JP2015015106A

JP2015015106A - 照明装置

Info

Publication number: JP2015015106A
Application number: JP2013140069A
Authority: JP
Inventors: 杉森　正吾; Shogo Sugimori; 正吾杉森; 康章堤; Yasuaki Tsutsumi; 寿雄八木; Hisao Yagi; 柴田　裕一; Yuichi Shibata; 裕一柴田; 伊藤　和弘; Kazuhiro Ito; 和弘伊藤; 公典榎本; Kiminori Enomoto; 大野　智之; Tomoyuki Ono; 智之大野; 四ノ宮　裕; Yutaka Shinomiya
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-22

Abstract

【課題】高品質な照明光を実現可能な照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１００は、紫外光または短波長可視光を発する複数の発光素子と、発光素子が発する光で励起され、可視光に含まれる第１の波長域の光を発する第１の蛍光体と、発光素子が発する光で励起され、第１の波長域と異なる、可視光に含まれる第２の波長域の光を発する第２の蛍光体と、少なくとも第１の蛍光体と第２の蛍光体とを含有する光波長変換部材と、を有する発光モジュール１０２と、発光モジュールが出射した光を前方へ透過させる光透過部材１０４と、発光モジュールが発する熱を放熱する放熱機構１０６と、発光モジュールおよび光透過部材を収容する筐体１０８筐体と、を備える。光波長変換部材が、配列された複数の発光素子のそれぞれの発光面を一体的に覆うように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関する。

従来、様々な用途の照明装置が考案されている。例えば、室内照明、屋外照明、スタジオ照明や舞台装置等が知られている。中でもスタジオ照明や舞台装置では、より明るい光量が求められており、光源としてはハロゲン電球や放電ランプが多く使われていた。

一方、新たな光源としてＬＥＤの性能は日々向上し、蛍光体との組合せで白色光源を実現するものも種々考案されている。近年ではスタジオ照明等の光源として、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせた白色光源も考案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−８９３９４号公報

しかしながら、ＬＥＤは指向性があるため、中心軸方向の光度が高く、中心軸から離れるほど光度が低くなる傾向がある。一方、蛍光体は、ＬＥＤが発する光で励起されてランバーシアンな発光をする。そのため、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤチップでは、チップ正面から外れるほど黄色成分の比率が多くなり色ムラが発生する。

また、スタジオ照明等の大光量光源として上述の白色ＬＥＤチップを用いる場合には、複数のＬＥＤチップを配列してモジュール化することになるが、隣接するチップ間の隙間が縞状のスジとなって投影され、輝度ムラ（光ムラ）が発生する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高品質な照明光を実現可能な照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の照明装置は、紫外光または短波長可視光を発する複数の発光素子と、発光素子が発する光で励起され、可視光に含まれる第１の波長域の光を発する第１の蛍光体と、発光素子が発する光で励起され、第１の波長域と異なる、可視光に含まれる第２の波長域の光を発する第２の蛍光体と、少なくとも第１の蛍光体と第２の蛍光体とを含有する光波長変換部材と、を有する発光モジュールと、発光モジュールが出射した光を前方へ透過させる光透過部材と、発光モジュールが発する熱を放熱する放熱機構と、発光モジュールおよび光透過部材を収容する筐体と、を備える。光波長変換部材は、配列された複数の発光素子のそれぞれの発光面を一体的に覆うように構成されている。

この態様によると、発光素子が発する光の波長域が可視光領域に余り含まれていないため、例えば、第１の蛍光体が発する第１の波長域の光と第２の蛍光体が発する第２の波長域の光との混色により照明光を実現することで、照射方向によって生ずる色ムラを低減できる。なお、第１の蛍光体が発する光と第２の蛍光体が発する光とは互いに補色の関係にあってもよく、その場合、混色により白色光が実現される。

複数の発光素子は、発光素子の一辺に平行な複数列に配列されており、複数列のうち一つの列の発光素子は、隣接する列の発光素子に対して、配列方向にオフセットされた位置に配置されていてもよい。また、複数の発光素子は、正三角形格子あるいは二等辺三角形格子として配列されていてもよい。これにより、発光素子間の低輝度部の存在に起因する輝度ムラが低減される。

複数の発光素子は、放射状に配列されていてもよい。これにより、様々な方向に発光素子が配列されるため、投影された光における発光素子の配列が目立たなくなる。また、放射状にすることで、発光モジュールの中心から周辺に向け輝度を下げることができる。これにより、照射範囲と非照射範囲との境界での明暗差を少なくできる。

複数の発光素子は、照射範囲または照射範囲の照度分布に応じて複数のグループに分けられているとともに、グループ毎に点消灯または発光強度の調整が可能なように構成されていてもよい。これにより、複数の照射範囲や複数の照度分布を簡便に実現することができる。また、照射範囲を狭くする場合に発光モジュールからの光を遮蔽する必要がなく、さらに、照射範囲周辺の照度分布を低くする場合に光源モジュールからの光を減衰させる必要もなく、これらの場合は消費電力を抑えることができる。なお、前述のグループは、一つの発光素子で構成されていてもよい。

第１の蛍光体は青色蛍光体であり、第２の蛍光体は黄色蛍光体であり、光波長変換部材は、黄色蛍光体に対する青色蛍光体の比率が中央部よりも周辺部において小さくなるよう構成されていてもよい。これにより、照射範囲の周辺部の光、換言すると照射光の中心からずれた方向の光の色温度が低くなるため、照射範囲の周辺部に位置する人にとってはまぶしさが低減される。

本発明によれば、高品質な照明光を実現できる。

本実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。本実施の形態に係る照明装置に用いられる光透過部材の断面図である。青色ＬＥＤとＹＡＧ黄色蛍光体とで構成された発光モジュールの発光モデルを模式的に示した図である。本実施の形態に係る発光モジュールの発光モデルを模式的に示した図である。図５（ａ）は、図３に示す発光モジュールの発光スペクトルの模式図、図５（ｂ）は、図４に示す発光モジュールの発光スペクトルの模式図である。本実施の形態の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。本実施の形態の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。本実施の形態の係る発光モジュールの概略構成を示す図である。図９（ａ）は、複数の半導体発光素子をマトリックス状に配列した状態を模式的に示す図、図９（ｂ）は、複数の半導体発光素子を正三角形格子として配列した状態を模式的に示す図、図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す配列において隣接する半導体発光素子から出射される補完光を説明するための図である。図１０（ａ）は、広範囲を照射する場合の発光素子の点灯状態を示す模式図、図１０（ｂ）は、照射範囲を限定する場合のバンドアの位置を示す模式図、図１０（ｃ）は、狭い範囲を照射する場合の発光素子の点灯状態を示す模式図である。複数の半導体発光素子を放射状に配列した状態を模式的に示す図である。変形例に係る発光モジュールの断面図である。変形例に係る封止部材の断面および上面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（照明装置）
はじめに、照明装置の概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。

本実施の形態に係る照明装置１００は、テレビスタジオ等の照明に用いられるスポットライトやフラッドライト、キャスターライト等として用いられる。図１に示す照明装置１００は、少なくとも１個以上の半導体発光素子を有する発光モジュール１０２と、発光モジュール１０２が出射した光を前方へ透過させる光透過部材１０４と、発光モジュール１０２が発する熱を放熱する放熱機構１０６と、発光モジュール１０２および光透過部材１０４を収容する筐体１０８と、を備える。照明装置１００をテレビスタジオ等でスポットライトとして用いる場合は、出射光束が、５０００〜３００００ルーメンの発光モジュール１０２によって３０００ルーメン以上の照射光を実現できる。

（筐体）
筐体１０８は、断面が多角形または円形の筒状の部材であり、熱伝導性が良好で軽量な材質、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、銅、ステンレス、銀、ニッケルなどの金属材料や、熱伝導率の良い充填材を混合した高熱伝導性プラスチック材料、例えば、ポリアミド、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＯＭ（ポリアセタールコポリマー）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、フラン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ＡＤＣ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノキシ樹脂、シリコーン樹脂、などで構成されている。

熱伝導率の良い充填材は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、銅、ステンレス、銀、ニッケルなどの金属粉や金属繊維、またはこれら金属をメッキや蒸着などで製膜した粒子、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＴｉＯ_２、ＹＡＧ、Ｃなどの粉体や繊維、などである。

また、筐体１０８は、光透過部材１０４を透過した光が通過する前側開口１０８ａと、放熱機構１０６からの熱を外部へ放出するための放熱開口１０８ｂとが形成されている。なお、放熱機構１０６からの熱をより効率的に外部に放出するため、放熱機構１０６が筐体１０８に収まらない構成、または、通風性の高いメッシュで囲まれた構成をとってもよい。

また、前側開口１０８ａの各辺には、バンドア１１０が設けられている。バンドア１１０は、開閉角度を調節することにより、照明装置１００の照射範囲を設定することができる。バンドア１１０の内面１１０ａは、光の反射率が高い鏡面や白色面で形成してもよい。これにより、バンドア１１０の内面１１０ａで反射された光も照射光として利用できるため、より明るい照射光量を実現できる。効率が向上し、照射光として利用できる光を増加させることができる。また、光の照射範囲を制御するためには内面１１０ａを黒色など光の反射率を抑えた面で形成してもよい。あるいは、照明装置１００は、バンドア１１０を設けない構成であってもよい。

筐体１０８は、その内面に反射部（鏡面や白色部）が形成されていてもよい。これにより、発光モジュール１０２から出射した光のうち、光透過部材１０４に直接向かわずに筐体１０８の内面で吸収されていた光が内面で反射されることで照射光として利用できる。そのため、照明装置１００における光源の利用効率が向上し、より明るい照明装置を実現する、あるいは同じ明るさの照射光を低消費電力で実現できる。

（光透過部材）
図２は、本実施の形態に係る照明装置に用いられる光透過部材の断面図である。図２に示す光透過部材１０４は、のこぎり状の断面を有するフレネルレンズである。また、光透過部材１０４は、発光モジュール１０２との相対位置が変化するように、筐体１０８に対してスライドするように設けられている。

（放熱機構）
放熱機構１０６は、発光モジュール１０２が発した熱を吸収し、外部へ効率よく排出できるように構成されている。放熱機構１０６としては、ヒートシンクや放熱ファン等が挙げられる。また、ヒートシンクや放熱ファンに加えて、あるいは替えて、発光モジュール１０２が直接搭載される搭載部にペルチェ素子やヒートパイプを設けてもよい。より好ましくは、ペルチェ素子と、少なくとも一部がＣｕからなる大型ヒートシンクと、大型の放熱ファンとを組み合わせた放熱機構であってもよい。効率の良い放熱機構とすることで、発光モジュールの温度が下がり、発光モジュールの発光効率が高まるので、消費電力を抑えることができる。また、放熱機構の小型化が可能となる。

また、放熱機構１０６として水冷ユニットを取り付けてもよい。これにより、大型のヒートシンクを採用する場合と比較して小型・軽量化が図られる。また、放熱機構１０６の各部材の放熱部に放熱塗料を塗布してもよい。これにより、単位面積当たりの放熱性が高まり、例えば、ヒートシンクを小型・軽量化できる。

（発光モジュール）
次に、発光モジュールについて説明する。例えば、照明装置で採用されているＬＥＤモジュールの白色化方式が青色ＬＥＤとＹＡＧ黄色蛍光体との組合せの場合、青色ＬＥＤから青色光が鉛直方向に出射されるが、それに対し青色光を吸収した蛍光体は、ランバーシアンに発光する。図３は、青色ＬＥＤとＹＡＧ黄色蛍光体とで構成された発光モジュールの発光モデルを模式的に示した図である。図３に示す発光モジュール（以下、比較例に係る発光モジュールと称する場合がある。）のように、ドーム直上は青白い光が、ドームの外周付近は黄色光が出射され、照射方向によって発光色が変動する。

図４は、本実施の形態に係る発光モジュールの発光モデルを模式的に示した図である。図４に示す発光モジュール１０２は、半導体発光素子１１２と、半導体発光素子１１２が搭載される素子搭載用基板１１４と、黄色蛍光体１１６および青色蛍光体１１８と、黄色蛍光体１１６および青色蛍光体１１８が適量分散された封止部材１２０と、を有する。封止部材１２０は、ドーム状に形成されている。なお、半導体発光素子１１２を一体的に封止した封止部材１２０は、図４に示すドーム状に限定されず、円柱状、直方体形状、ピラミッド形状、コーン状等の他の形状であってもよい。図４に示すように、本実施の形態に係る発光モジュールの白色化方式では、半導体発光素子１１２であるｎＵＶ−ＬＥＤから出射された紫外線又は短波長可視光は、ほとんど蛍光体に吸収され、第１の蛍光体（黄色蛍光体１１６）、第２の蛍光体（青色蛍光体１１８）においてランバーシアンな発光をする。そのため、ドーム直上とドームの外周付近とで青色光と黄色光との比率がほとんど変わらず、照射方向によって発光色が変動しない。

図５（ａ）は、図３に示す発光モジュールの発光スペクトルの模式図、図５（ｂ）は、図４に示す発光モジュールの発光スペクトルの模式図である。図５（ａ）に示すように、青色ＬＥＤとＹＡＧ黄色蛍光体で構成された発光モジュールは、４５０ｎｍ近傍の青色光をＬＥＤ自体の色で実現しており、その領域の発光スペクトルが非常にシャープとなる。周辺視においては、青色光に対する感受性が高いため、このような発光モジュールをスタジオ照明の光源に用いると、照射された人が不快なまぶしさを感じてしまう。

しかしながら、本実施の形態に係る発光モジュールは、図５（ｂ）に示すように、４５０ｎｍ近傍の青色光を青色蛍光体のランバーシアンな発光で実現しており、その領域の発光スペクトルはブロードになっている。そのため、前述のような不快なまぶしさが低減される。

また、黒文字で書かれた原稿などを読む場合、背景が白い（無彩色）ときよりもクリーム色（有彩色）のときの方が読みやすいと言われている。このような観点では、図５（ｂ）に示す発光モジュールのように、図５（ａ）に示す発光モジュールと比較して、ある程度以上の相対強度を有する波長域が広い照射光が好ましい。この場合、演色性も高くなるため、照射光によって照らされた人の肌もきれいに見える。そこで、このような発光モジュールを用いた照明装置を、キャスターやアナウンサーが座る机に設置し、顔を照射するように配置してもよい。

以下に、本実施の形態に係る発光モジュールが備える半導体発光素子や蛍光体等の各部材について詳述する。

［半導体発光素子］
半導体発光素子１１２は、例えば、紫外線や短波長可視光を発するＬＥＤチップである。例えば、ピーク波長が３８０〜４８０ｎｍのＬＥＤチップ等が挙げられる。好ましくは、ピーク波長が３８０〜４３０ｎｍの紫色ＬＥＤチップがよい。紫外線や短波長可視光を発する発光素子であれば、ＬＥＤ以外であってもよく、ＬＤ素子やＥＬ素子であってもよい。また、発光モジュール１０２に用いる半導体発光素子１１２は、光量や照射範囲を考慮して複数であってもよい。

［蛍光体の組合せ］
例えば、半導体発光素子１１２が紫色ＬＥＤチップの場合、基本的には、黄色蛍光体と青色蛍光体とを組み合わせるが、照射光に必要な色温度や演色性を考慮して、適宜赤色や緑色の蛍光体を組み合せてもよい。各色の蛍光体は、全て封止部材１２０に分散させてもよい。あるいは、赤色および緑色の蛍光体を半導体発光素子１１２の直上に配置し、黄色蛍光体１１６および青色蛍光体１１８を封止部材１２０に分散させてもよい。なお、半導体発光素子１１２として青色ＬＥＤチップを用いる場合、青色蛍光体を用いない、あるいは、青色蛍光体の量を相対的に少なくしてもよい。更に、青色以外の蛍光体をチップから近い位置に配置し、青色蛍光体を最上部に配置すると非点灯時の見栄えが良くなる。

［封止部材］
封止部材１２０は、光を透過させる透明な部材であり、例えば、ジメチルシリコーン系の樹脂が用いられる。これ以外には、フェニルシリコーン・アクリルシリコーン等のシリコーン系、ゾルゲル（シリカ、チタニア等）系、エポキシ系、アクリル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）系、フッ素ポリマー系、メラミン系、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）系、ガラス系（ホウケイ酸系、アルミノシリケート系、ソーダボロシリケート系等）等を封止部材１２０として用いてもよい。また、蛍光体を含有する封止部材の厚みは、０．１〜３０ｍｍ程度が好ましい。また、封止部材１２０に分散される蛍光体濃度は、０．１〜２０ｖｏｌ％程度が好ましい。

封止部材１２０の形成方法として、塗布（ディスペンサ塗布等）、射出成型、注型、トランスファ成型等の型を用いた成型、スクリーン印刷、ディッピング、スプレー、インクジェット法等の印刷法が挙げられる。

［素子搭載用基板］
素子搭載用基板１１４としては、金属基板（アルミ基板、銅基板等）、セラミック基板（アルミナ、窒化アルミ等）、樹脂基板（ガラスエポキシ基板等）、リードフレーム、樹脂枠と一体となったリードフレーム、フレキシブル基板（ＦＰＣ）等が挙げられる。基板は、熱伝導性、電気絶縁性、価格等を考慮して選定される。

［黄色蛍光体］
黄色蛍光体としては、紫外光（紫外線）または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
（１）（Ｃａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ}、Ｓｒ_ｘ、Ｍ^ＩＩ _ｙ、Ｅｕ_ｚ、Ｍ^Ｒ _ｗ）_７（ＳｉＯ_３）_６Ｘ_２（Ｍ^ＩＩは、Ｍｇ、ＢａおよびＺｎのうち少なくとも一種の元素を含み、Ｍ^Ｒは、希土類元素およびＭｎのうち少なくとも一種の元素を含み、Ｘは、ＣｌまたはＣｌを必須とする複数のハロゲン元素を含む。また、ｘ、ｙ、ｚ、ｗは、０．１＜ｘ＜０．７、０≦ｙ＜０．３、０＜ｚ＜０．４、０≦ｗ＜０．１を満たす。）
（２）ＣｓＭ^１ _１−ａＰ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋ _ａ（Ｍ^１は、ＣａおよびＳｒの少なくとも一種の元素を含み、ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である。）
（３）Ｂａ_２−ａＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋ _ａ（ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である。）
ここで、（１）の黄色蛍光体は、青色光を余り吸収しない、つまり青色蛍光体が発する光の再吸収が少ないことから、蛍光体を含有する樹脂層の厚さが変動しても発光色は変わりにくい。その結果、発光色の色度分布のばらつきを抑制できる。なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の黄色蛍光体以外であってもよい。

［青色蛍光体］
青色蛍光体としては、紫外光（紫外線）または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
（１）Ｍ^１ａ（Ｍ^２Ｏ_４）_ｂＸ_ｃ：Ｒｅ_ｄ（Ｍ^１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち一種以上の元素を必須とし、一部をＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｋ、Ａｇ、Ｔｌからなる群の元素に置き換えることができる。Ｍ^２は、Ｐを必須とし、一部をＶ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂからなる群の元素に置き換えることができる。Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、Ｒｅは、Ｅｕ^２＋必須とする少なくとも１種の希土類元素又はＭｎを示す。ａは４．２≦ａ≦５．８、ｂは２．５≦ｂ≦３．５、ｃは０．８＜ｃ＜１．４、ｄは０．０１＜ｄ＜０．１の範囲である。）
（２）Ｍ^１ _１−ａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋ _a（Ｍ^１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である。）
（３）Ｍ^１ _１−ａＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋ _ａ（Ｍ^１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、ａは０．００１≦ａ≦０．８の範囲である。）
（４）Ｍ^１ _２−ａ（Ｂ_５Ｏ_９）Ｘ：Ｒｅ_ａ（Ｍ^１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、Ｒｅは、Ｅｕ^２＋必須とする少なくとも１種の希土類元素又はＭｎを示す。ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である。）
なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の青色蛍光体以外であってもよい。

［赤色蛍光体］
赤色蛍光体としては、紫外光（紫外線）または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
（１）Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ
（２）Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ
（３）（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ
（４）ＣａＳ：Ｅｕ
（５）Ｂａ_２Ｚｎ_３：Ｍｎ
（６）ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ
（７）Ｓｒ_０．９５Ｃａ_０．９５Ｅｕ_０．１ＳｉＯ_４
（８）Ｎａ_３（Ｙ_１−ｘＥｕ_ｘ）Ｓｉ_２Ｏ_７
（９）Ｃａ_２ＳｉＳ_４：Ｅｕ
（１０）Ｅｕ_２ＳｉＳ_４
（１１）３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ
（１２）Ｍ（Ｇａ_１−ｘＥｕ_ｘ）_２Ｏ_４（ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｂａの少なくとも一種の元素）
なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の赤色蛍光体以外であってもよい。

［緑色蛍光体］
緑蛍光体としては、紫外光（紫外線）または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
（１）（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ（βサイアロン）
（２）（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ}，Ｃａ_ｘ）Ｇａ_２（Ｓｚ、Ｓｅ_１−ｚ）４：Ｅｕ^２＋ _ｙ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ≦１、０＜ｚ≦１）
（３）（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}，Ｃａ_ｘ，Ｂａ_ｙ，Ｍｇ_ｚ）^２ＳｉＯ^４：Ｅｕ^２＋ _ｗ（０＜ｘ＜１、０．５＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０．０３＜ｗ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＜１）
（４）Ｙ_３（Ａｌ_１−ｘ，Ｇａ_ｘ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（０＜ｘ≦1）
（５）ＣａＳｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ
（６）ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｅｕ
（７）（Ｂａ，Ｓｒ）_３Ｓｉ_２Ｏ_３Ｎ：Ｅｕ^２＋
（８）ＮａＢａＳｃＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋
（９）ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
（１０）ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ
なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の緑色蛍光体以外であってもよい。

上述した本実施の形態に係る発光モジュールは、照射方向によって発光色が変動しない。よって、本実施の形態に係る発光モジュールを備えた照明装置は、照射面での色ムラが抑制された高品質な照射光を実現でき、高品質な照射光を必要とする照明器（スタジオ照明器等）には好適である。スタジオ照明等では、使用目的によりいろいろな配光パターンの照明器が必要となる。そこで、発光モジュールが備える半導体発光素子毎にレンズや反射鏡などの光学部材を設けて、使用目的に合った配光パターンを実現してもよい。

また、比較例に係る発光モジュールの場合、複数の青色ＬＥＤチップを配列すると、色ムラによるＬＥＤチップの粒状感が出ることがある。そのため、粒状感を低減するために、ＬＥＤチップの周辺に拡散シートを配置することがあるが、コストの増大や光の損失を招くことになる。一方、本実施の形態に係る発光モジュールは、色ムラや輝度ムラが少ないため、拡散シートを省略できる。

図６は、本実施の形態の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。なお、上述と同じ部材については、同じ符号を付して説明を適宜省略する。

図６に示す発光モジュール１２２は、複数の半導体発光素子１１２が素子搭載用基板１１４上にアレイ状またはマトリックス状に配列されており、その周囲を囲むように白色枠１２４が設けられている。白色枠１２４は、フッ素樹脂や白樹脂（反射率の高い粉末を混ぜた樹脂）で形成するとよい。白色枠１２４で区画された領域には、複数種の蛍光体を樹脂に分散させた封止部材１２０が所定の形状となるように充填されている。所定の形状とは、平坦面や、発光モジュール１２２が発する光の出射方向を制御する凸面、凹面、または、その他の形状であってもよい。

白色枠１２４は、その内側にテーパ１２４ａが形成されている。これにより、半導体発光素子１１２から白色枠１２４に向かって出射された光を発光モジュール１２２の照射方向に向かって反射できるため、所望の照射領域の光量を向上できる。なお、枠の内側に反射面（例えば蒸着面）を形成してもよい。また、白色枠１２４の代わりに反射部材を設けてもよい。

封止部材１２０と素子搭載用基板１１４とは、シリコーン樹脂などの樹脂材料によって互いに接着される。また、白色枠１２４は、封止部材１２０がテーパ１２４ａを押すことによって素子搭載用基板１１４に対して固定される。

図７は、本実施の形態の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。大光量が必要な発光モジュールでは、数百個から数万個のＬＥＤチップを使用する。また、発光モジュールの面積も大きくなる。このような場合、一つのモジュールで構成すると、ＬＥＤチップ一つが故障しても不良品となるため、歩留りが悪く、損失額も大きくなってしまう。これを抑制するために、大面積を同形状で分割した発光モジュールを組み合わせて、所望の形状を実現するのがよい。図７では、扇状の複数の発光モジュール１０２ａを８個並べて円形の発光面を形成したものである。

前述の扇状の発光モジュール１０２ａにおいて、発光モジュール１０２ａが備える複数の半導体発光素子の配置密度を中心側が密に、外側に行くにつれて粗になるようにすることで、照射領域の中心部が明るい配光パターンを形成できる。このような配光パターンは、照射範囲と非照射範囲との境の明暗差を少なくしたい場合、または、複数の照明器が照射する光を重ね合わせて使用する場合に好適である。

なお、発光モジュールにおける発光部（半導体発光素子）のレイアウトは種々取り得る。例えば、複数の半導体発光素子を、バンドア１１０が設けられている前側開口１０８ａの各辺と平行とならないように、うず巻き状や２重うず巻き状に配置することで、照射面に生ずる光ムラを低減できる。同様の効果は、複数の半導体発光素子を格子状にすることでも得られる。

また、複数の半導体発光素子を、四角状または円状にレイアウトした発光部としてもよい。また、大きさが異なる、複数の円状にレイアウトされた発光部を、同心状に配置してもよい。また、大きさが異なる、複数の四角状に配置された発光部を、同心状に配置してもよい。これにより、複数の半導体発光素子を用いた際の影が低減できる。

また、発光モジュール全体を発光モジュールの発光面と垂直に交わる軸や光軸を中心に回転してもよい。これにより、色ムラや光ムラ（輝度ムラ）が低減できる。また、複数の半導体発光素子は、放熱性を考慮して分散配置してもよい。これにより、温度上昇が抑制され、半導体発光素子の発光効率が向上する。

次に、本実施の形態に係る照明装置に好適な発光モジュールについて詳述する。図８は、本実施の形態の係る発光モジュールの概略構成を示す図である。発光モジュール１０は、素子搭載用基板１１４上に複数の半導体発光素子１１２が金バンプ１２８を介してフリップチップ実装されている。また、発光モジュール１０は、波長変換部材として、第１の蛍光体としての黄色蛍光体１１６および第２の蛍光体としての青色蛍光体１１８が樹脂に分散された封止部材１２０を有する。

黄色蛍光体１１６は、半導体発光素子１１２が発する光で励起され、可視光に含まれる第１の波長域の光を発する。また、青色蛍光体１１８は、半導体発光素子１１２が発する光で励起され、第１の波長域と異なる、可視光に含まれる第２の波長域の光を発する。そして、補色の関係にある黄色光と青色光との混色により白色光が実現される。封止部材１２０は、配列された複数の半導体発光素子１１２のそれぞれの発光面１１２ａを一体的に覆うように構成されている。

このように、発光モジュール１０においては、紫外線または短波長可視光を発する半導体発光素子１１２が発する光の波長域が可視光領域に余り含まれていないため、黄色蛍光体１１６が発する第１の波長域の光と青色蛍光体１１８が発する第２の波長域の光との混色により照明光を実現することで、照射方向によって生ずる色ムラを低減できる。

また、封止部材１２０が複数の半導体発光素子１１２を一体的に覆うことで、半導体発光素子毎に封止部材が分割されている場合と比較して、隙間が生じないため、隙間に対応する縞状のムラ（グラデーション）の発生が抑制される。

封止部材１２０は、黄色蛍光体１１６に対する青色蛍光体１１８の比率が中央部よりも周辺部において小さくなるよう構成されていてもよい。これにより、照射範囲の周辺部の光、換言すると照射光の中心からずれた方向の光の色温度が低くなるため、照射範囲の周辺部に位置する人にとってはまぶしさが低減される。

次に、複数の半導体発光素子の配列について詳述する。図９（ａ）は、複数の半導体発光素子をマトリックス状に配列した状態を模式的に示す図、図９（ｂ）は、複数の半導体発光素子を正三角形格子として配列した状態を模式的に示す図、図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す配列において隣接する半導体発光素子から出射される補完光を説明するための図である。

図９（ａ）に示すように、複数の半導体発光素子をアレイ状やマトリックス状に配置することで、全体として明るく照射範囲の広い光源を実現できる。しかしながら、スタジオ照明のスポットライト等においては、レンズを用いて配光を制御する場合がある。この際、光源にレンズの焦点を合わせた状態で使用すると光源形状をそのまま投影してしまい、光源に輝度ムラがあると、投影像にも照度ムラが生じることになる。したがって、輝度ムラ（光ムラ）の少ない光源が求められるが、通常のＬＥＤモジュール光源では、ＬＥＤチップは升目状に配置されている。そのため、輝度ムラ抑制のためにＬＥＤチップ間を等分にすると、配列ラインの間隔が広くなる。そのため、ＬＥＤチップ間に輝度の低い暗いラインが発生しやすかった。また、ＬＥＤチップの横方向ピッチＡと縦方向ピッチＢが異なる場合は、広いピッチのラインにおいては、ＬＥＤチップ間に輝度の低い暗いラインが顕著であった。

そこで、本実施の形態の一例に係る発光モジュールでは、複数の半導体発光素子１１２は、半導体発光素子１１２の一辺１１２ｄに平行な複数の列Ｌ１，Ｌ２に配列されている。そして、複数の列のうち、一つの列Ｌ２の半導体発光素子１１２ｆは、隣接する列Ｌ１の半導体発光素子１１２ｅに対して、配列方向Ｄにオフセット（オフセット量Ｃ）された位置に配置されている。つまり、列Ｌ１に隣接する列Ｌ２の半導体発光素子１１２ｆは、配列方向Ｄと直交する直線Ｌ３を基準に配列方向Ｄにオフセットされた位置に配置されている。好ましくは、複数の半導体発光素子の配置が、正三角形格子や二等辺三角形格子となるように一部の半導体発光素子がオフセットされた位置に配置されているとよい。なお、図９（ｂ）は、正三角形格子となるように一部の半導体発光素子がオフセットされた位置に配置されている。

同じ数（図９（ａ）、図９（ｂ）では共に１２個）の半導体発光素子１１２をほぼ同じ面積に配置する場合、図９（ｂ）のように一部の半導体発光素子がオフセットされて配置されているときは、図９（ａ）のように升目状に半導体発光素子が配置されているときと比較して、半導体発光素子のライン間隔（横方向ピッチ）が狭くなり（Ａ＞Ｃ）、輝度の低いラインが発生しにくくなる。
また、図９（ｃ）に示すように、半導体発光素子１１２間の中心領域Ｅが暗くなりやすいが、オフセット状態で配列された隣接する列の半導体発光素子１１２から出射する光Ｌにより補完されることで輝度の均一性が向上する。これにより、発光素子間の低輝度部の存在に起因する輝度ムラが低減される。

なお、用途や照明装置の構成に応じて複数の半導体発光素子を放射状に配列してもよい。図１１は、複数の半導体発光素子を放射状に配列した状態を模式的に示す図である。図１１に示す発光モジュール１３０は、半導体発光素子１３２ａを中心に、複数の半導体発光素子１３２ｂが四方八方に放射状に配置されている。これにより、バンドア先端部と同一方向の半導体発光素子の配列が少なくなり、様々な方向に半導体発光素子が配列されるため、投影された光における半導体発光素子の配列に対応する明暗差が目立たなくなる。

次に、マトリックス状に配列された複数の半導体発光素子の点消灯制御の一例について説明する。図１０（ａ）は、広範囲を照射する場合の発光素子の点灯状態を示す模式図、図１０（ｂ）は、照射範囲を限定する場合のバンドアの位置を示す模式図、図１０（ｃ）は、狭い範囲を照射する場合の発光素子の点灯状態を示す模式図である。

図１０（ａ）に示すように、照明装置が広い範囲を照射する場合は、全ての半導体発光素子を点灯状態にする。一方、図１０（ｂ）に示すように、照射範囲を限定する場合には、バンドア１１０をある程度閉じることになるが、その場合、発光モジュール１０２から出射した光の一部は、バンドア１１０でカットされ照明光としては寄与しない。そのため、光源の光の利用効率を低下させる一因ともなる。

そこで、狭い範囲を照射する場合は、図１０（ｃ）に示すように、中央近傍のＢ領域にある半導体発光素子１１２ｂを点灯し、Ｂ領域の外側にある半導体発光素子１１２ｃを消灯することで、バンドア１１０でカットされる光を低減し効率のよい発光ができる。また、バンドア１１０を省略することもできる。

このように、本実施の形態に係る照明装置１００においては、複数の半導体発光素子１１２が、照射範囲に応じて複数のグループに分けられているとともに、グループ毎に点消灯が可能なように構成されている。これにより、複数の照射範囲（配光パターン）を簡便に実現できるとともに、照射範囲が狭い場合は消費電力を抑えることができる。

グループは、半導体発光素子毎としてもよいし、２以上の半導体発光素子を一つのグループとしてもよい。また、素子を行毎、列毎、またはブロック毎にグループ化してもよい。一つのグループに含まれる素子の数を多くすることで、点消灯のための制御回路の構成が簡易になる。また、半導体発光素子をＲ素子、Ｇ素子、Ｂ素子で構成することで、調色も可能となる。また、グループ毎に出射光の強度を制御してもよい。これにより、照射範囲の照度分布の調整が可能となる。

次に、封止部材の変形例について説明する。以下では、封止部材の出射面側の形状を工夫することで、所望の配光を実現する構成について説明する。

図１２は、変形例に係る発光モジュール１３６の断面図である。発光モジュール１３６は、出射面側に複数のドーム（凸部）が形成された封止部材１３８を備えている。封止部材１３８は、黄色や青色の蛍光体が樹脂に分散されている。複数のドームは、発光モジュール１３６の中央部にある半球状のドーム１３８ａと、その周囲にある扁形ドーム１３８ｂと、を有する。扁形ドーム１３８ｂは、中央部側の斜面１３８ｂ１の出射面の面積が、外側の斜面１３８ｂ２の出射面の面積より大きくなるように構成されている。そして、斜面１３８ｂ１は、出射した光がフレネルレンズ等の光透過部材１０４の仮想焦点Ｆに向かうように構成されている。なお、斜面１３８ｂ２に反射膜や遮光膜を形成してもよい。これにより、光が焦点に向けて集光され、配光設計が容易となり、まぶしさを低減する配光の実現が可能となる。

図１３は、変形例に係る封止部材の断面および上面図である。封止部材１４０は、出射面側に同心円状の凹凸が形成されている。また、立ち壁１４０ａは、型抜き限界角度を考慮しつつなるべく鉛直となるように形成されている。また、リング状の凸部のそれぞれは、中央部側の斜面１４０ｂの出射面の面積が、外側の斜面１４０ｃの出射面の面積より大きくなるように構成されている。これにより、光軸に向かって光を集めることができる。また、封止部材１４０の中央部には凹部１４０ｄが形成されており、中心を通る明るい光が拡散されることで、全体の光度分布が平滑化される。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

上述の各形態では、青色蛍光体と黄色蛍光体とを組み合わせ発光モジュールについて説明したが、色の組合せはこれらに限られない。また、照明装置は、スポットライト、フラッドライト、キャスターライト等のスタジオ照明器だけでなく、舞台照明器、投光器、街路灯、トンネル照明等に用いてもよい。

１０発光モジュール、１００照明装置、１０２，１０２ａ発光モジュール、１０４光透過部材、１０６放熱機構、１０８筐体、１０８ａ前側開口、１０８ｂ放熱開口、１１０バンドア、１１２，１１２ｂ，１１２ｃ半導体発光素子、１１４素子搭載用基板、１１６黄色蛍光体、１１８青色蛍光体、１２０封止部材、１２２発光モジュール、１２４白色枠、１２４ａテーパ、１２６，１３６発光モジュール、１３８封止部材、１３８ａドーム、１３８ｂ扁形ドーム。

Claims

紫外光または短波長可視光を発する複数の発光素子と、
前記発光素子が発する光で励起され、可視光に含まれる第１の波長域の光を発する第１の蛍光体と、
前記発光素子が発する光で励起され、前記第１の波長域と異なる、可視光に含まれる第２の波長域の光を発する第２の蛍光体と、
前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体とを含有する光波長変換部材と、を有する発光モジュールと、
前記発光モジュールが出射した光を前方へ透過させる光透過部材と、
前記発光モジュールが発する熱を放熱する放熱機構と、
前記発光モジュールおよび前記光透過部材を収容する筐体と、を備え、
前記光波長変換部材は、配列された前記複数の発光素子のそれぞれの発光面を一体的に覆うように構成されていることを特徴とする照明装置。
前記複数の発光素子は、発光素子の一辺に平行な複数列に配列されており、
前記複数列のうち一つの列の発光素子は、隣接する列の発光素子に対して、配列方向にオフセットされた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記複数の発光素子は、放射状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記複数の発光素子は、照射範囲または照射範囲の照度分布に応じて複数のグループに分けられているとともに、グループ毎に点消灯または発光強度の調整が可能なように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記第１の蛍光体は青色蛍光体であり、
前記第２の蛍光体は黄色蛍光体であり、
前記光波長変換部材は、黄色蛍光体に対する青色蛍光体の比率が中央部よりも周辺部において小さくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。