JP6131109B2

JP6131109B2 - 発光装置、および表示装置

Info

Publication number: JP6131109B2
Application number: JP2013122143A
Authority: JP
Inventors: 一規安念; 好隆友村; 真和泉; 達也両輪
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-06-10
Also published as: JP2014239016A

Description

本発明は発光装置に関し、特に光源から射出される光を受けることにより励起される蛍光体を利用した発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）素子は、消費電力が少なく、また製品寿命が長く、さらに、環境負荷が小さい、という優れた特性を有している。ＬＥＤ素子から出射される光を受けて蛍光を発する蛍光体を用いた発光装置は、ＬＥＤ素子が発する光と蛍光体が発する光とを組み合わせて放出することにより、本来のＬＥＤ素子からの光と異なるさまざまな光（白色光を含む）を発することができる。

ＬＥＤ素子から出射される光を利用する場合、ＬＥＤ素子からは、光だけではなく熱も放出される。蛍光体の種類によっては、ＬＥＤ素子の発熱の影響で、量子効率が低下する、すなわち明るさが低下する。特にナノ結晶蛍光体は、発光強度が高く、かつ、演色性、色再現性に優れているが、耐熱温度が従来の蛍光体に比べて低く、熱による影響を受けて性能が低下しやすい。

例えば、図８の（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子１０１を装備するパッケージ１０２内に所望の蛍光を発する蛍光体を含有した樹脂１０４ａを利用する技術が知られている。この場合、蛍光体を含有する樹脂１０４ａはＬＥＤ素子１０１において生じる熱の影響を大きく受けてしまうことになる。

そこで、図８の（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１０１の発熱による影響が蛍光体シート１０４に直接及ばないようにするため、蛍光体シート１０４とＬＥＤ素子１０１とを離間させたリモートフォスファー型白色ＬＥＤが提案されている。このように、蛍光体を蛍光体シート１０４として利用する例としては、特許文献１に記載の発光ダイオード装置が挙げられる。特許文献１に記載の発光ダイオード装置では、蛍光体シートがＬＥＤ素子と離間して設置され、蛍光体シートがＬＥＤ素子の発熱から受ける影響を軽減している。

しかし、図８の（ｂ）に示す構造を図８の（ｃ）に示す導光板１０３と組み合わせた場合、ＬＥＤ素子１０１から射出される励起光を受けた蛍光体シート１０４からの蛍光は全方位に発せられるので、蛍光Ｅｍの多くが導光板１０３に入らないという問題が起きる。そこで、例えば、図８の（ｃ）に示すように、導光板１０３と蛍光体シートとが互いに接するように構成することで、蛍光体シート１０４から発せられる蛍光のロスを低減させることが考えられている。

特開２００７−０６７２０４号公報（２００７年３月１５日公開）特開２００８−０４７８５１号公報（２００８年２月２８日公開）

しかしながら、図８の（ｃ）に示すように、蛍光体シート１０４から発せられる蛍光Ｅｍの多くは導光板１０３に入らない、という問題が依然として残っている。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光部からの光が導光板に入射する際の光のロスを低減することが可能な発光装置、表示装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光装置は、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部と、
上記発光部よりも上記励起光源から遠位に設けられ、上記発光部からの蛍光を含む光を導光する導光板と、
上記発光部において上記励起光が入射する面である光入射面に沿って設けられ、上記光入射面に上記励起光を透過する光透過部を有し、かつ、上記発光部から発せられた光のうち上記発光部の上記光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を散乱させて、または反射させて、上記導光板に入射させる光活用部と、を備えている。

また、本発明の一態様に係る発光装置は、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部と、
上記発光部よりも上記励起光源から遠位に設けられ、上記発光部からの蛍光を含む光を導光する導光板と、
上記発光部において上記励起光が入射する面である光入射面に沿って設けられ、上記光入射面に上記励起光を透過する光透過部を有し、上記発光部から発せられた光のうち上記発光部の上記光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を受けて蛍光を発する蛍光体を含み、かつ、該蛍光を上記導光板に入射させる光活用部と、を備えている。

本発明の一態様によれば、発光部からの光が導光板に入射する際の光のロスを低減することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る発光装置の要部構成の一例を示す断面図である。本発明の実施形態に係る発光装置の構成例を示す分解斜視図である。本発明の実施形態１に係る発光装置の要部構成の一例を示す断面図である。本発明の実施形態２に係る発光装置の要部構成の一例を示す断面図である。本発明の実施形態１に係る発光装置に生じ得る蛍光ロスを説明するための図である。本発明の実施形態３に係る発光装置の要部構成の一例を示す断面図である。本発明の実施形態４に係る発光装置の要部構成の一例を示す断面図である。従来の発光装置の概略構成の例、および従来の発光装置の概略構成の例を示す断面図であり、（ａ）はＬＥＤ素子を用いた発光装置、（ｂ）および（ｃ）はＬＥＤ素子を用いた発光装置の変形例を示す図である。蛍光体が発する蛍光に生じ得る蛍光ロスを説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係る発光装置１０の概略の構成について、図２を参照しながら詳細に説明する。なお、図２を含めて、以下で参照される図面に示されている各構成の形状、サイズ、およびそれらの対比は、本発明の発光装置１０の構成を説明するために、簡略化して図示したものであり、実際の実施形態を正確に示していない。また、例えば、電圧を印加するための配線および電極などの構成は、本発明の特徴点と密接に関連する部材ではないため、これらの図示と説明とを省略する。

（発光装置１０の構成）
まず、発光装置１０の概略構成について図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態に係る発光装置１０の構成例を示す斜視図である。発光装置１０は、ＬＥＤ素子１、パッケージ２、導光板３、蛍光体シート４、および光活用部５を備える。なお、ここでは、励起光Ｅｘを受けて光を発する蛍光体を含有する部材が、蛍光体シート４である場合の構成を例に挙げて説明するが、これに限定されず、蛍光体を含有する部材が他の形状であってもよい。

ＬＥＤ素子１は、励起光Ｅｘを出射する励起光源として機能する発光素子である。ＬＥＤ素子１は、１チップに１つの発光点を有するもの、あるいは、１チップに複数の発光点を有するものの何れであってもよい。ＬＥＤ素子１（励起光源、青色発光素子）の発光波長は、例えば、４５０ｎｍ（青色）であるが、４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色領域の波長のＬＥＤを選択することができる。あるいは、ＬＥＤ素子１の発光波長は、ナノ粒子蛍光体（後述）の種類に応じて適宜選択されればよく、したがって、青色とは異なる波長としてもよい。なお、ＬＥＤ素子１は、複数でなくてもよく、単数であってもよい。また、ＬＥＤ素子１は、レーザ等の他の励起光源を用いてもよい。

パッケージ２は、反射率の高く封止樹脂との密着性が良好なポリフタルアミド（ＰＰＡ）樹脂、あるいはアルミナなどのセラミックスから構成される。ＬＥＤ素子１はパッケージ２内に装填される。ＬＥＤ素子１を装填したパッケージは、図２のｘｙ平面にｘ軸方向、およびｙ軸方向に配列されて設けられ得る。なお、図２では、説明を簡略化するために、図中の一番手前側（ｙ軸の一番負の側）のｘ軸に平行に並ぶパッケージ２のみを示し、他を省略している。

導光板３は、液晶ディスプレイのエッジライト式バックライトに用いられ、蛍光体シート４が発した蛍光を均一な面光源にする役割を有する。導光板３は、蛍光体シート４が発した蛍光とともに、ＬＥＤ素子１から出射された光を取り込んでもよい。導光板３は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂により構成されている。

蛍光体シート４は、レーザやＬＥＤ等の励起光源から出射される励起光Ｅｘを受けて発光するものであり、励起光Ｅｘを受けて発光する蛍光体を含んでいる。具体的に、蛍光体シート４には、封止材としてのアクリル樹脂の内部に蛍光体が分散されている。アクリル樹脂と蛍光体との割合は、１０：１程度が好ましいが、この比率に限られない。また、蛍光体シート４は、蛍光体を押し固めたものであってもよい。封止材料は、アクリル樹脂に限定されず、シリコーン樹脂や、いわゆる有機無機ハイブリッドガラスや無機ガラスなどであってもよい。すなわち、封止剤料は透明な樹脂、ガラスなどであれば何でもよい。ポリメタクリル酸ラウリル（ＰＬＭＡ）などのアクリル樹脂は、ナノ結晶蛍光体が分散しやすいため、ナノ結晶蛍光体を封止する材料としてより好ましい。

ナノ結晶蛍光体の好適な例としては、ＩＩ―ＶＩ族化合物半導体やＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体よりなる二元系のナノ結晶の化合物半導体が挙げられる。ＩＩ―ＶＩ族化合物半導体としては、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等が挙げられ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＧａＮ等が挙げられる。また、ＩＩ―ＶＩ族化合物、ＩＩＩ―Ｖ族化合物を組み合わせた三元系や四元系化合物などを使用しても良い。ナノ結晶蛍光体は、発する蛍光の波長コントロール性を有し、高演色な照明装置や、色再現性に優れる表示装置のバックライトなどに適用可能である。

組成が同一の化合物半導体（例えばインジウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子サイズを変更させることにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることが可能であることがナノ結晶蛍光体の特徴の一つである。例えばＩｎＰでは、粒子サイズが３〜４ｎｍ程度のときに赤色に発光する。

ナノ結晶蛍光体は、半導体ベースであるため蛍光寿命が短く、励起光Ｅｘにより吸収した励起エネルギーを素早く蛍光として放射できるためハイパワーの励起光Ｅｘに対して耐性が強いという特徴もある。これは、ナノ結晶蛍光体の発光寿命が１０ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて５桁も小さいためである。

その結果、強い励起光Ｅｘに対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱が低減される。よって、蛍光体の熱による劣化（変色や変形）を抑えることができる。これにより、光の出力が高い発光素子を光源として用いる場合に、発光装置の短寿命化を防止できる。

このように、蛍光体シート４は、特定の種類に限定されるものではなく、適宜選択することができる。なお、蛍光体シート４は、導光板３にアクリル系あるいはエポキシ系の接着剤等で固定されていればよい。なお、導光板３と蛍光体シート４とを接着する接着剤としては、導光板３および蛍光体シート４の屈折率と近いものを選択することが好ましい。屈折率が近い屈折率が近い材料を用いて接着することで、導光板３／接着剤／蛍光体シート４のそれぞれの境界での、光の反射、屈折の影響を低減できるため、より一層導光板への光の入射効率を向上させることができる。

また、蛍光体シート４の他の例として、酸窒化物系のものであり、青色、緑色および赤色の蛍光体がシリコーン樹脂に分散された発光部が挙げられる。ここで、励起光Ｅｘを出射する励起光源の一例として、半導体発光素子は、４５０ｎｍ（青色）のＬＥＤ（または、４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる「青色」近傍のＬＥＤもしくはレーザ）が挙げられる。蛍光体シート４に当該ＬＥＤ光が照射されると、蛍光体シート４から、例えば白色光が発生する。つまり、蛍光体シート４は波長変換材料であるといえる。この場合、蛍光体シート４は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。なお、黄色の蛍光体とは、５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、５１０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、６００ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。ただし、半導体発光素子から出射する光の波長は、蛍光体シート４の種類に応じて適宜選択されればよく、したがって、いわゆる青色近傍の光の波長とは異なる波長としてもよい。

また、蛍光体シート４は、サイアロン蛍光体と通称されるものであってよい。サイアロンとは、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のケイ素原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。サイアロン蛍光体は、窒化ケイ素にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）および希土類元素などを固溶させて作ることができる。また、蛍光体シート４は、青色光により励起されて黄色光を発するＹＡＧ黄色蛍光体や青色の光で励起して橙色から赤色までの光を発し、かつ高い発光強度を有するＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体、すなわちＣＡＳＮ赤色蛍光体などが用いられてもよい。

また、４０５ｎｍ（青紫色）のレーザ光を発振する励起光源を用いてもよい。この場合には、蛍光体シート４は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。あるいは、４０５ｎｍのレーザ光を発振する励起光源に限られず、例えば４５０ｎｍのレーザ光を発振する励起光源を用いてもよい。すなわち、レーザ光の波長は特定の波長に限られない。

以下では、図２に示すように、蛍光体シート４が、ｘｙ平面に平行で、互いに対向する光入射面および光出射面を有し、ＬＥＤ素子１からより離れた側の面である光出射面において蛍光体シート４と導光板３とが接している構成を例に挙げて説明する。

光活用部５は、蛍光体シート４との間に接面５ａを少なくとも有し、蛍光体シート４の内部からの光であって、導光板３に入射しない光を受け、該光の一部を導光板３に入射させる。すなわち、光活用部５は、蛍光体シート４から発せられた光のうち、蛍光体シート４に励起光Ｅｘが入射する面を有しており、接面５ａと接する面（光入射面）から出射する光の一部を、導光板３に入射する光として活用するための部材である。なお、図２では、光活用部５が、蛍光体シート４との間に接面５ａと接面５ｂとを有している例を示している。

例えば、光活用部５は、光を散乱させる粒子あるいは泡など光散乱性を有する構成を備えてよい。これにより、蛍光体シート４からの光であって、導光板３に入射しない光を受けてこれを散乱させて、該光の一部を導光板３に入射させる。この場合には、光活用部５は、ＰＭＭＡを用いて構成するか、あるいは同じアクリル樹脂系のポリメタクリル酸ラウリル（ＰＬＭＡ）を用いて構成することが望ましい。光活用部５との材料として導光板３あるいは蛍光体シート４の材料との屈折率境界での、光の反射、屈折の影響を低減できるため、より一層導光板への光の入射効率を向上させることができる。この構成を有する光活用部５を備える発光装置１０については、実施形態１および２として後に詳述する。

あるいは、光活用部５は、光を透過するアルミニウムや銀など光反射性の高い反射材により構成され得る。これにより、蛍光体シート４の内部からの光であって、導光板３に入射しない光を受けてこれを反射し、該光の一部を導光板３に入射させてもよい。この構成を有する光活用部５を備える発光装置１０については、実施形態２として後に詳述する。

あるいは、光活用部５は、蛍光体シート４から発せられた光を受けて蛍光を発する蛍光体を含んで構成され得る。これにより、蛍光体シート４の内部からの光であって、導光板３に入射しない光は、光活用部５に含まれる蛍光体に対する励起光Ｅｘとなる。その結果、光活用部５から蛍光が発せられ、該蛍光の一部は導光板３に入射する。この構成を有する光活用部５を備える発光装置１０については、実施形態４として後に詳述する。

図２では、説明を簡略にするために、蛍光体シート４のｘｚ平面に平行な面と接する接面を図示していないが、光活用部５を、蛍光体シート４と導光板３とが接する面を除く他の蛍光体シート４のすべての面に対して接するように構成することが好ましい。これにより、光活用部５は蛍光体シート４から発せられるすべての方位の蛍光のうち、導光板３に入射しなかった光を効率よく受けることができる。

光活用部５において、ＬＥＤ素子１から出射され、蛍光体シート４に入射する励起光Ｅｘが通る箇所には、蛍光体シート４に入射する励起光Ｅｘが光活用部５を通過するときに損失しないように、光透過部Ｐが設けられる。光透過部Ｐとしては、光活用部５に設けられた孔であってもよい。あるいは、光透過部Ｐは孔ではなく、光透過性を有し、光の反射や散乱などを生じない樹脂あるいはガラス類によって構成された領域として設けられてもよい。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る発光装置１０を、図２に示すＡ−Ｂ断面を矢印方向に見たときの矢視断面図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態では、蛍光体シート４からの光であって、導光板３に入射しない光の一部を光活用部５が散乱させ、該光の方向を変更することにより、蛍光体シート４からの光であって、導光板３に入らない光の一部を、導光板３に入射する光として活かして利用する。

光活用部５は、アクリル樹脂、シリコーン、あるいはガラスなどの透明部材の中に、該透明部材とは屈折率が異なり、入射した光が散乱を起こす光散乱体５１を含んでいる。なお、光散乱体５１は、ミー散乱（Ｍｉｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を起こす領域の大きさの固体粒子、あるいは空気などの気体を透明部材の中に閉じ込めて形成される空泡であればよい。なお、ミー散乱とは、光の波長に比べて大きな粒子によって生じる光の散乱であり、蛍光体シート４から発せられる蛍光の波長よりも大きいサイズの固体粒子、あるいは、空泡を光散乱体５１として適用してもよい。すなわち、光活用部５は、透明樹脂に光散乱体５１を混ぜることで作ることができるので、低コストで本構造を実現することができる。

蛍光体シート４および導光板３がアクリル樹脂で作られている場合には、光活用部５を構成する透明部材の材料としては、アクリル樹脂が好ましい。なぜならば、光活用部５と蛍光体シート４との界面、および光活用部５と導光板３との界面における屈折率の差を低減することができ、導光板への光の入射効率を向上させることができるからである。

次に、図３を用いて、光活用部５の有する機能について説明する。図３は、本発明の実施形態１に係る発光装置１０の要部構成の一例を示す断面図である。

ＬＥＤ素子１から射出される励起光Ｅｘを受けた蛍光体シート４からの蛍光Ｅｍは全方位に発せられるので、蛍光Ｅｍの多くが導光板に入らない（図７の（ｃ）参照）。そこで、光活用部５に含まれる光散乱体５１が、図３に示すように、蛍光体シート４からの蛍光Ｅｍのうち、導光板３に本来は入らなかった蛍光Ｅｍを受けてこれを散乱することで、蛍光Ｅｍの方向を変更する。これにより、光活用部５が受けた蛍光Ｅｍの一部を、導光板に入れることができる。

ＬＥＤ素子１から出射される励起光Ｅｘが通過する領域には、光透過部Ｐが設けられ、光透過部Ｐは光散乱体５１を含まない透明樹脂あるいは孔として構成される。その理由は、励起光Ｅｘが入射する部分の光活用部５に光散乱体５１が存在すると、励起光Ｅｘが散乱され、蛍光体シート４に入射する前に、光散乱体５１に邪魔されて、導光板３とは逆(ｚ軸の負の方向)に戻ってしまう光が増大してしまうからである。

なお、光透過部Ｐは、ＬＥＤ素子１から射出される励起光Ｅｘが蛍光体シート４に届くように設けられたものであり、ここでは励起光Ｅｘが通る孔として示した。しかしながら、これに限定されず、ＬＥＤ素子１から射出される励起光Ｅｘが蛍光体シート４に入射できるように構成されていればよい。例えば、光活用部５を光透過性の高い樹脂、あるいはガラスなどで形成する場合、光透過部Ｐにおける光散乱体５１の密度を下げて、あるいは光透過部Ｐには光散乱体５１を含まない樹脂で構成すればよい。

光活用部５の作製方法は、まず光散乱体５１をあらかじめ混ぜておいた、液状の樹脂(アクリルやシリコーン等)を用意し、蛍光体シート４に塗布し、その後、紫外光（ＵＶ光）を照射する、もしくは熱を該液状の樹脂に加えることで、塗布した液状の樹脂を硬化させることで完成する。したがって、光透過部Ｐに該当する箇所には光散乱体５１を含む液状の樹脂が塗布されないようにするために、光透過部Ｐに該当する部分の蛍光体シート４の表面を保護することが好ましい。

また、導光板/接着剤/蛍光体シートのそれぞれの界面での、反射、屈折することによる光のロスを低減して、より一層導光板への光入射効率を上げるために、導光板３、蛍光体シート４、光活用部５、およびこれらを接着するために用いられる接着剤は互いに近接する屈折率の材料を用いて構成されることが好ましい。

〔実施形態２〕
本発明の第２の実施形態について、図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態では、光活用部５は、例えば金属により構成されており、蛍光体シート４からの光を反射する。これにより、蛍光体シート４からの光であって、導光板３に入射しない光を反射させて、該光の一部を導光板３に入射させる。

図４は、本発明の実施形態２に係る発光装置１０の要部構成の一例を示す断面図である。

ＬＥＤ素子１から射出される励起光Ｅｘを受けた蛍光体シート４からの蛍光Ｅｍは全方位に発せられるので、蛍光Ｅｍの多くが導光板３に入らない（図８の（ｃ）参照）。

本実施形態では、光活用部５は高い光反射性を有する材料（反射材）で形成されており、蛍光体シート４から接面５ａ、５ｂ（光反射部、図２参照）に入射する蛍光Ｅｍを反射して、蛍光Ｅｍの向きを変える。これにより、光活用部５が受けた蛍光Ｅｍの一部を、導光板３に入射させて、該蛍光Ｅｍを活用することができる。

光活用部５として好適な材料の例としてはアルミニウムや銀などの金属が挙げられる。アルミニウム、および銀はともに、紫外線から可視光に該当する波長の光をよく反射することが知られており、蛍光体シート４から発せられる蛍光Ｅｍを無駄なく反射させることができる。例えば、アルミニウムは、２８０ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域の光に対する反射率が９０％程度であり、銀は、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長域の光に対する反射率が９８％である。すなわち、光活用部５は金属膜であり、その金属としては、アルミニウム、あるいは銀が好ましい。

すなわち、光活用部５の金属膜が、蛍光体シート４からの蛍光のうち、導光板３に本来は入射しない方向の光を反射して方向を変えることで、該光の一部を導光板３に入射させることができる。

なお、ＬＥＤ素子１からの励起光Ｅｘが蛍光体シート４に入射するべき箇所に金属膜が存在すると、励起光Ｅｘを金属膜が反射してしまうので、励起光Ｅｘは蛍光体シート４に入射することができず、ＬＥＤ素子１の側に戻ってしまう。そこで、励起光Ｅｘが通る孔である光透過部Ｐを設けて、ＬＥＤ素子１から射出される励起光Ｅｘが蛍光体シート４に届くようにすればよい。

本実施形態に係る光活用部５の作製方法としては、励起光Ｅｘが入射する領域に金属が蒸着しないようにマスクした上で、抵抗加熱蒸着で、アルミニウムまたは銀を含む膜を成膜すればよい。

〔実施形態３〕
本発明の第３の実施形態について、図５、６、９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

蛍光体は、自身が発する蛍光Ｅｍよりも短い波長の光を吸収しやすい特徴があり、励起光Ｅｘを吸収して、励起光Ｅｘの波長よりも長い波長の光を蛍光として発する性質を有する。蛍光体を励起することのできる励起光Ｅｘの波長は、該蛍光体が発する蛍光の波長よりも短い。すなわち、蛍光体は、自身が発する蛍光よりも短波長の光を吸収して蛍光を発するという特徴がある。

図９は、ＬＥＤ素子１から射出される励起光Ｅｘを受けて蛍光を発する際に生じる蛍光ロスを説明する説明図である。ここでは、ＬＥＤ素子１は青色の光を発するＬＥＤ素子であり、蛍光体シート４は緑色の蛍光ＥｍＧを発する蛍光体Ｆ１および赤色の蛍光ＥｍＲを発する蛍光体Ｆ２と、を含む場合を例示して説明する。ＬＥＤ素子１からの励起光Ｅｘは、蛍光体Ｆ１が発する蛍光ＥｍＧ、蛍光体Ｆ２が発する蛍光ＥｍＲよりも、短い波長の光である。図９において、各光の光量は矢印の線幅で表現している。

図９の（Ａ）に示すように、ＬＥＤ素子１から出射される励起光Ｅｘは、蛍光体シート４に入射して、蛍光体Ｆ１および蛍光体Ｆ２の双方に当たることなく蛍光体シート４から出射する場合には、ＬＥＤ素子１から出射された光量は、蛍光体シート４を構成する透明部材を透過する間にほとんど減衰することなく蛍光体シート４から射出される青色光である。

図９の（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、励起光Ｅｘを受けて蛍光体Ｆ１は蛍光ＥｍＧを発し、蛍光体Ｆ２は蛍光ＥｍＲを発する。蛍光体に吸収された励起光Ｅｘのすべてのエネルギーが蛍光として利用されるのではない。これは、蛍光体Ｆ１、Ｆ２の量子効率が１００％ではないことに起因している。したがって、励起光Ｅｘの一部は蛍光体から発せられる蛍光として利用されないエネルギーとして消費される。さらに、蛍光体が受けた励起光Ｅｘの波長に対して蛍光体が発する蛍光の波長が長波長化する、というストークスの法則（Ｓｔｏｋｅｓ’ Ｌａｗ）に伴う光のロス（ストークスロス）も生じる。これは、蛍光ＥｍＧおよびＥｍＲは、それぞれに対応する蛍光体が受けた励起光Ｅｘよりも少ない光量の蛍光となることの原因の１つである。

さらに、蛍光体シート４の内部では、図９の（Ｄ）に示すように、励起光Ｅｘを受けた蛍光体Ｆ１から発せられた蛍光ＥｍＧを、蛍光体Ｆ２が受けて蛍光ＥｍＲを発する場合が考えられる。この場合には、励起光Ｅｘを受けた蛍光Ｆ１から発せられた蛍光ＥｍＧが、蛍光体シート４から出射される前に蛍光体Ｆ２に吸収されることによって、蛍光ＥｍＧよりも少ない光量の蛍光ＥｍＲが発せられる。すなわち、蛍光体シート４に複数種の蛍光体が含まれている場合、各蛍光体から発せられる蛍光、特に、波長の短い蛍光が他種類の蛍光体に吸収される確率（吸収確率）が上がり、蛍光のロスが大きくなってしまう。一方、ここでは図示していないが、蛍光体Ｆ２からの蛍光ＥｍＲが蛍光体Ｆ１に吸収されることはほとんどない。

次に、実施形態１の蛍光体シート４に、複数種の蛍光体が含まれている場合に考えられる蛍光ロスについて、図５を参照して説明する。図５は、実施形態１に係る発光装置１０に生じ得る蛍光ロスを説明するための図である。

蛍光体シート４の励起光源からの励起光Ｅｘが入射する入射面に近い場所で、該励起光Ｅｘを受けた蛍光体は、それぞれの色に対応する波長域の蛍光Ｅｍを発する。図５では、青色の蛍光を発する蛍光体からの蛍光を蛍光ＥｍＢ、緑色の蛍光を発する蛍光体からの蛍光を蛍光ＥｍＧ、および赤色の蛍光を発する蛍光体からの蛍光を蛍光ＥｍＲとして示している。なお、蛍光ＥｍＢは、蛍光体シート４に含まれる蛍光体から発せられる蛍光であることに限定されず、蛍光体シート４を通過する励起光Ｅｘであってもよい。

前述のように、蛍光ＥｍＢは緑色の蛍光を発する蛍光体および赤色の蛍光を発する蛍光体によって吸収され得、また、蛍光ＥｍＧは赤色の蛍光を発する蛍光体によって吸収され得る。したがって、蛍光体シート４から出射される蛍光ＥｍＧ、ＥｍＧ，ＥｍＲのうち、蛍光ＥｍＲに比較して、より波長の短い蛍光ＥｍＢ、ＥｍＧは減少してしまう可能性がある。蛍光ＥｍＢは励起光Ｅｘであってもよいので、出射する光を増加して減少分を補うことが可能である。一方、蛍光ＥｍＧが蛍光体シート４の内部で吸収される確率は、蛍光体シート４に含まれる蛍光体の密度などに依存しており、複数の種類の蛍光体が蛍光体シート４に含まれている場合には、この蛍光ロスが生じてしまう。

そこで本実施形態では、図６に示すように、蛍光体シート４を、例えば、赤色の蛍光を発する蛍光体を主に含む蛍光体シート４Ｒ（第１発光部）と、緑色の蛍光を発する蛍光体を主に含む蛍光体シート４Ｇ（第２発光部）とに分け、励起光Ｅｘが蛍光体シート４Ｇより先に蛍光体シート４Ｒに入射するように配置する。すなわち、含まれる蛍光体の発光波長がより長い蛍光体シートに励起光Ｅｘが先に入射するように、発する蛍光の波長が長い方の蛍光体シートが、他方の蛍光体シートよりもＬＥＤ素子１に近い位置に配置されている。

この構成によれば、蛍光体シート４Ｇが発する蛍光ＥｍＧは、蛍光体シート４Ｒを通らずに導光板３に入射するので、導光板に入射する蛍光ＥｍＧ、蛍光ＥｍＲに生じる蛍光ロスが軽減される。なお、蛍光ＥｍＲは、蛍光体シート４Ｇを通り導光板３に入射するが、蛍光体シート４Ｇは蛍光ＥｍＲを吸収しない。したがって、導光板３に入射する蛍光ＥｍＧの蛍光ロスの影響が減少し、蛍光体シート４の明るさが向上する。

図６に示すように、本実施形態に係る発光装置１０は、光活用部５を備え、光活用部５は、蛍光体シート４Ｒおよび蛍光体シート４Ｇから発せられた光のうち、導光板３に入射しない光を受けてこれを散乱させる。これにより、該光の一部を導光板３に入射する光として活用する。

〔実施形態４〕
本発明の第４の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態に係る発光装置１０の光活用部５は、蛍光体シートよりもＬＥＤ素子１に近い位置に配置されており、光活用部５は、例えば、蛍光体シート４からの蛍光ＥｍＧを受けて、蛍光ＥｍＧよりも長波長の蛍光ＥｍＲを発する蛍光体を含んでいる。

この構成によれば、光活用部５は、蛍光体シート４Ｒおよび蛍光体シート４Ｇから発せられた光のうち、導光板３に入射しない蛍光ＥｍＧを、光活用部５が含む蛍光体を励起する励起光Ｅｘとして活用する。蛍光ＥｍＧを受けて、光活用部５は蛍光ＥｍＲを発する。このようにして、光活用部５が発する蛍光ＥｍＲの一部は導光板３に入射する光として活用される。

なお、図７では、ＬＥＤ素子１から射出される励起光Ｅｘが通る孔である光透過部Ｐが示されているが、これに限定されず、ＬＥＤ素子１から射出される励起光Ｅｘが蛍光体シート４に入射できるように構成されていればよい。例えば、光活用部５を光透過性の高い樹脂、あるいはガラスなどで形成する場合、光透過部Ｐにおける光活用部５の蛍光体の密度が低い樹脂、あるいは光透過部Ｐには蛍光体を含まない樹脂で構成すればよい。あるいは、励起光Ｅｘが蛍光体シート４に充分な光を入射できるのであれば、光透過部Ｐを特別に設けなくても構わない。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る発光装置１０は、励起光源（ＬＥＤ素子１）から出射される励起光Ｅｘを受けて蛍光Ｅｍを発する蛍光体を含む発光部（蛍光体シート４）と、
上記発光部よりも上記励起光源から遠位に設けられ、上記発光部からの蛍光を含む光を導光する導光板３と、
上記発光部において上記励起光が入射する面である光入射面に沿って設けられ、上記光入射面に上記励起光を透過する光透過部Ｐを有し、かつ、上記発光部から発せられた光のうち上記発光部の上記光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を散乱させて、または反射させて、上記導光板に入射させる光活用部５と、を備えている。

上記の構成によれば、光活用部は、励起光を透過する光透過部を有しており、光透過部を透過した励起光は発光部に達する。励起光を受けた発光部から発せられた蛍光を含む光（一次光）のうち、励起光が発光部に入射する面である光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を散乱させた、または反射させた光（二次光）として、導光板に入射させる。これにより、本発明に係る発光装置は、発光部から励起光源に向かう蛍光を含む光であって、導光板に入らない蛍光を含む光を、導光板に入射させることが可能である。よって、発光部からの光が導光板に入射する際の光のロスを低減することができる。

本発明の態様２に係る発光装置１０は、上記態様１において、上記光活用部は、上記発光部からの光を光散乱させる光散乱体５１を含む構成であってよい。

上記の構成によれば、発光部からの光であって、導光板に入射しない光の一部を光散乱体が散乱させ、該光の方向を変更する。これにより、光活用部が透明部材で構成されていても、発光部からの蛍光を含む光であって、導光板に入らない蛍光を含む光を、導光板に入射する光として活かして利用することが可能である。

本発明の態様３に係る発光装置１０は、上記態様２において、上記光散乱体は、内部に封止された粒子あるいは空泡である構成であってもよい。

上記の構成によれば、発光部からの蛍光を粒子あるいは空泡が散乱させて、該蛍光の方向を変える。これにより、光活用部は低コストで実現され得る。

本発明の態様４に係る発光装置１０は、上記態様１において、上記光活用部は、上記発光部からの光を反射する反射材により構成される光反射部（接面５ａおよび５ｂ）を備える構成であってもよい。

上記の構成によれば、光活用部は反射材により構成されており、発光部からの光を反射する。これにより、発光部からの蛍光を含む光であって、導光板に入射しない蛍光を含む光を反射させて、該光の一部を導光板に入射させることができる。

本発明の態様５に係る発光装置１０は、上記態様４において、上記光反射部が、アルミニウムまたは銀を含んで構成されてよい。

アルミニウムおよび銀はともに、高効率で光を反射する性質を有する金属である。上記の構成によれば、光反射部に入射した光と反射された光との間に生じる光ロスを低減することができる。

本発明の態様６に係る発光装置１０は、上記態様１から５のいずれか１つにおいて、上記発光部は、第１発光部と第２発光部とを含み、
上記第１発光部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発し、
上記第２発光部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて、上記第１発光部とは異なる色に対応する波長の蛍光を発し、
上記第１発光部および上記第２発光部のうち、発する蛍光の波長が長い方の発光部（蛍光体シート４Ｒ）が、他方の発光部（蛍光体シート４Ｇ）よりも上記励起光源に近い位置に配置されている構成であってもよい。

より短い波長の蛍光は、より長い波長の蛍光を発する発光部において吸収される性質がある。上記の構成によれば、第１発光部と第２発光部とは、励起光を受けて互いに異なる色に対応する波長の蛍光を発し、発する蛍光の波長がより長い発光部が、他方の発光部よりも励起光源に近い位置に配される。これにより、導光板に入射する前に、より短い波長の蛍光が他方の発光部において吸収されて生じる蛍光ロスを低減することができるので、より多くの蛍光が発光部から発せられる。そして、光活用部は、導光板に入らない蛍光を含む光を、導光板に入射する光として活かすことが可能である。

本発明の態様７に係る発光装置１０は、上記態様６において、上記励起光源は、青色に対応する波長域の光を発する青色発光素子であり、
上記第１発光部（蛍光体シート４Ｒ）は、上記青色発光素子の光を受けて、赤色の蛍光を発し、
上記第２発光部（蛍光体シート４Ｇ）は、上記青色発光素子の光を受けて、緑色の蛍光を発する構成であってもよい。

上記の構成によれば、第２発光部は、上記青色発光素子の光を受けて、緑色の蛍光を発し、第２発光部からの緑色の蛍光のうち、導光板に入射しない光を受けて、第１発光部は赤色の蛍光を発する。これにより、第２発光部からの緑色の蛍光が、第２発光部において生じる蛍光ロスを低減することができる。導光板に入射する光として活かして利用することが可能である。

本発明の態様８に係る発光装置１０は、励起光源（ＬＥＤ素子１）から出射される励起光Ｅｘを受けて蛍光Ｅｍを発する蛍光体を含む発光部（蛍光体シート４）と、
上記発光部よりも上記励起光源から遠位に設けられ、上記発光部からの蛍光を含む光を導光する導光板３と、
上記発光部において上記励起光が入射する面である光入射面に沿って設けられ、上記光入射面に上記励起光を透過する光透過部Ｐを有し、上記発光部から発せられた光のうち上記発光部の上記光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を受けて蛍光を発する蛍光体を含み、かつ、該蛍光を上記導光板に入射させる光活用部５と、を備えている。

上記の構成によれば、光活用部は、励起光を透過する光透過部を有しており、光透過部を透過した励起光は発光部に達する。励起光を受けた発光部から発せられた蛍光を含む光（一次光）のうち、励起光が発光部に入射する面である光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を利用した光（二次光）として導光板に入射させる。ここでは、二次光としては、発光部からの光を受けた光活用部に含まれる蛍光体が発する蛍光が挙げられる。これにより、本発明に係る発光装置は、発光部から励起光源に向かう蛍光を含む光であって、導光板に入らない蛍光を含む光を、光活用部に含まれる蛍光体を励起する光として利用し、該光活用部からの光を導光板に入射させることが可能である。よって、発光部からの光が導光板に入射する際の光のロスを低減することができる。

本発明の態様９に係る発光装置１０は、上記態様８において、上記発光部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発し、上記光活用部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて、上記発光部とは異なる色に対応する波長域の蛍光を発し、上記発光部および上記光活用部のうち、上記光活用部が発する蛍光の波長は、上記発光部が発する蛍光の波長よりも長い構成であってもよい。

上記の構成によれば、発光部は、上記励起光を受けて蛍光を発し、該発光部から発せられる蛍光のうち、導光板に入射しない光を受けて、光活用部は該発光部からの蛍光よりも長い波長の蛍光を発する。これにより、光活用部からの蛍光の一部を、導光板に入射する光として活かして利用することが可能である。

本発明の態様１０に係る発光装置１０は、上記態様１から９のいずれか１つにおいて、上記光活用部は、上記発光部において、上記発光部からの蛍光を含む光が上記導光板へ向けて出射する光出射面を除くすべての面に接するように設けられてもよい。

上記の構成によれば、光入射面に上記光透過部を備えている光活用部は、発光部の光出射面以外のすべての面に接している。これにより、光活用部は、発光部からの蛍光のうち、導光板に入らない全方向の光を受けて、該光の一部を導光板に入射する光として活かすことが可能である。

本発明の態様１１に係る発光装置１０は、上記発光部は、上記態様１から１０のいずれか１つにおいて、少なくともナノ結晶蛍光体を含む構成であってもよい。

ナノ結晶蛍光体は、発光強度が高く、かつ、演色性、色再現性に優れているので、上記の構成によれば、高演色な照明装置や、色再現性に優れる表示装置のバックライトなどに適用可能な発光装置を実現することができる。

また、本発明の上記いずれかの発光装置１０を備える構成の表示装置も、本発明の範疇である。

また、本発明に係る発光装置１０は、以下のように表現することも可能である。本発明に係る発光装置１０は、励起光源（ＬＥＤ素子１）から出射される励起光Ｅｘを受けて蛍光Ｅｍを発する蛍光体を含む発光部（蛍光体シート４）と、
上記発光部よりも上記励起光源から遠位に設けられ、上記発光部からの蛍光を含む光を導光する導光板３と、
上記発光部において上記励起光が入射する面である光入射面に沿って設けられ、上記光入射面に上記励起光を透過する光透過部Ｐを有し、かつ、上記発光部から発せられた光のうち上記発光部の上記光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を利用した光として、上記導光板に入射させる光活用部５と、を備えている。

上記の構成によれば、光活用部は、励起光を透過する光透過部を有しており、光透過部を透過した励起光は発光部に達する。励起光を受けた発光部から発せられた蛍光を含む光（一次光）のうち、励起光が発光部に入射する面である光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を利用した光（二次光）として導光板に入射させる。ここでは、二次光としては、発光部から励起光源側へ漏出する光（一次光）の一部を散乱あるいは反射させた光、または発光部からの光を受けた光活用部に含まれる蛍光体が発する蛍光、などが挙げられる。これにより、本発明に係る発光装置は、発光部から励起光源に向かう蛍光を含む光であって、導光板に入らない蛍光を含む光を、導光板に入射する光として活用することが可能である。よって、発光部からの光が導光板に入射する際の光のロスを低減することができる。

本発明は、薄型テレビ、携帯電話機、スマートフォン、パーソナルコンピュータなどの表示画面のバックライト、屋内外の各種照明、および車両のヘッドライトなど、ＬＥＤ素子と蛍光体とを用いた発光装置に利用することができる。

１ＬＥＤ素子（励起光源、青色発光素子）
２パッケージ
３導光板
４蛍光体シート（発光部）
４Ｇ蛍光体シート（第２発光部）
４Ｒ蛍光体シート（第１発光部）
５光活用部
１０発光装置
５１光散乱体
Ｅｍ蛍光
Ｅｘ励起光
Ｐ光透過部

Claims

励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部と、
上記発光部よりも上記励起光源から遠位に設けられ、上記発光部からの蛍光を含む光を導光する導光板と、
上記発光部において上記励起光が入射する面である光入射面に沿って設けられ、上記光入射面に上記励起光を透過する光透過部を有し、かつ、上記発光部から発せられた光のうち上記発光部の上記光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を散乱させて、または反射させて、上記導光板に入射させる光活用部と、を備え、
上記発光部は、上記光入射面と、当該光入射面および上記導光板と対向する光出射面と、上記光入射面および上記光出射面を接続し互いに対向する２つの側面とを少なくとも有し、
上記光活用部は、上記光入射面に沿って設けられ当該光入射面と対向する第１接面と、上記発光部を介して互いに対向し上記発光部の２つの側面それぞれと対向する２つの第２接面とを有し、
上記２つの第２接面は、上記導光板における、上記光出射面との対向面と接触し、当該対向面に対して略垂直に配置されていることを特徴とする発光装置。
上記光活用部は、上記発光部からの光を光散乱させる光散乱体を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
上記光散乱体は、内部に封止された粒子あるいは空泡である、
ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する蛍光体を含む発光部と、
上記発光部よりも上記励起光源から遠位に設けられ、上記発光部からの蛍光を含む光を導光する導光板と、
上記発光部において上記励起光が入射する面である光入射面に沿って設けられ、上記光入射面に上記励起光を透過する光透過部を有し、上記発光部から発せられた光のうち上記発光部の上記光入射面から上記励起光源側へ漏出する光の一部を受けて蛍光を発する蛍光体を含み、かつ、該蛍光を上記導光板に入射させる光活用部と、を備え、
上記発光部は、上記光入射面と、当該光入射面および上記導光板と対向する光出射面と、上記光入射面および上記光出射面を接続し互いに対向する２つの側面とを少なくとも有し、
上記光活用部は、上記光入射面に沿って設けられ当該光入射面と対向する第１接面と、上記発光部を介して互いに対向し上記発光部の２つの側面それぞれと対向する２つの第２接面とを有し、
上記２つの第２接面は、上記導光板における、上記光出射面との対向面と接触し、当該対向面に対して略垂直に配置されていることを特徴とする発光装置。
上記発光部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発し、
上記光活用部は、上記励起光源から出射された励起光を受けて、上記発光部とは異なる色に対応する波長域の蛍光を発し、
上記発光部および上記光活用部のうち、上記光活用部が発する蛍光の波長は、上記発光部が発する蛍光の波長よりも長い、
ことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。