JP2014175498A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体の発光効率を向上させ、より明るい発光装置を実現する。
【解決手段】ＬＥＤ素子（２）と、蛍光を発するナノ粒子蛍光体（１０）を固形の封止材によって封止した、複数の蛍光体粒子（３）と、を有し、上記ナノ粒子蛍光体（１０）の粒子は、互いの凝集が抑制される濃度で上記固形の封止材中に封止され、赤色蛍光体粒子（３ａ）が、緑色蛍光体粒子（３ｂ）よりも上記ＬＥＤ素子（２）側に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なる色の蛍光を発する複数の蛍光体を有する発光装置に関する。

近年、次世代の発光装置として、ナノ粒子の蛍光体を用いる発光装置が開発されている。蛍光体にナノ粒子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および高演色性が期待される。さらに、ナノ粒子はその粒子径を変えることで、蛍光波長、すなわち蛍光色を容易に制御することができる。この蛍光波長のスペクトル線幅は狭いため、ナノ粒子の蛍光体を用いた発光装置は、色再現性に優れているという特徴がある。ナノ粒子蛍光体を用いた発光装置に関する技術として、例えば、下記の特許文献１から特許文献３のものが知られている。

特許文献１には、複数の蛍光体から放出された光を混色させる発光ダイオード（Light Emitting Diode、ＬＥＤ）装置が開示されている。そして、この蛍光体はナノ粒子蛍光体層であり、発光ダイオード側から、長波長に発光するナノ粒子蛍光体層の順に配置されている。

また特許文献２および３には、ナノ粒子蛍光体を液体とともに封止する技術が開示されている。特許文献２は液滴を含んだ高分子によって形成された波長変換器が開示されており、上記液滴は液体とナノ粒子蛍光体からなる。また、特許文献３にはナノ粒子蛍光体と液体とが、中空粒状体の中に封入された蛍光体粒子が開示されている。

特開２００６−２６１５５４号公報（２００６年９月２８日公開） 特開２００７−２６２３７５号公報（２００７年１０月１１日公開） 特開２００７−１７３７５５号公報（２００７年７月５日公開）

しかしながら、従来の技術には次のような問題がある。

すなわち、上記特許文献１に記載の発光ダイオード装置は、ナノ粒子蛍光体を密に配置しているため、ナノ粒子蛍光体間でのエネルギー移動が発生する。その結果、吸収した励起光のエネルギーが蛍光に変換されないため、蛍光体の発光効率、すなわち明るさが低下してしまうという問題がある。

さらに、上記特許文献２および３には、異なる色の蛍光を発する複数のナノ粒子蛍光体を用いることについては、開示も示唆もされていない。つまり、上記特許文献２および３に記載された技術は、混色された光の明るさを向上させることを意図したものではない。

加えて、上記特許文献２および３に記載の技術では、ナノ粒子蛍光体および液体を封止している高分子または中空粒状体が破損した場合、液体が漏出してしまうためナノ粒子蛍光体を封止する効果がなくなってしまうという新たな問題も生じる。

上記の高分子または中空粒状体などの破損は、機械的なダメージによる破損の他に、液体が発熱することにより沸騰または蒸発が起こり、その結果発生する気圧の上昇による破損も考えられる。この気圧の上昇による破損は、励起光による発光部の温度上昇、または励起光源自体の発熱が起こる発光装置において特に問題となる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蛍光体の発光効率を向上させ、より明るい発光装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置は、励起光を出射する励起光源と、上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発するナノ粒子蛍光体を固形の封止材によって封止した、複数の蛍光体粒子と、を有し、上記ナノ粒子蛍光体の粒子は、互いの凝集が抑制される濃度で上記固形の封止材中に封止され、上記複数の蛍光体粒子は、上記励起光源から出射された励起光を受けて、第１の色の蛍光を発する第１蛍光体粒子と、上記第１の色とは異なる第２の色の蛍光を発する第２蛍光体粒子と、を有し、上記第１蛍光体粒子および上記第２蛍光体粒子のうち、発する光の波長の長い方の蛍光体粒子が他方の蛍光体粒子よりも上記励起光源側に位置する。

本発明の一態様によれば、発光体の発光効率を向上させ、より明るい発光装置を実現できるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る発光装置の断面図である。 蛍光体粒子およびナノ粒子蛍光体を密に配置した場合を示す図である。 封止材の単位体積当たりのナノ粒子蛍光体の重量とナノ粒子蛍光体の発光スペクトルの半値幅およびピーク波長との関係を示したグラフである。 実施形態１に係る発光装置および従来の発光装置の発光動作を比較した断面図である。 本発明の実施形態２に係る発光装置の断面図である。 実施形態１に係る発光装置および実施形態２に係る発光装置における蛍光体粒子層を拡大した図である。 実施形態１に係る発光装置および実施形態２に係る発光装置の発光動作を比較した断面図である。 本発明の実施形態３に係る発光装置の断面図である。 実施形態１に係る発光装置および実施形態３に係る発光装置における蛍光体粒子層を拡大した図である。 実施形態１に係る発光装置および実施形態３に係る発光装置の発光動作を比較した断面図である。 本発明の実施形態３に係る別の発光装置の断面図である。

＜実施形態１＞
以下図面を参照しつつ、本実施形態に係る発光装置１について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

〔発光装置１の基本構成〕
まず、発光装置１の基本構成について図１を参照して説明する。図１は発光装置１の概略構成を示す断面図である。

発光装置１は、ＬＥＤ素子（励起光源）２と、赤色蛍光体粒子（第１蛍光体粒子）３ａと、緑色蛍光体粒子（第２蛍光体粒子）３ｂとを備える。さらに、発光装置１は、図１に示すように、ＬＥＤパッケージ４、および封止樹脂層５を備えていることが好ましい。

なお、赤色蛍光体粒子３ａおよび緑色蛍光体粒子３ｂを総称して、「蛍光体粒子３」と称する場合もある。また、後述するように、赤色蛍光体粒子３ａおよび緑色蛍光体粒子３ｂは、それぞれ赤色ナノ粒子蛍光体１０ａおよび緑色ナノ粒子蛍光体１０ｂを含むものである。なお、赤色ナノ粒子蛍光体１０ａおよび緑色ナノ粒子蛍光体１０ｂを総称して、「ナノ粒子蛍光体１０」と称する場合もある。また、ナノ粒子蛍光体１０の詳細については後述する。以下、各部について説明する。

ＬＥＤ素子２は、励起光を出射する励起光源として機能する発光素子である。ＬＥＤ素子２は、１チップに１つの発光点を有するもの、あるいは、１チップに複数の発光点を有するものの何れでもよい。ＬＥＤ素子２の発光波長は、例えば、４５０ｎｍ（青色）であるが、４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色領域の波長のＬＥＤを選択することができる。あるいは、ＬＥＤ素子２の発光波長は、ナノ粒子蛍光体１０の種類に応じて適宜選択されればよく、したがって、青色とは異なる波長としてもよい。なお、ＬＥＤ素子２は、単数でなくてもよく、複数であってもよい。また、ＬＥＤ素子２は、レーザなどの他の励起光源に置き換えてもよい。

赤色蛍光体粒子３ａは、ＬＥＤ素子２が発した青色光で励起されて赤色の光を発するもので、その光の主波長は例えば６００ｎｍ〜６８０ｎｍである。赤色蛍光体粒子３ａは、励起光を蛍光に変換するため、波長変換素子であるといえる。

緑色蛍光体粒子３ｂは、ＬＥＤ素子２が発した青色光で励起されて緑色の光を発するもので、その光の主波長は例えば５１０ｎｍ〜５６０ｎｍである。緑色蛍光体粒子３ｂは、励起光を蛍光に変換するため、波長変換素子であるといえる。

上記の蛍光体粒子３は、ナノ粒子蛍光体１０を固形の封止材によって封止したものであり、本実施形態では粒子径が１０μｍ〜１００μｍの略球形の粒子である。なお、蛍光体粒子３の形状は略球形に限られず、他の形状であってもよい。また、粒子径においても１０μｍ〜１００μｍの範囲に限られず、１０μｍ未満、または１００μｍより大きいものであってもよい。

また、本実施形態では、赤色蛍光体粒子３ａおよび緑色蛍光体粒子３ｂは層状に配置され、赤色蛍光体粒子層２０ａおよび緑色蛍光体粒子層２０ｂとして発光装置１に配置されている。この赤色蛍光体粒子層２０ａおよび緑色蛍光体粒子層２０ｂを総称して、「蛍光体粒子層２０」と称する場合もある。なお、蛍光体粒子３の配置は、本実施形態のように層状に限られず、他の配置形状であってもよい。また、蛍光体粒子３は、例えば、封止材としての樹脂のモノマーとナノ粒子蛍光体１０とを用いた懸濁重合法によって作製することができる。

ここで、蛍光体粒子３中のナノ粒子蛍光体１０の分散について説明する。図２は、赤色蛍光体粒子３ａおよび赤色ナノ粒子蛍光体１０ａを密に配置した場合を示す図である。

まず、図２の（ｂ）は赤色ナノ粒子蛍光体１０ａ自体を密に配置した場合の図である。従来技術のように、ナノ粒子蛍光体１０自体を密に配置すると、ナノ粒子蛍光体１０の高い表面活性のためにナノ粒子蛍光体１０同士が凝集することにより、ナノ粒子蛍光体１０間の距離を十分に保つことができない。その結果、ナノ粒子蛍光体１０間でのエネルギー移動が発生し、ナノ粒子蛍光体１０が発する蛍光の効率が低下してしまう。

一方、図２の（ａ）に示すように、本発明においてナノ粒子蛍光体１０は、蛍光体粒子３中に分散されている。具体的には、ナノ粒子蛍光体１０は、互いの凝集が抑制される濃度で固形の封止材中に分散されている。この濃度のさらに具体的な上限値は発明者によって見出されており、封止材の単位体積当たりのナノ粒子蛍光体１０の重量が、ナノ粒子蛍光体１０の発光スペクトルの半値幅およびピーク波長との関係において、変曲点となる濃度以下であればよい。これについて、図３を参照して説明する。図３は、封止材の単位体積当たりのナノ粒子蛍光体の重量とナノ粒子蛍光体の発光スペクトルの半値幅およびピーク波長との関係を示したグラフである。なお、「変曲点」とは、平面上の曲線で曲がる方向が変わる点、より具体的には、曲線上で曲率の符号（プラス・マイナス）が変化する点（この点では０となる）をいう。

図３の（ａ）に示すように、ナノ粒子蛍光体１０の濃度が増加すると、ナノ粒子蛍光体１０が発する蛍光が他のナノ粒子蛍光体１０に吸収される影響により、半値幅は徐々に減少していく。ここで、図３の（ａ）に示す濃度Ａを境として、半値幅の減少傾向が変化する。具体的には、濃度Ａよりも蛍光体濃度が低いときは、濃度が増加するにしたがって、半値幅はある値に収束していくような減少傾向を示す。これは、ナノ粒子蛍光体１０の発光スペクトルが、吸収されることのない、より長波長の光のみの発光スペクトルとなるためである。

一方、濃度Ａよりも蛍光体濃度が高いときは、濃度が増加するにしたがって半値幅の減少量が増加していく。これは、濃度Ａを超えると、ナノ粒子蛍光体１０の凝集、つまりエネルギー移動の影響が表れてくるためである。その結果、図３の（ａ）に示すように、ナノ粒子蛍光体１０の濃度と半値幅との関係は、濃度Ａが変曲点に対応する３次関数のグラフを描く関係と捉えることができる。

また、図３の（ｂ）に示すように、ナノ粒子蛍光体１０の濃度が増加すると、ナノ粒子蛍光体１０が発する蛍光が他のナノ粒子蛍光体１０に吸収される影響により、ピーク波長は徐々に増加していく。ここで、図３の（ａ）に示す濃度Ｂを境として、半値幅の減少傾向が変化する。具体的には、濃度Ｂよりも蛍光体濃度が低いときは、濃度が増加するにしたがって、ピーク波長はある値に収束していくような増加傾向を示す。これは、ナノ粒子蛍光体１０の発光スペクトルが、吸収されることのない、より長波長の光のみの発光スペクトルとなるためである。

一方、濃度Ｂよりも蛍光体濃度が高いときは、濃度が増加するにしたがってピーク波長の増加量が増加していく。これは、濃度Ｂを超えると、ナノ粒子蛍光体１０の凝集、つまりエネルギー移動の影響が表れてくるためである。その結果、図３の（ｂ）に示すように、ナノ粒子蛍光体１０の濃度とピーク波長との関係は、濃度Ｂが変曲点に対応する３次関数のグラフを描く関係と捉えることができる。

さらに、図２の（ａ）に示すように、蛍光体粒子３を密に配置（例えば蛍光体粒子層２０のように層状に配置）した場合であっても、蛍光体粒子３はナノ粒子蛍光体１０に比べて十分に大きいため、他の蛍光体粒子３中のナノ粒子蛍光体１０との距離も十分に保つことができる。よって、ナノ粒子蛍光体１０間でのエネルギー移動を抑制することができる。

なお、図３に示す濃度ＡおよびＢの値は、同じ値あるいは異なる値となりうる。例えば、リン化インジウム（ＩｎＰ）でナノ結晶コアが形成され、硫化亜鉛（ＺｎＳ）でシェルが形成された、緑色発光を示すナノ粒子蛍光体１０の場合、変曲点に対応する濃度は、濃度ＡおよびＢともに１．１ｍｇ／ｍｌである。

ナノ粒子蛍光体１０としては、ＩＩＩ−Ｖ族半導体ナノ粒子蛍光体（例えば、リン化インジウム：ＩｎＰ、または窒化インジウム：ＩｎＮ）、またはＩＩ−ＶＩ族半導体ナノ粒子蛍光体（例えば、セレン化カドミウム：ＣｄＳｅ）を用いることができる。この蛍光体は、ＬＥＤ素子２から発せられた高い出力（および／または光密度）の励起光に対しての熱体制が高く、例えば照明光源に最適である。

ナノ粒子蛍光体１０を封止する封止材としては、透光性を有する樹脂材料、つまり非結晶樹脂によって形成されるため、ポリスチレン、アクリルニトリル／スチレン、アクリルニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル、シリコーンなどを好適に採用することができる。なかでもメタクリル樹脂（ポリメタクリル酸ラウリル、ＰＬＭＡ）が、ナノ粒子蛍光体１０を分散しやすいため、より好ましい。また、例えば、ガラス材（無機ガラス、有機無機ハイブリットガラス）を用いることもできる。ガラス材として低融点ガラスを用いてもよい。封止材は透明性が高いものが好ましく、励起光が高出力の場合には、耐熱性の高いものが好ましい。特に、ナノ粒子蛍光体１０は、水分・酸素に対して弱いことから、ナノ粒子蛍光体１０を封止材で封止することで、水分・酸素に対する耐性を高めることができる。

ここで、半導体ナノ粒子蛍光体１０は、組成が同一の化合物半導体（例えばリン化インジウム：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径をナノメーターサイズに変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができるという特徴を有する。例えば、ＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する。このように、従来の蛍光体は材料で発光する色（波長）が決まっているのに対して、同じ材料で粒径を変化させるだけで発光波長を容易に変えることができる点がナノ粒子蛍光体１０の大きな特徴である。

また、半導体ナノ粒子蛍光体１０は、半導体ベースであるため蛍光寿命が短く、励起光により吸収した励起エネルギーを素早く蛍光として放射でき、ハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴も有する。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体１０の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。

その結果、半導体ナノ粒子蛍光体１０は、強い励起光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。このように、ナノ粒子蛍光体１０を用いることで、蛍光体粒子３が熱によって劣化（変色や変形）するのをより抑制することができる。

また、蛍光体粒子３の蛍光色は、赤色および緑色に限られず、例えば黄色などの他の色であってもよい。さらに、発光装置１に用いられる蛍光体粒子３は赤色蛍光体粒子３ａおよび緑色蛍光体粒子３ｂの２種類に限られず、３種類以上であってもよい。

ＬＥＤパッケージ４は、凹部が形成された筐体であり、この凹部の底面にＬＥＤ素子２が配置されている。ＬＥＤパッケージ４の材質は、反射率の高いものが好ましく、例えばポリフタルアミド（polyphthalamide、ＰＰＡ）樹脂、またはアルミナなどのセラミックスといったものが挙げられる。

封止樹脂層５は、上記凹部に配置され、蛍光体粒子３を封止するものである。なお、封止樹脂層５に好適な材質は上記封止材と同様に、透光性を有する樹脂材料、またはガラス材であればよい。また、上記封止材と同様に、透明性および耐熱性の高いものが好ましい。

〔発光装置１の発光動作について〕
次に、発光装置１の発光動作について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る発光装置１および従来の発光装置６０の発光動作を比較した断面図である。

図４の（ａ）に示すように、発光装置１では、ＬＥＤ素子２から青色の励起光（青色光）３１が出射され、その励起光が赤色蛍光体粒子３ａおよび緑色蛍光体粒子３ｂに入射する。これにより、赤色蛍光体粒子３ａは、ＬＥＤ素子２が発した青色光３１によって励起されて赤色光３２を発し、緑色蛍光体粒子３ｂは、ＬＥＤ素子２が発した青色光３１によって励起されて緑色光３３を発する。

ここで、赤色蛍光体粒子３ａは、緑色蛍光体粒子３ｂから出射された、赤色光３２よりも波長の短い緑色光３３を吸収しやすいという性質を有する。そのため、緑色蛍光体粒子３ｂから出射された緑色光３３の一部は赤色蛍光体粒子３ａに吸収され、その吸収された分だけ発光装置の発光効率は低下することになる。

しかしながら、発光装置１では、赤色蛍光体粒子層２０ａが、緑色蛍光体粒子層２０ｂに比べて、ＬＥＤ素子２により近い側に配置されている。したがって、光取り出し口（封止樹脂層５の表面）方向に発せられた緑色光３３は、赤色蛍光体粒子３ａに吸収されることなく発光装置１の外部に出射される。これにより赤色蛍光体粒子３ａが緑色光３３を吸収する割合を低減することができ、発光効率を向上させることができる。

さらに、発光装置１は、蛍光体粒子３を層状に配置した蛍光体粒子層２０を有している。上述したように、蛍光体粒子３中のナノ粒子蛍光体１０の濃度は、ナノ粒子蛍光体１０の発光スペクトルの半値幅およびピーク波長との関係において、変曲点に対応する濃度以下であるため、ナノ粒子蛍光体１０間の距離を十分に保つことができる。さらに、蛍光体粒子３の粒子径は１０μｍ〜１００μｍであり、ナノ粒子蛍光体１０と比べて十分に大きいため、蛍光体粒子層２０のように、蛍光体粒子３を密に配置した場合でも、他の蛍光体粒子３中のナノ粒子蛍光体１０との距離を十分に保つことができる。

一方、図４の（ｂ）に示すような、ナノ粒子蛍光体１０自体を層状に配置した赤色光３２を発するナノ粒子蛍光体層６１ａ、および緑色光３３を発するナノ粒子蛍光体層６１ｂを有する発光装置６０の場合、ＬＥＤ素子２から出射された青色光３１を吸収したナノ粒子蛍光体１０は、青色光３１の吸収によって得たエネルギーを他のナノ粒子蛍光体１０に移動させる。その結果、外部に出射される赤色光３２および緑色光３３の強度が低下し、発光装置６０は発光装置１に比べて発光効率が低下することになる。

以上より、本実施形態に係る発光装置１は、ナノ粒子蛍光体１０間の凝集を抑制し、かつ緑色光３３の再吸収を低減することができる。これにより、蛍光体粒子の発光効率が向上し、より明るい発光装置を実現することができる。

＜実施形態２＞
本発明の別の実施形態について、図５〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

〔発光装置４０〕
図５は、本実施の形態に係る発光装置４０の概略構成を示す断面図である。

図５に示すように、発光装置４０では、赤色蛍光体粒子３ａの方が緑色蛍光体粒子３ｃよりも大きい。具体的には、本実施形態の蛍光体粒子３は、実施形態１と同様に略球形であるため、赤色蛍光体粒子３ａの粒子径の方が緑色蛍光体粒子３ｃの粒子径よりも長い。例えば、赤色蛍光体粒子３ａの粒子径：１００μｍ、緑色蛍光体粒子３ｃの粒子径：１０μｍ。なお、本実施形態においては、上述したように蛍光体粒子３が略球形であるため、その大きさを粒子径で比較したが、他の尺度で比較してもよく、例えば蛍光体粒子３の体積を比較してもよい。

ここで、粒子径の小さい緑色蛍光体粒子３ｃを用いることによって奏される効果について説明する。図５は発光装置１および発光装置４０における蛍光体粒子層２０を拡大した図である。

一般的に、光の波長以上の大きさ（粒径）を持つ粒子は、ミー散乱によって光を散乱する確率が高くなることが知られている。

具体的には、図６の（ａ）に示すように、粒子径の大きい緑色蛍光体粒子３ｂを用いる発光装置１の場合、下層の赤色蛍光体粒子層２０ａから発せられる赤色光３２が、緑色蛍光体粒子３ｂによるミー散乱によって散乱される可能性がある。その結果、外部に照射される赤色光３２の強度が低下してしまう。

一方、図６の（ｂ）に示すように、粒子径が赤色蛍光体粒子３ａより小さい緑色蛍光体粒子３ｃを用いる発光装置４０の場合、ミー散乱によって赤色光３２が散乱される可能性が低下する。よって、発光装置４０では、発光装置１に比べて、外部に照射される赤色光３２の強度が向上する。

また、粒子径が赤色蛍光体粒子３ａより小さい緑色蛍光体粒子３ｃを用いることで、緑色蛍光体粒子３ｃの重量が、赤色蛍光体粒子３ａと比べて軽くなる。これにより、発光装置４０の作製過程で、硬化前の液状の封止樹脂層５に蛍光体粒子３を混ぜたとき、赤色蛍光体粒子３ａの方が重いため、沈降速度が速くなる。よって、より長波長の発光を示す赤色蛍光体粒子３ａが自ずとＬＥＤ素子側に配置されることとなり、望みの順序、すなわち発する光の波長の長い赤色蛍光体粒子３ａが緑色蛍光体粒子３ｃよりもＬＥＤ素子２側に位置する順序での蛍光体粒子層２０の積層を容易に行うことができる。

〔発光装置４０の発光動作について〕
次に、発光装置４０の発光動作について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る発光装置４０および実施形態１に係る発光装置１の発光動作を比較した断面図である。

図７の（ａ）に示すように、発光装置４０では、赤色蛍光体粒子３ａは、ＬＥＤ素子２が出射した青色光３１によって励起されて赤色光３２を発する。このとき、赤色蛍光体粒子層２０ａの上層（光取り出し口側）にある緑色蛍光体粒子層２０ｃを形成する緑色蛍光体粒子３ｃは、その粒子径が赤色蛍光体粒子３ａに比べて小さいため、ミー散乱によって赤色光３２が散乱する割合が低くなる。

一方、図７の（ｂ）に示すように、発光装置１では、緑色蛍光体粒子３ｂの粒子径が発光装置４０の緑色蛍光体粒子３ｃに比べて大きいため、ミー散乱によって赤色光３２が散乱する割合が高くなる。

これにより、発光装置４０では、発光装置１に比べて外部に出射される赤色光３２の強度が向上する。よって、発光装置４０によって、より明るい発光装置を実現することができる。また、上述したように、蛍光体粒子層２０の積層を容易に行うことができるので、低コストの発光装置を実現することができる。

＜実施形態３＞
本発明のさらに別の実施形態について、図８〜図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

〔発光装置５０〕
図８は、本実施の形態に係る発光装置５０の概略構成を示す断面図である。

図８に示すように、発光装置５０では、ＬＥＤ素子２側に位置している蛍光体粒子３、すなわち赤色蛍光体粒子３ｄは、ＬＥＤ素子２側の粒子表面に金属膜１１を有する。この金属膜１１は、例えば蒸着によって得られるが、これに限定されず、他の方法によって金属膜１１を有する蛍光体粒子３が作製されてもよい。

図９は、発光装置１および発光装置５０における蛍光体粒子層２０を拡大した図である。

一般的に蛍光体の光は全方位に発せられる。つまり、蛍光成分のうちＬＥＤ素子２の方向に進んでしまうものも存在するということである。ここで、図９の（ａ）に示すように、金属膜１１を有しない蛍光体粒子３（すなわち発光装置１における蛍光体粒子３）の場合、ＬＥＤ素子２の方向に進んだ光については、ＬＥＤパッケージ４の表面による反射によってのみ、光取り出し口方向に進路を変更させることができる。

一方、赤色蛍光体粒子３ｄは、そのＬＥＤ素子２側の粒子表面に金属膜１１を有する。これにより、ＬＥＤ素子２の方向に進んだ光を反射することができる。特に、赤色光３２については、蛍光体粒子３の外部に光が放出される前に金属膜１１によって反射することができるため、外部に出射される赤色光３２の強度を向上させることができる。

なお、金属膜１１の材質は、可視光領域の吸収率が低いものが好ましい。具体的には、アルミニウム、あるいは銀などからなる膜が好適に採用される。また、金属膜の膜厚は３０ｎｍ以下であることが好ましい。これは、金属膜１１の膜厚が厚すぎることによって、ＬＥＤ素子２から出射される励起光が透過せず、発光効率が低下してしまうことを防ぐためである。

また、赤色蛍光体粒子３ｄは金属膜１１を有しているため、緑色蛍光体粒子３ｂなどに比べて重くなる。よって、赤色蛍光体粒子３ｄの沈降速度は緑色蛍光体粒子３ｂなどに比べて早くなるため、硬化前の液状の封止樹脂層５に蛍光体粒子３を混ぜたとき、より長波長の発光を示す赤色蛍光体粒子３ｄが自ずとＬＥＤ素子側に配置されることとなる。よって、望みの順序、すなわち発する光の波長の長い赤色蛍光体粒子３ａが緑色蛍光体粒子３ｃよりもＬＥＤ素子２側に位置する順序での蛍光体粒子層２０の積層を容易に行うことができる。

〔発光装置５０の発光動作について〕
次に、発光装置５０の発光動作について、図１０を参照して説明する。図１０は本実施形態に係る発光装置５０および実施形態１に係る発光装置１の発光動作を比較した断面図である。

図１０の（ａ）に示すように、発光装置５０では、蛍光体粒子３から発せられた光のうち、ＬＥＤ素子２の方向に発せられた光を、赤色蛍光体粒子３ｄが有する金属膜１１が反射する。

一方、図１０の（ｂ）に示すように、発光装置１では、蛍光体粒子３から発せられた光のうち、ＬＥＤ素子２の方向に発せられた光は、ＬＥＤパッケージ４の表面によってしか反射されない。

これにより、発光装置５０では、光取り出し口方向に進む光成分が増加する。特に、赤色光３２は、赤色蛍光体粒子３ｄの外部に放出される前に金属膜１１に達するので、反射される確率、すなわち光取り出し口方向に進む確率が高くなる。よって、主に赤色光３２において、外部に出射される光の強度が向上する。よって、より明るい発光装置を実現することができる。また、上述したように、蛍光体粒子層２０の積層を容易に行うことができるので、低コストの発光装置を実現することができる。

なお、発光装置５０は、赤色蛍光体粒子のみが金属膜１１を有する構成であるが、本実施形態に係る発光装置はこれに限定されない。図１１は、本実施形態に係る発光装置７０の概略構成を示す断面図である。図１１に示すように、発光装置７０は、赤色蛍光体粒子３ｄに加えて、緑色蛍光体粒子３ｅも金属膜１１を有してもよい。

上述したように、金属膜は膜厚３０ｎｍ以下と非常に薄い。このため、光を完全に反射するものではなく、一部を透過する。よって、例えば赤色蛍光体粒子３ｄから発せられた赤色光３２が、緑色蛍光体粒子３ｅが有する金属膜１１によって反射されても、赤色蛍光体粒子３ｄが有する金属膜１１やＬＥＤパッケージ４の表面などでさらに反射されることで、再び緑色蛍光体粒子３ｅが有する金属膜１１を透過することができる。

また、緑色光３３のうち、ＬＥＤ素子２方向に進んだものを反射し、光取り出し口方向に進ませることができる。これにより、緑色光３３が赤色蛍光体粒子３ｄに吸収されることを抑制するともに、外部に出射される緑色光３３の強度が向上する。よって、さらに明るい発光装置を実現することができる。

〔変形例〕
上述した発光装置４０および発光装置５０は、その構成を組み合わせることも可能である。すなわち、赤色蛍光体粒子の大きさを緑色蛍光体粒子より大きくしたうえで、赤色蛍光体粒子（あるいは赤色蛍光体粒子および緑色蛍光体粒子）が、そのＬＥＤ素子２側の粒子表面に金属膜１１を有する構成であってもよい。

これにより、ミー散乱による散乱を抑え、かつＬＥＤ素子２の方向に進んだ光を反射させることができるので、さらに明るい発光装置を実現することができる。

また、本発明の発光装置は、蛍光体粒子を三層としてもよい。例えば、本発明の発光装置は、ＬＥＤ素子２が発した青色光３１で励起されて黄色の光を発する黄色蛍光体粒子をさらに有し、ＬＥＤ素子２側から赤色蛍光体粒子層、黄色蛍光体粒子層、緑色蛍光体粒子層の順に積層する構成であってもよい。なお、黄色蛍光体粒子の発する光の主波長は例えば、５６０ｎｍ〜５９０ｎｍである。

これにより、発する蛍光の色が互いに異なる蛍光体粒子を３つ有するので、より演色性の高い発光装置を実現することができる。

さらに、本発明の発光装置は、発する蛍光の色が互いに異なる蛍光体粒子を３つ以上備えていてもよく、その数は用途などに応じて適宜選択されればよい。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る発光装置は、励起光（青色光３１）を出射する励起光源（ＬＥＤ素子２）と、上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発するナノ粒子蛍光体１０を固形の封止材によって封止した、複数の蛍光体粒子３と、を有し、上記ナノ粒子蛍光体の粒子は、互いの凝集が抑制される濃度で上記固形の封止材中に封止され、上記複数の蛍光体粒子は、上記励起光源から出射された励起光を受けて、第１の色の蛍光（赤色光３２）を発する第１蛍光体粒子（赤色蛍光体粒子３ａ）と、上記第１の色とは異なる第２の色の蛍光（緑色光３３）を発する第２蛍光体粒子（緑色蛍光体粒子３ｂ）と、を有し、上記第１蛍光体粒子および上記第２蛍光体粒子のうち、発する光の波長の長い方の蛍光体粒子が他方の蛍光体粒子よりも上記励起光源側に位置する。

上記の構成によれば、蛍光体粒子は、ナノ粒子蛍光体を互いの凝集が抑制される濃度で、固形の封止材に封止したものである。これにより、ナノ粒子蛍光体間のエネルギー移動を抑制することができる。よって、蛍光体粒子の発光効率が向上し、より明るい発光装置を実現することができる。また、固形の封止材に封止されているので、機械的なダメージや発光装置の発熱によるダメージに強い蛍光体粒子を実現することができる。

さらに、上記の構成によれば、蛍光体粒子が自粒子にて発する蛍光よりも短い波長の光を吸収しやすい特性を有することをふまえ、互いに異なる色の蛍光を発する第１蛍光体粒子および第２蛍光体粒子のうち、発する光の波長の長い方の蛍光体粒子が他方の蛍光体粒子よりも励起光源側に位置している。これにより、上記励起光源側に位置している蛍光体粒子が発した蛍光が、他方の蛍光体粒子に吸収されることを抑制することができる。したがって、主に波長の短い方の蛍光体粒子の発光効率が向上し、より明るい発光装置を実現することができる。

本発明の態様２に係る発光装置は、上記態様１において、上記ナノ粒子蛍光体の粒子の互いの凝集が抑制される濃度は、上記封止材の単位体積当たりの上記ナノ粒子蛍光体の重量と上記ナノ粒子蛍光体の発光スペクトルの半値幅あるいはピーク波長との関係において、変曲点に対応する濃度以下であってもよい。

上記の構成によれば、ナノ粒子蛍光体の粒子の互いの凝集が抑制される濃度は、封止材の単位体積当たりのナノ粒子蛍光体の重量と上記ナノ粒子蛍光体の発光スペクトルの半値幅あるいはピーク波長との関係において、変曲点に対応する濃度以下である。

単位体積当たりのナノ粒子蛍光体の重量とナノ粒子蛍光体の発光スペクトルの半値幅あるいはピーク波長との関係において、ナノ粒子蛍光体が変曲点に対応する濃度を超えると、エネルギー移動による消光の影響が表れる。換言すれば、変曲点に対応する濃度以下であれば、エネルギー移動を抑制することができる。よって、蛍光体粒子の発光効率を向上させることができる。

本発明の態様３に係る発光装置は、上記態様１または２において、上記第１蛍光体粒子および上記第２蛍光体粒子のうち、上記励起光源側に位置する方の蛍光体粒子は、他方の蛍光体粒子よりも大きいものであってもよい。

上記の構成によれば、励起光源側に位置する方の蛍光体粒子は、他方の蛍光体粒子よりも大きい。

一般的に、光の波長以上の大きさを持つ粒子は、ミー散乱によって光を散乱する確率が高い。そのため、励起光源側に位置する方の蛍光体粒子を他方の蛍光体粒子よりも大きくする、換言すれば、励起光源側に位置する方の蛍光体粒子よりも、他方の蛍光体粒子を小さくすることによって、励起光源側に位置する方の蛍光体粒子から発せられる光が、他方の蛍光体粒子によって散乱されることを抑制することができる。よって、主に励起光源側に位置する蛍光体粒子について、外部に出射される光の強度を向上させることができる。

また、励起光源側に位置する方の蛍光体粒子が、他方の蛍光体粒子よりも大きいということは、すなわち励起光源側に位置する方の蛍光体粒子の方が重いということである。これにより、発光装置の作製過程で、硬化前の液状の封止樹脂層５に蛍光体粒子３を混ぜたとき、励起光源側に位置させる方の蛍光体粒子の沈降速度が速くなる。よって、この蛍光体粒子が自ずと励起光源側に位置することとなるため、望みの順序で容易に蛍光体粒子を積み上げることができる。以上より、低コストの発光装置を実現することができる。

本発明の態様４に係る発光装置は、上記態様１から３において、上記第１蛍光体粒子および上記第２蛍光体粒子のうち、上記励起光源側に位置する方の蛍光体粒子は、上記励起光源側の粒子表面に金属膜１１を有してもよい。

上記構成によれば、励起光源側に位置する方の蛍光体粒子は、励起光源側の粒子表面に金属膜を有している。

これにより、主に励起光源側に位置する方の蛍光体粒子において、光取り出し口方向に進まなかった光を反射することができる。反射した光は、光取り出し口から外部に出射する可能性が増加するため、励起光源側に位置する方の蛍光体粒子から発せられる光について、外部に出射される光の強度を向上させることができる。

また、励起光源側に位置する方の蛍光体粒子が、励起光源側の粒子表面に金属膜を有しているということは、すなわち金属膜の分、励起光源側に位置する方の蛍光体粒子が重いということである。よって、励起光源側に位置される方の蛍光体粒子の沈降速度が速くなり、望みの順序で容易に蛍光体粒子を積み上げることができる。以上より、低コストの発光装置を実現することができる。

本発明の態様５に係る発光装置は、上記態様１から３において、上記第１蛍光体粒子および上記第２蛍光体粒子は、上記励起光源側の粒子表面に金属膜を有してもよい。

上記構成によれば、第１蛍光体粒子および第２蛍光体粒子は、励起光源側の粒子表面に金属膜を有している。

これにより、両方の蛍光体粒子において、光取り出し口方向に進まなかった光を反射することができる。また、より短波長の光を発する蛍光体粒子から発せられた光のうち、励起光源方向に進んだ光を反射することで、より長波長の光を発する蛍光体粒子に吸収されることを抑制することができる。よって、両方の蛍光体粒子について、外部に出射される光の強度を向上させることができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、異なる色の蛍光を発する複数の蛍光体を有する発光装置に関し、特にテレビなどのバックライト用光源などに好適に適用することができる。

１、４０、５０、６０、７０ 発光装置
２ ＬＥＤ素子（励起光源）
３ 蛍光体粒子
３ａ、３ｄ 赤色蛍光体粒子（第１蛍光体粒子）
３ｂ、３ｃ 緑色蛍光体粒子（第２蛍光体粒子）
１０ ナノ粒子蛍光体
１０ａ 赤色ナノ粒子蛍光体
１０ｂ 緑色ナノ粒子蛍光体
１１ 金属膜
３１ 青色光（励起光）
３２ 赤色光（第１の色の蛍光）
３３ 緑色光（第２の色の蛍光）

Claims (5)

1. 励起光を出射する励起光源と、
   上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発するナノ粒子蛍光体を固形の封止材によって封止した、複数の蛍光体粒子と、を有し、
   上記ナノ粒子蛍光体の粒子は、互いの凝集が抑制される濃度で上記固形の封止材中に封止され、
   上記複数の蛍光体粒子は、上記励起光源から出射された励起光を受けて、第１の色の蛍光を発する第１蛍光体粒子と、上記第１の色とは異なる第２の色の蛍光を発する第２蛍光体粒子と、を有し、
   上記第１蛍光体粒子および上記第２蛍光体粒子のうち、発する光の波長の長い方の蛍光体粒子が他方の蛍光体粒子よりも上記励起光源側に位置することを特徴とする発光装置。
2. 上記ナノ粒子蛍光体の粒子の互いの凝集が抑制される濃度は、上記封止材の単位体積当たりの上記ナノ粒子蛍光体の重量と上記ナノ粒子蛍光体の発光スペクトルの半値幅あるいはピーク波長との関係において、変曲点に対応する濃度以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 上記第１蛍光体粒子および上記第２蛍光体粒子のうち、上記励起光源側に位置する方の蛍光体粒子は、他方の蛍光体粒子よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 上記第１蛍光体粒子および上記第２蛍光体粒子のうち、上記励起光源側に位置する方の蛍光体粒子は、上記励起光源側の粒子表面に金属膜を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の発光装置。
5. 上記第１蛍光体粒子および上記第２蛍光体粒子は、上記励起光源側の粒子表面に金属膜を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の発光装置。

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