JP5405355B2

JP5405355B2 - 白色照明装置

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Publication number: JP5405355B2
Application number: JP2010045341A
Authority: JP
Inventors: 昌彦山川; 康博白川
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2030-03-02
Also published as: JP2011181739A

Description

本発明は白色照明装置に関する。

発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電気エネルギーを紫外光や可視光の光に変換して放射する半導体発光素子であり、長寿命で信頼性が高く、光源として用いた場合に交換作業が軽減されるというような利点を有する。ＬＥＤチップを透明樹脂で封止したＬＥＤランプは、液晶表示装置のバックライト、信号装置、スイッチ類、車載用ランプ、一般照明器具等に利用されている

ＬＥＤランプから放射される光の色調に関しては、ＬＥＤチップの発光波長を選択したり、あるいはＬＥＤチップと種々の発光色を有する蛍光体とを組合せることによって、青色から赤色まで使用用途に応じた可視光領域の光を実現することができる。特に、白色発光型のＬＥＤランプ（白色ＬＥＤランプ）は、液晶表示装置のバックライトや車載用ランプ等に加えて、白熱電球や蛍光ランプ等を用いた照明器具の代替品として注目されており、白色照明器具として実用化が進められている。

白色ＬＥＤランプを照明器具として使用する場合には、輝度特性に加えて演色性が重要になる。さらに、照明用途では家屋等の屋内照明や店舗等の売場照明のような照明環境に応じて様々な色調（色温度）の白色光が求められる。屋内照明だけでも季節や各種のシーンに応じた色調の白色光が求められる。ただし、一般的な白色ＬＥＤランプでは特定の白色光しか得ることができない。このような点に対し、特許文献１には青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとで光源部を構成し、各ＬＥＤを独立して制御可能とした光源装置が記載されている。また、特許文献２には電球色ＬＥＤと昼白色ＬＥＤと昼光色ＬＥＤとで主光源を構成すると共に、青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとで補助光源を構成し、補助光源で主光源の発光色を補うようにした照明装置が記載されている。

特許文献１に記載された光源装置や特許文献２に記載された照明装置は調色機能を有し、使用目的や使用状況等に応じて光の色調を変化させることができる。しなしながら、特許文献１では青色、緑色、赤色の各光源として、それぞれＬＥＤを用いているため、各色の発光スペクトルがシャープとなり、平均演色評価数（Ｒａ）等で評価される演色性を十分に高めることができない。また、特許文献２においても主光源及び補助光源の各光源としてＬＥＤを用いているため、特許文献１と同様に演色性を十分に高めることが難しい。さらに、ＬＥＤは点灯時間の経過と共に発熱して輝度が低下しやすいため、点灯時間の経過に伴う色温度の変化が大きいという難点を有している。

特開２００８−０８５３２４号公報特開２００７−２９９５９０号公報

本発明の目的は、使用目的や使用状況等に応じて白色光の色調を変化させることを可能にした上で、白色光の演色性を高めると共に、点灯時間の経過に伴う色温度の変化を抑制することを可能にした白色照明装置を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る白色照明装置は、白色光を発光する白色照明装置であって、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第１の半導体発光素子と、前記第１の半導体発光素子からの光により励起されて電球色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える電球色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第２の半導体発光素子と、前記第２の半導体発光素子からの光により励起されて昼白色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える昼白色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第３の半導体発光素子と、前記第３の半導体発光素子からの光により励起されて昼光色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える昼光色発光部とから選ばれる少なくとも２つの白色発光部と、前記少なくとも２つの白色発光部の発光強度を制御し、前記白色光の色温度を変化させる調色部とを具備し、前記緑色蛍光体は、一般式：（Ｂａ _1-x-y-z Ｓｒ _x Ｃａ _y Ｅｕ _z ）（Ｍｇ _1-u Ｍｎ _u ）Ａｌ ₁₀ Ｏ ₁₇ （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ミン酸塩蛍光体と、一般式：（Ｓｒ _1-x-y-z-u Ｂａ _x Ｍｇ _y Ｅｕ _z Ｍｎ _u ） ₂ ＳｉＯ ₄ （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珪酸塩蛍光体とから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴としている。

本発明の第２の態様に係る白色照明装置は、白色光を発光する白色照明装置であって、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の第１の半導体発光素子と、前記第１の半導体発光素子からの光により励起されて電球色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える電球色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第２の半導体発光素子と、前記第２の半導体発光素子からの光により励起されて昼白色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える昼白色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第３の半導体発光素子と、前記第３の半導体発光素子からの光により励起されて昼光色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える昼光色発光部とから選ばれる少なくとも１つの白色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第４の半導体発光素子と、前記第４の半導体発光素子からの光により励起されて青色光を発光する青色蛍光体とを備える青色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第５の半導体発光素子と、前記第５の半導体発光素子からの光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体とを備える緑色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第６の半導体発光素子と、前記第６の半導体発光素子からの光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体とを備える赤色発光部とから選ばれる少なくとも１つの単色発光部と、前記単色発光部の発光強度と前記白色発光部の発光強度を制御し、前記白色光の色温度を変化させる調色部とを具備し、前記緑色蛍光体は、一般式：（Ｂａ _1-x-y-z Ｓｒ _x Ｃａ _y Ｅｕ _z ）（Ｍｇ _1-u Ｍｎ _u ）Ａｌ ₁₀ Ｏ ₁₇ （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ミン酸塩蛍光体と、一般式：（Ｓｒ _1-x-y-z-u Ｂａ _x Ｍｇ _y Ｅｕ _z Ｍｎ _u ） ₂ ＳｉＯ ₄ （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珪酸塩蛍光体とから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴としている。

本発明の第１の白色照明装置においては、白色発光部を構成する各発光部を半導体発光素子と青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とで構成しているため、白色光の色調変化を可能にした上で、白色光の演色性を高めることができると共に、点灯時間の経過に伴う色温度の変化を抑制することが可能となる。

また、本発明の第２の白色照明装置においては、白色発光部を構成する各発光部を半導体発光素子と青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とで構成し、かつ単色発光部を構成する各発光部を半導体発光素子と各色の蛍光体とで構成しているため、白色光の色調変化を可能にした上で、白色光の演色性を高めることができると共に、点灯時間の経過に伴う色温度の変化を抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施形態による白色照明装置を示す断面図である。図１に示す白色照明装置の変形例を示す断面図である。半導体発光素子と青色、緑色、及び赤色の蛍光体とで構成した白色照明装置の発光スペクトルを青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び赤色ＬＥＤで構成した白色照明装置の発光スペクトルと比較して示す図である。本発明の第２の実施形態による白色照明装置を示す断面図である。図４に示す白色照明装置の変形例を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による白色発光装置（白色照明装置）の構成を示す断面図である。同図に示す白色発光装置１は白色発光部として、電球色発光部１０と昼白色発光部２０と昼光色発光部３０とを備えている。これら白色発光部１０、２０、３０は、それぞれ発光ピーク波長が３５０〜４５０ｎｍの範囲の半導体発光素子１１、２１、３１と、半導体発光素子１１、２１、３１からの光により励起されて白色光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体（ＢＧＲ蛍光体）を含有する透明樹脂層１２、２２、３２とを備えている。

ＢＧＲ蛍光体の励起源（光源）となる半導体発光素子１１、２１、３１としては、紫外光、紫色光、青紫色光等を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）チップが用いられる。なお、各白色発光部１０、２０、３０の光源はＬＥＤチップに限られるものではなく、半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）チップであってもよい。各白色発光部１０、２０、３０の励起源には、発光波長のピーク値が３５０〜４５０ｎｍの範囲の発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子が用いられる。

励起源としてのＬＥＤチップには、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の各種の紫外発光ダイオード、紫色発光ダイオード、青紫色発光ダイオードが用いられる。ＬＥＤチップは３５０〜４５０ｎｍの範囲に発光波長のピーク値を有している。このようなＬＥＤチップを後述する蛍光体と組合せて用いることによって、高輝度でかつ演色性に優れた白色発光部を実現することができる。ＬＥＤチップやＬＤチップ（半導体発光素子１１、２１、３１）の発光ピーク波長は３７０〜４１０ｎｍの範囲であることがより好ましい。

半導体発光素子１１、２１、３１は、それぞれ配線基板２上に実装されている。図示を省略したが、半導体発光素子１１、２１、３１の下部電極は配線基板２の配線層と電気的及び機械的に接続されている。半導体発光素子１１、２１、３１の上部電極はボンディングワイヤ１３、２３、３３を介して配線基板２の配線層と電気的に接続されている。半導体発光素子１１、２１、３１は、それぞれ半球状等の透明樹脂層１２、２２、３２で覆われている。透明樹脂層１２、２２、３２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る。なお、半導体発光素子１１、２１、３１はリフレクタ内に配置されていてもよい。この場合、透明樹脂層はリフレクタ内に充填される。

半導体発光素子１１、２１、３１を覆う透明樹脂層１２、２２、３２は、それぞれ電球色発光部１０、昼白色発光部２０、昼光色発光部３０に応じた青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体（ＢＧＲ蛍光体）を含有している。電球色発光部１０の透明樹脂層１２は、電球色白光（色温度が２６００〜３１５０Ｋの白色光）に応じた混合比率のＢＧＲ蛍光体を含有している。昼白色発光部２０の透明樹脂層２２は、昼白色白光（色温度が４６００〜５４００Ｋの白色光）に応じた混合比率のＢＧＲ蛍光体を含有している。昼光色発光部３０の透明樹脂層３２は、昼光色白光（色温度が５７００〜７１００Ｋの白色光）に応じた混合比率のＢＧＲ蛍光体を含有している。

半導体発光素子１１、２１、３１に印加された電気エネルギーは、半導体発光素子１１、２１、３１で紫外光や青紫色光等に変換される。半導体発光素子１１、２１、３１から出射された光は、透明樹脂層１２、２２、３２中に分散されたＢＧＲ蛍光体でより長波長の光に変換される。ＢＧＲ蛍光体からの発光が混色されて放出されることによって、それぞれ所望の白色光が得られる。すなわち、電球色発光部１０は透明樹脂層１２に分散されたＢＧＲ蛍光体が半導体発光素子１１から出射される光により励起されて電球色白光（例えば色温度が２８００Ｋや３０００Ｋの白色光）を発光する。同様に、昼白色発光部２０は昼白色白光（例えば色温度が５０００Ｋの白色光）を発光し、昼光色発光部３０は昼光色白光（例えば色温度が６５００Ｋの白色光）を発光する。

白色発光装置１は、電球色発光部１０の半導体発光素子１１に供給する電力と昼白色発光部２０の半導体発光素子２１に供給する電力と昼光色発光部３０の半導体発光素子３１に供給する電力とを、それぞれ独立して制御する調色部（図示せず）を備えている。このような調色部で電球色発光部１０と昼白色発光部２０と昼光色発光部３０とから発光される白色光の発光強度を制御し、白色発光装置１から放出される白色光（各発光部１０、２０、３０から発光される各白色光の混色光）の色温度を調整することが可能とされている。すなわち、白色発光装置１は白色光の調色機能を有している。

この実施形態の白色発光装置１において、電球色発光部１０のみに電力を供給した場合には電球色白光が得られ、同様に昼白色発光部２０または昼光色発光部３０のみに電力を供給した場合には昼白色白光または昼光色白光が得られる。そして、電球色発光部１０、昼白色発光部２０、昼光色発光部３０に供給する電力を調整し、各発光部１０、２０、３０から発光される各白色光（電球色白光、昼白色白光、及び昼光色白光）の発光強度を制御することによって、所望の色温度の白色光を得ることができる。

なお、図１に示す白色発光装置１は電球色発光部１０、昼白色発光部２０、及び昼光色発光部３０を備えているが、これら発光部１０、２０、３０のうちの２つの発光部で白色発光装置を構成することも可能である。図２は電球色発光部１０と昼白色発光部２０（または昼光色発光部３０）とで構成した白色発光装置１を示している。白色発光装置１は昼白色発光部２０と昼光色発光部３０とで構成することも可能である。この実施形態の白色照明装置は電球色発光部１０、昼白色発光部２０、及び昼光色発光部３０から選ばれる少なくとも２つの白色発光部を備えていればよい。

第１の実施形態の白色発光装置１は、白色光の色温度を任意に調整（調色）することができるだけでなく、各発光部１０、２０、３０をそれぞれ半導体発光素子１１、２１、３１とＢＧＲ蛍光体とで構成しているため、白色発光装置１から発光される白色光の演色性を高めることができる。すなわち、各発光部１０、２０、３０から発光される白色光（電球色白光、昼白色白光、昼光色白光）は、それぞれＢＧＲ蛍光体からの発光に基づくために発光スペクトルがブロードであり、平均演色評価数（Ｒａ）等で評価される演色性に優れるものである。従って、白色発光装置１から発光される白色光（電球色白光、昼白色白光、及び昼光色白光の混色光）の演色性を高めることが可能となる。

図３は色温度が４０００Ｋの白色光の発光スペクトルを示している。スペクトル１は紫外発光ＬＥＤとＢＧＲ蛍光体とを組合せて構成した白色照明装置の発光スペクトルである。スペクトル２は青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとを組合せて構成した白色照明装置の発光スペクトルである。なお、各スペクトルはそれぞれのピーク波長の強度で標準化したものであり、絶対的な強度を比較するものではない。スペクトル２は青、緑、赤の各領域にピークを有しているのに対し、スペクトル１は全体がブロードであることが分かる。これは蛍光体自体の発光スペクトルがＬＥＤに比べてブロードであることに加えて、ＢＧＲ蛍光体の混色光であること等によるものである。

白色光の平均演色評価数（Ｒａ）は発光スペクトルの形状に基づくものであり、スペクトル１に示すようなブロードな発光スペクトルを有する白色光は、優れた平均演色評価数（Ｒａ）を有している。この実施形態の白色発光装置１から放出される白色光は、スペクトル１に示すような発光スペクトルを有する電球色白光、昼白色白光、及び昼光色白光の混色光であるため、優れた演色性を実現することができる。前述したように、家屋の屋内照明や店舗の売場照明等に用いられる照明器具では演色性が重要となる。従って、この実施形態の白色発光装置１は照明装置（器具）として優れた特性を有するものである。

さらに、第１の実施形態の白色発光装置１は、各発光部１０、２０、３０をそれぞれ半導体発光素子１１、２１、３１とＢＧＲ蛍光体とで構成しているため、任意の色温度の白色光の点灯時間の経過に伴う色温度の変化を抑制することができる。すなわち、ＬＥＤは点灯時間の経過に伴って発熱し、これにより輝度が低下する。同様に、蛍光体の温度も上昇して輝度（発光強度）が低下するが、ＬＥＤの輝度低下に比べて蛍光体の輝度低下の方が小さい。従って、ＬＥＤのみを組合せて構成した白色照明装置に比べて、各発光部１０、２０、３０を半導体発光素子１１、２１、３１とＢＧＲ蛍光体とで構成した白色発光装置１によれば、点灯時間の経過に伴う色温度の変化を抑制することが可能となる。

次に、電球色発光部１０、昼白色発光部２０、及び昼光色発光部３０を構成するＢＧＲ蛍光体について述べる。各蛍光体は発光ピーク波長が３５０〜４５０ｎｍの範囲の光で励起されて発光するものであれば限定されるものではないが、以下に示す青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体を使用することが好ましい。なお、各発光部１０、２０、３０は青、緑、赤以外の発光色の蛍光体を含んでいてもよい。

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、特に式（１）で表される組成を有するユーロピウム付活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-zＢａ_xＣａ_yＥｕ_z）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）
式（１）で表される組成を有する青色蛍光体は発光効率に優れ、さらに照明装置に適した青色光を得ることができる。

緑色蛍光体としては、発光のピーク波長が４９０〜５７５ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、特に式（２）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ミン酸塩蛍光体や式（３）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珪酸塩蛍光体を使用することが好ましい。
一般式：（Ｂａ_1-x-y-zＳｒ_xＣａ_yＥｕ_z）（Ｍｇ_1-uＭｎ_u）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：（Ｓｒ_1-x-y-z-uＢａ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）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）
式（２）や式（３）で表される組成を有する緑色蛍光体は発光効率や発光寿命に優れ、さらに照明装置に適した緑色光を得ることができる。

赤色蛍光体としては、発光のピーク波長が６２０〜７８０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、特に式（４）で表される組成を有するユーロピウム付活酸硫化物蛍光体や式（５）で表される組成を有するユーロピウム付活窒化物蛍光体を使用することが好ましい。
一般式：（Ｌａ_1-x-yＥｕ_xＭ_y）₂Ｏ₂Ｓ …（４）
（式中、ＭはＳｂ、Ｓｍ、Ｇａ、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０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ＜０．０３を満足する数である）
一般式：（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＥｕ_y）ＳｉＡｌＮ₃ …（５）
（式中、ｘ及びｙは０≦ｘ＜０．４、０＜ｙ＜０．５を満足する数である）
式（４）や式（５）で表される組成を有する赤色蛍光体は発光効率や発光寿命に優れ、さらに照明装置に適した赤色光を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。図４に示す白色発光装置（白色照明装置）４１は白色発光部４２と単色発光部４３とを具備している。白色発光部４２は電球色発光部１０と昼白色発光部２０と昼光色発光部３０とを備えている。これら白色発光部１０、２０、３０は、それぞれ第１の実施形態の白色発光装置１と同様な構成を有している。第２の実施形態の白色発光装置４１は、第１の実施形態の白色発光装置１と同様な構成を有する白色発光部４２（電球色発光部１０、昼白色発光部２０、及び昼光色発光部３０）に、単色発光部４３を加えて構成したものである。

単色発光部４３は青色発光部５０と緑色発光部６０と赤色発光部７０とを備えている。各発光部５０、６０、７０は、発光ピーク波長が３５０〜４５０ｎｍの範囲の半導体発光素子５１、６１、７１を有している。青色発光部５０は半導体発光素子５１からの光により励起されて青色光を発光する青色蛍光体を含有する透明樹脂層５２を有している。緑色発光部６０は半導体発光素子６１からの光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体を含有する透明樹脂層６２を有している。赤色発光部７０は半導体発光素子７１からの光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を含有する透明樹脂層７２を有している。

単色発光部４３を構成する青色発光部５０、緑色発光部６０、及び赤色発光部７０の構成は、透明樹脂層５２、６２、７２中に分散させる蛍光体がそれぞれ単色の蛍光体（青色、緑色、又は赤色の蛍光体）であることを除いて、白色発光部４２を構成する各発光部１０、２０、３０と同様な構成を有している。すなわち、半導体発光素子５１、６１、７１には、第１の実施形態と同様なにＬＥＤチップやＬＤチップが用いられる。半導体発光素子５１、６１、７１はそれぞれ配線基板２上に実装されており、それらの下部電極は配線基板２の配線層と電気的及び機械的に接続されていると共に、上部電極はボンディングワイヤ５３、６３、７３を介して配線基板２の配線層と電気的に接続されている。

半導体発光素子５１、６１、７１は、それぞれ半球状等の透明樹脂層５２、６２、７２で覆われている。透明樹脂層５２は青色蛍光体を含有している。透明樹脂層６２は緑色蛍光体を含有し、透明樹脂層７２は赤色蛍光体を含有している。各蛍光体には第１の実施形態と同様な蛍光体を使用することが好ましい。青色蛍光体は式（１）で表される組成を有するユーロピウム付活クロロ燐酸塩蛍光体であることが好ましい。緑色蛍光体は式（２）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ミン酸塩蛍光体や式（３）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珪酸塩蛍光体であることが好ましい。赤色蛍光体は式（４）で表される組成を有するユーロピウム付活酸硫化物蛍光体や式（５）で表される組成を有するユーロピウム付活窒化物蛍光体であることが好ましい。

白色発光装置４１は、白色発光部４２の半導体発光素子１１、２１、３１に供給する電力と単色発光部４３の半導体発光素子５１，６１、７１に供給する電力とを、それぞれ独立して制御する調色部（図示せず）を備えている。このような調色部で電球色発光部１０、昼白色発光部２０、及び昼光色発光部３０から発光される白色光の発光強度、さらに青色発光部５０、緑色発光部６０、及び赤色発光部７０から発光される各色光の発光強度を制御し、白色発光装置４１から放出される白色光（白色発光部４２から発光される白色光と単色発光部４３から発光される各色光との混色光）の色温度を調整することが可能とされている。すなわち、白色発光装置４１は白色光の調色機能を有している。

この実施形態の白色発光装置４１において、白色発光部４２のみに電力を供給した場合には、電球色白光、昼白色白光、昼光色白光、及びこれらの混色光が得られる。この点は第１の実施形態と同様である。さらに、白色発光部４２と単色発光部４３とに電力を供給した場合には、白色発光部４２からの白色光に単色発光部４３からの各色光を加えた白色光を得ることができる。そして、白色発光部４２及び単色発光部４３に供給する電力を調整し、各発光部１０、２０、３０、５０、６０、７０から発光される白色光や単色光の発光強度を制御することによって、所望の色温度の白色光を得ることができる。

なお、図４に示す白色発光装置４１は白色発光部４２が電球色発光部１０、昼白色発光部２０、及び昼光色発光部３０を備えているが、これら発光部１０、２０、３０のうちの１つ又は２つの発光部で白色発光部４２を構成することも可能である。図５は白色発光部４２を電球色発光部１０で構成した白色発光装置４１を示している。白色発光部４２は昼白色発光部２０又は昼光色発光部３０で構成してもよい。さらに、単色発光部４３に関しても、予め調色範囲が決められている場合には青色発光部５０、緑色発光部６０、及び赤色発光部７０のうちの１つ又は２つの発光部で構成してもよい。白色照明装置４１は、電球色発光部１０、昼白色発光部２０、及び昼光色発光部３０から選ばれる少なくとも１つの白色発光部４２と、青色発光部５０、緑色発光部６０、及び赤色発光部７０から選ばれる少なくとも１つの単色発光部４３とを備えていればよい。

第２の実施形態の白色発光装置４１は、各種の白色光に青色光、緑色光、赤色光、及びこれらの混色光を加えることができるため、実現可能な白色光の色温度範囲を広げることができる。すなわち、一般的な各種色温度の白色光に加えて、例えば赤味を帯びた白色光や青味を帯びた白色光等、各種色調の白色光を実現することができる。従って、白色発光装置４１の使用目的等に応じて様々な白色光を得ることができ、さらに使用状況等に応じて調色することが可能となる。そして、各発光部１０、２０、３０、５０、６０、７０をそれぞれ半導体発光素子１１、２１、３１、５１、６１、７１と蛍光体とで構成しているため、第１の実施形態と同様に、白色光の演色性を高めることができると共に、点灯時間の経過に伴う色温度の変化を抑制することが可能となる。

次に、本発明の具体的な実施例とその評価結果について述べる。

（実施例１）
まず、青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体として、ユーロピウム付活クロロ燐酸塩蛍光体（（Ｓｒ_0.6Ｂａ_0.3Ｅｕ_0.1）₅（ＰＯ₄）₃・Ｃｌ）、ユーロピウム及びマンガン付活アルミン酸塩蛍光体（（Ｂａ_0.8Ｓｒ_0.1Ｅｕ_0.1）（Ｍｇ_0.3Ｍｎ_0.7）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇）、ユーロピウム付活酸硫化物蛍光体（（Ｌａ_0.8Ｅｕ_0.2）₂Ｏ₂Ｓ）を用意した。これら各蛍光体を電球色発光部の発光色温度（２８００Ｋ）となるように混合して、電球色発光部用ＢＧＲ蛍光体を調製した。同様に、昼白色発光部（発光色温度：５０００Ｋ）用ＢＧＲ蛍光体と昼光色発光部（発光色温度：６７００Ｋ）用ＢＧＲ蛍光体を調製した。これらＢＧＲ蛍光体をそれぞれシリコーン樹脂中に分散させて蛍光体スラリーを作製した。

上記した各蛍光体スラリーを、図１に示したように配線基板上２に実装された半導体発光素子１１、２１、３１上にそれぞれ個別に滴下した後、熱処理を施してシリコーン樹脂を硬化させることによって、電球色発光部１０と昼白色発光部２０と昼光色発光部３０とを備える白色発光装置１を作製した。半導体発光素子１１、２１、３１には、発光ピーク波長が３９９ｎｍであるＬＥＤチップを使用した。

（実施例２）
実施例１と同様にして、電球色発光部用蛍光体スラリー、昼白色発光部用蛍光体スラリー、及び昼光色発光部用蛍光体スラリーを作製した。さらに、白色発光部の作製に用いた青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体を、それぞれ単独でシリコーン樹脂中に分散させることによって、青色発光部用蛍光体スラリー、緑色発光部用蛍光体スラリー、及び赤色発光部用蛍光体スラリーを作製した。

上記した各蛍光体スラリーを図４に示したように配線基板上２に実装された半導体発光素子１１、２１、３１、５１、６１、７１上にそれぞれ個別に滴下した後、熱処理を施してシリコーン樹脂を硬化させることによって、電球色発光部１０と昼白色発光部２０と昼光色発光部３０とを有する白色発光部４２と青色発光部５０と緑色発光部６０と赤色発光部７０とを有する単色発光部４３とを備える白色発光装置４１を作製した。半導体発光素子１１、２１、３１には、発光ピーク波長が３９９ｎｍであるＬＥＤチップを使用した。

（比較例１）
青色ＬＥＤ（発光ピーク波長：４４５ｎｍ）、緑色ＬＥＤ（発光ピーク波長：５２６ｎｍ）、及び赤色ＬＥＤ（発光ピーク波長：６４０ｎｍ）を配線基板上に実装することによって、白色発光装置を作製した。

上述した実施例１〜２及び比較例１による各白色発光装置の発光特性を以下のようにして測定、評価した。実施例１の白色発光装置については、電球色発光部、昼白色発光部、及び昼光色発光部に印加する電流を表１のように変化させ、それぞれ表１に示す色温度の白色光を得た。実施例２の白色発光装置については、電球色発光部、昼白色発光部、昼光色発光部、青色発光部、緑色発光部、及び赤色発光部に印加する電流を表２のように変化させ、それぞれ表２に示す色温度の白色光を得た。比較例１の白色発光装置については、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び赤色ＬＥＤに印加する電流を表３のように変化させ、それぞれ表３に示す色温度の白色光を得た。

実施例１〜２及び比較例１による各白色発光装置について、各発光条件下における発光の平均演色評価数（Ｒａ）を測定した。また、各発光条件下において、電流の投入直後の発光の色温度と１０分後の発光の色温度とを測定し、１０分間の点灯後における色温度変化を求めた。それらの結果を表１〜３にそれぞれ示す。

表１および表２から明らかなように、実施例１〜２による白色発光装置によれば演色性に優れた各種色温度の白色光を得ることができ、さらに点灯時間の経過に伴う色温度変化も小さいことが分かる。すなわち、各種色温度の白色光を得ることができ、その上で白色光の演色性と色温度の維持性を向上させることができる。一方、比較例１の白色発光装置は各種色温度の白色光を得ることができるものの、得られる白色光の演色性は低く、また点灯時間の経過に伴う色温度変化も大きいことが分かる。

１，４１…白色発光装置（白色照明装置）、１０…電球色発光部、２０…昼白色発光部、３０…昼光色発光部、４２…白色発光部、４３…単色発光部、５０…青色発光部、６０…緑色発光部、７０…赤色発光部、１１，２１，３１，５１，６１，７１…半導体発光素子、１２，２２，３２，５２，６２，７２…透明樹脂層。

Claims

白色光を発光する白色照明装置であって、
発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第１の半導体発光素子と、前記第１の半導体発光素子からの光により励起されて電球色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える電球色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第２の半導体発光素子と、前記第２の半導体発光素子からの光により励起されて昼白色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える昼白色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第３の半導体発光素子と、前記第３の半導体発光素子からの光により励起されて昼光色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える昼光色発光部とから選ばれる少なくとも２つの白色発光部と、
前記少なくとも２つの白色発光部の発光強度を制御し、前記白色光の色温度を変化させる調色部と
を具備し、
前記緑色蛍光体は、
一般式：（Ｂａ _1-x-y-z Ｓｒ _x Ｃａ _y Ｅｕ _z ）（Ｍｇ _1-u Ｍｎ _u ）Ａｌ ₁₀ Ｏ ₁₇
（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ミン酸塩蛍光体と、
一般式：（Ｓｒ _1-x-y-z-u Ｂａ _x Ｍｇ _y Ｅｕ _z Ｍｎ _u ） ₂ ＳｉＯ ₄
（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珪酸塩蛍光体とから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする白色照明装置。
請求項１記載の白色照明装置において、
前記青色蛍光体は、
一般式：（Ｓｒ_1-x-y-zＢａ_xＣａ_yＥｕ_z）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クロロ燐酸塩蛍光体を含むことを特徴とする白色照明装置。
請求項１又は請求項２記載の白色照明装置において、
前記赤色蛍光体は、
一般式：（Ｌａ_1-x-yＥｕ_xＭ_y）₂Ｏ₂Ｓ
（式中、ＭはＳｂ、Ｓｍ、Ｇａ、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０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ＜０．０３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物蛍光体と、
一般式：（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＥｕ_y）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窒化物蛍光体とから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする白色照明装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の白色照明装置において、
前記半導体発光素子は発光ダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする白色照明装置。
白色光を発光する白色照明装置であって、
発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の第１の半導体発光素子と、前記第１の半導体発光素子からの光により励起されて電球色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える電球色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第２の半導体発光素子と、前記第２の半導体発光素子からの光により励起されて昼白色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える昼白色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第３の半導体発光素子と、前記第３の半導体発光素子からの光により励起されて昼光色白光を発光する青色蛍光体、緑色蛍光体、及び赤色蛍光体の混合蛍光体とを備える昼光色発光部とから選ばれる少なくとも１つの白色発光部と、
発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第４の半導体発光素子と、前記第４の半導体発光素子からの光により励起されて青色光を発光する青色蛍光体とを備える青色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第５の半導体発光素子と、前記第５の半導体発光素子からの光により励起されて緑色光を発光する緑色蛍光体とを備える緑色発光部と、発光ピーク波長が３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の範囲の第６の半導体発光素子と、前記第６の半導体発光素子からの光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体とを備える赤色発光部とから選ばれる少なくとも１つの単色発光部と、
前記単色発光部の発光強度と前記白色発光部の発光強度を制御し、前記白色光の色温度を変化させる調色部と
を具備し、
前記緑色蛍光体は、
一般式：（Ｂａ _1-x-y-z Ｓｒ _x Ｃａ _y Ｅｕ _z ）（Ｍｇ _1-u Ｍｎ _u ）Ａｌ ₁₀ Ｏ ₁₇
（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ミン酸塩蛍光体と、
一般式：（Ｓｒ _1-x-y-z-u Ｂａ _x Ｍｇ _y Ｅｕ _z Ｍｎ _u ） ₂ ＳｉＯ ₄
（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珪酸塩蛍光体とから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする白色照明装置。
請求項５記載の白色照明装置において、
前記青色蛍光体は、
一般式：（Ｓｒ_1-x-y-zＢａ_xＣａ_yＥｕ_z）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クロロ燐酸塩蛍光体を含むことを特徴とする白色照明装置。
請求項５又は請求項６記載の白色照明装置において、
前記赤色蛍光体は、
一般式：（Ｌａ_1-x-yＥｕ_xＭ_y）₂Ｏ₂Ｓ
（式中、ＭはＳｂ、Ｓｍ、Ｇａ、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０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ＜０．０３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物蛍光体と、
一般式：（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＥｕ_y）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窒化物蛍光体とから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする白色照明装置。
請求項５ないし請求項７のいずれか１項記載の白色照明装置において、
前記半導体発光素子は発光ダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする白色照明装置。
請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載の白色照明装置において、
前記白色照明装置に対する電流の投入直後から１０分間の点灯後における前記白色光の色温度の変化量は、前記電流の投入直後における前記白色光の色温度に対して３０Ｋ以下であることを特徴とする白色照明装置。
請求項１ないし請求項９のいずれか１項記載の白色照明装置において、
前記白色光の平均演色評価数が９５以上であることを特徴とする白色照明装置。