JP2008028209A

JP2008028209A - 発光装置

Info

Publication number: JP2008028209A
Application number: JP2006200220A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Muramoto; 宜彦村本
Original assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd
Current assignee: Nitride Semiconductors Co Ltd
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】より効率的に発光でき得る発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置は、紫外線光を照射するＵＶ−ＬＥＤと、このＵＶ−ＬＥＤから照射された紫外線光を受けて互いに異なる有色可視光を発する三種類の蛍光体３０（赤色蛍光体３０ｒ、緑色蛍光体３０ｇ、青色蛍光体３０ｂ）を同一平面にモザイク状に配設することで構成された蛍光体群１８と、を備えている。互いに隣接する蛍光体３０の厚みは異なっており、そのため、蛍光体群１８全体としての表面は、非平坦面となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、紫外線光を利用して可視光を発する発光装置に関する。

近年、紫外線を照射する紫外線ＬＥＤ（以下「ＵＶ−ＬＥＤ」という）と、蛍光体と、を組み合わせた発光装置が提案されている。この種の発光装置は、ＵＶ−ＬＥＤで蛍光体に紫外線光を照射し、当該紫外線光で励起された蛍光体が発する可視光を外部に取り出す仕組みとなっている。

特許文献１には、この仕組みに基づいて提案された可視光線発光装置が開示されている。この可視光線発光装置は、紫外線を発光するＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが放射する紫外線光の進行経路中に設けられた透光性のガラスと、透光性ガラスの内部に沈降させた蛍光体と、を備えている。この特許文献１には、蛍光体の沈降態様として幾つかの実施形態が開示されているが、そのうちの一つでは、帯状の赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体を、取り出すべき可視光の色に応じた面積比で分割した形で沈降させている。かかる可視光線発光装置によれば、所望の色の可視光を面状に発光させることが可能となる。

特開２００５−７２１２９号公報

ここで、励起した蛍光体から発せられる可視光の輝度は、当該蛍光体の表面積に比例する。したがって、蛍光体の表面積を増加させれば発光輝度を向上できることになる。しかし、特許文献１では、かかる蛍光体の表面積増加に関する記載はなく、帯状の蛍光体を配設しているに過ぎない。換言すれば、特許文献１では効率的な発光が出来ているとは言い難かった。

そこで、本発明では、効率的な発光が可能となる発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、可視光を発する発光装置であって、紫外線光を照射する１以上の光源と、１以上の光源に対して対向配置され、当該光源から照射された紫外線光を受けて互いに異なる有色可視光を発する複数種類の蛍光体を同一平面にモザイク状に配設することで構成された蛍光体群であって、その表面が非平坦に形成された蛍光体群と、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、互いに隣接する蛍光体の厚みを異ならせることで、蛍光体群の表面を非平坦面とする。このとき、互いに隣接する蛍光体との厚みの差は、各蛍光体の一辺の長さ未満であることが望ましい。

他の好適な態様では、各蛍光体の表面を非平坦面とすることで、蛍光体群の表面を非平坦面とする。

他の好適な態様では、蛍光体群の各位置ごとの紫外線光の照射強度に応じて、当該各位置ごとの蛍光体の露出表面積が異なる。他の好適な態様では、色ごとの蛍光体の発光効率に応じて、各色ごとの蛍光体の露出表面積が異なる。

本発明では、紫外線光を受けて可視光を発する蛍光体群の表面を非平坦面としているため、蛍光体の露出表面積が増加する。その結果、高輝度での発光、ひいては、効率的な発光が可能となる。

以下、本発明の実施形態である発光装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である発光装置１０の概略斜視図である。この発光装置１０は、光源として紫外線光を照射するＵＶ−ＬＥＤ１２を用いており、当該ＵＶ−ＬＥＤ１２から照射された紫外線光をフィルタ部材１４によって可視光に変換することで照明を行う装置である。

この発光装置１０において光源であるＵＶ−ＬＥＤ１２は複数設けられている。この複数のＵＶ−ＬＥＤ１２は、その光軸が互いに平行になるべく、また、発光装置全体としての紫外線光の強度分布がほぼ均一になるべく、マトリクス状に基板２０に固定されている。各ＵＶ−ＬＥＤ１２は、図示しない駆動回路により、適宜、そのオン・オフが制御される。

複数のＵＶ−ＬＥＤ１２から放射された紫外線光は、当該複数のＵＶ−ＬＥＤ１２に対向配置されたフィルタ部材１４を照射する。フィルタ部材１４は、モザイク状に配設された蛍光体群１８から構成されている。そして、蛍光体群１８を構成する複数種類の蛍光体が、ＵＶ−ＬＥＤ１２からの紫外線光によって励起して可視光を発することにより、面状での可視光の発光が実現されている。

発光装置１０の外周囲には、紫外線光の外部への漏洩を防止する側壁２２が設けられている。したがって、この側壁２２は、紫外線光が透過できない材質、例えば、有色の樹脂や金属などからなる。ここで、基板２０及び側壁２２の内側は、リフレクターの役割を果すように、メッキ鏡面仕上げが施されていることが望ましい。なお、フィルタ部材１４は、この側壁２２に対して着脱自在となっている。そのため、ＵＶ−ＬＥＤ１２およびフィルタ部材１４のいずれか一方のみが劣化した場合には、当該劣化した方のみを交換し、他方をそのまま使用することができる。

次に、フィルタ部材１４の構成について図２を用いて詳説する。図２はフィルタ部材１４の一部拡大図である。本実施形態において、フィルタ部材１４は、複数種類の蛍光体３０をモザイク状に配置した蛍光体群１８からなる。蛍光体群１８は、複数種類の蛍光体３０ｒ，３０ｇ，３０ｂ（以下、特に色を限定しない場合は「蛍光体３０」と表現する）をモザイク状に配置したものである。より具体的には、蛍光体群１８には、赤色蛍光体３０ｒ、緑色蛍光体３０ｇ、青色蛍光体３０ｂをモザイク状に配置することで構成されている。ここで、赤色蛍光体３０ｒは、励起時に赤色可視光を発する粒子状の赤色蛍光材料、例えば、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕを透明樹脂に均等に分散させた蛍光樹脂である。同様に、緑色蛍光体３０ｇは、励起時に緑色可視光を発する粒子状の緑色蛍光材料、例えば、ＺｎＳ：Ｃｕなどを透明樹脂に、青色蛍光体３０ｂは、励起時に青色可視光を発する粒子状の緑色蛍光材料、例えば、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕなどを透明樹脂に均等に分散させた蛍光樹脂である。

この三種類の蛍光体３０ｒ，３０ｇ，３０ｂは、各々から発せられる有色の可視光が混合された際に白色可視光となる（あるいは、白色可視光として利用者に認識される）ように、均等に分散されて配置される。具体的には、本実施形態において、各蛍光体３０は、略直方体として構成されている。そして、この略直方体の蛍光体３０を、縦方向、横方向それぞれについて、赤色蛍光体３０ｒ、緑色蛍光体３０ｇ、青色蛍光体３０ｂの順で繰り返し配設している。かかるパターンで三色の蛍光体３０を配設することにより、これら三種類の蛍光体３０が励起されて発せられる三色の可視光が混合され、白色可視光として取り出されることになる。

各蛍光体３０の大きさは、当該発光装置１０から利用者までの距離等に基づいて決められる。すなわち、街灯や電光掲示板などのように、発光装置１０の設置位置から当該発光装置１０の利用者までの距離が遠い場合、略直方体である各蛍光体のサイズを大きくしても、発光装置１０から離れた位置にいる利用者からは各蛍光体３０のサイズは小さく見える。その結果、利用者は、各蛍光体３０から発せられる三色の可視光を個別に認識することはできず、三色が混合された白色光として認識する。逆に、室内照明などのように、発光装置１０の設置位置から利用者までの距離が近い場合には、蛍光体３０のサイズが大きいと、利用者は、各蛍光体３０から発せられる三色の可視光を個別に認識してしまい、白色光として認識することが困難となる。したがって、発光装置１０から利用者までの距離が小さいほど、各蛍光体３０のサイズを小さくすることが望ましい。

ところで、蛍光体３０から発せられる可視光の輝度は、照射される紫外線光の強度、および、蛍光体３０の表面積に比例する。したがって、したがって高輝度の発光装置を実現したい場合には、ＵＶ−ＬＥＤ１２の照射強度を向上させるか、蛍光体３０の表面積を増加させることが必要となる。しかし、ＵＶ−ＬＥＤ１２の照射強度を向上させることは、各ＵＶ−ＬＥＤ１２の単価向上、消費電力の増加などの問題を招くため、望ましくない。そこで、本実施形態では、フィルタ部材１４に設けられた蛍光体群１８の表面積を増加させることで発光輝度の増加を図っている。

具体的には、蛍光体群１８を構成する複数の蛍光体３０は、既述したとおり、略直方体である。図２に図示するとおり、この直方体である複数の蛍光体３０の上面のサイズは全て同じとなっている。一方、この直方体である蛍光体３０の厚みは、交互に異ならせている。すなわち、図２に図示するとおり、厚みＴ１の蛍光体３０と、厚みＴ２（Ｔ１＞Ｔ２）の蛍光体３０を、横方向、縦方向、それぞれについて、交互に繰り返し配置している。

蛍光体３０の厚みを交互に変えることにより、各蛍光体３０の上面だけでなく、蛍光体３０の側面の一部も外部に露出することになる。その結果、蛍光体群１８全体としての蛍光体３０の表面積を増加することができ、発光装置１０の発光輝度を向上させることができる。なお、厚みの違いにより生じる段差量ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）が過度に大きい場合には、各色の発光量に差が大きくなりすぎ、適切な色が生じさせることができない。そのため、段差量ΔＴは、各蛍光体３０の一辺の長さａ以下とすることが望ましい。

以上、説明したように、本実施形態によれば、蛍光体群１８を構成する複数の蛍光体３０の厚みを交互に変えることにより、蛍光体群１８全体としての蛍光体３０の表面積を増加させている。したがって、ＵＶ−ＬＥＤ１２の照射強度に比して、比較的、高輝度な白色可視光を得ることができる。

なお、図２で図示した各蛍光体３０の配設パターンや形状は一例であり、最終的に所望の色の可視光が得られるのであれば、当然、異なる形状の蛍光体３０や、配設パターンを用いてもよい。例えば、図３に図示するように、各蛍光体３０の形状を、略三角柱形状とし、当該蛍光体３０を赤色、緑色、青色の順で繰り返し配設するようにしてもよい。この場合であっても、蛍光体群１８全体としての表面積増加のために、蛍光体３０の厚みを交互に変える。同様に、蛍光体３０の形状を三角柱以外の形状、五画柱や六角柱などの多角柱形状としてもよい。

また、上記説明では、各蛍光体３０の厚みを非同一とすることで、蛍光体群１８全体としての表面を非平坦面としている。しかし、各蛍光体３０の上面を非平坦面とすることで、蛍光体群１８全体としての表面を非平坦面とし、その表面積を増加させてもよい。例えば、図４に図示するような角錐形状（図４では四角錐形状）の蛍光体３０や、図５に図示する段差（凹部）が形成された蛍光体３０、図６に図示するような上面が曲面の蛍光体３０などを用いてもよい。かかる蛍光体を用いることにより、蛍光体群１８全体としての表面は非平坦面となり、その表面積が増加する。そして、その結果、発光装置１０から発せられる可視光の強度を向上できる。

また、本実施形態では、蛍光体群１８のみでフィルタ部材１４を構成しているが、蛍光体群１８の紫外線光の透過を阻害する部材を配置してもよい。例えば、フィルタ部材１４を蛍光体群１８と、当該蛍光体群１８の上側に配置される透明基板とで構成してもよい。透明基板は、可視光を透過でき得る材料、例えば、ガラスや透明樹脂などから成る板材であり、その表面には紫外線の透過を阻害する紫外線カットコート処理を施しておく。かかる透明基板を蛍光体群１８の上側に配置することにより、太陽光などの環境光に含まれる紫外線光が蛍光体群１８に到達することが防止され、また、ＵＶ−ＬＥＤ１２から照射された紫外線光が外部に漏洩することが防止できる。

次に、第二実施形態について説明する。上述の実施形態は、ＵＶ−ＬＥＤ１２による紫外線光の強度分布は、均一であることを前提としている。しかし、点状に発光するＵＶ−ＬＥＤ１２を用いて均一な強度分布で紫外線光を照射することは困難な場合がある。そこで、第二実施形態では、このような紫外線光の強度分布の不均一を、蛍光体群１８の表面積をフィルタ部材の位置に応じて変えることで補っている。

図７は、第二実施形態である発光装置１０の概略断面図である。図７において、鎖線は、各ＵＶ−ＬＥＤ１２から照射された紫外線光の光束を示している。

この発光装置１０でも、第一実施形態と同様に、複数のＵＶ−ＬＥＤ１２がマトリクス状に配置されている。このＵＶ−ＬＥＤ１２から放射された紫外線光は、蛍光体群１８に到達し、当該蛍光体群１８を構成する複数種類の蛍光体３０を励起させる。ここで、この蛍光体群１８を照射する紫外線光の強度分布に粗密が生じている場合を考える。すなわち、図７において、ＵＶ−ＬＥＤ１２の真上に位置するＢ部における紫外線光の照射強度は強く、ＵＶ−ＬＥＤ１２の真上位置から外れたＡ部における紫外線光の照射強度は弱いものとする。

この場合において、フィルタ部材１４は、第一実施形態と同様に、複数種類の蛍光体３０をモザイク状に配置した蛍光体群１８で構成されている。蛍光体群１８は、略直方体の蛍光体３０を赤色、緑色、青色の順で繰り返し配置することにより構成されている。また、各蛍光体３０の厚みを適宜、変えることで、隣接する蛍光体３０の間で段差を生じさせ、蛍光体群１８全体としての表面積を増加させている。ただし、本実施形態では、第一実施形態と異なり、各蛍光体３０の間での段差量ΔＴを、紫外線光の照射強度に応じて変えている。

すなわち、蛍光体群１８のうち、紫外線光の照射強度が強い位置、例えば図７におけるＢ部では、隣接する蛍光体３０の段差量ΔＴｂが比較的小さくなるように各蛍光体３０の厚みを調整している。逆に、紫外線光の照射強度が弱い位置、例えば図７におけるＡ部等では、隣接する蛍光体３０の段差量ΔＴａが大きくなるように蛍光体３０の厚みを調整している。Ａ部において蛍光体３０の段差量ΔＴａを大きくすることにより、Ａ部における蛍光体３０の表面積が増加し、比較的、紫外線光の照射強度が比較的弱くても、高輝度で発光することができる。

このように、紫外線光の強度分布に応じて、蛍光体３０の段差量ΔＴ、ひいては、表面積を適宜変化させることで、蛍光体群１８の全面で、発光輝度をほぼ均一にすることが可能となる。また、本実施形態でも、蛍光体群１８の表面は非平坦面であるため、平坦面の蛍光体群を用いる場合に比して、高輝度の可視光を得ることができる。

次に、第三実施形態について説明する。第三実施形態では、各色ごとの蛍光体３０の表面積の比率を、各色ごとの蛍光体３０の発光効率に基づいて調整している。すなわち、通常、蛍光体３０の発光効率は、各色ごとにそれぞれ異なることが知られている。かかる発光効率の異なる蛍光体３０を、表面積が等しくなるように並べた場合、発光効率に応じて色ごとに輝度差が生じる。そして、結果的に、好適な白色可視光が得られない場合がある。この問題を解決するために、第三実施形態では、蛍光体３０の色ごとの発光効率に応じて、蛍光体の色ごとの表面積を設定している。

図８は、赤色、緑色、青色の順で発光効率が低下していく蛍光体３０を用いた場合に好適な蛍光体群１８の一部拡大図である。この蛍光体群１８は、第一、第二実施形態と同様に、複数の蛍光体３０を、赤色、緑色、青色の順で繰り返し配設することで構成されている。ただし、第一、第二実施形態と異なり、この蛍光体群１８は、色ごとに蛍光体３０の厚みを異ならせている。

具体的には、発光効率の一番低い青色蛍光体３０ｂを一番厚くし、発光効率の一番高い赤色蛍光体３０ｒを一番薄くしている。その結果、最も厚い青色蛍光体３０ｂおよび比較的厚い緑色蛍光体３０ｇに囲まれた赤色蛍光体３０ｒは、その上面しか外部に露出しないことになる。逆に、最も薄い赤色蛍光体３０ｒおよび比較的厚い緑色蛍光体３０ｇに囲まれた青色蛍光体３０ｂは、その上面だけでなく、側面も外部に露出することになる。したがって、青色蛍光体３０ｂは、赤色蛍光体３０ｒに比して、外部に露出する表面積が増加することになる。その結果、青色蛍光体３０ｂの発光効率が低くても、高輝度の青色可視光を得ることができる。そして、これにより、いずれの色も同じ程度の輝度で発光させることができ、好適な白色可視光を得ることができる。

以上、説明したように、本実施形態では、蛍光体３０の色ごとの表面積の比率を調整することで、蛍光体３０の色ごとの発光効率の差を吸収している。その結果、所望の割合で各色を混合させることができ、好適な白色可視光を得ることができる。また、この場合であっても、蛍光体群１８全体としての表面は非平坦面となっているため、平坦面の蛍光体群を用いる場合に比べて、発光装置１０全体としての発光輝度を向上させることができる。

なお、上記説明では、いずれも、ＵＶ−ＬＥＤ１２を蛍光体群１８の真正面位置に設けているが、当然、他の位置に設けてもよい。例えば、図９に図示するように、ＵＶ−ＬＥＤ１２を蛍光体群の斜め方向位置に設け、当該位置から蛍光体群１８に向かって紫外線照射するようにしてもよい。この場合、蛍光体群１８の表面および裏面のいずれもが外部に露出していることになるため、蛍光体群１８の両面から可視光（図９において実線の矢印で図示）が発光されることになり、発光装置１０の用途をより広げることができる。なお、この場合、蛍光体群１８の表面および裏面のいずれからも高輝度の可視光を発光させるために、蛍光体群１８の表面および裏面のいずれをも非平坦面とすることが望ましい。また、図９では、蛍光体群１８の片面だけを紫外線照射しているが、当然、蛍光体群１８の両面に紫外線照射してもよい。すなわち、図１０に図示するように、蛍光体群１８の表面を照射するＵＶ−ＬＥＤ１２ａと、蛍光体群１８の裏面を照射するＵＶ−ＬＥＤ１２ｂと、をそれぞれ設けてもよい。

また、上記説明では、いずれも、面状に発光する場合を例に説明しているが、蛍光体群１８の形状を適宜、変更することにより、立体的な発光を行うようにしてもよい。例えば、蛍光体群１８をドーム状や箱状等の立体的な形状として、立体的な発光を行ってもよい。

本発明の実施形態である照明装置の概略斜視図である。フィルタ部材の部分拡大図である。他のフィルタ部材の部分拡大図である。他の蛍光体群の構成例を示す図である。他の蛍光体群の構成例を示す図である。他の蛍光体群の構成例を示す図である。第二実施形態である発光装置の概略構成図である。第三実施形態である発光装置のフィルタ部材の部分拡大図である。発光装置の他の構成例を示す図である。発光装置の他の構成例を示す図である。

符号の説明

１０発光装置、１２ＵＶ−ＬＥＤ、１４フィルタ部材、１８蛍光体群、２０基板、２２側壁、３０蛍光体。

Claims

可視光を発する発光装置であって、
紫外線光を照射する１以上の光源と、
１以上の光源に対して対向配置され、当該光源から照射された紫外線光を受けて互いに異なる有色可視光を発する複数種類の蛍光体を同一平面にモザイク状に配設することで構成された蛍光体群であって、その表面が非平坦に形成された蛍光体群と、
を備えることを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置であって、
互いに隣接する蛍光体の厚みを異ならせることで、蛍光体群の表面を非平坦面とすることを特徴とする発光装置。
請求項２に記載の発光装置であって、
互いに隣接する蛍光体との厚みの差は、各蛍光体の一辺の長さ未満であることを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置であって、
各蛍光体の表面を非平坦面とすることで、蛍光体群の表面を非平坦面とすることを特徴とする発光装置。
請求項２または４に記載の発光装置であって、
蛍光体群の各位置ごとの紫外線光の照射強度に応じて、当該各位置ごとの蛍光体の露出表面積が異なることを特徴とする発光装置。
請求項２または４に記載の発光装置であって、
色ごとの蛍光体の発光効率に応じて、各色ごとの蛍光体の露出表面積が異なることを特徴とする発光装置。