JP5300935B2 - Ｌｅｄ電球 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態はＬＥＤ電球に関する。
発光ダイオード（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発光型のＬＥＤランプは、白熱電球の代替品として注目されており、その開発が急速に進められている。ＬＥＤランプを適用した電球（以下、ＬＥＤ電球と記す）としては、例えば電球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ものが知られている。
従来のＬＥＤ電球においては、青色発光のＬＥＤチップ（青色ＬＥＤ）と、青色ＬＥＤから出射された青色光を吸収して黄色光を発光する黄色蛍光体（ＹＡＧ蛍光体等）との組合せが適用されており、青色ＬＥＤから出射された青色光とそれを吸収して黄色蛍光体が発光する黄色光との混色により白色光を得ている。青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球は、明るさを確保しやすいというような特徴を有する。しかしながら、青色ＬＥＤからの青色光と黄色蛍光体からの黄色光との混色に基づく白色光は、平均演色評価数（Ｒａ）等で評価される演色性に劣るという難点を有する。
従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球は、光の分布が青色成分と黄色成分とに偏っており、赤色成分の光が不足しているため、ＬＥＤ電球からの光で物体を見たときの反射光が太陽光の下で見る自然色とは異なるという難点を有している。また、従来のＬＥＤ電球では、青色ＬＥＤから出射された光が白色光の生成に使用されるため、電球全体の輝度を均一化することが難しく、これにより電球のぎらつきや局所的なまぶしさ、いわゆるグレアを低減することが困難であるという難点を有する。加えて、青色ＬＥＤから出射された青色光は直進性が強く、水平方向に進んだ光はそのまま直進して周囲に広がらないため、いわゆる配光角を十分に大きくすることができないという難点がある。
本発明の目的は、演色性の向上とグレアの低減とを実現すると共に、配光角を大きくすることを可能にしたＬＥＤ電球を提供することにある。
実施形態のＬＥＤ電球は、ＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールが設置された基体部と、ＬＥＤモジュールを覆うように基体部に取り付けられ、基板の表面と平行な方向への断面が円形のグローブとを具備する。ＬＥＤモジュールは、基板上に実装され、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の紫外乃至紫色発光を示すＬＥＤチップを備える。基体部には、ＬＥＤチップを点灯させる点灯回路と、点灯回路と電気的に接続された口金とが設けられている。グローブの内面には、ＬＥＤチップから出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜であって、発光ピーク波長が４３０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下である青色蛍光体、発光ピーク波長が４９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下である緑色乃至黄色蛍光体、及び発光ピーク波長が５８０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下である赤色蛍光体を含む蛍光膜が、ＬＥＤチップから離間させて設けられている。グローブは、上記断面が最大の部分の直径より基体部への取り付け部の直径が小さく、かつ球体の中心を含む平面から下方の半球部の一部を上記中心を含む平面と平行に切り取り、この切り取り後の端部を取り付け部としたドーム型形状を有する。さらに、グローブは取り付け部の直径をＤ1、上記断面が最大の部分の直径をＤ2としたとき、Ｄ2／Ｄ1が１．０７〜１．６１の範囲の形状を有する。
以下、実施形態のＬＥＤ電球について、図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態によるＬＥＤ電球を示す図、図２は第２の実施形態によるＬＥＤ電球を示す図、図３は第３の実施形態によるＬＥＤ電球を示す図、図４は第４の実施形態によるＬＥＤ電球を示す図である。これらの図に示すＬＥＤ電球１は、ＬＥＤモジュール２と、ＬＥＤモジュール２が設置された基体部３と、ＬＥＤモジュール２を覆うように基体部３上に取り付けられたグローブ４と、基体部３の下端部に絶縁部材５を介して取り付けられた口金６と、基体部３内に設けられた点灯回路（図示せず）とを具備する。
ＬＥＤモジュール２は、基板７の表面７ａに実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を備えている。基板７上には複数のＬＥＤチップ８が面実装されている。紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８には、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の発光ダイオードが用いられる。基板７の表面７ａ（さらに必要に応じて内部）には、配線網（図示せず）が設けられており、ＬＥＤチップ８の電極は基板７の配線網と電気的に接続されている。ＬＥＤモジュール２の側面もしくは底面には、図示を省略した配線が引き出されており、この配線が基体部３内に設けられた点灯回路（図示せず）と電気的に接続されている。ＬＥＤチップ８は、点灯回路を介して印加される直流電圧により点灯する。
グローブ４の内面には、ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜９が設けられている。ＬＥＤ電球１の発光色は、ＬＥＤチップ８の発光波長と蛍光膜９を構成する蛍光体との組合せにより決定される。紫外乃至紫色光のＬＥＤチップ８と組合せて白色光を得るにあたって、蛍光膜９は青色蛍光体、緑色乃至黄色蛍光体、及び赤色蛍光体を含有する混合蛍光体（ＢＧＲ又はＢＹＲ蛍光体）で構成することが好ましい。混合蛍光体は、さらに青緑色蛍光体及び深赤色蛍光体から選ばれる少なくとも１種の蛍光体を含有していてもよい。蛍光膜９はそれからの発光のみ（ＬＥＤチップ８から出射された光を含まない）で白色光を得ることが可能な混合蛍光体を含んでいる。
上記したＢＧＲ又はＢＹＲ蛍光体を構成する各蛍光体、また必要に応じて添加される青緑色蛍光体や深赤色蛍光体としては、ＬＥＤチップ８からの紫外乃至紫色光との組合せ、得られる白色光の色温度や演色性（平均演色評価数Ｒａ等）等の観点から、以下に示す蛍光体を使用することが好ましい。青色蛍光体としては、発光のピーク波長が４３０〜４６０ｎｍ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：（Ｓｒ1-x-y-zＢａxＣａyＥｕz）5（ＰＯ4）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）
一般式：（Ｓｒ1-x-y-zＢａxＣａyＥｕz）5（ＰＯ4）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）
緑色乃至黄色蛍光体としては、発光のピーク波長が４９０〜５８０ｎｍ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選ばれる少なくとも１種を使用することが好ましい。
一般式：（Ｂａ1-x-y-zＳｒxＣａyＥｕz）（Ｍｇ1-uＭｎu）Ａｌ10Ｏ17 …（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：（Ｓｒ1-x-y-z-uＢａxＭｇyＥｕzＭｎu）2ＳｉＯ4 …（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：ＲＥ3ＡxＡｌ5-x-yＢyＯ12：Ｃｅz …（４）
（式中、ＲＥはＹ、Ｌｕ、及びＧｄから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、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：Ｅｕx …（５）
（式中、ｘは０＜ｘ＜０．３を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ1-xＥｕx）αＳｉβＡｌγＯδＮω …（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）
（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：（Ｓｒ1-x-y-z-uＢａxＭｇyＥｕzＭｎu）2ＳｉＯ4 …（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：ＲＥ3ＡxＡｌ5-x-yＢyＯ12：Ｃｅz …（４）
（式中、ＲＥはＹ、Ｌｕ、及びＧｄから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、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：Ｅｕx …（５）
（式中、ｘは０＜ｘ＜０．３を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ1-xＥｕx）αＳｉβＡｌγＯδＮω …（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）
赤色蛍光体としては、発光のピーク波長が５８０〜６３０ｎｍ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選ばれる少なくとも１種を使用することが好ましい。
一般式：（Ｌａ1-x-yＥｕxＭy）2Ｏ2Ｓ …（７）
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、Ｓｂ、及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、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：（Ｙ1-x-yＥｕxＢｉy）2Ｏ3 …（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：（Ｃａ1-x-yＳｒxＥｕy）ＳｉＡｌＮ3 …（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：（Ｓｒ1-xＥｕx）αＳｉβＡｌγＯδＮω …（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）
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、Ｓｂ、及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、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：（Ｙ1-x-yＥｕxＢｉy）2Ｏ3 …（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：（Ｃａ1-x-yＳｒxＥｕy）ＳｉＡｌＮ3 …（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：（Ｓｒ1-xＥｕx）αＳｉβＡｌγＯδＮω …（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）
青緑色蛍光体としては、発光のピーク波長が４６０〜４９０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（１１）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を使用することが好ましい。
一般式：（Ｂａ1-x-y-z-uＳｒxＭｇyＥｕzＭｎu）2ＳｉＯ4 …（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）
一般式：（Ｂａ1-x-y-z-uＳｒxＭｇyＥｕzＭｎu）2ＳｉＯ4 …（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、発光のピーク波長が６３０〜７８０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、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を使用することが好ましい。
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ2・（Ｇｅ1-xＭｎx）Ｏ2 …（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）
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ2・（Ｇｅ1-xＭｎx）Ｏ2 …（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）
混合蛍光体を構成する各蛍光体の比率は、ＬＥＤ電球１の発光色等に応じて適宜に設定されるものであるが、例えば混合蛍光体は１０〜６０質量％の範囲の青色蛍光体、０〜１０質量％の範囲の青緑色蛍光体、１〜３０質量％の範囲の緑色乃至黄色蛍光体、３０〜９０質量％の範囲の赤色蛍光体、及び０〜３５質量％の範囲の深赤色蛍光体を含有することが好ましい。このような混合蛍光体によれば、相関色温度が６５００Ｋ〜２５００Ｋというような広範囲の白色光を同一蛍光種で得ることができる。
蛍光膜９は、例えば混合蛍光体の粉末をバインダ樹脂等と混合し、この混合物（例えばスラリー）をグローブ４の内面に塗布した後に加熱・硬化させることによって形成される。混合蛍光体粉末は平均粒子径（粒度分布の中位値（Ｄ50））が３〜５０μｍの範囲であることが好ましい。このような平均粒子径を有する混合蛍光体（蛍光体粒子）を使用することによって、ＬＥＤチップ８から出射される紫外乃至紫色光の吸収効率を高めることができ、ＬＥＤ電球１の輝度を向上させることが可能となる。
また、蛍光膜９の膜厚は８０〜８００μｍの範囲とすることが好ましい。蛍光膜９の励起源として紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を用いた場合、グローブ４からの紫外線の漏出を抑制することが好ましい。グローブ４から漏出した紫外線は、ＬＥＤ電球１の近傍や配置空間に存在する印刷物、食品、薬品、人体等に悪影響を及ぼすおそれがある。蛍光膜９の膜厚が８０μｍ未満の場合、紫外線の漏出量が多くなる。一方、蛍光膜９の膜厚が８００μｍを超えるとＬＥＤ電球１の明るさが低下する。膜厚が８０〜８００μｍの蛍光膜９によれば、グローブ４から漏出する紫外線量（紫外線のエネルギー量）を例えば０．３ｍＷ／ｎｍ／ｌｍ以下まで低減しつつ、ＬＥＤ電球１の明るさの低下を抑制することができる。蛍光膜９の膜厚は１５０〜６００μｍの範囲とすることがより好ましい。
この実施形態のＬＥＤ電球１における蛍光膜９は、従来の蛍光体粒子をＬＥＤチップの封止樹脂中に分散させたＬＥＤモジュールとは異なり、ＬＥＤチップ８から離間するようにグローブ４の内面に設けられている。ＬＥＤ電球１に印加された電気エネルギーは、ＬＥＤチップ８で紫外乃至紫色光に変換され、さらに蛍光膜９でより長波長の光に変換されて白色光として放出される。ＬＥＤ電球１から放出される白色光は、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、蛍光膜９の発光のみにより構成される。
ＬＥＤ電球１は、グローブ４の内面全体に設けられた蛍光膜９が発光するため、従来の蛍光体粒子を封止樹脂中に分散させたＬＥＤモジュールとは異なり、蛍光膜９全体を面発光させることができ、蛍光膜９から全方位に白色光が広がる。また、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、蛍光膜９からの発光のみで白色光を得ているため、局所的な輝度ムラ等を抑制することができる。これらによって、ぎらつきが無く、均一で柔らかい白色光が得られる。すなわち、ＬＥＤ電球１のグレアを従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球に比べて大幅に低減することが可能となる。
また、ＬＥＤ電球１の励起源として紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を使用した場合には、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、蛍光膜９を種々の蛍光体で構成することができる。すなわち、蛍光膜９の構成する蛍光体種の選択幅が広がるため、ＬＥＤ電球１から放出される白色光の演色性等を高めることができる。具体的には、相関色温度が６５００Ｋ以下で、平均演色評価数（Ｒａ）が８５以上の白色光を容易に得ることができる。このような白色光を得ることによって、白熱電球の代替品としてのＬＥＤ電球１の実用性等を向上させることが可能となる。
ＬＥＤチップ８は紫外乃至紫色発光タイプ（発光ピーク波長が３５０〜４３０ｎｍ）のＬＥＤであればよいが、特に発光ピーク波長が３７０〜４１５ｎｍの範囲であると共に、発光スペクトルの半値幅が１０〜１５ｎｍのＬＥＤチップ８を使用することが好ましい。このようなＬＥＤチップ８と上述した混合蛍光体（ＢＧＲ又はＢＹＲ蛍光体、さらに必要に応じて青緑色蛍光体や深赤色蛍光体を加えた混合蛍光体）で構成した蛍光膜９とを組合せて使用した場合、相関色温度（発光色）についてはＬＥＤチップ８の出力バラツキにかかわらず安定した白色光を得ることができ、ＬＥＤ電球１の歩留りを高めることが可能となる。従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組合せは、ＬＥＤチップの出力バラツキが直接相関色温度（発光色）に影響するため、ＬＥＤ電球の歩留りが低下しやすい。
基板７上に面実装された複数のＬＥＤチップ８は、透明樹脂層１０で覆われていることが好ましい。すなわち、ＬＥＤモジュール２は、基板７上に面実装された複数のＬＥＤチップ８と、複数のＬＥＤチップ８を覆うように基板７上に設けられた透明樹脂層１０とを備えていることが好ましい。透明樹脂層１０には、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が用いられ、特に耐紫外線性に優れるシリコーン樹脂を使用することが好ましい。このように、複数のＬＥＤチップ８を透明樹脂層１０で覆うことによって、各ＬＥＤチップ８から出射された光が互いに伝播し、グレアの一因となる局所的な光の強弱が緩和されると共に、光の取出し効率を高めることができる。
グローブ４は可視光の透過率が８０％以上の透明又は白色系の体色を有する材料、例えばガラスや樹脂で形成することが好ましい。これによって、蛍光膜９から発光された白色光を電球外部に効率よく取り出すことができる。グローブ４は、例えば図１に示すようにドーム型形状を有している。図１に示すドーム型形状は、基板７の表面７ａと平行な方向への断面（第１の断面）が円形であると共に、第１の断面が最大の部分の直径Ｄ2より基体部３への取り付け部４ａの直径Ｄ1が小さい形状を有している。図１に示すグローブ４は、球体の中心を含む平面（大円を含む面／中心面）から下方の半球部の一部を中心面と平行に切り取り、この切り取り後の端部を取り付け部４ａとした形状を有している。
このような形状を有するグローブ４の内面に白色発光する蛍光膜９を設けることによって、ＬＥＤ電球１の配光角を大きくすることができ、加えて蛍光膜９の温度上昇等に起因する経時的な輝度低下を抑制することができる。ここで、配光角とは電球の周囲への光の広がりを示すものであり、配光角が小さいと電球直下の輝度が高くても電球全体として明るさが不足しているように感じられるものである。この実施形態における配光角は、電球の中心輝度に対して輝度が１／２になる角度を左右両側に求め、両者の角度を合計したものである。左右対称の場合には、片側角度の２倍の値となる。
従来の蛍光体を含有する樹脂層でＬＥＤチップを覆った電球構造においては、ＬＥＤチップから放射されたエネルギーが樹脂層中の蛍光体で可視光に変換され、この可視光が樹脂層から様々な方向に拡散することになる。ただし、ＬＥＤチップが実装された基板の表面と水平に進んだ光はそのまま直進することになるため、基板の裏側（基板より下方）には光が広がりにくい。このため、図５（ｂ）に示すように、蛍光体を含有する樹脂層でＬＥＤチップを覆ったＬＥＤ電球の配光角は１２０度程度である。
また、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体等とを組合せたＬＥＤ電球において、黄色蛍光体等からなる蛍光膜をグローブの内面に形成した場合、蛍光膜からの発光が周囲に拡散するため、蛍光体を含有する樹脂層でＬＥＤチップを覆ったＬＥＤ電球より配光角が大きくなる。しかしながら、白色光の一部を構成する青色ＬＥＤから放射された光は直進性が高く、その状態でグローブを透過して外部に放出されるため、やはり基板の裏側（基板より下方）には広がりにくい。従って、ＬＥＤ電球の配光角の改善には限界がある。
これらに対して、実施形態のＬＥＤ電球１はグローブ４の内面に設けられた蛍光膜９全体を面発光させ、この蛍光膜９からの発光のみで白色光を得ているため、蛍光膜９から全方位に白色光が広がることになる。すなわち、白色光を構成する発光成分の全てをグローブ４の内側で発光させ、蛍光膜９の全面から周囲に白色光を拡散させているため、電球背面への白色光自体の広がりが大きくなる。
さらに、グローブ４は第１の断面が最大部分の直径Ｄ2より基体部３への取り付け部４ａの直径Ｄ1が小さい形状を有している。すなわち、グローブ４は取り付け部４ａに向けてしぼった形状を有しているため、背面方向への白色光の広がりがより大きくなる。従って、図５（ａ）に示すように、ＬＥＤ電球１の白色光の配光角を大きくすることが可能となる。この実施形態のＬＥＤ電球１によれば、配光角を例えば１８０度以上とすることができ、さらには２００度以上とすることができる。
ＬＥＤ電球１の配光角を向上させる上で、図２に示すドーム型形状を有するグローブ４がさらに有効である。図２に示すグローブ４は、半球状のドーム部１１と、ドーム部１１と基体部３への取り付け部４ａとを繋ぐしぼり部１２とを有している。しぼり部１２は基板７の表面７ａに垂直な方向への断面（図２に示す断面／第２の断面）が直線状の形状を有しており、これによりグローブ４の形状をより大きくしぼることができると共に、グローブ４の一部を背面方向に向けることが可能となる。
このようなドーム部１１としぼり部１２とを有するグローブ４によれば、グローブ４の全体形状の増大を抑制した上で、ドーム部１１の基体部３からの突出量（オーバーハング量）を大きくすると共に、グローブ４の内面に形成される蛍光膜９の一部をより効果的に背面方向に向けることができる。これによって、ＬＥＤ電球１から放出される白色光の配光角を効果的に大きくすることが可能となる。
図２に示すグローブ４は、取り付け部４ａの直径Ｄ1に対するドーム部１１の最大直径（第１の断面における最大部分の直径）Ｄ2の比（Ｄ2／Ｄ1）が１．０７〜１．６１の範囲で、かつ最大直径Ｄ2と取り付け部４ａの直径Ｄ1の差（Ｄ2−Ｄ1）に対するしぼり部１２の高さＨの比（Ｈ／（Ｄ2−Ｄ1））が０．１４７〜３．１２５の範囲の形状を有することがより好ましい。このような形状を有するグローブ４を適用することで、ＬＥＤ電球１から放出される白色光の配光角をより効率よく大きくすることができる。
Ｄ2／Ｄ1比が１．０７未満であると、しぼり部１２による配光角の拡大効果を十分に得ることができないおそれがある。一方、Ｄ2／Ｄ1比が１．６１を超えても、それ以上の効果の増加が期待できないだけでなく、ＬＥＤ電球１の全体形状が拡大して実用性が低下する。また、Ｈ／（Ｄ2−Ｄ1）比が０．１４７未満であると、白色光を背面方向へ効果的に回り込ませることができず、配光角の拡大効果が低下するおそれがある。一方、Ｈ／（Ｄ2−Ｄ1）比が３．１２５を超えても、それ以上の効果の増加が期待できないだけでなく、ＬＥＤ電球１の全体形状が拡大して実用性が低下する。Ｄ2／Ｄ1比は１．０７〜１．４３の範囲であることがより好ましく、またＨ／（Ｄ2−Ｄ1）比は０．２９４〜１．７の範囲であることがより好ましい。
ドーム部１１やしぼり部１２の具体的な形状は、口金６の種類等に応じて適宜に選択することが好ましい。例えば、一般電球に用いられているＥ２６口金を有するＬＥＤ電球１の場合、最大直径Ｄ2は６０〜９０ｍｍの範囲とすることが好ましい。この際の取り付け部４ａの直径Ｄ1は４０〜８４ｍｍの範囲、またしぼり部１２の高さＨは５〜４５ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、小型電球に用いられているＥ１７口金等を有するＬＥＤ電球１の場合には、それに応じて同様な比率の形状を適用することが好ましい。
また、蛍光膜９の温度上昇等に起因する経時的な輝度低下に関して、従来の蛍光体含有の樹脂層でＬＥＤチップを覆った構造では、ＬＥＤ電球を連続点灯させた際にＬＥＤチップの温度上昇に基づいて蛍光体も温度上昇しやすい。このため、蛍光体の温度上昇による輝度劣化が生じやすい。これに対して、蛍光膜９をＬＥＤチップ８から離間するようにグローブ４の内面に設けることによって、ＬＥＤチップ８が温度上昇した場合においても蛍光膜９の温度上昇を抑制することができる。蛍光膜９とＬＥＤチップ８との間には十分な距離があるとき、例えば蛍光膜９の温度は６０℃前後までしか上昇しない。従って、ＬＥＤ電球１の点灯中の経時的な輝度低下を抑制することができる。
上述したグローブ４における最大部分の直径Ｄ2より基体部３への取り付け部４ａの直径Ｄ1が小さい形状は、図１や図２に示したドーム型形状に限られるものではない。例えば、図３に示すようなナス型形状や図４に示すような円筒型形状を有するグローブ４を適用することも可能である。図３に示すナス型形状のグローブ４は、ナス型形状に基づいて最大部分の直径Ｄ2より取り付け部４ａの直径Ｄ1が小さくなっている。図４に示す円筒型形状のグローブ４は、円筒部１３と取り付け部４ａとを繋ぐしぼり部１４を有しており、これにより最大部分の直径Ｄ2より取り付け部４ａの直径Ｄ1が小さくなっている。
この実施形態のＬＥＤ電球１は、例えば以下のようにして作製される。まず、蛍光体粉末を含む蛍光体スラリーを調製する。蛍光体スラリーは、例えば蛍光体粉末をシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等のバインダ樹脂やアルミナ、シリカ等の充填材と混合して調製される。蛍光体とバインダ樹脂との混合比は、蛍光体の種類や粒子径により適宜に選択されるが、例えば蛍光体を１００質量部としたとき、バインタ樹脂を２０〜１０００質量部の範囲とすることが好ましい。蛍光体の種類、平均粒子径、混合比等は目的とする白色光に応じて、前述した条件範囲から適宜に設定することが好ましい。
次に、グローブ４の内面に蛍光体スラリーを塗布する。蛍光体スラリーの塗布は、例えばスプレー法やディップ法、あるいはグローブ４を回転させる方法等により実施され、グローブ４の内面に均一に塗布する。次いで、蛍光体スラリーの塗布膜をドライヤやオーブン等の加熱装置を用いて加熱乾燥させることによって、グローブ４の内面に蛍光膜９を形成する。この後、ＬＥＤモジュール２や口金６等を設置した基体部３に、蛍光膜９を有するグローブ４を取り付けることによって、目的とするＬＥＤ電球１を作製する。
次に、具体的な実施例及びその評価結果について述べる。
（実施例１）
まず、青色蛍光体として平均粒子径が４０μｍのＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ0.604Ｂａ0.394Ｅｕ0.002）5（ＰＯ4）3Ｃｌ）蛍光体と、緑色乃至黄色蛍光体として平均粒子径が１７μｍのＥｕ及びＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩（（Ｓｒ0.675Ｂａ0.25Ｍｇ0.0235Ｅｕ0.05Ｍｎ0.0015）2ＳｉＯ4）蛍光体と、赤色蛍光体として平均粒子径が４５μｍのＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ0.9Ｅｕ0.1）2Ｏ2Ｓ）蛍光体を用意した。これらの蛍光体を青色蛍光体と緑色乃至黄色蛍光体と赤色蛍光体の比率が質量比で１７．６：４．１：７８．３となるように混合して混合蛍光体（ＢＧＲ蛍光体）を調製した。
まず、青色蛍光体として平均粒子径が４０μｍのＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ0.604Ｂａ0.394Ｅｕ0.002）5（ＰＯ4）3Ｃｌ）蛍光体と、緑色乃至黄色蛍光体として平均粒子径が１７μｍのＥｕ及びＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩（（Ｓｒ0.675Ｂａ0.25Ｍｇ0.0235Ｅｕ0.05Ｍｎ0.0015）2ＳｉＯ4）蛍光体と、赤色蛍光体として平均粒子径が４５μｍのＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ0.9Ｅｕ0.1）2Ｏ2Ｓ）蛍光体を用意した。これらの蛍光体を青色蛍光体と緑色乃至黄色蛍光体と赤色蛍光体の比率が質量比で１７．６：４．１：７８．３となるように混合して混合蛍光体（ＢＧＲ蛍光体）を調製した。
次いで、図１に形状を示したグローブを用意した。グローブは半透明で可視光の透過率が８８％のポリカーボネート樹脂からなり、厚さが約１ｍｍ、最大部分の直径Ｄ2が６３ｍｍ、基体部への取り付け部の直径Ｄ1が５９ｍｍのドーム型形状を有する。このようなグローブの内面に以下のようにして蛍光膜を形成した。まず、上記した混合蛍光体をバインダ樹脂としてのシリコーン樹脂に分散させて脱泡する。次に、グローブ内に所望の膜厚となる量の蛍光体スラリーを投入し、グローブの内面に均一に広がるように角度を変化させながらグローブを回転させる。次いで、赤外線ヒータやドライヤ等を用いて蛍光体スラリーが硬化し始めて塗布膜が流れなくなるまで加熱する。この後、オーブン等を用いて１００℃×５時間程度の条件で熱処理し、蛍光体スラリーの塗布膜を完全に硬化させる。
ＬＥＤモジュールは、発光ピーク波長が４０５ｎｍ、発光スペクトルの半値幅が１５ｎｍのＬＥＤチップを１１２個使用し、これらＬＥＤチップを基板上に面実装し、さらにシリコーン樹脂で被覆して構成したものである。また、基体部としてはＥ２６口金を有するものを用意した。これらの構成部品を用いてＬＥＤ電球を組み立てた。このようにして得たＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。
（実施例２〜２２）
図２に形状を示したグローブを複数用意した。これらグローブの具体的な形状、すなわち最大部分の直径Ｄ2、基体部への取り付け部の直径Ｄ1、しぼり部の高さＨは、それぞれ表１に示す通りである。このようなグローブを用いる以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を作製した。これらＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。
図２に形状を示したグローブを複数用意した。これらグローブの具体的な形状、すなわち最大部分の直径Ｄ2、基体部への取り付け部の直径Ｄ1、しぼり部の高さＨは、それぞれ表１に示す通りである。このようなグローブを用いる以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を作製した。これらＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。
（比較例１）
実施例２と同一形状のグローブを使用すると共に、青色発光のＬＥＤチップ（発光ピーク波長：４５０ｎｍ）を覆う樹脂層中にＣｅ付活希土類アルミン酸塩蛍光体（黄色蛍光体）を分散させる以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を作製した。グローブの内面には蛍光膜を形成していない。このＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。
実施例２と同一形状のグローブを使用すると共に、青色発光のＬＥＤチップ（発光ピーク波長：４５０ｎｍ）を覆う樹脂層中にＣｅ付活希土類アルミン酸塩蛍光体（黄色蛍光体）を分散させる以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を作製した。グローブの内面には蛍光膜を形成していない。このＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。
（比較例２〜５）
実施例２〜５と同一形状のグローブを使用すると共に、実施例１と同一のＬＥＤチップ（発光ピーク波長：４０５ｎｍ）を覆う樹脂層中に実施例１と同様な混合蛍光体を分散させる以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を作製した。グローブの内面には蛍光膜を形成していない。これらＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。
実施例２〜５と同一形状のグローブを使用すると共に、実施例１と同一のＬＥＤチップ（発光ピーク波長：４０５ｎｍ）を覆う樹脂層中に実施例１と同様な混合蛍光体を分散させる以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤ電球を作製した。グローブの内面には蛍光膜を形成していない。これらＬＥＤ電球を後述する特性評価に供した。
次に、実施例１〜２２及び比較例１〜５の各ＬＥＤ電球の配光角をコニカミノルタ社製照度計Ｔ−１０により測定した。また、各ＬＥＤ電球のグレアを目視により評価した。それらの測定・評価結果を表１に示す。グレアは○、△、×の三段階で相対的に評価した。各ＬＥＤ電球の点灯時に放出される白色光の相関色温度、明るさ、平均演色評価数Ｒａを測定したところ、各実施例によるＬＥＤ電球は相関色温度が２７００Ｋ、明るさが５０ｌ／Ｗ、平均演色評価数Ｒａが９４であったのに対し、比較例１によるＬＥＤ電球は相関色温度が５０００Ｋ、明るさが８９ｌ／Ｗ、平均演色評価数Ｒａが７０であった。
表１から明らかなように、実施例１〜２２によるＬＥＤ電球は配光角が大きく、またグレアも少ないことが分かる。特に、図２に示した形状を有するグローブを用いることによって、配光角をより効果的に大きくすることができる。一方、ＬＥＤチップを覆う樹脂層中に蛍光体を分散させた比較例１〜５のＬＥＤ電球は配光角が小さく、またグレアの低減も十分ではないことが分かる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…ＬＥＤ電球、２…ＬＥＤモジュール、３…基体部、４…グローブ、４ａ…取り付け部、６…口金、７…基板、８…ＬＥＤチップ、９…蛍光膜、１０…透明樹脂層、１１…ドーム部、１２…しぼり部。
Claims (11)
- 基板と、前記基板の表面に実装され、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の紫外乃至紫色発光を示すＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールと、
前記ＬＥＤモジュールが設置された基体部と、
前記ＬＥＤモジュールを覆うように前記基体部に取り付けられ、前記基板の表面と平行な方向への断面が円形のグローブと、
前記グローブの内面に前記ＬＥＤチップから離間させて設けられ、前記ＬＥＤチップから出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜であって、発光ピーク波長が４３０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下である青色蛍光体、発光ピーク波長が４９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下である緑色乃至黄色蛍光体、及び発光ピーク波長が５８０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下である赤色蛍光体を含む蛍光膜と、
前記基体部内に設けられ、前記ＬＥＤチップを点灯させる点灯回路と、
前記点灯回路と電気的に接続された口金とを具備し、
前記グローブは、前記断面が最大の部分の直径より前記基体部への取り付け部の直径が小さく、かつ球体の中心を含む平面から下方の半球部の一部を前記中心を含む平面と平行に切り取り、この切り取り後の端部を前記取り付け部としたドーム型形状を有し、
前記取り付け部の直径をＤ1、前記断面が最大の部分の直径をＤ2としたとき、前記グローブはＤ2／Ｄ1が１．０７〜１．６１の範囲の形状を有することを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項１記載のＬＥＤ電球において、
前記取り付け部の直径が４０ｍｍ以上８４ｍｍ以下の範囲であり、かつ前記断面が最大の部分の直径が６０ｍｍ以上９０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項１又は２記載のＬＥＤ電球において、
前記ＬＥＤ電球から放射される前記白色光の配光角が１８０度以上であることを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項１乃至３のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記グローブは、透明又は白色系の体色を有し、かつ可視光の透過率が８０％以上の材料からなることを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項１乃至４のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記グローブは、ガラス又はポリカーボネート樹脂からなることを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項１乃至５のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記紫外乃至紫色光は、発光ピーク波長が３７０ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の範囲であると共に、発光スペクトルの半値幅が１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲であることを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項１乃至６のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記ＬＥＤモジュールは、前記基板の表面に面実装された複数の前記ＬＥＤチップと、前記複数のＬＥＤチップを被覆するように前記基板の表面に設けられた透明樹脂層とを備えることを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項１乃至７のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記青色蛍光体は
一般式：（Ｓｒ1-x-y-zＢａxＣａyＥｕz）5（ＰＯ4）3・Ｃｌ
（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）
で表される組成を有するユーロピウム付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体であり、
前記緑色乃至黄色蛍光体は
一般式：（Ｂａ1-x-y-zＳｒxＣａyＥｕz）（Ｍｇ1-uＭｎu）Ａｌ10Ｏ17
（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）
で表される組成を有するユーロピウム及びマンガン付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体、
一般式：（Ｓｒ1-x-y-z-uＢａxＭｇyＥｕzＭｎu）2ＳｉＯ4
（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）
で表される組成を有するユーロピウム及びマンガン付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体、
一般式：ＲＥ3ＡxＡｌ5-x-yＢyＯ12：Ｃｅz
（式中、ＲＥはＹ、Ｌｕ、及びＧｄから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、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）
で表される組成を有するセリウム付活希土類アルミン酸塩蛍光体、
一般式：（Ｓｉ，Ａｌ）6（Ｏ，Ｎ）8：Ｅｕx
（式中、ｘは０＜ｘ＜０．３を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活サイアロン蛍光体、及び
一般式：（Ｓｒ1-xＥｕx）αＳｉβＡｌγＯδＮω
（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）
で表される組成を有するユーロピウム付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種であり、
前記赤色蛍光体は
一般式：（Ｌａ1-x-yＥｕxＭy）2Ｏ2Ｓ
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、Ｓｂ、及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘ及びｙは０．０８≦ｘ＜０．１６、０．０００００１≦ｙ＜０．００３を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体、
一般式：（Ｙ1-x-yＥｕxＢｉy）2Ｏ3
（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）
で表される組成を有するユーロピウム及びビスマス付活酸化イットリウム蛍光体、
一般式：（Ｃａ1-x-yＳｒxＥｕy）ＳｉＡｌＮ3
（式中、ｘ及びｙは０≦ｘ＜０．４、０＜ｙ＜０．５を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活カズン蛍光体、及び
一般式：（Ｓｒ1-xＥｕx）αＳｉβＡｌγＯδＮω
（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）
で表される組成を有するユーロピウム付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項１乃至８のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記蛍光膜は、さらに発光ピーク波長が４６０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下である青緑色蛍光体及び発光ピーク波長が６３０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下である深赤色蛍光体から選ばれる少なくとも１種の蛍光体を含むことを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項９記載のＬＥＤ電球において、
前記青緑色蛍光体は
一般式：（Ｂａ1-x-y-z-uＳｒxＭｇyＥｕzＭｎu）2ＳｉＯ4
（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）
で表される組成を有するユーロピウム及びマンガン付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体であり、
前記深赤色蛍光体は
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ2・（Ｇｅ1-xＭｎx）Ｏ2
（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）
で表される組成を有するマンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体であることを特徴とするＬＥＤ電球。 - 請求項１乃至１０のいずれか１項記載のＬＥＤ電球において、
前記白色光は、相関色温度が６５００Ｋ以下で、平均演色評価数（Ｒａ）が８５以上であることを特徴とするＬＥＤ電球。
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