JP2020198309A - 発光装置及びｌｅｄ電球 - Google Patents

Abstract

【課題】白色ＬＥＤ光源を用いた発光装置及びＬＥＤ電球において、白熱電球と同等の調光・調色機能を有する。【解決手段】発光装置は、第１の白色光を発光する第１の白色光源と、第２の白色光を発光する第２の白色光源と、第１及び第２の白色光源の点灯を制御する点灯回路と、を具備し、第１及び第２の白色光との混合白色光を発光する。第１及び第２の白色光源のそれぞれは、３７０ｎｍ乃至４２０ｎｍの波長範囲に発光ピーク波長を有する光を発する発光ダイオードと、発光ダイオードからの光で励起されることにより可視光を発する、５種類以上の蛍光体と、を有する。点灯回路は、混合白色光の色温度が混合白色光の発光強度が低い程低くなるように、第１及び第２の白色光源のそれぞれに供給する電流量を調整する。混合白色光の色温度が２５００Ｋ以上３０００Ｋ以下であるとき、混合白色光の平均演色評価数Ｒａは９７以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置及びＬＥＤ電球に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：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光源が白熱電球の代替品として注目されており、白熱電球とほぼ同様の形状を有するＬＥＤ電球等が市場に浸透しつつある。具体的な商品としては、例えばランプ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ＬＥＤ電球がある。このとき、口金は基体部に電気的に接続される。

白熱電球は、ユーザーの嗜好により明るさが調整されて使用されるのが一般的である。暗くなるように明るさを調整すると、タングステンフィラメントの発光特性により、発光は赤みの強い白色光になり、色温度も低下する傾向がある。このような白熱電球の発光特性は、無意識のうちに人々に受け入れられているため、新たな発光装置を提案した場合においても、白熱電球同様の発光特性が求められる。

心理面に与える照明の影響としてクルーゾフ効果がある。色温度が高い白色光の特性は、一般的に照度が高い方が良好である。例えば、色温度が高い青白の白色光では、照度が高い場合に気分を爽快にする効果が得られるが、照度が低すぎると陰気で寒々しい印象を与えてしまう。

一方、色温度が低い白色光の特性は、一般的に照度が低い方が良好である。例えば、白熱灯の光のような赤みを帯びた光は、照度が低いと穏やかな雰囲気を与えるが、照度が高いと暑苦しく不快な印象を与えてしまう。

白熱電球における調光・調色特性は、前述のような心理面に与える影響に対しても理にかなっている。ＬＥＤ電球等においても、調光機能を有する場合には、白熱電球同様の色変化特性が求められる。しかしながら、従来の発光装置では、同一の色温度の白色光で明るさを自在に調節することはできるが、白色光の色温度の変化に応じて明るさを変えることは困難であった。

ＬＥＤと蛍光体とを組合せて白色光を得る従来の白色光源の場合、ＬＥＤに加える電流値を制御することで、白色光源の明るさを調整することは可能であった。しかしながら、ＬＥＤの明るさを調整しても、白色光の色温度に変化は生じない。このため、発光色を変化させるには、蛍光体の種類やＬＥＤの種類を変更する必要等があった。

蛍光体として混合蛍光体を使用する場合には、各蛍光体材料の配合比率を変化させることで、発光色を変化させることも可能であるが、いずれの場合でも、調光と調色を同時に行うことは困難であった。

紫外又は紫色発光のＬＥＤと三原色蛍光体とを組合せることにより白色光が得られる従来のＬＥＤ電球の場合、ＬＥＤに加える電流を調節することで、明るさを自在に変化させることができる。しかしながら、白色光の色温度を変えることができなかった。このような方式で異なる色温度の白色光を得るには、蛍光体の種類や、三原色蛍光体の配合比率を変更した、互いに異なる種類の複数のＬＥＤ電球を用意する必要があった。

電球色に発光する白色光源からなる主光源と、赤色、青色、緑色に発光する光源からなる補助光源を組み合わせることにより、様々な発光色を得ることができる従来の照明制御システムでは、多様な用途に応じて、様々な発光色を使い分けることができるが、発光色の変化に応じて明るさを調節することまでは考慮されていなかった。

特許第４８６２０９８号公報 特開２００７−２９９５９０号公報

本発明の一態様では、調光と調色を同時に行うことができ、自然な白色光が得られる発光装置を提供することを課題の一つとする。

実施形態の発光装置は、第１の色温度を有する第１の白色光を発光する第１の白色光源と、第１の色温度よりも高い第２の色温度を有する第２の白色光を発光する第２の白色光源と、第１の白色光源及び第２の白色光源の点灯を制御する点灯回路と、を具備し、第１の白色光と第２の白色光との混合白色光を発光する。第１の白色光源及び第２の白色光源のそれぞれは、３７０ｎｍ乃至４２０ｎｍの波長範囲に発光ピーク波長を有する光を発する発光ダイオードと、発光ダイオードからの光で励起されることにより可視光を発する、５種類以上の蛍光体と、を有する。点灯回路は、混合白色光の色温度が混合白色光の発光強度が低い程低くなるように、第１の白色光源及び第２の白色光源のそれぞれに供給する電流量を調整する。混合白色光の色温度が２５００Ｋ以上３０００Ｋ以下であるとき、混合白色光の平均演色評価数Ｒａは９７以上である。

発光装置の断面図である。 発光装置の駆動電流と発光特性の関係を示す図である。 発光装置の駆動電流と発光特性の関係を示す図である。 基板上に載置された複数個の光源の配列を示す模式図である。 ＬＥＤ電球の一部を示す断面図である。

以下実施形態の発光装置について図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の発光装置の断面図である。図１に示す発光装置は、基板３上に実装された白色光源１及び白色光源２を具備する。

基板３としては、例えばアルミナ等のセラミックや、プラスチックの基板が用いられる。基板３の表面（さらに必要に応じて内部）には、配線網（図示せず）が設けられている。基板３の側面もしくは底面には、図示を省略した配線が露出しており、この配線が発光装置１の内部に設けられた点灯回路（図示せず）等の駆動回路に電気的に接続されている。

白色光源１及び白色光源２のそれぞれは、ＬＥＤチップ４と、蛍光体膜５と、を有する。白色光源１は、第１の色温度を有する第１の白色光を発光する。白色光源２は、第１の色温度よりも高い第２の色温度を有する第２の白色光を発光する。図１に示す発光装置では、第１の白色光と第２の白色光とを混合させることにより、第１の白色光及び第２の白色光の色温度を上限及び下限とする任意の中間色温度を示す混合白色光を発光することができる。

ＬＥＤチップ４には、上記点灯回路を介して直流電圧が印加される。ＬＥＤチップ４は、印加される直流電圧に応じて点灯し光を放射する。ＬＥＤチップ４には、発光ダイオードを用いることができる。上記発光ダイオードは、３７０ｎｍ乃至４２０ｎｍに発光ピーク波長を有する光を発する。上記発光ダイオードとしては、例えばＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の紫外乃至紫色発光の発光ダイオードが用いられる。ＬＥＤチップ４の電極は、基板３の配線網に電気的に接続される。

蛍光体膜５は、ＬＥＤチップ４を覆うようにして形成されている。上記ＬＥＤチップ４の光は、蛍光膜５により吸収された後、紫外光や紫色光よりも長波長の可視光に変換される。

図１では、蛍光膜５の断面を半球状の断面としているが、蛍光膜５の形状を半球状に限定する必要はない。蛍光膜５の形状はどのようなものでもよいが、ＬＥＤチップ４の周囲に蛍光膜５が被覆され、ＬＥＤチップ４からの光が蛍光膜５の隙間から漏れないような構造であることが望ましい。

図１では、蛍光膜５中に１個のＬＥＤチップ４が記載されているが、チップを１個に限定する必要はない。ただし、ＬＥＤチップ４を複数個用いる場合、複数個のＬＥＤチップ４が単一の蛍光膜５で覆われていることが望ましい。

蛍光膜５は、シリコーン等の有機樹脂と、上記有機樹脂中に分散された蛍光体とを含む。蛍光体は、発光ダイオードの光で励起されることにより白色光を発する。上記蛍光体としては、例えば赤色、緑色、青色等の少なくとも三原色に発光する混合蛍光体が用いられる。混合蛍光体に用いられる蛍光体の種類や配合比は任意であるが、少なくとも１８００Ｋ乃至２２００Ｋの白色光と２６００Ｋ乃至３０００Ｋの白色光、又は２５００Ｋ乃至３０００Ｋの白色光と４８００Ｋ乃至５８００Ｋとの白色光が得られるように、蛍光体の種類や配合比を設定する必要がある。

使用する蛍光体の種類や配合比率を決める上で、白色光の平均演色評価数Ｒａを考慮することが重要である。自然光に近い光を得るためには照明光自身の明るさや発光色のみでなく、対象物の見え方も重要となる。つまり、照明対象物の色相等が、自然光を用いた照明と同様に見える必要がある。このため、第１の白色光と第２の白色光との混合白色光が示す全ての中間色温度において、該混合白色光の平均演色評価数Ｒａは、少なくとも９０以上であることが望ましい。

第１の白色光と第２の白色光との混合白色光が示す全ての中間色温度において、該混合白色光の色温度と黒体軌跡上の色温度との偏差が０±０．００２以内であることが望ましい。このような白色光を実現するためには、約４００ｎｍから７５０ｎｍに至る可視光領域において、あらゆる波長の光を一定強度以上有していることが求められる。そのためには蛍光体膜５に用いる蛍光体の発光特性において、ピーク波長や明るさのみならず、発光スペクトル形状等も考慮する必要があり、全ての蛍光体が使用できるわけではない。つまり本実施形態の効果を発揮するためには、蛍光体種の選択が重要になる。本実施形態においては、以下のような蛍光体を使用することが望ましい。

白色光の青色成分に使用される蛍光体（青色蛍光体ともいう）としては、発光ピーク波長が４３０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下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−ｚ}Ｂａ_ｘＣａ_ｙＥｕ_ｚ）_５（ＰＯ_４）_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）

白色光の緑色成分に使用される蛍光体（緑色蛍光体ともいう）としては、発光ピーク波長が４９０ｎｍ乃至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セリウム（Ｃｅ）付活希土類アルミン酸塩蛍光体、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、及び式（６）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なる群より選ばれる少なくとも１つを使用することが好ましい。
一般式：（Ｂａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｓｒ_ｘＣａ_ｙＥｕ_ｚ）（Ｍｇ_１−ｕＭｎ_ｕ）Ａｌ_１０Ｏ_１７ …（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−ｕ}Ｂａ_ｘＭｇ_ｙＥｕ_ｚＭｎ_ｕ）_２ＳｉＯ_４ …（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：ＲＥ_３Ａ_ｘＡ_{ｌ５−ｘ−ｙ}Ｂ_ｙＯ_１２：Ｃｅ_ｚ …（４）
（式中、ＲＥはＹ、Ｌｕ、及びＧｄからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を示し、Ａ及びＢは対をなす元素であって、（Ａ、Ｂ）が（Ｍｇ、Ｓｉ）、（Ｂ、Ｓｃ）、（Ｂ．Ｉｎ）のいずれかであり、ｘ、ｙ、及びｚはｘ＜２、ｙ＜２、０．９≦ｘ／ｙ≦１．１、０．０５≦ｚ≦０．５ を満足する数である）
一般式：（Ｓｉ、Ａｌ）_６（Ｏ、Ｎ）_８：Ｅｕ_ｘ …（５）
（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 …（６）
（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）

白色光の赤色成分に使用される蛍光体（赤色蛍光体ともいう）としては、発光ピーク波長が５８０ｎｍ乃至６３０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（７）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（８）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びビスマス（Ｂｉ）付活酸化イットリウム蛍光体、式（９）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（１０）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なる群より選ばれる少なくとも１つを使用することが好ましい。
一般式：（Ｌａ_{１−ｘ−ｙ}Ｅｕ_ｘＭ_ｙ）_２Ｏ_２Ｓ …（７）
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、Ｓｂ、及びＳｎからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を示し、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：（Ｙ_{１−ｘ−ｙ}Ｅｕ_ｘＢｉ_ｙ）_２Ｏ_３ …（８）
（式中、ｘ及びｙは０．０１≦ｘ＜０．１５、０．００１≦ｙ＜０．０５を満足する数である）
一般式：（Ｃａ_{１−ｘ−ｙ}Ｓｒ_ｘＥｕ_ｙ）ＳｉＡｌＮ_３ …（９）
（式中、ｘ及びｙは０≦ｘ＜０．４、０＜ｙ＜０．５を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ_１−ｘＥｕ_ｚ）αＳｉ_βＡｌ_γＯ_δＮ_ω …（１０）
（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）

使用することができる蛍光体の種類について、青色、緑色、赤色の３原色蛍光体のみ提案したが、使用することができる蛍光体は、上記３原色蛍光体に限定されない。例えば、３原色蛍光体の中間色の蛍光体として、例えば青緑色蛍光体や深赤色蛍光体を使用することもできる。三原色蛍光体に加えて、上記中間色の蛍光体を適宜使用すれば、平均演色評価数Ｒａが９５を超える白色光を得ることも可能である。

青緑色蛍光体としては、発光ピーク波長が４６０ｎｍ乃至４９０ｎｍの範囲の蛍光体が挙げられ、例えば式（１１）で表されるユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体等が挙げられる。
一般式：（Ｂａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕ}Ｓｒ_ｘＭｇ_ｙＥｕ_ｚＭｎ_ｕ）_２ＳｉＯ_４ …（１１）
（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、発光ピーク波長が６３０ｎｍ乃至７８０ｎｍの範囲の蛍光体が挙げられ、例えば式（１２）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等が挙げられる。
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ_２・（Ｇｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｏ_２ …（１２）
（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）

上記各蛍光体の組成式において、各元素の構成範囲の限定は、本実施形態の効果を得るために望ましい範囲を特定したものである。つまり、上記組成式中の構成元素の比率が上記組成範囲の上限値や下限値を超えた場合、蛍光体の明るさ、または発光色が望ましい特性を示すことができなくなり、本実施形態の効果が得られなくなる。

適当な発光スペクトル特性を有する上記蛍光体の中から、少なくとも３原色を構成する蛍光体種を選択し、配合比率を変えることで、色温度が異なる複数種の白色光源が得られる。本実施形態の発光装置は、少なくとも２種類の色温度を有する白色光を使用し、両者を適宜組合せることで、明るさが制御された種々の混合白色光を得るものである。

白色光の明るさは、例えばＬＥＤチップ４の駆動電流の制御、又は一般的な白色ＬＥＤ電球の調光に用いられる位相制御方式等により変えることができる。このとき、電流の制御パターンや位相制御のパターンを任意に変更することができるが、本実施形態の発光装置では、色温度が高い白色光ほど明るくなるように制御する。

例えば、電流制御の場合、以下のような制御を行う。混合白色光の色温度を白色光源１と白色光源２の光の中間色温度に設定した後、白色光源１及び白色光源２の一方の光の発光強度を徐々に上昇させ、白色光源１及び白色光源２の他方の光の発光強度を徐々に減少させ、白色光源２の光の発光強度の変化量が白色光源１の光の発光強度の変化量よりも大きくなるように白色光源１及び白色光源２に供給する電流量を調整することにより混合白色光の発光強度を制御する。上記電流量の制御は例えば点灯回路により行うことができる。

［第１の電流制御例］
色温度が低い光源（白色光源１）として白色光の色温度が２０００Ｋの光源を使用し、色温度が高い光源（白色光源２）として白色光の色温度が２８００Ｋの光源を使用する。２種類の光源の各々に略同等レベルの電流を流すことにより、発光装置として色温度が２４００Ｋの混合白色光を得る。このとき、両光源に加える電流値は必ずしも同一とはならない。各光源を構成する混合蛍光体の配合比率が異なるために、同じ強度のエネルギーで励起しても、同一強度の発光が得られないからである。このため、両光源の中間色温度の白色が得られるように、各光源に加える電流の微調整を行う。この微調整後の各電流値を初期値として固定するよう、予め設定しておく。

続いて、白色光の色温度が２０００Ｋの光源の印加電流を初期値から段階的に増加させると同時に、白色光の色温度が２８００Ｋの光源に加える電流値を初期値から段階的に減少させてゆく。このとき、白色光の色温度が２８００Ｋの光源の発光強度の低下値が、白色光の色温度が２０００Ｋの光源の発光強度の上昇値よりも大きくなるように印加電流を調整し、発光装置全体の発光強度が徐々に低下するように設定する。そうすると発光装置全体で得られる混合白色光は、徐々に色温度が低下すると共に、発光強度も徐々に減少してゆく。すなわち、上記混合白色光の色温度は、該混合白色光の発光強度が低い程低くなる。そして白色光の色温度が２８００Ｋの光源に加える電流値がゼロとなった時、混合白色光の色温度は２０００Ｋとなり、最低値となる。

一方、色温度が２４００Ｋよりも高い混合白色光は以下の手順で得ることができる。白色光の色温度が２０００Ｋの光源の印加電流を初期値から段階的に減少させると同時に、色温度が２８００Ｋの光源に加える電流値を初期値から段階的に増加させてゆく。このとき、白色光の色温度が２８００Ｋの光源の光の発光強度の上昇値が、白色光の色温度が２０００Ｋの光源の光の発光強度の低下値よりも大きくなるように印加電流を調整し、発光装置全体の光の発光強度が徐々に上昇するように設定する。そうすると発光装置全体で得られる混合白色光は、徐々に色温度が上昇すると共に、発光強度は徐々に上昇してゆく。そして白色光の色温度が２０００Ｋの光源に加える電流値がゼロとなった時、混合白色光の色温度は２８００Ｋとなり、最高値となる。

［第２の電流制御例］
白色光の色温度が低い光源（白色光源１）として白色光の色温度が２８００Ｋの光源を使用し、白色光の色温度が高い光源（白色光源２）として白色光の色温度が５３００Ｋの光源を使用する。２種類の光源の各々に略同等レベルの電流を流すことにより、発光装置として色温度が４０５０Ｋの混合白色光を得る。このとき、両光源に加える電流値は必ずしも同一とはならない。各光源を構成する混合蛍光体の配合比率が異なるために、同じ強度のエネルギーで励起しても、同一強度の発光が得られないからである。このため、両光源の中間色温度の白色が得られるように、各光源に加える電流の微調整を行う。この微調整後の各電流値を初期値として固定するよう、予め設定しておく。

続いて、白色光の色温度が２８００Ｋの光源の印加電流を初期値から段階的に増加させると同時に、白色光の色温度が５３００Ｋの光源に加える電流値を初期値から段階的に減少させてゆく。このとき、白色光の色温度が５３００Ｋの光源の光の発光強度の低下値が、白色光の色温度が２８００Ｋの光源の光の発光強度の上昇値よりも大きくなるように印加電流を調整し、発光装置全体の光の発光強度が徐々に低下するように設定する。そうすると発光装置全体で得られる混合白色光は、徐々に色温度が低下すると共に、発光強度も徐々に低下してゆく。すなわち、上記混合白色光の色温度は、該混合白色光の発光強度が低い程低くなる。そして白色光の色温度が５３００Ｋの光源に加える電流値がゼロとなった時、混合白色光の色温度は２８００Ｋとなり、最低値となる。

一方、色温度が４０５０Ｋよりも高い混合白色光は以下の手順で得ることができる。白色光の色温度が２８００Ｋの光源の印加電流を初期値から段階的に減少させると同時に、白色光の色温度が５３００Ｋの光源に加える電流値を初期値から段階的に増加させてゆく。このとき、白色光の色温度が５３００Ｋの光源の光の発光強度の上昇値が、白色光の色温度が２８００Ｋの光源の光の発光強度の低下値よりも大きくなるように印加電流を調整し、発光装置全体の光の発光強度が徐々に上昇するように設定する。そうすると発光装置全体で得られる混合白色光は、徐々に色温度が上昇すると共に、発光強度は徐々に上昇してゆく。そして白色光の色温度が２８００Ｋの光源に加える電流値がゼロとなった時、混合白色光の色温度は５３００Ｋとなり、最高値となる。

上記第１の電流制御例及び第２の電流制御例を用いて、各光源の光の発光強度を調整するための、電流制御パターンについて、上記の説明では色温度が高い方の光源の発光強度の変化量が、色温度が低い方の光源の変化量よりも大きくなるようにして調整したが、一方の光源の発光強度を一定にして、他方の光源を増加又は減少させるパターンを用いても構わない。

パターン制御の方法について、上記説明では手順を追って詳述したが、実際の発光装置においては、必ずしも上記のような手順を経る必要はない。製品設計の段階で、上記のような手順を経ることにより、混合白色光のそれぞれの色温度において、各光源に加えられる電流値を具体的に得ることができる。それらの電流値をデータとして予め記憶させておき、所望の色温度に設定した際に、所定の電流が各光源に流れるように設計しておけば本実施形態の発光装置を得ることが可能となる。

上記手順では、２種類の色温度の白色光源（白色光源１及び白色光源２）を用いて行ったが、２種類に限定する必要はない。光源の種類を多くした方が、黒体軌跡上の各白色光を、連続的かつ忠実に再現できるとの利点がある。しかし光源の数が多くなると、電流制御の方法が複雑となるため、両者の要因を同時に考慮して光源数を決めることが望ましい。本実施形態の効果を発揮する上では、２種、３種の光源を組合せれば十分である。

さらに、白色光源の種類では無く、白色光源の個数を増やす場合がある。この際、先にも記載した通り、複数のＬＥＤチップ４を単一の蛍光膜５で被覆する方法があるが、１個のＬＥＤチップ４毎に蛍光膜５を被覆した白色光源を複数個使用してもよい。ＬＥＤチップ４の大きさや使用電力にもよるが、実用的な明るさの発光装置を得る場合、数十個の白色光源を基板３上に実装して用いるのが通常である。

２種類の色温度の白色光源を複数個使用する場合、例えば図４に示す配列にするとよい。図４に示す配列では、互いに隣り合う白色光源は色温度が異なり、発光装置全体で得られる混合白色光において、均一な白色光を得ることができる。

（実施例１Ａ）
発光装置に使用する白色光源として、色温度が異なる２種類の白色光源（白色光源Ａ及び白色光源Ｂ）を用意した。一辺が１０ｍｍである矩形のアルミナ製平面基板のセンター部上面に、４００μｍ□のＬＥＤチップ２個を、約３ｍｍ間隔で実装し、それぞれを別々の電源に接続した。ＬＥＤチップにはＩｎＧａＮ系のダイオードで、発光ピーク波長が４０５ｎｍである紫色乃至紫外発光を示すものを使用した。

一方、青色蛍光体としてユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体（Ｓｒ_０．７Ｂａ_０．２Ｃａ_０．０５Ｅｕ_０．０５）_５（ＰＯ_４）_３・Ｃｌを１０質量％相当用意し、緑色蛍光体としてユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体（Ｓｒ_{０．５９９}Ｂａ_０．２Ｍｇ_０．１Ｅｕ_０．１Ｍｎ_{０．００１}）_２ＳｉＯ_４を２０質量％相当用意し、そして赤色蛍光体としてユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体（Ｓｒ_０．５Ｅｕ_０．５）_１．５Ｓｉ_７Ａｌ_３Ｏ_１．５Ｎ_１０を７０質量％相当用意し、それらを十分に混合して混合蛍光体粉末Ａを得た。また同じ３種類の蛍光体だが各々の配合比率を変更し、質量％の比が青色蛍光体：緑色蛍光体：赤色蛍光体＝２０：３０：５０となるように混合し、混合蛍光体粉末Ｂを得た。

これらの混合蛍光体粉末各々３０質量％相当に対して、各７０質量％相当のジメチルシリコーン製透明樹脂を用意し、両者を攪拌混合し、蛍光体粒子が分散された透明樹脂スラリーを２種作製した。その後、基板上に実装された２個のＬＥＤチップに対して、それぞれのＬＥＤチップを個別に取り囲むように、上記透明樹脂スラリーを塗布した。これにより、それぞれのＬＥＤチップの周囲に混合蛍光体Ａ又は混合蛍光体Ｂを含有する透明樹脂膜を形成した。各透明樹脂膜の形状は直径約２ｍｍ、厚み約０．５ｍｍの略半球状とした。

こうして得られた白色光源のうち、混合蛍光体粉末Ａを含有する透明樹脂が塗布されたものを白色光源Ａとし、混合蛍光体粉末Ｂを含有する透明樹脂が塗布されたものを白色光源Ｂとし、それぞれの発光特性の測定結果を表１に示す。なお、Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ ＳＬＭＳ−１０２１を用いて各白色光源の発光特性を測定した。ここでは、両白色光源に対して個別に３０ｍＡの電流を流し、白色光源を点灯させて、発光特性を測定した。

両白色光源の発光特性において、白色光源Ａの白色光の色温度が２０００Ｋ、効率が５５ｌｍ／Ｗ、平均演色評価数Ｒａが９１であった。一方白色光源Ｂの白色光の色温度が２８００Ｋ、効率が７０ｌｍ／Ｗ、平均演色評価数Ｒａが９７であった。それぞれの白色光源の発光特性が所定値を満足することを確認することができたため、この２つの白色光源をそれぞれの駆動回路に接続して発光装置を作製した。それぞれの白色光源に所定の電流が流れるように制御しながら発光装置を点灯させ、様々な色温度の混合白色光を得た。各白色光源に加えた電流値の変化と、その結果得られる発光装置の混合白色光の色温度、演色性の関係を図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す。

図２（Ａ）は、発光装置が示す混合白色光の発光特性を示す図であり、各色温度に対応する混合白色光の全光束と平均演色評価数Ｒａの関係を示す図である。図２（Ｂ）は、白色光源Ａ及び白色光源Ｂに加える電流値と発光装置が示す混合白色光の色温度の関係を示す図である。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において、実線９ａは混合白色光の色温度と平均演色評価数Ｒａの関係、実線１０ａは混合白色光の色温度と全光束の関係を表し、実線１１ａは白色光源Ａに加える電流値と色温度との関係を表し、実線１２ａは白色光源Ｂに加える電流値と色温度の関係を表す。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す通り、白色光源Ａに対して２５ｍＡから０ｍＡまで電流値を徐々に減少させていき、一方同時に白色光源Ｂに対して０ｍＡから４０ｍＡまで電流値を徐々に増加させていくと、両白色光源からの白色光が混合された混合白色光の色温度が２０００Ｋから２８００Ｋまで徐々に上昇した。このとき発光装置の発光強度は、色温度の上昇と共に増加していった。平均演色評価数Ｒａは、色温度が変化してもほぼ一定値を示し、９１から９７の範囲内で変動した。このことから、本実施例の発光装置は、落ち着いた赤みのある白色光から、鮮やかな清涼感のある白色光まで得ることができることがわかる。よって、上記発光装置が自然光に近い特性の再現が可能な、調色機能及び調光機能を有しているといえる。

（実施例１Ｂ）
発光装置に使用する白色光源として、色温度が異なる２種類の白色光源（白色光源Ａ及び白色光源Ｂ）を用意した。一辺が１０ｍｍの矩形のアルミナ製平面基板のセンター部上面に、４００μｍのＬＥＤチップ２個を、約３ｍｍ間隔で実装し、それぞれを別々の電源に接続した。ＬＥＤチップにはＩｎＧａＮ系のダイオードで、発光ピーク波長が４０５ｎｍである紫色乃至紫外発光を示すものを使用した。

一方、青色蛍光体としてユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体（Ｓｒ_０．７Ｂａ_０．２Ｃａ_０．０５Ｅｕ_０．０５）_５（ＰＯ_４）_３・Ｃｌを２５質量％相当用意し、緑色蛍光体としてユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体（Ｓｒ_{０．５９９}Ｂａ_０．２Ｍｇ_０．１Ｅｕ_０．１Ｍｎ_{０．００１}）_２ＳｉＯ_４を３０質量％相当用意し、そして赤色蛍光体としてユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体（Ｓｒ_０．５Ｅｕ_０．５）_１．５Ｓｉ_７Ａｌ_３Ｏ_１．５Ｎ_１０を４５質量％相当用意し、それらを十分に混合して混合蛍光体粉末Ａを得た。また、同じ３種類の蛍光体だが各々の配合比率を変更し、質量％の比が青色蛍光体：緑色蛍光体：赤色蛍光体＝４５：３０：２５となるように混合し、混合蛍光体粉末Ｂを得た。

これらの混合蛍光体粉末各々３０質量％相当に対して、各７０質量％相当のジメチルシリコーン製透明樹脂を用意し、両者を攪拌混合し、蛍光体粒子の分散された透明樹脂スラリーを２種作製した。その後、基板上に実装された２個のＬＥＤチップに対して、それぞれのＬＥＤチップを個別に取り囲むように、上記透明樹脂スラリーを塗布した。これにより、それぞれのＬＥＤチップの周囲に混合蛍光体Ａ又は混合蛍光体Ｂを含有する透明樹脂膜を形成した。各透明樹脂膜の形状は直径約２ｍｍ、厚み約０．５ｍｍの略半球状とした。

こうして得られた白色光源のうち、混合蛍光体粉末Ａを含有する透明樹脂が塗布されたものを白色光源Ａとし、混合蛍光体粉末Ｂを含有する透明樹脂が塗布されたものを白色光源Ｂとし、それぞれの発光特性の測定結果を表２に示す。なお、Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ ＳＬＭＳ−１０２１を用いて各白色光源の発光特性を測定した。ここでは、両白色光源に対して個別に３０ｍＡの電流を流し、白色光源を点灯させて、発光特性を測定した。

両白色光源の発光特性において、白色光源Ａの白色光の色温度が２５００Ｋ、効率が７０ｌｍ／Ｗ、平均演色評価数Ｒａが９７であった。一方白色光源Ｂの白色光の色温度が５７００Ｋ、効率が８５ｌｍ／Ｗ、平均演色評価数Ｒａが９８であった。それぞれの白色光源の発光特性が所定値を満足することを確認することができたため、この２つの白色光源をそれぞれの駆動回路に接続し、発光装置を作製した。それぞれの白色光源に所定の電流が流れるように制御しながら発光装置を点灯させ、様々な色温度の白色光を得た。各白色光源に加えた電流値の変化と、その結果得られる発光装置の色温度、演色性の関係を図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す。

図３（Ａ）は発光装置が示す混合白色光の発光特性を示す図であり、各色温度に対応する混合白色光の全光束と平均演色評価数Ｒａの関係を示す図である。図３（Ｂ）は、白色光源Ａ及び白色光源Ｂに加える電流値と発光装置が示す混合白色光の色温度の関係を示す図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、実線９ｂは混合白色の色温度と平均演色評価数Ｒａの関係を表し、実線１０ｂは混合白色の色温度と全光束の関係、実線１１ｂは白色光源Ａに加える電流値と色温度との関係を表し、実線１２ｂは白色光源Ｂに加える電流値と色温度の関係を表す。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、白色光源Ａに対して２４ｍＡから０ｍＡまで電流値を徐々に減少させていき、一方同時に白色光源Ｂに対して０ｍＡから４０ｍＡまで電流値を徐々に増加させていくと、両白色光源からの白色光が混合された混合白色光の色温度は、２５００Ｋから５７００Ｋまで徐々に上昇した。このとき発光装置の発光強度は、色温度の上昇と共に増加していった。平均演色評価数Ｒａは、色温度が変化しても、ほぼ一定値を示し、９７から９８の範囲内で変動した。このことから、本実施例の発光装置は、落ち着いた赤みのある白色光から、鮮やかな清涼感のある白色光まで得ることができることがわかる。よって、上記発光装置は、自然光に近い特性の再現が可能な調色機能及び調光機能を有しているといえる。

（実施例２Ａ乃至実施例５Ａ）
実施例１Ａと同様の構成による発光装置を作製した。ただし、混合白色光を得るための２種類の白色光源は、使用するＬＥＤチップの種類や蛍光体の種類を変更したため、各白色光源の示す白色光は、実施例１Ａとは異なる色温度を示すと共に、平均演色評価数Ｒａについても白色光源毎に異なるものであった。これにより、発光装置で再現できる白色光の色温度の上限値及び下限値や平均演色評価数Ｒａについても、それぞれ異なるものであった。しかし色温度が高くなると共に、発光強度が増加する傾向は実施例１Ａと同様である。それぞれの発光装置に使用した白色光源の構成と発光特性を表３に示す。

（実施例２Ｂ乃至実施例５Ｂ）
実施例１Ｂと同様の構成による発光装置を作製した。ただし、混合白色光を得るための２種類の白色光源は、使用するＬＥＤチップの種類や蛍光体の種類を変更したため、各白色光源の示す白色光は、実施例１Ｂとは異なる色温度を示すと共に、平均演色評価数Ｒａについても白色光源毎に異なるものであった。これにより、発光装置で再現できる白色光の色温度の上限値及び下限値や平均演色評価数Ｒａについても、それぞれ異なるものであった。しかし色温度が高くなると共に、発光強度が増加する傾向は実施例１Ｂと同様である。それぞれの発光装置に使用した白色光源の構成と発光特性を表４に示す。

（実施例６）
実施例１Ａ及び実施例１Ｂで使用したものと同様の白色光源３１（白色光源Ａ及び白色光源Ｂ）を用いてＬＥＤ電球３０を作製した。ＬＥＤチップと蛍光体の組み合わせは、実施例１Ａ及び実施例１Ｂと同じである。

白色光源Ａ及び白色光源Ｂを各４０個用意し、合計８０個の白色光源３１を基板上に面実装した。図４に示すように、白色光源Ａ６及び白色光源Ｂ７は、同じ種類の白色光源が隣り合わないよう、基板８上に交互に配列され、全体が矩形形状となるように並べられている。なお、図４では、白色光源の配列を模式的に説明し、白色光源の個数や配線は省略している。

矩形状に配列された白色光源３１のうち、同じ種類の白色光源同士４０個を直列接続し、それぞれ別々の点灯回路に接続した。

白色光源が実装された基板８は、Ｅ２６口金３４を有する基体３２上に載置され、さらに基体上部を樹脂製のグローブ３３で覆うことにより、図５に示すＬＥＤ電球３０が完成する。

グローブ３３は樹脂製であり、内部に白色微粒子の分散されたポリカーボネート樹脂からなる。グローブ３３は、ドーム型形状を有しており、グローブ３３の厚さは約１ｍｍであり、最大部分の直径は６３ｍｍであり、基体３２への取り付け部の直径が５９ｍｍである。グローブ３３は、嵌め合わせにより基体３２に固着することができる構造とした。

完成したＬＥＤ電球を点灯し、放出された白色光の色温度、明るさ、平均演色評価数Ｒａ等の特性を測定した。得られた発光特性は実施例１Ａ及び実施例１Ｂの発光特性と同様であり、実用上十分な明るさを示すと共に、優れた演色性を示していた。また、本実施例のＬＥＤ電球は、調光と同時に調色を行うことができ、明るさと発光色の関係は、白熱電球と同様であった。

実施形態の発光装置は、２７００Ｋ乃至３０００Ｋの第１の色温度を有する第１の白色光を発光する第１の白色光源と、４９００Ｋ乃至５５００Ｋの第２の白色光を発光する第２の白色光源と、第１の白色光源及び第２の白色光源の点灯を制御する点灯回路と、を具備し、第１の白色光と第２の白色光との混合白色光を発光する。第１の白色光源及び第２の白色光源のそれぞれは、３７０ｎｍ乃至４２０ｎｍの波長範囲に発光ピーク波長を有する光を発する発光ダイオードと、発光ダイオードからの光で励起されることにより可視光を発する蛍光体と、を有する。蛍光体は、青緑色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体、および深赤色蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも２つの蛍光体と、４３０ｎｍ乃至４６０ｎｍに発光ピークを有する青色蛍光体と、を含む。青色蛍光体は、蛍光体の２０質量％以上５０質量％以下のユーロピウム不活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体を含む。ユーロピウム不活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体は、一般式：（Ｓｒ _{１−ｘ−ｙ−ｚ} Ｂａ _ｘ Ｃａ _ｙ Ｅｕ _ｚ ） _５ （ＰＯ _４ ） _３ ・Ｃｌ（式中、ｘ、ｙ、及びｚは０．１≦ｘ＜０．５、０．０５≦ｙ＜０．１、０．０５≦ｚ＜０．１を満足する数である）により表される。点灯回路は、混合白色光の色温度が混合白色光の発光強度が低い程低くなるように、第１の白色光源及び第２の白色光源のそれぞれに供給する電流量を調整する。混合白色光の平均演色評価数Ｒａは９７以上である。

Claims (15)

1. 第１の色温度を有する第１の白色光を発光する第１の白色光源と、前記第１の色温度よりも高い第２の色温度を有する第２の白色光を発光する第２の白色光源と、前記第１の白色光源及び前記第２の白色光源の点灯を制御する点灯回路と、を具備し、前記第１の白色光と前記第２の白色光との混合白色光を発光する発光装置であって、
   前記第１の白色光源及び前記第２の白色光源のそれぞれは、
   ３７０ｎｍ乃至４２０ｎｍの波長範囲に発光ピーク波長を有する光を発する発光ダイオードと、
   前記発光ダイオードからの光で励起されることにより可視光を発する、５種類以上の蛍光体と、を有し、
   前記点灯回路は、前記混合白色光の色温度が前記混合白色光の発光強度が低い程低くなるように、前記第１の白色光源及び前記第２の白色光源のそれぞれに供給する電流量を調整し、
   前記混合白色光の色温度が２５００Ｋ以上３０００Ｋ以下であるとき、前記混合白色光の平均演色評価数Ｒａは９７以上である、発光装置。
2. 前記第１の色温度は、１８００Ｋ乃至２２００Ｋであり、
   前記第２の色温度は、２６００Ｋ乃至３０００Ｋである、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の色温度は、２５００Ｋ乃至３０００Ｋであり、
   前記第２の色温度は、４８００Ｋ乃至５８００Ｋである、請求項１に記載の発光装置。
4. 前記混合白色光が示す全ての色温度のうち２５００Ｋ乃至５７００Ｋの色温度において、前記平均演色評価数Ｒａは９７以上である、請求項３に記載の発光装置。
5. 前記混合白色光が示す全ての中間色温度において、前記混合白色光の色温度と黒体軌跡上の色温度との偏差は、０±０．００２以内である、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記５種類以上の蛍光体は、青色蛍光体、青緑色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体、及び深赤色蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも一つの蛍光体を含む、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記青色蛍光体は、ユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体、及びユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つである、請求項６に記載の発光装置。
8. 前記緑色蛍光体は、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、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、セリウム（Ｃｅ）付活希土類アルミン酸塩蛍光体、並びにユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つである、請求項６または請求項７に記載の発光装置。
9. 前記赤色蛍光体は、ユーロピウム（Ｅｕ）付活酸硫化ランタン蛍光体、ユーロピウム（Ｅｕ）及びビスマス（Ｂｉ）付活酸化イットリウム蛍光体、ユーロピウム（Ｅｕ）付活カズン蛍光体、並びにユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つである、請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の発光装置。
10. 前記青緑色蛍光体は、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である、請求項６ないし請求項９のいずれか一項に記載の発光装置。
11. 前記深赤色蛍光体は、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である、請求項６ないし請求項１０のいずれか一項に記載の発光装置。
12. 前記第１の白色光源及び前記第２の白色光源のそれぞれは、
    前記発光ダイオードの周囲を被覆するように設けられ、前記５種類以上の蛍光体を含む蛍光膜を有する、請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の発光装置。
13. 前記第１の白色光源及び前記第２の白色光源のそれぞれは、基板上に複数配列され、
    隣り合う位置に配列された白色光源は、互いに異なる色温度の白色光を発光する、請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の発光装置。
14. 前記点灯回路は、前記混合白色光の色温度を前記第１の白色光源と前記第２の白色光源の中間色温度に設定した後、前記第１の白色光源及び前記第２の白色光源の一方の発光強度を徐々に上昇させ、前記第１の白色光源及び前記第２の白色光源の他方の発光強度を徐々に減少させ、前記第２の白色光源の発光強度の変化量が前記第１の白色光源の発光強度の変化量よりも大きくなるように前記第１の白色光源及び前記第２の白色光源に供給する電流量を調整することにより前記混合白色光の発光強度を制御する、請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の発光装置。
15. 請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の発光装置が設置された基体部と、
    前記発光装置を覆うように前記基体部に取り付けられたグローブと、
    前記基体部に電気的に接続された口金と、を具備する、ＬＥＤ電球。

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