JP2008258171A - 面状発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色バランスの設定が容易であり、且つ電気光変換効率及び輝度の高い照明装置を提供することである。
【解決手段】面状発光装置は、一次光を発する光源１１と、一次光を吸収して、一次光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する二次光を発する複数の蛍光体からなる波長変換部１２とを備え、前記波長変換部は少なくとも１つの蛍光体で発せられた二次光が他の蛍光体で吸収される吸収帯を有し、前記複数の蛍光体は、光路方向に互いに重ならないような、面状に配設された複数のセルからなる構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、一次光を発する光源と、一次光を吸収して二次光を発する波長変換部とを備えた面状発光装置に関するものである。

低消費電力、小型、且つ高輝度が期待される次世代の照明装置として、ナノ結晶の蛍光体と、その蛍光体を励起する一次光を発する光源とからなる照明装置の開発が盛んに行われている。蛍光体にナノ結晶を用いることにより、従来の蛍光体と比較して発光効率の向上が期待されている。更に、このようなナノ結晶は、従来の蛍光体を励起するために必要とされる吸収帯幅（エネルギー幅）と比較して吸収帯幅が広いので、光源の波長幅に対する許容度が高い。そのため、光源としては半導体発光素子等を使用できる。

このような照明装置の一例として特許文献１がある。この公報では、ナノ結晶からなる青色蛍光体を混在させた白色蛍光体を有する波長変換部と、その波長変換部を励起する光源とからなる照明装置が開示されている。
特開平１１−３４０５１６号公報

しかしながら、この公報に記載されている照明装置は、赤色、緑色、青色蛍光体を混在させて白色光を発しているので、均一な白色光を発光させるためには波長変換部となる領域全面に均一に赤色、緑色、青色蛍光体を混在させなければならず、非常に困難である。

また、青色蛍光体の上に緑色或いは赤色蛍光体が形成されると、青色蛍光体から発光された青色光は緑色或いは赤色蛍光体に吸収され、緑色光或いは赤色光が発光される。同様に、緑色蛍光体の上に赤色蛍光体が形成されると、緑色蛍光体から発光された緑色光は赤色蛍光体に吸収され、赤色光が発光される。従って、照明装置の色バランスは設定した色からずれてしまい、設定色に対する輝度が低下する。

更に、光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記すことがある）を使用した場合は、ＬＥＤ表面からの発光成分しか蛍光体を励起せず、その他の方向に放射される光のほとんどは損失光となってしまう。従って、ＬＥＤに入力される電流に対して蛍光体を介して出力される光強度、即ち電気光変換効率は非常に低いものであった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、色バランスの設定が容易であり、且つ電気光変換効率及び輝度の高い面状発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、一次光を発する少なくとも１つの光源と、一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光のピーク波長よりも長い或いは同等のピーク波長を有する二次光を発する複数の蛍光体からなる波長変換部とを備えた面状発光装置であって、前記波長変換部は少なくとも１つの蛍光体で発せられた二次光が他の蛍光体で吸収される吸収帯を有し、前記複数の蛍光体は、光路方向に互いに重ならないような、面状に配設された複数のセルからなることを特徴とするものである。

この構成によると、設定した色バランスを容易に得ることができ、且つ設定色の輝度が高い面状発光装置を得ることができる。また、各蛍光体から発光した二次光は他色を発光する蛍光体に再度吸収されることがなくなる。

上記の面状発光装置において、前記複数の蛍光体は、粒径の異なるナノ結晶を用いることができる。

また上記の面状発光装置において、前記波長変換部の光路方向の両面に導光体を設けることにより、面状発光装置の光源に近い部分が明るく、光源から離れるに従って暗くなることを回避でき、均一な発光を得ることができる。更に、ＧａＮ系半導体レーザを光源に用いた場合は、出射光の放射角度は３０°程度しかないため、面状発光装置の照射範囲を大きくするには光源と波長変換部との距離を大きくする必要があるが、導光体を用いることによりその距離を短くすることができ、面状発光装置を小型化することができる。

また、前記波長変換部の一次光の入射面に、一次光を前記波長変換部へ導く導光体を設けてもよい。そして、この導光体には光を拡散する拡散材を添加することが好ましい。更に、導光体の前記波長変換部と反対面に、光を反射する凹凸形状の金属膜を設けることが好ましい。更に、前記光源と前記導光体との間に、３９０ｎｍ以下の波長の光を遮蔽する第１の光学膜を設けることにより、紫外光成分によって生じる樹脂の劣化を防止できる。更に、導光体の前記光源側の側面を除いた側面の少なくとも一部に、光を反射する第１の反射板を設けることにより、導光体から波長変換部以外に放射される損失光を低減することができ、電気光変換効率の高い面状発光装置を得ることができる。

また上記の面状発光装置において、前記光源と前記波長変換部との間に、前記一次光を透過し、且つ前記二次光を遮蔽する第２の光学膜を設けることにより、光損失を低減でき、電気光変換効率の高い面状発光装置を得ることができる。そして、前記波長変換部の二次光出射面上に又は該面と空間を有して、前記二次光を透過し、且つ前記一次光を遮蔽する第３の光学膜を設けることにより、励起光（一次光）の再利用が可能となり、電気光変換効率の高い面状発光装置を得ることができる。また、光学膜は膜中の干渉により光の反射を生じるので励起光成分中の特に目に対する安全性の低い紫外光を効果的に反射し、目に対する安全性を向上させることができる。更に、所望する光の照射方向と反対側に、光を反射する第２の反射板を設けることにより、面状発光装置から放出される光の損失を抑制して有効に利用することができる。なお、放熱性の観点から、前記光源は前記第２の反射板に直接又は熱伝導性材を介して固定することが好ましい。

以上の面状発光装置は、前記光源を駆動する駆動回路を備え、該駆動回路はパルス電流発生部を有し、前記光源はパルス光を発振することにより、ＣＷ（連続）駆動と比較して熱による影響を受けにくく、大光量を放射することもできる。また、信頼性を良好にすることもできる。従って、光源の信頼性を良好に保ちながら光出力を向上させることができ、輝度の高い面状発光装置を提供することができる。

本発明によると、波長変換部を複数の蛍光体で構成し、少なくとも１つの蛍光体で発せられた二次光が他の蛍光体で吸収される吸収帯を有し、各蛍光体の間で二次光の再吸収が起きないように各蛍光体を配列することにより、色バランスの設定が容易であり、且つ電気光変換効率及び輝度の高い面状発光装置を提供することができる。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一又は対応する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。本明細書において、「ナノ結晶」とは結晶サイズを励起子ボーア半径程度まで小さくし、量子サイズ効果による励起子の閉じこめやバンドギャップの増大が観測される結晶を指すものとする。

〈第１の実施形態〉
図１は、第１の実施形態の照明装置の要部の側面図である。照明装置１０は、一次光を発する光源１１と、一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する二次光を発する波長変換部１２とを備えている。

光源１１としては、例えば、４３０ｎｍにピーク波長を有するＧａＮ系発光ダイオード、ＺｎＯ系発光ダイオード、ダイヤモンド系発光ダイオード等を用いることができる。また、波長変換部１２としては、ＩｎＮ系のナノ結晶を用いることができる。ＩｎＮはバルク構造では２．０５ｅＶのバンドギャップを有しているという説と０．６〜０．８ｅＶのバンドギャップを有しているという説があるが、その何れにおいても、粒径を小さく（ナノ結晶化）していくと、量子効果によってバンドギャップを青色から赤色の範囲で制御することができる。

波長変換部１２は、赤色発光する粒径を有し、最も粒径の大きいＩｎＮ系ナノ結晶である赤色蛍光体１３と、緑色発光する粒径を有し、中間の粒径のＩｎＮ系ナノ結晶である緑色蛍光体１４と、青色発光する粒径を有し、最も粒径の小さいＩｎＮ系ナノ結晶である青色蛍光体１５とがアクリル樹脂中に積層されたものである。それら蛍光体は光源１１に近い順に、赤色蛍光体１３、緑色蛍光体１４、青色蛍光体１５と積層されている。蛍光体１３〜１５の種類としては、Ｓｉ、Ｚｎ_1-xＣｄ_xＳｅ等、バルクで青色から近紫外領域に少なくとも吸収帯があるような材料を用いることができる。

この粒径の異なる波長変換部１２は、化学合成法やイオン注入法等により作成することができる。なお、この波長変換部１２は、各蛍光体１３〜１５を直接積み上げたもの或いは各蛍光体１３〜１５を直接積み上げたものをアクリル樹脂等で埋め込んだもの、各蛍光体１３〜１５をアクリル樹脂だけでなく他の有機物や無機物に埋め込んだものの積層体としてもよい。

各蛍光体１３〜１５は、各バンドギャップより大きいエネルギーを有した光を全て吸収し、バンドギャップに相当する二次光を発色する。この為、図２の模式図に示すように、バンドギャップＥｇ１の大きい蛍光体（例えば青色）で発光した二次光は、バンドギャップＥｇ２の小さい蛍光体（例えば赤色）に吸収されてしまう。最終的に、これら蛍光体から放射された各二次光が混色することによって、設定した所望の発色を生じる。

本実施形態の照明装置１０においては、光源１１から出射された励起光（一次光）の一部が、まず赤色蛍光体１３に吸収されて赤色光（二次光）が放射される。次に、励起光の残りの成分が緑色蛍光体１４に吸収されて緑色光（二次光）が放射される。このとき、赤色光（二次光）は緑色蛍光体１４のバンドギャップより小さいので、緑色蛍光体１４に吸収されることなく透過する。更に、励起光の残りの成分が青色蛍光体１５に吸収されて青色光（二次光）が放射される。このとき、赤色光（二次光）或いは緑色光（二次光）は青色蛍光体１５のバンドギャップより小さいので、青色蛍光体１５に吸収されることなく透過する。最終的に、これら蛍光体から放射された各二次光が混色することによって、白色光が発せられる。

上記のような順で各蛍光体を積層することにより、各蛍光体から発光した二次光は他色を発光する蛍光体に再度吸収されることがなく、設定した色バランスを容易に得ることができ、且つ設定色の輝度が高い照明装置を得ることができる。また、色バランスの設定は各蛍光体の膜厚又は密度を変えるだけで容易に且つ独立に制御することができる。

なお、波長変換部１２は、赤色蛍光体１３と緑色蛍光体１４との積層体とし、青色の発光源としては光源１１の励起光を用いるようにしてもよい。また、波長変換部１２は、上記の蛍光体１３〜１５と他の蛍光体とを組み合わせてもよい。

また、波長変換部１２において、赤色蛍光体１３と緑色蛍光体１４との間に、緑色光を反射して赤色光を透過する膜を設けてもよい。これにより、緑色光が赤色蛍光体１３を励起するのを抑制することができ、緑色光の輝度を低下させずに色バランスを良好に保つことができる。また、緑色蛍光体１４と青色蛍光体１５との間に、青色光を反射して赤色光及び緑色光を透過する膜を設けても同様の効果を得ることができる。

また、波長変換部１２の構成は、光源１１に近い順に、青色蛍光体１５、緑色蛍光体１４、赤色蛍光体１３と積層してもよい。この場合は、青色光（二次光）が緑色蛍光体１４或いは赤色蛍光体１３で吸収される割合、所謂吸収係数を考慮して各蛍光体１３〜１５の厚みを設定すればよい。このように、色バランスは各蛍光体１３〜１５の厚みを制御することで行うことができ、従来例の各蛍光体をランダムに混在させた場合と比較して色バランスの設定を容易に行うことができる。更に、従来例よりも色バランスの面内均一性を良好にすることができる。

〈第２の実施形態〉
図３は第２の実施形態の照明装置の要部の側面図、図４は図３の平面図である。赤色蛍光体１３、緑色蛍光体１４、青色蛍光体１５のセルが順に平面状に敷き詰められており、その平面は光路方向に重ならないように設けられている。それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。

このように、各セルは光路方向に重なっていないので各蛍光体から発光した二次光は他色を発光する蛍光体に再度吸収されることがほとんどなく、設定した色バランスを容易に得ることができ、且つ設定色の輝度が高い照明装置を得ることができる。また、色バランスの設定はセルの表面積を変えるだけで容易に且つ独立に制御することができる。

なお、セルの配置や表面積は本実施形態に限定されるものではなく、各セルで発光した二次光が混色して所望の色となるような任意の配置や表面積とすることができる。

また、波長変換部１２は、赤色蛍光体１３と緑色蛍光体１４とを用い、青色の発光源としては光源１１の励起光を用いるようにしてもよい。また、波長変換部１２は、上記の蛍光体１３〜１５と他の蛍光体とを組み合わせてもよい。

〈第３の実施形態〉
第３の実施形態の照明装置１０は、光源１１としてＧａＮ系半導体レーザを使用するものである。照明装置１０の他の構成は第１又は第２の実施形態と同様である。

半導体発光素子は、電気光交換効率が比較的良好であり、素子が小さいという特徴がある。従って、照明装置１０の光源１１として用いることにより、低消費電力、小型化を実現できる。このような半導体発光素子の例として、発光ダイオードと半導体レーザが挙げられる。発光ダイオードは素子の全方向に発光するので、集光するために、例えば光を反射させる形状の金属フレームに素子を載せ、更にこの金属フレームを樹脂で包み、樹脂表面をレンズ加工する必要がある。

しかしながら、このような構成としても素子からは抗される光を全て集光するのは困難であり、また、素子を金属フレームに載せる必要があるので小型化することも困難である。

一方、半導体レーザは、共振器端面からほとんどの光が発光される。従って、共振器方向に波長変換部１２を設けるだけで発光ダイオードを使用した場合と比較して容易に励起光の利用効率を向上させることができる。その結果、照明装置１０の光電気変換効率を向上させることができる。

なお、半導体レーザとしては、電極ストライプ構造（不図示）を用いることができる。この電極ストライプ構造を有する半導体レーザはワットクラスの光出力をだすことが可能であり、照明装置１０の光源１１として適している。更に、ＧａＮ系半導体レーザは結晶構造が強く、発光領域が劣化しにくいのでワットクラスの光出力をだす光源として適している。

また、ポリカーボネート等の樹脂中にナノ結晶の蛍光体が埋め込まれているような波長変換部の場合は、励起光（一次光）に３９０ｎｍ以下の紫外光成分が含まれていると、樹脂による吸収が生じる。更に、励起光強度が強い場合は、吸収によって樹脂が変質するとともに、電気光変換効率が低下してしまう。

図５に、半導体レーザ及び発光ダイオードの波長スペクトルを示す。半導体レーザは発光ダイオードと比較して波長のスペクトル幅が狭く、積分光強度としてみると３９０ｎｍ以下の光強度は小さい。このため半導体レーザでは青色蛍光体１５を励起できるように約４３０ｎｍ以下の波長で、且つアクリルでの吸収が防止できるような３９０ｎｍ以上の波長領域の発振波長を設定することが望ましい。これにより、樹脂の変質による電気光変換効率の低下を抑制することができる。なお、発振波長の制御方法としては発光領域の幅や混晶比を適宜調整することによって容易に実現することができる。

以上の結果、光源１１としてＧａＮ系半導体レーザを使用することで、輝度の高い照明装置１０を得ることができる。なお、半導体レーザと波長変換部１２との間に３９０ｎｍ以下の光を遮蔽する遮蔽膜を設けることによって、樹脂に対する紫外線の影響を抑制することができる。この遮蔽膜としては、酸化シリコン、酸化ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等の誘電体膜の単層或いは多層膜やＣｄＳ、ＣｄＳＳｅコロイドをガラス中に分散させた色ガラスフィルター（シャープカットフィルター）を用いることができる。

なお、半導体レーザの素子構造としては、上記以外に活性層が複数アレイ状に並んだ構造を用いることもできる。

〈第４の実施形態〉
図６は、第４の実施形態の照明装置の要部の側面図である。波長変換部１２における各蛍光体は、光源１１に近い順に、赤色蛍光体１３、緑色蛍光体１４、青色蛍光体１５が形成されている。そして、この波長変換部１２を挟むように、光を拡散する拡散材が添加されたアクリル樹脂が光学膜として形成され、導光体１６をなしている。

また、赤色蛍光体１３の側面方向には、ＧａＮ系半導体レーザからなる光源１１が設けられている。光源１１は、発光領域１７と、単層又は多層膜からなる反射率が約８０〜９５％の反射膜１８（図６では３層）とを備えている。この反射膜１８により、波長変換部１２と反対側に励起光が出射されることを防止し、光損失による半導体レーザの消費電力を抑制することができる。

なお、波長変換部１２と反対方向の反射膜側に、光源１１の光出力がモニターできるような光モニター用の受光素子（不図示）及び光出力を安定化するためのフィードバック回路（不図示）を設けてもよい。

本実施形態の照明装置１０において、光源１１から出射された励起光（一次光）は、各蛍光体１３〜１５で吸収・発光され、導光体１６を透過して図６の矢印の方向に放射され、混色されて白色光となる。

上記のような構成とすることにより、設定した色バランスを容易に得ることができ、且つ電気光変換効率及び設定色の輝度が高い照明装置を得ることができる。また、色バランスの設定は各蛍光体の体積又は密度を変えるだけで容易に且つ独立に制御することができる。

第１又は第２の実施形態のように導光体１６を設けない構成では、光源１１の出射光の強度分布がガウシアン分布であるため、照明装置１０の光源１１に近い部分が明るく、光源１１から離れるに従って暗くなってしまうが、本実施形態によれば均一な発光を得ることができる。

更に、ＧａＮ系半導体レーザを光源１１に用いた場合は、出射光の放射角度は３０°程度しかないため、照明装置１０の照射範囲を大きくするには光源１１と波長変換部１２との距離を大きくする必要があるが、導光体１６を用いることによりその距離を短くすることができ、照明装置１０を小型化することができる。

〈第５の実施形態〉
図７は、第５の実施形態の照明装置の要部の側面図である。波長変換部１２における各蛍光体は、光源１１に近い順に、赤色蛍光体１３、緑色蛍光体１４、青色蛍光体１５が繰り返し形成されている。そして、この波長変換部１２の下面には導光体１６が形成され、光を波長変換部１２へ拡散する拡散材が添加されている。この拡散材としては、金属微粒子等を用いることができる。

また、赤色蛍光体１３の側面方向には、発光領域１７を有するＧａＮ系半導体レーザからなる光源１１が設けられている。

本実施形態の照明装置１０において、光源１１から出射された励起光（一次光）は、導光体１６で拡散され、各蛍光体１３〜１５で吸収・発光され、混色されて白色光となる。

上記のような構成とすることにより、設定した色バランスを容易に得ることができ、且つ電気光変換効率及び設定色の輝度が高い照明装置を得ることができる。また、色バランスの設定は各蛍光体の体積又は密度を変えるだけで容易に且つ独立に制御することができる。

第１又は第２の実施形態のように導光体１６を設けない構成では、光源１１の出射光の強度分布がガウシアン分布であるため、照明装置１０の光源１１に近い部分が明るく、光源１１から離れるに従って暗くなってしまうが、本実施形態によれば均一な発光を得ることができる。

〈第６の実施形態〉
図８は、第６の実施形態の照明装置の要部の側面図である。第５の実施形態と異なる点は、導光体１６に拡散材を添加する代わりに、導光体１６の底面に光を反射する凹凸形状の金属膜１９を設けたことと、光源１１の導光体１６側の側面に３９０ｎｍ以下の波長の励起光を反射又は吸収する光学膜２０を設けたことである。

本実施形態の照明装置１０において、光源１１から出射される励起光（一次光）は光学膜２０で３９０ｎｍ以下の波長が遮蔽され、透過した励起光は導光体１６に入射し、金属膜１９で反射され、各蛍光体１３〜１５で吸収・発光され、混色されて白色光となる。

上記のような構成とすることにより、設定した色バランスを容易に得ることができ、且つ電気光変換効率及び設定色の輝度が高い照明装置を得ることができる。また、色バランスの設定は各蛍光体の体積又は密度を変えるだけで容易に且つ独立に制御することができる。

また、光学膜２０を設けることにより、紫外光成分によって生じる樹脂の劣化を防止できる。

図９に、第６の実施形態の他の照明装置の要部の側面図を示す。図８と異なる点は導光体１６の構造であり、それ以外の構成は図８と同様である。導光体１６の表面には略台形の凹凸形状が形成されている。この凹凸形状は光源１１に近い領域ではなだらかな台形とし、光源から遠くなるに従って急斜面の台形とする。

ここで、導光体１６を透過する光のうち凹凸形状に対して入射角が大きい成分は凹凸形状を透過して波長変換部１２へ進み、一方、凹凸形状に対して入射角が小さい成分は凹凸形状で反射する。この原理により、導光体１６の光源１１に近い領域では凹凸形状で反射しやすく、導光体１６の光源１１から遠い領域では凹凸形状を透過しやすい。

また、導光体１６内部の光強度は光源１１に近い方が強い。従って、導光体１６において、光源１１に近い部分では光強度は強いが波長変換部１２へ透過しにくく、光源１１から遠い部分では光強度は弱いが波長変換部１２へは透過しやすいので、光源１１からの距離に関係なく波長変換部１２へ入射する光強度を均一に保つことができる。

なお、導光体１６の構造としては、コア層とクラッド層が設けられたような光導波路構造としてもよい。

〈第７の実施形態〉
図１０は第７の実施形態の照明装置の要部の側面図、図１１は図１０の平面図である。光源１１側の側面を除いた導光体１６の各面に単層又は多層の反射板２１（図１０、１１では２層）を設けた以外の構成は、図８に示した第６の実施形態と同じ構成である。なお、反射板２１の材料としては、誘電体膜、樹脂、金属膜等を用いることができる。

このように、反射板２１を設けることにより、導光体１６から波長変換部１２以外に放射される損失光を低減することができ、電気光変換効率の高い照明装置１０を得ることができる。

〈第８の実施形態〉
図１２は第８の実施形態の照明装置の要部の側面図である。導光体１６と波長変換部１２との間に、光源１１の励起光（一次光）を透過し、波長変換部１２から発光した二次光を反射する光学膜２２（図１２では４層）を設けた以外の構成は、図８に示した第６の実施形態と同じ構成である。なお、光学膜２２の材料としては、酸化シリコン、酸化ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等の誘電体膜の単層或いは多層膜等を用いることができる。

これらの二つの誘電体を選び出し，それら材料の屈折率をもとに各膜厚を設計して，それに基づき二つの誘電体を交互に積層させ多層膜とすることで、任意の波長域に高い反射率を有しそれ以外の波長域において高い透過率を有するような光学膜２２（フィルター）を実現することができる。

図１３は、上記原理に基づいて作製された光学膜２２の光透過性を示す図である。ここで、光学膜２２としては、導光体１６に近い順に酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化チタンを積層したものを用いた。図１３に示すように、光学膜２２は、青色蛍光体１５を励起するのに必要な４３０ｎｍ以下の波長の励起光はほぼ１００％透過し、各蛍光体から発光された二次光はほとんど透過しない。

このように、光学膜２２を設けることにより、波長変換部１２から全方位に発光される二次光のうち、導光体１６側に放射される二次光を反射するので、光損失を低減でき、電気光変換効率の高い照明装置１０を得ることができる。

更に、光学膜２２に３９０ｎｍ以下の励起光を反射・吸収する特性を付加すると、紫外光成分によって生じる樹脂の劣化を防止できる。

〈第９の実施形態〉
図１４は、第９の実施形態の照明装置の要部の側面図である。波長変換部１２の上面に、光源１１の励起光（一次光）を反射し、波長変換部１２から発光した二次光を透過する光学膜２３（図１４では４層）を設けた以外の構成は、図１２に示した第８の実施形態と同じ構成である。なお、光学膜２３の材料としては、誘電体等の無機材や有機材を用いることができる。

このように、光学膜２３を設けることにより、波長変換部１２で波長変換されていない励起光（一次光）を反射して再度波長変換部１２へ入射させることにより、励起光（一次光）の再利用が可能となり、電気光変換効率の高い照明装置１０を得ることができる。また、光学膜２３は膜中の干渉により光の反射を生じるので励起光成分中の特に目に対する安全性の低い紫外光を効果的に反射し、目に対する安全性を向上させることができる。

〈第１０の実施形態〉
図１５は、第１０の実施形態の照明装置の要部の側面図である。照明装置１０から放射される光を反射する反射板２４を設け、光源１１と反射板２４との間に熱伝導性材２５を設けた以外の構成は、図１４に示した第９の実施形態と同じ構成である。なお、反射板２４としては金属或いはガラス表面にＡｌ等の金属コートを施した材料を用いることができる。また、反射板２４の形状には特に限定はなく、照明装置の用途に合わせて設計することができる。また、熱伝導性材２５は熱伝導性が良く光源１１の熱膨張係数に近い材料を用いるのが好ましく、例えば、ダイヤモンド、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ等を用いることができる。

このように、反射板２４を設けることにより、照明装置１０から放出される光の損失を抑制して有効に利用することができる。

また、一般に室内照明用の照明装置は高輝度が要求される。例えば、白色照明の光量として１０Ｗ必要な場合、光学系及び蛍光体の光損失を５０％とすると光源１１は２０Ｗ必要になる。そして、光源１１の変換損失を３０％とすると光源１１には約６６Ｗ入力する必要がある。このとき、約７０％の約４６Ｗが熱として放出される。この熱を熱伝導性材２５を介して反射板２４へ伝達することにより、光源１１の出力や寿命の低下を抑制することができる。なお、光源１１は反射板２４に直接接触させても同様の効果を得ることができる。

なお、明るい照明を得るために、一つの反射板２４上に複数の光源１１及び波長変換部１２を配設してもよい。

〈第１１の実施形態〉
第１１の実施形態は光源１１の駆動回路に関する実施形態である。図１６は、光源１１の駆動回路２６の構成を示すブロック図である。駆動回路２６は、パルス電流発生部２７と、光源１１に直流電流を印加するバイアス電圧部２８と、電流電圧変換部２９とを備えている。

パルス電流発生部２７は、パルス周期が遅いと光のちらつきが生じやすく、速いと回路構成が複雑になる。従って、５０Ｈｚ〜５０ＭＨｚ程度のパルス周期が好ましい。

図１７（ａ）は光源を駆動する駆動電流を示す図、図１７（ｂ）は駆動電流で駆動される光源１１の励起光の波形を示す図、図１７（ｃ）は波長変換部１２から放射される発光波形を示す図である。図１７（ｃ）において波長変換部１２から放射される発光波形は励起光で発生するキャリアの発光寿命の影響で光パルスの立下りに裾が発生する。このような立下りの裾は、波長変換部１２の発光寿命が短ければ短く、長ければ長い。

このような特性を利用して、波長変換部１２の発光寿命が比較的長く、光のちらつきが許容でき、且つ消費電力を低くすることが要求される場合にはデューティーを５０％以下と短めに設定することができる。なお、パルス周期とデューティーは、用途に応じて様々な値を設定することができる。

このように、光源１１をパルス駆動すると、ＣＷ（連続）駆動と比較して熱による影響を受けにくく、大光量を放射することもできる。また、信頼性を良好にすることもできる。従って、光源１１の信頼性を良好に保ちながら光出力を向上させることができ、輝度の高い照明装置を提供することができる。

また、励起光が強い場合は波長変換部１２の変換効率の非線形効果が発生するので、電気光変換効率を向上させることもできる。更に、光源１１を変調することにより、発振波長のチャーピングが生じる。波長のチャーピングによって、光源１１の可干渉性は低下するので、照明装置１０から照射された励起光自体の目に対する安全性を高めることができる。

更に、第４の実施形態の導光体１６には拡散材が添加されているので、光源２２の干渉性の影響により、拡散材内で多重干渉を起こす結果、発光パターンにムラが発生する可能性がある。そこで、上記のように光源１１を変調することにより、可干渉性が低下するので発光パターンのムラを防止できる。

なお、上記の各実施形態は可能であればそれらのいくつかを組み合わせても何の問題もない。なお、本発明において光源１１は複数設けてもよい。

第１の実施形態の照明装置の要部の側面図である。 本発明の蛍光体の発光のメカニズムを示す模式図である。 第２の実施形態の照明装置の要部の側面図である。 図３の平面図である。 半導体レーザ及び発光ダイオードの波長スペクトルを示す図である。 第４の実施形態の照明装置の要部の側面図である。 第５の実施形態の照明装置の要部の側面図である。 第６の実施形態の照明装置の要部の側面図である。 第６の実施形態の他の照明装置の要部の側面図を示す。 第７の実施形態の照明装置の要部の側面図である。 図１０の平面図である。 第８の実施形態の照明装置の要部の側面図である。 第８の実施形態の光学膜の光透過性を示す図である。 第９の実施形態の照明装置の要部の側面図である。 第１０の実施形態の照明装置の要部の側面図である。 本発明の光源の駆動回路の構成を示すブロック図である。 （ａ）光源を駆動する駆動電流を示す図である。（ｂ）駆動電流で駆動される光源の励起光の波形を示す図である。（ｃ）波長変換部から放射される発光波形を示す図である。

符号の説明

１０ 照明装置
１１ 光源
１２ 波長変換部
１３ 赤色蛍光体
１４ 緑色蛍光体
１５ 青色蛍光体
１６ 導光体
１９ 金属膜
２０ 光学膜（第１の光学膜）
２１ 反射板（第１の反射板）
２２ 光学膜（第２の光学膜）
２３ 光学膜（第３の光学膜）
２４ 反射板（第２の反射板）
２５ 熱伝導性材
２６ 駆動回路
２７ パルス電流発生部

Claims (13)

1. 一次光を発する少なくとも１つの光源と、一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光のピーク波長よりも長い或いは同等のピーク波長を有する二次光を発する複数の蛍光体からなる波長変換部とを備えた面状発光装置であって、
   前記波長変換部は少なくとも１つの蛍光体で発せられた二次光が他の蛍光体で吸収される吸収帯を有し、前記複数の蛍光体は、光路方向に互いに重ならないような、面状に配設された複数のセルからなることを特徴とする面状発光装置。
2. 前記複数の蛍光体は、粒径の異なるナノ結晶であることを特徴とする請求項１記載の面状発光装置。
3. 前記波長変換部の光路方向の両面に導光体を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の面状発光装置。
4. 前記波長変換部の一次光の入射面に、一次光を前記波長変換部へ導く導光体を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の面状発光装置。
5. 前記導光体に光を拡散する拡散材を添加したことを特徴とする請求項４記載の面状発光装置。
6. 前記導光体の前記波長変換部と反対面に、光を反射する凹凸形状の金属膜を設けたことを特徴とする請求項４記載の面状発光装置。
7. 前記光源と前記導光体との間に、３９０ｎｍ以下の波長の光を遮蔽する第１の光学膜を設けたことを特徴とする請求項４記載の面状発光装置。
8. 前記導光体の前記光源側の側面を除いた側面の少なくとも一部に、光を反射する第１の反射板を設けたことを特徴とする請求項４記載の面状発光装置。
9. 前記光源と前記波長変換部との間に、前記一次光を透過し、且つ前記二次光を遮蔽する第２の光学膜を設けたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の面状発光装置。
10. 前記波長変換部の二次光出射面上に又は該面と空間を有して、前記二次光を透過し、且つ前記一次光を遮蔽する第３の光学膜を設けたことを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の面状発光装置。
11. 所望する光の照射方向と反対側に、光を反射する第２の反射板を設けたことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の面状発光装置。
12. 前記光源を前記第２の反射板に直接又は熱伝導性材を介して固定したことを特徴とする請求項１１記載の面状発光装置。
13. 前記光源を駆動する駆動回路を備え、該駆動回路はパルス電流発生部を有し、前記光源はパルス光を発振することを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の面状発光装置。

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