(57)【要約】【課題】白色発光を行う色調調整型の照明装置の方式としては、赤、緑、青ＬＥＤを同時に発光させて混色する３ＬＥＤ方式と、Ｂ・ＬＥＤに緑色蛍光体と赤色蛍光体を組み合わせて励起発光を行い、ＬＥＤ発光と蛍光体の励起光を混色する蛍光体方式があるが、どちらも演色性に問題があり、さらに演色性が良く発光効率の良いＬＥＤ発光装置が求められていた。【解決手段】基板上に、青色ＬＥＤ素子を緑色蛍光体で被覆した第１光源と、赤色ＬＥＤ素子よりなる第２光源を実装して混色発光させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、青色ＬＥＤ素子を緑色蛍光体で被覆した第１光源と、赤色ＬＥＤ素子よりなる第２光源を実装して混色発光させることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項２】
前記第２光源は、発光波長の異なる２種類の赤色ＬＥＤ素子よりなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項３】
前記２種類の赤色ＬＥＤ素子は、第１赤色ＬＥＤ素子と第２赤色ＬＥＤ素子との波長差が１５ｎｍ以内の範囲で波長領域がずれていることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項４】
前記第１赤色ＬＥＤ素子は長波長側波長領域を有し、前記第２赤色ＬＥＤ素子は単波長側波長領域を有すると共に、前記第２赤色ＬＥＤ素子の相対輝度のピーク値が、前記第１赤色ＬＥＤ素子の相対輝度のピーク値より低いことを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ素子を備えたＬＥＤ発光装置に関するものであり、詳しくは発光色度が良く、かつ発光効率の良いＬＥＤ発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体発光素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。
【０００３】
特に近年、ＬＥＤの高効率化に伴いＬＥＤ発光装置としては、室内の照明装置として多く採用されるようになってきており、効率の良い発光装置に加えて色調調整が求められている。現在白色発光を行う色調調整型の照明装置の方式としては、第１の方法が赤色ＬＥＤ（以後Ｒ・ＬＥＤと略記）、緑色ＬＥＤ（以後Ｇ・ＬＥＤと略記）、青色ＬＥＤ（以後Ｂ・ＬＥＤと略記）を同時に発光させて混色する３ＬＥＤ方式であり、第２の方法がＢ・ＬＥＤに緑色蛍光体と赤色蛍光体を組み合わせて励起発光を行い、ＬＥＤ発光と蛍光体の励起光を混色する蛍光体方式である。そしてこれらの方式に付いては、いろいろ提案されている。（例えば引用文献１及び引用文献２）
【０００４】
以下従来の照明装置としてのＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
図７は引用文献１に示された従来の３ＬＥＤ方式によるＬＥＤ発光装置１００の構成を示す断面図である。１個の基板１０２の上にＲ・ＬＥＤ１０１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１０１ｇ、Ｂ・ＬＥＤ１０１ｂを並べて実装し、全体を透明な保護樹脂１０３で被覆している。
【０００５】
上記構成においては、図７に示すごとくＲ・ＬＥＤ１０１ｒからは点線で示す赤色光Ｐｒが発光され、Ｂ・ＬＥＤ１０１ｂからは太い実線で示す青色光Ｐｂが発光され、さらにＧ・ＬＥＤ１０１ｇからは細い実線で示す緑色光Ｐｇが発光される。
【０００６】
上記各ＬＥＤの発光は図８に示すごとく、Ｂ・ＬＥＤ１０１ｂからの青色光Ｐｂは４３０〜４５０ｎｍにピーク波長を有する波長領域Ｈｂを形成し、Ｇ・ＬＥＤ１０１ｇからの緑色光Ｐｇは５１０〜５４０ｎｍにピーク波長を有する波長領域Ｈｇを形成し、Ｒ・ＬＥＤ１０１ｒからの赤色光Ｐｒは６１０〜６５０ｎｍにピーク波長を有する波長領域Ｈｒを形成している。なお、図８のグラフにおいて横軸は波長ｎｍを示し、縦軸は相対輝度ＡＵを示している。
【０００７】
次に図９、図１０により引用文献２に開示されたＬＥＤ発光装置について説明する。図９は引用文献２に記載のＢ・ＬＥＤに緑色蛍光体と赤色蛍光体を組み合わせて励起発光を行い、ＬＥＤ発光と蛍光体の励起光を混色する蛍光体方式の１例を示すＬＥＤ発光装置２００の断面図である。ＬＥＤ発光装置２００は、その１例として本願発明や他の引用文献との発光量の比較を容易にするため、使用するＬＥＤの個数を揃えて、３個のＢ・ＬＥＤを使用した事例を示している。
【０００８】
図９に示すＬＥＤ発光装置２００は１個の基板２０２の上に、３個のＢ・ＬＥＤ２０１ｂ１，２０１ｂ２，２０１ｂ３を並べて実装し、全体を蛍光樹脂２０４で被覆している。そして蛍光樹脂２０４は透明樹脂２０３に緑色蛍光体粒子Ｇと第１赤色蛍光体粒子Ｒ１と第２赤色蛍光体粒子Ｒ２が混入されている。
【０００９】
上記構成においては、図９に示すごとく各Ｂ・ＬＥＤ２０１ｂ１、Ｂ・ＬＥＤ２０１ｂ２、Ｂ・ＬＥＤ２０１ｂ３からは太い実線で示す青色光Ｐｂが発光され、その一部は混入された蛍光樹脂に衝突せずに青色光Ｐｂとして出射される。また青色光Ｐｂの一部は緑色蛍光体粒子Ｇに衝突して励起され、細い実線で示す緑色光Ｐｇとして出射され、また青色光Ｐｂの一部は第１赤色蛍光体粒子Ｒ１に衝突して励起され、細い点線で示す第１赤色光Ｐｒ１として出射され、されに青色光Ｐｂの一部は第２赤色蛍光体粒子Ｒ２に衝突して励起され、太い実線で示す第２赤色光Ｐｒ２として出射される。
【００１０】
しかし、蛍光体によって励起された励起光は、短波長側の蛍光が長波長側の蛍光体粒子に吸収されて再励起が行われることが知られている。すなわちＢ・ＬＥＤ２０１ｂ１から出射された青色光Ｐｂ１は、緑色蛍光体粒子Ｇに衝突して励起され、緑色光Ｐｇ１を出射するが、この緑色光Ｐｇ１は第１赤色蛍光体粒子Ｒ１に衝突して再励起され、第１赤色光Ｐｒ１として出射される。また、Ｂ・ＬＥＤ２０１ｂ３から出射された青色光Ｐｂ２は、緑色蛍光体粒子Ｇに衝突して励起され、緑色光Ｐｇ２を出射するが、この緑色光Ｐｇ２は第２赤色蛍光体粒子Ｒ２に衝突して再励起され、第２赤色光Ｐｒ２として出射される。
上記動作により、青色光Ｐｂから励起された緑色光Ｐｇの一部は赤色蛍光体粒子に吸収されて赤色光Ｐｒに再励起される。この結果吸収された緑色光Ｐｇが減少し、赤色光Ｐｒが増加することによって、発光効率の低下と、各発光色のバランスがくずれて演色性が低下する。
【００１１】
上記各出射光は図１０に示すごとく、青色光Ｐｂは４３０〜４５０ｎｍにピーク波長を有する波長領域Ｈｂを形成し、緑色光Ｐｇは５１０〜５８０ｎｍに波長範囲を有する波長領域Ｈｇを形成し、赤色光Ｐｒ１、Ｐｒ２は６１０〜６８０ｎｍに波長範囲を有する波長領域Ｈｒを形成している。これらの青色光Ｐｂ、緑色光Ｐｇ、赤色光Ｐｒが合成されることにより、白色光Ｐｗが出射される。
なお、図１０のグラフにおいて横軸は波長ｎｍを示し、縦軸は相対輝度ＡＵを示しており、緑色光Ｐｇの波長領域Ｈｇの相対発光強度が低下している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２５３５０２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２４３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
引用文献１に記載されたＬＥＤ発光装置１００はＲ・ＬＥＤ１０１ｒ、Ｇ・ＬＥＤ１０１ｇ、Ｂ・ＬＥＤ１０１ｂを各々独立に点灯駆動しているため、各ＬＥＤの発光における相対輝度が強く明るい照明が得られるが、図８に示す如く青色光Ｐｂの波長領域Ｈｂと、緑色光Ｐｇの波長領域Ｈｇと、赤色光Ｐｒの波長領域Ｈｒとの間に大きな谷間が生じるため、混色した場合の演色性に問題がある。
また、３ＬＥＤ方式の場合には、温度変化によって各ＬＥＤ素子の発光波長が変化し、特に赤色ＬＥＤ素子が温度変化すると、変化した発光波長が目の視感度との関係で演色性を劣化させる。このため引用文献１においては２種類の異なる発光波長の赤色ＬＥＤ素子を設け、温度を検出して２種類の赤色ＬＥＤ素子の駆動状態を制御することによって、演色性を補償しているため、大掛かりな補償装置を必要とする問題がある。
【００１４】
また、引用文献２に記載されたＬＥＤ発光装置２００は、ＬＥＤ素子を被覆する透明樹脂２０３に異なる蛍光体粒子Ｇ、Ｒ１，Ｒ２が混入されて蛍光樹脂２０４を構成しているため、Ｂ・ＬＥＤ２０１ｂから発光された青色光Ｐｂは多数の蛍光体粒子に衝突することによって、減衰が生じることで相対輝度が低下し、また緑色蛍光体粒子によって励起された緑色光Ｐｇも赤色蛍光体粒子Ｒ１、Ｒ２に再吸収されることによって減衰し、相対輝度が低下する。この状態を図１０に示しており、特に緑色光Ｐｇの波長領域Ｈｇの相対輝度が低下し、また青色光Ｐｂの波長領域Ｈｂの相対輝度も低下することによって全体の照明効果が低下するという問題がある。すなわち、蛍光体方式の場合には温度変化による演色性の変化は比較的少ないが、各蛍光体粒子による励起損失や再励起損失によって全体の照明効果が低下する結果となる。
【００１５】
本発明の目的は上記各問題点を解決しようとするものであり、３ＬＥＤ方式の利点と、蛍光体方式の利点を組み合わせることによって、照明効果が良く、演色性に優れ、温度変化にも強いＬＥＤ発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため本発明における構成は、基板上に、青色ＬＥＤ素子を緑色蛍光樹脂で被覆した第１光源と、赤色ＬＥＤ素子よりなる第２光源を実装して混色発光させることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、第１光源として、青色ＬＥＤ素子の発光から緑色蛍光樹脂を用いて、相対輝度が高く、発光波長領域の広い緑色光の波長領域を形成し、第２光源として相対輝度の高い赤色ＬＥＤ素子を発光させる。そして青色ＬＥＤ素子の青色光と緑色蛍光樹脂によって励起された発光波長領域の広い緑色光と赤色ＬＥＤ素子による赤色光とを混色させることによって、各発光の相対輝度が高く、緑色光の波長領域と、赤色光の波長領域との間に谷間が生じない混色発光を行うことができるので、照明効果が良く、演色性に優れたＬＥＤ発光装置を提供することができる。
【００１８】
前記第２光源は、発光波長の異なる２種類の赤色ＬＥＤ素子よりなると良い。
【００１９】
前記２種類の赤色ＬＥＤ素子は、第１赤色ＬＥＤ素子と第２赤色ＬＥＤ素子との波長差が１５ｎｍ以内の範囲で波長領域がずれていると良い。
【００２０】
前記第１赤色ＬＥＤ素子は長波長側波長領域を有し、前記第２赤色ＬＥＤ素子は単波長側波長領域を有すると共に、前記第２赤色ＬＥＤ素子の相対輝度のピーク値が、前記第１赤色ＬＥＤ素子の相対輝度のピーク値より低いと良い。
【００２１】
上記構成によれば、第２光源として少し発光波長のずれた２種類の赤色ＬＥＤ素子発光させることによって、各赤色ＬＥＤ素子によってカバーされる波長領域が広くなり、また温度変化によって移動した場合でも赤色光の波長領域が緑色光の波長領域と重なった範囲で移動するため、演色性への影響が少なくなる。
【発明の効果】
【００２２】
上記の如く本発明によれば、第１光源として、青色ＬＥＤ素子の発光から緑色蛍光樹脂を用いて、相対輝度が高く、発光波長領域の広い緑色光の波長領域を形成し、第２光源として相対輝度の高い赤色ＬＥＤ素子を発光させる。そして青色ＬＥＤ素子の青色光と緑色蛍光樹脂によって励起された発光波長領域の広い緑色光と赤色ＬＥＤ素子による赤色光とを混色させることによって、各発光の相対輝度が高く、緑色光の波長領域と、赤色光の波長領域との間に谷間が生じない混色発光を行うことができるので、照明効果が良く、演色性に優れたＬＥＤ発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図２】図１のＬＥＤ発光装置における、第１光源の発光特性を示す特性図である。
【図３】図１に示す各ＬＥＤ発光装置の第１光源及び第２光源の発光特性を示す特性図である。
【図４】図１に示す各ＬＥＤ発光装置の混色された発光特性を示す特性図である。
【図５】図１に示す各ＬＥＤ発光装置の温度変化による、第１光源及び第２光源の発光特性を示す特性図である。
【図６】図５に示す発光特性の混色された発光特性を示す特性図である。
【図７】従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図８】図７に示すＬＥＤ発光装置の発光特性を示す特性図である。
【図９】従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図１０】図９に示すＬＥＤ発光装置の発光特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。図１においてＬＥＤ発光装置１０は１個の基板２の上面にＢ・ＬＥＤ素子１ｂを緑色蛍光体４（以後緑色蛍光樹脂４と記載）で被覆した第１光源５ａと、２個のＲ・ＬＥＤ素子１ｒ１、１ｒ２よりなる第２光源５ｂが実装され、全体を透明樹脂３で封止している。
【００２５】
次にＬＥＤ発光装置１０の発光動作を説明する。ＬＥＤ発光装置１０の第１光源５ａからは、太い実線で示すＢ・ＬＥＤ素子１ｂからの青色光Ｐｂと、Ｂ・ＬＥＤ素子１ｂの発光Ｐｂを緑色蛍光樹脂４で励起した、細い実線で示す緑色光Ｐｇが出射される。また第２光源５ｂを構成するＲ・ＬＥＤ素子１ｒ１，１ｒ２からは細い点線で示す第１の赤色光Ｐｒ１、太い点線瀬示す第２の赤色光Ｐｒ２が出射される。
【００２６】
図２は図１のＬＥＤ発光装置１０において第１光原５ａのみを点灯した状態であり、第１光源５ａの発光特性を示す特性図である。図２において横軸は発光波長ｎｍを示し、縦軸は相対輝度ＡＵを示す。すなわちＢ・ＬＥＤ１ｂからの青色光Ｐｂは４３０〜４５０ｎｍにピーク波長を有する波長領域Ｈｂを形成し、緑色蛍光樹脂４からの緑色光Ｐｇは５３０〜５８０ｎｍにピーク波長を有する波長領域Ｈｇを形成している。この特性は相対輝度の高い青色光Ｐｂと相対輝度が高く、発光波長領域の広い緑色光Ｐｇの混色による発光は、従来より白色光原として使用されているが、赤色光成分が無いため青色味を帯びた白色光原として演色性に欠けるとされている。
【００２７】
図３は図１のＬＥＤ発光装置１０が常温（２５℃）において第１光原５ａと第２光原５ｂの全てを点灯した状態を示し、図２に示す第１光源５ａの発光特性に加えて、第１のＲ・ＬＥＤ１ｒ１の、長波長側の６４０ｎｍにピークを有する波長領域Ｈｒ１と、第２のＲ・ＬＥＤ１ｒ２の、短波長側の６３０ｎｍにピークを有する波長領域Ｈｒ２とによる第２光原５ｂの特性図である。
【００２８】
図４は図３に示す各波長領域を有する第１光原５ａと第２光原５ｂの全てを点灯した混色状態を示しており、太い実線で示す包洛線Ｈｓ１が、常温でのＬＥＤ発光装置１０の混色による発光特性である。
【００２９】
すなわち図４に示すＬＥＤ発光装置１０の発光特性は、図２に示した第１光原５ａによる白色光原に加えて、演色性を良くするための長波長側の６４０ｎｍにピークを有する第１のＲ・ＬＥＤ１ｒ１と、短波長側の６３０ｎｍにピークを有する第２のＲ・ＬＥＤ１ｒ２とによる第２光原５ｂを発光させることによって、緑色波長領域Ｈｇと赤色波長領域Ｈｒとの間がつながって谷間が無くなり、相対輝度が高く演色性に優れた照明を行うことが可能なＬＥＤ発光装置を提供できる。
【００３０】
次に図５、図６により、温度変化があった場合のＬＥＤ発光装置１０の発光特性を説明する。図５はＬＥＤ発光装置１０の温度環境が２５℃から８５℃に変化した場合の発光特性を示し、Ｒ・ＬＥＤ１ｒ１の発光波長領域Ｈｒ１がＨｒ１‘に、また、Ｒ・ＬＥＤ１ｒ２の発光波長領域Ｈｒ２がＨｒ２‘にと、いずれも発光波長領域が長波長側にずれている。
【００３１】
図６は図５に示す各波長領域を有する第１光原５ａと第２光原５ｂの全てを点灯した混色状態を示しており、Ｒ・ＬＥＤ１ｒ１とＲ・ＬＥＤ１ｒ２の発光波長領域がＨｒ１‘とＨｒ２‘とにずれ状態での、太い実線で示す包洛線Ｈｓ２がＬＥＤ発光装置１０の８５℃における混色による発光特性である。
【００３２】
図４の２５℃における発光特性と、図６の８５℃における発光特性とを比較してみると、８５℃における発光特性は、Ｒ・ＬＥＤ１ｒ１とＲ・ＬＥＤ１ｒ２の発光波長領域が長波長方向にずれることによって、緑色波長領域Ｈｇと赤色波長領域Ｈｒとの間が少し広くなって谷間も少し深くなるが、ほとんど演色性には影響がなく、相対輝度が高く演色性に優れた照明を行うことが可能なＬＥＤ発光装置を提供できる。
【００３３】
上記演色性を高めるための赤色ＬＥＤとしてＲ・ＬＥＤ１ｒ１、Ｒ・ＬＥＤ１ｒ２の２個を使用した理由は、長波長側のＲ・ＬＥＤ１ｒ１が主で、短波長側のＲ・ＬＥＤ１ｒ２はＲ・ＬＥＤ１ｒ１の補助的な役割を有するものである。したがってＲ・ＬＥＤ１ｒ２はＲ・ＬＥＤ１ｒ１より相対輝度のピーク値が低く、かつ波長差が１５ｎｍ以内の範囲で短波長側にずれている波長領域を有する。この結果Ｒ・ＬＥＤ１ｒ２の補助的な役割によって、赤色波長領域Ｈｒの幅が広くなり温度変化によって赤色波長領域Ｈｒの位置が移動しても全体として必要な範囲に赤色波長領域Ｈｒが存在することになり、温度変化に対して演色性の極端な変化がなく、照明光としての色度を極端に落とすことがない。
【００３４】
上記のとく本発明によれば、第１光源として、青色ＬＥＤ素子の発光から緑色蛍光樹脂を用いて、相対輝度が高く、発光波長領域の広い緑色光の波長領域を形成し、第２光源として相対輝度の高い２種類の赤色ＬＥＤ素子を発光させる。そして青色ＬＥＤ素子の青色光と緑色蛍光樹脂によって励起された発光波長領域の広い緑色光と２種類の赤色ＬＥＤ素子による赤色光とを混色させることによって、各発光の相対輝度が高く、緑色光の波長領域と、赤色光の波長領域との間に谷間が生じない混色発光を行うことができるので、照明効果が良く、演色性に優れたＬＥＤ発光装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１、１０１，２０１      ＬＥＤ
２、１０２、２０２      基板
３、１０３、２０３      透明樹脂
４  、２０４            蛍光樹脂
１０、１００，２００    ＬＥＤ発光装置
Ｒ１、Ｒ２              赤色蛍光粒子
Ｇ                      緑色蛍光粒子
Ｐｒ                    赤色光
Ｐｇ                    緑色光
Ｐｂ                    青色光
Ｈｂ                    青色波長領域
Ｈｇ                    緑色波長領域
Ｈｒ                    赤色波長領域
【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】
2015177019.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015177019.tif 000011
【図１０】
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