CN1255881C - 发光二极管灯 - Google Patents

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Abstract

一种LED灯100，包括：发浅蓝色光的LED元件11；发红色光的LED元件12；被所述发浅蓝色光的LED元件11所激发，发射用于补充所述发浅蓝色光的LED元件11发射的浅蓝色波长带和所述发红色光的LED元件12发射的红色波长带之间的波长带的发光强度的光谱的荧光体13。是一种色再现性优良并且发光效率较高的LED灯。

Description

发光二极管灯
技术领域
本发明涉及一种LED灯，特别是涉及一种发白色光的LED灯。
背景技术
发光二极管元件(以下称作“LED元件”)是小型、高效并能发出色彩鲜艳的光的半导体元件，具有优异的单色性峰值。当使用LED元件来发射白色光时，需要将例如发红色光的LED元件、发绿色光的LED元件以及发浅蓝色光的LED元件设置在相互靠近的位置上来进行扩散混色，但由于各LED元件具有优异的单色性峰值，所以容易产生色斑。即，如果各LED元件所发射的光因为不均匀而导致混色不能顺利进行，就会形成带有色斑的白色光。为了解决这种色斑问题，已经开发出了通过组合发浅蓝色光的LED元件和黄色荧光体来发射白色光的技术(例如特开平10-242513号公报)。
该公报所公开的技术是：利用发浅蓝色光的LED元件的发光和被该发光所激发而发黄色光的黄色荧光体的发光来获得白色光。根据该技术，只用一种LED元件就能获得白色光，所以能解决使多种LED元件相互靠近来获得白色光时所产生的色斑问题。
以往，主要是把LED元件作为显示元件来广泛应用的，所以很少进行把LED元件作为照明灯来应用的研究开发。当把LED元件作为显示元件来使用时，只要把LED元件发射的自发光所具有的光色特性作为问题来考虑就可以了，但当把其作为灯来应用时，还需要把照射物体时的现色性也作为问题来考虑。然而实际情况是：已经讨论到其现色性的最佳化问题的LED灯还没有被开发出来。
虽然所述公报所公开的LED元件确实能发射白光，但当把该LED元件作为灯来使用时，却存在着以下问题：因为所述现有LED元件是利用发浅蓝色光的LED元件的发光和黄色荧光体的发光来制作出白色系的发光颜色的，所以作为红色成分的600nm以上波长的光谱不足。如600nm以上光谱(红色成分)不足，就会导致以下问题：即，当被应用于照明和逆光照明时其红色再现性降低。而且，因为红色成分不足，所以难以构成相关色温度较低的发白色光的LED元件。根据本发明者的调查结果，即使是在对红色光谱成分要求较低的相关色温度较高的光色下，现有发白色光LED的平均现色评价数Ra的值，由于其红色再现性恶劣的影响而难以超过大约85。当用表示红色可见度的特殊现色评价数R9的值来进行评价时，就会如实地反映出其红色再现性的恶劣程度，现有发白色光LED的R9只有大约为50的低值。
而且，本发明者还进行了以下研讨：在所述公报所公开的LED元件构成的基础上，增设红色荧光体，用以补充600nm以上的光谱。但是，按照这种构成，因为是红色荧光体被发浅蓝色光的LED元件的发光激发而发红色光的，所以其能量转换效率非常差。即，意味着用浅蓝色光来制造红色，其波长转换太大，按照斯托克斯法则，其能量转换效率非常低。因此LED灯的发光效率极低，所以使用红色荧光体的构成不具有实用性。
发明内容
为解决以上所述各问题，本发明的主要目的在于：提供一种色再现性优良并且发光效率较高的LED灯。
根据本发明的LED灯包括：发浅蓝色光的LED元件、发红色光的LED元件、以及被所述发浅蓝色光的LED元件激发而发光的荧光体；所述荧光体发射的光谱用于补充所述发浅蓝色光的LED元件发射的浅蓝色波长带和所述发红色光的LED元件发射的红色波长带之间的波长带的发光强度。
所述发红色光的LED元件的峰值波长最好是600nm以上。
所述发浅蓝色光的LED元件的峰值波长最好是在450nm～470nm的范围内；所述发红色光的LED元件的峰值波长最好是在610nm～630nm的范围内；并且，所述荧光体的发光峰值波长最好是在520nm～560nm的范围内。
当所述LED灯的相关色温度是5000K以上，现色性评价的基准光源为合成日光时，所述发浅蓝色光的LED元件的峰值波长最好是在450nm～460nm的范围内；所述发红色光的LED元件的峰值波长最好是在600nm以上；并且，所述荧光体的发光峰值波长最好是在520nm～560nm的范围内。
当所述LED灯的相关色温度不到5000K，现色性评价的基准光源为黑体放射时，所述发红色光的LED元件的峰值波长最好是在615nm～650nm的范围内；并且，所述荧光体的发光峰值波长最好是在545nm～560nm的范围内。
在某实施例中，所述LED灯还包括：调节所述发红色光的LED芯片的发光强度的发光强度调节部件。
在某实施例中，所述发光强度调节部件是可变电阻器。
所述发浅蓝色光的LED元件的峰值波长最好是在455nm～465nm的范围内；所述发红色光的LED元件的峰值波长最好是在620nm～630nm的范围内；并且，所述荧光体的发光峰值波长最好是在540nm～550nm的范围内。
在某实施例中，所述荧光体是被所述发浅蓝色光的LED元件所激发而发黄色光的黄色发光荧光体。
在某实施例中，所述发黄色光的荧光体为YAG荧光体或具有Mn发光中心的荧光体。
在某实施例中，所述荧光体是被所述发浅蓝色光的LED元件所激发而发绿色光的绿色发光荧光体。
在某实施例中，所述发绿色光的荧光体为YAG荧光体、或者把从Tb、Ce、Eu以及Mn所形成的集团中选出来的至少一个作为发光中心的混合荧光体。
在某实施例中，把所述发浅蓝色光的LED元件、所述发红色光的LED元件、以及所述荧光体作为一体元件来构成。
在某实施例中，把所述发浅蓝色光的LED元件的发光部位和所述发红色光的LED元件的发光部位设在一个芯片内。
在某实施例中，所述发浅蓝色光的LED元件以及包含所述荧光体的LED元件、和所述发红色光的LED元件被集中构成。
根据本发明的灯组合件包括：所述LED灯和向所述LED灯提供电力的电力供给器；
最好还包括：反射所述LED灯所发射的光的反射板。
根据本发明的LED灯，因为设有发红色光的LED元件，所以能在不降低灯的发光效率的前提下导入现有LED元件发射的白光中不足的600nm以上的光谱。因此，能提供一种色再现性优良并且发光效率较高的能发白色光的LED灯。
而且，当所述发浅蓝色光的LED元件的峰值波长最好是在450nm～470nm的范围内，所述发红色光的LED元件的峰值波长最好是在610nm～630nm的范围内，并且，所述荧光体的发光峰值波长最好是在520nm～560nm的范围内时，能够实现具有优异再现性的LED灯。而且，当还具有调节发红色光的LED元件的发光强度的发光强度调节部件时，能调节发红色光的LED元件的发光强度，所以能够提供光色可变的LED灯。
附图说明
图1是模式化地表示有关实施例1的LED灯100构成的图。
图2是用来模式化地说明LED灯100的分光分布的曲线图。
图3是用来模式化地说明LED灯100的分光分布的曲线图。
图4是表示LED灯100的分光分布一例的曲线图。
图5(a)～(d)是表示在改变LED灯100分光分布情况下的一个例子的曲线图。
图6是模式化地表示构成光色可变LED灯的电路200的电路图。
图7是表示LED灯100色度的标绘曲线图。
图8(a)是表示在3000K的情况下进行最佳化的LED灯100分光分布的图。图8(b)是表示Ga的色域面积比的图。图8(c)是表示Ga4的色域面积比的图。
图9(a)是表示在5000K的情况下进行最佳化的LED灯100分光分布的图。图9(b)是表示Ga的色域面积比的图。图9(c)是表示Ga4的色域面积比的曲线图。
图10(a)是表示在6700K的情况下进行最佳化的LED灯100分光分布的图。图10(b)是表示Ga的色域面积比的图。图10(c)是表示Ga4的色域面积比的曲线图。
图11(a)～(c)是表示红色LED芯片12的发光峰值波长(nm)和Ra之间关系的图表。
图12(a)～(c)是表示红色LED芯片12的发光峰值波长(nm)和Ra之间关系的图表。
图13(a)～(c)是表示红色LED芯片12的发光峰值波长(nm)和Ra之间关系的图表。
图14(a)～(c)是用于说明发红色以及浅蓝色光的1个LED裸芯片制作工序的工序剖面图。
图15(a)～(c)是模式化地表示实施例3的LED裸芯片剖面构成的图。
图16(a)～(c)是模式化地表示实施例3的LED裸芯片剖面构成的图。
图17(a)～(c)是模式化地表示实施例3的LED裸芯片剖面构成的图。
图18(a)～(c)是模式化地表示实施例3的LED裸芯片剖面构成的图。
图19是模式化地表示实施例4的LED灯500构成的图。
图20是模式化地表示实施例4的LED灯600构成的图。
图21是模式化地表示有关实施例5的灯组合件1000构成的图。
下面对附图符号进行说明。
11-发浅蓝色光的LED元件(浅蓝色发光二极管芯片)；11a-发光强度调节元件(可变电阻)；12-发红色光的LED元件(红色发光二极管芯片)；12a-发光强度调节部件(可变电阻)；13-荧光体(发黄色光的荧光体、发绿色光的荧光体)；14-引线架；15-焊接导线；16-透明树脂部；17-台座；21-发浅蓝色光的LED元件的发光频谱；22-发黄色光的荧光体的发光频谱；23-发红色光的LED元件的发光频谱；30-黑体放射轨迹；41-浅蓝色LED芯片的色度；42-发黄色光的荧光体的色度；43-根据浅蓝色LED芯片和发黄色光的荧光体的白色发光色度；44-红色LED芯片的色度；52、62-发白色光的LED元件；54、64-发红色光的LED元件；100-LED灯；110-反射板；120-电力供给器；122-光色可变标度盘；124-亮度可变标度盘130-灯头；500-LED灯；600-LED灯；1000-灯组合件；
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施例。在下面的附图中，为了使说明更为简明，用同一参照符号来表示实质上具有同一功能的构成要素。
实施例1
图1是模式化地表示有关本实施例的LED灯100构成的图。LED灯100包括：发浅蓝色光的LED元件11、发红色光的LED元件12、被发浅蓝色光的LED元件11激发而发光的荧光体13。
发浅蓝色光的LED元件11例如可以是GaN系的浅蓝色LED芯片；而且，发红色光的LED元件12例如可以是AlInGaP系、GaAsP系、或者GaAlAs系的红色LED芯片。在本实施例中的GaN系的浅蓝色LED芯片是具有GaN系材料的发光层的发浅蓝色光的LED裸芯片；红色LED芯片是具有AlInGaP系、GaAsP系、或者GaAlAs系材料的发光层的发红色光的LED裸芯片。把由这样的材料所构成的发光层作为LED的发光部位。
荧光体13发射的光谱是补充发浅蓝色光的LED元件(浅蓝色发光二极管芯片)11发射的浅蓝色波长带和发红色光的LED元件(红色发光二极管芯片)12发射的红色波长带之间的波长带发光强度的发光光谱。荧光体13例如是被发浅蓝色光的LED元件11所激发而发射从绿色到黄色范围内任意一种颜色的光的荧光体；最好是发黄色光的荧光体或发绿色光的荧光体。并且，荧光体13发射的光并不仅限于荧光，也可以是磷光。
图2是用来模式化地说明LED灯100的分光分布(光谱分布)的图，以波长为横轴，以发光强度为纵轴。如图2所示，LED灯100的光谱分布包括：发浅蓝色光的LED元件11发射的浅蓝色光谱(B)21；被发浅蓝色光的LED元件11所激发而发射的、从荧光体13的绿色到橙色范围内任意一种颜色(如黄色)的光谱(G-Y)22；发红色光的LED芯片12发射的红色光谱(R)23。
如图2所示，LED灯100的分光分布除光谱21以及22之外，还包含有红色成分的光谱23，所以能发射白色光来补充现有LED元件发射的白光中所缺少的600nm以上波长的光谱。红色光谱23并不是被发浅蓝色光的LED元件11所激发由荧光体发射的成分，而是由发红色光的LED芯片12所发射的成分，所以不会降低灯的发光效率。即，当用发浅蓝色光的LED元件11所发射的光来生成红色光谱时，因为从浅蓝色向红色的转换波长比较大，所以按照斯托克斯法则，灯的发光效率会显著下降。对此，在灯100中，由发红色光的LED芯片12直接生成红色光谱23，所以不会发生灯的发光效率下降问题，就能发射出补充红色成分的、颜色再现性良好的白色系光。
而且，当从各LED芯片分别直接生成图2所示的光谱21、22以及23时，因为各LED芯片具有单色性峰值，所以难以进行扩散混色，以使之发射均一的白色系光，故此而导致产生色斑。在本实施例的LED灯100中，为了补充位于发浅蓝色光的LED芯片11发射的浅蓝色光谱21和发红色光的LED芯片12发射的红色光谱23之间的光谱的发光强度，使用被发浅蓝色光的LED元件11所激发，由荧光体13发射的光谱22。因此，与从各LED芯片分别直接生成光谱21、22以及23的情况相比，容易进行扩散混色，其结果，就能发射出防止并抑制色斑的白色光。
发浅蓝色光的LED芯片11、荧光体13以及发红色光的LED芯片12可以分别按照发射的光谱21、22以及23的发光峰值波长来区分其各自的特征。发浅蓝色光的LED芯片11例如具有500nm以下的发光峰值波长；发红色光的LED芯片12例如具有600nm以上的发光峰值波长。并且，也可以使用例如具有540nm以下的发光峰值波长的发浅蓝色光的LED芯片。在本说明书中，设定「发浅蓝色光的LED芯片(浅蓝色发光二极管元件)」中包含「蓝绿色发光LED芯片(蓝绿色发光二极管元件)」。当使用蓝绿色发光LED芯片时，其构成也可以使用被蓝绿色发光LED芯片所激发而发光的荧光体。
荧光体13在发浅蓝色光的LED芯片11发射的发光峰值波长和发红色光的LED芯片12发射的发光峰值波长之间具有荧光体的发光峰值波长。当荧光体13为发黄色光的荧光体时，荧光体13在例如540nm～590nm之间，最好是在550nm～590nm之间具有发光峰值波长。并且，当荧光体13为发绿色光的荧光体时，荧光体13在例如480nm～560nm之间，最好是在500nm～560nm之间具有发光峰值波长。
如图3所示，如光谱22较宽，则光谱21(B)和23(R)之间也可以不存在明确的发光峰值。当荧光体13不存在明确的发光峰值时，也可以在光谱21(B)和23(R)之间的区域设定一个假设的发光峰值，作为给荧光体13的光谱的附加特征。此时，可以把假设的发光峰值设定在例如光谱21(B)以及23(R)各自的发光峰值波长之间(例如中间点)。
再次参照图1。如图1所示的发白色光的LED灯100是把发浅蓝色光的LED芯片11、发红色光的LED芯片12以及荧光体13作为一个整体元件来构成的。如果具体地说，发浅蓝色光的LED芯片11和发红色光的LED芯片12都被设置在作为引线架14的一部分来形成的例如盘形(或杯形)的台座17上。在台座17上形成荧光体13，使之覆盖发浅蓝色光的LED芯片11和发红色光的LED芯片12。并且，因为可以使其构成为：让荧光体13利用发浅蓝色光的LED芯片11来发光，所以荧光体13的构成也可以覆盖发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12的一部分，也可以不覆盖两者。
发浅蓝色光的LED芯片11的设置，要使其下端(下部端子)与台座17相接触，与引线14a电连接，而使其上端(上部端子)通过焊接导线15与引线14b电连接。另一方面，发红色光的LED芯片12的设置，也要使其下端与台座17相接触，与引线14a电连接，要使其上端通过焊接导线15与引线14c电连接。
在本实施例中，表示了在LED裸芯片的上下端设置作为LED电极的正极和负极的例子，但并不局限于此，其构成也可以是把正极和负极都设在LED裸芯片的一个面上。LED裸芯片能用公知的方法来制作，能通过在基片上使LED的发光层成长的方法来获得LED裸芯片。而且，在本实施例中，是使用导线焊接来实现电连接的，但并不局限于此，也可以对LED芯片实施滑动芯片实装。此时，就能在其构成中不使用焊接导线15。
引线架14与无图示的外部电路(如亮灯电路)电连接，如把电力提供给引线架14，使发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12工作，则从灯100中发射出补充红色成分的白色光。而且，通过调节提供给引线架14的电力大小，就能控制灯100亮度。
用炮弹形的透明树脂部16来密封设有发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12的台座17、焊接导线15以及引线架14的一部分，透明树脂部16例如由环氧树脂和硅酮树脂构成。并且，透明树脂部16的形状并不局限于炮弹形，例如也可以设为SMD的芯片型(长方体型等)那样的形状。
在如图1所示的一体元件型(单元件型)LED灯100中，对发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12使用共同的引线14a，并把发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12设置到共同的台座17上，所以能热结合发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12。如使两者(11或12)热结合，则能在近乎同一温度下使用，所以能简化对元件温度特性的控制。即，当不使用共同的引线14a，而使用4条引线，把发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12分别设置到不同的台座上使其工作时，作为半导体元件的LED芯片11以及12在其工作中有温度依存性，所以需要分别对发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12实施元件温度特性控制，而通过在共同的台座17上对发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12进行热结合，就能简单地实施工作温度补偿。而且，图1所示的构成与使用4条引线的构成相比能减少引线(引出线)的数量，所以还能降低灯的制造成本。
并且，引线架14的引线的数并不局限于把其中1条作为共同引线14a的3条，当然也可以使用没有共同引线14a的4条引线来构成引线架14。而且，如果使发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12各自的顺电流方向为同一方向，并将两者以串联方式电连接，则也可以把引线数减少到2条这一最小数量。
而且，因为LED灯100为一体元件型，所以能把灯的尺寸设定得比较小。而且，因为是把发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12载置到共同的台座17上，并在其上形成荧光体13的，所以，荧光体13能使发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12的发射光散射扩散。因此，能更有效地减少混光照明时的混色光斑。即，虽然在使发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12的发射光混合时，也会产生某种程度的混色光斑，但在LED灯100中，各LED芯片的发射光在通过荧光体13时发生散射扩散，进行混色，所以形成混色光斑较少的白色光。而且，如以减少混色光斑为目的，使透明树脂部16的表面有凹凸，就能使发射光进一步散射扩散。
图4是表示LED灯100的实际光谱分布一例的图。从图4可知，LED灯100的光谱分布除发浅蓝色光的LED芯片11发射的光谱21(发光峰值波长：460nm、峰值发光强度：约40)以及发黄色光的荧光体13发射的光谱22(发光峰值波长：570nm、峰值发光强度：约20)之外，还包含有发红色光的LED芯片12发射的光谱23(发光峰值波长：610nm、峰值发光强度：约100)。因此，如使用LED灯100就能补充采用现有技术的LED元件来激起荧光体时所缺少的光谱功率。
而且，因为是利用发红色光的LED芯片12的发射光来补充该红色光的光谱功率，与使用红色发光荧光体来代替补充同样的红色光的光谱功率的情况相比，能提高具有较高发光效率的LED灯。发红色光的LED芯片12的发光峰值波长可以如以上所述那样设为580nm以上，但如果发红色光的LED芯片12的发光峰值波长达到600nm以上，就会由于对视觉细胞L锥体(对相当于红色的刺激进行反应的视觉细胞)的刺激纯度提高而使显示颜色鲜艳度的色再现方面的特性(颜色再现性)变得特别优异。因此，最好是把发光峰值波长设定到600nm以上。
而且，现在的实际情况是：以高效率来发射超过600nm光谱的LED元件用荧光体(红色发光荧光体)并不存在，利用比较便宜的发红色光的LED芯片12(GaAsP系或GaAlAs系的红色LED芯片)来补充红色成分比较有利。当然，也可以使用虽然比较贵但具有更高发光效率的AlInGaP系的LED芯片。而且，与荧光体的光谱不同，发红色光的LED芯片12的光谱较窄，所以能很方便地只导入在现有构成中所缺少的红色成分。
在本实施例的LED灯100中，是利用发红色光的LED芯片12的发光来提供红色光谱功率的，所以能用电来控制红色光谱功率。因此，能简单调节红色光谱的的强度，其结果，利用简便的构成就能提供色温度可变的光源。即，发黄色光的荧光体13的发光强度基本上与作为其激发源的发浅蓝色光的LED芯片11的发光强度相关，所以通过设定发浅蓝色光的LED芯片11的发光强度和发红色光的LED芯片12的发光强度，就能获得任意的光色。
图5(a)～图5(d)是表示用于说明光色可变的LED灯100的分光分布变化的图。从图5(a)到图5(d)，红色发光光谱23的强度越来越高。随着红色发光光谱23的强度的增高，LED灯100的相关色温度降低。即，通过调节红色发光光谱23的强度，就能任意改变LED灯100的光色。因此，能够获得具有例如日光色、昼白色、白色、温白色、电灯泡色等各种相关色温度的光色。
通过使本实施例的LED灯100具有如图6所示那样的电路构成，就能实现光色可变的LED灯。如图6所示的电路200包括：发浅蓝色光的LED芯片11、调节发浅蓝色光的LED芯片11的发光强度的发光强度调节部件(发光强度调节器)11a、发红色光的LED芯片12、以及调节发红色光的LED芯片12的发光强度的发光强度调节部件(发光强度调节器)12a。在图6所示的构成中，使用可变电阻作为发光强度调节部件。根据该构成能调节发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12的发光强度比，所以能发出任意的光色。而且，还能简单地调节灯的亮度。
并且，通过改变发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12的发光强度比就能改变发光颜色的相关色温度，所以即使在连接发浅蓝色光的LED芯片11的发光强度调节部件11a中使用固定电阻，而仅仅在连接发红色光的LED芯片12的发光强度调节部件12a中使用可变电阻，也能实现光色可变LED灯。作为发光强度调节部件，并不局限于可变电阻，还可以使用转换固定电阻的部件、使用阶梯电阻的部件、利用频率进行控制的部件、根据时间分频亮灯的部件、改变作为负载的LED元件连接个数的部件、或者转换连接线方法的部件等。并且，因为只要改变发浅蓝色光的LED芯片11以及发红色光的LED芯片12的发光强度比就能实现光色可变LED灯，所以其构成也可以是固定发红色光的LED芯片12的发光强度，而只改变发浅蓝色光的LED芯片11的发光强度。
图7是表示本实施例LED灯100的色度的图。参照图7来说明当把发黄色光的荧光体作为荧光体13来使用时，本实施例LED灯100的光色可变范围。发黄色光的荧光体13例如为YAG荧光体或具有Mn发光中心的荧光体。如以上所述，当把YAG荧光体作为荧光体13来使用时，从提高发光效率的观点来说，最好是使下式中的a少一些而b多一些，这样就可以形成绿色较强的荧光体。
YAG＝(Y1-a，Gda)3(Al1-b，Gab)5O12:Ce
图7中的区域41是发浅蓝色光的LED芯片11的色度，发浅蓝色光的LED芯片11在从440nm到480nm附近的范围内具有发光峰值。曲线42是发黄色光的荧光体(YAG荧光体)13的色度。YAG荧光体13的组成中，a越少而b越多则在图7中的色度坐标上Y越大而X越小。YAG荧光体13在从440nm到480nm附近的范围内具有激发频谱峰值，所以能被在区域41具有发光光色范围的发浅蓝色光的LED芯片11高效激发。
被区域41和曲线42所包围的范围45的色度构成利用发浅蓝色光的LED芯片11和发黄色光的荧光体(YAG荧光体)13能够实现的理论性色度范围。但是，即使是在范围45之内，发光光色越接近曲线42，作为激发源的浅蓝色光的LED芯片11自身的输出越减少，所以，实际上，如果要从LED灯获得高效率的发光，则最好把色温度可变范围设定在位于范围45内的区域41和曲线42中间的色度范围内。与这种范围内的白色光色度混色的发红色光的LED芯片12的色度范围44，从现色的观点出发，应在600nm附近。因此，在较宽的相关色温度范围内，为使被混光的光不从黑体放射轨迹30离开，根据浅蓝色光的LED芯片11和发黄色光的荧光体13的白色光的色度最好是位于黑体放射轨迹30上方的、具有较高相关色温度的范围43之内。
其结果是：能在由范围43内的白色光色度和范围44内的发红色光的LED芯片12的色度所包围的色度范围(即，图中的线31和线32之间的区域)内实现能改变相关色温度的LED灯。换言之，就能获得按照JIS和CIE(国际照明委员会)所规定的荧光灯的光源颜色的色度范围的发光颜色(JIS；日光色、昼白色、白色、温白色、电灯泡色。CIE；日光、冷白色、白色、暖白色)，并且，能够实现能在所连结的这些发光颜色色度范围的区域色度内改变其光色的光色可变LED灯。图中的线33表示改变本实施例的LED灯100色度的例子。即，表示能以更接近黑体放射轨迹30的状态来大幅度地改变相关色温度的例子。
在图7所示的例子中，如将发红色光的LED芯片12的发光峰值波长设定为630nm以下，则该光色变化的轨迹沿着黑体放射的轨迹，所以能在较宽的相关色温度范围内实现黑体放射轨迹30附近的光色可变。其结果是：能提高平均现色评价数。
并且，如果不以能在较宽范围内改变相关色温度为目的，而是以作为较低色温度光源来使用，则在由发浅蓝色光的LED芯片11和发黄色光的荧光体13所决定的范围43内的白色光色度和发红色光的LED芯片44的色度包围的范围，并不限定在线31和线32之间的区域内，可以在范围45内适当决定。
在所述实施例中，就使用黄色发光荧光体作为荧光体13的情况进行了说明，但取代黄色发光荧光体，也可以使用由发浅蓝色光的LED芯片11所激发而发绿色光的绿色发光荧光体。绿色发光荧光体具有例如从480nm到560nm的发光峰值波长，作为绿色发光荧光体，例如可以使用YAG荧光体、或把Tb、Ce、Eu以及Mn内的至少一个作为发光中心的混合荧光体。并且，为了改善作为照明光的现色性，也可以使用多种发光峰值波长不同的荧光体。因为目前尚不存在在视感效率最高的555nm附近高效发光的LED元件，所以利用荧光体发光来弥补其附近的发光具有较大的意义。而且，在所述实施例中，表示了使用无机荧光体的情况，但也可以使用具有同样发光峰值的有机荧光体来取代无机荧光体。伴随着有机EL的发展，近年来研究开发了适宜实用的有机荧光体，所以正在进入不仅可以使用无机荧光体，而且也可以使用有机荧光体的阶段。
与黄色发光荧光体一样，绿色发光荧光体的发光强度也基本上与作为该激发源的浅蓝色光的LED芯片11的发光强度相关，所以只要设定发浅蓝色光的LED芯片11的发光强度和发红色光的LED芯片12的发光强度，就能获得任意的光色。因此，即使在使用绿色发光荧光体的情况下，也能实现具有简便构成的光色可变LED照明光源。
时至今日，在人的相对可见度最高的555nm附近的带域上具有发光频谱的达到在工业上能实际应用水平的高效率的发绿色光的LED元件，实际上还不存在，所以利用荧光体的发光来高效率实现在该带域上的发光，具有很大的意义。
而且，当使用绿色发光荧光体来构成时，能把发浅蓝色光的LED芯片11、发绿色光的荧光体13、以及发红色光的LED芯片12的各发光频谱集中到R·G·B的比较窄的带域范围内。因此，能构成如3波长带域发光型光源那样表示色域面积比较大的具有鲜艳的色再现特性的光源。即，根据该构成，即使在用于逆光灯的情况下，也能进行高亮度的、并且色再现的色域面积较广的显示。即使在本构成中，如使发红色光的LED的发光峰值波长为600nm以上，则与发黄色光的荧光体情况一样，因为能提高对红色的刺激纯度，所以能获得更优良的色再现性。
并且，当使用绿色发光荧光体来构成时，从照明光的现色性的角度考虑，发浅蓝色光的LED芯片11的峰值波长最好是在440nm-470nm的范围内；发绿色光的荧光体的发光峰值波长最好是在520nm～560nm的范围内；而且，发红色光的LED芯片12的峰值波长最好是在600nm～650nm的范围内。而且，从作为逆光灯的色再现色性的角度考虑，发浅蓝色光的LED芯片11的峰值波长最好是在440nm以下；发绿色光的荧光体的发光峰值波长最好是在510nm～550nm的范围内；而且，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长应在610nm以上，最好是在630nm以上。
实施例2
在本实施例中，就发浅蓝色光的LED芯片11、发红色光的LED芯片12以及荧光体13的理想组合来进行说明。根据所述实施例1的LED灯100，如以上所述，由于能利用发红色光的LED芯片12导入现有LED元件发射的白光中不足的红色光谱，因此，能提供一种色再现性优良的LED灯。在评价该LED灯的色再现性方面存在的问题是色再现性的评价方法。下面，就此问题进行说明。
在实施例1的LED灯100中，导入了以往不足的红色光谱，所以不难理解，表示红色可见度的特殊现色评价数R9以及平均现色评价数Ra与现有的白色LED灯相比有所提高。但是，LED灯的色再现性仅用根据这些评价指数的评价方法来判断是不适当的。即，与以往作为照明用光源使用的荧光灯、电灯泡、以及HID光源的发光相比，LED的发光具有其色彩看上去非常鲜艳的特点，但是，只用以往的平均现色评价数和特殊现色评价数来进行评价，不能充分反映把LED作为光源时的现色性特征。LED的发光色彩看上去非常鲜艳是将LED用于照明时的特征性现象，并且，起因于在半值宽的较窄的窄带域内具有没有副发光波长的高色纯度的分光分布这一LED的特征。
实施例1的LED灯100在可视发光带域中的短波长一侧的浅蓝色和长波长一侧的红色上具有在LED半值宽的较窄带域内的发光(参照图4)。因此，与荧光灯等光源相比，能够使发光色彩看上去非常鲜艳。本发明者经反复试验、探讨，成功地导出了适合于LED灯100的分光分布。下面，首先说明本发明者所进行的有关LED灯100色再现性的最佳化方法，而后，说明表示LED灯100优异色再现性的理想分光分布例。
首先，说明根据以往现色性评价数的评价问题。以往的现色性评价数，是当把具有与要评价的光源同等的相关色温度的合成日光和黑体放射等基准光源的各种现色评价比色图表的色再现设为100时，评价所要评价的评价光源的各种现色评价比色图表的色再现究竟与该基准光源的色再现偏离了多少，并将其指标化。因此，当评价光源的现色与基准光源的现色一致时，评价最高。当评价比色图表不如基准光源的现色鲜艳，看上去结果不理想时，当然现色评价就低了，但反之如果评价比色图表比基准光源的现色鲜艳，看上去结果比较理想时，评价也很低。即存在着以下问题：在颜色看上去很鲜艳、很醒目的情况下，现色评价却很低。
在当今的日常生活中，人们经常接触的不仅是木、石等中等色度的自然物，还有数不尽的带有如鲜艳的蓝色和黄色那样的人工着色的工业制品。因此，当评价比色图表比基准光源的现色看上去更鲜艳时，给其光源以低评价不一定能说是恰当的评价。为此，本发明者为了发挥LED光源的特征，对LED灯进行了最佳化的分光分布。下面，对该最佳化的方法进行说明。
光源的现色性评价方法具有国际调整性，在日本，则是在JIS Z8726中被公开。其中，虽然并非国际规格所规定，但把利用色域面积比的方法作为“利用现色评价数之外的现色性评价方法”作为被一般认可的方法进行了公开。该方法是利用由平均现色评价数计算用的试验色(R1～R8)构成的色域面积比来进行评价的方法。更具体地说，该评价方法是：使用用来计算平均现色评价数的R1～R8的色度坐标，求出连结由基准光源现色的色度坐标上的8点时的色度坐标上的面积，和连结由评价光源现色的色度坐标上的8点时的色度坐标上的面积比，以此作为色域面积比Ga。
根据该评价方法，当Ga小于100时，因为颜色的色度减少了，所以有看上去不鲜艳的倾向性，另外，当Ga大于100时，因为颜色的色度增加了，所以有看上去鲜艳的倾向性。这样，如果不用根据与基准光源的色再现性的偏差来评价，而用色域面积比来评价，则在看上去鲜艳时，即使Ra较低也仍能得到表示有看上去鲜艳的倾向的评价。似乎可以认为，该评价方法在评价作为LED特征的鲜艳现色性方面，是有效的评价指标。但当仅使用该指标时，虽然如提高Ga就会评价良好，但对同样的评价试验色进行了评价的Ra较低，与根据与基准光源的色再现性的偏差来进行评价的不协调感很强。即，当仅使用Ga的指标时，就失去了与Ra的指标之间的协调性。
因此，作为新的评价指标，本发明者导入了使用作为有关色彩鲜艳的红、黄、绿、蓝的特殊现色评价数的R9～R12的色域面积比。根据该评价指标的评价方法是：利用公开使用所述R1～R8评价试验色的Ga的JISZ8726所披露的计算方法，，使用R9～R12来代替R1～R8评价试验色，求出色域面积比。以下，将根据特殊现色评价数R9～R12的色域面积比称作Ga4。
R1～R8原本是为了评价自然物看上去的微妙差异而选出的具有中等色度的试验色。与此相对，R9-R12原本是为了评价色彩鲜艳物的外部颜色而选出的评价比色图表。因此，通过使用Ga4，抽出认为鲜艳的物体，检查一下看上去是否鲜艳，就能正确地进行评价。即，由于中等色度的微妙差异，对于要求正确判断其颜色的物体外观，对Ga和Ra的值接近100的自然物颜色进行忠实的再现，并且，对希望进行鲜艳色再现的物体外观，实施Ga上升那种色彩鲜艳的色再现，就能使色再现达到最佳化。如果进行这种最佳化，就能使色彩的对比度提高，有利于增强与减弱，从而能进行更自然的色再现。
本发明者对所述实施例1的LED灯100实施最佳化处理，取得如下效果。
(1)如果发红色光的LED芯片12的发光峰值波长是600nm以上，就能提高平均现色评价数Ra。而且，如果设定在610nm-630nm的范围内，则能一面提高Ra一面提高Ga4，并且，能提高Ga4使其高于Ga。即如果是在该范围内，就能对要求微妙且精密色再现的中等色度的颜色，进行忠实的色再现，而对高色度的颜色则能进行色彩鲜艳的色再现。
如果发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长是470nm以下，就能提高Ra。而且，如果设定在450nm～470nm的范围内，则能一面提高Ra一面提高Ga4，并且，能提高Ga4使其高于Ga。
与这种LED芯片组合的荧光体13的发光峰值波长最好是在520nm～560nm的范围内。如果设定在545nm～560nm的范围内，则往往能提高Ra，就会更好。
(2)在LED灯100的相关色温度是5000K以上，现色性评价的基准光源为合成目光的情况下，发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长最好是在450nm～460nm的范围内，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长最好是在600nm以上，并且，荧光体13的发光峰值波长最好是在520nm～560nm的范围内。
(3)在LED灯100的相关色温度是5000K未满，现色性评价的基准光源为黑体放射的情况下，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长最好是在615nm～650nm的范围内，并且，荧光体13的发光峰值波长最好是在545nm～560nm的范围内。
(4)当能使LED灯100的相关色温度从低到高进行变化的情况下，发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长最好是在455nm～465nm的范围内，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长最好是在620nm～630nm的范围内，并且，荧光体13的发光峰值波长最好是在540nm～550nm的范围内。
用图8～图10以及表1～表3来表示实施了色再现的最佳化的LED灯100的例子。
图8(a)作为相关色温度较低的代表，表示在3000K的情况下进行最佳化的LED灯100分光分布的一个例子。3000K是在常用照明光源中的接近相关色温度下限的水平。3000K时，在计算Ra时，进行比较的基准光源是黑体放射。在该例中的发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长是460nm，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长是625nm，并且，荧光体13的发光峰值波长是545nm。
图8(b)是表示有关具有图8(a)所表示的分光分布的LED灯100的根据Ga的色域面积比的图。而且，图8(c)是表示根据Ga4的色域面积比的图。在以下所述表1中，在以上所述条件的基础上，再结合有关图8(a)的LED灯100的光色色度值(x，y)、Duv、现色性(Ra、R1～R15)、色域面积比来进行表示。
下面说明表1。
与图8(a)相同，图9(a)作为相关色温度中等的代表，是表示在5000K的情况下进行最佳化的LED灯100的分光分布的一例。5000K是在计算Ra时，把进行比较的基准光源从黑体放射转换为合成日光的关键。在该例中的发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长是460nm，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长是640nm，并且，荧光体13的发光峰值波长是545nm。图9(b)以及图9(c)分别是表示Ga以及Ga4的色域面积比的图。与表1相同，在以下所述表2中，在以上所述条件的基础上，再结合有关图9的LED灯100的光色色度值(x，y)、Duv、现色性(Ra、R1～R15)、色域面积比来进行表示。
下面说明表2。
而且，图10(a)是表示在6700K的情况下进行最佳化的LED灯100分光分布的一例。6700K是在常用照明光源中的接近相关色温度上限的水平。6700K时，在计算Ra时，进行比较的基准光源是合成日光。在该例中的发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长是460nm，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长是640nm，并且，荧光体13的发光峰值波长是545nm。图10(b)以及图10(c)分别是表示Ga以及Ga4的色域面积比的图。与表1相同，在以下所述表3中，在以上所述条件的基础上，再结合有关图10的LED灯100的光色色度值(x，y)、Duv、现色性(Ra、R1～R15)、色域面积比来进行表示。
下面说明表3。
关于发浅蓝色光的LED芯片11、发红色光的LED芯片12、以及荧光体13的组合，将本发明者在最佳化时所探讨的类型代表例表示在图11～图13中。在图中的纵轴上取LED灯100的Ra，在横轴上取发红色光的LED芯片12的发光峰值波长(nm)。LED灯100的Ra根据实测值或模拟试验的结果来获得。对图中各要点(圆标记、三角标记、四角标记)实施图8(a)～(c)以及表1那样的探讨。
图11(a)～(c)分别表示相关色温度为3000K、5000K、6700K时的例子。把发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长固定在450nm，使荧光体13的发光峰值从520nm的绿色变化到560nm的黄色(560nm(圆标记)、545nm(三角标记)、520nm(四角标记))。使发红色光的LED芯片12的发光峰值波长(nm)从595nm变化到670nm的。
同样，图12(a)～(c)分别表示相关色温度为3000K、5000K、6700K时的例子，把发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长固定在460nm。另外，图13(a)～(c)分别表示相关色温度为3000K、5000K、6700K时的例子，把发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长固定在470nm。
根据图8～图13以及表1～3的结果，进一步详细说明所述本发明者的观点。
在JIS中，把高现色性的3波长域发光型荧光灯规定为Ra80以上。以Ra80以上的高现色性为目标来设计LED灯100时，如果综合所述结果。则提高平均现色评价数的范围是把发红色光的LED芯片12的发光峰值设定为600nm以上的范围。如果设定这种范围，就能实现Ra80以上的LED灯100。特别是平均现色评价数较高的点或者看上去平均现色评价数有饱和倾向的理想范围是红色光的LED芯片12的发光峰值为610nm～630nm。当设定这种范围时，就能对要求微妙且精密色再现的中等色度的颜色进行忠实的色再现，而且，因为在可视发光带域的短波长一侧和长波长一侧两方具有半值宽较窄且色纯度较高的LED光谱，所以，能对高色度的颜色进行色彩鲜艳的色再现。即能够实现除了Ra的高度之外，还具有色度对比度的、即具有颜色变化层次的理想视环境。
提高平均现色评价数的范围是把发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长设定在470nm以下的范围。当发光峰值波长比470nm长时，相关色温度高的LED灯100的实现特别困难，并且，根据试验的确认，Ra超过80很困难。并且，当发光峰值波长比470nm长时，即使要实现相关色温度较低的LED灯100，也会因为能提高Ra的发红色光的LED芯片12的发光峰值的组合范围较窄而受到限制。另外，发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长下限最好是450nm以上。如低于450nm，则，Ra超过90很困难。并且，特别是当实现相关色温度较高的LED灯100时，能组合的荧光体13的发光波长的带域进一步受到限制。
如从发光效率的角度来讨论，则可以这样说，如果发红色光的LED芯片12的发光峰值波长离开610nm～630nm的范围，则发光效率(1m/W)降低，所以即使从发光效率的角度来考虑，也最好设定在610nm～630nm的范围内。并且，如降低发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长至450nm以下，则发光效率(1m/W)降低，所以与发红色光的LED灯12一样，最好把发浅蓝色光的LED灯11也设定在450nm以上。
而且可知，与LED芯片(特别是LED灯11)组合的荧光体13的发光峰值范围最好是设定在520nm～560nm的范围内。在与各种LED芯片的组合中，总的来看，把荧光灯13的发光峰值范围设定在能获得较高Ra值的545nm～560nm的范围内更为理想。
而且，还明确了以下问题，即，在从低色温度到高色温度的广大相关色度范围内使用同一LED芯片和同一荧光体，并具有同一峰值波长，而只改变其功率比的LED灯100的情况下，为了提高平均现色评价数，把发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长最好是设定在455nm-465nm的范围内，把发红色光的LED芯片12的发光峰值波长最好是设定在620nm～630nm的范围内，把荧光体13的发光峰值波长最好是设定在540nm～550nm的范围内。
不对能大幅度改变光色的光源进行特殊化，如果考虑以各种相关色温度来对Ra为90以上的高现色性的实现进行特殊化的情况，就可如以下所说。并且，Ra为90以上的高现色性是用CIE的现色性区分所说的现色性集团1A(Ra≥90)，精密的现色性应达到对所需的用途(例如美术馆用)具有能充分使用的水平。当相关色温度比较高，现色性评价的基准光源为合成日光时(即，5000K以上的情况)，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长最好是在600nm以上，并且，发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长最好是在450nm～460nm的范围内，而且，被组合的荧光体13的发光峰值波长最好是在520nm～545nm的范围内。另一方面，当相关色温度比较低，并且现色性评价的基准光源为黑体放射时，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长是在615nm～650nm的范围内，并且，被组合的荧光体的峰值波长可以在545nm～560nm的范围内。
而且，Ra以及Ga较高，并且Ga4也较高的理想例子是图8～图10所示的组合例子。并且，不难理解，即使是在该组合的各发光峰值波长稍微偏离的情况下(例如，±5～10nm)，也能够实现Ra以及Ga较高，并且Ga4也较高的LED灯100。
在相关色温度较低的情况下(例如，3000K)，发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长是460nm，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长是625nm，并且，荧光体13的发光峰值波长是545nm。在该范围内能够实现Ra＝92.4、Ga＝103.3、以及Ga4＝109.3的LED灯100。
在相关色温度中等的情况下(例如，5000K)，发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长是460nm，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长是640nm，并且，荧光体13的发光峰值波长是545nm。在该范围内能够实现Ra＝94.3、Ga＝101.6、以及Ga4＝112.9的LED灯100。
在相关色温度较高的情况下(例如，6700K)，发浅蓝色光的LED芯片11的发光峰值波长是460nm，发红色光的LED芯片12的发光峰值波长是640nm，并且，荧光体13的发光峰值波长是545nm。在该范围内能够实现Ra＝92.2、Ga＝96.6、以及Ga4＝107.5的LED灯100。
本实施例的LED灯在Ra较高的范围内进行了根据Ga以及Ga4的最佳化的讨论，所以在各试验色的色再现分布中歪斜较少，并且，能形成看上去色彩更鲜艳的光源。即，用于特殊现色评价数的R9～R12的鲜艳的红、黄、绿、浅蓝的试验色是代表人工制作的鲜艳色彩的试验比色图表，所以在Ra(以及Ga)较高的条件下，把由该试验比色图表所构成的Ga4最大化，就能使自然色看上去更自然，同时还能实现只把鲜艳的颜色更鲜艳地现色的光源。这些鲜艳颜色的物体分光反射率，一般以特定的波长为界，表示急峻的分光分布，所以能够合理地利用分光分布的半值宽较窄的发光二极管。其结果，能更自然地再现自然物的颜色，并且，能够实现以更鲜艳的色彩来再现具有人工性鲜艳色彩的物体的、色彩对比度鲜明并且以往所没有的高品位的照明光源。
当把使色彩看上去更鲜艳作为主要目的时，因为可以不必使Ra的值超过所需值太多，所以能实现这种LED灯的范围应比以上所述的范围更广。
实施例3
参照图14～图18来说明有关本发明实施例3的LED灯。在所述实施例1中，LED灯100是由一个发浅蓝色光的LED裸芯片11以及一个发红色光的LED裸芯片12，共计两个LED裸芯片来构成的，但是在本实施例中，LED灯是由包含发浅蓝色光的LED的发光部位和发红色光的LED的发光部位两者的一个LED裸芯片来构成的。这一点与所述实施例1的LED灯100不同。其他方面，因为与所述实施例1相同，所以为了说明的简单化，这里省略或简化对与实施例1相同点的说明。并且，实现LED灯100最佳化的所述实施例2的构成，不用说也能适用于本实施例的LED灯。
在本实施例中，由于使用发射两种颜色的一个LED裸芯片，所以与必须并列设置两个发光裸芯片的实施例1相比，具有以下优点。即，因为只使用一个LED裸芯片，所以红色以及浅蓝色两者的发光位置在一个LED裸芯片上不受限制，接近同一。其结果是，能实现更有利于混色的LED灯。而且，因为红色发光部位和浅蓝色发光部位两者的热结合更方便，所以能把两发光部位之间的温度均一化。其结果是，可以把两者在热性方面看作是同一体，从而能使对于热对光发射的影响所进行的反馈控制变得比较容易。
最初，参照图14(a)～(c)来说明制作发射红色光和浅蓝色光的一个LED裸芯片的工序。
首先，如图14(a)所示，在发光二极管成膜用的基板115上形成至少包含P型半导体层、N型半导体层以及活性层的第一发光二极管发光层111(以下，将「发光二极管发光层」称作「LED发光层」)。
其次，如图14(b)所示，剥离基板115，得到第一LED发光层111。基板115的剥离，可以根据基板115以及LED发光层的种类适当地进行选择，例如，可以采用利用基板115的研磨、机械性的剥离、或腐蚀的方法来除去基板115，也可以采用利用热压来剥离等方法。
然后，如图14(c)所示，在形成有第二LED发光层112的基板115’上粘上第一LED发光层111，就得到发射两种颜色光的LED裸芯片。这样，当把发浅蓝色光的LED发光层和发红色光的LED发光层双方或其中任意一方剥离之后，粘在一起，制作成一个LED裸芯片。
下面，参照图15～图18来例示粘接组合的类型。这种粘接组合的变化有很多，但下面只表示主要类型。并且，为方便起见，把第一LED发光层作为发浅蓝色光的LED发光层111，把第二LED发光层作为发红色光的LED发光层112。在这些LED发光层的周围形成荧光体13。
图15(a)是表示在基板115具有导电性情况下的双面电极构造的例子。在这种构造的情况下，可以夹着基板115，在上侧的发浅蓝色光的LED发光层111的上面设置一个电极，在下侧的发红色光的LED发光层112的下面设置一个电极。
图15(b)是表示发光二极管基板为非导电性情况下的单面电极构造的例子。在这种构造的情况下，可以夹着基板115，在上侧的发浅蓝色光的LED发光层111的上面设置两个电极，在下侧的发红色光的LED发光层112的下面设置两个电极。
图15(c)是表示在基板115具有导电性情况下的单面电极构造和双面电极构造组合的例子。在这种构造的情况下，可以夹着基板115，在上侧的发浅蓝色光的LED发光层111的上面设置一个电极，在下侧的发红色光的LED发光层112的下面设置两个电极。
图16(a)是表示在基板115具有导电性情况下，在基板115的单侧堆积LED发光层的例子。在这种构造的情况下，可以在上侧的发红色光的LED发光层112的上面设置一个电极，在基板115的下面设置一个电极。
图16(b)是表示在基板115具有导电性情况下，在基板115的单侧堆积双面电极以及单面电极的LED发光层的例子。在这种构造的情况下，可以在基板115的上面设置一个电极，在下侧的发红色光的LED发光层112的下面设置两个电极。
图16(c)是表示夹着基板115，在下侧配置发射短波长光的LED发光层(发浅蓝色光的LED发光层)111，而在上侧配置被来自发射该短波长光的LED发光层111的光所激发而发光的LED活性层(发红色光的LED活性层)112’的构造。在这种构造的情况下，可以在LED发光层111的下面设置两个电极。
图15以及图16所示的构造是许多可以考虑的组合中的一例，各种发光色的LED发光层的替换组合的变动，原本在图15(c)、图16(a)～(c)所示的构造中就有上下关系倒置的类型。
而且，也可以不将各种LED发光层(111，112)积层到同一基板115的单侧或双侧来构成，而是将其在空间上并列设置在同一基板115上构成。图17以及图18表示这种构成例。
图17(a)表示把各种颜色LED发光层(111，112)形成到一个导电性基板115上的构造。在这种构造的情况下，可以在基板115的下侧设置一个共同电极，并且，在各LED发光层的上面各设置一个电极。
图17(b)表示把各种颜色LED发光层(111，112)形成到一个非导电性基板115上的构造。在这种构造的情况下，可以在各LED发光层的上面各设置两个电极。
图17(c)表示将图17(b)所示构造的上下关系倒置的类型。
图18(a)是表示把各种颜色的LED发光层(111，112)形成到一个导电性基板115上的构造。在这种构造的情况下，可以在基板115的下侧设置一个共同电极，并且，在各LED发光层的上面各设置一个电极和在各LED发光层的上面各设置两个电极的情况混合存在。
图18(b)表示原样并列设置LED发光层的构造。在这种构造情况下，不需要基板115，同时也可以不进行图14(c)所示的粘合工序。
图18(c)表示原样积层两个双面电极LED发光层的构造。在这种构造情况下，不需要基板115，而且，按照这种考虑问题的方法，还可以有积层单面电极以及双面电极的LED发光层的变动和积层4个LED发光层的变动。
图17以及图18所示的构造也是以上多种可选择组合中的一例，各种发光色的LED发光层的替换组合的变动，原本也有在图17(a)、图18(a)以及(b)所示的构造中的上下关系倒置的类型。
本实施例是把发浅蓝色光的LED元件11的发光层111、发红色光的LED元件12的发光层112、作为一个LED芯片来一体构成的，所以，两者的发光位置不受限制并接近同一，更有利于混色。而且，因为两者的热结合更方便，所以能把两发光层之间的温度均一化，可以把两者在热性方面看作是同一体。其结果是，能够使对于热对光发射的影响所进行的反馈控制变得比较容易。
实施例4
下面参照图19来说明有关本发明实施例4的LED灯500。图19是模式化地表示LED灯500构成的图。相对于所述实施例1的LED灯100的一体元件构成，本实施例的LED灯500不是一体元件构成而是集团构成，这一点与实施例1不同。以下为了说明的简单化，主要说明与实施例1不同的地方，而省略或简化对与实施例1相同点的说明。
如图19所示，本实施例的LED灯500具有平面集团构成，包括：由发浅蓝色光的LED芯片11和被发浅蓝色光的LED芯片11激发而发光的黄色发光荧光体13所构成的发白色光的LED元件52；包含发红色光的LED芯片12的发红色光的LED元件54。即，平面排列设置发白色光的LED元件52和发红色光的LED元件54。
在本实施例中，发白色光的LED元件52包含密封设置在线架14的台座17上的发浅蓝色光的LED芯片11和覆盖它的黄色发光荧光体13的炮弹型透明树脂部16；发红色光的LED元件54包含设置在线架14的台座17上的红色光的LED芯片12和密封它的炮弹型透明树脂部16。例如交替设置发白色光的LED元件52和发红色光的LED元件54。
在本实施例的LED灯500中，能够在分别单独制作了构成材料不同的发白色光的LED元件52以及发红色光的LED元件54之后，将它们集中到一个灯组合件中，所以能最佳化地单独设置各种LED元件。而且，能选择各种LED元件中的优良品，将它们集中到一个灯组合件中，所以能提高工业成品率。而且还具有容易进行散热设计这一优点。
而且，即使是在发浅蓝色光的LED芯片11的发射光束和发红色光的LED芯片12的发射光束不同的情况下，因为各种LED芯片是被作为单个元件来构成的，所以能任意设定该集团数的比率，其结果是能提高灯设计上的自由度。即，与集中按一定的比率事先装在一个元件内的发浅蓝色光的LED芯片11和发红色光的LED芯片12的元件相比，本实施例的构成能提高灯设计上的自由度。
并且，在LED灯500的情况下，作为发光源的各种光色的LED芯片52以及54作为单独元件，在空间上互相远离的地方发光，所以与所述实施例1的LED灯100的一体元件构成相比，具有混光斑增大的倾向。为了降低这种混色光斑，也可以采用如图20那种具有立体性集中构成的LED灯600。
LED灯600包括：由发浅蓝色光的LED芯片11和被发浅蓝色光的LED芯片11激发而发光的黄色发光荧光体13所构成的发白色光的LED元件62；包含发红色光的LED芯片12的发红色光的LED元件64，其设置要使发白色光的LED元件62和发红色光的LED元件64分别具有不同的高度。根据LED灯600，因为是分别立体设置单独元件62以及64，所以能使LED元件62以及LED元件64所发射的光互相反射和折射，其结果是能降低混色光斑。并且，LED灯600的构成，要使之通过组合配光特性较窄的炮弹形状的LED元件62和配光特性较宽的角形形状的LED元件64，能进一步改善混光特性。
如所述实施例1所说明的那样，LED灯500以及600的构成，要使之能够改变发白色光的LED芯片52(或62)和发红色光的LED芯片54(或64)的发光强度比，还要使之成为光色可变的LED灯。而且，还可以使用绿色发光荧光体来代替黄色发光荧光体。此时，可以集中组合发浅蓝色光的LED芯片11和被发浅蓝色光的LED芯片11激发而发光的绿色发光荧光体的发深绿色光的LED元件52(或62)，和具有发红色光的LED芯片12的发红色光的LED元件54(或64)来构成，作为LED灯500(或600)。
并且，在所述实施例中，虽然作为发浅蓝色光的LED元件(发浅蓝色光的LED芯片)11，使用了GaN系的发浅蓝色光的LED芯片(GaN系不仅有GaN，还包含AlInGaN和InGaN)，并组合GaN系的发浅蓝色光的LED芯片和黄色发光荧光体来使用；但并不局限于此，也可以使用ZnSe系的发浅蓝色光的LED元件(ZnSe系的发浅蓝色光的LED芯片)，并利用ZnSe系的发浅蓝色光的LED元件(ZnSe系的发浅蓝色光的LED芯片)来使ZnSe基板发射黄色荧光，来作为发白色光的LED元件的构成。
实施例5
所述实施例1的LED灯和向所述LED灯提供电力的电力供给器组合能构成灯组合件。图21是模式化地表示有关实施例5的灯组合件1000构成的图。
本实施例的灯组合件1000包括：所述实施例1的LED灯100、反射由LED灯100所发射的光的反射板110、向所述LED灯100提供电力的电力供给器120、连结电力供给器120的灯头130。在反射板110的底面上可以设置多个LED灯100，例如，可以设置10～200个。而且，如果反射板110与LED灯100热结合，则反射板110能起到散热器的作用，所以能对LED灯100散热性的提高做出贡献。其结果是能延长LED灯100的使用寿命。可以使用扩散反射板(例如，白色反射板)和镜面反射板(反射镜)作为反射板110。
经本发明者确认，在设有约60个LED灯100的灯组合件1000的情况下，光束(包含在光束角内的光束)是60lm，灯的使用寿命是10000小时，而且发光效率约为30～50lm/w。可知该特性与组合非LED灯的卤素电灯泡和分色镜的以往的灯组合件的特性(光束：约60lm，寿命：2000小时，发光效率：约15lm/w)相比，非常优异。而且，因为安装在LED灯组合件1000上的LED灯100是半导体元件，所以也没有电灯泡破裂的问题。因此，还具有容易使用的优点。
而且，通过把LED灯100设定为光色可变的LED灯，还能提供光色可变的LED灯组合件1000。此时，可以在电力供给器120上设置如图6所示的电路200。例如可以在电力供给器120上设置AC/DC转换器等。在如图21所示的例子中，其构成是在电力供给器120上安装光色可变标度盘122和亮度可变标度盘124，通过操作标度盘就能分别调节照明的光色和亮度。
在本实施例中使用LED灯100进行了说明，但并不局限于此，也可以通过组合实施例2以及实施例3的LED灯、实施例4的LED灯500或600、以及电力供给器120，来构成灯组合件。并且，能根据各种实际用途来决定设置或不设置灯组合件1000的反射板110和灯头130。而且，也可以使其构成为：把60个左右的LED灯100作为一个组合件，而把该一个组合件作为一个光源来使用。而且，也可以使其构成为：使用多个该组合件。
因为在本发明的LED灯中设有发红色光的LED元件，所以本发明能提供一种色再现性优良并且发光效率也较高的能发白色光的LED灯。而且，当还具有用于调整发红色光LED元件的发光强度的发光强度调整部件时，还能调整发红色光LED元件的发光强度，所以能够提供能改变光色的LED灯。
  浅蓝色发光峰值   460nm
  红色发光峰值   625nm
  荧光体发光峰值   545nm
  Tc   3000K
  Duv   0.02
  (x，y)   (0.43695，0.40410)
                                         现色性
  Ra   92.4   R9   93.1
  R1   88.2   R10   97.2
  R2   95.5   R11   85.9
  R3   93.1   R12   81.0
  R4   89.6   R13   89.7
  R5   91.4   R14   92.9
  R6   88.9   R15   91.9
  R7   96.6
  R8   96.4
  色域面积比
  Ga   103.3
  Ga4   109.3
表1
  浅蓝色发光峰值   460nm
  红色发光峰值   640nm
  荧光体发光峰值   545nm
  Tc   5000K
  Duv   -0.01
  (x，y)   (0.34511，0.35161)
  现色性
  Ra   94.3   R9   66.6
  R1   97.3   R10   94.9
  R2   99.1   R11   94.4
  R3   92.1   R12   65.0
  R4   94.4   R13   98.2
  R5   94.2   R14   94.5
  R6   93.6   R15   90.2
  R7   95.8
  R8   87.7
            色域面积比
  Ga   101.6
  Ga4   112.9
表2
  浅蓝色发光峰值   460nm
  红色发光峰值   640nm
  荧光体发光峰值   545nm
  Tc   6700K
  Duv   0.02
  (x，y)   (0.31055，0.32076)
                                             现色性
  Ra   92.2   R9   92.3
  R1   95.0   R10   93.9
  R2   98.8   R11   85.5
  R3   94.9   R12   57.1
  R4   85.0   R13   98.9
  R5   88.8   R14   96.9
  R6   90.8   R15   90.4
  R7   91.6
  R8   92.5
       色域面积比
  Ga   96.6
  Ga4   107.5
表3

Claims (18)

1.一种LED灯，其特征是：包括：发浅蓝色光的LED元件、发红色光的LED元件、以及被所述发浅蓝色光的LED元件激发的荧光体；所述荧光体发射的光谱用于补充所述发浅蓝色光的LED元件发射的浅蓝色波长带和所述发红色光的LED元件发射的红色波长带之间的波长带的发光强度。
2.根据权利要求1所述的LED灯，其特征是：所述发红色光的LED元件的峰值波长是600nm以上。
3.根据权利要求1所述的LED灯，其特征是：所述发浅蓝色光的LED元件的峰值波长是在450nm～470nm的范围内；所述发红色光的LED元件的峰值波长是在610nm～630nm的范围内；并且，所述荧光体的发光峰值波长是在520nm～560nm的范围内。
4.根据权利要求1所述的LED灯，其特征是：当所述LED灯的相关色温度是5000K以上，并且现色性评价的基准光源为合成日光时，所述发浅蓝色光的LED元件的峰值波长是在450nm～460nm的范围内；所述发红色光的LED元件的峰值波长是在600nm以上；并且，所述荧光体的发光峰值波长是在520nm～545nm的范围内。
5.根据权利要求1所述的LED灯，其特征是：当所述LED灯的相关色温度为不到5000K，并且现色性评价的基准光源为黑体放射时，所述发红色光的LED元件的峰值波长是在615nm～650nm的范围内；并且，所述荧光体的发光峰值波长是在545nm～560nm的范围内。
6.根据权利要求1所述的LED灯，其特征是：还包括：调节所述发红色光的LED元件的发光强度的发光强度调节部件。
7.根据权利要求6所述的LED灯，其特征是：所述发光强度调节部件是可变电阻器。
8.根据权利要求6所述的LED灯，其特征是：所述发浅蓝色光的LED元件的峰值波长是在455nm～465nm的范围内；所述发红色光的LED元件的峰值波长是在620nm～630nm的范围内；并且，所述荧光体的发光峰值波长是在540nm～550nm的范围内。
9.根据权利要求1～8中任意1项所述的LED灯，其特征是：所述荧光体是被所述发浅蓝色光的LED元件所激发而发黄色光的黄色发光荧光体。
10.根据权利要求9所述的LED灯，其特征是：所述发黄色光的荧光体为YAG荧光体或具有Mn发光中心的荧光体。
11.根据权利要求1～8中任意1项所述的LED灯，其特征是：所述荧光体是被所述发浅蓝色光的LED元件所激发而发绿色光的绿色发光荧光体。
12.根据权利要求11所述的LED灯，其特征是：所述发绿色光的荧光体是YAG荧光体、或把从Tb、Ce、Eu以及Mn所形成的族中选出的至少一个作为发光中心的混合荧光体。
13.根据权利要求1所述的LED灯，其特征是：所述发浅蓝色光的LED元件、所述发红色光的LED元件、以及所述荧光体被作为一体元件来构成。
14.根据权利要求13所述的LED灯，其特征是：所述发浅蓝色光的LED元件的发光部位和所述发红色光的LED元件的发光部位被设置在一个芯片内。
15.根据权利要求1所述的LED灯，其特征是：所述发浅蓝色光的LED元件以及包含所述荧光体的LED元件、和所述发红色光的LED元件被成组构成。
16.一种灯组合件，其特征是：包括：权利要求1所述的LED灯和向所述LED灯提供电力的电力供给器。
17.根据权利要求16所述的灯组合件，其特征是：还包括：反射所述LED灯所发射的光的反射板。
18.根据权利要求1所述的LED灯，其特征是：所述发红色光的LED元件的峰值波长是在610nm～630nm的范围，
由作为特殊现色评价数的R9到R12所构成的色域面积比Ga4高于由作为平均现色评价数的R1到R8所构成的色域面积Ga。
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