JP2010040976A - 発光素子及びこれを用いた照明装置並びに表示装置 - Google Patents

発光素子及びこれを用いた照明装置並びに表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】共振器構造を有し励起光の入射側と逆側から蛍光を出射する発光素子及びこれを用いた照明装置並びに表示装置を提供すること。
【解決手段】発光素子は、ガラス基板１１と、蛍光体層１３と、第１の所定の波長を超えない光を反射する波長選択半透明反射層１４と、第２の所定の波長を超えない光を透過させ、超える光を反射させる波長選択反射透過層１２と、波長選択反射透過層を通して蛍光体層に照射して蛍光体を励起する励起光源とを有し、第１、第２の波長をλ1、λ2とする時、λ1≧λ2であり、蛍光体層が波長選択半透明反射層と基板の間に配置され、波長選択反射透過層が蛍光体層と基板の間又は基板の蛍光体層の逆側に設けられ、波長選択半透明反射層と波長選択反射透過層の間に共振器１５が構成され、蛍光λFを波長選択半透明反射層から放射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子に関し、光励起される蛍光体、共振器構造を有する発光素子及びこれを用いた照明装置並びに表示装置に関する。
有機発光素子、無機発光素子は、カラー色又は白色光の照明装置（光源装置）、各種の電子機器に使用される表示装置に適用されているが、その発光スペクトルがブロードなため色再現性といった観点ではＬＥＤやレーザに比較して劣り、色純度の向上、演色性の向上等のより優れた発光特性上が望まれている。色純度の高い発光を得るために、半透明反射膜、反射層でつくった微小共振器で蛍光体層を挟み、発光素子の発光スペクトルの半値幅を縮小させることができる構造が知られている。
共振器構造を用いて発光素子の発光特性を改善する技術に関しては、種々の方法が報告されている。
先ず、「有機発光素子」と題する後記の特許文献１には、次の記載がある。
特許文献１の発明の有機発光素子は、透明な基体と、該基体上に設けられた発光機能を有する有機薄膜からなる発光層と、該発光層の、上記基体と反対側の面に設けられた金属電極と、上記発光層と上記基体との間に設けられた半透明反射膜を備えている。また、上記半透明反射膜と上記金属電極との間に光の微小共振器が構成されている。
特許文献１の発明においては、透明電極と基体との間に半透明反射膜を設置し、該半透明反射膜と背面電極すなわち上記金属電極との間に光の微小共振器を構成するようにしている。ここで、上記半透明反射膜と背面電極すなわち上記金属電極との間の光学的距離が、発光波長のそれと同じかその整数倍又はその半整数倍であることが好ましい。それによって、発光スペクトルの半値幅が縮小される。また、発光効率が向上し、可干渉光の発生の割合が増大する等、発光特性を向上できるとしている。
図１６は、特許文献１に記載の図５であり、光励起による発光を利用した共振器素子の模式断面図を示す図である。
全反射金属膜１０８とＴｉＯ2／ＳｉＯ2の積層体からなる半透明反射膜１０２との間に、有機蛍光薄膜１０９としてアルミキレートが挾まれた構造に形成した。これに半透明反射膜１０２側から波長４０６ｎｍの光を照射することにより、有機蛍光薄膜１０９から可視光を、硝子基体１０１を通して取出すことができるとしている。
また、「光干渉フィルタを含む薄膜エレクトロルッミネセンス装置」と題する後記の特許文献２には、次の記載がある。
特許文献２の発明は、光透過性を有する電極層と光反射電極層により、蛍光体層或いは蛍光体層と誘電体層の構造体に電圧が印加されるように構成されると共に、前記構造体内における、光の取出側に、前記蛍光体層より放射される発光波長の任意の波長λを選択的に透過する多層膜の光干渉フィルタを、前記構造体に屈折率の低い誘電体膜１と屈折率の高い誘電体膜２を交互にλ／４＝膜厚・屈折率の式に従って誘電体膜２、誘電体膜１の順に２層以上積層し、更に、誘電体膜１より高い屈折率を有する蛍光体層をλ／２・Ｎ（Ｎは１以上の整数）＝膜厚・屈折率の式に従って積層し、更に、誘電体膜３をλ／４・正数＝膜厚・屈折率の式に従って誘電体膜３を積層した構成にしたことを特徴とする光干渉フィルタを含む構成にする。
また、「多色発光素子とその基板」と題する後記の特許文献３には、次の記載がある。
特許文献３の発明の目的は、スペクトル幅と発光特性を改善した有機発光素子を提供することにある。この課題を解決する特許文献３の発明は次のとおりである。
第１に、発光機能を有する有機薄膜からなる発光層と、該発光層の両面に形成された反射鏡とで微小光共振器が構成され、該微小光共振器は前記反射鏡間の光学的距離が異なる画素を少なくとも２個以上有することを特徴とする多色発光素子にある。
第２に、透明基体上に半透明反射層、透明導電層、有機薄膜からなる発光層、電極が順次に形成された多色発光素子であって、半透明反射層と電極の間の光学的距離が異なる画素を少なくとも２個以上有する微小光共振器を含むことを特徴とする多色発光素子にある。
第３に、透明基体上に半透明反射層、透明導電層、有機薄膜からなる発光層、電極が順次に形成された多色発光素子であって、半透明反射層と電極の間に構成が微小光共振器として作用し、複数の異なる発光スペクトルの光を同一基板上の素子から取出すことを特徴とする多色発光素子にある。
第４に、透明基体上に半透明反射層を有し、該半透明反射層上に透明導電層が配置され、該透明導電層上に有機薄膜からなる発光層が設けられており、その上に電極が形成された有機発光素子であって、前記半透明反射層は発光層での発光の一部を透明基体側に透過し、発光の一部を発光層側に反射する反射機能を有し、該半透明反射層は発光層背面の電極とで光共振器として作用し、且つ半透明反射層と電極との間の光学的距離が異なるように構成されていることを特徴とする多色発光素子にある。
第５に、透明基体上に半透明反射層を有し、該半透明反射層上に透明導電層が配置され、該透明導電層上にホール注入層、有機薄膜からなる発光層が設けられており、その上に電極が形成された有機発光素子であって、前記半透明反射層は発光層での発光の一部を透明基体側に透過し、発光の一部を発光層側に反射する反射機能を有し、該半透明反射層は発光層背面の電極とで光共振器として作用し、且つ半透明反射層と電極との間の光学的距離が異なるように構成されていることを特徴とする多色発光素子にある。
なお、蛍光体とＬＥＤを用いるカラー表示装置に関しては、種々の方法が報告されている。
先ず、「単色ＬＥＤを用いた全色画像表示装置」と題する後記の特許文献４には、次の記載がある。
基板と、その上に形成された複数の単一色発光ダイオード（ＬＥＤ）とを含む、全色画像表示装置においては、光学的に透明な板が基板に隣接して取り付けられ、複数の別個の領域がその上に規定される。更に、この板の配置は、複数のＬＥＤの各々によって発せられる光が、板の複数の別個領域の各１つに入射するように決められる。複数の異なる蛍光体が別個に板に取り付けられ、各々板の複数の別個領域の異なる１つに、複数のＬＥＤの異なる１つからの光が衝突するように位置付けられる。異なる蛍光体は各々、ＬＥＤからの光に衝突されると、異なる色の光を生成する。
また、「面状光源装置及びカラー液晶表示装置組立体」と題する後記の特許文献５には、次の記載がある。
特許文献５の発明の第１の態様に係る面状光源装置は、（ａ）透明第１電極を備えたフロントパネル、（ｂ）透明第２電極を備えたリアパネル、及び、（ｃ）フロントパネルとリアパネルとの間に配された液晶材料、からなる透過型のカラー液晶表示装置をリアパネル側から照射する面状光源装置（より具体的には、直下型の面状光源装置）であって、（Ａ）リアパネルに対向して配置され、第１原色、第２原色及び第３原色から構成された光の三原色の内の第１原色に相当する第１原色光を射出する光源、（Ｂ）リアアパネルと光源との間に配置された支持部材、（Ｃ）カラー液晶表示装置の第２原色に相当する第２原色光を発光するサブピクセルに対応した支持部材の領域上に形成され、第２原色光を発光する第２原色発光粒子からなり、光源から射出されたエネルギー線によって励起されて第２原色光を発光する第２原色発光層、並びに、（Ｄ）カラー液晶表示装置の第３原色に相当する第３原色光を発光するサブピクセルに対応した支持部材の領域上に形成され、第３原色光を発光する第３原色発光粒子からなり、光源から射出されたエネルギー線によって励起されて第３原色光を発光する第３原色発光層、を具備することを特徴とする。
特開平１０−１７７８９６号公報（段落０００８〜０００９、段落００２８〜００２９、図５） 特許第２６８９６６１号公報（第２頁右欄第２０行〜同欄第３３行、第１図） 特許第２７９７８８３号明細書（段落０００５〜００１２、図１） 特開平８−６３１１９号公報（段落０００９） 特開２００７−４０９９号公報（段落００１４）
特許文献１〜特許文献３に記載されるような構造を採用する場合、励起光源からの励起光によって蛍光体を励起させて蛍光を放射する発光素子では、蛍光体への励起光の入射側と同じ側から蛍光を出射させる（取出す）構成となる。このような構成の発光素子を使用するデバイスでは、蛍光の出射面が、励起光源又は励起光の導入機構等によって制限を受けるので、蛍光の取出しが十分でないという問題がある。
また、励起光として紫外光を用いた場合、発光層から励起光の入射側（即ち、蛍光を出射させる（取出す）側）に戻ってくる紫外光が、デバイス部材の劣化を引き起こす原因となるといった問題がある。従って、上記のような構成をもつ発光素子を用いたデバイス構造が制限されてしまうことになる。従来、カラー表示装置では、色度再現性範囲の拡大（色純度の向上、色空間の拡大）が種々の手法によって検討されているが、更なる改善が望まれている。
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、共振器構造を有し、励起光の入射側と逆側から蛍光を出射する発光素子及びこれを用いた照明装置並びに表示装置を提供することにある。
即ち、本発明は、透明基板（例えば、後述の実施の形態におけるガラス基板１１）と、
蛍光体を含む蛍光体層（例えば、後述の実施の形態における蛍光体層１３、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ）と、第１の所定の波長を超えない光を反射する波長選択半透明反射層（例えば、後述の実施の形態における波長選択半透明反射層１４、１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ）と、第２の所定の波長を超えない光を透過させ、前記第２の所定の波長を超える光を反射させる波長選択反射透過層（例えば、後述の実施の形態における波長選択反射透過層１２、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）と前記波長選択反射透過層を通して前記蛍光体層に照射して前記蛍光体を励起する励起光を発する励起光源（例えば、後述の実施の形態における（例えば、後述の実施の形態における青色光源３０、近紫外光源３１）とを有し、前記第１の所定の波長をλ1とし、前記第２の波長をλ2とする時、λ1≧λ2であり、前記蛍光体層が前記波長選択半透明反射層と前記基板の間に配置され、前記波長選択反射透過層が、前記蛍光体層と前記基板の間、又は、前記基板の前記蛍光体層の逆側に設けられ、前記波長選択半透明反射層と前記波長選択反射透過層の間に共振器が構成され、前記蛍光体から放射される蛍光を前記波長選択半透明反射層から放射させる発光素子に係るものである。
また、本発明は、上記の発光素子を有する照明装置に係るものである。
また、本発明は、上記の発光素子を有する画素が複数個配置された画素部と、前記画素部の各画素に照射される前記励起光のオンオフを制御する光照射制御部とを有する表示装置に係るものである。
本発明によれば、透明基板と、蛍光体を含む蛍光体層と、第１の所定の波長を超えない光を反射する波長選択半透明反射層と、第２の所定の波長を超えない光を透過させ、前記第２の所定の波長を超える光を反射させる波長選択反射透過層と前記波長選択反射透過層を通して前記蛍光体層に照射して前記蛍光体を励起する励起光を発する励起光源とを有し、前記第１の所定の波長をλ1とし、前記第２の波長をλ2とする時、λ1≧λ2であり、前記蛍光体層が前記波長選択半透明反射層と前記基板の間に配置され、前記波長選択反射透過層が、前記蛍光体層と前記基板の間、又は、前記基板の前記蛍光体層の逆側に設けられ、前記波長選択半透明反射層と前記波長選択反射透過層の間に共振器が構成され、前記蛍光体から放射される蛍光を前記波長選択半透明反射層から放射させるので、前記共振器によって発光効率を向上させ発光素子の発光スペクトルの幅を狭くし、発光特性を向上させることができ、励起光の入射側と逆側から蛍光を出射させるため、蛍光の取出しに制限を受けず、デバイス構造に制限を受けることがない発光素子を提供することができる。
また、本発明によれば、励起光の入射側と逆側から蛍光を出射させるため、蛍光の取出しに制限を受けることなく、照射強度の大きな照明装置を提供することができる。
また、本発明によれば、共振器によって発光効率を向上させ発光素子の発光スペクトルの幅を狭くし、発光特性を向上させることができ、励起光の入射側と逆側から蛍光を出射させるため、蛍光の取出しに制限を受けることのない表示装置を提供することができる。
本発明の発光素子では、前記波長選択半透明反射層及び前記波長選択反射透過層は誘電体多層膜によって構成されたものとするのがよい。前記波長選択半透明反射層及び前記波長選択反射透過層を前記誘電体多層膜によって構成するので、前記誘電体多層膜を、高屈折率材料と低屈折率材料の２種類の誘電体膜を所定の光学膜厚（前記誘電体多層膜を構成する各材料の屈折率と膜厚の積和によって定義され、光学的距離ともいう。）で交互に積層した構造とすることによって、所望の光学特性（透過率又は反射率特性）を有する前記波長選択半透明反射層及び前記波長選択反射透過層を構成することができる。
また、前記蛍光の中心波長をλ、Ｎを１以上の整数とする時、前記波長選択半透明反射層と前記波長選択反射透過層との間の光学膜厚を（λ／２）Ｎとするのがよい。このような構成によれば、前記蛍光体層を、前記中心波長を共振周波数とする共振器とすることができ、発光効率を向上させると共に発光素子の発光スペクトルの半価幅を狭小化することができ、発光特性を向上させることができる。なお、前記波長選択反射透過層が前記蛍光体層と前記基板の間に設けられる場合、即ち、前記波長選択反射透過層、前記蛍光体層、前記波長選択半透明反射層の順に積層される場合には、前記波長選択半透明反射層と前記波長選択反射透過層との間の光学膜厚は前記蛍光体層の光学膜厚となり、前記蛍光体層の厚さをｄF、前記蛍光体層の屈折率をｎFとする時、ｎF・ｄF＝（λ／２）Ｎである。また、前記波長選択反射透過層が前記基板の前記蛍光体層の逆側に設けられる場合には、前記波長選択反射透過層、前記基板、前記蛍光体層の順に積層される場合には、前記波長選択半透明反射層と前記波長選択反射透過層との間の光学膜厚は、前記基板と前記蛍光体層による層となり、前記蛍光体層の厚さをｄF、前記蛍光体層の屈折率をｎF、前記基板の厚さをｄG、基板の屈折率をｎGとする時、（ｎG・ｄG＋ｎF・ｄF）＝（λ／２）Ｎである。
また、前記第２の所定の波長を超える光に対する透過率が５０％以上である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記波長選択半透明反射層を通して、前記蛍光の中心波長を含む光を出射させることができる。
また、前記蛍光体が無機蛍光体である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記蛍光体として、青色光の波長領域の光、又は、近紫外光によって、劣化しにくい蛍光体を使用することができる。
また、前記励起光源が青色光を発する青色発光ダイオード（ＬＥＤ）又は青色レーザであり、前記第１の所定の波長、及び、第２の所定の波長が４７０ｎｍである構成とするのがよい。このような構成によれば、青色光を放射する青色光源を前記励起光源とするとき、前記波長選択反射透過層は、青色光の波長領域の光を透過、好ましくは全透過させ、青色光の波長領域以外の光を反射、好ましくは全反射させるので、前記蛍光体層には青色光の波長領域の光が照射され前記蛍光体が励起され、青色光の波長領域以外の光によって前記蛍光体が励起されることがないので、前記蛍光体層から目的とする蛍光のみを励起させ、不要な励起光を生成することがなく、発光素子の発光特性を向上させることができる。
また、前記励起光源が近紫外光を発する近紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）又は近紫外レーザであり、前記第１の所定の波長が４２０ｎｍ、前記第２の所定の波長が４７０ｎｍである構成とするのがよい。このような構成によれば、近紫外光を放射する青色光源を前記励起光源とするとき、前記波長選択反射透過層は、近紫外光を透過、好ましくは全透過させ、近紫外以外の光を反射、好ましくは全反射させるので、前記蛍光体層には近紫外光が照射され前記蛍光体が励起され、近紫外光以外の光によって前記蛍光体が励起されることがないので、前記蛍光体層から目的とする蛍光のみを励起させ、不要な励起光を生成することがなく、発光素子の発光特性を向上させることができる。
本発明の照明装置では、前記励起光源が青色光を発する青色発光ダイオード（ＬＥＤ）又は青色レーザである構成とするのがよい。このような構成によれば、前記蛍光体層を、赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体、又は、緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体によって構成することができ、赤色光、又は、緑色光を放射する照明装置を実現することができる。
また、赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体層と緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体層が並置されて、前記蛍光体層が構成され、前記青色光が前記波長選択反射透過層を通して前記蛍光体層に照射され、前記青色光によって励起された前記赤色光及び前記緑色光が前記波長選択半透明反射層を通して出射され、前記青色光が、前記蛍光体層が設けられていない前記波長選択反射透過層の領域を通して出射され、前記赤色光、前記緑色光、及び、前記青色光が混色され白色光が放射される構成とするのがよい。このような構成によれば、赤色蛍光体及び緑色蛍光体の種類を選択すること、又は／及び、前記赤色光体層及び前記緑色光体層の各面積、前記蛍光体層が設けられていない前記波長選択反射透過層の領域であり前記青色光が前記蛍光体を通過しないで出射される領域（以下、青色光通過領域と呼ぶ。）の面積によって、放射される光の色温度を調整することができ、例えば、白色光を放射する冷陰極蛍光ランプよりも小型化、省電力化が可能な照明装置を実現することができる。
また、前記励起光源が近紫外光を発する近紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）又は近紫外レーザである構成とするのがよい。このような構成によれば、前記蛍光体層を、赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体、又は、緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体、又は、青色光の蛍光を放射する青色蛍光体によって構成することができ、赤色光、又は、緑色光、又は、青色光を放射する照明装置を実現することができる。
また、赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体層、緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体層及び青色光の蛍光を放射する青色蛍光体層が並置されて、前記蛍光体層が構成され、前記近紫外光が前記波長選択反射透過層を通して照射され、前記近紫外光によって励起された前記赤色光、前記緑色光、及び、前記青色光が、前記波長選択半透明反射層を通して出射され、前記赤色光、前記緑色光、及び、前記青色光が混色され白色光が放射される構成とするのがよい。このような構成によれば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、及び、青色蛍光体の種類を選択すること、又は／及び、前記赤色蛍光体層、前記緑色蛍光体層、前記青色蛍光体層の各面積によって、放射される光の色温度を調整することができ、例えば、白色光を放射する冷陰極蛍光ランプよりも小型化、省電力化が可能な照明装置を実現することができる。
本発明の表示装置では、前記光照射制御部は、液晶素子とスイッチング素子を含む構成とするのがよい。このような構成によれば、前記画素部の各画素に照射される前記励起光のオンオフを制御することができる。
また、前記光源がバックライトを兼ねている構成とするのがよい。このような構成によれば、背景照射のための照明光源を必要としない。
また、前記励起光源が青色光を発する青色発光ダイオード（ＬＥＤ）又は青色レーザである構成とするのがよい。このような構成によれば、前記蛍光体層を、赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体、又は、緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体によって構成することができ、赤色光、又は、緑色光による表示装置を実現することができる。
また、赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体層と緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体層が並置されて、前記蛍光体層が構成され、前記青色光が前記波長選択反射透過層を通して前記蛍光体層に照射され、前記青色光によって励起された前記赤色光及び前記緑色光が前記波長選択半透明反射層を通して出射され、前記青色光が、前記蛍光体層が設けられていない前記波長選択反射透過層の領域を通して出射され、カラー表示を行なう構成とするのがよい。このような構成によれば、赤色蛍光体及び緑色蛍光体の種類を選択すること、又は／及び、前記赤色光体層及び前記緑色光体層の各面積、前記蛍光体層が設けられていない前記波長選択反射透過層の領域であり前記青色光が前記蛍光体を通過しないで出射される領域（前記青色光通過領域）の面積を調整することによって、放射される光の色度再現性範囲の拡大（色純度の向上、色空間の拡大）を可能とし、冷陰極蛍光ランプのような白色光をバック又はサイドライトとしカラーフィルタを使用して所望の光を得る構成の液晶表示装置よりも、小型化、省電力化が可能な表示装置を実現することができる。
また、前記励起光源が近紫外光を発する近紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）又は近紫外レーザである構成とするのがよい。このような構成によれば、前記蛍光体層を、赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体、又は、緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体、又は、青色光の蛍光を放射する青色蛍光体によって構成することができ、赤色光、又は、緑色光、又は、青色光による表示装置を実現することができる。
また、赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体層、緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体層及び青色光の蛍光を放射する青色蛍光体層が並置されて、前記蛍光体層が構成され、前記近紫外光が前記波長選択反射透過層を通して前記蛍光体層に照射され、前記近紫外光によって励起された前記赤色光、前記緑色光、及び、前記青色光が、前記波長選択半透明反射層を通して出射されカラー表示を行なう構成とするのがよい。このような構成によれば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、及び、青色蛍光体の種類を選択すること、及び／又は、前記赤色光体層、前記緑色光体層、前記青色光体層の各面積を調整することによって、放射される光の色度再現性範囲の拡大（色純度の向上、色空間の拡大）を可能とし、冷陰極蛍光ランプのような白色光をバック又はサイドライトとしカラーフィルタを使用して所望の光を得る構成の液晶表示装置よりも、小型化、省電力化が可能な表示装置を実現することができる。
本発明の第１の構成による発光素子は、透明基板と、この透明基板上に設けられた蛍光体薄膜（発光層）と、波長４７０ｎｍ以下の光を反射し、波長４７０ｎｍ以上の光に対し０．１％〜５０％の透過率、９９．９％〜５０％の反射率を有するように形成され、蛍光体薄膜の上記透明基板と反対側の面に設けられた波長選択半透明反射膜と、蛍光体薄膜と上記透明基板上の間、若しくは、蛍光体薄膜の逆側に設けられ、波長４７０ｎｍ以下の光を透過し、波長４７０ｎｍ以上の光を反射するように形成された波長選択反射透過膜を有し、波長選択半透明反射膜と波長選択反射透過膜との間に光の微小共振器が構成されている。波長選択半透明反射膜と波長選択反射膜との間に、波長４５０ｎｍの光で励起される蛍光体膜を挟み共振器構造を作り、光励起された蛍光（可視光）を波長選択半透明反射膜から放射させる。
上記第１の構成において、波長選択半透明反射膜、及び、波長選択反射透過膜は誘電体の多層膜からなり、波長選択半透明反射膜と波長選択反射透過膜との間の光学的距離（この間に設けられた材料の屈折率と厚さの積（膜が複数の材料の層から構成されている場合には各材料の層の関する屈折率と厚さの積和）によって定義される。）を、蛍光体の発光中心波長の整数倍又は半整数倍とする。蛍光体は青色ＬＥＤ又は青色レーザからなる励起光源にとって励起され、発光素子は照明装置、表示装置に使用される。
本発明の第２の構成による発光素子は、透明基板と、この透明基板上に設けられた蛍光体薄膜（発光層）と、波長４２０ｎｍ以下の光を反射し、波長４２０ｎｍ以上の光に対し０．１％〜５０％の透過率、９９．９％〜５０％の反射率を有するように形成され、蛍光体薄膜の上記透明基板と反対側の面に設けられた波長選択半透明反射膜と、蛍光体薄膜と上記透明基板上の間、若しくは、蛍光体薄膜の逆側に設けられ、波長４２０ｎｍ以下の光を透過し、波長４２０ｎｍ以上の光を反射するように形成された波長選択反射透過膜を有し、波長選択半透明反射膜と波長選択反射透過膜との間に光の微小共振器が構成されている。波長選択半透明反射膜と波長選択反射膜との間に、波長４０５ｎｍの光で励起される蛍光体膜を挟み共振器構造を作り、光励起された蛍光（可視光）を波長選択半透明反射膜から放射させる。
上記第２の構成において、波長選択半透明反射膜、及び、波長選択反射透過膜は誘電体の多層膜からなり、波長選択半透明反射膜と波長選択反射透過膜との間の光学的距離（この間に設けられた材料の屈折率と厚さの積（膜が複数の材料の層から構成されている場合には各材料の層の関する屈折率と厚さの積和）によって定義される。）を、蛍光体の発光中心波長の整数倍又は半整数倍とする。蛍光体は近紫外ＬＥＤ又は近紫外レーザからなる励起光源にとって励起され、発光素子は照明装置、表示装置に使用される。励起光に紫外光を用いても、発光層から戻ってくる紫外光が、照明装置、表示装置を構成するデバイス部材（蛍光の取出し側に配置される部材）の劣化を引き起こすことがない。
以下、図面を参照しながら本発明による実施の形態について詳細に説明する。
第１の実施の形態（発光素子の構成）
図１は、本発明の実施の形態において、発光素子の構成を説明する模式断面図である。
図１に示すように、発光素子は、透明なガラス基板１１上に形成され、波長λ0を超えない光を略全透過させ、波長λ0を超える光を略全反射させるように形成された波長選択反射透過層１２と、この波長選択反射透過層１２上に形成され、光励起によって蛍光を発する蛍光体を含む蛍光体層１３と、波長λ0を超える光に対して、透過率５０％〜０．０１％、反射過率５０％〜９９．９％を有し、波長λ0を超えない光を略全反射させ、波長λ0を超える光を透過させるように形成された波長選択半透明反射層１４と、波長選択反射透過層１２を通して蛍光体層に照射して蛍光体を励起する励起光を発する図示しない励起光源を有している。
波長選択半透明反射層１４と波長選択反射透過層１２の間に共振器（光共振器）１５が構成されている。蛍光体から放射される蛍光の中心波長をλmとし、Ｎを１以上の整数とする時、蛍光体層１３の光学膜厚を（λm／２）Ｎとする。この光学膜厚は、蛍光体層１３の厚さｄ、蛍光体の屈折率をｎとする時、ｎ・ｄ＝（λm／２）Ｎによって定義されるものであり、ｄ＝（λm／２）Ｎ（１／ｎ）である。波長選択半透明反射層１４、波長選択反射透過層１２は誘電体多層膜によって構成されている。なお、波長選択反射透過層１２は、蛍光体層１３とガラス基板１１の間ではなく、ガラス基板１１の蛍光体層１３と逆側に設けてもよい。
励起光源から放射された励起光λEが蛍光体層１３に入射されると、励起光λEは、波長選択半透明反射層１４、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光λERを生じると共に、蛍光体層１３を照射して蛍光体を励起して波長分布をもった蛍光λFを発生させる。蛍光λFは波長選択半透明反射層１４から放射される。蛍光体層１３の光学膜厚を（λm／２）Ｎとするので、発光素子から放射される中心波長λmをもった蛍光λFの発光スペクトルの幅は狭小化され、また、励起光λEは波長選択半透明反射層１４、波長選択反射透過層１２の間で繰り返し反射され、蛍光体層１３に照射されるので、蛍光体が繰り返し励起され蛍光体の発光効率を向上させることができ、発光素子の発光特性を向上させることができる。蛍光体層１３として、無機蛍光体又は有機蛍光体を使用することができる。
励起光源として、青色光、例えば、４５０ｎｍの光を放射する青色光源（例えば、青色ＬＥＤ）を使用する場合、蛍光体層１３は、この青色光によって励起可能な蛍光体によって形成され、λ0＝４７０ｎｍとし、λm＞λ0とする。なお、青色光源として、半導体レーザを使用することもできる。
励起光源として、近紫外光、例えば、４０５ｎｍの光を放射する近紫外光源（例えば、近紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）、近紫外レーザ）を使用する場合、蛍光体層１３は、この近紫外光によって励起可能な蛍光体によって形成され、λ0＝４２０ｎｍとし、λm＞λ0とする。
本発明の発光素子では、蛍光体層１３の厚さ、波長選択半透明反射膜１４の光学特性（反射又は透過特性）を変えることによって、発光素子の発光スペクトルの形状、即ち、ピーク位置、半価幅、強度を変えることができ、発光効率を向上させ発光スペクトルの幅を狭小化させ、発光特性を向上させることができる。また、近紫外光源を用いる場合、蛍光λFは波長選択半透明反射層１４から放射され、蛍光λFが放射される側への紫外線は、波長選択半透明反射層１４によって反射され遮断される。従って、蛍光λFが照射される側に種々の部材が配置されていても、これら部品が紫外線によって劣化することがないので、発光素子と種々の部材を組み合わせて構成されるデバイスの設計の自由度を増大させることができる。
また、図１示す発光装置では、一方の側（例えば、下方又は右側）に励起光源を配置し励起光を照射して、他一方の側（例えば、上方又は左側）から光を取出す構成としているので、励起光源が配置される側から光を取出す構成のように、装置から取出される光が、励起光源の影によって妨害されることなく、また、励起光源からの励起光が、蛍光体層１３層を通して、観測者の目に入ることがないので、光の取出し効率が低下することがない。
第２の実施の形態（青色光を励起光として蛍光体を励起する照明装置）
図２は、本発明の実施の形態において、青色光を励起光として蛍光体を励起し白色光を発生する照明装置の構成を説明する模式断面図である。
図２に示すように、第２の実施の形態における照明装置では、励起光源、例えば、青色ＬＥＤから放射された、例えば、波長４５０ｎｍの青色の励起光λEによって、赤色蛍光体層１３Ｒから放射される赤色光λFRと、緑色蛍光体層１３Ｇから放射される緑色光λFGと、青色ＬＥＤから放射された青色光λFBの混色によって白色光を発生させる。
波長選択反射透過層１２上には、緑色蛍光体層１３Ｇ、及び赤色蛍光体層１３Ｒが設けられていない領域であり、青色ＬＥＤから放射された青色光が蛍光体層を通過しないで出射される領域である青色光通過領域が設けられており、青色光λFBが放射される。
このように、赤色光λFRが放射される領域Ｒ、緑色光λFGが放射される領域Ｇ、青色光λFBが放射される領域Ｂ（青色光通過領域）が設けられている。
なお、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの３領域の相互の間には、ブラックマトリックス１６が配置されており、光が照射装置から出射される以前における、上記の３領域の相互の間での光の混合が阻止されており、上記の３領域で生成された光が独立して照射装置から出射された後に混色されるように構成されている。ブラックマトリックス１６は、例えば、黒色顔料で着色された樹脂材料、又は、黒色の無機材料によって形成されている。
ガラス基板１１上に、例えば、波長λ0＝４７０ｎｍ以下の光を略全透過させ、波長λ0＝４７０ｎｍ以上の光を略全反射させる波長選択反射透過層１２が、誘電体多層膜によって形成されている。この波長選択反射透過層１２上に、赤色蛍光体層１３Ｒと、緑色蛍光体層１３Ｇが積層されている。赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇはそれぞれ青色光源によって励起可能なものであれば、無機蛍光体又は有機蛍光体を使用することができる。
赤色蛍光体層１３Ｒから放射される蛍光の中心波長をλmR、赤色蛍光体の屈折率をｎR、Ｎを１以上の整数とする時、赤色蛍光体層１３Ｒの厚さｄR＝（λmR／２）Ｎ（１／ｎR）とし、赤色蛍光体層１３Ｒの光学膜厚ｎR・ｄR＝（λmR／２）Ｎとする。
緑色蛍光体層１３Ｇから放射される蛍光の中心波長をλmG、緑色蛍光体の屈折率をｎG、Ｎを１以上の整数とする時、緑色蛍光体層１３Ｇの厚さｄG＝（λmG／２）Ｎ（１／ｎG）とし、緑色蛍光体層１３Ｇの光学膜厚ｎG・ｄG＝（λmG／２）Ｎとする。
赤色蛍光体層１３Ｒ上、緑色蛍光体層１３Ｇ上にはそれぞれ誘電体多層膜によって形成された、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇが積層されている。赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇはそれぞれ、波長λ0＝４７０ｎｍを超える光に対して、透過率５０％〜０．０１％、反射過率５０％〜９９．９％を有し、波長λ0＝４７０ｎｍを超えない光を略全反射させ、波長λ0＝４７０ｎｍを超える光を透過させるように形成されている。
なお、波長選択反射透過層１２は、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇとガラス基板１１の間ではなく、ガラス基板１１の赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇと逆側に設けてもよい。
赤色蛍光体層１３Ｒは波長選択反射透過層１２と赤色波長選択半透明反射層１４Ｒの間、緑色蛍光体層１３Ｇは波長選択反射透過層１２と緑色波長選択半透明反射層１４Ｇの間にそれぞれ配置されており、赤色用共振器（赤色光用光共振器）１５Ｒ、緑色用共振器（緑色光用光共振器）１５Ｇが構成されている。
励起光源から放射された励起光λEが赤色蛍光体層１３Ｒに入射されると、励起光λEは、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、赤色蛍光体層１３Ｒを繰り返し照射して赤色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。赤色蛍光体層１３Ｒの光学膜厚を（λmR／２）Ｎとするので、中心波長λmRを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された赤色蛍光λFRが赤色波長選択半透明反射層１４Ｒから放射される。
このように、赤色蛍光体層１３Ｒが形成され赤色光が放射される領域Ｒにおいては、励起光λEによって、赤色蛍光体層１３Ｒが繰り返し照射され赤色蛍光体が励起されるので、赤色蛍光の発光効率を向上させることができ、赤色蛍光の発光特性を向上させることができる。
また、励起光源から放射された励起光λEが緑色蛍光体層１３Ｇに入射されると、励起光λEは、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、緑色蛍光体層１３Ｇを繰り返し照射して緑色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。緑色蛍光体層１３Ｇの光学膜厚を（λmG／２）Ｎとするので、中心波長λmGを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された緑色蛍光λFGが緑色波長選択半透明反射層１４Ｇから放射される。
このように、緑色蛍光体層１３Ｇが形成され緑色光が放射される領域Ｇにおいては、励起光λEによって、緑色蛍光体層１３Ｇが繰り返し照射され緑色蛍光体が励起されるので、緑色蛍光の発光効率を向上させることができ、緑色蛍光の発光特性を向上させることができる。
また、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇの各層上に青色光をカットする後述する黄色フィルタ（図７を参照。）を設けて、領域Ｒ、領域Ｇから放射される光への青色光の混合を抑制することができる。
図２に示す照射装置では、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇの各層の厚さ、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの各領域の面積、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇの各層の光学特性（反射又は透過特性）を変えることによって、装置から放射される各蛍光のスペクトルの形状、即ち、ピーク位置、半価幅、強度を変え発光特性を向上させることが可能であり色温度を変更することができる。
また、図２に示す照射装置では、一方の側（例えば、下方又は右側）に励起光源を配置し励起光を照射して、他一方の側（例えば、上方又は左側）から白色光を取出す構成としているので、励起光源が配置される側から白色光を取出す構成のように、装置から取出される白色光が、励起光源の影によって妨害されることなく、また、励起光源からの励起光が、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇの各層を通して、観測者の目に入ることがないので、光の取出し効率の低下を招くことがない。
第３の実施の形態（近紫外光を励起光として蛍光体を励起する照明装置）
図３は、本発明の実施の形態において、近紫外光を励起光として蛍光体を励起起し白色光を発生する照明装置の構成を説明する模式断面図である。
図３に示すように、第３の実施の形態における照明装置では、励起光源として近紫外光源、例えば、近紫外ＬＥＤから放射された、例えば、波長４０５ｎｍの近紫外の励起光λEによって、赤色蛍光体層１３Ｒから放射される赤色光λRと、緑色蛍光体層１３Ｇから放射される緑色光λGと、青色蛍光体層１３Ｂから放射される青色光λBの混色によって白色光を発生させる。
このように、赤色光λFRが放射される領域Ｒ、緑色光λFGが放射される領域Ｇ、青色光λFBが放射される領域Ｂが設けられている。
なお、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの３領域の相互の間には、ブラックマトリックス１６が配置されており、光が照射装置から出射される以前における、上記の３領域の相互の間での光の混合が阻止されており、上記の３領域で生成された光が独立して照射装置から出射された後に混色されるように構成されている。ブラックマトリックス１６は、例えば、黒色顔料で着色された樹脂材料、又は、黒色の無機材料によって形成されている。
ガラス基板１１上に、例えば、波長λ0＝４２０ｎｍ以下の光を略全透過させ、波長λ0＝４２０ｎｍ以上の光を略全反射させる波長選択反射透過層１２が、誘電体多層膜によって形成されている。この波長選択反射透過層１２上に、赤色蛍光体層１３Ｒと、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂが積層されている。赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂはそれぞれ近紫外光源によって励起可能なものであれば、無機蛍光体又は有機蛍光体を使用することができる。
赤色蛍光体層１３Ｒから放射される蛍光の中心波長をλmR、赤色蛍光体の屈折率をｎR、Ｎを１以上の整数とする時、赤色蛍光体層１３Ｒの厚さｄR＝（λmR／２）Ｎ（１／ｎR）とし、赤色蛍光体層１３Ｒの光学膜厚ｎR・ｄR＝（λmR／２）Ｎとする。
緑色蛍光体層１３Ｇから放射される蛍光の中心波長をλmG、緑色蛍光体の屈折率をｎG、Ｎを１以上の整数とする時、緑色蛍光体層１３Ｇの厚さｄG＝（λmG／２）Ｎ（１／ｎG）とし、緑色蛍光体層１３Ｇの光学膜厚ｎG・ｄG＝（λmG／２）Ｎとする。
青色蛍光体層１３Ｂから放射される蛍光の中心波長をλmB、青色蛍光体の屈折率をｎB、Ｎを１以上の整数とする時、青色蛍光体層１３Ｂの厚さｄB＝（λmB／２）Ｎ（１／ｎB）とし、青色蛍光体層１３Ｂの光学膜厚ｎB・ｄB＝（λmB／２）Ｎとする。
赤色蛍光体層１３Ｒ上、緑色蛍光体層１３Ｇ上、青色蛍光体層１３Ｂ上にはそれぞれ誘電体多層膜によって形成された、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、青色波長選択半透明反射層１４Ｂが積層されている。赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、青色波長選択半透明反射層１４Ｂはそれぞれ、波長λ0＝４２０ｎｍを超える光に対して、透過率５０％〜０．０１％、反射過率５０％〜９９．９％を有し、波長λ0＝４２０ｎｍを超えない光を略全反射させ、波長λ0＝４２０ｎｍを超える光を透過させるように形成されている。
なお、波長選択反射透過層１２は、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂとガラス基板１１の間ではなく、ガラス基板１１の赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂと逆側に設けてもよい。
赤色蛍光体層１３Ｒは波長選択反射透過層１２と赤色波長選択半透明反射層１４Ｒの間、緑色蛍光体層１３Ｇは波長選択反射透過層１２と緑色波長選択半透明反射層１４Ｇの間、青色蛍光体層１３Ｂは波長選択反射透過層１２と青色波長選択半透明反射層１４Ｂの間、にそれぞれ配置されており、赤色用共振器（赤色光用光共振器）１５Ｒ、緑色用共振器（緑色光用光共振器）１５Ｇ、青色用共振器（青色光用光共振器）１５Ｂが構成されている。
励起光源から放射された励起光λEが赤色蛍光体層１３Ｒに入射されると、励起光λEは、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、赤色蛍光体層１３Ｒを繰り返し照射して赤色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。赤色蛍光体層１３Ｒの光学膜厚を（λmR／２）Ｎとするので、中心波長λmRを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された赤色蛍光λFRが赤色波長選択半透明反射層１４Ｒから放射される。
このように、赤色蛍光体層１３Ｒが形成され赤色光が放射される領域Ｒにおいては、励起光λEによって、赤色蛍光体層１３Ｒが繰り返し照射され赤色蛍光体が励起されるので、赤色蛍光の発光効率を向上させることができ、赤色蛍光の発光特性を向上させることができる。
また、励起光源から放射された励起光λEが緑色蛍光体層１３Ｇに入射されると、励起光λEは、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、緑色蛍光体層１３Ｇを繰り返し照射して緑色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。緑色蛍光体層１３Ｇの光学膜厚を（λmG／２）Ｎとするので、中心波長λmGを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された緑色蛍光λFGが緑色波長選択半透明反射層１４Ｇから放射される。
このように、緑色蛍光体層１３Ｇが形成され緑色光が放射される領域Ｇにおいては、励起光λEによって、緑色蛍光体層１３Ｇが繰り返し照射され緑色蛍光体が励起されるので、緑色蛍光の発光効率を向上させることができ、緑色蛍光の発光特性を向上させることができる。
更に、励起光源から放射された励起光λEが青色蛍光体層１３Ｂに入射されると、励起光λEは、青色波長選択半透明反射層１４Ｂ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、青色蛍光体層１３Ｂを繰り返し照射して青色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。青色蛍光体層１３Ｂの光学膜厚を（λmB／２）Ｎとするので、中心波長λmBを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された青色蛍光λFBが青色波長選択半透明反射層１４Ｂから放射される。
このように、青色蛍光体層１３Ｂが形成され緑色光が放射される領域Ｂにおいては、励起光λEによって、青色蛍光体層１３Ｂが繰り返し照射され青色蛍光体が励起されるので、青色蛍光の発光効率を向上させることができ、青色蛍光の発光特性を向上させることができる。
図３に示す照射装置では、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂの各層の厚さ、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの各領域の面積、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、青色波長選択半透明反射層１４Ｂの各層の光学特性（反射又は透過特性）を変えることによって、装置から放射される各蛍光のスペクトルの形状、即ち、ピーク位置、半価幅、強度を変え発光特性を向上させることが可能であり色温度を変更することができる。
また、図３に示す照射装置では、一方の側（例えば、下方又は右側）に励起光源を配置し励起光を照射して、他一方の側（例えば、上方又は左側）から白色光を取出す構成としているので、励起光源が配置される側から白色光を取出す構成のように、装置から取出される白色光が、励起光源の影によって妨害されることなく、また、励起光源からの励起光が、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂの各層を通して、観測者の目に入ることがないので、光の取出し効率の低下を招くことがない。
第４の実施の形態（青色光源を有する照明装置を用いた表示装置）
図４は、本発明の実施の形態において、青色光源３０を有する照明装置を用いた表示装置の構成を説明する模式断面図である。
図４に示すように、第４の実施の形態における表示装置（カラー液晶表示装置）は、照明装置３６と、液晶装置２８から構成されている。
照明装置３６は、青色光を放射する青色光源３０（例えば、青色ＬＥＤからなる。）が内部に配置され筐体を兼ね、内面に光反射剤が塗布されているリフレクタ３２と、この筐体の開口部に設けられ、液晶装置２８を保持するための支持部材３４によって構成されている。支持部材３４は、青色光源３０から放射される青色光に対して透明であり、青色光を吸収し難い材料、例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むスチレン系樹脂等のプラスチック材料、ガラス等から構成されている。支持部材３４は、青色光源３０から放射される青色光を拡散させながら通過させる拡散板として機能するように構成されていてもよい。
青色光源３０は、例えば、青色ＬＥＤであり、これから放射された、例えば、波長４５０ｎｍの青色の励起光λEによって、赤色蛍光体層１３Ｒから赤色光が、緑色蛍光体層１３Ｇから緑色光がそれぞれ励起され放射される。
波長選択反射透過層１２上には、緑色蛍光体層１３Ｇ、及び赤色蛍光体層１３Ｒが設けられていない領域であり、青色ＬＥＤから放射された青色光が蛍光体層を通過しないで出射される領域である青色光通過領域が設けられており、青色光が放射される。
このように、赤色光が放射される領域Ｒ、緑色光が放射される領域Ｇ、青色光λが放射される領域Ｂ（青色光通過領域）が設けられている。
なお、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの３領域の相互の間には、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの各領域以外へ侵入する光を遮蔽し、迷光を防止するためのブラックマトリックス１６が配置されており、光が表示装置から出射される以前における、上記の３領域の相互の間での光の混合が阻止されており、上記の３領域で生成された光が表示装置から出射されるように構成されている。ブラックマトリックス１６は、例えば、黒色顔料で着色された樹脂材料、又は、黒色の無機材料によって形成されている。
液晶装置２８は、図４の上方のフロントパネルと下方のリアパネルから構成されている。フロントパネルは、図４に図示しない第１のガラス基板と、この一方の面に設けられた透明電極２６と、この透明電極２６上に形成された配向膜２５ｂと、第１のガラス基板の他方の面に設けられた偏光板（或いは偏光フィルム）２１ｂとから構成されている。
リアパネルは、図４に図示しない第２のガラス基板と、この一方の面に設けられた層であり、スイッチング素子（具体的には、薄膜トランジスタ、ＴＦＴ）２２とこのスイッチング素子２２の間に設けられ青色光源３０から放射される青色光に対して透明な絶縁層２３からなる層と、この層上に形成され、スイッチング素子２２の導通状態と非導通状態を制御するための透明電極２４と、上記層及び透明電極２４の上に形成された配向膜２５ａと、第２のガラス基板の他方の面に設けられた偏光板（或いは偏光フィルム）２１ａととから構成されている。
フロントパネルの配向膜２５ｂとリアパネルの配向膜２５ａの間に液晶層２７が配置され、フロントパネルの偏光板２１ｂ上に波長選択反射透過層１２が形成されている。なお、フロントパネルとリアパネルはそれらの外周部で封止材によって接合されている。
波長選択反射透過層１２は誘電体多層膜によって形成され、例えば、波長λ0＝４７０ｎｍ以下の光を略全透過させ、波長λ0＝４７０ｎｍ以上の光を略全反射させる。この波長選択反射透過層１２上に、赤色蛍光体層１３Ｒと、緑色蛍光体層１３Ｇが積層されている。赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇはそれぞれ青色光源３０によって励起可能なものであれば、無機蛍光体又は有機蛍光体を使用することができる。
赤色蛍光体層１３Ｒから放射される蛍光の中心波長をλmR、赤色蛍光体の屈折率をｎR、Ｎを１以上の整数とする時、赤色蛍光体層１３Ｒの厚さｄR＝（λmR／２）Ｎ（１／ｎR）とし、赤色蛍光体層１３Ｒの光学膜厚ｎR・ｄR＝（λmR／２）Ｎとする。
緑色蛍光体層１３Ｇから放射される蛍光の中心波長をλmG、緑色蛍光体の屈折率をｎG、Ｎを１以上の整数とする時、緑色蛍光体層１３Ｇの厚さｄG＝（λmG／２）Ｎ（１／ｎG）とし、緑色蛍光体層１３Ｇの光学膜厚ｎG・ｄG＝（λmG／２）Ｎとする。
赤色蛍光体層１３Ｒ上、緑色蛍光体層１３Ｇ上にはそれぞれ誘電体多層膜によって形成された、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇが積層されている。赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇはそれぞれ、波長λ0＝４７０ｎｍを超える光に対して、透過率５０％〜０．０１％、反射過率５０％〜９９．９％を有し、波長λ0＝４７０ｎｍを超えない光を略全反射させ、波長λ0＝４７０ｎｍを超える光を透過させるように形成されている。
赤色蛍光体層１３Ｒは波長選択反射透過層１２と赤色波長選択半透明反射層１４Ｒの間、緑色蛍光体層１３Ｇは波長選択反射透過層１２と緑色波長選択半透明反射層１４Ｇの間にそれぞれ配置されており、赤色用共振器（赤色光用光共振器）、緑色用共振器（緑色光用光共振器）が構成されている。
青色光源３０から放射された励起光λEが赤色蛍光体層１３Ｒに入射されると、励起光λEは、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、赤色蛍光体層１３Ｒを繰り返し照射して赤色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。赤色蛍光体層１３Ｒの光学膜厚を（λmR／２）Ｎとするので、中心波長λmRを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された赤色蛍光λFRが赤色波長選択半透明反射層１４Ｒから放射される。
このように、赤色蛍光体層１３Ｒが形成され赤色光が放射される領域Ｒにおいては、励起光λEによって、赤色蛍光体層１３Ｒが繰り返し照射され赤色蛍光体が励起されるので、赤色蛍光の発光効率を向上させることができ、赤色蛍光の発光特性を向上させることができる。
また、青色光源３０から放射された励起光λEが緑色蛍光体層１３Ｇに入射されると、励起光λEは、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、緑色蛍光体層１３Ｇを繰り返し照射して緑色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。緑色蛍光体層１３Ｇの光学膜厚を（λmG／２）Ｎとするので、中心波長λmGを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された緑色蛍光λFGが緑色波長選択半透明反射層１４Ｇから放射される。
このように、緑色蛍光体層１３Ｇが形成され緑色光が放射される領域Ｇにおいては、励起光λEによって、緑色蛍光体層１３Ｇが繰り返し照射され緑色蛍光体が励起されるので、緑色蛍光の発光効率を向上させることができ、緑色蛍光の発光特性を向上させることができる。
また、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇの各層上に青色光をカットする後述する黄色フィルタ（図７を参照。）を設けて、領域Ｒ、領域Ｇから放射される光への青色光の混合を抑制することができる。
また、ブラックマトリックス１６、カラーフィルタ（図示せず。）、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、ブラックマトリックス１６、波長選択反射透過層１２を、図４に図示しない第１のガラス基板と透明電極２６の間に設けた構成としてもよい。
表示装置の動作において、照明装置３６の青色光源３０から射出された青色光は、拡散板として機能する支持部材３４を通過し、偏光板２１ａ、図示しない第２のガラス基板、透明電極２４（カラー液晶表示装置の各色を発光する副画素（サブピクセル）に対応した部分）、液晶層７０、透明電極２６（カラー液晶表示装置の各色を発光する副画素（サブピクセル）に対応した部分）、図示しない第１のガラス基板、偏光板２１ｂを通過し、更に、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇを照射すると共に、領域Ｂを通過する。
この結果、赤色蛍光体層１３Ｒから赤色蛍光が、緑色蛍光体層１３Ｇから緑色蛍光が励起、放射され、領域Ｂから青色光が放射される。表示装置を構成する画素からの赤色蛍光、緑色蛍光、青色光の放射、即ち、各画素に対応する領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂから装置外部へ放射は、各画素の副画素（サブピクセル）に対して設けられたスイッチング素子２２によって制御される。
各画素の副画素（サブピクセル）に対応する、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇの各層の青色光による照射のオンオフ、領域Ｂの青色光の通過のオンオフはそれぞれ、各画素の副画素（サブピクセル）に対応して設けられたスイッチング素子２２のオンオフによって制御され、青色光による照射のオンオフは、液晶層２７における各画素の副画素（サブピクセル）に対応する領域の配向状態（この配向状態はスイッチング素子２２のオンオフによって制御される。）によって制御される。各画素に対するスイッチング素子２２のオンオフ制御が実行され、これによってカラー表示がなされる。
以上説明した表示装置では、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇの各層の厚さ、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの各領域の面積、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇの各層の光学特性（反射又は透過特性）を変えることによって、装置から放射される各蛍光のスペクトルの形状、即ち、ピーク位置、半価幅、強度を変え発光特性を向上させることが可能であり色純度向上させる（色再現性範囲を広くする）ことができる。
第５の実施の形態（近紫外光源を有する照明装置を用いた表示装置）
図５は、本発明の実施の形態において、近紫外光源３１を有する照明装置を用いた表示装置の構成を説明する模式断面図である。
図５に示すように、第５の実施の形態における表示装置（カラー液晶表示装置）は、照明装置３６と、液晶装置２８から構成されている。
照明装置３６は、近紫外光を放射する近紫外光源３１（例えば、近紫外ＬＥＤからなる。）が内部に配置され筐体を兼ね、内面に光反射剤が塗布されているリフレクタ３２と、この筐体の開口部に設けられ、液晶装置２８を保持するための支持部材３４によって構成されている。支持部材３４は、近紫外光源３１から放射される近紫外光に対して透明であり、近紫外光を吸収し難い材料であり、紫外線の照射によって損傷を受けない材料、例えば、石英ガラスやＢＫ−７等の光学ガラスを使用する。支持部材３４は、近紫外光源３１から放射される近紫外光を拡散させながら通過させる拡散板として機能するように構成されていてもよい。
近紫外光源３１は、例えば、近紫外ＬＥＤであり、これから放射された、例えば、波長４０５ｎｍの励起光λEによって、赤色蛍光体層１３Ｒから赤色光が、緑色蛍光体層１３Ｇから緑色光が、青色蛍光体層１３Ｂから青色光がそれぞれ励起され放射される。
このように、赤色光が放射される領域Ｒ、緑色光が放射される領域Ｇ、青色光λが放射される領域Ｂが設けられている。
なお、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの３領域の相互の間には、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの各領域以外へ侵入する光を遮蔽し、迷光を防止するためのブラックマトリックス１６が配置されており、光が表示装置から出射される以前における、上記の３領域の相互の間での光の混合が阻止されており、上記の３領域で生成された光が表示装置から出射されるように構成されている。ブラックマトリックス１６は、例えば、黒色顔料で着色された樹脂材料、又は、黒色の無機材料によって形成されている。
液晶装置２８は、図５の上方のフロントパネルと下方のリアパネルから構成されている。フロントパネルは、図５に図示しない第１のガラス基板と、この一方の面に設けられた透明電極２６と、この透明電極２６上に形成された配向膜２５ｂと、第１のガラス基板の他方の面に設けられた偏光板（或いは偏光フィルム）２１ｂとから構成されている。
リアパネルは、図５に図示しない第２のガラス基板と、この一方の面に設けられた層であり、スイッチング素子（具体的には、薄膜トランジスタ、ＴＦＴ）２２とこのスイッチング素子２２の間に設けられ近紫外光源３１から放射される近紫外光に対して透明な絶縁層２３からなる層と、この層上に形成され、スイッチング素子２２の導通状態と非導通状態を制御するための透明電極２４と、上記層及び透明電極２４の上に形成された配向膜２５ａと、第２のガラス基板の他方の面に設けられた偏光板（或いは偏光フィルム）２１ａととから構成されている。
フロントパネルの配向膜２５ｂとリアパネルの配向膜２５ａの間に液晶層２７が配置され、フロントパネルの偏光板２１ｂ上に波長選択反射透過層１２が形成されている。なお、フロントパネルとリアパネルはそれらの外周部で封止材によって接合されている。
波長選択反射透過層１２は誘電体多層膜によって形成され、例えば、波長λ0＝４２０ｎｍ以下の光を略全透過させ、波長λ0＝４２０ｎｍ以上の光を略全反射させる。この波長選択反射透過層１２上に、赤色蛍光体層１３Ｒと、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂが積層されている。赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂはそれぞれ近紫外光源３１によって励起可能なものであれば、無機蛍光体又は有機蛍光体を使用することができる。
赤色蛍光体層１３Ｒから放射される蛍光の中心波長をλmR、赤色蛍光体の屈折率をｎR、Ｎを１以上の整数とする時、赤色蛍光体層１３Ｒの厚さｄR＝（λmR／２）Ｎ（１／ｎR）とし、赤色蛍光体層１３Ｒの光学膜厚ｎR・ｄR＝（λmR／２）Ｎとする。
緑色蛍光体層１３Ｇから放射される蛍光の中心波長をλmG、緑色蛍光体の屈折率をｎG、Ｎを１以上の整数とする時、緑色蛍光体層１３Ｇの厚さｄG＝（λmG／２）Ｎ（１／ｎG）とし、緑色蛍光体層１３Ｇの光学膜厚ｎG・ｄG＝（λmG／２）Ｎとする。
青色蛍光体層１３Ｂから放射される蛍光の中心波長をλmB、青色蛍光体の屈折率をｎB、Ｎを１以上の整数とする時、青色蛍光体層１３Ｂの厚さｄB＝（λmB／２）Ｎ（１／ｎB）とし、青色蛍光体層１３Ｂの光学膜厚ｎB・ｄB＝（λmB／２）Ｎとする。
赤色蛍光体層１３Ｒ上、緑色蛍光体層１３Ｇ上、青色蛍光体層１３Ｂ上にはそれぞれ誘電体多層膜によって形成された、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、青色波長選択半透明反射層１４Ｂが積層されている。赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、青色波長選択半透明反射層１４Ｂはそれぞれ、波長λ0＝４７０ｎｍを超える光に対して、透過率５０％〜０．０１％、反射過率５０％〜９９．９％を有し、波長λ0＝４７０ｎｍを超えない光を略全反射させ、波長λ0＝４７０ｎｍを超える光を透過させるように形成されている。
赤色蛍光体層１３Ｒは波長選択反射透過層１２と赤色波長選択半透明反射層１４Ｒの間、緑色蛍光体層１３Ｇは波長選択反射透過層１２と緑色波長選択半透明反射層１４Ｇの間、青色蛍光体層１３Ｂは波長選択反射透過層１２と青色波長選択半透明反射層１４Ｂの間にそれぞれ配置されており、赤色用共振器（赤色光用光共振器）、緑色用共振器（緑色光用光共振器）、青色用共振器（青色光用光共振器）が構成されている。
近紫外光源３１から放射された励起光λEが赤色蛍光体層１３Ｒに入射されると、励起光λEは、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、赤色蛍光体層１３Ｒを繰り返し照射して赤色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。赤色蛍光体層１３Ｒの光学膜厚を（λmR／２）Ｎとするので、中心波長λmRを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された赤色蛍光λFRが赤色波長選択半透明反射層１４Ｒから放射される。
このように、赤色蛍光体層１３Ｒが形成され赤色光が放射される領域Ｒにおいては、励起光λEによって、赤色蛍光体層１３Ｒが繰り返し照射され赤色蛍光体が励起されるので、赤色蛍光の発光効率を向上させることができ、赤色蛍光の発光特性を向上させることができる。
また、近紫外光源３１から放射された励起光λEが緑色蛍光体層１３Ｇに入射されると、励起光λEは、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、緑色蛍光体層１３Ｇを繰り返し照射して緑色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。緑色蛍光体層１３Ｇの光学膜厚を（λmG／２）Ｎとするので、中心波長λmGを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された緑色蛍光λFGが緑色波長選択半透明反射層１４Ｇから放射される。
このように、緑色蛍光体層１３Ｇが形成され緑色光が放射される領域Ｇにおいては、励起光λEによって、緑色蛍光体層１３Ｇが繰り返し照射され緑色蛍光体が励起されるので、緑色蛍光の発光効率を向上させることができ、緑色蛍光の発光特性を向上させることができる。
また、近紫外光源３１から放射された励起光λEが青色蛍光体層１３Ｂに入射されると、励起光λEは、青色波長選択半透明反射層１４Ｂ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、青色蛍光体層１３Ｂを繰り返し照射して青色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。青色蛍光体層１３Ｂの光学膜厚を（λmB／２）Ｎとするので、中心波長λmBを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された緑色蛍光λFBが青色波長選択半透明反射層１４Ｂから放射される。
このように、青色蛍光体層１３Ｂが形成され青色光が放射される領域Ｂにおいては、励起光λEによって、青色蛍光体層１３Ｂが繰り返し照射され青色蛍光体が励起されるので、青色蛍光の発光効率を向上させることができ、青色蛍光の発光特性を向上させることができる。
また、ブラックマトリックス１６、カラーフィルタ（図示せず。）、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、青色波長選択半透明反射層１４Ｂ、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂ、ブラックマトリックス１６、波長選択反射透過層１２を、図５に図示しない第１のガラス基板と透明電極２６の間に設けた構成としてもよい。
表示装置の動作において、照明装置３６の近紫外光源３１から射出された近紫外光は、拡散板として機能する支持部材３４を通過し、偏光板２１ａ、図示しない第２のガラス基板、透明電極２４（カラー液晶表示装置の各色を発光する副画素（サブピクセル）に対応した部分）、液晶層７０、透明電極２６（カラー液晶表示装置の各色を発光する副画素（サブピクセル）に対応した部分）、図示しない第１のガラス基板、偏光板２１ｂを通過し、更に、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂを照射する。
この結果、赤色蛍光体層１３Ｒから赤色蛍光が、緑色蛍光体層１３Ｇから緑色蛍光が、青色蛍光体層１３Ｂから青色蛍光が励起、放射される。表示装置を構成する画素からの赤色蛍光、緑色蛍光、青色光の放射、即ち、各画素に対応する領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂから装置外部へ放射は、各画素の副画素（サブピクセル）に対して設けられたスイッチング素子２２によって制御される。
各画素の副画素（サブピクセル）に対応する、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂの各層の近紫外光による照射のオンオフはそれぞれ、各画素の副画素（サブピクセル）に対応して設けられたスイッチング素子２２のオンオフによって制御され、近紫外光による照射のオンオフは、液晶層２７における各画素の副画素（サブピクセル）に対応する領域の配向状態（この配向状態はスイッチング素子２２のオンオフによって制御される。）によって制御される。各画素に対するスイッチング素子２２のオンオフ制御が実行され、これによってカラー表示がなされる。
以上説明した表示装置では、赤色蛍光体層１３Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇ、青色蛍光体層１３Ｂの各層の厚さ、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの各領域の面積、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇ、青色波長選択半透明反射層１４Ｂの各層の光学特性（反射又は透過特性）を変えることによって、装置から放射される各蛍光のスペクトルの形状、即ち、ピーク位置、半価幅、強度を変え発光特性を向上させることが可能であり色純度向上させる（色再現性範囲を広くする）ことができる。
実施例（青色光を励起光として蛍光体を励起する照明装置）
図６は、本発明の実施例において、青色光を励起光として蛍光体を励起する照明装置の構成を説明する模式断面図である。
図６に示す照明装置では、青色光源３０として、青色光を放射する青色ＬＥＤを使用し、赤色蛍光体層１３Ｒから放射される赤色光λRと、緑色蛍光体層１３Ｇから放射される緑色光λGと、青色ＬＥＤから放射された青色光λBの混色によって白色光を発生させる。
照明装置は、青色光源３０が内部に配置され筐体を兼ね、内面に光反射剤が塗布されているリフレクタ３２と、この筐体の開口部に設けられ、青色光源３０から放射される青色光に対して透明であり、蛍光体層を含む共振器（光共振器）を保持するためのガラス基板１１と、波長選択反射透過層１２と、この上に順次積層された、ＣａＳ：Ｅｕ（赤色蛍光体層）４３Ｒ、赤色波長選択半透明反射層４４Ｒ、カラーフィルタ４５Ｒ、及び、ＳｒＧａ2Ｓｒ4：Ｅｕ（緑色蛍光体層）４３Ｇ、緑色波長選択半透明反射層４４Ｇ、カラーフィルタ４５Ｇを有している。
赤色蛍光体層４３Ｒは波長選択反射透過層１２と赤色波長選択半透明反射層４４Ｒの間、緑色蛍光体層４３Ｇは波長選択反射透過層１２と緑色波長選択半透明反射層４４Ｇの間にそれぞれ配置されており、赤色用共振器（赤色光用光共振器）１５Ｒ、緑色用共振器（緑色光用光共振器）１５Ｇが構成されている。
赤色蛍光体層１３Ｒが形成され赤色光が放射される領域Ｒ、緑色蛍光体層１３Ｇが形成され緑色光が放射される領域Ｇに加えて、青色光源３０から放射される青色光が波長選択反射透過層１２に入射され、これを透過して青色光が放射される領域Ｂ（図６の右方に示す波長選択反射透過層１２が露出している部分）が設けられている。
また、領域Ｒ、領域Ｇ、領域Ｂの３領域の相互の間には、ブラックマトリックス１６が配置されており、光が照射装置から出射される以前における、上記の３領域の相互の間での光の混合が阻止されており、上記の３領域で生成された光が独立して照射装置から出射され混色されるように構成されている。
なお、図６に示す照射装置における、波長選択反射透過層１２及びこれよりも上部に形成されている蛍光体層、波長選択半透明反射層、カラーフィルタからなる部分を、図４に示したカラー液晶表示装置に使用することができる。
図６に示す照射装置では、赤色蛍光体層４３Ｒ、緑色蛍光体層４３Ｇの各層の厚さ及び面積（領域Ｒ、領域Ｇの面積）、領域Ｂの各領域の面積、赤色波長選択半透明反射層４４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層４４Ｇの各層の光学特性（反射又は透過特性）を変えることによって、装置から放射される各蛍光のスペクトルの形状、即ち、ピーク位置、半価幅、強度を変え発光特性を向上させることが可能であり色温度を変更することができる。
また、図６に示す照射装置では、一方の側（例えば、下方又は右側）に青色光源を配置し青色光を照射して、他一方の側（例えば、上方又は左側）から白色光を取出す構成としているので、青色光源が配置される側から白色光を取出す構成のように、装置から取出される白色光が、青色光源の影によって妨害されることなく、また、青色光源からの青色光が、赤色蛍光体層４３Ｒ、緑色蛍光体層４３Ｇの各層を通して、観測者の目に入ることがないので、光の取出し効率の低下を招くことがない。
更に、図６に示す照射装置において、赤色蛍光体層４３Ｒのみを設け、領域Ｇ及び領域Ｂの面積をゼロとして赤色光を照射光とする照明装置、或いは、緑色蛍光体層４３Ｇのみを設け、領域Ｒ及び領域Ｂの面積をゼロとして緑色光を照射光とする照明装置を構成することもできる。
以下、実施例における、カラーフィルタ、波長選択半透明反射層、蛍光体層、波長選択反射透過層、青色ＬＥＤ、光共振器、照明装置から放射される照明光のスペクトル、照明装置の色域（放射される照明光によって色空間が表現できる色の範囲）について説明する。
（１）カラーフィルタの透過特性
図７は、本発明の実施例において、カラーフィルタの透過特性を示す図である。
図６に示すカラーフィルタ４５Ｒ、４５Ｇは、青色光をカットする黄色カラーフィルタであり、図７はその透過特性を示す。図６に示すように、赤色波長選択半透明反射層１４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層１４Ｇの各層上に青色光をカットする黄色フィルタを設けるので、領域Ｒ、領域Ｇから放射される光への青色光の混合を抑制することができる。
（２）波長選択半透明反射層の構成とその特性
図８は、本発明の実施例において、波長選択半透明反射層の特性を説明する図であり、図８（Ａ）は波長選択半透明反射層の透過率及び反射率、図８（Ｂ）は波長選択半透明反射層の構成を示す図である。
赤色蛍光体層４３Ｒ上、緑色蛍光体層４３Ｇ上にはそれぞれ、誘電体多層膜によって形成された赤色波長選択半透明反射層４４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層４４Ｇが積層されている。赤色波長選択半透明反射層４４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層４４Ｇはそれぞれ、波長４６０ｎｍを超える光に対して、透過率５０％〜０．０１％、反射過率５０％〜９９．９％を有し、波長λ0＝４６０ｎｍを超えない光に対して、透過率７８％〜９９．９１％、反射過率０．０１％〜２２％を有し、波長λ0＝４６０ｎｍを超えない光を略全反射させ、波長λ0＝４７０ｎｍを超える光を透過させるように形成されている。
図８（Ｂ）は、層数＝５、Ｎｂ2Ｏ5の屈折率をｎH＝２．２、ＳｉＯ2の屈折率をｎL＝１．４５として、ＧｒｅｅｎとＢｌｕｅの中央付近である５００ｎｍあたりにカットオフがくるように、ＴＦＣａｌｃTM（version3.4.6、Software Spectra, Inc.）を使用して計算によって求めた、赤色波長選択半透明反射層４４Ｒ、緑色波長選択半透明反射層４４Ｇの構成（層番号とその層の厚さ）を示している。また、図８（Ａ）は、計算によって求められた透過率、反射率を示している。なお、図８（Ｂ）の最左欄の１〜５は、図６に示すガラス基板１１より数えた層番号を示している。
（３）蛍光体層の構成
ＣａＳ：Ｅｕによる赤色蛍光体層４３Ｒから放射される蛍光の中心波長をλmR＝６５５ｎｍ、赤色蛍光体の屈折率をｎR＝２．３として、赤色蛍光体層４３Ｒの厚さをｄR＝（λmR／２）（１／ｎR）＝２８５ｎｍとした。
ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕによる緑色蛍光体層４３Ｇから放射される蛍光の中心波長をλmG＝５３６ｎｍ、緑色蛍光体の屈折率をｎG＝２．３として、緑色蛍光体層４３Ｇの厚さｄG＝（λmG／２）（１／ｎG）＝２３３ｎｍとした。
（４）波長選択反射透過層の構成とその特性
図９は、本発明の実施例において、波長選択反射透過層の特性を説明する図であり、図９（Ａ）は波長選択反射透過層の透過率及び反射率、図９（Ｂ）は波長選択反射透過層の構成を示す図である。
図６に示すガラス基板１１上には、ＳｉＯ2とＮｂ2Ｏ5からなる誘電体多層膜によって構成され、波長４７０ｎｍ以下の光を略全透過させ、波長４７０ｎｍ以上の光を略全反射させる波長選択反射透過層１２が形成されている。
図９（Ｂ）は、層数＝２１、Ｎｂ2Ｏ5の屈折率をｎH＝２．２、ＳｉＯ2の屈折率をｎL＝１．４５として、ＧｒｅｅｎとＢｌｕｅの中央付近である５００ｎｍあたりにカットオフがくるように、ＴＦＣａｌｃTM（version3.4.6、Software Spectra, Inc.）を使用して計算によって求めた、波長選択反射透過層１２の構成（層番号とその層の厚さ）を示している。また、図９（Ａ）は、計算によって求められた透過率、反射率を示している。なお、図９（Ｂ）の最左欄の１〜２１は、図６に示すガラス基板１１より数えた層番号を示している。
（５）青色ＬＥＤの発光特性
図１０は、本発明の実施例において、青色ＬＥＤの発光特性を説明する図である。
図１０は、ＩｎＧａＮ系半導体からなる青色ＬＥＤの３．５ｍｍチップをプリント基板にマウントして、積分球（Labsphere社製）を用いて発光スペクトルを測定した結果であり（Labsphere社のソフトウエア Spectral Lamp Measurement Systemを使用。）、中心波長は４５２ｎｍであった。
（６）光共振器
図６に示す蛍光体層４３Ｒ、４３Ｇはそれぞれ、波長選択半透明反射層４４Ｒ、４４Ｇによって挟まれたキャビティ（光共振器）を構成する。上述したように、蛍光体の蛍光の中心波長をλm、蛍光体の屈折率をｎとする時、蛍光体層の厚さをｄ＝（λm／２）（１／ｎ）とされる。この結果、蛍光体層４３Ｒ、４３Ｇはそれぞれ、青色光によって繰り返し照射され蛍光体が励起され、蛍光の発光効率が向上され、装置から放射される蛍光スペクトルの幅が狭小化され発光特性が向上する。
青色光源３０から放射される青色光がＣａＳ：Ｅｕ（赤色蛍光体層）４３Ｒに入射されると、青色光は、赤色波長選択半透明反射層４４Ｒ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、赤色蛍光体層４３Ｒを繰り返し照射してＣａＳ：Ｅｕを励起して蛍光を発生させる。赤色蛍光体層４３Ｒの光学膜厚を（λmR／２）とするので、中心波長λmRを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された赤色蛍光λFRが赤色波長選択半透明反射層４４Ｒから放射される。
また、青色光源３０から放射される青色光が緑色蛍光体層４３Ｇに入射されると、青色光は、緑色波長選択半透明反射層４４Ｇ、波長選択反射透過層１２の間で反射を繰り返し受けて反射光を生じ、緑色蛍光体層４３Ｇを繰り返し照射して緑色蛍光体を励起して蛍光を発生させる。緑色蛍光体層４３Ｇの光学膜厚を（λmG／２）Ｎとするので、中心波長λmGを有し、発光スペクトルの幅が狭小化された緑色蛍光λFGが緑色波長選択半透明反射層４４Ｇから放射される。
（７）緑色蛍光体層による発光スペクトル
図１１は、本発明の実施例において、ＳｒＧａ2Ｓｒ4：Ｅｕ(緑色蛍光体層)４３Ｇによる発光スペクトルを説明する図であり、図１１（Ａ）は本発明の方式及び比較例の方式による発光スペクトルを示し、図１１（Ｂ）は比較例の方式の照明装置の構成、図１１（Ｃ）は本発明の方式による照明装置の構成を示す図である。
図１１（Ｃ）に示す本発明の方式の構成は、図６に示す照明装置が緑色光のみを放射するものとして構成された照明装置を示し、図１１（Ｂ）に示す比較例の方式の構成は、緑色光のみを放射する照明装置の構成を示している。
図１１（Ａ）において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は分光放射束（ｍＷ／ｎｍ）を示す（２方式の最大値を同一とした任意スケールで示す。）。
図１１（Ａ）に示す比較例の方式による発光スペクトルは、積分球（Labsphere社製）を用いて発光スペクトルを測定した結果である（Labsphere社のソフトウエア Spectral Lamp Measurement Systemを使用。）。図１１（Ｂ）に示す本発明方式による発光スペクトルは、ＴＦＣａｌｃTM（version3.4.6、Software Spectra, Inc.）を使用して計算によって求めたものである。
図１１（Ａ）に示す比較例の方式による発光スペクトルはブロードであり、青色光源３０から放射される青色光が緑色蛍光体層４３Ｇを透過した結果生じた青色光を含んでいるが、本発明の方式による発光スペクトルはシャープであり、青色光を含んでいない。
（８）赤色蛍光体層による発光スペクトル
図１２は、本発明の実施例において、ＣａＳ：Ｅｕ(赤色蛍光体層)４３Ｒによる発光スペクトルを説明する図であり、図１２（Ａ）は本発明の方式及び比較例の方式による発光スペクトルを示し、図１２（Ｂ）は比較例の方式の照明装置の構成、図１２（Ｃ）は本発明の方式による照明装置の構成を示す図である。
図１２（Ｃ）に示す本発明の方式の構成は、図６に示す照明装置が赤色光のみを放射するものとして構成された照明装置を示し、図１２（Ｂ）に示す比較例の方式の構成は、赤色光のみを放射する照明装置の構成を示している。
図１２（Ａ）において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は分光放射束（ｍＷ／ｎｍ）を示す（２方式の最大値を同一とした任意スケールで示す。）。
図１２（Ａ）に示す比較例の方式による発光スペクトルは、積分球（Labsphere社製）を用いて発光スペクトルを測定した結果である（Labsphere社のソフトウエア Spectral Lamp Measurement Systemを使用。）。図１２（Ｂ）に示す本発明方式による発光スペクトルは、ＴＦＣａｌｃTM（version3.4.6、Software Spectra, Inc.）を使用して計算によって求めたものである。
図１２（Ａ）に示す比較例の方式による発光スペクトルはブロードであり、青色光源３０から放射される青色光が赤色蛍光体層４３Ｒを透過した結果生じた青色光を含んでいるが、本発明の方式による発光スペクトルはシャープであり、青色光を含んでいない。
（９）照明装置から放射される光の発光スペクトル
図１３は、本発明の実施例において、青色光を励起光として蛍光体を励起する照明装置を説明する図であり、図１３（Ａ）はシャープな発光スペクトルを示し、図１３（Ｂ）は本発明の方式による照明装置の構成（図６に示す照明装置と同一のものである。）を示す図である。
図１３（Ａ）において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は分光放射束（ｍＷ／ｎｍ）を示し（任意スケールで示す。）、発光スペクトルはシャープである。なお、図１３（Ａ）に示す発光スペクトルは、ＴＦＣａｌｃTM（version3.4.6、Software Spectra, Inc.）を使用して計算によって求めたものである。
比較例（照明装置から放射される光の発光スペクトル）
図１４は、本発明の実施例において、青色光を励起光として蛍光体を励起する比較例の照明装置を説明する図であり、図１４（Ａ）は発光スペクトルを示し、図１４（Ｂ）は比較例の照明装置の構成を示す図であり、図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）に示す構成を含み、青色光を放射する領域を有している。
図１４（Ａ）において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は分光放射束（ｍＷ／ｎｍ）を示し（任意スケールで示す。）、発光スペクトルはブロードである。なお、図１４（Ａ）に示す発光スペクトルは、積分球（Labsphere社製）を用いて発光スペクトルを測定した結果である（Labsphere社のソフトウエア Spectral Lamp Measurement Systemを使用。）。
（１０）照明装置から放射される光の色域
図１５は、本発明の実施例において、照明装置から放射される光の色域を説明する図であり、図１５（Ａ）はカラーフィルタの透過特性を示す図、図１５（Ｂ）は色域を示す図である。
図１５（Ｂ）において、（ａ）は本発明の方式による色域、（ｂ）は比較例の方式による色域、（ｃ）はｓＲＧＢ色空間（国際規格）、（ｄ）はＣＩＥ locus（ＣＩＥ１９７６ＵＣＳ色度図（ｕ’ｖ’色度図））をそれぞれ示す。
図１５（Ｂ）に示す色域（ａ）は、図１５（Ａ）に示す透過特性を有するＣＦ（カラーフィルタ）を使用した装置から放射される発光スペクトルをＴＦＣａｌｃTM（version3.4.6、Software Spectra, Inc.）を使用して計算によって求め、計算された発光スペクトルから得たものである。この装置では、図１３（Ｂ）に示す本発明の方式の構成において、ＢＣＦ（青色カラーフィルタ）を青色光が放射される領域（図１３の右方に示す波長選択反射透過層１２が露出している部分）に配置し、ＧＣＦ（緑色カラーフィルタ）をカラーフィルタ４５Ｇとして使用し、ＲＣＦ（赤色カラーフィルタ）をカラーフィルタ４５Ｒとして使用している。
図１５（Ｂ）に示す色域（ｂ）は、図１５（Ａ）に示す透過特性を有するＣＦ（カラーフィルタ）を使用した装置から放射される発光スペクトルを、積分球（Labsphere社製）を用いて測定し（Labsphere社のソフトウエア Spectral Lamp Measurement Systemを使用。）、測定された発光スペクトルから得たものである。この装置では、図１４（Ｂ）に示す比較例の方式の構成において、ＢＣＦ（青色カラーフィルタ）を青色光が放射される領域（図１３の右方に示す波長選択反射透過層１２が露出している部分）に配置し、ＧＣＦ（緑色カラーフィルタ）を緑色蛍光体層４３Ｇ上に配置し、ＲＣＦ（赤色カラーフィルタ）を赤色蛍光体層４３Ｒ上に配置している。
図１５（Ｂ）に示す色域（ｂ）の面積が、ＮＴＳＣ方式によるＲＧＢの各色度座標によって規定される色空間の面積の１２３％であるのに対して、図１５（Ｂ）に示す色域（ａ）の面積が、ＮＴＳＣ方式によるＲＧＢの各色度座標によって規定される色空間の面積の１４７％であり、約２割だけ色域（色再現性範囲）が拡大されている。
以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形が可能である。
本発明の発光素子は、照明装置、表示装置の他に通信用発光デバイス等にも利用することができる。蛍光体を励起する青色励起光を放射するＬＥＤとして、４５０ｎｍ〜４７５ｎｍの光を放射するものを使用することができる。蛍光体を励起する近紫外光を放射する光源として、２００ｎｍ〜４１０ｎｍの光を放射する近紫外ＬＥＤ又は近紫外レーザの他に、ＵＶランプを使用することができる。
緑色光を発光する蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、Ｍｎ、ＬａＰＯ4：Ｃｅ，Ｔｂ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ、ＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｃｅ，Ｔｂ，Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｚｎ2Ｇｅ2Ｏ4：Ｍｎ、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ等がある。
赤色光を発光する蛍光体として、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ、ＹＶＯ4：Ｅｕ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4：Ｅｕ、ＣａＳｉＯ3：Ｐｂ，Ｍｎ、Ｍｇ6ＡｓＯ11：Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｍｇ）3（ＰＯ4）3：Ｓｎ、（Ｃａ：Ｅｕ）ＳｉＮ2、（Ｃａ：Ｅｕ）ＡｌＳｉＮ3等がある。
青色光を発光する蛍光体として、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ、ＣａＷＯ4：Ｐｂ、ＺｎＳ：Ａｇ、Ｓｒ10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ、Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2：Ｓｂ、ＳｒＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ、ＣａＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ，Ｎｄ等がある。
また、紫外光によって励起され、青色光、緑色光、赤色光を発光する白色蛍光体、例えば、ＣａＺｒＯ3を母材とし、Ｅｕ3+、Ｔｂ3+を発光中心とする白色蛍光体をＲ、Ｇ、Ｂ蛍光体の代わりに使用することもできる。
以上説明したように、本発明は、発光効率を向上させ発光スペクトルの幅を狭くし、発光特性を向上させることができる発光素子及びこれを用いた照明装置並びに表示装置を提供することができる。
本発明の実施の形態において、発光素子の構成を説明する模式断面図である。 同上、青色光を励起光として蛍光体を励起する照明装置の構成を説明する模式断面図である。 同上、近紫外光を励起光として蛍光体を励起する照明装置の構成を説明する模式断面図である。 同上、青色光源を有する照明装置を用いた表示装置の構成を説明する模式断面図である。 同上、近紫外光源を有する照明装置を用いた表示装置の構成を説明する模式断面図である。 本発明の実施例において、青色光を励起光として蛍光体を励起する照明装置の構成を説明する模式断面図である。 同上、カラーフィルタの透過特性を示す図である。 同上、波長選択半透明反射層の特性を説明する図である。 同上、波長選択反射透過層の特性を説明する図である。 同上、青色ＬＥＤの発光特性を説明する図である。 同上、緑色蛍光体層による発光スペクトルを説明する図である。 同上、赤色蛍光体層による発光スペクトルを説明する図である。 同上、青色光を励起光として蛍光体を励起する照明装置を説明する図である。 同上、青色光を励起光として蛍光体を励起する比較例の照明装置を説明する図である。 同上、照明装置の色域を説明する図である。 従来技術において、光励起による発光を利用した共振器素子の模式断面図である。
符号の説明
１１…ガラス基板、１２…波長選択反射透過層、１３…蛍光体層、１３Ｂ…青色蛍光体、
１３Ｇ…緑色蛍光体層、１３Ｒ…赤色蛍光体層、１４…波長選択半透明反射層、
１４Ｂ…青色波長選択半透明反射層、１４Ｇ、４４Ｇ…緑色波長選択半透明反射層、
１４Ｒ、４４Ｒ…赤色波長選択半透明反射層、１５…共振器、１５Ｂ…青色用共振器、
１５Ｇ…緑色用共振器、１５Ｒ…赤色用共振器、１６…ブラックマトリックス、
２１ａ、２１ｂ…偏向板、２２…スイッチング素子、２３絶縁層、
２４、２６…透明電極、２５ａ、２５ｂ…配向膜、２７…液晶層、２８…液晶装置、
３０…青色光源、３１…近紫外光源、３２…リフレクタ、３４…支持部材、
３６…照明装置、４３Ｇ…ＳｒＧａ2Ｓｒ4：Ｅｕ、４３Ｒ…ＣａＳ：Ｅｕ、
４５Ｇ、４５Ｒ…カラーフィルタ、λE…励起光、λER…励起光の反射光、λF…蛍光、
λFB…青色蛍光、λFG…緑色蛍光、λFR…赤色蛍光

Claims (19)

  1. 透明基板と、
    蛍光体を含む蛍光体層と、
    第１の所定の波長を超えない光を反射する波長選択半透明反射層と、
    第２の所定の波長を超えない光を透過させ、前記第２の所定の波長を超える光を反射
    させる波長選択反射透過層と
    前記波長選択反射透過層を通して前記蛍光体層に照射して前記蛍光体を励起する励起
    光を発する励起光源と
    を有し、前記第１の所定の波長をλ1とし、前記第２の波長をλ2とする時、λ1≧λ2であり、前記蛍光体層が前記波長選択半透明反射層と前記基板の間に配置され、前記波長選択反射透過層が、前記蛍光体層と前記基板の間、又は、前記基板の前記蛍光体層の逆側に設けられ、前記波長選択半透明反射層と前記波長選択反射透過層の間に共振器が構成され、前記蛍光体から放射される蛍光を前記波長選択半透明反射層から放射させる
    、発光素子。
  2. 前記波長選択半透明反射層及び前記波長選択反射透過層は誘電体多層層によって構成された、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記蛍光の中心波長をλ、Ｎを１以上の整数とする時、前記波長選択半透明反射層と前記波長選択反射透過層との間の光学膜厚を（λ／２）Ｎとする、請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記第２の所定の波長を超える光に対する透過率が５０％以上である、請求項１に記載の発光素子。
  5. 前記蛍光体が無機蛍光体である、請求項１に記載の発光素子。
  6. 前記励起光源が青色光を発する青色発光ダイオード（ＬＥＤ）又は青色レーザであり、前記第１の所定の波長、及び、第２の所定の波長が４７０ｎｍである、請求項１に記載の発光素子。
  7. 前記励起光源が近紫外光を発する近紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）又は近紫外レーザであり、前記第１の所定の波長が４２０ｎｍ、前記第２の所定の波長が４７０ｎｍである、請求項１に記載の発光素子。
  8. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の発光素子を有する照明装置。
  9. 前記励起光源が青色光を発する青色発光ダイオード（ＬＥＤ）又は青色レーザである、請求項８に記載の照明装置。
  10. 赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体層と緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体層が並置されて、前記蛍光体層が構成され、前記青色光が前記波長選択反射透過層を通して前記蛍光体層に照射され、前記青色光によって励起された前記赤色光及び前記緑色光が前記波長選択半透明反射層を通して出射され、前記青色光が、前記蛍光体層が設けられていない前記波長選択反射透過層の領域を通して出射され、前記赤色光、前記緑色光、及び、前記青色光が混色され白色光が放射される、請求項９に記載の照明装置。
  11. 前記励起光源が近紫外光を発する近紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）又は近紫外レーザである、請求項８に記載の照明装置。
  12. 赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体層、緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体層及び青色光の蛍光を放射する青色蛍光体層が並置されて、前記蛍光体層が構成され、前記近紫外光が前記波長選択反射透過層を通して照射され、前記近紫外光によって励起された前記赤色光、前記緑色光、及び、前記青色光が、前記波長選択半透明反射層を通して出射され、前記赤色光、前記緑色光、及び、前記青色光が混色され白色光が放射される、請求項１１に記載の照明装置。
  13. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の発光素子を有する画素が複数個配置され
    た画素部と、
    前記画素部の各画素に照射される前記励起光のオンオフを制御する光照射制御部と
    を有する表示装置。
  14. 前記光照射制御部は、液晶素子とスイッチング素子を含む、請求項１３に記載の表示装置。
  15. 前記光源がバックライトを兼ねている、請求項１３に記載の表示装置。
  16. 前記励起光源が青色光を発する青色発光ダイオード（ＬＥＤ）又は青色レーザである、請求項１３に記載の表示装置。
  17. 赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体層と緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体層が並置されて、前記蛍光体層が構成され、前記青色光が前記波長選択反射透過層を通して前記蛍光体層に照射され、前記青色光によって励起された前記赤色光及び前記緑色光が前記波長選択半透明反射層を通して出射され、前記青色光が、前記蛍光体層が設けられていない前記波長選択反射透過層の領域を通して出射され、カラー表示を行なう、請求項１６に記載の表示装置。
  18. 前記励起光源が近紫外光を発する近紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）又は近紫外レーザである、請求項１３に記載の表示装置。
  19. 赤色光の蛍光を放射する赤色蛍光体層、緑色光の蛍光を放射する緑色蛍光体層及び青色光の蛍光を放射する青色蛍光体層が並置されて、前記蛍光体層が構成され、前記近紫外光が前記波長選択反射透過層を通して前記蛍光体層に照射され、前記近紫外光によって励起された前記赤色光、前記緑色光、及び、前記青色光が、前記波長選択半透明反射層を通して出射されカラー表示を行なう、請求項１８に記載の表示装置。
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