(57)【要約】【課題】発光効率を高めた面状発光装置等を提供する。【解決手段】発光素子１０と、発光素子１０を光学的に接続して前記発光素子からの発光を入射する入射面と、入射面から入射される入射光を放出する発光面とを有する導光板２０と、導光板２０の発光面に設けられ、発光素子１０が発する第１の波長の光を、これよりも波長の長い第２の波長の光に変換する波長変換層３０とを備え、発光素子１０が発する第１の波長の光と波長変換層３０で波長変換された第２の波長の光との混色光を出力可能な面状発光装置１００であって、波長変換層３０が、平均粒径３００ｎｍ未満の蛍光体を塗布した塗布面を備える。これにより、レイリー散乱を生じさせ蛍光体による散乱を低減して発光効率を改善した面状発光装置が実現できる。【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、
前記発光素子を光学的に接続して前記発光素子からの発光を入射する入射面と、入射面から入射される入射光を放出する発光面とを有する導光板と、
前記導光板の発光面に設けられ、前記発光素子が発する第１の波長の光を、これよりも波長の長い第２の波長の光に変換する波長変換層と、
を備え、前記発光素子が発する第１の波長の光と波長変換層で波長変換された第２の波長の光との混色光を出力可能な面状発光装置であって、
前記波長変換層が、平均粒径３００ｎｍ未満の蛍光体を塗布した塗布面を備えることを特徴とする面状発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の面状発光装置であって、
前記塗布面が、蛍光体をインクジェット方式により塗布したインクジェット塗布面であることを特徴とする面状発光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の面状発光装置であって、
前記波長変換層が、蛍光体を混入した樹脂をインクジェット方式により前記導光板の発光面上に塗布して形成される樹脂製の色変換シートであることを特徴とする面状発光装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の面状発光装置であって、
前記塗布面が、前記波長変換層の面上に部分的に形成されてなることを特徴とする面状発光装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の面状発光装置であって、
前記波長変換層が、
前記導光板の発光面と面して配置され、前記導光板から出力される光をこれよりも長い第１の波長の光に波長変換する第１の色変換層と、
前記第１の色変換層の、導光板と面した側の対向面側に配置され、前記導光板から前記第１の色変換層を透過して出力される光を、これよりも波長が長くかつ前記第１の波長よりも短い第２の波長の光に変換する第２の色変換層と、
を備えることを特徴とする面状発光装置。
【請求項６】
発光素子と、
前記発光素子を光学的に接続して前記発光素子からの発光を入射する入射面と、入射面から入射される入射光を放出する発光面とを有する導光板であって、
内部に平均粒径３００ｎｍ未満の蛍光体を分散させており、
前記発光素子が発する第１の波長の光を、これよりも波長の長い第２の波長の光に変換する波長変換機能を備える導光板と、
を備え、前記発光素子が発する第１の波長の光と波長変換層で波長変換された第２の波長の光との混色光を出力可能としたことを特徴とする面状発光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の面状発光装置であって、
前記導光板が、
前記発光素子から出力される光をこれよりも長い第１の波長の光に波長変換する第１の色変換層と、
前記第１の色変換層の出力面側に配置され、前記発光素子から前記第１の色変換層を透過して出力される光を、これよりも波長が長くかつ前記第１の波長よりも短い第２の波長の光に変換する第２の色変換層と、
を備えることを特徴とする面状発光装置。
【請求項８】
発光素子と、
略板状で、端面を前記発光素子と対向させる入射面とし、入射面と略直交する上面を発光面とする導光板と、
前記導光板の発光面に設けられ、前記発光素子が発する励起光を吸収して、これよりも波長の長い蛍光を発する蛍光体を含む波長変換層と、
を備え、前記発光素子が発する励起光と波長変換層で波長変換された蛍光との混色光を出力可能な面状発光装置であって、
前記波長変換層は、平均粒径３００ｎｍ未満の蛍光体をインクジェット塗布されたインクジェット塗布面を備えることを特徴とする面状発光装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の面状発光装置であって、
前記蛍光体が、無機材料若しくは錯体からなることを特徴とする面状発光装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一に記載の面状発光装置であって、
前記波長変換層は、樹脂製の色変換シートで構成され、前記色変換シートの全部又は一部に蛍光体を含有することを特徴とする面状発光装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一に記載の面状発光装置であって、
前記波長変換層は、発光面の一部に塗布されて所定の印字パターンを形成してなることを特徴とする面状発光装置。
【請求項１２】
発光素子と、
前記発光素子を光学的に接続して前記発光素子からの発光を入射する入射面と、入射面から入射される入射光を放出する発光面とを有する導光板と、
前記導光板の発光面に設けられ、前記発光素子が発する第１の波長の光を、これよりも波長の長い第２の波長の光に変換する波長変換層と、
を備え、前記発光素子が発する第１の波長の光と波長変換層で波長変換された第２の波長の光との混色光を出力可能な面状発光装置の製造方法であって、
前記導光板の発光面上に平均粒径３００ｎｍ未満の蛍光体をインクジェット方式により塗布して波長変換層を形成する工程と、
前記発光素子を前記導光板の近傍に配置して光学的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする面状発光装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の面状発光装置の製造方法であって、
前記波長変換層を形成する工程が、蛍光体を混入した樹脂をインクジェット方式により前記導光板の発光面上に塗布して、樹脂製の色変換シートを形成してなることを特徴とする面状発光装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の面状発光装置の製造方法であって、さらに、
前記発光素子を点灯して、前記導光板の発光面の輝度および分光分布を測定する工程と、
測定された輝度および分光分布に基づいて、所定の輝度および分光分布が得られるように必要に応じて再度蛍光体を前記導光板の発光面に塗布する工程と、
を含むことを特徴とする面状発光装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一に記載の面状発光装置の製造方法であって、さらに、
前記発光素子を点灯して、前記導光板の発光面上の複数の位置毎の輝度および分光分布を測定する工程と、
各位置で測定された輝度および分光分布に基づいて、所定の輝度および分光分布となるように前記導光板の発光面上の必要な位置に再度蛍光体に塗布する工程と、
を含むことを特徴とする面状発光装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２から１５のいずれか一に記載の面状発光装置の製造方法であって、
前記波長変換層を形成する工程が、
前記導光板の発光面に、導光板から出力される光をこれよりも長い第１の波長の光に波長変換する第１の蛍光体を含む第１の色変換層を形成する工程と、
前記第１の色変換層の、導光板と面した側の対向面側に、前記導光板から前記第１の色変換層を透過して出力される光を、これよりも波長が長くかつ前記第１の波長よりも短い第２の波長の光に変換する、第１の蛍光体と異なる第２の蛍光体を含む第２の色変換層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶バックライト光源、照明器具、ディスプレイのバックライト光源、カメラのフラッシュライト、動画照明補助光源等に用いられる面状発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、発光素子は半導体素子であるため球切れ等の心配がない。さらに発光素子は初期駆動特性に優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」という。）、レーザーダイオード（Laser Diode、以下「ＬＤ」という。）等の発光素子を用いる発光装置は、各種の光源として利用されている。特に、点光源であるＬＥＤを導光板を使用して面状発光とする面状発光光源は、液晶バックライト等に利用されている。
【０００３】
図１５に、このような面状発光光源６００の一例につき、（ａ）模式的斜視図及び（ｂ）そのＹ−Ｙ線における縦断面図を示す。図１５（ａ）は内部を光が透過可能であり発光面を構成する平面状の導光板６２０と、導光板６２０の一側部に設けられ、導光板側部から光を入射させる冷陰極管やＬＥＤなどの発光素子６１０が設けられている。また、導光板６２０の面状発光が観測される板状透光性樹脂の主面及びＬＥＤが接続される端面を除いて反射板６２２が設けられている。こうして形成された面状発光光源の発光素子６１０を発光させることにより、面状発光させることができる。
【０００４】
光源として白色系の発光を得るには、青色ＬＥＤと黄色に発光するいわゆるＹＡＧ蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤ等の発光装置が知られている。この発光装置は、青色ＬＥＤの光によりＹＡＧ蛍光体を励起して、青色光と黄色光との混色光により白色光を放出するものである。この発光装置は、消費電力を低減することができ、ＬＥＤの駆動制御を容易に行え、混色性も良好であることから、広く一般に使用されている。
【０００５】
しかしながら、従来の蛍光体の粒子径は５μｍ乃至１５μｍ程度のミクロンサイズ（バルク蛍光体と呼ばれる）で、可視光の波長（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）より大きいため、光が前方の粒子により後方散乱されて、光の取り出し効率が低下するという問題があった。
【０００６】
一方、粒子径がナノサイズの蛍光体、いわゆるナノ蛍光体の開発が進められている。ナノ蛍光体を使用すれば、バルク蛍光体に比べて光の散乱が低減され、比表面積が向上する結果、白色ＬＥＤの発光効率を向上できるものと期待されている。しかしながら、ナノ蛍光体を用いた発光装置は未だ実用化されていない。さらに現実には効率向上どころか、蛍光体をナノ化することにより光変換効率がバルク蛍光体よりも低下してしまうのが実情であった。その理由は明らかにされていないが、ナノ蛍光体を得るために蛍光体を微粉砕すると、その衝撃で結晶中に欠陥が生じ、励起エネルギーのトラップサイトとなって効率を低下させるものと考えられている。このため、現状では粒径の大きい蛍光体ほど出力が高い状態にあり、発光効率をさらに向上させた発光装置は未だ実用化されていなかった。
【０００７】
また、ナノ蛍光体を利用した発光装置として、発光素子と平均粒子径が０．１ｎｍ〜１００ｎｍのナノクリスタル蛍光体とを組み合わせた発光装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、この発光装置の構成では、色むらが生じやすいという問題があった。すなわち発光素子の上面から出射される光と、側面から出射される光とで発光強度差があるため、発光装置から出射される光は見る方向によって発光色が異なることが生じる。このような色むらが生じると、発光装置としての品質が著しく低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また一方、青色ＬＥＤは個体毎に波長のばらつきがあるため、蛍光体と組み合わせて白色光を得る発光装置を製造すると、白色光にばらつきが生じるという問題があった。青色ＬＥＤに波長の揃った素子を使用すれば均一な白色発光を得ることができるが、これでは発光素子の歩留まりが悪くなる。またＬＥＤチップの波長を測定して、これに応じた蛍光体を選別することも考えられるが、高精度な色補正を実現できないという問題もある。
【０００９】
さらに一方で、発光素子の周囲に蛍光体を均一な膜厚で塗布するため、従来はスキージを使用したマスク印刷やシルクスクリーン印刷等が使用されていた。これらの方法は、生産性が悪いため、発光素子の周囲のような小面積での塗布には利用できるとしても、導光板のような表面積の広い領域に均一に蛍光体を塗布する用途には不適であった。
【特許文献１】特開２００４−０７１９０８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の一の目的は、発光効率を高めた面状発光装置及びその製造方法を提供することにある。また他の目的は、色むらを低減した面状発光装置及びその製造方法を提供することにある。さらに別の目的は、個体毎の発光色のばらつきを低減した面状発光装置及びその製造方法を提供することにある。さらにまた他の目的は、広い面積に均一に波長変換層を形成可能な面状発光装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の面状発光装置は、発光素子と、発光素子を光学的に接続して発光素子からの発光を入射する入射面と、入射面から入射される入射光を放出する発光面とを有する導光板と、導光板の発光面に設けられ、発光素子が発する第１の波長の光を、これよりも波長の長い第２の波長の光に変換する波長変換層とを備え、発光素子が発する第１の波長の光と波長変換層で波長変換された第２の波長の光との混色光を出力可能な面状発光装置であって、波長変換層が、平均粒径３００ｎｍ未満の蛍光体を塗布した塗布面を備える。これにより、レイリー散乱の効果で蛍光体による散乱を低減して発光効率を高めた面状発光装置が実現できる。
【００１２】
第２の面状発光装置は、塗布面で、蛍光体をインクジェット方式により塗布したインクジェット塗布面とできる。これにより、ナノサイズの蛍光体を均一に塗布した塗布面の形成を容易に行うことができる。
【００１３】
第３の面状発光装置は、波長変換層が、蛍光体を混入した樹脂をインクジェット方式により導光板の発光面上に塗布して形成される樹脂製の色変換シートとできる。これにより、導光板の表面に直接色変換シートである波長変換層を設けて、導光板と波長変換層の接着を不要とし、ナノサイズの蛍光体を均一に塗布した塗布面の形成を容易に行うことができ、さらに膜厚の制御も高精度に行える。
【００１４】
第４の面状発光装置は、塗布面が、波長変換層の面上に部分的に形成できる。これにより、波長変換層の全面に限られず、部分的に塗布層を形成して波長変換機能を部分的に発揮させることができ、様々な意匠の表現や色調整が可能となる。
【００１５】
第５の面状発光装置は、波長変換層が、導光板の発光面と面して配置され、導光板から出力される光をこれよりも長い第１の波長の光に波長変換する第１の色変換層と、第１の色変換層の、導光板と面した側の対向面側に配置され、導光板から第１の色変換層を透過して出力される光を、これよりも波長が長くかつ第１の波長よりも短い第２の波長の光に変換する第２の色変換層とを備えることができる。これにより、第１の色変換層と第２の色変換層により２つの波長変換が実現され、３色以上の混色が実現でき、より表現力のある発光色を出力できる。また、第１の波長の光が第２の色変換層で吸収されて出力が低下することを回避し、より高輝度の出力を得ることができる。
【００１６】
第６の面状発光装置は、発光素子と、発光素子を光学的に接続して発光素子からの発光を入射する入射面と、入射面から入射される入射光を放出する発光面とを有する導光板であって、内部に平均粒径３００ｎｍ未満の蛍光体を分散させており、発光素子が発する第１の波長の光を、これよりも波長の長い第２の波長の光に変換する波長変換機能を備える導光板とを備え、発光素子が発する第１の波長の光と波長変換層で波長変換された第２の波長の光との混色光を出力可能とできる。これにより、導光板自体に波長変換機能を持たせ、導光板と波長変換層とを個別に設けることなく構成を簡素化し、製造コストを安価にできる。
【００１７】
第７の面状発光装置は、導光板が、発光素子から出力される光をこれよりも長い第１の波長の光に波長変換する第１の色変換層と、第１の色変換層の出力面側に配置され、発光素子から第１の色変換層を透過して出力される光を、これよりも波長が長くかつ第１の波長よりも短い第２の波長の光に変換する第２の色変換層とを備えることができる。これにより、２種以上の蛍光体を使用して色変換層を層状に形成することで、第２の蛍光体が第１の蛍光体からの蛍光を吸収してしまうことを防止し、発光強度を改善できる。また２つの波長変換によって３色以上の混色が実現でき、より表現力のある発光色を出力できる。
【００１８】
第８の面状発光装置は、発光素子と、略板状で、端面を発光素子と対向させる入射面とし、入射面と略直交する上面を発光面とする導光板と、導光板の発光面に設けられ、発光素子が発する励起光を吸収して、これよりも波長の長い蛍光を発する蛍光体を含む波長変換層とを備え、発光素子が発する励起光と波長変換層で波長変換された蛍光との混色光を出力可能な面状発光装置であって、波長変換層は、平均粒径３００ｎｍ未満の蛍光体をインクジェット塗布されたインクジェット塗布面を備えることができる。これにより、レイリー散乱を生じさせ蛍光体による散乱を低減して発光効率を改善した面状発光装置が実現できる。また発光素子を導光板の側面に配置して、面状発光装置の薄型化が図られる。
【００１９】
第９の面状発光装置は、蛍光体が、無機材料若しくは錯体で構成できる。これにより、有機材料よりも劣化に強い発光装置を得ることができる。特に、錯体を用いることにより半導体のバンドギャップや希土類、遷移金属イオンのエネルギー準位による発光のみならず、錯イオンの電子状態による発光も利用できる。これによって、多彩な発光色を有する蛍光体を用いることができる。
【００２０】
第１０の面状発光装置は、波長変換層が樹脂製の色変換シートで構成され、色変換シートの全部又は一部に蛍光体を含有することができる。
【００２１】
第１１の面状発光装置は、波長変換層を発光面の一部に塗布されて所定の印字パターンを形成したものとできる。これにより、所望の印字パターンに印字した様々な意匠の蛍光層を形成でき、表現力の高い面状発光装置を実現できる。
【００２２】
一方、第１２の面状発光装置の製造方法は、発光素子と、発光素子を光学的に接続して発光素子からの発光を入射する入射面と、入射面から入射される入射光を放出する発光面とを有する導光板と、導光板の発光面に設けられ、発光素子が発する第１の波長の光を、これよりも波長の長い第２の波長の光に変換する波長変換層とを備え、発光素子が発する第１の波長の光と波長変換層で波長変換された第２の波長の光との混色光を出力可能な面状発光装置の製造方法であって、導光板の発光面上に平均粒径３００ｎｍ未満の蛍光体をインクジェット方式により塗布して波長変換層を形成する工程と、発光素子を導光板の近傍に配置して光学的に接続する工程とを含むことができる。これにより、レイリー散乱を生じさせ蛍光体による散乱を低減して発光効率を改善した面状発光装置が実現できる。
【００２３】
第１３の面状発光装置の製造方法は、波長変換層を形成する工程が、蛍光体を混入した樹脂をインクジェット方式により導光板の発光面上に塗布して、樹脂製の色変換シートを形成できる。これにより、導光板上に色変換シートを形成でき、膜厚を高精度に制御可能とできる上、色変換シートを導光板に接着する手間を省くことができる。
【００２４】
第１４の面状発光装置の製造方法はさらに、発光素子を点灯して、導光板の発光面の輝度および分光分布を測定する工程と、測定された輝度および分光分布に基づいて、所定の輝度および分光分布が得られるように必要に応じて再度蛍光体を導光板の発光面に塗布する工程とを含むことができる。これにより、発光素子の波長ばらつきに起因する面状発光装置の輝度および分光分布の個体差を、蛍光体の塗布量で調整して一定にすることができ、一定の輝度および分光分布に調整された均一な面状発光装置を得ることができる。
【００２５】
第１５の面状発光装置の製造方法はさらに、発光素子を点灯して、導光板の発光面上の複数の位置毎の輝度および分光分布を測定する工程と、各位置で測定された輝度および分光分布に基づいて、所定の輝度および分光分布となるように導光板の発光面上の必要な位置に再度蛍光体に塗布する工程とを含むことができる。これにより、一の面状発光装置の発光面上で均一な発光を得ることができる。
【００２６】
第１６の面状発光装置の製造方法は、波長変換層を形成する工程が、導光板の発光面に、導光板から出力される光をこれよりも長い第１の波長の光に波長変換する第１の蛍光体を含む第１の色変換層を形成する工程と、第１の色変換層の、導光板と面した側の対向面側に、導光板から第１の色変換層を透過して出力される光を、これよりも波長が長くかつ第１の波長よりも短い第２の波長の光に変換する、第１の蛍光体と異なる第２の蛍光体を含む第２の色変換層を形成する工程とを含むことができる。これにより、２種以上の蛍光体を使用して色変換層を層状に形成することで、第２の蛍光体が第１の蛍光体からの蛍光を吸収してしまうことを防止し、発光強度を改善できる。また２つの波長変換によって３色以上の混色が実現でき、より表現力のある発光色を出力できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための面状発光装置及びその製造方法を例示するものであって、本発明は面状発光装置及びその製造方法を以下のものに特定しない。特に特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施の形態１）
【００２８】
図１に、本発明の実施の形態１に係る面状発光装置１００の断面図を示す。この図に示す面状発光装置１００は、発光素子１０であるＬＥＤと、導光板２０と、波長変換層３０として色変換シートとを備える。導光板２０は、略板状に形成され、端面を発光素子１０と対向させる入射面とし、入射面と略直交する上面を発光面とする。このため発光素子１０は、導光板２０の側面で入射面と対向するように固定される。また導光板２０上面の発光面上には、波長変換層３０が固定される。波長変換層３０は、発光素子１０が発し発光面から取り出される光の波長を変換して外部に取り出せるようにする。ここでは波長変換層３０に、蛍光体４０を混入、分散させた樹脂３１で構成した色変換シートとして使用している。この面状発光装置１００は、発光素子１０の発光を導光板２０の入射面に導入し、発光面側に反射させ、発光面に固定された波長変換層３０に含まれる蛍光体４０で励起光を吸収して、これよりも波長の長い蛍光に変換して、発光素子１０の光と蛍光体４０で波長変換された光との混色光を出力する。この面状発光装置１００は、点光源である発光素子１０の発光を導光板２０で面光源に変換して、液晶のバックライト等に好適に利用される。
（発光素子１０）
【００２９】
発光素子１０には、好適には発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）のような半導体発光素子を用いることができる。その他、フィラメントやランプのような光源となりうるものも用いることができる。本明細書では小型で発光輝度の高い発光素子を用いて説明する。
【００３０】
発光素子１０は、基板上にＧａＡｌＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層は、量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としても良い。
【００３１】
発光素子１０は、１個に限られず複数個用いることもできる。複数個の発光素子１０を組み合わせることによって白色表示における混色性を向上させることもできる。発光素子１０の発光波長は、ナノ蛍光体４０の吸収スペクトル、発光スペクトルや面状発光装置１００の発光色等によって適宜選択するが、発光ピーク波長が３６０ｎｍ乃至４７０ｎｍにあることが好ましい。発光ピーク波長が３００ｎｍ以下であると蛍光体４０を保持する樹脂３１が劣化するおそれがあるからである。また、用途に応じて発光波長は適宜選択でき、例えば発光素子の発光波長を３６５ｎｍ以上４００ｎｍ未満、又は４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満、あるいは５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満とできる。このように、可視光に限らず紫外域光から赤色光を発光するＬＥＤに対して本発明は利用できる。
【００３２】
発光素子１０は、砲弾型、チップタイプ、サイドビュータイプ等が利用できる。一例として、砲弾型の発光素子１０を図２に示す。ＬＥＤチップ１１は、同一面側に正負一対の電極を有する。この一対の電極と第１のリード１２、第２のリード１３とをそれぞれワイヤ１４を介して電気的に接続する。ＬＥＤチップ１１は第１のリード１２のカップ１５内にダイボンド部材を用いて固定する。ＬＥＤチップ１１は、同一面側に正負の電極を有するものの他、表面と裏面に電極を有するものも使用することができる。この場合、裏面側電極と第１のリードとは半田等の導電性部材を用いて電気的に接続し、表面側電極と第２のリードとはワイヤを介して電気的に接続している。
【００３３】
第１のリード１２はＬＥＤチップ１１を配置するためのカップ１５を設けている。カップ１５内にはＬＥＤチップ１１を配置する他、ＬＥＤチップ１１を被覆する樹脂１６を充填している。カップ１５は発光素子１０からの光を効率よく開口方向に出射するためすり鉢状に形成することもできる。また、ＬＥＤチップ１１からの光を効率よく反射させるためカップ１５に反射率の高い部材を使用するか、若しくはカップ１５の内側に反射率の高い部材を配置することもできる。
（導光板２０）
【００３４】
導光板２０は、発光素子１０の光を導光板２０で水平方向から垂直方向に変化させると共に、点状の光を面状とする。導光板２０はほぼ平板状に形成され、一方の端面を発光素子１０と対向させて光学的に接続する入射面とし、主面となる上面を光の取り出し面となる発光面とする。導光板２０は透光性を有する樹脂で形成され、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、環状オレフィン、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂が利用できる。特に、ポリアリレート樹脂、ＰＥＴ変性ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）が総合的に優れている。また導光板２０の発光面及び入射面を除いて反射材２２が設けられている。さらに導光板２０は入射面から光の進行方向に従って次第に先細りとなるテーパ状に形成することが望ましい。これによって入射面から入射された光を、導光板２０内で反射させて発光面から効率よく外部に取り出せる。
【００３５】
さらに導光板２０には、必要に応じて酸化珪素などの透光性無機材料などを用いた拡散材を含有させることができる。これにより、導光板２０から放出される光を導光板２０内で拡散材で散乱・反射させる。このように導光板２０を覆う反射材２２に加えて導光板２０内部の光透過経路を変更させることで、面状発光光源全体から高輝度に均一発光させることができる。
【００３６】
本実施の形態においては、導光板２０をアクリル樹脂（熱変形温度７１〜９９℃、屈折率１．４９）で形成し、拡散材としてポリカーボネート樹脂（熱変形温度１４１℃、屈折率１．５９）を予め混合させたホッパを用いて射出成形により形成させる。また形成された導光板２０に、透光性の接着材としてエポキシ樹脂を介してチタン酸バリウムが含有されたアクリル樹脂を反射材２２として貼り合わせた。反射材２２は、導光板２０を通じて面状に光を取り出す発光面及び導光板２０に光を導入させる側の端面である入射面を除いて配置してある。また、反射材２２の設けられていない導光板２０の端面には、発光素子として青色発光可能な窒化物半導体からなるＬＥＤチップを配置させる。なお反射材を、光を導入させる導光板の入射面と対向する端面へ折り返し、続けて面状に光を取り出す発光面側の一部に約２ｍｍまで形成することにより、ＬＥＤチップから発光される光が端面から外部へと漏れるのを低減できる。また反射材２２を導光板２０に接着させる際、透光性の高いアクリル系またはシリコン系の接着剤を用いるのがより好ましい。ＬＥＤチップからの光をより多く反射材２２まで到達させ、また反射した光もより多く発光主面側へと透過させるためである。さらに反射材２２として、ＬＥＤチップからの光を反射させるために酸化チタン、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化アルミニウム等の拡散反射材を添加した樹脂シートや、フィルムに銀、アルミニウム等の金属を蒸着した鏡面反射シート等を導光板２０に貼り合わせると、ＬＥＤチップからの光を効率よく取り出すことができる。また導光板２０を、固定枠等にはめ込んで利用する場合、その固定枠等自体を、ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＢＴ等にＬＥＤチップからの光を反射させるために酸化チタン、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化アルミニウム等の拡散反射材を添加して成形した樹脂で形成すると、反射材との効果とも加わって、ＬＥＤチップからの光の反射率を格段に向上させることができ、面状発光装置外部へと効率よく光を取り出すことができる。
（色変換シート）
【００３７】
導光板２０の発光面には、色変換シートが固定される。色変換シートは、好適には樹脂３１で構成した樹脂製のシートとする。色変換シートを構成する樹脂３１は、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂等とできる。好ましくは導光板２０を構成する樹脂と同じとする。これにより、導光板２０と色変換シートとの界面の接着性を向上でき、さらに界面での反射を低減できる。また色変換シートで発光素子１０の発光の一部を波長変換する波長変換機能を持たせるために、蛍光体４０を塗布している。この蛍光体４０は、平均粒径が３００ｎｍ未満のいわゆるナノ蛍光体を利用する。ナノ蛍光体を使用することで、後方拡散を低減して発光効率を改善できる。この様子を図３〜図６を基づいて説明する。
【００３８】
なお本明細書において平均粒径とは、動的光散乱法により測定したストークス径の分布から求められた最多値のことである。このため本明細書においては、上記の最多値により平均粒径を定義しており、実際の粒子サイズには平均粒径の１０分の１程度の蛍光体も含まれる。
【００３９】
図３は、ＬＥＤチップ１１の周囲に蛍光体４３を配置した砲弾型の発光装置５００の構成を示している。この発光装置５００は、青色発光可能なＬＥＤチップ１１と、ＬＥＤチップ１１を底面に載置した凹状のカップ１５を形成するパッケージと、カップ１５内にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を含む樹脂１６を充填して形成された蛍光体層とを備える。この発光装置は、ＬＥＤチップ１１の青色発光を、樹脂１６中に分散させたＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体４３で波長変換して黄色光とし、青色光と黄色光の混色で白色光を出力する。この構成において、ＬＥＤチップ１１が発する光の経路は、図４に示すように大きく分けて（１）〜（６）の６つが考えられる。すなわち、（１）蛍光体層を通過する青色光、（２）ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体で波長変換されて、蛍光体層を通過して出力される黄色光、（３）ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体表面で反射されて、蛍光体層を通過して出力される青色光、（４）パッケージ内壁に当たって吸収される青色光、（５）ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体で波長変換された後、パッケージ内壁に当たって吸収される黄色光、（６）ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体表面で反射された後、パッケージ内壁に当たって吸収される青色光、の６つが考えられる。これらの内、外部に取り出されて発光出力として有効利用されるのは（１）、（２）、（３）の成分のみであり、（４）、（５）、（６）は利用されず、発光効率の低下の原因となっている。
【００４０】
この構成において、蛍光体にナノサイズのナノ蛍光体を使用することで、（６）の成分の光を有効に取り出すことが可能となる。すなわち、蛍光体表面で反射されずに外部に取り出すことができ、出力の向上が図られる。このことは、散乱体、すなわち蛍光体粒子と光の相互作用に基づいて説明できる。図５（ａ）〜（ｃ）は、散乱体の粒子径によって散乱モードが大きく変化する様子を模式的に示しており、図５（ｂ）は粒子径が光の波長の１／１０よりも小さい場合、図５（ｃ）は粒子径が光の波長よりも大きい場合を、それぞれ示している。すなわち、ナノ蛍光体の場合は、光の波長の１／１０（可視光の場合、波長は３８０ｎｍ〜７８０ｎｍであるから、粒子径が３８ｎｍ〜７８ｎｍ）よりも小さくすることで図５（ｂ）に示すレイリー（Rayleigh）散乱、従来のバルク蛍光体の場合は粒子径が光の波長（可視光の場合で３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）よりも大きいので、図５（ｃ）に示すミー（Mie）散乱を示すことになる。そしてミー散乱の場合は散乱体によって光が反射され進行方向が屈折されることになるが、レイリー散乱の場合は、反射強度が図６に示すように、散乱角によって異なる。ここで、散乱光の強度をＩ、入射光の強度をＩoとすると、次式が成立する。
【００４１】
【数１】
2008130279.tif 000003
【００４２】
なお上式において、θ：散乱角、Ｎ：単位体積あたりの散乱体の数、α：散乱体の分極率、εo：真空の誘電率、ｒ：散乱体群から観測点までの距離、λ：光の波長、である。また散乱体の分極率αは、散乱体の形状が球状の場合は、次式で表現できる。
【００４３】
【数２】
2008130279.tif 000004
【００４４】
なお上式において、εo：真空の誘電率、ｎ1：散乱体の屈折率（ＹＡＧ蛍光体の場合、１．８３３）、ｎ2：媒体の屈折率、Ｖ：散乱体の体積、である。図６は、レイリー散乱の場合の、散乱角θ毎の反射光の強度Ｉを正規化したグラフであり、散乱角θが０°、１８０°、−１８０°のとき、光強度が最大値を示す。このように、レイリー散乱では入射光の進行方向に沿って最大値を示すことが示される。したがって、光の進行方向にナノ蛍光体が存在し散乱が生じても、なお光の進行方向に強い強度を示すため、光が直進するものとして扱うことができる。この結果、図４の例においては（６）成分の光はナノ蛍光体に散乱されてもなお直進し、外部に取り出されることとなり、取り出し効率が改善されることが判る。このように、蛍光体をナノ蛍光体とすることで、光の取り出し効率を改善してより高効率、高出力の発光装置を得ることが可能となる。例えばＹＡＧ蛍光体では、蛍光体に当たった光（波長＝４６０ｎｍ）の８割程度は吸収されて波長変換されるものの、残り２割程度は反射して波長変換されないため、このような光を有効利用することで、更なる発光出力の向上を図ることができる。
【００４５】
また、樹脂製の色変換シートの全域に蛍光体を均一に分散させる他、一部領域、例えば導光板との界面近傍に蛍光体を集中させて配置させたり、膜厚方向に蛍光体の濃度を変化させる等、任意の分散が利用できる。なお図４の例では、説明を簡素化するためパッケージ内に蛍光体を配置する例を説明したが、導光板に蛍光体を分散させる構成においても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００４６】
また、従来の面状発光装置では図３に示すようにＬＥＤチップ１１側に蛍光体等の波長変換部材を設け、既に混色光を得た状態にて導光板で面発光に変換していたが、この構成では蛍光体の量を素子毎に調整することが困難である。一方、本実施の形態では導光板２０の発光面側に波長変換層３０を設けることにより、発光検査後の蛍光体再塗布による高精度な輝度と分光分布の調整を容易に行うことができる。さらに、従来のようにＬＥＤ単体に蛍光体を塗布した後に導光板と組み合わせると、発光素子が発する光が蛍光体により拡散され、導光板への入射効率が低下する。これに対し、蛍光体４０を塗布した導光板２０にＬＥＤを組み合わせることで、このような損失を低減してより高い出力を得ることができる利点も得られる。
（蛍光体４０）
【００４７】
蛍光体４０は、発光素子１０からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
【００４８】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）等がある。また、Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8：ＥｕのほかＭＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ、Ｍ1.8Ｓｉ5Ｏ0.2Ｎ8：Ｅｕ、Ｍ0.9Ｓｉ7Ｏ0.1Ｎ10：Ｅｕ、ＭＳｉＡｌＮ3：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）等もある。
【００４９】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、ＭＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）等がある。
【００５０】
Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、Ｍ5（ＰＯ4）3Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）等がある。
【００５１】
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、Ｍ2Ｂ5Ｏ9Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）等がある。
【００５２】
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｒ、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｒ、ＣａＡｌ2Ｏ4：Ｒ、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｒ、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ12：Ｒ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｒ（Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）等がある。
【００５３】
アルカリ土類硫化物蛍光体には、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ等がある。
【００５４】
Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｙ3（Ａｌ0.8Ｇａ0.2）5Ｏ12：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体等がある。また、Ｙの一部若しくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ等もある。
【００５５】
その他の蛍光体には、ＺｎＳ：Ｅｕ、Ｚｎ2ＧｅＯ4：Ｍｎ、ＭＧａ2Ｓ4：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。）等がある。
【００５６】
上述の蛍光体は、所望に応じてＥｕに代えて、又は、Ｅｕに加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。
【００５７】
また、上記蛍光体以外の蛍光体であっても、同様の性能、効果を有する蛍光体を使用することができる。
【００５８】
これらの蛍光体４０は、発光素子１０の励起光により、黄色、赤色、緑色、青色に発光スペクトルを有する蛍光体を使用することができるほか、これらの中間色である黄色、青緑色、橙色等に発光スペクトルを有する蛍光体も使用することができる。これらの蛍光体を種々組み合わせて使用することにより、種々の発光色を有する発光装置を製造することができる。
【００５９】
蛍光体４０は、発光ピーク波長が５００ｎｍ乃至７８０ｎｍの範囲にあるものを用いることが好ましい。
【００６０】
ナノサイズの粒径の蛍光体４０の具体例として、例えば、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ、Ｍ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ（ただし、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇの中から選ばれた少なくとも１種類の元素）、Ｍ10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ（ただし、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇの中から選ばれた少なくとも１種類の元素）、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ、ＳｎＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ）Ａｌ2Ｓｉ2Ｏ8：Ｅｕ、２ＳｒＯ・ｘＰ2Ｏ5・ｙＢ2Ｏ3：Ｅｕ（ただし、ｘ＋ｙ＝１）、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ａｇ、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ａｇ，Ａｌ、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ等が挙げられる。
【００６１】
また、Ｓｒ2Ｓｉ3Ｏ8・２ＳｒＣｌ2：Ｅｕ、Ｂａ3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ、ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ，Ｔｂ、ＬａＰＯ4：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ11Ｏ19：Ｃｅ，Ｔｂ、ＧｄＭｇＢ5Ｏ10：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ、Ｒｅ3Ｍ5Ｏ12：Ｃｅ（ただし、ＲｅはＹ、Ｌｕ、Ｓｅ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍの中から選ばれた少なくとも１種類の元素、ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎの中から選ばれた少なくとも１種類の元素）、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ｃｕ、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ｃｌ、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｇ、（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、Ｍ2ＳｉＯ4：Ｅｕ（ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇの中から選ばれた少なくとも一種類の元素）等が挙げられる。
【００６２】
さらに、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｂｉ、ＹＶＯ4：Ｅｕ、ＹＶＯ4：Ｅｕ，Ｂｉ、Ｙ（ＰＶ）Ｏ4：Ｅｕ、Ｙ（ＰＶ）Ｏ4：Ｅｕ，Ｂｉ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、（ＣａＳｒ）Ｓ：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ2・ＧｅＯ2：Ｍｎ、Ｒｅ3Ｍ5Ｏ12：Ｃｅ，Ｐｒ（ただし、ＲｅはＹ、Ｌｕ、Ｓｅ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｓｍの中から選ばれた少なくとも１種類の元素、ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎの中から選ばれた少なくとも１種類の元素）等が挙げられる。
【００６３】
また、Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＭＳｉＡｌＮ3：Ｅｕ（ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇの中から選ばれた少なくとも一種類の元素）等が挙げられる。
【００６４】
また、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ等が挙げられる。ナノ蛍光体４０として発光ピーク波長が４７０ｎｍ乃至５５０ｎｍの範囲にあるものを使用することが好ましい。
【００６５】
なお蛍光体４０は、純粋な無機材料に限られず、錯体で構成することもできる。蛍光体４０の平均粒径は、励起光の波長の約１／１０以下とすることでレイリー散乱の効果を特に得ることができる。よって平均粒径は、励起光として使用する発光素子の発光波長に依存する。蛍光体４０の平均粒径は、１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは４０ｎｍ以下である。これにより、可視光の波長領域において、レイリー散乱の効果を特に得ることができる。また、蛍光体４０の実際の粒径は光散乱光度計で測定することができる。
（インクジェット塗布面）
【００６６】
以上のような波長変換層３０は、好適には図７に示すように産業用インクジェットプリンタＩＪを利用して導光板２０表面に直接塗布して形成する。産業用インクジェットプリンタは、インクを微細な粒子状としてノズルから飛翔させて印字する非接触型の印字方式を採用したプリンタであり、印字対象物の外面形状、素材を選ばず、表面が粗いものや凹凸のあるものにも印字できる。具体的には、蛍光体４０を混入させた樹脂材料をインクとして、産業用インクジェットプリンタＩＪで発光面に射出し、所望のパターンに走査することにより、波長変換シートを形成する。これにより、波長変換層３０の膜厚を高精度に調整でき、導光板２０発光面の広い面積において均一な膜を容易に形成できる。特に、従来のマスク印刷やシルクスクリーン印刷等に比べて生産性が高い上、より高精度な膜厚の制御が可能である上、任意の印字パターンの形成も可能である。また、波長変換シートを導光板２０表面に接着する工程も不要にできる。加えて、極微粒子であるナノ蛍光体４０を使用することで、産業用インクジェットプリンタを使用する際に問題となるノズルの目詰まりも回避できる。
【００６７】
また、産業用インクジェットプリンタＩＪを使用することで、波長変換層３０を必要な部位にのみ形成できる。例えば図８（ａ）に示すように発光面全面に均一に塗布して波長変換層３０を形成する他、図８（ｂ）に示すようにストライプ状とする等任意のパターンに波長変換層３０を形成したり、あるいは図８（ｃ）に示すように文字パターンに形成することもできる。また数字や英文字の他、ロゴやマーク、図形等任意の意匠を形成できる。また種類の異なる蛍光体４０を複数用いて任意のパターン（および色）を形成することができる。例えば、ＲＧＢ（赤、緑、青）の各蛍光体４０をドット状に配置することで任意の発光を得ることができる。また必要な部分にのみ色変換シートを形成することで、色変換層を構成する部材を節約できる効果も得られる。加えて、インクジェット印刷を使用することにより、少量他品種の生産にも対応できる。
【００６８】
さらに、産業用インクジェットプリンタＩＪを利用したインクジェット塗布を利用して、例えば蛍光体を含有しない樹脂を先に塗布して、その後蛍光体４０を含有する樹脂３１を塗布することにより、色変換シートの一部領域にのみ蛍光体４０を含有させることも容易に実現できる。
（色度調整機能）
【００６９】
加えて、インクジェット塗布を利用して色度調整を行うこともできる。すなわち、製造工程中に発光検査を行い、例えば色度が不均一な部位に蛍光体４０を追加的に塗布することで、全域にわたって均一な色度が得られるように調整することができる。この様子を図７〜図１０に基づいて説明する。まず、図７に示すように導光板２０の発光面側に蛍光体４０を含む樹脂３１をインクジェット塗布して塗布面を形成する。その後、図９に示すように、導光板２０の入射面側に発光素子１０を配置し、発光検査を行って、導光板２０発光面における部位毎の分光分布を測定する。また必要に応じて、発光強度、発光方位等も測定できる。この測定結果から、部分的に色度にむらが生じている部位を抽出し、図１０に示すように追加的にインクジェット塗布を行い、色度調整を行う。また、必要に応じて再度発光検査を行い、さらにインクジェット塗布を繰り返すこともできる。このようにして、発光装置毎に色度むらを調整した、均一な色度の面状発光装置を得ることができる。また一方で、意図的に部位毎の色度を変化させることも可能であることはいうまでもない。さらに、所望の色調が得られるように、発光色調を是正することもできる。
【００７０】
以上のように波長変換層３０を、蛍光体４０の塗布量を発光面の輝度と分光分布に応じて調整可能とし、工程中で発光色度を確認して塗布量を調整することで、励起光の波長差等を原因とする光源の色度ばらつきを抑制することができる。
【００７１】
また、部位毎の色度むら調整の他、面状発光装置毎の色度の変化を調整することもできる。すなわち、青色ＬＥＤでは素子毎の発光波長のばらつきがあることが知られており、波長変換層３０を発光素子１０の波長に応じて調整することで、素子毎の個体差を補正し、一定の輝度及び分光分布に調整された均質な面状発光装置を得ることができる。このように、ナノ蛍光体４０をインクジェット塗布することで、輝度及び分光分布調整や個体差の調整等も可能となり、極めて高精度で高品質な面状発光装置を得ることができる。
【００７２】
上記の例では、波長変換層を導光板上面に塗布形成した樹脂製の色変換シートで構成したが、例えば色変換シートを別部材で構成して導光板の発光面に接着する構成とし、この色変換シート上に蛍光体を塗布して塗布層を形成し、塗布層で波長変換する構成とすることもできる。この構成では部品点数が増える上、色変換シートと導光板を接着する作業が必要となる。
【００７３】
このように、インクジェット塗布又はインクジェット印刷により、既存の導光板を利用して表面に容易に波長変換層を形成できるので、既存の製品に対して安価に高精度な波長変換機能を付加できる。あるいは、既存のＹＡＧ等の蛍光体を含有した色変換シート上に、追加的に蛍光体を塗布して素子毎に色度を調整することもでき、既存の設備を利用しつつ、より高品質な面状発光装置を実現できる。
（実施の形態２）
【００７４】
以上の面状発光装置１００は、導光板２０上に一の色変換層を形成した例を説明した。ただ、色変換層は複数層設けることもできる。例えば実施の形態２として図１１に示す面状発光装置２００では、導光板２０上に第１の蛍光体４１を分散させた第１の色変換層３２と、第１の蛍光体４１と異なる第２の蛍光体４２を分散させた第２の色変換層３４を備えている。この構成では、発光素子１０の光を導光板２０を介して第１の色変換層３２に入射させて第１の蛍光体４１で長波長に波長変換し、さらに第２の色変換層３４に入射させて第２の蛍光体４２でさらに長波長に波長変換させて出力する。これにより、第１の色変換層３２と第２の色変換層３４により２つの波長変換が実現され、３色以上の混色が実現でき、より表現力のある発光色を出力できる。例えばＲＧＢ成分を有するいわゆる３波長タイプや、赤色を加味した電球色などの白色光源が実現できる。また必要に応じて色変換層を３層以上設けることもできる。
【００７５】
また、異なる蛍光体を混合せず個別の色変換層に分離することで、蛍光体による光の吸収を回避し、より高輝度の発光を得ることができる。さらに従来の２層構造では、例えば導光板上に黄色蛍光体、さらにその上に赤色蛍光体を塗布していたため、黄色の蛍光が赤色蛍光体で吸収されて出力が低下する問題があった。これに対して、上記実施の形態２に係る構成では、導光板の上に、発光素子の発光波長よりも長い第１の波長の光に波長変換する第１の色変換層と、さらに第１の色変換層の上に、導光板から第１の色変換層を透過して出力される光を、発光素子の発光波長よりも長くかつ第１の波長よりも短い第２の波長の光に変換する第２の色変換層とを設けている。これによって、異なる蛍光体による２段階の励起よりも発光素子からの光を中心に波長変換することができ、従来の２層構造よりも発光効率を改善できる。例えば、発光素子として青色ＬＥＤを光学的に接続した導光板上に、第１の色変換層を構成する第１の蛍光体として赤色蛍光体、第２の色変換層を構成する第２の蛍光体として黄色蛍光体を順に塗布しているので、黄色蛍光体が赤色蛍光を殆ど吸収せず、従来の黄色、赤色の順で積層された２層構造に比べて高い光出力を得ることができる。
（実施の形態３）
【００７６】
上記の例では導光板と色変換層を別部材で構成したが、これらを同一の部材で構成することもできる。すなわち、実施の形態３として図１２に示す面状発光装置３００では、導光板２０Ｂにナノ蛍光体４０を含有、分散させて、色変換機能を持たせることもできる。これにより、予め導光板２０Ｂに蛍光体４０を含有させることで、発光素子１０からの光をレイリー散乱の効果により隅々にまで導光することができ、輝度および分光分布のムラを抑制することができる。さらに、作業時間も短縮できる。また異なる２層を設ける必要が無く生産工程の作業性が向上する上、コスト的にも有利となる。
（実施の形態４）
【００７７】
一方、このような色変換層兼導光板２０Ｂに、さらに別途色変換層を設けることもできる。実施の形態４に係る面状発光装置４００として図１３に示すように、色変換層兼導光板２０Ｂの発光面側に、異なる蛍光体４０、４１を塗布あるいは分散させた第２の色変換層３４として色変換シートをインクジェット塗布により形成できる。これによって、より表現力のある発光を出力可能な面状発光装置が得られる。
（実施の形態５）
【００７８】
上記の例では、導光板の端面を発光素子からの発光を入射する入射面とし、この入射面から入射される入射光を垂直方向に屈曲させて発光面から出力する構成について説明した。ただ、本発明はこの形態に限られず、導光板の他の面を入射面として利用できる。例えば、実施の形態５として図１４に示す面状発光装置７００では、導光板２０Ｃの主面の一方を入射面とし、その対向面を発光面としている。この構成であれば、導光板２０Ｃに案内された光を反射或いは散乱させて直交あるいは交差する方向に強制的に屈曲させる必要がないため、屈曲による損失を低減してより高効率、高出力の発光を得ることができる。半面、導光板２０Ｃの厚さ方向のサイズが増すため、面状発光装置の薄型化の障害となる。
【００７９】
具体的には、導光板２０Ｃの背面側に発光素子を配置する。図１４の例ではＬＥＤチップ１１Ｃを複数離間させて配置している。導光板２０Ｃの背面には反射部材を設けず、発光素子の発光を案内する入射面とする。入射面から案内される入射光は、対向面の発光面側に直接案内される。また、発光面を面状発光とするために、導光板２０Ｃには適宜散乱部材を設ける。例えば導光板２０Ｃを構成する樹脂に微粒子状の散乱剤を混入させたり、あるいは又はこれに加えて入射面側に凹凸を設けて散乱面とする。これにより、入射面から案内されて直進する光が散乱部材で散乱されて面状光に変換されて、発光面側から取り出される。特に、光の進行方向を大きく変更させず、概ね進行方向に取り出されるため、光損失の少ない高輝度の面状発光装置を得ることができる。また、光の進行方向を折曲させる必要がないので、導光板２０Ｃをテーパ状に形成する必要もない。
【００８０】
このように本発明によれば、特に発光素子であるＬＥＤからの発光を波長変換して発光する蛍光体を有する面光源において、発光強度、発光方位、色調むら、色調ばらつき、量産性を改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の面状発光装置及びその製造方法は、照明光源、ディスプレイ、バックライト光源、光通信やＯＡ機器の光源、信号機、照光式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等の光源として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る面状発光装置を示す模式断面図である。
【図２】発光素子として砲弾型のＬＥＤを示す模式断面図である。
【図３】ＬＥＤチップの周囲に蛍光体を配置した砲弾型の発光装置を示す模式断面図である。
【図４】図３のＬＥＤチップが発する光の経路を示す模式断面図である。
【図５】散乱体の粒子径によって散乱モードが変化する様子を示す模式図である。
【図６】レイリー散乱の散乱角θ毎の反射光の強度Ｉを正規化したグラフである。
【図７】産業用インクジェットプリンタで導光板表面に蛍光体を塗布して波長変換層を形成する様子を示す模式断面図である。
【図８】発光面に所望のパターンで波長変換層を形成する例を示す平面図である。
【図９】発光検査を行って導光板発光面における部位毎の色度を測定する様子を示す模式断面図である。
【図１０】追加的にインクジェット塗布を行い色度調整を行う様子を示す模式断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る面状発光装置を示す模式断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る面状発光装置を示す模式断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る面状発光装置を示す模式断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係る面状発光装置を示す模式断面図である。
【図１５】従来の面状発光光源の（ａ）模式的斜視図及び（ｂ）その断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１００、２００、３００、４００、７００…面状発光装置
５００…砲弾型の発光装置
１０…発光素子
１１、１１Ｃ…ＬＥＤチップ
１２…第１のリード
１３…第２のリード
１４…ワイヤ
１５…カップ
１６…樹脂
２０、２０Ｂ、２０Ｃ…導光板
２２…反射材
３０…波長変換層
３１…樹脂
３２…第１の色変換層
３４…第２の色変換層
４０…蛍光体
４１…第１の蛍光体
４２…第２の蛍光体
４３…蛍光体
６００…面状発光光源
６１０…発光素子
６２０…導光板
６２２…反射板
ＩＪ…産業用インクジェットプリンタ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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