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発明の名称 白色LEDを用いた照明器具
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−52994(P2007−52994A)
公開日 平成19年3月1日(2007.3.1)
出願番号 特願2005−236867(P2005−236867)
出願日 平成17年8月17日(2005.8.17)
代理人 【識別番号】100087767
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清
発明者 田中 健一郎
要約 課題
赤色LEDを用いることなく演色性を高めることが可能な白色LEDを用いた照明器具を提供する。

解決手段
一面開口した箱状の器具本体2は、底壁2aから離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されており、周壁2bが白色LED1から放射された光を器具全体の光取り出し面側へ反射する反射部材を構成している。白色LED1は、青色LEDチップと青色LEDチップから放射された光によって励起されて発光する黄色蛍光体を含む色変換部とを備えている。白色LED1から放射された光によって励起されて赤色の光を発光する材料(例えば、赤色蛍光体や赤色顔料など)を有し器具全体としての発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部3を器具本体2の周壁2bの内周面の全周に亘って形成してある。
特許請求の範囲
【請求項1】
白色LEDと、白色LEDから放射された光によって励起されて赤色の光を発光する材料を有し器具全体としての発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部とを備えてなることを特徴とする白色LEDを用いた照明器具。
【請求項2】
前記白色LEDから放射された光を器具全体の光取り出し面側へ反射する反射部材を備え、前記発光スペクトル調整部は、反射部材に設けられてなることを特徴とする請求項1記載の白色LEDを用いた照明器具。
【請求項3】
前記材料は、赤色蛍光体からなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の白色LEDを用いた照明器具。
【請求項4】
前記材料は、赤色顔料からなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の白色LEDを用いた照明器具。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、白色LEDを用いた照明器具に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、LEDチップとLEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料としての蛍光材料(例えば、蛍光体、蛍光顔料、蛍光染料など)とを組み合わせてLEDチップの発光色とは異なる色合いの光を出す発光素子(例えば、一般的に白色LEDと呼ばれている白色発光素子など)の研究開発が各所で行われている。
【0003】
また、最近の白色LEDの高出力化に伴い、白色LEDを照明用途に展開する研究開発が盛んになってきているが、上述の白色LEDを一般照明などのように比較的大きな光出力を必要とする用途に用いる場合、1つの白色LEDでは所望の光出力を得ることができないので、例えば、複数個の白色LEDを1枚の回路基板に実装したLEDユニット(LEDモジュール)を一面が開口した器具本体内に配置し、器具本体の上記一面側に各白色LEDからの白色光を透過させる透光板を配置して所望の光出力を得るようにしている。
【0004】
ここにおいて、一般的な白色LEDの一例として、400〜500nm付近に発光波長域を有するGaN系青色LEDチップと、GaN系青色LEDチップから放射された光によって励起されて500〜700nmの波長域に亘るブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を封止樹脂中に分散させた色変換部とを備え、GaN系青色LEDチップから放射された光と黄色蛍光体から放射された光との合成光からなる白色の光(白色光の発光スペクトル)を得るものが知られている。なお、光源を照明用途に用いる場合の評価尺度の一つに演色性という指標があるが、活性層としてInGaN層を採用したGaN系青色LEDチップとセリウムで不活されたYAG系の黄色蛍光体とを組み合わせた白色LEDの平均演色評価数(Ra)は85前後であり、比較的良好な演色性を有している。
【0005】
ところで、国際照明委員会(CIE)では、美術館の照明には3000〜7000K程度の色温度でRaが90あるいはそれ以上の高演色性を有する光源の使用を推奨しており、このような高演色性を有する白色LEDの需要を満たすために、一般的に知られている黄色蛍光体の代替となる新規な蛍光体や、色変換部へ添加する新規な蛍光体が研究されている。すなわち、白色LEDの発光スペクトルが演色性評価用の標準光源D65(色温度は6504K、色度座標はx=0.3127,y=0.3290)の発光スペクトルと比較して光強度が小さい波長域において光強度を大きくし、且つ、光強度が大きい青色の波長域において光強度を小さくすることにより、発光スペクトルを標準光源D65の発光スペクトルに近づける目的で、新規な蛍光体の研究・開発が各所で行われている。
【0006】
しかしながら、青色LEDチップから放射された青色の光を吸収し、且つ、700nm以上の波長領域に高い光強度を有する蛍光体が発見されておらず、GaN系青色LEDチップと黄色蛍光体とを基本構成要素としてRaが90以上の高演色性を有する白色LEDは未だ商品化されていないのが現状である。また、食料品売り場では商品の赤色、医療分野では動脈の赤色が再現性良く見えるようにするために、赤色の特殊演色評価数(R)の高い光源が求められているが、現状の白色LEDのRは30程度の低い値であり、白色LEDを食料品売り場や医療分野で用いるには、Rを更に高める必要がある。
【0007】
これに対して、白色LEDと赤色LEDとを混在させることにより演色性を改善したLED照明装置が提案されている(例えば、特許文献1)
【特許文献1】特開2004−363055号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、上記特許文献1に開示されているように白色LEDと赤色LEDとを混在させたLED照明装置では、白色LEDのみを用いたLED照明装置に比べて演色性を改善することができるが、白色LEDと赤色LEDとで各別に電源回路が必要でありコストが高くなってしまい、しかも、白色LEDおよび赤色LEDそれぞれの光束減退による光量低下の程度の相違などに起因して演色性の経時変化が大きくなってしまう。
【0009】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、赤色LEDを用いることなく演色性を高めることが可能な白色LEDを用いた照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項1の発明は、白色LEDと、白色LEDから放射された光によって励起されて赤色の光を発光する材料を有し器具全体としての発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部とを備えてなることを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、白色LEDから放射された光によって励起されて赤色の光を発光する材料を有し器具全体としての発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部を備えていることにより、赤色LEDを用いることなく演色性を高めることが可能になる。
【0012】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記白色LEDから放射された光を器具全体の光取り出し面側へ反射する反射部材を備え、前記発光スペクトル調整部は、反射部材に設けられてなることを特徴とする。
【0013】
この発明によれば、前記発光スペクトル調整部から放射された光を効率良く外部へ取り出すことができる。
【0014】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記材料は、赤色蛍光体からなることを特徴とする。
【0015】
この発明によれば、前記材料である赤色蛍光体を前記反射部材に塗布することにより前記発光スペクトル調整部を形成することができる。
【0016】
請求項4の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記材料は、赤色顔料からなることを特徴とする。
【0017】
この発明によれば、前記材料である赤色顔料を前記反射部材に塗布することにより前記発光スペクトル調整部を形成することができる。また、請求項3の発明に比べて前記材料の発光効率を高めることができ、演色性をより高めることが可能となる。
【発明の効果】
【0018】
請求項1の発明では、赤色LEDを用いることなく演色性を高めることが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本実施形態の照明器具について図1〜図3を参照しながら説明する。
【0020】
本実施形態の照明器具の器具本体2は、金属(例えば、Al、Cuなどの熱伝導率の高い金属)製であって、一面(図1における下面)が開口した箱状に形成されており、複数個の白色LED1が収納されている。ここにおいて、器具本体2は、底壁2aが円板状に形成されるとともに、底壁2aから離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されており、底壁2aに各白色LED1がグリーンシートなどからなる絶縁層80を介して実装され、開口部分がカバー(図示せず)により閉塞されている。カバーは、円板状のガラス板からなる透光板と、透光板を保持する円環状の窓枠とからなり、窓枠が器具本体2に対して取り付けられている。なお、本実施形態では、器具本体2の周壁2bが、白色LED1から放射された光を器具全体の光取り出し面側へ反射する反射部材を構成している。また、透光板は、ガラス基板に限らず、透光性を有する材料により形成されていればよく、透光板に各白色LED1から放射された光の配光を制御するレンズを一体に設けてもよい。
【0021】
器具本体2内に収納された複数個の白色LED1は、複数のリード線93(図2参照)により直列接続されており、複数個の白色LED1の直列回路の両端のリード線93が器具本体2の底壁2aに貫設された挿通孔(図示せず)に挿通され、図示しない電源回路から電力が供給されるようになっている。なお、電源回路としては、例えば、商用電源のような交流電源の交流出力を整流平滑するダイオードブリッジからなる整流回路と、整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサとを備えた構成のものを採用すればよい。また、本実施形態では、器具本体2内の複数個の白色LED1を直列接続しているが、複数個の白色LED1の接続関係は特に限定するものではなく、例えば、並列接続するようにしてもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。
【0022】
白色LED1は、矩形板状のLEDチップ10と、LEDチップ10のチップサイズよりも大きな矩形板状に形成されLEDチップ10が搭載されたチップ搭載部材41と、チップ搭載部材41の一側縁に連続一体に形成された短冊状のリード端子42と、チップ搭載部材41における他側縁から離間して配置されたT字状のリード端子43と、LEDチップ10を囲むように配置されLEDチップ10の側面から放射された光をLEDチップ10の前方(図2における上方)へ反射させるリフレクタ(反射器)50と、LEDチップ10を覆う形でリフレクタ50の前面側に取り付けられる保護カバー60とを備えている。
【0023】
チップ搭載部材41と各リード端子42,43とは金属板(例えば、銅板など)からなるリードフレームを用いて形成してあり、チップ搭載部材41および各リード端子42,43は、絶縁性を有する矩形枠状の合成樹脂成形品からなる保持枠45に同時一体に成形され当該保持枠45の内側に各リード端子42,43のインナリード部42a,43aおよびチップ搭載部材41が配置されるとともに、保持枠45の外側に各リード端子42,43のアウタリード部42b,43bが配置されている。ここで、チップ搭載部材41および各リード端子42,43と器具本体2との間には上述の絶縁層80が介在しており、絶縁層80は、チップ搭載部材41および各リード端子42,43と器具本体90との両者を電気的に絶縁し且つ熱結合させる機能を有している。
【0024】
LEDチップ10は、青色光を放射するGaN系青色LEDチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がGaNに近く且つ導電性を有するn形のSiC基板からなる導電性基板11を用いており、導電性基板11の主表面側にGaN系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部12がエピタキシャル成長法(例えば、MOVPE法など)により成長され、導電性基板11の裏面に図示しないカソード電極(n電極)が形成され、発光部12の表面(導電性基板11の主表面側の最表面)に図示しないアノード電極(p電極)が形成されている。
【0025】
ここにおいて、LEDチップ10は、上述のチップ搭載部材41に、LEDチップ10のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されLEDチップ10とチップ搭載部材41との線膨張率の差に起因してLEDチップ10に働く応力を緩和するサブマウント部材30を介して搭載されている。サブマウント部材30は、上記応力を緩和する機能だけでなく、LEDチップ10で発生した熱をチップ搭載部材41においてLEDチップ10のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有しており、チップ搭載部材41におけるLEDチップ10側の表面の面積はLEDチップにおけるチップ搭載部材41側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。なお、本実施形態では、サブマウント部材30の材料としてCuWを採用しており、LEDチップ10は、上記カソード電極がサブマウント部材30およびチップ搭載部材41を介して一方のリード端子42のインナリード部42aと電気的に接続され、上記アノード電極が金属細線(例えば、金細線、アルミニウム細線など)からなるボンディングワイヤ14を介して他方のリード端子43のインナリード部43aと電気的に接続されている。また、各リード端子42,43のアウタリード部42b,43bには、それぞれ上述のリード線93が半田からなる接合部95を介して電気的に接続されている。
【0026】
また、リフレクタ50は、円形状に開口した枠状の形状であって、LEDチップ10の厚み方向においてLEDチップ10から離れるに従って開口面積が大きくなる形状に形成されており、絶縁性を有するシート状の接着フィルムからなる固着材55により各リード端子42,43と固着されている。ここにおいて、リフレクタ50の材料としては、LEDチップ10から放射される光(ここでは、青色光)に対する反射率が比較的大きな材料(例えば、Alなど)を採用すればよい。なお、固着材55には、リフレクタ50の開口部に対応する円形状の開口部55aが形成されている。また、リフレクタ50の内側には、LEDチップ10を封止する透明な封止樹脂(例えば、シリコーン樹脂など)をポッティングすることが望ましい。
【0027】
保護カバー60は、LEDチップ10の厚み方向に沿った中心線上に中心が位置するように配置されるドーム状のカバー部62と、カバー部62の開口部の周縁から側方に連続一体に突出したフランジ部61とを備え、フランジ部61におけるリフレクタ50側の面の周部に環状の位置決めリブ61aが突設されており、リフレクタ50に対して安定して位置決めすることができるようになっている。なお、保護カバー60は、リフレクタ50に対して、例えば接着剤(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)を用いて接着すればよい。
【0028】
また、保護カバー60は、シリコーン樹脂のような透明材料とLEDチップ10から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている。したがって、本実施形態における白色LED1は、保護カバー60が、LEDチップ10から放射された光によって励起されてLEDチップ10の発光色とは異なる色の光を発光する色変換部を兼ねており、LEDチップ10から放射された光と黄色蛍光体から放射された光とが混色されて白色光の発光スペクトルが得られる。なお、保護カバー60の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機材料と無機材料との複合材料などを採用してもよい。
【0029】
ところで、LEDチップ10は、発光部12の活性層としてInGaN層を採用しており、室温での発光スペクトルの発光ピーク波長が略460nmとなる一方で、黄色蛍光体としては、LEDチップ10から放射された青色の光を吸収して励起されて500〜700nmの波長域に亘るブロードな光を放射する周知の黄色蛍光体(つまり、発光ピーク波長が黄色波長域内にあり、且つ、発光波長域が赤色波長域を含むような黄色蛍光体)として、アルカリ土類金属オルトケイ酸塩系の黄色蛍光体であって、組成が(Sr,Ca,Ba)SiO:Eu2+で、室温における発光ピーク波長が520nm、590nmの2種類の黄色蛍光体を用いている。
【0030】
しかしながら、本実施形態では、白色LED1から放射された光によって励起されて赤色の光を発光する材料(例えば、赤色蛍光体や赤色顔料など)を有し器具全体としての発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部3が器具本体2の周壁2bの内周面の全周に亘って形成されており、当該発光スペクトル調整部3を備えていることにより、赤色LEDを用いることなく、GaN系青色LEDチップと黄色蛍光体とを基本構成要素とした白色LEDを用いた従来の照明器具に比べて演色性を高めることが可能になる。
【0031】
また、本実施形態では、上述のように器具本体2の周壁2bが白色LED1から放射された光を器具全体の光取り出し面側(図1における下面側)へ反射する反射部材を構成しており、発光スペクトル調整部3が当該反射部材に設けられているので、発光スペクトル調整部3から放射された光を効率良く外部へ取り出すことができる。ここにおいて、赤色の光を発光する材料として、赤色蛍光体や赤色顔料を採用する場合には、赤色の光を発光する材料を器具本体2の周壁2bに塗布することにより発光スペクトル調整部3を形成することができる。また、赤色光を発光する材料として、赤色顔料を採用した場合には、赤色蛍光体を採用した場合に比べて、赤色の光を発光する材料の発光効率を高めることができ、演色性をより高めることが可能となる。
【0032】
なお、上述の実施形態では、器具本体2の形状を一面開口した箱状の形状として器具本体2の周壁2bが上記反射部材を兼ねているが、器具本体2の形状は特に限定するものではなく、器具本体2の形状を例えば平板状の形状として、上記反射部材を器具本体2における白色LED1の実装面側に配置するようにしてもよい。また、上述の実施形態では、白色LED1を器具本体2の底壁2aに実装しており、器具本体2の底壁2aが複数個の白色LED1を実装するベース部材を兼ねているが、複数個の白色LED1を実装した回路基板を器具本体2内に収納するようにしてもよい。また、白色LED1の構造も特に限定するものではなく、少なくとも青色光を放射する青色LEDチップと当該青色LEDチップから放射された光によって励起されて発光する黄色蛍光体を含む色変換部とを備えていればよい。また、発光スペクトル調整部3も青色LEDチップから放射された光によって励起されて赤色の光を発光する材料と透明材料(例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機材料と無機材料との複合材料など)とを混合した混合物の成形品により構成し、上記反射部材に固着するようにしてもよい。また、白色LED1を実装するベース部材に白色LED1から放射された光の一部が上記カバーにより反射されて到達するような場合には、ベース部材における白色LED1の実装面側に発光スペクトル調整部3を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】実施形態を示す概略断面図である。
【図2】同上における要部概略断面図である。
【図3】同上における白色LEDの概略分解斜視図である。
【符号の説明】
【0034】
1 白色LED
2 器具本体
2a 底壁
2b 周壁
3 発光スペクトル調整部




 

 


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