專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED燈，特別是涉及一種發(fā)白色光的LED燈。
發(fā)光二極管元件(以下稱(chēng)作“LED元件”)是小型、高效并能發(fā)出色彩鮮艷的光的半導(dǎo)體元件，具有優(yōu)異的單色性峰值。當(dāng)使用LED元件來(lái)發(fā)射白色光時(shí)，需要將例如發(fā)紅色光的LED元件、發(fā)綠色光的LED元件以及發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件設(shè)置在相互靠近的位置上來(lái)進(jìn)行擴(kuò)散混色，但由于各LED元件具有優(yōu)異的單色性峰值，所以容易產(chǎn)生色斑。即，如果各LED元件所發(fā)射的光因?yàn)椴痪鶆蚨鴮?dǎo)致混色不能順利進(jìn)行，就會(huì)形成帶有色斑的白色光。為了解決這種色斑問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了通過(guò)組合發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件和黃色熒光體來(lái)發(fā)射白色光的技術(shù)(例如特開(kāi)平10—242513號(hào)公報(bào))。
該公報(bào)所公開(kāi)的技術(shù)是利用發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的發(fā)光和被該發(fā)光所激發(fā)而發(fā)黃色光的黃色熒光體的發(fā)光來(lái)獲得白色光。根據(jù)該技術(shù)，只用一種LED元件就能獲得白色光，所以能解決使多種LED元件相互靠近來(lái)獲得白色光時(shí)所產(chǎn)生的色斑問(wèn)題。
以往，主要是把LED元件作為顯示元件來(lái)廣泛應(yīng)用的，所以很少進(jìn)行把LED元件作為照明燈來(lái)應(yīng)用的研究開(kāi)發(fā)。當(dāng)把LED元件作為顯示元件來(lái)使用時(shí)，只要把LED元件發(fā)射的自發(fā)光所具有的光色特性作為問(wèn)題來(lái)考慮就可以了，但當(dāng)把其作為燈來(lái)應(yīng)用時(shí)，還需要把照射物體時(shí)的現(xiàn)色性也作為問(wèn)題來(lái)考慮。然而實(shí)際情況是已經(jīng)討論到其現(xiàn)色性的最佳化問(wèn)題的LED燈還沒(méi)有被開(kāi)發(fā)出來(lái)。
雖然所述公報(bào)所公開(kāi)的LED元件確實(shí)能發(fā)射白光，但當(dāng)把該LED元件作為燈來(lái)使用時(shí)，卻存在著以下問(wèn)題因?yàn)樗霈F(xiàn)有LED元件是利用發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的發(fā)光和黃色熒光體的發(fā)光來(lái)制作出白色系的發(fā)光顏色的，所以作為紅色成分的600nm以上波長(zhǎng)的光譜不足。如600nm以上光譜(紅色成分)不足，就會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題即，當(dāng)被應(yīng)用于照明和逆光照明時(shí)其紅色再現(xiàn)性降低。而且，因?yàn)榧t色成分不足，所以難以構(gòu)成相關(guān)色溫度較低的發(fā)白色光的LED元件。根據(jù)本發(fā)明者的調(diào)查結(jié)果，即使是在對(duì)紅色光譜成分要求較低的相關(guān)色溫度較高的光色下，現(xiàn)有發(fā)白色光LED的平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)Ra的值，由于其紅色再現(xiàn)性惡劣的影響而難以超過(guò)大約85。當(dāng)用表示紅色可見(jiàn)度的特殊現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)R9的值來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，就會(huì)如實(shí)地反映出其紅色再現(xiàn)性的惡劣程度，現(xiàn)有發(fā)白色光LED的R9只有大約為50的低值。
而且，本發(fā)明者還進(jìn)行了以下研討在所述公報(bào)所公開(kāi)的LED元件構(gòu)成的基礎(chǔ)上，增設(shè)紅色熒光體，用以補(bǔ)充600nm以上的光譜。但是，按照這種構(gòu)成，因?yàn)槭羌t色熒光體被發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的發(fā)光激發(fā)而發(fā)紅色光的，所以其能量轉(zhuǎn)換效率非常差。即，意味著用淺藍(lán)色光來(lái)制造紅色，其波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換太大，按照斯托克斯法則，其能量轉(zhuǎn)換效率非常低。因此LED燈的發(fā)光效率極低，所以使用紅色熒光體的構(gòu)成不具有實(shí)用性。
為解決以上所述各問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種色再現(xiàn)性?xún)?yōu)良并且發(fā)光效率較高的LED燈。
根據(jù)本發(fā)明的LED燈包括發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件、發(fā)紅色光的LED元件、以及被所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件激發(fā)而發(fā)光的熒光體；所述熒光體發(fā)射的光譜用于補(bǔ)充所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件發(fā)射的淺藍(lán)色波長(zhǎng)帶和所述發(fā)紅色光的LED元件發(fā)射的紅色波長(zhǎng)帶之間的波長(zhǎng)帶的發(fā)光強(qiáng)度。
所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是600nm以上。
所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是在450nm～470nm的范圍內(nèi)；所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是在610nm～630nm的范圍內(nèi)；并且，所述熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在520nm～560nm的范圍內(nèi)。
當(dāng)所述LED燈的相關(guān)色溫度是5000K以上，現(xiàn)色性評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)光源為合成日光時(shí)，所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是在450nm～460nm的范圍內(nèi)；所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是在600nm以上；并且，所述熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在520nm～560nm的范圍內(nèi)。
當(dāng)所述LED燈的相關(guān)色溫度不到5000K，現(xiàn)色性評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)光源為黑體放射時(shí)，所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是在615nm～650nm的范圍內(nèi)；并且，所述熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在545nm～560nm的范圍內(nèi)。
在某實(shí)施例中，所述LED燈還包括調(diào)節(jié)所述發(fā)紅色光的LED芯片的發(fā)光強(qiáng)度的發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件。
在某實(shí)施例中，所述發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件是可變電阻器。
所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是在455nm～465nm的范圍內(nèi)；所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是在620nm～630nm的范圍內(nèi)；并且，所述熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在540nm～550nm的范圍內(nèi)。
在某實(shí)施例中，所述熒光體是被所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件所激發(fā)而發(fā)黃色光的黃色發(fā)光熒光體。
在某實(shí)施例中，所述發(fā)黃色光的熒光體為YAG熒光體或具有Mn發(fā)光中心的熒光體。
在某實(shí)施例中，所述熒光體是被所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件所激發(fā)而發(fā)綠色光的綠色發(fā)光熒光體。
在某實(shí)施例中，所述發(fā)綠色光的熒光體為YAG熒光體、或者把從Tb、Ce、Eu以及Mn所形成的集團(tuán)中選出來(lái)的至少一個(gè)作為發(fā)光中心的混合熒光體。
在某實(shí)施例中，把所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件、所述發(fā)紅色光的LED元件、以及所述熒光體作為一體元件來(lái)構(gòu)成。
在某實(shí)施例中，把所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的發(fā)光部位和所述發(fā)紅色光的LED元件的發(fā)光部位設(shè)在一個(gè)芯片內(nèi)。
在某實(shí)施例中，所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件以及包含所述熒光體的LED元件、和所述發(fā)紅色光的LED元件被集中構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的燈組合件包括所述LED燈和向所述LED燈提供電力的電力供給器；最好還包括反射所述LED燈所發(fā)射的光的反射板。
根據(jù)本發(fā)明的LED燈，因?yàn)樵O(shè)有發(fā)紅色光的LED元件，所以能在不降低燈的發(fā)光效率的前提下導(dǎo)入現(xiàn)有LED元件發(fā)射的白光中不足的600nm以上的光譜。因此，能提供一種色再現(xiàn)性?xún)?yōu)良并且發(fā)光效率較高的能發(fā)白色光的LED燈。
而且，當(dāng)所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是在450nm～470nm的范圍內(nèi)，所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)最好是在610nm～630nm的范圍內(nèi)，并且，所述熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在520nm～560nm的范圍內(nèi)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)異再現(xiàn)性的LED燈。而且，當(dāng)還具有調(diào)節(jié)發(fā)紅色光的LED元件的發(fā)光強(qiáng)度的發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件時(shí)，能調(diào)節(jié)發(fā)紅色光的LED元件的發(fā)光強(qiáng)度，所以能夠提供光色可變的LED燈。
下面，簡(jiǎn)單說(shuō)明附圖。


圖1是模式化地表示有關(guān)實(shí)施例1的LED燈100構(gòu)成的圖。
圖2是用來(lái)模式化地說(shuō)明LED燈100的分光分布的曲線圖。
圖3是用來(lái)模式化地說(shuō)明LED燈100的分光分布的曲線圖。
圖4是表示LED燈100的分光分布一例的曲線圖。
圖5(a)～(d)是表示在改變LED燈100分光分布情況下的一個(gè)例子的曲線圖。
圖6是模式化地表示構(gòu)成光色可變LED燈的電路200的電路圖。
圖7是表示LED燈100色度的標(biāo)繪曲線圖。
圖8(a)是表示在3000K的情況下進(jìn)行最佳化的LED燈100分光分布的圖。圖8(b)是表示Ga的色域面積比的圖。圖8(c)是表示Ga4的色域面積比的圖。
圖9(a)是表示在5000K的情況下進(jìn)行最佳化的LED燈100分光分布的圖。圖9(b)是表示Ga的色域面積比的圖。圖9(c)是表示Ga4的色域面積比的曲線圖。
圖10(a)是表示在6700K的情況下進(jìn)行最佳化的LED燈100分光分布的圖。圖10(b)是表示Ga的色域面積比的圖。圖10(c)是表示Ga4的色域面積比的曲線圖。
圖11(a)～(c)是表示紅色LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)(nm)和Ra之間關(guān)系的圖表。
圖12(a)～(c)是表示紅色LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)(nm)和Ra之間關(guān)系的圖表。
圖13(a)～(c)是表示紅色LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)(nm)和Ra之間關(guān)系的圖表。
圖14(a)～(c)是用于說(shuō)明發(fā)紅色以及淺藍(lán)色光的1個(gè)LED裸芯片制作工序的工序剖面圖。
圖15(a)～(c)是模式化地表示實(shí)施例3的LED裸芯片剖面構(gòu)成的圖。
圖16(a)～(c)是模式化地表示實(shí)施例3的LED裸芯片剖面構(gòu)成的圖。
圖17(a)～(c)是模式化地表示實(shí)施例3的LED裸芯片剖面構(gòu)成的圖。
圖18(a)～(c)是模式化地表示實(shí)施例3的LED裸芯片剖面構(gòu)成的圖。
圖19是模式化地表示實(shí)施例4的LED燈500構(gòu)成的圖。
圖20是模式化地表示實(shí)施例4的LED燈600構(gòu)成的圖。
圖21是模式化地表示有關(guān)實(shí)施例5的燈組合件1000構(gòu)成的圖。下面對(duì)附圖符號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。
11—發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件(淺藍(lán)色發(fā)光二極管芯片)；11a—發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)元件(可變電阻)；12—發(fā)紅色光的LED元件(紅色發(fā)光二極管芯片)；12a—發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件(可變電阻)；13—熒光體(發(fā)黃色光的熒光體、發(fā)綠色光的熒光體)；14—引線架；15—焊接導(dǎo)線；16—透明樹(shù)脂部；17—臺(tái)座；21—發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的發(fā)光頻譜；22—發(fā)黃色光的熒光體的發(fā)光頻譜；23—發(fā)紅色光的LED元件的發(fā)光頻譜；30—黑體放射軌跡；41—淺藍(lán)色LED芯片的色度；42—發(fā)黃色光的熒光體的色度；43—根據(jù)淺藍(lán)色LED芯片和發(fā)黃色光的熒光體的白色發(fā)光色度；44—紅色LED芯片的色度；52、62—發(fā)白色光的LED元件；54、64—發(fā)紅色光的LED元件；100—LED燈；110—反射板；120—電力供給器；122—光色可變標(biāo)度盤(pán)；124—亮度可變標(biāo)度盤(pán)；130—燈頭；500—LED燈；600—LED燈；1000—燈組合件；下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。在下面的附圖中，為了使說(shuō)明更為簡(jiǎn)明，用同一參照符號(hào)來(lái)表示實(shí)質(zhì)上具有同—功能的構(gòu)成要素。
實(shí)施例1圖1是模式化地表示有關(guān)本實(shí)施例的LED燈100構(gòu)成的圖。LED燈100包括發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11、發(fā)紅色光的LED元件12、被發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11激發(fā)而發(fā)光的熒光體13。
發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11例如可以是GaN系的淺藍(lán)色LED芯片；而且，發(fā)紅色光的LED元件12例如可以是AlInGaP系、GaAsP系、或者GaAlAs系的紅色LED芯片。在本實(shí)施例中的GaN系的淺藍(lán)色LED芯片是具有GaN系材料的發(fā)光層的發(fā)淺藍(lán)色光的LED裸芯片；紅色LED芯片是具有AlInGaP系、GaAsP系、或者GaAlAs系材料的發(fā)光層的發(fā)紅色光的LED裸芯片。把由這樣的材料所構(gòu)成的發(fā)光層作為L(zhǎng)ED的發(fā)光部位。
熒光體13發(fā)射的光譜是補(bǔ)充發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件(淺藍(lán)色發(fā)光二極管芯片)11發(fā)射的淺藍(lán)色波長(zhǎng)帶和發(fā)紅色光的LED元件(紅色發(fā)光二極管芯片)12發(fā)射的紅色波長(zhǎng)帶之間的波長(zhǎng)帶發(fā)光強(qiáng)度的發(fā)光光譜。熒光體13例如是被發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11所激發(fā)而發(fā)射從綠色到黃色范圍內(nèi)任意一種顏色的光的熒光體；最好是發(fā)黃色光的熒光體或發(fā)綠色光的熒光體。并且，熒光體13發(fā)射的光并不僅限于熒光，也可以是磷光。
圖2是用來(lái)模式化地說(shuō)明LED燈100的分光分布(光譜分布)的圖，以波長(zhǎng)為橫軸，以發(fā)光強(qiáng)度為縱軸。如圖2所示，LED燈100的光譜分布包括發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11發(fā)射的淺藍(lán)色光譜(B)21；被發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11所激發(fā)而發(fā)射的、從熒光體13的綠色到橙色范圍內(nèi)任意一種顏色(如黃色)的光譜(G—Y)22；發(fā)紅色光的LED芯片12發(fā)射的紅色光譜(R)23。
如圖2所示，LED燈100的分光分布除光譜21以及22之外，還包含有紅色成分的光譜23，所以能發(fā)射白色光來(lái)補(bǔ)充現(xiàn)有LED元件發(fā)射的白光中所缺少的600nm以上波長(zhǎng)的光譜。紅色光譜23并不是被發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11所激發(fā)由熒光體發(fā)射的成分，而是由發(fā)紅色光的LED芯片12所發(fā)射的成分，所以不會(huì)降低燈的發(fā)光效率。即，當(dāng)用發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11所發(fā)射的光來(lái)生成紅色光譜時(shí)，因?yàn)閺臏\藍(lán)色向紅色的轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)比較大，所以按照斯托克斯法則，燈的發(fā)光效率會(huì)顯著下降。對(duì)此，在燈100中，由發(fā)紅色光的LED芯片12直接生成紅色光譜23，所以不會(huì)發(fā)生燈的發(fā)光效率下降問(wèn)題，就能發(fā)射出補(bǔ)充紅色成分的、顏色再現(xiàn)性良好的白色系光。
而且，當(dāng)從各LED芯片分別直接生成圖2所示的光譜21、22以及23時(shí)，因?yàn)楦鱈ED芯片具有單色性峰值，所以難以進(jìn)行擴(kuò)散混色，以使之發(fā)射均一的白色系光，故此而導(dǎo)致產(chǎn)生色斑。在本實(shí)施例的LED燈100中，為了補(bǔ)充位于發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11發(fā)射的淺藍(lán)色光譜21和發(fā)紅色光的LED芯片12發(fā)射的紅色光譜23之間的光譜的發(fā)光強(qiáng)度，使用被發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11所激發(fā)，由熒光體13發(fā)射的光譜22。因此，與從各LED芯片分別直接生成光譜21、22以及23的情況相比，容易進(jìn)行擴(kuò)散混色，其結(jié)果，就能發(fā)射出防止并抑制色斑的白色光。
發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11、熒光體13以及發(fā)紅色光的LED芯片12可以分別按照發(fā)射的光譜21、22以及23的發(fā)光峰值波長(zhǎng)來(lái)區(qū)分其各自的特征。發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11例如具有500nm以下的發(fā)光峰值波長(zhǎng)；發(fā)紅色光的LED芯片12例如具有600nm以上的發(fā)光峰值波長(zhǎng)。并且，也可以使用例如具有540nm以下的發(fā)光峰值波長(zhǎng)的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片。在本說(shuō)明書(shū)中，設(shè)定「發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片(淺藍(lán)色發(fā)光二極管元件)」中包含「藍(lán)綠色發(fā)光LED芯片(藍(lán)綠色發(fā)光二極管元件)」。當(dāng)使用藍(lán)綠色發(fā)光LED芯片時(shí)，其構(gòu)成也可以使用被藍(lán)綠色發(fā)光LED芯片所激發(fā)而發(fā)光的熒光體。
熒光體13在發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11發(fā)射的發(fā)光峰值波長(zhǎng)和發(fā)紅色光的LED芯片12發(fā)射的發(fā)光峰值波長(zhǎng)之間具有熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)。當(dāng)熒光體13為發(fā)黃色光的熒光體時(shí)，熒光體13在例如540nm～590nm之間，最好是在550nm～590nm之間具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)。并且，當(dāng)熒光體13為發(fā)綠色光的熒光體時(shí)，熒光體13在例如480nm～560nm之間，最好是在500nm～560nm之間具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)。
如圖3所示，如光譜22較寬，則光譜21(B)和23(R)之間也可以不存在明確的發(fā)光峰值。當(dāng)熒光體13不存在明確的發(fā)光峰值時(shí)，也可以在光譜21(B)和23(R)之間的區(qū)域設(shè)定一個(gè)假設(shè)的發(fā)光峰值，作為給熒光體13的光譜的附加特征。此時(shí)，可以把假設(shè)的發(fā)光峰值設(shè)定在例如光譜21(B)以及23(R)各自的發(fā)光峰值波長(zhǎng)之間(例如中間點(diǎn))。
再次參照?qǐng)D1。如圖1所示的發(fā)白色光的LED燈100是把發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11、發(fā)紅色光的LED芯片12以及熒光體13作為一個(gè)整體元件來(lái)構(gòu)成的。如果具體地說(shuō)，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11和發(fā)紅色光的LED芯片12都被設(shè)置在作為引線架14的一部分來(lái)形成的例如盤(pán)形(或杯形)的臺(tái)座17上。在臺(tái)座17上形成熒光體13，使之覆蓋發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11和發(fā)紅色光的LED芯片12。并且，因?yàn)榭梢允蛊錁?gòu)成為讓熒光體13利用發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11來(lái)發(fā)光，所以熒光體13的構(gòu)成也可以覆蓋發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12的一部分，也可以不覆蓋兩者。
發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的設(shè)置，要使其下端(下部端子)與臺(tái)座17相接觸，與引線14a電連接，而使其上端(上部端子)通過(guò)焊接導(dǎo)線15與引線14b電連接。另一方面，發(fā)紅色光的LED芯片12的設(shè)置，也要使其下端與臺(tái)座17相接觸，與引線14a電連接，要使其上端通過(guò)焊接導(dǎo)線15與引線14c電連接。
在本實(shí)施例中，表示了在LED裸芯片的上下端設(shè)置作為L(zhǎng)ED電極的正極和負(fù)極的例子，但并不局限于此，其構(gòu)成也可以是把正極和負(fù)極都設(shè)在LED裸芯片的一個(gè)面上。LED裸芯片能用公知的方法來(lái)制作，能通過(guò)在基片上使LED的發(fā)光層成長(zhǎng)的方法來(lái)獲得LED裸芯片。而且，在本實(shí)施例中，是使用導(dǎo)線焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)電連接的，但并不局限于此，也可以對(duì)LED芯片實(shí)施滑動(dòng)芯片實(shí)裝。此時(shí)，就能在其構(gòu)成中不使用焊接導(dǎo)線15。
引線架14與無(wú)圖示的外部電路(如亮燈電路)電連接，如把電力提供給引線架14，使發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12工作，則從燈100中發(fā)射出補(bǔ)充紅色成分的白色光。而且，通過(guò)調(diào)節(jié)提供給引線架14的電力大小，就能控制燈100亮度。
用炮彈形的透明樹(shù)脂部16來(lái)密封設(shè)有發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12的臺(tái)座17、焊接導(dǎo)線15以及引線架14的一部分，透明樹(shù)脂部16例如由環(huán)氧樹(shù)脂和硅酮樹(shù)脂構(gòu)成。并且，透明樹(shù)脂部16的形狀并不局限于炮彈形，例如也可以設(shè)為SMD的芯片型(長(zhǎng)方體型等)那樣的形狀。
在如圖1所示的一體元件型(單元件型)LED燈100中，對(duì)發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12使用共同的引線14a，并把發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12設(shè)置到共同的臺(tái)座17上，所以能熱結(jié)合發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12。如使兩者(11或12)熱結(jié)合，則能在近乎同一溫度下使用，所以能簡(jiǎn)化對(duì)元件溫度特性的控制。即，當(dāng)不使用共同的引線14a，而使用4條引線，把發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12分別設(shè)置到不同的臺(tái)座上使其工作時(shí)，作為半導(dǎo)體元件的LED芯片11以及12在其工作中有溫度依存性，所以需要分別對(duì)發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12實(shí)施元件溫度特性控制，而通過(guò)在共同的臺(tái)座17上對(duì)發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12進(jìn)行熱結(jié)合，就能簡(jiǎn)單地實(shí)施工作溫度補(bǔ)償。而且，圖1所示的構(gòu)成與使用4條引線的構(gòu)成相比能減少引線(引出線)的數(shù)量，所以還能降低燈的制造成本。
并且，引線架14的引線的數(shù)并不局限于把其中1條作為共同引線14a的3條，當(dāng)然也可以使用沒(méi)有共同引線14a的4條引線來(lái)構(gòu)成引線架14。而且，如果使發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12各自的順電流方向?yàn)橥环较?，并將兩者以串?lián)方式電連接，則也可以把引線數(shù)減少到2條這一最小數(shù)量。
而且，因?yàn)長(zhǎng)ED燈100為一體元件型，所以能把燈的尺寸設(shè)定得比較小。而且，因?yàn)槭前寻l(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12載置到共同的臺(tái)座17上，并在其上形成熒光體13的，所以，熒光體13能使發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)射光散射擴(kuò)散。因此，能更有效地減少混光照明時(shí)的混色光斑。即，雖然在使發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)射光混合時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生某種程度的混色光斑，但在LED燈100中，各LED芯片的發(fā)射光在通過(guò)熒光體13時(shí)發(fā)生散射擴(kuò)散，進(jìn)行混色，所以形成混色光斑較少的白色光。而且，如以減少混色光斑為目的，使透明樹(shù)脂部16的表面有凹凸，就能使發(fā)射光進(jìn)一步散射擴(kuò)散。
圖4是表示LED燈100的實(shí)際光譜分布一例的圖。從圖4可知，LED燈100的光譜分布除發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11發(fā)射的光譜21(發(fā)光峰值波長(zhǎng)460nm、峰值發(fā)光強(qiáng)度約40)以及發(fā)黃色光的熒光體13發(fā)射的光譜22(發(fā)光峰值波長(zhǎng)570nm、峰值發(fā)光強(qiáng)度約20)之外，還包含有發(fā)紅色光的LED芯片12發(fā)射的光譜23(發(fā)光峰值波長(zhǎng)610nm、峰值發(fā)光強(qiáng)度約100)。因此，如使用LED燈100就能補(bǔ)充采用現(xiàn)有技術(shù)的LED元件來(lái)激起熒光體時(shí)所缺少的光譜功率。
而且，因?yàn)槭抢冒l(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)射光來(lái)補(bǔ)充該紅色光的光譜功率，與使用紅色發(fā)光熒光體來(lái)代替補(bǔ)充同樣的紅色光的光譜功率的情況相比，能提高具有較高發(fā)光效率的LED燈。發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)可以如以上所述那樣設(shè)為580nm以上，但如果發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)達(dá)到600nm以上，就會(huì)由于對(duì)視覺(jué)細(xì)胞L錐體(對(duì)相當(dāng)于紅色的刺激進(jìn)行反應(yīng)的視覺(jué)細(xì)胞)的刺激純度提高而使顯示顏色鮮艷度的色再現(xiàn)方面的特性(顏色再現(xiàn)性)變得特別優(yōu)異。因此，最好是把發(fā)光峰值波長(zhǎng)設(shè)定到600nm以上。
而且，現(xiàn)在的實(shí)際情況是以高效率來(lái)發(fā)射超過(guò)600nm光譜的LED元件用熒光體(紅色發(fā)光熒光體)并不存在，利用比較便宜的發(fā)紅色光的LED芯片12(GaAsP系或GaAlAs系的紅色LED芯片)來(lái)補(bǔ)充紅色成分比較有利。當(dāng)然，也可以使用雖然比較貴但具有更高發(fā)光效率的AlInGaP系的LED芯片。而且，與熒光體的光譜不同，發(fā)紅色光的LED芯片12的光譜較窄，所以能很方便地只導(dǎo)入在現(xiàn)有構(gòu)成中所缺少的紅色成分。
在本實(shí)施例的LED燈100中，是利用發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光來(lái)提供紅色光譜功率的，所以能用電來(lái)控制紅色光譜功率。因此，能簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)紅色光譜的的強(qiáng)度，其結(jié)果，利用簡(jiǎn)便的構(gòu)成就能提供色溫度可變的光源。即，發(fā)黃色光的熒光體13的發(fā)光強(qiáng)度基本上與作為其激發(fā)源的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光強(qiáng)度相關(guān)，所以通過(guò)設(shè)定發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光強(qiáng)度，就能獲得任意的光色。
圖5(a)～圖5(d)是表示用于說(shuō)明光色可變的LED燈100的分光分布變化的圖。從圖5(a)到圖5(d)，紅色發(fā)光光譜23的強(qiáng)度越來(lái)越高。隨著紅色發(fā)光光譜23的強(qiáng)度的增高，LED燈100的相關(guān)色溫度降低。即，通過(guò)調(diào)節(jié)紅色發(fā)光光譜23的強(qiáng)度，就能任意改變LED燈100的光色。因此，能夠獲得具有例如日光色、晝白色、白色、溫白色、電燈泡色等各種相關(guān)色溫度的光色。
通過(guò)使本實(shí)施例的LED燈100具有如圖6所示那樣的電路構(gòu)成，就能實(shí)現(xiàn)光色可變的LED燈。如圖6所示的電路200包括發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11、調(diào)節(jié)發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光強(qiáng)度的發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件(發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)器)11a、發(fā)紅色光的LED芯片12、以及調(diào)節(jié)發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光強(qiáng)度的發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件(發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)器)12a。在圖6所示的構(gòu)成中，使用可變電阻作為發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件。根據(jù)該構(gòu)成能調(diào)節(jié)發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光強(qiáng)度比，所以能發(fā)出任意的光色。而且，還能簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)燈的亮度。
并且，通過(guò)改變發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光強(qiáng)度比就能改變發(fā)光顏色的相關(guān)色溫度，所以即使在連接發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件11a中使用固定電阻，而僅僅在連接發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件12a中使用可變電阻，也能實(shí)現(xiàn)光色可變LED燈。作為發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件，并不局限于可變電阻，還可以使用轉(zhuǎn)換固定電阻的部件、使用階梯電阻的部件、利用頻率進(jìn)行控制的部件、根據(jù)時(shí)間分頻亮燈的部件、改變作為負(fù)載的LED元件連接個(gè)數(shù)的部件、或者轉(zhuǎn)換連接線方法的部件等。并且，因?yàn)橹灰淖儼l(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11以及發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光強(qiáng)度比就能實(shí)現(xiàn)光色可變LED燈，所以其構(gòu)成也可以是固定發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光強(qiáng)度，而只改變發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光強(qiáng)度。
圖7是表示本實(shí)施例LED燈100的色度的圖。參照?qǐng)D7來(lái)說(shuō)明當(dāng)把發(fā)黃色光的熒光體作為熒光體13來(lái)使用時(shí)，本實(shí)施例LED燈100的光色可變范圍。發(fā)黃色光的熒光體13例如為YAG熒光體或具有Mn發(fā)光中心的熒光體。如以上所述，當(dāng)把YAG熒光體作為熒光體13來(lái)使用時(shí)，從提高發(fā)光效率的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，最好是使下式中的a少一些而b多一些，這樣就可以形成綠色較強(qiáng)的熒光體。
YAG＝(Y1－a，Gda)3(Al1－b，Gab)5O12Ce圖7中的區(qū)域41是發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的色度，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11在從440nm到480nm附近的范圍內(nèi)具有發(fā)光峰值。曲線42是發(fā)黃色光的熒光體(YAG熒光體)13的色度。YAG熒光體13的組成中，a越少而b越多則在圖7中的色度坐標(biāo)上Y越大而X越小。YAG熒光體13在從440nm到480nm附近的范圍內(nèi)具有激發(fā)頻譜峰值，所以能被在區(qū)域41具有發(fā)光光色范圍的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11高效激發(fā)。
被區(qū)域41和曲線42所包圍的范圍45的色度構(gòu)成利用發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11和發(fā)黃色光的熒光體(YAG熒光體)13能夠?qū)崿F(xiàn)的理論性色度范圍。但是，即使是在范圍45之內(nèi)，發(fā)光光色越接近曲線42，作為激發(fā)源的淺藍(lán)色光的LED芯片11自身的輸出越減少，所以，實(shí)際上，如果要從LED燈獲得高效率的發(fā)光，則最好把色溫度可變范圍設(shè)定在位于范圍45內(nèi)的區(qū)域41和曲線42中間的色度范圍內(nèi)。與這種范圍內(nèi)的白色光色度混色的發(fā)紅色光的LED芯片12的色度范圍44，從現(xiàn)色的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)在600nm附近。因此，在較寬的相關(guān)色溫度范圍內(nèi)，為使被混光的光不從黑體放射軌跡30離開(kāi)，根據(jù)淺藍(lán)色光的LED芯片11和發(fā)黃色光的熒光體13的白色光的色度最好是位于黑體放射軌跡30上方的、具有較高相關(guān)色溫度的范圍43之內(nèi)。
其結(jié)果是能在由范圍43內(nèi)的白色光色度和范圍44內(nèi)的發(fā)紅色光的LED芯片12的色度所包圍的色度范圍(即，圖中的線31和線32之間的區(qū)域)內(nèi)實(shí)現(xiàn)能改變相關(guān)色溫度的LED燈。換言之，就能獲得按照J(rèn)IS和CIE(國(guó)際照明委員會(huì))所規(guī)定的熒光燈的光源顏色的色度范圍的發(fā)光顏色(JIS；日光色、晝白色、白色、溫白色、電燈泡色。CIE；日光、冷白色、白色、暖白色)，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)能在所連結(jié)的這些發(fā)光顏色色度范圍的區(qū)域色度內(nèi)改變其光色的光色可變LED燈。圖中的線33表示改變本實(shí)施例的LED燈100色度的例子。即，表示能以更接近黑體放射軌跡30的狀態(tài)來(lái)大幅度地改變相關(guān)色溫度的例子。
在圖7所示的例子中，如將發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)設(shè)定為630nm以下，則該光色變化的軌跡沿著黑體放射的軌跡，所以能在較寬的相關(guān)色溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)黑體放射軌跡30附近的光色可變。其結(jié)果是能提高平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)。
并且，如果不以能在較寬范圍內(nèi)改變相關(guān)色溫度為目的，而是以作為較低色溫度光源來(lái)使用，則在由發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11和發(fā)黃色光的熒光體13所決定的范圍43內(nèi)的白色光色度和發(fā)紅色光的LED芯片44的色度包圍的范圍，并不限定在線31和線32之間的區(qū)域內(nèi)，可以在范圍45內(nèi)適當(dāng)決定。
在所述實(shí)施例中，就使用黃色發(fā)光熒光體作為熒光體13的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但取代黃色發(fā)光熒光體，也可以使用由發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11所激發(fā)而發(fā)綠色光的綠色發(fā)光熒光體。綠色發(fā)光熒光體具有例如從480nm到560nm的發(fā)光峰值波長(zhǎng)，作為綠色發(fā)光熒光體，例如可以使用YAG熒光體、或把Tb、Ce、Eu以及Mn內(nèi)的至少一個(gè)作為發(fā)光中心的混合熒光體。并且，為了改善作為照明光的現(xiàn)色性，也可以使用多種發(fā)光峰值波長(zhǎng)不同的熒光體。因?yàn)槟壳吧胁淮嬖谠谝暩行首罡叩?55nm附近高效發(fā)光的LED元件，所以利用熒光體發(fā)光來(lái)彌補(bǔ)其附近的發(fā)光具有較大的意義。而且，在所述實(shí)施例中，表示了使用無(wú)機(jī)熒光體的情況，但也可以使用具有同樣發(fā)光峰值的有機(jī)熒光體來(lái)取代無(wú)機(jī)熒光體。伴隨著有機(jī)EL的發(fā)展，近年來(lái)研究開(kāi)發(fā)了適宜實(shí)用的有機(jī)熒光體，所以正在進(jìn)入不僅可以使用無(wú)機(jī)熒光體，而且也可以使用有機(jī)熒光體的階段。
與黃色發(fā)光熒光體一樣，綠色發(fā)光熒光體的發(fā)光強(qiáng)度也基本上與作為該激發(fā)源的淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光強(qiáng)度相關(guān)，所以只要設(shè)定發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光強(qiáng)度，就能獲得任意的光色。因此，即使在使用綠色發(fā)光熒光體的情況下，也能實(shí)現(xiàn)具有簡(jiǎn)便構(gòu)成的光色可變LED照明光源。
時(shí)至今日，在人的相對(duì)可見(jiàn)度最高的555nm附近的帶域上具有發(fā)光頻譜的達(dá)到在工業(yè)上能實(shí)際應(yīng)用水平的高效率的發(fā)綠色光的LED元件，實(shí)際上還不存在，所以利用熒光體的發(fā)光來(lái)高效率實(shí)現(xiàn)在該帶域上的發(fā)光，具有很大的意義。
而且，當(dāng)使用綠色發(fā)光熒光體來(lái)構(gòu)成時(shí)，能把發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11、發(fā)綠色光的熒光體13、以及發(fā)紅色光的LED芯片12的各發(fā)光頻譜集中到R·G·B的比較窄的帶域范圍內(nèi)。因此，能構(gòu)成如3波長(zhǎng)帶域發(fā)光型光源那樣表示色域面積比較大的具有鮮艷的色再現(xiàn)特性的光源。即，根據(jù)該構(gòu)成，即使在用于逆光燈的情況下，也能進(jìn)行高亮度的、并且色再現(xiàn)的色域面積較廣的顯示。即使在本構(gòu)成中，如使發(fā)紅色光的LED的發(fā)光峰值波長(zhǎng)為600nm以上，則與發(fā)黃色光的熒光體情況一樣，因?yàn)槟芴岣邔?duì)紅色的刺激純度，所以能獲得更優(yōu)良的色再現(xiàn)性。
并且，當(dāng)使用綠色發(fā)光熒光體來(lái)構(gòu)成時(shí)，從照明光的現(xiàn)色性的角度考慮，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的峰值波長(zhǎng)最好是在440nm—470nm的范圍內(nèi)；發(fā)綠色光的熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在520nm～560nm的范圍內(nèi)；而且，發(fā)紅色光的LED芯片12的峰值波長(zhǎng)最好是在600nm～650nm的范圍內(nèi)。而且，從作為逆光燈的色再現(xiàn)色性的角度考慮，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的峰值波長(zhǎng)最好是在440nm以下；發(fā)綠色光的熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在510nm～550nm的范圍內(nèi)；而且，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)應(yīng)在610nm以上，最好是在630nm以上。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，就發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11、發(fā)紅色光的LED芯片12以及熒光體13的理想組合來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)所述實(shí)施例1的LED燈100，如以上所述，由于能利用發(fā)紅色光的LED芯片12導(dǎo)入現(xiàn)有LED元件發(fā)射的白光中不足的紅色光譜，因此，能提供一種色再現(xiàn)性?xún)?yōu)良的LED燈。在評(píng)價(jià)該LED燈的色再現(xiàn)性方面存在的問(wèn)題是色再現(xiàn)性的評(píng)價(jià)方法。下面，就此問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。
在實(shí)施例1的LED燈100中，導(dǎo)入了以往不足的紅色光譜，所以不難理解，表示紅色可見(jiàn)度的特殊現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)R9以及平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)Ra與現(xiàn)有的白色LED燈相比有所提高。但是，LED燈的色再現(xiàn)性?xún)H用根據(jù)這些評(píng)價(jià)指數(shù)的評(píng)價(jià)方法來(lái)判斷是不適當(dāng)?shù)摹＜?，與以往作為照明用光源使用的熒光燈、電燈泡、以及HID光源的發(fā)光相比，LED的發(fā)光具有其色彩看上去非常鮮艷的特點(diǎn)，但是，只用以往的平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)和特殊現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不能充分反映把LED作為光源時(shí)的現(xiàn)色性特征。LED的發(fā)光色彩看上去非常鮮艷是將LED用于照明時(shí)的特征性現(xiàn)象，并且，起因于在半值寬的較窄的窄帶域內(nèi)具有沒(méi)有副發(fā)光波長(zhǎng)的高色純度的分光分布這一LED的特征。
實(shí)施例1的LED燈100在可視發(fā)光帶域中的短波長(zhǎng)一側(cè)的淺藍(lán)色和長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的紅色上具有在LED半值寬的較窄帶域內(nèi)的發(fā)光(參照?qǐng)D4)。因此，與熒光燈等光源相比，能夠使發(fā)光色彩看上去非常鮮艷。本發(fā)明者經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、探討，成功地導(dǎo)出了適合于LED燈100的分光分布。下面，首先說(shuō)明本發(fā)明者所進(jìn)行的有關(guān)LED燈100色再現(xiàn)性的最佳化方法，而后，說(shuō)明表示LED燈100優(yōu)異色再現(xiàn)性的理想分光分布例。
首先，說(shuō)明根據(jù)以往現(xiàn)色性評(píng)價(jià)數(shù)的評(píng)價(jià)問(wèn)題。以往的現(xiàn)色性評(píng)價(jià)數(shù)，是當(dāng)把具有與要評(píng)價(jià)的光源同等的相關(guān)色溫度的合成日光和黑體放射等基準(zhǔn)光源的各種現(xiàn)色評(píng)價(jià)比色圖表的色再現(xiàn)設(shè)為100時(shí)，評(píng)價(jià)所要評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)光源的各種現(xiàn)色評(píng)價(jià)比色圖表的色再現(xiàn)究竟與該基準(zhǔn)光源的色再現(xiàn)偏離了多少，并將其指標(biāo)化。因此，當(dāng)評(píng)價(jià)光源的現(xiàn)色與基準(zhǔn)光源的現(xiàn)色一致時(shí)，評(píng)價(jià)最高。當(dāng)評(píng)價(jià)比色圖表不如基準(zhǔn)光源的現(xiàn)色鮮艷，看上去結(jié)果不理想時(shí)，當(dāng)然現(xiàn)色評(píng)價(jià)就低了，但反之如果評(píng)價(jià)比色圖表比基準(zhǔn)光源的現(xiàn)色鮮艷，看上去結(jié)果比較理想時(shí)，評(píng)價(jià)也很低。即存在著以下問(wèn)題在顏色看上去很鮮艷、很醒目的情況下，現(xiàn)色評(píng)價(jià)卻很低。
在當(dāng)今的日常生活中，人們經(jīng)常接觸的不僅是木、石等中等色度的自然物，還有數(shù)不盡的帶有如鮮艷的藍(lán)色和黃色那樣的人工著色的工業(yè)制品。因此，當(dāng)評(píng)價(jià)比色圖表比基準(zhǔn)光源的現(xiàn)色看上去更鮮艷時(shí)，給其光源以低評(píng)價(jià)不一定能說(shuō)是恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。為此，本發(fā)明者為了發(fā)揮LED光源的特征，對(duì)LED燈進(jìn)行了最佳化的分光分布。下面，對(duì)該最佳化的方法進(jìn)行說(shuō)明。
光源的現(xiàn)色性評(píng)價(jià)方法具有國(guó)際調(diào)整性，在日本，則是在JIS Z8726中被公開(kāi)。其中，雖然并非國(guó)際規(guī)格所規(guī)定，但把利用色域面積比的方法作為“利用現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)之外的現(xiàn)色性評(píng)價(jià)方法”作為被一般認(rèn)可的方法進(jìn)行了公開(kāi)。該方法是利用由平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)計(jì)算用的試驗(yàn)色(R1～R8)構(gòu)成的色域面積比來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。更具體地說(shuō)，該評(píng)價(jià)方法是使用用來(lái)計(jì)算平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)的R1～R8的色度坐標(biāo)，求出連結(jié)由基準(zhǔn)光源現(xiàn)色的色度坐標(biāo)上的8點(diǎn)時(shí)的色度坐標(biāo)上的面積，和連結(jié)由評(píng)價(jià)光源現(xiàn)色的色度坐標(biāo)上的8點(diǎn)時(shí)的色度坐標(biāo)上的面積比，以此作為色域面積比Ga。
根據(jù)該評(píng)價(jià)方法，當(dāng)Ga小于100時(shí)，因?yàn)轭伾纳葴p少了，所以有看上去不鮮艷的傾向性，另外，當(dāng)Ga大于100時(shí)，因?yàn)轭伾纳仍黾恿耍杂锌瓷先ヵr艷的傾向性。這樣，如果不用根據(jù)與基準(zhǔn)光源的色再現(xiàn)性的偏差來(lái)評(píng)價(jià)，而用色域面積比來(lái)評(píng)價(jià)，則在看上去鮮艷時(shí)，即使Ra較低也仍能得到表示有看上去鮮艷的傾向的評(píng)價(jià)。似乎可以認(rèn)為，該評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)作為L(zhǎng)ED特征的鮮艷現(xiàn)色性方面，是有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)。但當(dāng)僅使用該指標(biāo)時(shí)，雖然如提高Ga就會(huì)評(píng)價(jià)良好，但對(duì)同樣的評(píng)價(jià)試驗(yàn)色進(jìn)行了評(píng)價(jià)的Ra較低，與根據(jù)與基準(zhǔn)光源的色再現(xiàn)性的偏差來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)的不協(xié)調(diào)感很強(qiáng)。即，當(dāng)僅使用Ga的指標(biāo)時(shí)，就失去了與Ra的指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)性。
因此，作為新的評(píng)價(jià)指標(biāo)，本發(fā)明者導(dǎo)入了使用作為有關(guān)色彩鮮艷的紅、黃、綠、藍(lán)的特殊現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)的R9～R12的色域面積比。根據(jù)該評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法是利用公開(kāi)使用所述R1～R8評(píng)價(jià)試驗(yàn)色的Ga的JISZ8726所披露的計(jì)算方法，使用R9～R12來(lái)代替R1～R8評(píng)價(jià)試驗(yàn)色，求出色域面積比。以下，將根據(jù)特殊現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)R9～R12的色域面積比稱(chēng)作Ga4。
R1～R8原本是為了評(píng)價(jià)自然物看上去的微妙差異而選出的具有中等色度的試驗(yàn)色。與此相對(duì)，R9—R12原本是為了評(píng)價(jià)色彩鮮艷物的外部顏色而選出的評(píng)價(jià)比色圖表。因此，通過(guò)使用Ga4，抽出認(rèn)為鮮艷的物體，檢查一下看上去是否鮮艷，就能正確地進(jìn)行評(píng)價(jià)。即，由于中等色度的微妙差異，對(duì)于要求正確判斷其顏色的物體外觀，對(duì)Ga和Ra的值接近100的自然物顏色進(jìn)行忠實(shí)的再現(xiàn)，并且，對(duì)希望進(jìn)行鮮艷色再現(xiàn)的物體外觀，實(shí)施Ga上升那種色彩鮮艷的色再現(xiàn)，就能使色再現(xiàn)達(dá)到最佳化。如果進(jìn)行這種最佳化，就能使色彩的對(duì)比度提高，有利于增強(qiáng)與減弱，從而能進(jìn)行更自然的色再現(xiàn)。
本發(fā)明者對(duì)所述實(shí)施例1的LED燈100實(shí)施最佳化處理，取得如下效果。
(1)如果發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是600nm以上，就能提高平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)Ra。而且，如果設(shè)定在610nm—630nm的范圍內(nèi)，則能一面提高Ra一面提高Ga4，并且，能提高Ga4使其高于Ga。即如果是在該范圍內(nèi)，就能對(duì)要求微妙且精密色再現(xiàn)的中等色度的顏色，進(jìn)行忠實(shí)的色再現(xiàn)，而對(duì)高色度的顏色則能進(jìn)行色彩鮮艷的色再現(xiàn)。
如果發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是470nm以下，就能提高Ra。而且，如果設(shè)定在450nm～470nm的范圍內(nèi)，則能一面提高Ra一面提高Ga4，并且，能提高Ga4使其高于Ga。
與這種LED芯片組合的熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在520nm～560nm的范圍內(nèi)。如果設(shè)定在545nm～560nm的范圍內(nèi)，則往往能提高Ra，就會(huì)更好。
(2)在LED燈100的相關(guān)色溫度是5000K以上，現(xiàn)色性評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)光源為合成日光的情況下，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在450nm～460nm的范圍內(nèi)，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在600nm以上，并且，熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在520nm～560nm的范圍內(nèi)。
(3)在LED燈100的相關(guān)色溫度是5000K未滿(mǎn)，現(xiàn)色性評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)光源為黑體放射的情況下，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在615nm～650nm的范圍內(nèi)，并且，熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在545nm～560nm的范圍內(nèi)。
(4)當(dāng)能使LED燈100的相關(guān)色溫度從低到高進(jìn)行變化的情況下，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在455nm～465nm的范圍內(nèi)，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在620nm～630nm的范圍內(nèi)，并且，熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在540nm～550nm的范圍內(nèi)。
用圖8～圖10以及表1～表3來(lái)表示實(shí)施了色再現(xiàn)的最佳化的LED燈100的例子。
圖8(a)作為相關(guān)色溫度較低的代表，表示在3000K的情況下進(jìn)行最佳化的LED燈100分光分布的一個(gè)例子。3000K是在常用照明光源中的接近相關(guān)色溫度下限的水平。3000K時(shí)，在計(jì)算Ra時(shí)，進(jìn)行比較的基準(zhǔn)光源是黑體放射。在該例中的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是460nm，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是625nm，并且，熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是545nm。
圖8(b)是表示有關(guān)具有圖8(a)所表示的分光分布的LED燈100的根據(jù)Ga的色域面積比的圖。而且，圖8(c)是表示根據(jù)Ga4的色域面積比的圖。在以下所述表1中，在以上所述條件的基礎(chǔ)上，再結(jié)合有關(guān)圖8(a)的LED燈100的光色色度值(x，y)、Duv、現(xiàn)色性(Ra、R1～R15)、色域面積比來(lái)進(jìn)行表示。
下面說(shuō)明表1。
與圖8(a)相同，圖9(a)作為相關(guān)色溫度中等的代表，是表示在5000K的情況下進(jìn)行最佳化的LED燈100的分光分布的一例。5000K是在計(jì)算Ra時(shí)，把進(jìn)行比較的基準(zhǔn)光源從黑體放射轉(zhuǎn)換為合成日光的關(guān)鍵。在該例中的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是460nm，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是640nm，并且，熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是545nm。圖9(b)以及圖9(c)分別是表示Ga以及Ga4的色域面積比的圖。與表1相同，在以下所述表2中，在以上所述條件的基礎(chǔ)上，再結(jié)合有關(guān)圖9的LED燈100的光色色度值(x，y)、Duv、現(xiàn)色性(Ra、R1～R15)、色域面積比來(lái)進(jìn)行表示。
下面說(shuō)明表2。
而且，圖10(a)是表示在6700K的情況下進(jìn)行最佳化的LED燈100分光分布的一例。6700K是在常用照明光源中的接近相關(guān)色溫度上限的水平。6700K時(shí)，在計(jì)算Ra時(shí)，進(jìn)行比較的基準(zhǔn)光源是合成日光。在該例中的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是460nm，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是640nm，并且，熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是545nm。圖10(b)以及圖10(c)分別是表示Ga以及Ga4的色域面積比的圖。與表1相同，在以下所述表3中，在以上所述條件的基礎(chǔ)上，再結(jié)合有關(guān)圖10的LED燈100的光色色度值(x，y)、Duv、現(xiàn)色性(Ra、R1～R15)、色域面積比來(lái)進(jìn)行表示。
下面說(shuō)明表3。
關(guān)于發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11、發(fā)紅色光的LED芯片12、以及熒光體13的組合，將本發(fā)明者在最佳化時(shí)所探討的類(lèi)型代表例表示在圖11～圖13中。在圖中的縱軸上取LED燈100的Ra，在橫軸上取發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)(nm)。LED燈100的Ra根據(jù)實(shí)測(cè)值或模擬試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)獲得。對(duì)圖中各要點(diǎn)(圓標(biāo)記、三角標(biāo)記、四角標(biāo)記)實(shí)施圖8(a)～(c)以及表1那樣的探討。
圖11(a)～(c)分別表示相關(guān)色溫度為3000K、5000K、6700K時(shí)的例子。把發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)固定在450nm，使熒光體13的發(fā)光峰值從520nm的綠色變化到560nm的黃色(560nm(圓標(biāo)記)、545nm(三角標(biāo)記)、520nm(四角標(biāo)記))。使發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)(nm)從595nm變化到670nm的。
同樣，圖12(a)～(c)分別表示相關(guān)色溫度為3000K、5000K、6700K時(shí)的例子，把發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)固定在460nm。另外，圖13(a)～(c)分別表示相關(guān)色溫度為3000K、5000K、6700K時(shí)的例子，把發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)固定在470nm。
根據(jù)圖8～圖13以及表1～3的結(jié)果，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明所述本發(fā)明者的觀點(diǎn)。
在JIS中，把高現(xiàn)色性的3波長(zhǎng)域發(fā)光型熒光燈規(guī)定為Ra80以上。以Ra80以上的高現(xiàn)色性為目標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)LED燈100時(shí)，如果綜合所述結(jié)果。則提高平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)的范圍是把發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值設(shè)定為600nm以上的范圍。如果設(shè)定這種范圍，就能實(shí)現(xiàn)Ra80以上的LED燈100。特別是平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)較高的點(diǎn)或者看上去平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)有飽和傾向的理想范圍是紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值為610nm～630nm。當(dāng)設(shè)定這種范圍時(shí)，就能對(duì)要求微妙且精密色再現(xiàn)的中等色度的顏色進(jìn)行忠實(shí)的色再現(xiàn)，而且，因?yàn)樵诳梢暟l(fā)光帶域的短波長(zhǎng)一側(cè)和長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)兩方具有半值寬較窄且色純度較高的LED光譜，所以，能對(duì)高色度的顏色進(jìn)行色彩鮮艷的色再現(xiàn)。即能夠?qū)崿F(xiàn)除了Ra的高度之外，還具有色度對(duì)比度的、即具有顏色變化層次的理想視環(huán)境。
提高平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)的范圍是把發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)設(shè)定在470nm以下的范圍。當(dāng)發(fā)光峰值波長(zhǎng)比470nm長(zhǎng)時(shí)，相關(guān)色溫度高的LED燈100的實(shí)現(xiàn)特別困難，并且，根據(jù)試驗(yàn)的確認(rèn)，Ra超過(guò)80很困難。并且，當(dāng)發(fā)光峰值波長(zhǎng)比470nm長(zhǎng)時(shí)，即使要實(shí)現(xiàn)相關(guān)色溫度較低的LED燈100，也會(huì)因?yàn)槟芴岣逺a的發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值的組合范圍較窄而受到限制。另外，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)下限最好是450nm以上。如低于450nm，則，Ra超過(guò)90很困難。并且，特別是當(dāng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)色溫度較高的LED燈100時(shí)，能組合的熒光體13的發(fā)光波長(zhǎng)的帶域進(jìn)一步受到限制。
如從發(fā)光效率的角度來(lái)討論，則可以這樣說(shuō)，如果發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)離開(kāi)610nm～630nm的范圍，則發(fā)光效率(1m/W)降低，所以即使從發(fā)光效率的角度來(lái)考慮，也最好設(shè)定在610nm～630nm的范圍內(nèi)。并且，如降低發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)至450nm以下，則發(fā)光效率(1m/W)降低，所以與發(fā)紅色光的LED燈12一樣，最好把發(fā)淺藍(lán)色光的LED燈11也設(shè)定在450nm以上。
而且可知，與LED芯片(特別是LED燈11)組合的熒光體13的發(fā)光峰值范圍最好是設(shè)定在520nm～560nm的范圍內(nèi)。在與各種LED芯片的組合中，總的來(lái)看，把熒光燈13的發(fā)光峰值范圍設(shè)定在能獲得較高Ra值的545nm～560nm的范圍內(nèi)更為理想。
而且，還明確了以下問(wèn)題，即，在從低色溫度到高色溫度的廣大相關(guān)色度范圍內(nèi)使用同一LED芯片和同一熒光體，并具有同一峰值波長(zhǎng)，而只改變其功率比的LED燈100的情況下，為了提高平均現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)，把發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是設(shè)定在455nm—465nm的范圍內(nèi)，把發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是設(shè)定在620nm～630nm的范圍內(nèi)，把熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是設(shè)定在540nm～550nm的范圍內(nèi)。
不對(duì)能大幅度改變光色的光源進(jìn)行特殊化，如果考慮以各種相關(guān)色溫度來(lái)對(duì)Ra為90以上的高現(xiàn)色性的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行特殊化的情況，就可如以下所說(shuō)。并且，Ra為90以上的高現(xiàn)色性是用CIE的現(xiàn)色性區(qū)分所說(shuō)的現(xiàn)色性集團(tuán)1A(Ra≥90)，精密的現(xiàn)色性應(yīng)達(dá)到對(duì)所需的用途(例如美術(shù)館用)具有能充分使用的水平。當(dāng)相關(guān)色溫度比較高，現(xiàn)色性評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)光源為合成日光時(shí)(即，5000K以上的情況)，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在600nm以上，并且，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在450nm～460nm的范圍內(nèi)，而且，被組合的熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)最好是在520nm～545nm的范圍內(nèi)。另一方面，當(dāng)相關(guān)色溫度比較低，并且現(xiàn)色性評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)光源為黑體放射時(shí)，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是在615nm～650nm的范圍內(nèi)，并且，被組合的熒光體的峰值波長(zhǎng)可以在545nm～560nm的范圍內(nèi)。
而且，Ra以及Ga較高，并且Ga4也較高的理想例子是圖8～圖10所示的組合例子。并且，不難理解，即使是在該組合的各發(fā)光峰值波長(zhǎng)稍微偏離的情況下(例如，±5～10nm)，也能夠?qū)崿F(xiàn)Ra以及Ga較高，并且Ga4也較高的LED燈100。
在相關(guān)色溫度較低的情況下(例如，3000K)，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是460nm，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是625nm，并且，熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是545nm。在該范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)Ra＝92.4、Ga＝103.3、以及Ga4＝109.3的LED燈100。
在相關(guān)色溫度中等的情況下(例如，5000K)，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是460nm，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是640nm，并且，熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是545nm。在該范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)Ra＝94.3、Ga＝101.6、以及Ga4＝112.9的LED燈100。
在相關(guān)色溫度較高的情況下(例如，6700K)，發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是460nm，發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是640nm，并且，熒光體13的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是545nm。在該范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)Ra＝92.2、Ga＝96.6、以及Ga4＝107.5的LED燈100。
本實(shí)施例的LED燈在Ra較高的范圍內(nèi)進(jìn)行了根據(jù)Ga以及Ga4的最佳化的討論，所以在各試驗(yàn)色的色再現(xiàn)分布中歪斜較少，并且，能形成看上去色彩更鮮艷的光源。即，用于特殊現(xiàn)色評(píng)價(jià)數(shù)的R9～R12的鮮艷的紅、黃、綠、淺藍(lán)的試驗(yàn)色是代表人工制作的鮮艷色彩的試驗(yàn)比色圖表，所以在Ra(以及Ga)較高的條件下，把由該試驗(yàn)比色圖表所構(gòu)成的Ga4最大化，就能使自然色看上去更自然，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)只把鮮艷的顏色更鮮艷地現(xiàn)色的光源。這些鮮艷顏色的物體分光反射率，一般以特定的波長(zhǎng)為界，表示急峻的分光分布，所以能夠合理地利用分光分布的半值寬較窄的發(fā)光二極管。其結(jié)果，能更自然地再現(xiàn)自然物的顏色，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)以更鮮艷的色彩來(lái)再現(xiàn)具有人工性鮮艷色彩的物體的、色彩對(duì)比度鮮明并且以往所沒(méi)有的高品位的照明光源。
當(dāng)把使色彩看上去更鮮艷作為主要目的時(shí)，因?yàn)榭梢圆槐厥筊a的值超過(guò)所需值太多，所以能實(shí)現(xiàn)這種LED燈的范圍應(yīng)比以上所述的范圍更廣。
實(shí)施例3參照?qǐng)D14～圖18來(lái)說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例3的LED燈。在所述實(shí)施例1中，LED燈100是由一個(gè)發(fā)淺藍(lán)色光的LED裸芯片11以及一個(gè)發(fā)紅色光的LED裸芯片12，共計(jì)兩個(gè)LED裸芯片來(lái)構(gòu)成的，但是在本實(shí)施例中，LED燈是由包含發(fā)淺藍(lán)色光的LED的發(fā)光部位和發(fā)紅色光的LED的發(fā)光部位兩者的一個(gè)LED裸芯片來(lái)構(gòu)成的。這一點(diǎn)與所述實(shí)施例1的LED燈100不同。其他方面，因?yàn)榕c所述實(shí)施例1相同，所以為了說(shuō)明的簡(jiǎn)單化，這里省略或簡(jiǎn)化對(duì)與實(shí)施例1相同點(diǎn)的說(shuō)明。并且，實(shí)現(xiàn)LED燈100最佳化的所述實(shí)施例2的構(gòu)成，不用說(shuō)也能適用于本實(shí)施例的LED燈。
在本實(shí)施例中，由于使用發(fā)射兩種顏色的一個(gè)LED裸芯片，所以與必須并列設(shè)置兩個(gè)發(fā)光裸芯片的實(shí)施例1相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。即，因?yàn)橹皇褂靡粋€(gè)LED裸芯片，所以紅色以及淺藍(lán)色兩者的發(fā)光位置在一個(gè)LED裸芯片上不受限制，接近同一。其結(jié)果是，能實(shí)現(xiàn)更有利于混色的LED燈。而且，因?yàn)榧t色發(fā)光部位和淺藍(lán)色發(fā)光部位兩者的熱結(jié)合更方便，所以能把兩發(fā)光部位之間的溫度均一化。其結(jié)果是，可以把兩者在熱性方面看作是同一體，從而能使對(duì)于熱對(duì)光發(fā)射的影響所進(jìn)行的反饋控制變得比較容易。
最初，參照?qǐng)D14(a)～(c)來(lái)說(shuō)明制作發(fā)射紅色光和淺藍(lán)色光的一個(gè)LED裸芯片的工序。
首先，如圖14(a)所示，在發(fā)光二極管成膜用的基板115上形成至少包含P型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層以及活性層的第一發(fā)光二極管發(fā)光層111(以下，將「發(fā)光二極管發(fā)光層」稱(chēng)作「LED發(fā)光層」)。
其次，如圖14(b)所示，剝離基板115，得到第一LED發(fā)光層111?；?15的剝離，可以根據(jù)基板115以及LED發(fā)光層的種類(lèi)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行選擇，例如，可以采用利用基板115的研磨、機(jī)械性的剝離、或腐蝕的方法來(lái)除去基板115，也可以采用利用熱壓來(lái)剝離等方法。
然后，如圖14(c)所示，在形成有第二LED發(fā)光層112的基板115’上粘上第一LED發(fā)光層111，就得到發(fā)射兩種顏色光的LED裸芯片。這樣，當(dāng)把發(fā)淺藍(lán)色光的LED發(fā)光層和發(fā)紅色光的LED發(fā)光層雙方或其中任意一方剝離之后，粘在一起，制作成一個(gè)LED裸芯片。
下面，參照?qǐng)D15～圖18來(lái)例示粘接組合的類(lèi)型。這種粘接組合的變化有很多，但下面只表示主要類(lèi)型。并且，為方便起見(jiàn)，把第一LED發(fā)光層作為發(fā)淺藍(lán)色光的LED發(fā)光層111，把第二LED發(fā)光層作為發(fā)紅色光的LED發(fā)光層112。在這些LED發(fā)光層的周?chē)纬蔁晒怏w13。
圖15(a)是表示在基板115具有導(dǎo)電性情況下的雙面電極構(gòu)造的例子。在這種構(gòu)造的情況下，可以?shī)A著基板115，在上側(cè)的發(fā)淺藍(lán)色光的LED發(fā)光層111的上面設(shè)置一個(gè)電極，在下側(cè)的發(fā)紅色光的LED發(fā)光層112的下面設(shè)置一個(gè)電極。
圖15(b)是表示發(fā)光二極管基板為非導(dǎo)電性情況下的單面電極構(gòu)造的例子。在這種構(gòu)造的情況下，可以?shī)A著基板115，在上側(cè)的發(fā)淺藍(lán)色光的LED發(fā)光層111的上面設(shè)置兩個(gè)電極，在下側(cè)的發(fā)紅色光的LED發(fā)光層112的下面設(shè)置兩個(gè)電極。
圖15(c)是表示在基板115具有導(dǎo)電性情況下的單面電極構(gòu)造和雙面電極構(gòu)造組合的例子。在這種構(gòu)造的情況下，可以?shī)A著基板115，在上側(cè)的發(fā)淺藍(lán)色光的LED發(fā)光層111的上面設(shè)置一個(gè)電極，在下側(cè)的發(fā)紅色光的LED發(fā)光層112的下面設(shè)置兩個(gè)電極。
圖16(a)是表示在基板115具有導(dǎo)電性情況下，在基板115的單側(cè)堆積LED發(fā)光層的例子。在這種構(gòu)造的情況下，可以在上側(cè)的發(fā)紅色光的LED發(fā)光層112的上面設(shè)置一個(gè)電極，在基板115的下面設(shè)置一個(gè)電極。
圖16(b)是表示在基板115具有導(dǎo)電性情況下，在基板115的單側(cè)堆積雙面電極以及單面電極的LED發(fā)光層的例子。在這種構(gòu)造的情況下，可以在基板115的上面設(shè)置一個(gè)電極，在下側(cè)的發(fā)紅色光的LED發(fā)光層112的下面設(shè)置兩個(gè)電極。
圖16(c)是表示夾著基板115，在下側(cè)配置發(fā)射短波長(zhǎng)光的LED發(fā)光層(發(fā)淺藍(lán)色光的LED發(fā)光層)111，而在上側(cè)配置被來(lái)自發(fā)射該短波長(zhǎng)光的LED發(fā)光層111的光所激發(fā)而發(fā)光的LED活性層(發(fā)紅色光的LED活性層)112’的構(gòu)造。在這種構(gòu)造的情況下，可以在LED發(fā)光層111的下面設(shè)置兩個(gè)電極。
圖15以及圖16所示的構(gòu)造是許多可以考慮的組合中的一例，各種發(fā)光色的LED發(fā)光層的替換組合的變動(dòng)，原本在圖15(c)、圖16(a)～(c)所示的構(gòu)造中就有上下關(guān)系倒置的類(lèi)型。
而且，也可以不將各種LED發(fā)光層(111，112)積層到同一基板115的單側(cè)或雙側(cè)來(lái)構(gòu)成，而是將其在空間上并列設(shè)置在同一基板115上構(gòu)成。圖17以及圖18表示這種構(gòu)成例。
圖17(a)表示把各種顏色LED發(fā)光層(111，112)形成到一個(gè)導(dǎo)電性基板115上的構(gòu)造。在這種構(gòu)造的情況下，可以在基板115的下側(cè)設(shè)置一個(gè)共同電極，并且，在各LED發(fā)光層的上面各設(shè)置一個(gè)電極。
圖17(b)表示把各種顏色LED發(fā)光層(111，112)形成到一個(gè)非導(dǎo)電性基板115上的構(gòu)造。在這種構(gòu)造的情況下，可以在各LED發(fā)光層的上面各設(shè)置兩個(gè)電極。
圖17(c)表示將圖17(b)所示構(gòu)造的上下關(guān)系倒置的類(lèi)型。
圖18(a)是表示把各種顏色的LED發(fā)光層(111，112)形成到一個(gè)導(dǎo)電性基板115上的構(gòu)造。在這種構(gòu)造的情況下，可以在基板115的下側(cè)設(shè)置一個(gè)共同電極，并且，在各LED發(fā)光層的上面各設(shè)置一個(gè)電極和在各LED發(fā)光層的上面各設(shè)置兩個(gè)電極的情況混合存在。
圖18(b)表示原樣并列設(shè)置LED發(fā)光層的構(gòu)造。在這種構(gòu)造情況下，不需要基板115，同時(shí)也可以不進(jìn)行圖14(c)所示的粘合工序。
圖18(c)表示原樣積層兩個(gè)雙面電極LED發(fā)光層的構(gòu)造。在這種構(gòu)造情況下，不需要基板115，而且，按照這種考慮問(wèn)題的方法，還可以有積層單面電極以及雙面電極的LED發(fā)光層的變動(dòng)和積層4個(gè)LED發(fā)光層的變動(dòng)。
圖17以及圖18所示的構(gòu)造也是以上多種可選擇組合中的一例，各種發(fā)光色的LED發(fā)光層的替換組合的變動(dòng)，原本也有在圖17(a)、圖18(a)以及(b)所示的構(gòu)造中的上下關(guān)系倒置的類(lèi)型。
本實(shí)施例是把發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11的發(fā)光層111、發(fā)紅色光的LED元件12的發(fā)光層112、作為一個(gè)LED芯片來(lái)一體構(gòu)成的，所以，兩者的發(fā)光位置不受限制并接近同一，更有利于混色。而且，因?yàn)閮烧叩臒峤Y(jié)合更方便，所以能把兩發(fā)光層之間的溫度均一化，可以把兩者在熱性方面看作是同一體。其結(jié)果是，能夠使對(duì)于熱對(duì)光發(fā)射的影響所進(jìn)行的反饋控制變得比較容易。
實(shí)施例4下面參照?qǐng)D19來(lái)說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例4的LED燈500。圖19是模式化地表示LED燈500構(gòu)成的圖。相對(duì)于所述實(shí)施例1的LED燈100的一體元件構(gòu)成，本實(shí)施例的LED燈500不是一體元件構(gòu)成而是集團(tuán)構(gòu)成，這一點(diǎn)與實(shí)施例1不同。以下為了說(shuō)明的簡(jiǎn)單化，主要說(shuō)明與實(shí)施例1不同的地方，而省略或簡(jiǎn)化對(duì)與實(shí)施例1相同點(diǎn)的說(shuō)明。
如圖19所示，本實(shí)施例的LED燈500具有平面集團(tuán)構(gòu)成，包括由發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11和被發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11激發(fā)而發(fā)光的黃色發(fā)光熒光體13所構(gòu)成的發(fā)白色光的LED元件52；包含發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)紅色光的LED元件54。即，平面排列設(shè)置發(fā)白色光的LED元件52和發(fā)紅色光的LED元件54。
在本實(shí)施例中，發(fā)白色光的LED元件52包含密封設(shè)置在線架14的臺(tái)座17上的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11和覆蓋它的黃色發(fā)光熒光體13的炮彈型透明樹(shù)脂部16；發(fā)紅色光的LED元件54包含設(shè)置在線架14的臺(tái)座17上的紅色光的LED芯片12和密封它的炮彈型透明樹(shù)脂部16。例如交替設(shè)置發(fā)白色光的LED元件52和發(fā)紅色光的LED元件54。
在本實(shí)施例的LED燈500中，能夠在分別單獨(dú)制作了構(gòu)成材料不同的發(fā)白色光的LED元件52以及發(fā)紅色光的LED元件54之后，將它們集中到一個(gè)燈組合件中，所以能最佳化地單獨(dú)設(shè)置各種LED元件。而且，能選擇各種LED元件中的優(yōu)良品，將它們集中到一個(gè)燈組合件中，所以能提高工業(yè)成品率。而且還具有容易進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)這一優(yōu)點(diǎn)。
而且，即使是在發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11的發(fā)射光束和發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)射光束不同的情況下，因?yàn)楦鞣NLED芯片是被作為單個(gè)元件來(lái)構(gòu)成的，所以能任意設(shè)定該集團(tuán)數(shù)的比率，其結(jié)果是能提高燈設(shè)計(jì)上的自由度。即，與集中按一定的比率事先裝在一個(gè)元件內(nèi)的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11和發(fā)紅色光的LED芯片12的元件相比，本實(shí)施例的構(gòu)成能提高燈設(shè)計(jì)上的自由度。
并且，在LED燈500的情況下，作為發(fā)光源的各種光色的LED芯片52以及54作為單獨(dú)元件，在空間上互相遠(yuǎn)離的地方發(fā)光，所以與所述實(shí)施例1的LED燈100的一體元件構(gòu)成相比，具有混光斑增大的傾向。為了降低這種混色光斑，也可以采用如圖20那種具有立體性集中構(gòu)成的LED燈600。
LED燈600包括由發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11和被發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11激發(fā)而發(fā)光的黃色發(fā)光熒光體13所構(gòu)成的發(fā)白色光的LED元件62；包含發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)紅色光的LED元件64，其設(shè)置要使發(fā)白色光的LED元件62和發(fā)紅色光的LED元件64分別具有不同的高度。根據(jù)LED燈600，因?yàn)槭欠謩e立體設(shè)置單獨(dú)元件62以及64，所以能使LED元件62以及LED元件64所發(fā)射的光互相反射和折射，其結(jié)果是能降低混色光斑。并且，LED燈600的構(gòu)成，要使之通過(guò)組合配光特性較窄的炮彈形狀的LED元件62和配光特性較寬的角形形狀的LED元件64，能進(jìn)一步改善混光特性。
如所述實(shí)施例1所說(shuō)明的那樣，LED燈500以及600的構(gòu)成，要使之能夠改變發(fā)白色光的LED芯片52(或62)和發(fā)紅色光的LED芯片54(或64)的發(fā)光強(qiáng)度比，還要使之成為光色可變的LED燈。而且，還可以使用綠色發(fā)光熒光體來(lái)代替黃色發(fā)光熒光體。此時(shí)，可以集中組合發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11和被發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片11激發(fā)而發(fā)光的綠色發(fā)光熒光體的發(fā)深綠色光的LED元件52(或62)，和具有發(fā)紅色光的LED芯片12的發(fā)紅色光的LED元件54(或64)來(lái)構(gòu)成，作為L(zhǎng)ED燈500(或600)。
并且，在所述實(shí)施例中，雖然作為發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件(發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片)11，使用了GaN系的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片(GaN系不僅有GaN，還包含AlInGaN和InGaN)，并組合GaN系的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片和黃色發(fā)光熒光體來(lái)使用；但并不局限于此，也可以使用ZnSe系的發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件(ZnSe系的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片)，并利用ZnSe系的發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件(ZnSe系的發(fā)淺藍(lán)色光的LED芯片)來(lái)使ZnSe基板發(fā)射黃色熒光，來(lái)作為發(fā)白色光的LED元件的構(gòu)成。
實(shí)施例5所述實(shí)施例1的LED燈和向所述LED燈提供電力的電力供給器組合能構(gòu)成燈組合件。圖21是模式化地表示有關(guān)實(shí)施例5的燈組合件1000構(gòu)成的圖。
本實(shí)施例的燈組合件1000包括所述實(shí)施例1的LED燈100、反射由LED燈100所發(fā)射的光的反射板110、向所述LED燈100提供電力的電力供給器120、連結(jié)電力供給器120的燈頭130。在反射板110的底面上可以設(shè)置多個(gè)LED燈100，例如，可以設(shè)置10～200個(gè)。而且，如果反射板110與LED燈100熱結(jié)合，則反射板110能起到散熱器的作用，所以能對(duì)LED燈100散熱性的提高做出貢獻(xiàn)。其結(jié)果是能延長(zhǎng)LED燈100的使用壽命?？梢允褂脭U(kuò)散反射板(例如，白色反射板)和鏡面反射板(反射鏡)作為反射板110。
經(jīng)本發(fā)明者確認(rèn)，在設(shè)有約60個(gè)LED燈100的燈組合件1000的情況下，光束(包含在光束角內(nèi)的光束)是60lm，燈的使用壽命是10000小時(shí)，而且發(fā)光效率約為30～50lm/w?？芍撎匦耘c組合非LED燈的鹵素電燈泡和分色鏡的以往的燈組合件的特性(光束約60lm，壽命2000小時(shí)，發(fā)光效率約15lm/w)相比，非常優(yōu)異。而且，因?yàn)榘惭b在LED燈組合件1000上的LED燈100是半導(dǎo)體元件，所以也沒(méi)有電燈泡破裂的問(wèn)題。因此，還具有容易使用的優(yōu)點(diǎn)。
而且，通過(guò)把LED燈100設(shè)定為光色可變的LED燈，還能提供光色可變的LED燈組合件1000。此時(shí)，可以在電力供給器120上設(shè)置如圖6所示的電路200。例如可以在電力供給器120上設(shè)置AC/DC轉(zhuǎn)換器等。在如圖21所示的例子中，其構(gòu)成是在電力供給器120上安裝光色可變標(biāo)度盤(pán)122和亮度可變標(biāo)度盤(pán)124，通過(guò)操作標(biāo)度盤(pán)就能分別調(diào)節(jié)照明的光色和亮度。
在本實(shí)施例中使用LED燈100進(jìn)行了說(shuō)明，但并不局限于此，也可以通過(guò)組合實(shí)施例2以及實(shí)施例3的LED燈、實(shí)施例4的LED燈500或600、以及電力供給器120，來(lái)構(gòu)成燈組合件。并且，能根據(jù)各種實(shí)際用途來(lái)決定設(shè)置或不設(shè)置燈組合件1000的反射板110和燈頭130。而且，也可以使其構(gòu)成為把60個(gè)左右的LED燈100作為一個(gè)組合件，而把該一個(gè)組合件作為一個(gè)光源來(lái)使用。而且，也可以使其構(gòu)成為使用多個(gè)該組合件。
因?yàn)樵诒景l(fā)明的LED燈中設(shè)有發(fā)紅色光的LED元件，所以本發(fā)明能提供一種色再現(xiàn)性?xún)?yōu)良并且發(fā)光效率也較高的能發(fā)白色光的LED燈。而且，當(dāng)還具有用于調(diào)整發(fā)紅色光LED元件的發(fā)光強(qiáng)度的發(fā)光強(qiáng)度調(diào)整部件時(shí)，還能調(diào)整發(fā)紅色光LED元件的發(fā)光強(qiáng)度，所以能夠提供能改變光色的LED燈。
表1
表2
表權(quán)利要求
1.一種LED燈，其特征是包括發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件、發(fā)紅色光的LED元件、以及被所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件激發(fā)的熒光體；所述熒光體發(fā)射的光譜用于補(bǔ)充所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件發(fā)射的淺藍(lán)色波長(zhǎng)帶和所述發(fā)紅色光的LED元件發(fā)射的紅色波長(zhǎng)帶之間的波長(zhǎng)帶的發(fā)光強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征是所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)是600nm以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征是所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)是在450nm～470nm的范圍內(nèi)；所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)是在610nm～630nm的范圍內(nèi)；并且，所述熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是在520nm～560nm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征是當(dāng)所述LED燈的相關(guān)色溫度是5000K以上，并且現(xiàn)色性評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)光源為合成日光時(shí)，所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)是在450nm～460nm的范圍內(nèi)；所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)是在600nm以上；并且，所述熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是在520nm～560nm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征是當(dāng)所述LED燈的相關(guān)色溫度為不到5000K，并且現(xiàn)色性評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)光源為黑體放射時(shí)，所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)是在615nm～650nm的范圍內(nèi)；并且，所述熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是在545nm～560nm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征是還包括調(diào)節(jié)所述發(fā)紅色光的LED元件的發(fā)光強(qiáng)度的發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED燈，其特征是所述發(fā)光強(qiáng)度調(diào)節(jié)部件是可變電阻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED燈，其特征是所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)是在455nm～465nm的范圍內(nèi)；所述發(fā)紅色光的LED元件的峰值波長(zhǎng)是在620nm～630nm的范圍內(nèi)；并且，所述熒光體的發(fā)光峰值波長(zhǎng)是在540nm～550nm的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任意1項(xiàng)所述的LED燈，其特征是所述熒光體是被所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件所激發(fā)而發(fā)黃色光的黃色發(fā)光熒光體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LED燈，其特征是所述發(fā)黃色光的熒光體為YAG熒光體或具有Mn發(fā)光中心的熒光體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任意1項(xiàng)所述的LED燈，其特征是所述熒光體是被所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件所激發(fā)而發(fā)綠色光的綠色發(fā)光熒光體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的LED燈，其特征是所述發(fā)綠色光的熒光體是YAG熒光體、或把從Tb、Ce、Eu以及Mn所形成的族中選出的至少一個(gè)作為發(fā)光中心的混合熒光體。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征是所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件、所述發(fā)紅色光的LED元件、以及所述熒光體被作為一體元件來(lái)構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的LED燈，其特征是所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件的發(fā)光部位和所述發(fā)紅色光的LED元件的發(fā)光部位被設(shè)置在一個(gè)芯片內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈，其特征是所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件以及包含所述熒光體的LED元件、和所述發(fā)紅色光的LED元件被成組構(gòu)成。
16.一種燈組合件，其特征是包括權(quán)利要求1所述的LED燈和向所述LED燈提供電力的電力供給器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燈組合件，其特征是還包括反射所述LED燈所發(fā)射的光的反射板。
全文摘要
一種LED燈100,包括:發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11;發(fā)紅色光的LED元件12;被所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11所激發(fā),發(fā)射用于補(bǔ)充所述發(fā)淺藍(lán)色光的LED元件11發(fā)射的淺藍(lán)色波長(zhǎng)帶和所述發(fā)紅色光的LED元件12發(fā)射的紅色波長(zhǎng)帶之間的波長(zhǎng)帶的發(fā)光強(qiáng)度的光譜的熒光體13。是一種色再現(xiàn)性?xún)?yōu)良并且發(fā)光效率較高的LED燈。
文檔編號(hào)F21K7/00GK1326230SQ0111592
公開(kāi)日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2001年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者清水正則, 下村容子, 田村哲志, 永井秀男, 松井伸幸 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社