JPWO2018016047A1 - 発光装置 - Google Patents

Abstract

第１の波長をピーク波長とする出射光を出射する第１の青色発光素子１１及び第１の蛍光体層１２を有し、第１の色度の白色光を出力する第１の発光ユニット１０と、第１の波長よりも長波長の第２の波長をピーク波長とする出射光を出射する第２の青色発光素子２１及び第２の蛍光体層２２を有し、第２の色度の白色光を出力する第２の発光ユニット２０とを備え、ｘｙ色度図において、第１の色度と第２の色度とが所定の色度について対称に位置し、且つ第１の色度及び第２の色度と所定の色度との差が０．０４以下である。

Description

本発明は、蛍光体を励起して光を出力する発光装置に関する。

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、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、スペクトルの組合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、黒体放射或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。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。ここで、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）とされている。

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。特にその中でも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を光源として可視領域をＲＧＢ等の蛍光体励起で表現する方法が提示され、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。）。

しかしながら、青色を蛍光体で励起することから、その変換効率によるロス、及び効率の高い蛍光体そのものが開発途上であることなどから、発光効率そのものが一般白色ＬＥＤの半分程度となってしまい、省エネ省コストの観点から問題も多い。そこで、２つの青色ＬＥＤを励起光源として、ＲＧ蛍光体を制御する方法により、一般白色ＬＥＤと同等の信頼性を有しながら、効率を損なわずに極めて高い演色性を得る構造が考えられる（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０１１−２９４９７号公報 特願２０１５−１００６６４号

しかしながら、３０００Ｋ〜６０００Ｋで極めて高い演色性は実現できるものの、それ以下、それ以上の色温度では困難なこと、また範囲内であっても所望色度によっては実現できるスペクトル形状に限界があり、若干演色性が低下する色度位置が存在することが分かった。そのスペクトル形状制御の大きな要因となっている２つの青ピークの強度比が、素子選択によってのみ制御可能で、設計で制御できないという自由度の無さも実際に製造をする上で大きな問題である。

本発明は、２つの青色発光素子の出力比を設計で制御できるようにすることにより、２０００Ｋ〜１００００Ｋの広い温度範囲において、所定の色度ですべての演色評価数が高い白色光を出力する発光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、（ア）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、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、第１の出射光と第１の励起光を混色した第１の色度の白色光を出力する第１の発光ユニットと、（イ）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、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、第２の出射光と第２の励起光を混色した第２の色度の白色光を出力する第２の発光ユニットとを備え、ｘｙ色度図において、第１の色度と第２の色度とが所定の色度について対称に位置し、且つ第１の色度及び第２の色度と所定の色度との差が０．０４以下であり、第１の色度の白色光と第２の色度の白色光を混色して所定の色度の光を出力する発光装置が提供される。

本発明によれば、２０００Ｋ〜１００００Ｋの広い温度範囲において、所定の色度ですべての演色評価数が高い白色光を出力する発光装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式図である。 第１の青色発光素子を用いて得られる白色光の発光スペクトルの例を示すグラフである。 第１の青色発光素子を用いて得られる白色光の演色評価数の例を示す表である。 第２の青色発光素子を用いて得られる白色光の発光スペクトルの例を示すグラフである。 第２の青色発光素子を用いて得られる白色光の演色評価数の例を示す表である。 ２つの白色光を混色した出力光の発光スペクトルの例を示すグラフである。 ２つの白色光を混色した出力光の演色評価数の例を示す表である。 比較例の発光装置の構成を示す模式図である。 比較例の発光装置の出力光について色温度と演色評価数の関係を示すグラフである。 比較例の発光装置の出力光の発光スペクトルを示すグラフである。 比較例の発光装置の出力光の色度を示すｘｙ色度図である。 色度ベクトルを用いて色差を小さくする方法を説明するための模式図である。 Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間の均等色度図である。 演色評価数の分光分布を示すグラフである。 色度差を説明するためのｘｙ色度図である。 色度ベクトルの回転を説明するための模式図であり、図１６（ａ）は回転角が０度〜１３５度の場合を示し、図１６（ｂ）は回転角が１８０度〜３１５度の場合を示す。 演色評価数Ｒ９に対応する差分と回転角との関係を示すグラフである。 演色評価数Ｒ１２に対応する差分と回転角との関係を示すグラフである。 演色評価数と回転角との関係を示すグラフである。 演色評価数と色度差との関係を示すグラフである。 平均演色評価数Ｒａと発光ユニットの光出力比との関係を示すグラフである。 演色評価数Ｒ９と発光ユニットの光出力比との関係を示すグラフである。 演色評価数Ｒ１０と発光ユニットの光出力比との関係を示すグラフである。 演色評価数Ｒ１１と発光ユニットの光出力比との関係を示すグラフである。 演色評価数Ｒ１２と発光ユニットの光出力比との関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る発光装置と比較例の発光装置について出力光の演色評価数を比較した表である。 緑色蛍光体から出射される励起光の発光スペクトルの例を示すグラフである。 赤色蛍光体から出射される励起光の発光スペクトルの例を示すグラフである。 青色発光素子の出射光の発光スペクトルの例を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る発光装置から出力される出力光の発光スペクトルの例を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態の複合による照明器具の基板配置の例を示す模式的な平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光装置の他の構成を示す模式的な平面図である。

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。

（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は、図１に示すように、第１の色度Ｃ１の白色光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とを備える。図１の発光装置は、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を混色して、所定の色度の光を出力する。第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０とは、白色光Ｌ１と白色光Ｌ２が混色する範囲に近接して配置される。詳細は後述するが、ｘｙ色度図において、第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２とは所定の色度について対称に位置し、第１の色度Ｃ１及び第２の色度Ｃ２と所定の色度との差は０．０４以下である。

なお、説明の便宜上、第１の色度Ｃ１、第２の色度Ｃ２は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及び第２の色度Ｃ２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は、所定の色度を挟んだ対称位置にあるが、所定の位置から第１の色度Ｃ１、第２の色度Ｃ２それぞれまでの長さは、白色光Ｌ１、白色光Ｌ２による明るさに応じて定められる。

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。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。第１の発光ユニット１０は、第１の出射光と第１の励起光が混色された、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、緑色蛍光体や赤色蛍光体などの蛍光体が含まれている。

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、蛍光体が含まれている。通常、第１の蛍光体層１２と第２の蛍光体層２２とでは、含まれる蛍光体の成分や配合比率などが異なる。

第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１とでは、発光スペクトルのピーク波長が異なる。具体的には、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、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の波長の方が長い。後述するように、第１の波長と第２の波長の差は、２０ｎｍ〜４０ｎｍ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を総称して「青色発光素子」という。青色発光素子は、例えば青色ＬＥＤ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１の蛍光体層１２や第２の蛍光体層２２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を総称して「発光ユニット」という。

第１のパッケージ１３及び第２のパッケージ２３は、基板４０上に実装されている。図示を省略した電気配線が基板４０に配置されており、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、図１に示した発光装置によれば、狭半値幅である青色ＬＥＤのデメリットが補われ、低くなりがちな演色評価数Ｒ１２を高くできる。即ち、図１に示した発光装置によれば、青色ＬＥＤによる励起によって一般的なＬＥＤ照明器具と同程度の明るさを実現できる。

ピーク波長の異なる２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、第１の青色発光素子１１と蛍光体を用いて得られる白色光が図２に示す発光スペクトルを有し、演色評価数が図３に示す値であるとする。そして、第２の青色発光素子２１と蛍光体を用いて得られる白色光が図４に示す発光スペクトルを有し、演色評価数が図５に示す値であるとする。図３及び図５に示す演色評価数には、７０以下のものも含まれる。

ここで、第１の青色発光素子１１を用いて得られる上記の白色光の色度と、第２の青色発光素子２１を用いて得られる上記の白色光の色度とを、ｘｙ色度図において、所望の狙い色度について対称に位置するように設定する。このように色度を設定した２つの白色光を混色した白色光の発光スペクトルＳを図６に示し、演色評価数を図７に示す。図６に示すように、発光スペクトルＳは、ＣＩＥで定めた５０００Ｋの基準光の発光スペクトルを示す黒体放射のスペクトルＢに近づけられている。このとき、図７に示すように、全域で演色評価数は９０以上である。

上記のように、狙い色度について対称にそれぞれの色度を設定した２つの白色光を混色させることによって、狙い色度の白色光が得られる。また、白色光の演色評価数を全体的に高くすることができる。これは、以下のように、ピーク波長が異なる２つの青色発光素子の強度が制御されることによる。

低い色度の出力光を作る場合は、青色光を消費する蛍光体の量が少ないために、青色発光素子の出射光の減少が少なく、出力光における青色光の強度のピーク値が高い。一方、高い色度の出力光を作る場合は、蛍光体の量が多いために、出力光における青色光の強度のピーク値が低い。このように、色度を変えることにより、青色光の強度が調整される。これにより、２０００Ｋ〜１００００Ｋの広い範囲で、高演色性の光を出力することができる。

なお、ピーク波長が互いに異なる２つの青色発光素子を用いることによって、混色させた白色光において青色光の波長領域の全域で強度を高くできる。これに対して、青色発光素子を単独で使用した場合には、青色光の波長領域の全域で強度を高くすることが困難である。

ところで、本発明者らが検討を重ねた結果、すべての演色評価数が高い、所望の色度の出力光を得るためには、青色発光素子によって励起される蛍光体層によるスペクトル形状の制御も重要であることが見出された。以下に、検討の内容を説明する。

まず、図８に示すような、第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１を同一のパッケージ３０の凹部底面に配置し、パッケージ３０の凹部を蛍光体層２００で充填した構造の比較例を検討する。図８に示した比較例の発光装置は、異なるパッケージに第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１をそれぞれ配置し、それぞれのパッケージの凹部を蛍光体の成分と配合比率が同一の蛍光体層で充填した構成と考えることができる。つまり、青色発光素子のピーク波長の差のみに依存する、固定された異なる色度の出力光が混色される。

図９に、図８に示した発光装置の出力光について、３０００Ｋ〜６０００Ｋの黒体放射の発光スペクトルを狙った場合の平均演色評価数Ｒａ、及び演色評価数Ｒ９、Ｒ１２を示す。図９において、３５００Ｋでの演色評価数Ｒ９が低い。これは、図１０に示すように、第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１との強度のピーク値の差が大きいためである。図１０は、図８に示した発光装置の出力光の発光スペクトルＳａ、第１の青色発光素子１１を用いて得られる出力光の発光スペクトルＳａ１、第２の青色発光素子２１を用いて得られる出力光の発光スペクトルＳａ２を示す。なお、図１１のｘｙ色度図に示すように、第１の青色発光素子１１を用いて得られる出力光の色度Ｃ１１と、第２の青色発光素子２１を用いて得られる出力光の色度Ｃ２１とは、狙い色度Ｃ０について対称に位置している。

上記に比較例を用いて説明したように、青色発光素子のピーク波長の差のみに依存する白色光においては、すべての演色評価数を高くすることが困難である。更に、選択されたピーク波長によって色度Ｃ１１と色度Ｃ２１が決まり、狙い色度が固定されてしまうため、自由度が低い。また、青色発光素子の波長ばらつきが生じた場合に、発光装置の出力光を所望の色度にすることが困難である。

これに対し、図１に示した発光装置では、所望の色度の出力光が得られ、且つ、出力光のすべての演色評価数が高くなるように、第１の発光ユニット１０の出力光と第２の発光ユニット２０の出力光の色度が設定される。即ち、最も出力光の演色性が高くなるように、第１の発光ユニット１０の出力する白色光Ｌ１の色度として第１の色度Ｃ１が設定され、第２の発光ユニット２０の出力する白色光Ｌ２の色度として第２の色度Ｃ２が設定される。そして、白色光Ｌ１の色度が第１の色度Ｃ１になるように第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になるように第２の発光ユニット２０が形成される。第１の色度Ｃ１と第２の色度Ｃ２を設定する方法を、以下に説明する。

図１２に示すように、ｘｙ色度図において、第１の発光ユニット１０の出力光の色度Ｃ１０を始点とし、第２の発光ユニット２０の出力光の色度Ｃ２０を終点とする直線（以下において、「色度ベクトル」という。）を、色度Ｃ１０と色度Ｃ２０の中間である狙い色度Ｃ０を中心として回転させる。このように色度ベクトルを回転させることは、色度を維持しながら、スペクトル形状を変化させることと等価である。このとき、色度ベクトルを回転させながら、狙い色度Ｃ０と色度Ｃ１０及び色度Ｃ２０とのＬ^*ａ^*ｂ^*色空間における距離に相当する色差が小さくなるように、色度Ｃ１０と色度Ｃ２０の位置を決定する。

これは、図１３に示したＬ^*ａ^*ｂ^*色空間に座標Ｄ１で示した基準光と座標Ｄ２で示した試料光の距離に相当する色差ΔＥを用いて、演色評価数Ｒｊ（ｊ＝１〜１５）が、以下の式（１）で表されるためである：

Ｒｊ＝１００−４．６×ΔＥｊ ・・・（１）

式（１）に示すように、色差ΔＥが小さいほど演色評価数が高い。演色評価数を９０よりも高くするために、色差ΔＥが２以下であることが好ましい。更に演色評価数を高くするために、色差ΔＥが１以下であることが更に好ましい。

Ｌ^*ａ^*ｂ^*色空間における基準光と試料光との距離に相当する色差ΔＥは、以下の式（２）で表される：

ΔＥ＝｛（ΔＬ）²＋（Δａ）²＋（Δｂ）²｝^1/2 ・・・（２）

ここで、座標Ｄ１を座標（Ｌ１、ａ１、ｂ１）、座標Ｄ２を座標（Ｌ２、ａ２、ｂ２）として、ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜、Δａ＝｜ａ１−ａ２｜、Δｂ＝｜ｂ１−ｂ２｜である。

上記では、わかりやすいように、色差ΔＥのＬ^*ａ^*ｂ^*色空間での要素である差分ΔＬ、差分Δａ、差分Δｂについて説明した。以下では、ＪＩＳＺ８７２６に示されているＷ^*Ｕ^*ｖ^*色空間における、基準光の座標（Ｗ１、Ｕ１、ｖ１）と試料光の座標（Ｗ２、Ｕ２、ｖ２）との距離を示す差分ΔＷ、差分ΔＵ及び差分Δｖに関して検討する。ここで、ΔＷ＝｜Ｗ１−Ｗ２｜、ΔＵ＝｜Ｕ２−Ｕ１｜、Δｖ＝｜ｖ１−ｖ２｜である。

図１４に、演色評価数Ｒ１〜Ｒ１５の分光分布を示す。図１４の横軸は波長であり、縦軸は強度である。赤色成分である演色評価数Ｒ９と青色成分である演色評価数Ｒ１２が演色性評価において極めて重要であるが、図１４に示す分光分布では、演色評価数Ｒ９と演色評価数Ｒ１２とが対照的な特性を示している。このため、色度ベクトルを回転させたときに、演色評価数Ｒ９と演色評価数Ｒ１２の両方について、色差ΔＥのＷ^*Ｕ^*ｖ^*色空間での要素である差分ΔＷ、差分ΔＵ及び差分Δｖが小さい条件を求める。

なお、色差ΔＥは、色度Ｃ１０及び色度Ｃ２０と狙い色度Ｃ０とのｘｙ色度図における色度差ΔＣや、発光装置の出力光に設定される色温度に依存する。色度差ΔＣは、図１５に示す色度Ｃ１０及び色度Ｃ２０と狙い色度Ｃ０とのｘ座標の差Δｘとｙ座標の差Δｙを用いて、以下の式（３）で表される：

ΔＣ＝｛（Δｘ）²＋（Δｙ）²｝^1/2 ・・・（３）

以下では、色度差ΔＣが０．０１５であり、色温度が３５００Ｋの場合について説明する。

ここで、ｘｙ色度図の＋ｘ方向を基準方向とし、基準方向から反時計周りに色度ベクトルを回転させた場合の色度ベクトルの進行方向と基準方向とのなす角を回転角θとする。即ち、色度ベクトルの向きが基準方向と同一の場合に、回転角θが０度である。図１６（ａ）に、θ１＝０度、θ２＝４５度、θ３＝９０度、θ４＝１３５度の場合を示す。また、図１６（ｂ）に、θ５＝１８０度、θ６＝２２５度、θ７＝２７０度、θ８＝３１５度の場合を示す。

図１７に、演色評価数Ｒ９に対応する差分ΔＷ、差分ΔＵ及び差分Δｖのそれぞれの二乗の値と、回転角θとの関係を示す。図１７に示すように、差分ΔＵの二乗の値に極大値があるが、回転角θが１３５度〜１８０度と３１５度〜３６０度の場合には差分ΔＷ、差分ΔＵ及び差分Δｖの二乗の値は小さい。

図１８に、演色評価数Ｒ１２に対応する差分ΔＷ、差分ΔＵ及び差分Δｖのそれぞれの二乗の値と、回転角θとの関係を示す。図１８に示すように、差分ΔＵの二乗の値と差分Δｖの二乗の値に極大値があるが、回転角θが１３５度〜１８０度の場合には、差分ΔＷ、差分ΔＵ及び差分Δｖの二乗の値が小さい。

上記のように、ΔＵとΔｖのみが色差ΔＥに関与する。色度ベクトルを回転させることにより、色差ΔＥに周期性が現れる。図１７及び図１８から、回転角θが１３５度〜１８０度である場合に、演色評価数Ｒ９及び演色評価数Ｒ１２について色差ΔＥを小さくできることがわかる。即ち、ｘｙ色度図において、色度Ｃ１０を始点とし色度Ｃ２０を終点とする直線とｘｙ色度図の＋ｘ方向とのなす角を１３５度〜１８０度にすることによって、演色性を高めることができる。したがって、回転角θが１３５度〜１８０度のときの色度Ｃ１０を第１の色度Ｃ１とし、色度Ｃ２０を第２の色度Ｃ２とする。

次に、発光ユニットの光出力と色度差ΔＣが演色性に与える影響について検討する。図１９に、５０００Ｋでの平均演色評価数Ｒａ及び演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２と回転角θとの関係を示す。なお、図１９において、「ＣＮＴ」は、色度Ｃ１０及び色度Ｃ２０が狙い色度Ｃ０と同じ場合、即ち色度差ΔＣが零の場合である（以下において同様。）。図１９に示すように、回転角θが３１５度〜３６０度（０度）の場合、１３５度の場合、及びＣＮＴの場合に、高い演色性が得られる。以下に、範囲の広い３１５度〜３６０度の場合を例として検討する。なお、狙い色度が変われば、高い演色性が得られる回転角θも変わる。

図２０に、回転角θ＝３１５度としたときの、平均演色評価数Ｒａ及び演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２と色度差ΔＣとの関係を示す。図２０に示すように、色度差ΔＣが０．０３〜０．０４の範囲の場合に、高い演色性が得られる。一方、色度差ΔＣが０．０４よりも大きいと、演色性が低下し、演色評価数にばらつきが生じる。特に、演色評価数Ｒ１２が大きく低下する。したがって、色差ΔＥを小さくするためには、色度差ΔＣが０．０４以下であることが好ましい。

色度差ΔＣの調整は、発光ユニットの出力光における発光スペクトルのピークの高さの調整と等価である。つまり、発光ユニットの光出力の比によっても、高演色性を得るための最適値が異なる。以下に、第１の発光ユニット１０の光出力Ｐ１に対する第２の発光ユニット２０の光出力Ｐ２の比であるＰ２／Ｐ１を「光出力比」として、光出力比と平均演色評価数Ｒａ及び演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２との関係を説明する。

図２１は、ＣＮＴの場合、及び、色度差ΔＣが０．００７、０．０１５、０．０３、０．０４、０．０６の場合のそれぞれにおける、平均演色評価数Ｒａと光出力比との関係を示している。なお、高演色性の基準値Ｔａを９５として示している。図２１に示すように、光出力比＞０．８で演色評価数が基準値Ｔａを超えているのは、色度差ΔＣが０．０１５、０．０３、０．０６の場合である。

図２２〜図２５に、演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２に関して、演色評価数と光出力比との関係をそれぞれ示す。図２２〜図２５では、ＣＮＴの場合、及び、色度差ΔＣが０．００７、０．０１５、０．０３、０．０４、０．０６の場合のそれぞれにおける演色評価数と光出力比との関係を示している。なお、高演色性の基準値Ｔｊを９０として示している。

図２２に示すように、演色評価数Ｒ９に関して、光出力比＞０．８で演色評価数が基準値Ｔｊを超えているのは、ＣＮＴの場合、色度差ΔＣが０．００７、０．０１５、０．０３の場合である。

図２３に示すように、演色評価数Ｒ１０に関して、光出力比＞０．８で演色評価数が基準値Ｔｊを超えているのは、色度差ΔＣが０．００７、０．０１５、０．０３、０．０４、０．０６の場合である。

図２４〜図２５に示すように、演色評価数Ｒ１１、Ｒ１２に関しては、ＣＮＴの場合とすべての色度差ΔＣで、光出力比＞０．８で演色評価数が基準値Ｔｊを超えている。

したがって、平均演色評価数Ｒａ及び演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２のすべてに関して、光出力比＞０．８で高演色性の基準を満たしているのは、色度差ΔＣが０．０１５と０．０３の場合である。狙い色度が変われば、色度差ΔＣの最適値の範囲は変化する。

図２０〜図２５を参照して説明したように、色度差ΔＣが０．０４以下である場合に色差ΔＥを小さくできることを、本発明者らは見出した。したがって、高演色性を実現するために、発光装置の色度差ΔＣを０．０４以下にすることが好ましい。特に、色度差ΔＣが０．０１以上の場合に、演色性を高くできる。したがって、色度差ΔＣが０．０１以上且つ０．０４以下であることが、更に好ましい。上記のように、ＣＮＴの場合よりも、色度Ｃ１０と色度Ｃ２０とが狙い色度Ｃ０について対称に位置している場合の方が、演色性を高くする上で有利である。

なお、上記の検討では、発光装置の出力光の発光スペクトルにおける波長バランスや狙い色度を考慮して、光出力比＞０．８を基準とした。光出力比＞１の場合には、回転角θの最適値は異なるが、上記の検討と同様の結果が得られることが予測される。ただし、Ｐ１＜Ｐ２の場合は、現実的には存在しない。

発光装置では、高演色性に最適な回転角θや色度差ΔＣを設定するために、青色発光素子のピーク波長や蛍光体層の成分や配合比率を調整する。これにより、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が形成される。

図２６に、図８に示した比較例の発光装置と、図１に示した発光装置で回転角θを１３５度にした実施例１、及び回転角θを１８０度にして実施例２の、出力光の演色評価数を示す。図２６に示すように、実施例１と実施例２ではすべての演色評価数が高い。例えば、演色評価数Ｒ９は、比較例では９０未満であるが、実施例１及び実施例２では９０を超えている。このように、色度差ΔＣを０．０４以下とし、色度ベクトルの回転角θを１３５度〜１８０度に設定することによって、演色評価数を高くすることができる。

更に、本発明者らの検討によれば、第１の青色発光素子１１のピーク波長と第２の青色発光素子２１のピーク波長との差が大きすぎても小さすぎても、差分ΔＵや差分Δｖの回転角θに対する依存性に極大値や極小値が現れる。本発明者らは、検討を重ねることによって、第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１とのピーク波長の差が２０ｎｍ〜４０ｎｍである場合に、差分の極大値や極小値が減少することを見出した。このため、色差ΔＥを小さくするために、青色発光素子のピーク波長の差が２０ｎｍ〜４０ｎｍであることが好ましい。

本発明者らは、第１の青色発光素子１１のピーク波長が４３５ｎｍ〜４４５ｎｍの波長範囲に含まれ、第２の青色発光素子２１のピーク波長が４５５ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲に含まれる場合に、色差ΔＥを小さくできることを確認した。なお、発光装置の出力光の演色性を高めるために、第１の青色発光素子１１のピークと第２の青色発光素子２１のピークは、完全に分離していることが好ましい。

ところで、第１の発光ユニット１０及び第２の発光ユニット２０の出力光は、波長分布の凹凸の少ない発光スペクトルであることが好ましい。このために、青色発光素子や蛍光体層に含まれる蛍光体の種類が、適宜選択される。以下に、第１の蛍光体層１２及び第２の蛍光体層２２に含まれる蛍光体について好適な例を示す。

第１の蛍光体層１２は、第１の青色発光素子１１の出射光に励起されて緑色光を出射する緑色蛍光体と赤色光を出射する赤色蛍光体を含む。そして、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、第１の蛍光体層１２での緑色蛍光体と赤色蛍光体の成分や配合比率が設定される。また、第２の蛍光体層２２は、第２の青色発光素子２１の出射光に励起されて緑色光を出射する緑色蛍光体と赤色光を出射する赤色蛍光体を含む。そして、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、第２の蛍光体層２２での緑色蛍光体と赤色蛍光体の成分や配合比率が設定される。

例えば、緑色蛍光体に、第１の強度を示す第１の波長と第１の強度よりも小さい第２の強度を示す第２の波長を有する発光スペクトルの緑色光を出射する蛍光体を使用する。具体的には、図２７に示すような発光スペクトルＧｓの緑色光を出射する緑色蛍光体が発光装置に使用される。図２７に示した発光スペクトルの例では、第１の強度を示す第１の波長λｇ１が、第１の強度よりも小さい第２の強度を示す第２の波長λｇ２よりも短波長側にある。即ち、緑色蛍光体から出射される緑色の励起光の発光スペクトルは、第１の波長λｇ１において第１のピーク値を有し、且つ第１の波長λｇ１よりも長波長の第２の波長λｇ２において第１のピーク値よりも小さい第２のピーク値を有する。

このとき、赤色蛍光体に、緑色光に対して第１の波長λｇ１よりも第２の波長λｇ２における吸収が少ない吸収スペクトルの赤色光を出射する蛍光体を使用する。赤色蛍光体から出射される赤色の励起光の発光スペクトルＲｓの例を図２８に示す。

図２９に、第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１の発光スペクトルを重ねた発光スペクトルＢｓを示す。図２９において、波長λｂ１が第１の青色発光素子１１のピーク波長であり、波長λｂ２が第２の青色発光素子２１のピーク波長である。

発光ユニットは、青色発光素子から出射される青色光と、緑色蛍光体から出射される緑色光と、赤色蛍光体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。図２７〜図２９に発光スペクトルをそれぞれ示した緑色光、赤色光、青色光を混色した出力光の発光スペクトルＬｓを、図３０に示す。

図２７に示した発光スペクトルＧｓと図３０に示した発光スペクトルＬｓとでは、緑色光の波長帯での強度が異なっている。即ち、図２７では第１の波長λｇ１における強度の方が第２の波長λｇ２における強度よりも大きいのに対して、図３０では第１の波長λｇ１における強度の方が第２の波長λｇ２における強度よりも小さい。これは、赤色蛍光体が、緑色光に対して第１の波長λｇ１よりも第２の波長λｇ２における吸収が少ない吸収スペクトルを有するためである。つまり、赤色蛍光体によって第２の波長λｇ２よりも第１の波長λｇ１において緑色光が多く消費されるため、第１の波長λｇ１の強度と第２の波長λｇ２の強度が逆転する。その結果、図３０に示すような波長バランスの取れた、波長分布の凹凸の少ない発光スペクトルＬｓの出力光が得られる。

図２７に示すような発光スペクトルＧｓの緑色光を出射する緑色蛍光体には、酸化物系の蛍光体などを使用する。具体的には、賦活材がＣｅ³⁺であり、結晶場で分離した２つの基底準位に対して遷移することで発光スペクトルに２つのピーク値を持つスカンデート又はスカンジウム系酸化物を用いる。例えば、Ｃｅ³⁺で賦活されたＣａＳｃ₂Ｏ₄：Ｃｅ³⁺やＣａ₃Ｓｃ₂Ｓｉ₃Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺、Ｃａ₃（Ｓｃ、Ｍｇ）₂Ｓｉ₃Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺などを緑色蛍光体に使用可能である。これらの緑色蛍光体によれば、第１のピーク値を示す第１の波長λｇ１が、第１のピーク値よりも小さい第２のピーク値を示す第２の波長λｇ２よりも短波長側にある発光スペクトルの緑色光が出射される。

赤色蛍光体には、広い帯域を持つ窒化物系の蛍光体などを使用する。第１の波長λｇ１における吸収が第２の波長λｇ２における吸収よりも大きい吸収スペクトルを有する赤色蛍光体としては、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を使用可能である。

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る発光装置では、第１の発光ユニット１０の出力する白色光Ｌ１の色度と第２の発光ユニット２０の出力する白色光Ｌ２の色度とが狙い色度について対称に位置するとともに、狙い色度との差が０．０４以下である。これにより、すべての演色評価数の高い、所定の色度の白色光を出力する発光装置を実現できる。このとき、色差ΔＥを小さくして演色評価数を高くするために、色度ベクトルの回転角θを１３５度〜１８０度とし、第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１とのピーク波長の差を２０ｎｍ〜４０ｎｍにすることが好ましい。

＜灯具（照明器具）の例＞
複数個の第１の発光ユニット１０と複数個の第２の発光ユニット２０を有する発光装置を１列で交互実装し、光拡散タイプの不透明な灯具用カバーで覆うことで、極めて演色性の高い灯具に仕上げることができる。或いは、図３１に示すように、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０を、平面視で縦方向と横方向に交互に２列配置し、光拡散タイプの不透明な灯具用カバーで覆うことによっても、極めて演色性の高い灯具を実現できる。

（第２の実施形態）
上記では、１つの発光ユニットに１つの青色発光素子が配置される場合を例示的に示した。しかし、１つの発光ユニットに複数個の青色発光素子を配置してもよい。これにより、発光装置の面積の増大を抑制しつつ、光束を高くすることができる。

また、複数個の青色発光素子を配置した様々な形状の発光ユニットを用いて、チップ・オン・ボード（ＣＯＢ）タイプの発光装置を実現できる。例えば、第２の青色発光素子２１を複数個有する第２の発光ユニット２０を囲んで、第１の青色発光素子１１を複数個有する第１の発光ユニット１０を、基板上に配置する。図３２に示した例では、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０が、平面視で同心円状に配置されている。即ち、平面視で円形状の第２の発光ユニット２０の外側に、平面視で環形状の第１の発光ユニット１０が配置されている。

図３２において、第１の発光ユニット１０では、複数個の第１の青色発光素子１１が単一の第１の蛍光体層１２によって覆われている。また、第２の発光ユニット２０では、複数個の第２の青色発光素子２１が単一の第２の蛍光体層２２によって覆われている。例えば、所定の位置に第１の青色発光素子１１と第２の青色発光素子２１を配置し、蛍光体層を塗り分けることによって、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０を形成することができる。

図３２では、発光ユニットの外縁が円形状である例を示したが、発光ユニットの外縁が矩形状や多角形状であってもよい。なお、ピーク波長の短い第１の青色発光素子１１の出射光は、ピーク波長の長い第２の青色発光素子２１の出射光に吸収されやすい。このため、第２の発光ユニット２０を内側に配置し、第１の発光ユニット１０を外側に配置することが好ましい。

或いは、図３３に示すように、複数個の第２の青色発光素子２１を有する帯状の第２の発光ユニット２０の両側に、複数個の第１の青色発光素子１１を有する半円形状の第１の発光ユニット１０をそれぞれ配置した構成を採用してもよい。

上記のように、様々な形状の第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０を使用可能であり、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０の配置の組み合わせも任意である。第２の実施形態に係る発光装置によれば、所定の色度の白色光を出力し、且つ、すべての演色評価数の高い発光スペクトルの光を高い輝度で出力することができる。他は、第１の実施形態と同様であり、重複した記載を省略する。

（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。

例えば、第１の発光ユニット１０と第２の発光ユニット２０とを覆う灯具を基板４０に配置してもよい。第１の発光ユニット１０の出力光と第２の発光ユニット２０の出力光とが灯具内で混色されて、発光装置から所望の色度の白色光が出力される。

また、上記の実施形態の説明においては、短波長側に主ピークがあり、左右非対称の発光スペクトルの緑色光を出射する緑色蛍光体を使用する例を示した。しかし、長波長側に主ピークがある発光スペクトルの緑色光を出射する緑色蛍光体を使用してもよい。その場合、長波長側に主ピークがある吸収スペクトルの赤色蛍光体を使用する。

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の用途に利用可能である。

Claims (8)

1. 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の励起光を混色した第１の色度の白色光を出力する第１の発光ユニットと、
   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の励起光を混色した第２の色度の白色光を出力する第２の発光ユニットと
   を備え、
   ｘｙ色度図において、前記第１の色度と前記第２の色度とが所定の色度について対称に位置し、且つ前記第１の色度及び前記第２の色度と前記所定の色度との差が０．０４以下であり、
   前記第１の色度の白色光と前記第２の色度の白色光を混色して前記所定の色度の光を出力することを特徴とする発光装置。
2. 前記ｘｙ色度図において、前記第１の色度及び前記第２の色度と前記所定の色度との差が０．０１以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の色度及び前記第２の色度と前記所定の色度とのＬ^*ａ^*ｂ^*色空間における距離に相当する色差が、２以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 前記ｘｙ色度図において、前記第１の色度を始点とし前記第２の色度を終点とする直線と前記ｘｙ色度図の＋ｘ方向とのなす角が、１３５度〜１８０度であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
5. 前記第１の波長と前記第２の波長との差が２０ｎｍ〜４０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
6. 前記第１の波長が４３５ｎｍ〜４４５ｎｍの波長範囲に含まれ、前記第２の波長が４５５ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲に含まれることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 前記第１の蛍光体層が、前記第１の発光ユニットから前記第１の色度の白色光が出力されるように設定された成分及び配合比率で、前記第１の出射光に励起されて緑色光を出射する緑色蛍光体と赤色光を出射する赤色蛍光体を含み、
   前記第２の蛍光体層が、前記第２の発光ユニットから前記第２の色度の白色光が出力されるように設定された成分及び配合比率で、前記第２の出射光に励起されて緑色光を出射する緑色蛍光体と赤色光を出射する赤色蛍光体を含み、
   前記緑色蛍光体が、第１の強度を示す第１の波長と前記第１の強度よりも小さい第２の強度を示す第２の波長を有する発光スペクトルの緑色光を出射し、
   前記赤色蛍光体が、前記緑色光に対して前記第１の強度を示す第１の波長よりも前記第２の強度を示す第２の波長における吸収が少ない吸収スペクトルの赤色光を出射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
8. 前記第２の青色発光素子を複数個有する前記第２の発光ユニットを囲んで、前記第１の青色発光素子を複数個有する前記第１の発光ユニットが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

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