色変換部材およびそれを用いた発光装置
【課題】ある一種の蛍光体の発する蛍光が、他種の蛍光体により再度吸収されることを抑制することで得られる、高効率な色変換部材およびこれを備える発光装置を提供する。
【解決手段】励起光を照射することで可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材であって、Ｎは２以上の自然数であり、厚み方向に順に、蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、一般式（１）および（２）を同時に満たす関係を有する色変換部材に関する。
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （１）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （２）
【解決手段】励起光を照射することで可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材であって、Ｎは２以上の自然数であり、厚み方向に順に、蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、一般式（１）および（２）を同時に満たす関係を有する色変換部材に関する。
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （１）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体を含有した色変換部材およびそれを用いた発光装置に関する。さらに詳しくは、短波長の励起光を吸収し、吸収した波長より長波長の光を発する色変換部材、および当該色変換部材と励起光源を組み合わせた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード素子から発せられる光と、この光の一部を蛍光体に吸収させることで発する別の波長の蛍光とを混合することにより、白色光を得ることができる発光装置が提案されている。
【０００３】
このような発光素子と蛍光体とを組み合わせて白色光を得る方法を利用した発光装置の例として、２つ挙げることができる。まず、第１に、発光素子である青色発光ダイオード素子の発光の一部を蛍光体に吸収させて、発光素子の透過光と蛍光体からの蛍光とを混色させて白色光を得る方法を利用した発光装置が挙げられる。そして第２に、発光素子として紫外〜青紫光発光ダイオード素子を用い、赤・緑・青色の蛍光を発する蛍光体を組み合わせて白色光を得る方法を利用した発光装置が挙げられる。
【０００４】
前者の例としては、青色発光ダイオード素子とセリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット系黄色蛍光体を組み合わせた発光装置がすでに実用化されている（特開平１０−２４２５１３号公報（特許文献１）参照）。しかし、該発光装置では、混色で得られる白色光のスペクトルは、赤色成分が少なく演色性が十分でないという問題点がある。
【０００５】
そのため後者の例のような、赤・緑・青色の蛍光体をそれぞれ使用することにより、演色性の向上が図った発光装置が提案されている（特表２０００−５０９９１２号公報（特許文献２）参照）。しかし、該発光装置においては、青色蛍光体の発する蛍光を赤色蛍光体が吸収してしまうという問題が生じる。これは、ある一種の蛍光体の発光スペクトルと他種の蛍光体の吸収スペクトルが重なっている場合に生じ、複数種の蛍光体が混合されている場合に生じやすい現象である。したがって、得られた発光装置からの発光は、色むらが発生しやすく、発光効率が低いという問題点がある。
【０００６】
そこで、たとえば特開２００７−１３４６５６号公報（特許文献３）には、長波長の蛍光を発する赤色発光蛍光体を、短波長の蛍光を発する緑・青色発光蛍光体よりも発光素子の近くに配置することにより、赤色発光蛍光体による、緑・青色発光蛍光体の発する蛍光の再吸収を抑制し、色むらの抑制・発光効率の向上を図る技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２４２５１３号公報
【特許文献２】特表２０００−５０９９１２号公報
【特許文献３】特開２００７−１３４６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来取られてきた上記の方法では、ある一種の蛍光体が発する蛍光を他種の蛍光体が吸収することによる、発光装置の発光輝度が低下するのを十分に抑制することができない。蛍光体は等方的に蛍光を発するため、上記構造では緑・青色発光蛍光体が発光素子側に発する蛍光が赤色発光蛍光体に吸収される問題が解決できない。そのため、得られる発光装置は発光効率が非常に低く、実用的な用途を持ち得ない。
【０００８】
したがって本発明は、以上のような事情を鑑み、ある一種の蛍光体の発する蛍光が、他種の蛍光体により再度吸収されることを抑制することで得られる、高効率な色変換部材および該色変換部材を備える発光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、異なる蛍光波長を発する蛍光体を異なる屈折率を有する光透過性部材に分散させた場合に、外部量子効率の高い色変換部材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、励起光を照射することで可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材であって、Ｎは２以上の自然数であり、厚み方向に順に、蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、下記一般式（１）および（２）を同時に満たす関係を有する色変換部材に関する。
【００１１】
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （１）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （２）
また、本発明の色変換部材において、第Ｎ光透過性部材をさらに、屈折率がｎＮよりも小さい光透過性部材で被覆してなることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の色変換部材において、蛍光体の粒子径が、励起光の波長以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の色変換部材において、蛍光体が、半導体微粒子であることが好ましい。
また、本発明の色変換部材において、色変換部材が含有する蛍光体が、励起光の光路長に応じて面内で濃度の分布を持つ、ことが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、励起光を発する発光素子と、可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材と、を有する発光装置であって、色変換部材は、Ｎが２以上の自然数であり、厚み方向に順に、蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、下記一般式（３）および（４）を同時に満たす関係を有する、発光装置に関する。
【００１５】
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （３）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （４）
また、本発明の発光装置において、発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体レーザダイオード素子であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の発光装置において、発光素子が、半導体レーザダイオード素子であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の発光装置において、発光素子に光透過性部材を挟んで色変換部材が配置された構造を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
ある一種の蛍光体の発する蛍光が、他種の蛍光体により再度吸収されることを抑制することで得られる、高効率な色変換部材および該色変換部材を備える発光装置の提供できる。これは、本発明の色変換部材によると、各光透過性部材の界面での全反射を利用することで、第Ｎ蛍光体の発する蛍光が、第Ｎ−１蛍光体により再度吸収されることを抑制できるため、外部量子効率が向上することによる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、図面における長さ、大きさ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法を表してはいない。
【００２０】
＜色変換部材＞
図１は、本発明における色変換部材の一実施形態を模式的に示す図である。図２は、本発明における色変換部材の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【００２１】
以下、図１および図２に基づいて、本発明に係る色変換部材について説明する。図１に示すように、本発明の色変換部材１０１は、励起光を照射することで可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる。そして、該色変換部材１０１において、Ｎは２以上の自然数であり、励起光の照射側から厚み方向に順に、蛍光波長がλ１である第１蛍光体１０３ａを含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材１０４から、蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体１０３ｃを含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材１０６までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなる。そして、本発明において色変換部材１０１は、以下の一般式（１）および（２）を同時に満たすものである。
【００２２】
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （１）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （２）
なお、ｎ１は１．３以上であることが好ましく、ｎＮは２．４以下であることが好ましい。光透過性部材の屈折率を測定する方法としては、ＪＩＳ Ｋ ７１４２（１９９６年版）等が挙げられる。また、本発明における蛍光波長は、蛍光分光光度計で測定することができる。
【００２３】
また、本発明の色変換部材１０１においては、第１光透過性部材側から励起光が照射されることが好ましいが、第Ｎ光透過性部材側から励起光が照射されても問題はない。
【００２４】
ここで、図１においては、厚み方向に順に、第１蛍光体１０３ａを含有する光透過性部材１０４、第２蛍光体１０３ｂを含有する光透過性部材１０５が積層されている。また、上述の通り、本発明の色変換部材１０１は、少なくとも２種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材を少なくとも２個積層したものである。つまり、本発明における色変換部材は、図２に示すように、第１蛍光体２０４を含有する光透過性部材２０１、第２蛍光体２０５を含有する光透過性部材２０２が順に積層されてなるものを最低の単位とし、第２光透過性部材２０２は、蛍光体を含有しない光透過性部材２０３でさらに被覆されていることが好ましい。
【００２５】
ここで、図１に示す色変換部材１０１において励起光を照射して第１蛍光体１０３ａおよび第２蛍光体１０３ｂの発する蛍光波長をそれぞれλ１およびλ２とすると、λ１≧λ２であり、第１光透過性部材１０４および第２光透過性部材１０５の屈折率をそれぞれｎ１およびｎ２とすると、ｎ１＜ｎ２である。このとき、第２蛍光体１０３ｂから第１光透過性部材１０４方向へ発する蛍光のうち、界面の臨界角θｃ以上で入射される蛍光は、全反射により第２光透過性部材１０５方向へ反射される。但し、ｎ１およびｎ２における臨界角θｃは、数式（１）で表される。
【００２６】
θｃ＝ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ１） 数式（１）
したがって、第２蛍光体１０３ｂの蛍光が、第１蛍光体１０３ａにより再吸収されるのを抑制できるため、かかる構造を有する色変換部材１０１の外部量子効率は高い。ここで外部量子効率とは、当該色変換部材に励起フォトン１個を入射したときに、蛍光フォトンを発する確率を表す。かかる外部量子効率は、蛍光分光光度計や積分球により測定される。このように、本実施形態にかかる色変換部材１０１は、各光透過性部材の界面での全反射を利用することで、第ｎの蛍光体の発する蛍光が、第（ｎ−１）の蛍光体により再度吸収されることを抑制できる。
【００２７】
そして、上述の色変換部材を構成する光透過性部材の数「Ｎ」は、大きいほうがより好ましい。これは、該蛍光体を含有する光透過性部材の数が多くなるほど、結果として色変換部材１０１が含有する蛍光体の種類を増やすことができるためである。色変換部材１０１が含有する蛍光体の種類が増えることによって、色変換部材１０１の発する発光の演色性を向上させることができる。ただし、製造コストの観点からは、光透過性部材の数「Ｎ」は小さいほうがより好ましい。これらの事由を勘案すると、色変換部材１０１を構成する光透過性部材の数「Ｎ」は、２以上５以下の値をとることが最も好ましい。
【００２８】
また、第Ｎ光透過性部材１０６は、屈折率がｎＮよりも小さい光透過性部材１０２で被覆されていることが好ましい。たとえば、図１においては、第Ｎ光透過性部材１０６の屈折率をｎＮ、光透過性部材１０２の屈折率をｎ（Ｎ＋１）とすると、各光透過性部材の屈折率は、ｎＮ＞ｎ（Ｎ＋１）の関係を満たす。
【００２９】
屈折率の大きい第Ｎ光透過性部材１０６から、たとえば空気のような屈折率の小さい外界へ光が放射される場合、上述の数式（１）に示される臨界角θｃ以上の角度で放射される発光は、全反射により第Ｎ光透過性部材１０６に閉じ込められるため、色変換部材の発光には寄与せず損失となる。しかし、光透過性部材１０２のような、屈折率の小さくかつ空気より屈折率が大きな材料で被膜することにより、第Ｎ光透過性部材１０６から光が放出されやすくなる効果が得られる。つまり、色変換部材１０１と空気との界面での全反射を抑制することで、色変換部材における光透過性部材１０２と逆方向へ進む光を減らすことにより、色変換部材１０１から効率的に光を取り出すことができる。
【００３０】
また、光透過性部材の含有する蛍光体の粒子径を励起光の波長以下にすることにより、さらなる外部量子効率の向上効果が得られる。これは励起光の波長以下では、蛍光体粒子による励起光の回折散乱が生じなくなるため、励起光の散乱損失を低減できるためである。
【００３１】
また、かかる色変換部材１０１に含有される蛍光体は、励起光の光路長に応じて面内（図１における厚み方向と垂直の面内）で濃度の分布を持たせても良い。励起光が色変換部材１０１にある角度で入射する場合、励起光が色変換部材１０１中を通る光路長は、入射角度によって変化する。したがって、蛍光体による励起光の吸収率も入射角度により変化する。ここで、面内での蛍光体濃度分布を変化させることにより、光路長によって生じる蛍光体の吸収率の違いを補正した結果、色むらを改善することができる。
【００３２】
また、かかる色変換部材１０１は、自立部材として使用できる。また、支持基体に積層しても良い。たとえば、ガラス・紙などの支持基体表面に積層させて、支持基体に任意の光学機能を付加させたり、導光板表面に積層させて面発光部材として利用する、などが例示される。
【００３３】
当該色変換部材１０１に励起光を入射した場合、色変換部材１０１に含有されるＮ種類の蛍光体が励起光を吸収し、各蛍光を発するため、色変換部材１０１から出射される光は、励起光と各蛍光の混色光となる。したがって、青色励起光と緑・赤色蛍光や、紫外〜青紫色励起光と青・緑・赤色蛍光を組み合わせることにより得られる、白色光を利用する等の利用例がある。
【００３４】
≪光透過性部材の材料≫
本発明における光透過性部材の材料は、蛍光体を分散させた状態で保持できる機能を有し、かつ励起光波長、蛍光体の発する蛍光波長に対し透明であるという特性が望まれる。また、該光透過性部材は、蛍光体の保護部材としての役割も求められることから、酸素・水分を通さない特性を有する材料であることが、特に好ましい。また、該光透過性部材が発光素子に近接して配置される場合には、耐熱性が要求される。上記の条件を満たす光透過性部材材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、尿素樹脂等に代表される樹脂や、ガラス、アルミナ、イットリア等に代表される透光性無機材料が挙げられる。
【００３５】
≪蛍光体≫
本発明における蛍光体としては、励起光の少なくとも一部を照射することで該励起光を吸収して、励起光とは波長の異なる蛍光を発する特性が望まれる。また、強い励起光を受けることから耐光性が、使用環境により水分・酸素に対する耐久性が求められる。発光素子近傍に配置された場合は、良好な温度特性を有することが好ましい。上記の条件を満たす蛍光体材料としては、後述する希土類賦活蛍光体と半導体微粒子が例示される。
【００３６】
青色発光を示す希土類賦活蛍光体としては、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｂ5Ｏ9Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）Ａｌ2Ｏ4：Ｅｕまたは（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ等が挙げられる。
【００３７】
緑色発光を示す希土類賦活蛍光体としては、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ等が挙げられる。
【００３８】
黄色発光を示す希土類賦活蛍光体としては、（（Ｙ，Ｇｄ）1-xＳｍx）3（ＡｌyＧａ1-y）5Ｏ12：Ｃｅ（ただしｘおよびｙは１以下の数）、（Ｃａ，Ｍｇ，Ｙ）xＳｉ12-(m+n)Ａｌ(m+n)ＯnＮ16-n：Ｅｕ等が挙げられる。
【００３９】
赤色発光を示す希土類賦活蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ等が挙げられる。
【００４０】
半導体微粒子とは、粒子径が数ｎｍ程度の半導体微結晶のことを示す。半導体結晶を数ｎｍ程度まで小さくすると、量子閉じ込め効果により、バンドギャップが変化する。したがって、粒子径を制御することにより、発光波長を制御することが可能となる。また、材料が半導体のため、電子準位がバンド状に広がっていることより、広い波長範囲で光吸収が生じる。したがって半導体微粒子は、蛍光波長の選択性や、励起波長を選ばない点で、蛍光体として非常に優れた特性を示す。また、半導体微粒子による光散乱はほとんどないことから、励起光の散乱損失を大きく低減できるためさらなる外部量子効率の向上効果が得られる。なお、このような半導体微粒子は、コロイド粒子、ナノ粒子、あるいは量子ドット等とも呼称される場合がある。
【００４１】
半導体微粒子の材料としては、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等のＩ族元素と、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、よう素（Ｉ）等のＶＩＩ族元素からなるＩ−ＶＩＩ族化合物半導体、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Hｇ）等のＩＩ族元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等のＶＩ族元素からなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）等のＩＩＩ族元素と、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等のＶ族元素からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）等のＩＶ族元素半導体、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）等のＩＶ族元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等のＶＩ族元素からなるＩＶ−ＶＩ族化合物半導体、およびこれらの混晶が挙げられる。
【００４２】
この中でも、量子閉じ込め効果によりバンドギャップが増大した状態の半導体微粒子が可視光発光を示すことから、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、およびこれらの混晶が、蛍光体として特に優れた特性を示す。
【００４３】
しかし、本発明における蛍光体は、上記物質に限定されるわけではなく、たとえば、ローダミンＢ等に代表される有機色素や有機蛍光顔料等を使用しても良い。
【００４４】
≪色変換部材の用途≫
本発明の色変換部材は、透明性・機械的強度に優れ、しかも優れた光吸収特性・発光特性・外部量子効率を有する。当該色変換部材は、たとえば、窓ガラス等の表面に設けられる紫外線吸収膜、ディスプレイ等に用いられる波長変換のための光学カラーフィルター、あるいは白熱電球・蛍光灯・冷陰極管・半導体発光素子と組み合わせた発光波長選択可能な発光装置等、様々な光学用途に使用することができる。
【００４５】
＜発光装置＞
図３は、本発明における発光装置の一実施形態を模式的に示す図である。
【００４６】
以下、図３に基づいて説明する。
本実施形態の発光装置は、励起光を発する発光素子３１２と、可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個、励起光の照射側から順に積層してなる色変換部材３０１とを有する（Ｎは２以上の自然数）。そして、色変換部材３０１は、厚み方向に蛍光波長がλ１である第１蛍光体３０７を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材３０３、蛍光波長がλ２である第２蛍光体３０８を含有する、屈折率がｎ２である第２光透過性部材３０４、蛍光波長がλ３である第３蛍光体３０９を含有する、屈折率がｎ３である第３光透過性部材３０５の順に積層されている構造を含む。本発明の発光装置においては、第３蛍光体３０９を含有する第３光透過性部材３０５にさらに厚み方向に蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してもよい。
【００４７】
そして、蛍光体を含有する該色変換部材は、下記一般式（３）および（４）を同時に満たす関係を有する。
【００４８】
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （３）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （４）
そして、図３に示す発光装置は、基体３１０上に発光素子３１２が取り付けられた構造を有する。基体３１０上には、発光素子３１２を取り囲むように、反射部材３１１が取り付けられている。発光素子３１２から発光された励起光のうち横方向へ進む光は、反射部材３１１により上方へ反射され、光透過性部材３０３に入射されるため、発光素子３１２から発せられる励起光を、効率よく色変換部材３０１に入射させることができる。図３においては発光素子３１２を覆うように蛍光体を含まない光透過性部材３０２が配置され、該光透過性部材を被覆するように色変換部材３０１が配置される。このように発光素子３１２と色変換部材３０１の間に、光透過性部材３０２を挿入することにより、長寿命な発光装置を提供することができる。これは、各蛍光体に与える発光素子３１２の発熱の影響が、光透過性部材３１２により緩和されるためである。ただし、該色変換部材３０１で直接、発光素子３１２を覆っても良い。
【００４９】
発光素子３１２から発光される励起光は、直接あるいは反射部材３１１に反射されて色変換部材３０１に入射する。色変換部材３０１に含有された第１蛍光体３０７、第２蛍光体３０８、第３蛍光体３０９は、励起光を吸収してそれぞれ蛍光を発する。したがって、当該発光装置から発せられる光は、発光素子３１２の発光と、各蛍光体からの蛍光の混色光となる。
【００５０】
基体３１０の表面は、鏡面状にして反射機能を持たせるとより好ましい。各蛍光体が基体３１０方向へ発する蛍光や、各蛍光体により散乱された励起光は、基体３１０の表面で反射されるため、発光装置から取り出される発光の強度を増大させることができる。
【００５１】
当該発光装置の発光色が、色変換部材３０１における蛍光体の量で調整できるため、各発光波長の発光素子を組み合わせた発光装置と比較した場合優位となる。
【００５２】
≪発光素子≫
本発明における発光素子３１２は、色変換部材に含まれる第１蛍光体３０７、第２の蛍光体３０８および第３の蛍光体３０９が吸収する波長域の光を発する必要がある。上記の条件を満たす発光素子であれば何でもよく、たとえば紫外線ランプや冷陰極管、半導体発光素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロルミネッセンス素子などが例示される。特に半導体発光素子は、優れた単色性発光ピーク波長を有することから、効率的に蛍光体を励起できる点で好ましい。
【００５３】
また、蛍光体の励起光を発する発光素子３１２に加えて、蛍光体を励起しない長波長領域の光を発する発光素子を一緒に用いても良い。具体的には、紫外〜青色発光の発光素子に加えて、蛍光体の吸収のない赤色発光の発光素子を一緒に配置する場合などが例示される。該発光素子からの赤色発光は、各蛍光体に吸収されることなく外部に放出される。そのため、発光素子を追加することによって、発光装置が発する発光の演色性向上を図ることができる。
【００５４】
そして、発光素子３１２として、半導体発光ダイオード素子か半導体レーザダイオード素子を用いることにより、高発光効率の発光装置を提供することができる。これは、半導体発光素子の発光波長を活性層の半導体材料で制御できるため、蛍光体の吸収特性に一致した励起光源を提供できるためである。また、低電圧駆動、小型軽量、高耐久性、長寿命の発光装置を提供することができる。
【００５５】
また、発光素子３１２として、半導体レーザダイオード素子を用いることにより、発光効率の高い発光装置を提供することができる。これは、半導体レーザダイオード素子の指向性の高い光を励起光として用いることで、全反射を利用した励起光の色変換部材内部の閉じ込めが可能となり、励起光の損失を抑制できるためである。
【００５６】
≪発光装置の用途≫
本発明における発光装置は、低電圧駆動、小型軽量、高耐久性、長寿命等優れた特性を示すことから、液晶用のバックライト・表示装置や照明装置等など、光学装置に広く利用することができる。また、当該発光装置を複数組み合わせ、駆動回路と接続することで、ディスプレイ等の表示装置に用いられる。
【００５７】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００５８】
以下実施例および比較例で用いた光透過性部材の材料である、シリコーン樹脂・アクリル樹脂・エポキシ樹脂の屈折率はそれぞれ、１．４５、１．４９、１．５９であった。当該光透過性部材材料の各屈折率は、ＪＩＳ Ｋ ７１４２（１９９６年版）に準拠して測定を行なった。
【００５９】
また特に断りのない限り、以下実施例で使用した希土類賦活蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕの平均粒子径はそれぞれ、３０、１７、２１、２０μｍのものを使用した。
【００６０】
（実施例１）
図４は、実施例１にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図４に基づいて説明する。
【００６１】
本実施例の色変換部材は、励起光を照射することで赤色蛍光を発する第１蛍光体４０３を含有する第１光透過性部材４０１と、緑色蛍光を発する第２蛍光体４０４を含有する第２光透過性部材４０２が積層されてなる。本色変換部材の製造方法について説明する。
【００６２】
まず、シリコーン樹脂に対して１．４質量％の赤色蛍光を発する第１蛍光体４０３であるＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕをよく混合して得られたスラリーを、板状金型に注入させた。注入後、１５０℃で３時間加熱してシリコーン樹脂を硬化させることで、第１蛍光体４０３を含有した第１光透過性部材４０１を形成した。
【００６３】
同様にして、エポキシ樹脂に対して６．９質量％の緑色蛍光を発する第２蛍光体４０４であるＣａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅよく混合して得られたスラリーを、第１光透過性部材４０１上に注入し、１２０℃で１時間加熱し硬化させることで、第２蛍光体４０４を含有した第２光透過性部材４０２を形成した。
【００６４】
このようにして得られた色変換部材を第１光透過性部材４０１の方向から波長４５０ｎｍの光で励起したところ、ＪＩＳ Ｚ ８７０１に準拠した色度座標の測定で、ｘ＝０．３０、ｙ＝０．３０の白色光を発光することを確認した。また、積分球を用いて測定を行なったところ、外部量子効率が１４．５６％であることを確認した。これは、後述の比較例１に示す色変換部材より、外部量子効率が高いことが分かった。
【００６５】
（比較例１）
図５に、比較例１にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図５に基づいて説明する。
【００６６】
本比較例においては、実施例１に対する従来例として、赤色・緑色蛍光を発する２種類の蛍光体が同一の光透過性部材に含有されてなる、色変換部材について検討した。
【００６７】
蛍光体５０２・５０３にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕと緑色発光蛍光体Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅを用い、光透過性部材５０１には、エポキシ樹脂を用いた。また、該エポキシ樹脂に対して赤色発光蛍光体を１．４質量％、緑色発光蛍光体を６．９質量％含有させた。実施例１と同様の方法を用いて、色変換部材の作製を行なった。
【００６８】
このようにして得られた色変換部材を第１光透過性部材４０１の方向から波長４５０ｎｍの光で励起したところ、色度座標で、ｘ＝０．３３、ｙ＝０．２４と白色光からのずれを観察した。これは、緑色発光蛍光体Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅの発光の一部が、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕに再吸収されたことに起因する。また、積分球を用いて測定を行なったところ、外部量子効率が１３．０７％であることを確認した。
【００６９】
（実施例２）
以下、上述した図２を参照して説明する。本実施例においては、屈折率の異なる２種類の光透過性部材の積層構造体において、屈折率のより大きい光透過性部材の表面に、当該光透過性部材の屈折率より小さい屈折率を有する光透過性部材を被膜してなる、色変換部材について説明する。
【００７０】
第１蛍光体２０４としては、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕを、第２蛍光体２０５としては、緑色発光蛍光体Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅを用いた。また、第１光透過性部材２０１にはシリコーン樹脂を、第２光透過性部材２０２にはエポキシ樹脂を用いた。実施例１と同様の方法を用いて、光透過性部材の積層構造体の作製を行なった。そして、光透過性部材２０２上に、シリコーン樹脂を注入し、１５０℃で３時間加熱し硬化させることで、光透過性部材２０３を形成した。
【００７１】
このようにして得られた色変換部材を波長４５０ｎｍの光で励起したところ、色度座標で、ｘ＝０．３０、ｙ＝０．３０の白色光を発光することを確認した。また、積分球を用いて測定を行なったところ、外部量子効率が１４．９１％であることを確認した。これは、実施例１に示す色変換部材より、外部量子効率が高い。これは、光透過性部材２０３を被覆したことにより、色変換部材からの光取り出し効率が向上したためである。
【００７２】
（実施例３）
図６は、実施例３にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図６に基づいて説明する。
【００７３】
第１蛍光体６０５には赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕを、第２蛍光体６０６には緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕを、第３蛍光体６０７には青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕを用いた。
【００７４】
また、第１光透過性部材６０１、第２光透過性部材６０２、第３光透過性部材６０３および光透過性部材６０４にはそれぞれ、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。実施例１と同様の方法を用いて、色変換部材の作製を行なった。
【００７５】
このようにして得られた色変換部材を、第１光透過性部材６０１の方向から波長４０５ｎｍの光で励起したところ、色度座標で、ｘ＝０．３０、ｙ＝０．３０の白色光を発光することを確認した。また、積分球を用いて測定を行なったところ、外部量子効率が１３．６１％であることを確認した。
【００７６】
（実施例４）
以下実施例４〜９の発光装置は全て、発光色の色度座標が、０．２８＜ｘ＜０．３２、０．２８＜ｙ＜０．３２の範囲に入るよう、各種蛍光体の量を調整して作製した。
【００７７】
以下、上述した図３を参照して説明する。本実施例においては、青紫色の発光ダイオード素子と、青色蛍光を発する第３蛍光体を含有する第３光透過性部材と、緑色蛍光を発する第２蛍光体を有する第２光透過性部材と、赤色蛍光を発する第１蛍光体を含有する第１光透過性部材が積層されてなる色変換部材とを備える発光装置について説明する。
【００７８】
発光素子３１２には、発光ピークが４０５ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青紫色発光ダイオード素子を用い、基材３１０上に固定した。
【００７９】
最初に、シリコーン樹脂を、発光素子３１２の取り付けられた基体３１０上に注入させた。注入後、１５０℃で３時間加熱してシリコーン樹脂を硬化させることで、光透過性部材３０２を形成した。
【００８０】
また、シリコーン樹脂にＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕをよく混合して得られたスラリーを、光透過性部材３０２上に注入させ、１５０℃で３時間加熱し硬化させることで、第１蛍光体３０７を含有した第１光透過性部材３０３を形成した。
【００８１】
同様にして、アクリル樹脂に緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕをよく混合して得られたスラリーを、第１光透過性部材３０３上に注入させ、加熱し硬化させることで、第２蛍光体３０８を含有した第２光透過性部材３０４を形成した。
【００８２】
同様にして、エポキシ樹脂に青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕをよく混合して得られたスラリーを、第２光透過性部材３０４上に注入させ、１２０℃で１時間加熱し硬化させることで、第３蛍光体３０９を含有した第３光透過性部材３０５を形成した。
【００８３】
また、第３光透過性部材３０５上に、シリコーン樹脂を注入させ、１５０℃で３時間加熱し硬化させることで、光透過性部材３０６を形成した。
【００８４】
このようにして得られた発光装置の発光効率は、２種類の蛍光体を同一の光透過性部材に含有させた後述の比較例２の発光装置より、発光効率が１．１２倍に向上することを確認した。これは、蛍光波長の異なる蛍光体を分散させた屈折率の異なる光透過性部材を積層させることで、ある一種の蛍光体の発する蛍光を他種蛍光体が再吸収してしまうのを、全反射により抑制したためである。また、光透過性部材３０６が存在しない後述の実施例４の発光装置と比較すると、発光効率が１．０２倍に向上することを確認した。これは、第３光透過性部材３０５外側を低屈折率を有する光透過性部材３０６で覆うことで、色変換部材３０１と空気界面の全反射を抑制し、色変換部材３０１からの光の取り出し効率が向上したためである。
【００８５】
また、寿命試験として、温度２５℃１００ｍＡ、温度２５℃５０ｍＡ通電の各試験において、蛍光体に起因する変化は観測されず、発光素子３１２単体の寿命特性と差がないことを確認した。
【００８６】
（比較例２）
図７に、比較例２にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図７に基づいて説明する。
【００８７】
本比較例においては、実施例４に対する従来例として、青紫色の発光ダイオード素子と、赤色・緑色・青色蛍光を発する３種類の蛍光体が同一の光透過性部材に含有されてなる色変換部材から構成される、発光装置について検討した。
【００８８】
発光素子７１０には、発光ピークが４０５ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色の発光ダイオード素子を用いた。蛍光体７０５・７０６・７０７にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕを用い、光透過性部材７０２、７０３および７０４にはそれぞれ、シリコーン樹脂、シリコーン樹脂およびエポキシ樹脂を用いた。そして、実施例４と同様の方法を用いて、発光装置の作製を行なった。なお、光透過性部材７０３を構成するシリコーン樹脂に対して赤色発光蛍光体を０．８質量％、緑色発光蛍光体を３．３質量％、青色発光蛍光体を５．９質量％含有させた。
【００８９】
（実施例５）
図８に、実施例５にかかる発光装置の断面模式図を示す。以下、図８に基づいて説明する。本実施例においては、青色の発光ダイオード素子と、赤色・緑色・青色蛍光を発する３種類の蛍光体がそれぞれ、３種類の光透過性部材に含有されてなる色変換部材８０１から構成される、発光装置について、以下に説明する。
【００９０】
発光素子８１１には、発光ピークが４０５ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色の発光ダイオード素子を用いた。第１蛍光体８０６、第２蛍光体８０７および第３蛍光体８０８にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕを用い、第１光透過性部材８０２、第２光透過性部材８０３、第３光透過性部材８０４および光透過性部材８０５にはそれぞれ、シリコーン樹脂・アクリル樹脂・エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。実施例４と同様の方法を用いて、発光装置の作製を行なった。
【００９１】
なお、第１光透過性部材８０２に対して０．８質量％の第１蛍光体８０６を含有し、第２光透過性部材８０３に対して３．０質量％の第２蛍光体８０７を含有し、第３光透過性部材８０４に対して４．５質量％の第３蛍光体８０８を含有するよう適宜調整した。
【００９２】
このようにして得られた発光装置の発光効率は、実施例４の発光装置とほぼ同じ値が得られた。また、寿命試験を行なったところ、実施例４と比較して出力の低下が見られた。解析の結果、蛍光体の変色が見られた。これは、発光素子の発熱による、蛍光体の劣化が生じたためであると考えられた。
【００９３】
（実施例６）
図９に、本発明にかかる一実施例を示す発光装置の断面模式図を示す。以下、図９に基づいて説明する。本実施例においては、青色の発光ダイオード素子と、赤色・緑色蛍光を発する２種類の蛍光体がそれぞれ、２種類の光透過性部材に含有されてなる色変換部材９０１から構成される、発光装置について、以下に説明する。
【００９４】
発光素子９１０には、発光ピークが４５０ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色発光ダイオード素子を用いた。第１蛍光体９０６および第２蛍光体９０７にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕおよび緑色発光蛍光体Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅを用い、光透過性部材９０２、第１光透過性部材９０３、第２光透過性部材９０４および光透過性部材９０５にはそれぞれ、シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。実施例４と同様の方法を用いて、発光装置の作製を行なった。なお、第１光透過性部材９０３に対して１．４質量％の第１蛍光体９０６を含有し、第２光透過性部材９０４に対して６．９質量％の第２蛍光体９０７を含有するよう適宜調整した。
【００９５】
（実施例７）
以下、上述した図３を参照して説明する。本実施例においては、青紫色の発光ダイオード素子と、分散した蛍光体の濃度分布を有する光透過性部材からなる色変換部材とを備えた発光装置について説明する。
【００９６】
発光素子３１２には、発光ピークが４０５ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色発光ダイオード素子を用いた。第１蛍光体３０７、第２蛍光体３０８および第３蛍光体３０９にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕを用い、光透過性部材３０２、第１光透過性部材３０３、第２光透過性部材３０４、第３光透過性部材３０５および光透過性部材３０６にはそれぞれ、シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。光透過性部材の面内方向に、発光素子３１２からの距離が離れるにつれて、蛍光体の濃度が薄くなるように、第１蛍光体３０７、第２蛍光体３０８および第３蛍光体３０９をそれぞれ、各光透過性部材に分散させた。
【００９７】
このようにして得られた発光装置は、実施例４の発光装置と比較して、光出射角度による色むらが少なく、発光色が均一であることを確認した。
【００９８】
なお、第１光透過性部材３０３に対して０．８質量％の第１蛍光体３０７を含有し、第２光透過性部材３０４に対して３．０質量％の第２蛍光体３０８を含有し、第３光透過性部材３０５に対して４．５質量％の第３蛍光体３０９を含有するよう適宜調整した。
【００９９】
（実施例８）
図９に、本発明にかかる一実施例を示す発光装置の断面模式図を示す。以下、図９に基づいて説明する。
【０１００】
発光素子９１０には、発光ピークが４５０ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色発光ダイオード素子を用いた。第１蛍光体９０６および第２蛍光体９０７にはそれぞれ、粒子径が２．０ｎｍ、３．０ｎｍのＩｎＰ半導体材料からなる半導体微粒子を用い、光透過性部材９０２、第１光透過性部材９０３、第２光透過性部材９０４および光透過性部材９０５にはそれぞれ、シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。実施例４と同様の方法を用いて、発光装置の作製を行なった。なお、第１光透過性部材９０３に対して１．４質量％の第１蛍光体９０６を含有し、第２光透過性部材９０４に対して６．９質量％の第２蛍光体９０７を含有するよう適宜調整した。
【０１０１】
このようにして得られた発光装置は、実施例６の発光装置を比較して、発光効率が１．０３倍に向上することを確認した。これは、蛍光体の粒子径が小さくなったことで、発光素子９１０が発する励起光の散乱損失が減少し、発光素子の発光が効率よく外部に取り出されたためであると考えられた。
【０１０２】
（実施例９）
図１０は、実施例９にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図１０に基づいて説明する。
【０１０３】
シリコーン樹脂に粒子径が２．０ｎｍのＩｎＰ半導体材料からなる半導体微粒子を入れて、よく混合して得られたスラリーを円柱上の金型に注入して、加熱し硬化させて、第１蛍光体１００４が分散した第１光透過性部材１００１とした。第１光透過性部材１００１の表面にアクリル樹脂に分散させた粒子径が３．０ｎｍのＩｎＰ半導体材料からなる半導体微粒子を塗布し、第２蛍光体１００５が分散した第２光透過性部材１００２とした。同様にして、第２光透過性部材１００２の上に、粒子径が１．９ｎｍのＣｄＳｅ半導体微粒子とエポキシ樹脂からなる、第３蛍光体１００６が分散した第３光透過性部材１００３を備えた。上記の方法で、図１０に示す同心円状に蛍光体が分散されてなる、円柱状の色変換部材を作製した。円柱状の当該色変換部材の底面側から、半導体レーザダイオードの発光を励起光として入射することで、発光装置とすることができた。
【０１０４】
このようにして得られた発光装置は、発光効率が７８ｌｍ／Ｗであった。半導体レーザダイオードの発光は指向性が高いため、光透過性部材１００３と大気との界面で全反射するため、励起光の外界への出光がないため、実施例４の発光装置と比較して、高い発光効率を示すことを確認した。
【０１０５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明における発光装置は、低電圧駆動、小型軽量、高耐久性、長寿命等優れた特性を示すことから、液晶用のバックライトや照明装置などに広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明における色変換部材の一実施形態を模式的に示す図である。
【図２】本発明における色変換部材の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明における発光装置の一実施形態を模式的に示す図である。
【図４】実施例１にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【図５】比較例１にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【図６】実施例３にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【図７】比較例２にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【図８】実施例５にかかる発光装置の断面模式図を示す。
【図９】本発明にかかる一実施例を示す発光装置の断面模式図を示す。
【図１０】実施例９にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１，３０１，８０１，９０１ 色変換部材、１０２，２０３，３０２，３０６，５０１，６０４，７０２，７０３，７０４，８０５，９０２，９０５ 光透過性部材、１０３ａ，２０４，３０７，４０３，６０５，８０６，９０６，１００４ 第１蛍光体、１０３ｂ，２０５，３０８，４０４，６０６，８０７，９０７，１００５ 第２蛍光体、１０３ｃ 第Ｎ蛍光体、１０４ 第１光透過性部材、１０５ 第２光透過性部材、１０６ 第Ｎ光透過性部材、２０１，３０３，４０１，６０１，８０２，９０３，１００１ 第１光透過性部材、２０２，３０４，４０２，６０２，８０３，９０４，１００２ 第２光透過性部材、３０５，６０３，６０７，８０４，１００３ 第３光透過性部材、３０９，８０８，１００６ 第３蛍光体、３１０，７０８，８０９，９０８ 基体、３１１，７０９，８１０，９０９ 反射部材、３１２，７１０，８１１，９１０ 発光素子、５０２，５０３，７０５，７０６，７０７ 蛍光体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体を含有した色変換部材およびそれを用いた発光装置に関する。さらに詳しくは、短波長の励起光を吸収し、吸収した波長より長波長の光を発する色変換部材、および当該色変換部材と励起光源を組み合わせた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード素子から発せられる光と、この光の一部を蛍光体に吸収させることで発する別の波長の蛍光とを混合することにより、白色光を得ることができる発光装置が提案されている。
【０００３】
このような発光素子と蛍光体とを組み合わせて白色光を得る方法を利用した発光装置の例として、２つ挙げることができる。まず、第１に、発光素子である青色発光ダイオード素子の発光の一部を蛍光体に吸収させて、発光素子の透過光と蛍光体からの蛍光とを混色させて白色光を得る方法を利用した発光装置が挙げられる。そして第２に、発光素子として紫外〜青紫光発光ダイオード素子を用い、赤・緑・青色の蛍光を発する蛍光体を組み合わせて白色光を得る方法を利用した発光装置が挙げられる。
【０００４】
前者の例としては、青色発光ダイオード素子とセリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット系黄色蛍光体を組み合わせた発光装置がすでに実用化されている（特開平１０−２４２５１３号公報（特許文献１）参照）。しかし、該発光装置では、混色で得られる白色光のスペクトルは、赤色成分が少なく演色性が十分でないという問題点がある。
【０００５】
そのため後者の例のような、赤・緑・青色の蛍光体をそれぞれ使用することにより、演色性の向上が図った発光装置が提案されている（特表２０００−５０９９１２号公報（特許文献２）参照）。しかし、該発光装置においては、青色蛍光体の発する蛍光を赤色蛍光体が吸収してしまうという問題が生じる。これは、ある一種の蛍光体の発光スペクトルと他種の蛍光体の吸収スペクトルが重なっている場合に生じ、複数種の蛍光体が混合されている場合に生じやすい現象である。したがって、得られた発光装置からの発光は、色むらが発生しやすく、発光効率が低いという問題点がある。
【０００６】
そこで、たとえば特開２００７−１３４６５６号公報（特許文献３）には、長波長の蛍光を発する赤色発光蛍光体を、短波長の蛍光を発する緑・青色発光蛍光体よりも発光素子の近くに配置することにより、赤色発光蛍光体による、緑・青色発光蛍光体の発する蛍光の再吸収を抑制し、色むらの抑制・発光効率の向上を図る技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２４２５１３号公報
【特許文献２】特表２０００−５０９９１２号公報
【特許文献３】特開２００７−１３４６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来取られてきた上記の方法では、ある一種の蛍光体が発する蛍光を他種の蛍光体が吸収することによる、発光装置の発光輝度が低下するのを十分に抑制することができない。蛍光体は等方的に蛍光を発するため、上記構造では緑・青色発光蛍光体が発光素子側に発する蛍光が赤色発光蛍光体に吸収される問題が解決できない。そのため、得られる発光装置は発光効率が非常に低く、実用的な用途を持ち得ない。
【０００８】
したがって本発明は、以上のような事情を鑑み、ある一種の蛍光体の発する蛍光が、他種の蛍光体により再度吸収されることを抑制することで得られる、高効率な色変換部材および該色変換部材を備える発光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、異なる蛍光波長を発する蛍光体を異なる屈折率を有する光透過性部材に分散させた場合に、外部量子効率の高い色変換部材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、励起光を照射することで可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材であって、Ｎは２以上の自然数であり、厚み方向に順に、蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、下記一般式（１）および（２）を同時に満たす関係を有する色変換部材に関する。
【００１１】
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （１）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （２）
また、本発明の色変換部材において、第Ｎ光透過性部材をさらに、屈折率がｎＮよりも小さい光透過性部材で被覆してなることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の色変換部材において、蛍光体の粒子径が、励起光の波長以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の色変換部材において、蛍光体が、半導体微粒子であることが好ましい。
また、本発明の色変換部材において、色変換部材が含有する蛍光体が、励起光の光路長に応じて面内で濃度の分布を持つ、ことが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、励起光を発する発光素子と、可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材と、を有する発光装置であって、色変換部材は、Ｎが２以上の自然数であり、厚み方向に順に、蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、下記一般式（３）および（４）を同時に満たす関係を有する、発光装置に関する。
【００１５】
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （３）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （４）
また、本発明の発光装置において、発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体レーザダイオード素子であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の発光装置において、発光素子が、半導体レーザダイオード素子であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の発光装置において、発光素子に光透過性部材を挟んで色変換部材が配置された構造を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
ある一種の蛍光体の発する蛍光が、他種の蛍光体により再度吸収されることを抑制することで得られる、高効率な色変換部材および該色変換部材を備える発光装置の提供できる。これは、本発明の色変換部材によると、各光透過性部材の界面での全反射を利用することで、第Ｎ蛍光体の発する蛍光が、第Ｎ−１蛍光体により再度吸収されることを抑制できるため、外部量子効率が向上することによる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、図面における長さ、大きさ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法を表してはいない。
【００２０】
＜色変換部材＞
図１は、本発明における色変換部材の一実施形態を模式的に示す図である。図２は、本発明における色変換部材の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【００２１】
以下、図１および図２に基づいて、本発明に係る色変換部材について説明する。図１に示すように、本発明の色変換部材１０１は、励起光を照射することで可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる。そして、該色変換部材１０１において、Ｎは２以上の自然数であり、励起光の照射側から厚み方向に順に、蛍光波長がλ１である第１蛍光体１０３ａを含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材１０４から、蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体１０３ｃを含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材１０６までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなる。そして、本発明において色変換部材１０１は、以下の一般式（１）および（２）を同時に満たすものである。
【００２２】
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （１）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （２）
なお、ｎ１は１．３以上であることが好ましく、ｎＮは２．４以下であることが好ましい。光透過性部材の屈折率を測定する方法としては、ＪＩＳ Ｋ ７１４２（１９９６年版）等が挙げられる。また、本発明における蛍光波長は、蛍光分光光度計で測定することができる。
【００２３】
また、本発明の色変換部材１０１においては、第１光透過性部材側から励起光が照射されることが好ましいが、第Ｎ光透過性部材側から励起光が照射されても問題はない。
【００２４】
ここで、図１においては、厚み方向に順に、第１蛍光体１０３ａを含有する光透過性部材１０４、第２蛍光体１０３ｂを含有する光透過性部材１０５が積層されている。また、上述の通り、本発明の色変換部材１０１は、少なくとも２種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材を少なくとも２個積層したものである。つまり、本発明における色変換部材は、図２に示すように、第１蛍光体２０４を含有する光透過性部材２０１、第２蛍光体２０５を含有する光透過性部材２０２が順に積層されてなるものを最低の単位とし、第２光透過性部材２０２は、蛍光体を含有しない光透過性部材２０３でさらに被覆されていることが好ましい。
【００２５】
ここで、図１に示す色変換部材１０１において励起光を照射して第１蛍光体１０３ａおよび第２蛍光体１０３ｂの発する蛍光波長をそれぞれλ１およびλ２とすると、λ１≧λ２であり、第１光透過性部材１０４および第２光透過性部材１０５の屈折率をそれぞれｎ１およびｎ２とすると、ｎ１＜ｎ２である。このとき、第２蛍光体１０３ｂから第１光透過性部材１０４方向へ発する蛍光のうち、界面の臨界角θｃ以上で入射される蛍光は、全反射により第２光透過性部材１０５方向へ反射される。但し、ｎ１およびｎ２における臨界角θｃは、数式（１）で表される。
【００２６】
θｃ＝ｓｉｎ-1（ｎ２／ｎ１） 数式（１）
したがって、第２蛍光体１０３ｂの蛍光が、第１蛍光体１０３ａにより再吸収されるのを抑制できるため、かかる構造を有する色変換部材１０１の外部量子効率は高い。ここで外部量子効率とは、当該色変換部材に励起フォトン１個を入射したときに、蛍光フォトンを発する確率を表す。かかる外部量子効率は、蛍光分光光度計や積分球により測定される。このように、本実施形態にかかる色変換部材１０１は、各光透過性部材の界面での全反射を利用することで、第ｎの蛍光体の発する蛍光が、第（ｎ−１）の蛍光体により再度吸収されることを抑制できる。
【００２７】
そして、上述の色変換部材を構成する光透過性部材の数「Ｎ」は、大きいほうがより好ましい。これは、該蛍光体を含有する光透過性部材の数が多くなるほど、結果として色変換部材１０１が含有する蛍光体の種類を増やすことができるためである。色変換部材１０１が含有する蛍光体の種類が増えることによって、色変換部材１０１の発する発光の演色性を向上させることができる。ただし、製造コストの観点からは、光透過性部材の数「Ｎ」は小さいほうがより好ましい。これらの事由を勘案すると、色変換部材１０１を構成する光透過性部材の数「Ｎ」は、２以上５以下の値をとることが最も好ましい。
【００２８】
また、第Ｎ光透過性部材１０６は、屈折率がｎＮよりも小さい光透過性部材１０２で被覆されていることが好ましい。たとえば、図１においては、第Ｎ光透過性部材１０６の屈折率をｎＮ、光透過性部材１０２の屈折率をｎ（Ｎ＋１）とすると、各光透過性部材の屈折率は、ｎＮ＞ｎ（Ｎ＋１）の関係を満たす。
【００２９】
屈折率の大きい第Ｎ光透過性部材１０６から、たとえば空気のような屈折率の小さい外界へ光が放射される場合、上述の数式（１）に示される臨界角θｃ以上の角度で放射される発光は、全反射により第Ｎ光透過性部材１０６に閉じ込められるため、色変換部材の発光には寄与せず損失となる。しかし、光透過性部材１０２のような、屈折率の小さくかつ空気より屈折率が大きな材料で被膜することにより、第Ｎ光透過性部材１０６から光が放出されやすくなる効果が得られる。つまり、色変換部材１０１と空気との界面での全反射を抑制することで、色変換部材における光透過性部材１０２と逆方向へ進む光を減らすことにより、色変換部材１０１から効率的に光を取り出すことができる。
【００３０】
また、光透過性部材の含有する蛍光体の粒子径を励起光の波長以下にすることにより、さらなる外部量子効率の向上効果が得られる。これは励起光の波長以下では、蛍光体粒子による励起光の回折散乱が生じなくなるため、励起光の散乱損失を低減できるためである。
【００３１】
また、かかる色変換部材１０１に含有される蛍光体は、励起光の光路長に応じて面内（図１における厚み方向と垂直の面内）で濃度の分布を持たせても良い。励起光が色変換部材１０１にある角度で入射する場合、励起光が色変換部材１０１中を通る光路長は、入射角度によって変化する。したがって、蛍光体による励起光の吸収率も入射角度により変化する。ここで、面内での蛍光体濃度分布を変化させることにより、光路長によって生じる蛍光体の吸収率の違いを補正した結果、色むらを改善することができる。
【００３２】
また、かかる色変換部材１０１は、自立部材として使用できる。また、支持基体に積層しても良い。たとえば、ガラス・紙などの支持基体表面に積層させて、支持基体に任意の光学機能を付加させたり、導光板表面に積層させて面発光部材として利用する、などが例示される。
【００３３】
当該色変換部材１０１に励起光を入射した場合、色変換部材１０１に含有されるＮ種類の蛍光体が励起光を吸収し、各蛍光を発するため、色変換部材１０１から出射される光は、励起光と各蛍光の混色光となる。したがって、青色励起光と緑・赤色蛍光や、紫外〜青紫色励起光と青・緑・赤色蛍光を組み合わせることにより得られる、白色光を利用する等の利用例がある。
【００３４】
≪光透過性部材の材料≫
本発明における光透過性部材の材料は、蛍光体を分散させた状態で保持できる機能を有し、かつ励起光波長、蛍光体の発する蛍光波長に対し透明であるという特性が望まれる。また、該光透過性部材は、蛍光体の保護部材としての役割も求められることから、酸素・水分を通さない特性を有する材料であることが、特に好ましい。また、該光透過性部材が発光素子に近接して配置される場合には、耐熱性が要求される。上記の条件を満たす光透過性部材材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、尿素樹脂等に代表される樹脂や、ガラス、アルミナ、イットリア等に代表される透光性無機材料が挙げられる。
【００３５】
≪蛍光体≫
本発明における蛍光体としては、励起光の少なくとも一部を照射することで該励起光を吸収して、励起光とは波長の異なる蛍光を発する特性が望まれる。また、強い励起光を受けることから耐光性が、使用環境により水分・酸素に対する耐久性が求められる。発光素子近傍に配置された場合は、良好な温度特性を有することが好ましい。上記の条件を満たす蛍光体材料としては、後述する希土類賦活蛍光体と半導体微粒子が例示される。
【００３６】
青色発光を示す希土類賦活蛍光体としては、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｂ5Ｏ9Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）Ａｌ2Ｏ4：Ｅｕまたは（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ等が挙げられる。
【００３７】
緑色発光を示す希土類賦活蛍光体としては、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ等が挙げられる。
【００３８】
黄色発光を示す希土類賦活蛍光体としては、（（Ｙ，Ｇｄ）1-xＳｍx）3（ＡｌyＧａ1-y）5Ｏ12：Ｃｅ（ただしｘおよびｙは１以下の数）、（Ｃａ，Ｍｇ，Ｙ）xＳｉ12-(m+n)Ａｌ(m+n)ＯnＮ16-n：Ｅｕ等が挙げられる。
【００３９】
赤色発光を示す希土類賦活蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、（Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ）2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ等が挙げられる。
【００４０】
半導体微粒子とは、粒子径が数ｎｍ程度の半導体微結晶のことを示す。半導体結晶を数ｎｍ程度まで小さくすると、量子閉じ込め効果により、バンドギャップが変化する。したがって、粒子径を制御することにより、発光波長を制御することが可能となる。また、材料が半導体のため、電子準位がバンド状に広がっていることより、広い波長範囲で光吸収が生じる。したがって半導体微粒子は、蛍光波長の選択性や、励起波長を選ばない点で、蛍光体として非常に優れた特性を示す。また、半導体微粒子による光散乱はほとんどないことから、励起光の散乱損失を大きく低減できるためさらなる外部量子効率の向上効果が得られる。なお、このような半導体微粒子は、コロイド粒子、ナノ粒子、あるいは量子ドット等とも呼称される場合がある。
【００４１】
半導体微粒子の材料としては、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等のＩ族元素と、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、よう素（Ｉ）等のＶＩＩ族元素からなるＩ−ＶＩＩ族化合物半導体、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Hｇ）等のＩＩ族元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等のＶＩ族元素からなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）等のＩＩＩ族元素と、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等のＶ族元素からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）等のＩＶ族元素半導体、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）等のＩＶ族元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等のＶＩ族元素からなるＩＶ−ＶＩ族化合物半導体、およびこれらの混晶が挙げられる。
【００４２】
この中でも、量子閉じ込め効果によりバンドギャップが増大した状態の半導体微粒子が可視光発光を示すことから、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、およびこれらの混晶が、蛍光体として特に優れた特性を示す。
【００４３】
しかし、本発明における蛍光体は、上記物質に限定されるわけではなく、たとえば、ローダミンＢ等に代表される有機色素や有機蛍光顔料等を使用しても良い。
【００４４】
≪色変換部材の用途≫
本発明の色変換部材は、透明性・機械的強度に優れ、しかも優れた光吸収特性・発光特性・外部量子効率を有する。当該色変換部材は、たとえば、窓ガラス等の表面に設けられる紫外線吸収膜、ディスプレイ等に用いられる波長変換のための光学カラーフィルター、あるいは白熱電球・蛍光灯・冷陰極管・半導体発光素子と組み合わせた発光波長選択可能な発光装置等、様々な光学用途に使用することができる。
【００４５】
＜発光装置＞
図３は、本発明における発光装置の一実施形態を模式的に示す図である。
【００４６】
以下、図３に基づいて説明する。
本実施形態の発光装置は、励起光を発する発光素子３１２と、可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個、励起光の照射側から順に積層してなる色変換部材３０１とを有する（Ｎは２以上の自然数）。そして、色変換部材３０１は、厚み方向に蛍光波長がλ１である第１蛍光体３０７を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材３０３、蛍光波長がλ２である第２蛍光体３０８を含有する、屈折率がｎ２である第２光透過性部材３０４、蛍光波長がλ３である第３蛍光体３０９を含有する、屈折率がｎ３である第３光透過性部材３０５の順に積層されている構造を含む。本発明の発光装置においては、第３蛍光体３０９を含有する第３光透過性部材３０５にさらに厚み方向に蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してもよい。
【００４７】
そして、蛍光体を含有する該色変換部材は、下記一般式（３）および（４）を同時に満たす関係を有する。
【００４８】
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （３）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （４）
そして、図３に示す発光装置は、基体３１０上に発光素子３１２が取り付けられた構造を有する。基体３１０上には、発光素子３１２を取り囲むように、反射部材３１１が取り付けられている。発光素子３１２から発光された励起光のうち横方向へ進む光は、反射部材３１１により上方へ反射され、光透過性部材３０３に入射されるため、発光素子３１２から発せられる励起光を、効率よく色変換部材３０１に入射させることができる。図３においては発光素子３１２を覆うように蛍光体を含まない光透過性部材３０２が配置され、該光透過性部材を被覆するように色変換部材３０１が配置される。このように発光素子３１２と色変換部材３０１の間に、光透過性部材３０２を挿入することにより、長寿命な発光装置を提供することができる。これは、各蛍光体に与える発光素子３１２の発熱の影響が、光透過性部材３１２により緩和されるためである。ただし、該色変換部材３０１で直接、発光素子３１２を覆っても良い。
【００４９】
発光素子３１２から発光される励起光は、直接あるいは反射部材３１１に反射されて色変換部材３０１に入射する。色変換部材３０１に含有された第１蛍光体３０７、第２蛍光体３０８、第３蛍光体３０９は、励起光を吸収してそれぞれ蛍光を発する。したがって、当該発光装置から発せられる光は、発光素子３１２の発光と、各蛍光体からの蛍光の混色光となる。
【００５０】
基体３１０の表面は、鏡面状にして反射機能を持たせるとより好ましい。各蛍光体が基体３１０方向へ発する蛍光や、各蛍光体により散乱された励起光は、基体３１０の表面で反射されるため、発光装置から取り出される発光の強度を増大させることができる。
【００５１】
当該発光装置の発光色が、色変換部材３０１における蛍光体の量で調整できるため、各発光波長の発光素子を組み合わせた発光装置と比較した場合優位となる。
【００５２】
≪発光素子≫
本発明における発光素子３１２は、色変換部材に含まれる第１蛍光体３０７、第２の蛍光体３０８および第３の蛍光体３０９が吸収する波長域の光を発する必要がある。上記の条件を満たす発光素子であれば何でもよく、たとえば紫外線ランプや冷陰極管、半導体発光素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロルミネッセンス素子などが例示される。特に半導体発光素子は、優れた単色性発光ピーク波長を有することから、効率的に蛍光体を励起できる点で好ましい。
【００５３】
また、蛍光体の励起光を発する発光素子３１２に加えて、蛍光体を励起しない長波長領域の光を発する発光素子を一緒に用いても良い。具体的には、紫外〜青色発光の発光素子に加えて、蛍光体の吸収のない赤色発光の発光素子を一緒に配置する場合などが例示される。該発光素子からの赤色発光は、各蛍光体に吸収されることなく外部に放出される。そのため、発光素子を追加することによって、発光装置が発する発光の演色性向上を図ることができる。
【００５４】
そして、発光素子３１２として、半導体発光ダイオード素子か半導体レーザダイオード素子を用いることにより、高発光効率の発光装置を提供することができる。これは、半導体発光素子の発光波長を活性層の半導体材料で制御できるため、蛍光体の吸収特性に一致した励起光源を提供できるためである。また、低電圧駆動、小型軽量、高耐久性、長寿命の発光装置を提供することができる。
【００５５】
また、発光素子３１２として、半導体レーザダイオード素子を用いることにより、発光効率の高い発光装置を提供することができる。これは、半導体レーザダイオード素子の指向性の高い光を励起光として用いることで、全反射を利用した励起光の色変換部材内部の閉じ込めが可能となり、励起光の損失を抑制できるためである。
【００５６】
≪発光装置の用途≫
本発明における発光装置は、低電圧駆動、小型軽量、高耐久性、長寿命等優れた特性を示すことから、液晶用のバックライト・表示装置や照明装置等など、光学装置に広く利用することができる。また、当該発光装置を複数組み合わせ、駆動回路と接続することで、ディスプレイ等の表示装置に用いられる。
【００５７】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００５８】
以下実施例および比較例で用いた光透過性部材の材料である、シリコーン樹脂・アクリル樹脂・エポキシ樹脂の屈折率はそれぞれ、１．４５、１．４９、１．５９であった。当該光透過性部材材料の各屈折率は、ＪＩＳ Ｋ ７１４２（１９９６年版）に準拠して測定を行なった。
【００５９】
また特に断りのない限り、以下実施例で使用した希土類賦活蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕの平均粒子径はそれぞれ、３０、１７、２１、２０μｍのものを使用した。
【００６０】
（実施例１）
図４は、実施例１にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図４に基づいて説明する。
【００６１】
本実施例の色変換部材は、励起光を照射することで赤色蛍光を発する第１蛍光体４０３を含有する第１光透過性部材４０１と、緑色蛍光を発する第２蛍光体４０４を含有する第２光透過性部材４０２が積層されてなる。本色変換部材の製造方法について説明する。
【００６２】
まず、シリコーン樹脂に対して１．４質量％の赤色蛍光を発する第１蛍光体４０３であるＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕをよく混合して得られたスラリーを、板状金型に注入させた。注入後、１５０℃で３時間加熱してシリコーン樹脂を硬化させることで、第１蛍光体４０３を含有した第１光透過性部材４０１を形成した。
【００６３】
同様にして、エポキシ樹脂に対して６．９質量％の緑色蛍光を発する第２蛍光体４０４であるＣａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅよく混合して得られたスラリーを、第１光透過性部材４０１上に注入し、１２０℃で１時間加熱し硬化させることで、第２蛍光体４０４を含有した第２光透過性部材４０２を形成した。
【００６４】
このようにして得られた色変換部材を第１光透過性部材４０１の方向から波長４５０ｎｍの光で励起したところ、ＪＩＳ Ｚ ８７０１に準拠した色度座標の測定で、ｘ＝０．３０、ｙ＝０．３０の白色光を発光することを確認した。また、積分球を用いて測定を行なったところ、外部量子効率が１４．５６％であることを確認した。これは、後述の比較例１に示す色変換部材より、外部量子効率が高いことが分かった。
【００６５】
（比較例１）
図５に、比較例１にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図５に基づいて説明する。
【００６６】
本比較例においては、実施例１に対する従来例として、赤色・緑色蛍光を発する２種類の蛍光体が同一の光透過性部材に含有されてなる、色変換部材について検討した。
【００６７】
蛍光体５０２・５０３にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕと緑色発光蛍光体Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅを用い、光透過性部材５０１には、エポキシ樹脂を用いた。また、該エポキシ樹脂に対して赤色発光蛍光体を１．４質量％、緑色発光蛍光体を６．９質量％含有させた。実施例１と同様の方法を用いて、色変換部材の作製を行なった。
【００６８】
このようにして得られた色変換部材を第１光透過性部材４０１の方向から波長４５０ｎｍの光で励起したところ、色度座標で、ｘ＝０．３３、ｙ＝０．２４と白色光からのずれを観察した。これは、緑色発光蛍光体Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅの発光の一部が、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕに再吸収されたことに起因する。また、積分球を用いて測定を行なったところ、外部量子効率が１３．０７％であることを確認した。
【００６９】
（実施例２）
以下、上述した図２を参照して説明する。本実施例においては、屈折率の異なる２種類の光透過性部材の積層構造体において、屈折率のより大きい光透過性部材の表面に、当該光透過性部材の屈折率より小さい屈折率を有する光透過性部材を被膜してなる、色変換部材について説明する。
【００７０】
第１蛍光体２０４としては、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕを、第２蛍光体２０５としては、緑色発光蛍光体Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅを用いた。また、第１光透過性部材２０１にはシリコーン樹脂を、第２光透過性部材２０２にはエポキシ樹脂を用いた。実施例１と同様の方法を用いて、光透過性部材の積層構造体の作製を行なった。そして、光透過性部材２０２上に、シリコーン樹脂を注入し、１５０℃で３時間加熱し硬化させることで、光透過性部材２０３を形成した。
【００７１】
このようにして得られた色変換部材を波長４５０ｎｍの光で励起したところ、色度座標で、ｘ＝０．３０、ｙ＝０．３０の白色光を発光することを確認した。また、積分球を用いて測定を行なったところ、外部量子効率が１４．９１％であることを確認した。これは、実施例１に示す色変換部材より、外部量子効率が高い。これは、光透過性部材２０３を被覆したことにより、色変換部材からの光取り出し効率が向上したためである。
【００７２】
（実施例３）
図６は、実施例３にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図６に基づいて説明する。
【００７３】
第１蛍光体６０５には赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕを、第２蛍光体６０６には緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕを、第３蛍光体６０７には青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕを用いた。
【００７４】
また、第１光透過性部材６０１、第２光透過性部材６０２、第３光透過性部材６０３および光透過性部材６０４にはそれぞれ、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。実施例１と同様の方法を用いて、色変換部材の作製を行なった。
【００７５】
このようにして得られた色変換部材を、第１光透過性部材６０１の方向から波長４０５ｎｍの光で励起したところ、色度座標で、ｘ＝０．３０、ｙ＝０．３０の白色光を発光することを確認した。また、積分球を用いて測定を行なったところ、外部量子効率が１３．６１％であることを確認した。
【００７６】
（実施例４）
以下実施例４〜９の発光装置は全て、発光色の色度座標が、０．２８＜ｘ＜０．３２、０．２８＜ｙ＜０．３２の範囲に入るよう、各種蛍光体の量を調整して作製した。
【００７７】
以下、上述した図３を参照して説明する。本実施例においては、青紫色の発光ダイオード素子と、青色蛍光を発する第３蛍光体を含有する第３光透過性部材と、緑色蛍光を発する第２蛍光体を有する第２光透過性部材と、赤色蛍光を発する第１蛍光体を含有する第１光透過性部材が積層されてなる色変換部材とを備える発光装置について説明する。
【００７８】
発光素子３１２には、発光ピークが４０５ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青紫色発光ダイオード素子を用い、基材３１０上に固定した。
【００７９】
最初に、シリコーン樹脂を、発光素子３１２の取り付けられた基体３１０上に注入させた。注入後、１５０℃で３時間加熱してシリコーン樹脂を硬化させることで、光透過性部材３０２を形成した。
【００８０】
また、シリコーン樹脂にＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕをよく混合して得られたスラリーを、光透過性部材３０２上に注入させ、１５０℃で３時間加熱し硬化させることで、第１蛍光体３０７を含有した第１光透過性部材３０３を形成した。
【００８１】
同様にして、アクリル樹脂に緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕをよく混合して得られたスラリーを、第１光透過性部材３０３上に注入させ、加熱し硬化させることで、第２蛍光体３０８を含有した第２光透過性部材３０４を形成した。
【００８２】
同様にして、エポキシ樹脂に青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕをよく混合して得られたスラリーを、第２光透過性部材３０４上に注入させ、１２０℃で１時間加熱し硬化させることで、第３蛍光体３０９を含有した第３光透過性部材３０５を形成した。
【００８３】
また、第３光透過性部材３０５上に、シリコーン樹脂を注入させ、１５０℃で３時間加熱し硬化させることで、光透過性部材３０６を形成した。
【００８４】
このようにして得られた発光装置の発光効率は、２種類の蛍光体を同一の光透過性部材に含有させた後述の比較例２の発光装置より、発光効率が１．１２倍に向上することを確認した。これは、蛍光波長の異なる蛍光体を分散させた屈折率の異なる光透過性部材を積層させることで、ある一種の蛍光体の発する蛍光を他種蛍光体が再吸収してしまうのを、全反射により抑制したためである。また、光透過性部材３０６が存在しない後述の実施例４の発光装置と比較すると、発光効率が１．０２倍に向上することを確認した。これは、第３光透過性部材３０５外側を低屈折率を有する光透過性部材３０６で覆うことで、色変換部材３０１と空気界面の全反射を抑制し、色変換部材３０１からの光の取り出し効率が向上したためである。
【００８５】
また、寿命試験として、温度２５℃１００ｍＡ、温度２５℃５０ｍＡ通電の各試験において、蛍光体に起因する変化は観測されず、発光素子３１２単体の寿命特性と差がないことを確認した。
【００８６】
（比較例２）
図７に、比較例２にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図７に基づいて説明する。
【００８７】
本比較例においては、実施例４に対する従来例として、青紫色の発光ダイオード素子と、赤色・緑色・青色蛍光を発する３種類の蛍光体が同一の光透過性部材に含有されてなる色変換部材から構成される、発光装置について検討した。
【００８８】
発光素子７１０には、発光ピークが４０５ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色の発光ダイオード素子を用いた。蛍光体７０５・７０６・７０７にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕを用い、光透過性部材７０２、７０３および７０４にはそれぞれ、シリコーン樹脂、シリコーン樹脂およびエポキシ樹脂を用いた。そして、実施例４と同様の方法を用いて、発光装置の作製を行なった。なお、光透過性部材７０３を構成するシリコーン樹脂に対して赤色発光蛍光体を０．８質量％、緑色発光蛍光体を３．３質量％、青色発光蛍光体を５．９質量％含有させた。
【００８９】
（実施例５）
図８に、実施例５にかかる発光装置の断面模式図を示す。以下、図８に基づいて説明する。本実施例においては、青色の発光ダイオード素子と、赤色・緑色・青色蛍光を発する３種類の蛍光体がそれぞれ、３種類の光透過性部材に含有されてなる色変換部材８０１から構成される、発光装置について、以下に説明する。
【００９０】
発光素子８１１には、発光ピークが４０５ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色の発光ダイオード素子を用いた。第１蛍光体８０６、第２蛍光体８０７および第３蛍光体８０８にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕを用い、第１光透過性部材８０２、第２光透過性部材８０３、第３光透過性部材８０４および光透過性部材８０５にはそれぞれ、シリコーン樹脂・アクリル樹脂・エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。実施例４と同様の方法を用いて、発光装置の作製を行なった。
【００９１】
なお、第１光透過性部材８０２に対して０．８質量％の第１蛍光体８０６を含有し、第２光透過性部材８０３に対して３．０質量％の第２蛍光体８０７を含有し、第３光透過性部材８０４に対して４．５質量％の第３蛍光体８０８を含有するよう適宜調整した。
【００９２】
このようにして得られた発光装置の発光効率は、実施例４の発光装置とほぼ同じ値が得られた。また、寿命試験を行なったところ、実施例４と比較して出力の低下が見られた。解析の結果、蛍光体の変色が見られた。これは、発光素子の発熱による、蛍光体の劣化が生じたためであると考えられた。
【００９３】
（実施例６）
図９に、本発明にかかる一実施例を示す発光装置の断面模式図を示す。以下、図９に基づいて説明する。本実施例においては、青色の発光ダイオード素子と、赤色・緑色蛍光を発する２種類の蛍光体がそれぞれ、２種類の光透過性部材に含有されてなる色変換部材９０１から構成される、発光装置について、以下に説明する。
【００９４】
発光素子９１０には、発光ピークが４５０ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色発光ダイオード素子を用いた。第１蛍光体９０６および第２蛍光体９０７にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕおよび緑色発光蛍光体Ｃａ3（Ｓｃ，Ｍｇ）2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅを用い、光透過性部材９０２、第１光透過性部材９０３、第２光透過性部材９０４および光透過性部材９０５にはそれぞれ、シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。実施例４と同様の方法を用いて、発光装置の作製を行なった。なお、第１光透過性部材９０３に対して１．４質量％の第１蛍光体９０６を含有し、第２光透過性部材９０４に対して６．９質量％の第２蛍光体９０７を含有するよう適宜調整した。
【００９５】
（実施例７）
以下、上述した図３を参照して説明する。本実施例においては、青紫色の発光ダイオード素子と、分散した蛍光体の濃度分布を有する光透過性部材からなる色変換部材とを備えた発光装置について説明する。
【００９６】
発光素子３１２には、発光ピークが４０５ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色発光ダイオード素子を用いた。第１蛍光体３０７、第２蛍光体３０８および第３蛍光体３０９にはそれぞれ、赤色発光蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、緑色発光蛍光体ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、青色発光蛍光体ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕを用い、光透過性部材３０２、第１光透過性部材３０３、第２光透過性部材３０４、第３光透過性部材３０５および光透過性部材３０６にはそれぞれ、シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。光透過性部材の面内方向に、発光素子３１２からの距離が離れるにつれて、蛍光体の濃度が薄くなるように、第１蛍光体３０７、第２蛍光体３０８および第３蛍光体３０９をそれぞれ、各光透過性部材に分散させた。
【００９７】
このようにして得られた発光装置は、実施例４の発光装置と比較して、光出射角度による色むらが少なく、発光色が均一であることを確認した。
【００９８】
なお、第１光透過性部材３０３に対して０．８質量％の第１蛍光体３０７を含有し、第２光透過性部材３０４に対して３．０質量％の第２蛍光体３０８を含有し、第３光透過性部材３０５に対して４．５質量％の第３蛍光体３０９を含有するよう適宜調整した。
【００９９】
（実施例８）
図９に、本発明にかかる一実施例を示す発光装置の断面模式図を示す。以下、図９に基づいて説明する。
【０１００】
発光素子９１０には、発光ピークが４５０ｎｍであるＩｎＧａＮ化合物半導体を活性層に持つ青色発光ダイオード素子を用いた。第１蛍光体９０６および第２蛍光体９０７にはそれぞれ、粒子径が２．０ｎｍ、３．０ｎｍのＩｎＰ半導体材料からなる半導体微粒子を用い、光透過性部材９０２、第１光透過性部材９０３、第２光透過性部材９０４および光透過性部材９０５にはそれぞれ、シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用いた。実施例４と同様の方法を用いて、発光装置の作製を行なった。なお、第１光透過性部材９０３に対して１．４質量％の第１蛍光体９０６を含有し、第２光透過性部材９０４に対して６．９質量％の第２蛍光体９０７を含有するよう適宜調整した。
【０１０１】
このようにして得られた発光装置は、実施例６の発光装置を比較して、発光効率が１．０３倍に向上することを確認した。これは、蛍光体の粒子径が小さくなったことで、発光素子９１０が発する励起光の散乱損失が減少し、発光素子の発光が効率よく外部に取り出されたためであると考えられた。
【０１０２】
（実施例９）
図１０は、実施例９にかかる色変換部材の断面模式図を示す。以下、図１０に基づいて説明する。
【０１０３】
シリコーン樹脂に粒子径が２．０ｎｍのＩｎＰ半導体材料からなる半導体微粒子を入れて、よく混合して得られたスラリーを円柱上の金型に注入して、加熱し硬化させて、第１蛍光体１００４が分散した第１光透過性部材１００１とした。第１光透過性部材１００１の表面にアクリル樹脂に分散させた粒子径が３．０ｎｍのＩｎＰ半導体材料からなる半導体微粒子を塗布し、第２蛍光体１００５が分散した第２光透過性部材１００２とした。同様にして、第２光透過性部材１００２の上に、粒子径が１．９ｎｍのＣｄＳｅ半導体微粒子とエポキシ樹脂からなる、第３蛍光体１００６が分散した第３光透過性部材１００３を備えた。上記の方法で、図１０に示す同心円状に蛍光体が分散されてなる、円柱状の色変換部材を作製した。円柱状の当該色変換部材の底面側から、半導体レーザダイオードの発光を励起光として入射することで、発光装置とすることができた。
【０１０４】
このようにして得られた発光装置は、発光効率が７８ｌｍ／Ｗであった。半導体レーザダイオードの発光は指向性が高いため、光透過性部材１００３と大気との界面で全反射するため、励起光の外界への出光がないため、実施例４の発光装置と比較して、高い発光効率を示すことを確認した。
【０１０５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明における発光装置は、低電圧駆動、小型軽量、高耐久性、長寿命等優れた特性を示すことから、液晶用のバックライトや照明装置などに広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明における色変換部材の一実施形態を模式的に示す図である。
【図２】本発明における色変換部材の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明における発光装置の一実施形態を模式的に示す図である。
【図４】実施例１にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【図５】比較例１にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【図６】実施例３にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【図７】比較例２にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【図８】実施例５にかかる発光装置の断面模式図を示す。
【図９】本発明にかかる一実施例を示す発光装置の断面模式図を示す。
【図１０】実施例９にかかる色変換部材の断面模式図を示す。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１，３０１，８０１，９０１ 色変換部材、１０２，２０３，３０２，３０６，５０１，６０４，７０２，７０３，７０４，８０５，９０２，９０５ 光透過性部材、１０３ａ，２０４，３０７，４０３，６０５，８０６，９０６，１００４ 第１蛍光体、１０３ｂ，２０５，３０８，４０４，６０６，８０７，９０７，１００５ 第２蛍光体、１０３ｃ 第Ｎ蛍光体、１０４ 第１光透過性部材、１０５ 第２光透過性部材、１０６ 第Ｎ光透過性部材、２０１，３０３，４０１，６０１，８０２，９０３，１００１ 第１光透過性部材、２０２，３０４，４０２，６０２，８０３，９０４，１００２ 第２光透過性部材、３０５，６０３，６０７，８０４，１００３ 第３光透過性部材、３０９，８０８，１００６ 第３蛍光体、３１０，７０８，８０９，９０８ 基体、３１１，７０９，８１０，９０９ 反射部材、３１２，７１０，８１１，９１０ 発光素子、５０２，５０３，７０５，７０６，７０７ 蛍光体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を照射することで可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材であって、
Ｎは２以上の自然数であり、
厚み方向に順に、
蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から
蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、
下記一般式（１）および（２）を同時に満たす関係を有する色変換部材。
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （１）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （２）
【請求項２】
前記第Ｎ光透過性部材をさらに、屈折率がｎＮよりも小さい光透過性部材で被覆してなる請求項１に記載の色変換部材。
【請求項３】
前記蛍光体の粒子径が、前記励起光の波長以下である、請求項１または２に記載の色変換部材。
【請求項４】
前記蛍光体が、半導体微粒子である、請求項３に記載の色変換部材。
【請求項５】
前記色変換部材が含有する蛍光体が、励起光の光路長に応じて面内で濃度の分布を持つ、請求項１〜４のいずれかに記載の色変換部材。
【請求項６】
励起光を発する発光素子と、可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材と、を有する発光装置であって、
前記色変換部材は、Ｎが２以上の自然数であり、厚み方向に順に、
蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から
蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、
下記一般式（３）および（４）を同時に満たす関係を有する、発光装置。
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （３）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （４）
【請求項７】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体レーザダイオード素子である、請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記発光素子が、半導体レーザダイオード素子である、請求項６に記載の発光装置。
【請求項９】
前記発光素子に光透過性部材を挟んで前記色変換部材が配置された構造を有する、請求項６〜８のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１】
励起光を照射することで可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材であって、
Ｎは２以上の自然数であり、
厚み方向に順に、
蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から
蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、
下記一般式（１）および（２）を同時に満たす関係を有する色変換部材。
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （１）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （２）
【請求項２】
前記第Ｎ光透過性部材をさらに、屈折率がｎＮよりも小さい光透過性部材で被覆してなる請求項１に記載の色変換部材。
【請求項３】
前記蛍光体の粒子径が、前記励起光の波長以下である、請求項１または２に記載の色変換部材。
【請求項４】
前記蛍光体が、半導体微粒子である、請求項３に記載の色変換部材。
【請求項５】
前記色変換部材が含有する蛍光体が、励起光の光路長に応じて面内で濃度の分布を持つ、請求項１〜４のいずれかに記載の色変換部材。
【請求項６】
励起光を発する発光素子と、可視光波長領域の蛍光を発するＮ種類の蛍光体をそれぞれ１種類ずつ含有する光透過性部材をＮ個順に積層してなる色変換部材と、を有する発光装置であって、
前記色変換部材は、Ｎが２以上の自然数であり、厚み方向に順に、
蛍光波長がλ１である第１蛍光体を含有する、屈折率がｎ１である第１光透過性部材から
蛍光波長がλＮである第Ｎ蛍光体を含有する、屈折率がｎＮである第Ｎ光透過性部材までの、Ｎ個の光透過性部材を積層してなり、
下記一般式（３）および（４）を同時に満たす関係を有する、発光装置。
λ（Ｍ−１）≧λＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （３）
ｎ（Ｍ−１）＜ｎＭ（Ｍは任意の自然数で、Ｍ≦Ｎ） （４）
【請求項７】
前記発光素子が、半導体発光ダイオード素子または半導体レーザダイオード素子である、請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記発光素子が、半導体レーザダイオード素子である、請求項６に記載の発光装置。
【請求項９】
前記発光素子に光透過性部材を挟んで前記色変換部材が配置された構造を有する、請求項６〜８のいずれかに記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２０６４５９（Ｐ２００９−２０６４５９Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５０１８０（Ｐ２００８−５０１８０）
【出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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