JP6163754B2 - 発光装置に用いるバンドパスフィルタおよびこれを用いた発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に用いるバンドパスフィルタ、とりわけ発光素子と、発光素子からの光により励起されて発光する蛍光体とを含む蛍光体含有層とを有する発光装置に用いるバンドパスフィルタおよび当該バンドパスフィルタを用いた発光装置に関する。
一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、レーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等の発光素子を用いた発光装置は、小型で発光効率（電力効率）がよく、鮮やかな色を発光することで知られている。
これらの発光素子の発する光のスペクトルは、一般的に、狭いスペクトル波長範囲にピークを有している。これに対して、例えば、照明器具、ディスプレイ等のような、色の見え方を重視する用途に用いる発光装置については、演色性が高い光を発光することが求められており、例えば白色光のように相対的に広いスペクトルを有する光を発光することが求められている。
このため、このような用途に用いられる、発光素子を用いた多くの発光装置は、例えば緑色蛍光体、黄色蛍光体および赤色蛍光体から選択される１種類以上の蛍光体を含む蛍光体含有層を有している。そして、蛍光体は発光素子からの光を吸収し異なる波長（異なる色）に変換した光を発する。この結果、発光素子から発光され蛍光体に吸収されずに蛍光体含有層を通過した光と、蛍光体により変換されて蛍光体含有層から出た光とが混合されることで広いスペクトルの光を得ている。
しかし、このような蛍光体含有層を設けると発光素子から出た光の一部は、蛍光体含有層の表面で反射され、蛍光体含有層内に進入しないため発光装置が外部に発する光の輝度に貢献しない。すなわち、発光装置の効率が低下する。
また、蛍光体による発光の一部は、蛍光体含有層の出射面と反対側の面、すなわち発光素子側の面から出てしまい、発光装置が外部に発する光の輝度に貢献しない。すなわち、発光装置の効率が低下する。
このような、発光装置の効率低下を防止するため、特許文献１に記載されているように、蛍光体含有層の発光素子側の面（または発光素子と対向する面）に特定の波長域の光を優先的に透過するバンドパスフィルタを形成する方法が知られている。
バンドパスフィルタは、少なくとも２種類の誘電体層より成る多層膜であり、発光素子が発する光に対しては高い透過率（すなわち、低い反射率）を有し、発光素子の光により励起された蛍光体が発する光に対しては低い透過率（すなわち、高い反射率）を有している。
このため、発光素子からの光のうち、バンドパスフィルタの表面で反射する光の量は、バンドパスフィルタを用いない場合に蛍光体含有層の表面で反射する光の量より少なくなり、また、バンドパスフィルタに進入した光のほとんどがそのまま蛍光体含有層に進入する。従って、より多くの発光素子からの光を蛍光体含有層に導くことができる。
さらに、蛍光体により励起された光のうち、蛍光体含有層の発光素子側の面から出た光の多くは、バンドパスフィルタの表面で反射して蛍光体含有層内に戻っていく。
この結果、バンドパスフィルタを設けた発光装置は、高い発光効率を得ることができる。
特開２０１０−１０８９６５号公報
しかし、これらの発光装置を用いた照明装置、ディスプレイ等の多くの用途では、従来にも増してエネルギー使用量の削減（省エネルギー）および小型・軽量化が求められており、発光装置についてもよりいっそうの発光効率の向上が求められている。
本発明は、このような要求に応えるべく為されたものであり、発光装置に用いることにより発光効率をよりいっそう高くすることができる、発光装置用バンドバスフィルタおよび、当該バンドパスフィルタを用いることでよりいっそう高い発光効率を得ることができる発光装置を提供することを目的とする。
本発明の態様の１つは、基板と、該基板上に配置された発光素子と、少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体含有層と、該蛍光体含有層の前記発光素子側の面上に配置され、第１の誘電体層と該第１の誘電体層の上に配置された第２の誘電体層とをそれぞれ複数含む多層膜から成るバンドパスフィルタと、を有し、該バンドパスフィルタは、前記発光素子の発光ピーク波長の光に対して、入射角０°〜８５°の間での透過率が６０％以上であり、前記少なくとも１種類の蛍光体の発光ピーク波長の光に対して、入射角が前記バンドパスフィルタのブリュースター角＋５°〜８５°での透過率が４０％以下であることを特徴とする発光装置である。
本発明の別の態様は、発光素子と蛍光体とを含む発光装置に用いるバンドパスフィルタであって、第１の誘電体層と該第１の誘電体層の上に配置された第２の誘電体層とをそれぞれ複数含む多層膜から成なり、波長４２０〜４６０ｎｍの間のいずれかの波長において、入射角が０°〜８５°の間での透過率が６０％以上であり、波長５２０〜５８０ｎｍの間のいずれかの波長において、ブリュースター角＋５°〜８５°での透過率が４０％以下であることを特徴とするバンドパスフィルタである。
本発明の発光装置用バンドバスフィルタを用いた発光装置は、より高い発光効率を得ることが可能となる。
図１は、本願発明に係るバンドパスフィルタ１０を用いた発光装置１００を示す概略断面図である。 図２は、バンドパスフィルタ１０に進入する発光素子６の光の入射角について説明する模式図である。 図３は、入射角０°近傍の領域と入射角９０°近傍の領域を立体角で模式的に示した図である。 図４（ａ）は、本発明に係るバンドパスフィルタの反射率の計算結果を例示するグラフであり、図４（ｂ）は発光素子のスペクトルの例である青色ＬＥＤのスペクトル（図中のＡ）と蛍光体の発光スペクトルの例であるＹＡＧ系蛍光体のスペクトル（図中のＢ）を示す模式図である。 図５（ａ）は、図４において、入射角度が０°の部分の反射率を示すグラフであり、図５（ｂ）は、図４において入射角度が４５°の部分の反射率を示すグラフである。 図６（ａ）は、図４において、入射角度が６０°の部分の反射率を示すグラフであり、図６（ｂ）は、図４において入射角度が８０°の部分の反射率を示すグラフである。 図７は、従来のバンドパスフィルタの反射率の計算結果を例示するグラフである 図８（ａ）は、図７において、入射角度が０°の部分の反射率を示すグラフであり、図８（ｂ）は、図７において入射角度が４５°の部分の反射率を示すグラフである。 図９（ａ）は、図７において、入射角度が６０°の部分の反射率を示すグラフであり、図９（ｂ）は、図７において入射角度が８０°の部分の反射率を示すグラフである。 図１０は、図４（ａ）に計算結果を示す本願発明に係るバンドパスフィルタの各層の厚さを示す表である。 図１１は、図７に計算結果を示す従来のバンドパスフィルタの各層の厚さを示す表である。 図１２は、図４（ａ）に示したバンドパスフィルタ１０の反射率をＰ偏光とＳ偏光に分けて示した図であり、図１２（ａ）はＰ偏光の反射率を示し、図１２（ｂ）はＳ偏光の反射率を示す。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
（１）発光装置１００の概略
図１は、本願発明に係るバンドパスフィルタ１０を用いた発光装置１００を示す概略断面図である。
発光装置１００は、本発明に係るバンドパスフィルタを用いた発光装置の構成を例示すものである。従って、本発明に係るバンドパスフィルタおよび発光装置の構成は、図１に記載された構成に限定されるものではなく、請求項により規定される本発明の技術的特徴を満足する限り任意の構成を有してよい。
発光装置１００では、基板２の上に、例えば青色ＬＥＤのような発光ダイオード等の発光素子６が配置されている。より詳細には、基板２の上面には、図示しない、例えば金属膜等で形成された、配線（または回路）が設けられており、この配線と発光素子の電極４Ａ、４Ｂ（例えば、電極４Ａが正極であり、電極４Ｂが負極）が電気的に接続されている。これにより発光素子６は発光することができる。
発光素子６の上には、必要に応じて設けられる接触層８を介して、バンドパスフィルタ１０が配置されている。
図１に示す実施形態では発光素子６が複数配置されており、これら複数の発光素子６の全てを覆うように１つのバンドパスフィルタ１０が配置されている。
しかし、この形態に限定されるものではなく、例えば、発光素子６は１つであってもよい。また、複数の発光素子６と、１つまたは複数（全ての発光素子６ではなく、複数の発光素子６の一部（例えば、１２個の発光素子６のうちの３個の発光素子６））を覆う複数のバンドパスフィルタ１０を配置してよい。
バンドパスフィルタ１０の上には、バンドパスフィルタ１０と接触して蛍光体含有層１２が配置されている。
蛍光体含有層１２は、例えば、緑色蛍光体、黄色蛍光体および赤色蛍光体から選択される１種類以上のような、詳細を後述する蛍光体を含有している。
バンドパスフィルタ１０の上面と蛍光体含有層１２の下面とはその界面全体に亘って隙間無く互いに接触していることが好ましい。バンドパスフィルタ１０を通過し、図１の上方向に向かう発光素子からの光をより確実に蛍光体含有層１２に進入させることができ、また、蛍光体含有層１２内の蛍光体が発光素子からの光を吸収し（すなわち、発光素子からの光で励起され）発光した波長の長い光（波長変換された光）のうち、バンドパスフィルタ１０の上面で反射された光をより確実に蛍光体含有層１２に進入させることができるからである。
そして、発光装置１００は、必要に応じて、発光素子６とバンドパスフィルタ１０と蛍光体含有層１２の側面を取り囲む樹脂パッケージ１４を有してよい。樹脂パッケージ１４を用いる場合、樹脂パッケージ１４は、種々の樹脂を用いることができるが、なかでも発光素子６からの光および蛍光体含有層１２にて波長変換された光を反射するような光反射性の樹脂を用いることが好ましい。
（２）バンドパスフィルタ１０
以下に、本発明に係るバンドパスフィルタ１０の詳細を説明する。
バンドパスフィルタ１０は、２種類以上の誘電体層を積層した多層膜である。図１に示す実施形態では、第１の誘電体層１０Ａと、第１の誘電体層１０Ａを形成する誘電体（第１の誘電体）とは異なる種類の誘電体（第２の誘電体）からなる成る第２の誘電体層１０Ｂとが交互に積層されて形成されている。図１では、構成の理解を容易にするために、第１の誘電体層１０Ａと第２の誘電体層１０Ｂとをそれぞれ２層ずつ、合計４層示しているが、此に限定されるものではなく、例えば第１の誘電体層１０Ａと第２の誘電体層１０Ｂとを交互にそれぞれ１０層以上（合計２０層以上）積層する等、任意の数だけ積層を行ってよい。
また、バンドパスフィルタ１０の構成は、図１に記載した実施形態に限定されるものではなく、第１の誘電体層１０Ａと第１の誘電体層１０Ａの上に配置された第２の誘電体層１０Ｂとをそれぞれ複数含む多層膜である限り任意の形態であってよい。例えば、第１の誘電体層１０Ａおよび第２の誘電体層１０Ｂに加えて、第１の誘電体および第２の誘電体と異なる種類の誘電体（第３の誘電体）から形成された第３の誘電体層とを、順に繰り返して積層した多層膜のような構成であってよい、
そして、バンドパスフィルタ１０は、発光素子６の発光ピーク波長の光（発光素子の発光スペクトルのピーク波長と同じ波長を有する光）に対して、入射角０°〜８５°の間での透過率が６０％以上である。
そして、また、蛍光体含有層１２に含まれる蛍光体（蛍光体含有層１２が複数種類の蛍光体を含む場合は、それらの中の少なくとも１種類）の発光ピーク波長の光（蛍光体の発光スペクトルのピーク波長と同じ波長を有する光）に対して、入射角がバンドパスフィルタ１００のブリュースター角＋５°〜８５°での透過率が４０％以下である。
発光装置に用いる従来のバンドパスフィルタでは、透過率を設定する際に、入射角０°における透過率を用いていた。つまり、例えば特許文献１の図１に示されるように、入射角が０°の光（すなわち、バンドパスフィルタの表面に対して垂直な方向から入射する光）に対する、波長と透過率との関係を得て、例えば青色ＬＥＤのような発光素子の発光ピーク波長での透過率を例えば９０％程度以上とし、蛍光体の発光ピーク波長での透過率を０％近く（例えば５％以下）としている。
しかし、本願発明者らは鋭意検討した結果、０°だけでなく、上記のように、より広い入射角範囲における透過率を規定したバンドパスフィルタを用いることで発光装置の発光効率をより高めることができることを見出したのである。
以下にその詳細を説明する。
以下の説明では、理解を容易にする具体例として、発光素子６として青色ＬＥＤを用い、蛍光体含有層１２が含む蛍光体として、黄色蛍光体であるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）を用いた例を示す。青色ＬＥＤは一般的に、４２０ｎｍ〜４６０ｎｍの間に発光ピーク波長を有し、ＹＡＧ系蛍光体は一般的に、５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの間に発光ピーク波長を有している。
しかし、これらの例は、本発明に発光素子６および蛍光体含有層１２に含まれる蛍光体の種類を限定するものではない。
図２は、バンドパスフィルタ１０に進入する発光素子６の光の入射角について説明する模式図である。
バンドパスフィルタ１０に入射する光の入射角とは、バンドパスフィルタ１０の表面（入射側表面）に垂直な法線Ｃと、入射する光の為す角を意味する。
図２において、発光素子６の上の点６０より出射した光は、あらゆる方向に拡がっていく。矢印Ａは、バンドパスフィルタ１０の法線Ｃと平行な方向、すなわち入射角０°でバンドフィルタフィルタに入射する光を示す。矢印Ｂは、バンドパスフィルタ１０の法線Ｃに対して角度θ０、すなわち入射角θ０（°）でバンドフィルタフィルタに入射する光を示す。
発光素子６上の点６０を出た光は、あらゆる方向に広がる。このため発光素子６（点６０）からのバンドパスフィルタ１０に入射する光の入射角θ０は、０°〜９０°までの範囲となる。すなわち、図２に矢印Ａで示すように入射角が０°でバンドパスフィルタ１０に進入する光は、発光素子６からバンドパスフィルタ１０に進入する光の一部でしかない。そして、喩え同じ波長の光を、同じ物質の表面に照射しても入射角度が異なると透過率は異なる。
これは、蛍光体含有層１２の蛍光体による発光（波長変換された光）であって、バンドパスフィルタ１０の上面（出射側の表面）に達した光についても同じである。
また、蛍光体により発せられる光は、一般的に指向性がなく、あらゆる方向に概ね均一に広がることから、入射角が高角度側となる光の比率が相当程度高くなる傾向にある。
図３は、入射角０°近傍の領域と入射角９０°近傍の領域を立体角で模式的に示した図である。図３からも判るように、入射角が大きくなるほどその領域が広くなり、従って、蛍光体が比較的均一に分布し、かつ蛍光体から光に指向性がない場合、入射角度が大きい領域からの光量の方が、入射角度が小さい領域からの光量より大きくなることが判る。
本願発明者らは、この点に注目することにより、本発明に係るバンドパスフィルタに到達したものである。
すなわち、発光素子からの光を十分に透過するようにバンドパスフィルタを構成する。この場合、発光素子の発光の波長領域（例えば、ピーク波長）において、入射角度の大きい光の透過率を高くすると、発光素子の波長よりも波長の長い光において、入射角度の値が小さい光の透過率も高くなる。
これは、バンドパスフィルタの誘電体層の光学膜厚を示す下記（１）式において、入射角屈折角θ０が大きくなるとθも大きくなり、光学膜厚は薄くなる。この結果、入射角θ０大きいと、光学特性が短波長側にシフトするためである。
光学膜厚ｄｏｐｔ＝ｎ×ｄ×ｃｏｓθ （１）

ここで、ｎは光が入射する誘電体層の屈折率であり、ｄは光が入射する誘電体層の膜厚であり、θは、誘電体層に入射した光の屈折角である。
このことは、すなわち、発光素子の波長領域において、入射角度の大きな領域の透過率を大きくすると、例えば蛍光体の発光のような波長の長い光の透過率が高くなってしまうことを意味する。
これは、一見すると蛍光体からの光がバンドパスフィルタ１０で反射されずに透過してしまうため、発光装置の発光効率を低下させるようにも思える。しかし、上述したように、蛍光体による発光の多くは、比較的高い入射角度でバンドパスフィルタ１０の上面に達することから、発光素子の発光について、広い入射角度範囲で透過率を高くしたことによる効果の方が勝り、発光装置全体としては発光効率をより高くできる。
すなわち、従来は、入射角０°において、発光素子の発光波長に対し、より高い透過性を有し、且つ蛍光体による変換光の波長に対し、より高い反射率を有するように、バンドパスフィルタを設計していた。しかし、この条件を満足するように設計することは、結局、発光素子の発光波長に関して、入射角の大きい領域での透過率が十分でないこと、そして、喩え、蛍光体変換光の波長領域の一部（例えば、短波長側でかつ低入射角側）の反射率が低くなっても（透過率が高くなっても）、発光素子の発光波長の領域において、低入射角から高入射角の広い角度範囲において、高い透過率が得られるようにバンドパスフィルタを設計することで、発光装置全体として、高い発光効率（光取り出し効率）が得られることを本願発明者らが初めて見出したのである。
このような特性を有するバンドパスフィルタ１０は、各種の方法において、得ることができる。例えば、以下に詳細を示すように、シミュレーションにより適切なバンドパスフィル１０の構成を決定することができる。
複雑な構成の光学多層膜の光学特性をシミュレーションするための光学薄膜設計プログラムは多数存在し、それらの中から適当なものを選択することでバンドパスフィルタの光学特性を計算により求めることができる。このような、光学薄膜設計プログラムの１つとして、Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃ．製のＥｓｓｅｎｔｉａｌ Ｍａｃｌｅｏｄを例示できる。本明細書において示すシミュレーション結果は全てＥｓｓｅｎｔｉａｌ Ｍａｃｌｅｏｄを用いて得たものである。
具体的な手順としては、多層膜を構成する材料（屈折率）および層数をパラメータとして変化させて、所望の入射角度および波長域における反射率（透過率）が所定の範囲内に入る条件を見出すまでシミュレーションを繰り返す。
上述のように、発光素子の発光波長の領域では、入射角度が低角度から高角度までの広い範囲において高い透過率を得て、一方、蛍光体変換光の波長領域については、例えば入射角度が低い領域でかつ波長が比較的に短い領域等の一部の領域については、反射率が低くなることを許容しながら、例えば、入射角度が高い領域等の特定領域については反射率が高くなる条件を、パラメータを変化させながら見い出すことにより、本発明に係るバンドパスフィルタ１０の構成を得ることができる。
次に、このような方法により実際にバンドパスフィルタの反射率を入射角度と波長とを変えて計算した例を示す。
図４（ａ）は、本発明に係るバンドパスフィルタの反射率の計算結果を例示するグラフであり、図４（ｂ）は発光素子のスペクトルの例である青色ＬＥＤのスペクトル（図中のＡ）と蛍光体の発光スペクトルの例であるＹＡＧ系蛍光体のスペクトル（図中のＢ）を示す模式図である。図５（ａ）は、図４において、入射角度が０°の部分の反射率を示すグラフであり、図５（ｂ）は、図４において入射角度が４５°の部分の反射率を示すグラフである。図６（ａ）は、図４において、入射角度が６０°の部分の反射率を示すグラフであり、図６（ｂ）は、図４において入射角度が８０°の部分の反射率を示すグラフである。図７は、従来のバンドパスフィルタの反射率の計算結果を例示するグラフである。図８（ａ）は、図７において、入射角度が０°の部分の反射率を示すグラフであり、図８（ｂ）は、図７において入射角度が４５°の部分の反射率を示すグラフである。図９（ａ）は、図７において、入射角度が６０°の部分の反射率を示すグラフであり、図９（ｂ）は、図７において入射角度が８０°の部分の反射率を示すグラフである。
なお、図４（ａ）、図５〜図９は、反射率の計算結果を示しているが、反射率（％）と透過率（％）とは足すと１００％となる関係にあり（吸収を無視できるため）、従って、１００％から反射率（％）を引くと透過率（％）となる。
また、図４（ａ）と図７では、横軸が波長を示し、縦軸が入射角を示しており、この波長範囲および入射角度範囲における反射率の違いを容易に理解できるようにシミュレーション結果をカラーで出力している。本願明細書に添付した図は、白黒であることから、より正確にシミュレーション結果を理解できるようにカラーのシミュレーション結果を物件提出書として提出した。必要に応じて当該物件提出書も参照されたい。
図４（ａ）に反射率の計算結果を示す本願発明に係るバンドパスフィルタ１０では、第１の誘電体１０Ａとして酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を、第２の誘電体１０Ｂとして五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）を順に合計で５９層積み重ねた。一方、図７に計算結果を示す従来のバンドパスフィルタも第１の誘電体として酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を、第２の誘電体として五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）を順に合計で４９層積み重ねた。これらの材料は、発光素子のピーク波長を含む４２０〜４６０ｎｍの間のいずれかの波長および蛍光体の発光ピーク波長を含む５２０〜５８０ｎｍの間の波長の光をほとんど吸収しないものである。このように、発光素子６のピーク波長の光および蛍光体含有層が含有する蛍光体の少なくとも１種の発光ピーク波長の光をほとんど吸収しない材料を選択すると、発光装置１００の発光効率を高くできるため好ましい、
しかし、これらの光を吸収する材料（例えば、吸収率が数〜数十％）を用いて、バンドパスフィルタ１０を構成してもよいが、光が吸収される分だけ、バンドパスフィルタ１０によりを透過する光の量および／またはバンドパスフィルタ１０によりを反射される光の量は減少する。
図１０は、図４（ａ）に計算結果を示す本願発明に係るバンドパスフィルタの各層の厚さを示す表である。図１１は、図７に計算結果を示す従来のバンドパスフィルタの各層の厚さを示す表である。
図１０および図１１において、番号１がバンドパスフィルタの蛍光体含有層１２側（バンドパスフィルタの上面側）の表面層であり、番号順に各層が下方向に向いて並び、番号の最も大きい（図１０では５９、図１１では４９）層がバンドパスフィルタの接触層８側（発光素子６側）の表面層である。
なお、図１０から判るように、図４（ａ）にシミュレーション結果を示すバンドパスフィルタ１０においては、蛍光体含有層１２側の最初の層（図１０の番号１の層）の厚さは他のいずれの層より厚くなっている。このように、バンドパスフィルタ１０の蛍光体含有層１２側の最初の層を他の層より厚くすると、発光素子６から出て、バンドパスフィルタ１０を透過し、蛍光体含有層１２に入射した光のうち、バンドパスフィルタ１０の方向に戻る光に対して、全反射角を設けることができ、全反射角以上の大きさの角度でバンドパスフィルタ１０の表面に入射した光を確実に反射して蛍光体含有層１２側に戻すことができるため好ましい。なお、蛍光体含有層１２側の最初の層は、その屈折率が蛍光体含有層１２の屈折率よりも低くなるように構成されている限り、他のいずれの層と材料が異なっていてもよい。
そして、第１の誘電体層（ＳｉＯ２）の屈折率を１．４８、第２の誘電体層（Ｎｂ２Ｏ５）の屈折率を２．３８とし、波長４２５〜５００ｎｍの光が入射角０°〜４５°（１５°間隔）および６０°〜８０°（１０°間隔）において高い透過率を有し、波長５５０〜７００ｎｍの光が入射角０°〜４５°（１５°間隔）および６０°〜８０°（１０°）の範囲の内特に高角度側において高い反射率を有する適正な膜構成になるように多層膜設計を行った。
入射角度が０°の場合の反射率を示す、図５（ａ）と図８（ａ）とを比べただけだと、図５（ａ）に示す本発明のバンドパスフィルタ１０では、図４（ｂ）のスペクトルＡに示す青色ＬＥＤのピーク波長である４４５ｎｍ近傍では、反射率は０〜３％程度、図４（ｂ）のスペクトルＢに示すＹＡＧ系蛍光体のピーク波長である５５５ｎｍ近傍では、反射率は１０〜２０％程度であり、図８（ａ）に示す従来のバンドパスフィルタでは、波長４４５ｎｍ近傍での反射率は０〜３％程度、波長５５５ｎｍ近傍での反射率は９５〜９７％程度となっており、一見すると波長５５５ｎｍ近傍での反射率が高い従来のバンドパスフィルタの方が優れているようにも見える。
しかし、図４（ａ）、図５（ａ）、（ｂ）および図６（ａ）、（ｂ）から判るように本発明に係るバンドパスフィルタ１０は、波長４４５ｎｍでは、入射角０°〜８５°の範囲において、最も反射率が大きい部分でも４０％以下（従って、透過率６０％以上）であり、入射角０°〜８５°の大部分の範囲（入射角０°〜８５°の少なくとも８０％以上の範囲）において、反射率が１０％以下（透過率が９０％以上）となっている。
なお、ここで入射角が０°〜８５°としたのは、入射角が８５°を超えるとほとんど水平に入射することから、不可避的な透過率の低下を生ずるためであり入射角０°〜８５°の範囲とは、実用的には全角度範囲であることを意味する。
これに対して、図７に反射率を示す従来のバンドパスフィルタでは、図７および図９（ａ）、（ｂ）から判るように、入射角度が５０°を超えると反射率が５０％以上（透過率５０％以下）、入射角度が７０°以上の領域では８０％程度以上（透過率２０％以下）となっている。
これらの結果より本発明に係るバンドパスフィルタ１０の優位性が明らかである。
図４（ａ）に示した実施形態では、図４（ａ）中に「（１）」で示した領域、すなわち波長が４２０〜４６０ｎｍの範囲に亘って、入射角０°〜８５°の範囲において、最も反射率が大きい部分でも４０％以下（従って、透過率６０％以上）であり、入射角０°〜８５°の大部分の範囲（入射角０°〜８５°の少なくとも８０％以上の範囲（領域（１）における面積比））において、反射率が１０％以下（透過率が９０％以上）となっている。すなわち、これは一般的な青色ＬＥＤピーク波長範囲を概ねカバーし、従って、一般的な青色ＬＥＤのスペクトルの強度の高い範囲を相当程度カバーしている。
図４（ａ）は、発光素子として青色ＬＥＤを用いた場合を示すが、例えば紫外線ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ等の青色ＬＥＤ以外の任意の発光素子についても上述のようなシミュレーションを行うことで、当該発光素子のピーク波長について、入射角０°〜８５°の範囲内で最も反射率が大きい部分でも４０％以下（従って、透過率６０％以上）であり、入射角０°〜８５°の大部分の範囲（入射角０°〜８５°の少なくとも８０％以上の範囲）において、反射率を１０％以下（透過率が９０％以上）とすることができる。
また、領域（１）のような領域全体を評価する指標として平均透過率を用いることができる。平均透過率とは、例えば領域（１）のように特定の波長範囲および入射角度範囲全体の透過率を示す指標であり、シミュレーション上は該当範囲の透過率の値を平均することで求めることができ、また実際のバンドパスフィルタにおいては分光光度計（例えば、日本分光株式会社製の分光光度計Ｖ−５５０およびＡＲＭ−５００Ｖ）などにより測定し、求めることができる。
この平均透過率を用いた場合の好ましい実施形態の１つは、発光素子６の発光スペクトルにおいて、その発光強度がピーク強度の２０％以上（好ましくは５％以上、より好ましくは１％以上）となる波長範囲に対して、バンドパスフィルタ１０は、入射角度０°〜７５°（好ましくは０〜８０°、より好ましくは０〜９０°）の角度範囲の平均透過率が８０％%以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上となっている。
一方、波長５５５ｎｍ近傍では、本発明に係るバンドパスフィルタ１０は、入射角度０°〜３０°の間では反射率が４０％以下（透過率６０％以上）となっている。しかし、入射角度が概ね３０°以上、すなわち光量の多い領域では、本願発明に係るバンドパスフィルタ１０と従来のバンドパスフィルタとの間に反射率（透過率）の大きな差は認められず、どちらも反射率が少なくとも５０％以上となっている。また、入射角度が７０°以上だと両者とも大部分の範囲（入射角７０°以上の少なくとも８０％以上の範囲）において、反射率が９５％以上（透過率が５％以下）となっている。
次にブリュースター角近傍での反射率（透過率）について説明する。
ブリュースター角θＢは以下の（２）式から求めることができる。

θＢ＝Ａｒｃｔａｎ（ｎ２／ｎ１） （２）

ここで、ｎ１は、接触層８（バンドパスフィルタ１０の入射側表面と接触している層）の屈折率であり、ｎ２は蛍光体含有層１２（バンドパスフィルタ１０の出射側表面と接触している層）の屈折率である。
なお、図１に示す発光装置１００は、接触層８が、バンドパスフィルタ１０の入射側（発光素子側）表面と接触する層となっているが、接触層８を有しない発光装置ではバンドパスフィルタ１０の入射側表面と接触している層は、接触層以外の層、例えば発光素子の基板（サファイア基板、窒化ガリウム基板等）等となる。
図４（ａ）の入射角６３°に点線で示したのは図４（ａ）の実施形態に係るバンドパスフィルタ１０のブリュースター角θＢである。
ブリユースター角θＢとは、屈折率の異なる層の界面で反射される光が完全に偏光となる入射角度である。屈折率の異なる２つの層（誘電体層）の界面に、ある入射角で光が入射する時、入射面（層の表面）に平行な偏光成分Ｐ偏光と、入射面（層の表面）に垂直な偏光成分Ｓ偏光では反射率が異なる。Ｐ偏光は入射角がブリュースター角θＢで反射率が０％（透過率が１００％）となり、その後増加する。一方、Ｓ偏光は単調に増加する。
すなわち、入射角がブリュースター角θＢである時は、Ｐ偏光が全て透過し、Ｓ偏光のみが反射に寄与することから、反射率は最大で５０％（透過率が少なくとも５０％）となる。
図１２は、図４（ａ）に示したバンドパスフィルタ１０の反射率をＰ偏光とＳ偏光に分けて示した図であり、図１２（ａ）はＰ偏光の反射率を示し、図１２（ｂ）はＳ偏光の反射率を示す。
図１２に示した実施形態では、図１２（ａ）から判るように、Ｐ偏光は、全ての波長範囲（３７０〜７９０ｎｍ）に亘り、ブリュースター角からプラスマイナス５°の範囲内で透過率が概ね９５％以上となっている。これに対して、Ｓ偏光は、ＹＡＧ系蛍光体等の多くの蛍光体のピーク波長だけでなく、発光のスペクトル範囲をカバーする４９０〜７９０ｎｍの範囲においてブリュースター角からプラスマイナス５°の範囲内のほとんどの領域で反射率が９５％以上となっている。
このようなブリュースター角θＢが存在することを鑑み、図４（ａ）に領域（２）、領域（３）および領域（４）を示した。
領域（２）は、その波長範囲がＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルの範囲に概ね対応した４９０〜６９０ｎｍであり、入射角の範囲がブリュースター角θＢ＋５°〜９０°の範囲を示す。この範囲ではかなりの部分が、反射率が９０％以上（透過率が１０％以下）であり、全ての部分で反射率が６０％以上（透過率が４０％以下）となっている。
このことは、また、バンドパスフィルタ１０は、入射角がブリュースター角θＢ＋５°〜８５°の範囲において、蛍光体含有層１２に含まれる蛍光体の少なくとも１種類が発する光のピーク波長（例えば、ＹＡＧ系蛍光体であれば、発光ピーク波長は、５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの間にある）の光に対して透過率が４０％以下であることを示している。
領域（２）と類似の領域に係る、好ましい実施形態を説明する。
本発明のバンドパスフィルタは、蛍光体含有層１２が含む蛍光体のうちの少なくとも１種類が発する光のスペクトル強度がピーク強度の２０％以上（好ましくは５％以上、より好ましくは１％以上）である波長範囲において、入射角が、θＢ＋（９０°−θＢ）／２〜９０°、好ましくはθＢ＋（９０°−θＢ）／４〜９０°、より好ましくはθＢ＋（９０°−θＢ）／８〜９０°の範囲の平均反射率が５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上とすることが可能である。
次に図４（ａ）に示す、領域（３）について説明する。
領域（３）は、その波長範囲がＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルの範囲に概ね対応した４９０〜６９０ｎｍあり、入射角の範囲がθＢ−５°〜θＢ＋５°の範囲を示す。この範囲ではかなりの部分の反射率が４０％〜５０％（透過率が５０〜６０％）となっている。
上述のように、ブリュースター角θＢでは、Ｐ偏光は反射しないことから、これらの反射率はＳ偏光の反射により得られるものである。すなわち、図１０（ｂ）からも判るように領域（３）におけるＳ偏光の反射率は、かなり部分で９０％以上となっている。
バンドパスフィルタ１０では、領域（３）内において、入射角がブリュースター角θＢと等しい場合は、反射率を４０％以上（透過率６０％以下）にすることができる。また、領域（３）内において、入射角がブリュースター角θＢと等しい場合は、Ｓ偏光の反射率を８０％以上（透過率２０％以下）、好ましくは、９０％以上（透過率１０％以下）とすることができる。
このことは、また、バンドパスフィルタ１０は、入射角がブリュースター角θＢと同じ角度の場合、蛍光体含有層１２に含まれる蛍光体の少なくとも１種類が発する光のピーク波長（例えば、ＹＡＧ系蛍光体であれば、発光ピーク波長は、５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの間にある）の光に対して透過率を６０％以下（反射率を４０％以上）にできることを示している。
領域（３）と類似の領域に係る、好ましい実施形態を説明する。
本発明のバンドパスフィルタは、蛍光体含有層１２が含む蛍光体のうちの少なくとも１種類が発する光のスペクトル強度がピーク強度の２０％以上（好ましくは５％以上、より好ましくは１％以上）である波長範囲において、入射角度がθＢ±（９０°−θＢ）／２、好ましくはθＢ±（９０°−θＢ）／４、θＢ±（９０°−θＢ）／８の範囲でＳ偏光の平均反射率が５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上とすることが可能である。
次に図４（ａ）に示す、領域（４）について説明する。
領域（４）は、その波長範囲がＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルの範囲に概ね対応した４９０〜６９０ｎｍであり、入射角の範囲がθＢ−５°よりも低い領域の中でも、反射率が例えば５０％以上（透過率が５０％以下）と高い領域である（図中の右側の一点鎖線よりも下の領域を除く領域）。
すなわち、バンドパスフィルタ１０は、蛍光体含有層１２に含まれる蛍光体の少なくとも１種類が発する光のピーク波長（例えば、ＹＡＧ系蛍光体であれば、発光ピーク波長は、５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの間にある）の光に対して入射角が４５°〜θＢ−５°、好ましくは３０°〜θＢ−５°、より好ましくは２０°〜θＢ−５°の範囲で反射率を５０％以上（透過率が５０％以下）にできる。
また、バンドパスフィルタ１０は、蛍光体含有層１２に含まれる蛍光体の少なくとも１種類が発する光のピーク波長（例えば、ＹＡＧ系蛍光体であれば、発光ピーク波長は、５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの間にある）の光に対してブリュースター角θＢから離れた入射角度、例えば、２０°、３０°および４０°の１つ以上において、反射率を６５％以上（透過率３５％以下）、好ましくは、反射率を７５％以上（透過率２５％以下）、より好ましくは、反射率を８０％以上（透過率２０％以下）とすることができる。
領域（４）と類似の領域に係る、好ましい実施形態を説明する。
本発明のバンドパスフィルタは、蛍光体含有層１２が含む蛍光体のうちの少なくとも１種類が発する光のスペクトル強度がピーク強度の２０％以上（好ましくは５％以上、より好ましくは１％以上）である波長範囲において、入射角がθＢ〜θＢ／２、好ましくは、θＢ〜θＢ／４、より好ましくは、θＢ〜θＢ／８の範囲で平均反射率が５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上とすることが可能である。
（３）発光素子
発光素子６は、電圧を印加することで自発発光する、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体素子であってよい。
発光素子６としては、表面実装型のＬＥＤを用いるのが好ましく、発光装置１００の用途に応じて任意の発光波長のものを選択することができる。例えば、青色（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの光）、緑色（波長４９０ｎｍ〜５９０ｎｍの光）の発光素子６としては、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等を用いることができる。
本発明において、蛍光体含有層１２は、少なくとも１種類の蛍光体を含有するため、これらの蛍光体を効率良く励起できる短波長の発光が可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることが好ましい。発光素子６として例えば青色ＬＥＤを用いることが好ましい。ただし、発光素子６の成分組成および発光等は上記に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。また、発光素子６は、可視光領域の光だけではなく、紫外線を出力する素子であってもよい。
（４）蛍光体
蛍光体含有層１２が含有する蛍光体は、任意の蛍光体であってよい。
例えば、Ｅｕ，Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される、窒化物系蛍光体を用いることができる。
赤色蛍光体として、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＣＡＳＮ系蛍光体、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｅｕ賦活されたαサイアロン系蛍光体を用いることができる。
黄色蛍光体としては、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）を用いることができる。また、例えば、ＹＡＧ系蛍光体において、Ｙの一部または全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換してもよい。具体的には、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ等でもよい。さらに、前記した蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。その他、Ｅｕ賦活されたシリケート系蛍光体などであってもよい。
ＹＡＧ系蛍光体を用いると発光装置１００の発光の演色性を向上できるため、本発明においてはＹＡＧ系蛍光体を用いることが好ましい。
ＹＡＧ系蛍光体は、任意の形態で蛍光体含有層１２に含有されてよい。好ましい形態の１つは、蛍光体含有層１２として所謂ＹＡＧガラスを用いることである。同様に、赤色蛍光体および緑色蛍光体のような、ＹＡＧ系蛍光体以外の蛍光体も任意の形態で蛍光体含有層１２に含有されてよく、また、好ましい形態の１つは、ガラスに含有させる（蛍光体入ガラスを形成する）ことである。
緑色蛍光体としては、例えば、Ｃａ８ＭｇＳｉ４Ｏ１６Ｃｌ２：Ｅｕのようなクロロシリケート系蛍光体、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ：Ｅｕのようなβサイアロン系蛍光体を用いることができる。
他の蛍光体として、Ｅｕ，Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される、酸窒化物系蛍光体を用いることもできる。
なお、本願明細書でいう赤色蛍光体とは、光を吸収して変換して発する光のピーク波長が５８０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内にある蛍光体を意味し、緑色蛍光体とは、ピーク波長が４９０ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲内にある蛍光体を意味し、黄色蛍光体とは、ピーク波長が５１０ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲内にある蛍光体を意味する。
実際に、バンドパスフィルタを形成して発光効率を評価した。
実施例サンプルとして、図１０に記載した積層構造を有するバンドパスフィルタ１０を備えた、図１に記載の発光装置１００を得た。また、比較例サンプル１として、バンドパスフィルタ１０を有しない以外は実施例サンプルと同じ構成を有する発光装置を得て、比較例サンプル２として、バンドパスフィルタ１０に代えて、図１１に積層構造を有するバンドパスフィルタを有している以外は実施例サンプルと同じ構成を有する発光装置を得た。
そして、実施例サンプル、比較例サンプル１および比較例サンプル２のそれぞれについて、積分球を用いて光取り出し効率を測定した。
この結果、実施例サンプルは比較例サンプル１と比較して、光取り出し効率が３．７％向上し、比較例サンプル２は比較例サンプル１と比較して、光取り出し効率が１３％低下した。
２ 基板
４Ａ、４Ｂ電極
６ 発光素子
８ 接触層
１０ バンドパスフィルタ
１０Ａ 第１の誘電体層
１０Ｂ 第２の誘電体層
１２ 蛍光体含有層
１４ 樹脂パッケージ

Claims (6)

  1. 基板と、
    該基板上に配置された発光素子と、
    少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体含有層と、
    該蛍光体含有層の前記発光素子側の面上に配置され、第１の誘電体層と該第１の誘電体層の上に配置された第２の誘電体層とをそれぞれ複数含む多層膜から成るバンドパスフィルタと、
    前記発光素子と前記バンドパスフィルタと前記蛍光体含有層の側面とを接触して取り囲む、光反射性の樹脂パッケージと、
    を有し、
    該バンドパスフィルタは、前記発光素子の発光ピーク波長である波長４２０〜４６０ｎｍの間のいずれかの波長の光に対して、入射角０°〜８５°の間での透過率が６０％以上であり、波長５２０〜５８０ｎｍの間のいずれかの波長である前記少なくとも１種類の蛍光体の発光ピーク波長の光に対して、入射角が前記バンドパスフィルタのブリュースター角＋５°〜８５°での透過率が４０％以下であることを特徴とする発光装置。
  2. 前記バンドパスフィルタは、前記少なくとも１種類の蛍光体の発光ピーク波長の光に対して、入射角が前記バンドパスフィルタのブリュースター角と同じ角度での透過率が５０％以上、６０％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. 前記発光素子が青色ＬＥＤである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. 前記少なくとも１種類の蛍光体がＹＡＧ系蛍光体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
  5. 前記バンドパスフィルタの前記多層膜の前記蛍光体側の最初の層の厚さが、前記多層膜の他の層の厚さより厚いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
  6. 波長５２０〜５８０ｎｍの間のいずれかの波長の光に対して、入射角が前記ブリュースター角と同じ角度での透過率が５０％以上、６０％以下であることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
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