JP5718895B2 - 白色照明装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は白色照明装置に関する。
近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等の半導体発光素子と、この半導体発光素子からの発光により励起して発光する蛍光体とを組み合わせた高効率な白色照明装置が製品化されつつある。このような半導体発光素子を用いた白色照明装置は、白熱電球や蛍光灯等の従来の白色照明装置と比較して高効率であることから、省エネルギー化に大きく貢献する。
ところで、医療用照明、宝飾品用照明、食品用照明、撮影用照明等、自然光での色の見え方に近いことが必要とされる特殊照明の用途では高い演色性を有することが求められるが、半導体発光素子を用いた白色照明装置については必ずしも十分な演色性を有していない。半導体発光素子を用いた白色照明装置の演色性を向上させることで、特殊照明の用途においても半導体発光素子を用いた白色照明装置の使用が可能となり、省エネルギー化に大きく貢献することができる。
このような演色性を評価する方法として、平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５が挙げられる。平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５は、いずれも１００に近いときに特殊照明の用途において好適となる。特に、特殊演色評価数Ｒ９は赤色の見え方を評価するものであり、特殊演色評価数Ｒ９が１００に近いほど赤色の表現力が高いといえる。
ＪＩＳ演色評価方法において、高演色形と呼ばれるランプは、演色Ａ、演色ＡＡ、演色ＡＡＡの３ランクに分類されている。このうち演色ＡＡ以上のランプと代替するには、平均演色評価数Ｒａが約８５以上、より好ましくは９０以上が求められる。また、赤色を再現性よく表現するには、特殊演色評価数Ｒ９が約８５以上、より好ましくは９０以上が求められる。
上記した半導体発光素子、特に発光ダイオードを用いる白色照明装置には、大別して、青色光を発光する青色発光ダイオードを用いるものと、近紫外光を発光する近紫外発光ダイオードを用いるものとがある。
このうち青色発光ダイオードを用いるものとしては、黄色蛍光体を組み合わせるものや、緑色蛍光体および赤色蛍光体を組み合わせるものが挙げられる。しかしながら、黄色蛍光体を組み合わせるものについては、８５以上の平均演色評価数Ｒａを得ることが難しく、特殊照明の用途に用いることは難しい。また、緑色蛍光体および赤色蛍光体を組み合わせるものについては、８５以上の平均演色評価数Ｒａを得ることができるが、８５以上の特殊演色評価数Ｒ９を得ることが難しく、特殊照明の用途に用いることは難しい。
一方、近紫外発光ダイオードを用いるものとしては、青色蛍光体、緑色蛍光体、および赤色蛍光体を組み合わせるもの、また緑色蛍光体の代わりに黄色蛍光体を組み合わせるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなものによれば、相関色温度が５０００Ｋを超えるものについて、８５以上の平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９を得ることができ、特殊照明の用途に用いることができる。しかしながら、相関色温度が５０００Ｋ以下のものについては、８５以上の平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９を得ることが難しく、特に８５以上の特殊演色評価数Ｒ９を得ることが難しく、特殊照明の用途に用いることは難しい。
本発明が解決しようとする課題は、近紫外光を発光する半導体発光素子を具備し、相関色温度が５０００Ｋ以下である白色光を発光する白色照明装置であって、平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９が十分に高く、医療用照明、宝飾品用照明、食品用照明、撮影用照明等に好適に用いられるものを提供することにある。
実施形態の白色照明装置は、近紫外光を発光する半導体発光素子と、４８０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する青緑色蛍光体、５８５ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する赤色蛍光体、およびこれら以外の波長領域に発光ピークを有する２種以上の蛍光体を含有する蛍光体層とを具備する。実施形態の白色照明装置は、相関色温度が５０００Ｋ以下かつ黒体軌跡からの偏差ｄｕｖが−０．０１以上０．０１以下である白色光を発光する。実施形態の白色照明装置は、蛍光体層における青緑色蛍光体の含有量に対する赤色蛍光体の含有量の質量での割合が３５以上５０以下であり、平均演色評価数Ｒａが９０以上かつ特殊演色評価数Ｒ９が９０以上である。
以下、実施形態の白色照明装置について具体的に説明する。
実施形態の白色照明装置は、近紫外光を発光する半導体発光素子と、４８０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する青緑色蛍光体、５８５ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する赤色蛍光体、およびこれら以外の波長領域に発光ピークを有する２種以上の蛍光体を含有する蛍光体層とを具備し、相関色温度が５０００Ｋ以下かつ黒体軌跡からの偏差ｄｕｖが−０．０１以上０．０１以下である白色光を発光するものであって、上記蛍光体層における青緑色蛍光体の含有量に対する赤色蛍光体の含有量の質量での割合が３５以上５０以下である。
実施形態の白色照明装置は、近紫外光を発光する半導体発光素子と、４８０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する青緑色蛍光体、５８５ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する赤色蛍光体、およびこれら以外の波長領域に発光ピークを有する２種以上の蛍光体を含有する蛍光体層とを具備し、相関色温度が５０００Ｋ以下かつ黒体軌跡からの偏差ｄｕｖが−０．０１以上０．０１以下である白色光を発光するものであって、上記蛍光体層における青緑色蛍光体の含有量に対する赤色蛍光体の含有量の質量での割合が３５以上５０以下である。
図１は、実施形態の白色照明装置の一例を示す断面図である。
白色照明装置１は、励起源（光源）としての半導体発光素子（チップ）２を有している。半導体発光素子２は、近紫外光を発光するものであり、具体的には３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下、好ましくは３８０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を出射するものである。半導体発光素子２としては、例えば紫外発光ダイオード、紫色発光ダイオード、紫外発光レーザ（レーザダイオード）、紫色発光レーザ（レーザダイオード）等が用いられる。このうち発光ダイオードとしては、例えばＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の発光ダイオードが用いられる。
白色照明装置１は、励起源（光源）としての半導体発光素子（チップ）２を有している。半導体発光素子２は、近紫外光を発光するものであり、具体的には３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下、好ましくは３８０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を出射するものである。半導体発光素子２としては、例えば紫外発光ダイオード、紫色発光ダイオード、紫外発光レーザ（レーザダイオード）、紫色発光レーザ（レーザダイオード）等が用いられる。このうち発光ダイオードとしては、例えばＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の発光ダイオードが用いられる。
このような半導体発光素子２と後述する蛍光体とを組み合わせることによって、相関色温度が５０００Ｋ以下であって、平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９が十分に高く、医療用照明、宝飾品用照明、食品用照明、撮影用照明等に好適に用いられる白色照明装置１とすることができる。
半導体発光素子２は基板３上に実装されている。基板３としては表面や内部に配線網を有する配線基板が用いられる。図示を省略したが、半導体発光素子２の電極は配線基板３の配線網と電気的に接続されており、これによって半導体発光素子２に直流電圧が印加される。
半導体発光素子２は、光の利用効率を向上させるために透明樹脂層４で覆われている。透明樹脂層４は、例えば図示するような半導体発光素子２の全体を覆う半球状に形成されるが、少なくとも半導体発光素子２の発光面を覆うように形成されていればよい。なお、実施形態の白色照明装置１については、必ずしも透明樹脂層４を設ける必要はなく、後述する蛍光体層５を半導体発光素子２上に直接形成するようにしてもよい。
半導体発光素子２を覆う透明樹脂層４上には蛍光体層５が形成されている。蛍光体層５は、透明性を有する樹脂６に白色光を得るための蛍光体７が分散されたものである。蛍光体７は、半導体発光素子２から出射される光により励起されて総計として白色光を発光するものである。透明樹脂層４や蛍光体層５を構成する透明性を有する樹脂は、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の透明性を有する樹脂からなるものである。
白色光を得るための蛍光体７は、半導体発光素子２から出射される光（例えば紫外光や紫色光）を吸収して青緑光を発光する青緑色蛍光体、および半導体発光素子２から出射される光を吸収して赤色光を発光する赤色蛍光体を少なくとも含有することにより構成されている。すなわち、蛍光体７は、少なくとも青緑色蛍光体および赤色蛍光体を含有する混合蛍光体である。通常、蛍光体７は、上記した青緑色蛍光体および赤色蛍光体に加えて、半導体発光素子２から出射された光を吸収して青色光を発光する青色蛍光体、および半導体発光素子２から出射された光を吸収して黄色光を発光する黄色蛍光体から構成される。
ここで、青緑色蛍光体とは、具体的には半導体発光素子２からの発光により励起して４８０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する発光を行うものである。同様に、赤色蛍光体とは、５８５ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する発光を行うものであり、青色蛍光体は、４４０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有するものであり、黄色蛍光体は、５２５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有するものである。
蛍光体７を構成する各色の蛍光体、すなわち青緑色蛍光体、赤色蛍光体、青色蛍光体、および黄色蛍光体は、それぞれ１種の蛍光体のみからなるものであってもよいし、２種以上の蛍光体からなるものであってもよい。また、蛍光体７は、これ以外の発光色を有する蛍光体、例えば橙色蛍光体、深赤色蛍光体等を補助的に含んでいてもよい。これら青緑色蛍光体、赤色蛍光体、青色蛍光体、および黄色蛍光体は、予め結合剤により結合された状態で蛍光体層５に分散されていてもよい。
白色照明装置１に印加された電気エネルギーは、半導体発光素子２で紫外光や紫色光に変換される。半導体発光素子２から出射された光は、蛍光体層５に分散された蛍光体７により長波長の光に変換される。そして、蛍光体７を構成する青緑色蛍光体、赤色蛍光体、青色蛍光体、および黄色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、総計として白色光が発光される。
実施形態の白色照明装置１では、蛍光体７として少なくとも青緑色蛍光体および赤色蛍光体を含有するものを用い、かつ蛍光体層５（蛍光体７）中における青緑色蛍光体の含有量に対する赤色蛍光体の含有量の質量での割合（赤色蛍光体の含有量／青緑色蛍光体の含有量）を３５以上５０以下とすることを特徴としている。このようなものとすることで、相関色温度が５０００Ｋ以下かつ黒体軌跡からの偏差ｄｕｖが−０．０１以上０．０１以下である白色光を発光するものであって、平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９が十分に高いものとすることができる。
従来の蛍光体の組み合わせ、すなわち赤色蛍光体、青色蛍光体、および緑色蛍光体の組み合わせ、または赤色蛍光体、青色蛍光体、および黄色蛍光体の組み合わせについては、相関色温度が５０００Ｋを超えるものについては、十分な平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９を得ることができるが、相関色温度が５０００Ｋ以下のものについては、必ずしも十分な特殊演色評価数Ｒ９を得ることができない。特殊演色評価数Ｒ９は赤色の演色評価数であり、赤色蛍光体の含有量を多くすることで向上させることができるが、単に赤色蛍光体の含有量を多くすると、目的とする相関色温度よりも赤みを帯びたものとなりやすい。
実施形態の白色照明装置１では、赤色光の補色である青緑色光を発光する青緑色蛍光体を併用することで、目的とする相関色温度からの変化を抑制しつつ、従来に比べて赤色蛍光体の含有量を多くすることができる。これにより、相関色温度が５０００Ｋ以下かつ黒体軌跡からの偏差ｄｕｖが−０．０１以上０．０１以下であるものについて、例えば８５以上の平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９、より好ましくは９０以上の平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９を有するものとすることができる。
相関色温度は５０００Ｋ以下であれば必ずしも限定されるものではないが、通常は２６００Ｋ以上である。なお、相関色温度および黒体軌跡からの偏差ｄｕｖは、ＪＩＳ Ｚ８７２５に開示される評価手法に準じて評価されるものである。さらに、平均演色評価数Ｒａ、特殊演色評価数Ｒ９は、ＪＩＳ Ｚ８７２６に開示される演色評価手法に準じて評価されるものである。
青緑色蛍光体の含有量に対する赤色蛍光体の含有量の割合が３５未満であると、例えば８５以上といった十分に高い特殊演色評価数Ｒ９を得られないおそれがある。一方、青緑色蛍光体の含有量に対する赤色蛍光体の含有量の割合が５０を超えると、十分に高い特殊演色評価数Ｒ９を得られるが、相関色温度が赤みを帯びたものとなりやすい。
蛍光体７の合計量、すなわち青緑色蛍光体、赤色蛍光体、青色蛍光体、および黄色蛍光体の合計量に対する赤色蛍光体の含有量の割合は、目的とする相関色温度、平均演色評価数Ｒａ、および特殊演色評価数Ｒ９、また青緑色蛍光体に対する赤色蛍光体の含有割合によっても異なるが、好ましくは４５質量％以上８５質量％以下であり、より好ましくは５０質量％以上８０質量％以下である。
蛍光体７の合計量に対する赤色蛍光体の含有量の割合が４５質量％未満であると、十分に高い特殊演色評価数Ｒ９を得られないおそれがある。一方、蛍光体７の合計量に対する赤色蛍光体の含有量の割合が８５質量％を超えると、十分に高い特殊演色評価数Ｒ９を得られるが、相関色温度が赤みを帯びたものとなりやすい。
蛍光体７の合計量に対する青色蛍光体および黄色蛍光体の含有量の割合も目的とする相関色温度等によって異なるが、例えば青色蛍光体の含有量の割合は１０質量％以上５０質量％以下が好ましく、１５質量％以上４５質量％以下がより好ましい。また、黄色蛍光体の含有量の割合は、例えば１質量％以上１０質量％以下が好ましく、１質量％以上７質量％以下が好ましい。
青緑色蛍光体、赤色蛍光体、青色蛍光体、および黄色蛍光体としては、それぞれ半導体発光素子２から出射される紫外光や紫色光を効率よく吸収して、上記した波長領域に発光ピークを有する発光を行うものであれば必ずしも限定されるものではないが、各色の輝度差が大きいと輝度の高い色が勝った白色光となりやすく、また白色光の演色性を向上させるためには、各色のバランスを高める必要がある。このため、蛍光体７を構成する青緑色蛍光体、赤色蛍光体、青色蛍光体、および黄色蛍光体としては、以下に示すものを組み合わせて用いることが好ましい。
青緑色蛍光体としては、
一般式：（Ｂａ１−ｘ−ｙＳｒｘＥｕｙ）２ＳｉＯ４ …（１）
（式中、ｘは０≦ｘ＜０．５、ｙは０．００５≦ｙ＜０．２５を満足する数である）
で表わされる組成を有するユーロピウム付活バリウムストロンチウムオルソ珪酸塩蛍光体が好適に用いられる。
一般式：（Ｂａ１−ｘ−ｙＳｒｘＥｕｙ）２ＳｉＯ４ …（１）
（式中、ｘは０≦ｘ＜０．５、ｙは０．００５≦ｙ＜０．２５を満足する数である）
で表わされる組成を有するユーロピウム付活バリウムストロンチウムオルソ珪酸塩蛍光体が好適に用いられる。
一般式（１）で示される青緑色蛍光体としてのユーロピウム付活バリウムストロンチウムオルソ珪酸塩蛍光体は、３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する紫外光や紫色光の吸収効率に優れ、赤色の補色である青緑色を効率的に発光することができる。これにより相関色温度が赤みを帯びたものとなることを抑制しつつ、赤色蛍光体の含有量を増加させて特殊演色評価数Ｒ９を効果的に向上させることができる。
赤色蛍光体としては、
一般式：（Ｌａ１−ｘ−ｙＥｕｘＭｙ）２Ｏ２Ｓ …（２）
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、ＳｂおよびＳｎから選ばれる少なくとも１種を示し、ｘおよびｙは０．００８≦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が好適に用いられる。
一般式：（Ｌａ１−ｘ−ｙＥｕｘＭｙ）２Ｏ２Ｓ …（２）
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、ＳｂおよびＳｎから選ばれる少なくとも１種を示し、ｘおよびｙは０．００８≦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が好適に用いられる。
一般式（２）で示される赤色蛍光体としてのユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体は、３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長領域にピーク波長を有する紫外光や紫色光の吸収効率に優れ、また一般式（１）で示される青緑色蛍光体としてのユーロピウム付活バリウムストロンチウムオルソ珪酸塩蛍光体との組み合わせ性にも優れるものである。
青色蛍光体としては、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚＢａｘＣａｙＥｕｚ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ …（３）
（式中、ｘ、ｙ、およびｚは０≦ｘ＜０．４５、０≦ｙ＜０．０３、０．００５≦ｚ＜０．０３を満足する数である）
で表わ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が好適に用いられる。
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚＢａｘＣａｙＥｕｚ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ …（３）
（式中、ｘ、ｙ、およびｚは０≦ｘ＜０．４５、０≦ｙ＜０．０３、０．００５≦ｚ＜０．０３を満足する数である）
で表わ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が好適に用いられる。
一般式（３）で示される青色蛍光体としてのユーロピウム付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体も、３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長領域にピーク波長を有する紫外光や紫色光の吸収効率に優れ、また一般式（１）で示される青緑色蛍光体としてのユーロピウム付活バリウムストロンチウムオルソ珪酸塩蛍光体との組み合わせ性にも優れるものである。
なお、青色蛍光体としては、
一般式：（Ｂａ１−ｘ−ｙ−ｚＳｒｘＣａｙＥｕｚ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７ …（３’）
（式中、ｘ、ｙ、およびｚは０≦ｘ＜０．１、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．４を満足する数である）
で表わされる組成を有するユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体を用いることもできる。
一般式：（Ｂａ１−ｘ−ｙ−ｚＳｒｘＣａｙＥｕｚ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７ …（３’）
（式中、ｘ、ｙ、およびｚは０≦ｘ＜０．１、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．４を満足する数である）
で表わされる組成を有するユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体を用いることもできる。
黄色蛍光体としては、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕＢａｘＭｇｙＥｕｚＭｎｕ）２ＳｉＯ４ …（４）
（式中、ｘ、ｙ、ｚおよび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）
で表わされる組成を有するユーロピウムおよびマンガン付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩蛍光体が好適に用いられる。
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕＢａｘＭｇｙＥｕｚＭｎｕ）２ＳｉＯ４ …（４）
（式中、ｘ、ｙ、ｚおよび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）
で表わされる組成を有するユーロピウムおよびマンガン付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩蛍光体が好適に用いられる。
一般式（４）で示される黄色蛍光体としてのユーロピウムおよびマンガン付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩蛍光体は、例えば国際公開第２００８／０９６５４５号パンフレットにも示されるように３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する紫外光や紫色光の吸収効率に優れ、また従来の黄色蛍光体に比べて６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における発光強度が高く、赤色発光を効果的に補強することができる。また、４５０ｎｍ付近にサブピークを有することから、青色発光も補強することができる。これにより、輝度や演色性に優れる白色光とすることができる。
上記した各色の蛍光体、すなわち青緑色蛍光体、赤色蛍光体、青色蛍光体、および黄色蛍光体は、それぞれ平均粒径が５μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。なお、平均粒径は、粒度分布の中央値（５０％値）示すものとする。各色の蛍光体の平均粒径を５μｍ以上８０μｍ以下とすることで、半導体発光素子２から発光される３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する紫外光や紫色光の吸収効率を向上させ、輝度の高い白色照明装置１とすることができる。
透明樹脂層４は、例えば半導体発光素子２の発光面上での厚さが０．４ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。透明樹脂層４の厚さを０．４ｍｍ以上とすることで、光の利用効率を効果的に向上させることができる。一方、透明樹脂層４の厚さが１０ｍｍを超えると、光の吸収が生じるおそれがある。照明器具として用いる場合の大きさを考慮しても、透明樹脂層４の厚さは１０ｍｍ以下であることが好ましい。
透明樹脂層４の厚さは、０．８ｍｍ以上であることが好ましく、さらには１ｍｍ以上であることが好ましい。また、図１に示すように半球状とする場合には、半球状部の半径を０．４ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。また、このような透明樹脂層４上に形成される蛍光体層の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。
実施形態の白色照明装置１は、例えば以下のようにして作製することができる。
まず、各色の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、例えば各色の蛍光体粉末をそれぞれ樹脂と混合した後、これらを混ぜ合わせることにより調製することができる。なお、蛍光体スラリーは、予め各色の蛍光体粉末を混合した後、この混合蛍光体粉末を樹脂と混ぜ合わせて調製することもできる。
まず、各色の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、例えば各色の蛍光体粉末をそれぞれ樹脂と混合した後、これらを混ぜ合わせることにより調製することができる。なお、蛍光体スラリーは、予め各色の蛍光体粉末を混合した後、この混合蛍光体粉末を樹脂と混ぜ合わせて調製することもできる。
蛍光体粉末と樹脂との混合割合は、蛍光体粉末の種類や粒径に応じて適宜選択することができるが、例えば蛍光体粉末１００質量部に対して、樹脂を５質量部以上１００質量部以下とすることが好ましい。なお、各色の蛍光体粉末の混合割合は、既に説明したような含有量の割合となるように調整することが好ましい。蛍光体粉末と樹脂との混合は、例えば公知の攪拌器を用いて行うことができる。
次いで、半導体発光素子２上に液状の透明樹脂を塗布し、これを固化させて透明樹脂層４を形成する。その上から蛍光体スラリーを塗布し、蛍光体スラリー中の樹脂を固化させて蛍光体層５を形成する。このようにして白色照明装置１を作製することができる。
透明樹脂や蛍光体スラリーの塗布は、例えば半導体発光素子２が搭載された配線基板３を型に入れ、その上からディスペンサで透明樹脂や蛍光体スラリーを供給することにより行うことができる。また、透明樹脂や蛍光体スラリーの塗布は、例えば印刷法や射出成型法等により行うこともできる。透明樹脂や蛍光体スラリー中の樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、透明樹脂や蛍光体スラリーを塗布した後、オーブン等に入れて１００〜２００℃の温度に加熱して硬化させることで透明樹脂層４や蛍光体層５を形成することができる。
実施形態の白色照明装置１は、相関色温度が５０００Ｋ以下かつ黒体軌跡からの偏差ｄｕｖが−０．０１以上０．０１以下である白色光を発光するものであって、例えば平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９がそれぞれ８５以上と高いものである。このような白色照明装置１は、十分に高い平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９を有することから、医療用照明、宝飾品用照明、食品用照明、撮影用照明等に好適に用いることができ、これらの省エネルギー化に大きく貢献することができる。
次に、実施形態の白色照明装置の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
（実施例１）
白色照明装置として、図１に示すような白色照明装置を製造した。まず、青緑色蛍光体粉末、赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末として、表１に示すような組成、平均粒径を有するものを用い、これらを表１に示す配合比となるように配合し、混合して混合蛍光体粉末とした。この混合蛍光体粉末４０質量部にシリコーン樹脂６０質量部を混合して蛍光体層５となる蛍光体スラリーを調製した。
白色照明装置として、図１に示すような白色照明装置を製造した。まず、青緑色蛍光体粉末、赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末として、表１に示すような組成、平均粒径を有するものを用い、これらを表１に示す配合比となるように配合し、混合して混合蛍光体粉末とした。この混合蛍光体粉末４０質量部にシリコーン樹脂６０質量部を混合して蛍光体層５となる蛍光体スラリーを調製した。
次に、半導体発光素子２としての近紫外発光ダイオード（ピーク波長：４０５ｎｍ、チップサイズ：０．３ｍｍ×０．３ｍｍ×０．１ｍｍｔ）上に、透明樹脂層４となるシリコーン樹脂を塗布した後、上記した蛍光体スラリーを塗布した。これを１４０℃の温度で熱処理してシリコーン樹脂を硬化させることによって、相関色温度が４０００〜５０００Ｋかつ黒体軌跡からの偏差ｄｕｖが−０．０１以上０．０１以下である白色光を発光する白色照明装置を製造した。なお、透明樹脂層は半球状に形成し、その半径は０．８ｍｍとした。また、蛍光体層の厚さは０．５ｍｍとした。
（実施例２）
表２に示すように、発光ピーク波長が４００ｎｍの近紫外発光ダイオードを用いるとともに、組成の異なる赤色蛍光体粉末を用いた以外は実施例１と同様にして相関色温度が４０００〜５０００Ｋの範囲内となる白色照明装置を製造した。
表２に示すように、発光ピーク波長が４００ｎｍの近紫外発光ダイオードを用いるとともに、組成の異なる赤色蛍光体粉末を用いた以外は実施例１と同様にして相関色温度が４０００〜５０００Ｋの範囲内となる白色照明装置を製造した。
（実施例３）
表３に示すように、発光ピーク波長が３９５ｎｍの近紫外発光ダイオードを用いるとともに、組成の異なる赤色蛍光体粉末を用いた以外は実施例１と同様にして相関色温度が４０００〜５０００Ｋの範囲内となる白色照明装置を製造した。
表３に示すように、発光ピーク波長が３９５ｎｍの近紫外発光ダイオードを用いるとともに、組成の異なる赤色蛍光体粉末を用いた以外は実施例１と同様にして相関色温度が４０００〜５０００Ｋの範囲内となる白色照明装置を製造した。
（実施例４）
表４に示すように、相関色温度が２５００〜４０００Ｋの範囲内となるように各色の蛍光体粉末の配合比を変更した以外は実施例１と同様にして白色照明装置を製造した。
表４に示すように、相関色温度が２５００〜４０００Ｋの範囲内となるように各色の蛍光体粉末の配合比を変更した以外は実施例１と同様にして白色照明装置を製造した。
（実施例５）
表５に示すように、発光ピーク波長が４００ｎｍの近紫外発光ダイオードを用いるとともに、組成の異なる赤色蛍光体粉末を用いた以外は実施例４と同様にして相関色温度が２５００〜４０００Ｋの範囲内となる白色照明装置を製造した。
表５に示すように、発光ピーク波長が４００ｎｍの近紫外発光ダイオードを用いるとともに、組成の異なる赤色蛍光体粉末を用いた以外は実施例４と同様にして相関色温度が２５００〜４０００Ｋの範囲内となる白色照明装置を製造した。
（実施例６）
表６に示すように、青緑色蛍光体粉末に対する赤色蛍光体粉末の配合割合が３５程度となるように各色の蛍光体の配合比を変更した以外は実施例１と同様にして相関色温度が４０００〜５０００Ｋの範囲内となる白色照明装置を製造した。
表６に示すように、青緑色蛍光体粉末に対する赤色蛍光体粉末の配合割合が３５程度となるように各色の蛍光体の配合比を変更した以外は実施例１と同様にして相関色温度が４０００〜５０００Ｋの範囲内となる白色照明装置を製造した。
（実施例７）
表７に示すように、相関色温度が２５００〜４０００Ｋの範囲内となるように、かつ青緑色蛍光体粉末に対する赤色蛍光体粉末の配合割合が５０程度となるように各色の蛍光体の配合比を変更した以外は実施例１と同様にして白色照明装置を製造した。
表７に示すように、相関色温度が２５００〜４０００Ｋの範囲内となるように、かつ青緑色蛍光体粉末に対する赤色蛍光体粉末の配合割合が５０程度となるように各色の蛍光体の配合比を変更した以外は実施例１と同様にして白色照明装置を製造した。
（比較例１）
表８に示すように、発光ピーク波長が３９５ｎｍの近紫外発光ダイオードを用い、相関色温度が４０００〜５０００Ｋとなるように赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末のみを配合した以外は実施例１と同様にして白色照明装置を製造した。
表８に示すように、発光ピーク波長が３９５ｎｍの近紫外発光ダイオードを用い、相関色温度が４０００〜５０００Ｋとなるように赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末のみを配合した以外は実施例１と同様にして白色照明装置を製造した。
（比較例２）
表９に示すように、発光ピーク波長が４０５ｎｍの近紫外発光ダイオードを用い、相関色温度が５０００Ｋを超えるように赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末を配合した以外は比較例１と同様にして白色照明装置を製造した。
表９に示すように、発光ピーク波長が４０５ｎｍの近紫外発光ダイオードを用い、相関色温度が５０００Ｋを超えるように赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末を配合した以外は比較例１と同様にして白色照明装置を製造した。
（比較例３）
表１０に示すように、発光ピーク波長が４００ｎｍの近紫外発光ダイオードを用い、相関色温度が６０００Ｋを超えるように赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末を配合した以外は比較例１と同様にして白色照明装置を製造した。
表１０に示すように、発光ピーク波長が４００ｎｍの近紫外発光ダイオードを用い、相関色温度が６０００Ｋを超えるように赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末を配合した以外は比較例１と同様にして白色照明装置を製造した。
（比較例４）
表１１に示すように、発光ピーク波長が４０５ｎｍの近紫外発光ダイオードを用い、相関色温度が３０００Ｋ未満となるように赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末を配合した以外は比較例１と同様にして白色照明装置を製造した。
表１１に示すように、発光ピーク波長が４０５ｎｍの近紫外発光ダイオードを用い、相関色温度が３０００Ｋ未満となるように赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末を配合した以外は比較例１と同様にして白色照明装置を製造した。
次に、実施例および比較例の白色照明装置について、３００ｍＡの電流を流して点灯させ、発光特性の評価を行った。表１２に、実施例１の白色照明装置の光束、色度座標値等の評価結果を示す。また、図２に、実施例１の白色照明装置の発光スペクトルを示す。さらに、表１３に、各実施例および比較例の白色照明装置の色温度（相関色温度）、偏差ｄｕｖ（黒体軌跡からの偏差ｄｕｖ）、発光効率、平均演色評価数Ｒａ、および特殊演色評価数Ｒ９の評価結果をまとめて示す。なお、評価は、Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ社製ＣＡＳ １４０ ＣＯＭＰＡＣＴ ＡＲＲＡＹ ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲ、大塚電子社製ＭＣＰＤ装置を用いて行った。
表１３から明らかなように、赤色蛍光体粉末、青色蛍光体粉末、および黄色蛍光体粉末のみを用いた場合であっても、相関色温度が５０００Ｋを超えるものについては、９０以上の平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９を得られることがわかる（比較例２、３）。しかしながら、相関色温度が５０００Ｋ以下のものについては、９０以上の平均演色評価数Ｒａを得られるが、５０を超える特殊演色評価数Ｒ９は得られないことがわかる（比較例１、４）。
一方、青緑色蛍光体粉末を併用するとともに、青緑色蛍光体粉末の含有量に対する赤色蛍光体粉末の含有量の割合を所定の範囲内とした実施例の白色照明装置については、相関色温度が５０００Ｋ以下のものについて、いずれも９０以上の平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９を得られることがわかる。
以上、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ともに、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…白色照明装置、２…半導体発光素子、３…配線基板、４…透明樹脂層、５…蛍光体層、６…樹脂、７…蛍光体
Claims (8)
- 近紫外光を発光する半導体発光素子と、４８０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する青緑色蛍光体、５８５ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する赤色蛍光体、およびこれら以外の波長領域に発光ピークを有する２種以上の蛍光体を含有する蛍光体層とを具備し、相関色温度が５０００Ｋ以下かつ黒体軌跡からの偏差ｄｕｖが−０．０１以上０．０１以下である白色光を発光する白色照明装置であって、
前記蛍光体層における前記青緑色蛍光体の含有量に対する前記赤色蛍光体の含有量の質量での割合が３５以上５０以下であり、
平均演色評価数Ｒａが９０以上かつ特殊演色評価数Ｒ９が９０以上であることを特徴とする白色照明装置。 - 前記青緑色蛍光体は、
一般式：（Ｂａ１−ｘ−ｙＳｒｘＥｕｙ）２ＳｉＯ４ …（１）
（式中、ｘは０≦ｘ＜０．５、ｙは０．００５≦ｙ＜０．２５を満足する数である）
で表わされる組成を有するユーロピウム付活バリウムストロンチウムオルソ珪酸塩蛍光体からなることを特徴とする請求項１記載の白色照明装置。 - 前記赤色蛍光体は、
一般式：（Ｌａ１−ｘ−ｙＥｕｘＭｙ）２Ｏ２Ｓ …（２）
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、ＳｂおよびＳｎから選ばれる少なくとも１種を示し、ｘおよびｙは０．００８≦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からなることを特徴とする請求項１記載の白色照明装置。 - 前記半導体発光素子は３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有することを特徴とする請求項１記載の白色照明装置。
- 前記半導体発光素子は発光ダイオードまたはレーザダイオードであることを特徴とする請求項１記載の白色照明装置。
- 前記２種以上の蛍光体は、４４０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する青色蛍光体と、５２５ｎｍ以上５７５ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する黄色蛍光体とであることを特徴とする請求項１記載の白色照明装置。
- 前記青色蛍光体は、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚＢａｘＣａｙＥｕｚ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ …（３）
（式中、ｘ、ｙ、およびｚは０≦ｘ＜０．４５、０≦ｙ＜０．０３、０．００５≦ｚ＜０．０３を満足する数である）
で表わ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からなることを特徴とする請求項６記載の白色照明装置。 - 前記黄色蛍光体は、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕＢａｘＭｇｙＥｕｚＭｎｕ）２ＳｉＯ４ …（４）
（式中、ｘ、ｙ、ｚおよび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）
で表わされる組成を有するユーロピウムおよびマンガン付活アルカリ土類マグネシウム珪酸塩蛍光体からなることを特徴とする請求項６記載の白色照明装置。
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