用いたシアン系色LEDデバイスとで構成することにより、超高演色なLED照明装置を実現することができる。そして、このLED照明装置は、LED電球やライン状光源やスポットライトとして美術館や博物館などの演色性が重要な場所の照明に適しているのである。
また、蛍光体分離型LEDデバイスに欠乏しているシアン系色のスペクトルを得るためには、シアン系色LEDチップよりも、紫色LEDチップとブロードな青色系の光を発する青色系蛍光体とで構成する方が、ブロードな青色からシアン色のスペクトル成分を含むため、更に演色性が良好なLED照明装置となる。
The LED lighting device of the present invention is an LED device used in the LED lighting device.
A phosphor-separated LED device in which no interaction occurs between the phosphors;
By constructing with a cyan color LED chip that supplements the cyan color spectrum lacking in the spectrum of the phosphor-separated LED device and a cyan color LED device using the cyan color LED chip, A color rendering LED illumination device can be realized. And this LED lighting apparatus is suitable for illumination of places where color rendering properties such as museums and museums are important as LED bulbs, linear light sources and spotlights.
In addition, in order to obtain a cyan color spectrum that is lacking in phosphor-separated LED devices, a purple LED chip and a blue phosphor that emits broad blue light are used rather than a cyan LED chip. Since the configuration includes a broad blue to cyan spectral component, the LED illumination device has a better color rendering property.

本発明の第1実施形態のLED照明装置の基板の配置図である。It is a layout of the substrate of the LED lighting device of the first embodiment of the present invention. 蛍光体分離型LEDデバイスの一例の図であって(a)は上から見た平面図、(b)は線A−Aでの断面図である。It is a figure of an example of a fluorescent substance separated type LED device, (a) is a top view seen from the top, (b) is sectional drawing in line AA. シアン系色LEDデバイスの一例の図であって(a)は上から見た平面図、(b)は線A−Aでの断面図である。It is a figure of an example of a cyan-type LED device, (a) is a top view seen from the top, (b) is sectional drawing in line AA. シアン系色LEDデバイスの一例の図であって(a)は上から見た平面図、(b)側面図である。It is a figure of an example of a cyan color LED device, (a) is the top view seen from the top, (b) It is a side view. 本発明の第2実施形態のLED照明装置の基板の配置図である。It is the layout of the board | substrate of the LED lighting apparatus of 2nd Embodiment of this invention. 蛍光体分離型LEDデバイスとシアン系色LEDデバイス(チップオンボード)の一例の図である。It is a figure of an example of a fluorescent substance separation type LED device and a cyan system color LED device (chip on board). 青色系蛍光体LEDデバイスの一例の図であって(a)は上から見た平面図、(b)は線A−Aでの断面図である。It is a figure of an example of a blue type | system | group fluorescent LED device, (a) is the top view seen from the top, (b) is sectional drawing in line AA. 発光装置の発光スペクトルデータNo1である。It is emission spectrum data No1 of a light-emitting device. 発光装置の発光スペクトルデータNo2である。It is emission spectrum data No2 of a light-emitting device. 発光装置の発光スペクトルデータNo3である。This is emission spectrum data No3 of the light emitting device. 発光装置の発光スペクトルデータNo4である。This is emission spectrum data No. 4 of the light emitting device.

以下、本発明の発光装置の実施形態について、第1、第2実施形態の順に、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a light emitting device of the present invention will be described in detail in the order of first and second embodiments with reference to the drawings.

まず、第1実施形態のLED照明装置の基板配置図を図1に示す。
このLED照明装置1は、基板Φ15.5mmの円内に配置されており、図2に示すような蛍光体分離型LEDデバイス2を9個および図3に示すようなシアン系色LEDデバイス3を9個使用している。蛍光体分離型LEDデバイス2とシアン系色LEDデバイス3それぞれ1個の対で、図8に示すSample1のスペクトルとなる。蛍光体分離型LEDデバイス2のみでは、図8のSample2に示すスペクトルである。
First, the board | substrate arrangement | positioning figure of the LED lighting apparatus of 1st Embodiment is shown in FIG.
This LED illumination device 1 is arranged in a circle with a substrate diameter of 15.5 mm, and includes nine phosphor-separated LED devices 2 as shown in FIG. 2 and cyan-based color LED devices 3 as shown in FIG. Nine are used. A pair of each of the phosphor-separated LED device 2 and the cyan LED device 3 has a spectrum of Sample 1 shown in FIG. In the phosphor-separated LED device 2 alone, the spectrum is shown as Sample 2 in FIG.

この蛍光体分離型LEDデバイス2は、3W級で波長が約450nmの青色光を発する例えば、サイズが約1mm×1mm×0.34mmの青色LEDチップを使用し、デバイスサイズが約2.6mm×2.6mm×0.45mmで、図2に示す構造である。分離型の蛍光体フィルム23とシリコン樹脂の透明樹脂22及びシリコン樹脂に酸化チタンを混ぜた反射壁の白色樹脂20から構成されている。アルミベース基板などの外部基板への実装は、前記青色LEDチップの電極24に半田を用いて行う。
分離型の蛍光体フィルム23は、分割領域23a,23c,23eが赤色系蛍光体の領域で、分割領域23bが緑色系蛍光体で、分割領域23dが黄色系蛍光体である。蛍光体フィルムの大きさは一辺が約2.4mmの正方形で、厚さは約0.1mmである。赤色系蛍光体の分割領域は約1.5×2.4mm、緑色系蛍光体の分割領域は約0.6×2.4mm、黄色系蛍光体の分割領域は約0.3×2.4mmで、赤色系蛍光体の分割領域の面積が最も広い。赤色系蛍光体は、例えばCaAlSi(ON):EuとCaAlSiN:Euとを最適な重量比で混合したものを、シリコン樹脂中に分散させ重量比55%の濃度にしたものである。緑色系蛍光体は、例えばCaSc:Ceを使用し、シリコン樹脂中に分散させ重量比55%の濃度にしたもので、黄色系蛍光体は、例えばLaSi11:Ceをシリコン樹脂中に分散させ重量費55%の濃度にしたものである。
蛍光体分離型LEDデバイス2の特性は、色温度は約3000K、平均演色評価数Ra=94.9、R9=98.3、光束値が54.9lm(If=350mAの時)のものである。(表2参照)
The phosphor-separated LED device 2 emits blue light having a wavelength of about 450 nm and a wavelength of about 450 nm. For example, a blue LED chip having a size of about 1 mm × 1 mm × 0.34 mm is used, and the device size is about 2.6 mm × The structure is 2.6 mm × 0.45 mm and shown in FIG. It is composed of a separation type phosphor film 23, a transparent resin 22 made of silicon resin, and a white resin 20 having a reflective wall in which titanium oxide is mixed with silicon resin. Mounting on an external substrate such as an aluminum base substrate is performed using solder on the electrode 24 of the blue LED chip.
In the separation-type phosphor film 23, the divided regions 23a, 23c, and 23e are red phosphor regions, the divided region 23b is a green phosphor, and the divided region 23d is a yellow phosphor. The size of the phosphor film is a square having a side of about 2.4 mm and a thickness of about 0.1 mm. The divided area of the red phosphor is about 1.5 × 2.4 mm 2 , the divided area of the green phosphor is about 0.6 × 2.4 mm 2 , and the divided area of the yellow phosphor is about 0.3 × 2. The area of the divided region of the red phosphor is the widest at 0.4 mm 2 . The red phosphor is, for example, a mixture in which CaAlSi (ON) 3 : Eu and CaAlSiN 3 : Eu are mixed at an optimal weight ratio and dispersed in a silicon resin to a concentration of 55% by weight. The green phosphor uses, for example, CaSc 2 O 4 : Ce and is dispersed in a silicon resin so as to have a concentration of 55% by weight. The yellow phosphor, for example, uses La 3 Si 6 N 11 : Ce. It is dispersed in silicone resin to a concentration of 55% by weight.
The characteristics of the phosphor-separated LED device 2 are those having a color temperature of about 3000 K, an average color rendering index Ra = 94.9, R9 = 98.3, and a luminous flux value of 54.9 lm (when If = 350 mA). . (See Table 2)

シアン系色LEDデバイス3は、図3に示す構造で、波長が473.0nmのシアン系色の光を発する例えば、サイズが約0.35mm×0.47mm×0.16mmのシアン系色LEDチップ32を使用し、デバイスサイズが約0.74mm×0.55mm×0.26mmである。シリコン樹脂の透明樹脂31とシリコン樹脂に酸化チタンを混ぜた反射壁の白色樹脂30から構成されている。外部基板への実装は、シアン系色LEDチップ32の電極33に半田を用いて行う。流す電流は、約10mA程度である。
このLED照明装置1の発光効率(lm/W値)および演色評価数(R1からR15)を表2と同じ測定系で測定した値を表3に示す。色温度は約3000Kである。
The cyan color LED device 3 has the structure shown in FIG. 3 and emits cyan color light having a wavelength of 473.0 nm, for example, a cyan color LED chip having a size of about 0.35 mm × 0.47 mm × 0.16 mm. 32 is used, and the device size is about 0.74 mm × 0.55 mm × 0.26 mm. It is composed of a transparent resin 31 made of silicon resin and a white resin 30 having a reflecting wall in which titanium oxide is mixed with silicon resin. Mounting on the external substrate is performed using solder on the electrode 33 of the cyan LED chip 32. The flowing current is about 10 mA.
Table 3 shows values obtained by measuring the luminous efficiency (lm / W value) and the color rendering index (R1 to R15) of the LED lighting device 1 using the same measurement system as in Table 2. The color temperature is about 3000K.

Figure 2014157752
Figure 2014157752

R1からR15までの平均値は97.2である。また、発光効率は53.2lm/Wである。このように、蛍光体分離型LEDデバイス2にシアン系色LEDデバイス3を追加することにより、シアン系色のスペクトルが追加され、R11やR12の値は改善され、演色性が極めて高いLED照明装置となる。
これと比較するために、非特許文献1に示されているシーシーエス社が発売している紫色LEDチップを用いた「自然光LED」色温度3000Kの「MUSEUM COM SPOT LIGHT」の演色評価数(カタログ値)を表4に示す。
The average value from R1 to R15 is 97.2. The luminous efficiency is 53.2 lm / W. In this way, by adding the cyan color LED device 3 to the phosphor-separated LED device 2, the cyan color spectrum is added, the values of R11 and R12 are improved, and the color rendering property is extremely high. It becomes.
To compare with this, the color rendering index (catalog value) of “MUSEUM COM SPOT LIGHT” of “natural light LED” color temperature 3000K using a purple LED chip sold by CCS, which is disclosed in Non-Patent Document 1. ) Is shown in Table 4.

Figure 2014157752
Figure 2014157752

R1からR15までの平均値は95.9である。また、発光効率は40lm/W以下である。
このように、蛍光体分離型LEDデバイスとシアン系色LEDデバイスとの構成で、紫色LEDチップを用いた「自然光LED」より、演色評価数R1からR15までの平均値および発光効率ともに良好なLED照明装置が可能である。また、カタログ値の寿命やコストにおいても青色とシアン系色LEDチップを用いたデバイスで構成した本発明のLED照明装置の方が優れている。
ここでは、蛍光体分離型LEDデバイス2と一緒に用いるシアン系色LEDデバイスとして図3に示す基板を用いない構造のLEDデバイスを用いているが、図4に示す面実装タイプのチップLED40でも良いし、シアン系色LEDチップをチップオンボードのように用いたもの51でも良い。ただし、チップLED40の場合は、サイズも大きく価格も高くなるし、チップオンボード51の場合は、実装基板に金メッキが必要になり、ともにコストが高くなる。
The average value from R1 to R15 is 95.9. The luminous efficiency is 40 lm / W or less.
As described above, the LED of the phosphor separation-type LED device and the cyan color LED device have better average values and luminous efficiencies from the color rendering index R1 to R15 than the “natural light LED” using the purple LED chip. A lighting device is possible. Further, the LED illumination apparatus of the present invention constituted by a device using blue and cyan color LED chips is superior in terms of catalog life and cost.
Here, the LED device having a structure not using the substrate shown in FIG. 3 is used as the cyan color LED device used together with the phosphor-separated LED device 2, but the surface-mount type chip LED 40 shown in FIG. 4 may be used. However, the one 51 using a cyan LED chip like a chip-on-board may be used. However, in the case of the chip LED 40, the size is large and the price is high, and in the case of the chip-on-board 51, the mounting substrate needs to be plated with gold, and the cost is increased.

次に、第2実施形態のLED照明装置の基板配置図を図5に示す。
このLED照明装置50は、基板Φ15.5mmの円内に配置されており、図6に示すような蛍光体分離型LEDデバイス52を9個およびシアン系色LEDチップ60を配線基板に直接実装し、ワイヤー61で接続し、透明樹脂62で覆ってチップオンボードとしたシアン系色LEDデバイス51を9個使用している。蛍光体分離型LEDデバイス52とシアン系色LEDデバイス51それぞれ1個の対で、図9に示すSample3に示すスペクトルとなる。蛍光体分離型LEDデバイス52のみでは、図9のSample4に示すスペクトルである。
Next, the board | substrate arrangement | positioning figure of the LED lighting apparatus of 2nd Embodiment is shown in FIG.
This LED illumination device 50 is arranged in a circle with a substrate diameter of 15.5 mm, and directly mounts nine phosphor-separated LED devices 52 and a cyan color LED chip 60 as shown in FIG. 6 on a wiring board. Nine cyan color LED devices 51 connected by wires 61 and covered with a transparent resin 62 to form a chip-on-board are used. Each pair of the phosphor-separated LED device 52 and the cyan color LED device 51 has a spectrum shown in Sample 3 shown in FIG. Only the phosphor-separated LED device 52 has a spectrum shown as Sample 4 in FIG.

この蛍光体分離型LEDデバイス52は、図2とほぼ同じ構造であるが、分離型の蛍光体フィルム63は4000Kの色温度に設計されている。
すなわち、分割領域63a,63cが赤色系蛍光体で、分割領域63bが緑色系蛍光体である。蛍光体フィルムの大きさは一辺が約2.4mmの正方形で、厚さは約0.1mmである。赤色系蛍光体の分割領域は約1.55×2.4mm、緑色系蛍光体の分割領域は約0.85×2.4mmで、赤色系蛍光体の分割領域の面積が最も広い。赤色系蛍光体は、例えばCaAlSi(ON):Euを使用し、シリコン樹脂中に分散させ重量比55%の濃度にしたものである。緑色系蛍光体は、例えばCaSc:Ceを使用し、シリコン樹脂中に分散させ重量比55%の濃度にしたものである。
蛍光体分離型LEDデバイス52の特性は、色温度は約4000K、平均演色評価数Ra=96.1、R9=95.0、光束値が59.5lm(If=350mAの時)のものである。
The phosphor-separated LED device 52 has substantially the same structure as that shown in FIG. 2, but the separable phosphor film 63 is designed to have a color temperature of 4000K.
That is, the divided regions 63a and 63c are red phosphors, and the divided region 63b is a green phosphor. The size of the phosphor film is a square having a side of about 2.4 mm and a thickness of about 0.1 mm. The divided area of the red phosphor is about 1.55 × 2.4 mm 2 , the divided area of the green phosphor is about 0.85 × 2.4 mm 2 , and the area of the divided area of the red phosphor is the largest. As the red phosphor, for example, CaAlSi (ON) 3 : Eu is used and dispersed in a silicon resin to have a concentration of 55% by weight. As the green phosphor, for example, CaSc 2 O 4 : Ce is used, which is dispersed in a silicon resin to a concentration of 55% by weight.
The characteristics of the phosphor-separated LED device 52 are those of a color temperature of about 4000 K, an average color rendering index Ra = 96.1, R9 = 95.0, and a luminous flux value of 59.5 lm (If = 350 mA). .

シアン系色LEDデバイス51は、波長が473.0nmのシアン系色の光を発する例えば、サイズが約0.26mm×0.48mm×0.12mmのシアン系色LEDチップを使用している。透明樹脂62はシリコン樹脂である。流す電流は、約10mA程度である。
このLED照明装置50の発光効率(lm/W値)および演色評価数(R1からR15)を表2と同じ測定系で測定した値を表5に示す。色温度は約4000Kである。
The cyan color LED device 51 uses a cyan color LED chip having a size of about 0.26 mm × 0.48 mm × 0.12 mm, for example, which emits cyan color light having a wavelength of 473.0 nm. The transparent resin 62 is a silicon resin. The flowing current is about 10 mA.
Table 5 shows values obtained by measuring the luminous efficiency (lm / W value) and the color rendering index (R1 to R15) of the LED lighting device 50 using the same measurement system as in Table 2. The color temperature is about 4000K.

Figure 2014157752
Figure 2014157752

R1からR15までの平均値は96.8である。また、発光効率は56.7lm/Wである。このように、蛍光体分離型LEDデバイス52にシアン系色LEDデバイス51を追加することにより、シアン色のスペクトルが追加され演色性が良いLED照明装置となる。
ただし、このLED照明装置50の発光スペクトルは、図9のSample3に示されているが、蛍光体分離型LEDデバイス52に用いられている青色LEDチップからの発光スペクトル(ピーク波長が445nmの高い山形のもの)の強度が強すぎるため、シアン系色LEDデバイス51の発光スペクトル(ピーク波長が473nmの凸部のもの)をこれ以上高くすると演色評価数Rが悪くなる。この2つのスペクトルの高さを最適にすることにより、更に演色評価数Rは表5の値より良くなるであろう。
The average value from R1 to R15 is 96.8. The luminous efficiency is 56.7 lm / W. In this manner, by adding the cyan-based color LED device 51 to the phosphor-separated LED device 52, a cyan color spectrum is added, and the LED illumination device has good color rendering.
However, although the emission spectrum of the LED illumination device 50 is shown in Sample 3 of FIG. 9, the emission spectrum from the blue LED chip used in the phosphor-separated LED device 52 (high peak shape with a peak wavelength of 445 nm). Therefore, if the emission spectrum of the cyan color LED device 51 (the peak having a peak wavelength of 473 nm) is further increased, the color rendering index R becomes worse. By optimizing the height of these two spectra, the color rendering index R will be even better than the values in Table 5.

蛍光体分離型LEDデバイス2や52は、青色LEDチップを使用しているために、青色光スペクトルは、この青色LEDチップからの成分しか持たない。青色LEDチップからのスペクトルはシャープでそれに含まれる波長成分は少なく、そのためシアン系のスペクトルが不足している。それを補うためにシアン系色LEDデバイス3や51を追加しているが、LEDチップからのスペクトルはシャープであるため最適な波長を選択しなければならない。それを解決するためには、図7に示すように、発光ピーク波長が400nm近傍の紫色LEDチップ72に、紫色の光でブロードな波長分布を持つ青色系の光を発する青色系蛍光体含有樹脂71を塗布した青色系蛍光体LEDデバイス70を用いることである。具体的な青色系蛍光体は、例えば(Sr,Ba)10(POCl:Euを使用し、シリコン樹脂中に分散させ重量比55%の濃度にしたものである。
図7には、紫色LEDチップの電極上にバンプを形成し、これを外部基板への実装電極73としているが、紫色LEDチップを図6で示したチップオンボードのようにして実装し、青色系蛍光体をシリコン樹脂に混ぜペースト状にしたものをポッティングしても良い。
Since the phosphor-separated LED devices 2 and 52 use blue LED chips, the blue light spectrum has only components from the blue LED chips. The spectrum from the blue LED chip is sharp and contains few wavelength components, so the cyan spectrum is insufficient. In order to compensate for this, cyan-color LED devices 3 and 51 are added. However, since the spectrum from the LED chip is sharp, an optimum wavelength must be selected. In order to solve this problem, as shown in FIG. 7, a blue phosphor-containing resin that emits blue light having a broad wavelength distribution with purple light on a purple LED chip 72 having an emission peak wavelength in the vicinity of 400 nm. The blue phosphor LED device 70 coated with 71 is used. As a specific blue phosphor, for example, (Sr, Ba) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu is used and dispersed in a silicon resin to have a concentration of 55% by weight.
In FIG. 7, bumps are formed on the electrodes of the purple LED chip, which are used as mounting electrodes 73 on the external substrate. The purple LED chip is mounted like the chip-on-board shown in FIG. Potting may be performed by mixing a phosphor based on silicon resin into a paste.

1,50 LED照明装置
2,3,40,51,52,70 発光装置
20,30 反射壁
21,32,60,72 半導体発光素子(LED素子)
22,31,62 透明樹脂
23,63 蛍光体含有フィルム片
24,33,73 電極
71 蛍光体含有樹脂
1,50 LED lighting device 2, 3, 40, 51, 52, 70 Light emitting device 20, 30 Reflecting wall 21, 32, 60, 72 Semiconductor light emitting element (LED element)
22, 31, 62 Transparent resin 23, 63 Phosphor-containing film pieces 24, 33, 73 Electrode 71 Phosphor-containing resin

Claims (4)

青色光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子の光で励起され固有の光を発する蛍光体からなる発光装置において、
前記固有の光として、
緑色系の光を発する緑色系蛍光体、
黄色系の光を発する黄色系蛍光体、および、
赤色系の光を発する赤色系蛍光体
の中から、異なる発光色の蛍光体が2種類以上用いられ、これらの蛍光体は、蛍光体間の相互作用が抑制される特定構造すなわち蛍光体分離型構造である発光装置(蛍光体分離型LEDデバイスと記する)と、
前記青色光とピーク波長が異なる青色からシアン色の光を発する半導体発光素子(シアン系色LEDチップと記する)または、該シアン系色LEDチップを用いた発光装置(シアン系色LEDデバイスと記する)とからなることを特徴とするLED照明装置。
In a light emitting device comprising a semiconductor light emitting element that emits blue light and a phosphor that emits intrinsic light that is excited by the light of the semiconductor light emitting element,
As the intrinsic light,
A green phosphor that emits green light,
A yellow phosphor that emits yellow light, and
Two or more kinds of phosphors having different emission colors are used among red phosphors emitting red light, and these phosphors have a specific structure that suppresses the interaction between the phosphors, that is, phosphor separation type A light emitting device having a structure (referred to as a phosphor-separated LED device);
A semiconductor light emitting element (referred to as a cyan color LED chip) that emits blue to cyan light having a peak wavelength different from that of the blue light, or a light emitting device using the cyan color LED chip (referred to as a cyan color LED device). LED lighting device characterized by comprising:
前記蛍光体分離型LEDデバイスは、
青色光を発光し、対向する2つの主面を持ち、一方の主面を光取り出し面とし、他方の主面を電極形成面とする半導体発光素子の上に、前記光取り出し面と同等もしくは大きな対向する2つの主面を持ち、一方の主面を入光面とし、他方の主面を出光面とする蛍光体含有フィルム片が、前記光取り出し面と前記入光面を対向するように重ねて配置されて構成され、
前記蛍光体含有フィルム片を主面と垂直に複数分割し、分割した領域(分割領域と記する)ごとに、緑色系蛍光体、赤色系蛍光体、黄色系蛍光体のうち、いずれかの蛍光体を1つ割り当てて、前記蛍光体含有フィルム片を構成して、前記特定構造を構成したことを特徴とする請求項1に記載のLED照明装置。
The phosphor-separated LED device is
Blue light is emitted, has two main surfaces facing each other, one main surface is a light extraction surface, and the other main surface is an electrode formation surface, and is equal to or larger than the light extraction surface. A phosphor-containing film piece having two opposing main surfaces, one main surface being a light incident surface and the other main surface being a light output surface, is overlapped so that the light extraction surface and the light input surface are opposed to each other. Arranged and configured
The phosphor-containing film piece is divided into a plurality of pieces perpendicular to the main surface, and each of the divided regions (denoted as divided regions) is a fluorescent material selected from a green phosphor, a red phosphor, and a yellow phosphor. The LED lighting device according to claim 1, wherein the specific structure is configured by allocating one body to configure the phosphor-containing film piece.
前記シアン系色LEDチップのピーク波長は、465nmから500nmの範囲にあることを特徴とする請求項1に記載のLED照明装置。   The LED illumination device according to claim 1, wherein the peak wavelength of the cyan color LED chip is in a range of 465 nm to 500 nm. 青色光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子の光で励起され固有の光を発する蛍光体からなる発光装置において、
前記固有の光として、
緑色系の光を発する緑色系蛍光体、
黄色系の光を発する黄色系蛍光体、および、
赤色系の光を発する赤色系蛍光体
の中から、異なる発光色の蛍光体が2種類以上用いられ、これらの蛍光体は、蛍光体間の相互作用が抑制される特定構造すなわち蛍光体分離型構造である発光装置と、
紫色光を発する半導体発光素子(紫色LEDチップと記する)と該半導体発光素子の光で励起されブロードな波長分布を持つ青色系の光を発する青色系蛍光体からなる発光装置(青色系蛍光体LEDデバイスと記する)と
からなることを特徴とするLED照明装置。
In a light emitting device comprising a semiconductor light emitting element that emits blue light and a phosphor that emits intrinsic light that is excited by the light of the semiconductor light emitting element,
As the intrinsic light,
A green phosphor that emits green light,
A yellow phosphor that emits yellow light, and
Two or more kinds of phosphors having different emission colors are used among red phosphors emitting red light, and these phosphors have a specific structure that suppresses the interaction between the phosphors, that is, phosphor separation type A light emitting device having a structure;
A light emitting device comprising a semiconductor light emitting device emitting purple light (referred to as a purple LED chip) and a blue phosphor emitting blue light having a broad wavelength distribution excited by light from the semiconductor light emitting device (blue phosphor) LED lighting device, characterized in that it is described as an LED device.
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