JP2011165549A

JP2011165549A - 光源装置

Info

Publication number: JP2011165549A
Application number: JP2010028619A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hayashi; 克彦林; Hidekazu Sato; 英一佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】所望の方向に所望の色の照明光を照射できる光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１００では、第１反射部３０は、環状であって、環の外側を向く第１反射面３１ａおよび環の内側を向く第２反射面３１ｂを有し、第２反射部３２は、環状であって第１反射部３０の内側に配置され、環の外側を向く第３反射面３３ａおよび環の内側を向く第４反射面３３ｂを有し、第１反射面３１ａの表面２に対する傾き角θ_１は、第３反射面３３ａの表面２に対する傾き角θ_３よりも小さく、第３反射面３３ａの表面２に対する傾き角θ_３は、第４反射面３３ｂの表面２に対する傾き角θ_４よりも小さく、第４反射面３３ｂの表面２に対する傾き角θ_４は、第２反射面３１ｂの表面２に対する傾き角θ_２よりも小さく、発光素子１０は、表面２側から平面視して、第１反射部３０の外側に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源装置に関する。

液晶表示装置用のバックライトや照明装置などの光源用の光源装置として、発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子を用いた光源装置が期待されている。このような光源装置では、発光素子から出射された光の波長を変換する蛍光体を用いて、所望の色の照明光を得ることができる。例えば、紫外光を出射する発光素子により、紫外光を赤色光に変換する蛍光体、紫外光を緑色光に変換する蛍光体、および紫外光を青色光に変換する蛍光体を所望の割合で混合した蛍光体層を照射することで白色の照明光を得ることができる。

また、特許文献１には、発光ダイオードの出射光と蛍光体により出射光の色を変換して得られた光とを混色して、所望の色の照明光を得ることができる光源装置が記載されている。例えば、このような光源装置を液晶表示装置用のバックライトや照明装置などの光源として用いた場合、光の利用効率を高めるために、所望の方向に所望の色の照明光を照射できることが望ましい。

特開２００９−１６２８９号公報

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、所望の方向に所望の色の照明光を照射できる光源装置を提供することにある。

本発明に係る光源装置は、
基板と、
第１の光を出射する発光素子と、
前記基板の表面に形成され、前記第１の光を反射させる第１反射部および第２反射部と、
前記第１反射部および前記第２反射部を避けて前記表面に形成され、前記第１の光により励起され第２の光を発する蛍光発光部と、
を含み、
前記第１反射部は、環状であって、環の外側を向く第１反射面および環の内側を向く第２反射面を有し、
前記第２反射部は、環状であって前記第１反射部の内側に配置され、環の外側を向く第３反射面および環の内側を向く第４反射面を有し、
前記第１反射面の前記表面に対する傾き角は、前記第３反射面の前記表面に対する傾き角よりも小さく、
前記第３反射面の前記表面に対する傾き角は、前記第４反射面の前記表面に対する傾き角よりも小さく、
前記第４反射面の前記表面に対する傾き角は、前記第２反射面の前記表面に対する傾き角よりも小さく、
前記発光素子は、前記表面側から平面視して、前記第１反射部の外側に配置されている。

このような光源装置によれば、第１反射部および第２反射部は、発光素子から出射された第１の光を所望の方向に向けて反射させることができる。所望の方向に向けて進行する第１の光は蛍光発光部の発する第２の光と混色されるため、所望の色の照明光を得ることができる。したがって、このような光源装置によれば、所望の方向に所望の色の照明光を照射することができる。

本発明に係る光源装置において、
前記発光素子は、複数設けられていることができる。

このような光源装置によれば、高出力化を図ることができる。

本発明に係る光源装置において、
複数の前記発光素子は、前記表面側から平面視して、前記第１反射部に関して回転対称に配置されていることができる。

このような光源装置によれば、第１反射部を対称性よく照射することができる。したがって、第１反射部で反射された第１の光を、より均一な光強度分布とすることができる。

本発明に係る光源装置において、
複数の前記発光素子は、前記表面側から平面視して、前記蛍光発光部に関して回転対称に配置されていることができる。

このような光源装置によれば、蛍光発光部を対称性よく照射することができる。したがって、第２の光をより均一な光強度分布とすることができる。

本発明に係る光源装置において、
前記発光素子は、発光ダイオードであることができる。

このような光源装置によれば、装置の小型化を図りつつ、基板の表面をより均一に照射することができる。

本実施形態に係る光源装置を模式的に示す平面図。本実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図。本実施形態の第１変形例に係る光源装置を模式的に示す断面図。本実施形態の第２変形例に係る光源装置を模式的に示す平面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．光源装置
まず、本実施形態に係る光源装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る光源装置１００を模式的に示す平面図である。図２は、光源装置１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、図２では、便宜上、発光素子支持部５０の図示を省略している。

光源装置１００は、図１および図２に示すように、発光素子１０と、基板２０と、第１反射部３０と、第２反射部３２と、蛍光発光部４０と、を含む。光源装置１００は、さらに、発光素子支持部５０を含むことができる。

発光素子１０は、第１の光Ｌ１を出射する。第１の光Ｌ１は、基板２０の表面２に形成された反射部３０，３２および蛍光発光部４０に照射される。反射部３０，３２は、第１の光Ｌ１を所望の方向に反射させる。蛍光発光部４０は、第１の光Ｌ１により励起されて第２の光（蛍光光）Ｌ２を発する。第１の光Ｌ１は、例えば、波長変換効率のよい青色などの短波長の光である。発光素子１０としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いることができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。さらに、発光ダイオードは、他の固体光源と比べて照射できる領域が広いため、基板２０の表面２を均一に照射することができる。なお、発光素子１０としては、発光ダイオードに限定されず、例えば、半導体レーザーを用いてもよい。

発光素子１０は、図１に示すように、基板２０の表面２側から平面視して、第１反射部３０の外側に配置されている。発光素子１０は、例えば、発光素子支持部５０に支持されて、基板２０の上方に位置している。発光素子１０は、図１の例では、８つ設けられているが、その数は特に限定されない。図１に示す例では、複数の発光素子１０は、基板２０の表面２側から平面視して、第１反射部３０に関して回転対称に配置されている。すなわち、複数の発光素子１０は、基板２０の表面２側から平面視して、第１反射部３０を囲むように等間隔に配置されている。これにより、第１反射部３０を対称性よく照射することができる。したがって、複数の発光素子が対称に配置されていない場合に比べて、第１反射部３０で反射された第１の光Ｌ１（反射光Ｌ１ｒ）を、より均一な光強度分布とすることができる。

また、図１に示す例では、複数の発光素子１０は、基板２０の表面２側から平面視して、第２反射部３２に関して回転対称に配置されている。すなわち、複数の発光素子１０は、基板２０の表面２側から平面視して、第２反射部３２を囲むように等間隔に配置されている。これにより、第２反射部３２を対称性よく照射することができる。したがって、複数の発光素子が対称に配置されていない場合に比べて、第２反射部３２で反射された第１の光Ｌ１（反射光Ｌ１ｒ）を、より均一な光強度分布とすることができる。

また、複数の発光素子１０は、基板２０の表面２側から平面視して、蛍光発光部４０に関して回転対称に配置されている。すなわち、複数の発光素子１０は、基板２０の表面２側から平面視して、蛍光発光部４０を囲むように等間隔に配置されている。これにより、蛍光発光部４０を対称性よく照射することができる。したがって、複数の発光素子が対称に配置されていない場合に比べて、蛍光発光部４０が発する第２の光Ｌ２をより均一な光強度分布とすることができる。

基板２０は、例えば、アルミなどの金属からなる平板を用いることができる。基板２０の表面２には、第１反射部３０、第２反射部３２、および蛍光発光部４０が形成される。

第１反射部３０は、第１の光Ｌ１を反射させることができる。第１反射部３０は、図１に示すように環状である。第１反射部３０は、図２に示すように、環の外側を向く第１反射面３１ａおよび環の内側を向く第２反射面３１ｂを有する。

第２反射部３２は、第１の光Ｌ１を反射させることができる。第２反射部３２は、図１に示すように環状である。第２反射部３２は、第１反射部３０の内側に配置されている。図１の例では、第１反射部３０と第２反射部３２とは、同心円状に配置されている。第２反射部３２は、図２に示すように、環の外側を向く第３反射面３３ａおよび環の内側を向く第４反射面３３ｂを有する。

図２に示すように、第１反射面３１ａの表面２に対する傾き角θ_１は、第３反射面３３ａの表面２に対する傾き角θ_３よりも小さい。第３反射面３３ａの表面２に対する傾き角θ_３は、第４反射面３３ｂの表面２に対する傾き角θ_４よりも小さい。第４反射面３３ｂの表面２に対する傾き角θ_４は、第２反射面３１ｂの表面２に対する傾き角θ_２よりも小さい。これにより、発光素子１０から出射された第１の光Ｌ１を、所望の方向に向けて反射させることができる。図示の例では、反射面３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂにより反射された第１の光Ｌ１は、反射光Ｌ１ｒとして、基板２０の表面２に対して垂直上向きに進むことができる。各反射面３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂの傾き角θ_１，θ_２，θ_３，θ_４は、発光素子１０の位置や反射光Ｌ１ｒを進行させる方向などにより決定される。

反射部３０，３２は、例えば、基板２０の表面２に形成された凸部である。反射面３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂは、凸部を構成する面であることができる。反射部３０，３２の断面は、図２の例では、三角形状であるがその形状は限定されない。反射部３０，３２の高さ（反射部３０，３２の頂点と基板２０の表面２との間の距離）Ｈは、例えば、数ｍｍ程度である。例えば、金属の平板をプレス加工等の塑性加工や切削加工により加工することで、反射部３０，３２が形成された基板２０を製造することができる。反射面３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂが第１の光Ｌ１をより反射させるように、反射面３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂを研磨やエッチング等により鏡面化処理してもよい。

蛍光発光部４０は、反射部３０，３２を避けて基板２０の表面２に形成されている。蛍光発光部４０は、図示の例では、第１反射部３０の周囲、第１反射部３０と第２反射部３２との間、および第２反射部３２の内側に形成されている。蛍光発光部４０は、第１の光Ｌ１により励起されて第２の光Ｌ２を発する。第２の光Ｌ２は、反射光Ｌ１ｒと混色されて、照明光として、外部を照明する。すなわち、照明光の色は、反射光Ｌ１ｒの色と、第２の光Ｌ２の色を混ぜ合わせた色となる。例えば、青色の反射光Ｌ１ｒ（第１の光Ｌ１）と、黄色の第２の光Ｌ２とが混色されることにより、白色の照明光を得ることができる。蛍光発光部４０は、例えば、第１の光Ｌ１により励起されて発光する蛍光体、および蛍光体を分散させるための樹脂やガラスで構成されている。

第２の光Ｌ２の色は、蛍光体を励起させる第１の光Ｌ１の色（波長）と、蛍光体の組成との組み合わせにより決定される。すなわち、第１の光Ｌ１の色（波長）に応じて蛍光体の組成を変えることで第２の光Ｌ２の色を制御することができる。蛍光体の組成の一例として、以下のものを挙げることができる。

第１の光Ｌ１が青色の場合、第２の光Ｌ２が赤色となる蛍光体の組成の例としては、（Ｃａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＳｉＮ_２：Ｅｕを挙げることができる。第１の光Ｌ１が青色の場合、第２の光Ｌ２が緑色となる蛍光体の組成の例としては、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕを挙げることができる。第１の光Ｌ１が青色の場合、第２の光Ｌ２が黄色となる蛍光体の組成の例としては、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ系）、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、ＳｒＳｉＯ_４：Ｅｕを挙げることができる。

また、上述した組成の蛍光体を混合して蛍光発光部４０を形成することにより、複数の色の第２の光Ｌ２を発光させて、所望の色の照明光を得てもよい。例えば、第１の光Ｌ１が青色光の場合、第２の光Ｌ２が赤色となる蛍光体、および第２の光Ｌ２が緑色となる蛍光体を所定の割合で混合して蛍光発光部４０を形成することにより、白色の照明光を得ることができる。

発光素子支持部５０は、例えば、基板２０上に形成されている。発光素子支持部５０は、図１に示すように、基板２０の表面２側から平面的に見て、蛍光発光部４０を囲むように形成されている。

光源装置１００は、例えば、ディスプレイ、照明装置、液晶表示装置用のバックライトなどの光源に適用されることができる。

光源装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

光源装置１００によれば、上述のように、反射部３０，３２は、発光素子１０から出射された第１の光Ｌ１を、所望の方向に向けて反射させることができる。所望の方向に向けて進行する第１の光Ｌ１（反射光Ｌ１ｒ）は、蛍光発光部４０の発する第２の光Ｌ２と混色されるため、所望の色の照明光を得ることができる。したがって、光源装置１００によれば、所望の方向に所望の色の照明光を照射することができる。このため、例えば、光源装置１００を液晶表示装置用のバックライトや照明装置などの光源に適用することで、光の利用効率を高めることができる。

光源装置１００によれば、発光素子１０が複数設けられていることができる。そのため、光源装置１００の高出力化を図ることができる。さらに、１つの発光素子で第１の光Ｌ１の強度を高める場合と比べて、複数の発光素子１０の各々の出力を高めることなく第１の光Ｌ１の強度を高めることができる。そのため、各発光素子１０の発熱を抑え、各発光素子１０を効率良く発光させることができる。したがって、光源装置２００によれば、高出力化を図りつつ、装置全体の効率化を図ることができる。

光源装置１００によれば、複数の発光素子１０は、基板２０の表面２側から平面視して、反射部３０，３２に関して回転対称に配置されていることができる。これにより、反射部３０，３２を対称性よく照射することができる。したがって、複数の発光素子が対称に配置されていない場合に比べて、反射光Ｌ１ｒをより均一な光強度分布とすることができる。

２．光源装置の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る光源装置について、図面を参照しながら説明する。以下、本実施形態の変形例に係る光源装置において、本実施形態に係る光源装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

（１）第１変形例に係る光源装置
まず、本実施形態の第１変形例に係る光源装置２００について、図面を参照しながら説明する。図３は、光源装置２００を模式的に示す断面図であり、図２に対応している。なお、図３では、便宜上、発光素子支持部５０の図示を省略している。

光源装置１００の例では、図２に示すように、反射部３０，３２は、基板２０の表面２に形成された凸部であった。これに対し、光源装置２００では、反射部３０，３２は、基板２０の表面２に形成された凹部であることができる。反射面３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂは、凹部を区画する面であることができる。反射部３０，３２の深さ（反射部３０，３２の頂点と基板２０の表面２との間の距離）Ｄは、例えば、数ｍｍ程度である。

光源装置１００の例と同様に、例えば、金属の平板をプレス加工等の塑性加工や切削加工により加工することで、反射部３０，３２が形成された基板２０を製造することができる。

光源装置２００によれば、光源装置１００と同様の効果を奏することができる。

（２）第２変形例に係る光源装置
次に、本実施形態の第２変形例に係る光源装置３００について、図面を参照しながら説明する。図４は、光源装置３００を模式的に示す平面図であり、図１に対応している。

光源装置３００では、蛍光発光部４０は、蛍光体の種類ごとに領域を分けて形成されることができる。発光素子１０が出射する第１の光Ｌ１が青色光の場合、蛍光発光部４０は、第２の光Ｌ２が赤色となる蛍光体を形成した赤色蛍光体領域４０Ｒ、第２の光Ｌ２が緑色となる蛍光体を形成した緑色蛍光体領域３０Ｇを有することができる。これにより、白色の照明光を得ることができる。

また、光源装置３００は、３つ以上の反射部（第１反射部３０，第２反射部３２，第３反射部３３０）を有している。第３反射部３３０は、基板２０の表面２側から平面視して、第２反射部３２の内側に複数配置されている。第３反射部３３０の形状は、第１反射部３０および第２反射部３２と同様である。複数の反射部３０，３２，３３０、赤色蛍光体領域４０Ｒ、および緑色蛍光体領域３０Ｇは、図４に示すように、例えば、同心円状に配置されている。

なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

２表面、１０発光素子、２０基板、３０第１反射部、３１ａ第１反射面、
３１ｂ第２反射面、３２第２反射部、３３ａ第３反射面、３３ｂ第４反射面、
４０蛍光発光部、４０Ｒ赤色蛍光体領域、４０Ｇ緑色蛍光体領域、
５０発光素子支持部、１００，２００，３００光源装置、３３０第３反射部

Claims

基板と、
第１の光を出射する発光素子と、
前記基板の表面に形成され、前記第１の光を反射させる第１反射部および第２反射部と、
前記第１反射部および前記第２反射部を避けて前記表面に形成され、前記第１の光により励起され第２の光を発する蛍光発光部と、
を含み、
前記第１反射部は、環状であって、環の外側を向く第１反射面および環の内側を向く第２反射面を有し、
前記第２反射部は、環状であって前記第１反射部の内側に配置され、環の外側を向く第３反射面および環の内側を向く第４反射面を有し、
前記第１反射面の前記表面に対する傾き角は、前記第３反射面の前記表面に対する傾き角よりも小さく、
前記第３反射面の前記表面に対する傾き角は、前記第４反射面の前記表面に対する傾き角よりも小さく、
前記第４反射面の前記表面に対する傾き角は、前記第２反射面の前記表面に対する傾き角よりも小さく、
前記発光素子は、前記表面側から平面視して、前記第１反射部の外側に配置されている、光源装置。
請求項１において、
前記発光素子は、複数設けられている、光源装置。
請求項２において、
複数の前記発光素子は、前記表面側から平面視して、前記第１反射部に関して回転対称に配置されている、光源装置。
請求項２または３において、
複数の前記発光素子は、前記表面側から平面視して、前記蛍光発光部に関して回転対称に配置されている、光源装置。
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記発光素子は、発光ダイオードである、光源装置。