JP4809508B1 - Ｌｅｄモジュール、ｌｅｄランプおよび照明装置 - Google Patents

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Abstract

発光効率の低下を抑制しつつ演色性を高める。
ＬＥＤモジュール５は、青色ＬＥＤ１２と、青色ＬＥＤの出射光により励起される、少なくとも１種類の蛍光体粒子１４、１５と、少なくとも１種類の蛍光体粒子の出射光のうち特定の波長域の光を吸収するネオジムイオンを含むネオジムガラス粒子１６と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤモジュール、ＬＥＤランプおよび照明装置に関し、特に、演色性と発光効率を改善する技術に関する。
近年、白熱電球に代えて、省エネルギーに優れたＬＥＤランプが広く利用されてきている。ＬＥＤランプに利用されるＬＥＤモジュールとしては、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた青色ＬＥＤとＹＡＧ系の黄色蛍光体とを組み合わせたものがある。このＬＥＤモジュールでは、青色ＬＥＤから青色光が生じ、この光により励起された黄色蛍光体から黄色光が生じ、これらの光が混合されて白色光となる。
一般照明の分野では、照明光に照らされた物体の色が自然に見えること、即ち、演色性が高いことが望まれており、従来からＬＥＤランプの演色性を向上させる技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）粒子を樹脂などに混ぜ合わせたフィルタ部材をＬＥＤランプに付加することにより、平均演色評価数Ｒａを向上させる技術が提案されている。また、特許文献２には、蛍光ランプの例ではあるが、ガラス管と蛍光体層との間にネオジムイオン（Ｎｄ３＋）を含むガラス薄膜からなるフィルタを形成することにより、演色性を向上させる技術が提案されている。
なお、対象とするランプの下で、基準光の下に比べ、どの程度忠実に色を再現しているかを定量的に評価する指標である演色評価数を用いた光源の演色性評価方法は、ＪＩＳ Ｚ８７２６に規定されている。
特開２００４−１９３５８１号公報 特開２０００−１１９５４号公報
上述の通り、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）粒子を含むフィルタや、ネオジムイオン（Ｎｄ３＋）を含むガラス薄膜からなるフィルタを用いれば、演色性を向上させることができる。しかしながら、その反面、これらのフィルタは特定の波長域の光を吸収するものなので、光を吸収する分だけＬＥＤランプの発光効率を低下させてしまう。昨今、省エネルギーの光源としてＬＥＤランプが注目されているが、発光効率の低下を抑制しつつ、演色性の向上を図ることができれば、より一層、省エネルギーに貢献することができる。
そこで、本発明は、発光効率の低下を抑制しつつ演色性を高めることができるＬＥＤモジュール、ＬＥＤランプおよび照明装置を提供することを目的とする。
本発明に係るＬＥＤモジュールは、青色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの出射光により励起される、少なくとも１種類の蛍光体粒子と、前記少なくとも１種類の蛍光体粒子の出射光のうち特定の波長域の光を吸収する、ネオジムイオンを含むネオジムガラス粒子と、を含む。
本発明に係るＬＥＤランプは、青色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの出射光により励起される、少なくとも１種類の蛍光体粒子と、前記少なくとも１種類の蛍光体粒子の出射光のうち特定の波長域の光を吸収する、ネオジムイオンを含むネオジムガラス粒子と、を含む。
本発明に係る照明装置は、上記ＬＥＤランプと照明器具とを備える。
上記構成では、ネオジムイオンを含むネオジムガラス粒子が、特定の波長域の光を吸収するフィルタとして利用されている。このように、ネオジムガラス粒子をフィルタとして利用することで、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）粒子またはネオジムガラス薄膜をフィルタとして利用する場合よりも、発光効率の低下を抑制しつつ演色性を高めることができる。
本発明の実施形態に係るＬＥＤランプの構成を示す一部切欠き図 封止部材の内部に緑色ないし黄色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子およびネオジムガラス粒子が分散されており、ネオジムガラス粒子中にネオジムがイオンの状態で存在している様子を模式的に示す図 比較例Ｓ１〜Ｓ４および実施例Ｓ５〜Ｓ７の分光スペクトルの測定結果を示す図 比較例Ｓ１の発光強度を１００としたときの比較例Ｓ２〜Ｓ４および実施例Ｓ５〜Ｓ７の発光強度の割合を示す図 ＬＥＤモジュールの発光効率および演色性を評価するための各種指標の測定結果を示す図 演色性を評価するための各種指標と光束比との関係を示す図であり、（ａ）は平均演色評価数Ｒａ、（ｂ）は特殊演色評価数Ｒ９、（ｃ）は特殊演色評価数Ｒ１５、（ｄ）は色域面積比Ｇａ４を示す図 図６のグラフの基となるデータを示す図 ネオジムガラス粒子の吸収係数の測定結果、ネオジムガラス板の吸収係数の測定結果、および、これらの吸収係数比の計算結果を示す図 比較例Ｓ１１〜Ｓ１４および実施例Ｓ１５〜Ｓ１７の分光スペクトルの測定結果を示す図 ＬＥＤモジュールの発光効率および演色性を評価するための各種指標の測定結果を示す図 ＬＥＤモジュールの構成に関する変形例を示す図 ＬＥＤランプの構成に関する変形例を示す図 ＬＥＤランプの構成に関する変形例を示す図 ＬＥＤランプの構成に関する変形例を示す図 ＬＥＤランプの構造に関する変形例を示す図 照明装置の構成を示す図
本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るＬＥＤランプの構成を示す一部切欠き図である。
ＬＥＤランプ１は、白熱電球に代替する、いわゆる電球形のランプである。ボディ部２の一端にはＥ型の口金３が取り付けられ、他端４には白色光を出射するＬＥＤモジュール５およびこれを覆うグローブ６が取り付けられている。
ＬＥＤモジュール５では、回路基板１１に青色ＬＥＤ１２が実装され、青色ＬＥＤ１２が透光性の封止部材１３により封止されている。
封止部材１３の内部には、青色ＬＥＤの出射光により励起する少なくとも１種類の蛍光体粒子が分散されている。蛍光体粒子の種類は、ＬＥＤランプが実現しようとする光色区分（電球色、温白色、白色、昼白色、昼光色）に応じて適宜選択される。本実施形態では、封止部材１３の内部に分散される蛍光体として、緑色ないし黄色蛍光体粒子１４および赤色蛍光体粒子１５が選択されている。ただし、これに限らず、緑色ないし黄色蛍光体粒子１４のみ、あるいは、赤色蛍光体粒子１５のみが選択されることとしてもよい。蛍光体粒子の粒径は、約３０μｍである。蛍光体粒子の粒径は、水に分散された溶液をレーザ回折式粒度分布測定装置で測定した値である。レーザ回折式粒度分布なので、存在比率の基準としては体積基準（体積分布）におけるメジアン径（d50）の大きさを使った。また、島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置"SALD-2000A"を用いて測定した。
封止部材１３の内部には、さらに、ネオジムイオンを含むネオジムガラス粒子１６が分散されている。このように、ネオジムガラス粒子１６は、蛍光体粒子の出射光が照射される位置に存在しているので、蛍光体粒子の出射光のうちの特定の波長域の光を吸収することができる。ＬＥＤモジュール５からは、青色ＬＥＤ１２、緑色ないし黄色蛍光体粒子１４および赤色蛍光体粒子１５の出射光のうち、ネオジムガラス粒子１６により吸収されずに残った光が出射される。ネオジムガラス粒子１６は、ネオジムガラス板を粉砕して粒子状にしたものであり、その粒径は、１０〜２００μｍである。
以下、各構成要素を具体的に説明する。
（１）青色ＬＥＤ
青色ＬＥＤ１２は、４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長域に主たる発光ピークを持つ。このようなＬＥＤとしては、例えば、窒化ガリウム系のＬＥＤが挙げられる。
（２）緑色ないし黄色蛍光体粒子
緑色ないし黄色蛍光体粒子１４は、青色ＬＥＤ１２の出射光により励起され、緑色ないし黄色光を出射する。緑色蛍光体粒子は、５００ｎｍ〜５４０ｎｍの波長域に主たる発光ピークを持ち、黄色蛍光体粒子は、５４５ｎｍ〜５９５ｎｍの波長域に主たる発光ピークを持つものとする。一般に、蛍光体は特性のばらつきが大きく、組成式では黄色蛍光体に分類されても発光ピークでは緑色蛍光体に分類されるような場合や、その逆の場合がある。本明細書では、両者を明確に分類できない場合もあることを考慮して、「緑色ないし黄色蛍光体」と表記することとしている。
緑色蛍光体としては、例えば、次のものが挙げられる。Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＢａＹ２ＳｉＡｌ４Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ３＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋。
黄色蛍光体としては、例えば、次のものが挙げられる。（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋，Ｐｒ３＋、（Ｔｂ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋、Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋、Ｙ２Ｓｉ４Ｎ６Ｃ：Ｃｅ３＋、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋。
（３）赤色蛍光体粒子
赤色蛍光体粒子１５は、青色ＬＥＤ１２および緑色ないし黄色蛍光体粒子１４の出射光の少なくとも一方の出射光により励起され、赤色光を出射する。赤色蛍光体粒子１５は、６００ｎｍ〜６５０ｎｍの波長域に主たる発光ピークを持つものとする。
赤色蛍光体としては、例えば、次のものが挙げられる。Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２（Ｓｉ，Ａｌ）５（Ｎ，Ｏ）８：Ｅｕ２＋、ＣａＳ：Ｅｕ２＋、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋。
（４）ネオジムガラス粒子
ネオジムガラス粒子１６は、封止部材の内部に含まれている蛍光体粒子の出射光の内、特定の波長域の光を吸収する。具体的には、ネオジムガラス粒子１６は、５８０ｎｍ〜６００ｎｍの波長域に主たる吸収ピークを持つ。この波長域は、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）粒子の吸収ピークがある６０５ｎｍ付近よりも短波長側にある。ネオジムガラスと酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）とで吸収ピークの波長域が異なるのは、ネオジムガラス中では、ネオジムがイオン（Ｎｄ３＋）の状態で存在しているのに対し、酸化ネオジムではネオジム原子と酸素原子とが共有結合しているのでネオジムがイオンの状態で存在しておらず、これらの相違により、吸収を引き起こすエネルギー準位間のギャップが相違しているからであると考えられる。図２に、封止部材の内部に緑色ないし黄色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子およびネオジムガラス粒子が分散されており、ネオジムガラス粒子中にネオジムがイオンの状態で存在している様子を模式的に示す。
ネオジムガラスは、シリカ（ＳｉＯ２）、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を適切な重量比で混合し、それを溶融させることにより作製することができる。アルカリ金属酸化物としては、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏなどを利用することができ、アルカリ土類金属酸化物としては、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯなどを利用することができる。
封止部材中のネオジムガラス粒子１６の含有率は、０．３〜５０ｗｔ％であるのが好ましく、１．２５〜４０ｗｔ％であればより好ましい。これらの範囲であれば、発光効率の低下を抑制しつつ演色性を高められることが実験により判明している。また、ネオジムガラス粒子の重量比が大きくなるとその分だけ封止材料の重量比が小さくなり、封止材料でのネオジムガラス粒子同士の接着性が低下する。封止部材中のネオジムガラス粒子１６の含有率が５０ｗｔ％以下であれば、特にそのような問題もない。なお、ネオジムガラス粒子の比重が約２であり、封止部材の比重が約１であることを考えると、ネオジムガラス粒子が５０ｗｔ％であっても体積的には３０体積％である。そのため、十分な接着性を確保することができる。
また、ネオジムガラス粒子中のネオジムの含有率は、酸化物換算で２〜３２ｗｔ％であるのが特に好ましい。２ｗｔ％よりも少なければネオジムガラス粒子一個当たりの光吸収量が小さくなるので封止部材中のネオジムガラス粒子が多くなり、封止部材の表面にひび割れが生じる。また、３２ｗｔ％よりも多ければネオジムガラス中でネオジム粒子のダマができしまう。ちなみに、ネオジムの含有率３２ｗｔ％にした場合、シリカ５８ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ５ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３５ｗｔ％でガラス化できた。
（５）封止部材
封止部材１３は、雰囲気中の湿気や粉塵から青色ＬＥＤ１２を保護するものである。また、本実施形態では、緑色ないし黄色蛍光体粒子１４、赤色蛍光体粒子１５およびネオジムガラス粒子１６を満遍なく分布させた状態で固定する機能も果たしている。
封止部材１３の材料としては、シリコーン等の樹脂材料や、低融点ガラス材料が挙げられる。シリコーンを用いる場合には、シリコーン材料に緑色ないし黄色蛍光体粒子１４、赤色蛍光体粒子１５およびネオジムガラス粒子１６を分散させ、金型に流し込んで硬化させればよい。また、低融点ガラス材料を用いる場合には、ゾルゲル法で作製することができる。すなわち、オルトケイ酸テトラエチルＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、水、エタノールを２０ｃｃ、８０ｃｃ、８０ｃｃずつ含む溶液に対し、直径２０μｍのネオジムガラス粒子を３０ｇ入れて混合して混合液を作り、この混合液に０．０１ｍｏｌ／ｄｍ３の塩酸液（硝酸、酢酸でも可能）を数ｃｃ添加する。そして、このネオジムガラス粒子入り混合液をゲル化させる。このゲル化させたものを型に入れ、１００℃で２時間乾燥する。乾燥後、８００℃で１時間焼成して、ネオジムガラス粒子を含有するガラスを作製する。なお、オルトケイ酸テトラエチル以外のアルコキシド類のシリカを用いてもよい。このように、低融点ガラスを用いれば、ネオジムガラス粒子を溶融させずに粒子状の外観形状を維持したままガラスに含有させることができる。なお、各溶液の量は、実際の製造工程では適宜調整すればよい。
上記の構成を採用すれば、従来の構成に比べて発光効率の低下を抑制しつつ演色性を高めることができる。従来の構成とは、光吸収材として、酸化ネオジム粒子（特許文献１に相当する）またはネオジムガラス板（特許文献２に相当する）が利用されたものである。
また、実際の製品では、光吸収材による光吸収量を製品の種類毎に異ならせる場合がある（例えば、電球色と昼白色とで異ならせる）。そのような場合、上記の構成では、封止部材中のネオジムガラス粒子の含有率を異ならせるだけでいいので、膜厚の異なるネオジムガラス板を製品の種類毎に用意しておく場合に比べて、製造上での材料管理の手間を省略できる。
＜検証＞
発明者らは、実験により、光吸収材としてネオジムガラス粒子を利用した場合（本実施形態に相当する）、酸化ネオジム粒子を利用した場合（特許文献１に相当する）、ネオジムガラス板を採用した場合（特許文献２に相当する）の発光効率および演色性を評価した。実験は、ＪＩＳ Ｚ９１１２に規定された光色区分で「電球色」に相当するＬＥＤモジュールと「昼白色」に相当するＬＥＤモジュールで行った。
（電球色）
まず、図３〜図５を用いて、ネオジムガラス粒子と酸化ネオジム粒子とを比較するための実験とその結果を説明し、次に、図６〜図８を用いて、ネオジムガラス粒子とネオジムガラス板とを比較するための実験とその結果を説明する。
（１）ネオジムガラス粒子と酸化ネオジム粒子との比較
図３は、比較例Ｓ１〜Ｓ４および実施例Ｓ５〜Ｓ７の分光スペクトルの測定結果であり、図４は、比較例Ｓ１の発光強度を１００としたときの比較例Ｓ２〜Ｓ４および実施例Ｓ５〜Ｓ７の発光強度の割合である。
比較例Ｓ１は、封止部材の内部に蛍光体粒子のみを分散させたＬＥＤモジュールである（図中、「ノンドープ」と表記）。比較例Ｓ１は、光吸収材を含有していないので、光吸収材を含有させた場合に発光効率および演色性がどれだけ変化するかを評価するときの基準として利用できる。
比較例Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、封止部材の内部に蛍光体粒子および酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）粒子を分散させたＬＥＤモジュールであり、封止部材中の酸化ネオジム粒子の含有率が、それぞれ、０．５ｗｔ％、１．０ｗｔ％、３．０ｗｔ％のものである。ここでの含有率は、封止部材、蛍光体粒子および酸化ネオジム粒子の総量を１００としたときの酸化ネオジム粒子の割合である。
実施例Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７は、封止部材の内部に蛍光体粒子およびネオジムガラス粒子を分散させたＬＥＤモジュールであり、封止部材中のネオジムガラス粒子の含有率が、それぞれ、５．０ｗｔ％、７．０ｗｔ％、１０．０ｗｔ％のものである。ここでの含有率は、封止部材、蛍光体粒子およびネオジムガラス粒子の総量を１００としたときのネオジムガラス粒子の割合である。
ＬＥＤモジュールの相関色温度はいずれも２６００Ｋ付近に設定されており、これはＪＩＳ Ｚ９１１２に規定された光色区分でいうと「電球色」に相当する。
蛍光体粒子には、緑色ないし黄色蛍光体粒子および赤色蛍光体粒子の両方を用いた。これらの粒径は、いずれも３０μｍ程度であった。
ネオジムガラス粒子は、ネオジムガラスの材料を１２００℃で溶融して板ガラスに成形し、この板ガラスに窒素ガスを１０ｃｃ／分の流量で流しながら１０００℃、２時間のアニールを施し、この板ガラスを粉砕することにより得られた。ネオジムガラス粒子の粒径を測定したところ、１８０μｍ程度であった。
ネオジムガラスの材料は、シリカ（ＳｉＯ２）が６５．６ｗｔ％、アルカリ金属酸化物（Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）が１５．９ｗｔ％、アルカリ土類金属酸化物（ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ）が１０．６ｗｔ％、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）が７．９ｗｔ％であり、アルカリ金属酸化物中、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏはそれぞれ同量であり、アルカリ土類金属酸化物中、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯはそれぞれ同量である。
封止部材としては、シリコーン樹脂を用いた。
図３を見ると、比較例Ｓ２〜Ｓ４および実施例Ｓ５〜Ｓ７では、光吸収材の効果により、特定の波長域の光が吸収されていることが分かる。また、封止部材中の光吸収材の含有率が高いほど、光の吸収率が高いことが分かる。
図４を見ると、実施例Ｓ５〜Ｓ７では、５８０ｎｍ付近に吸収ピークを持つのに対し（Ａ１参照）、比較例Ｓ２〜Ｓ４では、６００ｎｍ付近に吸収ピークを持つことが分かる（Ａ２参照）。すなわち、実施例Ｓ５〜Ｓ７の吸収ピークの波長域は、比較例Ｓ２〜Ｓ４の吸収ピークの波長域よりも短波長側にある。このように、吸収ピークが短波長側にシフトすることにより、黄色の波長域の中でもより純粋な黄色の光を吸収することができる。蛍光体とＬＥＤによって構成されるＬＥＤモジュール、ランプにおいて、光源中の黄色の波長域の光が強すぎると、鮮やかな赤色や日本人の肌の色は黄色みが増して見え、演色性が悪くなる傾向にある。実施例Ｓ５〜Ｓ７では、比較例Ｓ２〜Ｓ４に比べて、より純粋な黄色の光を吸収することができるので、特に、鮮やかな赤色や日本人の肌の色の演色性を高められ、ひいては、ＬＥＤランプの演色性を高められると考えられる。
図５は、ＬＥＤモジュールの発光効率および演色性を評価するための各種指標の測定結果である。各種指標としては、光束、光束比、平均演色評価数Ｒａ、色域面積比Ｇａ、目立ち指数Ｍ、特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１５、色域面積比Ｇａ４がある。
光束比は、比較例Ｓ２〜Ｓ４および実施例Ｓ５〜Ｓ７の光束を比較例Ｓ１の光束で規格化した値である。光束比が高いほど、光吸収材による発光効率の低下が少ないことを意味する。
平均演色評価数Ｒａは、ＪＩＳ Ｚ８７２６に規定されており、番号１〜８の８個の試験色（中彩度の試験色）に基づいて算出されるものであり、中彩色が自然に見えるかを評価するための指標である。
色域面積比Ｇａは、ＪＩＳ Ｚ８７２６の参考欄に「演色評価数による以外の演色性の評価方法」として記載されたものである。具体的には、番号１〜８の８個の試験色に対して基準光による色度座標および試料光源による色度座標を求め、これらをＵ＊Ｖ＊平面上にプロットしてそれぞれ得られる８角形の面積を求め、試料光源による８角形の面積を基準光による８角形の面積で割って比の値を求め、この比を１００倍することで得られる値である。
色域面積比Ｇａが１００より小さいときには、彩度が減じる方向にあるので、色がくすんで見える傾向にあり、１００より大きいときには、彩度が増加する方向にあるので、色が鮮やかに見える傾向にある。一般の物体色は、概して彩度が増して見えるほどきれいに感じられるので、色が好ましく見えるかを評価する指標として色域面積比Ｇａを用いることは有効である。
目立ち指数Ｍは、色の目立ち感を評価する指標である。試料光源で照明された色彩対象物の目立ち感の程度は、表色系として納谷らの非線形色知覚モデルのブライトネス（Ｂ）、カラフルネス（Ｍｒ−ｇ，Ｍｙ−ｂ）（例えば、納谷ら、「カラー リサーチ アンド アプリケーション」（Color Research and Application），２０，３（１９９５））で表された４色試験色の色域面積の大きさで表される。この４色試験色の色域面積をもとに目立ち指数Ｍは次式で表される。
Ｍ＝［Ｇ（Ｓ，１０００（ｌｘ））／Ｇ（Ｄ６５，１０００（ｌｘ））］１．６×１００
ここで、Ｇ（Ｓ，１０００（ｌｘ））は、試験光源および照度１０００（ｌｘ）のもとでの４色試験色の色域面積を示し、Ｇ（Ｄ６５，１０００（ｌｘ））は、基準光Ｄ６５および照度１０００（ｌｘ）のもとでの４色試験色の色域面積を示す。この目立ち指数Ｍが高くなるほど、生花や木の葉の緑などの色彩対象物を目立たせることができる。
特殊演色評価数Ｒ９は、ＪＩＳ Ｚ８７２６に規定された番号９の試験色（鮮やかな赤色）に基づいて算出されるものである。また、特殊演色評価数Ｒ１５は、ＪＩＳ Ｚ８７２６に規定された番号１５の試験色（日本人の肌の色）に基づいて算出されるものである。
色域面積比Ｇａ４は、番号９〜１２の４個の試験色（高彩度の試験色）に基づいて算出された色域面積比である。即ち、番号１〜８の試験色を用いたＧａと同様の計算手法に従って、番号１〜８の試験色の代わりに番号９〜１２を用いることにより得られる。番号１〜８の試験色は、自然物の微妙な色の見えの違いを評価するために選定されたものであり、中彩度の試験色である。これに対して、番号９〜１２の試験色は、本来鮮やかなものの見えを評価するために選定されたものであり、高彩度の試験色である。このため、Ｇａ４を使用することによって、鮮やかに見せたい物が鮮やかに見えているかということを正確に評価することができる。
図５を見ると、比較例と実施例とで光束比が近似しているのは、比較例Ｓ２と実施例Ｓ７の組である。光束比が近似しているということは、光吸収材による発光効率の低下の程度が近似していることを意味する。
比較例Ｓ２では、平均演色評価数Ｒａが８１．６、色域面積比Ｇａが９９．６、目立ち指数Ｍが１１９．０、特殊演色評価数Ｒ９が５４．３、特殊演色評価数Ｒ１５が８５．０、色域面積比Ｇａ４が１０２．１である。
実施例Ｓ７では、平均演色評価数Ｒａが８７．５、色域面積比Ｇａが１０３．５、目立ち指数Ｍが１２４．０、特殊演色評価数Ｒ９が５１．６、特殊演色評価数Ｒ１５が９１．３、色域面積比Ｇａ４が１０３．１である。
これから、平均演色評価数Ｒａ、色域面積比Ｇａ、目立ち指数Ｍ、特殊演色評価数Ｒ１５、色域面積比Ｇａ４の５種類の指標において、実施例Ｓ７が比較例Ｓ２よりも優れていることが分かる。なお、特殊演色評価数Ｒ９では、実施例Ｓ７が比較例Ｓ２よりも劣っているが、これは、光束比が近似しているものの完全同一ではないことによるものと考えられる。実施例Ｓ７のネオジムガラス粒子の含有率をもう少し増やして実施例Ｓ７と比較例Ｓ２とで光束比を同じにすれば、特殊演色評価数Ｒ９でも実施例Ｓ７の数値が比較例Ｓ２の数値と同程度かそれ以上にまで高まると考えられる。
以上より、光吸収材としてネオジムガラス粒子を用いたほうが酸化ネオジム粒子を用いるよりも、発光効率の低下を抑制しつつ演色性を高められることが分かる。
なお、封止部材中のネオジムガラス粒子の含有率をＲ１、ネオジムガラス粒子中のネオジムの含有率（酸化物換算）をＲ２、封止部材中のネオジムの含有率（酸化物換算）をＲ３とすると、Ｒ３＝Ｒ１×Ｒ２×１００である。上記実験では、Ｒ１が５．０〜１０．０ｗｔ％、Ｒ２が７．９ｗｔ％なので、Ｒ３は０．４〜０．８ｗｔ％となる。原理的には、封止部材中のネオジムの含有率が同じであれば、同じ効果が得られると考えられる。したがって、封止部材中のネオジムの含有率が、酸化物換算で０．４〜０．８ｗｔ％であれば、発光効率の低下を抑制しつつ演色性を高めるという効果が得られる。
また、上記実験では、Ｒ２は７．９ｗｔ％であるが、前述のようにＲ２は２〜３２ｗｔ％の範囲内で任意に変更可能である。Ｒ２が２〜３２ｗｔ％であり、Ｒ３が０．４〜０．８ｗｔ％であることから逆算すると、封止部材中のネオジムガラス粒子の含有率Ｒ１は１．２５〜４０ｗｔ％の範囲で変更可能である。
また、上記実験では、Ｒ３は０．４〜０．８ｗｔ％であるが、製造誤差を考慮すると概ね、０．１〜１ｗｔ％であると言える。これから逆算すると、封止部材中のネオジムガラス粒子の含有率Ｒ１は、０．３〜５０ｗｔ％の範囲で変更可能であると言える。
（２）ネオジムガラス粒子とネオジムガラス板との比較
図６は、演色性を評価するための各種指標と光束比との関係を示す図であり、（ａ）は平均演色評価数Ｒａ、（ｂ）は特殊演色評価数Ｒ９、（ｃ）は特殊演色評価数Ｒ１５、（ｄ）は色域面積比Ｇａ４を示す。図７は、図６のグラフの基となるデータを示す。なお、図７において、Ｔｃは相関色温度であり、ｄｕｖは偏差である。
図６を見ると、平均演色評価数Ｒａ、特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１５、色域面積比Ｇａ４の何れにおいても、ネオジムガラス粒子のデータを結ぶ線がネオジムガラス板のデータを結ぶ線よりも光束比が高い側にあることが分かる。これは、ネオジムガラス粒子のほうがネオジムガラス板に比べて、同じ発光効率でも演色性が高いことを意味する。
さらに、平均演色評価数Ｒａ、特殊演色評価数Ｒ９、色域面積比Ｇａ４では、ネオジムガラス粒子のデータを結ぶ線の傾きがネオジムガラス板のデータを結ぶ線の傾きよりも大きいことが分かる。これは、ネオジムガラス粒子のほうがネオジムガラス板に比べて、発光効率を少し低下させるだけでも演色性を大きく高められることを意味する。
以上より、光吸収材としてネオジムガラス粒子を用いたほうがネオジムガラス板を用いるよりも、発光効率の低下を抑制しつつ演色性を高められることが分かる。
なお、ネオジムガラス粒子とネオジムガラス板とでは、材質は同じであり、単に外観形状が異なるだけである。このように外観形状を異ならせるだけで上記の効果が得られるというのは、本発明者らが実際に実験をしてみて初めて判明したことである。
図８に、ネオジムガラス粒子の吸収係数の測定結果、ネオジムガラス板の吸収係数の測定結果、および、これらの吸収係数比の計算結果を示す。吸収係数比は、ネオジムガラス板の吸収係数をネオジムガラス粒子の吸収係数で割って得られた値である。
吸収係数に着目すると、ネオジムガラス粒子の吸収ピークの波長域は、ネオジムガラス板の吸収ピークの波長域よりも短波長側にある。このように、吸収ピークが短波長側にシフトすることにより、純粋な黄色の波長域の光を吸収することができる。そのため、ＬＥＤランプの演色性を高められると考えられる。
また、吸収係数比に着目すると、吸収ピークが存在する波長域（Ａ３参照）では吸収係数比が１〜２程度であるのに対し、それよりも短波長側（Ａ４参照）および長波長側（Ａ５参照）では吸収係数比が２〜４程度である。すなわち、ネオジムガラス粒子は、ネオジムガラス板に比べて、吸収ピークが存在する波長域以外の波長域での吸収率が相対的に小さいと言える。したがって、ネオジムガラス粒子は、ネオジムガラス板に比べて、吸収ピークが存在する波長域以外の波長域での無駄な光吸収が少なく、発光効率の低下を抑制することができる。
このように、同一材質のネオジムガラスでも粒子状と板状とで吸収の効果が異なるのは、光学経路の違いによるものと考えられる。板状の場合は、蛍光体粒子からの出射光が空気（屈折率ｎ＝１）を介してネオジムガラス板（屈折率ｎ＝１．７）に入射されるため、屈折率差が大きくガラス板への入射光率が低くなりやすい。一方、粒子状の場合は、蛍光体粒子からの出射光が封止部材（樹脂であれば屈折率ｎ＝１．４）を介してネオジムガラス粒子（屈折率ｎ＝１．７）に入射されるため、ネオジムガラス粒子への入射光率が高いと考えられる。
なお、封止部材にネオジムガラス粒子を錬成するのは、板状に比べて製造も容易である。
（昼白色）
実験で用いたＬＥＤモジュールの構成は、相関色温度が５２００Ｋ付近に設定されていること、および、蛍光体粒子に緑色ないし黄色蛍光体粒子のみが用いられていること以外は、電球色の場合と同様である。
図９は、比較例Ｓ１１〜Ｓ１４および実施例Ｓ１５〜Ｓ１７の分光スペクトルの測定結果である。図１０は、ＬＥＤモジュールの発光効率および演色性を評価するための各種指標の測定結果である。
図９を見ると、比較例と実施例とで光束比が近似しているのは、比較例Ｓ１２と実施例Ｓ１７の組である。
比較例Ｓ１２では、平均演色評価数Ｒａが７６．２、色域面積比Ｇａ９２．５が、目立ち指数Ｍが９５．９、特殊演色評価数Ｒ９が３９．７、特殊演色評価数Ｒ１５が７９．５、色域面積比Ｇａ４が９７．３である。
実施例Ｓ１７では、平均演色評価数Ｒａが８６．５、色域面積比Ｇａが９８．６、目立ち指数Ｍが１０２．６、特殊演色評価数Ｒ９が５７．０、特殊演色評価数Ｒ１５が９１．４、色域面積比Ｇａ４が１０１．３である。
これから、平均演色評価数Ｒａ、色域面積比Ｇａ、目立ち指数Ｍ、特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１５、色域面積比Ｇａ４の全ての指標において、実施例Ｓ１７が比較例Ｓ１２よりも優れていることが分かる。
以上より、光吸収材としてネオジムガラス粒子を用いたほうが酸化ネオジム粒子を用いるよりも、発光効率の低下を抑制しつつ演色性を高められることが分かる。
＜変形例＞
（１）実施形態では、ＬＥＤモジュールの構成を開示しているが、本発明は、これに限らず、以下のような変形例が考えられる。
図１１は、ＬＥＤモジュールの構成に関する変形例を示す図である。
ＬＥＤモジュール５ａでは、内面に反射面を持つ環状の反射部材１７が回路基板１１上に配置されている。この構成により、拡散によりサイド方向に向った光が反射面で正面に向けて反射される。したがって、ＬＥＤランプの正面での照度を高めることができる。
ＬＥＤモジュール５ｂでは、封止部材１３が内層１３ａと外層１３ｂとで構成され、内層１３ａの内部に緑色ないし黄色蛍光体粒子１４および赤色蛍光体粒子１５が分散され、外層１３ｂの内部にネオジムガラス粒子１６が分散されている。ネオジムガラス粒子１６の吸収ピークは、青色ＬＥＤ１２の出射光の波長域ではなく、蛍光体粒子の出射光の波長域に存在する。そのため、ネオジムガラス粒子１６は、蛍光体粒子の出射光が通過するところに配置されていればよく、蛍光体粒子の出射光があまり通過しないところに配置しても無駄になるだけである。上記構成によれば、ネオジムガラス粒子１６を無駄なく配置することができる。
ＬＥＤモジュール５ｃは、ＬＥＤモジュール５ａと５ｂの組み合わせである。
（２）実施形態では、ＬＥＤランプの構成を開示しているが、本発明は、これに限らず、青色ＬＥＤの出射光が照射される位置に蛍光体粒子が存在し、蛍光体粒子の出射光が照射される位置にネオジムガラス粒子が存在すれば、どのような構成でも構わない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
図１２、１３、１４は、ＬＥＤランプの構成に関する変形例を示す図である。
ＬＥＤランプ１ａでは、ＬＥＤモジュール５ｄの封止部材１３の内部に緑色ないし黄色蛍光体粒子１４および赤色蛍光体粒子１５が分散され、グローブ６ａの透光性の基材１８の内部にネオジムガラス粒子１６が分散されたものである。
ＬＥＤランプ１ｂでは、グローブ６ｂの透光性の基材１８の内面にネオジムガラス粒子１６が付着されている。グローブ６ｂの製造方法としては、次のようなものが考えられる。
基材１８がアクリル系などの樹脂の場合、基材１８を錬成で成型し（溶融温度：３００℃程度）、その樹脂が溶ける溶液中にネオジムガラス粒子１６を分散させて塗布する。これにより、基材１８の表面の一部が溶液により溶け、ネオジムガラス粒子１６がめり込んだ状態で固化する。あるいは、基材１８を成型し、その樹脂と同じ樹脂をバインダとしてネオジムガラス粒子１６を塗布する。
基材１８がガラスの場合、基材１８を錬成で成型し（溶融温度：６００℃以下の低温成形）、ネオジムガラス粒子１６を溶射して、基材１８の表面に溶着させる。
ＬＥＤランプ１ｃでは、グローブ６ｃの透光性の基材１８の外面にネオジムガラス粒子１６が付着されている。
ＬＥＤランプ１ｄでは、ＬＥＤモジュール５ｅの封止部材１３の内部には蛍光体粒子もネオジムガラス粒子も分散されておらず、グローブ６ｄの透光性の基材１８の内部に緑色ないし黄色蛍光体粒子１４、赤色蛍光体粒子１５およびネオジムガラス粒子１６が分散されたものである。
ＬＥＤランプ１ｅでは、グローブ６ｅの透光性の基材１８の内面に緑色ないし黄色蛍光体粒子１４、赤色蛍光体粒子１５が付着され、基材１８の内部にネオジムガラス粒子１６が分散されている。蛍光体粒子もネオジムガラス粒子と同様の手順により付着させることができる。
ＬＥＤランプ１ｆでは、グローブ６ｆの透光性の基材１８の内面に緑色ないし黄色蛍光体粒子１４、赤色蛍光体粒子１５およびネオジムガラス粒子１６が付着されている。
また、封止部材およびグローブ以外の別の部材に蛍光体粒子およびネオジムガラス粒子を分散させることとしてもよい。
（３）実施形態では、ＬＥＤランプはいわゆる電球形を開示しているが、本発明は、これに限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
図１５は、ＬＥＤランプの構造に関する変形例を示す図である。ＬＥＤランプ１ｇは、直管形の蛍光ランプに代替するものである。直管形のガラス管７の内部にＬＥＤモジュール５が並べられて配置されている。ガラス管７の両端には、ＬＥＤモジュール５に供給される電力を受け付ける口金８が備えられている。
（４）実施形態では、ＬＥＤランプのみを開示しているが、照明器具と組み合わせて照明装置として利用できる。
図１６は、照明装置の構成を示す図である。照明装置２０は、ＬＥＤランプ１と照明器具２１とを備える。照明器具２１は、椀状の反射鏡２２とソケット２３を備える。ソケット２３には、ＬＥＤランプ１の口金３が螺合される。
本発明は、例えば、一般照明に利用可能である。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ ＬＥＤランプ
２ ボディ部
３ 口金
４ ボディ部の他端
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ ＬＥＤモジュール
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｆ グローブ
７ ガラス管
８ 口金
１１ 回路基板
１２ 青色ＬＥＤ
１３ 封止部材
１３ａ 内層
１３ｂ 外層
１４ 緑色ないし黄色蛍光体粒子
１５ 赤色蛍光体粒子
１６ ネオジムガラス粒子
１７ 反射部材
１８ 基材
２０ 照明装置
２１ 照明器具
２２ 反射鏡
２３ ソケット

Claims (19)

  1. 青色ＬＥＤと、
    前記青色ＬＥＤの出射光により励起される、少なくとも１種類の蛍光体粒子と、
    前記少なくとも１種類の蛍光体粒子の出射光のうち特定の波長域の光を吸収する、ネオジムイオンを含むネオジムガラス粒子と、
    を含むことを特徴とするＬＥＤモジュール。
  2. さらに、前記青色ＬＥＤを封止する透光性の封止部材を含み、
    前記ネオジムガラス粒子が前記封止部材の内部に分散されていること
    を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
  3. さらに、前記少なくとも１種類の蛍光体粒子が前記封止部材の内部に分散されていること
    を特徴とする請求項２に記載のＬＥＤモジュール。
  4. 前記封止部材中のネオジムガラス粒子の含有率が、０．３〜５０ｗｔ％であること
    を特徴とする請求項３に記載のＬＥＤモジュール。
  5. 前記ネオジムガラス粒子中のネオジムの含有率が、酸化物換算で２〜３２ｗｔ％であること
    を特徴とする請求項４に記載のＬＥＤモジュール。
  6. 前記ネオジムガラス粒子の粒径が、１０〜２００μｍであること
    を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
  7. 前記少なくとも１種類の蛍光体粒子が、黄色光を出射する蛍光体粒子を含むこと
    を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
  8. 前記少なくとも１種類の蛍光体粒子が、緑色光ないし黄色光を出射する蛍光体粒子と、赤色光を出射する蛍光体粒子とを含むこと
    を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
  9. さらに、前記青色ＬＥＤを封止する透光性の封止部材を含み、
    前記ネオジムガラス粒子が前記封止部材の内部に分散されており、
    前記封止部材は、オルトケイ酸テトラエチルを含むアルコキシド類のシリカに、ネオジムガラス粒子が添加されて作製されていること
    を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
  10. さらに、前記青色ＬＥＤを封止する透光性の封止部材を含み、
    前記ネオジムガラス粒子と前記少なくとも１種類の蛍光体粒子が前記封止部材の内部に分散されており、
    前記封止部材をゾルゲル法によって作製することにより、前記ネオジムガラス粒子と前記少なくとも１種類の蛍光体粒子とをともにこの封止部材の中に混合せしめること
    を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
  11. 青色ＬＥＤと、
    前記青色ＬＥＤの出射光により励起される、少なくとも１種類の蛍光体粒子と、
    前記少なくとも１種類の蛍光体粒子の出射光のうち特定の波長域の光を吸収する、ネオジムイオンを含むネオジムガラス粒子と、
    を含むことを特徴とするＬＥＤランプ。
  12. さらに、前記青色ＬＥＤを覆う透光性のグローブを含み、
    前記ネオジムガラス粒子が前記グローブの外面もしくは内面に付着されている、または、前記グローブの内部に分散されていること
    を特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤランプ。
  13. さらに、前記少なくとも１種類の蛍光体粒子が前記グローブの外面もしくは内面に付着されている、または、前記グローブの内部に分散されていること
    を特徴とする請求項１２に記載のＬＥＤランプ。
  14. 前記グローブ内のネオジムガラス粒子の含有率が、０．３〜５０ｗｔ％であること
    を特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤランプ。
  15. 前記ネオジムガラス粒子中のネオジムの含有率が、酸化物換算で２〜３２ｗｔ％であること
    を特徴とする請求項１４に記載のＬＥＤランプ。
  16. 前記ネオジムガラス粒子の粒径が、１０〜２００μｍであること
    を特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤランプ。
  17. 前記少なくとも１種類の蛍光体粒子が、黄色光を出射する蛍光体粒子を含むこと
    を特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤランプ。
  18. 前記少なくとも１種類の蛍光体粒子が、緑色光ないし黄色光を出射する蛍光体粒子と、赤色光を出射する蛍光体粒子とを含むこと
    を特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤランプ。
  19. 請求項１１に記載のＬＥＤランプと照明器具とを備えた照明装置。
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