(57)【要約】【課題】励起光を効率よく蛍光に変換させることで従来に比べて高輝度の蛍光を取り出すことのできる発光装置を提供すること。【解決手段】蛍光材料と衝突することで蛍光を励起する紫外光を発生させる紫外光源２と、紫外光源２の前面に配置された第１の光学薄膜層８と、第１の光学薄膜層８の前面に配置される蛍光材料を含有する蛍光体層６と、蛍光体層６の前面に配置された第２の光学薄膜層９とから構成され、前記第１の光学薄膜層８は紫外光を透過させるとともに、蛍光を反射し、第２の光学薄膜層９は紫外光を反射するとともに、蛍光を透過させる。これによって励起光を効率よく蛍光に変換させることができ、また発光効率の低下も抑えることが可能であるため従来に比べて高輝度の蛍光を取り出すことが可能となる。【選択図】      図２
2008041739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、蛍光材料と衝突することで蛍光を励起する励起光を発生させる励起光発生源と、
同励起光発生源の前面に配置された第１の光学薄膜層と、
同第１の光学薄膜層の前面に配置される蛍光材料を含有する蛍光層と、
同蛍光層の前面に配置された第２の光学薄膜層とから構成され、
前記第１の光学薄膜層は励起光を透過させるとともに、蛍光を反射し、
前記第２の光学薄膜層は励起光を反射するとともに、蛍光を透過させることを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項２】
前記励起光発生源の背面位置には前記第２の光学薄膜層で反射して前記第１の光学薄膜層を透過した励起光を再び同第１の光学薄膜層方向に反射させる反射部材を配置したことを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項３】
前記励起光発生源から発生される励起光は紫外光であって、前記蛍光層は青色の蛍光が発光される最も同励起光発生源側に配置される第１の蛍光層と、緑色の蛍光が発光される同第１の蛍光層の外側に配置される第２の蛍光層と、赤色の蛍光が発光される同第２の蛍光層の外側に配置される第３の蛍光層とから構成され、同第１の蛍光層と同第２の蛍光層の間には紫外光及び青色の蛍光を透過させるとともに緑色の蛍光を反射する第３の光学薄膜層と、同第２の蛍光層と同第３の蛍光層の間には紫外光、青色の蛍光及び緑色の蛍光を透過させるとともに赤色の蛍光を反射する第４の光学薄膜層を配置し、前記第２の光学薄膜層は青色、緑色及び赤色のすべての蛍光を透過させることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光発光装置。
【請求項４】
前記励起光発生源から発生される励起光は紫外光であって、前記蛍光層は青色を輝度特性のピークとして同ピークよりも長波長側の成分が短波長側の成分よりも少ない所定の波長域の蛍光が発光される同励起光発生源側に配置される第１の蛍光層と、黄色を輝度特性のピークとして同ピークよりも短波長側の成分が長波長側の成分よりも少ない所定の波長域の蛍光が発光される同第１の蛍光層の外側に配置される第２の蛍光層とから構成され、同第１の蛍光層と同第２の蛍光層の間には紫外光及び青色の蛍光を透過させるとともに黄色の蛍光を反射する第３の光学薄膜層を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光発光装置。
【請求項５】
前記励起光発生源から発生される励起光は青色光であって、前記蛍光層は黄色を輝度特性のピークとする所定の波長域の蛍光を発光させるとともに、前記第２の光学薄膜層は励起光の一部を透過させることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紫外光や青色光のような比較的高エネルギーの励起光によって所定の蛍光を発光させる蛍光発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主として照明用の白色光を得るために蛍光体を利用した発光装置が従来から提供されている。これは光源から紫外光のような非可視光や可視光でも青色光のような比較的高エネルギーの光を蛍光材料に対し励起光として照射し、必要とする白色光を取り出すものである。このような発光装置の一例として特許文献１を挙げる。特許文献１の技術は青色、緑色及び赤色の発光成分（蛍光材料）を含む表示装置用蛍光体に対して光源から紫外光を照射して青色、緑色及び赤色の蛍光を励起させてこれらを混色して白色光を取り出すようにしたものである。
また、特許文献２の技術は青色発光ダイオードをＹＡＧ蛍光体で覆い、青色光の一部を励起光として使用してＹＡＧ蛍光体内で黄色又は黄橙色の蛍光を励起させダイオードの青色光と混色させてやはり白色光を取り出すようにしたものである。
【特許文献１】特開２０００−７３０５２号公報
【特許文献２】特開２００５−２１６８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のこの種の蛍光によって白色光を取り出す発光装置にはいくつかの課題が生じていた。
１）特許文献１のように紫外光を励起光として蛍光発光させて可視光にする場合には、なるべく多くの紫外光が蛍光体の蛍光材料に衝突することが発光効率の点からは好ましい。つまり、紫外光が蛍光材料に遭遇する機会が多い方が発光効率は向上する。ところが、紫外光が蛍光材料に遭遇する機会を増やすためには蛍光体の厚みを増加させるかあるいは蛍光体中の蛍光材料の濃度を高くすることが必要となる。しかし、蛍光体が厚すぎたり蛍光材料が高濃度であるとかえって蛍光が蛍光体において光子が散乱したり吸収されたりして減衰することとなってしまうため、結局蛍光体の厚みや蛍光材料濃度については効率が最適となる領域が決まってしまう。そのため、蛍光体自体の改良では十分な発光効率の改善は望めず新たな発光効率の向上の手段が求められていた。
２）特許文献２では青色発光ダイオードからの青色光を励起光として、所定量の黄色又は黄橙色の蛍光を励起させる必要があるが、従来ではこのような青色光の一部を励起光として使用する場合に十分に黄色又は黄橙色の蛍光を取り出すことができないケースがあった。そのため、青みがかった白色光が混色されることとなっていた。そのため蛍光体を厚くしたり蛍光材料の濃度を高く設定して励起光の蛍光への変換効率を向上させることが行われていた。しかし、その結果、上記と同様蛍光及び青色光が蛍光体によって減衰させられることとなってしまい、輝度の低い白色光しか得られないこととなっていた。つまり、変換効率を向上させるために発光効率を犠牲にせざるを得なかったわけである。
これらのような課題から蛍光体の厚みや蛍光材料の濃度の如何に関わらず蛍光体での励起光による蛍光への変換効率を向上させることでより発光効率の良い蛍光、とりわけ最も用途の多い白色光を取り出す発光装置が求められていた。
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、励起光を効率よく蛍光に変換させることで従来に比べて高輝度の蛍光を取り出すことのできる発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために請求項１の発明では、少なくとも、蛍光材料と衝突することで蛍光を励起する励起光を発生させる励起光発生源と、同励起光発生源の前面に配置された第１の光学薄膜層と、同第１の光学薄膜層の前面に配置される蛍光材料を含有する蛍光層と、同蛍光層の前面に配置された第２の光学薄膜層とから構成され、前記第１の光学薄膜層は励起光を透過させるとともに、蛍光を反射し、前記第２の光学薄膜層は励起光を反射するとともに、蛍光を透過させるようにしたことをその要旨とする。
このような構成では、励起光発生源によって発光させられた励起光は第１の光学薄膜層を透過して蛍光層に至る。励起光は蛍光層内において蛍光材料と衝突し蛍光材料を励起する。励起光は蛍光材料に吸収されるとともにその励起光に基づいて蛍光材料は蛍光を発生させることとなる。発生した蛍光は蛍光層内で次のように挙動する。まず、前方に指向する蛍光は第２の光学薄膜層を経て外部に放射される。一方、後方（励起光発生源方向）に指向する蛍光は第１の光学薄膜層に衝突すると反射して前方に指向することとなり、第２の光学薄膜層を経て外部に放射される。
これに対し、蛍光材料に遭遇しなかった励起光は蛍光層を抜けると第２の光学薄膜層に衝突する。ここで反射した励起光は折り返して蛍光層を通過する途中で再度蛍光材料と遭遇する機会を与えられることとなるため、蛍光材料と衝突すれば蛍光材料を励起して、蛍光が発生することとなる。発生した蛍光は上記と同じ挙動をとることとなる。
【０００５】
従って、第２の光学薄膜層を設けることによって同じ厚みの蛍光層を有する従来のケースと比較したと仮定すれば本願発明では励起光の光路が単純に倍増することとなる。つまり、励起光が蛍光材料に遭遇する可能性が高まり励起光の蛍光への変換効率が向上することとなる。更に、第１の光学薄膜層を設けることによって後方（励起光発生源方向）に指向する蛍光が反射して前方に指向することとなり照明光として利用される蛍光量も増大することとなる。そのため、トータルで従来の発光装置と比較して高輝度の蛍光を取り出すことが可能となっている。
また、励起光の光路が倍増するということは、従来の厚みの蛍光層を有するケースと同等の変換効率を従来よりも蛍光層の厚みを薄くして実現できるということにもなる。この場合では蛍光層の厚みを薄くしたため従来のケースと変換効率は大きな違いはないものの、蛍光層の厚みがかなり薄くなることから励起光、蛍光とも蛍光層における減衰量が大幅に減少するため、結果として従来の発光装置と比較して高輝度の蛍光を取り出すことが可能となる。
【０００６】
ここに、取り出す蛍光は白色光のみではなく、およそ励起によって得ることを目的とする蛍光であれば特に限定はされない。また、「励起光発生源」とは蛍光材料に対して蛍光を励起させ得る光を発生させられる光源であれば特に限定はされない。一般には紫外光光源と青色光光源が想定される。また、以下の概念では紫色光は近紫外として紫外光に含めるものとする。
光学薄膜層とは所定の波長域の光を選択的に透過させ、また反射させる膜であって、光学薄膜としては一般にはそれ自体が多層膜構造を取ることとなる。多層膜の各構成膜層は金属酸化物もしくは金属フッ化物からなる誘電体であって、例えばＴｉＯ2（二酸化チタン）、Ｔａ2Ｏ5（五酸化タンタル）、ＺｒＯ2（酸化ジルコン）、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）、Ｎｂ2Ｏ5（五酸化ニオブ）、ＳｉＯ2（酸化ケイ素）、ＭｇＦ2（フッ化マグネシウム）、ＺｎＯ2（酸化亜鉛）ＨｆＯ2（酸化ハフニウム)、ＣａＦ2(フッ化カルシウム)らが上げられる。本発明の誘電体膜ではこれら１０種から選ばれる少なくとも２種の誘電体を光の透過する方向に低屈折率材料と高屈折率材料を交互に積層した交互層から構成されることが好ましい。構成される多層膜の数は特に限定されるものではない。所望の波長に対する反射性能又は透過性能を発現させるために化合物を選択し、組み合わせて誘電体光学膜を構成することが可能である。光学薄膜層の成膜方法に特に限定的な意味はないが一般的には蒸着法やスパッタリング法で成膜されることが好ましい。
【０００７】
また請求項２の発明では、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記励起光発生源の背面位置には前記第２の光学薄膜層で反射して前記第１の光学薄膜層を透過した励起光を再び同第１の光学薄膜層方向に反射させる反射部材を配置したことをその要旨とする。
このような構成では上記請求項１の作用に加え、蛍光材料に遭遇しなかった励起光は蛍光層を抜けて第２の光学薄膜層に衝突し、反射して再度蛍光層を通過することとなるが、その際に更に蛍光層で蛍光材料に衝突しなかった励起光は第１の光学薄膜層を透過して反射部材に衝突する。すると、反射部材に衝突した励起光は再度第１の光学薄膜層を透過して蛍光層を通過することとなる。このように蛍光材料と衝突しない励起光は第２の光学薄膜層と反射部材との間で減衰するまで往復することとなり、励起光が蛍光材料と遭遇する機会をより多く与えられることとなる。
【０００８】
また請求項３の発明では請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記励起光発生源から発生される励起光は紫外光であって、前記蛍光層は青色の蛍光が発光される最も同励起光発生源側に配置される第１の蛍光層と、緑色の蛍光が発光される同第１の蛍光層の外側に配置される第２の蛍光層と、赤色の蛍光が発光される同第２の蛍光層の外側に配置される第３の蛍光層とから構成され、同第１の蛍光層と同第２の蛍光層の間には紫外光及び青色の蛍光を透過させるとともに緑色の蛍光を反射する第３の光学薄膜層と、同第２の蛍光層と同第３の蛍光層の間には紫外光、青色の蛍光及び緑色の蛍光を透過させるとともに赤色の蛍光を反射する第４の光学薄膜層を配置し、前記第２の光学薄膜層は青色、緑色及び赤色のすべての蛍光を透過させるようにしたことをその要旨とする。
【０００９】
このような構成では、紫外光は第１の光学薄膜層を透過し、第１の蛍光層内において蛍光材料と衝突しこれを励起して青色の蛍光を発光する。また、同様に第２の蛍光層内において緑色の蛍光を発光し、第３の蛍光層内において赤色の蛍光を発光する。この時、青色の蛍光は第１の蛍光層、第３の光学薄膜層、第２の蛍光層、第４の光学薄膜層、第３の蛍光層及び第２の光学薄膜層の順で透過して放射される。緑色の蛍光は第２の蛍光層、第４の光学薄膜層、第３の蛍光層及び第２の光学薄膜層の順で透過して放射される。また、赤色の蛍光は第３の蛍光層及び第２の光学薄膜層の順で透過して放射される。これによって３色が混色されて白色光が生成される。
一方、各蛍光が後方（励起光発生源方向）に指向する場合がある。その場合には青の蛍光では第１の光学薄膜層に衝突すると反射して折り返し前方に指向することとなる。この前方に向かった青の蛍光は上記のように外部に放出される。同じく緑の蛍光は第３の光学薄膜層に衝突し反射して折り返し前方に指向し外部に放出される。更に、赤の蛍光は第４の光学薄膜層に衝突し反射して折り返し前方に指向し外部に放出される。
これに対し、蛍光材料に遭遇しない励起光は途中の第１の蛍光層、第３の光学薄膜層、第２の蛍光層、第４の光学薄膜層及び第３の蛍光層の順で透過すると第２の光学薄膜層に衝突する。ここで反射した励起光は折り返して各蛍光層を通過する途中で再度蛍光材料と遭遇する機会を与えられることとなる。そして、各蛍光層において蛍光材料と衝突すれば蛍光材料を励起して、蛍光が発生されることとなる。各蛍光層において発生した蛍光は第１、第３及び第４の光学薄膜層によって内方に指向することなく反射して外部に放射される。
この構成では上記段落０００５で記述したように蛍光層の厚みが薄くできることから励起光、蛍光とも蛍光層における下層(励起光源側に近接する方)の蛍光が上層の蛍光体層を通過するときに、吸収、散乱によって生じる減衰が減少するため、この様な３原色の多段構成とした場合、特に改善効果が大となる。また蛍光各色の配合比は蛍光体成分、層厚のみならず誘電体層の透過、反射率によっても制御することができる。
【００１０】
また請求項４の発明では請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記励起光発生源から発生される励起光は紫外光であって、前記蛍光層は青色を輝度特性のピークとして同ピークよりも長波長側の成分が短波長側の成分よりも少ない所定の波長域（以下、この項ではこのような波長域の色を青色と定義する）の蛍光が発光される同励起光発生源側に配置される第１の蛍光層と、黄色を輝度特性のピークとして同ピークよりも短波長側の成分が長波長側の成分よりも少ない所定の波長域（以下、この項ではこのような波長域の色を黄色と定義する）の蛍光が発光される同第１の蛍光層の外側に配置される第２の蛍光層とから構成され、同第１の蛍光層と同第２の蛍光層の間には紫外光及び青色の蛍光を透過させるとともに黄色の蛍光を反射する第３の光学薄膜層を配置したことをその要旨とする。
このような構成では、紫外光は第１の光学薄膜層を透過し、第１の蛍光層内において蛍光材料と衝突し蛍光材料を励起して青色の蛍光を発光する。また、同様に第２の蛍光層内において黄色の蛍光を発光する。この時、青色の蛍光は第１の蛍光層、第３の光学薄膜層、第２の蛍光層及び第２の光学薄膜層の順で透過して放射される。黄色の蛍光は第２の蛍光層及び第２の光学薄膜層を透過して放射される。これによって２色が混色されて白色光が生成される。
一方、各蛍光が後方（励起光発生源方向）に指向する場合には、青の蛍光は第１の光学薄膜層に衝突すると反射して折り返して前方に指向することとなる。この前方に向かった青の蛍光は上記のように外部に放出される。黄の蛍光は第３の光学薄膜層に衝突すると反射して折り返して前方に指向することとなる。この前方に向かった黄の蛍光は上記のように外部に放出される。
これに対し、蛍光材料に遭遇しない励起光は途中の第１の蛍光層、第３の光学薄膜層、及び第２の蛍光層の順で透過すると第２の光学薄膜層に衝突する。ここで反射した励起光は蛍光層を通過する途中で再度蛍光材料と遭遇する機会を与えられることとなる。そして、各蛍光層において蛍光材料と衝突すれば蛍光材料を励起して、蛍光が発生されることとなる。各蛍光層において発生した蛍光は第１及び第３の光学薄膜層によって内方に指向することなく反射して外部に放射される。
尚、上記では青色の定義としてなるべく緑がかっていない青を、また、黄色の定義として赤みがかった黄色を含めるようにしているが、これは青色と黄色が混色された場合になるべく純粋な白色に近い状態で蛍光が放射されることを念頭においたものである。
【００１１】
また請求項５の発明では請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、 前記励起光発生源から発生される励起光は青色光であって、前記蛍光層は黄色を輝度特性のピークとする所定の波長域の蛍光を発光させるとともに、前記第２の光学薄膜層は励起光の一部を透過させるようにしたことをその要旨とする。
このような構成では、青色光は第１の光学薄膜層を透過し、蛍光層内において蛍光材料と衝突し蛍光材料を励起して黄色を輝度特性のピークとする所定の波長域（以下、この項ではこのような波長域の色を黄色と定義する）の蛍光を発光する。また、青色光はすべてが励起光となるのではなくその一部は蛍光材料に吸収されず、かつ第２の光学薄膜層を透過して外部に放射される。これによって２色が混色されて白色光が生成される。
更に、蛍光材料を励起することもなく、かつ第２の光学薄膜層を透過しなかった青色光は第２の光学薄膜層に衝突し、反射して折り返し蛍光層を通過する途中で再度蛍光材料と遭遇する機会を与えられることとなる。これによって黄色の蛍光が発光される機会が増えることとなる。つまり、従来のように青色光の一部を励起光として使用する場合に十分に黄色又は黄橙色の蛍光を取り出すことができないケースがあったが、本請求項にかかる発明では蛍光体を厚くしたり蛍光材料の濃度を高く設定するといった発光効率の低下に結びつくような処理をしなくとも黄色又は黄橙色の蛍光を増加させることが可能となり、結果として輝度の高い白色光を得ることが可能となる。
尚、ここに「黄色を輝度特性のピークとする所定の波長域の蛍光」とは黄色の蛍光のみが発せられるのではなく、波長が黄色を挟んで赤側あるいは青側にずれた蛍光同士が混色されて黄色を呈するような場合をも含む意味である。
【発明の効果】
【００１２】
上記各請求項の発明では、励起光を効率よく蛍光に変換させることができ、また発光効率の低下も抑えることが可能であるため従来に比べて高輝度の蛍光を取り出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に従って具体的な実施の形態の説明をする。
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の蛍光発光装置１の概略説明図である。蛍光発光装置１は励起光発生源としての紫外光源２を備えている。紫外光源２は紫外光を出力する発光源であって発光源の全周囲に紫外光を放射する。紫外光源２は例えば、紫外線発光ダイオード、紫外線レーザーダイオード、蛍光管等が想定される。紫外光源２の背後には半円状に湾曲した反射鏡３が配設されている。紫外光源２の前方には蛍光体ユニット５が配設されている。図２に示すように、蛍光体ユニット５はＲＧＢ（赤、緑、青）蛍光材料がそれぞれ含有された蛍光体層６を備えている。蛍光体層６は紫外線を励起光として赤、緑、青の蛍光を発生する。これらの蛍光色が混色されて白色光を生成する。
蛍光体層６の外側（紫外光源２方向とは反対方向）には透明な基板７が配設されている。蛍光体層６の内側面には第１の光学薄膜層８が形成され、基板７の外側面には第２の光学薄膜層９が形成されている。尚、図２は蛍光体ユニット５の構成及び作用を分かりやすく説明するために作成したため、各層の厚み等は実際の比率とは無関係に図示されている。
第１の光学薄膜層８は４００ｎｍ〜８００ｎｍの光に対しては平均９８％の反射率（平均５％以下の透過率）に設定され、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの光に対しては平均５％以下の反射率（平均９８％の透過率）に設定されている。つまり、第１の光学薄膜層８は可視光（赤から青）に対する反射率は極めて高く、紫外光に対しては極めて反射率が低く設定されている。
一方、第２の光学薄膜層９は４００ｎｍ〜８００ｎｍの光に対しては平均５％以下の反射率（平均９８％の透過率）に設定され、２５０ｎｍ〜３２０ｎｍの光に対しては平均９８％の反射率（平均５％以下の透過率）に設定されている。つまり、第２の光学薄膜層９は紫外光に対する透過率は極めて低く、可視光（赤から青）に対しては極めて透過率が高く設定されている。第１の光学薄膜層８の特性の一例を表１に示し、第２の光学薄膜層９の特性の一例を表２に示す。
【００１４】
【表１】
2008041739.tif 000003
【００１５】
【表２】
2008041739.tif 000004
【００１６】
このような構成では次のような作用で蛍光が発光されることとなる。
図２に示すように紫外光源２から蛍光体ユニット５方向に放射された紫外光は軌跡Ａ〜Ｃともに第１の光学薄膜層８を透過して蛍光体層６内に進入する。また、紫外光源２の背面又は側面方向に放射された紫外光は反射鏡３によって反射されて同じく第１の光学薄膜層８を透過して蛍光体層６内に進入する。
そして、軌跡ＡのようにＲＧＢ蛍光材料と遭遇するとこれを励起させて蛍光を発生させる。発生した蛍光のうち前方に指向する蛍光は軌跡Ａａのように第２の光学薄膜層９を透過して外部に放射される。一方、後方（紫外光源２方向）に指向する蛍光は軌跡Ａｂのように第１の光学薄膜層８に衝突すると反射して前方に指向することとなり、第２の光学薄膜層９を透過して外部に放射される。
これに対して、ＲＧＢ蛍光材料を励起させられなかった紫外光は第２の光学薄膜層９に達すると反射されて軌跡Ｂのように紫外光源２方向に折り返される。これによってＲＧＢ蛍光材料に遭遇する機会が増える。更に、この折り返しでもＲＧＢ蛍光材料と遭遇しなかった紫外光は軌跡Ｃのように第１の光学薄膜層８を透過し、反射鏡３によって反射させられ再び第１の光学薄膜層８を透過して蛍光体層６内に進入する。
【００１７】
このような構成とすることで実施例１では次のような効果が奏される。
（１）紫外光源２から放射されて蛍光体ユニット５内に進入した紫外光は第２の光学薄膜層９によって外部に放出されずに反射されるため、ＲＧＢ蛍光材料と遭遇する機会が増え、紫外光の蛍光への変換効率が向上する。
（２）前方に指向しなかった蛍光は第１の光学薄膜層８によって反射されて前方に指向するようになるため光量アップが望め輝度が高まる。
（３）折り返して第１の光学薄膜層８から紫外光源２側に反射した紫外光は反射鏡３に反射されて再び第１の光学薄膜層８を透過して蛍光体層６内に進入するため蛍光物質に遭遇する機会が増え、更に紫外光の蛍光への変換効率が向上する。
【００１８】
（実施例２）
実施例２は実施例１における蛍光体層６の構成をＢ（青）蛍光材料、Ｇ（緑）蛍光材料、Ｒ（赤）蛍光材料をそれぞれ含む３つの蛍光部分に分けて構成したものである。以下、実施例１と異なる構成を中心に説明する。
図３に示すように、蛍光体ユニット１１では紫外光源２側から順に基板としての透明な基板１２、第１の蛍光体層１３、第２の蛍光体層１４及び第３の蛍光体層１５が配置されている。第１の蛍光体層１３はＢ（青）蛍光材料が含有されており、紫外線を励起光として青色光の蛍光を発生する。第２の蛍光体層１４はＧ（緑）蛍光材料が含有されており、紫外線を励起光として緑色光の蛍光を発生する。第３の蛍光体層１５はＲ（赤）蛍光材料が含有されており、紫外線を励起光として赤色光の蛍光を発生する。これらの蛍光色が混色されて白色光を生成する。
基板１２の内側面には実施例１と同じ第１の光学薄膜層８が形成されており、最外層の第３の蛍光体層１５の外側面には実施例１と同じ第２の光学薄膜層９が形成されている。第１の蛍光体層１３と第２の蛍光体層１４との面間には第３の光学薄膜層１６が配置され、第２の蛍光体層１４と第３の蛍光体層１５との面間には第４の光学薄膜層１７が配置されている。尚、図３は蛍光体ユニット１１の構成及び作用を分かりやすく説明するために作成したため、各層の厚み等は実際の比率とは無関係に図示されている。
第３の光学薄膜層１６は４５０ｎｍ〜８００ｎｍの光に対しては平均９８％の反射率（平均５％以下の透過率）に設定され、２５０ｎｍ〜４００ｎｍの光に対しては平均５％以下の反射率（平均９８％の透過率）に設定されている。つまり、第３の光学薄膜層１６は緑色光以上の波長に対する透過率は極めて低く、紫外光〜青色光は極めて透過率が高く設定されている。
また、第４の光学薄膜層１７は５８０ｎｍ〜８００ｎｍの光に対しては平均９５％以上の反射率に設定され（平均５％以下の透過率）、２５０ｎｍ〜５２０ｎｍの光に対しては５％以下の反射率（平均９５％以上の透過率）に設定されている。つまり赤色光以上の波長に対する透過率は極めて低く、紫外光〜緑色光は極めて透過率が高く設定されている。第３の光学薄膜層１６の特性の一例を表３に示し、第４の光学薄膜層１７の特性の一例を表４に示す。
【００１９】
【表３】
2008041739.tif 000005
【００２０】
【表４】
2008041739.tif 000006
【００２１】
このような構成では次のような作用で蛍光が発光されることとなる。
図３に示すように紫外光源２から蛍光体ユニット５方向に放射された軌跡Ａのように紫外光は第１の光学薄膜層８を透過してまず第１の蛍光体層１３内に進入する。ここで一部紫外光はＢ蛍光材料と遭遇するとこれを励起させて青色蛍光を発生させる。同様に第２の蛍光体層１４と第３の蛍光体層１５においてそれぞれ緑色蛍光と赤色蛍光を発生させる。発生した蛍光のうち前方に指向する蛍光は軌跡Ａａのようにそれより外層の光学薄膜層及び蛍光体層を透過して外部に放射される。
一方、後方（紫外光源２方向）に指向する蛍光については軌跡Ａｂのように青色光は第１の光学薄膜層８に衝突して反射し、緑色光は第３の光学薄膜層１６に衝突して反射し、赤色光は第４の光学薄膜層１７に衝突して反射し、それぞれ前方に指向することとなり、第２の光学薄膜層９を透過して外部に放射される。
これに対して、各蛍光体層１３〜１５の各蛍光材料を励起させられなかった紫外光は軌跡Ｂのように第２の光学薄膜層９に達すると反射されて紫外光源２方向に折り返される。これによって各蛍光材料に遭遇する機会が増える。
更に、この折り返しでも各蛍光材料と遭遇しなかった紫外光は軌跡Ｃのように第１の光学薄膜層８を透過し、反射鏡３によって反射させられ再び第１の光学薄膜層８を透過して蛍光体層６内に進入する。
【００２２】
このような構成とすることで実施例２では次のような効果が奏される。
（１）紫外光源２から放射されて蛍光体ユニット１１内に進入した紫外光は第２の光学薄膜層９によって外部に放出されずに反射されるため、各蛍光体層１３〜１５の各蛍光材料と遭遇する機会が増え、紫外光の蛍光への変換効率が向上する。
（２）前方に指向しなかった各蛍光は第１の光学薄膜層８、第３の光学薄膜層１６及び第４の光学薄膜層１７によって反射されて前方に指向するようになるため光量アップが望め輝度が高まる。
（３）折り返して第１の光学薄膜層８から紫外光源２側に反射した紫外光は反射鏡３に反射されて再び第１の光学薄膜層８を透過して蛍光体層１３〜１５内に進入するため蛍光物質に遭遇する機会が増え、更に紫外光の蛍光への変換効率が向上する。
（４）蛍光体層１３〜１５が青、緑、赤の三原色毎に分割されているため、各蛍光体層１３〜１５毎に蛍光への変換効率を調整することが可能となり、混色する際の演色性能を高めることが可能となる。
【００２３】
（実施例３）
実施例３は実施例１における蛍光体層６の構成をＢ（青）蛍光材料、Ｙ（黄）蛍光材料をそれぞれ含む２つの蛍光部分に分けて構成したものである。以下、実施例１と異なる構成を中心に説明する。
図４に示すように、蛍光体ユニット２１では紫外光源２側から順に基板としての透明な基板２２、第１の蛍光体層２３及び第２の蛍光体層２４が配置されている。第１の蛍光体層２３はＢ（青）蛍光材料が含有されており、紫外線を励起光として青色光の蛍光を発生する。第２の蛍光体層１４はＹ（黄）蛍光材料が含有されており、紫外線を励起光として黄色光の蛍光を発生する。これらの蛍光色が混色されて白色光を生成する。
尚、蛍光体層は、塗布、焼成、基材中への分散など既知の方法で構成することができるがここでは一例として塗布を前提としている。
基板２２の内側面には実施例１と同じ第１の光学薄膜層８が形成されており、最外層の第２の蛍光体層２４の外側面には実施例１と同じ第２の光学薄膜層９が形成されている。第１の蛍光体層２３と第２の蛍光体層２４との面間には第３の光学薄膜層２６が配置されている。尚、図４は蛍光体ユニット２１の構成及び作用を分かりやすく説明するために作成したため、各層の厚み等は実際の比率とは無関係に図示されている。
第３の光学薄膜層２６は５２０ｎｍ〜８００ｎｍの光に対しては平均９５％以上の反射率（平均５％以下の透過率）に設定され、３００ｎｍ〜４５０ｎｍの光に対しては平均５％以上の反射率（平均９５％以上の透過率）に設定されている。つまり、黄色光以上の波長に対する透過率は極めて低く、紫外光〜青色光は極めて透過率が高く設定されている。第３の光学薄膜層２６の特性の一例を表５に示す。
【００２４】
【表５】
2008041739.tif 000007
【００２５】
このような構成では次のような作用で蛍光が発光されることとなる。
図４に示すように紫外光源２から蛍光体ユニット５方向に放射された紫外光は第１の光学薄膜層８を透過してまず第１の蛍光体層２３内に進入する。ここで一部紫外光はＢ蛍光材料と遭遇するとこれを励起させて青色蛍光を発生させる（軌跡Ａ）。同様に第２の蛍光体層２４において黄色の蛍光を発生させる（軌跡Ａ）。発生した蛍光のうち前方に指向する蛍光は軌跡Ａａのようにそれより外層の光学薄膜層及び蛍光体層を透過して外部に放射される。
一方、後方（紫外光源２方向）に指向する蛍光については青色光は第１の光学薄膜層８に衝突して反射し、黄色光は第３の光学薄膜層２６に衝突して反射しそれぞれ前方に指向することとなり、第２の光学薄膜層９を透過して外部に放射される（軌跡Ａｂ）。
これに対して、各蛍光体層２３，２４の各蛍光材料を励起させられなかった紫外光は第２の光学薄膜層９に達すると反射されて軌跡Ｂのように紫外光源２方向に折り返される。これによって各蛍光材料に遭遇する機会が増える。更に、この折り返しでも各蛍光材料と遭遇しなかった紫外光は軌跡Ｃのように第１の光学薄膜層８を透過し、反射鏡３によって反射させられ再び第１の光学薄膜層８を透過して蛍光体層２３内に進入する。
【００２６】
このような構成とすることで実施例３では次のような効果が奏される。
（１）紫外光源２から放射されて蛍光体ユニット２１内に進入した紫外光は第２の光学薄膜層９によって外部に放出されずに反射されるため、各蛍光体層２３，２４の各蛍光材料と遭遇する機会が増え、紫外光の蛍光への変換効率が向上する。
（２）前方に指向しなかった各蛍光は第１の光学薄膜層８、第３の光学薄膜層２６によって反射されて前方に指向するようになるため光量アップが望め輝度が高まる。
（３）折り返して第１の光学薄膜層８から紫外光源２側に反射した紫外光は反射鏡３に反射されて再び第１の光学薄膜層８を透過して蛍光体層２３，２４内に進入するため蛍光物質に遭遇する機会が増え、更に紫外光の蛍光への変換効率が向上する。
（４）蛍光体層２３，２４が青と黄色に分割されているため、各蛍光体層２３，２４毎に蛍光への変換効率を調整することが可能となり、混色する際の演色性能を高めることが可能となる。
【００２７】
（実施例４）
図５は本発明の実施例４の蛍光発光装置３０を組み込んだモールドタイプの白色ＬＥＤ装置３１である。白色ＬＥＤ装置３１は透明エポキシ樹脂で成型され砲弾形状の外観の本体３２を呈している。本体３２にはｐ側電極用リード３５ａとｎ側電極用リード３５ｂの先端寄りが封入されている。ｐ側電極用リード３５ａは本体３２内に封入されたリードフレーム３７に接続されている。ｎ側電極用リード３５ｂ先端は内部空間Ｓの中央付近に配置され、同リード３５ｂの先端には逆円錐形状に形成された反射鏡３８が固着されている。反射鏡３８内部には図２に示す蛍光発光装置３０が配設されている。リードフレーム１７から金線からなるワイヤ３４が励起光発生源としてのＬＥＤチップ３６にボンディングされている。
次に白色ＬＥＤ装置３１の蛍光発光装置３０について説明する。図６に示すように、反射鏡３８内にはｎ側電極用リード３５ｂと導通状態を保ったスタンド３７が立設され、同スタンド３７上部に青色発光ダイオードであるＬＥＤチップ３６が銀はんだによって固着されている。反射鏡３８の開口面３８ａには同開口面３８ａに蓋をするように蛍光体ユニット４０が嵌合されている。ＬＥＤチップ３６、蛍光体ユニット４０及び反射鏡３８によって蛍光発光装置３０が構成されている。尚、本実施例４に応用する光学薄膜層は、入射、射出媒質が空気ではなくモールド材（透明エポキシ樹脂）になるため、その屈折率を配慮して所望の光学特性が得られるよう最適化設計を行う。
【００２８】
図７に示すように、蛍光体ユニット４０は（黄色）の蛍光材料が含有された蛍光体層４１を備えている。蛍光体層４１は紫外線を励起光として黄色の蛍光を発生する。この黄色の蛍光色と青色発光ダイオードの青色光が混色されて白色光を生成する。
蛍光体層４１の外側には基板としての透明な基板４２が配設されている。蛍光体層４１の内側面には第１の光学薄膜層４３が形成され、基板４２の外側面には第２の光学薄膜層４４が形成されている。尚、図７は蛍光体ユニット５の構成及び作用を分かりやすく説明するために作成したため、各層の厚み等は実際の比率とは無関係に図示されている。
第１の光学薄膜層４３は４５０ｎｍ〜８００ｎｍの光に対しては平均９８％以上の反射率（平均５％以下の透過率）に設定され、３００ｎｍ〜４００ｎｍの光に対しては平均５％以下の反射率（平均９５％以上の透過率）に設定されている。つまり、黄色光に対する透過率は極めて低く、青色光に対しては極めて透過率が高く設定されている。
一方、第２の光学薄膜層４４は４５０ｎｍ〜８００ｎｍの光に対しては平均５％以下の反射率（平均９５％以上以下の透過率）に設定され、３００ｎｍ〜４００ｎｍの光に対しては平均４８％の透過率に設定されている。つまり、本実施例４では青色光に対する透過率は青色光の第２の光学薄膜層４４に達する光量の半分程度に設定されており、一方黄色光に対しては極めて透過率が高く設定されている。第１の光学薄膜層４３の特性の一例を表６に示し、第２の光学薄膜層４４の特性の一例を表７に示す。
【００２９】
【表６】
2008041739.tif 000008
【００３０】
【表７】
2008041739.tif 000009
【００３１】
このような構成では次のような作用で蛍光が発光されることとなる。
図７に示すようにＬＥＤチップ３６から蛍光体ユニット４０方向に放射された青色光は軌跡Ａのように第１の光学薄膜層８を透過してまず第１の蛍光体層４１内に進入する。ここで一部青色光はＹ蛍光材料と遭遇するとこれを励起させて黄色蛍光を発生させる。発生した黄色蛍光のうち前方に指向する蛍光は軌跡Ａａのように第２の光学薄膜層４４を透過して外部に放射される。一方、後方（ＬＥＤチップ３６方向）に指向する黄色蛍光については軌跡Ａｂのように第１の光学薄膜層８に衝突して反射し折り返して前方に指向することとなり、第２の光学薄膜層４４を透過して外部に放射される。
これに対して、Ｙ蛍光材料と遭遇しなかった青色光は軌跡Ｂのように第２の光学薄膜層９に達すると一部は反射されてＬＥＤチップ３６方向に折り返される。これによってＹ蛍光材料に遭遇する機会が増える。更に、この折り返しでも各蛍光材料と遭遇しなかった紫外光は軌跡Ｃのように第１の光学薄膜層４３を透過し、反射鏡３８によって反射させられ再び第１の光学薄膜層４３を透過して蛍光体層４１内に進入する。
また、Ｙ蛍光材料と遭遇しなかった青色光の一部は第２の光学薄膜層９を透過して外部に放射される。本実施例５では第２の光学薄膜層４４に達する光量の半分程度が外部に放射されることとなっている。
【００３２】
このような構成とすることで実施例４では次のような効果が奏される。
（１）ＬＥＤチップ３６から放射されて蛍光体ユニット４０内に進入した青色光は第２の光学薄膜層９によって外部に放出されずに反射されるため、蛍光体層４１のＹ蛍光材料と遭遇する機会が増え、黄色光の蛍光への変換効率が向上する。
（２）前方に指向しなかった黄色蛍光は第１の光学薄膜層４３によって反射されて前方に指向するようになるため光量アップが望め輝度が高まる。また、外部に放射される青色光に対する黄色光の割合を増やすこととなる。
（３）折り返して第１の光学薄膜層４３からＬＥＤチップ３６側に反射した青色光は反射鏡３に反射されて再び第１の光学薄膜層４３を透過して蛍光体層４１内に進入するため更に青色光の黄色蛍光への変換効率が向上する。
【００３３】
尚、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
・上記実施例ではモールドタイプの白色ＬＥＤ装置３１に応用した例を説明したが、チップタイプのＬＥＤ装置に応用するようにしても構わない。
・上記実施例２や実施例３以外の組み合わせや積層順序以外に蛍光体ユニット１１，２１を構成するようにしても構わない。
・上記実施例では蛍光体層６，２３は基板７に対して蒸着や塗布等の手段で形成されるようになっていたが、蛍光体層６，２３以外にアクリル板のような材料中に蛍光材料を含有させるようにして蛍光体層を設けるようにしてもよい。
その他本発明の趣旨を逸脱しない態様で実施することは自由である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１の蛍光発光装置の概略説明図。
【図２】同じく実施例１での励起光と蛍光の軌跡のパターンを説明するための概略説明図。
【図３】同じく実施例２での励起光と蛍光の軌跡のパターンを説明するための概略説明図。
【図４】同じく実施例３での励起光と蛍光の軌跡のパターンを説明するための概略説明図。
【図５】実施例４のＬＥＤチップの正面図。
【図６】実施例４のＬＥＤチップの要部断面図。
【図７】同じく実施例４での励起光と蛍光の軌跡のパターンを説明するための概略説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１，３０…蛍光発光装置、２…励起光発生源としての紫外光源、３，３８…反射部材としての反射鏡、６…蛍光層としての蛍光体層、１３，２３…蛍光層としての第１の蛍光体層、１４，２４…蛍光層としての第２の蛍光体層、１５…蛍光層としての第３の蛍光体層、６…蛍光層としての蛍光体層、６…蛍光層としての蛍光体層、８，４３…第１の光学薄膜層、９，４４…第２の光学薄膜層、１６，２６…第３の光学薄膜層、１７…第４の光学薄膜層、３６…励起光発生源としてのＬＥＤチップ。
【図１】
2008041739.tif 000010
【図２】
2008041739.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008041739.tif 000014
【図６】
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【図７】
2008041739.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月9日(2007.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、蛍光材料と衝突することで蛍光を励起する励起光を発生させる励起光発生源と、
同励起光発生源の前面に配置された第１の光学薄膜層と、
同第１の光学薄膜層の前面に配置される蛍光材料を含有する蛍光層と、
同蛍光層の前面に配置された第２の光学薄膜層とから構成され、
前記第１の光学薄膜層は励起光を透過させるとともに、蛍光を反射し、
前記第２の光学薄膜層は励起光を反射するとともに、蛍光を透過させることを特徴とする蛍光発光装置。
【請求項２】
前記励起光発生源の背面位置には前記第２の光学薄膜層で反射して前記第１の光学薄膜層を透過した励起光を再び同第１の光学薄膜層方向に反射させる反射部材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の蛍光発光装置。
【請求項３】
前記励起光発生源から発生される励起光は紫外光であって、前記蛍光層は青色の蛍光が発光される最も同励起光発生源側に配置される第１の蛍光層と、緑色の蛍光が発光される同第１の蛍光層の外側に配置される第２の蛍光層と、赤色の蛍光が発光される同第２の蛍光層の外側に配置される第３の蛍光層とから構成され、同第１の蛍光層と同第２の蛍光層の間には紫外光及び青色の蛍光を透過させるとともに緑色の蛍光を反射する第３の光学薄膜層と、同第２の蛍光層と同第３の蛍光層の間には紫外光、青色の蛍光及び緑色の蛍光を透過させるとともに赤色の蛍光を反射する第４の光学薄膜層を配置し、前記第２の光学薄膜層は青色、緑色及び赤色のすべての蛍光を透過させることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光発光装置。
【請求項４】
前記励起光発生源から発生される励起光は紫外光であって、前記蛍光層は青色を輝度特性のピークとして同ピークよりも長波長側の成分が短波長側の成分よりも少ない所定の波長域の蛍光が発光される同励起光発生源側に配置される第１の蛍光層と、黄色を輝度特性のピークとして同ピークよりも短波長側の成分が長波長側の成分よりも少ない所定の波長域の蛍光が発光される同第１の蛍光層の外側に配置される第２の蛍光層とから構成され、同第１の蛍光層と同第２の蛍光層の間には紫外光及び青色の蛍光を透過させるとともに黄色の蛍光を反射する第３の光学薄膜層を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光発光装置。
【請求項５】
前記励起光発生源から発生される励起光は青色光であって、前記蛍光層は黄色を輝度特性のピークとする所定の波長域の蛍光を発光させるとともに、前記第２の光学薄膜層は励起光の一部を透過させることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光発光装置。