(57)【要約】【課題】発光素子から出射した光の光色変換部材による損失を抑制し、供給エネルギに対する発光輝度を従来構成よりも高めた発光装置を提供する。【解決手段】青色発光ダイオードからなる発光素子１の正面を発光面１ａとし、発光素子１から出射した光束が通過するように発光素子１を覆う形で光色変換部材２が設けられる。光色変換部材２は充実体であって発光素子１から出射した光束により励起され黄色に発光する蛍光体を透光性材料に分散させてある。光色変換部材２における蛍光体の濃度は、発光素子１から離れ光色変換部材２の出射面２ａに近付くほど高くなる。発光素子１の発光色と蛍光体の発光色との混色光として白色光が得られる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正面を発光面とした発光素子と、発光素子から出射した光束が通過するように発光素子を覆う充実体であって発光素子から出射した光束により励起され発光素子の発光色とは異なる発光色で発光する蛍光体を透光性材料に分散させた光色変換部材とを備え、光色変換部材は発光素子から離れ出射面に近付くほど蛍光体の濃度が高くなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記光色変換部材は、前記発光素子の発光面の中心に立てた法線を中心軸とし光を出射する向きに凸となった回転体であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードや有機ＥＬを発光素子に用い、発光素子の発光色とは異なる光色の光を取り出す発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光ダイオードあるいは有機ＥＬを発光素子として用い、発光素子からの出射光により励起される蛍光体を透光性材料に分散させた光色変換部材を設けることによって、発光素子の発光色と蛍光体の発光色とを混色した光を取り出すようにした発光装置が提案されている。この種の発光装置に用いる光色変換部材としては、内部が充実した充実体に濃度分布が均一になるように蛍光体を分散させたものがある。また、光色変換部材は発光素子から出射した全光束が光色変換部材を通過するように配置される。
【０００３】
たとえば、発光素子として青色発光ダイオードを用い、光色変換部材に用いる蛍光体としては青色光により励起され黄色に発光するものを用いることにより、青色と黄色との混色光として白色光を取り出すようにした発光装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２００５−２１６８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光色変換部材が充実体であって内部に蛍光体が分散されている場合に、発光素子から出射した光子や、蛍光体から発生した光子は、蛍光体に衝突することによって散乱する。蛍光体の濃度が高い部位では、散乱する確率が高くなるから、光色変換部材から取り出せる光量が減少する。つまり、供給エネルギに対する発光輝度が低くなる。一方、蛍光体の濃度を低くすれば散乱による光の損失は低減するが、蛍光体による色変換の確率も低減するから、所望の光色が得られなくなる可能性がある。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、発光素子から出射した光の光色変換部材による損失を抑制し、供給エネルギに対する発光輝度を従来構成よりも高めた発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、正面を発光面とした発光素子と、発光素子から出射した光束が通過するように発光素子を覆う充実体であって発光素子から出射した光束により励起され発光素子の発光色とは異なる発光色で発光する蛍光体を透光性材料に分散させた光色変換部材とを備え、光色変換部材は発光素子から離れ出射面に近付くほど蛍光体の濃度が高くなることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、発光素子から離れ出射面に近付くほど蛍光体の濃度を高くしているのであって、光色変換部材の出射面付近における蛍光体の濃度を高めているから、光色変換部材の表面から離れた内部では光が散乱する確率は低くなる。つまり、発光素子から出射され光色変換部材の内部を通る光子はあまり散乱されることなく光色変換部材の表面（出射面）付近に到達し、光色変換部材の表面付近に高濃度に存在する蛍光体に衝突することになる。光色変換部材の表面付近には蛍光体が高い濃度で存在しているから、発光素子から出射した光子により蛍光体が励起される確率が高くなり、所望の光色が得られることになる。すなわち、発光素子から放射された光と蛍光体を励起することにより得られる光との混色光により所望の光色が得られるようにしながらも、光色変換部材の内部での損失を従来構成よりも低減することができ、供給エネルギに対する発光輝度が従来構成よりも高い発光装置を提供することができる。なお、この発光装置は照明用の光源のほか各種用途に用いることができる。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記光色変換部材が、前記発光素子の発光面の中心に立てた法線を中心軸とし光を出射する向きに凸となった回転体であることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、光色変換部材が発光素子の発光面の中心に立てた法線の回りで対称性を有しているから、発光素子から出射された光が光色変換部材の内部を均等に通過し、結果的に色むらのない均質な光が得られる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の構成によれば、発光素子から離れ出射面に近付くほど蛍光体の濃度を高くしているのであって、光色変換部材の出射面付近における蛍光体の濃度を高めているから、光色変換部材の表面から離れた内部では光が散乱する確率は低くなる。つまり、発光素子から出射され光色変換部材の内部を通る光子はあまり散乱されることなく光色変換部材の表面（出射面）付近に到達し、光色変換部材の表面付近に高濃度に存在する蛍光体に衝突することになる。光色変換部材の表面付近には蛍光体が高い濃度で存在しているから、発光素子から出射した光子により蛍光体が励起される確率が高くなり、所望の光色が得られることになる。すなわち、発光素子から放射された光と蛍光体を励起することにより得られる光との混色光により所望の光色が得られるようにしながらも、光色変換部材の内部での損失を従来構成よりも低減することができ、供給エネルギに対する発光輝度が従来構成よりも高い発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施形態は、図１に示すように、板状ないしシート状に形成された発光素子１と、発光素子１から出射された光により励起される蛍光体を透光性材料に分散させた光色変換部材２とを絶縁材料からなるベース３に装着した構造を有する。
【００１２】
発光素子１は、板状ないしシート状であればよく、本実施形態では青色発光ダイオードを想定しているが、他色の発光ダイオードあるいは有機ＥＬなどを用いることも可能である。本実施形態で用いる発光素子１は、厚み方向に直交する正面（つまり、もっとも面積の大きい面）が主として光を出射する発光面１ａであって、比較的大きな発光面１ａを有している。ただし、発光面１ａ以外の面からも若干の光は出射される。
【００１３】
光色変換部材２は、合成樹脂からなる透光性材料により形成される。光色変換部材２の内部は充実しており、内部には蛍光体が分散されている。光色変換部材２は全体としては一面が平面状である回転体であり、たとえば半球状に形成される。また、光色変換部材２は回転体としての中心軸（つまり、平面の中心に直交する軸）が、発光素子１の発光面１ａの中心に立てた法線Ｎに一致するように配置される。したがって、光色変換部材２は、光を出射する向きに凸となった出射面２ａを有することになる。ここに、発光素子１は発光面１ａである正面だけではなく側面からも光を出射するから、発光素子１から出射するすべての光束を光色変換部材２に通すために、光色変換部材２に発光素子１を埋入するのが望ましい。
【００１４】
本実施形態では、光色変換部材２から白色光を取り出すことを想定しており、発光素子１に青色発光ダイオードを用いているから、光色変換部材２に分散した蛍光体としては青色光で励起され黄色に発光する蛍光体を用いる。この組合せによって、補色関係である青色と黄色の混色として白色を得ることができる。なお、他の補色関係で白色光を得ることが可能であり、また発光素子１として紫外光を発生するものを用い、発光色が白色である蛍光体を用いることも可能である。
【００１５】
発光素子１と光色変換部材２とは、セラミックスのような耐熱性を有する絶縁材料で形成されたベース３に装着される。ベース３の一面には収納凹所３ａが形成されており、収納凹所３ａの底面に発光素子１が配置される。ここに、収納凹所３ａの開口形状は円形が望ましく、円形以外を採用する場合には正多角形となるように形成する。また、発光素子１は発光面１ａの中心に立てた法線Ｎが収納凹所３ａの底面の中心を通るように配置する。収納凹所３ａの内周面は、底面から開口面に向かって断面積を大きくするように傾斜した反射面３ｂであって、光色変換部材２から出射した光のうち収納凹所３ａの開口面から直接出射しない光を反射して開口面に向かわせるようにしてある。収納凹所３ａの開口面には必要に応じて透光性材料からなる保護カバー（図示せず）が配置される。
【００１６】
ところで、本実施形態では、光色変換部材２の内部に分散させた蛍光体の濃度は均一ではなく、図２に示すように、光色変換部材２において発光素子１から離れ出射面２ａに近い部位ほど蛍光体の濃度が高くなるように濃度分布を持たせている。要するに、発光素子１からの距離が遠いほど蛍光体の濃度を高めている。さらに言い換えると、光色変換部材２の出射面２ａから中心（発光素子１の発光面１ａの中心付近）に向かって蛍光体の濃度が低下する。濃度は出射面２ａからの距離とは線形関係ではなく、出射面２ａに近付くと急速に濃度が高くなるような非線形関係に設定してある。
【００１７】
光色変換部材２における蛍光体の濃度分布を上述のように設定することにより、発光素子２から出射された光子は、光色変換部材２の内部において蛍光体にほとんど衝突することなく光色変換部材２の出射面２ａに近い領域まで到達し、その後、光色変換部材２の出射面２ａの近傍領域において高い確率で蛍光体と衝突することになる。その結果、光色変換部材２の出射面２ａ付近において蛍光体が励起され、蛍光体で光が発生する。蛍光体で発生した光子は出射面２ａからただちに取り出されるから、蛍光体に衝突して散乱することによる損失が軽減される。また、発光素子２から出射された光子は、光色変換部材２の内部において散乱する確率が従来構成よりも低くなり、光色変換部材２の出射面２ａの近傍領域に到達することができるから、このことによっても光色変換部材２から取り出される光束が従来構成よりも増加する。つまり、光色変換部材２の内部での損失が低減され、供給エネルギに対して高い発光輝度を得ることができる。
【００１８】
一方、光色変換部材２の出射面２ａの近傍領域には蛍光体が高い濃度で存在しているから、発光素子１から出射した光子は高い確率で蛍光体に衝突し、光色（波長）が変換されることになる。つまり、発光素子１から出射された光と蛍光体で変換された光との混色光を光色変換部材２から取り出すことができる。なお、蛍光体を分散させていることにより光色変換部材２には拡散透過性が付与されるから、光色変換部材２の混色性が高められており、色むらの少ない白色光を得ることができる。また、光色変換部材２は、発光素子１の発光面１ａの中心に立てた法線Ｎを回転軸とした回転体であって、回転軸の回りで対称性を有しているから、発光素子１から出射された光はどの方向においても光色変換部材２の内部を同様の経路で通過することになる。このことによっても、光色変換部材２からは色むらのない均質な光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態を示す概略断面図である。
【図２】同上に用いる光色変換部材での蛍光体濃度を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  発光素子
１ａ  発光面
２  光色変換部材
２ａ  出射面
３  ベース
３ａ  収納凹所
３ｂ  反射面
Ｎ  法線
【図１】
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【図２】
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