WO2020080056A1 - 発光デバイスおよび画像表示装置 - Google Patents

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light emitting
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emitting device
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享宏 小山
大畑　豊治
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ソニー株式会社
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Definitions

  • FIG. 1 schematically shows an example of a cross-sectional configuration of a light emitting device (light emitting device 10) according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 schematically shows each material forming the phosphor layer 12 shown in FIG.
  • the light emitting device 10 is preferably used as a display pixel of an image display device (for example, the image display device 1, see FIG. 4) called a so-called LED display.
  • the quantum dot phosphor has, for example, an average particle size of 5 nm or more and 100 nm or less, for example, a core / shell composed of a core part with light emission having an average particle size of about 2 nm to 10 nm and a shell layer covering and protecting the core part. It is preferable to have a structure.
  • the shell layer is composed of one layer or a plurality of layers.
  • the shell layer may be further covered with an inorganic film such as silicon oxide (SiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the phosphor layer 12 preferably has the same area as the light emitting surface of the solid-state light source 11.
  • the phosphor layer 12 preferably absorbs excitation light by, for example, 80% or more, and the film thickness of the phosphor layer 12 (hereinafter, simply referred to as thickness) is preferably, for example, 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. It is desirable that the quantum dot phosphor contained in the phosphor layer 12 has a density of, for example, 0.5% by volume or more and 50% by volume or less.
  • the low refractive index layer 13 is for forming a total reflection interface directly on the phosphor layer 12, and has a refractive index (second refractive index) smaller than the refractive index (first refractive index, n1) of the phosphor layer 12 (second refractive index). Index of refraction, n2).
  • the low refractive index layer 13 can be formed by using, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or airgel.
  • the low refractive index layer 13 may be an air layer (air gap).
  • the density can control the refractive index, and for example, the low refractive index layer 13 having a refractive index of about 1.1 can be formed. .
  • the low refractive index layer 13 is formed of airgel, the low refractive index layer 13 having a thickness of, for example, about 1.01 can be formed.
  • the refractive index layer becomes about 1.0.
  • Each light emitting device 10 emits light of a different wavelength.
  • the three light emitting devices 10 include a light emitting device 10B that emits blue band fluorescence (Lb), a light emitting device 10G that emits green band fluorescence (Lg), and a red band fluorescence (The light emitting device 10R that emits Lr) is used.
  • the difference in LED materials also affects the temperature characteristics.
  • the LED When the ambient temperature rises, the LED has (1) its bandgap energy is effectively reduced and its emission wavelength is red-shifted, (2) the proportion of holes / electrons that do not contribute to the emission is increased, and the optical output And (3) the driving voltage is lowered due to the temperature change of the electric conductivity.
  • these change rates greatly differ depending on the material or the emission wavelength.
  • the rate of deterioration in luminance of an LED when used for a long period of time also differs depending on the material and the emission wavelength, it is necessary to correct each LED.
  • the control and the mounting for canceling the different characteristics of each LED are required, and the cost becomes very high. . Therefore, making the LED characteristics uniform is a major issue. Further, in order to improve the performance as an image display device and reduce the cost, it is required to develop a minute light emitting device having high efficiency and Lambertian light distribution.
  • the fluorescence that satisfies the total reflection at the interface between the phosphor layer 12 and the low refractive index layer 13 is reflected at the interface and returns to the phosphor layer 12.
  • a part of the fluorescence (reflected light) reflected at the interface between the phosphor layer 12 and the low refractive index layer 13 reaches the side surface of the phosphor layer 12, but the reflection film 14 prevents the phosphor from leaking to the outside. It is reflected by the layer 12.
  • the fluorescence emitted in the side surface direction of the phosphor layer 12 is reflected by the interface between the phosphor layer 12 and the low refractive index layer 13 and reaches the side surface of the phosphor layer 12 in the same manner as the reflection film 14.
  • the phosphor layer 12 in which the phosphor particles 121 and the scattering particles 122 are homogeneously mixed is arranged on the solid-state light source 11 to obtain R / G / B emission.
  • the fluorescent color obtained by this is determined by the material and particle size of the phosphor particles 121 as described above, the fluorescent color does not easily change even if the wavelength of the excitation light changes. Therefore, it is possible to cancel the wavelength change of the excitation light source due to the current injection and the wavelength unevenness caused in the manufacturing process.
  • the light emitting device 10 of the present embodiment can be applied to, for example, a general LED having a size of about 300 ⁇ m, but particularly in an LED called a micro LED having a size of 1 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less and an image display device using the same. It can be preferably used.
  • FIG. 12 schematically shows an example of a cross-sectional configuration of a light emitting device (light emitting device 40A) according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 shows another example of the cross-sectional configuration of the light emitting device (light emitting device 40B) of the present embodiment.
  • the light emitting devices 40A and 40B are preferably used as display pixels of an image display device (for example, the image display device 1) called a so-called LED display. is there.
  • the present embodiment will be described using the light emitting device 40A shown in FIG.
  • the antireflection structures 17 and 18 can obtain the above-mentioned effects by only one of them, by forming both of them, the interface between the phosphor layer 12 and the low refractive index layer 13 and the low refractive index layer 13 and the sealing are formed. At both the interface with the member 15, reflection of light having an angle that is equal to or less than the critical angle and is extracted to the outside can be reduced, and a greater effect can be obtained.
  • the example using the solid-state light source 11 that emits ultraviolet rays as the excitation light is shown, but the solid-state light source 61 that emits light in the blue band may be used.
  • the phosphor layer 12 of the light emitting device 60B may be formed of, for example, the filler 123 in which only the scattering particles 122 are dispersed.
  • the light emitting devices 60G and 60R have the same configuration as the light emitting devices 10G and 10R except that the solid-state light source 11 that emits light in the blue band is used (FIG. 15, light emitting unit 100A).
  • the fluorescence extraction efficiency of Experimental Example 8 was improved to 11.0%.
  • the fluorescence emitted from the phosphor particles satisfies total reflection at the interface between the phosphor layer 12 and the low-refractive index layer 13, and the fluorescent component having a total reflection angle or less is the low-refractive index layer as it is.
  • Light having a total reflection angle or more is reflected at the interface between the phosphor layer 12 and the low refractive index layer 13 and returns to the phosphor layer 12.
  • FIG. 23 shows the results of Experiments 2, 4, and 6, as well as the simulation results of the fluorescence extraction efficiency in Experiments 9 to 16.
  • FIG. 24 is a simulation result of the deviation amount from the Lambertian of the fluorescence distribution in Experimental Examples 9 to 16 (the square sum square root of the deviation amount from the Lambertian distribution), together with the results of Experimental Examples 2, 4, and 6. Is represented.
  • the present disclosure may also have the following configurations.
  • the second refractive index smaller than the first refractive index is provided on the phosphor layer having the first refractive index and having the first reflective film on the side surface. Since the low-refractive index layer is provided and the phosphor layer and the low-refractive index layer are covered with the sealing member having the third refractive index equal to or higher than the second refractive index, the phosphor layer and the low-refractive index layer. A total reflection interface is formed at the interface with and the fluorescence reflected at the interface is again converted into fluorescence having a total reflection angle or less in the phosphor layer.

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Abstract

本開示の発光デバイスは、励起光を発する固体光源と、第１の屈折率を有し、固体光源の光出射面側に配置されると共に、側面に第１の反射膜を有する蛍光体層と、蛍光体層上に設けられると共に、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する低屈折率層と、蛍光体層および低屈折率層を内包すると共に、第２の屈折率以上の第３の屈折率を有する封止部材とを備える。

Description

発光デバイスおよび画像表示装置
　本開示は、例えば、固体光源の出射面上に蛍光体層を有する発光デバイスおよびこれを備えた画像表示装置に関する。
　近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数個集めて構成した照明装置や画像表示装置が普及してきている。例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の各色光を発する３つのＬＥＤを１ピクセルとし、これを２次元マトリクス状に複数配置したＬＥＤディスプレイが提案されている。
　ところで、ＬＥＤの発光波長は、発光層に用いられる材料のバンドギャップエネルギーによって決まり、バンドギャップエネルギーが大きくなるほど発光波長は短くなる。一般的に赤色ＬＥＤではＧａＩｎＰ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤではＧａＩｎＮといった３元混晶化合物半導体材料、若しくは、これにアルミニウム（Ａｌ）を加えた４元混晶化合物半導体材料が用いられている。発光層の材料の違いは、発光波長だけでなく、電気特性、光学特性および温度特性にも現れる。このため、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを組み合わせてＬＥＤディスプレイを構成する場合には、各色のＬＥＤを個別に制御する必要がある。
　これに対して、例えば、非特許文献１では、ＬＥＤディスプレイの光源として、ＬＥＤ上に蛍光体を配置し、蛍光体による色変換により所望の発色を得る色変換方式の発光装置が報告されている。
H.-V. Han, et al., Opt. Express 23, 32504？32515 (2015)
　ところで、ＬＥＤディスプレイでは、高輝度且つ低消費電力を実現するために、発光デバイスの光取り出し効率の向上が求められている。
　光取り出し効率を向上させることが可能な発光デバイスおよび画像表示装置を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態の発光デバイスは、励起光を発する固体光源と、第１の屈折率を有し、固体光源の光出射面側に配置されると共に、側面に第１の反射膜を有する蛍光体層と、蛍光体層上に設けられると共に、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する低屈折率層と、蛍光体層および低屈折率層を内包すると共に、第２の屈折率以上の第３の屈折率を有する封止部材とを備えたものである。
　本開示の一実施形態の画像表示装置は、上記一実施形態の発光デバイスを複数備えたものである。
　本開示の一実施形態の発光デバイスおよび一実施形態の画像表示装置では、励起光を発する固体光源の光出射面側に、側面に第１の反射膜を有する蛍光体層を配置し、蛍光体層上に、さらに、蛍光体層の屈折率（第１の屈折率）よりも小さい第２の屈折率を有する低屈折率層を設け、蛍光体層および低屈折率層の上面および側面を、第２の屈折率以上の第３の屈折率を有する封止部材によって覆うようにした。これにより、蛍光体層と低屈折率層との界面に全反射界面を形成し、その界面において反射した蛍光を、再度、蛍光体層内で全反射角以下の蛍光に変換する。
本開示の第１の実施の形態に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。 図１に示した蛍光体層の構成を説明する模式図である。 図１に示した発光デバイスを複数備えた発光ユニットの構成の一例を表す断面模式図である。 図３に示した発光ユニットを備えた画像表示装置の構成の一例を表す斜視図である。 図４に示した画像表示装置のレイアウトの一例を表す模式図である。 アクティブマトリクス駆動方式の画素回路図である。 光の屈折を説明する図である。 図１に示した発光デバイスにおける蛍光の屈折を説明する図である。 本開示の第２の実施の形態に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。 図９に示した蛍光体層の側面の傾斜角を説明する図である。 本開示の第３の実施の形態に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の第４の実施の形態に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の第４の実施の形態に係る発光デバイスの構成の他の例を表す断面模式図である。 本開示の第５の実施の形態に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の変形例における発光ユニットの構成の他の例を表す断面模式図である。 本開示の変形例における発光ユニットの構成の他の例を表す断面模式図である。 本開示の変形例における発光ユニットの構成の他の例を表す断面模式図である。 本開示の変形例における発光ユニットの構成の他の例を表す断面模式図である。 実験例１～８における光取り出し効率を表す特性図である。 実験例１～８における配光非ランバーシアン性を表す特性図である。 実験例１における蛍光の屈折を説明する図である。 実験例５における蛍光の屈折を説明する図である。 実験例２，４，６，８と実験例９～１６における光取り出し効率を表す特性図である。 実験例２，４，６，８と実験例９～１６における配光非ランバーシアン性を表す特性図である。
　以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．第１の実施の形態（蛍光体層の直上に低屈折率層を設け、封止部材で封止した例）
　　　１－１．発光デバイスの構成
　　　１－２．発光ユニットの構成
　　　１－３．画像表示装置の構成
　　　１－３．作用・効果
　２．第２の実施の形態（蛍光体層の側面を傾斜面とした例）
　３．第３の実施の形態（蛍光体層および低屈折率層を封止する封止部材の低屈折率層上方に散乱粒子を配置した例）
　４．第４の実施の形態（更に低屈折率層の側面に反射膜を設けた例）
　５．第５の実施の形態（蛍光体層と低屈折率層との界面、低屈折率層と封止部材との界面に、それぞれ反射防止構造を設けた例）
　６．変形例（発光ユニットの他の構成例）
　７．実施例
＜１．第１の実施の形態＞
　図１は、本開示の第１の実施の形態に係る発光デバイス（発光デバイス１０）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図２は、図１に示した蛍光体層１２を構成する各材料を模式的に表したものである。この発光デバイス１０は、例えば所謂ＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置（例えば、画像表示装置１、図４参照）の表示画素として好適に用いられるものである。
　本実施の形態の発光デバイス１０は、固体光源１１の光出射面側に、蛍光体層１２および低屈折率層１３がこの順に設けられ、蛍光体層１２および低屈折率層１３が封止部材１５に内包された構成を有する。蛍光体層１２は第１の屈折率（ｎ１）を有し、低屈折率層１３は、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率（ｎ２）を有し、封止部材１５は、第２の屈折率以上の第３の屈折率（ｎ３）を有する。蛍光体層１２の側面には、さらに、反射膜１４が設けられている。
（１－１．発光デバイスの構成）
　固体光源１１は、蛍光体層１２に含まれる蛍光体粒子１２１（後述）を励起させる励起光を発するものであり、例えば、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体材料からなるＬＥＤである。ＬＥＤは、他の固体光源と比較して、高効率および低消費電力であり、応答速度が速く長寿命であるという利点を有する。更に、ＬＥＤは、半導体プロセスで作製されるため、精度の高い微細加工が可能であると共に、製造コストが低いという利点を有する。本実施の形態の固体光源１１は、例えば、発光波長が３６０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の紫外線または、例えば、発光波長が４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色帯域の光を発することが好ましく、例えば、ＧａＩｎＮ系材料を用いた発光層を有することが望ましい。
　なお、固体光源１１は、蛍光体層１２に含まれる蛍光体粒子１２１を励起できるものであればよく、ＬＥＤに限定されるものではない。固体光源１１は、例えば、化合物半導体で構成されるレーザダイオード（ＬＤ）や、有機材料を用いた有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、量子ドットを発光層に用いた量子ドットＬＥＤ（ＱＤＬＥＤ）を用いてもよい。
　蛍光体層１２は、固体光源１１から出射される励起光を吸収して、蛍光を発するものであり、第１の屈折率（ｎ１）を有している。蛍光体層１２は、例えば、図２に示したように、複数の蛍光体粒子１２１と、複数の散乱粒子１２２とが、例えば充填材１２３に分散されて形成されている。
　蛍光体粒子１２１は、固体光源１１から出射される励起光を吸収して、例えば、４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色波長、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の緑色波長あるいは６１０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の赤色波長の蛍光を発する粒子状の蛍光体である。蛍光体粒子１２１は、例えば、無機蛍光体、有機蛍光体および量子ドット蛍光体を用いることができる。蛍光体粒子１２１は、例えば、平均粒径が１００ｎｍ以下であることが望ましく、その場合、例えば量子ドット蛍光体を用いることが望ましい。もしくは、例えば３μｍ以下の微粒子蛍光体を用いることが望ましい。
　量子ドット蛍光体は、量子ドットを構成する材料のバンドギャップエネルギーによって蛍光波長（蛍光色）が決まる。このため、所望の蛍光色に応じて材料を選択することが望ましい。例えば、赤色の蛍光を得る場合には、量子ドット蛍光体材料は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＴｅＳｅおよびＣｄＴｅ等から選択することが好ましい。緑色の蛍光を得る場合には、量子ドット蛍光体材料は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＳおよびＣｄＳｅＳ等から選択することが好ましい。青色の蛍光を得る場合には、量子ドット蛍光体材料は、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＺｎＳおよびＣｄＳｅＳ等から選択することが好ましい。なお、量子ドット蛍光体材料は、上記に限定されるものではなく、例えば、ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＩｎＧａＳおよびＡｇＩｎＳ2等を用いてもよい。この他に、例えば、ＣｓＰｂ（Ｃｌ／Ｂｒ)3、ＣｓＰｂＢｒ3、ＣｓＰｂ（Ｉ／Ｂｒ）3およびＣｓＰｂＩ3等からなるペロブスカイトナノ蛍光体を用いてもよい。
　また、量子ドット蛍光体は、その粒径によっても蛍光色を制御することができる。例えば、粒径が小さくなるに従って蛍光波長は短波化する。色純度の高い蛍光を得るためには、粒径が制御された蛍光体粒子を選択することが望ましい。
　量子ドット蛍光体は、例えば５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の平均粒径を有し、例えば平均粒径２ｎｍ～１０ｎｍ程度の発光を伴うコア部と、コア部を覆い、保護するシェル層とからなるコア／シェル構造を有することが好ましい。シェル層は１層または複数層から構成されている。シェル層は、さらに、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等の無機膜で覆われていてもよい。量子ドット蛍光体の表面には、多数の有機配位子が配位しており、この有機配位子によって、量子ドット蛍光体と溶媒とを混合した際に、量子ドット蛍光体の凝集が抑制されると共に、分散性が向上する。
　散乱粒子１２２は、固体光源１１から出射された励起光や蛍光体粒子１２１から発せられた蛍光を散乱させると共に、配光の偏りを低減するためのものである。散乱粒子１２２は、平均粒径が蛍光体粒子１２１よりも大きく、屈折率が充填材１２３よりも大きいものが好ましい。散乱粒子１２２は、例えば１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の粒径を有する誘電体物質を用いることが好ましい。具体的な散乱粒子１２２の材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が挙げられる。
　なお、散乱粒子１２２は、例えば、充填材１２３中に混入させた気泡や凝集した蛍光体粒子１２１であってもよい。
　充填材１２３は、蛍光体粒子１２１および散乱粒子１２２を均質に分散させるためのものであり、例えば、励起光に対して光透過性を有する材料を用いて形成することが好ましい。具体的な充填材１２３の材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂が挙げられる。この他、ゾル－ゲルガラス等を用いてもよい。
　なお、充填材１２３は必ずしも必要なく、中空構造内に蛍光体粒子１２１および散乱粒子１２２を封入するようにしてもよい。
　蛍光体層１２は、固体光源１１の光出射面と同程度の面積を有することが好ましい。蛍光体層１２は、励起光を、例えば８０％以上吸収することが好ましく、蛍光体層１２の膜厚（以下、単に厚みという）は、例えば５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。蛍光体層１２に含まれる量子ドット蛍光体の密度は、例えば０．５体積％以上５０体積％以下であることが望ましい。
　蛍光体層１２は、その厚みやサイズに応じて、例えば、フォトリソグラフィ技術やマイクロモールド技術を用いて形成することができる。例えば、フォトリソグラフィ技術やマイクロモールド技術を用いて樹脂障壁を形成し、その樹脂障壁の表面に蒸着やメッキ技術を用いて反射膜１４を形成したのち、樹脂障壁内に量子ドット蛍光体、若しくは、樹脂と混合した量子ドット蛍光体を充填することで形成することができる。
　フォトリソグラフィ技術は、感光性のレジストを塗布した基材表面をパターン状に露光することで、露光された部分と露光されていない部分からなるパターンを生成する技術であり、主に、半導体素子、プリント基板および印刷版等の製造に用いられる。フォトリソグラフィ技術は、非常に精密なパターン形成が可能であり、Ｓｉ等の材料を立体的に加工するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に使われるレジストを利用すれば、アスペクト比１０を超える構造体の作製も可能である。
　マイクロモールド技術は、樹脂をモールド（型）と基板で挟み込み、マイクロメートルオーダーのパターンを転写する微細加工技術である。マイクロモールドの工程は、（１）塗布、（２）プレス、（３）硬化（ＵＶ光または熱）および（４）離型の４つの要素からなり、比較的簡便な装置で高スループットが期待でき、低コストに量産できる微細加工技術である。
　量子ドット蛍光体の充填には、例えば、量子ドット蛍光体と混合された樹脂の粘度に応じて、これを吐出または塗布するインクジェット式またはニードル式ディスペンサを用いる。これは無版式の印刷方式に分類され、上記方式では、障壁の中にのみ選択的に量子ドット蛍光体を充填することが可能であるため、量子ドット蛍光体材料の利用効率を高めることができる。また、有版式の印刷方式であるスクリーン印刷やグラビア印刷技術を用いて定められた場所に量子ドット蛍光体を塗布するようにしてもよい。この他、スピンコータ等のように、基材全体に量子ドット蛍光体材料を塗布するようにしてもよい。
　低屈折率層１３は、蛍光体層１２の直上に全反射界面を形成するためのものであり、蛍光体層１２の屈折率（第１の屈折率、ｎ１）よりも小さい屈折率（第２の屈折率、ｎ２）を有する。低屈折率層１３は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）やエアロゲル等を用いて形成することができる。また、低屈折率層１３は、空気層（エアギャップ）としてもよい。低屈折率層１３を酸化シリコン（ＳｉＯ2）で形成する場合には、その密度で屈折率を制御することができ、例えば屈折率１．１程度の低屈折率層１３を形成することができる。低屈折率層１３をエアロゲルで形成する場合には、例えば１．０１程度の低屈折率層１３を形成することができる。エアギャップで形成する場合には、その屈折率層はほぼ１．０となる。
　低屈折率層１３は、例えば、蛍光体層１２の上面（面１２Ｓ１）全体を覆うように形成されていることが望ましく、その大きさは、例えば、画像表示装置１の光取り出し口の寸法等の条件に応じて適宜設定することが好ましい。低屈折率層１３の厚みは、励起光および蛍光の波長程度以上であればよく、より好ましくは、素子サイズの１／５以下の厚さであればよい。本実施の形態の発光デバイスが、所謂マイクロＬＥＤの場合には、低屈折率層１３の厚みは、例えば０．５μｍ以上３０μｍ以下となる。
　反射膜１４は、蛍光体層１２の側面に設けられており、固体光源１１から出射され、例えば散乱粒子１２２によって散乱させた励起光や蛍光体粒子１２１から発せられた蛍光を蛍光体層１２内に反射するためのものである。反射膜１４は、励起光および蛍光に対して光入射角度に寄らず高い反射率を有する材料を用いて形成することが好ましい。具体的な反射膜１４の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）および白金（Ｐｔ）等が挙げられる。
　封止部材１５は、蛍光体層１２および低屈折率層１３を封止すると共に蛍光を透過させるものである。また、封止部材１５は、低屈折率層１３を空気で形成する場合には、その外周を覆うものであり、蛍光体層１２および低屈折率層１３を内包するように設けられている。更に、封止部材１５は、蛍光体層１２および低屈折率層１３を外部衝撃から保護する役割を担うものであり、例えば、後述する画像表示装置１において、透明基板１３０を兼ねるものである。封止部材１５は、低屈折率層１３の屈折率（ｎ２）以上の屈折率（第３の屈折率、ｎ３）を有する。封止部材１５は、蛍光に対して低い吸収率を有する材料を用いて形成することが好ましい。具体的な封止部材１５の材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリメチルペンテン、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリウレタンおよびシリコーン樹脂あるいはこれらの混合物が挙げられる。
　なお、封止部材１５は、画像表示装置１にブラック樹脂層やスクリーンを設ける場合には、これらの構成材料と屈折率のマッチングが取れるような樹脂材料を選択することが好ましい。封止部材１５の厚みは、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下であり、低屈折率層１３の上面（面１３Ｓ１）上に、例えば、５μｍ以上１０００μｍ以下の厚みを有することが好ましい。封止部材１５の上面（面Ｓ１）は平坦面となっており、蛍光体層１２において発せられた蛍光は、封止部材１５の上面（面Ｓ１）より出射される。
（１－２．発光ユニットの構成）
　図３は、例えば、画像表示装置１の表示画素として用いられる発光ユニット１００の断面構成を模式的に表したものである。
　発光ユニット１００は、複数の発光デバイス１０（例えば、図３では、３つの発光デバイス１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒ）が互いに所定の間隙を介して一列に配置されたものである。発光ユニット１００は、例えば、発光デバイス１０の配設方向に延在する細長い形状となっている。互いに隣り合う２つの発光デバイス１０の隙間は、例えば、各発光デバイス１０のサイズと同等か、それよりも大きくなっている。なお、上記隙間は、場合によっては各発光デバイス１０のサイズよりも狭くなっていてもよい。
　各発光デバイス１０は、互いに異なる波長の光を発するようになっている。例えば、図３に示したように、３つの発光デバイス１０は、青色帯の蛍光（Ｌｂ）を発する発光デバイス１０Ｂと、緑色帯の蛍光（Ｌｇ）を発する発光デバイス１０Ｇと、赤色帯の蛍光（Ｌｒ）を発する発光デバイス１０Ｒとが用いられている。例えば、発光ユニット１００が発光デバイス１０の配列方向に延在する細長い形状となっている場合に、発光デバイス１０Ｂは、例えば、発光ユニット１００の短辺近傍に配置され、発光デバイス１０Ｒは、例えば、発光ユニット１００の短辺のうち発光デバイス１０Ｂの近接する短辺とは異なる短辺の近傍に配置されている。発光デバイス１０Ｇは、例えば、発光デバイス１０Ｒと発光デバイス１０Ｂとの間に配置されている。なお、上記発光デバイス１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒのそれぞれの配置は一例であり、上記に限定されるものではない。
　各発光デバイス１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒは、例えば、励起光として紫外線を発する固体光源１１上に、蛍光体層１２および低屈折率層１３が設けられており、蛍光体層１２および低屈折率層１３は、各発光デバイス１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒに共通する封止部材１５によって覆われている。発光デバイス１０Ｂに設けられた蛍光体層１２には、青色の蛍光を発する蛍光体粒子１２１が用いられている。発光デバイス１０Ｇの蛍光体層１２には、緑色の蛍光を発する蛍光体粒子１２１が用いられている。発光デバイス１０Ｒの蛍光体層１２には、赤色の蛍光を発する蛍光体粒子１２１が用いられている。
　封止部材１５は、発光デバイス１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒの蛍光体層１２および低屈折率層１３の側面および上面を内包するように設けられており、上記のように、発光デバイス１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒの共通部材として設けられている。発光ユニット１００では、封止部材１５は、例えば、各発光デバイス１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒの配列方向に延在する細長い形状（例えば、直方体形状）となっている。封止部材１５の短辺方向の横幅は、各発光デバイス１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒの幅よりも広くなっている。また、封止部材１５は、上記のように、次に説明する画像表示装置１において、透明基板１３０として用いてもよく、その場合には、封止部材１５は、２次元マトリクス上に配置された複数の発光ユニット１００に対して共通の部材として形成される。
（１－３．画像表示装置の構成）
　図４は、画像表示装置（画像表示装置１）の概略構成の一例を斜視的に表したものである。画像表示装置１は、いわゆるＬＥＤディスプレイと呼ばれるものであり、表示画素としてＬＥＤが用いられたものである。画像表示装置１は、例えば図４に示したように、表示パネル１１０と、表示パネル１１０を駆動する駆動回路（図示せず）とを備えている。
　表示パネル１１０は、実装基板１２０と、透明基板１３０とを互いに重ね合わせたものである。表示パネル１１０は、透明基板１３０の表面が映像表示面となっており、中央部分に表示領域１Ａを有し、その周囲に、非表示領域であるフレーム領域１Ｂを有している。
　図５は、実装基板１２０の透明基板１３０側の表面のうち表示領域１Ａに対応する領域のレイアウトの一例を表したものである。実装基板１２０の表面のうち表示領域１Ａに対応する領域には、例えば図５に示したように、複数のデータ配線２２１が所定の方向に延在して形成されており、且つ、所定のピッチで並列配置されている。実装基板１２０の表面のうち表示領域１Ａに対応する領域には、さらに、例えば、複数のスキャン配線２２２がデータ配線２２１と交差（例えば、直交）する方向に延在して形成されており、且つ、所定のピッチで並列配置されている。データ配線２２１およびスキャン配線２２２は、例えば、Ｃｕ（銅）等の導電性材料からなる。
　スキャン配線２２２は、例えば、最表層に形成されており、例えば、基材表面に形成された絶縁層（図示せず）上に形成されている。なお、実装基板１２０の基材は、例えば、ガラス基板、または樹脂基板等からなり、基材上の絶縁層は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮx）、酸化ケイ素（ＳｉＯx）または酸化アルミニウム（ＡｌxＯy）等からなる。一方、データ配線２２１は、スキャン配線２２２を含む最表層とは異なる層（例えば、最表層よりも下の層）内に形成されており、例えば、基材上の絶縁層内に形成されている。絶縁層の表面上には、スキャン配線２２２の他に、例えば、必要に応じてブラックが設けられている。ブラックは、コントラストを高めるためのものであり、光吸収性の材料によって構成されている。ブラックは、例えば、絶縁層の表面のうち少なくとも後述のパッド電極２２１Ｂ，１２２Ｂの非形成領域に形成されている。なお、ブラックは、必要に応じて省略することも可能である。
　実装基板１２０では、データ配線２２１とスキャン配線２２２との交差部分の近傍が表示画素２２３となっており、複数の表示画素２２３が表示領域１Ａ内においてマトリクス状に配置されている。各表示画素２２３には、複数の発光デバイス１０を含む発光ユニット１００が実装されている。
　なお、図５には、３つの発光デバイス１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで一つの表示画素２２３が構成されており、発光デバイス１０Ｒから赤色の光を、発光デバイス１０Ｇから緑色の光を、発光デバイス１０Ｂから青色の光をそれぞれ出力することができるようになっている場合が例示されている。
　また、図４に示した画像表示装置１は、パッシブマトリクス型の画像表示装置の一例であり、本実施の形態の発光デバイス１０は、アクティブマトリクス型の画像表示装置にも適用することができる。なお、アクティブマトリクス型の画像表示装置では、例えば、図４に示したフレーム領域１Ｂは不要となる。
　パッシブマトリクス型の駆動方式では、スキャン配線数を多くすると各発光デバイスに割り当てられる時間が短くなるため、デューティ比の低下に伴い注入電流を増加させなければならず、発光効率や素子寿命が低下する虞がある。これを避けるには、最大輝度設定値を低くしていくことが好ましい。また、配線抵抗および寄生容量による電圧降下および信号遅延等の問題から、走査線数の多い大画面や高精細な画像表示装置では、画面を複数の部分画面に分割し並列にパッシブマトリクス駆動する方式、または発光デバイスをアクティブ駆動する方式を用いることができる。なお、並列パッシブマトリクス駆動では、部分画面ごとに配線を裏面に引き出して駆動回路を接続し、各部分画面に合わせて画像信号も分割・並列化する必要がある等、表示装置全体の構造の複雑化や回路規模の増大を招く虞がある。一方、アクティブ駆動方式では、画素単位で信号電圧保持および電圧電流変換回路を設けることにより、上記のような画面分割を行わない、あるいは少なくとも分割数が少ない状態で、パッシブマトリクス駆動より高い輝度を得ることができる。
　図６は、一般的なアクティブマトリクス駆動方式の画素回路の一例を表したものである。アクティブマトリクス駆動方式では、画素（発光デバイス１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ、データ線３１１と走査線３２２との交差部分近傍）ごとにスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）、駆動トランジスタ（Ｔｒ２）および容量素子（Ｃｓ）がそれぞれ設けられている。アクティブマトリクス駆動方式では、スイッチングトランジスタをスイッチとして、Ｖｓｉｇを容量素子に書き込むことに加え、駆動トランジスタを電源（Ｖｃｃ）－Ｖｓｉｇの電位差で電流制御する電流源として用いて発光デバイスを電流変調する。実際には、トランジスタごとに特性ばらつきがあるため、同じＶｓｉｇを書き込んでも各画素で発光デバイスに印加される電流がばらつき、画像表示装置の表示均一性が低下する。そのため、一般には、トランジスタの特性のばらつきを補正する回路が付加されるが、電流変化に伴い発光波長が変化する発光デバイスを用いる場合には、後述するようにパルス幅変調による階調制御を合わせて行うことが望ましく、回路がさらに複雑になる。本実施の形態の発光デバイスでは、電流変化に伴う発光波長の変化が低減されることから、比較的簡単な電流変調駆動回路で画像表示装置を構成することができる。
　発光ユニット１００には、例えば発光デバイス１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂごとに一対の端子電極が設けられている。そして、一方の端子電極は、例えばデータ配線２２１に電気的に接続されており、他方の端子電極は、例えばスキャン配線２２２に電気的に接続されている。具体的には、例えば、一方の端子電極は、データ配線２２１に設けられた分枝２２１Ａの先端のパッド電極２２１Ｂに電気的に接続されている。例えば、他方の端子電極は、スキャン配線２２２に設けられた分枝２２２Ａの先端のパッド電極２２２Ｂに電気的に接続されている。
　各パッド電極２２１Ｂ，２２２Ｂは、例えば、最表層に形成されており、例えば、図４に示したように、各発光ユニット１００が実装される部位に設けられている。ここで、パッド電極２２１Ｂ，２２２Ｂは、例えば、Ａｕ（金）等の導電性材料からなる。
　駆動回路は、映像信号に基づいて各表示画素２２３（各発光ユニット１００）を駆動するものである。駆動回路は、例えば、表示画素２２３に接続されたデータ配線２２１を駆動するデータドライバと、表示画素２２３に接続されたスキャン配線２２２を駆動するスキャンドライバとにより構成されている。駆動回路は、例えば、実装基板１２０上に実装されていてもよいし、表示パネル１１０とは別体で設けられ、かつ配線（図示せず）を介して実装基板１２０と接続されていてもよい。
（１－４．作用・効果）
　前述したように、近年、ＬＥＤを複数個集めて構成した照明装置や画像表示装置が普及してきており、例えば、Ｒ／Ｇ／Ｂの各色光を発する３つのＬＥＤを１ピクセルとし、これを２次元マトリクス状に配置したＬＥＤディスプレイが提案されている。
　ＬＥＤは、正の電荷（正孔）をもつｐ型半導体と、負の電荷（電子）をもつｎ型半導体を物性的に結合させたｐｎ接合を基本構造とする。ＬＥＤは、効率の良い発光を得るためにｐｎ接合部に発光層を備えおり、ｐｎ接合の両端にバイアスを印加することで発光層に正孔と電子が注入され、ＬＥＤ発光が得られる。前述したように、ＬＥＤの発光波長は、発光層に用いられる材料のバンドギャップエネルギーで決まり、例えば、赤色ＬＥＤにはＧａＩｎＰ、緑色および青色ＬＥＤにはＧａＩｎＮといった３元混晶化合物半導体材料、若しくは、これにアルミニウム（Ａｌ）を加えた４元混晶化合物半導体材料が用いられている。
　ＬＥＤ材料の違いは、発光波長だけでなく、電気的特性や光学的特性にも表れるため、例えば、ＬＥＤディスプレイにおいて階調や色調を表現するには、Ｒ／Ｇ／Ｂの各色ＬＥＤの発光強度をそれぞれ調整する必要がある。調整方法の１つとして電流値による方法がある。ＬＥＤは、流れる電流を大きくすることで発光強度を大きくすることができる。しかしながら、発光強度および発光効率の電流値依存性は、Ｒ／Ｇ／Ｂの各色ＬＥＤで異なり、特に材料系の異なる赤色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤとでは発光強度変化の傾向も異なる。また、赤色ＬＥＤの駆動電圧は２Ｖ台なのに対し、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの駆動電圧は３Ｖ台である。このため階調および色調の制御にはＬＥＤ毎に独立した制御が必要となる。更に、ＧａＩｎＮ系材料からなる緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤでは、電流の増加に伴う発光波長のブルーシフトが認められ、その変化量は青色よりも緑色ＬＥＤで顕著である。これは意図しない色調変化を誘発する。
　これらの理由から、ＬＥＤを電流値で制御することは難しく、この課題を解決する方法として、パルス幅変調による制御が提案されている。これは既定のパルス電圧をＬＥＤに印加し、そのパルス幅（デューティー比）で階調を表現しようとするものである。パルス幅変調ではＬＥＤに流れる電流値が変わらないため波長シフトは発生しないが、駆動回路が複雑になるためコストが増大するという課題がある。
　更に、ＬＥＤ材料の違いは、温度特性にも影響する。ＬＥＤは、環境温度が上昇した際に、（１）実効的にバンドギャップエネルギーが減少し、その発光波長がレッドシフトする、（２）発光に寄与しない正孔・電子割合が増加し、光出力が低下する、（３）電気伝導度の温度変化により駆動電圧が低下する等の特徴を有する。ＬＥＤでは、これらの変化割合が材料によって、若しくは、発光波長によって大きく異なる。また、ＬＥＤは、長期間に渡って使用した際の輝度劣化の割合も材料や発光波長によって異なるため、ＬＥＤ毎の補正が必要となる。
　上記のように、ＬＥＤディスプレイにおいて赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを組み合わせて使用する場合には、その特性に応じて各ピクセルに配置されたＬＥＤを個別に緻密に制御する必要がある。また、ＬＥＤディスプレイの応用を考えると、その課題はＬＥＤ毎の制御のみに留まらない。
　ＬＥＤの製造には、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor deposition）法が広く用いられている。ＭＯＣＶＤ法は、ＬＥＤ材料の原料ガスを気相で供給し、分解および化学反応により熱せられた基板表面上に半導体薄膜を成長させる方法である。例えば、ＩＩＩ族元素であるインジウム（Ｉｎ）原料としてＴＭＩｎ（tri-methyl-indium）や、ガリウム（Ｇａ）原料としてＴＭＧａ（tri-methyl-gallium）、アルミニウム（Ａｌ）原料としてＴＭＡｌ（tri-methyl-aluminum）等の有機金属原料が用いられ、Ｖ族の原料ガスには砒素（Ａｓ）の水素化物であるＡｓＨ3や、リン（Ｐ）の水素化物であるＰＨ3、窒素（Ｎ）の水素化物であるＮＨ3等が利用される。基板としては、例えば、ＧａＡｓやＡｌ2Ｏ3、Ｓｉ、ＧａＮ等が用いられる。このとき、基板の温度ムラや供給ガス流の乱れ等により膜厚や組成にムラが生じる。そのムラは基板内、若しくは、基板毎の発光波長のムラとして観測される。特に、ＧａＩｎＮ系ＬＥＤでは、波長が長くなるに従って、波長ムラが大きくなる傾向がある。ＬＥＤは、基板上に成長されたＬＥＤ膜を多分割し、金属電極を設けることで作製されるが、上記波長ムラはそのままＬＥＤの波長ムラとなる。ＬＥＤディスプレイにおいて均一発色を得るためには、配置するＬＥＤのソーティングやランダム配置等、ピクセル配置時の配慮が重要となる。
　また、一般的な画像表示装置では、高精細、且つ、広視野角が求められる。高精細のためにはピクセルピッチを小さくする必要があり、必然的にピクセル面積、つまりＬＥＤサイズの縮小が求められる。ＬＥＤサイズの縮小は、コントラストの向上にも貢献し、更にはＬＥＤ単価の低下にも繋がる。しかしながら、特にＧａＩｎＰ系材料からなるＬＥＤでは、ＬＥＤサイズの縮小によって著しい効率低下が確認されている。また、広視野角のためには、ピクセルの配光特性がランバーシアン配光であることが望ましい。
　以上のように、材料系の異なる赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを組み合わせたＬＥＤディスプレイでは、各ＬＥＤの異なる特性をキャンセルするための制御や実装が必要になり、コストが非常に高くなってしまう。従って、ＬＥＤ特性の均一化が大きな課題となっている。また、画像表示装置としての性能の向上およびコスト低下のためには、高効率でランバーシアン配光を有する微小な発光デバイスの開発が求められる。
　ＬＥＤディスプレイの光源（ピクセル）として用いられる上記ＬＥＤの課題を解決する手段としては、微小なＬＥＤで蛍光体を励起し、色変換により所望の発色を得る色変換方式の発光装置が提案されている。しかしながら、詳細は後述するが、ＬＥＤ上に蛍光体を塗布しただけでは効率が低く、十分な輝度を得ることが難しい。
　例えば、ＬＥＤの効率改善の手段として、平坦な光出射面を有する封止層でＬＥＤを覆い、ＬＥＤの光出射面に低屈折率層を設けることによって光取り出し効率を改善する方法が報告されている。しかしながら、上記色変換方式の発光装置に、この方法を適用しても十分な効果が得られないことが確認されている。
　この他、蛍光体とＬＥＤとを組み合わせた例として、例えば、凹形状のケース内部にＬＥＤを実装し、さらに蛍光体粒子で充填した発光装置や、発光素子をドーム状の樹脂層で覆った発光装置が提案されている。しかしながら、上記のような発光装置では、そのサイズが大きくなり、ＬＥＤディスプレイに適用することが困難である。また、発光素子として微小ＬＥＤを用いた場合、凹形状のケース内に精度よくこれを配置し、配線することは非常に難しい。更に、上記のような発光装置は、配光の異方性が高く、広視野角が求められる画像表示装置には不向きである。
　これに対して、本実施の形態の発光デバイス１０では、励起光を発する固体光源１１の光出射面側に、側面に反射膜１４を有する蛍光体層１２を配置し、蛍光体層１２上に、蛍光体層１２の屈折率ｎ１よりも小さい屈折率ｎ２を有する低屈折率層１３を設け、蛍光体層１２および低屈折率層１３の上面および側面を、低屈折率層１３の屈折率ｎ２以上の屈折率ｎ３を有する封止部材１５で覆うようにした。
　図７は、互いに屈折率の異なる媒質Ａおよび媒質Ｂにおける光の屈折を表したものである。屈折率の高い媒質Ａ（屈折率ｎａ）から屈折率の低い媒質Ｂ（屈折率ｎｂ）に光が進むとき、光は、それぞれの媒質の屈折率比に応じて屈折する。その関係はスネルの法則で表され、ｎａ・ｓｉｎθａ＝ｎｂ・ｓｉｎｇθｂとなる。ここでθｂ＝π／２、θａ＝θａｒのとき、つまりｓｉｎθａｒ＝ｎｂ／ｎａの関係を満たすとき、媒質Ａからの光は媒質Ｂに入射しなくなり、θａｒ以上の角度成分をもつ光は媒質Ｂに進むことなく媒質Ａ中に全反射されるようになる。このθａｒを全反射角と呼ぶ。
　図８は、本実施の形態の発光デバイス１０における蛍光の屈折を表したものである。発光デバイス１０では、固体光源１１から発せられた励起光の一部は蛍光体粒子１２１に吸収され、励起光を吸収した蛍光体粒子１２１は、その変換効率に応じた蛍光を等方的に発する。蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面方向に発せられた蛍光のうち、その角度成分が、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面において全反射以下の蛍光は、その界面において屈折して低屈折率層１３に進む。蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面において全反射を満たす蛍光は、その界面で反射され、蛍光体層１２に戻る。蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面で反射された蛍光（反射光）の一部は、蛍光体層１２の側面に達するが、反射膜１４によって、外部に抜け漏れることなく蛍光体層１２に反射される。蛍光体層１２の側面方向に発せられた蛍光は、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面において反射されて蛍光体層１２の側面に達した蛍光と同様に、反射膜１４によって、外部に抜け漏れることなく蛍光体層１２に反射される。この反射を繰り返す過程で、蛍光体粒子１２１による自己吸収／発光または散乱粒子による散乱によって角度成分が拡大し、上記全反射角以下の成分を有するようになり、外部に取り出される。
　なお、固体光源１１方向に発せられた蛍光は、固体光源１１の屈折率に応じて屈折、または全反射するが、固体光源の屈折率は、蛍光体層１２の充填材よりも高いことがほとんどであるため、全反射は起こらず、光は屈折して固体光源１１に入射する。
　以上のように、本実施の形態の発光デバイス１０では、励起光を発する固体光源１１の光出射面側に、側面に反射膜１４を有する蛍光体層１２を配置し、蛍光体層１２上に、蛍光体層１２よりも小さい屈折率を有する低屈折率層１３を設け、蛍光体層１２および低屈折率層１３の上面および側面を、低屈折率層１３の屈折率以上の屈折率を有する封止部材１５で覆うようにした。これにより、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面に全反射界面が形成され、その界面において反射した蛍光は、蛍光体粒子１２１による自己吸収／発光または散乱粒子による散乱によって角度成分が拡大し、上記全反射角以下の成分を有するようになり、外部に取り出される。よって、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
　また、本実施の形態の発光デバイス１０では、固体光源１１上に、蛍光体粒子１２１および散乱粒子１２２を均質に混合させた蛍光体層１２を配置してＲ／Ｇ／Ｂの発光を得るようにした。これによって得られる蛍光色は、上記のように蛍光体粒子１２１の材料や粒径によって決まるため、励起光の波長が変化しても蛍光色は変化しにくい。よって、電流注入による励起光源の波長変化や、製造工程で生じた波長ムラをキャンセルすることが可能となる。
　更に、発光効率の観点でも、ＧａＩｎＮ材料で構成される一般的なＬＥＤが高い発光効率を示すのは４００ｎｍから５００ｎｍの発光波長範囲に限られ、発光波長の短波長化、長波長化に伴って発光効率は低下する。これに対して、本実施の形態では、高効率な紫外～青色のＧａＩｎＮ系ＬＥＤで発光層を形成するようにしたので、緑色ＬＥＤに対して効率改善が期待される。また、上述したように、ＧａＩｎＰ系材料からなるＬＥＤでは、ＬＥＤサイズの縮小によって著しい効率低下が認められるが、ＧａＩｎＮ系ＬＥＤで発光層を形成することで、赤色ＬＥＤに対しても発光効率を維持しながら、光源サイズを縮小することが可能となる。即ち、本実施の形態の発光デバイス１０は、例えば、３００μｍ程度のサイズの一般的なＬＥＤにも適用できるが、特に、１μｍ以上１５０μｍ以下のマイクロＬＥＤと呼ばれるＬＥＤおよびこれを用いた画像表示装置において好適に用いることができる。
　更にまた、本実施の形態の発光デバイス１０では、ランバーシアンに近い配光を得ることができる。
　なお、さらに発光効率を向上させるためには、固体光源１１の周囲に、励起光および蛍光に対して光入射角度に寄らず高い反射率を有する材料を用いた反射膜を形成することが好ましい。反射膜の具体的な材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）および白金（Ｐｔ）等が挙げられる。固体光源１１としてＬＥＤを用いる場合には、電流注入のために形成される金属電極材料を延在させて反射膜としてもよい。
　また、本実施の形態の発光デバイス１０では、蛍光体層１２上に低屈折率層１３を設けるようにしたので、平坦な光出射面を有する封止部材１５を用いることが可能となり、一般的な、ドーム状の封止部材を設けた発光デバイスと比較して、発光デバイス１０およびこれを複数備えた発光ユニット１００の小型化を図ることが可能となる。よって、ＬＥＤディスプレイの高精細化を実現することが可能となる。
　次に、第２～第５の実施の形態および変形例について説明する。なお、第１の実施の形態の発光デバイス１０に対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
＜２．第２の実施の形態＞
　図９は、本開示の第２の実施の形態に係る発光デバイス（発光デバイス２０）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス２０は、上記第１の実施の形態における発光デバイス１０と同様に、例えば所謂ＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置（例えば、画像表示装置１）の表示画素として好適に用いられるものである。
　発光デバイス２０は、固体光源１１の光出射面側に、側面に反射膜１４を有する蛍光体層２２および低屈折率層１３がこの順に設けられ、蛍光体層２２および低屈折率層１３が封止部材１５によって内包された構成を有する。蛍光体層２２は第１の屈折率（ｎ１）を有し、低屈折率層１３は、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率（ｎ２）を有し、封止部材１５は、第２の屈折率以上の第３の屈折率（ｎ３）を有する。本実施の形態の発光デバイス２０は、蛍光体層２２の側面が、図１０に示したように、固体光源１１側から低屈折率層１３側に向かって広がるテーパ角を有する点が上記第１の実施の形態とは異なる。
　蛍光体層２２は、固体光源１１から出射される励起光を吸収して、蛍光を発するものであり、第１の屈折率（ｎ１）を有するものである。蛍光体層２２は、例えば、図２に示したように、複数の蛍光体粒子１２１と、複数の散乱粒子１２２とが、例えば充填材１２３に分散されて形成されており、上記のように、側面にテーパ角を有する。その角度θｃは、例えば、固体光源１１の光出射面に対して３０°以上９０°未満であることが好ましい。
　以上のように、本実施の形態の発光デバイス２０では、蛍光体層２２の側面に、固体光源１１の光出射面に対して３０°以上９０°未満の固体光源１１側から低屈折率層１３側に向かって広がるテーパ角を設けるようにした。これにより、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
＜３．第３の実施の形態＞
　図１１は、本開示の第３の実施の形態に係る発光デバイス（発光デバイス３０）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス３０は、上記第１の実施の形態における発光デバイス１０と同様に、例えば所謂ＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置（例えば、画像表示装置１）の表示画素として好適に用いられるものである。
　発光デバイス３０は、固体光源１１の光出射面側に、側面に反射膜１４を有する蛍光体層２２および低屈折率層１３がこの順に設けられ、蛍光体層２２および低屈折率層１３が封止部材３５によって内包された構成を有する。蛍光体層２２は第１の屈折率（ｎ１）を有し、低屈折率層１３は、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率（ｎ２）を有し、封止部材３５は、第２の屈折率以上の第３の屈折率（ｎ３）を有する。本実施の形態の発光デバイス３０は、低屈折率層１３の上方の封止部材３５内に、散乱粒子３５１を設けた点が上記第２の実施の形態とは異なる。
　上記第２の実施の形態における発光デバイス２０のように、蛍光体層２２の側面にテーパ角を設けた場合、光取り出し効率は向上するものの、テーパ角θｃが小さくなるに従ってランバーシアン性からのズレ量が大きくなる虞がある。
　これに対して、本実施の形態では、封止部材３５の低屈折率層１３の上方に散乱粒子３５１を設けるようにした。これにより、上記第２の実施の形態における効果に加えて、蛍光体層２２から出射された蛍光が散乱粒子３５１によって散乱され、ランバーシアン性を向上させることが可能となるという効果を奏する。
＜４．第４の実施の形態＞
　図１２は、本開示の第４の実施の形態に係る発光デバイス（発光デバイス４０Ａ）の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１３は、本実施の形態の発光デバイス（発光デバイス４０Ｂ）の断面構成の他の例を表したものである。この発光デバイス４０Ａ，４０Ｂは、上記第１の実施の形態における発光デバイス１０と同様に、例えば所謂ＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置（例えば、画像表示装置１）の表示画素として好適に用いられるものである。以下、図１２に示した発光デバイス４０Ａを用いて本実施の形態について説明する。
　発光デバイス４０Ａは、固体光源１１の光出射面側に、側面に反射膜１４を有する蛍光体層１２および低屈折率層１３がこの順に設けられ、蛍光体層１２および低屈折率層１３が封止部材１５によって内包された構成を有する。蛍光体層１２は第１の屈折率（ｎ１）を有し、低屈折率層１３は、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率（ｎ２）を有し、封止部材１５は、第２の屈折率以上の第３の屈折率（ｎ３）を有する。本実施の形態の発光デバイス４０Ａは、低屈折率層１３の側面に反射膜１６を設けた点が上記第１の実施の形態とは異なる。
　反射膜１６は、低屈折率層１３の側面に設けられており、固体光源１１から出射され、例えば散乱粒子１２２によって散乱させた励起光や蛍光体粒子１２１から発せられた蛍光を低屈折率層１３内に反射するためのものである。反射膜１６は、励起光および蛍光に対して光入射角度に寄らず高い反射率を有する材料を用いて形成することが好ましい。具体的な反射膜１６の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）および白金（Ｐｔ）等が挙げられる。
　以上のように、本実施の形態の発光デバイス４０Ａでは、低屈折率層１３の側面に反射膜１６を設けるようにした。
　上記第１の実施の形態における発光デバイス１０では、例えば図８に示したように、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面において屈折し、低屈折率層１３の側面に入射した蛍光は、そのまま封止部材１５内に進む。低屈折率層１３の側面から封止部材１５内に進んだ蛍光は、封止部材１５と外部との界面に対して全反射角以上の角度で入射するため、外部に取り出されなくなる。
　これに対して、本実施の形態では、低屈折率層１３の側面に反射膜１６を設けるようにしたので、低屈折率層１３の側面に入射した蛍光は、図１２に示したように、低屈折率層１３の側面に設けられた反射膜１６によって低屈折率層１３内に反射され、封止部材１５の上面（面Ｓ１）から取り出されるようになる。即ち、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
　なお、反射膜１６は、図１３に示した発光デバイス４０Ｂのように、上記第２の実施の形態および第３の実施の形態において説明した、低屈折率層１３側に向かって広がるテーパ角を有する蛍光体層２２を備えた発光デバイス２０，３０の低屈折率層１３の側面に設けるようにしてもよい。これにより、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
＜５．第５の実施の形態＞
　図１４は、本開示の第５の実施の形態に係る発光デバイス（発光デバイス５０）の断面構成の一例を模式的に表したものである。この発光デバイス５０は、上記第１の実施の形態における発光デバイス１０と同様に、例えば所謂ＬＥＤディスプレイと呼ばれる画像表示装置（例えば、画像表示装置１）の表示画素として好適に用いられるものである。
　発光デバイス４０Ａは、固体光源１１の光出射面側に、側面に反射膜１４を有する蛍光体層１２および低屈折率層１３がこの順に設けられ、蛍光体層１２および低屈折率層１３が封止部材１５によって内包された構成を有する。蛍光体層１２は第１の屈折率（ｎ１）を有し、低屈折率層１３は、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率（ｎ２）を有し、封止部材１５は、第２の屈折率以上の第３の屈折率（ｎ３）を有する。本実施の形態の発光デバイス５０は、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面および低屈折率層１３と封止部材１５との界面に、それぞれ、反射防止構造１７，１８を設けた点が上記第１の実施の形態とは異なる。
　反射防止構造１７，１８は、それぞれの界面において、臨界角以下となって外部へ取り出される角度の光の反射を低減するためのものである。反射防止構造１７は、例えば蛍光体層１２の屈折率、即ち、第１の屈折率（ｎ１）と低屈折率層１３の屈折率、即ち第２の屈折率（ｎ２）との間の屈折率を有すると共に、略１／４波長の厚みを有する反射防止膜によって形成することができる。または、反射防止構造１７は、１／２波長以下のスケールの微細凹凸構造によって構成することができる。反射防止構造１８は、例えば低屈折率層１３の屈折率、即ち、第２の屈折率（ｎ２）と封止部材１５の屈折率、即ち第３の屈折率（ｎ３）との間の屈折率を有すると共に、略１／４波長の厚みを有する反射防止膜によって形成することができる。または、反射防止構造１８は、１／２波長以下のスケールの微細凹凸構造によって構成することができる。
　なお、１／２波長以下のスケールの微細凹凸構造は、例えば、蛍光体層１２（または低屈折率層１３）上に樹脂を塗布したのち、所定の形状を有する金型を型押しする、所謂ナノインプリント技術を用いて形成することができる。
　以上のように、本実施の形態の発光デバイス５０では、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面および低屈折率層１３と封止部材１５との界面に、それぞれ、反射防止構造１７，１８を設けるようにした。これにより、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面および低屈折率層１３と封止部材１５との界面において、臨界角以下となって外部へ取り出される角度を有する光の反射が低減される。よって、光取り出し効率をさらに向上させることが可能となる。
　なお、反射防止構造１７，１８は、どちらか一方のみでも上記効果が得られるが、両方形成することにより、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面および低屈折率層１３と封止部材１５との界面の両方において、臨界角以下となって外部へ取り出される角度を有する光の反射を低減することができ、より大きな効果を得ることができる。
＜６．変形例＞
　図１５～図１８は、本開示の変形例に係る発光ユニット（発光ユニット１００Ａ～１００Ｄ）の断面構成を模式的に表したものである。
　上記第１の実施の形態における発光ユニット１００では、励起光として紫外線を発する固体光源１１を用いた例を示したが、青色帯域の光を発する固体光源６１を用いるようにしてもよい。その場合には、発光デバイス６０Ｂの蛍光体層１２は、例えば、散乱粒子１２２のみが分散された充填材１２３で形成するようにしてもよい。発光デバイス６０Ｇ，６０Ｒについては、青色帯域の光を発する固体光源１１を用いる以外は、発光デバイス１０Ｇ，１０Ｒと同様の構成を有する（図１５、発光ユニット１００Ａ）。
　また、上記発光ユニット１００では、蛍光体層１２および低屈折率層１３の側面および上面を一括で覆う封止部材１５を用いた例を示したが、封止部材１５の構成はこれに限らない。例えば、図１６に示した発光ユニット１００Ｂのように、封止部材１５は、蛍光体層１２の側面を覆う封止層１５Ｃ、低屈折率層１３の側面を覆う封止層１５Ｂおよび低屈折率層１３の上面および封止層１５Ｃを覆う封止層１５Ａがこの順に積層された３層構成としてもよい。更に、蛍光体層１２の側面を覆う封止層１５Ｃが、図１７に示した発光ユニット１００Ｃのように、反射膜１４を兼ねていてもよい。即ち、封止層１５Ｃを、例えば金属膜で形成し、発光デバイス１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒに対応する位置に開口を設け、その開口に、蛍光体粒子１２１、散乱粒子１２２および充填材１２３を充填して蛍光体層１２を形成するようにしてもよい。更にまた、上記発光デバイス１０および発光ユニット１００では、反射膜１４を蛍光体層１２の側面にのみ設けた例を示したが、これに限らない。例えば、図１８に示した発光ユニット１００Ｄのように、蛍光体層１２および低屈折率層１３の側面に連続する反射膜１４を設けるようにしてもよい。その場合、図１８に示したように、封止部材１５を、蛍光体層１２および低屈折率層１３の側面を覆う封止層１５Ｂと、低屈折率層１３の上面および封止層１５Ｂを覆う封止層１５Ａの２層構成としてもよい。
＜７．実施例＞
　以下に、本開示例を含み、蛍光体層を付帯した固体光源を封止部材で封止した際の蛍光の取り出し効率を検証するために、光線シミュレーションを行った。
（シミュレーション１）
　表１は、光線シミュレーションを行った各発光デバイスの構成（実験例１～８）をまとめたものである。実験例１は、固体光源上に、充填材に蛍光体粒子のみが分散されてなる蛍光体層を設け、封止部材で封止したものである。実験例２は、実験例１の蛍光体層の側面に反射膜を追加したものである。実験例３は、実験例１の蛍光体層に散乱粒子を添加したものである。実験例４は、実験例１の蛍光体層に散乱粒子を添加すると共に、側面に反射膜を追加したものである。実験例５は、実験例１の蛍光体層上に低屈折率層を設けたものである。実験例６は、実験例１の蛍光体層の側面に反射膜を追加すると共に、蛍光体層上に低屈折率層を設けたものである。実験例７は、実験例１の蛍光体層に散乱粒子を添加すると共に、蛍光体層上に低屈折率層を設けたものである。実験例８は、上記発光デバイス１０に相当し、蛍光体層を、蛍光体粒子、散乱粒子および充填材で構成すると共に、蛍光体層上に低屈折率層を設けたものである。なお、実験例１～８の蛍光体層の側面は、固体光源１１の光出射面に対して９０°の角度を有するものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図１９は、実験例１～８における蛍光の取り出し効率のシミュレーション結果を表したものである。図２０は、実験例１～８における蛍光の配光性のランバーシアンからのズレ量（ランバーシアン配光からのズレ量の二乗和平方根）のシミュレーション結果を表したものである。本シミュレーションでは、固体光源波長を４０５ｎｍ、蛍光粒子の蛍光波長５３０ｎｍ、蛍光粒子の内部量子効率８０％、側面反射膜の反射率９０％、ｎ１＝１．５（アクリル樹脂相当の平均値）、ｎ２＝１．０、ｎ３＝１．５（アクリル樹脂相当の平均値）、空気層のｎ＝１．０、散乱粒子の屈折率２．０のパラメータを用いた。
　シミュレーション結果から、実験例１の蛍光の取り出し効率は４．９％であったのに対して、蛍光体層上に低屈折率層を設けた実験例５の蛍光の取り出し効率は４．６％と、ほとんど同じであった。このことから、蛍光体層上に、単に低屈折率層を設けただけでは、取り出し効率およびランバーシアン性の向上は得られないことがわかった。
　実験例１および実験例５の結果を、図２１および図２２を用いて説明する。図２１は、簡易的にｎ１＝ｎ３の場合の光線プロファイルを示したものである。なお、ｎ１とｎ３とは必ずしも同じである必要はない。実験例１では、蛍光体層１０１２および封止部材１０１５の屈折率が同じであることから、図２１に示したように、蛍光体粒子から発せられる蛍光は、屈折や反射することなく封止部材１０１５に入射し、封止部材１０１５／空気層界面で全反射角以内の蛍光のみが外部に取り出されることになる。これに対して、実験例５では、蛍光体粒子から発せられた蛍光は、図２２に示したように、蛍光体層１０１２と低屈折率層１０１３との界面で全反射条件を満たす光線が発生する。全反射角以下の角度成分の蛍光は低屈折率層１０１３に入射し、そのまま封止部材１０１５を抜け、空気層（外部）に取り出される。一方で、蛍光体層１０１２と低屈折率層１０１３と界面で全反射角以上の角度成分の蛍光は、再度蛍光体層１０１２に反射されるが、この蛍光はそのまま蛍光体層１０１２の側面から外部に抜け漏れ、封止部材１０１５の上面から外部に取り出されることはない。蛍光体粒子がある場合には、自己吸収により蛍光が発せられ、その蛍光成分のうち全反射角以下の成分は外部に取り出されることになる。しかし、実験例１と大きな差異はなく、従って、蛍光の取り出し効率も変化がなかったと推察される。
　これに対して、実験例８の蛍光の取り出し効率は１１.０％にまで向上した。蛍光体粒子から発せられた蛍光は、図８に示したように、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面で全反射を満たし、全反射角以下の蛍光成分はそのまま低屈折率層１３および封止部材１５を透過して空気層（外部）に取り出される。全反射角以上の光は、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面で反射され、蛍光体層１２に戻る。蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面で反射された蛍光は、図８に示したように、蛍光体層１２の側面に達するが、反射膜１４によって外部に抜け漏れることなく再度蛍光体層１２内に反射される。この反射を繰り返す過程で、やがて蛍光体粒子による自己吸収／発光や、散乱粒子による散乱によって、上記全反射角以下の成分を有するようになり、やがて外部に取り出される。
　また、図２１に示したように、全反射界面（封止部材１０１５と空気層との界面）が離れている場合、全反射した蛍光は取り出されることなく無効光になってしまう。これに対して、実験例８では、図８に示したように、蛍光体層１２の直上（蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面）で蛍光を全反射させるため、反射した蛍光は、再度、蛍光体層１２中で全反射角以下の蛍光に変換することができる。これにより、蛍光の取り出し効率が向上したと推察される。更に、蛍光体層１２の側面に反射膜１４を設けることで、光のリサイクル効率が向上する。
（シミュレーション２）
　表２は、光線シミュレーションを行った各発光デバイスの構成（実験例９～１６）をまとめたものである。実験例９は、固体光源上に、充填材に蛍光体粒子のみが分散されてなる蛍光体層を設け、その側面に８０°のテーパ角を付けたものである。実験例１０は、実験例９の蛍光体層の側面に４５°のテーパ角を付けたものである。実験例１１は、実験例９の蛍光体層に散乱粒子を添加したものである。実験例１２は、実験例１０の蛍光体層に散乱粒子を添加したものである。実験例１３は、実験例９の蛍光体層上に低屈折率層を設けたものである。実験例１４は、実験例１０の蛍光体層上に低屈折率層を設けたものである。実験例１５は、上記発光デバイス２０に相当し、蛍光体層を、蛍光体粒子、散乱粒子および充填材で構成すると共に、側面に８０°のテーパ角を付けた蛍光体層上に低屈折率層を設けたものである。実験例１６は、上記発光デバイス２０に相当し、蛍光体層を、蛍光体粒子、散乱粒子および充填材で構成すると共に、側面に４５°のテーパ角を付けた蛍光体層上に低屈折率層を設けたものである。なお、実験例９～１６の蛍光体層の側面には、全て反射膜が設けられている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図２３は、実験例２，４，６の結果と共に、実験例９～１６における蛍光の取り出し効率のシミュレーション結果を表したものである。図２４は、実験例２，４，６の結果と共に、実験例９～１６における蛍光の配光性のランバーシアンからのズレ量（ランバーシアン配光からのズレ量の二乗和平方根）のシミュレーション結果を表したものである。本シミュレーションでは、固体光源波長を４０５ｎｍ、蛍光粒子の蛍光波長５３０ｎｍ、蛍光粒子の内部量子効率８０％、側面反射膜の反射率９０％、ｎ１＝１．５（アクリル樹脂相当の平均値）、ｎ２＝１．０、ｎ３＝１．５（アクリル樹脂相当の平均値）、空気層のｎ＝１．０、散乱粒子の屈折率２．０のパラメータを用いた。
　シミュレーション結果から、実験例６，１５，１６の蛍光の取り出し効率は、それぞれ、１１．０％、１２．８％、１８．７％であり、蛍光体層１２の側面のテーパ角θｃが４５°に近づくにつれて取り出し効率が増加することがわかった。但し、蛍光体層１２の側面のテーパ角θｃを小さくすることで、蛍光の取り出し効率が向上する一方、取り出された光のランバーシアン性からのズレ量が大きくなることがわかった。具体的には、ＦＦＰのランバーシアン性からのズレ量を見積もると、θｃ＝９０°では０．０３８、θｃ＝８０°では０．０３６、θｃ＝４５°では０．１１０であった。即ち、θｃ＝８０°でズレ量が小さくなった一方で、θｃ＝４５°でズレ量が著しく増加した。また、傾斜角が小さくなるに従って、発光デバイスのサイズが拡大する。
　以上、第１～第５の実施の形態および変形例ならびに実施例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、蛍光体層１２の側面を平面形状としたが、例えば湾曲形状としてもよい。
　また、上記第１の実施の形態では、発光ユニット１００として、３つの発光デバイス１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが一列に配置された例を示したがこれに限らず、例えば、三角状に発光デバイス１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを配置するようにしてもよい。
　更に、上記第１～第５の実施の形態において説明した構成は、適宜組み合わせることができる。例えば、第４の実施の形態と第５の実施の形態とを組み合わせ、蛍光体層１２および低屈折率層１３側面に、それぞれ、反射膜１４，１６を設け、さらに、蛍光体層１２と低屈折率層１３との界面および低屈折率層１３と封止部材１５との界面に、それぞれ、反射防止構造１７，１８を設けるようにしてもよい。また、さらに第２の実施の形態を組み合わせ、蛍光体層１２の側面をテーパ形状としてもよいし、第３の実施の形態を組み合わせて、封止部材１５の低屈折率層１３の上方に、散乱粒子３５１を設けるようにしてもよい。これにより、さらに光取り出し効率を向上させつつ、ランバーシアン性も向上させることが可能となる。
　なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
　なお、本開示は以下のような構成をとることも可能である。以下の構成の本技術によれば、第１の屈折率を有すると共に、側面に第１の反射膜が設けられた蛍光体層上に、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する低屈折率層を設け、蛍光体層および低屈折率層を、第２の屈折率以上の第３の屈折率を有する封止部材で覆うようにしたので、蛍光体層と低屈折率層との界面に全反射界面が形成され、その界面において反射した蛍光は、再度、蛍光体層内で全反射角以下の蛍光に変換されるようになる。これにより、励起光の利用効率が向上し、蛍光の取り出し効率を向上させることが可能となる。
（１）
　励起光を発する固体光源と、
　第１の屈折率を有し、前記固体光源の光出射面側に配置されると共に、側面に第１の反射膜を有する蛍光体層と、
　前記蛍光体層上に設けられると共に、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する低屈折率層と、
　前記蛍光体層および前記低屈折率層を内包すると共に、前記第２の屈折率以上の第３の屈折率を有する封止部材と
　を備えた発光デバイス。
（２）
　前記蛍光体層は散乱粒子を含む、前記（１）に記載の発光デバイス。
（３）
　前記蛍光体層は複数の散乱粒子を含み、
　前記散乱粒子は、平均粒径１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の誘電体物質である、前記（１）または（２）に記載の発光デバイス。
（４）
　前記散乱粒子は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうちの少なくとも１種からなる、前記（２）または（３）に記載の発光デバイス。
（５）
　前記蛍光体層は、蛍光体粒子および前記散乱粒子が充填材に分散され形成されている、前記（２）乃至（４）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（６）
　前記蛍光体層の側面は、前記蛍光体層の断面が前記固体光源側から前記低屈折率層側に向かって広がるテーパ角を有する、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（７）
　前記蛍光体層の側面のテーパ角は３０°以上９０°未満である、前記（６）に記載の発光デバイス。
（８）
　前記封止部材は、前記低屈折率層の上方に散乱粒子を含む、前記（１）乃至（７）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（９）
　前記低屈折率層は、側面に第２の反射膜をさらに有する、前記（１）乃至（８）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１０）
　前記蛍光体層と前記低屈折率層との界面に、第１の反射防止構造をさらに有する、前記（１）乃至（９）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１１）
　前記第１の反射防止構造は、前記蛍光体層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との間の屈折率を有すると共に、略１／４波長の厚みを有する反射防止膜である、前記（１０）に記載の発光デバイス。
（１２）
　前記第１の反射防止構造は、１／２波長以下のスケールの微細凹凸構造である、前記（１０）に記載の発光デバイス。
（１３）
　前記低屈折率層と前記封止部材との界面に、第２の反射防止構造をさらに有する、前記（１）乃至（１２）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１４）
　前記第２の反射防止構造は、前記低屈折率層の屈折率と前記封止部材の屈折率との間の屈折率を有すると共に、略１／４波長の厚みを有する反射防止膜である、前記（１３）に記載の発光デバイス。
（１５）
　前記第２の反射防止構造は、１／２波長以下のスケールの微細凹凸構造である、前記（１３）に記載の発光デバイス。
（１６）
　前記蛍光体層は、蛍光体粒子として量子ドット蛍光体を含む、前記（１）乃至（１５）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１７）
　前記量子ドット蛍光体は、コア部および前記コア部を覆うシェル層を有する、前記（１６）に記載の発光デバイス。
（１８）
　前記固体光源は、発光波長が青色領域または紫外領域の発光ダイオードである、前記（１）乃至（１７）のうちのいずれかに記載の発光デバイス。
（１９）
　複数の発光デバイスを有し、
　前記複数の発光デバイスは、
　励起光を発する固体光源と、
　第１の屈折率を有し、前記固体光源の光出射面側に配置されると共に、側面に第１の反射膜を有する蛍光体層と、
　前記蛍光体層上に設けられると共に、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する低屈折率層と、
　前記蛍光体層および前記低屈折率層を内包すると共に、前記第２の屈折率以上の第３の屈折率を有する封止部材と
　を備えた画像表示装置。
　本出願は、日本国特許庁において２０１８年１０月１５日に出願された日本特許出願番号２０１８－１９４１２０号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (19)

  1. 　励起光を発する固体光源と、
    　第１の屈折率を有し、前記固体光源の光出射面側に配置されると共に、側面に第１の反射膜を有する蛍光体層と、
    　前記蛍光体層上に設けられると共に、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する低屈折率層と、
    　前記蛍光体層および前記低屈折率層を内包すると共に、前記第２の屈折率以上の第３の屈折率を有する封止部材と
    　を備えた発光デバイス。
  2. 　前記蛍光体層は散乱粒子を含む、請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 　前記蛍光体層は複数の散乱粒子を含み、
    　前記散乱粒子は、平均粒径１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の誘電体物質である、請求項２に記載の発光デバイス。
  4. 　前記散乱粒子は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）のうちの少なくとも１種からなる、請求項２に記載の発光デバイス。
  5. 　前記蛍光体層は、蛍光体粒子および前記散乱粒子が充填材に分散され形成されている、請求項２に記載の発光デバイス。
  6. 　前記蛍光体層の側面は、前記蛍光体層の断面が前記固体光源側から前記低屈折率層側に向かって広がるテーパ角を有する、請求項１に記載の発光デバイス。
  7. 　前記蛍光体層の側面のテーパ角は３０°以上９０°未満である、請求項６に記載の発光デバイス。
  8. 　前記封止部材は、前記低屈折率層の上方に散乱粒子を含む、請求項１に記載の発光デバイス。
  9. 　前記低屈折率層は、側面に第２の反射膜をさらに有する、請求項１に記載の発光デバイス。
  10. 　前記蛍光体層と前記低屈折率層との界面に、第１の反射防止構造をさらに有する、請求項１に記載の発光デバイス。
  11. 　前記第１の反射防止構造は、前記蛍光体層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との間の屈折率を有すると共に、略１／４波長の厚みを有する反射防止膜である、請求項１０に記載の発光デバイス。
  12. 　前記第１の反射防止構造は、１／２波長以下のスケールの微細凹凸構造である、請求項１０に記載の発光デバイス。
  13. 　前記低屈折率層と前記封止部材との界面に、第２の反射防止構造をさらに有する、請求項１に記載の発光デバイス。
  14. 　前記第２の反射防止構造は、前記低屈折率層の屈折率と前記封止部材の屈折率との間の屈折率を有すると共に、略１／４波長の厚みを有する反射防止膜である、請求項１３に記載の発光デバイス。
  15. 　前記第２の反射防止構造は、１／２波長以下のスケールの微細凹凸構造である、請求項１３に記載の発光デバイス。
  16. 　前記蛍光体層は、蛍光体粒子として量子ドット蛍光体を含む、請求項１に記載の発光デバイス。
  17. 　前記量子ドット蛍光体は、コア部および前記コア部を覆うシェル層を有する、請求項１６に記載の発光デバイス。
  18. 　前記固体光源は、発光波長が青色領域または紫外領域の発光ダイオードである、請求項１に記載の発光デバイス。
  19. 　複数の発光デバイスを有し、
    　前記複数の発光デバイスは、
    　励起光を発する固体光源と、
    　第１の屈折率を有し、前記固体光源の光出射面側に配置されると共に、側面に第１の反射膜を有する蛍光体層と、
    　前記蛍光体層上に設けられると共に、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する低屈折率層と、
    　前記蛍光体層および前記低屈折率層を内包すると共に、前記第２の屈折率以上の第３の屈折率を有する封止部材と
    　を備えた画像表示装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023047678A1 (ja) * 2021-09-22 2023-03-30 日亜化学工業株式会社 光源ユニットおよび映像表示装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111384227B (zh) * 2018-12-26 2024-04-19 乐金显示有限公司 显示装置
US11610868B2 (en) * 2019-01-29 2023-03-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh μ-LED, μ-LED device, display and method for the same
US20220165923A1 (en) * 2020-11-24 2022-05-26 Creeled, Inc. Cover structure arrangements for light emitting diode packages

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010509751A (ja) * 2006-11-07 2010-03-25 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 混合光を放射するための装置
WO2012014360A1 (ja) * 2010-07-26 2012-02-02 株式会社小糸製作所 発光モジュール
JP2014052606A (ja) * 2012-09-10 2014-03-20 Sharp Corp 蛍光体基板、発光デバイス、表示装置、及び照明装置
JP2017063231A (ja) * 2016-12-26 2017-03-30 ローム株式会社 発光素子パッケージおよび照明装置
JP2018002492A (ja) * 2016-06-27 2018-01-11 日本電気硝子株式会社 波長変換部材及びそれを用いてなる発光デバイス
US20180062052A1 (en) * 2016-09-01 2018-03-01 Lumileds Llc White-appearing semiconductor light-emitting devices having a temperature sensitive low-index particle layer

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4386693B2 (ja) * 2000-05-31 2009-12-16 パナソニック株式会社 Ｌｅｄランプおよびランプユニット
US7192795B2 (en) * 2004-11-18 2007-03-20 3M Innovative Properties Company Method of making light emitting device with silicon-containing encapsulant
JP4275718B2 (ja) * 2006-01-16 2009-06-10 パナソニック株式会社 半導体発光装置
DE102007015474A1 (de) * 2007-03-30 2008-10-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Elektromagnetische Strahlung emittierendes optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
CN101459163B (zh) * 2007-12-12 2011-07-06 富士迈半导体精密工业（上海）有限公司 发光二极管
DE102007060202A1 (de) * 2007-12-14 2009-06-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Polarisierte Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement
US9287469B2 (en) * 2008-05-02 2016-03-15 Cree, Inc. Encapsulation for phosphor-converted white light emitting diode
US8129735B2 (en) 2008-09-24 2012-03-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. LED with controlled angular non-uniformity
DE102010038396B4 (de) * 2010-07-26 2021-08-05 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Bauelement und Leuchtvorrichung damit
JP2013038353A (ja) 2011-08-11 2013-02-21 Koito Mfg Co Ltd 発光モジュール
JP2017050462A (ja) 2015-09-03 2017-03-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｌｅｄモジュール
EP3507839B1 (en) 2016-09-01 2021-11-24 Lumileds LLC White-appearing semiconductor light-emitting devices having a temperature sensitive particle layer

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010509751A (ja) * 2006-11-07 2010-03-25 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 混合光を放射するための装置
WO2012014360A1 (ja) * 2010-07-26 2012-02-02 株式会社小糸製作所 発光モジュール
JP2014052606A (ja) * 2012-09-10 2014-03-20 Sharp Corp 蛍光体基板、発光デバイス、表示装置、及び照明装置
JP2018002492A (ja) * 2016-06-27 2018-01-11 日本電気硝子株式会社 波長変換部材及びそれを用いてなる発光デバイス
US20180062052A1 (en) * 2016-09-01 2018-03-01 Lumileds Llc White-appearing semiconductor light-emitting devices having a temperature sensitive low-index particle layer
JP2017063231A (ja) * 2016-12-26 2017-03-30 ローム株式会社 発光素子パッケージおよび照明装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023047678A1 (ja) * 2021-09-22 2023-03-30 日亜化学工業株式会社 光源ユニットおよび映像表示装置

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