特許 6407654 ＬＥＤモジュールおよび照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6407654

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】ＬＥＤモジュールおよび照明装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/50 20100101AFI20181004BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20181004BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/50

   H01L33/58

   F21S2/00 216

【請求項の数】14

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2014-207274(P2014-207274)

(22)【出願日】2014年10月8日

(65)【公開番号】特開2016-76652(P2016-76652A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2017年3月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】303058328

【氏名又は名称】東芝マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山川 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】近藤 弘康

(72)【発明者】

【氏名】津田 亮二

(72)【発明者】

【氏名】加藤 光章

(72)【発明者】

【氏名】大野 博司

(72)【発明者】

【氏名】久野 勝美

【審査官】 皆藤 彰吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０６３６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０６１９４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０１６８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３２２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１２４２６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１８５６５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５１４８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０９６１７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１５７７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１１９３１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１９５１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５１８３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５１５８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７４０７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

Ｆ２１Ｓ ２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

出射光として可視光を出射する光出射面を有する可視光ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を覆って設けられた可視光透過性軸対称透明部材と、前記ＬＥＤ光源から離間して前記透明部材の内部に配置され、前記ＬＥＤ光源から前記透明部材を通って入射した可視光を散乱させて前記軸対称透明部材の外部に出射させる軸対称光散乱部材とを備え、
前記光散乱部材は、前記光出射面に向けて平行投影される投影像が前記光出射面の少なくとも一部に重なるように配置され、前記出射光は、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域において、下記関係式（Ｉ）を満足する連続した発光スペクトル分布を示し、
前記透明部材は、前記光散乱部材を囲包する部分が集光レンズを形成し、
前記軸対称透明部材は、前記ＬＥＤ光源から発光される発光光を実質的に全反射する側面と、基端側から先端側に向けて肉厚が漸次減少する肉厚変化部分とを有し、
前記肉厚変化部分は、基端側から先端側に向けて外径が徐々に縮小する外径縮小部と、前記外径縮小部に対応する前記軸対称透明部材の内部に形成され、基端側から先端側に向けて内径が徐々に拡大する中空部とを含み、
前記肉厚変化部分が前記集光レンズを形成することを特徴とするＬＥＤモジュール。
関係式（Ｉ）：
−０．１５≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１５
（関係式（Ｉ）において、
Ｐ（λ）：本発明の白色光源の発光スペクトル、
Ｂ（λ）：白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトル、
Ｖ（λ）：分光視感効率のスペクトル、
λｍａｘ１：Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長、
λｍａｘ２：Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長、
λは波長であり、３８０ｎｍ≦λ≦７８０ｎｍ）。

【請求項2】

前記軸対称光散乱部材は、前記中空部の周壁に塗布形成されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤモジュール。

【請求項3】

前記発光スペクトルが下記関係式（ＩＩ）を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤモジュール。
関係式（ＩＩ）：
−０．１０≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１０
（関係式（ＩＩ）において、
Ｐ（λ）：本発明の白色光源の発光スペクトル
Ｂ（λ）：白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトル
Ｖ（λ）：分光視感効率のスペクトル
λｍａｘ１：Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長
λｍａｘ２：Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長
λは波長であり、３８０ｎｍ≦λ≦７８０ｎｍ）。

【請求項4】

前記ＬＥＤ光源は、紫外または紫色領域に一次光を発する少なくとも１つ以上のＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップからの一次光を吸収し、可視光領域に２次光を発する蛍光体層を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。

【請求項5】

色温度の異なる白色光を発する少なくとも２種類のＬＥＤ光源を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。

【請求項6】

前記蛍光体層は、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の少なくとも４種類の蛍光体からなることを特徴とする請求項４または５に記載のＬＥＤモジュール。

【請求項7】

前記青色蛍光体が、下記化学式（Ａ）で示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、および下記化学式（Ｂ）で示されるユーロピウム付活アルカリ土類マグネシウムアルミン酸塩蛍光体からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の蛍光体であることを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤモジュール。
化学式（Ａ）：
（Ｓｒ_1-x-y-x-zＢａ_xＣａ_yＥｕ_z）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ
（ここで、０≦ｘ＜０．３、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１５）
化学式（Ｂ）：
（Ｂａ_1-x-y-x-zＳｒ_xＣａ_yＥｕ_z）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇
（ここで、ｘ＜０．５、ｙ＜０．１、０．０５＜ｚ＜０．４）。

【請求項8】

前記緑色蛍光体が、下記化学式（Ｄ）で示されるユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体、および下記化学式（Ｅ）で示されるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の蛍光体であることを特徴とする請求項６または７に記載のＬＥＤモジュール。
化学式（Ｄ）：
（Ｓｒ_1-x-y-z-uＢａ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄
（ここで、０．２≦ｘ≦０．６、０．０２０≦ｙ≦０．１０５、０．０１≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２）
化学式（Ｅ）：
（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯ_δＮ_ω
（ここで、０＜ｘ＜1、０＜α≦３、１２≦β≦１４、２≦γ≦３．５、１≦δ≦３、２０≦ω≦２２）。

【請求項9】

前記黄色蛍光体が下記化学式（Ｆ）で示されるユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体、および下記式化学式（Ｇ）で示されるセリウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の蛍光体であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。
化学式（Ｆ）：
（Ｓｒ_1-x-y-z-uＢａ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄
（ここで、０≦ｘ≦０．３、０．０２０≦ｙ≦０．１０５、０．０１≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２）
化学式（Ｇ）：
（Ｍ_1-xＣｅ_x）_2yＡｌ_zＳｉ_10-zＯ_uＮ_w
（ここで、０＜ｘ≦１、０．８≦ｙ≦１．１、２≦ｚ≦３．５、ｕ≦１、１．８≦ｚ−ｕ、１３≦ｕ＋ｗ≦１５、元素ＭはＳｒであり、Ｓｒの一部はＢａ、Ｃａ、およびＭｇから選ばれる少なくとも１種で置換されていてもよい）。

【請求項10】

前記赤色蛍光体が下記化学式（Ｈ）で示されるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、および下記化学式（Ｉ）で示されるユーロピウム付活カルシウムストロンチウム酸窒化物蛍光体からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の蛍光体であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。
化学式（Ｈ）：
（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯδＮ_ω
（ここで、０＜ｘ＜１、０＜α≦３、５≦β≦９、１≦γ≦５、０．５≦δ≦２、５≦ω≦１５）
化学式（Ｉ）：
（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＥｕ_y）ＳｉＡｌＮ₃
（ここで、０≦ｘ＜０．４、０＜ｙ＜０．５）。

【請求項11】

前記ＬＥＤ光源は、面積Ｃの発光面を有し、この発光面に実質的に直交する配光対称軸のまわりに実質的に対称な配光分布を持ち、
前記軸対称透明部材は、前記ＬＥＤ光源の前記配光対称軸に実質的に一致する第１の対称軸を有し、この第１の対称軸に対して対称であり、
前記軸対称光散乱部材は、前記ＬＥＤ光源の前記配向対称軸に実質的に一致する第２の対称軸を有し、底面の直径ｄ₁および前記第２の対称軸に沿った長さＬ₁をもって前記第２の対称軸に対して対称であり、前記ＬＥＤ光源と前記軸対称光散乱部材と最近接距離Ｌ₂と、前記ＬＥＤ光源の前記発光面の面積Ｃとは、下記式（１）で表わされる関係を満たし、

【数8】

前記第２の対称軸に沿った前記軸対称光散乱部材の長さＬ₁と、前記軸対称光散乱部材の吸収係数μ（１／ｍｍ）とは下記式（２）の関係を満たし、

【数9】

前記軸対称光散乱部材の底面の直径ｄ₁と、前記最近接距離Ｌ₂と、前記軸対称透明部材の屈折率ｎとは、下記式（３）の関係を満たし、

【数10】

前記第２の対称軸に直交する前記軸対称光散乱部材の断面は、この断面における前記軸対称透明部材の断面に含まれ、
前記第２の対称軸に沿って、前記軸対称透明部材を前記ＬＥＤ光源の発光面に向けて投影した投影像は、前記ＬＥＤ光源の発光面に重なることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。

【請求項12】

前記軸対称透明部材は円柱状であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。

【請求項13】

前記軸対称透明部材の直径ｄ₀と、前記軸対称光散乱部材の底面の直径ｄ1と、前記第２の対称軸に沿った前記軸対称光散乱部材の長さＬ₁と、前記ＬＥＤ光源の発光面と前記光散乱部材との最近接距離とＬ2が、下記式（４）の関係を満たすことを特徴とする請求項１２に記載の白色ＬＥＤモジュール。

【数11】

【請求項14】

請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュールを内包するグローブに接続されるとともに前記ＬＥＤモジュールと熱的に接続される放熱筐体と、前記放熱筐体に内包され交流を直流に変換する電源回路と、前記放熱筐体に接続され、外部からの電力が供給される口金を更に備えた照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、ＬＥＤモジュールおよび照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近時、光源として青色ＬＥＤ（発光ダイオード）チップと蛍光体を組合せて白色光を得る白色ＬＥＤ光源を有する照明装置（白色ＬＥＤ照明装置）が普及してきている。この白色ＬＥＤ照明装置は、従来の白熱電球に比べて消費電力が少ないなど種々の利点を備えているが、その反面、青色の発光ピークが高く、自然光に近い色合いの光を発光する白熱電球とはかなり異なる発光特性を有している。

【0003】

白熱電球は、自然光に近い明るさと色合いの光を発光することから、無意識のうちに世の人々に受け入れられている。それ故、白色ＬＥＤ照明装置に対しても、白熱電球のような光り方（光の明るさと色合い）が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４８６２０９８号公報

【特許文献2】特開平１０−２４２５１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明の実施形態は、白熱球のフィラメントと同様の光り方、色合いを再現できるＬＥＤモジュールおよび照明装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態によれば、可視光を出射するＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を覆って設けられた可視光透過性軸対称透明部材と、前記ＬＥＤ光源から離間して前記軸対称透明部材の内部に配置され、前記ＬＥＤ光源から前記軸対称透明部材を通って入射した可視光を散乱させて前記軸対称部材の外部に出射させる軸対称光散乱部材とを備えるＬＥＤモジュールが提供される。前記光散乱部材は、前記光出射面に向けて平行投影される投影像が前記光出射面の少なくとも一部に重なるように配置され、前記出射光は、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域において、連続した発光スペクトル分布を示す。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】分光視感効率Ｖ（λ）を示すグラフである。

【図2】実施形態に係る証明装置としてのＬＥＤ電球を示す側面図である。

【図3】図２に示すＬＥＤ電球の透視断面図である。

【図4】実施形態のＬＥＤモジュールを示す斜視図。

【図5】実施形態のＬＥＤモジュールを示す拡大側面模式図。

【図6】複数組合せＬＥＤ光源の平面模式図である。

【図7】複数組合せＬＥＤ光源の回路図である。

【図8】実施例１で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図9】実施例２で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図10】実施例３で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図11】実施例４で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図12】実施例５で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図13】実施例６で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図14】実施例７で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図15】実施例８で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図16】実施例９で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図17】実施例１０で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図18】比較例１で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【図19】比較例２で作製したＬＥＤモジュールの発光特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

実施形態のＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ光源と、可視光透過性透明部材と、透明部材内部に設けられた光散乱部材を備え、可視光を出射する。そして、実施形態の照明装置は、実施形態のＬＥＤモジュールを内包するグローブと、このグローブに接続されるとともに前記ＬＥＤモジュールと熱的に接続される放熱筐体と、前記放熱筐体に内包され交流を直流に変換する電源回路と、前記放熱筐体に接続され、外部からの電力が供給される口金を更に備える。

【0009】

白熱電球は、ガラスバルブ内のフィラメントのジュール熱による輻射を発光に利用しているが、発光の原理上放射光の分光分布が黒体輻射に近く、その波長分布は、おおよそ色温度２５００〜３０００Ｋの黒体輻射に近い形になっている。

【0010】

実施形態において、ＬＥＤ光源は、少なくとも1つのＬＥＤチップと、その少なくとも１つのＬＥＤチップを覆って形成された蛍光体層を備える。ＬＥＤチップ自体から出射される光（一次光）が、蛍光体層により波長変換され二次光としてＬＥＤ光源から出射される。この二次光は、可視光の全波長領域（３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域）に発光成分を含む連続スペクトルの白色光であり、その発光スペクトル形状は黒体輻射の発光スペクトルに近似していて、白熱電球に極めて近い発光を示す。

【0011】

より具体的には、実施形態の白色光源は、可視光波長領域、波長λが３８０〜７８０ｎｍの領域において、下記関係式（Ｉ）：
−０．１５≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１５
を満たすことが好ましい。

【0012】

関係式（Ｉ）において、Ｐ（λ）は、白色光源の発光スペクトルであり、Ｂ（λ）は、白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトルであり、Ｖ（λ）は、分光視感効率のスペクトルであり、λｍａｘ１は、Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長であり、λｍａｘ２は、Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長である。

【0013】

関係式（Ｉ）において、［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］は、白色光源の発光スペクトルと、この白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトルとの差分スペクトルを表す。この差分スペクトル（以後、Ａ（λ）で表記する）が−０．１５以上、＋０．１５以下であることにより、白色ＬＤＥ光源は、黒体輻射の発光スペクトルと近似した発光スペクトル形状を示すことになる。

【0014】

ここで、白色光源の発光スペクトルＰ（λ）は、ＪＩＳ−Ｃ−８１５２に準じて積分球を使用した全光束測定で求めることができる。色温度（単位：ケルビン（Ｋ））は、発光スペクトルから計算により求めることができる。

【0015】

白色光源の色温度と同じ黒体輻射の発光スペクトルＢ（λ）は、プランク分布により求めることができる。プランク分布は、下記式（Ｘ）で表される。

【数1】

【0016】

式（Ｘ）において、ｈはプランク定数、ｃは光速、λは波長、ｅは自然対数の底、ｋはボルツマン定数、Ｔは色温度である。このうち、ｈ、ｃ、ｅ、ｋは定数であるため、色温度Ｔが決まれば波長λに応じた発光スペクトルを求めることができる。従って、ＬＥＤモジュールもしくは照明装置より放射される白色光の色温度が決まると、色温度に応じた黒体輻射の発光スペクトル分布が計算され、同時にＢ（λ）×Ｖ（λ）も求められる。Ｂ（λ）×Ｖ（λ）は人間の眼を通して見た、黒体輻射の発光スペクトル分布を示すものである。

【0017】

分光視感効率は、人間の目の光に対する感度を視感度といい、ＣＩＥ（国際照明委員会）は標準分光比視感度Ｖ（λ）として定めたものであり、分光視感効率と標準分光比視感度とは同じ意味である。この分光視感効率は、図１で与えられるスペクトル分布で示される。

【0018】

人間の眼は黄色に高い感度をもち、紫色より短波長の紫外線や、深赤色より長波長の赤外線に対しては感度がゼロに等しい。このため、分光視感効率は、波長約５５０ｎｍにピークを持ち、波長４００ｎｍ以下、および波長７００ｎｍ以上では相対発光強度がほぼゼロに近い分光分布を有している。

【0019】

また、本発明の白色光源は、黒体輻射の発光スペクトルにより一層近似した発光スペクトル形状を示すことが望ましく、そのためには下記関係式（ＩＩ）を満たすことが、さらに望ましい。

【0020】

関係式（ＩＩ）：
−０．１０≦Ａ（λ）≦＋０．１０。

【0021】

さて、実施形態の白色光源は、上に述べたように、ＬＥＤチップから出射される一次光を蛍光体により波長変換し二次光としてＬＥＤ光源から出射させる。

【0022】

蛍光体には様々な発光色や発光スペクトル形状を示す材料があり、いくつかの蛍光体材料を組み合わせることにより、黒体輻射の発光スペクトルを再現することができる。その場合、ＬＥＤチップとして、発光ピーク波長が３５０〜４２０ｎｍの範囲内にあるものを使用することが好ましい。通常の白色ＬＥＤ光源には、青色発光ＬＥＤチップに黄色発光や赤色発光の蛍光体を組み合わせて白色光を得るものがあるが、白色発光ＬＥＤは実施形態に使用することは好ましいとはいえない。一般にＬＥＤチップの発光スペクトルは、シャープな形状を有しており、比較的ブロードな発光スペクトルを示す蛍光体と組み合わせると、両者間のピーク高さにギャップが生じる。このため白色発光の波長領域の中で、ＬＥＤチップの発光領域のみが突出して、黒体輻射のスペクトル形状をスムーズに再現することが困難となる。これに対し、波長が３５０〜４２０ｎｍの範囲内にある紫外光や紫色光は、視感度が低いため、シャープな発光であったとしても、人間の眼には感知できないか、感知できても弱い発光であるため、スペクトル形状的にも、悪影響を及ぼすことが少ない。

【0023】

以上のことから明らかなように、実施形態においてＬＥＤチップと組み合わせる蛍光体としては、発光ピーク波長が３５０〜４２０ｎｍの範囲内にあるＬＥＤチップからの一次光により励起され、これを波長変換して波長が４２０〜７８０ｎｍの範囲内の可視光を発する蛍光体が好ましい。その場合、１種類の蛍光体で、可視光領域全域の黒体輻射スペクトルを再現することは困難なため、通常、異なる４種類以上、さらには５種類以上の蛍光体が使用される。その場合、使用する４種以上の蛍光体は、互いに、ピーク波長が１０〜１００ｎｍ、さらには１０〜５０ｎｍずれていることが好ましい。つまり、青色領域から赤色領域にかけて、４種以上、さらには５種以上の蛍光体を使ってピーク波長を１０〜１００ｎｍ毎ずらして組合せることにより、前記関係式（Ｉ）を満たす白色光源を得ることができる。

【0024】

ここで、実施形態に使用して好ましい蛍光体を以下に記載する。以下に記載する蛍光体は、それぞれ、発光色や発光強度等を考慮したもので、関係式（Ｉ）を満たすために最適の特性を示すものである。また、それぞれの蛍光体において、組成範囲が限定されているが、これは、各蛍光体において所望の効果を発揮できる発光スペクトル特性（ピーク波長、スペクトル形状）が得られる範囲を規定したものである。従って、以下に記載した組成範囲の蛍光体を数種類組み合わせることで、所望の色温度の白色光を得ることができる。基本的には、以下の青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体のそれぞれから、各１種類の蛍光体を選択し、組み合わせることで、本発明の白色発光蛍光体層を得ることが可能である。ただし、この基本的な組み合わせに限定する必要はなく、例えば赤色蛍光体の中から２種類の蛍光体を併用したり、中間色の青緑蛍光体を追加混合し、５〜６種類の組み合わせとしたりすることも可能である。

【0025】

＜青色蛍光体＞
・ユーロピウム付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体：
（Ｓｒ_1-x-y-x-zＢａ_xＣａ_yＥｕ_z）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ …化学式（Ａ）
ここで、０≦ｘ＜０．３、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１５
・ユーロピウム付活アルカリ土類マグネシウムアルミン酸塩蛍光体：
（Ｂａ_1-x-y-x-zＳｒ_xＣａ_yＥｕ_z）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇ …化学式（Ｂ）
ここで、ｘ＜０．５、ｙ＜０．１、０．０５＜ｚ＜０．４。

【0026】

＜青緑色蛍光体＞
ユーロピウム、マンガン付活アルカリ土類マグネシウムアルミン酸塩蛍光体：
（Ｂａ_1-x-y-zＳｒ_xＣａ_yＥｕ_z）（Ｍｇ_1-uＭｎ_u）Ａｌ₁₀O₁₇ …化学式（Ｃ）
ここで、ｘ＜０．５、ｙ＜０．１、０．１５＜ｚ＜０．４、０．３＜ｕ＜０．６。

【0027】

＜緑色蛍光体＞
・ユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体：
（Ｓｒ_1-x-y-z-uＢａ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄ …化学式（Ｄ）
ここで、０．２≦ｘ≦０．６、０．０２０≦ｙ≦０．１０５、０．０１≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２
・ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体：
（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯ_δＮ_ω …化学式（Ｅ）
ここで、０＜ｘ＜1、０＜α≦３、１２≦β≦１４、２≦γ≦３．５、１≦δ≦３、２０≦ω≦２２。

【0028】

＜黄色蛍光体＞
・ユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体：
（Ｓｒ_1-x-y-z-uＢａ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄ …化学式（Ｆ）
ここで、０≦ｘ≦０．３、０．０２０≦ｙ≦０．１０５、０．０１≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２
・セリウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体：
（Ｍ_1-xＣｅ_x）_2yＡｌ_zＳｉ_10-zＯ_uＮ_w …化学式（Ｇ）
ここで、０＜ｘ≦１、０．８≦ｙ≦１．１、２≦ｚ≦３．５、ｕ≦１、１．８≦ｚ−ｕ、１３≦ｕ＋ｗ≦１５、元素ＭはＳｒであり、Ｓｒの一部はＢａ、Ｃａ、およびＭｇから選ばれる少なくとも１種で置換されていてもよい。

【0029】

＜赤色蛍光体＞
・ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体：
（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯ_δＮ_ω …化学式（Ｈ）
ここで、０＜ｘ＜１、０＜α≦３、５≦β≦９、１≦γ≦５、０．５≦δ≦２、５≦ω≦１５
・ユーロピウム付活カルシウムストロンチウム酸窒化物蛍光体：
（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＥｕ_y）ＳｉＡｌＮ₃ …化学式（Ｉ）
ここで、０≦ｘ＜０．４、０＜ｙ＜０．５
・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_1-xＭｎ_x）Ｏ₂ …化学式（Ｊ）
ここで、３．０≦α≦４．０、０．４≦β≦０．６、０．００１≦ｘ≦０．５。

【0030】

蛍光体は粉体の結晶粒子であるが、平均粒子径は５〜４０μｍ程度が望ましい。平均粒径が５μｍ未満の場合には、結晶粒子の成長が不十分であるため、蛍光体の発光強度が低くなりやすい。一方、結晶粒子が４０μｍを超えて大きくなると、発光色の明るさには問題ないが、各蛍光体を均一に混合することが難しくなり、混合物を形成した場合に、均一な発光特性が得られなくなる。

【0031】

このような粒径を持つ蛍光体粉末は、透明樹脂材料と混ぜ合わされ、蛍光体層の形でＬＥＤチップを覆う。ＬＥＤチップの周囲を蛍光体層で被覆することにより、ＬＥＤチップから出射された一次光が、蛍光体層で二次光（白色光）に変換され、ＬＥＤ光源の外部に放射される。蛍光体層はＬＥＤチップの直上に塗布される場合もあれば、ＬＥＤチップの周囲に透明樹脂層を形成し、その外部に形成してもよい。どちらの構造を採用するかは、一長一短があり、目的に応じて使いわけられるが、ＬＥＤチップの周囲を隙間なく蛍光体層で被覆することが重要である。蛍光体層がＬＥＤチップの周囲を完全に被覆することで、ＬＥＤチップからの一次光が発光装置外部に直接漏出することを防げるため、エネルギーの損失が少なく明るい発光装置が得られ、またＬＥＤ光が紫外光の場合には、人体に有害な紫外光が発光装置の外部に漏出されるのを防止することができる。

【0032】

蛍光体と混合使用される樹脂材料としては、透明な（可視光透過性）材料であれば特に制限されることはない。たとえばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を使用することができるが、ＬＥＤチップとして紫外発光ＬＥＤチップを用いる場合には、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。

【0033】

実施形態に係る白色光源を用いたＬＥＤモジュールまたは照明装置（総称してデバイスという）は、特定の色温度の白色光を出射するものでもよいし、任意の色温度の白色発光を示すデバイスであってもよい。後者の様に、様々な白色光に調色可能なデバイスは、少なくとも２種類の色温度の白色ＬＥＤ光源を組み合わせた白色光源システムにより具体化することができる。例えば色温度が２６００Ｋの白色光と、３６００Ｋの白色光を出射するＬＥＤ光源を任意の強度割合で混合することにより、２６００Ｋを下限とし、３６００Ｋを上限とする調色システムを得ることができる。このとき、両白色ＬＥＤ光源の発光スペクトルが、前記関係式（Ｉ）を満足し、同じ色温度の黒体輻射のスペクトルと近似していることにより、両白色ＬＥＤ光源からの白色光が混合した中間色温度の白色光もまた、前記関係式（Ｉ）を満足したものとなる。

【0034】

なお、このような白色光源システムにおいて、出射白色光を混合すべきＬＥＤ光源からの白色光の色温度は、２種類以上であれば、いくつであってもよい。特に２種類の光源の色温度の差異が大きい場合は、３種類以上の光源を使用した方が、黒体輻射の発光スペクトルを、より忠実に再現できる。ただし、３種類以上の白色光を調整して、特定色の白色光を得るには、ＬＥＤ光源の発光強度を制御するための電子回路が複雑となるため、光源の種類を必要以上に増加させることは、発光装置の設計上の制約により好ましくない。

【0035】

実施形態のＬＥＤモジュールにおいて、可視光透過性透明部材は、軸対称をなし、ＬＥＤ光源を覆って設けられている。ＬＥＤ光源から出射される可視光を案内するものである。可視光透過性透明部材は、通常、円柱状をなす。透明部材は、可視光を透過するものであれば、無機材料および有機材料のいずれでも形成することができる。無機材料としては、例えば、ガラスおよび透明セラミックスが挙げられる。有機材料としては、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、およびポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂などから選択される透明樹脂が挙げられる。

【0036】

軸対称光散乱部材は、透明部材の内部に配置され、ＬＥＤ光源からの透明部材内を通って入射した白色光を散乱させて透明部材の外部に放射させる。すなわち、透明部材は、基端側が中実であるが、先端側は中空であり、軸対称光散乱部材は、この透明部材の中空部の内面に塗布された薄い塗布膜であり得る。この塗布膜は、透明樹脂に分散された光散乱性微粒子を含む。微粒子としてはチタニア等の白色顔料を例示することができる。

【0037】

いうまでもなく、光散乱部材は、ＬＥＤ光源の光出射面に向けて平行投影されるその投影像が該光出射面の少なくとも一部に重なるように配置される。また、色温度が異なる白色光を発光する２種以上のＬＥＤ光源を用いた場合、前記投影像は、それぞれの光出射面の少なくとも一部に重なるように、光散乱部材が配置される。

【0038】

透明部材は、光散乱部材を囲包する部分が集光機能を有するように、すなわちレンズを構成するように、形成されていることが好ましい。そのために、透明部材は、前記中空部を形成する部分において、基端側から先端側に向かって段階的に外径を減少させるように形成する。これとは逆に、中空部は、基端側から先端側に向かって段階的に内径を増加させる。かくして、透明部材は、光散乱部材を囲包する部分において基端側から先端側に向かって肉厚が減少し、かかる肉厚変化部分がレンズ機能（集光機能）を示す、すなわちレンズを構成する。かくして、ＬＥＤ光源からの出射光（可視光）は透明部材により導かれ、光散乱部材に到達した光は光散乱部材内で反射等を繰り返し、散乱部材全面が発光するように見える。光散乱部材から上方に向かった光は、そのまま外部に放出されるが、側面や下面に向かった光は、上記レンズにより集光され、仮想光源（例えば、中空部の底面）に向かって光が集中する結果、あたかも仮想光源から光が発生しているように見えるようになる。

【0039】

なお、実施形態にかかるＬＥＤ光源からの出射光の発光スペクトルは、そのＬＥＤ光源を備えるＬＥＤモジュールからの出射光の発光スペクトルと、さらにはそのＬＥＤモジュールを組み込んだＬＥＤ照明装置からの出射光の発光スペクトルと、同じである。

【0040】

図２および図３に、１つの実施形態に係る照明装置１を示す。

【0041】

照明装置１は、球状ガラスからなるグローブ２と、グローブ２内に組み込まれたＬＥＤモジュール１０を備える。グローブ２の開口部は、口金３によって封止されている。照明装置１は、全体の形状と大きさが従来の白熱電球に似た形状になるように構成され、ＬＥＤ電球と呼ぶことができる。

【0042】

ＬＥＤモジュール１０は、発光面１８を有するＬＥＤ光源１３を有する。ＬＥＤ光源１３は、チップオンボード（ＣＯＢ）の技術を用いて基板１１上に実装され、中空部４ｃを有する円筒状のヒートシンク４により基板１１ごと支持されている。

【0043】

放熱筐体を構成するヒートシンク４は、例えばアルミニウムのような熱伝導性に優れた金属材料でつくられている。ヒートシンク４の基端部４ｂは、環状突起を形成し、これに口金３をかしめることにより口金３に固定されている。

【0044】

一方、ヒートシンク４の先端部４ａは、穴あきキャップ状のレンズ押え部材６を介して軸対称透明部材１４を支持している。すなわち、ヒートシンク先端部４ａはヒートシンク本体より少し直径が小さい縮径部を形成し、この縮径部の上端にＬＥＤ光源１３が複数のネジ５で締結されている。レンズ押え部材６はヒートシンクの縮径部の外周に被せられている。そして、軸対称透明部材１４はレンズ押え部材６の開口部内に挿入され、ＬＥＤ光源１３の発光面１８に接合されている。レンズ押え部材６により透明部材１４を支持する支持構造が補強されている。

【0045】

ヒートシンク４の中空部４ｃには点灯回路４２が設けられている。点灯回路４２は内部配線によって口金３の両極および基板１１上の各ＬＥＤ光源１３の発光回路にそれぞれ接続されている。点灯回路４２は、交流を直流に変換する交直変換機能および発光回路に給電してＬＥＤ光源１３を発光させる点灯機能を備えている。

【0046】

ＬＥＤモジュール１０は、図３および図４に最もよく示されているように、ＬＥＤ光源１３と軸対称透明部材１４および軸対称光散乱部材１５を組み合わせてなるものである。ＬＥＤ光源１３は、既述のように、基本的に、少なくとも１つのＬＥＤチップ（図示せず）と、このＬＥＤチップを覆う蛍光体層１２とにより構成される。図示の例ではＬＥＤチップは、例えばアルミナ基板上にＬＥＤ発光回路が形成されたチップオンボード（ＣＯＢ）である基板１１に組み込まれている。一つの実施形態において、蛍光体層１２の厚さｔ₁（平均）は、４００〜２０００μｍである。

【0047】

軸対称光透明部材１４は、ＬＥＤ光源の発光面１８の全部を覆うように基板１１に取り付けられている。この実施形態では、軸対称光透明部材１４は、全体の形状が円柱状をなし、配光対称軸ａｘに対して実質的に軸対称に形成されている。同様に、軸対称光散乱部材１５も配光対称軸ａｘに対して実質的に軸対称に形成されている。軸対称透明部材１４は、基端側が中実であり、先端側が中空である。透明部材の中空部１４ｈの内面には光散乱粒子１７を含む塗布膜が形成され、軸対称光散乱部材１５を構成している。

【0048】

軸対称透明部材１４は、Ｚ軸に沿って基端側から先端側に向かって段階的に外径が減少している。すなわち、軸対称透明部材１４において、円柱状の基端部１４ａより円錐台状の第１の中間部１４ｂのほうが外径が小さく、第１の中間部１４ｂより第２の中間部１４ｃのほうがさらに外径が小さく、第２の中間部１４ｃより先端部１４ｄのほうがさらに外径が小さくなっている。

【0049】

これとは逆に、透明部材の中空部１４ｈは、透明部材１４の基端側から先端側に向かって段階的に径が増加し、それゆえに光散乱部材１５の内径も同様に増加する。すなわち、軸対称透明部材１４において、基端側の底面１４ｎより第１の中間部１４ｍのほうが内径が大きく、第１の中間部１４ｍより第２の中間部１４ｌのほうが内径がさらに大きく、第２の中間部１４ｌより第３の中間部１４ｋのほうが内径がさらに大きく、第３の中間部１４ｋより先端部１４ｊのほうが内径がさらに大きくなっている。なお、中空部の底面１４ｎは、平面を構成し、従って光散乱部材１５の底面１５ｅも平面を構成している。

【0050】

上記部位１４ａ,１４ｂ,1４ｃ,１４ｄ,１４ｊ,１４ｋ,１４ｌ,1４ｍ,１４ｎのテーパー角度は、ＬＥＤモジュール全体の光学的な特性と解析手法を用いてそれぞれ決めることができる。具体的には、基端側から先端側にいくに従って光散乱部材１５を取り囲む透明部材１４の部分の肉厚が徐々に薄くなっている。このような肉厚変化部分１６がレンズ機能（集光機能）を備える。既述のように、光は透明部材１４により導かれ、光散乱部材15に到達した光は光散乱部材１５内で反射等を繰り返し、光散乱部材１５の全面が発光するように見える。光散乱部材15から先端側に向かった光は、そのまま外部に放出されるが、側面１４ｓや基端側に向かった光は、レンズ状の肉厚変化部分１６により集光され、仮想光源（例えば中空部の底面１４ｎ）に向かって光が集中する結果、あたかも仮想光源から光が発生しているように見える。

【0051】

本実施形態においては、ＬＥＤチップからの配光分布は、配光対称軸ａｘを有するものであって、この配光対称軸ａｘに対して対称に近い分布である。配光分布としては、例えばランバーシアンが挙げられるが、これに限定されない。配光対称軸ａｘは、例えばＬＥＤチップの発光面内の中心付近を通るものとすることができるが、これに限定されず、ＬＥＤ光源の発光面１８と同一面内のいずれの点を通ってもよい。

【0052】

この透明部材の屈折率ｎと全反射角θｃとは下式（Ａ）の関係がある。

【数2】

【0053】

軸対称光散乱部材１５は、軸対称透明部材１４の内部に配置され、ＬＥＤ光源１３からの白色光を散乱させる光散乱粒子を含有している。光散乱部材１４の平均厚さは５０〜１００μｍの範囲内にすることが好ましい。

【0054】

一般的には、光散乱部材の吸収係数μ（１／ｍｍ）は、厚さｈ（ｍｍ）の平板状の光散乱部材に対し、平板に直交方向にコリメートされた平行光線を照射した際の透過量を用いて定義することができる。平行光線の入射強度をＩ₀とし、透過強度をＩ_Tとすると、吸収係数μは下式（Ｂ）で与えられる。

【数3】

【0055】

なお、光散乱部材１５とＬＥＤ光源１３との最近接距離Ｌ₂を明確にするために、図５では便宜的に透明部材１４は基板１１に接しないように示しているが、実際には透明部材１４は基板１１に接している。

【0056】

軸対称透明部材１４の対称軸は、ＬＥＤ光源１３の配光対称軸ａｘと実質的に一致し、また、軸対称光散乱部材１５の対称軸も配光対称軸ａｘと実質的に一致している。なお、ＬＥＤ光源の配光対称軸ａｘの製品ばらつきの範囲内であれば、対称軸が実質的に一致するものとみなすことができる。

【0057】

最近接距離Ｌ₂と発光面１８の面積Ｃとは下式（１）の関係を満たすことが好ましい。

【数4】

【0058】

また、光散乱部材の長さＬ₁と光散乱部材の吸収係数μ（１／ｍｍ）とが下式（２）の関係を満たすことが好ましい。

【数5】

【0059】

さらに、光散乱部材の底面１５ｅの直径ｄ₁と最近接距離Ｌ₂と透明部材の屈折率ｎとが、下式（３）の関係を満たすことが好ましい。

【数6】

【0060】

長さＬ₁と吸収係数μが上式（２）の関係を満たすことにより、ＬＥＤ光源からの光が光散乱部材１５を通過することなくＬＥＤ電球１から外部に漏れ出さなくなる。

【0061】

また、上記（３）の関係により次の効果も得られる。ＬＥＤ光源１３からの光は、光散乱部材の底面１５ｅで散乱される一部の光を除いて、透明部材の側面１４ｓによって全反射され、光散乱部材の各部１５ａ〜１５ｄにおいてそれぞれ散乱される。このように光は反射と散乱を繰り返した後に外部に放出されるため、光散乱部材１５の全面が発光しているように見える。

【0062】

光散乱部材１５の対称軸に対して直交する断面は、この断面を含む平面内の透明部材１４の断面に含まれる。すなわち、対称軸に直交する平面において、光散乱部材１５の周囲は透明部材１４で確実に覆われている。さらに、透明部材１４を光源の発光面１８に平行投影した面は発光面１８の全部を覆う。換言すると、透明部材１４の最大直径の断面は、光源の発光面１８より大きい。

【0063】

また、軸対称透明部材の中実部の直径ｄ₀と、軸対称光散乱部材の底面の直径ｄ₁と、軸対称光散乱部材の長さＬ₁と、ＬＥＤ光源の発光面と前記光散乱部材との最近接距離とＬ₂が下記式（４）を満足することが好ましい。

【数7】

【0064】

上記の条件を満たすことにより、低損失および低発熱であるのに加えて、コンパクトな白色ＬＥＤ照明装置が得られる。

【0065】

ところで、上に、少なくとも２種類の色温度の白色ＬＥＤ光源を組み合わせることができることを記載した。その組合せの一例を、３種の色温度の白色ＬＥＤ光源の組合せを例にとって図６を参照して説明する。

【0066】

図６に示すＬＥＤモジュール１０は、光源として３つの白色光源１３ａ,１３ｂ,１３ｃを備える。これら３つの白色光源１３ａ,１３ｂ,１３ｃは、それぞれ異なる発光スペクトルをもつ白色光、すなわち異なる色温度の白色光をそれぞれ発光するように構成されている。これらのうち第１の光源１３ａは、図中にて発光面１８の中央エリアに配置され、最も高い色温度（第１の色温度）の白色光を発光するように、ＬＥＤチップ群２１を有する発光回路と蛍光体層１２ａとが組み合わせられている。また、第２の光源１３ｂは、図６において発光面１８の右側エリアに配置され、中間の色温度（第２の色温度）の白色光を発光するように、ＬＥＤチップ群２２を有する発光回路と蛍光体層１２ｂとが組み合わせられている。また、第３の光源１３ｃは、図６において発光面１８の左側エリアに配置され、最も低い色温度（第３の色温度）の白色光を発光するように、ＬＥＤチップ群２３を有する発光回路と蛍光体層１２ｃとが組み合わせられている。

【0067】

これら３つの蛍光体層１２ａ,１２ｂ,１２ｃは、図６に示すように、環状の隔壁２０ａと２本の線状の隔壁２０ｂ,２０ｃにより周囲を取り囲まれ、他の蛍光体層から区画されている。隔壁２０ａ,２０ｂ,２０ｃは、３つのＬＥＤ光源隔壁１３ａ,１３ｂ,１３ｃの相互間において一次光の吸収を低減するために、隣り合う蛍光体層１２ａ,１２ｂ,１２ｃの間に設けられる光の遮蔽物である。隣り合う蛍光体層１２ａ,１２ｂ,１２ｃの相互間に隔壁２０ａ,２０ｂ,２０ｃを設け、隔壁２０ａ,２０ｂ,２０ｃにより蛍光体層１２ａ,１２ｂ,１２ｃ同士が接触しないように分けている。隔壁２０ａ,２０ｂ,２０ｃは、波長４５０〜７８０ｎｍの光を最大９８％まで反射できる高反射率の無機微粒子を含むことが好ましい。

【0068】

ここで、いうまでもなく、光散乱部材は、蛍光体層の発光面に向けて平行投影されるその投影像が各発光面の少なくとも一部に重なるように配置される。

【0069】

次に、図７を参照して図６に示す本実施形態によるＬＥＤ光源の発光回路を説明する。

【0070】

３つの光源１３ａ,１３ｂ,１３ｃは、それぞれ複数個のＬＥＤチップ２４,２５,２６からなるＬＥＤチップ群２１,２２,２３を備えている。

【0071】

第１の光源１３ａの発光回路は、４つのＬＥＤチップ２４を順方向に直列に接続して直列接続回路を形成し、この直列接続回路を４つ並列に接続することにより形成されたＬＥＤチップ群２１を有する。第１光源のＬＥＤチップ群２１は、全部で１６個のＬＥＤチップ２４を含むことになる。

【0072】

第２の光源１３ｂの発光回路は、３つのＬＥＤチップ２５を順方向に直列に接続して直列接続回路を形成し、この直列接続回路を２つ並列に接続することにより形成されたＬＥＤチップ群２２を有する。第２光源のＬＥＤチップ群２２は、全部で６個のＬＥＤチップ２５を含むことになる。さらに、第２光源１３ｂの発光回路の負極側には可変抵抗Ｒ１を挿入している。抵抗Ｒ１はＬＥＤチップ群２２に直列に接続されている。

【0073】

第３の光源１３ｃの発光回路は、２つのＬＥＤチップ２６を順方向に直列に接続して直列接続回路を形成し、この直列接続回路を２つ並列に接続することにより形成されたＬＥＤチップ群２３を有する。第３光源のＬＥＤチップ群２３は、全部で４個のＬＥＤチップ26を含むことになる。さらに、第３光源１３ｃの発光回路の負極側には可変抵抗Ｒ２を挿入している。抵抗Ｒ２はＬＥＤチップ群２３に直列に接続されている。

【0074】

また、第１〜第３のＬＥＤチップ群２１,２２,２３の直列数を変えた場合であっても挿入抵抗Ｒ１,Ｒ２の値を変えることにより、両電流−電圧特性線の交点位置を調整することができるため、白色ＬＥＤ照明装置の発光特性線を白熱電球の発光特性線に近づけることが可能である。

【0075】

さらに図７を参照して、３つの光源１３ａ,１３ｂ,１３ｃの発光回路に電力を供給するための給電回路について説明する。

【0076】

第１〜第３の光源１３ａ,１３ｂ,１３ｃの発光回路は、正極側が一括して共通の電極27dに接続されている。この正極側の共通電極２７ｄは、点灯回路４２の正極端子４２ａに接続されている。

【0077】

一方、第１の光源１３ａの発光回路は、負極側が個別の電極２７ａに接続されている。また、第２の光源１３ｂの発光回路は、負極側が個別の電極２７ｂに接続されている。また、第３の光源１３ｃの発光回路は、負極側が個別の電極２７ｃに接続されている。これらの負極側の電極２７ａ,２７ｂ,２７ｃは、それぞれ点灯回路４２の負極端子４２ｂに接続されている。

【0078】

電球型の照明装置１を外部電源４０となる商用交流電源用ソケットに取り付けると、照明装置内の点灯回路４２に外部電源４０（商用交流電源）から電流が流れ、点灯回路４２が作動して、３つの光源１３ａ,１３ｂ,１３ｃの発光回路にそれぞれ電力が供給され、各光源のＬＥＤチップ群２１,２２,２３がそれぞれ発光する。

【0079】

３つの光源１３ａ,１３ｂ,１３ｃからそれぞれ発光される白色光は、異なる発光スペクトル（すなわち、異なる色温度）を有している。これら３種の異なる色温度の白色光は、透明部材１４を通って光散乱部材１５に至り、そこで散乱されることにより混ざり合い、白熱電球近い光となって外部に出射される。

【実施例】

【0080】

以下、実施例を記載する。

【0081】

実施例１
この実施例では、図４、５に示す構造を有するＬＥＤモジュールを作製した。このモジュールにおいて、中空部１４ｈを有する透明部材１４は、透明アクリル樹脂（屈折率約１．５）で形成した。そして、透明部材１４の最上面の直径は６．２ｍｍであり、透明部材の中実部分の直径は１０．２ｍｍであり、透明部材全体の高さＬ₀は２５．４ｍｍであり、光散乱部材１５とＬＥＤ光源１３との最近接距離Ｌ₂は１４．８ｍｍであった。

【0082】

透明部材１４の中空部１４ｈの内面に、透明ニトロセルロースバインダーにチタニア顔料を含有させた塗料（武蔵塗料（株）プラエースＡ７１６１）を塗布し、乾燥させて厚さが μｍの光散乱部材（光散乱層）１５を形成した。

【0083】

ＬＥＤチップとしては、発光ピーク波長が４１０ｎｍの紫色ＬＥＤチップを用いた。

【0084】

蛍光体としては、以下に示す４種類の蛍光体（粉末）を下記の量で混ぜ合わせて、混合蛍光体粉末を得た。

【0085】

青色蛍光体：（Ｓｒ_0.72Ｂａ_0.2Ｃａ_0.01Ｅｕ0.07）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ ７４重量部
緑色蛍光体：（Ｓｒ_0.24Ｂａ_0.55Ｍｇ_0.1Ｅｕ_0.1Ｍｎ_0.01）₂ＳｉＯ₄ ４重量部
黄色蛍光体：（Ｓｒ_0.769Ｂａ_0.15Ｍｇ_0.03Ｅｕ_0.05Ｍｎ_0.001）₂ＳｉＯ₄ ７重量部
赤色蛍光体：（Ｓｒ_0.9Ｅｕ_0.1）₂Ｓｉ₈Ａｌ₃ＯＮ₁₃ １５重量部
得られた混合蛍光体粉末６５重量部と、透明シリコーン樹脂３５重量部をよく混ぜ合わせて樹脂スラリーを得、これを上記ＬＥＤチップ上に塗布し、乾燥させて厚さ５５０μｍで直径が９．８ｍｍの円盤状蛍光体層を形成した。

【0086】

こうしてＬＥＤモジュールを作製した。このＬＥＤモジュールを組み込んで図１、図２に示す白色発光ＬＥＤ電球を製造した。このＬＥＤ電球を駆動電圧４８Ｖで駆動させ、白色光を射出させた。なお、作製したＬＥＤモジュールは、式（１）〜（４）のすべての関係を満たすことが算出された。

【0087】

得られたＬＥＤ電球から外部に出射された白色光は、色温度２０３２Ｋを示した。

【0088】

得られた発光スペクトルを図８（Ａ）に示す。図中、曲線ａは本実施例で作製したＬＥＤモジュールの白色光源の発光スペクトルを示し、他方、曲線ｂは、同じ色温度の黒体輻射の発光スペクトルを示す。図８（Ａ）中での比較により、可視光領域における両曲線は互いによく近似していることがわかる。また、本実施例で作製したＬＥＤ光源の各波長における、黒体輻射の発光スペクトルに対する差分スペクトルを、図８（Ｂ）に示す。本実施例での発光スペクトルは、
−０．１≦Ａ（λ）≦＋０．１
の関係を満たし、光源として望ましい特性を示すことがわかる。

【0089】

実施例２〜１０
表１−１〜表１−４に示す蛍光体を用いた以外は実施例１と同様にしてＬＥＤモジュールおよびＬＥＤ電球を作製した。

【0090】

得られた白色ＬＥＤモジュールからの出射光の色温度を表１−１〜表１−４に示す。なお、実施例１についての結果を表１−１に併記する。

【表1-1】

【0091】

【表1-2】

【0092】

【表1-3】

【0093】

【表1-4】

【0094】

実施例２〜１０で作製したＬＥＤ光源の発光スペクトルおよび差分スペクトルＡ（λ）を図９〜図１７に示す。これら図において、（Ａ）は、ＬＥＤ光源の発光スペクトルを、（Ｂ）は差分スペクトルＡ（λ）をそれぞれ示す。図９〜図１７の各（Ａ）図において、曲線ａは、蛍光体層より出射される白色光源の発光スペクトルを示し、曲線ｂは、同じ色温度の黒体輻射の発光スペクトルを示す。

【0095】

図９〜図１７の差分スペクトル（各（Ｂ）図）からもわかるように、実施例２〜１０で作製したＬＥＤ光源の発光スペクトルは、いずれも、関係式（ＩＩ）の関係を満たしていた。

【0096】

実施例１１
この実施例では、図６に示す３種類の白色LED光源をもつＬＥＤモジュールを作製し、これをグローブ内に組み込んでＬＥＤ電球を得た。

【0097】

白色顔料としてチタニアをシリコーン樹脂溶液に所定の比率で混合・撹拌し、得られたスラリーを塗布装置によりＬＥＤ回路基板の所定エリアに線状に塗布し、隔壁を形成した。形成した隔壁は、平均高さを０．５ｍｍ、平均幅を１．２ｍｍとした。

【0098】

上記基板の第１の発光エリアに実施例３の蛍光体混合物スラリーを塗布し、乾燥させて厚さ４８０μｍの蛍光体層１２ａを形成した。

【0099】

また、上記基板の第２の発光エリアに実施例２の蛍光体混合物スラリーを塗布し、乾燥させて厚さ７２０μｍの蛍光体層１２ｂを形成した。

【0100】

次に、上記基板の第３の発光エリアに実施例１の蛍光体混合物スラリーを塗布し、乾燥させて、厚さ６３０μｍの蛍光体層１２ｃを形成した。

【0101】

図６中の各サイズを下記に示す。
幅Ｗ２：９．８ｍｍ
幅Ｗ３：４．７ｍｍ
幅Ｗ４：２．５５ｍｍ
その他の構成は、実施例１と同じであった。

【0102】

図７に示す発光回路にＬＥＤチップを組み込み、これに３００ｍＡの電流を流したときにＣＯＢ駆動電圧３．１Ｖを印加し、各LEDチップから発光波長４００〜４１０ｎｍの一次光を発光させた。その結果、電球全体が均等に明るく、色ムラなく見えた。

【0103】

比較例１
比較例１として、市販の蛍光灯と普及型白色ＬＥＤの発光特性を示す。

【0104】

蛍光灯は市販の製品で、昼白色発光の照明製品を比較例として採用した。蛍光灯ではガラス管内に充満された水銀ガスから紫外線が出射され、前記紫外線を蛍光体が吸収して、白色光を出射する仕組みとなっている。数種類の蛍光体を組み合わせて白色発光を示す様に設計されており、蛍光体発光を利用する点で、実施形態の発光装置と類似した構成となっている。しかし蛍光灯の発する白色光の発光スペクトルは、図１８（Ａ）の曲線ａで示す通り、本発明と大きく異なっている。蛍光灯の発光のスペクトルは、青色、緑色、赤色波長域に鋭い発光ピークを有し、ピーク間の発光強度は低いために、全体として凹凸の激しい発光スペクトル形状である。一方、図１８（Ａ）の曲線ｂで示される黒体輻射のスペクトル形状はなだらかな曲線を示しており、両者間には大きな相違点があることがわかる。両者の差分スペクトルＡ（λ）を計算すると、図１８（Ｂ）に示す通りであり、
−１．０≦Ａ（λ）≦＋０．１
の関係にあった。従って実施礼１〜１１の白色ＬＥＤ照明装置が白熱電球同様の発光色を示したのに対し、比較例１の蛍光灯は、白熱電球の発光色と比較して、見かけ上の発光色は類似しているものの、実質的には程遠い特性の白色光を示すものであった。つまり、実施例１〜１１の照明装置を用いた照明では、照明対象物が太陽光に照らされた場合と同様に、自然な物体色を示すのに対し、比較例１の照明では、その様な効果の乏しいものであった。

【0105】

比較例２
比較例２として、普及型の白色ＬＥＤ製品の発光特性を示す。普及型白色ＬＥＤでは、青色発光のＬＥＤと、黄色発光の蛍光体を組み合わせて、白色発光を示す仕組みとなっている。つまりＬＥＤから青色光が出射され、出射された青色光の一部を蛍光体が吸収して黄色光に変換し、ＬＥＤ光の一部の青色光と、蛍光体からの黄色光が組み合わされて、白色光を発する仕組みである。最近では黄色蛍光体に加えて、赤色蛍光体や橙色蛍光体を追加して、白色光を示す製品も増えてきたが、いずれにしても現在市販の白色ＬＥＤ製品の殆どは、青色発光のＬＥＤと１〜３種程度の蛍光体を組み合わせた白色発光装置である。この様な白色発光装置の発光スペクトルは、図１９（Ａ）の曲線ａで示した通り、ＬＥＤによる強い青色発光スペクトルと、蛍光体によるなだらかな黄色発光スペクトルが重なっており、全体として凹凸の激しい発光スペクトルを示すものである。当然ながら黒体輻射の発光スペクトル（曲線ｂ）とは大きく相違しており、両者の差分スペクトルは下記の関係を示した：
−０．３≦Ａ（λ）≦＋０．１
従って、実施例１〜１１の照明装置が白熱電球同様の発光色を示したのに対し、比較例２の普及型白色ＬＥＤは、白熱電球の発光色と比較して、見かけ上の発光色は類似しているものの、実質的には程遠い特性の白色光を示すものであった。つまり、実施例１〜１１の照明装置を用いた照明では、照明対象物が太陽光に照らされた場合と同様に、自然な物体色を示すのに対し、比較例２の照明では、その様な効果の乏しいものであった。

【0106】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］出射光として可視光を出射する光出射面を有する可視光ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を覆って設けられた可視光透過性軸対称透明部材と、前記ＬＥＤ光源から離間して前記透明部材の内部に配置され、前記ＬＥＤ光源から前記透明部材を通って入射した可視光を散乱させて前記軸対称透明部材の外部に出射させる軸対称光散乱部材とを備え、前記光散乱部材は、前記光出射面に向けて平行投影される投影像が前記光出射面の少なくとも一部に重なるように配置され、前記出射光は、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域において、連続した発光スペクトル分布を示すことを特徴とするＬＥＤモジュール。
［２］前記透明部材は、前記光散乱部材を囲包する部分が集光レンズを形成することを特徴とする［１］のＬＥＤモジュール。
［３］前記軸対称透明部材は、前記ＬＥＤ光源から発光される発光光を実質的に全反射する側面と、基端側から先端側に向けて肉厚が漸次減少する肉厚変化部分とを有し、
前記肉厚変化部分は、基端側から先端側に向けて外径が徐々に縮小する外径縮小部と、前記外径縮小部に対応する前記軸対称透明部材の内部に形成され、基端側から先端側に向けて内径が徐々に拡大する中空部とを含み、
前記前記肉厚変化部分が前記集光レンズを形成することを特徴とする［２］のＬＥＤモジュール。
［４］前記軸対称光散乱部材は、前記中空部の周壁に塗布形成されていることを特徴とする［３］のＬＥＤモジュール。
［５］前記発光スペクトルが下記関係式（Ｉ）を満足することを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかのＬＥＤモジュール。
関係式（Ｉ）：
−０．１５≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１５
（関係式（Ｉ）において、
Ｐ（λ）：本発明の白色光源の発光スペクトル
Ｂ（λ）：白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトル
Ｖ（λ）：分光視感効率のスペクトル
λｍａｘ１：Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長
λｍａｘ２：Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長
λは波長であり、３８０ｎｍ≦λ≦７８０ｎｍ）。
［６］前記発光スペクトルが下記関係式（ＩＩ）を満足することを特徴とする［１］乃至［４］いずれかのＬＥＤモジュール。
関係式（ＩＩ）：
−０．１０≦［（Ｐ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｐ（λｍａｘ１）×Ｖ（λｍａｘ１））−（Ｂ（λ）×Ｖ（λ））／（Ｂ（λｍａｘ２）×Ｖ（λｍａｘ２））］≦＋０．１０
（関係式（ＩＩ）において、
Ｐ（λ）：本発明の白色光源の発光スペクトル
Ｂ（λ）：白色光源と同じ色温度を示す黒体輻射の発光スペクトル
Ｖ（λ）：分光視感効率のスペクトル
λｍａｘ１：Ｐ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長
λｍａｘ２：Ｂ（λ）×Ｖ（λ）が最大となる波長
λは波長であり、３８０ｎｍ≦λ≦７８０ｎｍ）。
［７］前記ＬＥＤ光源は、紫外または紫色領域に一次光を発する少なくとも１つ以上のＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップからの一次光を吸収し、可視光領域に２次光を発する蛍光体層を備えることを特徴とする［１］乃至［６］いずれかのＬＥＤモジュール。
［８］色温度の異なる白色光を発する少なくとも２種類のＬＥＤ光源を含むことを特徴とする［１］乃至［７］いずれかのＬＥＤモジュール。
［９］前記蛍光体層は、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の少なくとも４種類の蛍光体からなることを特徴とする［７］または［８］のＬＥＤモジュール。
［１０］前記青色蛍光体が、下記化学式（Ａ）で示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、および下記化学式（Ｂ）で示されるユーロピウム付活アルカリ土類マグネシウムアルミン酸塩蛍光体からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の蛍光体であることを特徴とする［９］のＬＥＤモジュール。
化学式（Ａ）：
（Ｓｒ_1-x-y-x-zＢａ_xＣａ_yＥｕ_z）₅（ＰＯ₄）₃Ｃｌ
（ここで、０≦ｘ＜０．３、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１５）
化学式（Ｂ）：
（Ｂａ_1-x-y-x-zＳｒ_xＣａ_yＥｕ_z）ＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇
（ここで、ｘ＜０．５、ｙ＜０．１、０．０５＜ｚ＜０．４）。
［１１］前記緑色蛍光体が、下記化学式（Ｄ）で示されるユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体、および下記化学式（Ｅ）で示されるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の蛍光体であることを特徴とする［９］または［１０］のＬＥＤモジュール。
化学式（Ｄ）：
（Ｓｒ_1-x-y-z-uＢａ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄
（ここで、０．２≦ｘ≦０．６、０．０２０≦ｙ≦０．１０５、０．０１≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２）
化学式（Ｅ）：
（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯ_δＮ_ω
（ここで、０＜ｘ＜1、０＜α≦３、１２≦β≦１４、２≦γ≦３．５、１≦δ≦３、２０≦ω≦２２）。
［１２］前記黄色蛍光体が下記化学式（Ｆ）で示されるユーロピウム付活オルソ珪酸塩蛍光体、および下記式化学式（Ｇ）で示されるセリウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の蛍光体であることを特徴とする［９］乃至［１１］いずれかのＬＥＤモジュール。
化学式（Ｆ）：
（Ｓｒ_1-x-y-z-uＢａ_xＭｇ_yＥｕ_zＭｎ_u）₂ＳｉＯ₄
（ここで、０≦ｘ≦０．３、０．０２０≦ｙ≦０．１０５、０．０１≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２）
化学式（Ｇ）：
（Ｍ_1-xＣｅ_x）_2yＡｌ_zＳｉ_10-zＯ_uＮ_w
（ここで、０＜ｘ≦１、０．８≦ｙ≦１．１、２≦ｚ≦３．５、ｕ≦１、１．８≦ｚ−ｕ、１３≦ｕ＋ｗ≦１５、元素ＭはＳｒであり、Ｓｒの一部はＢａ、Ｃａ、およびＭｇから選ばれる少なくとも１種で置換されていてもよい）。
［１３］前記赤色蛍光体が下記化学式（Ｈ）で示されるユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、および下記化学式（Ｉ）で示されるユーロピウム付活カルシウムストロンチウム酸窒化物蛍光体からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の蛍光体であることを特徴とする［９］乃至［１２］いずれかのＬＥＤモジュール。
化学式（Ｈ）：
（Ｓｒ_1-xＥｕ_x）_αＳｉ_βＡｌ_γＯδＮ_ω
（ここで、０＜ｘ＜１、０＜α≦３、５≦β≦９、１≦γ≦５、０．５≦δ≦２、５≦ω≦１５）
化学式（Ｉ）：
（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＥｕ_y）ＳｉＡｌＮ₃
（ここで、０≦ｘ＜０．４、０＜ｙ＜０．５）。
［１４］前記ＬＥＤ光源は、面積Ｃの発光面を有し、この発光面に実質的に直交する配光対称軸のまわりに実質的に対称な配光分布を持ち、
前記軸対称透明部材は、前記ＬＥＤ光源の前記配光対称軸に実質的に一致する第１の対称軸を有し、この第１の対称軸に対して対称であり、
前記軸対称光散乱部材は、前記ＬＥＤ光源の前記配向対称軸に実質的に一致する第２の対称軸を有し、底面の直径ｄ₁および前記第２の対称軸に沿った長さＬ₁をもって前記第２の対称軸に対して対称であり、前記ＬＥＤ光源と前記軸対称光散乱部材と最近接距離Ｌ₂と、前記ＬＥＤ光源の前記発光面の面積Ｃとは、下記式（１）で表わされる関係を満たし、

【数8】

前記第２の対称軸に沿った前記軸対称光散乱部材の長さＬ₁と、前記軸対称光散乱部材の吸収係数μ（１／ｍｍ）とは下記式（２）の関係を満たし、

【数9】

前記軸対称光散乱部材の底面の直径ｄ₁と、前記最近接距離Ｌ₂と、前記軸対称透明部材の屈折率ｎとは、下記式（３）の関係を満たし、

【数10】

前記第２の対称軸に直交する前記軸対称光散乱部材の断面は、この断面における前記軸対称透明部材の断面に含まれ、
前記第２の対称軸に沿って、前記軸対称透明部材を前記ＬＥＤ光源の発光面に向けて投影した投影像は、前記ＬＥＤ光源の発光面に重なることを特徴とする［１］乃至［１３］いずれかのＬＥＤモジュール。
［１５］前記軸対称透明部材は円柱状であることを特徴とする［１］乃至［１４］いずれかのＬＥＤモジュール。
［１６］前記軸対称透明部材の直径ｄ₀と、前記軸対称光散乱部材の底面の直径ｄ1と、前記第２の対称軸に沿った前記軸対称光散乱部材の長さＬ₁と、前記ＬＥＤ光源の発光面と前記光散乱部材との最近接距離とＬ2が、下記式（４）の関係を満たすことを特徴とする［１５］の白色ＬＥＤモジュール。

【数11】

［１７］［１］乃至［１６］いずれかのＬＥＤモジュールを内包するグローブに接続されるとともに前記ＬＥＤモジュールと熱的に接続される放熱筐体と、前記放熱筐体に内包され交流を直流に変換する電源回路と、前記放熱筐体に接続され、外部からの電力が供給される口金を更に備えた照明装置。

【符号の説明】

【0107】

１…照明装置、２…グローブ、３…口金、４…放熱筐体（ヒートシンク）、５…ネジ、６…レンズ押え部材、１０…LEDモジュール、１１…基板、１２,１２ａ,１２ｂ,１２ｃ…蛍光体層、1３…ＬＥＤ光源、１４…軸対称透明部材、１４ｈ…中空部、１５…軸対称光散乱部材、１５ｅ…底面、１６…肉厚変化部分、１８…光出射面（発光面）、２０ａ,２０ｂ,２０ｃ…隔壁、２１,２２,２３…ＬＥＤチップ群、２４,２５,２６…ＬＥＤチップ、２７ａ,２７ｂ,２７ｃ,２７ｄ…電極、４０…外部電源、４２…点灯回路（コンバータ内蔵）、４２ａ,４２ｂ…端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】