(57)【要約】【課題】波長の長い発光素子を用いた低製造コストの発光装置を提供すること。【解決手段】赤色LED素子１を中心として半球面状の光アップコンバーション材料部２が設けられている。光アップコンバーション材料部２は赤色LED素子１の赤色光Ｒを上方変換して緑色光Ｇを発生するための第１の光アップコンバーション材料部２１及び赤色光Ｒを上方変換して青色光Ｂを発声するための第２の光アップコンバーション材料部２２よりなる。第１、第２の光アップコンバーション材料部は、光アップコンバータとしての緑色イオン液２ａもしくは青色イオン液２ａ’、ガラス部材２ｂ、ガラス部材２ｂの外面を被覆した反射層２ｃよりなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
該発光素子の光を上方変換して該光の波長より短い波長の光を発生するための光アップコンバーション材料部と
を具備する発光装置。
【請求項２】
前記光アップコンバーション材料部は、
光アップコンバーション材料層と、
該光アップコンバーション材料層を封止するガラス部材と、
該ガラス部材の外面を被覆した反射層と
を具備し、
前記発光素子からの光は前記光アップコンバーション材料層に入射して前記反射層で反射され再び該光アップコンバーション材料層を通過するようにした請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記光アップコンバーション材料部は、
光アップコンバーション材料層と、
該光アップコンバーション材料層を封止するガラス部材と
を具備し、
前記発光素子からの光は前記光アップコンバーション材料層に入射して該光アップコンバーション材料層を通過するようにした請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光素子は赤色発光素子である請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記光アップコンバーション材料部は前記赤色発光素子の赤色光を上方変換して緑色光を発生するための緑色イオン液を具備する請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記光アップコンバーション材料部は前記赤色発光素子の赤色光を上方変換して青色光を発生するための青色イオン液を具備する請求項４に記載の発光装置。
【請求項７】
前記光アップコンバーション材料部は、
前記赤色発光ダイオード素子の赤色光を上方変換して緑色光を発生するための第１の光アップコンバーション材料部と、
前記赤色発光ダイオード素子の赤色光を上方変換して青色光を発生するための第２の光アップコンバーション材料部と
により構成されている請求項４に記載の発光装置。
【請求項８】
前記第１の光アップコンバーション材料部は前記赤色発光ダイオード素子の赤色光を上方変換して緑色光を発生するための緑色イオン液を具備し、
前記第２の光アップコンバーション材料部は前記赤色発光ダイオード素子の赤色光を上方変換して青色光を発生するための青色イオン液を具備する請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
赤色発光素子と、
該赤色発光素子を中心として該赤色発光素子からの赤色光を受けるように設けられた半球面状の光アップコンバーション材料部と
を具備し、
該光アップコンバーション材料部は、
前記赤色光を上方変換して緑色光を発生するための緑色イオン液と、
前記赤色光を上方変換して青色光を発生するための青色イオン液と、
前記緑色イオン液及び前記青色イオン液を封止するガラス部材と、
該ガラス部材の外面を被覆した反射層と
を具備する発光装置。
【請求項１０】
赤色発光素子と、
該赤色発光素子を底面の中心とした半球面状の反射鏡と、
該反射鏡の上部を覆い、前記赤色発光素子からの赤色光を受けるように設けられた平板状の光アップコンバーション材料部と
を具備し、
該光アップコンバーション材料部は、
前記赤色光を上方変換して緑色光を発生するための緑色イオン液と、
前記赤色光を上方変換して青色光を発生するための青色イオン液と、
前記緑色イオン液及び前記青色イオン液を封止するガラス部材と
を具備する発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置たとえば白色発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の白色発光装置として３色型発光装置がある（参照：特許文献１）。
【０００３】
第１の従来の３色型発光装置は、青色発光ダイオード（LED）素子、赤色蛍光体層及び青色蛍光体層を有し、黒体放射軌跡上における任意の色温度を再現する。この場合、赤色光は青色LED素子の青色光の一部を赤色蛍光体層で波長変換して再現し、緑色光は青色LED素子の青色光の一部を緑色蛍光体層で波長変換して再現し、青色光は青色LED素子の青色光の一部を直接用いる。つまり、赤色光及び緑色光は青色光を蛍光体によって波長変換することによって得る。この場合、黒体放射軌跡上の任意の色温度を再現する場合には、赤色光、緑色光及び青色光の光束比を青色LED素子で調整する。尚、赤色蛍光体層及び緑色蛍光体層を混合した一層で形成することもできる。
【０００４】
第２の従来の３色型発光装置は、赤色LED素子、緑色LED素子及び青色LED素子を有し、黒体放射軌跡上における任意の色温度を再現する場合には、赤色光、緑色光及び青色光の光束比を赤色LED素子、緑色LED素子及び青色LED素子で調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６０７４７号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１２／０５０１３７Ａ１
【特許文献３】特開２００５−４９８２４号公報（特許第４５１８３１３号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の第１の従来の３色型発光装置においては、発光ベースは青色LED素子を利用している。この青色LED素子の製造コストが高く、また、青色LED素子の順方向電圧が大きいために消費電力も大きいという課題がある。
【０００７】
また、上述の第２の従来の３色型発光装置においては、３つのLED素子を用いているので、製造コストが大きいという課題がある。また、各LED素子の順方向電圧が相異なる。たとえば、赤色LED素子の順方向電圧は2.2〜2.4V、緑色LED素子の順方向電圧は3.2〜3.4V、青色LED素子の順方向電圧は3.2〜3.4Vである。従って、これらの順方向電圧の調整回路が複雑となり、この結果、さらに、製造コストが大きくなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、発光素子と、発光素子の光を上方変換してこの光の波長より短い波長の光を発生するための光アップコンバーション材料部とを具備するものである。
【０００９】
尚、光アップコンバーション（上方変換とも言う）とは、低エネルギーの２個の光子を高エネルギーの１個の光子に変換することである。光アップコンバーション材料については、特許文献２、３を参照されたし。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光アップコンバーションを利用しているので、発光素子の波長を長くできる。たとえば、３色型発光装置であれば、発光素子は赤色LED素子を用いることができる。従って、製造コストを低減でき、また、一般的に、長波長のLED素子の順方向電圧は小さく、赤色LED素子であれば、順方向電圧も小さいので消費電力も小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る発光装置の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の緑色イオン液による赤色光から緑色光への下方変換を説明するための光スペクトル分布図である。
【図３】図１の青色イオン液による赤色光から青色光への下方変換を説明するための光スペクトル分布図である。
【図４】図１の光アップコンバーション材料部の発光色分布図である。
【図５】図１の発光装置の合成光スペクトル分布図である。
【図６】図１の発光装置の変更例を示す断面図である。
【図７】図６の光アップコンバーション材料部の発光色分布図である。
【図８】本発明に係る発光装置の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図９】図８の光アップコンバーション材料部の発光色分布図である。
【図１０】図８の発光装置の変更例を示す断面図である。
【図１１】図１０の光アップコンバーション材料部の発光色分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明に係る発光装置の第１の実施の形態を示す断面図である。図１の発光装置は反射型である。すなわち、赤色LED素子１を中心として赤色LED素子１からの赤色光Ｒを受けるように半球面状の光アップコンバーション材料部２が設けられている。この光アップコンバーション材料部２には口金３が固定されている。
【００１３】
光アップコンバーション材料部２は、図１の左側を占める赤色光Ｒを緑色光Ｇに上方変換するための第１の光アップコンバーション材料部２１及び図１の右側を占める赤色光Ｒを青色光Ｂに上方変換するための第２の光アップコンバーション材料部２２より構成されている。
【００１４】
第１の光アップコンバーション材料部２１は、図２に示すようなピーク波長625nmを有する赤色光Ｒをピーク波長510nmを有する緑色光Ｇに上方変換するための緑色イオン液（光アップコンバータ）２ａと、緑色イオン液２ａを封止するガラス部材２ｂと、ガラス部材２ｂの外面を被覆した反射層２ｃとから構成されている。緑色イオン液２ａは、たとえば、下記の光アップコンバーション材料であるイオン液体に、下記の有機光増感分子及び有機発光分子を溶解及び／または分散させることによって得られる（参照：特許文献２の段落００９０の実施例２、図８の（ｂ））。
イオン液体：１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（メーカー名：Covalent Associates Inc、ＣＡＳ番号  １７４８９９−８２−２）
有機光増感分子：メソーテトラフェニル−テトラベンゾポルフィリンパラジウム（ＣＡＳ番号  １１９６５４−６４−７）
有機発光分子：９，１０−ビス（フェニルエチニル）アントラセン（ＣＡＳ番号  １００７５−８５−１）
【００１５】
第２の光アップコンバーション材料部２２は、図３に示すようなピーク波長625nmを有する赤色光Ｒをピーク波長475nmを有する青色光Ｂに上方変換するための青色イオン液（光アップコンバータ）２ａ’と、青色イオン液２ａ’を封止する上述のガラス部材２ｂと、ガラス部材２ｂの外面を被覆した上述の反射層２ｃとから構成されている。青色イオン液２ａ’は、たとえば、下記の光アップコンバーション材料であるイオン液体に、下記の有機光増感分子及び有機発光分子を溶解及び／または分散させることによって得られる（参照：特許文献２の段落００９０の実施例４、図８の（ｄ））。
イオン液体：１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（メーカー名：Covalent Associates Inc、ＣＡＳ番号  １７４８９９−８２−２）
有機光増感分子：ペリレン（ＣＡＳ番号  １９８−５５−０）
有機発光分子：９，１０−ジフェニルアントラセン（ＣＡＳ番号  １４９９−１０−１）
【００１６】
図１の左側半分に位置する第１の光アップコンバーション材料部２１においては、赤色LED素子１からの赤色光Ｒは反射層２ｃにおいて反射して出射する。その際、赤色光Ｒの一部は緑色イオン液２ａによって上方変換されて緑色光Ｇとなり、赤色光Ｒの残りは赤色光Ｒとしてそのまま出射する。この結果、図４の左側に示すごとく、第１の光アップコンバーション材料部２１においては、赤色光Ｒと緑色光Ｇとの混色光（Ｒ＋Ｇ）となる。
【００１７】
他方、図１の右側半分に位置する第２の光アップコンバーション材料部２２においては、赤色LED素子１からの赤色光Ｒは反射層２ｃにおいて反射して出射する。その際、赤色光Ｒの一部は青色イオン液２ａ’によって上方変換されて青色光Ｂとなり、赤色光Ｒの残りは赤色光Ｒとしてそのまま出射する。この結果、図４の右側に示すごとく、第２の光アップコンバーション材料部２２においては、赤色光Ｒと青色光Ｂとの混色光（Ｒ＋Ｂ）となる。
【００１８】
図１の第１の光アップコンバーション材料部２１からの混色光Ｒ＋Ｇと第２の光アップコンバーション材料部２２からの混色光Ｒ＋Ｂとは全体的に混色されて図５に示す合成光スペクトル分布を有する３波長ピークを有する混色光Ｒ＋Ｇ＋Ｂとなる。
【００１９】
図６は図１の発光装置の変更例を示す。図６においては、光アップコンバーション材料部２’は、図６の上方から見て円形状の赤色光Ｒを緑色光Ｇに上方変換するための第１の光アップコンバーション材料部２１’及び図６の上方から見て上記円形の外側の環状の赤色光Ｒを青色光Ｇに上方変換するための第２の光アップコンバーション材料部２２’より構成されている。
【００２０】
第１の光アップコンバーション材料部２１’の構造は図１の第１の光アップコンバーション材料部２１の構造と同一であり、第２の光アップコンバーション材料部２２’の構造は図１の第２の光アップコンバーション材料部２２の構造と同一である。
【００２１】
図６の内側に位置する第１の光アップコンバーション材料部２１’においては、赤色LED素子１からの赤色光Ｒは反射層２ｃにおいて反射して出射する。その際、赤色光Ｒの一部は緑色イオン液２ａによって上方変換されて緑色光Ｇとなり、赤色光Ｒの残りは赤色光Ｒとしてそのまま出射する。この結果、図７に示すごとく、第１の光アップコンバーション材料部２１’においては、赤色光Ｒと緑色光Ｇとの混色光（Ｒ＋Ｇ）となる。
【００２２】
他方、図６の外側に位置する第２の光アップコンバーション材料部２２’においては、赤色LED素子１からの赤色光Ｒは反射層２ｃにおいて反射して出射する。その際、赤色光Ｒの一部は青色イオン液２ａ’によって上方変換されて青色光Ｂとなり、赤色光Ｒの残りは赤色光Ｒとしてそのまま出射する。この結果、図７に示すごとく、第２の光アップコンバーション材料部２２’においては、赤色光Ｒと青色光Ｂとの混色光（Ｒ＋Ｂ）となる。
【００２３】
図６の第１の光アップコンバーション材料部２１’からの混色光Ｒ＋Ｇと第２の光アップコンバーション材料部２２’からの混色光Ｒ＋Ｂとは全体的に混色されてやはり図５に示す合成光スペクトル分布を有する３波長ピークを有する混色光Ｒ＋Ｇ＋Ｂとなる。
【００２４】
尚、上述の本発明の第１の実施の形態における光アップコンバーション材料部２、２’における第１、第２の光アップコンバーション材料部２１、２２；２１’、２２’の分割方法は、図１、図６に限定されるものでなく、種々の分割方法がある。一般に、分割数を増加すれば、混色光Ｒ＋Ｇ＋Ｂはより一様な白色光に近づくことになる。
【００２５】
図８は本発明に係る発光装置の第２の実施の形態を示す断面図である。図１の発光装置は反射型である。すなわち、赤色LED素子１を底面の中心として赤色LED素子１からの赤色光Ｒを受けるように半球面状の反射鏡４が設けられている。また、この反射鏡４の上部を覆うように平板状の光アップコンバーション材料部５が設けられている。反射鏡４の底部には口金３が固定されている。つまり、光アップコンバーション材料部５は赤色LED素子１からの赤色光Ｒを直接あるいは反射鏡４を介して受けるように構成されている。
【００２６】
光アップコンバーション材料部５は、図８の左側を占める赤色光Ｒを緑色光Ｇに上方変換するための第１の光アップコンバーション材料部５１及び図８の右側を占める赤色光Ｒを青色光Ｂに上方変換するための第２の光アップコンバーション材料部５２より構成されている。
【００２７】
第１の光アップコンバーション材料部５１は図１の光アップコンバーション材料部２１の緑色イオン液２ａ及びガラス部材２ｂに相当する緑色イオン液５ａ及びガラス部材５ｂを有し、また、第２の光アップコンバーション材料部５２は図１の光アップコンバーション材料部２２の青色イオン液２ａ’及びガラス部材２ｂに相当する青色イオン液５ａ’及びガラス部材５ｂを有する。
【００２８】
図８の左側半分に位置する第１の光アップコンバーション材料部５１には、赤色LED素子１からの赤色光Ｒが直接あるいは反射鏡４において反射した後に入射する。第１の光アップコンバーション材料部５１に入射した赤色光Ｒの一部は緑色イオン液２ａによって上方変換されて緑色光Ｇとなって透過し、赤色光Ｒの残りは赤色光Ｒとしてそのまま透過する。この結果、図９の左側に示すごとく、第１の光アップコンバーション材料部５１においては、赤色光Ｒと緑色光Ｇとの混色光（Ｒ＋Ｇ）となる。
【００２９】
他方、図８の左側半分に位置する第２の光アップコンバーション材料部５２にも、赤色LED素子１からの赤色光Ｒが直接あるいは反射鏡４において反射した後に入射する。第２の光アップコンバーション材料部５２に入射した赤色光Ｒの一部は青色イオン液２ａ’によって上方変換されて青色光Ｂとなって透過し、赤色光Ｒの残りは赤色光Ｒとしてそのまま透過する。この結果、図９の右側に示すごとく、第２の光アップコンバーション材料部５２においては、赤色光Ｒと青色光Ｂとの混色光（Ｒ＋Ｂ）となる。
【００３０】
図８の第１の光アップコンバーション材料部５１からの混色光Ｒ＋Ｇと第２の光アップコンバーション材料部５２からの混色光Ｒ＋Ｂとは全体的に混色されてやはり図５に示す合成光スペクトル分布を有する３波長ピークを有する混色光Ｒ＋Ｇ＋Ｂとなる。
【００３１】
図１０は図８の発光装置の変更例を示す。図１０においては、光アップコンバーション材料部５’は、図１０の上方から見て半円形状の赤色光Ｒを緑色光Ｇに上方変換するための第１の光アップコンバーション材料部５１’及び第１の光アップコンバーション材料部５１’の反対側の赤色光Ｒを青色光Ｂに上方変換する第２の光アップコンバーション材料部５２’、第２の光アップコンバーション材料部５２’の外側の半環状の赤色光Ｒを緑色光Ｇに上方変換するための第３の光アップコンバーション材料部５１”及び第１の光アップコンバーション材料部５１’の外側の半環状の赤色光Ｒを青色光Ｇに上方変換するための第４の光アップコンバーション材料部５２”より構成されている。
【００３２】
第１、第３の光アップコンバーション材料部５１’、５１”の構造は図６の第１の光アップコンバーション材料部５１の構造と同一であり、第２、第４の光アップコンバーション材料部５２’、５２”の構造は図６の第２の光アップコンバーション材料部５２の構造と同一である。
【００３３】
図１０の第１、第３の光アップコンバーション材料部５１’、５１”には、赤色LED素子１からの赤色光Ｒが直接あるいは反射鏡４において反射した後に入射する。第１、第３の光アップコンバーション材料部５１’、５１”に入射した赤色光Ｒの一部は緑色イオン液２ａによって上方変換されて緑色光Ｇとなって透過し、赤色光Ｒの残りは赤色光Ｒとしてそのまま透過する。この結果、図１１に示すごとく、第１、第３の光アップコンバーション材料部５１’、５１”においては、赤色光Ｒと緑色光Ｇとの混色光（Ｒ＋Ｇ）となる。
【００３４】
他方、図１０の第２、第４の光アップコンバーション材料部５２’、５２”にも、赤色LED素子１からの赤色光Ｒが直接あるいは反射鏡４において反射した後に入射する。第２、第４の光アップコンバーション材料部５２’、５２”に入射した赤色光Ｒの一部は青色イオン液２ａ’によって上方変換されて青色光Ｂとなって透過し、赤色光Ｒの残りは赤色光Ｒとしてそのまま透過する。この結果、図１１に示すごとく、第２、第４の光アップコンバーション材料部５２’、５２”においては、赤色光Ｒと青色光Ｂとの混色光Ｒ＋Ｂとなる。
【００３５】
尚、上述の本発明の第２の実施の形態における光アップコンバーション材料部５、５’における第１、第２、第３、第４の光アップコンバーション材料部５１（５１’）、５２（５２’）、５１”、５２”の分割方法も、図８、図１０に限定されるものでなく、種々の分割方法がある。一般に、分割数を増加すれば、混色光Ｒ＋Ｇ＋Ｂはより一様な白色光に近づくことになる。
【００３６】
また、上述の本発明の第１、第２の実施の形態においては、発光素子として、LED素子を用いたが、レーザダイオード素子でもよい。さらに、光アップコンバーション材料層は２種類であったが、１種類もしくは３種類でもよい。従って、本発明によれば、１つの発光素子を用いて２波長ピーク以上を有する光スペクトル分布を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、種々の白色照明、自動車ヘッドライト、ストロボ等に応用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１：赤色LED素子 
２、２’：光アップコンバーション材料部 
２ａ：緑色イオン液 
２ａ’：青色イオン液 
２ｂ：ガラス部材
２ｃ：反射層 
２１、２１’：第１の光アップコンバーション材料部 
２２、２２’：第２の光アップコンバーション材料部 
３：口金 
４：反射鏡
５、５’：光アップコンバーション材料部
５ａ：緑色イオン液 
５ａ’：青色イオン液 
５ｂ：ガラス部材
５１、５１’：第１の光アップコンバーション材料部 
５２、５２’：第２の光アップコンバーション材料部 
５１”：第３の光アップコンバーション材料部 
５２”：第４の光アップコンバーション材料部 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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