陽極酸化アルミナ膜の発光体及びその発光体を有する発光装置。
【課題】 発光輝度の高い発光体を提供する。
【解決手段】 陽極酸化アルミナ膜５のナノホール１内に少なくとも紫外光又は青色光で励起して発光する発光物質７を充填し、封止部材８で発光物質７をナノホール１内に封止して、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０を形成する。そして、紫外光または青色光を陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に照射する。また、陽極酸化アルミナ膜５の厚みｔを０．５〜３０μｍ、ナノホールの孔径ａを２０〜３００ｎｍ、ナノホールの孔のピッチｐを５０〜５００ｎｍの範囲に抑える。また、発光物質７は蛍光体又は燐光体の少なくとも１種から構成する。
【解決手段】 陽極酸化アルミナ膜５のナノホール１内に少なくとも紫外光又は青色光で励起して発光する発光物質７を充填し、封止部材８で発光物質７をナノホール１内に封止して、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０を形成する。そして、紫外光または青色光を陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に照射する。また、陽極酸化アルミナ膜５の厚みｔを０．５〜３０μｍ、ナノホールの孔径ａを２０〜３００ｎｍ、ナノホールの孔のピッチｐを５０〜５００ｎｍの範囲に抑える。また、発光物質７は蛍光体又は燐光体の少なくとも１種から構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力を可能とする陽極酸化アルミナ膜の発光体と、その発光体を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子を用いた発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は、携帯電話などの液晶パネルのバックライト光源などに広く用いられている。特に、近年では高出力化が進み、懐中電灯や室内照明などの各種照明機器への応用も実用化されてきている。
【０００３】
バックライト光源や照明光源として用いられる光源の光源色は、一般に、白色光が用いられるが、白色光を得る構成にはさまざまな構成が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
特許文献１に示された従来技術を図４を用いて説明する。図４は説明しやすいようにその主旨を逸脱しないように書き直しした実装型ＬＥＤランプの要部断面図を示したものである。
図４において、２００はＬＥＤランプである。２０１はフォトルミネッセンス蛍光体を含むコーティング材が充填されたコーティング部、２０２は発光素子（ＬＥＤチップ）、２０３は導電性ワイヤー、２０４は凹部を有する筐体である。また、２０５は筐体２０４に埋め込まれた端子金属である。
ＬＥＤランプ２００は、筐体２０４の凹部にＡｇを含有させたエポキシ樹脂などを介して発光素子２０２を固定し、発光素子２０２のｎ側電極とｐ側電極とをそれぞれ導電性ワイヤー２０３でもって端子金属２０５に接続し、そして、発光素子２０２を被うようにして筐体２０４の凹部にコーティング部２０１を設けた構成をなしている。
【０００５】
また、引用文献１においては、発光素子２０２は青色系の発光が可能な窒化ガリウム系化合物半導体素子を用い、フォトルミネッセンス蛍光体は黄色系の発光が可能なＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることで、発光素子２０２からの青色系の光と、発光素子２０２からの青色系の波長に励起されて発光するＹＡＧ蛍光体からの黄色系の光との混色により白色系の発光を可能にするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２０８８１５号公報（第５頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、ＬＥＤランプは消費電力が小さいというメリットはあるが、反面、冷陰極管や白熱灯などと比較すると輝度が低いという問題を有する。そのため、ＬＥＤランプの数を増すとか、あるいはまた、高いパルス電流を印加するとかの方法をとって輝度を高める試みがなされている。
【０００８】
引用文献１に記載されたＬＥＤランプ２００の構成は、発光素子２０２と導電性ワイヤーを被うようにしてコーティング部２０１を設けた構成をとり、また、コーティング部２０１は樹脂などのコーティング材に蛍光体を分散した構成をとっている。
【０００９】
このような構成においては、蛍光体を分散したコーティング部２０１の厚みも厚くなり、また、光の取出し面積もコーティング部２０１の上面側だけとなって限定される。
そのため、発光素子２０２の青色系の光、及び蛍光体の黄色系の光は、コーティング部２０１内の走査を繰り返してコーティング部２０１の上面から出射する過程の中で、厚みのある樹脂などのコーティング材に吸収されて滅光する光量も多く現れる。
そして、発光効率の低下や光の取出し効率の低下をまねき、全体的に明るさが低下する。
また、発光素子２０２に高いパルス電流を印加した場合には発熱温度が高くなるが、それがコーティング部２０１に熱伝導し、蛍光体の性能を劣化させると言う問題も現れる。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、発光効率、光の取出し効率を高めて輝度が高く、明るい発光体を得ると共に、発光体の性能劣化を抑制して長寿命化を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための手段として、本発明の発光体は、陽極酸化アルミナ膜を用いた発光体であって、陽極酸化アルミナ膜のナノホール内に少なくとも紫外光又は青色光で励起して発光する発光物質を充填し、封止部材で発光物質をナノホール内に封止したことを特徴とするものである。
【００１１】
陽極酸化アルミナ膜は、アルミニウムを陽極で電解処理（アルマイト処理）して人工的に多孔質の酸化被膜を生成したもので、直径が数ｎｍ〜数１００ｎｍの円筒状の微細孔なるナノホールが、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍのピッチ間隔に配列して形成された多孔質のＡｌ２Ｏ３からなる膜である。相隣り合うナノホールに挟まれた部分の柱状の隔壁部（以降、隔壁部をアルミナ層と言う）は透明で光透過率が非常に高い。
【００１２】
このような構造をなす陽極酸化アルミナ膜のナノホール内に紫外光又は青色光で励起して発光する発光物質を充填し、封止部材で封止して形成した発光体に紫外光、あるいは、青色光を照射すると発光物質が発光する。
発光物質から発光した光は、ナノホールの壁面から外に、つまり、ナノホールからアルミナ層に出射し、そして、アルミナ層から外部に出射される。勿論、発光物質を充填したナノホールからも外部に出射する。
陽極酸化アルミナ膜のナノホールは無数にあるので、ナノホールの壁面の総面積は非常に広い面積を占める。このため、ナノホールの壁面からの光の取出し面積は非常に広いものとなって、ナノホールの壁面からの出射光量は著しく増加する。そして、アルミナ層を透過して外部に出射する。これは、発光物質からの発光した光の取出し効率が各段と高められて、輝度が著しくアップする。
また、紫外光、あるいは、青色光が、アルミナ層を透過して発光物質にも入射するので発光効率を高めることができる。
このことによって、発光効率、光の取出し効率が各段と向上し、発光体の発光輝度を著しく高める効果を生む。
【００１３】
また、本発明の発光体は、陽極酸化アルミナ膜の厚みが０．５〜３０μｍであり、ナノホールの孔径が２０〜３００ｎｍ、孔のピッチが５０〜５００ｎｍであることを特徴とするものである。
【００１４】
陽極酸化アルミナ膜の厚みは０．５〜３０μｍの範囲が好適である。厚みが０．５μｍより小さいと紫外光や青色光の励起光の出射光量が多くなり、発光物質による発光した光の出射光量が相対的に少なくなり、明るさや発光色の色合いなどが変化してしまう。例えば、励起光に青色光を選択し、発光物質に後述するＹＡＧ系蛍光体を選択して組み合わせた場合に、青色光が強く現れて青っぽい白色光となってしまう。また、発光光量も少なくなって明るさも低下する。
また、厚みが３０μｍより大きいと、滅光する光量も多くなり、また、発光物質に紫外光や青色光の励起光が十分届かない部分も現れたりして、発光輝度が低下するようになる。また、陽極酸化処理の時間も長く要するのでコストアップも招く。
【００１５】
ナノホールの孔径は２０〜３００ｎｍの範囲が好適である。孔径は陽極酸化の酸濃度、電圧、時間などの条件で決まってくるが、２０ｎｍより小さくするのは製作上難しい。また、孔径を３００ｎｍより大きくすると、隔壁部の厚み（以降、アルミナ層の幅と言う）が細くなってアルミナ層の機械的な強度が弱くなる。つまり、膜としての強度が保持できなくなる。
【００１６】
ナノホールのピッチは５０〜５００ｎｍが好適である。ピッチはナノホールの孔径との関係において設定されるが、ピッチを５０ｎｍより小さくするとアルミナ層の幅が小さくなり、アルミナ層の機械的強度が得られない。また、５００ｎｍより大きくすると、光のムラが、つまり、発光色のムラが肉眼で見えるようになる。
【００１７】
陽極酸化アルミナ膜の厚みやナノホールの孔径、孔のピッチは相互に関係し合って発光輝度や発光色などに影響を及ぼす。陽極酸化アルミナ膜の厚み、ナノホールの孔径、孔のピッチは、発光輝度や発光色を考慮して、上記の数値範囲の中で適宜に設定するのが望ましい。
【００１８】
また、本発明の発光体は、発光物質が蛍光体又は燐光体の少なくとも１種からなることを特徴とするものである。
【００１９】
紫外光又は青色光で励起して長波長の光を発光する蛍光体や燐光体が好ましい。このような蛍光体や燐光体は波長変換効率も優れているので発光光量を増すことができる。また、さまざまな発光色を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の発光体は、蛍光体がＹＡＧ系蛍光体であることを特徴とするものである。
【００２１】
ＹＡＧ系蛍光体は青色系の光に励起して黄色系の光を発光する。そして、青色系の光と黄色系の光が混色して白色系の光が得られる。
【００２２】
また、本発明の発光装置は、上記で述べた陽極酸化アルミナ膜の発光体と紫外光又は青色光を出射する光源を有することを特徴とするものである。
【００２３】
このような構成をとることにより、発光輝度の高い発光装置が得られると共に、さまざまな発光色が得られる発光装置を得ることができる。また、陽極酸化アルミナ膜の発光体と光源との一体化により、取扱いの容易さなどの効果を生む。
【００２４】
また、本発明の発光装置は、光源の光出射側に陽極酸化アルミナ膜の発光体を配置することを特徴とするものである。
【００２５】
この構成の下では、光源の光が直接的に、そして、多くの光量が陽極酸化アルミナ膜の発光体に入射する。そのため、光源光の利用効率も高められ、発光体の波長変換効率も高められて、輝度の高い発光装置を得ることができる。
【００２６】
また、本発明の発光装置は、光源と陽極酸化アルミナ膜の発光体との間に空気層を有することを特徴とするものである。
【００２７】
空気層を有することで、光源の発熱温度の発光体への熱伝導を低く抑えることができる。そして、発光物質の性能劣化を抑制することができる。長寿命化の効果を生む。
【００２８】
また、本発明の発光装置は、光源がＬＥＤであることを特徴とするものである。
【００２９】
ＬＥＤを用いることで、輝度の高い、小型の発光装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の下では、明るく、輝度の高い発光体、並びに、発光装置を得ることができる。また、発光物質の性能劣化を抑制して長寿命化の効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体を模式的に示した部分的な斜視図と断面図である。
【図２】図１に示す陽極酸化アルミナ膜の発光体の作用効果を説明する模式的に示した説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体を用いた発光装置の模式的に示した要部断面図である。
【図４】特許文献１に記載された実装型ＬＥＤランプの要部断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
［第１実施形態］
最初に、第１実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体について、図１、図２を用いて説明する。なお、図１は本発明の第１実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体を模式的に示した部分的な斜視図と断面図で、図１（ａ）がその斜視図、図１（ｂ）が断面図である。また、図２は図１に示す陽極酸化アルミナ膜の発光体の作用効果を説明する模式的に示した説明図である。
【００３３】
図１において、１はＡｌ材を陽極酸化（アルマイト）処理を行って形成した円筒状の微細孔なるナノホールである。２はナノホール１の外周に形成されたＡｌ２Ｏ３からなるアルミナ層である。アルミナ層２は透明性を有して光透過率が高い。５は陽極酸化アルミナ膜である。６はナノホール１内に充填された発光層、７は発光層６内の発光物質である。８はナノホール１の両側を封口する封止部材で、ナノホール１の両側、つまり、陽極酸化アルミナ膜５の上下面側に設けていて、発光物質７を含有した発光層６をナノホール１内に封止している。１０は陽極酸化アルミナ膜の発光体である。
【００３４】
陽極酸化アルミナ膜５は、複数のナノホール１と、このナノホール１の外周に形成されたＡｌ２Ｏ３からなるアルミナ層２から構成される。
また、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０は、陽極酸化アルミナ膜５のナノホール１内に発光物質７を含有した発光層６を充填して、陽極酸化アルミナ膜の上下面に封止部材８を設けて発光層６を封止した構成をなしている。
【００３５】
陽極酸化アルミナ膜５は、純度の高いＡｌ板を硫酸、シュウ酸、リン酸などの酸性電解溶液中で陽極酸化することでナノホール１とアルミナ層２が生成される。そして、生成後において、ナノホール１の下部にはバリア層と呼ばれる底部層が残るが、その底部層をエッチングで除去することで、図１に示す貫通孔なるナノホール１が形成された陽極酸化アルミナ膜５が得られる。
ナノホール１の孔径ａ、ピッチｐ、ナノホール１の深さ（ナノホール１の深さは陽極酸化アルミナ膜５の厚みｔに相当する）は、陽極酸化に用いる酸性電解溶液の濃度、温度、並びに、陽極酸化電圧の印加方法や電圧値、時間などの処理条件によって制御が可能で、これらの処理条件を規制化することで、所要の孔径ａ、ピッチｐ、深さ（厚みｔ）、配列構造を得ることができる。
【００３６】
また、孔径ａはボアワイド処理を行うことで孔径を大きくすることが可能で、例えば、リン酸溶液に浸漬することで孔径に大きくすることができる。従って、浸漬時間などを管理することによって広げられる所望の孔径の大きさに制御することができる。
【００３７】
また、ナノホール１の配列はハニカム状（ハチの巣状または正六角形状）に配列するのが好ましく、相隣り合うナノホール１のピッチｐがみな等しくなり、また、相隣り合うナノホール１の間にあるアルミナ層２の幅もみな均一になる。
第１実施形態においては、ナノホール１の孔径ａはみな同じ孔径にし、ナノホール１の配列はハニカム状に配列して相隣り合うナノホール１のピッチｐの間隔は同じ間隔に配列している。
【００３８】
ここで、ナノホール１の孔径は２０〜３００ｎｍの範囲に、ピッチｐは５０〜５００ｎｍの範囲に、陽極酸化アルミナ膜５の厚みｔは０．５〜３０μｍの範囲に抑えるのが好ましい。
【００３９】
ナノホール１の孔径は２０〜３００ｎｍの範囲が好適である。孔径は陽極酸化の酸濃度、電圧、時間などの条件で決まってくるが、２０ｎｍより小さくするのは製作上難しい。また、孔径を３００ｎｍより大きくすると、アルミナ層の幅が小さく（細く）なってアルミナ層の機械的な強度が弱くなる。つまり、膜としての強度が保持できなくなる。
【００４０】
ナノホール１のピッチは５０〜５００ｎｍが好適である。ピッチはナノホール１の孔径との関係において設定されるが、ピッチを５０ｎｍより小さくするとアルミナ層の幅が小さくなり、アルミナ層の機械的強度が得られない。また、５００ｎｍより大きくすると、光のムラ、つまり、発光色のムラが肉眼で見えるようになる。
【００４１】
陽極酸化アルミナ膜５の厚みは０．５〜３０μｍの範囲が好適である。厚みが０．５μｍより小さいと紫外光や青色光の励起光の出射光量が多くなり、発光物質による発光した光の出射光量が相対的に少なくなり、明るさや発光色の色合いなどが変化してしまう。例えば、励起光に青色光を選択し、発光物質に後述するＹＡＧ系蛍光体を選択して組み合わせた場合に、青色光が強く現れて青っぽい白色光となってしまう。また、発光光量も少なくなって明るさも低下する。
また、厚みが３０μｍより大きいと、滅光する光量も多くなり、また、発光物質に紫外光や青色光の励起光が十分届かない部分も現れたりして、発光効率が悪くなって発光輝度が低下するようになる。
【００４２】
ナノホール１の孔径や孔のピッチ、陽極酸化アルミナ膜の厚みは相互に関係し合って発光輝度や発光色などに影響を及ぼす。ナノホールの孔径、孔のピッチ、陽極酸化アルミナ膜の厚みは発光輝度や発光色を考慮して、上記の数値範囲の中で適宜に設定するのが望ましい。
【００４３】
次に、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の発光層６を構成する発光物質７には、紫外光や青色光などの短波長で励起して長波長光を発光する蛍光体や燐光体が用いられる。
このような蛍光体物質としては、アルミン酸塩蛍光体、リン酸塩蛍光体、ケイ酸塩蛍光体などの無機蛍光体や、ペリレン系蛍光体、アリルスルホンアミド・メラミンホルムアルデヒド共縮合染色物などの有機蛍光体などが挙げられる。
【００４４】
この中でも、長期間使用可能な点から、無機蛍光体ではＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体であるアルミン酸塩蛍光体が好適である。
ＹＡＧ系蛍光体は、イットリウム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）を含み、セリウム（Ｓｅ）で附活（附活剤）したものからなり、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２の化学式を持つ。このＹＡＧ系蛍光体は青色光に励起されてピーク波長５６０ｎｍの黄緑色に発光する。そして、この黄緑色と青色光との混色によって白色光を得ることができる。
また、有機蛍光体ではペリレン系蛍光体が好適なものとして挙げられる。
【００４５】
また、蛍光体物質の発光色としては、赤色蛍光体、緑色蛍光体、橙色蛍光体、青色蛍光体などさまざまな発光色の蛍光体があるので、仕様に応じて適宜な発光色の蛍光体を選択するのが好ましい。
【００４６】
発光物質７は発光層６を構成して微細孔なるナノホール１内に充填される。そのために、発光物質７に無機蛍光体を用いる場合は、ナノホール１内に十分充填できる範囲でのナノ微粒子粉末にして用いられる。
【００４７】
ナノホール１への発光物質７の充填方法の一方法としては、低沸点の溶媒にナノ微粒子粉末を混ぜ合わせた溶液に陽極酸化アルミナ膜５を浸漬し、ナノホール１内にナノ微粒子粉末入り溶液を充填する。その後に、加熱処理して溶媒を蒸発させることでナノホール１内に発光物質７を充填することができる。
この方法をとった場合は、発光層６はナノ微粒子粉末の蛍光体なる発光物質７のみで構成される。
【００４８】
上記の充填方法の中で、透明な硬化性樹脂を加えることも可能である。例えば、熱硬化性樹脂、ナノ微粒子粉末、溶媒を混ぜ合わせた溶液に陽極酸化アルミナ膜５を浸漬してナノホール１内に充填し、加熱処理を施して溶媒を蒸発させると共に樹脂を硬化させることで、樹脂の中に分散した発光物質７が充填される。
この場合は、発光層６は樹脂と発光物質７とで構成される。
【００４９】
発光物質７の充填方法で、浸漬して充填する方法以外の方法としては、電着方法、ＣＶＤ法などの方法が挙げられる。
【００５０】
なお、発光層６には、発光物質７以外に光拡散剤を含有させることも可能である。拡散剤としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などが挙げられる。これらの拡散剤はいずれも微粒子粉末にして含有させる。
発光層６に拡散剤を含有させることで、発光物質７から発光した光が発光層６内で拡散され、ナノホール１の壁面からアルミナ層２に出射する光量が増すようになる。
【００５１】
また、発光層６に着色剤を含有させることも可能である。着色剤としては様々な着色顔料があるので、求める仕様に応じて適宜な顔料を用いると良い。
着色剤を含有させることで所望の発光色に調整することができる。
【００５２】
次に、封止部材８は、透明で絶縁性の樹脂膜や透明で絶縁性の金属酸化（例えば、ＳｉＯ２）膜などで形成する。
樹脂膜はスピンコート法、ロールコータ法、塗布方法などの方法で形成することができ、金属酸化膜は真空蒸着法、スパッタリング法などの方法で形成することができる。
【００５３】
なお、発光層６を、上記で述べたように、硬化した樹脂と発光物質７とで構成した場合には、硬化した樹脂そのものが封止部材としての役割を果たすことができるので、新たに封止部材を設けなくても良く、樹脂が封止部材の代替え役割をなす。勿論、新たに封止部材を設けても何ら支障はないものである。
【００５４】
次に、図２を用いて、第１本実施形態の陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の作用、効果を説明する。
図２において、Ｐは紫外光や青色光なる励起光で、矢印の方向、つまり、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に向かって照射している。Ｑは無機蛍光体なる発光物質７が励起光Ｐによって励起されて波長変換を起こして発光した光を表している。見易くするために、代表して３つの光の線にのみ符合している。
【００５５】
ナノホール１内の発光層６で、励起光Ｐによって発光物質７が励起して発光した光Ｑは四方、八方に放射する。ナノホール１がナノ単位の微細孔であるために発光層６内で滅光する光量は少なく、発光した多くの光量はナノホール１の壁面を透過してアルミナ層２に入射する。
アルミナ層２は透明で光透過率が非常に高いので、アルミナ層２内で滅光する光量は非常に少ない。そのため、アルミナ層２に入射した多くの発光光量はアルミナ層２を透過して外部（図２中において、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の上面側の外部）へ、光Ｑとなって出射するようになる。勿論、隣り合う他のナノホール１に入射する光も現れるが、それらの光もナノホール１内を通過してやがてアルミナ層２に入射するようになる。
また、発光した光Ｑで、アルミナ層２に入射せずに発光層６を通過して外部に出射する光も現れる。
【００５６】
図２に示すように、発光層６の発光物質７に入射する励起光Ｐは、陽極酸化アルミナ膜厚の発光体１０の下面側から直接発光層６に入射する励起光Ｐと、下面側からアルミナ層２を透過して発光層６に入射する励起光Ｐがある。
アルミナ層２はナノホール１の発光層６の外周一周にわたって有しているので、アルミナ層２を透過して発光層６に入射する励起光Ｐの光量も多く、しかも、奥の方（ここでの奥の方とは、図中において、発光体１０の下面の入射部位から見て、遠まった奥を指しており、上面に近い部位を指している）の発光層６にも入射するので、発光層６の厚み全体にわたって励起光Ｐが発光層６に入射する。そして、発光物質７を励起させる。
このため、発光層６に含有する多くの発光物質７が励起されるようになって発光する。これによって、発光効率は著しく高められ、そして、アルミナ層２や発光層６を通って外部に発光した光が出射するようになる。
【００５７】
また、励起光Ｐで、そのままアルミナ層２を透過して外部に出射するのも現れる。そして、アルミナ層２内と外部で励起光Ｐと発光した光Ｑとが混ざり合う。
【００５８】
ここで、ナノホール１の壁面の面積は発光した光Ｑの取出し光量に大きく影響し、発光の輝度を大きく左右する。ナノホール１の壁面の面積は、ナノホールの孔径ａ×π×陽極酸化アルミナ膜の厚みｔで表されるが、壁面の面積が小さいと発光光量も少なく、かつ、発光した光の取出し光量も少なくなり、発光輝度は低くなる。逆に、面積が大きいと取出し光量は多くなり、発光輝度は高められる。
本発明においては、陽極酸化アルミナ膜の厚みｔは０．５〜３０μｍの範囲に設定し、厚みｔの最小値は０．５μｍに制限する。これは、ナノホール１の壁面面積が小さいと、発光物質による発光した光Ｑの出射光量、即ち、発光した光Ｑの取出し光量が少なくなり、発光輝度が低くなるからである。また同時に、励起光の出射光量が多くなって、発光色の色合いが変化してしまうからである。
【００５９】
壁面の面積を大きくする方法としては、ナノホールの孔径ａを大きくする方法と陽極酸化アルミナ膜の厚みｔを厚くする方法があるが、本発明においては、孔径ａを２０〜３００ｎｍの範囲に規制する中で、陽極酸化アルミナ膜の厚みｔを０．５〜３０μｍと、孔径ａの１００倍近く厚く設定して、壁面の面積を大きくしている。
そして、厚みｔの最大値を３０μｍに制限している。その理由は、厚みｔが３０μｍより大きくなると、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の上面側にある部位の発光物質７に励起光Ｐが十分行き届かなくなり、発光効率の低下などの問題が生じて発光輝度の低下が起きるからである。そのため、厚みｔについては、ｍａｘ３０μｍを限度としている。
【００６０】
陽極酸化アルミナ膜の厚みｔを孔径ａの約１００倍近く大きく設定することで、発光した光の取出し光量が各段と増えて、高い発光輝度が得られるようにしている。
なお、ナノホールの孔径ａを大きくする方法は、発光層６内で滅光する光も多く現れて、発光効率としては必ずしも良くならない。
【００６１】
更に、ナノホール１はハニカム状に配列し、相隣り合うナノホール１のピッチｐの間隔はみな等しい間隔に設定している。これによって、それぞれのナノホール１の周囲のアルミナ層２の幅はみな同じ幅で、均一な幅をなす。
このため、それぞれのアルミナ層２から外部に出射する出射光量に偏りがなく、均一な出射光量が得られる。このことは、励起光Ｐと発光した光Ｑとの混ざり合った光がそれぞれのアルミナ層２から均一光量の下で出射されるようになり、出射光量にムラが無くなり、輝度ムラが抑制される。
【００６２】
また、励起光Ｐと発光した光Ｑとの混ぜ合わせで混色の発光色を得るような場合でも、混色した発光色の色むらが抑制される。
【００６３】
例えば、励起光Ｐに青色光を用い、発光物質７に青色光に励起されてピーク波長５６０ｎｍの黄緑色を発光するＹＡＧ系蛍光体を用いた場合、青色光と黄緑光との混色によって白色光が得られる。
ＹＡＧ系蛍光体を用いて陽極酸化アルミナ膜の発光体１０を構成することにより、色むらのない白色光が得られ、かつ、輝度の高い白色光が得られる。
【００６４】
以上述べたように、発光効率のアップ、光の取出し効率のアップによって、従来技術で述べた構成と比較すると、発光輝度は２〜３倍のアップ効果が得られるようになった。また、発光色のムラも抑制する効果も得られる。
また、ナノホール１の孔径ａをｍａｘ３００ｎｍ、孔のピッチｐをｍｉｎ５０ｎｍに制限することで陽極酸化アルミナ膜５の機械的な強度も確保できる効果が得られる。
また、更なる効果として、薄型にできるという効果である。薄いシート化が可能になって、用途に応じて所要の大きさに切断して使用することができるようになり、利便性が非常に高められる。
【００６５】
なお、図１に示した陽極酸化アルミナ膜の発光体１０は、上下面の両方の面を封止部材８で封止した構造をとったが、片方の面はバリア層を残したままの状態に形成し、他方のナノホール１の開口側の面を封止部材８で封止する構造にしても良い。
バリア層は透明で光透過率も高いので、図１に示したい構造と同様の効果を奏する。また、この構造は、封止部材は片面のみの形成で良いので、製作コストも安くできる。
【００６６】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態として、陽極酸化アルミナ膜の発光体を用いた発光装置について図３を用いて説明する。なお、図３は本発明の第２実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体を用いた発光装置の模式的に示した要部断面図である。なお、前述の第１実施形態での構成部品と同一仕様をなす構成部品は同一符号を付与して説明する。
【００６７】
図３において、１は陽極酸化アルミナ膜のナノホール、２は陽極酸化アルミナ膜のアルミナ層、５は陽極酸化アルミナ膜である。また、６は陽極酸化アルミナ膜５のナノホール１内に充填された発光層で、７は発光層６に含有する発光物質、８は発光層６を封止する封止部材である。１０は陽極酸化アルミナ膜の発光体である。陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の構成は、前述の第１実施形態の構成部品と同じ構成部品を用いているので、その詳細説明は省略する。
【００６８】
次に、２１は基台、２２、２３は電極で、電流を供給して光源を点灯させる役割をなす。２５は光源、２４は光源２５と電極２２、２３を接続する接合部材である。２７は枠、２８は空気層、３０は発光装置である。
【００６９】
発光装置３０は、一対の電極２２、２３を設けた基台２１上に接合部材２４を介して光源２５を取付け、光源２５の外周域を枠２７で囲い、枠２７上に陽極酸化アルミナ膜の発光体１０を配設した構造をなしている。そして、光源２５の照射光が陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に向かって照射される構造をなしている。
【００７０】
以下、第２実施形態の発光装置の仕様について説明する。第２実施形態の発光装置３０は、光源２５として青色発光のＬＥＤを用いている。また、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の発光物質７にはＹＡＧ系蛍光体を用いたものからなる。
【００７１】
青色発光のＬＥＤの代表的なものとしては、ｐｎ接合した窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体が挙げられる。これは、発光波長が４３０ｎｍ付近でピーク波長を持ち、更に、３７０ｎｍ付近の紫外域にも発光ピークを有している。
また、ＹＡＧ系蛍光体はイットリウム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）を含み、セリウム（Ｓｅ）で附活（附活剤）したものからなり、青色光に励起されてピーク波長５６０ｎｍの黄緑色に発光する。そして、この黄緑色の光とＬＥＤからの青色の光が混ざり合うことによって白色光が得られる。
【００７２】
基台２１は絶縁性を有した樹脂、セラミックなどからなる。光源２５を搭載することから強度的に強固さを有する。
また、一対の電極２２、２３は導電性の良い銅や金などの金属から形成している。
なお、図３に示した一対の電極２２、２３はコの字型をした形状をなしているが、これは、実装型のランプユニットにしてマザーボードに取付けるための形状にしたものである。しかしながら、基台２１と一対の電極２２、２３は、マザーボードそのものであっても良く、また他の形状をなしたものでも構わない。
【００７３】
接合部材２４は導電性の良い部材が用いられる。金や鉛などの融点の低い金属材料や導電性接着剤などが用いられる。
図３に示すＬＥＤなる光源２５と電極２２、２３との接続構造はフリップチップ構造をとっているものであるが、特にフリップチップ構造に限るものではなく、例えば、従来技術で用いられた導電性ワイヤーで接続する構造をとっても何ら支障はないものである。
【００７４】
枠２７は光源２５の光が図中左右の横方向に逃げないようにするために設けており、枠２７の内壁面または外壁面は反射手段を有して反射機能をもつ。樹脂やセラミックなどから形成している。
内壁面または外壁面に反射手段を持つことから、光源２５の光で、枠２７に入射する光は陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に向かって反射されるようになる。
また、枠２７の上面には陽極酸化アルミナ膜の発光体１０を接着剤を介して固定している。
なお、図３においては、枠２７の形状は、内壁面が垂直に起立する形状としたが、内壁面を傾斜面を持った形状にして、枠２７の傾斜面からの反射光が直接的に陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に入射し易いようにしても良い。
【００７５】
空気層２８は光源２５から発する熱が直接陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に伝導するのを抑制するために設けている。空気層２８を設けることで、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の温度上昇を抑制し、発光物質７の性能劣化を防止している。
なお、光源２５の発熱が低い状態で使用する場合には、特別に空気層２８を設けなくても良いもので、枠２７の内部に透明樹脂を埋め込んだ構造にしても構わない。
【００７６】
第２実施形態においては、光源２５には青色発光のＬＥＤを用い、発光物質７にはＹＡＧ系蛍光体を用いて白色発光の発光装置を構成したものであるが、光源２５は青色発光のＬＥＤに限らず、紫外光や青色光を発するランプが用いられる。このようなランプとしては水銀ランプやＬＥＤランプなどが挙げられる。また、エレクトロルミネッセンスを光源として用いることも可能である。
また、発光物質７はＹＡＧ系蛍光体に限るものではなく、紫外光や青色光で励起されて発光する蛍光体などが用いられる。得ようとする発光色の仕様に応じて適宜な蛍光体を選択すると良い。
【００７７】
以上の構成をなした発光装置３０は、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０と光源２５とが一体になった発光装置を得る。従って、発光装置の取扱いも容易になり、また、機器への組立てにおける作業の容易さなどの効果を得る。
また、前述の第１実施形態で詳しく説明したことではあるが、陽極酸化アルミナ膜の発光体の働きによって輝度の高い発光装置が得られる。
また、発熱の高い光源を用いた場合でも、陽極酸化アルミナ膜の発光体への熱伝導を抑制して発光物質の性能劣化を防止し、発光装置３０の寿命を延ばす効果を得る。
【符号の説明】
【００７８】
１ ナノホール
２ アルミナ層
５ 陽極酸化アルミナ膜
６ 発光層
７ 発光物質
８ 封止部材
１０ 陽極酸化アルミナ膜の発光体
２１ 基台
２２、２３ 電極
２４ 接合部材
２５ 光源
２７ 枠
２８ 空気層
３０ 発光装置
ａ 孔径
ｐ ピッチ
ｔ 厚み
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力を可能とする陽極酸化アルミナ膜の発光体と、その発光体を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子を用いた発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は、携帯電話などの液晶パネルのバックライト光源などに広く用いられている。特に、近年では高出力化が進み、懐中電灯や室内照明などの各種照明機器への応用も実用化されてきている。
【０００３】
バックライト光源や照明光源として用いられる光源の光源色は、一般に、白色光が用いられるが、白色光を得る構成にはさまざまな構成が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
特許文献１に示された従来技術を図４を用いて説明する。図４は説明しやすいようにその主旨を逸脱しないように書き直しした実装型ＬＥＤランプの要部断面図を示したものである。
図４において、２００はＬＥＤランプである。２０１はフォトルミネッセンス蛍光体を含むコーティング材が充填されたコーティング部、２０２は発光素子（ＬＥＤチップ）、２０３は導電性ワイヤー、２０４は凹部を有する筐体である。また、２０５は筐体２０４に埋め込まれた端子金属である。
ＬＥＤランプ２００は、筐体２０４の凹部にＡｇを含有させたエポキシ樹脂などを介して発光素子２０２を固定し、発光素子２０２のｎ側電極とｐ側電極とをそれぞれ導電性ワイヤー２０３でもって端子金属２０５に接続し、そして、発光素子２０２を被うようにして筐体２０４の凹部にコーティング部２０１を設けた構成をなしている。
【０００５】
また、引用文献１においては、発光素子２０２は青色系の発光が可能な窒化ガリウム系化合物半導体素子を用い、フォトルミネッセンス蛍光体は黄色系の発光が可能なＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることで、発光素子２０２からの青色系の光と、発光素子２０２からの青色系の波長に励起されて発光するＹＡＧ蛍光体からの黄色系の光との混色により白色系の発光を可能にするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２０８８１５号公報（第５頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、ＬＥＤランプは消費電力が小さいというメリットはあるが、反面、冷陰極管や白熱灯などと比較すると輝度が低いという問題を有する。そのため、ＬＥＤランプの数を増すとか、あるいはまた、高いパルス電流を印加するとかの方法をとって輝度を高める試みがなされている。
【０００８】
引用文献１に記載されたＬＥＤランプ２００の構成は、発光素子２０２と導電性ワイヤーを被うようにしてコーティング部２０１を設けた構成をとり、また、コーティング部２０１は樹脂などのコーティング材に蛍光体を分散した構成をとっている。
【０００９】
このような構成においては、蛍光体を分散したコーティング部２０１の厚みも厚くなり、また、光の取出し面積もコーティング部２０１の上面側だけとなって限定される。
そのため、発光素子２０２の青色系の光、及び蛍光体の黄色系の光は、コーティング部２０１内の走査を繰り返してコーティング部２０１の上面から出射する過程の中で、厚みのある樹脂などのコーティング材に吸収されて滅光する光量も多く現れる。
そして、発光効率の低下や光の取出し効率の低下をまねき、全体的に明るさが低下する。
また、発光素子２０２に高いパルス電流を印加した場合には発熱温度が高くなるが、それがコーティング部２０１に熱伝導し、蛍光体の性能を劣化させると言う問題も現れる。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、発光効率、光の取出し効率を高めて輝度が高く、明るい発光体を得ると共に、発光体の性能劣化を抑制して長寿命化を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための手段として、本発明の発光体は、陽極酸化アルミナ膜を用いた発光体であって、陽極酸化アルミナ膜のナノホール内に少なくとも紫外光又は青色光で励起して発光する発光物質を充填し、封止部材で発光物質をナノホール内に封止したことを特徴とするものである。
【００１１】
陽極酸化アルミナ膜は、アルミニウムを陽極で電解処理（アルマイト処理）して人工的に多孔質の酸化被膜を生成したもので、直径が数ｎｍ〜数１００ｎｍの円筒状の微細孔なるナノホールが、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍのピッチ間隔に配列して形成された多孔質のＡｌ２Ｏ３からなる膜である。相隣り合うナノホールに挟まれた部分の柱状の隔壁部（以降、隔壁部をアルミナ層と言う）は透明で光透過率が非常に高い。
【００１２】
このような構造をなす陽極酸化アルミナ膜のナノホール内に紫外光又は青色光で励起して発光する発光物質を充填し、封止部材で封止して形成した発光体に紫外光、あるいは、青色光を照射すると発光物質が発光する。
発光物質から発光した光は、ナノホールの壁面から外に、つまり、ナノホールからアルミナ層に出射し、そして、アルミナ層から外部に出射される。勿論、発光物質を充填したナノホールからも外部に出射する。
陽極酸化アルミナ膜のナノホールは無数にあるので、ナノホールの壁面の総面積は非常に広い面積を占める。このため、ナノホールの壁面からの光の取出し面積は非常に広いものとなって、ナノホールの壁面からの出射光量は著しく増加する。そして、アルミナ層を透過して外部に出射する。これは、発光物質からの発光した光の取出し効率が各段と高められて、輝度が著しくアップする。
また、紫外光、あるいは、青色光が、アルミナ層を透過して発光物質にも入射するので発光効率を高めることができる。
このことによって、発光効率、光の取出し効率が各段と向上し、発光体の発光輝度を著しく高める効果を生む。
【００１３】
また、本発明の発光体は、陽極酸化アルミナ膜の厚みが０．５〜３０μｍであり、ナノホールの孔径が２０〜３００ｎｍ、孔のピッチが５０〜５００ｎｍであることを特徴とするものである。
【００１４】
陽極酸化アルミナ膜の厚みは０．５〜３０μｍの範囲が好適である。厚みが０．５μｍより小さいと紫外光や青色光の励起光の出射光量が多くなり、発光物質による発光した光の出射光量が相対的に少なくなり、明るさや発光色の色合いなどが変化してしまう。例えば、励起光に青色光を選択し、発光物質に後述するＹＡＧ系蛍光体を選択して組み合わせた場合に、青色光が強く現れて青っぽい白色光となってしまう。また、発光光量も少なくなって明るさも低下する。
また、厚みが３０μｍより大きいと、滅光する光量も多くなり、また、発光物質に紫外光や青色光の励起光が十分届かない部分も現れたりして、発光輝度が低下するようになる。また、陽極酸化処理の時間も長く要するのでコストアップも招く。
【００１５】
ナノホールの孔径は２０〜３００ｎｍの範囲が好適である。孔径は陽極酸化の酸濃度、電圧、時間などの条件で決まってくるが、２０ｎｍより小さくするのは製作上難しい。また、孔径を３００ｎｍより大きくすると、隔壁部の厚み（以降、アルミナ層の幅と言う）が細くなってアルミナ層の機械的な強度が弱くなる。つまり、膜としての強度が保持できなくなる。
【００１６】
ナノホールのピッチは５０〜５００ｎｍが好適である。ピッチはナノホールの孔径との関係において設定されるが、ピッチを５０ｎｍより小さくするとアルミナ層の幅が小さくなり、アルミナ層の機械的強度が得られない。また、５００ｎｍより大きくすると、光のムラが、つまり、発光色のムラが肉眼で見えるようになる。
【００１７】
陽極酸化アルミナ膜の厚みやナノホールの孔径、孔のピッチは相互に関係し合って発光輝度や発光色などに影響を及ぼす。陽極酸化アルミナ膜の厚み、ナノホールの孔径、孔のピッチは、発光輝度や発光色を考慮して、上記の数値範囲の中で適宜に設定するのが望ましい。
【００１８】
また、本発明の発光体は、発光物質が蛍光体又は燐光体の少なくとも１種からなることを特徴とするものである。
【００１９】
紫外光又は青色光で励起して長波長の光を発光する蛍光体や燐光体が好ましい。このような蛍光体や燐光体は波長変換効率も優れているので発光光量を増すことができる。また、さまざまな発光色を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の発光体は、蛍光体がＹＡＧ系蛍光体であることを特徴とするものである。
【００２１】
ＹＡＧ系蛍光体は青色系の光に励起して黄色系の光を発光する。そして、青色系の光と黄色系の光が混色して白色系の光が得られる。
【００２２】
また、本発明の発光装置は、上記で述べた陽極酸化アルミナ膜の発光体と紫外光又は青色光を出射する光源を有することを特徴とするものである。
【００２３】
このような構成をとることにより、発光輝度の高い発光装置が得られると共に、さまざまな発光色が得られる発光装置を得ることができる。また、陽極酸化アルミナ膜の発光体と光源との一体化により、取扱いの容易さなどの効果を生む。
【００２４】
また、本発明の発光装置は、光源の光出射側に陽極酸化アルミナ膜の発光体を配置することを特徴とするものである。
【００２５】
この構成の下では、光源の光が直接的に、そして、多くの光量が陽極酸化アルミナ膜の発光体に入射する。そのため、光源光の利用効率も高められ、発光体の波長変換効率も高められて、輝度の高い発光装置を得ることができる。
【００２６】
また、本発明の発光装置は、光源と陽極酸化アルミナ膜の発光体との間に空気層を有することを特徴とするものである。
【００２７】
空気層を有することで、光源の発熱温度の発光体への熱伝導を低く抑えることができる。そして、発光物質の性能劣化を抑制することができる。長寿命化の効果を生む。
【００２８】
また、本発明の発光装置は、光源がＬＥＤであることを特徴とするものである。
【００２９】
ＬＥＤを用いることで、輝度の高い、小型の発光装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の下では、明るく、輝度の高い発光体、並びに、発光装置を得ることができる。また、発光物質の性能劣化を抑制して長寿命化の効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体を模式的に示した部分的な斜視図と断面図である。
【図２】図１に示す陽極酸化アルミナ膜の発光体の作用効果を説明する模式的に示した説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体を用いた発光装置の模式的に示した要部断面図である。
【図４】特許文献１に記載された実装型ＬＥＤランプの要部断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
［第１実施形態］
最初に、第１実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体について、図１、図２を用いて説明する。なお、図１は本発明の第１実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体を模式的に示した部分的な斜視図と断面図で、図１（ａ）がその斜視図、図１（ｂ）が断面図である。また、図２は図１に示す陽極酸化アルミナ膜の発光体の作用効果を説明する模式的に示した説明図である。
【００３３】
図１において、１はＡｌ材を陽極酸化（アルマイト）処理を行って形成した円筒状の微細孔なるナノホールである。２はナノホール１の外周に形成されたＡｌ２Ｏ３からなるアルミナ層である。アルミナ層２は透明性を有して光透過率が高い。５は陽極酸化アルミナ膜である。６はナノホール１内に充填された発光層、７は発光層６内の発光物質である。８はナノホール１の両側を封口する封止部材で、ナノホール１の両側、つまり、陽極酸化アルミナ膜５の上下面側に設けていて、発光物質７を含有した発光層６をナノホール１内に封止している。１０は陽極酸化アルミナ膜の発光体である。
【００３４】
陽極酸化アルミナ膜５は、複数のナノホール１と、このナノホール１の外周に形成されたＡｌ２Ｏ３からなるアルミナ層２から構成される。
また、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０は、陽極酸化アルミナ膜５のナノホール１内に発光物質７を含有した発光層６を充填して、陽極酸化アルミナ膜の上下面に封止部材８を設けて発光層６を封止した構成をなしている。
【００３５】
陽極酸化アルミナ膜５は、純度の高いＡｌ板を硫酸、シュウ酸、リン酸などの酸性電解溶液中で陽極酸化することでナノホール１とアルミナ層２が生成される。そして、生成後において、ナノホール１の下部にはバリア層と呼ばれる底部層が残るが、その底部層をエッチングで除去することで、図１に示す貫通孔なるナノホール１が形成された陽極酸化アルミナ膜５が得られる。
ナノホール１の孔径ａ、ピッチｐ、ナノホール１の深さ（ナノホール１の深さは陽極酸化アルミナ膜５の厚みｔに相当する）は、陽極酸化に用いる酸性電解溶液の濃度、温度、並びに、陽極酸化電圧の印加方法や電圧値、時間などの処理条件によって制御が可能で、これらの処理条件を規制化することで、所要の孔径ａ、ピッチｐ、深さ（厚みｔ）、配列構造を得ることができる。
【００３６】
また、孔径ａはボアワイド処理を行うことで孔径を大きくすることが可能で、例えば、リン酸溶液に浸漬することで孔径に大きくすることができる。従って、浸漬時間などを管理することによって広げられる所望の孔径の大きさに制御することができる。
【００３７】
また、ナノホール１の配列はハニカム状（ハチの巣状または正六角形状）に配列するのが好ましく、相隣り合うナノホール１のピッチｐがみな等しくなり、また、相隣り合うナノホール１の間にあるアルミナ層２の幅もみな均一になる。
第１実施形態においては、ナノホール１の孔径ａはみな同じ孔径にし、ナノホール１の配列はハニカム状に配列して相隣り合うナノホール１のピッチｐの間隔は同じ間隔に配列している。
【００３８】
ここで、ナノホール１の孔径は２０〜３００ｎｍの範囲に、ピッチｐは５０〜５００ｎｍの範囲に、陽極酸化アルミナ膜５の厚みｔは０．５〜３０μｍの範囲に抑えるのが好ましい。
【００３９】
ナノホール１の孔径は２０〜３００ｎｍの範囲が好適である。孔径は陽極酸化の酸濃度、電圧、時間などの条件で決まってくるが、２０ｎｍより小さくするのは製作上難しい。また、孔径を３００ｎｍより大きくすると、アルミナ層の幅が小さく（細く）なってアルミナ層の機械的な強度が弱くなる。つまり、膜としての強度が保持できなくなる。
【００４０】
ナノホール１のピッチは５０〜５００ｎｍが好適である。ピッチはナノホール１の孔径との関係において設定されるが、ピッチを５０ｎｍより小さくするとアルミナ層の幅が小さくなり、アルミナ層の機械的強度が得られない。また、５００ｎｍより大きくすると、光のムラ、つまり、発光色のムラが肉眼で見えるようになる。
【００４１】
陽極酸化アルミナ膜５の厚みは０．５〜３０μｍの範囲が好適である。厚みが０．５μｍより小さいと紫外光や青色光の励起光の出射光量が多くなり、発光物質による発光した光の出射光量が相対的に少なくなり、明るさや発光色の色合いなどが変化してしまう。例えば、励起光に青色光を選択し、発光物質に後述するＹＡＧ系蛍光体を選択して組み合わせた場合に、青色光が強く現れて青っぽい白色光となってしまう。また、発光光量も少なくなって明るさも低下する。
また、厚みが３０μｍより大きいと、滅光する光量も多くなり、また、発光物質に紫外光や青色光の励起光が十分届かない部分も現れたりして、発光効率が悪くなって発光輝度が低下するようになる。
【００４２】
ナノホール１の孔径や孔のピッチ、陽極酸化アルミナ膜の厚みは相互に関係し合って発光輝度や発光色などに影響を及ぼす。ナノホールの孔径、孔のピッチ、陽極酸化アルミナ膜の厚みは発光輝度や発光色を考慮して、上記の数値範囲の中で適宜に設定するのが望ましい。
【００４３】
次に、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の発光層６を構成する発光物質７には、紫外光や青色光などの短波長で励起して長波長光を発光する蛍光体や燐光体が用いられる。
このような蛍光体物質としては、アルミン酸塩蛍光体、リン酸塩蛍光体、ケイ酸塩蛍光体などの無機蛍光体や、ペリレン系蛍光体、アリルスルホンアミド・メラミンホルムアルデヒド共縮合染色物などの有機蛍光体などが挙げられる。
【００４４】
この中でも、長期間使用可能な点から、無機蛍光体ではＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体であるアルミン酸塩蛍光体が好適である。
ＹＡＧ系蛍光体は、イットリウム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）を含み、セリウム（Ｓｅ）で附活（附活剤）したものからなり、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２の化学式を持つ。このＹＡＧ系蛍光体は青色光に励起されてピーク波長５６０ｎｍの黄緑色に発光する。そして、この黄緑色と青色光との混色によって白色光を得ることができる。
また、有機蛍光体ではペリレン系蛍光体が好適なものとして挙げられる。
【００４５】
また、蛍光体物質の発光色としては、赤色蛍光体、緑色蛍光体、橙色蛍光体、青色蛍光体などさまざまな発光色の蛍光体があるので、仕様に応じて適宜な発光色の蛍光体を選択するのが好ましい。
【００４６】
発光物質７は発光層６を構成して微細孔なるナノホール１内に充填される。そのために、発光物質７に無機蛍光体を用いる場合は、ナノホール１内に十分充填できる範囲でのナノ微粒子粉末にして用いられる。
【００４７】
ナノホール１への発光物質７の充填方法の一方法としては、低沸点の溶媒にナノ微粒子粉末を混ぜ合わせた溶液に陽極酸化アルミナ膜５を浸漬し、ナノホール１内にナノ微粒子粉末入り溶液を充填する。その後に、加熱処理して溶媒を蒸発させることでナノホール１内に発光物質７を充填することができる。
この方法をとった場合は、発光層６はナノ微粒子粉末の蛍光体なる発光物質７のみで構成される。
【００４８】
上記の充填方法の中で、透明な硬化性樹脂を加えることも可能である。例えば、熱硬化性樹脂、ナノ微粒子粉末、溶媒を混ぜ合わせた溶液に陽極酸化アルミナ膜５を浸漬してナノホール１内に充填し、加熱処理を施して溶媒を蒸発させると共に樹脂を硬化させることで、樹脂の中に分散した発光物質７が充填される。
この場合は、発光層６は樹脂と発光物質７とで構成される。
【００４９】
発光物質７の充填方法で、浸漬して充填する方法以外の方法としては、電着方法、ＣＶＤ法などの方法が挙げられる。
【００５０】
なお、発光層６には、発光物質７以外に光拡散剤を含有させることも可能である。拡散剤としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などが挙げられる。これらの拡散剤はいずれも微粒子粉末にして含有させる。
発光層６に拡散剤を含有させることで、発光物質７から発光した光が発光層６内で拡散され、ナノホール１の壁面からアルミナ層２に出射する光量が増すようになる。
【００５１】
また、発光層６に着色剤を含有させることも可能である。着色剤としては様々な着色顔料があるので、求める仕様に応じて適宜な顔料を用いると良い。
着色剤を含有させることで所望の発光色に調整することができる。
【００５２】
次に、封止部材８は、透明で絶縁性の樹脂膜や透明で絶縁性の金属酸化（例えば、ＳｉＯ２）膜などで形成する。
樹脂膜はスピンコート法、ロールコータ法、塗布方法などの方法で形成することができ、金属酸化膜は真空蒸着法、スパッタリング法などの方法で形成することができる。
【００５３】
なお、発光層６を、上記で述べたように、硬化した樹脂と発光物質７とで構成した場合には、硬化した樹脂そのものが封止部材としての役割を果たすことができるので、新たに封止部材を設けなくても良く、樹脂が封止部材の代替え役割をなす。勿論、新たに封止部材を設けても何ら支障はないものである。
【００５４】
次に、図２を用いて、第１本実施形態の陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の作用、効果を説明する。
図２において、Ｐは紫外光や青色光なる励起光で、矢印の方向、つまり、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に向かって照射している。Ｑは無機蛍光体なる発光物質７が励起光Ｐによって励起されて波長変換を起こして発光した光を表している。見易くするために、代表して３つの光の線にのみ符合している。
【００５５】
ナノホール１内の発光層６で、励起光Ｐによって発光物質７が励起して発光した光Ｑは四方、八方に放射する。ナノホール１がナノ単位の微細孔であるために発光層６内で滅光する光量は少なく、発光した多くの光量はナノホール１の壁面を透過してアルミナ層２に入射する。
アルミナ層２は透明で光透過率が非常に高いので、アルミナ層２内で滅光する光量は非常に少ない。そのため、アルミナ層２に入射した多くの発光光量はアルミナ層２を透過して外部（図２中において、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の上面側の外部）へ、光Ｑとなって出射するようになる。勿論、隣り合う他のナノホール１に入射する光も現れるが、それらの光もナノホール１内を通過してやがてアルミナ層２に入射するようになる。
また、発光した光Ｑで、アルミナ層２に入射せずに発光層６を通過して外部に出射する光も現れる。
【００５６】
図２に示すように、発光層６の発光物質７に入射する励起光Ｐは、陽極酸化アルミナ膜厚の発光体１０の下面側から直接発光層６に入射する励起光Ｐと、下面側からアルミナ層２を透過して発光層６に入射する励起光Ｐがある。
アルミナ層２はナノホール１の発光層６の外周一周にわたって有しているので、アルミナ層２を透過して発光層６に入射する励起光Ｐの光量も多く、しかも、奥の方（ここでの奥の方とは、図中において、発光体１０の下面の入射部位から見て、遠まった奥を指しており、上面に近い部位を指している）の発光層６にも入射するので、発光層６の厚み全体にわたって励起光Ｐが発光層６に入射する。そして、発光物質７を励起させる。
このため、発光層６に含有する多くの発光物質７が励起されるようになって発光する。これによって、発光効率は著しく高められ、そして、アルミナ層２や発光層６を通って外部に発光した光が出射するようになる。
【００５７】
また、励起光Ｐで、そのままアルミナ層２を透過して外部に出射するのも現れる。そして、アルミナ層２内と外部で励起光Ｐと発光した光Ｑとが混ざり合う。
【００５８】
ここで、ナノホール１の壁面の面積は発光した光Ｑの取出し光量に大きく影響し、発光の輝度を大きく左右する。ナノホール１の壁面の面積は、ナノホールの孔径ａ×π×陽極酸化アルミナ膜の厚みｔで表されるが、壁面の面積が小さいと発光光量も少なく、かつ、発光した光の取出し光量も少なくなり、発光輝度は低くなる。逆に、面積が大きいと取出し光量は多くなり、発光輝度は高められる。
本発明においては、陽極酸化アルミナ膜の厚みｔは０．５〜３０μｍの範囲に設定し、厚みｔの最小値は０．５μｍに制限する。これは、ナノホール１の壁面面積が小さいと、発光物質による発光した光Ｑの出射光量、即ち、発光した光Ｑの取出し光量が少なくなり、発光輝度が低くなるからである。また同時に、励起光の出射光量が多くなって、発光色の色合いが変化してしまうからである。
【００５９】
壁面の面積を大きくする方法としては、ナノホールの孔径ａを大きくする方法と陽極酸化アルミナ膜の厚みｔを厚くする方法があるが、本発明においては、孔径ａを２０〜３００ｎｍの範囲に規制する中で、陽極酸化アルミナ膜の厚みｔを０．５〜３０μｍと、孔径ａの１００倍近く厚く設定して、壁面の面積を大きくしている。
そして、厚みｔの最大値を３０μｍに制限している。その理由は、厚みｔが３０μｍより大きくなると、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の上面側にある部位の発光物質７に励起光Ｐが十分行き届かなくなり、発光効率の低下などの問題が生じて発光輝度の低下が起きるからである。そのため、厚みｔについては、ｍａｘ３０μｍを限度としている。
【００６０】
陽極酸化アルミナ膜の厚みｔを孔径ａの約１００倍近く大きく設定することで、発光した光の取出し光量が各段と増えて、高い発光輝度が得られるようにしている。
なお、ナノホールの孔径ａを大きくする方法は、発光層６内で滅光する光も多く現れて、発光効率としては必ずしも良くならない。
【００６１】
更に、ナノホール１はハニカム状に配列し、相隣り合うナノホール１のピッチｐの間隔はみな等しい間隔に設定している。これによって、それぞれのナノホール１の周囲のアルミナ層２の幅はみな同じ幅で、均一な幅をなす。
このため、それぞれのアルミナ層２から外部に出射する出射光量に偏りがなく、均一な出射光量が得られる。このことは、励起光Ｐと発光した光Ｑとの混ざり合った光がそれぞれのアルミナ層２から均一光量の下で出射されるようになり、出射光量にムラが無くなり、輝度ムラが抑制される。
【００６２】
また、励起光Ｐと発光した光Ｑとの混ぜ合わせで混色の発光色を得るような場合でも、混色した発光色の色むらが抑制される。
【００６３】
例えば、励起光Ｐに青色光を用い、発光物質７に青色光に励起されてピーク波長５６０ｎｍの黄緑色を発光するＹＡＧ系蛍光体を用いた場合、青色光と黄緑光との混色によって白色光が得られる。
ＹＡＧ系蛍光体を用いて陽極酸化アルミナ膜の発光体１０を構成することにより、色むらのない白色光が得られ、かつ、輝度の高い白色光が得られる。
【００６４】
以上述べたように、発光効率のアップ、光の取出し効率のアップによって、従来技術で述べた構成と比較すると、発光輝度は２〜３倍のアップ効果が得られるようになった。また、発光色のムラも抑制する効果も得られる。
また、ナノホール１の孔径ａをｍａｘ３００ｎｍ、孔のピッチｐをｍｉｎ５０ｎｍに制限することで陽極酸化アルミナ膜５の機械的な強度も確保できる効果が得られる。
また、更なる効果として、薄型にできるという効果である。薄いシート化が可能になって、用途に応じて所要の大きさに切断して使用することができるようになり、利便性が非常に高められる。
【００６５】
なお、図１に示した陽極酸化アルミナ膜の発光体１０は、上下面の両方の面を封止部材８で封止した構造をとったが、片方の面はバリア層を残したままの状態に形成し、他方のナノホール１の開口側の面を封止部材８で封止する構造にしても良い。
バリア層は透明で光透過率も高いので、図１に示したい構造と同様の効果を奏する。また、この構造は、封止部材は片面のみの形成で良いので、製作コストも安くできる。
【００６６】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態として、陽極酸化アルミナ膜の発光体を用いた発光装置について図３を用いて説明する。なお、図３は本発明の第２実施形態に係る陽極酸化アルミナ膜の発光体を用いた発光装置の模式的に示した要部断面図である。なお、前述の第１実施形態での構成部品と同一仕様をなす構成部品は同一符号を付与して説明する。
【００６７】
図３において、１は陽極酸化アルミナ膜のナノホール、２は陽極酸化アルミナ膜のアルミナ層、５は陽極酸化アルミナ膜である。また、６は陽極酸化アルミナ膜５のナノホール１内に充填された発光層で、７は発光層６に含有する発光物質、８は発光層６を封止する封止部材である。１０は陽極酸化アルミナ膜の発光体である。陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の構成は、前述の第１実施形態の構成部品と同じ構成部品を用いているので、その詳細説明は省略する。
【００６８】
次に、２１は基台、２２、２３は電極で、電流を供給して光源を点灯させる役割をなす。２５は光源、２４は光源２５と電極２２、２３を接続する接合部材である。２７は枠、２８は空気層、３０は発光装置である。
【００６９】
発光装置３０は、一対の電極２２、２３を設けた基台２１上に接合部材２４を介して光源２５を取付け、光源２５の外周域を枠２７で囲い、枠２７上に陽極酸化アルミナ膜の発光体１０を配設した構造をなしている。そして、光源２５の照射光が陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に向かって照射される構造をなしている。
【００７０】
以下、第２実施形態の発光装置の仕様について説明する。第２実施形態の発光装置３０は、光源２５として青色発光のＬＥＤを用いている。また、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の発光物質７にはＹＡＧ系蛍光体を用いたものからなる。
【００７１】
青色発光のＬＥＤの代表的なものとしては、ｐｎ接合した窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体が挙げられる。これは、発光波長が４３０ｎｍ付近でピーク波長を持ち、更に、３７０ｎｍ付近の紫外域にも発光ピークを有している。
また、ＹＡＧ系蛍光体はイットリウム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）を含み、セリウム（Ｓｅ）で附活（附活剤）したものからなり、青色光に励起されてピーク波長５６０ｎｍの黄緑色に発光する。そして、この黄緑色の光とＬＥＤからの青色の光が混ざり合うことによって白色光が得られる。
【００７２】
基台２１は絶縁性を有した樹脂、セラミックなどからなる。光源２５を搭載することから強度的に強固さを有する。
また、一対の電極２２、２３は導電性の良い銅や金などの金属から形成している。
なお、図３に示した一対の電極２２、２３はコの字型をした形状をなしているが、これは、実装型のランプユニットにしてマザーボードに取付けるための形状にしたものである。しかしながら、基台２１と一対の電極２２、２３は、マザーボードそのものであっても良く、また他の形状をなしたものでも構わない。
【００７３】
接合部材２４は導電性の良い部材が用いられる。金や鉛などの融点の低い金属材料や導電性接着剤などが用いられる。
図３に示すＬＥＤなる光源２５と電極２２、２３との接続構造はフリップチップ構造をとっているものであるが、特にフリップチップ構造に限るものではなく、例えば、従来技術で用いられた導電性ワイヤーで接続する構造をとっても何ら支障はないものである。
【００７４】
枠２７は光源２５の光が図中左右の横方向に逃げないようにするために設けており、枠２７の内壁面または外壁面は反射手段を有して反射機能をもつ。樹脂やセラミックなどから形成している。
内壁面または外壁面に反射手段を持つことから、光源２５の光で、枠２７に入射する光は陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に向かって反射されるようになる。
また、枠２７の上面には陽極酸化アルミナ膜の発光体１０を接着剤を介して固定している。
なお、図３においては、枠２７の形状は、内壁面が垂直に起立する形状としたが、内壁面を傾斜面を持った形状にして、枠２７の傾斜面からの反射光が直接的に陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に入射し易いようにしても良い。
【００７５】
空気層２８は光源２５から発する熱が直接陽極酸化アルミナ膜の発光体１０に伝導するのを抑制するために設けている。空気層２８を設けることで、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０の温度上昇を抑制し、発光物質７の性能劣化を防止している。
なお、光源２５の発熱が低い状態で使用する場合には、特別に空気層２８を設けなくても良いもので、枠２７の内部に透明樹脂を埋め込んだ構造にしても構わない。
【００７６】
第２実施形態においては、光源２５には青色発光のＬＥＤを用い、発光物質７にはＹＡＧ系蛍光体を用いて白色発光の発光装置を構成したものであるが、光源２５は青色発光のＬＥＤに限らず、紫外光や青色光を発するランプが用いられる。このようなランプとしては水銀ランプやＬＥＤランプなどが挙げられる。また、エレクトロルミネッセンスを光源として用いることも可能である。
また、発光物質７はＹＡＧ系蛍光体に限るものではなく、紫外光や青色光で励起されて発光する蛍光体などが用いられる。得ようとする発光色の仕様に応じて適宜な蛍光体を選択すると良い。
【００７７】
以上の構成をなした発光装置３０は、陽極酸化アルミナ膜の発光体１０と光源２５とが一体になった発光装置を得る。従って、発光装置の取扱いも容易になり、また、機器への組立てにおける作業の容易さなどの効果を得る。
また、前述の第１実施形態で詳しく説明したことではあるが、陽極酸化アルミナ膜の発光体の働きによって輝度の高い発光装置が得られる。
また、発熱の高い光源を用いた場合でも、陽極酸化アルミナ膜の発光体への熱伝導を抑制して発光物質の性能劣化を防止し、発光装置３０の寿命を延ばす効果を得る。
【符号の説明】
【００７８】
１ ナノホール
２ アルミナ層
５ 陽極酸化アルミナ膜
６ 発光層
７ 発光物質
８ 封止部材
１０ 陽極酸化アルミナ膜の発光体
２１ 基台
２２、２３ 電極
２４ 接合部材
２５ 光源
２７ 枠
２８ 空気層
３０ 発光装置
ａ 孔径
ｐ ピッチ
ｔ 厚み
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極酸化アルミナ膜を用いた発光体であって、前記陽極酸化アルミナ膜のナノホール内に少なくとも紫外光又は青色光で励起して発光する発光物質を充填し、封止部材で前記発光物質を前記ナノホール内に封止したことを特徴とする陽極酸化アルミナ膜の発光体。
【請求項２】
前記陽極酸化アルミナ膜の厚みは０．５〜３０μｍであり、前記ナノホールの孔径は２０〜３００ｎｍ、ピッチは５０〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の陽極酸化アルミナ膜の発光体。
【請求項３】
前記発光物質は蛍光体又は燐光体の少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１に記載の陽極酸化アルミナ膜の発光体。
【請求項４】
前記蛍光体はＹＡＧ系蛍光体であることを特徴とする請求項３に記載の陽極酸化アルミナ膜の発光体。
【請求項５】
前記請求項１から４のいずれかに記載の陽極酸化アルミナ膜の発光体と紫外光又は青色光を出射する光源を有することを特徴とする発光装置。
【請求項６】
前記光源の光出射側に前記陽極酸化アルミナ膜の発光体を配置することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記光源と前記陽極酸化アルミナ膜の発光体との間に空気層を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１】
陽極酸化アルミナ膜を用いた発光体であって、前記陽極酸化アルミナ膜のナノホール内に少なくとも紫外光又は青色光で励起して発光する発光物質を充填し、封止部材で前記発光物質を前記ナノホール内に封止したことを特徴とする陽極酸化アルミナ膜の発光体。
【請求項２】
前記陽極酸化アルミナ膜の厚みは０．５〜３０μｍであり、前記ナノホールの孔径は２０〜３００ｎｍ、ピッチは５０〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の陽極酸化アルミナ膜の発光体。
【請求項３】
前記発光物質は蛍光体又は燐光体の少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１に記載の陽極酸化アルミナ膜の発光体。
【請求項４】
前記蛍光体はＹＡＧ系蛍光体であることを特徴とする請求項３に記載の陽極酸化アルミナ膜の発光体。
【請求項５】
前記請求項１から４のいずれかに記載の陽極酸化アルミナ膜の発光体と紫外光又は青色光を出射する光源を有することを特徴とする発光装置。
【請求項６】
前記光源の光出射側に前記陽極酸化アルミナ膜の発光体を配置することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記光源と前記陽極酸化アルミナ膜の発光体との間に空気層を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−９４５０（Ｐ２０１１−９４５０Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５１２７７（Ｐ２００９−１５１２７７）
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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