JP5777520B2 - 白色発光ランプおよびそれを用いた白色ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体発光素子を具備する白色発光ランプおよびそれを用いた白色ＬＥＤ照明装置に係り、特に演色性および発光効率を改善した白色発光ランプおよびそれを用いた白色ＬＥＤ照明装置に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電気エネルギーを紫外光や可視光に変換して放射する半導体発光素子であり、長寿命で信頼性が高く、光源として用いた場合に交換作業が軽減されるというような利点を有する。ＬＥＤチップを透明樹脂等で封止したＬＥＤランプは、携帯型通信機器、ＰＣ周辺機器、ＯＡ機器、家庭用電気機器等の表示部に使用される液晶表示装置のバックライト、また信号装置、各種スイッチ類、車載用ランプ、一般照明等の照明装置に幅広く利用されている。

ＬＥＤランプから放射される光の色調に関しては、ＬＥＤチップと種々の発光色を有する蛍光体とを組合せることによって、青色から赤色まで使用用途に応じた可視光領域の光を実現することができる。特に、白色発光型のＬＥＤランプ（白色ＬＥＤランプ）は、液晶表示装置のバックライトや車載用ランプ等の用途に急速に普及しており、将来的には蛍光ランプの代替品として大きく伸張することが期待されている。例えば、一般的な蛍光ランプは水銀を用いていることから、将来的には水銀を使用しない白色ＬＥＤランプが蛍光ランプに置き換わっていくものと考えられている。

現在、普及もしくは試行されている白色ＬＥＤランプとしては、青色発光のＬＥＤと黄色蛍光体（ＹＡＧ等）とを組合せたＬＥＤランプと、発光波長が３６０〜４４０ｎｍの紫外発光のＬＥＤと青、緑、赤の各蛍光体の混合物（ＢＧＲ蛍光体）とを組合せたＬＥＤランプとが知られている。現状では、前者の方が後者より輝度特性に優れることから普及している。しかし、前者の白色ＬＥＤランプは光の分布が青色成分と黄色成分とに偏っており、赤色成分の光が不足しているため、光源光として目的の発光色度を有しているものであっても、この光源を用いて物体を見たときの反射光が太陽光の下で見る自然色とは大きく異なり、演色性が低いというような難点を有している。

これに対して、後者の紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプは、輝度が前者より劣るものの、発光や投影光の色ムラが少なく、将来的には白色ランプの主流になることが期待されている。紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプに関しては、各蛍光体の特性やそれらの組合せ等に基づいて、輝度（明るさ）や演色性等のランプ特性を改善することが進められている（特許文献１，２参照）。例えば、白色ＬＥＤランプの明るさを向上させるために、発光ピーク波長が５００〜５３０ｎｍの緑色蛍光体に代えて、発光ピーク波長が５４０〜５７０ｎｍの黄色蛍光体を用いることが検討されている。

緑色蛍光体に代えて黄色蛍光体を含む混合蛍光体（ＢＹＲ蛍光体）を適用した白色ＬＥＤランプは、ＢＧＲ蛍光体を用いた白色ＬＥＤランプより明るさが向上するため、照明装置用の光源として期待されている。しかしながら、従来の黄色蛍光体を含むＢＹＲ蛍光体を適用した白色ＬＥＤランプでは、必ずしも十分な特性の改善効果は得られておらず、白色ＬＥＤランプの輝度や演色性等をより一層高めることが求められている。一方、黄色蛍光体に関しては、青色発光ＬＥＤとの組合せで用いられる蛍光体が種々提案されている。

青色発光ＬＥＤと組合せて用いられる黄色蛍光体としては、セリウム付活イットリウムアルミン酸塩蛍光体（ＹＡＧ）、セリウム付活テルビウムアルミン酸塩蛍光体（ＴＡＧ）、ユーロピウム付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体（ＢＯＳＳ）等が知られている（特許文献３参照）。従来の黄色蛍光体に関しては、青色発光ＬＥＤから放出される青色光（発光波長：４３０〜５００ｎｍ）で励起したときの発光特性は検討されているものの、紫外発光ＬＥＤから放出される発光波長が３６０〜４４０ｎｍの光で励起したときの発光特性については十分に検討されておらず、その検討並びに発光特性の改善が求められている。

また、白色光の演色性を高めるために、青色発光ＬＥＤとＵＶ発光ＬＥＤと緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ発光装置も提案されている（特許文献４参照）。しかしながら、この白色ＬＥＤ発光装置においては、ある程度の演色性の改善は達成されるが、青色光の一部が蛍光体に吸収され易いために、発光部からの輝度が低下し易い難点がある。

特開２００２−１７１０００号公報 特開２００３−１６０７８５号公報 特許第３７４９２４３号公報 米国特許公開ＵＳ２００６／０２４９７３９Ａ１

本発明の目的は、青色蛍光体、黄色蛍光体および赤色蛍光体を含むＢＧＲ蛍光体をＬＥＤ等の半導体発光素子と組合せて使用するにあたって、赤色蛍光体の主発光ピークよりも長波長領域に主発光ピークを有する深赤色蛍光体をさらに付加し、赤色蛍光体と深赤色蛍光体とを共存させることにより、高輝度と高演色性とを両立させた白色発光ランプおよびそれを用いた白色ＬＥＤ照明装置を提供することにある。

本発明の態様に係る白色発光ランプは、３７０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下に発光ピークを有する紫外もしくは青色発光を出射する半導体発光素子を基板上に配置し、この半導体発光素子からの出射光により励起されて青色発光、緑色発光および赤色発光をそれぞれに出射する青色蛍光体を２０質量％以上３５質量％以下、緑色蛍光体を１質量％以上１０質量％以下、および赤色蛍光体を０．４質量％以上７０質量％以下、を含む発光部が上記半導体発光素子の発光面を覆うように形成されており、上記青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体から出射された各発光の混色により白色光を出射する白色発光ランプにおいて、上記赤色蛍光体の主発光ピークが６１０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長領域にあり、上記赤色蛍光体の主発光ピークよりも長波長領域である６４０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下に主発光ピークを有する深赤色蛍光体がさらに３質量％以上２５質量％以下付加されており、上記赤色発光蛍光体は、
一般式：（Ｌａ _{１−ｘ−ｙ} ，Ｅｕ _ｘ ，Ｍ _ｙ ） _２ Ｏ _２ Ｓ …（４）
（式中、ＭはＳｂ、Ｓｍ、ＧａおよびＳｎから選択される少なくとも１種の元素であり、ｘおよびｙは０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ＜０．０３を満足する数である）で表される組成を有するユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体から成る一方、上記深赤色発光蛍光体は、一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ _２ ・（Ｇｅ _１−ｘ Ｍｎ _ｘ ）Ｏ _２ …（５）
（式中、αおよびβは、３．０≦α≦４．０、０．４≦β≦０．６、０．００１≦ｘ≦０．５を満足する数である）で表される組成を有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であり、出射される白色光の発光効率が６２Ｌｍ／Ｗ以上であり、且つ、平均演色評価指数Ｒａが９６以上であることを特徴とする。

具体的にはピーク波長が３７０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲の光を出射する半導体発光素子と、前記半導体発光素子から出射された光により励起されて白色光を発光する発光部であって、前記光を吸収してピーク波長が４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲の光を発光する青色蛍光体と、前記光を吸収してピーク波長が５３０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲の光を発光する緑色蛍光体と、前記光を吸収してピーク波長が６１０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の光を発光する赤色蛍光体と、前記光を吸収してピーク波長が６４０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の範囲の光を発光する深赤色蛍光体とを含む発光部とを具備する。

なお、上記赤色蛍光体の主発光ピークと深赤色蛍光体の主発光ピークとは、それぞれスペクトル線図において分離して表れる蛍光体を選択することが、発光強度および演色性を改善する上で重要である。ピーク波長が６１０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の光を発光する赤色蛍光体の発光域と、ピーク波長が６４０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の範囲の光を発光する深赤色蛍光体の発光域と重なるようなブロードな発光域を有する蛍光体では、本発明の効果は得られにくい。

さらに上記白色発光ランプにおいて、前記青色蛍光体、前記黄色蛍光体、前記赤色蛍光体および深赤色発光蛍光体は１０μｍ以上８０μｍ以下の範囲の平均粒径を有することが好ましい。

また、上記白色発光ランプにおいて、前記発光部は、前記半導体発光素子の発光面を覆うように設けられ、前記青色蛍光体、前記黄色蛍光体、前記赤色蛍光体および前記深赤色発光蛍光体を含有する透明樹脂層を有することが好ましい。

さらに、上記白色発光ランプにおいて、前記発光部は、前記半導体発光素子の発光面を覆うように設けられ、前記青色蛍光体、前記黄色蛍光体、前記赤色光体および前記深赤色発光蛍光体を含有しない第１の透明樹脂層と、前記第１の透明樹脂層を覆うように設けられ、前記青色蛍光体、前記黄色蛍光体、前記赤色蛍光体および前記深赤色発光蛍光体を含有する第２の透明樹脂層とを備えることが好ましい。

さらに、上記白色発光ランプにおいて、前記半導体発光素子は、３７０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を出射する発光ダイオードまたはレーザダイオードであることが好ましい。

本発明に係る白色ＬＥＤ照明装置は、上記本発明に係る白色発光ランプを具備することを特徴としている。

本発明の白色発光ランプによれば、赤色蛍光体の主発光ピークよりも長波長領域に主発光ピークを有する深赤色蛍光体をさらに付加し、赤色蛍光体と深赤色蛍光体とを共存させているため、輝度特性（発光効率）と演色性を共に向上させることができる。このような高演色性と高輝度とを両立させた白色発光ランプは照明用途等に有効に利用することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る白色発光ランプの構成を示す断面図である。 図２は図１に示す白色発光ランプの変形例を示す断面図である。 図３は本発明に適用される４種のＢ，Ｇ，Ｒ，ＤＲ蛍光体の発光スペクトルの一例を示すグラフである。 図４は本発明の実施形態に係る白色ＬＥＤランプの発光スペクトルの一例を示すグラフである。 図５はＤＲ蛍光体を含有せず従来のＢＧＲ蛍光体のみで発光部を形成した白色ＬＥＤランプの発光スペクトルの一例を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の白色発光ランプを白色ＬＥＤランプに適用した実施形態の構成を示す断面図である。同図に示す白色ＬＥＤランプ１は、励起源（光源）としてＬＥＤチップ２を有している。励起源はＬＥＤチップ２に限られるものではない。白色発光ランプの励起源としては、発光のピーク波長が３７０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲の発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子が用いられる。

励起源としてのＬＥＤチップ２には、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の各種の発光ダイオードが用いられる。ＬＥＤチップ２の発光ピーク波長は３７０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。このようなＬＥＤチップ２を、ＢＧＲ蛍光体と深赤（ＤＲ）蛍光体とを組合せたＢＧＲ−ＤＲ蛍光体と共に用いることによって、高輝度でかつ色再現性に優れた白色ＬＥＤランプ１を実現することができる。ここでは励起源としての発光ダイオードをＬＥＤチップ２と表記し、最終的に白色発光を得るための発光ランプを白色ＬＥＤランプ１と表記する。

ＬＥＤチップ２は配線基板３上に実装されている。配線基板３上には円筒状の枠体４が設けられており、枠体４の内壁面は反射層とされている。枠体４は少なくとも表面が金属等の導電材料で形成されており、ＬＥＤチップ２に対する電気配線の一部を構成している。ＬＥＤチップ２の上部電極２ａはボンディングワイヤ５を介して枠体４と電気的に接続されている。ＬＥＤチップ２の下部電極２ｂは配線基板３の金属配線層６と電気的および機械的に接続されている。枠体４内には透明樹脂７が充填されており、この透明樹脂層７内にＬＥＤチップ２が埋め込まれている。

ＬＥＤチップ２が埋め込まれた透明樹脂層７は、白色光を得るための蛍光体８を含有している。透明樹脂層７中に分散された蛍光体８は、ＬＥＤチップ２から出射される光により励起されて白色光を発光する。すなわち、蛍光体８が分散された透明樹脂層７は、白色光を発光する発光部９として機能するものである。発光部９はＬＥＤチップ２の発光面を覆うように配置されている。透明樹脂層７には、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が用いられる。なお、基板３や枠体４等の構成は任意である。

発光部９は図２に示すように、蛍光体８を含有しない第１の透明樹脂層７Ａと、蛍光体８を含有する第２の透明樹脂層７Ｂとを備えるように構成してもよい。第１の透明樹脂層７ＡはＬＥＤチップ２の発光面を覆うように配置されており、第２の透明樹脂層７Ｂは第１の透明樹脂層７Ａを覆うように配置されている。このような構成を有する発光部９は、白色ＬＥＤランプ１の発光効率の向上に寄与する。第１の透明樹脂７Ａは、例えばＬＥＤチップ２の発光面から５００〜２０００μｍの範囲に配置される。

白色光を得るための蛍光体８は、ＬＥＤチップ２から出射された光（例えば紫外光や紫色光）を吸収し、ピーク波長が４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲の光を発光する青色（Ｂ）蛍光体、ピーク波長が５３５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲の光を発光する緑色（Ｇ）蛍光体、ピーク波長が５９０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の光を発光する赤色（Ｒ）蛍光体、およびピーク波長が６４０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の範囲の光を発光する深赤色（ＤＲ）蛍光体を含んでいる。蛍光体８はＢＧＲ蛍光体と深赤（ＤＲ）蛍光体との混合蛍光体（ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体）である。なお、ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８は同じ色の蛍光体を２種類以上含んでいてもよいし、また青、黄、赤、深赤以外の発光色を有する蛍光体を補助的に含んでいてもよい。ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８は予めＢ、Ｇ、Ｒ、ＤＲの各蛍光体を結合剤で結合した状態で透明樹脂層７中に分散させることが好ましい。

白色ＬＥＤランプ１に印加された電気エネルギーは、ＬＥＤチップ２で紫外光や紫色光に変換される。ＬＥＤチップ２から出射された光は、透明樹脂層７中に分散されたＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８でより長波長の光に変換される。ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８中に含まれる青色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体および深赤蛍光体からの発光が混色されて放出されることによって、総計として白色光が白色ＬＥＤランプ１から発光される。ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８を構成する各蛍光体のピーク波長が上記範囲内であるとき、輝度や演色性等に優れる白色光を得ることができる。

ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８を構成する各蛍光体のうち、青色蛍光体には
一般式：（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}，Ｂａ_ｘ，Ｃａ_ｙ，Ｅｕ_ｚ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ …（１）
（式中、ｘ、ｙおよびｚは０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体が用いられる。式（１）で組成が表されるユーロピウム付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体は、特にピーク波長が３７０〜４３０ｎｍの範囲の紫外光または紫色光の吸収効率に優れる。

また、ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８を構成する各蛍光体のうち、緑色蛍光体には
一般式：（Ｂａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}，Ｓｒ_ｘ，Ｃａ_ｙ，Ｅｕ_ｚ）（Ｍｇ_１−ｕＭｎ_ｕ）Ａｌ_１０Ｏ_１７ …（２）
（式中、ｘ、ｙおよびｚは０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５を満足する数である）で表される組成を有するユーロピウムマンガン付活アルミン酸塩蛍光体および
一般式：（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕ}，Ｂａ_ｘ，Ｍｇ_ｙ，Ｅｕ_ｚ，Ｍｎ_ｕ）_２ＳｉＯ_４ …（３）
（式中、ｘ、ｙ、ｚおよびｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）で表される組成を有するユーロピウムマンガン付活珪酸塩蛍光体の少なくとも１種が用いられる。

さらに、ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８を構成する各蛍光体のうち、赤色蛍光体には
一般式：（Ｌａ_{１−ｘ−ｙ}，Ｅｕ_ｘ，Ｍ_ｙ）_２Ｏ_２Ｓ …（４）
（式中、ＭはＳｂ、Ｓｍ、ＧａおよびＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｘおよびｙは０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ≦＜０．０３を満足する数である）で表される組成を有するユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体が用いられる。

また、ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８を構成する各蛍光体のうち、深赤色蛍光体には
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ_２・（Ｇｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｏ_２ …（５）
（式中、αおよびβは、３．０≦α≦４．０、０．４≦β≦０．６、０．００１≦ｘ≦０．５を満足する数である）で表される組成を有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が用いられる。

上記式（５）の組成を有するンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体において、係数のαおよびβが、上記範囲内にある場合には、発光輝度および演色性の改善効果が得られる。Ｍｎの含有量は式（５）中のｘの値として０．００１〜０．５の範囲とする。ｘの値が０．００１未満であると、赤色発光成分の補強効果を十分に得ることができない。一方、ｘの値が０．５を超えると６００〜７００ｎｍの赤色発光成分の増加効果以上に５３５〜５７０ｎｍの緑色発光成分の低下が著しくなり、全体の発光効率が低下してしまう。したがって、ｘの値は０．００２〜０．２の範囲であることがより好ましい。

図３は、上記Ｅｕ付活アルカリ土類アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体（（Ｓｒ_０．９５，Ｂａ_{０．０４３}，Ｅｕ_{０．００７}）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ）の発光スペクトル（Ｂ）と、ユーロピウムマンガン付活珪酸塩蛍光体（Ｓｒ_１．４８，Ｂａ_０．３２，Ｍｇ_{０．０９５}，Ｅｕ_０．１，Ｍｎ_{０．００５}）ＳｉＯ_４の発光スペクトル（Ｇ）と、ユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体（Ｌａ_{０．８８５}，Ｅｕ_{０．１１５}）_２Ｏ_２Ｓの発光スペクトル（Ｒ）と、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（３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・（Ｇｅ_０．９９Ｍｎ_０．０１）Ｏ_２の発光スペクトル（ＤＲ）とを比較して示すグラフである。

図３から明らかなように、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（ＤＲ）は、従来の赤色蛍光体（Ｒ）の主発光ピークよりも長波長領域に主発光ピークを有し、６３０〜６７０ｎｍの発光強度が増加し、赤味が増強されていることが判明する。これによって、赤色発光成分を補強することが可能となる。

赤色蛍光体は青色蛍光体や緑色蛍光体と比べて、波長３７０〜４３０ｎｍの範囲の紫外線や紫色光に対する発光効率が劣ることが知られている。このような問題点に対して、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（ＤＲ）によって深赤色発光成分を補強することによって、青、黄、赤の各発光成分を混色させて得られる白色光の輝度や演色性を高めることが可能となる。すなわち、従来の赤色発光蛍光体と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（ＤＲ）とを並存させることにより、赤色蛍光体の発光不足を補強して、輝度バランスを向上させることによって、白色光の輝度を高めることができる。さらに、輝度バランスを向上させることで、白色光の演色性を高めることができる。

式（３）で示される組成を有する緑色蛍光体では、Ｅｕ付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体の発光スペクトルにＭｎの発光が加わることによって、赤色発光成分が補強されるものと考えられる。このような効果を得る上で、Ｍｎの含有量は式（３）中のｕの値として０．０００５〜０．０２の範囲とする。ｕの値が０．０００５未満であると、赤色発光成分の補強効果を十分に得ることができない。一方、ｕの値が０．０２を超えると６００〜７００ｎｍの赤色発光成分の増加効果以上に５３５〜５７０ｎｍの緑色発光成分の低下が著しくなる。ｕの値は０．００５〜０．０２の範囲であることがより好ましい。

Ｅｕは主として緑色発光を得るための付活剤である。Ｅｕの含有量は緑色発光を得るために、式（３）中のｚの値として０．０２５〜０．２５の範囲とする。Ｅｕの含有量が上記範囲から外れると緑色発光成分の強度等が低下する。Ｅｕの含有量はｚの値として０．０５〜０．２の範囲とすることがより好ましい。

ＥｕおよびＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体による赤色発光成分の補強効果は、特にピーク波長が３７０〜４３０ｎｍの範囲の紫外光や紫色光で励起した場合に顕著に現れる現象である。なお、ＥｕおよびＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体をピーク波長が４４０〜４７０ｎｍの青色光（青色発光ＬＥＤから出射される光）で励起した場合にも、若干発光スペクトルの赤色成分が増強される。式（３）で組成が表されるＥｕおよびＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体は、特に励起源としてピーク波長が３７０〜４３０ｎｍの範囲のＬＥＤチップ２を用いた白色ＬＥＤランプ１の緑色蛍光体として有効である。

ところで、従来のＥｕ付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ，Ｅｕ）_２ＳｉＯ_４蛍光体）に単にＭｎを添加しただけでは、蛍光体作製時に蛍光体の体色が黒化して、良好な発光特性を得ることはできない。そこで、この実施形態の緑色蛍光体においては、ＥｕおよびＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体（（Ｓｒ，Ｂａ，Ｅｕ，Ｍｎ）_２ＳｉＯ_４蛍光体）に、さらにＭｇを添加している。

（Ｓｒ，Ｂａ，Ｅｕ，Ｍｎ）_２ＳｉＯ_４蛍光体にＭｇを添加することによって、緑色蛍光体としての発光特性を維持することが可能となる。上述した黒化防止効果を得る上で、Ｍｇの含有量は式（３）中のｙの値として０．０２５〜０．１０５の範囲とする。ｙの値が０．０２５未満であると、緑色蛍光体の黒化防止効果を十分に得ることができない。一方、ｙの値が０．１０５を超えると５３５〜５７０ｎｍの緑色発光成分が低下する。ｙの値は０．０７５〜０．１０５の範囲とすることがより好ましい。

Ｂａの含有量はＥｕおよびＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体を緑色蛍光体とする上で、式（３）中のｘの値として０．１〜０．３５の範囲とする。Ｂａの含有量が上記範囲から外れるとアルカリ土類珪酸塩の結晶構造等が変化して、緑味を帯びた蛍光体となる。ｘの値は０．１〜０．３の範囲とすることがより好ましい。

ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８を構成する各蛍光体のうち、青色蛍光体および赤色蛍光体としてはＬＥＤチップ２から出射される光（特に紫外光や紫色光）を効率よく吸収するものであれば各種の蛍光体を使用することができる。特に、ＥｕおよびＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体からなる緑色蛍光体との組合せの点から、青色蛍光体はＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体およびＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、赤色蛍光体はＥｕ付活酸硫化ランタン蛍光体であることが好ましい。

青色蛍光体としてのＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体は、
一般式：（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}，Ｂａ_ｘ，Ｃａ_ｙ，Ｅｕ_ｚ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ …（１）
（式中、ｘ、ｙおよびｚは０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１を満足する数である）で表される組成を有することが好ましい。式（１）の組成を満足するＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体は、ＬＥＤチップ２から出射される光の吸収効率が高く、かつ式（２）、（３）で表される緑色蛍光体との組合せ性に優れるものである。

Ｅｕ付活アルミン酸塩蛍光体は、
一般式：（Ｂａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}，Ｓｒ_ｘ，Ｃａ_ｙ，Ｅｕ_ｚ）（Ｍｇ_１−ｕＭｎ_ｕ）Ａｌ_１０Ｏ_１７ …（２）
（式中、ｘ、ｙおよびｚは０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５を満足する数である）で表される組成を有することが好ましい。式（２）の組成を満足するＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体は、ＬＥＤチップ２から出射される光の吸収効率が高く優れるものである。

また、他の緑色蛍光体としては、
一般式：（Ｓｒ_1-x-y-z-u，Ｂａ_x，Ｍｇ_y，Ｅｕ_z，Ｍｎ_u）_２ＳｉＯ₄ …（３）
（式中、ｘ、ｙ、ｚおよびｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）で表される組成を有するユーロピウムマンガン付活珪酸塩蛍光体が用いられる。

赤色蛍光体としてのＥｕ付活酸硫化ランタン蛍光体は、
一般式：（Ｌａ_{１−ｘ−ｙ}，Ｅｕ_ｘ，Ｍ_ｙ）_２Ｏ_２Ｓ …（４）
（式中、ＭはＳｂ、Ｓｍ、ＧａおよびＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｘおよびｙは０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ≦＜０．０３を満足する数である）で表される組成を有することが好ましい。式（４）の組成を満足するＥｕ付活酸硫化ランタン蛍光体は、ＬＥＤチップ２から出射される光の吸収効率が高く、かつ式（２）（３）で表される緑色蛍光体との組合せ性に優れるものである。

深赤色蛍光体としての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は、
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ_２・（Ｇｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｏ_２ …（５）
（式中、αおよびβは、３．０≦α≦４．０、０．４≦β≦０．６、０．００１≦ｘ≦０．５を満足する数である）で表される組成を有することが好ましい。式（５）の組成を満足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は、赤色蛍光体（Ｒ）の主発光ピークよりも長波長領域に主発光ピークを有し、６３０〜６７０ｎｍの発光強度が増加し、赤味が増強されていることが判明する。これによって、赤色発光成分を補強し、演色性を効果的に改善することが可能となる。

図４は上述した青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）および深赤（ＤＲ）の各蛍光体を含むＢＧＲ−ＤＲ蛍光体８を用いた白色ＬＥＤランプ１の発光スペクトルの一例を示している。図４は電流値２０ｍＡ、ピーク値４００ｎｍのＬＥＤチップからの紫外光を、ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体で（ｘ，ｙ）色度値が（ｘ＝０．３００〜０．３５０，ｙ＝０．３００〜０．３５０）の白色光に変換したときの発光スペクトルである。上述した各蛍光体の組合せによれば、青色発光成分のピーク値が４５０ｎｍ、緑色発光成分のピーク値が５６０ｎｍ、赤色発光成分のピーク値が６２３ｎｍ、深赤色発光成分のピーク値が６５０ｎｍにあり、輝度が３７０ｍｃｄ以上、平均演色指数（Ｒａ）が９８以上の特性値を得ることができる。

一方、図５は青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）蛍光体のみであり、深赤（ＤＲ）色蛍光体を含有しない白色ＬＥＤランプ１の発光スペクトルの一例を示している。深赤（ＤＲ）色蛍光体を含有しない場合には、発光強度（発光効率）が低下し、平均演色指数（Ｒａ）も９２程度に留まることが確認されている。

青、黄、赤および深赤の各蛍光体は、例えばそれらの混合物として透明樹脂層７中に分散させる。各蛍光体の混合比率は目的とする白色光の色度に応じて任意に設定される。必要に応じて、青、黄、赤および深赤以外の蛍光体を添加してもよい。発光部９で良質な白色発光を得る上で、各蛍光体の混合比率は青色蛍光体を２０〜３５質量％、緑色蛍光体を１〜１０質量％、赤色蛍光体を０．４〜７０質量％、深赤蛍光体を３〜２５質量％（青色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体、深赤蛍光体の合計が１００質量％）とすることが好ましい。

さらに、青、黄、赤および深赤の各蛍光体はそれぞれ１０μｍ以上８０μｍ以下の範囲の平均粒径を有していることが好ましい。ここで言う平均粒径は粒度分布の中位値（５０％値）を示すものである。青、黄、赤および深赤の各蛍光体の平均粒径を１０〜８０μｍの範囲とすることによって、ＬＥＤチップ２から出射される紫外光や紫色光の吸収効率を高めることができる。従って、白色ＬＥＤランプ１の輝度をさらに高めることが可能となる。蛍光体の平均粒径を２０〜７０μｍの範囲とすることがさらに好ましい。

青、黄、赤および深赤の各蛍光体は、透明樹脂層７中での分散状態の均一性を高める上で、予め無機結合剤や有機結合剤等の結合剤で一体化し、この状態で透明樹脂層７中に分散させるようにしてもよい。無機結合剤としては微粉化したアルカリ土類ホウ酸塩等が用いられ、有機結合剤としてはアクリル樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂が用いられる。結合剤を用いて一体化処理することで、各蛍光体がランダムに結び付いて大粒径化する。これによって、透明樹脂層７中での各蛍光体の沈降速度の差等に基づく分散状態の不均一性が解消されるため、白色光の再現性や発光の均一性を高めることが可能となる。

この実施形態の白色ＬＥＤランプ１は、輝度特性、演色性、色再現性等のランプ特性に優れている。従って、白色ＬＥＤランプ１は車載用ランプ、信号装置、各種スイッチ類、一般照明等の照明装置の光源として有効である。本発明の実施形態による照明装置は、光源として１個または複数個の白色ＬＥＤランプ１を具備している。白色ＬＥＤランプ１は適用する照明装置の構成に応じて、実装基板上に各種の配列で配置されて用いられる。この実施形態の白色ＬＥＤランプ１を用いた照明装置は、従来の蛍光ランプの代替品として、高品質の照明を提供するものである。

次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。

（実施例１−２２）
青色蛍光体（Ｂ）として平均粒径が１２μｍのＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ_０．９５，Ｂａ_{０．０４３}，Ｅｕ_{０．００７}）_５（ＰＯ_４）_３・Ｃｌ）蛍光体（以下、表１で「Ｂ１」と略記する）、
緑色蛍光体（Ｇ）として平均粒径が１５μｍのＥｕおよびＭｎ付活アルカリ土類珪酸塩（（Ｓｒ_１．４８，Ｂａ_０．３２，Ｍｇ_{０．０９５}，Ｅｕ_０．１，Ｍｎ_{０．００５}）_２ＳｉＯ_４）蛍光体（以下、表１で「Ｇ１」と略記する）、
緑色蛍光体として平均粒径が１５μｍのユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体（（Ｂａ_０．９５，Ｅｕ_０．０５）（Ｍｇ_０．７Ｍｎ_０．３）Ａｌ_１０Ｏ_１７（以下、表１で「Ｇ２」と略記する）、
赤色蛍光体（Ｒ）として平均粒径が１２μｍのＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ_{０．８８５}，Ｅｕ_{０．１１５}）_２Ｏ_２Ｓ）蛍光体（以下、表１で「Ｒ１」と略記する）、および
深赤色蛍光体（ＤＲ）として、平均粒径が１２μｍであり、かつ表１に示すような組成をそれぞれ有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を用意した。蛍光体の粒径はレーザー回折法で測定した値である。

各蛍光体をそれぞれシリコーン樹脂に３０質量％の割合で混合してスラリーを作製した。これら各スラリーを白色ＬＥＤランプの発光色度が（ｘ＝０．２９〜０．３４，ｙ＝０．２９〜０．３４）の範囲に入るように、また電球色の色温度が２８００Ｋとなるように、青色蛍光体スラリー、緑色蛍光体スラリー、赤色蛍光体スラリーおよび深赤色蛍光体スラリーを表１に示す重量割合（質量％）で混合し各混合蛍光体を調製した。

次に、図２に構成を示した白色ＬＥＤランプ１のＬＥＤチップ（発光ピーク波長：３９９ｎｍ，サイズ：３００×３００μｍ）２上に、蛍光体を含まないシリコーン樹脂を滴下した後に、上記した各蛍光体を含む混合スラリーを滴下し、１４０℃で熱処理してシリコーン樹脂を硬化させることによって、各実施例に係る白色ＬＥＤランプ１を作製した。得られた白色ＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。

（比較例１）
深赤色蛍光体であ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を含有させない点およびＢＧＲ蛍光体の混合比を表１に示すように調整した点以外は実施例４と同様に処理して、図２に示す構成と同様の構成を有する比較例１に係る白色ＬＥＤランプ１を作製し、後述する特性評価に供した。

（比較例２）
深赤色蛍光体において、Ｇｅに対するＭｎの含有比率を過少に設定した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を使用した点以外は実施例４と同様に処理して、図２に示す構成と同様の構成を有する比較例２に係る白色ＬＥＤランプ１を作製し、後述する特性評価に供した。

（比較例３）
深赤色蛍光体において、Ｇｅに対するＭｎの含有比率を過大に設定した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を使用した点以外は実施例４と同様に処理して、図２に示す構成と同様の構成を有する比較例２に係る白色ＬＥＤランプ１を作製し、後述する特性評価に供した。

上記のように調製した各実施例１〜２２および比較例１〜３に係る各白色ＬＥＤランプに２０ｍＡの電流を流して点灯させ、各白色ＬＥＤランプの輝度（発光効率）および平均演色指数Ｒａを測定した。なお、上記平均演色指数Ｒａは、日本工業規格（ＪＩＳ Ｚ ８７２６−１９９０：光源の演色性評価方法）に準じて測定した。また、各白色ＬＥＤランプの発光特性（輝度、発光効率）は、Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ社製ＣＡＳ １４０ ＣＯＭＰＡＣＴ ＡＲＲＡＹ ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲおよび大塚電子社製ＭＣＰＤ装置を用いて測定した。これらの測定結果を表１に示す。

上記表１に示す結果から明らかなように、赤色蛍光体の主発光ピークよりも長波長領域に主発光ピークを有する所定組成の深赤色蛍光体をさらに付加し、赤色蛍光体と深赤色蛍光体とを共存させた実施例１〜２２に係る各白色ＬＥＤランプによれば、比較例１〜３と比較して発光効率および演色性が共に優れることが確認された。各実施例で得られた平均演色評価指数Ｒａは９５Ｒａ以上（実施例では９６〜９８Ｒａ）であり、各比較例のものと比較して演色性が大幅に改善されることが判明した。また各実施例では発光効率も６２Ｌｍ/Ｗ以上であり、発光効率も改善されていることが判明した。

一方、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を含有させずに、従来のＢＧＲ蛍光体のみで構成した比較例１に係る白色ＬＥＤランプにおいては、実施例と比較して相対的に発光効率および演色性が共に低下した。また、Ｇｅに対するＭｎの含有比率を過少に設定した深赤色蛍光体を用いた比較例２に係る白色ＬＥＤランプによれば、演色性の改善効果はやや認められたが、発光効率の改善効果は無かった。さらに、Ｇｅに対するＭｎの含有比率を過大に設定した深赤色蛍光体を用いた比較例３に係る白色ＬＥＤランプによれば、演色性の改善効果はやや認められたが、発光効率が大幅に低下することが再確認された。

本発明の白色発光ランプによれば、赤色蛍光体の主発光ピークよりも長波長領域に主発光ピークを有する深赤色蛍光体をさらに付加し、赤色蛍光体と深赤色蛍光体とを共存させているため、輝度特性（発光効率）と演色性を共に向上させることができる。このような高演色性と高輝度とを両立させた白色発光ランプは照明用途等に有効に利用することができる。

１…白色ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、３…配線基板、４…枠体、５…ボンディングワイヤ、６…金属配線層、７…透明樹脂層、７Ａ…第１の透明樹脂層、７Ｂ…第２の透明樹脂層、８…ＢＧＲ−ＤＲ蛍光体、９…発光部。

Claims (8)

1. ３７０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下に発光ピークを有する紫外もしくは青色発光を出射する半導体発光素子を基板上に配置し、この半導体発光素子からの出射光により励起されて青色発光、緑色発光および赤色発光をそれぞれに出射する青色蛍光体を２０質量％以上３５質量％以下、緑色蛍光体を１質量％以上１０質量％以下、および赤色蛍光体を０．４質量％以上７０質量％以下、を含む発光部が上記半導体発光素子の発光面を覆うように形成されており、上記青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体から出射された各発光の混色により白色光を出射する白色発光ランプにおいて、上記赤色蛍光体の主発光ピークが６１０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の波長領域にあり、上記赤色蛍光体の主発光ピークよりも長波長領域である６４０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下に主発光ピークを有する深赤色蛍光体がさらに３質量％以上２５質量％以下付加されており、上記赤色発光蛍光体は、
   一般式：（Ｌａ _{１−ｘ−ｙ} ，Ｅｕ _ｘ ，Ｍ _ｙ ） _２ Ｏ _２ Ｓ …（４）
   （式中、ＭはＳｂ、Ｓｍ、ＧａおよびＳｎから選択される少なくとも１種の元素であり、ｘおよびｙは０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ＜０．０３を満足する数である）で表される組成を有するユーロピウム付活酸硫化ランタン蛍光体から成る一方、上記深赤色発光蛍光体は、一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ _２ ・（Ｇｅ _１−ｘ Ｍｎ _ｘ ）Ｏ _２ …（５）
   （式中、αおよびβは、３．０≦α≦４．０、０．４≦β≦０．６、０．００１≦ｘ≦０．５を満足する数である）で表される組成を有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であり、出射される白色光の発光効率が６２Ｌｍ／Ｗ以上であり、且つ、平均演色評価指数Ｒａが９６以上であることを特徴とする白色発光ランプ。
2. 請求項１記載の白色発光ランプにおいて、前記青色蛍光体は、
   一般式：（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}，Ｂａ_ｘ，Ｃａ_ｙ，Ｅｕ_ｚ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ …（１）
   （式中、ｘ、ｙおよびｚは０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１を満足する数である）
   で表される組成を有するユーロピウム付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体から成ることを特徴とする白色発光ランプ。
3. 請求項１記載の白色発光ランプにおいて、前記緑色蛍光体は、
   一般式：（Ｂａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}，Ｓｒ_ｘ，Ｃａ_ｙ，Ｅｕ_ｚ）（Ｍｇ_１−ｕＭｎ_ｕ）Ａｌ_１０Ｏ_１７
   …（２）
   （式中、ｘ、ｙおよびｚは０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５を満足する数である）で表される組成を有するユーロピウムマンガン付活アルミン酸塩蛍光体および
   一般式：（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕ}，Ｂａ_ｘ，Ｍｇ_ｙ，Ｅｕ_ｚ，Ｍｎ_ｕ）_２ＳｉＯ_４ …（３）
   （式中、ｘ、ｙ、ｚおよびｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）で表される組成を有するユーロピウムマンガン付活珪酸塩蛍光体の少なくとも１種から成ることを特徴とする白色発光ランプ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の白色発光ランプにおいて、
   前記青色蛍光体、前記黄色蛍光体、前記赤色蛍光体および深赤色発光蛍光体は１０μｍ以上８０μｍ以下の範囲の平均粒径を有することを特徴とする白色発光ランプ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の白色発光ランプにおいて、
   前記発光部は、前記半導体発光素子の発光面を覆うように設けられ、前記青色蛍光体、前記黄色蛍光体、前記赤色蛍光体および前記深赤色発光蛍光体を含有する透明樹脂層を有することを特徴とする白色発光ランプ。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の白色発光ランプにおいて、
   前記発光部は、前記半導体発光素子の発光面を覆うように設けられ、前記青色蛍光体、前記黄色蛍光体、前記赤色光体および前記深赤色発光蛍光体を含有しない第１の透明樹脂層と、前記第１の透明樹脂層を覆うように設けられ、前記青色蛍光体、前記黄色蛍光体、前記赤色蛍光体および前記深赤色発光蛍光体を含有する第２の透明樹脂層とを備えることを特徴とする白色発光ランプ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の白色発光ランプにおいて、
   前記半導体発光素子は３７０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を出射する発光ダイオードまたはレーザダイオードであることを特徴とする白色発光ランプ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の白色発光ランプを具備することを特徴とする白色ＬＥＤ照明装置。

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