JP6677323B2 - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子によって蛍光体を励起して光を出力する発光装置及び照明装置に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子と、発光素子によって励起される蛍光体とを用いた発光装置が実用化されている。例えば、色温度が２５００Ｋ〜７５００Ｋ程度のＬＥＤ照明器具では、黒体放射に比較的沿った所望の色度点を、ＬＥＤと蛍光体とからそれぞれ出射される光の発光スペクトルを組み合わせて実現する。ここで、黒体放射による発光や太陽光（黒体放射に近似）は、性質上、連続的なスペクトルであるのに対し、一般的なＬＥＤ白色光は、スペクトルの組み合わせであることから、非連続な合成スペクトルである。このため、黒体放射による発光とは同じ色度であっても光の質が異なる。
光の質、例えば演色性については、黒体放射あるいは太陽光による反射色が最も好ましいとして、これを指数１００とした評価方法がいくつかあり、この中で最も一般的なものに国際照明委員会（ＣＩＥ）が定めたＣＲＩ指標がある。即ち、１５種類の試験色Ｒ１〜Ｒ１５に対して、所望の色温度に応じた基準光（黒体放射や太陽光）で照射した場合との色空間上のずれを評価するものである。その結果は、平均演色評価数Ｒａ（Ｒ１〜Ｒ８の平均）及び特殊演色評価数Ｒｉ（ｉ＝９〜１５）で示される。
ＬＥＤ照明でも高い演色性を目指して様々な工夫が検討されてきた。その中でも、特にＡＡＡ蛍光管級（Ｒａ＞９５、Ｒｉ＞９０（ＪＩＳ Ｚ９１１２：Ｒｉ＞８８））ないしはそれ以上の極めて高い演色性を目指した試みがある。１９９８〜２００２年「２１世紀のあかり」国家プロジェクトなどで、近紫外ないしは紫色ＬＥＤチップを光源として可視光領域をＲＧＢなどの蛍光体励起で表現する方法（紫色励起方式）が提示されている。この方式は、現在も極めて高い演色性のＬＥＤ開発の主流となっている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、色温度が２５００Ｋ〜７５００Ｋ程度のＬＥＤ照明器具において、平均演色評価数Ｒａ及び特殊演色評価数Ｒｉのすべてを高評価数（例えば、９０以上）にするということは、その色温度の黒体放射あるいはＣＩＥで定めた太陽光の連続したスペクトルを、ＬＥＤと蛍光体とで近似的に表現することに他ならない。即ち、連続的なスペクトルを、非連続的なスペクトルの組み合わせで表現するということである。その最も容易な方法が、近紫外用ＬＥＤチップを励起光源とし、半値幅の大きい数種類の蛍光体を用いて、可視光領域（青〜赤の波長帯）を構成することである。
ところが、青色光を蛍光体変換で発生させるものの場合、変換ロスによって照明として必要な十分な明るさを得難いことや、近紫外で励起する変換効率の高い許容遷移の半値幅の大きい蛍光体となると種類も数も限られ、思うようなスペクトルの連続性を確保し難いという問題もある。
これに対し、あくまで青色系素子を光源に用いて比較的演色性の高い白色光を得る方法として、非連続で離散的になりがちな青色波長領域に複数のピーク波長を有する青〜青緑素子を用いた構成の発光装置が、以下の先行技術のように、いくつか提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
特開２０１１−２９４９７号公報 特開２００８−３４１８８号公報 特開２０１１−１９２７３８号公報
しかしながら、上記した文献２の装置及び文献３の装置の構成には限界がある。なぜなら、スペクトル半値幅の狭い複数の青色系素子を用いて、青〜青緑光領域を連続した太陽光スペクトルに近似させることはほぼ不可能であり、且つ、波長の異なる複数の励起光源にしたがって蛍光体スペクトルの設計、制御をすることが極めて困難だからである。結果、試験色Ｒ１〜Ｒ１５の全てにわたって高いＣＩＥ演色性評価指数を安定的に得ることが難しい。
本発明は、青色素子を励起光源とした白色光でありながら、極めて高い演色性と発光効率とを実現できる発光装置及び照明装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
異なる３波長帯分の青色発光素子をそれぞれパッケージ内に収納してなる、第１の色度の白色光を出力する第１の発光ユニット、第２の色度の白色光を出力する第２の発光ユニットおよび第３の色度の白色光を出力する第３の発光ユニットを備え、
第１の発光ユニット、第２の発光ユニットおよび第３の発光ユニットの各出力光を混色させて所定の色度の白色光を出力する発光装置であって、
ｘｙ色度図において、第１の発光ユニット、第２の発光ユニットおよび第３の発光ユニットの各出力光の色度が前記所定の色度に対して一定の距離に位置し、且つ、第１の発光ユニット、第２の発光ユニットおよび第３の発光ユニットの各出力光の色度と前記所定の色度との差が０．０４以下であり、ｘｙ色度図において、所定の色度を始点とし、第１の色度と第２の色度と第３の色度をそれぞれ終点とする各線分のなす角がおのおの１２０度である発光装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、
異なる３波長帯分の青色発光素子をそれぞれパッケージ内に収納してなる、第１の色度の白色光を出力する第１の発光ユニット、第２の色度の白色光を出力する第２の発光ユニットおよび第３の色度の白色光を出力する第３の発光ユニットを備え、
第１の発光ユニット、第２の発光ユニットおよび第３の発光ユニットの各出力光を混色させて所定の色度の白色光を出力させるために、
ｘｙ色度図において、第１の発光ユニット、第２の発光ユニットおよび第３の発光ユニットの各出力光の色度が前記所定の色度に対して一定の距離に位置し、且つ、第１の発光ユニット、第２の発光ユニットおよび第３の発光ユニットの各出力光の色度と前記所定の色度との差が０．０４以下であり、ｘｙ色度図において、所定の色度を始点とし、第１の色度と第２の色度と第３の色度をそれぞれ終点とする各線分のなす角がおのおの１２０度である発光装置と、
前記発光装置を１セットとし、複数セット分の前記発光装置が実装された照明用灯具と
を備える照明装置が提供される。
本発明においては、等色関数のｘ−ｂａｒ関数（赤色系）のサブピークに着目した。これは、主に赤色波長帯に対して感度をもつ関数（発光素子）は青色波長帯に対してもある程度の感度をもつということを意味し、このことから３つ以上の青色発光素子の波長及びスペクトルを精査することによって、より高い演色性、とりわけ演色評価数Ｒ９，Ｒ１２を向上できるようにしたものである。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の構成例を示す模式図である。 図２は、本実施形態に係る発光装置の、第１〜第３の発光ユニットの各出力光の発光スペクトルの例を対比して示すグラフである。 図３は、本実施形態に係る発光装置の、第１〜第３の発光ユニットの各出力光を混色させた白色光の発光スペクトルの例を、ＣＩＥ昼光色スペクトルと対比して示すグラフである。 図４（ａ）は、対比のために示す比較例の発光装置の模式図であり、図４（ｂ）は、比較例の発光装置の出力光の発光スペクトルをＣＩＥ昼光色スペクトルと対比して示すグラフである。 図５は、シミュレーション結果の例を示すもので、図５（ａ）は、本実施形態に係る発光装置の出力光の演色評価数を示す表であり、図５（ｂ）は、比較例の発光装置の出力光の演色評価数を示す表である。 図６は、等色関数の例を示すグラフである。 図７（ａ）は、本実施形態に係る発光装置の出力光の発光スペクトルのピーク強度の例を示すグラフであり、図７（ｂ）は、比較例の発光装置の出力光の発光スペクトルのピーク強度の例を示すグラフである。 図８（ａ）は、演色評価数Ｒ９，Ｒ１２の青色ピーク波長依存性について示すグラフであり、図８（ｂ）は、ピーク波長の変化の例を示す波形図である。 図９（ａ）は、演色評価数Ｒ９，Ｒ１２の青色スペクトル半値幅増加依存性について示すグラフであり、図９（ｂ）は、半値幅の増加の例を示す波形図である。 図１０は、第１〜第３の発光ユニットの狙い色度について説明するためのｘｙ色度図である。 図１１は、第１〜第３の発光ユニットの狙い色度の調整例を説明するためのｘｙ色度図である。 図１２は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置の構成例を示す模式図である。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置などを下記のものに特定するものではない。この発明の実施形態は、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
なお、後述する第１の実施形態においては、少なくとも異なる３波長帯分の青色発光素子を備えた発光装置として、３つの発光ユニットを備えた発光装置を例示して説明する。また、第２の実施形態においては、この第１の実施形態に係る発光装置を１セットとし、複数セット分の発光装置を実装した照明装置について説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る発光装置１は、図１に示すように、第１の色度Ｃ１の白色光（出力光）Ｌ１を出力する第１の発光ユニット１０と、第２の色度Ｃ２の白色光Ｌ２を出力する第２の発光ユニット２０と、第３の色度Ｃ３の白色光Ｌ３を出力する第３の発光ユニット３０とを備える。第３の発光ユニット３０は、例えば、第１の発光ユニット１０及び第２の発光ユニット２０の相互間に配置されている。
図１の発光装置１は、第１の発光ユニット１０の白色光Ｌ１と第２の発光ユニット２０の白色光Ｌ２と第３の発光ユニット３０の白色光Ｌ３とを混色（合成）して、所定の色度の合成光（白色光）を出力する。第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０と第３の発光ユニット３０は、白色光Ｌ１と白色光Ｌ２と白色光Ｌ３とが混色する範囲に近接して配置される。
詳細については後述するが、ｘｙ色度図において、第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２と第３の色度Ｃ３は所定の色度に対してほぼ一定の距離に位置し、第１の色度Ｃ１、第２の色度Ｃ２、第３の色度Ｃ３と所定の色度との差はそれぞれ０．０４以下とされる。
なお、説明の便宜上、第１の色度Ｃ１、第２の色度Ｃ２、第３の色度Ｃ３はいずれも色度点として記載しているが、実際には、それぞれの色度中心に対してマクアダム４ステップ程度で製造し、マクアダム３ステップになるように組み合わせて使用している。
また、第１の色度Ｃ１、第２の色度Ｃ２、第３の色度Ｃ３と所定の色度との差とは、所定の色度から第１の色度Ｃ１、第２の色度Ｃ２、第３の色度Ｃ３のそれぞれの色度位置までの長さを指す。第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２と第３の色度Ｃ３は、所定の色度を挟んでほぼ等距離の位置にあるが、所定の色度の位置から第１の色度Ｃ１、第２の色度Ｃ２、第３の色度Ｃ３までのそれぞれの長さは、白色光Ｌ１、白色光Ｌ２、白色光Ｌ３の明るさに応じて定められる。
ここで、第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２と第３の色度Ｃ３は、所定の色度を始点とし、第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２と第３の色度Ｃ３をそれぞれ終点とする各線分のなす角がおのおの１２０度とされて、ほぼ正三角形を形成する各頂点の位置とされる（詳細については後述する）。
図１において、第１の発光ユニット１０は、第１の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第１の出射光を出射する第１の青色発光素子１１、及び、第１の出射光に励起されて第１の励起光を出射する第１の蛍光体層１２を有する。第１の発光ユニット１０は、第１の出射光と第１の励起光とが混色された、第１の色度Ｃ１の白色光Ｌ１を出力する。第１の蛍光体層１２には、第１の発光ユニット１０から第１の色度Ｃ１の白色光Ｌ１が出力されるように設定された成分や配合比率で、緑色蛍光体１２Ｇや赤色蛍光体１２Ｒなどの蛍光体が含まれている。したがって、第１の発光ユニット１０は、第１の青色発光素子１１から出射される青色光と、緑色蛍光体１２Ｇから出射される緑色光と、赤色蛍光体１２Ｒから出射される赤色光とが混色された出力光を出力する。
第２の発光ユニット２０は、第２の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第２の出射光を出射する第２の青色発光素子２１、及び、第２の出射光に励起されて第２の励起光を出射する第２の蛍光体層２２を有する。第２の発光ユニット２０は、第２の出射光と第２の励起光とが混色された、第２の色度Ｃ２の白色光Ｌ２を出力する。第２の蛍光体層２２には、第２の発光ユニット２０から第２の色度Ｃ２の白色光Ｌ２が出力されるように設定された成分や配合比率で、緑色蛍光体２２Ｇや赤色蛍光体２２Ｒなどの蛍光体が含まれている。したがって、第２の発光ユニット２０は、第２の青色発光素子２１から出射される青色光と、緑色蛍光体２２Ｇから出射される緑色光と、赤色蛍光体２２Ｒから出射される赤色光とが混色された出力光を出力する。
第３の発光ユニット３０は、第３の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第３の出射光を出射する第３の青色発光素子３１、及び、第３の出射光に励起されて第３の励起光を出射する第３の蛍光体層３２を有する。第３の発光ユニット３０は、第３の出射光と第３の励起光とが混色された、第３の色度Ｃ３の白色光Ｌ３を出力する。第３の蛍光体層３２には、第３の発光ユニット３０から第３の色度Ｃ３の白色光Ｌ３が出力されるように設定された成分や配合比率で、緑色蛍光体３２Ｇや赤色蛍光体３２Ｒなどの蛍光体が含まれている。したがって、第３の発光ユニット３０は、第３の青色発光素子３１から出射される青色光と、緑色蛍光体３２Ｇから出射される緑色光と、赤色蛍光体３２Ｒから出射される赤色光とが混色された出力光を出力する。
ここで、「ピーク波長」とは、発光スペクトルにおける強度のピーク値の波長である。
通常、第１の蛍光体層１２と第２の蛍光体層２２と第３の蛍光体層３２とでは、含まれる蛍光体の成分や配合比率などが異なる。なぜなら、第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１と第３の青色発光素子３１とでは、発光スペクトルのピーク波長が異なる。例えば、第３の青色発光素子３１の出射光のピーク波長である第３の波長は、第１の青色発光素子１１の出射光のピーク波長である第１の波長よりも長く、且つ、第２の青色発光素子２１の出射光のピーク波長である第２の波長よりも短い。後述するように、第１の波長と第２の波長の差は２０ｎｍ以上であることが好ましい。
以下において、第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１と第３の青色発光素子３１を総称して「青色発光素子」という。青色発光素子は、例えばＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤチップである。
第１の発光ユニット１０は、例えば図１に示すように、凹部を有する第１のパッケージ１３の凹部底面に、第１の青色発光素子１１が配置された構造である。第１のパッケージ１３の凹部は、第１の蛍光体層１２により充填されている。第２の発光ユニット２０も第１の発光ユニット１０と同様な構成であり、凹部を有する第２のパッケージ２３の凹部底面に第２の青色発光素子２１が配置され、第２のパッケージ２３の凹部は第２の蛍光体層２２により充填されている。第３の発光ユニット３０も第１，第２の発光ユニット１０，２０と同様な構成であり、凹部を有する第３のパッケージ３３の凹部底面に第３の青色発光素子３１が配置され、第３のパッケージ３３の凹部は第３の蛍光体層３２により充填されている。
第１の蛍光体層１２と第２の蛍光体層２２と第３の蛍光体層３２には、蛍光体を含有するシリコン樹脂などが使用される。以下において、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０と第３の発光ユニット３０とを総称して「発光ユニット」という。
第１のパッケージ１３と第２のパッケージ２３と第３のパッケージ３３は、基板４０上に実装されている。基板４０には、図示を省略した電気配線が配置されており、この電気配線に第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１と第３の青色発光素子３１とがそれぞれ接続されている。電気配線によって電圧を印加することによって駆動電流が流れ、第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１と第３の青色発光素子３１とが発光する。
既に述べたように、第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１と第３の青色発光素子３１とでは、発光スペクトルのピーク値の波長が異なる。このため、後述する等色関数ｘ−ｂａｒサブピークに対応した青色光領域のスペクトル設計が可能となり、結果として低くなりがちな演色評価数Ｒ９（赤）、Ｒ１２（青）を高くできる。
次に、ピーク波長の異なる少なくとも３つの青色発光素子をそれぞれ用いて得られる白色光の混色について、以下に説明する。なお、図２は、第１の青色発光素子１１と第１の蛍光体層１２とを用いて得られる第１の発光ユニット１０による白色光Ｌ１の発光スペクトルと、第２の青色発光素子２１と第２の蛍光体層２２とを用いて得られる第２の発光ユニット２０による白色光Ｌ２の発光スペクトルと、第３の青色発光素子３１と第３の蛍光体層３２とを用いて得られる第３の発光ユニット３０による白色光Ｌ３の発光スペクトルとを対比して示すものである。図３は、各白色光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を混色させて得た所定の色度の白色光（出力光）の発光スペクトルＴＬを、ＣＩＥ昼光色スペクトルＮＬと対比して示すものである。図２及び図３において、横軸は波長であり、縦軸は分光分布強度である。また、「ＣＩＥ昼光色スペクトルＮＬ」とは、黒体放射による発光や太陽光（自然光）のような連続した基準光スペクトルである。
図２に示すように、青色ＬＥＤチップの分布波長帯を４３０．０ｎｍ〜４８０．０ｎｍとした場合において、第１の発光ユニット１０は、その白色光Ｌ１の発光スペクトルにおける分光分布強度のピーク波長が短波長領域、例えば４３０．０ｎｍ〜４４５．０ｎｍ程度となるように、第１の青色発光素子１１と第１の蛍光体層１２との組み合わせが設定される。第２の発光ユニット２０は、その白色光Ｌ２の発光スペクトルにおける分光分布強度のピーク波長が長波長領域、例えば４６５．０ｎｍ〜４８０．０ｎｍ程度となるように、第２の青色発光素子２１と第２の蛍光体層２２との組み合わせが設定される。第３の発光ユニット３０は、その白色光Ｌ３の発光スペクトルにおける分光分布強度のピーク波長が中波長領域、例えば４４５．０ｎｍ〜４６５．０ｎｍ程度となるように、第３の青色発光素子３１と第３の蛍光体層３２との組み合わせが設定される。
これにより、図３に示すように、白色光Ｌ１と白色光Ｌ２と白色光Ｌ３とを混色させた白色光のスペクトルＴＬを、ＣＩＥで定めた平均演色評価数Ｒａが指数１００のＣＩＥ昼光色スペクトルＮＬに近似させることが可能となる。
図４は、本実施形態の発光装置１との対比のために示すもので、これは本発明者らが先に発明した、２つの異なるピーク波長をもつ青色素子を用いた高演色性の発光装置２である（例えば、特開２０１６−２１９５１９号公報参照）。なお、図４（ａ）は、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０とが基板４０上に実装された発光装置２を比較例として示す模式図であり、図４（ｂ）は、この比較例の発光装置２の白色光の発光スペクトルＤＬをＣＩＥ昼光色スペクトルＮＬと対比して示すグラフである。ここで、図４（ｂ）の横軸は波長であり、縦軸は分光分布強度である。ただし、比較例の発光装置２において、第１の発光ユニット１０は、例えば、その白色光Ｌ１の発光スペクトルにおける分光分布強度のピーク波長が４４０．０ｎｍ〜４４２．５ｎｍ程度となるように調整され、第２の発光ユニット２０は、例えば、その白色光Ｌ２の発光スペクトルにおける分光分布強度のピーク波長が４６５．０ｎｍ〜４６７．５ｎｍ程度となるように調整されている。
図４（ｂ）のグラフからも明らかなように、比較例の発光装置２の場合、特に等色関数の青色光領域（図中に、ＢＡで示す青色波長帯）において、スペクトルＤＬにおける、白色光Ｌ１の発光スペクトル及び白色光Ｌ２の発光スペクトルのスペクトル形状（凹凸波形）が、ＣＩＥ昼光色スペクトルＮＬから大きく外れている。
即ち、図３に示した本実施形態の発光装置１によれば、白色光Ｌ３の波長を精査することによって、スペクトルＴＬの青色波長帯の領域に対応する、白色光Ｌ１の発光スペクトルと白色光Ｌ２の発光スペクトルとの谷間の部分を、さらにＣＩＥ昼光色スペクトルＮＬに寄せることが可能になる。したがって、個々の白色光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の演色性は低くとも、最終的には高演色性の合成光を自然光により近い白色光とすることができる。
図５（ａ）は、本実施形態の発光装置１における演色評価数を例示するものであり、図５（ｂ）は、比較例の発光装置２における演色評価数を例示するものである。ただし、図５（ａ）は、本実施形態の発光装置１の、第１の発光ユニット１０の白色光Ｌ１の発光スペクトルにおける分光分布強度のピーク波長が４４０．０ｎｍ〜４４５．０ｎｍ程度となるように調整し、第２の発光ユニット２０の白色光Ｌ２の発光スペクトルにおける分光分布強度のピーク波長が４７２．５ｎｍ〜４７５．０ｎｍ程度となるように調整し、第３の発光ユニット３０の白色光Ｌ３の発光スペクトルにおける分光分布強度のピーク波長が４５２．５ｎｍ〜４５５．０ｎｍ程度となるように調整した場合の例である。
また、詳細については後述するが、図５（ａ）は、第１の発光ユニット１０の第１の色度Ｃ１と第２の発光ユニット２０の第２の色度Ｃ２と第３の発光ユニット３０の第３の色度Ｃ３と所定の色度との差を、それぞれ０．０１５以上、０．０４以下とした場合の例である。
本実施形態に係る発光装置１のような構成とすることによって、図５（ａ）からも明らかなように、特殊演色評価数Ｒｉ（ｉ＝９〜１５）のうち、特に演色評価数Ｒ９，Ｒ１２の値について、さらなる向上が期待できる。
即ち、図４（ａ）に示す比較例の発光装置２の場合、図５（ｂ）に示すように、超高演色な近紫外ないしは紫色ＬＥＤチップを用いた発光装置の場合よりも発光効率が高くて、紫外線劣化を抑制できるものの、紫色励起方式のように、分光放射分布を太陽光の放射スペクトル（基準光スペクトル）に近づけるには限界がある（図４（ｂ）参照）。
以下においては、近紫外ないしは紫色ＬＥＤチップを用いた発光装置の場合を「紫色励起方式」と称するのに対し、青色ＬＥＤチップを用いた発光装置の場合を「青色励起方式」と称する。また、「演色性」とは、照明光の基準光との色差ΔＥにより定量化（数値化）されるもので、被照物を太陽光（基準光）で照らしたときに見えるような色合いを再現できる度合いを示すものである。より再現性の高い白色光を「高演色」と称し、特に、平均演色評価数Ｒａの値が９５以上（Ｒａ≧９５）であり、演色評価数Ｒｉ（ｉ＝９〜１５）の値が９０よりも大きい（Ｒｉ＞９０）ときに、「超高演色」と称する。
なお、演色性の決め手となる要素としては、照明光などの光源の場合には分光放射分布（放射スペクトル）が、被照物の場合には分光反射率が、視覚的には錐体分光感度（等色関数）が挙げられる。
ここで、演色評価数Ｒｉとは、太陽光（基準光）を１００とし、ＣＩＥの定めた１５種類の試験色Ｒ１〜Ｒ１５の色差ΔＥを減じたもので、下記式（１）によって求められる。
Ｒｉ＝１００−４．６×ΔＥ（ｉ＝１〜１５） … （１）
ただし、色差ΔＥ＝（基準光下での色合い）−（照明光下での色合い）である。
また、平均演色評価数Ｒａは、演色評価数Ｒ１〜Ｒ８の平均値であって、下記式（２）によって求められる。
Ｒａ＝（Ｒ１＋Ｒ２＋…＋Ｒ８）／８ … （２）
次に、青色励起方式の発光装置において、より高演色化できるようにするための方法について説明する。
上述したように、比較例の発光装置２のような構成とした場合、紫色励起方式の場合のように、分光放射分布を太陽光の放射スペクトルに近似させるだけでは高演色化できないことが分かった。
そこで、本実施形態に係る発光装置１においては、図６に示すように、等色関数（≒錐体分光分布）の赤色系のｘ−ｂａｒ関数のサブピークＳＰに着目した。このサブピークＳＰは、図６に示すように、青色波長帯（例えば、４３５．０ｎｍ〜４８０．０ｎｍ）ＢＳの付近に現れる。これは、主に赤色波長帯に対して感度をもつ関数は、青色波長帯に対しても、ある程度の感度をもつということである。したがって、３つ以上の青色発光素子の波長及びスペクトルを精査することによって、比較例の発光装置２で得られる以上の高い演色性、とりわけ演色評価数Ｒ９，Ｒ１２のさらなる向上が期待できる。
即ち、比較例の発光装置２は、図７（ｂ）に示すように、発光スペクトルのピーク強度が白色光Ｌ１と白色光Ｌ２とで示されるのに対し、本実施形態に係る発光装置１は、図７（ａ）に示すように、発光スペクトルのピーク強度が白色光Ｌ１と白色光Ｌ２と白色光Ｌ３とで示される。このように、３波長帯分の白色光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を採用することによって、スペクトル形状をより精細に制御することが可能となる。その結果、演色評価数Ｒ９，Ｒ１２に対するブレークスルー、つまり、等色関数に対応する青色のスペクトル形状をより最適化できる。
ここで、青色ＬＥＤチップの発光スペクトルを変化させて、演色評価数Ｒ９，Ｒ１２がどう変化するかをシミュレーションした結果について説明する。
図８は、青色波長帯ＢＳ内で青色ＬＥＤチップのピーク波長を仮想的に変化させた場合の、演色評価数Ｒ９，Ｒ１２の青色ピーク波長依存性についての、シミュレーション結果を示すものである。図８（ｂ）に示すように、青色ＬＥＤチップのピーク波長ＢＳ１を矢印ＰＷに沿ってピーク波長ＢＳ２へと変化させると、それに伴って、図８（ａ）に示すように、ピーク波長が４５８．５ｎｍ付近のときに、演色評価数Ｒ９の値が９３（Ｍａｘ．）となった。ただし、演色評価数Ｒ１２は全域で９０よりも小さい値であった。
図９は、青色スペクトル半値幅増加依存性についてのシミュレーション結果を示すものである。図９（ｂ）に示すように、例えば青色ＬＥＤチップのピーク波長λｐを４６０．０ｎｍに固定し、矢印ＨＷに沿ってスペクトルＢＳａ，ＢＳｂ，ＢＳｃ，…の幅を仮想的に増加させると、図９（ａ）に示すように、演色評価数Ｒ１２の値は単調に増加した。ただし、演色評価数Ｒ９の値は飽和状態であった。
これらのシミュレーション結果より、少なくとも３個以上の狭半値幅である青色ＬＥＤチップを組み合わせ、等色関数に対応した青色ＬＥＤチップの分布する波長（帯）領域のスペクトル形状を最適化することで、演色評価数Ｒ９，Ｒ１２の値を向上できることがわかった。即ち、各青色ＬＥＤチップの発光波長とスペクトル半値幅とを最適化することで、より演色性の高い白色光の出力が可能となる。
次に、発光ユニットの狙い色度について説明する。
図１０は、本実施形態に係る発光装置１を例に示すｘｙ色度図である。なお、このｘｙ色度図は、発光装置１の合成光の色温度ＢＣを５０００Ｋ、第１の発光ユニット１０の第１の青色発光素子１１の第１の波長を４３５．０〜４４５．０ｎｍ、第２の発光ユニット２０の第２の青色発光素子２１の第２の波長を４６５．０〜４７５．０ｎｍ、第３の発光ユニット３０の第３の青色発光素子３１の第３の波長を４４５．０〜４６５．０ｎｍとした場合の例である。
本実施形態に係る発光装置１において、第１の発光ユニット１０の狙い色度は、図１０のｘｙ色度図に示すように、所定の色度ＳＳとの差（線分Ｓ１０）が０．０４以下の所望の色度位置（第１の色度Ｃ１）に定められる。第２の発光ユニット２０の狙い色度は、図１０のｘｙ色度図に示すように、所定の色度ＳＳとの差（線分Ｓ２０）が０．０４以下の所望の色度位置（第２の色度Ｃ２）に定められる。第３の発光ユニット３０の狙い色度は、図１０のｘｙ色度図に示すように、所定の色度ＳＳとの差（線分Ｓ３０）が０．０４以下の所望の色度位置（第３の色度Ｃ３）に定められる。
即ち、本実施形態の発光装置１では、高演色性にとって最適なものとするために、白色光Ｌ１の色度が第１の色度Ｃ１であるように第１の発光ユニット１０が形成され、白色光Ｌ２の色度が第２の色度Ｃ２であるように第２の発光ユニット２０が形成され、白色光Ｌ３の色度が第３の色度Ｃ３であるように第３の発光ユニット３０が形成される。
また、第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２と第３の色度Ｃ３は、所定の色度ＳＳを始点とし、第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２と第３の色度Ｃ３とをそれぞれ終点とする各線分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０のなす角がおのおの１２０度とされて、ほぼ正三角形の形状を保つ頂点の位置となる。
ここで、第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２と第３の色度Ｃ３は、所定の色度ＳＳを中心色度とし、その中心色度から、線分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０を半径とする同一円周ＳＡ上に形成される、ほぼ正三角形の各頂点までの、線分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０上に位置することが望ましい。即ち、第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２と第３の色度Ｃ３は、所定の色度ＳＳを挟んで、ほぼ等距離の位置（Ｓ１０＝Ｓ２０＝Ｓ３０）にある。
例えば、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０と第３の発光ユニット３０の明るさが同じ（１：１：１）と仮定した場合、その合成光の色度は、概ね三角形Ｔの中心となる。そこで、所定の色度ＳＳの周囲に三角形Ｔの形状を保つようにして、第１の発光ユニット１０の狙い色度と第２の発光ユニット２０の狙い色度と第３の発光ユニット３０の狙い色度とが決められる。
なお、図１０に示したｘｙ色度図において、第１の発光ユニット１０の狙い色度と第２の発光ユニット２０の狙い色度と第３の発光ユニット３０の狙い色度とが異なるのは、白色光Ｌ１の発光スペクトルと白色光Ｌ２の発光スペクトルと白色光Ｌ３の発光スペクトルのスペクトル形状を調整するためである。
また、ｘｙ色度図の、左下ほど低色度領域であり、この領域では、パッケージ内の蛍光体の量が少なく、ピーク波形が高くなる傾向にある。一方、右上ほど高色度領域であり、この領域では、パッケージ内の蛍光体の量が多く、ピーク波形が低くなる傾向にある。
ここで、狙い色度の調整の方法について、図１１を参照して、さらに説明する。
所定の色度ＳＳに対する、第１の発光ユニット１０の狙い色度と第２の発光ユニット２０の狙い色度と第３の発光ユニット３０の狙い色度の調整は、例えば図１１に示すように、大小の２種類の正三角形Ｔ１，Ｔ２を用いて行われる。
本実施形態において、大きい正三角形Ｔ１は、各頂点が、所定の色度ＳＳからの距離（例えば、０．０４）を半径とする不図示の円周上に位置し、小さい正三角形Ｔ２は、各頂点が、所定の色度ＳＳからの距離（例えば、０．０１５）を半径とする不図示の円周上に位置する。
また、各頂点の色度に対しては、色度ランク（製造ばらつき）を考慮した範囲ｘ，ｙ±０．０１が設けられる。即ち、大きい正三角形Ｔ１の各頂点を中心に、色度ランクを考慮した範囲ｘ，ｙ±０．０１が、色度位置Ｃ１Ｌ，Ｃ２Ｌ，Ｃ３Ｌとされる。同様に、小さい正三角形Ｔ２の各頂点を中心に、色度ランクを考慮した範囲ｘ，ｙ±０．０１が、色度位置Ｃ１Ｓ，Ｃ２Ｓ，Ｃ３Ｓとされる。
したがって、第１の発光ユニット１０の第１の色度Ｃ１の調整は、例えば図１１に示すように、所定の色度ＳＳからの距離を、色度位置Ｃ１Ｓと色度位置Ｃ１Ｌとの間の線分１１ｄ上で行うことによって、第１の色度Ｃ１と所定の色度ＳＳとの差を０．０１５以上０．０４以下に設定できる。同様に、第２の発光ユニット２０の第２の色度Ｃ２の調整は、例えば図１１に示すように、所定の色度ＳＳからの距離を、色度位置Ｃ２Ｓと色度位置Ｃ２Ｌとの間の線分２１ｄ上で行うことによって、第２の色度Ｃ２と所定の色度ＳＳとの差を０．０１５以上０．０４以下に設定できる。同様に、第３の発光ユニット３０の第３の色度Ｃ３の調整は、例えば図１１に示すように、所定の色度ＳＳからの距離を、色度位置Ｃ３Ｓと色度位置Ｃ３Ｌとの間の線分３１ｄ上で行うことによって、第３の色度Ｃ３と所定の色度ＳＳとの差を０．０１５以上０．０４以下に設定できる。
即ち、図５（ａ）に示したように、高演色性を実現するためには、発光装置１において、所定の色度ＳＳとの差を０．０４以下にすることが好ましい。特に、所定の色度ＳＳとの差が０．０１５以上の場合に、演色性を高くできる。このように、所定の色度ＳＳとの差を０．０１５以上０．０４以下にすることが、演色性を高くする上で有利である。
なお、所定の色度ＳＳとの差は０．０１５以上０．０４以下に限定されるものではなく、また、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０と第３の発光ユニット３０の明るさに差がある場合には、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０と第３の発光ユニット３０の狙い色度をそれぞれ調整することによって、合成光の所定の色度ＳＳを決定するようにしてもよい。
上記したように、我々は、等色関数のｘ−ｂａｒ関数（赤色系）のサブピークＳＰに着目した（図６参照）。即ち、３波長帯分の青色ＬＥＤチップを用いることによって、演色評価数Ｒ９に影響する等色関数のｘ−ｂａｒ関数のサブピークＳＰに対応した青色発光領域のスペクトル形状を最適化（精査）するようにしている。これに加えて、青色の発光スペクトルの形状を、より太陽光（黒体放射に近似）のスペクトル形状に近似させることが可能となる。したがって、高演色もしくは超高演色といった極めて高い演色性、とりわけ演色評価数Ｒ９，Ｒ１２のさらなる向上が可能となる。
なお、上述の第１の実施形態においては、蛍光体として、緑色蛍光体や赤色蛍光体などを含めるようにしたが、これに限らず、例えば青色蛍光体を含めることも可能である。赤色蛍光体としては、例えば、Ｅｕ２＋で賦活されたＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋や（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋などの窒化アルミニウム系蛍光体、又は、これに類するものを使用可能である。緑色蛍光体としては、例えば、Ｃｅ３＋で賦活されたＬｕ３Ａｌ ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ３＋、又はこれに類するものや、Ｃａ３Ｓｃ ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｅｕ２＋で賦活された（Ｂａ、Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ ２＋、又はこれに類するものなどを使用可能である。青色蛍光体としては、例えば、Ｅｕ ２＋で賦活されたＳｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ２＋、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋、又はこれに類するものを使用可能である。
また、第３の発光ユニット３０に限らず、例えば、第１の発光ユニット１０の第１の青色発光素子１１の第１の波長と第２の発光ユニット２０の第２の青色発光素子２１の第２の波長との差が２０ｎｍ以上とされた状態において、さらに第４の発光ユニット、第５の発光ユニット、…を備えた構成とすることもできる。
（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置１００の構成例を示すものである。ここでは、図１に示した第１の実施形態に係る発光装置１を適用して構成した場合を例示している。したがって、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して、詳しい説明は省略する。
本発明の第２の実施形態に係る照明装置１００は、図１２に示すように、図１の発光装置１を１セットとする、複数セット分の発光装置１が照明用灯具の基台１０１上にライン状に実装された構成とされている。そして、光拡散タイプの不透明な灯具用カバー（図示省略）で覆うことで、照明装置１００を、極めて演色性の高い照明光（合成光）を出力可能なＬＥＤ照明器具として仕上げることができる。
本実施形態の照明装置１００によれば、例えば、おのおのの発光ユニットの狙い色度が異なるように形成された各セットの発光装置１を同時に発光させることによって、高発光効率で、高演色性（もしくは超高演色）の合成光が得られる。これにより、各発光ユニットの色度のばらつきが大きい場合にも、極めて演色性の高い合成光による安定した照明が可能となる。したがって、太陽光で照明したいけれどもできないような環境、例えば、美術館や博物館、印刷所、塗装現場、医療・介護施設などの環境下において、紫外線劣化を招くことなく、まるで太陽光で照明したときのような色合いを再現可能となる。
本実施形態の構成においては、複数セット分の発光装置１を照明用灯具の基台１０１上にライン状に実装する場合に限らず、例えば、千鳥状、階段状、格子状、又は、円形状に実装させるようにしても良い。
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の発光装置及び照明装置は、発光素子によって蛍光体を励起して光を出力する各種の発光装置及び照明装置の用途に利用可能である。

Claims (7)

  1. 異なる３波長帯分の青色発光素子をそれぞれパッケージ内に収納してなる、第１の色度の白色光を出力する第１の発光ユニット、第２の色度の白色光を出力する第２の発光ユニットおよび第３の色度の白色光を出力する第３の発光ユニットを備え、
    前記第１の発光ユニット、前記第２の発光ユニットおよび前記第３の発光ユニットの各出力光を混色させて所定の色度の白色光を出力する発光装置であって、
    ｘｙ色度図において、前記第１の発光ユニット、前記第２の発光ユニットおよび前記第３の発光ユニットの各出力光の色度が前記所定の色度に対して一定の距離に位置し、且つ、前記第１の発光ユニット、前記第２の発光ユニットおよび前記第３の発光ユニットの各出力光の色度と前記所定の色度との差が０．０４以下であり、
    前記ｘｙ色度図において、前記所定の色度を始点とし、前記第１の色度と前記第２の色度と前記第３の色度をそれぞれ終点とする各線分のなす角がおのおの１２０度である
    ことを特徴とする発光装置。
  2. 前記第１の発光ユニットは、第１の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第１の出射光を出射する第１の青色発光素子、及び、前記第１の出射光に励起されて第１の励起光を出射する第１の蛍光体層を有し、前記第１の出射光と前記第１の励起光とを混色した前記第１の色度の白色光を出力し、
    前記第２の発光ユニットは、前記第１の波長よりも長波長の第２の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第２の出射光を出射する第２の青色発光素子、及び、前記第２の出射光に励起されて第２の励起光を出射する第２の蛍光体層を有し、前記第２の出射光と前記第２の励起光とを混色した前記第２の色度の白色光を出力し、
    前記第３の発光ユニットは、前記第１の波長よりも長波長で、前記第２の波長よりも短波長の第３の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第３の出射光を出射する第３の青色発光素子、及び、前記第３の出射光に励起されて第３の励起光を出射する第３の蛍光体層を有し、前記第３の出射光と前記第３の励起光とを混色した前記第３の色度の白色光を出力する
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記ｘｙ色度図において、前記第１の色度と前記第２の色度と前記第３の色度と前記所定の色度との差が０．０１５以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記第１の波長と前記第２の波長との差が２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  5. 前記第１の波長が４３０．０ｎｍ〜４４５．０ｎｍの波長範囲に含まれ、前記第２の波長が４６５．０ｎｍ〜４８０．０ｎｍの波長範囲に含まれ、前記第３の波長が４４５．０ｎｍ〜４６５．０ｎｍの波長範囲に含まれることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  6. 前記ｘｙ色度図において、前記第１の色度と前記第２の色度と前記第３の色度とが、それぞれ、ｘ，ｙ±０．０１の色度ランクを有することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  7. 異なる３波長帯分の青色発光素子をそれぞれパッケージ内に収納してなる、第１の色度の白色光を出力する第１の発光ユニット、第２の色度の白色光を出力する第２の発光ユニットおよび第３の色度の白色光を出力する第３の発光ユニットを備え、
    前記第１の発光ユニット、前記第２の発光ユニットおよび前記第３の発光ユニットの各出力光を混色させて所定の色度の白色光を出力させるために、
    ｘｙ色度図において、前記第１の発光ユニット、前記第２の発光ユニットおよび前記第３の発光ユニットの各出力光の色度が前記所定の色度に対して一定の距離に位置し、且つ、前記第１の発光ユニット、前記第２の発光ユニットおよび前記第３の発光ユニットの各出力光の色度と前記所定の色度との差が０．０４以下であり、前記ｘｙ色度図において、前記所定の色度を始点とし、前記第１の色度と前記第２の色度と前記第３の色度をそれぞれ終点とする各線分のなす角がおのおの１２０度である発光装置と、
    前記発光装置を１セットとし、複数セット分の前記発光装置が実装された照明用灯具と
    を備えることを特徴とする照明装置。
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