JP2007142268A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蛍光体による吸収を抑制し、所望の色を容易に得られる発光装置を提供する。
【解決手段】半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤緑色反射部２４を透過し、赤緑色変換部２０に入射する。すると、励起光２８は、代表的に、入射方向と同方向に進行する２次光３０ａおよび入射方向と反対方向に進行する２次光３０ｂに変換される。２次光３０ａは、放射面から放射される一方、２次光３０ｂは、赤緑色反射部２４で反射され、放射面から放射される。同様に、励起光２８が青色変換部２２へ入射すると、励起光２８は、代表的に、入射方向と同方向に進行する３次光３２ａおよび入射方向と反対方向に進行する３次光３２ｂに変換される。３次光３２ａは、放射面から放射される一方、３次光３２ｂは、青色反射部２６で反射され、進行方向が反転され、放射面から放射される。
【選択図】図２

Description

この発明は半導体発光素子から発生される励起光を波長変換して放射する発光装置に関し、特に蛍光体の吸収による損失を低減し、発光効率を高めた発光装置に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ：Lighting Emitting Diode）などの半導体発光素子は、小型で消費電力が少なく、高輝度の発光を安定に行なうことができるという利点を有している。また、半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせて可視光を得る発光装置は、半導体発光素子の利点を有し、かつ、使用目的に応じた色（たとえば白色）の光を得ることができるため、液晶ディスプレイ、携帯電話や携帯情報端末などのバックライト用光源、室内外広告等に利用される表示装置、各種携帯機器のインジケータ、照明スイッチ、ＯＡ（オフィスオートメーション）機器用光源などに利用することができる。
たとえば、特許第２９２７２７９号公報（特許文献１）には、青色から紫色の短波長の可視光を発光する半導体発光素子と蛍光体とを備える発光装置が開示されている。この発光装置によれば、半導体発光素子からの光と蛍光体により波長変換された変換光とを混合することにより白色の光を得る。
より色調を高めた白色の光を得るために、特許文献１に示されるような半導体発光素子からの直接光と蛍光体からの変換光とを混合して白色の光を得る構成に代えて、光の三原色である赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光をそれぞれ発する３種類の蛍光体を用いる構成が提案されている。
たとえば、特開平９−１５３６４４号公報（特許文献２）には、ＩＩＩ族窒素化合物半導体で形成され、発光ピーク波長が３８０ｎｍの紫外線を発光する半導体発光素子と、この半導体発光素子からの紫外線を受け、それぞれ赤色、緑色、青色の光を発光する３種類の蛍光体とからなる発光装置が開示されている。このような発光装置の構成は、ドットマトリックス方式とも称される。
また、特開２００２−１７１０００号公報（特許文献３）には、発光波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの光を発光する半導体発光素子を用いて、人体に対する影響が小さく、かつ、構成部品に対する劣化への影響も小さくなるようにした発光装置が開示されている。
さらに、ドットマトリックス方式に代えて、３種類の蛍光体を同一光路上に積層した発光装置も提案されている。たとえば、特開２００４−７１３５７号公報（特許文献４）には、所定の発光ピーク波長を有する励起光を発生する半導体発光素子と、励起光の光路順に、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体が積層された変換部とからなる発光装置が開示されている。一般的に、蛍光体は、自身の変換後の波長よりも短い波長の光を吸収する特性を有する。たとえば、赤色蛍光体は、緑色および青色の光を吸収しやすく、緑色蛍光体は、青色の光を吸収しやすい。そこで、特許文献４に従う発光装置によれば、その変換後の波長が光路順に短くなるように蛍光体を配置することで、蛍光体による光の吸収を抑制し、より高い発光効率を実現している。
特許第２９２７２７９号公報 特開平０９−１５３６４４号公報 特開２００２−１７１０００号公報 特開２００４−０７１３５７号公報
しかしながら、蛍光体の製造過程、形状および材質などによっては、蛍光体に入射する励起光の伝搬方向と、蛍光体において変換された変換光の伝搬方向とが一致しないことがある。すなわち、蛍光体から放射される変換光は指向性が低いことが多い。そのため、３種類の蛍光体を同一光路上に積層した発光装置においては、蛍光体の相互間で変換光の吸収が生じ、発光装置から発光される赤色、緑色、青色の混合比率がくずれ、いわゆる色度点が変化するという問題があった。そのため、白色を発光する場合に重要となる、色度点の調整が困難であった。
また、ドットマトリックス方式の発光装置においては、発光色のバラツキを低減するため、発光装置の放射面に反射膜を形成することが多いが、この反射膜により反射された変換光が異なる蛍光体に入射すると、同様に吸収されてしまうという問題があった。
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、蛍光体による吸収を抑制し、所望の色を容易に得られる発光装置を提供することである。
この発明によれば、放射面から光を放射する発光装置である。そして、この発明に従う発光装置は、第１の波長帯域に主発光ピークをもつ励起光を発生する半導体発光素子と、その一方面が放射面を形成し、励起光を受け、第１の波長帯域より波長の長い第２の波長帯域に主発光ピークをもつ第１の変換光を発生する第１の変換部と、半導体発光素子と第１の変換部との間に配置され、励起光を受け、第２の波長帯域より波長の長い第３の波長帯域に主発光ピークをもつ第２の変換光を発生する第２の変換部と、第１の変換部と第２の変換部との間に配置され、第１の変換部から第２の変換部に向けて進行する２の変換光を反射し、かつ、第２の変換部から第１の変換部に向けて進行する励起光を透過させるための第１の反射部とを備える。
好ましくは、半導体発光素子と第２の変換部との間に配置され、第２の変換部から半導体発光素子に向けて進行する第２の変換光を反射し、かつ、半導体発光素子から第２の変換部に向けて進行する励起光を透過させるための第２の反射部をさらに備える。
さらに、好ましくは、半導体発光素子と第２の反射部との間に配置され、励起光を受け、第３の波長帯域より波長の長い第４の波長帯域に主発光ピークをもつ第３の変換光を発生する第３の変換部と、半導体発光素子と第３の変換部との間に配置され、第３の変換部から半導体発光素子に向けて進行する第３の変換光を反射し、かつ、半導体発光素子から第３の変換部に向けて進行する励起光を透過させるための第３の反射部とをさらに備える。
好ましくは、第１の波長帯域は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍであり、第２の波長帯域は、４１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、第３の波長帯域は、５００ｎｍ〜６７０ｎｍである。
また、好ましくは、第１の波長帯域は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍであり、第２の波長帯域は、４１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、第３の波長帯域は、５００ｎｍ〜５８０ｎｍであり、第４の波長帯域は、６００ｎｍ〜６７０ｎｍである。
好ましくは、少なくともいずれか１つの反射部は、複数の誘電体を積層した多層膜からなる。
好ましくは、放射面と接して配置され、放射面から放射される光に含まれる励起光を抑制する励起光抑制部をさらに備える。
さらに、好ましくは、励起光抑制部は、励起光を反射し、かつ、いずれの変換光をも透過させるための励起光反射部、および、励起光を吸収し、かつ、いずれの変換光をも透過させるための励起光吸収部、の少なくともいずれか一方を含む。
さらに、励起光抑制部が励起光反射部および励起光吸収部を含む場合には、励起光反射部は、励起光吸収部と放射面との間に配置される。
好ましくは、変換部の各々は、発生する変換光が放射面から混合されて放射されると白色の光となるように選択される。
また、この発明によれば、放射面から光を放射する発光装置である。そして、この発明に従う発光装置は、第１の波長帯域に主発光ピークをもつ励起光を発生する半導体発光素子と、その一方面が放射面を形成し、かつ、その他方面に半導体発光素子から発生される励起光を受け、可視光に変換して放射面から放射する可視光放射部とを備える。そして、可視光放射部は、放射面の一部を含む可視光放射部内の領域を、励起光を第１の波長帯域より波長の長い波長帯域に主発光ピークをもつ変換光に変換する変換材で満たして形成される変換部を含み、変換部は、可視光放射部内における変換材との境界面の少なくとも一部に形成され、変換材で変換された変換光を反射し、かつ、励起光を透過させるための反射材を含む。
好ましくは、可視光放射部は、同一の励起光を互いに異なる波長帯域に主発光ピークをもつ変換光に変換する複数の変換部を含む。
さらに、好ましくは、可視光放射部は、励起光をそれぞれ第２の波長帯域、第３の波長帯域および第４の波長帯域に主発光ピークをもつ第１の変換光、第２の変換光および第３の変換光に変換する３種類の変換部を含む。
さらに、好ましくは、第１の波長帯域は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍであり、第２の波長帯域は、４１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、第３の波長帯域は、５００ｎｍ〜５８０ｎｍであり、第４の波長帯域は、６００ｎｍ〜６７０ｎｍである。
好ましくは、少なくともいずれか１つの反射材は、複数の誘電体を積層した多層膜からなる。
好ましくは、放射面と接して配置され、放射面から放射される光に含まれる励起光を抑制する励起光抑制部をさらに備える。
さらに、好ましくは、励起光抑制部は、励起光を反射し、かつ、いずれの変換光をも透過させるための励起光反射部、および、励起光を吸収し、かつ、いずれの変換光をも透過させるための励起光吸収部、の少なくともいずれか一方を含む。
さらに、好ましくは、励起光抑制部が励起光反射部および励起光吸収部を含む場合には、励起光反射部は、励起光吸収部と放射面との間に配置される。
好ましくは、変換部の各々は、発生する変換光が放射面から混合されて放射されると白色の光となるように選択される。
この発明によれば、第１の変換部と第２の変換部との間に、第１の変換部から第２の変換部に向けて進行する２の変換光を反射し、かつ、第２の変換部から第１の変換部に向けて進行する励起光を透過させるための第１の反射部が配置される。そのため、第１の変換部で変換された第１の変換光のうち、第２の変換部へ向けて進行する第１の変換光は、第１の反射部で反射される。よって、隣接する第２の変換部による第１の変換光の吸収を抑制でき、所望の色を容易に得られる発光装置を実現できる。
また、この発明によれば、励起光を受けて変換光に変換する変換部は、可視光放射部内における変換材との境界面の少なくとも一部に形成された反射材を含む。そのため、変換部で変換された変換光のうち、放射面以外の方向に進行する変換光は、反射材で反射される。よって、変換光が他の変換部へ入射するのを抑制でき、所望の色を容易に得られる発光装置を実現できる。
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う発光装置１０１を備える光源１の外観図である。
図１を参照して、光源１は、この発明の実施の形態１に従う発光装置１０１が規則的に配置されて構成される。そして、発光装置１０１の各々は、予め定められた色、たとえば白色の光を放射する。なお、一例として、円筒形状の発光装置１０１を図示するが、立方体形状や多角形形状などでもよい。
図２は、図１に示すこの発明の実施の形態１に従う発光装置１０１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
図２を参照して、発光装置１０１は、外枠２と、基材４と、半導体発光素子７と、赤緑色変換部２０と、青色変換部２２と、赤緑色反射部２４と、青色反射部２６とからなる。
基材４は、一例としてプリント基板などからなり、外枠２とその周囲を接合されて、筒状の空間を形成する。また、基材４の表面には、実装面に配置される半導体発光素子７に電圧を印加するための、配線パターン１４および１６が、実装面と反対側の裏面まで形成され、図示しない外部の電源と接続される。
半導体発光素子７は、活性層６と、その両側に接合されるＰ側電極８と、Ｎ側電極１２とからなる発光ダイオードである。半導体発光素子７が発光する励起光の主発光ピークは、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍが望ましい。一例として、活性層６は、ＩｎＧａＮからなり、その主発光ピーク波長は、４０５ｎｍである。また、Ｐ側電極８は、空間的に配置される金属ワイヤ１０を介して配線パターン１４と電気的に結合され、Ｎ側電極１２は、導電性を有する接着剤により、配線パターン１６と電気的に接合される。
さらに、外枠２および基材４により形成される筒状空間にモールド樹脂１８が充填され、半導体発光素子７が封止される。なお、モールド樹脂１８は、半導体発光素子７が発光する光に対して透光性を有し、モールド樹脂１８にて生じる光損失はきわめて小さい。
赤緑色変換部２０は、半導体発光素子７から発光された励起光を受け、より波長の長い変換光（以下、２次光とも称す）を放射する蛍光体からなる。この発明の実施の形態１においては、赤緑色変換部２０は、主発光ピークが４０５ｎｍの励起光を緑色領域および赤色領域、すなわち５００ｎｍ〜６７０ｎｍに主発光ピークを有する２次光に変換する。したがって、赤緑色変換部２０は、光の三原色のうち赤色および緑色の成分を生成する。
一例として、赤緑色変換部２０は、ＳｒＡｌＯ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長５２０ｎｍ）、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長５４０ｎｍ）、Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長５８０ｎｍ）、ＣａＡｌＳｉＮ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長６５０ｎｍ）、および、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ（主発光ピーク波長５１０ｎｍ）のうちいずれか、または、これらのうち２以上の混合物からなる。
なお、半導体発光素子７から放射された励起光は、すべて赤緑色変換部２０で変換光に変換されることはなく、赤緑色変換部２０を通過し、青色変換部２２へ到達する。
青色変換部２２は、半導体発光素子７から発光された励起光のうち、赤緑色変換部２０を通過した励起光を受け、より波長の長い変換光（以下、３次光とも称す）を放射する蛍光体からなる。この発明の実施の形態１においては、青色変換部２２は、主発光ピークが４０５ｎｍの励起光を青色領域、すなわち４１０ｎｍ〜５００ｎｍに主発光ピークを有する３次光を生成する。したがって、青色変換部２２は、光の三原色のうち青色成分を生成する。また、青色変換部２２は、青色反射部２６との接合面と反対側の面に発光装置１０１の放射面を形成する。
一例として、青色変換部２２は、ＬａＳｉＮ：Ｃｅ蛍光体（主発光ピーク波長４４０ｎｍ）またはＬａＳｉＯＮ：Ｃｅ蛍光体（主発光ピーク波長４４０ｎｍ）、ならびに、これらの混合物からなる。
このように、それぞれ赤緑色変換部２０および青色変換部２２から放射される２次光および３次光が混合されて、波長帯域の広い、すなわち白色系の光が放射される。
赤緑色反射部２４は、半導体発光素子７を封止するモールド樹脂１８と、赤緑色変換部２０との間に介挿され、半導体発光素子７から放射される励起光を透過させ、かつ、赤緑色変換部２０から放射される２次光を反射する。
一例として、赤緑色反射部２４は、互いに屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層した多層膜で構成される。このような多層膜から構成される反射部は、多層膜ミラーとも称される。
具体的には、２次光の主発光ピーク波長をλ、誘電体薄膜の屈折率をｎとすると、膜厚をそれぞれλ／（４ｎ）とした２種類の誘電体薄膜を交互に積層することにより、２次光に対してきわめて高い反射率を有する赤緑色反射部２４を実現できる。なお、積層する２種類の誘電体薄膜は、屈折率の差が大きいことが好ましい。そのため、誘電体薄膜に用いる物質の組み合わせの一例としては、酸化シリコンと酸化チタン、酸化アルミニウムと窒化インジウム、または、これらのうちのいずれかの物質と、アルミニウム・ガリウム砒素、アルミニウム・ガリウム燐、五酸化タンタル、多結晶シリコン、非晶質ガリウムなどいずれかの物質とを適宜組み合わせてもよい。
青色反射部２６は、赤緑色変換部２０と、青色変換部２２との間に介挿され、赤緑色変換部２０を通過した励起光を透過させ、かつ、青色変換部２２から放射される３次光を反射する。
一例として、青色反射部２６は、上述した赤緑色反射部２４と同様に、互いに屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層した多層膜で構成される。
（反射部の機能）
赤緑色反射部２４および青色反射部２６の機能について、図２を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤緑色反射部２４を透過し、赤緑色変換部２０に入射する。すると、励起光２８は、赤緑色変換部２０において、代表的に、入射方向と同方向に進行する２次光３０ａおよび入射方向と反対方向に進行する２次光３０ｂに変換される。２次光３０ａは、青色反射部２６および青色変換部２２を通過し、放射面から放射される。一方、２次光３０ｂは、赤緑色反射部２４で反射され、進行方向が反転する。そのため、赤緑色反射部２４で反射された２次光３０ｂは、２次光３０ａと同様に、青色反射部２６および青色変換部２２を通過し、放射面から放射される。なお、青色変換部２２は、２次光より波長の短い３次光を放射する蛍光体であるので、青色変換部２２における２次光の吸収量は、無視できるほど小さい。
このように、赤緑色反射部２４が赤緑色変換部２０から放射された２次光を反射するので、２次光は、半導体発光素子７側へ進行することなく、高い効率で放射面から放射される。
また、半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤緑色反射部２４、赤緑色変換部２０および青色反射部２６を透過し、青色変換部２２へ入射する。すると、励起光２８は、青色変換部２２において、代表的に、入射方向と同方向に進行する３次光３２ａおよび入射方向と反対方向に進行する３次光３２ｂに変換される。３次光３２ａは、放射面から放射される。一方、３次光３２ｂは、青色反射部２６で反射され、進行方向が反転する。そのため、青色反射部２６で反射された３次光３２ｂは、３次光３２ａと同様に、青色変換部２２を再度通過し、放射面から放射される。
このように、青色反射部２６が青色変換部２２から放射された３次光を反射するので、３次光が赤緑色変換部２０で吸収されることなく、高い効率で放射面から放射される。
（反射部の構成）
上述した赤緑色反射部および青色反射部の構成についてより詳細に説明する。
図３は、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２の複合酸化物における組成比と屈折率の変化との関係を示す図である。
図３を参照して、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２の複合酸化物において、組成比ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＴｉＯ２）と屈折率との間にはほぼ比例関係が成立する。したがって、所定の屈折率を実現するための組成比は、一意に決定することができる。そこで、屈折率を任意に変化させることのできる薄膜を積層することで、所望の波長に対する反射率および透過率をもつ反射部を実現する。
図４は、赤緑色反射部２４の構成例である。
図４（ａ）は、膜厚についての屈折率プロフィールである。
図４（ｂ）は、反射率および屈折率の波長特性である。
図４（ａ）を参照して、膜厚についての屈折率プロフィールが階段状になるように、それぞれの屈折率をもつ誘電体薄膜を形成し、積層することで赤緑色反射部２４を形成する。すなわち、図４（ａ）に示す屈折率プロフィールにおいて、同一の屈折率をもつ領域毎に、その領域の膜厚に対応する誘電体薄膜を製作し、積層する。なお、この屈折率プロフィールは、両サイドにおいて、屈折率が所定の傾斜をもつように形成される。このように、屈折率に所定の傾斜を形成することで、周波数選択性を向上させることができる。
図４（ｂ）を参照して、このように形成した赤緑色反射部２４は、６１０ｎｍを中心とし、両サイドに約１００ｎｍずつにわたって大きな反射率分布をもつ。そのため、赤緑色反射部２４は、５００ｎｍ〜６７０ｎｍに主発光ピーク波長をもつ２次光に対して高い反射率を有する一方、それ以外の波長帯域における反射率は低い。なお、透過率は、反射率と相補の関係にあるため、低い反射率は、高い透過率を意味する。したがって、赤緑色反射部２４は、主発光ピーク波長が３５０ｎｍ〜４１０ｎｍにある励起光に対して、高い透過率を有する。
より高い効果を発揮するためには、赤緑色反射部２４は、２次光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜６７０ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
図５は、青色反射部２６の構成例である。
図５（ａ）は、膜厚についての屈折率プロフィールである。
図５（ｂ）は、反射率および屈折率の波長特性である。
図５（ａ）を参照して、上述した赤緑色反射部２４と同様に、膜厚についての屈折率プロフィールが階段状になるように、それぞれの屈折率をもつ誘電体薄膜を形成し、積層することで青色反射部２６を形成する。すなわち、図５（ａ）に示す屈折率プロフィールにおいて、同一の屈折率をもつ領域毎に、その領域の膜厚に対応する誘電体薄膜を製作し、積層する。なお、この屈折率プロフィールは、両サイドにおいて、屈折率が所定の傾斜をもつように形成される。このように、屈折率に所定の傾斜を形成することで、周波数選択性を向上させることができる。
図５（ｂ）を参照して、このように形成した青色反射部２６は、４５５ｎｍを中心とし、両サイドに約５０ｎｍずつにわたって大きな反射率分布をもつ。そのため、青色反射部２６は、４１０ｎｍ〜５００ｎｍに主発光ピーク波長をもつ３次光に対して高い反射率を有する一方、それ以外の波長帯域における反射率は低い。したがって、青色反射部２６は、主発光ピーク波長が３５０ｎｍ〜４１０ｎｍにある励起光および主発光ピークが５００ｎｍ〜６７０ｎｍにある２次光に対して、高い透過率を有する。
より高い効果を発揮するためには、青色反射部２６は、３次光の主発光ピークが存在する波長帯域４１０ｎｍ〜５００ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍ、および２次光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜６７０ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
なお、赤緑色変換部２０および青色変換部２２の材質や厚みなどを適宜選択することで、２次光と３次光との光強度の比率を調整し、放射面から放射される２次光および３次光の混合光が白色の光となるようにすることが望ましい。すなわち、２次光の波長特性と３次光の波長特性とを混合したものが、広い波長帯域をもつように調整する。
また、外枠２の内径面と赤緑色変換部２０および青色変換部２２との間に反射部材をさらに配置してもよい。すなわち、上述の説明では、２次光および３次光が放射面に向けて進行する場合と、半導体発光素子７に向けて進行する場合について説明したが、２次光および３次光の一部は、赤緑色変換部２０および青色変換部２２の面内方向に進行する。そのため、２次光および３次光の一部は、外枠２の内径面に吸収され、損失となる場合がある。そこで、外枠２の内径面に反射部材を設けることで、外枠２に吸収されて生じる損失を抑制できる。なお、この場合の反射部材は、波長選択性の反射部材である必要はなく、すべての波長帯域において、高い反射率を有する物質が望ましい。
この発明の実施の形態１によれば、赤緑色反射部が２次光の半導体発光素子側への進行を抑制し、かつ、青色反射部が３次光の赤緑色変換部への進行を抑制する。そのため、２次光が半導体発光素子側に吸収されることがなく、かつ、３次光が赤緑色変換部で吸収されることがない。よって、赤緑色変換部および青色変換部から放射された２次光および３次光は、ほぼ損失を生じることなく放射面から放射されるため、発光装置毎の光色度のバラツキを低減でき、所望の色を容易に得られる発光装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態１によれば、特に変換効率の低い青色光を発生する青色変換部の一方面を放射面として用いるため、伝搬過程における損失を抑制し、総合的な発光効率の低下を抑制した発光装置を実現できる。
[実施の形態２]
上述の実施の形態１においては、赤緑色変換部および青色変換部から放射された２次光および３次光を効率よく放射する構成について説明した。さらに、この発明の実施の形態２においては、より変換効率を高めるための構成について説明する。
この発明の実施の形態２に従う発光装置１０２は、図１に示す光源と同様に、規則的に配置されて光源を構成する。
図６は、この発明の実施の形態２に従う発光装置１０２の断面図である。
図６を参照して、発光装置１０２は、図２に示すこの発明の実施の形態１に従う発光装置１０１の放射面に励起光反射部３４を接合したものである。
励起光反射部３４は、発光装置１０２の放射面、すなわち青色変換部２２の一方面と接合して配置され、２次光および３次光を透過させ、かつ、励起光を反射する。
一例として、励起光反射部３４は、上述した赤緑色反射部２４と同様に、互いに屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層した多層膜で構成される。
その他については、この発明の実施の形態１に従う発光装置１０１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
（励起光反射部の機能）
励起光反射部３４の機能について、図６を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤緑色変換部２０および青色変換部２２に入射し、それぞれ２次光３０ａおよび３次光３２ａに変換される。上述したように、２次光３０ａおよび３次光３２ａは、放射面に向けて進行し、励起光反射部３４を通過し、外部へ放射される。
一方、２次光または３次光に変換されなかった一部の励起光２８は、励起光反射部３４に入射すると、そこで反射され、進行方向が反転する。そして、再度、青色変換部２２および赤緑色変換部２０へ入射し、３次光および２次光への変換に用いられる。
このように、励起光反射部３４が赤緑色変換部２０および青色変換部２２を通過した励起光を反射するので、励起光は、発光装置１０２の外部へ放射されることなく、発光装置１０２の内部を進行する。そのため、励起光２８は、少なくとも赤緑色変換部２０および青色変換部２２を一往復するので、この発明の実施の形態１に従う発光装置１０１に比較して、より高い変換効率を実現できる。
（励起光反射部の構成）
図７は、励起光反射部３４の構成例である。
図７（ａ）は、膜厚についての屈折率プロフィールである。
図７（ｂ）は、反射率および屈折率の波長特性である。
図７（ａ）を参照して、膜厚についての屈折率プロフィールが階段状になるように、それぞれの屈折率をもつ誘電体薄膜を形成し、積層することで励起光反射部３４を形成する。すなわち、図７（ａ）に示す屈折率プロフィールにおいて、同一の屈折率をもつ領域毎に、その領域の膜厚に対応する誘電体薄膜を製作し、積層する。なお、この屈折率プロフィールは、両サイドにおいて、屈折率が所定の傾斜をもつように形成される。このように、屈折率に所定の傾斜を形成することで、周波数選択性を向上させることができる。
図７（ｂ）を参照して、このように形成した励起光反射部３４は、約３００ｎｍ〜４１０ｎｍわたって大きな反射率分布をもつ。そのため、励起光反射部３４は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに主発光ピーク波長をもつ励起光に対して高い反射率を有する一方、それ以外の波長帯域における反射率は低い。なお、透過率は、反射率と相補の関係にあるため、低い反射率は、高い透過率を意味する。したがって、励起光反射部３４は、主発光ピーク波長が５００ｎｍ〜６７０ｎｍにある２次光および主発光ピークが３５０ｎｍ〜４１０ｎｍにある３次光に対して、高い透過率を有する。
より高い効果を発揮するためには、励起光反射部３４は、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、２次光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜６７０ｎｍ、および３次光の主発光ピークが存在する波長帯域４１０ｎｍ〜５００ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
この発明の実施の形態２によれば、この発明の実施の形態１における効果に加えて、励起光反射部が赤緑色変換部および青色変換部を通過した励起光を反射するので、励起光は、赤緑色変換部および青色変換部を少なくとも一往復する。そのため、この発明の実施の形態１における発光装置に比較し、２次光または３次光に変換される確率が高まり、より高い変換効率を実現することができる。さらに、発光装置毎の光色度のバラツキも低減できる。
また、この発明の実施の形態２によれば、波長の短い近紫外域または紫外域の励起光が発光装置の外部に放射されるのを抑制できるので、劣化促進などの周辺の部品への悪影響を低減できる。また、人体への影響をより低減することもできる。
［実施の形態３］
上述の実施の形態１においては、赤緑色変換部および青色変換部から放射された２次光および３次光を効率よく放射する構成について説明した。さらに、この発明の実施の形態３においては、発光装置の外部へ放射される励起光を抑制するための構成について説明する。
この発明の実施の形態３に従う発光装置１０３は、図１に示す光源と同様に、規則的に配置されて光源を構成する。
図８は、この発明の実施の形態３に従う発光装置１０３の断面図である。
図８を参照して、発光装置１０３は、図２に示すこの発明の実施の形態１に従う発光装置１０１の放射面に励起光吸収部３６を接合したものである。
励起光吸収部３６は、発光装置１０２の放射面、すなわち青色変換部２２の一方面と接合して配置され、２次光および３次光を透過させ、かつ、励起光を吸収する。
励起光吸収部３６は、一例として、透光性の媒質に所望の吸収体を分散させることで実現され、吸収体の物質としては、一例として、ベンゾトリアゾール、シアノアクリレート、パラアミノ安息酸、ペンゾフェノン、およびケイ皮酸などがある。また、色素系の物質としては、カドミウム・レッド、弁柄、コバルト・ブルー、および群青などを用いることができる。
その他については、この発明の実施の形態１に従う発光装置１０１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
（励起光吸収部の機能）
励起光吸収部３６の機能について、図８を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤緑色変換部２０および青色変換部２２に入射し、それぞれ２次光３０ａおよび３次光３２ａに変換される。上述したように、２次光３０ａおよび３次光３２ａは、放射面に向けて進行し、励起光吸収部３６を通過し、外部へ放射される。
一方、２次光または３次光に変換されなかった一部の励起光２８は、励起光反射部３４に入射すると、そこで吸収され、熱エネルギーに変換される。
このように、励起光吸収部３６が赤緑色変換部２０および青色変換部２２を通過した励起光を吸収するので、励起光が発光装置１０２の外部へ放射されることはない。
より高い効果を発揮するためには、励起光吸収部３６は、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、９５％以上の吸収率を有し、かつ、２次光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜６７０ｎｍ、および３次光の主発光ピークが存在する波長帯域４１０ｎｍ〜５００ｎｍに対して、５％以下の吸収率を有することが望ましい。
この発明の実施の形態３によれば、この発明の実施の形態１における効果に加えて、励起光吸収部が放射面から放射される励起光を選択的に吸収するので、波長の短い近紫外域または紫外域の励起光が発光装置の外部に放射されるのを抑制でき、劣化促進などの周辺の部品への悪影響を低減できる。また、人体への影響をより低減することもできる。
［実施の形態４］
上述の実施の形態２および３においては、発光装置の外部へ放射される励起光を抑制するために、それぞれ励起光を選択的に反射または吸収する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態４においては、発光装置から放射される励起光を反射および吸収する構成について説明する。
この発明の実施の形態４に従う発光装置１０４は、図１に示す光源と同様に、規則的に配置されて光源を構成する。
図９は、この発明の実施の形態４に従う発光装置１０４の断面図である。
図９を参照して、発光装置１０４は、図２に示すこの発明の実施の形態１に従う発光装置１０１の放射面に励起光反射部３４および励起光吸収部３６を接合したものである。
励起光反射部３４は、上述した実施の形態２における励起光反射部３４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
また、励起光吸収部３６は、上述した実施の形態３における励起光吸収部３６と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
その他については、この発明の実施の形態１に従う発光装置１０１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
（励起光反射部および励起光吸収部の機能）
励起光反射部３４および励起光吸収部３６の機能について、図９を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光は、赤緑色変換部２０および青色変換部２２に入射し、それぞれ２次光３０ａおよび３次光３２ａに変換される。上述したように、２次光３０ａおよび３次光３２ａは、放射面に向けて進行し、励起光反射部３４および励起光吸収部３６を通過し、外部へ放射される。
一方、２次光または３次光に変換されなかった一部の励起光２８ａは、励起光反射部３４に入射すると、そこで反射され、進行方向が反転する。そして、再度、青色変換部２２および赤緑色変換部２０へ入射し、３次光および２次光への変換に用いられる。さらに、励起光反射部３４を通過する一部の励起光２８ｂは、励起光吸収部３６に入射すると、そこで吸収され、熱エネルギーに変換される。
このように、まず、励起光反射部３４が赤緑色変換部２０および青色変換部２２を通過した励起光を反射し、さらに、励起光吸収部３６が励起光反射部３４で反射されなかった励起光を吸収する。
この発明の実施の形態４によれば、この発明の実施の形態１における効果に加えて、励起光反射部が赤緑色変換部および青色変換部を通過した励起光を反射するので、励起光は、赤緑色変換部および青色変換部を少なくとも一往復する。そのため、この発明の実施の形態１における発光装置に比較し、２次光または３次光に変換される確率が高まり、より高い変換効率を実現することができる。さらに、発光装置毎の光色度のバラツキも低減できる。
また、この発明の実施の形態４によれば、励起光吸収部が励起光反射部を通過した励起光を選択的に吸収するので、この発明の実施の形態２および３における場合に比較して、波長の短い近紫外域または紫外域の励起光が発光装置の外部に放射されるのをより抑制でき、劣化促進などの周辺の部品への悪影響をより低減できる。また、人体への影響をさらに低減することもできる。
[実施の形態５]
上述の実施の形態１〜４においては、２つの変換部を備える発光装置について説明した。一方、実施の形態５においては、３つの変換部を備える発光装置について説明する。
この発明の実施の形態５に従う発光装置１０５は、図１に示す光源と同様に、規則的に配置されて光源を構成する。
図１０は、この発明の実施の形態５に従う発光装置１０５の断面図である。
図１０を参照して、発光装置１０５は、外枠２と、基材４と、半導体発光素子７と、赤色変換部４０と、緑色変換部４２と、青色変換部４４と、赤色反射部４６と、緑色反射部４８と、青色反射部５０とからなる。
外枠２と、基材４と、半導体発光素子７とについては、上述したこの発明の実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
赤色変換部４０は、半導体発光素子７から発光された励起光を受け、より波長の長い変換光（以下、２次光とも称す）を放射する蛍光体からなる。この発明の実施の形態５においては、赤色変換部４０は、主発光ピークが４０５ｎｍの励起光を赤色領域、すなわち６００ｎｍ〜６７０ｎｍに主発光ピークを有する２次光に変換する。したがって、赤色変換部４０は、光の三原色のうち赤色成分を生成する。
一例として、赤色変換部４０は、ＣａＡｌＳｉＮ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長６５０ｎｍ）などからなる。
なお、半導体発光素子７から放射された励起光は、すべて赤色変換部４０で２次光に変換されることなく、赤色変換部４０を通過し、緑色変換部４２へ到達する。
緑色変換部４２は、半導体発光素子７から発光された励起光のうち、赤色変換部４０を通過した励起光を受け、より波長の長い変換光（以下、３次光とも称す）を放射する蛍光体からなる。この発明の実施の形態５においては、緑色変換部４２は、主発光ピークが４０５ｎｍの励起光を緑色領域、すなわち５００ｎｍ〜５８０ｎｍに主発光ピークを有する３次光に変換する。したがって、緑色変換部４２は、光の三原色のうち緑色成分を生成する。
一例として、緑色変換部４２は、ＳｒＡｌＯ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長５２０ｎｍ）、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長５４０ｎｍ）、Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長５８０ｎｍ）および、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ（主発光ピーク波長５１０ｎｍ）のうちいずれか、または、これらのうち２以上の混合物からなる。
青色変換部４４は、上述したこの発明の実施の形態１〜４における青色変換部２２と同様であり、半導体発光素子７から発光された励起光のうち、赤色変換部４０および緑色変換部４２を通過した励起光を受け、より波長の長い変換光（以下、４次光とも称す）を放射する蛍光体からなる。この発明の実施の形態５においては、青色変換部４４は、主発光ピークが４０５ｎｍの励起光を青色領域、すなわち４１０ｎｍ〜５００ｎｍに主発光ピークを有する変換光を生成する。したがって、青色変換部４４は、光の三原色のうち青色成分を生成する。また、青色変換部４４は、青色反射部５０との接合面と反対側の面に発光装置１０５の放射面を形成する。
一例として、青色変換部４４は、ＬａＳｉＮ：Ｃｅ蛍光体（主発光ピーク波長４４０ｎｍ）またはＬａＳｉＯＮ：Ｃｅ蛍光体（主発光ピーク波長４４０ｎｍ）、ならびに、これらの混合物からなる。
このように、赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４から放射されるそれぞれ２次光、３次光および４次光が混合されて、波長帯域の広い、すなわち白色系の光が放射される。
赤色反射部４６は、半導体発光素子７を封止するモールド樹脂１８と、赤色変換部４０との間に介挿され、半導体発光素子７から放射される励起光を透過させ、かつ、赤色変換部４０から放射される２次光を反射する。
緑色反射部４８は、赤色変換部４０と、緑色変換部４２との間に介挿され、赤色変換部４０を通過した励起光および赤色変換部４０から放射される２次光を透過させ、かつ、緑色変換部４２から放射される３次光を反射する。
青色反射部５０は、緑色変換部４２と、青色変換部４４との間に介挿され、緑色変換部４２を通過した励起光、赤色変換部４０から放射される２次光、および緑色変換部４２から放射される３次光を透過させ、かつ、青色変換部４４から放射される３次光を反射する。
一例として、赤色反射部４６、緑色反射部４８および青色反射部５０は、上述したこの発明の実施の形態１〜４における赤緑色反射部２４と同様に、互いに屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層した多層膜で構成される。
（反射部の機能）
赤色反射部４６、緑色反射部４８および青色反射部５０の機能について、図１０を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤色反射部４６を透過し、赤色変換部４０に入射する。すると、励起光２８は、赤色変換部４０において、代表的に、入射方向と同方向に進行する２次光５２ａおよび入射方向と反対方向に進行する２次光５２ｂに変換される。２次光５２ａは、緑色反射部４８、緑色変換部４２、青色反射部５０、および青色変換部４４を通過し、放射面から放射される。一方、２次光５２ｂは、赤色反射部４６で反射され、進行方向が反転する。そのため、赤色反射部４６で反射された２次光５２ｂは、２次光５２ａと同様の経路を進行し、放射面から放射される。なお、緑色変換部４２および青色変換部４４は、それぞれ２次光より波長の短い３次光および４次光を放射する蛍光体であるので、緑色変換部４２および青色変換部４４における２次光の吸収量は、無視できるほど小さい。
このように、赤色反射部４６が赤色変換部４０から放射された２次光を反射するので、２次光は、半導体発光素子７側へ進行することなく、高い効率で放射面から放射される。
また、半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤色反射部４６、赤色変換部４０および緑色反射部４８を通過し、緑色変換部４２へ入射する。すると、励起光２８は、緑色変換部４２において、代表的に、入射方向と同方向に進行する３次光５４ａおよび入射方向と反対方向に進行する３次光５４ｂに変換される。３次光５４ａは、青色反射部５０および青色変換部４４を通過し、放射面から放射される。一方、３次光５４ｂは、緑色反射部４８で反射され、進行方向が反転する。そのため、緑色反射部４８で反射された３次光５４ｂは、３次光５４ａと同様に、緑色変換部４２を再度通過し、放射面から放射される。
このように、緑色反射部４８が緑色変換部４２から放射された３次光を反射するので、３次光が赤色変換部４０で吸収されることなく、高い効率で放射面から放射される。
また、半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤色反射部４６、赤色変換部４０、緑色反射部４８、緑色変換部４２、および青色反射部５０を透過し、青色変換部４４へ入射する。すると、励起光２８は、青色変換部４４において、代表的に、入射方向と同方向に進行する４次光５６ａおよび入射方向と反対方向に進行する４次光５６ｂに変換される。４次光５６ａは、放射面から放射される。一方、４次光５６ｂは、青色反射部５０で反射され、進行方向が反転する。そのため、青色反射部５０で反射された４次光５６ｂは、４次光５６ａと同様に、青色変換部４４を再度通過し、放射面から放射される。
このように、青色反射部５０が青色変換部４４から放射された４次光を反射するので、４次光が赤色変換部４０および緑色変換部４２で吸収されることなく、高い効率で放射面から放射される。
（反射部の構成）
上述したこの発明の実施の形態１における赤緑色反射部２４および青色反射部２６と同様に、赤色反射部４６、緑色反射部４８および青色反射部５０は、それぞれ、屈折率を任意に変化させることのできる薄膜を積層することで、所望の反射率および透過率の波長特性を実現する。
赤色反射部４６は、半導体発光素子７から放射される励起光を透過させ、かつ、赤色変換部４０から放射される２次光（赤色）を反射させればよいので、図４に示すこの発明の実施の形態１における赤緑色反射部２４と同様に構成すればよい。
より高い効果を発揮するためには、赤色反射部４６は、２次光の主発光ピークが存在する波長帯域６００ｎｍ〜６７０ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
緑色反射部４８は、励起光および２次光を透過させ、かつ、３次光を反射する必要がある。すなわち、緑色反射部４８は、緑色領域の波長帯域の光を反射させ、それ以外の光を透過させるように構成される。
図１１は、緑色反射部４８の構成例である。
図１１（ａ）は、膜厚についての屈折率プロフィールである。
図１１（ｂ）は、反射率および屈折率の波長特性である。
図１１（ａ）を参照して、膜厚についての屈折率プロフィールが階段状になるように、それぞれの屈折率をもつ誘電体薄膜を形成し、積層することで緑色反射部４８を形成する。すなわち、図１１（ａ）に示す屈折率プロフィールにおいて、同一の屈折率をもつ領域毎に、その領域の膜厚に対応する誘電体薄膜を製作し、積層する。なお、この屈折率プロフィールは、両サイドにおいて、屈折率が所定の傾斜をもつように形成される。このように、屈折率に所定の傾斜を形成することで、周波数選択性を向上させることができる。
図１１（ｂ）を参照して、このように形成した緑色反射部４８は、約５００ｎｍ〜５８０ｎｍの波長帯域で大きな反射率分布をもつ。そのため、緑色反射部４８は、５００ｎｍ〜５８０ｎｍに主発光ピーク波長をもつ３次光に対して高い反射率を有する一方、主発光ピーク波長が３５０ｎｍ〜４１０ｎｍにある励起光および主発光ピーク波長が６００ｎｍ〜６７０ｎｍにある２次光に対して高い透過率を有する。
より高い効果を発揮するためには、緑色反射部４８は、３次光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜５８０ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。また、２次光の主発光ピークが存在する波長帯域６００ｎｍ〜６７０ｎｍに対しても、９５％以上の透過率を有することが望ましい。
青色反射部５０は、励起光、２次光（赤色）および３次光（緑色）を透過させ、かつ、４次光（青色）を反射させればよいので、図５に示すこの発明の実施の形態１における青色反射部２６と同様に構成すればよい。
より高い効果を発揮するためには、青色反射部５０は、４次光の主発光ピークが存在する波長帯域４１０ｎｍ〜５００ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍ、２次光の主発光ピークが存在する波長帯域６００ｎｍ〜６７０ｎｍ、および３次光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜５８０ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
なお、赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４の材質や厚みなどを適宜選択することで、２次光、３次光および４次光の光強度の比率を調整し、放射面から放射される２次光、３次光および４次光の混合光が白色の光となるようにすることが望ましい。すなわち、２次光の波長特性と３次光の波長特性と４次光の波長特性とを混合したものが、広い波長帯域をもつように調整する。
また、外枠２の内径面と赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４との間に反射部材をさらに配置してもよい。すなわち、上述の説明では、２次光、３次光および４次光が放射面に向けて進行する場合と、半導体発光素子７に向けて進行する場合について説明したが、２次光、３次光および４次光の一部は、赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４の面内方向に進行する。そのため、２次光、３次光および４次光の一部は、外枠２の内径面に吸収され、損失となる場合がある。そこで、外枠２の内径面に反射部材を設けることで、外枠２に吸収されて生じる損失を抑制できる。なお、この場合の反射部材は、波長選択性の反射部材である必要はなく、すべての波長帯域において、高い反射率を有する物質が望ましい。
この発明の実施の形態５によれば、赤色反射部が２次光の半導体発光素子側への進行を抑制し、かつ、緑色反射部が３次光の赤色変換部への進行を抑制し、かつ、緑色反射部が４次光の赤色変換部および緑色変換部への進行を抑制する。そのため、２次光が半導体発光素子側に吸収されることがなく、かつ、３次光が赤色変換部で吸収されることがなく、かつ、４次光が赤色変換部および緑色変換部で吸収されることがない。よって、赤色変換部、緑色変換部および青色変換部からそれぞれ放射された２次光、３次光および４次光は、ほぼ損失を生じることなく放射面から放射されるため、発光装置毎の光色度のバラツキを低減でき、所望の色を容易に得られる発光装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態５によれば、特に変換効率の低い青色光を発生する青色変換部の一方面を放射面として用いるため、伝搬過程における損失を抑制し、総合的な発光効率の低下を抑制した発光装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態５によれば、それぞれ赤色、緑色および青色を発光する３つの変換部を備えるため、この発明の実施の形態１〜４における発光装置に比較して、各色のバランス調整がより自由に行なえるため、所望の色を容易に得られる発光装置を実現できる。
[実施の形態６]
上述の実施の形態５においては、赤色変換部、緑色変換部および青色変換部からそれぞれ放射された２次光、３次光および４次光を効率よく放射する構成について説明した。さらに、この発明の実施の形態６においては、より変換効率を高めるための構成について説明する。
この発明の実施の形態６に従う発光装置１０６は、図１に示す光源と同様に、規則的に配置されて光源を構成する。
図１２は、この発明の実施の形態６に従う発光装置１０６の断面図である。
図１２を参照して、発光装置１０６は、図１０に示すこの発明の実施の形態５に従う発光装置１０５の放射面に励起光反射部３４を接合したものである。
励起光反射部３４は、上述したこの発明の実施の形態２における励起光反射部３４と同様であり、発光装置１０６の放射面、すなわち青色変換部４４の一方面と接合して配置され、２次光、３次光および４次光を透過させ、かつ、励起光を反射する。また、励起光反射部３４の構成については、この発明の実施の形態２において詳述したので、詳細な説明は繰返さない。
その他については、この発明の実施の形態５に従う発光装置１０５と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
（励起光反射部の機能）
発光装置１０６における励起光反射部３４の機能について、図１２を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４に入射し、それぞれ２次光５２ａ、３次光５４ａおよび４次光５６ａに変換される。上述したように、２次光５２ａ、３次光５４ａおよび４次光５６ａは、放射面に向けて進行し、励起光反射部３４を通過し、外部へ放射される。
一方、２次光、３次光または４次光に変換されなかった一部の励起光２８は、励起光反射部３４に入射すると、そこで反射され、進行方向が反転する。そして、再度、青色変換部４４、緑色変換部４２および赤色変換部４０へ入射し、４次光、３次光および２次光への変換に用いられる。
このように、発光装置１０６においては、励起光反射部３４が赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４を通過した励起光を反射するので、励起光は、発光装置１０６の外部へ放射されることなく、発光装置１０６の内部を進行する。そのため、励起光２８は、少なくとも赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４を一往復するので、この発明の実施の形態５に従う発光装置１０５に比較して、より高い変換効率を実現できる。
より高い効果を発揮するためには、励起光反射部３４は、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、２次光の主発光ピークが存在する波長帯域６００ｎｍ〜６７０ｎｍ、３次光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜５８０ｎｍ、および４次光の主発光ピークが存在する波長帯域４１０ｎｍ〜５００ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
この発明の実施の形態６によれば、この発明の実施の形態５における効果に加えて、励起光反射部が赤色変換部、緑色変換部および青色変換部を通過した励起光を反射するので、励起光は、赤色変換部、緑色変換部および青色変換部を少なくとも一往復する。そのため、この発明の実施の形態５における発光装置に比較し、２次光、３次光または４次光に変換される確率が高まり、より高い変換効率を実現することができる。さらに、発光装置毎の光色度のバラツキも低減できる。
また、この発明の実施の形態６によれば、波長の短い近紫外域または紫外域の励起光が発光装置の外部に放射されるのを抑制できるので、劣化促進などの周辺の部品への悪影響を低減できる。また、人体への影響をより低減することもできる。
[実施の形態７]
上述の実施の形態５においては、赤色変換部、緑色変換部および青色変換部からそれぞれ放射された２次光、３次光および４次光を効率よく放射する構成について説明した。さらに、この発明の実施の形態７においては、発光装置の外部へ放射される励起光を抑制するための構成について説明する。
この発明の実施の形態７に従う発光装置１０７は、図１に示す光源と同様に、規則的に配置されて光源を構成する。
図１３は、この発明の実施の形態７に従う発光装置１０７の断面図である。
図１３を参照して、発光装置１０７は、図１０に示すこの発明の実施の形態５に従う発光装置１０５の放射面に励起光吸収部３６を接合したものである。
励起光吸収部３６は、発光装置１０５の放射面、すなわち青色変換部４４の一方面と接合して配置され、２次光、３次光および４次光を透過させ、かつ、励起光を吸収する。また、励起光吸収部３６の構成については、この発明の実施の形態３において詳述したので、詳細な説明は繰返さない。
その他については、この発明の実施の形態５に従う発光装置１０５と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
（励起光吸収部の機能）
励起光吸収部３６の機能について、図１３を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４に入射し、それぞれ２次光５２ａ、３次光５４ａおよび４次光５６ａに変換される。上述したように、２次光５２ａ、３次光５４ａおよび４次光５６ａは、放射面に向けて進行し、励起光吸収部３６を通過し、外部へ放射される。
一方、２次光、３次光または４次光に変換されなかった一部の励起光２８は、励起光反射部３４に入射すると、そこで吸収され、熱エネルギーに変換される。
このように、励起光吸収部３６が赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４を通過した励起光を吸収するので、励起光が発光装置１０７の外部へ放射されることはない。
より高い効果を発揮するためには、励起光吸収部３６は、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、９５％以上の吸収率を有し、かつ、２次光の主発光ピークが存在する波長帯域６００ｎｍ〜６７０ｎｍ、３次光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜５８０ｎｍ、および４次光の主発光ピークが存在する波長帯域４１０ｎｍ〜５００ｎｍに対して、５％以下の吸収率であることが望ましい。
この発明の実施の形態７によれば、この発明の実施の形態５における効果に加えて、励起光吸収部が放射面から放射される励起光を選択的に吸収するので、波長の短い近紫外域または紫外域の励起光が発光装置の外部に放射されるのを抑制でき、劣化促進などの周辺の部品への悪影響を低減できる。また、人体への影響をより低減することもできる。
[実施の形態８]
上述の実施の形態６および７においては、発光装置の外部へ放射される励起光を抑制するために、それぞれ励起光を選択的に反射または吸収する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態８においては、発光装置から放射される励起光を反射および吸収する構成について説明する。
この発明の実施の形態８に従う発光装置１０８は、図１に示す光源と同様に、規則的に配置されて光源を構成する。
図１４は、この発明の実施の形態８に従う発光装置１０８の断面図である。
図１４を参照して、発光装置１０８は、図１０に示すこの発明の実施の形態５に従う発光装置１０５の放射面に励起光反射部３４および励起光吸収部３６を接合したものである。
励起光反射部３４は、上述した実施の形態６における励起光反射部３４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
また、励起光吸収部３６は、上述した実施の形態７における励起光吸収部３６と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
その他については、この発明の実施の形態５に従う発光装置１０５と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
（励起光反射部および励起光吸収部の機能）
励起光反射部３４および励起光吸収部３６の機能について、図１４を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光は、赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４に入射し、それぞれ２次光５２ａ、３次光５４ａおよび３次光５６ａに変換される。上述したように、２次光５２ａ、３次光５４ａおよび３次光５６ａは、放射面に向けて進行し、励起光反射部３４および励起光吸収部３６を通過し、外部へ放射される。
一方、２次光、３次光または４次光に変換されなかった一部の励起光２８ａは、励起光反射部３４に入射すると、そこで反射され、進行方向が反転する。そして、再度、青色変換部４４、緑色変換部４２および赤色変換部４０へ入射し、４次光、３次光または２次光への変換に用いられる。さらに、励起光反射部３４を通過する一部の励起光２８ｂは、励起光吸収部３６に入射すると、そこで吸収され、熱エネルギーに変換される。
このように、まず、励起光反射部３４が赤色変換部４０、緑色変換部４２および青色変換部４４を通過した励起光を反射し、さらに、励起光吸収部３６が励起光反射部３４で反射されなかった励起光を吸収する。
この発明の実施の形態８によれば、この発明の実施の形態５における効果に加えて、励起光反射部が赤色変換部、緑色変換部および青色変換部を通過した励起光を反射するので、励起光は、赤色変換部、緑色変換部および青色変換部を少なくとも一往復する。そのため、この発明の実施の形態１における発光装置に比較し、２次光、３次光または４次光に変換される確率が高まり、より高い変換効率を実現することができる。さらに、発光装置毎の光色度のバラツキも低減できる。
また、この発明の実施の形態８によれば、励起光吸収部が励起光反射部を通過した励起光を選択的に吸収するので、この発明の実施の形態６および７における場合に比較して、波長の短い近紫外域または紫外域の励起光が発光装置の外部に放射されるのをより抑制でき、劣化促進などの周辺の部品への悪影響をより低減できる。また、人体への影響をさらに低減することもできる。
［実施の形態９］
上述の実施の形態１〜８においては、同一光路上に複数の種類の蛍光体を積層した発光装置について説明した。一方、実施の形態９においては、複数の種類の蛍光体をそれぞれ平面状に配置する発光装置について説明する。
図１５は、この発明の実施の形態９に従う発光装置１０９の外観図である。
図１５を参照して、発光装置１０９は、半導体発光素子７と、モールド樹脂１８と、可視光放射部６０とからなる。そして、発光装置１０９は、半導体発光素子７から放射される励起光を受けて可視光放射部６０で変換される可視光を、可視光放射部６０に対して半導体発光素子７が配置される側と反対側の面から放射する。
可視光放射部６０は、半導体発光素子７から放射された励起光を受け、それぞれ赤色、緑色、青色の光に変換する変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂを含む。さらに、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂの放射面を除く境界面には、それぞれ赤色、緑色、青色の光を反射し、かつ、励起光を透過させる反射材６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂが形成される。
なお、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂは、発光装置１０９から放射される予め定められた色に応じて決定される。また、また、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂの各々は、一例として円筒形状を有するが、立方体形状や多角形柱形状などでもよい。
図１６は、図１５に示すこの発明の実施の形態９に従う発光装置１０９のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。
図１６を参照して、発光装置１０９は、外枠６６と、基材４と、半導体発光素子７と、可視光放射部６０とからなる。
基材４は、一例としてプリント基板などからなり、外枠６６とその周囲を接合されて、ます状の空間を形成する。また、基材４の表面には、実装面に配置される半導体発光素子７に電圧を印加するための、配線パターン１４および１６が、実装面と反対側の裏面まで形成され、図示しない外部の電源と接続される。
半導体発光素子７は、活性層６と、その両側に接合されるＰ側電極８と、Ｎ側電極１２とからなる発光ダイオードであり、Ｐ側電極８は、空間的に配置される金属ワイヤ１０を介して配線パターン１４と電気的に結合され、Ｎ側電極１２は、導電性を有する接着剤により、配線パターン１６と電気的に接合される。以下、この発明の実施の形態１における半導体発光素子７と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
外枠２および基材４により形成される、ます状空間にモールド樹脂１８が充填され、半導体発光素子７が封止される。以下、モールド樹脂１８については、上述の実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
可視光放射部６０は、半導体発光素子７を封止するモールド樹脂１８と接合して配置され、半導体発光素子７から放射されモールド樹脂１８内を伝搬する励起光を受け、可視光に変換する。そして、可視光放射部６０は、励起光を受けた面と反対の面に放射面を形成し、その変換した可視光を放射する。さらに、可視光放射部６０は、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂを含む。
変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂの各々は、可視光放射部６０の基材内における放射面の一部を含む領域を、励起光をより長い波長の光に変換する変換材で満たして形成される。なお、可視光放射部６０の基材は、励起光を透過させる物質で構成されるので、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂにおける放射面と反対側の面は、モールド樹脂１８と接合している必要はない。
この発明の実施の形態９においては、変換部６２Ｒは、主発光ピークが４０５ｎｍの励起光を赤色領域、すなわち６００ｎｍ〜６７０ｎｍに主発光ピークを有する光（以下、２次赤色光とも称す）に変換する赤色蛍光体を変換材に用いて形成される。一例として、変換部６２Ｒは、ＣａＡｌＳｉＮ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長６５０ｎｍ）などからなる。
また、変換部６２Ｇは、主発光ピークが４０５ｎｍの励起光を緑色領域、すなわち５００ｎｍ〜５８０ｎｍに主発光ピークを有する光（以下、２次緑色光とも称す）に変換する緑色蛍光体を変換材に用いて形成される。一例として、変換部６２Ｇは、ＳｒＡｌＯ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長５２０ｎｍ）、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長５４０ｎｍ）、Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ蛍光体（主発光ピーク波長５８０ｎｍ）および、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｃｅ（主発光ピーク波長５１０ｎｍ）のうちいずれか、または、これらのうち２以上の混合物からなる。
また、変換部６２Ｂは、主発光ピークが４０５ｎｍの励起光を青色領域、すなわち４１０ｎｍ〜５００ｎｍに主発光ピークを有する光（以下、２次青色光とも称す）に変換する青色蛍光体を変換材に用いて形成される。一例として、変換部６２Ｂは、ＬａＳｉＮ：Ｃｅ蛍光体（主発光ピーク波長４４０ｎｍ）またはＬａＳｉＯＮ：Ｃｅ蛍光体（主発光ピーク波長４４０ｎｍ）、ならびに、これらの混合物からなる。
このように、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂから放射されるそれぞれ２次赤色光、２次緑色光および２次青色光が混合されて、波長帯域の広い、すなわち白色系の光が放射される。
なお、それぞれ変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂの材質や厚みなどを適宜選択することで、２次赤色光、２次緑色光および２次青色光の各光強度の比率を調整し、放射面から放射される２次赤色光、２次緑色光および２次青色光の混合光が白色の光となるようにすることが望ましい。すなわち、２次赤色光、２次緑色光および２次青色光の混合光が広い波長帯域をもつように調整する。
また、可視光放射部６０は、反射材６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂをさらに含む。
反射材６４Ｒは、可視光放射部６０内において基材と変換部６２Ｒとの境界面に形成され、変換部６２Ｒにおいて変換された２次赤色光を反射し、かつ、半導体発光素子７から放射された励起光を透過させる。そして、一例として、反射材６４Ｒは、上述したこの発明の実施の形態１における赤緑色反射部２４と同様に、屈折率を任意に変化させることのできる薄膜を積層して形成された多層膜ミラーで構成される。
より高い効果を発揮するためには、反射材６４Ｒは、２次赤色光の主発光ピークが存在する波長帯域６００ｎｍ〜６７０ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
同様に、反射材６４Ｇは、可視光放射部６０内において基材と変換部６２Ｇとの境界面に形成され、変換部６２Ｇにおいて変換された２次緑色光を反射し、かつ、半導体発光素子７から放射された励起光を透過させる。そして、一例として、反射材６４Ｇは、反射材６４Ｒと同様に、屈折率を任意に変化させることのできる薄膜を積層して形成された多層膜ミラーで構成される。
より高い効果を発揮するためには、反射材６４Ｇは、２次緑色光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜５８０ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
同様に、反射材６４Ｂは、可視光放射部６０内において基材と変換部６２Ｂとの境界面に形成され、変換部６２Ｂにおいて変換された２次青色光を反射し、かつ、半導体発光素子７から放射された励起光を透過させる。そして、一例として、反射材６４Ｂは、反射材６４Ｒと同様に、屈折率を任意に変化させることのできる薄膜を積層して形成された多層膜ミラーで構成される。
より高い効果を発揮するためには、反射材６４Ｂは、２次青色光の主発光ピークが存在する波長帯域４００ｎｍ〜５００ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
（反射材の機能）
反射材６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂの機能について、図１６を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、モールド樹脂１８を透過し、変換部６２Ｂに入射する。すると、励起光２８は、変換部６２Ｂにおいて、代表的に、入射方向に向けて進行する２次青色光７０Ｂａおよび入射方向と直交する方向に向けて進行する２次青色光７０Ｂｂに変換される。２次青色光７０Ｂａは放射面から放射され、一方、２次青色光７０Ｂｂは、反射材６４Ｂで反射される。そのため、反射材６４Ｂで反射された２次青色光７０Ｂｂは、隣接して配置される変換部６２Ｇおよび６２Ｂへ入射することなく、変換部６２Ｂに留まる。したがって、反射材６４Ｂが変換部６２Ｂから放射された２次青色光を反射するので、２次青色光が変換部６２Ｇまたは６２Ｂで吸収されることなく、高い効率で放射面から放射される。
また、半導体発光素子７から放射された励起光２８は、モールド樹脂１８を透過し、変換部６２Ｇに入射する。すると、励起光２８は、変換部６２Ｇにおいて、代表的に、入射方向に向けて進行する２次緑色光７０Ｇａおよび入射方向と直交する方向に向けて進行する２次緑色光７０Ｇｂに変換される。２次緑色光７０Ｇａは放射面から放射され、一方、２次緑色光７０Ｇｂは、反射材６４Ｇで反射される。そのため、反射材６４Ｇで反射された２次緑色光７０Ｇｂは、隣接して配置される変換部６２Ｂへ入射することなく、変換部６２Ｇに留まる。したがって、反射材６４Ｇが変換部６２Ｇから放射された２次緑色光を反射するので、２次緑色光が変換部６２Ｂで吸収されることなく、高い効率で放射面から放射される。
なお、励起光２８を受け、変換部６２Ｒから放射される２次赤色光は、変換部６２Ｇおよび６２Ｂにおいてほとんど吸収されないが、散乱により生じる発光色のバラツキを抑制するため、他の変換部６２Ｇおよび６２Ｂと同様に、反射材６４Ｒが形成される。すなわち、励起光２８は、変換部６２Ｒにおいて、代表的に、入射方向と同方向に進行する２次赤色光７０Ｒａおよび入射方向と直交方向に進行する２次赤色光７０Ｒｂに変換される。２次赤色光７０Ｒａは放射面から放射され、一方、２次赤色光７０Ｒｂは、反射材６４Ｒで反射される。したがって、変換部６２Ｒから放射された２次赤色光のうち、放射面以外の方向に散乱された光は、反射材６４Ｒで反射されて、放射面から放射されるように進行方向を変化させる。
このように、反射材６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂがそれぞれ変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂから放射面以外の方向に放射される２次赤色光、２次緑色光、２次青色光を反射し、放射面から放射されるまで、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂの内部に保持するので、隣接する変換部で吸収されることなく、高い効率で放射面から放射される。
この発明の実施の形態９によれば、各々の反射材が、変換部で変換された２次光の放射面以外の方向への進行を抑制するため、隣接する変換部における２次光の吸収、および２次光の散乱を低減できる。よって、各変換部から放射される２次光は、ほぼ損失を生じることなく放射面から放射されるため、発光装置毎の光色度のバラツキを低減でき、所望の色を容易に得られる発光装置を実現できる。
また、この発明の実施の形態９によれば、それぞれ赤色、緑色および青色を発光する３つの変換部が互いに独立に励起光を受けるため、各色の発光バランス調整をより自由に行なうことができ、所望の色を容易に得られる発光装置を実現できる。
［実施の形態１０］
上述の実施の形態９においては、各変換部から２次光を効率よく放射する構成について説明した。さらに、この発明の実施の形態１０においては、より変換効率を高めるための構成について説明する。
この発明の実施の形態１０に従う発光装置１１０は、図１５に示す光源と同様に、３種類の変換部が平面的に配置されて構成される。
図１７は、この発明の実施の形態１０に従う発光装置１１０の断面図である。
図１７を参照して、発光装置１１０は、図１６に示すこの発明の実施の形態９に従う発光装置１０９の放射面に励起光反射部６８を接合したものである。
励起光反射部６８は、上述したこの発明の実施の形態２における励起光反射部３４と同様であり、発光装置１１０の放射面、すなわち可視光放射部６０の一方面と接合して配置され、２次赤色光、２次緑色光および２次青色光を透過させ、かつ、励起光を反射する。また、励起光反射部６８の構成については、この発明の実施の形態２において詳述した励起光反射部３４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
その他については、この発明の実施の形態９に従う発光装置１０９と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
（励起光反射部の機能）
発光装置１０９における励起光反射部６８の機能について、図１７を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、それぞれ変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂに入射し、２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａに変換される。上述したように、２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａは、それぞれ放射面に向けて進行し、励起光反射部６８を通過し、発光装置１１０の外部へ放射される。
一方、半導体発光素子７から放射された励起光のうち、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂのいずれにも入射しない励起光２８、および、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂにおいて、それぞれ２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａへの変換に用いられなかった励起光２８は、励起光反射部６８に入射すると、そこで反射され、進行方向が反転する。そして、励起光反射部６８で反射された励起光２８の一部は、再度、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂに入射し、２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａへの変換に用いられる。
このように、発光装置１１０においては、励起光反射部６８が可視光放射部６０を通過した励起光を反射するので、励起光が発光装置１１０の外部へ放射されることなく、発光装置１１０の内部に留まる。そのため、励起光２８は、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂにより高い頻度で入射するので、この発明の実施の形態９に従う発光装置１０９に比較して、より高い変換効率を実現できる。
また、より高い効果を発揮するためには、励起光反射部６８は、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、９５％以上の反射率を有し、かつ、２次赤色光の主発光ピークが存在する波長帯域６００ｎｍ〜６７０ｎｍ、２次緑色光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜５８０ｎｍ、および２次青色光の主発光ピークが存在する波長帯域４１０ｎｍ〜５００ｎｍに対して、５％以下の反射率、すなわち９５％以上の透過率を有することが望ましい。
この発明の実施の形態１０によれば、この発明の実施の形態９における効果に加えて、励起光反射部が可視光放射部を通過した励起光を反射するので、励起光は、変換部により高い頻度で入射する。そのため、この発明の実施の形態９における発光装置に比較し、２次赤色光、２次緑色光、２次青色光に変換される確率が高まり、より高い変換効率を実現することができる。さらに、発光装置毎の光色度のバラツキも低減できる。
また、この発明の実施の形態１０によれば、波長の短い近紫外域または紫外域の励起光が発光装置の外部に放射されるのを抑制できるので、劣化促進などの周辺の部品への悪影響を低減できる。また、人体への影響をより低減することもできる。
［実施の形態１１］
上述の実施の形態１０においては、各変換部から放射された２次光を効率よく放射する構成について説明した。さらに、この発明の実施の形態１１においては、発光装置の外部へ放射される励起光を抑制するための構成について説明する。
この発明の実施の形態１１に従う発光装置１１１は、図１５に示す光源と同様に、３種類の変換部が平面的に配置されて構成される。
図１８は、この発明の実施の形態１１に従う発光装置１１１の断面図である。
図１８を参照して、発光装置１１１は、図１６に示すこの発明の実施の形態９に従う発光装置１０９の放射面に励起光吸収部７０を接合したものである。
励起光吸収部７０は、上述したこの発明の実施の形態３における励起光吸収部３６と同様であり、発光装置１１１の放射面、すなわち可視光放射部６０の一方面と接合して配置され、２次赤色光、２次緑色光および２次青色光を透過させ、かつ、励起光を吸収する。また、励起光反射部６８の構成については、この発明の実施の形態３において詳述した励起光吸収部３６と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
その他については、この発明の実施の形態９に従う発光装置１０９と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
（励起光吸収部の機能）
励起光吸収部７０の機能について、図１８を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、それぞれ変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂに入射し、２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａに変換される。上述したように、２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａは、それぞれ放射面に向けて進行し、励起光反射部６８を通過し、発光装置１１０の外部へ放射される。
一方、半導体発光素子７から放射された励起光のうち、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂのいずれにも入射しない励起光２８、および、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂにおいて、それぞれ２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａへの変換に用いられなかった励起光２８は、励起光吸収部７０に入射すると、そこで吸収され、熱エネルギーに変換される。
このように、発光装置１１１においては、励起光吸収部７０が可視光放射部６０を通過した励起光を反射するので、励起光が発光装置１１０の外部へ放射されることはない。
より高い効果を発揮するためには、励起光吸収部７０は、励起光の主発光ピークが存在する波長帯域３５０ｎｍ〜４１０ｎｍに対して、９５％以上の吸収率を有し、かつ、２次赤色光の主発光ピークが存在する波長帯域６００ｎｍ〜６７０ｎｍ、２次緑色光の主発光ピークが存在する波長帯域５００ｎｍ〜５８０ｎｍ、および２次青色光の主発光ピークが存在する波長帯域４１０ｎｍ〜５００ｎｍに対して、５％以下の吸収率であることが望ましい。
この発明の実施の形態１１によれば、この発明の実施の形態９における効果に加えて、励起光反射部が可視光放射部を通過した励起光を選択的に吸収するので、波長の短い近紫外域または紫外域の励起光が発光装置の外部に放射されるのを抑制でき、劣化促進などの周辺の部品への悪影響を低減できる。また、人体への影響をより低減することもできる。
［実施の形態１２］
上述の実施の形態１０および１１においては、発光装置の外部へ放射される励起光を抑制するために、それぞれ励起光を選択的に反射または吸収する構成について説明した。一方、この発明の実施の形態１２においては、発光装置から放射される励起光を反射および吸収する構成について説明する。
この発明の実施の形態１２に従う発光装置１１２は、図１５に示す光源と同様に、３種類の変換部が平面的に配置されて構成される。
図１９は、この発明の実施の形態１２に従う発光装置１１２の断面図である。
図１９を参照して、発光装置１１２は、図１６に示すこの発明の実施の形態９に従う発光装置１０９の放射面に励起光反射部６８および励起光吸収部７０を接合したものである。
励起光反射部６８は、上述した実施の形態１０における励起光反射部６８と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
また、励起光吸収部７０は、上述した実施の形態１１における励起光吸収部７０と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
その他については、この発明の実施の形態９に従う発光装置１０９と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
（励起光反射部および励起光吸収部の機能）
励起光反射部６８および励起光吸収部７０の機能について、図１９を用いてより詳細に説明する。
半導体発光素子７から放射された励起光２８は、それぞれ変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂに入射し、２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａに変換される。上述したように、２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａは、それぞれ放射面に向けて進行し、励起光反射部６８を通過し、発光装置１１１の外部へ放射される。
一方、半導体発光素子７から放射された励起光のうち、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂのいずれにも入射しない励起光２８、および、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂにおいて、それぞれ２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａへの変換に用いられなかった励起光２８は、励起光反射部６８に入射すると、そこで反射され、進行方向が反転する。そして、励起光反射部６８で反射された励起光２８の一部は、再度、変換部６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂに入射し、２次赤色光７０Ｒａ、２次緑色光７０Ｇａ、２次青色光７０Ｂａへの変換に用いられる。さらに、励起光反射部６８を通過する一部の励起光２８は、励起光吸収部７０に入射すると、そこで吸収され、熱エネルギーに変換される。
このように、発光装置１１２においては、励起光吸収部７０が可視光放射部６０を通過した励起光を反射し、さらに、励起光吸収部７０が励起光反射部６８で反射されなかった励起光を吸収する。
この発明の実施の形態１２によれば、この発明の実施の形態９における効果に加えて、励起光反射部が可視光放射部を通過した励起光を反射するので、励起光は、変換部により高い頻度で入射する。そのため、この発明の実施の形態９における発光装置に比較し、２次赤色光、２次緑色光、２次青色光に変換される確率が高まり、より高い変換効率を実現することができる。さらに、発光装置毎の光色度のバラツキも低減できる。
また、この発明の実施の形態１２によれば、励起光吸収部が励起光反射部を通過した励起光を選択的に吸収するので、この発明の実施の形態１０および１１における場合に比較して、波長の短い近紫外域または紫外域の励起光が発光装置の外部に放射されるのをより抑制でき、劣化促進などの周辺の部品への悪影響をより低減できる。また、人体への影響をさらに低減することもできる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態１に従う発光装置を備える光源１の外観図である。 図１に示すこの発明の実施の形態１に従う発光装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 ＳｉＯ２−ＴｉＯ２の複合酸化物における組成比と屈折率の変化との関係を示す図である。 赤緑色反射部の構成例である。 青色反射部の構成例である。 この発明の実施の形態２に従う発光装置の断面図である。 励起光反射部の構成例である。 この発明の実施の形態３に従う発光装置の断面図である。 この発明の実施の形態４に従う発光装置の断面図である。 この発明の実施の形態５に従う発光装置の断面図である。 緑色反射部の構成例である。 この発明の実施の形態６に従う発光装置の断面図である。 この発明の実施の形態７に従う発光装置の断面図である。 この発明の実施の形態８に従う発光装置の断面図である。 この発明の実施の形態９に従う発光装置の外観図である。 図１５に示すこの発明の実施の形態９に従う発光装置のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。 この発明の実施の形態１０に従う発光装置の断面図である。 この発明の実施の形態１１に従う発光装置の断面図である。 この発明の実施の形態１２に従う発光装置の断面図である。
符号の説明
１ 光源、２，６６ 外枠、４ 基材、６ 活性層、７ 半導体発光素子、８ Ｐ側電極、１０ 金属ワイヤ、１２ Ｎ側電極、１４，１６ 配線パターン、１８ モールド樹脂、２０ 赤緑色変換部、２２ 青色変換部、２４ 赤緑色反射部、２６ 青色反射部、２８，２８ａ，２８ｂ 励起光、３０ａ，３０ｂ ２次光、３２ａ，３２ｂ ３次光、３４，６８ 励起光反射部、３６，７０ 励起光吸収部、４０ 赤色変換部、４２ 緑色変換部、４４ 青色変換部、４６ 赤色反射部、４８ 緑色反射部、５０ 青色反射部、５２ａ，５２ｂ ２次光、５４ａ，５４ｂ ３次光、５６ａ，５６ｂ ４次光、６０ 可視光放射部、６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂ 変換部、６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂ 反射材、７０Ｇａ，７０Ｇｂ ２次緑色光、７０Ｒａ，７０Ｒｂ ２次赤色光、７０Ｂａ，７０Ｂｂ ２次青色光、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２ 発光装置。

Claims (19)

  1. 放射面から光を放射する発光装置であって、
    第１の波長帯域に主発光ピークをもつ励起光を発生する半導体発光素子と、
    その一方面が前記放射面を形成し、前記励起光を受け、前記第１の波長帯域より波長の長い第２の波長帯域に主発光ピークをもつ第１の変換光を発生する第１の変換部と、
    前記半導体発光素子と前記第１の変換部との間に配置され、前記励起光を受け、前記第２の波長帯域より波長の長い第３の波長帯域に主発光ピークをもつ第２の変換光を発生する第２の変換部と、
    前記第１の変換部と前記第２の変換部との間に配置され、前記第１の変換部から前記第２の変換部に向けて進行する前記２の変換光を反射し、かつ、前記第２の変換部から前記第１の変換部に向けて進行する前記励起光を透過させるための第１の反射部とを備える、発光装置。
  2. 前記半導体発光素子と前記第２の変換部との間に配置され、前記第２の変換部から前記半導体発光素子に向けて進行する前記第２の変換光を反射し、かつ、前記半導体発光素子から前記第２の変換部に向けて進行する前記励起光を透過させるための第２の反射部をさらに備える、請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記半導体発光素子と前記第２の反射部との間に配置され、前記励起光を受け、前記第３の波長帯域より波長の長い第４の波長帯域に主発光ピークをもつ第３の変換光を発生する第３の変換部と、
    前記半導体発光素子と前記第３の変換部との間に配置され、前記第３の変換部から前記半導体発光素子に向けて進行する前記第３の変換光を反射し、かつ、前記半導体発光素子から前記第３の変換部に向けて進行する前記励起光を透過させるための第３の反射部とをさらに備える、請求項２に記載の発光装置。
  4. 前記第１の波長帯域は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍであり、
    前記第２の波長帯域は、４１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、
    前記第３の波長帯域は、５００ｎｍ〜６７０ｎｍである、請求項１または２に記載の発光装置。
  5. 前記第１の波長帯域は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍであり、
    前記第２の波長帯域は、４１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、
    前記第３の波長帯域は、５００ｎｍ〜５８０ｎｍであり、
    前記第４の波長帯域は、６００ｎｍ〜６７０ｎｍである、請求項３に記載の発光装置。
  6. 少なくともいずれか１つの前記反射部は、複数の誘電体を積層した多層膜からなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
  7. 前記放射面と接して配置され、前記放射面から放射される光に含まれる前記励起光を抑制する励起光抑制部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
  8. 前記励起光抑制部は、前記励起光を反射し、かつ、いずれの前記変換光をも透過させるための励起光反射部、および、前記励起光を吸収し、かつ、いずれの前記変換光をも透過させるための励起光吸収部、の少なくともいずれか一方を含む、請求項７に記載の発光装置。
  9. 前記励起光抑制部が前記励起光反射部および前記励起光吸収部を含む場合には、前記励起光反射部は、前記励起光吸収部と前記放射面との間に配置される、請求項８に記載の発光装置。
  10. 前記変換部の各々は、発生する変換光が前記放射面から混合されて放射されると白色の光となるように選択される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光装置。
  11. 放射面から光を放射する発光装置であって、
    第１の波長帯域に主発光ピークをもつ励起光を発生する半導体発光素子と、
    その一方面が前記放射面を形成し、かつ、その他方面に前記半導体発光素子から発生される前記励起光を受け、可視光に変換して前記放射面から放射する可視光放射部とを備え、
    前記可視光放射部は、前記放射面の一部を含む前記可視光放射部内の領域を、前記励起光を前記第１の波長帯域より波長の長い波長帯域に主発光ピークをもつ変換光に変換する変換材で満たして形成される変換部を含み、
    前記変換部は、前記可視光放射部内における前記変換材との境界面の少なくとも一部に形成され、前記変換材で変換された前記変換光を反射し、かつ、前記励起光を透過させるための波長選択性反射材を含む、発光装置。
  12. 前記可視光放射部は、同一の前記励起光を互いに異なる波長帯域に主発光ピークをもつ変換光に変換する複数の変換部を含む、請求項１１に記載の発光装置。
  13. 前記可視光放射部は、前記励起光をそれぞれ第２の波長帯域、第３の波長帯域および第４の波長帯域に主発光ピークをもつ第１の変換光、第２の変換光および第３の変換光に変換する３種類の変換部を含む、請求項１２に記載の発光装置。
  14. 前記第１の波長帯域は、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍであり、
    前記第２の波長帯域は、４１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、
    前記第３の波長帯域は、５００ｎｍ〜５８０ｎｍであり、
    前記第４の波長帯域は、６００ｎｍ〜６７０ｎｍである、請求項１３に記載の発光装置。
  15. 少なくともいずれか１つの前記波長選択性反射材は、複数の誘電体を積層した多層膜からなる、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の発光装置。
  16. 前記放射面と接して配置され、前記放射面から放射される光に含まれる前記励起光を抑制する励起光抑制部をさらに備える、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の発光装置。
  17. 前記励起光抑制部は、前記励起光を反射し、かつ、いずれの前記変換光をも透過させるための励起光反射部、および、前記励起光を吸収し、かつ、いずれの前記変換光をも透過させるための励起光吸収部、の少なくともいずれか一方を含む、請求項１６に記載の発光装置。
  18. 前記励起光抑制部が前記励起光反射部および前記励起光吸収部を含む場合には、前記励起光反射部は、前記励起光吸収部と前記放射面との間に配置される、請求項１７に記載の発光装置。
  19. 前記変換部の各々は、発生する変換光が前記放射面から混合されて放射されると白色の光となるように選択される、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の発光装置。
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