(57)【要約】  過剰な青色光成分を含有しない人体に優しい白色光で、長時間連続点灯させても明るさが低下せず、同時に高い演色特性も有する白色光を提供可能な照明用光源を実現する。実施形態によれば、本発明の白色ＬＥＤは、紫外乃至紫色発光ＬＥＤと、前記ＬＥＤの発する一次光を、青色光に変換する青色蛍光体、そして前記青色蛍光体の発する二次光の一部を吸収し、緑色乃至黄色光に変換するＹＡＧ系蛍光体による少なくとも３種類の部材を含む。前記白色ＬＥＤから、青色光と緑色乃至黄色光等の混合された白色光が放射され、前記白色光は、高い演色特性と、高い光束維持率を有し、ブルーライトハザード等の問題にも対策のなされた優れた特性を発揮することができる。
2017200097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（以下ＬＥＤと称す）と蛍光体の組合せからなる白色光源であり、蛍光体の１種が少なくともセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体であって、前記白色光源から出射される白色光の発光スペクトルの、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲に存在する少なくとも１以上の極大値のうち、最大値を示す極大値と、前記最大の極大値の長波長側に隣接する極小値において、極小値に対する極大値の比率（極大値を示す波長における発光スペクトル強度／極小値を示す波長における発光スペクトル強度）が１．９以上となる発光スペクトルピークが存在しない白色光源。
【請求項２】
請求項１記載の白色光源において、ＬＥＤが３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下に発光ピークを有する紫外乃至紫色光を出射すると共に、前記蛍光体が青色蛍光体を更に含有する混合蛍光体であり、前記混合蛍光体から出射される白色光が、４００ｎｍから７８０ｎｍの波長範囲に亘って連続スペクトルを有する白色光源。
【請求項３】
請求項２に記載の白色光源において、セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体が、波長範囲５１０ｎｍから５７０ｎｍに発光ピークを有する緑色乃至黄色蛍光体であり、前記青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体もしくはユーロピウム付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体の少なくとも１種であり、発光ピークが４３０ｎｍから４８０ｎｍの波長範囲にある白色光源。
【請求項４】
請求項３記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体であり、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＣａｙ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（式中、ｘ、ｙは０≦ｘ≦０．４４、０≦ｙ≦０．１を満足する数値である）の化学組成を有する白色光源。
【請求項５】
請求項４記載の白色光源において、前記青色蛍光体の発光ピーク波長が４４０ｎｍから４７０ｎｍの波長範囲にある白色光源。
【請求項６】
請求項４乃至５のいずれか１項に記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩であり、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＣａｙ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（式中、ｘ、ｙは０≦ｘ≦０．３５、０≦ｙ≦０．１を満足する数値である。）の化学組成を有する白色光源。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の白色光源において、前記蛍光体にはセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体とユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の２種類の蛍光体が含まれており、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体と前記ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の重量比率が、２９重量部：７１重量部乃至１０重量部：９０重量部の範囲にある白色光源。
【請求項８】
請求項２記載の白色光源において、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体が、波長範囲５１０ｎｍから５７０ｎｍに発光ピークを有する緑色乃至黄色蛍光体であり、前記青色蛍光体は発光ピーク波長が４３０ｎｍから４７０ｎｍの範囲内にある第一の青色蛍光体の少なくとも１種と、発光ピーク波長が４７０ｎｍを超え、４８５ｎｍまでの範囲内にある第二の青色蛍光体の少なくとも１種の混合蛍光体であり、前記第一の青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体およびユーロピウム付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体のうち少なくとも１種であり、前記第二の青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体である白色光源。
【請求項９】
請求項８記載の白色光源において、前記混合蛍光体は、前記第一の青色蛍光体が前記青色蛍光体全体の５０重量％以上、前記第二の青色蛍光体が前記青色蛍光体全体の５０重量％以下である白色光源。
【請求項１０】
請求項３乃至９のいずれか１項に記載の白色光源において、前記緑色乃至黄色蛍光体としてユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体を更に含む白色光源。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の白色光源において、前記蛍光体が赤色蛍光体を更に含み、前記赤色蛍光体が、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミニノシリケート蛍光体、マンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体のうち、少なくとも１種である白色光源。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の白色光源において、前記蛍光体の平均粒子径が１０μｍ以上５０μｍ以下である白色光源。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の白色光源において、前記白色光源から出射される白色光の平均演色評価数Ｒａが９６以上であり、演色評価数Ｒ１からＲ１５の全てが８５以上である白色光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭やオフィスのみならず、例えば美術館や病院等の特殊用途にも使用可能な照明用白色光源で、明るく高演色であると同時に、人体の健康面等にも配慮された光を提供することのできる白色ＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
白色ＬＥＤが開発されて約２０年が経過し、そのコンパクト性、長寿命、低電圧駆動、水銀フリー等の特徴が市場に認められる様になって、従来の蛍光灯（ＦＬ）や白熱電球さらにはハロゲン電球等に代わり、今や照明製品市場の最有力商品として、普及されるに至っている。【０００３】
白色ＬＥＤ製品の部材構成としては、近紫外乃至紫色光（３５０〜４２０ｎｍ）を発する発光ダイオード、もしくは青色光（４３０〜４８０ｎｍ）を発する発光ダイオードのうち何れか１種と、前記発光ダイオードからの一次光を吸収して、二次光を発する蛍光体とを組合せた、主として２つのタイプが代表的なものである。【０００４】
２種類の白色ＬＥＤのうち、近紫外乃至紫色光（３５０〜４２０ｎｍ）を発光する発光ダイオード（以下、紫外乃至紫色ＬＥＤと呼ぶ）を用いるものは、蛍光体として、青色、緑色乃至黄色、および赤色の３乃至４色の蛍光体を用いることで白色光を得ている。一方、青色光（４３０〜４８０ｎｍ）の発光ダイオード（以下、青色ＬＥＤと呼ぶ）を用いるものは、蛍光体として、緑色乃至黄色と赤色との２乃至３色の蛍光体、または主に黄色の蛍光体を用いることにより白色光を得ている。【０００５】
青色ＬＥＤを用いるタイプのうち、緑色乃至黄色と赤色の少なくとも２色の蛍光体を用いるものについては、色ムラが大きく、発光色度のばらつきも大きいという問題があり、主に黄色の蛍光体を用いるものについては、演色性が悪く、暖かみに欠ける白色光しか得られないとの問題がある。また、いずれの蛍光体を使用する場合でも、青色ＬＥＤの発光強度が強すぎる為、市場においてブルーライトハザード等の問題点も指摘される様になっている。人体が強い青色光に晒される事により、眼精疲労を起こしたり、人体の持つ概日リズムに乱れが生ずるなどの、健康被害の問題である。【０００６】
一方、紫外乃至紫色ＬＥＤを用いるタイプについては、青色ＬＥＤを用いるものに比べて、使用する蛍光体の種類が多いことから、色再現性が広く、所定の色度の白色光を自在に得ることのできる利点を有している。しかも、ＬＥＤの発するシャープな光は、ほぼ全量が蛍光体に吸収され、蛍光体により可視光に変換されるから、従来の蛍光灯や白熱電球等に近い自然な白色光を得ることができる。従い、ブルーライトハザード等の問題に対しても、十分に対策された光源とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７００５０２号公報
【特許文献２】特許第３５０３１３９号公報
【特許文献３】特許第４９８９９３６号公報
【特許文献４】特許第５３３０２６３号公報
【特許文献５】特許第５３９０３９０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】照明学会誌  第９４巻  弟４号、２０１０年４月
【発明の概要】
【０００９】
本発明によれば、以下の白色光源が提供される。
［１］  発光ダイオード（以下ＬＥＤと称す）と蛍光体の組合せからなる白色光源であり、蛍光体の１種が少なくともセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体であって、前記白色光源から出射される白色光の発光スペクトルの、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲に存在する少なくとも１以上の極大値のうち、最大値を示す極大値と、前記最大の極大値の長波長側に隣接する極小値において、極小値に対する極大値の比率（極大値を示す波長における発光スペクトル強度／極小値を示す波長における発光スペクトル強度）が１．９以上となる発光スペクトルピークが存在しないことを特徴とする白色光源。
［２］  ［１］記載の白色光源において、ＬＥＤが３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下に発光ピークを有する紫外乃至紫色光を出射すると共に、前記蛍光体が青色蛍光体を更に含有する混合蛍光体であり、前記混合蛍光体から出射される白色光が、４００ｎｍから７８０ｎｍの波長範囲に亘って連続スペクトルを有することを特徴とする白色光源。
［３］  ［１］または［２］記載の白色光源において、セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体が、波長範囲５１０ｎｍから５７０ｎｍに発光ピークを有する緑色乃至黄色蛍光体であり、前記青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体もしくはユーロピウム付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体の少なくとも１種であり、発光ピークが４３０ｎｍから４８０ｎｍの波長範囲にあることを特徴とする白色光源。
［４］  ［３］記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体であり、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＣａｙ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ
（式中、ｘ、ｙは０≦ｘ≦０．４４、０≦ｙ≦０．０１を満足する数値である）
の化学組成を有することを特徴とする白色光源。
［５］  ［４］記載の白色光源において、前記青色発光蛍光体の発光ピーク波長が４４０ｎｍから４７０ｎｍの波長範囲にあることを特徴とする白色光源。
［６］  ［４］乃至［５］記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩であり、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＣａｙ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ
（式中、ｘ、ｙは０≦ｘ≦０．３５、０≦ｙ≦０．０１を満足する数値である。）
の化学組成を有することを特徴とする白色光源。
［７］  ［１］乃至［６］記載の白色光源において、前記蛍光体の平均粒子径が１０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする白色光源。
［８］  ［１］乃至［７］記載の白色光源において、前記蛍光体が赤色蛍光体を更に含み、前記赤色蛍光体が、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミニノシリケート蛍光体、マンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体のうち、少なくとも１種であることを特徴とする白色光源。
［９］  ［４］乃至［８］記載の白色光源において、前記蛍光体にはセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体とユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の２種類の蛍光体が含まれており、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体と前記ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の重量比率が、２９重量部：７１重量部乃至１０重量部：９０重量部の範囲にあることを特徴とする白色光源。
［１０］  ［１］乃至［９］記載の白色光源において、前記白色光源から出射される白色光の平均演色評価数Ｒａが９６以上であり、演色評価数Ｒ１からＲ１５の全てが８５以上であることを特徴とする白色光源。
［１１］  ［３］記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体であり、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＣａｙ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（式中、ｘ、ｙは０≦ｘ≦０．４４、０≦ｙ≦０．１を満足する数値である）の化学組成を有することを特徴とする白色光源。
［１２］  ［１１］記載の白色光源において、前記青色発光蛍光体の発光ピーク波長が４４０ｎｍから４７０ｎｍの波長範囲にあることを特徴とする白色光源。
［１３］  ［１１］乃至［１２］記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩であり、
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＣａｙ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（式中、ｘ、ｙは０≦ｘ≦０．３５、０≦ｙ≦０．１を満足する数値である。）の化学組成を有することを特徴とする白色光源。
［１４］  ［１１］乃至［１３］記載の白色光源において、前記蛍光体にはセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体とユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の２種類の蛍光体が含まれており、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体と前記ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の重量比率が、２９重量部：７１重量部乃至１０重量部：９０重量部の範囲にあることを特徴とする白色光源。
［１５］  ［２］記載の白色光源において、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体が、波長範囲５１０ｎｍから５７０ｎｍに発光ピークを有する緑色乃至黄色蛍光体であり、前記青色蛍光体は発光ピーク波長が４３０ｎｍから４７０ｎｍの範囲内にある第一の青色蛍光体の少なくとも１種と、発光ピーク波長が４７０ｎｍを超え、４８５ｎｍまでの範囲内にある第二の青色蛍光体の少なくとも１種の混合蛍光体であり、前記第一の青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体およびユーロピウム付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体のうち少なくとも１種であり、前記第二の青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体であることを特徴とする白色光源。
［１６］  ［１５］記載の白色光源において、前記混合蛍光体は、前記第一の青色蛍光体が前記青色蛍光体全体の５０重量％以上、前記第二の青色蛍光体が前記青色蛍光体全体の５０重量％以下であることを特徴とする白色光源。
［１７］  ［３］乃至［１６］記載の白色光源において、前記緑色乃至黄色蛍光体としてユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体を更に含むことを特徴とする白色光源。
［１８］  ［１］乃至［１７］記載の白色光源において、前記蛍光体が赤色蛍光体を更に含み、前記赤色蛍光体が、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミニノシリケート蛍光体、マンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体のうち、少なくとも１種であることを特徴とする白色光源。
［１９］  ［１］乃至［１８］記載の白色光源において、前記蛍光体の平均粒子径が１０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする白色光源。
［２０］  ［１］乃至［１９］記載の白色光源において、前記白色光源から出射される白色光の平均演色評価数Ｒａが９６以上であり、演色評価数Ｒ１からＲ１５の全てが８５以上であることを特徴とする白色光源。
上記白色光源は、以下の知見に基づいてなされたものである。
紫外乃至紫色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤは、高演色で人体に優しい白色光を得ることができるとの利点を有しているが、得られる白色発光の強度が、青色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤより劣るとの問題がある。特に、長時間連続点灯させた場合の発光強度において、両者間の差異が拡がる傾向にある。
【００１０】
紫外乃至紫色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤにおいて、このような問題が見られるのは、使用する蛍光体の特性の違いに起因するものである。問題となるのは、緑色乃至黄色発光の蛍光体の種類で、青色ＬＥＤと組み合わせる場合、通常はセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体（以下ＹＡＧ蛍光体と呼ぶ）が一般的に使用されるが、紫外乃至紫色ＬＥＤと組み合わせる場合には、いくつかの候補はあるが、例えばユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体が代表的な蛍光体である。
【００１１】
前記２種類の蛍光体は、緑色乃至黄色に発光する蛍光体として有力な材料であり、両者の発光強度は略同等のレベルである。ただしＹＡＧ蛍光体は、単に発光強度が優れるだけでなく、高硬度、高強度、高耐熱性、高耐食性等の特性を同時に備えており、安定かつ強固な材料でもある。従って、前記２種類の蛍光体の発光特性を総合的に比較すると、点灯初期の発光強度は略同等であっても、長時間連続点灯させた場合では、ＹＡＧ蛍光体に比べてユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体の方が、動作環境の影響を強く受けて、発光強度がより大きく低下する傾向にある。特に空気中の水分等の影響を受け易く、長時間連続点灯させると、両者間で大きな特性差が生じることになる。
【００１２】
紫外乃至紫色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤの上記問題が、緑色乃至黄色蛍光体の違いにより生ずるものであれば、紫外乃至紫色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤであれば、上記の問題は解決されるはずである。しかしながら、ＹＡＧ蛍光体は、青色ＬＥＤと組み合わせて、緑色乃至黄色に明るく発光するものの、紫外乃至紫色ＬＥＤと組合せた場合には、黄色等に発光するどころか、殆ど発光しなくなるとの課題があった。この様な新たな課題は、ＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルが、青色波長域には存在するが、紫外乃至紫色域には存在しないためである。従い、紫外乃至紫色ＬＥＤを用いた従来の白色ＬＥＤにおいては、蛍光体としてＹＡＧを使用するとの発想が無く、ユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体が、ＹＡＧ蛍光体の代替品として、長年使用されてきたものである。
【００１３】
本発明の白色ＬＥＤは、紫外乃至紫色ＬＥＤと、青色蛍光体、及びＹＡＧ蛍光体からなる少なくとも３種類の部材を含む。ここで青色蛍光体には、ＬＥＤから出射される紫外光および紫色光を吸収して、青色光に変換する材料が使用される。そしてＹＡＧ蛍光体は、青色蛍光体から出射される青色光を吸収して、緑色光乃至黄色光に変換された光を出射することになる。この時、青色蛍光体から出射された青色光は、一部が青色光のまま装置の外部に取出され、他の一部がＹＡＧ蛍光体により緑乃至黄色光に変換された後、装置の外部に取出されるため、発光装置からは青色光と緑色乃至黄色光の混合された混合白色光が取出されることになる。
【００１４】
上記の白色ＬＥＤでは、本発明において必須となる構成部材のみを説明したが、使用する蛍光体の種類等を更に増やしても良い。白色光を得るためには、三原色（赤、青、緑）に相当する蛍光体を全て含むことが望ましく、赤色蛍光体を追加使用することが望ましい。また、本発明の白色ＬＥＤは高演色性を示すことを特長としており、更に青緑蛍光体や深赤色蛍光体を加えても良い。この様な発光装置では、白色光を構成するあらゆる波長の可視光成分を過不足無く含むことになり、あたかも太陽光である様な、自然な白色光を再現することができる。
【００１５】
本発明の白色ＬＥＤでは、紫外乃至紫色ＬＥＤを用いた発光装置の特長である、様々な色温度の白色光を高演色に再現できるとの利点を活かしたまま、従来からの欠点とされていた発光強度の問題、特に長時間に亘る連続点灯時の強度低下問題を改善し、信頼性に優れた白色照明を提供することができる。
【００１６】
そして本発明の白色ＬＥＤでは、ＹＡＧ蛍光体の使用による上記利点を活かしながら、ブルーライトハザード等の懸念が無く、健康面に配慮された白色光を提供することもできる。ＹＡＧ蛍光体は紫外光や紫色光励起で発光しないことから、従来は青色ＬＥＤとのみ組合せ使用されてきた。青色ＬＥＤを用いた白色光源から出射される白色光のスペクトル分布において、青色成分はＬＥＤからの直接光が利用されるため、青色光の特定波長に強い発光ピークが生じるのを、防ぐことができないものであった。ところが、人間の眼球中の細胞の中で、概日リズムに関係する細胞は、前記青色光に高い感度を有しているため、青色波長域に強い発光ピークが存在すると、過剰な青色光が人体内に吸収され、人体に様々な影響を与えると言われている。
【００１７】
一方、本発明の白色ＬＥＤの場合、白色発光の青色成分は、ＬＥＤからの直接光を利用するのでは無く、ＬＥＤから出射される紫外乃至紫色光を蛍光体が吸収し、蛍光体により変換された二次光を利用している。青色光を発する蛍光体には様々な材料がある為、材料を選択することにより、発光波長やスペクトル形状、発光強度等を自由に調整することが可能である。従い、人体に有害とされる過剰な青色発光成分を大きく低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】緑色乃至黄色発光蛍光体（ＹＡＧ）の発光スペクトルを示す図。
【図２】緑色乃至黄色発光蛍光体（ＹＡＧ）の励起スペクトルを示す図。
【図３】青色蛍光体（アルカリ土類ハロリン酸塩）の発光スペクトルを示す図。
【図４】本発明の白色光源から出射される５０００Ｋの白色光の発光スペクトル。
【図５】本発明の白色光源から出射される２５００Ｋの白色光の発光スペクトル。
【図６】緑色乃至黄色蛍光体の光束維持率曲線。
【図７】実施形態の白色光源の一例を示す概略図。
【図８】白色光源に用いられるＬＥＤモジュールの第一例を示す断面図。
【図９】白色光源に用いられるＬＥＤモジュールの第二例を示す断面図。
【図１０】白色光源に用いられるＬＥＤモジュールの第三例を示す断面図。
【図１１】白色光源に用いられるＬＥＤモジュールの第四例を示す断面図。
【図１２】白色光源に用いられるＬＥＤモジュールの第五例を示す断面図。
【図１３】実施例１，１１及び比較例７の白色光源から出射される白色光の発光スペクトル。
【実施形態】
【００１９】
（紫外乃至紫色ＬＥＤ）
ＬＥＤは発光ピーク波長が紫外乃至紫色領域にあるものを使用することが望ましく、具体的には３５０ｎｍから４２０ｎｍの範囲とする。発光ピーク波長が４２０ｎｍより長波長にある場合、蛍光体と組み合わせた場合に、いわゆる青色励起蛍光体しか使用することができず、使用可能な蛍光体の種類が著しく制限されるため、あらゆる色温度の白色光で高い演色性を示す出力光を得ることが難しくなる。またＬＥＤの放つ強い青色光がブルーライトハザード等の原因になるとの問題もある。一方、ピーク波長が３５０ｎｍより短波長にある場合、励起波長域が拡大して、使用可能となる蛍光体の種類の幅を拡張できるとの一面もあるが、現状では十分な出力強度を有する紫外ＬＥＤが開発されておらず、実用的な明るさを得るとの観点では、３５０ｎｍが下限値である。従い、将来において、出力強度の改善されたＬＥＤが開発されれば、発光ピークの下限値はこの限りではない。また、ＬＥＤの種類については、発光ピーク波長以外では特に制限される条件は無く、レーザー発光のＬＥＤであっても、またＬＥＤ材料がどの様なものであっても構わない。
【００２０】
（緑色乃至黄色発光蛍光体）
本発明では、緑色乃至黄色発光蛍光体として、少なくともＹＡＧ蛍光体を使用することが望ましい。ＹＡＧ蛍光体とは、セリウム（Ｃｅ）を賦活材とし、基本組成がＹ３Ａｌ５Ｏ１２であるガーネット構造の材料を母体とする蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）である。この蛍光体は緑色乃至黄色に明るく発光すると同時に、ガーネット構造を有する無機材料の特徴として、高硬度、高強度、高耐熱性、高耐食性等の優れた特徴も合わせて有している。従い、様々な使用環境において、安定な発光特性を発揮することのできる材料として重宝されており、白色ＬＥＤ用以外にも過去においては水銀灯やＣＲＴ等、様々な発光装置に使用されてきた。
【００２１】
図１、図２において、ＹＡＧ蛍光体の発光スペクトルおよび励起スペクトルを示す。それぞれの発光スペクトルは浜松ホトニクス株式会社製Ｃ９９２０−０２Ｇ絶対PL量子収率測定装置を用い、シャーレに詰めた蛍光体粉末を４５０ｎｍの青色光で励起し、測定したものである。
【００２２】
本発明の白色ＬＥＤにおいて、ＹＡＧ蛍光体の最も望ましい発光スペクトルは、図１の１に示される曲線で、５５０ｎｍに発光ピークを有し、４７０ｎｍから７８０ｎｍまで連続スペクトルを有する黄色発光を示すものである。また、白色発光の緑色成分または黄色発光成分として利用可能なピーク波長の範囲としては、下限値が図１の曲線２のピーク波長に相当する５１０ｎｍ、上限値が図１の曲線３のピーク波長に相当する５７０ｎｍであることが望ましい。
一方、図２は、図１に示されるピーク波長が５５０ｎｍであるＹＡＧ蛍光体の発光スペクトルに対応する、励起スペクトルを示したものである。図２から判る様に、ＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルは、青色波長域より短波長側にある光を殆ど吸収せず、紫外乃至紫色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体を組合せても、蛍光体は殆ど発光しない。ＹＡＧ蛍光体が実用レベルの明るさに発光するには、励起源となるＬＥＤの発光ピーク波長が、青色波長域に存在することが求められる。図２を参照し、励起光源の発光スペクトルに求められる望ましいピーク波長の範囲を確認すると、ＹＡＧ蛍光体の励起光の吸収量が最大値から最大値の９９％までとなる範囲で、４４０ｎｍから４７０ｎｍ、最大値および最大値の９５％までとなる範囲で４３０ｎｍから４８０ｎｍの波長範囲となる。
【００２３】
ＹＡＧ蛍光体は発光ピーク波長が５１０ｎｍから５７０ｎｍまでの、緑色乃至黄色発光である、幅広い発光波長域を示す蛍光体であるが、ＹＡＧ蛍光体の発光色を調整するには、付活材であるＣｅの濃度、もしくは母体材料の組成を変化することで可能である。
【００２４】
例えば付活材のＣｅ濃度を変えることによって、蛍光体の発光ピーク波長を緑色領域から黄色領域まで変化することができる。図１に示したＹＡＧ蛍光体の発光スペクトルにおいて、各組成式は、曲線１が（Ｌｕ０．９９３Ｃｅ０．００７）３Ａｌ５Ｏ１２、曲線２が（Ｙ０．９８３Ｃｅ０．０１７）３Ａｌ５Ｏ１２、曲線３が（Ｙ０．９３３Ｃｅ０．０６７）Ａｌ５Ｏ１２に、夫々相当する。なお曲線１の蛍光体では、Ｃｅ濃度の低減に合わせて、母体材料の組成変更も含めて調整した蛍光体である。
【００２５】
母体材料Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２におけるＹ元素をＬａ等の他の希土類元素で置換することも可能である。中でも、Ｙ元素をＬｕ元素に置換した略称ＬｕＡＧ蛍光体や、Ｙ元素をＴｂ元素で置換した略称ＴＡＧ蛍光体等が業界では有名である。
【００２６】
また、母体となる材料の化学組成Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２を微調整することによっても、発光色の調整が可能である。具体的には、母体材料のガーネット結晶構造を保持したまま、ＹとＡｌの組成比を微調整することによって、発光色を変化させることができる。ただし、ＹとＡｌの組成比のみでは、発光色の変化量は十分ではなく、通常はＹやＡｌ原子の一部を他の原子と置換させた固溶体を合成する方法が用いられる。
【００２７】
例えば、Ｙの一部をＧｄで、Ａｌの一部をＧａで置換させた下記組成の蛍光体が使用される場合がある。（Ｙ１−ＡＧｄＡ）３（Ａｌ１−ＢＧａＢ）５Ｏ１２：Ｃｅ上記組成において、Ａ＝０、Ｂ＝０である場合は、黄色発光を示す蛍光体である。そしてＡ＝０の時、Ｂを徐々に増加させると発光ピーク波長は短波長側にシフトし、発光色全体が緑色側に移動してゆく。一方Ｂ＝０とし、Ａを徐々に増加させると、発光ピーク波長は長波長側にシフトし、発光色全体を黄色側に移動させることができる。
【００２８】
また、ＹやＡｌの一部を様々な種類の元素と置換することもできる。例えば下記組成の蛍光体である。
γUＬｎ3-U-VωVαXＡｌ5-X-YβYＯ12：Ｃｅ
上記組成式において、ＬｎはＹ、Ｇｄ、Ｌｕからなる元素のうち、いずれかの元素であり、蛍光体母体の基本組成はＹ３Ａｌ５Ｏ１２である。ただし、Ｙの変わりにＬｕや（γ、ω）のペアとなる微量元素、Ａｌの変わりに（α、β）のペアとなる微量元素を置換することにより、発光色を変化させることが可能である。例えば、ピーク波長を長波長側にシフトさせる場合には、（α、β）として（Ｍｇ，Ｓｉ）の元素のペア、（γ、ω）として（Ｓｒ、Ｚｒ）の元素のペアで置換すれば良い。また短波長側にシフトさせる場合は、Ｙの一部をＬｕで置換すれば良い。そして、置換するペア元素は前記元素に限られることなく、（α、β）として例えば（Ｂ，Ｓｃ）、（γ、ω）として例えば（Ｓｒ，Ｈｆ）等で置換しても良い。これらの蛍光体において、置換量の望ましい範囲は、変数ｘ、ｙはｘ＜２、ｙ＜２、０．９≦ｘ／ｙ≦１．１の各関係式を満たすこと、変数ｕ，ｖはｕ≦０．５、ｖ≦０．５、０．９≦ｕ／ｖ≦１．１の各関係式を満たすことが求められる。
【００２９】
以上の通り、本発明に使用可能なＹＡＧ蛍光体として、ガーネット構造を有するＹ３Ａｌ５Ｏ１２を基本組成とする、様々な変形組成の蛍光体を列挙することができる。本発明において、前記した様々な組成のＹＡＧ蛍光体を総称して、ＹＡＧ系蛍光体もしくはイットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体と呼称する。本発明においては、発光特性に大きな違いが無ければ、ＹＡＧ系蛍光体のうち、どの組成の蛍光体を使用しても構わない。
【００３０】
（緑色乃至黄色発光蛍光体混合物）
本発明の白色ＬＥＤにおいて、緑色乃至黄色成分の発光を示す蛍光体には、すくなくとも前記ＹＡＧ系蛍光体を使用する必要はあるが、ＹＡＧ系蛍光体のみに限定することはない。ＹＡＧ系蛍光体を単独で使用する方が、ＹＡＧ系蛍光体の特長を、より有効に活かすことは可能であるが、ＹＡＧ系蛍光体に加えて、既存の有力蛍光体を混合使用して、既存蛍光体の長所も加味したハイブリッド型蛍光体とすることも可能である。混合使用の可能な既存蛍光体としては、例えばユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ）、或いはユーロピウム付活サイアロン蛍光体（（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ）等が使用可能である。
前記の混合蛍光体において、ＹＡＧ系蛍光体と組み合わせる蛍光体として、ユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体を選択した場合、ＹＡＧ系蛍光体を単独使用した場合に比べて演色特性を改善することができる。これは、ユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体の発光スペクトルの方が、ＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルに比べて、緑乃至黄色波長域の発光面積が大きい事による。なお、ユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体の混合割合が多いほど、ハイブリッド蛍光膜の演色特性改善効果は大きくなるが、本発明の本来の目的は緑色乃至黄色蛍光膜の光束維持率向上であり、緑色乃至黄色蛍光体のトータル重量に占めるＹＡＧ系蛍光体の割合は、少なくとも４０重量％とすることが好ましい。
【００３１】
（青色発光蛍光体）
本発明の白色ＬＥＤにおいて、ＹＡＧ系蛍光体とＬＥＤの組み合わせのみでは白色光を得ることができない、何故なら本発明の白色ＬＥＤは、ＬＥＤとして紫外乃至紫色ＬＥＤを使用しており、このＬＥＤからの光を受けて、ＹＡＧ系蛍光体が緑色乃至黄色光を発することができないためである、本発明においては、ＬＥＤからの紫外乃至紫色光を受けて、青色に発光する蛍光体を必ず使用することが必要となる。
【００３２】
本発明の白色ＬＥＤに使用する青色蛍光体としては、３５０ｎｍ乃至４２０ｎｍの紫外乃至紫色光を吸収して、青色に発光する蛍光体であれば、どのような蛍光体材料を用いても構わない。青色蛍光体から照射される青色光、そして前記青色光の一部を吸収して緑色乃至黄色光に変換するＹＡＧ系蛍光体の使用により、発光装置から混合白色光を出射することができる。青色蛍光体としては、例えば、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ）、或はユーロピウム付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体（ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ）等を使用することができる。
【００３３】
前記した青色蛍光体のうち、白色ＬＥＤの発光強度を考慮した場合、本発明の青色蛍光体には、紫外乃至紫色光に励起されて成るべく明るく発光し、かつ、ＹＡＧ系蛍光体励起スペクトルとのマッチングが成るべく良好な青色蛍光体を使用することが望ましい。この様な観点からは、下記組成を有するユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体を使用することが望ましい。
（Ｓｒ１−ＸＢａＸ，ＣａＹ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ
この組成の蛍光体のうち、ＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルにおいて、吸収率が最大値もしくは最大値の９５％以上の吸収率を示す青色光の波長範囲が４３０ｎｍ乃至４８０ｎｍであり、この波長範囲を満たす組成は０≦ｘ≦０．４４、０≦ｙ≦０．１である。また、ｙは、０≦ｙ≦０．０１の範囲を取り得る。
【００３４】
また、ＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルにおいて、吸収率が最大値もしくは最大値の９９％以上の吸収率を示す青色光の波長範囲が４４０ｎｍ乃至４７０ｎｍであり、この青色光を放射することのできる前記組成式の範囲は、０≦ｘ≦０．３５、０≦ｙ≦０．１の組成に相当する。また、ｙは、０≦ｙ≦０．０１の範囲を取り得る。
【００３５】
前記ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の組成式において、Ｃａの組成比を０≦ｙ≦０．１とした時に、Ｓｒ元素に対するＢａ元素の比率を増加させるにつれて、発光ピーク波長は長波長にシフトする。ｘ＝０の時、発光ピーク波長は４３０ｎｍであり、ｘ＝０．３５の組成において発光ピーク波長は４７０ｎｍ、そしてｘ＝０．４４となる組成で発光ピーク波長は４８０ｎｍまで移動する。ｘが０．４４を超えた場合は、発光ピーク波長が４８０ｎｍより長波長側に移動するが、ｘが０．５に達した時、発光ピーク波長は４８５ｎｍとなり、それ以上ｘを大きくしても、ピーク波長は４８５ｎｍのままで変化しない。なおｘが０．４４を超えた場合、発光スペクトル中の青色光成分の含有量が少なくなり、ＹＡＧ蛍光体に対する励起エネルギー量が不十分となるため好ましくない。
【００３６】
前記ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体蛍光体の、発光ピーク波長が夫々４４０ｎｍ、４５５ｎｍ、そして４８５ｎｍである場合の発光スペクトルを図３の曲線５から曲線７にしめす。図３において各曲線の発光スペクトルに対応する各蛍光体の化学組成は、曲線５が（Ｓｒ０．８６Ｂａ０．１４）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、曲線６が（Ｓｒ０．７０Ｂａ０．３０）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、曲線７が（Ｓｒ０．４５Ｂａ０．５５）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕである。
（青色発光蛍光体混合物）
青色蛍光膜には、発光ピーク波長の異なる２種類以上の蛍光体を混合使用しても良い。複数種の蛍光体を混合使用することにより、発光スペクトルの形状がよりブロードなものとなり、単独使用の場合に対して、演色性を改善できる効果がある。この場合、平均演色評価数（Ｒａ）に与える効果は僅かだが、特殊演色評価数（Ｒ９〜Ｒ１５）を改善することが可能となる。
本発明の混合青色蛍光膜においては、発光ピーク波長が４３０ｎｍから４７０ｎｍの間にある蛍光体（第一の青色蛍光体）と、発光ピーク波長が４７０ｎｍ超から４８５ｎｍの間にある蛍光体（第二の青色蛍光体）の２種類を混合使用することができる。具体的に使用可能な蛍光体として、発光ピーク波長が約４５０ｎｍであるユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体がある。ただしこの蛍光体は、発光ピーク波長が４７０ｎｍ超から４８５ｎｍの間には存在しないため、長波長成分の青色蛍光体には、他の組成の蛍光体を使用する必要がある。一方、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩を使用する場合では、この蛍光体の発光ピーク波長は４３０ｎｍから４８５ｎｍの範囲内の任意の値を得ることができるため、混合条件に合わせて同種の蛍光体を複数種選択使用することもできる。また単一種類のユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体を青色蛍光体に用いる場合では、使用可能なピーク波長の範囲は、４３０ｎｍから４８０ｎｍ迄であったが、２種類以上の混合蛍光体として使用する場合、４３０ｎｍから４８５ｎｍ迄の範囲となり、上限値を拡張することができる。上限値が大きいほど、演色性の改善効果が大きくなるためである。しかしながら、図３のスペクトル変化を見ればわかる通り、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体では、ピーク波長が長波長にシフトするに従い、スペクトル曲線がブロードになると共に、発光強度が低下する傾向がある。このため、長波長側に発光ピークを有する成分の混合割合は、全体の発光強度を維持する観点から、一定値以下に抑える必要がある。具体的な混合割合は、４３０ｎｍから４７０ｎｍの間に発光ピークを有する第一の青色蛍光体が、青色発光蛍光体全体の５０重量部以上であり、４７０ｎｍ超から４８５ｎｍの間に発光ピークを有する第二の青色蛍光体が、青色発光蛍光体全体の５０重量％以下であることが望ましい。
【００３７】
（その他蛍光体）
本発明の白色ＬＥＤには、青色蛍光体および、緑色乃至黄色蛍光体に加えて、様々な発光色の蛍光体を混合使用しても良い。特に、赤色発光蛍光体は、白色光を構成する青、緑、赤３原色成分の１つであり、特に色温度の低い白色光を得る為には、必須となる蛍光体である。赤色蛍光体としては、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体（Ｓｒ２Ｓｉ７Ａｌ３ＯＮ１３：Ｅｕ）、ユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミニノシリケート蛍光体（（Ｓｒ、Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）等の蛍光体を使用することが望ましい。また、演色性を更に向上させる目的で、深赤色に発光するマンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体（αＭｇＯ・βＭｇＦ２・（Ｇｅ、Ｍｎ）Ｏ２）を加えても良い。
【００３８】
（ＬＥＤモジュール）
本発明の白色ＬＥＤにおいて、蛍光体は樹脂材料と混ぜ合わされ、蛍光膜の形で使用される。ＬＥＤチップの周囲を直接または間接的に蛍光膜で被覆することにより、ＬＥＤから出射された一次光が、蛍光膜で二次光（白色光）に変換され、装置の外部に出射されることになる。使用する樹脂材料としては、透明な材料であれば特に制限されることは無いが、ＬＥＤとして紫外ＬＥＤを用いる場合には、紫外線に対する耐劣化特性の良好な、シリコーン樹脂等を用いることが望ましい。
【００３９】
蛍光膜の膜厚は厚くすることが望ましい。本発明ではＬＥＤとして、紫外乃至紫色ＬＥＤを使用しており、人体等への影響を考慮して、ＬＥＤの直接光が発光装置の外部に漏出することを防止する必要がある。これについては、蛍光膜を十分な厚さにして、紫外線等が蛍光膜を透過しない様に、防ぐ必要がある。この様な観点から、蛍光膜に求められる膜厚は、１００μｍ乃至１０００μｍであることが望ましい。そして蛍光膜の輝度には、輝度が最大となる最適膜厚が存在し、最適膜厚は構成する蛍光体の平均粒子径に比例することが知られている。従い前記の膜厚範囲に対応する蛍光体の平均粒子径としては、１０μｍ乃至５０μｍが最適である。
【００４０】
蛍光膜は３乃至４種類の蛍光体から構成され得るが、このうち緑色乃至黄色蛍光体としてのＹＡＧ系蛍光体と、青色蛍光体の２種類は必須の材料である。特に本発明における青色蛍光体は、白色発光の一成分として使用されるばかりでなく、ＹＡＧ系蛍光体の励起光としても使用されるので、青色蛍光体の使用量が最も多くなる。黄色乃至緑色蛍光体として、本発明のＹＡＧ蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）を使用した場合と、従来例としてのユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ）を使用した場合に対して、青色蛍光体ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ）の使用量がどのように変化するかを示したのが下記の表１である。
【００４１】
白色光としての実用的な色温度の範囲を２５００Ｋから６５００Ｋとした場合に、各色温度に対応して、青色蛍光体がどの程度の重量割合で使用されるかを比較したものである。この場合、色温度の最も高い６５００Ｋの白色光では、青色蛍光体の使用割合が最も高く、色温度の最も低い２５００Ｋの白色光では、青色蛍光体の使用割合が最も低くなる。なお、白色光を構成するには、赤色蛍光体等を混合使用する場合もあるが、表１は青色蛍光体と緑色乃至黄色蛍光体の重量比率のみに着目して纏めたものである。
【００４２】
【表１】
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表１からわかる様に、青色蛍光体と、緑色乃至黄色蛍光体の重量混合比は、従来の白色光源が概ね６：４から８：２の範囲であるのに対し、本発明では概ね７：３から９：１の範囲で変化し、本発明の白色光源では、従来の白色光源よりも、青色蛍光体の混合重量比率が約１０％多く必要とされることがわかる。
【００４３】
（発光特性）
図４の曲線８は、本発明の白色ＬＥＤで得られる白色光の発光スペクトルの一例である。この白色光は、４０５ｎｍに発光ピークを持つＬＥＤと、青色蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ）と黄色蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）及び赤色蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）を所定割合で混合して、５０００Ｋの色温度の白色光を示す様に、調整したものである。図からも判る様に、本発明の白色光源の発光スペクトルは４００ｎｍから７８０ｎｍまでの全可視光域において、途切れることのない連続スペクトルを有することが特徴である。
【００４４】
本発明により得られる白色光は、全可視光域で連続スペクトルが得られることから、自然な白色光に求められる発光成分を過不足無く保有しており、照明光として利用すると、高い演色性を示すことができる。本発明の白色光の平均演色評価数Ｒａは全て９６以上である。また、演色評価数Ｒ１からＲ８、そして特殊演色評価数Ｒ９からＲ１５の全てを、８５以上とすることもできる。
【００４５】
また、本発明の白色光は、４００ｎｍから５００ｎｍの波長域において、極端にシャープな発光ピークを示さないことも特徴である。図４の曲線８では、前記波長域において、多少の凹凸部分は観察されるものの、従来の白色光源の発光スペクトル（図４の曲線９）と比較すると、両者の違いは顕著である。従来の白色光源でＹＡＧ系蛍光体を用いたものは、ＹＡＧ系蛍光体を励起するために、青色ＬＥＤをペアとして使用するのが通例であった。このため従来の白色光源の発光スペクトルでは、５７０ｎｍ近辺の黄色波長域にピークを持つＹＡＧ系蛍光体の発光と、４５０ｎｍ近辺の青色波長域にピークを持つＬＥＤのシャープな発光の、少なくとも２つの発光ピークからなる、極端な凹凸部分が存在していた。
【００４６】
本発明と従来例の白色光の違いを定量的に比較すると、以下の様な相違点が存在する。違いを明確にするために、（極大値／極小値）を求め、具体的に比較する。なお（極大値／極小値）とは４００ｎｍから５００ｎｍ間の最大発光ピークに注目し、発光ピークの極大値と、極大値の長波長側に位置する極小値の比率を求めたものである。従来例の発光スペクトル曲線９では、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で、最も強い発光ピークは４５０ｎｍ近辺の青色ＬＥＤによる発光である。この発光ピークの極大値と、前記極大値の長波長側に存在する極小値の比率を確認すると、（極大値／極小値）は１０．５（＝０．０２１／０．００２）となった。一方、本発明の曲線８では、前記比率は１．５７（＝０．０１１／０．００７）となり、従来光の約１／６との低い数値であった。従い従来の白色光源と、本発明の白色光源において、青色波長域の発光ピーク形状には大きな差異のあることがわかる。なお本発明の光源の前記比率は以下の様にして計算した。曲線８において、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で、最大の発光ピークは４５０ｎｍ弱に存在する。この発光ピークの極大値と、前記極大値の長波長側に隣接する極小値の比率を計算したものが、前記の１．５７との値である。また、曲線８には４０５ｎｍ近辺にも発光ピークが存在するが、４５０ｎｍ弱の発光ピークと比較すると、発光強度は無視できるほど弱く、計算対象から除外した。ここで、極小値は、極大値を示すピークに隣接する凹部での値であれば良く、極小値を示す波長は、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲内の値であっても、５００ｎｍを超える範囲にあっても良い。
【００４７】
青色ＬＥＤを用いた従来の白色ＬＥＤでは、ＬＥＤからの青色光を、蛍光体の励起に利用するのみでなく、自身の直接光を白色光の青色成分としても利用している。ところが、ＬＥＤから出射される青色光は、特定波長に集中して高い発光強度を示す為、ＬＥＤの直接光を利用しようとすると、青色波長域に突出した発光ピークを持つスペクトル形状の白色スペクトルしか得ることが出来なかった。つまり従来の白色ＬＥＤで、ＹＡＧ系蛍光体を使用した光源は、前記した様な極端な凹凸を持つ発光ピークの存在を無くすことは出来ないものである。
【００４８】
白色発光スペクトルに含まれる青色光成分は、白色光の色温度によっても左右される。色温度の低い白色光では、相対的に青色光の成分量が少なく、色温度の高い白色光では、相対的に青色光の成分量が多くなる。青色成分の量が多くなると、突出ピークの発光強度も強くなるため、前記した発光ピークの凹凸は、白色光の色温度が高くなると、（極大値／極小値）が大きくなる。従って、実用的な色温度の範囲を２５００Ｋから６５００Ｋとすると、２５００Ｋの白色光で（極大値／極小値）が最小となり、６５００Ｋの白色光で、（極大値／極小値）は最大となる。
【００４９】
２５００Ｋの白色光において、（極大値／極小値）の最小値を確認すると、従来例の白色光の発光スペクトルが図５の曲線１１に示されている。曲線１１において、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲における最大発光ピークは、４５０ｎｍ近辺の青色ＬＥＤによる発光である。この発光ピークの極大値と、前記極大値の長波長側に隣接する極小値の比率（極大値／極小値）は１．９３（＝０．００５４／０．００２８）となる。従って従来の白色光による（極大値／極小値）の最小値は１．９３である。同様に本発明における前記比率を求めると、曲線１０を元に計算して、１．１７（＝０．００３５／０．００３０）となった。
【００５０】
以上の通り、２５００Ｋと５０００Ｋの色温度の白色光について（極大値／極小値）の比率を求めた所、従来の白色光では１．９から１０．５まで大きく変化するのに対し、本発明の白色光では、１．２から１．６まで、僅かに変化したに過ぎない。この様に、本発明の白色光における（極大値／極小値）の比率の変化は非常に僅かであることから、色温度が実用上の最大となる６５００Ｋにおいても、極端に大きな値を示す事はなく、従来例の白色光における最小値１．９を上回る事はなかった。従って、本発明の白色光には、青色波長域における極端な凹凸がなく、従来の白色光で観察される様な、（極大値／極小値）が１．９以上となる様な発光ピークが、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲においては存在しない。言い換えれば、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲において、（極大値／極小値）が１．９未満となる発光スペクトルピークが存在するか、あるいはこのような発光スペクトルピークを持たない白色光源を実現することができる。なお、極大値をＡ、極小値をＢとすると、極小値に対する極大値の比率Ｘは、下記（Ｉ）で表される。
Ｘ＝Ａ／Ｂ    （Ｉ）
【００５１】
本発明の白色光における前記特徴は、青色成分の光を蛍光体発光により得ている為に生ずるものである。青色蛍光体の中には、ＬＥＤ同様にシャープな発光を示すものもあるが、発光スペクトルの形状には多様な種類があり、例えばユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の様に、平坦な曲線形状の発光スペクトルを持つ蛍光体を選択すれば、青色波長域における突出した発光ピークの出現を防止することができる。なお、本発明の白色光源においても、蛍光体の励起光源としてＬＥＤ発光を利用している。本発明で使用する紫外乃至紫色ＬＥＤもまた、青色ＬＥＤ同様に、特定波長域に鋭い発光ピークを有している。しかしながら、本発明の白色光源において、ＬＥＤ発光の殆どが蛍光体に吸収され、白色光中に含まれるＬＥＤ直接光は僅かであり、無視することが可能である。しかも本発明のＬＥＤ発光は紫外乃至紫色であり、青色光に比べて視感度が低く、人体には殆ど感知されない。
【００５２】
ところで、青色光は白色光を構成する上では欠くことの出来ない発光成分である。色温度の高い白色光では相対的に強い発光強度が要求され、色温度の低い白色光では相対的に弱い発光強度が要求される、従い、白色光中の青色成分量は色温度により大きく変化するが、本発明の白色光源では、対応する色温度毎に要求される適正強度の青色光しか含まれていない。ところが従来の白色光源では、青色波長域に突出した強度の発光ピークが存在するため、突出部分では、適正強度を超えた過剰な強度を示すことになる。人体の概日リズムに関係する眼球中の細胞は、青色波長域に高い感度を持つため、青色波長域に過度に強い発光が存在すると、細胞は過度な刺激を受けることになる。
【００５３】
また青色光は、白色光に含まれる種々の可視光成分のうち、最も高いエネルギーを持っている。青色光は電磁波の１種であり、電磁波のエネルギーは振動数の二乗に比例して増加する。この様な青色光が眼球に入射されると、眼球を覆っている角膜まで光が到達するため、長時間眺めていると眼精疲労を引き起こす原因となる。また、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲に相当する青色光が網膜に損傷与えるとの研究結果も為されている。
【００５４】
この様に人体に様々な悪影響を与える青色光は、白色発光成分として極力低減されることが望ましい。しかし、青色ＬＥＤを使用した従来の白色光では、ＬＥＤの放つ強い青色光を、人体に影響を与えないレベルまで除外することは難しく、眼鏡やフィルター等、光源以外の追加的な手段で対策を行っているのが実態である。一方、本発明の白色光源では、青色光成分の強度について、所定の色温度の白色光に要求される必要最小限のレベルまで低減することが可能であり、光源自体に対策のなされた、人体に優しい白色光を提供することが可能である。
【００５５】
本発明の白色ＬＥＤは、緑色乃至黄色蛍光体として、少なくともＹＡＧ系蛍光体を使用することを特徴とする。従来の白色ＬＥＤに使用されるユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体と同様の発光強度を有する優れた蛍光体である。ところが従来の蛍光体は、熱や水分等の環境変化に弱く、発光強度が劣化し易いとの欠点があった。従い、従来の蛍光体を用いたＬＥＤモジュールを点灯すると、点灯初期は明るく発光するものの、連続点灯中に徐々に発光強度が低下する傾向にあった。ＬＥＤを連続点灯させると、ＬＥＤ自身からジュール熱が発生し、ＬＥＤモジュールの温度は１００℃前後まで上昇する。その上、一定湿度の下に、空気中には水分が存在するため、熱と水分の両者の影響を受けて、蛍光体の発光強度が経時変化したものである。
【００５６】
一般に蛍光体材料の発光強度は、長時間連続して発光させると、徐々に低下するのが通常である。上記の様な輝度低下現象は、自然の法則に適うものであり、蛍光体材料にとって、発光強度の低下は避けられない特性である。しかし、材料によっては、輝度低下のレベルが少ないものも存在する。その様な材料にあって、代表的なものがＹＡＧである。ＹＡＧはガーネット構造を有し、優れた耐熱性や耐食性を示す材料である。従いＹＡＧを母体とする蛍光体も、その他の緑色乃至黄色蛍光体（例えばユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体）と比較して、点灯中の輝度低下を極力防止できるとの利点を有している。
【００５７】
図６は、緑色乃至黄色蛍光体の光束維持率を表す曲線である。図中の曲線１２はＹＡＧ蛍光体の光束維持率、そして曲線１３はユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体の光束維持率を表している。これらの曲線は、ＬＥＤの周囲を夫々の単独蛍光膜で被覆し、得られたＬＥＤモジュールの発光強度を全光束測定器で測定し、変化の様子をプロットしたものである。なお両曲線は、光束維持率の違いを比較し易くするために、点灯初期の全光束を１００％として規格化したものである。両者を比較すると、ＹＡＧ蛍光体の光束維持率は、一貫してユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体の光束維持率を上回っており、その差は時間の経過と共に拡大する傾向にあった。ＹＡＧ蛍光体の光束維持率は、１０００時間後が９９．８％、５０００時間後が９６．５％であるのに対し、ユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体の光束維持率は、１０００時間後が９５．２％、５０００時間後が８８．７％との値であった。
【００５８】
以上の通り、ＹＡＧ蛍光体は優れた光束維持率を有しており、本発明の白色光源では緑色乃至黄色発光成分として、前記ＹＡＧ蛍光体を必須材料として使用することにより、優れた光束維持率の白色発光を得ることができる。なお本発明の白色光源において、緑色乃至黄色蛍光体として、ＹＡＧ蛍光体のみを使用すれば優れた特性を発揮することができるのは勿論だが、ＹＡＧ蛍光体を少量でも使用すれば相応の改善効果が得られることから、従来の緑色乃至黄色蛍光体との混合使用も可能である。また、ＹＡＧ蛍光体の優れた発光特性は、ガーネット結晶構造に基づくものであり、基本組成であるＹ３Ａｌ５Ｏ１２の各構成元素に、微量の添加物が含有されていても、同様に効果を発揮できるものである。
ＬＥＤモジュールの一例を図７〜図１２に示す。
ＬＥＤモジュール５０では、例えば図７に示される様に、多数個のＬＥＤチップ５２が、基板５１上に線状に配列される。チップ列は、一列以上にすることができる。使用個数に応じて複数のチップ列を配列することができる。例えば図７では、複数のチップ列がマトリックス状に配列されている。ＬＥＤチップ５２は、出来るだけ高密度に配列されるのが望ましいが、ＬＥＤチップ５２間の距離が余り近づきすぎると、ＬＥＤチップ５２同士によるＬＥＤ発光の相互吸収が生じるため好ましくなく、また連続点灯時にＬＥＤチップ５２により発生する熱の放熱を促す為にも、ＬＥＤチップ５２は適当な間隔を置いて配列するのが望ましい。なお、チップの配列は、線状に限定されることなく、千鳥格子状等に配列しても、同様に高密度な配列とすることができる。
図７において、各ＬＥＤチップ５２はワイヤ５３で接続されると共に、電極５４と繋がっている。電極５４は特定パターンを有し、基板５１上の導電部を兼ねている。導電部の材料には、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｕ、ＰｄおよびＡｌ等から選択される少なくとも一種類の金属を使用することが望ましい。そして金属の表面には、腐食等を防止する目的でＡｕ膜が形成されることが望ましい。Ａｕ膜は、印刷法、蒸着法およびメッキ法のいずれを用いて形成してもかまわない。
基板５１上のＬＥＤチップ５２の周囲は、直接または間接的に蛍光体層で被覆される。蛍光体層の配置例を図８〜図１２に示す。図８に示すように、ＬＥＤチップ５２の表面上に直接蛍光体層５５を形成しても良い。図９に示すように、ＬＥＤチップ５２の周囲を蛍光体層５５で被覆した後、蛍光体層の周囲を透明樹脂層５６で被覆しても良い。また、図１０に示す様に、ＬＥＤチップ５２の表面を透明樹脂層５６で被覆した後、透明樹脂層５６のほぼ全面を蛍光体層５５で被覆しても良い。さらに図８〜図１０では複数個のＬＥＤチップ５２を単一の蛍光体層５５もしくは透明樹脂層５６で被覆する構造としたが、図１１、図１２の様に単一のＬＥＤチップ５２を、単一の蛍光体層５５または単一の透明樹脂層５６で被覆しても良い。更に応用例の１つとして、単独または複数のＬＥＤチップの周囲を、透明樹脂層で被覆し、その外側に蛍光体層を形成し、更に外側に透明樹脂層を形成する積層構造にしても良い。
【００５９】
（実施例）
以下において、本発明の白色ＬＥＤについて、実施例を用いて具体的に説明する。なお、以下の実施例や比較例の白色ＬＥＤに使用する蛍光体材料については、下記の１０種類の蛍光体の何れかを使用するものとし、以下においては蛍光体の名称や化学組成ではなく、発光色と下記番号で区別して呼称する（例えば、（Ｓｒ０．６９Ｂａ０．３１）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕのアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を、青色蛍光体（２）と呼称する）。
青色蛍光体
（１）アルカリ土類ハロ燐酸塩（（Ｓｒ０．８６Ｂａ０．１４）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ），発光ピーク波長が４５０ｎｍ、
（２）アルカリ土類ハロ燐酸塩（（Ｓｒ０．６９Ｂａ０．３０５Ｃａ０．００５）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ），発光ピーク波長が４６５ｎｍ、
（３）アルカリ土類アルミン酸塩（ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ），発光ピーク波長が４５０ｎｍ。
緑色乃至黄色蛍光体
（４）ＹＡＧ（Ｙ０．９８Ｃｅ０．０２）３Ａｌ５Ｏ１２，発光ピーク波長が５５８ｎｍ、
（５）ＹＡＧ系（Ｙ０．９７５７３Ｃｅ０．０２４Ｓｒ０．０００１７Ｈｆ０．０００１）３（Ａｌ０．９９９２Ｍｇ０．０００４Ｓｉ０．０００４）５Ｏ１２，発光ピーク波長が５５５ｎｍ
（６）アルカリ土類オルソ珪酸塩（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ，発光ピーク波長が５４８ｎｍ。
赤色蛍光体
（７）ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ，発光ピーク波長が６５０ｎｍ。
青色蛍光体
（８）アルカリ土類ハロ燐酸塩（Ｓｒ０．５４Ｂａ０．４５Ｃａ０．０１）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ，発光ピーク波長が４８０ｎｍ、
（９）アルカリ土類ハロ燐酸塩（Ｓｒ０．６４Ｂａ０．３５Ｃａ０．０１）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ，発光ピーク波長が４７０ｎｍ、
（１０）アルカリ土類ハロ燐酸塩（Ｓｒ０．３４Ｂａ０．６５Ｃａ０．０１）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ，発光ピーク波長が４８５ｎｍ。
【００６０】
（実施例１）
先ず、青色蛍光体、緑色乃至黄色蛍光体、赤色蛍光体の３種類の蛍光体とＬＥＤの組み合わせによるＬＥＤモジュールを作成した。４０５ｎｍに発光ピークを有するＩｎＧａＮ系のＬＥＤチップを３０個用意し、１５mm×１２mmの大きさのアルミナ基板の上に、格子状に配列した。その後、配列されたＬＥＤの全体を蛍光体で被覆した。蛍光体は、表２に記載された通り、所定の材料を所定の割合で混合し、５０００Ｋの色温度に発光する混合白色蛍光体を使用した。各蛍光体は平均粒径が２５〜３５μｍの粉末を用い、シリコーン樹脂に分散させたスラリーをＬＥＤチップの周囲に塗布することで、モジュールを形成した。蛍光膜の膜厚は、約７００μｍとした。以上の様なＬＥＤモジュールに電子回路を接続して実施例の白色ＬＥＤとした。
【００６１】
（比較例１）
比較例の白色ＬＥＤを作成した。使用する部材の種類は実施例１と全く同じのものを使用したが、緑色乃至黄色蛍光体のみは、実施例が緑色乃至黄色蛍光体（４）を使用しているのに対し、緑色乃至黄色蛍光体（６）に変更し、各蛍光体の混合比率を表２に記載の通りとして、色温度が５０００Ｋの白色光に相当する白色光源を作成した。なお、使用した緑色乃至黄色蛍光体（６）の平均粒子径は３０μｍであり、蛍光膜の膜厚は約６７０μｍであった。
【００６２】
実施例と比較例の白色光源を同一条件で点灯させた後、得られた白色光の発光スペクトルを、分光器（浜松ホトニクス株式会社製LE3400）を用いて測定した。次に、発光スペクトルの３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長範囲に亘って、５ｎｍ間隔で各スペクトル強度のデータを求めた後、ＪＩＳ−８７２６に記載の方法に従って、平均演色評価数（Ｒａ）を計算した。紫外乃至紫色ＬＥＤを用いた白色光源では、高い演色特性が得られることが特徴だが、実施例および比較例の様に、黄色蛍光体の種類を変更した場合でも、両者の平均演色評価数（Ｒａ）は９８以上であり、良好な結果が得られた。具体的な数値は以下の表２に示す通りである。
【表２】
2017200097.tif 000004
【００６３】
続いて、実施例１と比較例１の２種類の白色ＬＥＤについて連続点灯試験を行った。各白色ＬＥＤをオーブン（ヤマト科学株式会社製DKN402）に入れ、内部温度を85±5℃に保持した上で、各光源に210mAの電流を累計5000時間通電した。２種類の光源について、点灯初期と1000hrs及び5000hrs点灯後の発光強度を測定し、光束維持率を求めた。光源の発光強度については、初期及び所定時間点灯後の光源をオーブンから取り出し、印加電流210mA、基板温度25±1℃の条件下で点灯後、光源の全光束を、浜松ホトニクス株式会社製LE3400分光器を用いて測定した。測定結果を下記の表３に示す。
【表３】
2017200097.tif 000005
【００６４】
実施例の白色ＬＥＤの初期全光束は５５０ｌｍ（ルーメン）で、比較例の５６０ｌｍに比較して約２％低い値であった（９８．２％）。この強度差は、比較例の黄色蛍光体（６）がＬＥＤからの直接光を受けて発光するのに対し、実施例の黄色蛍光体（４）の場合は、ＬＥＤからの直接光を受けて先ず青色蛍光体（１）が発光し、その青色蛍光体（１）からの光を受けて黄色に発光するとの、発光プロセスの相違により生じたものと推定される。つまり、実施例の白色光源の黄色成分は、紫外光から青色光、そして青色光から黄色光との２段階の励起過程を経ており、比較例の場合よりも、励起プロセスが１過程追加される結果、トータルのエネルギー損失が増加したものである。しかしながら、実施例で使用した黄色蛍光体（４）は、比較例で使用した黄色蛍光体（６）より、連続使用時の輝度劣化特性に優れており、１０００時間点灯後の全光束で強度差が逆転し、５０００時間後には、強度差が５％近くとなるまで拡大する結果となった。
【００６５】
以上の通り、実施例１と比較例１では、ＬＥＤとして両者共に紫外乃至紫色ＬＥＤを使用し、緑色乃至黄色蛍光体の種類のみ変えた白色ＬＥＤを作成した結果、両者共に高い演色特性を示す白色光を得ることができた。その上で実施例１の白色光源では、比較例１の光源の様に、長時間連続点灯しても、過大な輝度劣化を起こすことなく、高い光束維持率を示すことができ、総合的に優れた発光特性を示す白色光を得ることができた。
【００６６】
（実施例２〜４、比較例２〜４）
緑色乃至黄色蛍光体としてＹＡＧ系蛍光体の緑色乃至黄色蛍光体（４）を使用し、前記蛍光体に組み合わせるＬＥＤとして、青色ＬＥＤを使用した場合と、紫外乃至紫色ＬＥＤを使用した場合の２種類を使用した光源の、発光特性の比較を行った。なお蛍光体とＬＥＤ以外については、使用した部材の種類および構成は、実施例１と全く同じである。
実施例２〜４では、４０５ｎｍに発光ピークを有するＩｎＧａＮ系の紫外乃至紫色ＬＥＤと、青色蛍光体（１）、緑色乃至黄色蛍光体（４）、赤色蛍光体（７）を組み合わせた白色ＬＥＤを作成した。表４に示す通り、蛍光体の混合比率を種々変更し、色温度がそれぞれ２５００Ｋ、４０００Ｋ、６５００Ｋの３種類の白色ＬＥＤを作成した。蛍光体の平均粒子径は３５〜４５μｍの粉末材料を使用し、蛍光膜の膜厚は７００〜９００μｍに調整した。なお、緑色乃至黄色蛍光体と青色蛍光体の混合比率（緑色乃至黄色蛍光体の混合量：青色蛍光体の混合量）は、下記の表５記載の数値より、実施例２が２６：７４、実施例３が２０：８０、実施例４が１０：９０であった。
【００６７】
比較例２〜４として、４５０ｎｍに発光ピークを有するＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤと、緑色乃至黄色蛍光体（４）、赤色蛍光体（７）を組み合わせた白色ＬＥＤを作成した。白色光の色温度は実施例と同様の3種類だが、蛍光体の混合比率は表４に示す通りである。なお、緑色乃至黄色蛍光体と赤色蛍光体は実施例と全く同じ材料を使用し、平均粒子径は実施例と同一で、膜厚も実施例１と略同等となる条件で作成した。
【表４】
2017200097.tif 000006
【００６８】
実施例と比較例の白色光源について、種々の発光特性を測定した。結果を下記の表６に示す。なお下表には、実施例１と比較例１の白色光源の発光特性も、比較のために同時記載した。なお下表の極大値／極小値とは、白色発光スペクトルの４００ｎｍから５００ｎｍ間の最大発光ピークに注目し、発光ピークの極大値と、極大値の長波長側に位置する極小値の比率を求めたものである。また、光束維持率は、初期点灯時の全光束を、連続点灯後の全光束で除した数値を％で示したものである。
【表５】
2017200097.tif 000007
【００６９】
表５に示した発光特性から判る様に、３つの特性全て（Ｒａ，極大値／極小値、光束維持率）で、満足できる特性を示すことができるのは、実施例１〜実施例４の白色光源のみであった。すなわち、比較例１の白色光源は、Ｒａ、（極大値／極小値）は良好なものの、発光強度維持率が悪く、一方比較例２〜４の白色光源は、光束維持率には優れるものの、その他２特性については、不満足な結果しか得られなかった。以上をまとめると、実施例の白色光源は、演色特性に優れるだけでなく、光束維持率の改善された発光特性を有することができる。そして（極大値／極小値）がいずれも１．９より小さいことから、青色波長域に突出した発光ピークが無く、ブルーライトハザード等の問題を大幅に低減できる、人体に優しい光源とすることができた。
【００７０】
また、実施例１〜４の白色光源は、平均演色評価数Ｒａに優れるだけでなく、演色評価数Ｒ１〜Ｒ８、及び特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５の全てにおいて、優れた特性を示すことができる。実施例１〜４の具体的な特性を、比較例４の特性と共に示す。下表からわかる通り、実施例１〜４の白色光源ではＲ１〜Ｒ１５の全てにおいて８５以上との優れた演色性を示すのに対し、比較例4の白色光源は各演色評価数毎のバラツキが大きく、Ｒ１やＲ１５の様に９０を超える指数もあったが、Ｒ１０やＲ１２の様に極端に低い指数も混在していた。
【表６】
2017200097.tif 000008
【００７１】
（実施例５〜９、比較例５〜６）
使用するＬＥＤの種類、蛍光体の組成、種類および混合比率を種々変更した白色ＬＥＤを作成した。ただし、白色光の色温度は全て約５０００Ｋとなる様に調整し、発光強度や演色特性を、より厳密に比較できる様にした。また、使用した蛍光体の平均粒径は、全て１５乃至２５μｍの範囲にあり、蛍光膜の膜厚は２５０μｍから４５０μｍの範囲に収まる様に調整した。なお、実施例８は、緑色乃至黄色蛍光体を複数種使用した例であり、緑色乃至黄色蛍光体中のＹＡＧ系蛍光体の混合割合は５４重量％であった。
【表７】
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【００７２】
表７に記載した白色光源のうち、比較例５と比較例６は、実施例と同じ種類の蛍光体を使用したが、蛍光体の混合比率が異なる光源である。両者の光源では、使用する青色蛍光体の混合比率が適正範囲より外れているため、得られる白色光の色温度が黒体輻射の軌跡上から外れ、適正な白色光を得ることができなかった。具体的には、比較例５の光源は青色蛍光体の混合量が多すぎるため、青味の強い白色光となり、比較例６の光源では青色蛍光体の混合量が少なすぎるため、黄色味の強い白色光となり、いずれの場合も実質的に白色光と呼べる特性ではなかった。
【００７３】
表７の条件で作成した各白色ＬＥＤの発光特性を評価した。結果を下記の表８に示す。
【表８】
2017200097.tif 000010
【００７４】
いずれの光源も、紫外乃至紫色ＬＥＤを使用しているため、（極大値／極小値）が極端に高い値を示す光源はなかった。しかし比較例５の光源では、青色蛍光体の混合比率が適正量を超えたため、（極大値／極小値）が１．９を超え、青色波長域に突出ピークを持つ問題のある光源であった。また緑色乃至黄色蛍光体に関し、種々の組成の蛍光体を使用したが、全てＹＡＧ系蛍光体を基本材料としているため、光束維持率はいずれの光源も問題の無いレベルであった。
【００７５】
白色光源のＲａは、実施例の光源は何れも９６以上であり、優れた演色特性を示すものであった。一方、比較例の光源については、蛍光体の混合比率に偏りがあるため、いずれも不十分な演色性レベルしか得られなかった。なお実施例８の光源では、緑色乃至黄色蛍光体として、蛍光体（４）と蛍光体（６）の混合物を使用している。この光源は、蛍光体（４）の使用による光束維持率の改善と、蛍光体（６）の使用による演色性改善の、２つの効果を同時に期待して作成したものである。光束維持率については、蛍光体（４）や蛍光体（５）のＹＡＧ系蛍光体を単独使用した光源と略同等レベルの特性を示した。そして、演色性に関しては、実施例７の光源と比較して、下表の通り改善効果を示すものであった。
【表９】
2017200097.tif 000011
【００７６】
両光源共に平均演色評価数Ｒａは９８で変わらないが、Ｒ１からＲ１５に関し、実施例７の光源では全てが８５以上との結果であったが、実施例８は全てが９０以上となり、更に改善された特性を得ることができた。両者間では、特にＲ９やＲ１２の数値に大きな差異があるが、これは、緑色乃至黄色蛍光体として使用した蛍光体（６）が、Ｒ９やＲ１２に対応する発光スペクトル成分を好適に含有していることから生じたものである。
（実施例１０〜１６）
先ず、青色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の３種類の蛍光体とＬＥＤの組み合わせによるＬＥＤモジュールを作成した。白色光の色温度は、表１０に示す値にして約５０００Kとなる様に調整し、発光強度や演色特性を、より厳密に比較できる様にした。表１０の青色、黄色、赤色の欄の左欄に蛍光体の種類を示す番号を、右欄に青色、黄色及び赤色の蛍光体のトータル重量に対する比率（重量％）を示す。実施例１０〜１６では、２種類の青色蛍光体を使用した。２種類の青色蛍光体のトータル重量に対する各青色蛍光体の比率を、右欄のかっこ内に示す。また、実施例１６のＬＥＤモジュール中の黄色蛍光体の種類は２種類であった。２種類の黄色蛍光体のトータル重量に対するＹＡＧ系蛍光体の割合は５５重量％であった。
各蛍光体粒子の平均粒径は、１０μｍ以上２５μｍ以下の範囲にあった。また、ＬＥＤには、４０５ｎｍに発光ピークを有するＩｎＧａＮ系のＬＥＤチップを使用した。
表１０に示す比率で混合された蛍光体粒子及びＬＥＤチップを用いて実施例１と同様にしてＬＥＤモジュールを作成した。蛍光膜の膜厚は２００μｍ以上４５０μｍ以下の範囲に収まる様に調整した。以上の様なＬＥＤモジュールに電子回路を接続して実施例の白色ＬＥＤとした。
なお、セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体とユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の混合比率（セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体の混合量Ｇ１：ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の混合量Ｇ２）は、下記の表１０記載の数値より、実施例１０が１３重量部：８７重量部、実施例１１が１０重量部：９０重量部、実施例１２が８重量部：９２重量部、実施例１３が１３重量部：８７重量部、実施例１４が１３重量部：８７重量部であった。
【表１０】
2017200097.tif 000012
得られた白色LEDの諸特性（平均演色評価数、極大値／極小値、光束維持率、特殊演色評価数等を実施例１と同様な条件で測定し、表１１、表１２まとめた。なお表中には、特性比較の参考として、実施例７および比較例４で作成した白色LEDの特性も合わせて記載した。
【表１１】
2017200097.tif 000013
【表１２】
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表１１、１２からわかる通り、比較例の白色ＬＥＤが、極大値／極小値や演色特性の面で不満足な特性しか示さなかったのに対し、実施例の白色ＬＥＤは全ての特性面で満足の得られる結果を得ることができた。
また、実施例１０〜１６と実施例７の白色ＬＥＤの演色特性を比較すると、平均演色評価数では両者間に大きな差異は無いものの、特殊演色評価数（Ｒ９〜Ｒ１５）では実施例１０〜１６の白色ＬＥＤの方が総合的に優れていることが確認された。従い、青色蛍光膜に混合蛍光体を採用する方が、演色特性の面でより優れた効果を発揮できることが明確となった。よって、実施例１０〜１６の白色光源は、黒体輻射により得られ、かつ各実施例の白色光と同じ色温度を有する白色光の発光スペクトル分布の形状により近いものである。
実施例１０〜１６の比較により、青色蛍光体にユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体のみを含む実施例１０〜１４，１６の白色光源は、特殊演色評価数の値が全体的に高く、実施例１５に比して演色特性に優れていることがわかる。
実施例１０〜１２の比較により、青色蛍光体として発光ピーク波長が異なる複数の青色蛍光体を使用する場合、短波長の発光ピーク波長を有する青色蛍光体の混合比率が高い実施例１０，１１の白色光源は、特殊演色評価数のＲ１１が実施例１２に比して高く、実施例１２に比して演色特性に優れていることがわかる。
（比較例７）
４５０ｎｍに発光ピークを有するＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤと、緑色乃至黄色蛍光体（４）、赤色蛍光体（７）を組み合わせた白色ＬＥＤを作成した。白色光の色温度は５０００Ｋであった。蛍光体の混合比率は、緑色乃至黄色蛍光体（４）を８５重量％、赤色蛍光体（７）を１５重量％とした。なお、各蛍光体の平均粒子径及び蛍光体の膜厚は、比較例４と同様に設定した。
実施例１、１１及び比較例７の発光スペクトルを図１３に示す。図１３において、実施例１の発光スペクトルを１４で、実施例１１の発光スペクトルを１６で、比較例７の発光スペクトルを１５で示す。
図１３から明らかな通り、比較例７の白色光源は、４５０ｎｍの波長において、極小値に対する極大値の比率（Ａ／Ｂ）が１．９以上となる発光スペクトルピークが存在している。一方、実施例１，１１の白色光源の発光スペクトルには、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲に極大値が二つ存在する。長波長側に位置する極大値が、実施例１，１１についての最大値であり、Ａで表す。最大値Ａを示すピークに隣接する凹部の極小値をＢで表す。表５及び表１１に示す通り、実施例１，１１の白色光源の発光スペクトルには、極小値に対する極大値の比率（Ａ／Ｂ）が１．９未満となる発光スペクトルピークが存在している。また、実施例１，１１の白色光源から出射される白色光は、４００ｎｍから７８０ｎｍの波長範囲に亘って連続スペクトルを有している。発光強度が４５０ｎｍから５００ｎｍの波長範囲における発光強度の変化を、実施例１の発光スペクトル１４と実施例１１の発光スペクトル１６とで比較すると、発光強度の低下が実施例１１の方が小さい。よって、実施例１１の方が黒体輻射により得られ、かつ実施例１１の白色光と同じ色温度を有する白色光の発光スペクトル分布の形状により近いものである。これは、実施例１１の白色光源が、発光ピーク波長が４３０ｎｍから４７０ｎｍの範囲内にある第一の青色蛍光体と、発光ピーク波長が４７０ｎｍを超え、４８５ｎｍまでの範囲内にある第二の青色蛍光体とを含むため、４００〜５００ｎｍの可視波長域における発光波長域を実施例１よりも広くできることが一因である。
【符号の説明】
【００７７】
１…ＹＡＧ蛍光体の発光スペクトル曲線、２…ＹＡＧ蛍光体の発光スペクトル曲線、３…ＹＡＧ蛍光体の発光スペクトル曲線、４…ＹＡＧ蛍光体の励起スペクトル曲線、５…青色蛍光体の発光スペクトル曲線、６…青色蛍光体の発光スペクトル曲線、７…青色蛍光体の発光スペクトル曲線、８…本発明の光源による白色光の発光スペクトル曲線（色温度５０００Ｋ）、９…従来例の光源による白色光の発光スペクトル曲線（色温度５０００Ｋ）、１０…本発明の光源による白色光の発光スペクトル曲線（色温度２５００Ｋ）、１１…従来例の光源による白色光の発光スペクトル曲線（色温度２５００Ｋ）、１２…ＹＡＧ蛍光体の光束維持率を示す曲線、１３…オルソ珪酸塩蛍光体の光束維持率を示す曲線。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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