JP4925110B2

JP4925110B2 - 色変換フィルタを用いた面光源装置

Info

Publication number: JP4925110B2
Application number: JP2007024249A
Authority: JP
Inventors: 健一近藤
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: JP2008191321A

Description

本発明は、色変換フィルタを用いた面光源装置に関するものであり、詳しくは、透明基材上に蓄光性蛍光体層と通常蛍光体層が形成された色変換フィルタを用いた面光源装置に関する。

従来、残光性を有する蓄光蛍光体から放出される光と残光性を有しない通常蛍光体から放出される光の混合によって所望の色調の光を得る光源装置には以下のようなものがある。

それは、蓄光蛍光体と通常蛍光体を混合あるいは積層し、励起光源からの励起光で励起された蓄光蛍光体が放出する光と、該蓄光蛍光体から放出された光で励起された通常蛍光体が放出する光の混合で白色光を得るものである。そして、励起光源からの励起光の供給が停止されても、蓄光蛍光体が放出する残光と、該蓄光蛍光体から放出された残光で励起された通常蛍光体が放出する光の混合で白色光を得続けることができるというものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−３３０４５９号公報

しかしながら、上記従来の光源装置においては、励起光源の点灯時および非点灯時のいずれにおいても光源装置で得られる光は、蓄光蛍光体が放出する光と、該蓄光蛍光体から放出された光で励起された通常蛍光体が放出する光が混合された白色光である。

つまり、光源装置の同一面からは、励起光源の点灯時および非点灯時のいずれにおいても同一色調の光しか照射されず、光源装置の同一面から放出される光の色調を変えることによる多色発光の演出は不可能である。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、光源の点灯時と非点灯時で同一面から異なる色調の光を得ることができる光源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、紫外線を発光する半導体発光素子を備えた紫外線光源と、前記紫外線光源からの照射光で励起されて可視光を放出する蛍光体層が形成された色変換フィルタを具備する面光源装置であって、前記色変換フィルタは、透明基材上に、前記紫外線光源からの照射光で励起されて可視光を放出する複数の残光性を有する蓄光蛍光体層と、前記紫外線光源からの照射光で励起されて可視光を放出する複数の残光性を有しない通常蛍光体層が形成されると共に、前記蓄光蛍光体層と前記通常蛍光体層は互いに異なる色調の光を放出し、前記蓄光蛍光体層は前記紫外光光源によって励起され青緑光を放出し、前記通常蛍光体層は前記紫外光光源によって励起され前記蓄光蛍光体層からの発光とは補色の関係にある赤色光を放出し、前記透明基材を縦横それぞれ所定の行列数からなる格子状領域に分割し、前記各格子状領域に前記蓄光蛍光体層または前記通常蛍光体層のうちいずれかの蛍光体層が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２記載された発明は、請求項１において、前記蓄光蛍光体層と前記通常蛍光体層の境界部に金属膜からなる非発光部が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記半導体発光素子がＬＥＤであることを特徴とするものである。

本発明の色変換フィルタを用いた光源装置は、紫外線光源の非点灯時でも光を出射することができると共に、１つの光出射面から紫外線光源の点灯時と非点灯時で異なる色調の光を出射させることができる。また、紫外線光源の点灯時の出射光の色調および紫外線光源の非点灯時の出射光の色調を容易に設定することができる。

その結果、少エネ化、災害時あるいは停電時の安全確保に寄与するものである。また、照明空間に対する演出効果を高めるものでもある。

また、各蛍光体層が無機物質の蛍光体で構成されているため、紫外線による蛍光体層の劣化、クラックの発生等が少なく、信頼性、光学的特性等の諸性能が安定している。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図７を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の色変換フィルタを用いた面光源装置の概略構成斜視図である。面光源装置１は紫外線を発する光源２と光源２の照射方向に配置された色変換フィルタ３によって構成されている。

光源２は図２の斜視図で示すように、紫外線発光ＬＥＤ素子４が金属ケース５内の底面６に導電性接合部材７を介してダイボンディングされて紫外線発光ＬＥＤ素子４の一方の電極と金属ケース５内の底面６に接続された第１リード８とが電気的に接続され、紫外線発光ＬＥＤ素子４の他方の電極と金属ケース５内の底面６から絶縁された第２リード９がＡｕワイヤ１０でワイヤボンディングされて電気的に接続されている。

そして、紫外線発光ＬＥＤ素子４の上方にはガラスカバー１１が金属ケース５に嵌合されて紫外線発光ＬＥＤ素子４を外部環境から隔離している。なお、紫外線発光ＬＥＤ素子４はピーク発光波長が３００ｎｍ〜４６０ｎｍのスペクトル分布を有している。

図１に戻って、色変換フィルタ３は、ガラス基板１２上に紫外線に励起されて青緑色光を放出する、残光性を有する蓄光蛍光体層１３と、同様に紫外線に励起されて青緑色光と補色関係にある赤色光もしくは橙色光を放出する、残光性を有しない通常蛍光体層１４がそれぞれ重ならないように分散配置されている。

分散配置は、ガラス基板１２を縦横それぞれ所定の行列数からなる格子状に分割し、各格子領域に蓄光蛍光体層１３および通常蛍光体層１４のうちいずれかの蛍光体層を形成する。

各格子領域に対していずれの蛍光体層を形成するかは、まず、蓄光蛍光体層１３および通常蛍光体層１４を形成するそれぞれの蛍光体材料を設定すると共に、色変換フィタ３に紫外線光源２からの紫外線を照射したときに色変換フィルタ３から放出される光の色調を設定する。

次に、設定された色調の光を得るための、蓄光蛍光体層１３から放出される光と通常蛍光体層１４から放出される光の強度比を算出し、該光の強度比をガラス基板１２上に形成される蓄光蛍光体層１３と通常蛍光体層１４の総面積比とし、更に、該総面積比を格子領域数比に置き換える。

すると、ガラス基板１２上に配置する蓄光蛍光体層１３および通常蛍光体層１４のそれぞれについて格子領域数が決まる。そして、該格子領域数に基づいて乱数によって蓄光蛍光体層１３および通常蛍光体層１４の配置位置を決定し、ガラス基板１２上の所定の領域に所定の蛍光体層を所定の方法で形成して色変換フィルタ３を得る。

本実施形態においては、ガラス基板１２を縦横それぞれ５行５列からなる２５個の格子領域に分割し、そのうち１８個の格子領域に蓄光蛍光体層１３を配置し、７個の格子領域に通常蛍光体層１４を配置するようにした。

そして、蓄光蛍光体層１３を、ニトロセルロース１ｗｔ％程度を酢酸ブチルに溶かしたバインダーに波長５２０ｎｍ付近にピーク発光波長を有する青緑色発光のＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ，Ｄｙをそれぞれ等量分散してスラリーとし、該スラリーに結着剤としてアルミナまたは酸化ホウ素の微粒子を１ｗｔ％程度添加したものを、蓄光蛍光体層用スクリーンマスクを使用してガラス基板１２上にスクリーン印刷し、印刷された蓄光蛍光体層１３を有するガラス基板１２を８０℃で３０分程度加熱して蓄光蛍光体層１３を乾燥させる。

次に、通常蛍光体層１４を、同様に上述のようにニトロセルロース１ｗｔ％程度を酢酸ブチルに溶かしたバインダーに波長６３０ｎｍ付近にピーク発光波長を有する赤色発光の（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕをそれぞれ等量分散してスラリーとし、該スラリーに結着剤としてアルミナまたは酸化ホウ素の微粒子を１ｗｔ％程度添加したものを、通常蛍光体層用スクリーンマスクを使用してガラス基板１２上にスクリーン印刷し、印刷された蓄光蛍光体層１３および通常蛍光体層１４を有するガラス基板１２を８０℃で３０分程度加熱して通常蛍光体層１４を乾燥させ、その後５００℃の炉で５分間加熱してニトロセルロースを昇華させてガラス基板１２上への蓄光蛍光体層１３および通常蛍光体層１４の成層が完成する。

なお、蓄光蛍光体層１３および通常蛍光体層１４の成層前に、蓄光蛍光体層１３と通常蛍光体層１４の境界となる部分にＡｌなどの金属膜を蒸着やホトリソ等の方法によって非発光部２０を形成し、隣り合う異なる種類の蛍光体層から放出された光同士が交じり合って境界部分の色合いが鮮やかさを失わないようにすることも可能である。

そして、光源２が点灯すると、該光源２の上方に位置する上記色変換フィルタ３に紫外線光源２から紫外線が照射され、蓄光蛍光体層１３からは紫外線に励起されて青緑色光が放出されると共に、通常蛍光体層１４からは同様に紫外線に励起されて赤色光が放出される。

その結果、蓄光蛍光体層１３からの青緑色光と通常蛍光体層１４からの、青緑色光と補色関係にある赤色光が混合されて図３に示すスペクトル分布を有する白色光となり、該白色光が面光源装置の光源２点灯時における光源光となる。

一方、光源２が消灯すると、残光性を有する蓄光蛍光体層１３からのみ図４に示すスペクトル分布を有する青緑色光が放出され、該青緑色光が面光源装置の光源２非点灯時における光源光となる。

従って、面光源装置としては、面光源装置の光出射面から光源２の点灯時と非点灯時では異なる色調の光が出射されることになり、使用方法によって安全性を含めた実用性、意匠性を含めた演出性等の多様性に富んだ照明効果を発揮するものである。

なお、上述の実施形態においては、色変換フィルタを１つの紫外線光源で照射するようにしているが、図５に示すように、複数の紫外線光源２で照射するようにしてもよい。それによって、色変換フィルタ３に照射される紫外線の分布を均一化することができ、面光源装置１の光出射面における面内輝度均一性を高めることができる。

また、複数の紫外線光源２によって、より大面積の色変換フィルタ３を照射することが可能となり、面光源装置１の光出射面の大型化を図ることができる。

更に、上述の実施形態においては、ガラス基板１２上に配置する青緑色発光の蓄光蛍光体層１３と赤色発光の通常蛍光体層１４の格子領域数の比率を１８：７としているが、この比率は、蓄光蛍光体層１３が放出する光が青〜緑の波長成分からなるブロードなスペクトル分布を有しており、この青緑色光の補色関係にある赤色光を放出する通常蛍光体層１４を用いたときに、蓄光蛍光体層１３から放出される青緑色光と通常蛍光体層１４から放出される赤色光によって所望の白色が得られるように設定されたものである。

従って、蓄光蛍光体層１３と通常蛍光体層１４の格子領域数の比率は、それぞれの蛍光体層から放出される光の色調、およびそれぞれの蛍光体層から放出される光の混合光に求められる色調を実現するための強度比等に基づいて決定される。

また、補色関係にある色調の光を放出する２つの蛍光体層のそれぞれは、必ずしも１種類の蛍光体によって形成されるものではなく、複数種の蛍光体を混合して１つの蛍光体層を形成してもよい。

図６は所謂表面実装型のパッケージ１５に紫外線発光ＬＥＤ素子４を実装し、該紫外線発光ＬＥＤ素子４の上方に、蓄光蛍光体層１３と通常蛍光体層１４が形成された色変換フィルタ３を配置し、該紫外線発光ＬＥＤ素子４を封止する透光性樹脂１６によってパッケージ１５に固定したものである。

このタイプの面光源装置は、比較的小型化された光源装置となるために、特にスペースの小さい場所でも容易に実装でき、面光源装置を搭載する各種機器類の高い設計自由度を確保することが可能となる。

図７は、自動車のボンネットに装着されるエンブレム１７に応用した例である。紫外線光源２を透明部材で覆い、表示部１８に青緑色発光の蓄光蛍光体層１３と赤色発光の通常蛍光体層１４を形成し、表示部１８以外の部分を遮光部１９とする。

すると、夜間のランプ点灯走行時にはエンブレム１７の表示部１８からは、蓄光蛍光体層１３からの青緑色光と通常蛍光体層１４からの赤色光の混合による白色光が出射され、ランプ非点灯時には残光性の蓄光蛍光体層１３からの青緑色光が出射される。そこで、駐車場において多数の車の中からエンブレムの青緑色光を頼りに自分の車を容易に見つけることができる、という活用方法も考えられる。

以上説明したように、本発明の色変換フィルタを用いた面光源装置は、光源非点灯時（電源非供給時）でも光を出射することができると共に、１つの光出射面から光源点灯時（電源供給時）と光源非点灯時で異なる色調の光を出射させることができる。また、光源点灯時の出射光の色調および光源非点灯時の出射光の色調を容易に設定することができる。

そのため、少エネ化、災害時あるいは停電時の安全確保に寄与するものである。また、照明空間に対する演出効果を高めるものでもある。

本発明の面光源装置に係わる実施形態の概略構成斜視図である。本発明の面光源装置に係わる実施形態を構成する光源の斜視図である。本発明の面光源装置に係わる実施形態の出射光のスペクトル分布である。同じく、本発明の面光源装置に係わる実施形態の出射光のスペクトル分布である。本発明の面光源装置に係わる他の実施形態の概略構成斜視図である。同じく、本発明の面光源装置に係わる他の実施形態の概略構成断面図である。本発明の面照明装置の応用例を示す概略構成斜視図である。

符号の説明

１面光源装置
２光源
３色変換フィルタ
４紫外線発光ＬＥＤ素子
５金属ケース
６底面
７導電性接合部材
８第１リード
９第２リード
１０Ａｕワイヤ
１１ガラスカバー
１２ガラス基板
１３蓄光蛍光体層
１４通常蛍光体層
１５パッケージ
１６透光性樹脂
１７エンブレム
１８表示部
１９遮光部
２０非発光部

Claims

紫外線を発光する半導体発光素子を備えた紫外線光源と、
前記紫外線光源からの照射光で励起されて可視光を放出する蛍光体層が形成された色変換フィルタを具備する面光源装置であって、
前記色変換フィルタは、透明基材上に、前記紫外線光源からの照射光で励起されて可視光を放出する複数の残光性を有する蓄光蛍光体層と、
前記紫外線光源からの照射光で励起されて可視光を放出する複数の残光性を有しない通常蛍光体層が形成されると共に、
前記蓄光蛍光体層と前記通常蛍光体層は互いに異なる色調の光を放出し、
前記蓄光蛍光体層は前記紫外光光源によって励起され青緑光を放出し、
前記通常蛍光体層は前記紫外光光源によって励起され前記蓄光蛍光体層からの発光とは補色の関係にある赤色光を放出し、
前記透明基材を縦横それぞれ所定の行列数からなる格子状領域に分割し、前記各格子状領域に前記蓄光蛍光体層または前記通常蛍光体層のうちいずれかの蛍光体層が形成されていることを特徴とする色変換フィルタを用いた面光源装置。
前記蓄光蛍光体層と前記通常蛍光体層の境界部に金属膜からなる非発光部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の色変換フィルタを用いた面光源装置。
前記半導体発光素子がＬＥＤであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の色変換フィルタを用いた面光源装置。