JP4508034B2

JP4508034B2 - 白色ｌｅｄを用いた照明器具

Info

Publication number: JP4508034B2
Application number: JP2005236867A
Authority: JP
Inventors: 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2025-08-17
Also published as: JP2007052994A

Description

本発明は、白色ＬＥＤを用いた照明器具に関するものである。

従来から、ＬＥＤチップとＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光材料（例えば、蛍光体、蛍光顔料、蛍光染料など）とを組み合わせてＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの光を出す発光素子（例えば、一般的に白色ＬＥＤと呼ばれている白色発光素子など）の研究開発が各所で行われている。

また、最近の白色ＬＥＤの高出力化に伴い、白色ＬＥＤを照明用途に展開する研究開発が盛んになってきているが、上述の白色ＬＥＤを一般照明などのように比較的大きな光出力を必要とする用途に用いる場合、１つの白色ＬＥＤでは所望の光出力を得ることができないので、例えば、複数個の白色ＬＥＤを１枚の回路基板に実装したＬＥＤユニット（ＬＥＤモジュール）を一面が開口した器具本体内に配置し、器具本体の上記一面側に各白色ＬＥＤからの白色光を透過させる透光板を配置して所望の光出力を得るようにしている。

ここにおいて、一般的な白色ＬＥＤの一例として、４００〜５００ｎｍ付近に発光波長域を有するＧａＮ系青色ＬＥＤチップと、ＧａＮ系青色ＬＥＤチップから放射された光によって励起されて５００〜７００ｎｍの波長域に亘るブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を封止樹脂中に分散させた色変換部とを備え、ＧａＮ系青色ＬＥＤチップから放射された光と黄色蛍光体から放射された光との合成光からなる白色の光（白色光の発光スペクトル）を得るものが知られている。なお、光源を照明用途に用いる場合の評価尺度の一つに演色性という指標があるが、活性層としてＩｎＧａＮ層を採用したＧａＮ系青色ＬＥＤチップとセリウムで不活されたＹＡＧ系の黄色蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤの平均演色評価数（Ｒａ）は８５前後であり、比較的良好な演色性を有している。

ところで、国際照明委員会（ＣＩＥ）では、美術館の照明には３０００〜７０００Ｋ程度の色温度でＲａが９０あるいはそれ以上の高演色性を有する光源の使用を推奨しており、このような高演色性を有する白色ＬＥＤの需要を満たすために、一般的に知られている黄色蛍光体の代替となる新規な蛍光体や、色変換部へ添加する新規な蛍光体が研究されている。すなわち、白色ＬＥＤの発光スペクトルが演色性評価用の標準光源Ｄ_６５（色温度は６５０４Ｋ、色度座標はｘ＝０．３１２７，ｙ＝０．３２９０）の発光スペクトルと比較して光強度が小さい波長域において光強度を大きくし、且つ、光強度が大きい青色の波長域において光強度を小さくすることにより、発光スペクトルを標準光源Ｄ_６５の発光スペクトルに近づける目的で、新規な蛍光体の研究・開発が各所で行われている。

しかしながら、青色ＬＥＤチップから放射された青色の光を吸収し、且つ、７００ｎｍ以上の波長領域に高い光強度を有する蛍光体が発見されておらず、ＧａＮ系青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを基本構成要素としてＲａが９０以上の高演色性を有する白色ＬＥＤは未だ商品化されていないのが現状である。また、食料品売り場では商品の赤色、医療分野では動脈の赤色が再現性良く見えるようにするために、赤色の特殊演色評価数（Ｒ_９）の高い光源が求められているが、現状の白色ＬＥＤのＲ_９は３０程度の低い値であり、白色ＬＥＤを食料品売り場や医療分野で用いるには、Ｒ_９を更に高める必要がある。

これに対して、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとを混在させることにより演色性を改善したＬＥＤ照明装置が提案されている（例えば、特許文献１）
特開２００４−３６３０５５号公報

ところで、上記特許文献１に開示されているように白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとを混在させたＬＥＤ照明装置では、白色ＬＥＤのみを用いたＬＥＤ照明装置に比べて演色性を改善することができるが、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとで各別に電源回路が必要でありコストが高くなってしまい、しかも、白色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤそれぞれの光束減退による光量低下の程度の相違などに起因して演色性の経時変化が大きくなってしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、赤色ＬＥＤを用いることなく演色性を高めることが可能な白色ＬＥＤを用いた照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、青色の光を発光するＬＥＤチップ、該ＬＥＤチップから放射された青色の光を吸収し発光ピーク波長が黄色波長域内にあり、且つ発光波長域が赤色波長域を含む黄色蛍光体を備えたドーム状のカバー部を有する白色ＬＥＤと、該白色ＬＥＤから放射された光を器具全体の光取り出し面側へ反射する反射部材と、前記白色ＬＥＤから放射された光によって励起されて赤色の光を発光する赤色蛍光体を有し器具全体としての発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部と、を有し、前記発光スペクトル調整部が前記反射部材に設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、白色ＬＥＤから放射された光によって励起されて赤色の光を発光する材料を有し器具全体としての発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部を備えていることにより、赤色ＬＥＤを用いることなく演色性を高めることが可能になる。

また、この発明によれば、前記発光スペクトル調整部から放射された光を効率良く外部へ取り出すことができる。

さらに、この発明によれば、前記赤色蛍光体を前記反射部材に塗布することにより前記発光スペクトル調整部を形成することができる。

請求項１の発明では、赤色ＬＥＤを用いることなく演色性を高めることが可能になるという効果がある。

以下、本実施形態の照明器具について図１〜図３を参照しながら説明する。

本実施形態の照明器具の器具本体２は、金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製であって、一面（図１における下面）が開口した箱状に形成されており、複数個の白色ＬＥＤ１が収納されている。ここにおいて、器具本体２は、底壁２ａが円板状に形成されるとともに、底壁２ａから離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されており、底壁２ａに各白色ＬＥＤ１がグリーンシートなどからなる絶縁層８０を介して実装され、開口部分がカバー（図示せず）により閉塞されている。カバーは、円板状のガラス板からなる透光板と、透光板を保持する円環状の窓枠とからなり、窓枠が器具本体２に対して取り付けられている。なお、本実施形態では、器具本体２の周壁２ｂが、白色ＬＥＤ１から放射された光を器具全体の光取り出し面側へ反射する反射部材を構成している。また、透光板は、ガラス基板に限らず、透光性を有する材料により形成されていればよく、透光板に各白色ＬＥＤ１から放射された光の配光を制御するレンズを一体に設けてもよい。

器具本体２内に収納された複数個の白色ＬＥＤ１は、複数のリード線９３（図２参照）により直列接続されており、複数個の白色ＬＥＤ１の直列回路の両端のリード線９３が器具本体２の底壁２ａに貫設された挿通孔（図示せず）に挿通され、図示しない電源回路から電力が供給されるようになっている。なお、電源回路としては、例えば、商用電源のような交流電源の交流出力を整流平滑するダイオードブリッジからなる整流回路と、整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサとを備えた構成のものを採用すればよい。また、本実施形態では、器具本体２内の複数個の白色ＬＥＤ１を直列接続しているが、複数個の白色ＬＥＤ１の接続関係は特に限定するものではなく、例えば、並列接続するようにしてもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。

白色ＬＥＤ１は、矩形板状のＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きな矩形板状に形成されＬＥＤチップ１０が搭載されたチップ搭載部材４１と、チップ搭載部材４１の一側縁に連続一体に形成された短冊状のリード端子４２と、チップ搭載部材４１における他側縁から離間して配置されたＴ字状のリード端子４３と、ＬＥＤチップ１０を囲むように配置されＬＥＤチップ１０の側面から放射された光をＬＥＤチップ１０の前方（図２における上方）へ反射させるリフレクタ（反射器）５０と、ＬＥＤチップ１０を覆う形でリフレクタ５０の前面側に取り付けられる保護カバー６０とを備えている。

チップ搭載部材４１と各リード端子４２，４３とは金属板（例えば、銅板など）からなるリードフレームを用いて形成してあり、チップ搭載部材４１および各リード端子４２，４３は、絶縁性を有する矩形枠状の合成樹脂成形品からなる保持枠４５に同時一体に成形され当該保持枠４５の内側に各リード端子４２，４３のインナリード部４２ａ，４３ａおよびチップ搭載部材４１が配置されるとともに、保持枠４５の外側に各リード端子４２，４３のアウタリード部４２ｂ，４３ｂが配置されている。ここで、チップ搭載部材４１および各リード端子４２，４３と器具本体２との間には上述の絶縁層８０が介在しており、絶縁層８０は、チップ搭載部材４１および各リード端子４２，４３と器具本体２との両者を電気的に絶縁し且つ熱結合させる機能を有している。

ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板からなる導電性基板１１を用いており、導電性基板１１の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部１２がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長され、導電性基板１１の裏面に図示しないカソード電極（ｎ電極）が形成され、発光部１２の表面（導電性基板１１の主表面側の最表面）に図示しないアノード電極（ｐ電極）が形成されている。

ここにおいて、ＬＥＤチップ１０は、上述のチップ搭載部材４１に、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されＬＥＤチップ１０とチップ搭載部材４１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和するサブマウント部材３０を介して搭載されている。サブマウント部材３０は、上記応力を緩和する機能だけでなく、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をチップ搭載部材４１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有しており、チップ搭載部材４１におけるＬＥＤチップ１０側の表面の面積はＬＥＤチップにおけるチップ搭載部材４１側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。なお、本実施形態では、サブマウント部材３０の材料としてＣｕＷを採用しており、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０およびチップ搭載部材４１を介して一方のリード端子４２のインナリード部４２ａと電気的に接続され、上記アノード電極が金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して他方のリード端子４３のインナリード部４３ａと電気的に接続されている。また、各リード端子４２，４３のアウタリード部４２ｂ，４３ｂには、それぞれ上述のリード線９３が半田からなる接合部９５を介して電気的に接続されている。

また、リフレクタ５０は、円形状に開口した枠状の形状であって、ＬＥＤチップ１０の厚み方向においてＬＥＤチップ１０から離れるに従って開口面積が大きくなる形状に形成されており、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着材５５により各リード端子４２，４３と固着されている。ここにおいて、リフレクタ５０の材料としては、ＬＥＤチップ１０から放射される光（ここでは、青色光）に対する反射率が比較的大きな材料（例えば、Ａｌなど）を採用すればよい。なお、固着材５５には、リフレクタ５０の開口部に対応する円形状の開口部５５ａが形成されている。また、リフレクタ５０の内側には、ＬＥＤチップ１０を封止する透明な封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）をポッティングすることが望ましい。

保護カバー６０は、ＬＥＤチップ１０の厚み方向に沿った中心線上に中心が位置するように配置されるドーム状のカバー部６２と、カバー部６２の開口部の周縁から側方に連続一体に突出したフランジ部６１とを備え、フランジ部６１におけるリフレクタ５０側の面の周部に環状の位置決めリブ６１ａが突設されており、リフレクタ５０に対して安定して位置決めすることができるようになっている。なお、保護カバー６０は、リフレクタ５０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて接着すればよい。

また、保護カバー６０は、シリコーン樹脂のような透明材料とＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている。したがって、本実施形態における白色ＬＥＤ１は、保護カバー６０が、ＬＥＤチップ１０から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を発光する色変換部を兼ねており、ＬＥＤチップ１０から放射された光と黄色蛍光体から放射された光とが混色されて白色光の発光スペクトルが得られる。なお、保護カバー６０の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機材料と無機材料との複合材料などを採用してもよい。

ところで、ＬＥＤチップ１０は、発光部１２の活性層としてＩｎＧａＮ層を採用しており、室温での発光スペクトルの発光ピーク波長が略４６０ｎｍとなる一方で、黄色蛍光体としては、ＬＥＤチップ１０から放射された青色の光を吸収して励起されて５００〜７００ｎｍの波長域に亘るブロードな光を放射する周知の黄色蛍光体（つまり、発光ピーク波長が黄色波長域内にあり、且つ、発光波長域が赤色波長域を含むような黄色蛍光体）として、アルカリ土類金属オルトケイ酸塩系の黄色蛍光体であって、組成が（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋で、室温における発光ピーク波長が５２０ｎｍ、５９０ｎｍの２種類の黄色蛍光体を用いている。

しかしながら、本実施形態では、白色ＬＥＤ１から放射された光によって励起されて赤色の光を発光する材料（例えば、赤色蛍光体や赤色顔料など）を有し器具全体としての発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部３が器具本体２の周壁２ｂの内周面の全周に亘って形成されており、当該発光スペクトル調整部３を備えていることにより、赤色ＬＥＤを用いることなく、ＧａＮ系青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを基本構成要素とした白色ＬＥＤを用いた従来の照明器具に比べて演色性を高めることが可能になる。

また、本実施形態では、上述のように器具本体２の周壁２ｂが白色ＬＥＤ１から放射された光を器具全体の光取り出し面側（図１における下面側）へ反射する反射部材を構成しており、発光スペクトル調整部３が当該反射部材に設けられているので、発光スペクトル調整部３から放射された光を効率良く外部へ取り出すことができる。ここにおいて、赤色の光を発光する材料として、赤色蛍光体や赤色顔料を採用する場合には、赤色の光を発光する材料を器具本体２の周壁２ｂに塗布することにより発光スペクトル調整部３を形成することができる。また、赤色光を発光する材料として、赤色顔料を採用した場合には、赤色蛍光体を採用した場合に比べて、赤色の光を発光する材料の発光効率を高めることができ、演色性をより高めることが可能となる。

なお、上述の実施形態では、器具本体２の形状を一面開口した箱状の形状として器具本体２の周壁２ｂが上記反射部材を兼ねているが、器具本体２の形状は特に限定するものではなく、器具本体２の形状を例えば平板状の形状として、上記反射部材を器具本体２における白色ＬＥＤ１の実装面側に配置するようにしてもよい。また、上述の実施形態では、白色ＬＥＤ１を器具本体２の底壁２ａに実装しており、器具本体２の底壁２ａが複数個の白色ＬＥＤ１を実装するベース部材を兼ねているが、複数個の白色ＬＥＤ１を実装した回路基板を器具本体２内に収納するようにしてもよい。また、白色ＬＥＤ１の構造も特に限定するものではなく、少なくとも青色光を放射する青色ＬＥＤチップと当該青色ＬＥＤチップから放射された光によって励起されて発光する黄色蛍光体を含む色変換部とを備えていればよい。また、発光スペクトル調整部３も青色ＬＥＤチップから放射された光によって励起されて赤色の光を発光する材料と透明材料（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機材料と無機材料との複合材料など）とを混合した混合物の成形品により構成し、上記反射部材に固着するようにしてもよい。また、白色ＬＥＤ１を実装するベース部材に白色ＬＥＤ１から放射された光の一部が上記カバーにより反射されて到達するような場合には、ベース部材における白色ＬＥＤ１の実装面側に発光スペクトル調整部３を設けてもよい。

実施形態を示す概略断面図である。同上における要部概略断面図である。同上における白色ＬＥＤの概略分解斜視図である。

符号の説明

１白色ＬＥＤ
２器具本体
２ａ底壁
２ｂ周壁
３発光スペクトル調整部

Claims

青色の光を発光するＬＥＤチップ、該ＬＥＤチップから放射された青色の光を吸収し発光ピーク波長が黄色波長域内にあり、且つ発光波長域が赤色波長域を含む黄色蛍光体を備えたドーム状のカバー部を有する白色ＬＥＤと、該白色ＬＥＤから放射された光を器具全体の光取り出し面側へ反射する反射部材と、前記白色ＬＥＤから放射された光によって励起されて赤色の光を発光する赤色蛍光体を有し器具全体としての発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部と、を有し、前記発光スペクトル調整部が前記反射部材に設けられてなることを特徴とする白色ＬＥＤを用いた照明器具。