(57)【要約】【課題】       ＬＥＤ照明装置に用いられるＬＥＤデバイスはまだ演色性が低く、その原因の一つに、使用されている蛍光体間の相互作用による特性の損失がある。更に、青色ＬＥＤと蛍光体からなるＬＥＤデバイスはシアン系のスペクトルが不足している。【解決手段】 蛍光体を分離型構造にすることにより蛍光体間の相互作用をできるだけ少なくしたＬＥＤデバイスと、シアン系色の光を発するＬＥＤデバイスとの併用で、超高演色のＬＥＤ照明装置を提供できる。【選択図】    図１
2014157752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子の光で励起され固有の光を発する蛍光体からなる発光装置において、
前記固有の光として、
緑色系の光を発する緑色系蛍光体、
黄色系の光を発する黄色系蛍光体、および、
赤色系の光を発する赤色系蛍光体
の中から、異なる発光色の蛍光体が２種類以上用いられ、これらの蛍光体は、蛍光体間の相互作用が抑制される特定構造すなわち蛍光体分離型構造である発光装置（蛍光体分離型ＬＥＤデバイスと記する）と、
前記青色光とピーク波長が異なる青色からシアン色の光を発する半導体発光素子（シアン系色ＬＥＤチップと記する）または、該シアン系色ＬＥＤチップを用いた発光装置（シアン系色ＬＥＤデバイスと記する）とからなることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記蛍光体分離型ＬＥＤデバイスは、
青色光を発光し、対向する２つの主面を持ち、一方の主面を光取り出し面とし、他方の主面を電極形成面とする半導体発光素子の上に、前記光取り出し面と同等もしくは大きな対向する２つの主面を持ち、一方の主面を入光面とし、他方の主面を出光面とする蛍光体含有フィルム片が、前記光取り出し面と前記入光面を対向するように重ねて配置されて構成され、
前記蛍光体含有フィルム片を主面と垂直に複数分割し、分割した領域（分割領域と記する）ごとに、緑色系蛍光体、赤色系蛍光体、黄色系蛍光体のうち、いずれかの蛍光体を１つ割り当てて、前記蛍光体含有フィルム片を構成して、前記特定構造を構成したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記シアン系色ＬＥＤチップのピーク波長は、４６５ｎｍから５００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
青色光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子の光で励起され固有の光を発する蛍光体からなる発光装置において、
前記固有の光として、
緑色系の光を発する緑色系蛍光体、
黄色系の光を発する黄色系蛍光体、および、
赤色系の光を発する赤色系蛍光体
の中から、異なる発光色の蛍光体が２種類以上用いられ、これらの蛍光体は、蛍光体間の相互作用が抑制される特定構造すなわち蛍光体分離型構造である発光装置と、
紫色光を発する半導体発光素子（紫色ＬＥＤチップと記する）と該半導体発光素子の光で励起されブロードな波長分布を持つ青色系の光を発する青色系蛍光体からなる発光装置（青色系蛍光体ＬＥＤデバイスと記する）と
からなることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ電球などのＬＥＤ照明装置に係り、光束値（ルーメン値）が高く、かつ演色性が良好な照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤを用いた照明装置が実用化され、白熱電球や蛍光灯をはじめ水銀灯やハロゲン灯にも置き換わりつつある。その理由は、低消費電力で同等な明るさが得られ、地球温暖化の原因である二酸化炭素の排出量を大幅に削減できるエコ商品の切り札となるからである。例えば、６０Ｗ級の白熱電球の同等の明るさは、９ＷのＬＥＤ電球で実現できている。このように、すべての照明がＬＥＤ照明に代われば、二酸化炭素排出量の削減目標は容易に達成できるのであるが、これを阻んでいるのが、２つの照明装置の価格差がまだ大きいことである。寿命を考慮すれば、その価格差はかなり小さくなっているので、特殊な場所の照明は、それを交換する人件費も削減できるため、ＬＥＤ照明に置き換えられつつある。
【０００３】
店舗のダウンライトやスポット照明に使用されるハロゲン灯は、白熱電球と同じくフィラメントに通電し、これを白熱させた際の発光を利用するので、色再現性を評価する演色評価数が高く、また一般の白熱電球よりフィラメントの温度を高くできるため、５０％程度明るくすることができる。また、寿命も長持ちする。その理由は、フィラメントの材質はタングステンであり、白熱するとタングステンは昇華し、一般の白熱電球では、電球のガラスに析出する。しかしハロゲン灯は電球内に不活性ガスとともにハロゲンガスが微量封入されているので、ハロゲン化タングステンとなり、この物質は蒸気圧が高く析出せずにフィラメント付近で再度タングステンとハロゲンに分離し、タングステンがフィラメントに戻るというハロゲンサイクルを繰り返すためである。
ハロゲン灯の色温度は、２７００Ｋから３０００Ｋ程度で、演色性はランプの中では、最もよく、色再現性が重要な場所では、この光源が用いられる。
【０００４】
ハロゲン灯（ハロゲンランプとも記する）をＬＥＤ電球で置き換える場合、ハロゲンランプの用途が、店舗の照明や演出照明など色再現性が重要な場所の照明に用いられるため、課題になるのは、明るさと演色性である。明るさは、ＬＥＤ素子の発光効率が上がり、照明用ＬＥＤデバイス（照明用ＬＥＤ電子部品）の実力値で１５０ｌｍ／Ｗ（５０００Ｋ）や１００ｌｍ／Ｗ（３０００Ｋ）に達しているので問題はないように思えるが、演色性を考慮に入れると発光効率は下がってくる。例えば、色温度が３０００Ｋの照明用ＬＥＤデバイスで、平均演色評価数Ｒａ＝８０のデバイスは、発光効率が１００ｌｍ／Ｗが可能であるが、Ｒａ＝８５のデバイスは、８０ｌｍ／Ｗと低くなる。つまり演色性を良くすれば、発光効率は下がってくるのである。
【０００５】
半導体発光素子（ＬＥＤ素子やＬＥＤチップとも記する）を用いた白色光を得る方法として、第１ステップとして、青色光で青色と補色の関係にある黄色の光を発するＹＡＧ系の蛍光体粉末が用いられていた。しかし、このＬＥＤ素子の青色光とＹＡＧ蛍光体の黄色光で作られる疑似の白色光は、平均演色評価数Ｒａの値が７０台程度と低く、その照明で物の自然な色を再現するには無理があった。Ｒａが低い原因は、光の赤成分が少ないためである。
そこで、第２ステップとして、ＬＥＤ素子の青色光で光の３原色である緑色と赤色の光を発する蛍光体粉末が用いられるようになり、ＬＥＤ素子の青色光と２種の蛍光体からのブロードな光スペクトルを持つ緑色光と赤色光により、白色光を構成し、その平均演色評価数Ｒａの値は発光効率が良いもので８０台と改善されたが、Ｒａが９０台に届く高演色タイプでは発光効率はかなり悪くなる。その原因は、以下の理由である。
現在普及しつつあるＬＥＤ電球に用いられる照明用ＬＥＤデバイスは、青色光を発光するＬＥＤ素子とその青色光で励起されブロードな緑色光を発する緑色系蛍光体と青色光で励起されブロードな赤色光を発する赤色系蛍光体から構成されている。光の明るさは、人間の視感度にも影響されるので、視感度を考慮した光束で表され、単位はｌｍ（ルーメン）が用いられる。人間の視感度は、波長５５５ｎｍの黄色系の光が最も高く、青色系や赤色系の光は低くなる。そのため、蛍光体による赤色系の光成分が多くなればルーメン値は低くなる。演色性を良くするためには、一般的に、赤色系の光のなかでも長波の赤色光が必要で、その分、ルーメン値は低くなるのである。これが、演色性を良くすると光束値が下がる第１の要因である。
【０００６】
この先、第３ステップとして、紫色光や紫外光を発する半導体発光素子の高輝度化が進めば、紫色光や紫外光で光の３原色を発する３種の蛍光体粉末が用いられ、Ｒａの値はハロゲンランプと同等の１００になることが期待できる。現段階においても、紫色ＬＥＤデバイスを用いた高演色のＬＥＤ電球が発売され始めている。それについては後で述べる。（非特許文献１参照）
【０００７】
演色性を良くすると光束値が下がる重要な第２の要因がある。それを以下に記述する。
一般的に、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体は色温度を再現できる配合比で混合されて利用される。このように緑色系蛍光体と赤色系蛍光体を混合して使用する場合、蛍光体間で相互作用が生じている。つまり、ＬＥＤ素子からの青色光で励起された緑色系蛍光体からブロードな緑色光が発光されるが、その光の一部は赤色系蛍光体の励起光にもなりうるのである。
図１０にこのような相互作用の顕著な例を示す。図１０のＳａｍｐｌｅ５は、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体を同じ量だけ混合した場合のスペクトルで、Ｓａｍｐｌｅ６は、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体の単独のスペクトルを加算したもの（つまり、両者の蛍光体間で相互作用がない場合のスペクトル）である。両スペクトルの光特性値は、Ｓａｍｐｌｅ５は、光束値＝６９．０ｌｍ，Ｒａ＝６９．０，色温度＝２３００Ｋ、Ｓａｍｐｌｅ６は、光束値＝７２．２ｌｍ，Ｒａ＝９３．５，色温度＝４０９６．９Ｋである。
この発光スペクトルデータＮｏ３からわかるように、同じ量だけ混合した場合（すなわち緑色系蛍光体と赤色系蛍光体の混合比を１：１にした場合）は、緑色光成分は全く現れずに赤色光成分だけが大きくなっている。すなわち、緑色光は赤色系蛍光体に再吸収されて赤色光に変換されているのである。その結果、色温度は赤っぽく２３００Ｋとなり、色再現性もＲａ＝６９．０と悪くなり、さらに光束値も小さくなっている。
【０００８】
この例から次の２つのことが理解できる。
まず第１に、蛍光体を混合したＳａｍｐｌｅ５は、ＬＥＤ素子が発する青色光から緑色系蛍光体によりブロードな緑色光に変換され、更にこの光が赤色系蛍光体によりブロードな赤色光に変換されるという２段階の変換を経由した光となるため、２段階の変換による損失が伴っている。すなわちトータルとしての白色光の発光効率に損失分が発生していること。
【０００９】
第２に、緑色光成分の消失は、色温度の変化はもちろんであるが、平均演色評価数Ｒａを大きく損なっていること。
このような蛍光体間の相互作用は、演色性を落とすとともに、発光効率も悪くする作用があるのである。すなわち、前記したハロゲンランプのような高演色性で高光束値を持つ光源をＬＥＤ電球で置き換えるためには、蛍光体間の相互作用をなくす構造にすることが重要であることがわかる。
【００１０】
現在普及しているほとんどの白色ＬＥＤデバイスは、第２ステップにあるため、前記したように高演色化と高光束化が達成しにくい。そのため、高光束な既存の白色ＬＥＤデバイスに赤色発光ＬＥＤ素子を用いたデバイス（赤色ＬＥＤデバイスと記する）を追加することにより高演色化を満たそうという方法が取られている。このような例は、特許文献１に示されている。
この場合、色温度の異なる２つの白色ＬＥＤデバイス（例えば、色温度が約３０００Ｋと４０００Ｋの２つ）に赤色ＬＥＤデバイスを追加して用いている。ここでの２つの白色ＬＥＤデバイスは、前記した第２ステップのもので、（２つの色温度の白色ＬＥＤデバイスを使用しているので）２倍の蛍光体間の相互作用による損失が含まれている。また、赤色ＬＥＤデバイスのスペクトルは、シャープなスペクトルで、トータルのスペクトルがアンバランスになることや赤色発光ＬＥＤ素子と青色発光ＬＥＤ素子とはＶＦが異なっているのでドライバー回路が複雑になるなどの欠点もある。
また、文献２は、高光束で高演色なＬＥＤ照明とするために、青色ＬＥＤデバイス、青緑色ＬＥＤデバイス、橙色ＬＥＤデバイスおよび赤色ＬＥＤデバイスにより構成した照明装置の例やさらに蛍光体も含めた構成も記述されているが、数種のＬＥＤデバイスをコントロールすることは、各ＬＥＤデバイスの静特性や温度や寿命特性が異なるため非常に複雑になり、現実的ではない。
また、非特許文献１は、第３ステップにあたり、紫色光を発する半導体発光素子（紫色ＬＥＤチップと記する）に、紫色光でブロードな青色光、緑色光、赤色光をそれぞれ発する蛍光体をシリコン樹脂に混合し、ペースト状にしたものを塗布して、演色性の高いＬＥＤ照明としている。これについては、実施例の比較で再度記述するが、紫色ＬＥＤチップは、まだ青色ＬＥＤチップと比較して、輝度が低い上に高価であることが欠点である。また、青色光より波長が短い紫色の光が多く出ているために、シリコン樹脂にとってダメージが大きく寿命も短くなる欠点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１２−３９０８号公報
【特許文献２】特開２００６−２６１７０２号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】「ＭＵＳＥＵＭ  ＣＯＭ  ＳＰＯＴ  ＬＩＧＨＴ」、シーシーエス株式会社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ハロゲンランプを前記した第２ステップの照明用白色ＬＥＤデバイスで再現する場合、３０００Ｋの色温度で、演色性がＲａ＝９０以上の値で、発光効率が８０ｌｍ／Ｗ以上のもの、好ましくは、演色性がＲ１からＲ１５までの平均値が９５以上で、発光効率が６０ｌｍ／Ｗ以上のものが理想的である。これまでの照明用ＬＥＤデバイスは、青色光を発光するＬＥＤ素子に、色温度や演色性を再現するための蛍光体を混合して、ＬＥＤ素子の光取り出し面上に配置する構造が主であり、蛍光体間の相互作用までを考慮して、最適条件にした照明用ＬＥＤデバイスや、ＬＥＤ電球は存在していない。上記した理想的な照明用ＬＥＤデバイスを実現するためには、ＬＥＤ素子の発光効率や蛍光体粉末の変換効率（青色光で励起され固有の色の光を発する効率）の向上とともに、蛍光体間の相互作用をできるだけ少なくするＬＥＤデバイスの構造やＬＥＤ電球などＬＥＤ照明装置の設計が重要である。    
また、第２ステップの照明用白色ＬＥＤデバイスの場合、蛍光体間の相互作用を最適にしても致命的にシアン色のスペクトルが谷間となり不足するという課題が残る。
また、この先、紫色ＬＥＤ素子や紫外ＬＥＤ素子の高輝度化と低コスト化が進み、蛍光体として青色系蛍光体が用いられるようになっても、青色系蛍光体、緑色系蛍光体、黄色系蛍光体、および赤色系蛍光体間の相互作用もこれまで以上に考慮する必要が生じてくることは同じである。
【００１４】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、特にＬＥＤ電球などのＬＥＤ照明装置として、蛍光体間の相互作用を少なくした構成とするとともにシアン色のスペクトルを補足することにより、特性が向上したＬＥＤ電球などのＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明は、
青色光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子の光で励起され固有の光を発する蛍光体からなる発光装置において、
前記固有の光として、
緑色系の光を発する緑色系蛍光体、
黄色系の光を発する黄色系蛍光体、および、
赤色系の光を発する赤色系蛍光体
の中から、異なる発光色の蛍光体が２種類以上用いられ、これらの蛍光体は、蛍光体間の相互作用が抑制される特定構造すなわち蛍光体分離型構造である発光装置（蛍光体分離型ＬＥＤデバイスと記する）と、
前記青色光とピーク波長が異なる青色からシアン色の光を発する半導体発光素子（シアン系色ＬＥＤチップと記する）または、該シアン系色ＬＥＤチップを用いた発光装置（シアン系色ＬＥＤデバイスと記する）とからなることを特徴とするＬＥＤ照明装置である。
【００１６】
前記第2ステップの白色ＬＥＤデバイスは、緑色系蛍光体（または黄色系蛍光体）と赤色系蛍光体をシリコン樹脂中に一定の割合で混合し、青色光を発光するＬＥＤ素子の光取り出し面上に塗布した構造（混合系白色ＬＥＤデバイス）で、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体間の相互作用で、発光効率や演色性が損なわれている。この混合系白色ＬＥＤデバイスで、約３０００Kの色温度で、最も演色性が良好なデバイスは、例えばXｉｃａｔo社製の品番がＸＳＭ９５２７（図１１のＳａｍｐｌｅ７）で、この発光効率（ｌｍ／Ｗ値）および演色評価数（Ｒ１からＲ１５）は、例えば、表１の通りである。
【００１７】
【表１】
2014157752.tif 000003
【００１８】
Ｒ１からＲ１５までの平均値は９３．８である。このように演色性はかなり良くなっているが、発光効率は３８．６ｌｍ／Ｗと極めて低い。この原因は、前記したように緑色系蛍光体と赤色系蛍光体間の相互作用があるためである。また、シアン系色スペクトルの欠乏が原因であるＲ１１とＲ１２の数値が低くなっている。
【００１９】
これを改善するためには、緑色系蛍光体と赤色系蛍光体の相互作用をなくすことが重要で、それを満たす蛍光体分離型構造にした蛍光体分離型ＬＥＤデバイス（図８のＳａｍｐｌｅ２）の発光効率（ｌｍ／Ｗ値）および演色評価数（Ｒ１からＲ１５）は、同じ測定系で表２のようになる。
【００２０】
【表２】
2014157752.tif 000004
【００２１】
Ｒ１からＲ１５までの平均値は９４．４である。また、発光効率は５２．３ｌｍ／Ｗと高くなっている。このように、蛍光体分離型構造にすることによって、演色性や発光効率は改善されている。しかし、シアン系色スペクトルの欠乏は依然として残っておりＲ１１とＲ１２は他の評価数より低い値である。
これを改善するために、この波長を発するシアン系色ＬＥＤチップやシアン系色ＬＥＤデバイスのスペクトルを分離型の構成、つまり蛍光体分離型ＬＥＤデバイスとは別の発光装置として追加することにより改善できるのである。
【００２２】
請求項２の発明は、
前記蛍光体分離型ＬＥＤデバイスは、
青色光を発光し、対向する２つの主面を持ち、一方の主面を光取り出し面とし、他方の主面を電極形成面とする半導体発光素子の上に、前記光取り出し面と同等もしくは大きな対向する２つの主面を持ち、一方の主面を入光面とし、他方の主面を出光面とする蛍光体含有フィルム片が、前記光取り出し面と前記入光面を対向するように重ねて配置されて構成され、
前記蛍光体含有フィルム片を主面と垂直に複数分割し、分割した領域（分割領域と記する）ごとに、緑色系蛍光体、赤色系蛍光体、黄色系蛍光体のうち、いずれかの蛍光体を１つ割り当てて、前記蛍光体含有フィルム片を構成して、前記特定構造を構成したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置である。
【００２３】
蛍光体間の相互作用を殆どなくす構造として、単体の照明用ＬＥＤデバイスとして実現するには、蛍光体フィルム片を形成する構造が最も現実的である。例えば、スクリーン印刷法でプラスチックシート上に赤色系蛍光体粉末をシリコン樹脂中に混ぜてペースト状にしたものを印刷し、硬化させ、フィルム状の蛍光体含有フィルム片を形成する。その後、ダイサーを用いてブレード幅の溝を複数ライン入れることにより、蛍光体含有フィルム片の一部を研削し、蛍光体を取り除く。その後、この取り除いた赤色系蛍光体の部分に、緑色系蛍光体粉末をシリコン樹脂中に混ぜてペースト状にしたものを塗りこみ硬化させる。このようにして赤色系蛍光体の領域と緑色系蛍光体の領域を分離して形成した蛍光体含有フィルム片ができる。これを半導体発光素子（ＬＥＤ素子）の光取り出し面上に配置すれば赤色系蛍光体と緑色系蛍光体間で殆ど相互作用のない発光装置ができる。これに青色系蛍光体や黄色系蛍光体の領域を加えるためには、上記方法を繰り返せばよい。
【００２４】
請求項３の発明は、
前記シアン系色ＬＥＤチップのピーク波長は、４６５ｎｍから５００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置である。
【００２５】
前記蛍光体分離型ＬＥＤデバイスのスペクトルに欠乏しているシアン系色スペクトルを追加するために用いられるシアン系色ＬＥＤチップのピーク波長は、前記蛍光体分離型ＬＥＤデバイスに用いられる前記青色光を発する半導体発光素子のピーク波長に依存するが、４６５ｎｍから５００ｎｍの範囲が良い。特に、前記蛍光体分離型ＬＥＤデバイスに４５０ｎｍ近傍のピーク波長を用いた場合は、４７０ｎｍから４９０ｎｍの範囲が好ましい。該シアン系色ＬＥＤチップは、実装基板に直接チップオンボードの形で用いても良いし、該シアン系色ＬＥＤチップを用いたシアン系色ＬＥＤデバイスとして用いても良い。
【００２６】
請求項４の発明は、
青色光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子の光で励起され固有の光を発する蛍光体からなる発光装置において、
前記固有の光として、
緑色系の光を発する緑色系蛍光体、
黄色系の光を発する黄色系蛍光体、および、
赤色系の光を発する赤色系蛍光体
の中から、異なる発光色の蛍光体が２種類以上用いられ、これらの蛍光体は、蛍光体間の相互作用が抑制される特定構造すなわち蛍光体分離型構造である発光装置（蛍光体分離型ＬＥＤデバイスと記する）と、
紫色光を発する半導体発光素子（紫色ＬＥＤチップと記する）と該半導体発光素子の光で励起されブロードな波長分布を持つ青色系の光を発する青色系蛍光体からなる発光装置（青色系蛍光体ＬＥＤデバイスと記する）と
からなることを特徴とするＬＥＤ照明装置である。
【００２７】
シアン系色スペクトルを追加する方法として、前記したシアン系色ＬＥＤチップを用いる方法があるが、一般的にＬＥＤチップからの発光スペクトルはシャープでそれに含まれる波長の範囲は狭く最適な波長のＬＥＤチップの選別が必要である。その代わりに、紫色光を発する紫色ＬＥＤチップに該紫色ＬＥＤチップからの光で励起され青色からシアン色を含むブロードな波長分布を持つ光を発する青色系蛍光体からなる発光装置を用いる方がチップの選別など簡素化されるとともに、より好ましい演色性が得られる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ照明装置に使用するＬＥＤデバイスを、
蛍光体間の相互作用が生じない蛍光体分離型ＬＥＤデバイスと、
該蛍光体分離型ＬＥＤデバイスのスペクトルに欠乏しているシアン系色スペクトルを補足するシアン系色ＬＥＤチップや該シアン系色ＬＥＤチップを用いたシアン系色ＬＥＤデバイスとで構成することにより、超高演色なＬＥＤ照明装置を実現することができる。そして、このＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ電球やライン状光源やスポットライトとして美術館や博物館などの演色性が重要な場所の照明に適しているのである。                  
また、蛍光体分離型ＬＥＤデバイスに欠乏しているシアン系色のスペクトルを得るためには、シアン系色ＬＥＤチップよりも、紫色ＬＥＤチップとブロードな青色系の光を発する青色系蛍光体とで構成する方が、ブロードな青色からシアン色のスペクトル成分を含むため、更に演色性が良好なＬＥＤ照明装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態のＬＥＤ照明装置の基板の配置図である。
【図２】蛍光体分離型ＬＥＤデバイスの一例の図であって（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は線Ａ−Ａでの断面図である。
【図３】シアン系色ＬＥＤデバイスの一例の図であって（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は線Ａ−Ａでの断面図である。
【図４】シアン系色ＬＥＤデバイスの一例の図であって（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）側面図である。
【図５】本発明の第２実施形態のＬＥＤ照明装置の基板の配置図である。
【図６】蛍光体分離型ＬＥＤデバイスとシアン系色ＬＥＤデバイス（チップオンボード）の一例の図である。
【図７】青色系蛍光体ＬＥＤデバイスの一例の図であって（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は線Ａ−Ａでの断面図である。
【図８】発光装置の発光スペクトルデータＮｏ１である。
【図９】発光装置の発光スペクトルデータＮｏ２である。
【図１０】発光装置の発光スペクトルデータＮｏ３である。
【図１１】発光装置の発光スペクトルデータＮｏ４である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の発光装置の実施形態について、第１、第２実施形態の順に、図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
まず、第１実施形態のＬＥＤ照明装置の基板配置図を図１に示す。
このＬＥＤ照明装置１は、基板Φ１５．５ｍｍの円内に配置されており、図２に示すような蛍光体分離型ＬＥＤデバイス２を９個および図３に示すようなシアン系色ＬＥＤデバイス３を９個使用している。蛍光体分離型ＬＥＤデバイス２とシアン系色ＬＥＤデバイス３それぞれ1個の対で、図８に示すＳａｍｐｌｅ１のスペクトルとなる。蛍光体分離型ＬＥＤデバイス２のみでは、図８のＳａｍｐｌｅ２に示すスペクトルである。
【００３２】
この蛍光体分離型ＬＥＤデバイス２は、３Ｗ級で波長が約４５０ｎｍの青色光を発する例えば、サイズが約１ｍｍ×１ｍｍ×０．３４ｍｍの青色ＬＥＤチップを使用し、デバイスサイズが約２．６ｍｍ×２．６ｍｍ×０．４５ｍｍで、図２に示す構造である。分離型の蛍光体フィルム２３とシリコン樹脂の透明樹脂２２及びシリコン樹脂に酸化チタンを混ぜた反射壁の白色樹脂２０から構成されている。アルミベース基板などの外部基板への実装は、前記青色ＬＥＤチップの電極２４に半田を用いて行う。
分離型の蛍光体フィルム２３は、分割領域２３ａ，２３ｃ，２３ｅが赤色系蛍光体の領域で、分割領域２３ｂが緑色系蛍光体で、分割領域２３ｄが黄色系蛍光体である。蛍光体フィルムの大きさは一辺が約２．４ｍｍの正方形で、厚さは約０．１ｍｍである。赤色系蛍光体の分割領域は約１．５×２．４ｍｍ２、緑色系蛍光体の分割領域は約０．６×２．４ｍｍ２、黄色系蛍光体の分割領域は約０．３×２．４ｍｍ２で、赤色系蛍光体の分割領域の面積が最も広い。赤色系蛍光体は、例えばＣａＡｌＳｉ（ＯＮ）３：ＥｕとＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕとを最適な重量比で混合したものを、シリコン樹脂中に分散させ重量比５５％の濃度にしたものである。緑色系蛍光体は、例えばＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅを使用し、シリコン樹脂中に分散させ重量比５５％の濃度にしたもので、黄色系蛍光体は、例えばＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅをシリコン樹脂中に分散させ重量費５５％の濃度にしたものである。
蛍光体分離型ＬＥＤデバイス２の特性は、色温度は約３０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａ＝９４．９、Ｒ９＝９８．３、光束値が５４．９ｌｍ（Ｉｆ＝３５０ｍＡの時）のものである。（表２参照）
【００３３】
シアン系色ＬＥＤデバイス３は、図３に示す構造で、波長が４７３．０ｎｍのシアン系色の光を発する例えば、サイズが約０．３５ｍｍ×０．４７ｍｍ×０．１６ｍｍのシアン系色ＬＥＤチップ３２を使用し、デバイスサイズが約０．７４ｍｍ×０．５５ｍｍ×０．２６ｍｍである。シリコン樹脂の透明樹脂３１とシリコン樹脂に酸化チタンを混ぜた反射壁の白色樹脂３０から構成されている。外部基板への実装は、シアン系色ＬＥＤチップ３２の電極３３に半田を用いて行う。流す電流は、約１０ｍＡ程度である。
このＬＥＤ照明装置１の発光効率（ｌｍ／Ｗ値）および演色評価数（Ｒ１からＲ１５）を表２と同じ測定系で測定した値を表３に示す。色温度は約３０００Ｋである。
【００３４】
【表３】
2014157752.tif 000005
【００３５】
Ｒ１からＲ１５までの平均値は９７．２である。また、発光効率は５３．２ｌｍ／Ｗである。このように、蛍光体分離型ＬＥＤデバイス２にシアン系色ＬＥＤデバイス３を追加することにより、シアン系色のスペクトルが追加され、Ｒ１１やＲ１２の値は改善され、演色性が極めて高いＬＥＤ照明装置となる。
これと比較するために、非特許文献１に示されているシーシーエス社が発売している紫色ＬＥＤチップを用いた「自然光ＬＥＤ」色温度３０００Ｋの「ＭＵＳＥＵＭ  ＣＯＭ  ＳＰＯＴ  ＬＩＧＨＴ」の演色評価数（カタログ値）を表４に示す。
【００３６】
【表４】
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【００３７】
Ｒ１からＲ１５までの平均値は９５．９である。また、発光効率は４０ｌｍ／Ｗ以下である。
このように、蛍光体分離型ＬＥＤデバイスとシアン系色ＬＥＤデバイスとの構成で、紫色ＬＥＤチップを用いた「自然光ＬＥＤ」より、演色評価数Ｒ１からＲ１５までの平均値および発光効率ともに良好なＬＥＤ照明装置が可能である。また、カタログ値の寿命やコストにおいても青色とシアン系色ＬＥＤチップを用いたデバイスで構成した本発明のＬＥＤ照明装置の方が優れている。
ここでは、蛍光体分離型ＬＥＤデバイス２と一緒に用いるシアン系色ＬＥＤデバイスとして図３に示す基板を用いない構造のＬＥＤデバイスを用いているが、図４に示す面実装タイプのチップＬＥＤ４０でも良いし、シアン系色ＬＥＤチップをチップオンボードのように用いたもの５１でも良い。ただし、チップＬＥＤ４０の場合は、サイズも大きく価格も高くなるし、チップオンボード５１の場合は、実装基板に金メッキが必要になり、ともにコストが高くなる。
【００３８】
次に、第２実施形態のＬＥＤ照明装置の基板配置図を図５に示す。
このＬＥＤ照明装置５０は、基板Φ１５．５ｍｍの円内に配置されており、図６に示すような蛍光体分離型ＬＥＤデバイス５２を９個およびシアン系色ＬＥＤチップ６０を配線基板に直接実装し、ワイヤー６１で接続し、透明樹脂６２で覆ってチップオンボードとしたシアン系色ＬＥＤデバイス５１を９個使用している。蛍光体分離型ＬＥＤデバイス５２とシアン系色ＬＥＤデバイス５１それぞれ1個の対で、図９に示すＳａｍｐｌｅ３に示すスペクトルとなる。蛍光体分離型ＬＥＤデバイス５２のみでは、図９のＳａｍｐｌｅ４に示すスペクトルである。
【００３９】
この蛍光体分離型ＬＥＤデバイス５２は、図２とほぼ同じ構造であるが、分離型の蛍光体フィルム６３は４０００Ｋの色温度に設計されている。
すなわち、分割領域６３ａ，６３ｃが赤色系蛍光体で、分割領域６３ｂが緑色系蛍光体である。蛍光体フィルムの大きさは一辺が約２．４ｍｍの正方形で、厚さは約０．１ｍｍである。赤色系蛍光体の分割領域は約１．５５×２．４ｍｍ２、緑色系蛍光体の分割領域は約０．８５×２．４ｍｍ２で、赤色系蛍光体の分割領域の面積が最も広い。赤色系蛍光体は、例えばＣａＡｌＳｉ（ＯＮ）３：Ｅｕを使用し、シリコン樹脂中に分散させ重量比５５％の濃度にしたものである。緑色系蛍光体は、例えばＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅを使用し、シリコン樹脂中に分散させ重量比５５％の濃度にしたものである。
蛍光体分離型ＬＥＤデバイス５２の特性は、色温度は約４０００Ｋ、平均演色評価数Ｒａ＝９６．１、Ｒ９＝９５．０、光束値が５９．５ｌｍ（Ｉｆ＝３５０ｍＡの時）のものである。
【００４０】
シアン系色ＬＥＤデバイス５１は、波長が４７３．０ｎｍのシアン系色の光を発する例えば、サイズが約０．２６ｍｍ×０．４８ｍｍ×０．１２ｍｍのシアン系色ＬＥＤチップを使用している。透明樹脂６２はシリコン樹脂である。流す電流は、約１０ｍＡ程度である。
このＬＥＤ照明装置５０の発光効率（ｌｍ／Ｗ値）および演色評価数（Ｒ１からＲ１５）を表２と同じ測定系で測定した値を表５に示す。色温度は約４０００Ｋである。
【００４１】
【表５】
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【００４２】
Ｒ１からＲ１５までの平均値は９６．８である。また、発光効率は５６．７ｌｍ／Ｗである。このように、蛍光体分離型ＬＥＤデバイス５２にシアン系色ＬＥＤデバイス５１を追加することにより、シアン色のスペクトルが追加され演色性が良いＬＥＤ照明装置となる。
ただし、このＬＥＤ照明装置５０の発光スペクトルは、図９のＳａｍｐｌｅ３に示されているが、蛍光体分離型ＬＥＤデバイス５２に用いられている青色ＬＥＤチップからの発光スペクトル（ピーク波長が４４５ｎｍの高い山形のもの）の強度が強すぎるため、シアン系色ＬＥＤデバイス５１の発光スペクトル（ピーク波長が４７３ｎｍの凸部のもの）をこれ以上高くすると演色評価数Ｒが悪くなる。この２つのスペクトルの高さを最適にすることにより、更に演色評価数Ｒは表５の値より良くなるであろう。
【００４３】
蛍光体分離型ＬＥＤデバイス２や５２は、青色ＬＥＤチップを使用しているために、青色光スペクトルは、この青色ＬＥＤチップからの成分しか持たない。青色ＬＥＤチップからのスペクトルはシャープでそれに含まれる波長成分は少なく、そのためシアン系のスペクトルが不足している。それを補うためにシアン系色ＬＥＤデバイス３や５１を追加しているが、ＬＥＤチップからのスペクトルはシャープであるため最適な波長を選択しなければならない。それを解決するためには、図７に示すように、発光ピーク波長が４００ｎｍ近傍の紫色ＬＥＤチップ７２に、紫色の光でブロードな波長分布を持つ青色系の光を発する青色系蛍光体含有樹脂７１を塗布した青色系蛍光体ＬＥＤデバイス７０を用いることである。具体的な青色系蛍光体は、例えば（Ｓｒ，Ｂａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕを使用し、シリコン樹脂中に分散させ重量比５５％の濃度にしたものである。
図７には、紫色ＬＥＤチップの電極上にバンプを形成し、これを外部基板への実装電極７３としているが、紫色ＬＥＤチップを図６で示したチップオンボードのようにして実装し、青色系蛍光体をシリコン樹脂に混ぜペースト状にしたものをポッティングしても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１，５０  ＬＥＤ照明装置
２，３，４０，５１，５２，７０  発光装置
２０，３０  反射壁
２１，３２，６０，７２  半導体発光素子（ＬＥＤ素子）
２２，３１，６２  透明樹脂
２３，６３  蛍光体含有フィルム片
２４，３３，７３  電極
７１  蛍光体含有樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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