JP2011107508A - Phosphor filter, method of manufacturing the same, and lamp - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光体フィルタ、蛍光体フィルタの製造方法およびランプに関し、発光素子の光出射側に配置され、発光素子の出射した光を、視野角にかかわらず均一で色むらのない光として効率よく取り出すことができる蛍光体フィルタおよびその製造方法、並びにその蛍光体フィルタを備えたランプに関する。 The present invention relates to a phosphor filter, a method for manufacturing the phosphor filter, and a lamp, and is arranged on the light emitting side of the light emitting element, and the light emitted from the light emitting element is efficiently converted into light that is uniform and has no color unevenness regardless of the viewing angle. The present invention relates to a phosphor filter that can be taken out well, a manufacturing method thereof, and a lamp including the phosphor filter.
発光ダイオード(LED)素子などの発光素子を備えたランプとして、発光素子から出射される光を波長変換して、発光素子から出射される光と異なる波長の光を放射するものがある。
具体的には、青色光を出射する発光ダイオードなどの発光素子を備え、発光素子から出射された青色光の一部を蛍光体により波長変換し、蛍光体からの発光と波長変換されなかった青色光との混色により、白色光が出射されるようにしたランプなどがある。しかしながら、このようなランプにおいては、以下に示すように、発光素子の出射した光を、色みのない白色光として効率よく取り出すことは、困難であった。
Some lamps including a light emitting element such as a light emitting diode (LED) element convert the wavelength of light emitted from the light emitting element and emit light having a wavelength different from that of the light emitted from the light emitting element.
Specifically, a light emitting element such as a light emitting diode that emits blue light is provided, and a part of the blue light emitted from the light emitting element is wavelength-converted by the phosphor, and the light emitted from the phosphor and blue that has not been wavelength-converted There are lamps that emit white light by color mixing with light. However, in such a lamp, as described below, it is difficult to efficiently extract the light emitted from the light emitting element as white light having no color.
すなわち、蛍光体は、青色光の波長を変換させるものであるので、蛍光体の量が少ないと、波長変換されずに出射される青色光の割合が多くなり、ランプから出射される光が青色光となってしまう。しかし、蛍光体の量を増やすと、蛍光体で変換された光が他の蛍光体で繰り返し屈折・反射してランプの外に取り出せなくなる光の量が多くなり、発光素子の出射した光を効率よく取り出すことができなくなってしまう。
また、蛍光体で波長変換された光は蛍光体から全方位に出射されるため、直接光を取り出すことのできない方向にも出射されてしまう。このような光は、リードフレームやパッケージのケース樹脂、LED素子等、LEDランプ内部に向かって進み、そこでランプ外に向かって反射された光のみしか出射されないので、出射光が減衰してしまう。
That is, since the phosphor converts the wavelength of blue light, if the amount of the phosphor is small, the proportion of blue light emitted without wavelength conversion increases, and the light emitted from the lamp is blue. It becomes light. However, increasing the amount of phosphor increases the amount of light that is converted by the phosphor and refracted and reflected repeatedly by other phosphors and cannot be taken out of the lamp. It will not be possible to take out well.
In addition, since the light whose wavelength has been converted by the phosphor is emitted from the phosphor in all directions, it is also emitted in a direction in which the light cannot be directly extracted. Such light travels toward the inside of the LED lamp, such as the lead frame, the case resin of the package, and the LED element, where only the light reflected toward the outside of the lamp is emitted, and thus the emitted light is attenuated.
この問題を解決するために、青色光を透過して蛍光体で変換された変換光を反射するダイクロイックフィルタと、ダイクロイックフィルタの発光素子と反対側に設けられ、蛍光体によって青色光を変換光に波長変換する蛍光体層とを介して、発光素子から出射された青色光を白色光として出射させる技術がある。
例えば、特許文献1には、発光中心波長が470nmであるLED素子と、蛍光体に光が照射されることによって変換光を放射するガラス封止部の蛍光体層と、青色光を透過して変換光を反射することにより蛍光体から放射された光のガラス封止部への再入射を防ぐダイクロイックフィルタとを備える半導体発光素子が記載されている。
また、特許文献2〜特許文献5にも、蛍光体と、青色光を透過して変換光を反射するダイクロイックフィルタとを用いる技術が提案されている。
In order to solve this problem, a dichroic filter that transmits blue light and reflects the converted light converted by the phosphor and a dichroic filter on the side opposite to the light emitting element are provided. There is a technique for emitting blue light emitted from a light emitting element as white light through a phosphor layer for wavelength conversion.
For example,
青色光を透過して変換光を反射するダイクロイックフィルタと、ダイクロイックフィルタの発光素子と反対側に設けられ、蛍光体によって青色光を変換光に波長変換する蛍光体層とを介して、発光素子から出射された青色光を白色光として出射させる場合、蛍光体に全反射されて得られた変換光のうち、蛍光体層から発光素子側に進む変換光をダイクロイックフィルタによって反射させて、蛍光体層に戻すことができる。したがって、蛍光体に全反射されて得られた変換光のうち蛍光体層から発光素子側に進む変換光をなくすことができ、発光素子の出射した光を効率よく取り出すことができる。また、蛍光体層から発光素子側に進む変換光を蛍光体層に戻すことにより、ランプの外に取り出せる変換光の量を多くできるので、蛍光体層に含まれる蛍光体の量を少なくすることができる。よって、蛍光体で変換された変換光が他の蛍光体で繰り返し屈折・反射してランプの外に取り出せなくなる光の量を少なくすることができ、発光素子の出射した光を効率よく取り出すことができる。 From the light emitting element through a dichroic filter that transmits blue light and reflects converted light, and a phosphor layer that is provided on the opposite side of the light emitting element of the dichroic filter and converts the wavelength of blue light into converted light by the phosphor. When emitting the emitted blue light as white light, among the converted light obtained by being totally reflected by the phosphor, the converted light traveling from the phosphor layer to the light emitting element side is reflected by the dichroic filter, and the phosphor layer Can be returned to. Therefore, of the converted light obtained by being totally reflected by the phosphor, the converted light traveling from the phosphor layer to the light emitting element side can be eliminated, and the light emitted from the light emitting element can be efficiently extracted. Also, by returning the converted light traveling from the phosphor layer to the light emitting element side to the phosphor layer, the amount of converted light that can be extracted out of the lamp can be increased, so the amount of phosphor contained in the phosphor layer can be reduced. Can do. Therefore, it is possible to reduce the amount of light that the converted light converted by the phosphor is repeatedly refracted and reflected by other phosphors and cannot be taken out of the lamp, and the light emitted from the light emitting element can be efficiently extracted. it can.
また、特許文献6には、クロスダイクロイックプリズムを構成する青色光反射膜として、青色光のみを反射し、他の波長の光を透過する誘電体多層膜が記載されている。
また、特許文献7には、クロスダイクロイックプリズムを構成するダイクロイックフィルタ膜として、青色、例えば、波長が525nmの光を反射する誘電体多層膜が記載されている。
Patent Document 6 describes a dielectric multilayer film that reflects only blue light and transmits light of other wavelengths as a blue light reflecting film constituting a cross dichroic prism.
また、特許文献1の図6には、ケースに実装される発光部と、ケースの開口部を覆うとともにRGB蛍光体を含有した蛍光体層が積層された、可視光を透過し、紫外光を反射するダイクロイックフィルタとを有し、発光部が、光源としての紫外光LED素子と、紫外光を透過し、可視光を反射するダイクロイックフィルタとを有するLEDランプが記載されている。
さらに、特許文献1には、紫外光LED素子を青色光LED素子とし、RGB蛍光体を黄色蛍光体として白色光を外部放射させる構成が記載されている。
Further, in FIG. 6 of
Furthermore,
特許文献1の図6に記載の技術では、光源光である紫外光を透過し、可視光を反射するダイクロイックフィルタを、RGB蛍光体を含有した蛍光体層よりも光源側に配し、蛍光体層の光出射側に、紫外光を反射し、可視光を透過させるダイクロイックフィルタを配置しているので、蛍光体層から光源側に進む可視光を蛍光体層に戻してLEDランプの外に取り出せる可視光の量を多くできるとともに、RGB蛍光体に変換されなかった紫外光を蛍光体層に戻して再び蛍光体層内を通過させることで、効率よく波長変換させることができ、蛍光体層に含まれるRGB蛍光体の量を少なくすることができる。
In the technique described in FIG. 6 of
しかしながら、青色光を透過し、蛍光体で変換された変換光を反射するダイクロイックフィルタと、ダイクロイックフィルタの発光素子と反対側に設けられ、蛍光体によって青色光を変換光に波長変換する蛍光体層とを介して、発光素子から出射された青色光を白色光として出射させる場合、発光素子から出射されて蛍光体に波長変換されなかった青色光はそのまま出射される。このため、蛍光体の量が少ないと、波長変換されずに出射される青色光の割合が多くなり、ランプから出射される光が青みがかった色になってしまう。このため、ダイクロイックフィルタを備える場合、ダイクロイックフィルタを備えていない場合よりも蛍光体の量を少なくすることはできるが、削減可能な蛍光体の量はわずかであった。よって、蛍光体の量をより一層少なくして、発光素子の出射した光をより一層効率よく取り出すことが要求されていた。 However, a dichroic filter that transmits blue light and reflects the converted light converted by the phosphor, and a phosphor layer that is provided on the side opposite to the light emitting element of the dichroic filter and converts the wavelength of the blue light into converted light by the phosphor. When the blue light emitted from the light emitting element is emitted as white light via the blue light, the blue light emitted from the light emitting element and not wavelength-converted to the phosphor is emitted as it is. For this reason, when the amount of the phosphor is small, the ratio of blue light emitted without wavelength conversion increases, and the light emitted from the lamp becomes a bluish color. For this reason, when the dichroic filter is provided, the amount of the phosphor can be reduced as compared with the case where the dichroic filter is not provided, but the amount of the phosphor that can be reduced is small. Therefore, it has been required to reduce the amount of the phosphor further and to extract the light emitted from the light emitting element more efficiently.
また、光源光である紫外光を透過し、可視光を反射するダイクロイックフィルタを、RGB蛍光体を含有した蛍光体層よりも光源側に配し、蛍光体層の光出射側に、紫外光を反射し、可視光を透過させるダイクロイックフィルタを配置する特許文献1に記載の技術においては、紫外光LED素子を用いて高出力の光源光を得ることは困難であるため、高出力のLEDランプが得られなかった。また、特許文献1に記載の技術においては、光源光として発光波長が短く高エネルギーである紫外光を用いているため、封止樹脂などのLEDランプを形成している材料を劣化させやすく、光源光として紫外光を用いないLEDランプと比較して寿命が短いという問題があった。
In addition, a dichroic filter that transmits ultraviolet light, which is light source light, and reflects visible light is arranged on the light source side of the phosphor layer containing RGB phosphors, and ultraviolet light is emitted on the light emitting side of the phosphor layer. In the technique described in
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、発光素子の出射した光を、視野角にかかわらず均一で色むらのない光として効率よく取り出すことができる蛍光体フィルタおよびその製造方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、本発明の蛍光体フィルタを備え、発光素子の出射した光を、視野角にかかわらず均一で色むらのない光として効率よく取り出すことができるランプを提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a phosphor filter that can efficiently extract light emitted from a light-emitting element as uniform, non-uniform color light regardless of the viewing angle, and a method for manufacturing the same. The task is to do.
Another object of the present invention is to provide a lamp that includes the phosphor filter of the present invention and can efficiently extract light emitted from a light-emitting element as uniform and non-uniform light regardless of the viewing angle. To do.
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、第1可視光を透過させるとともに、前記第1可視光より波長の長い第2可視光を反射させる第1ダイクロイックフィルタと、第1ダイクロイックフィルタ上に積層され、前記第1可視光を前記第2可視光に波長変換する蛍光体を含む蛍光体層と、蛍光体層の前記第1ダイクロイックフィルタと反対側に積層され、厚み方向に進む前記第1可視光を反射させるとともに、前記第2可視光を透過させる第2ダイクロイックフィルタとを介して、発光素子から出射された光を出射させることにより、発光素子の出射した光を効率よく取り出すことができることを見出した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has made extensive studies. As a result, a first dichroic filter that transmits the first visible light and reflects the second visible light having a longer wavelength than the first visible light, and a first dichroic filter are stacked, and the first visible light is A phosphor layer containing a phosphor for wavelength conversion into second visible light; and a layer on the opposite side of the phosphor layer from the first dichroic filter to reflect the first visible light traveling in the thickness direction and the second It has been found that the light emitted from the light emitting element can be efficiently extracted by emitting the light emitted from the light emitting element through the second dichroic filter that transmits visible light.
本発明者は、上記課題を解決するために、さらに鋭意検討を重ねた。その結果、第2ダイクロイックフィルタの蛍光体層と反対側に光散乱層を設け、発光素子から出射された光を、第1ダイクロイックフィルタと蛍光体層と第2ダイクロイックフィルタと光散乱層とを介して出射させるものとし、第2ダイクロイックフィルタを透過した厚み方向に進む垂直光と、垂直光に対して傾斜する方向に進む第2ダイクロイックフィルタを透過した斜め光とを、光散乱層によって透過させつつ散乱させて混合させることで、発光素子の出射した光をより一層効率よく取り出すことができるとともに、色むらを効果的に防止できることを見出し、本発明を完成した。即ち、本発明は以下に関する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has further studied earnestly. As a result, a light scattering layer is provided on the opposite side of the phosphor layer of the second dichroic filter, and light emitted from the light emitting element is passed through the first dichroic filter, the phosphor layer, the second dichroic filter, and the light scattering layer. The light scattering layer transmits the vertical light transmitted through the second dichroic filter in the thickness direction and the oblique light transmitted through the second dichroic filter traveling in the direction inclined with respect to the vertical light while being transmitted by the light scattering layer. It was found that by scattering and mixing, the light emitted from the light emitting element can be extracted more efficiently and color unevenness can be effectively prevented, and the present invention has been completed. That is, the present invention relates to the following.
(1) 第1可視光を透過させるとともに、前記第1可視光より波長の長い第2可視光を反射させる第1ダイクロイックフィルタと、前記第1ダイクロイックフィルタ上に積層され、前記第1可視光を前記第2可視光に波長変換する蛍光体を含む蛍光体層と、前記蛍光体層の前記第1ダイクロイックフィルタと反対側に積層され、厚み方向に進む前記第1可視光を反射させるとともに、前記第2可視光を透過させる第2ダイクロイックフィルタと、前記第2ダイクロイックフィルタの前記蛍光体層と反対側に積層され、前記第2ダイクロイックフィルタを出射した出射光を透過させつつ散乱させる光散乱層とが一体化されていることを特徴とする半導体発光素子用の蛍光体フィルタ。 (1) A first dichroic filter that transmits first visible light and reflects second visible light having a wavelength longer than that of the first visible light; and a first dichroic filter that is stacked on the first dichroic filter. A phosphor layer containing a phosphor that converts the wavelength to the second visible light; and a layer opposite to the first dichroic filter of the phosphor layer, and reflects the first visible light traveling in the thickness direction, and A second dichroic filter that transmits second visible light; and a light scattering layer that is stacked on the opposite side of the phosphor layer of the second dichroic filter and that scatters while transmitting the emitted light emitted from the second dichroic filter. A phosphor filter for a semiconductor light emitting device, characterized in that is integrated.
(2) 前記第2ダイクロイックフィルタと前記第1ダイクロイックフィルタのいずれか一方または両方が、低屈折率膜と、前記低屈折率膜よりも屈折率の高い高屈折率膜とを交互に複数積層してなる誘電体多層膜からなるものであることを特徴とする(1)に記載の蛍光体フィルタ。
(3) 前記蛍光体が、前記蛍光体層の一方の面側に偏在していることを特徴とする(1)または(2)に記載の蛍光体フィルタ。
(4) 前記第1可視光は、400nm〜500nmの範囲内にピーク波長を有するものであり、前記第2可視光は、500nm〜800nmの範囲内にピーク波長を有するものであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の蛍光体フィルタ。
(2) One or both of the second dichroic filter and the first dichroic filter are alternately stacked with a plurality of low refractive index films and high refractive index films having a higher refractive index than the low refractive index film. The phosphor filter according to (1), which is made of a dielectric multilayer film.
(3) The phosphor filter according to (1) or (2), wherein the phosphor is unevenly distributed on one surface side of the phosphor layer.
(4) The first visible light has a peak wavelength in a range of 400 nm to 500 nm, and the second visible light has a peak wavelength in a range of 500 nm to 800 nm. The phosphor filter according to any one of (1) to (3).
(5) 前記光散乱層が、複数の凹凸を有する樹脂フィルムからなることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の蛍光体フィルタ。
(6) 前記複数の凹凸が、前記光散乱層の前記第2ダイクロイックフィルタと反対側の面にのみ形成されていることを特徴とする(5)に記載の蛍光体フィルタ。
(7) 前記光散乱層が、樹脂基材と、前記樹脂基材と一体化された前記樹脂基材と屈折率の異なる複数の粒子とを含む樹脂フィルムからなることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の蛍光体フィルタ。
(8) 前記光散乱層が、複数の気泡を含む樹脂フィルムからなることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の蛍光体フィルタ。
(5) The phosphor filter according to any one of (1) to (4), wherein the light scattering layer is made of a resin film having a plurality of irregularities.
(6) The phosphor filter according to (5), wherein the plurality of irregularities are formed only on a surface of the light scattering layer opposite to the second dichroic filter.
(7) The light scattering layer is made of a resin film including a resin base material, and a plurality of particles having different refractive indexes from the resin base material integrated with the resin base material (1) The phosphor filter according to any one of to (4).
(8) The phosphor filter according to any one of (1) to (4), wherein the light scattering layer is made of a resin film containing a plurality of bubbles.
(9) (1)〜(8)のいずれかに記載の蛍光体フィルタの製造方法であって、樹脂フィルムからなる光散乱層上に、前記第2ダイクロイックフィルタを設ける工程と、前記第2ダイクロイックフィルタ上に、蛍光体層を設ける工程と、前記蛍光体層上に、前記第1ダイクロイックフィルタを設ける工程とを備えることを特徴とする蛍光体フィルタの製造方法。
(10) 前記第2ダイクロイックフィルタと前記第1ダイクロイックフィルタのいずれか一方または両方を、200℃以下の温度で成膜することにより設けることを特徴とする(9)に記載の蛍光体フィルタの製造方法。
(11) 前記蛍光体層を設ける工程が、前記第2ダイクロイックフィルタ上に、蛍光体を含有する樹脂からなる塗布液を塗布して硬化させる工程を含むことを特徴とする(9)または(10)に記載の蛍光体フィルタの製造方法。
(9) The method for producing the phosphor filter according to any one of (1) to (8), wherein a step of providing the second dichroic filter on a light scattering layer made of a resin film, and the second dichroic A method for producing a phosphor filter, comprising: a step of providing a phosphor layer on a filter; and a step of providing the first dichroic filter on the phosphor layer.
(10) The phosphor filter according to (9), wherein one or both of the second dichroic filter and the first dichroic filter are formed by forming a film at a temperature of 200 ° C. or lower. Method.
(11) The step of providing the phosphor layer includes a step of applying and curing a coating solution made of a resin containing a phosphor on the second dichroic filter (9) or (10) ). The manufacturing method of the fluorescent substance filter of description.
(12) 基体と、前記基体上に配置された波長500nm以下の光を出射する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射光を波長変換する蛍光体フィルタとを備え、前記蛍光体フィルタが、(1)〜(8)のいずれかに記載の蛍光体フィルタであり、前記第1ダイクロイックフィルタを前記半導体発光素子側に向けて配置されていることを特徴とするランプ。 (12) A substrate, a semiconductor light emitting device that emits light having a wavelength of 500 nm or less disposed on the substrate, and a phosphor filter that converts the wavelength of the emitted light of the semiconductor light emitting device, the phosphor filter comprising: The phosphor filter according to any one of (1) to (8), wherein the first dichroic filter is disposed toward the semiconductor light emitting element side.
本発明の蛍光体フィルタは、第1可視光を透過させるとともに、前記第1可視光より波長の長い第2可視光を反射させる第1ダイクロイックフィルタと、前記第1ダイクロイックフィルタ上に積層され、前記第1可視光を前記第2可視光に波長変換する蛍光体を含む蛍光体層と、前記蛍光体層の前記第1ダイクロイックフィルタと反対側に積層され、厚み方向に進む前記第1可視光を反射させるとともに、前記第2可視光を透過させる第2ダイクロイックフィルタと、前記第2ダイクロイックフィルタの前記蛍光体層と反対側に積層され、前記第2ダイクロイックフィルタを出射した出射光を透過させつつ散乱させる光散乱層とが一体化されているものであるので、本発明の蛍光体フィルタを、第1ダイクロイックフィルタを半導体発光素子側に向けて配置し、半導体発光素子の出射する第1可視光を波長変換させた場合、以下に示すように、半導体発光素子の出射した第1可視光を視野角にかかわらず色むらのない出射光として出射できる。 The phosphor filter of the present invention is laminated on the first dichroic filter, the first dichroic filter that transmits the first visible light and reflects the second visible light having a longer wavelength than the first visible light, A phosphor layer containing a phosphor that converts the wavelength of the first visible light into the second visible light, and the first visible light that is laminated on the opposite side of the phosphor layer from the first dichroic filter and proceeds in the thickness direction. A second dichroic filter that reflects and transmits the second visible light, and a second dichroic filter that is laminated on the opposite side of the phosphor layer of the second dichroic filter, and scatters while transmitting the outgoing light that has exited the second dichroic filter. Since the light scattering layer to be integrated is integrated, the phosphor filter of the present invention is used as the first dichroic filter as the semiconductor light emitting device. When the first visible light emitted from the semiconductor light emitting device is wavelength-converted, the first visible light emitted from the semiconductor light emitting device is output with no color unevenness regardless of the viewing angle as shown below. It can be emitted as incident light.
すなわち、本発明の蛍光体フィルタを構成する第1ダイクロイックフィルタおよび第2ダイクロイックフィルタは、厚み方向に進む光に対して選択的に特定の波長の光を透過または反射するものである。
また、本発明の蛍光体フィルタを介して出射される出射光は、蛍光体フィルタ内で波長変換されずに出射された第1可視光と蛍光体フィルタ内で波長変換されて生じる第2可視光とが混色されたものである。
That is, the first dichroic filter and the second dichroic filter constituting the phosphor filter of the present invention selectively transmit or reflect light having a specific wavelength with respect to light traveling in the thickness direction.
The emitted light emitted through the phosphor filter of the present invention is the first visible light emitted without being wavelength-converted in the phosphor filter and the second visible light generated by wavelength conversion in the phosphor filter. Are mixed colors.
蛍光体フィルタに入射した第1可視光は、蛍光体層の蛍光体によって第2可視光に波長変換されると全方位に出射される。蛍光体層で得られた第2可視光のうち、第2ダイクロイックフィルタに臨界角度範囲内の角度で入射した第2可視光は、第2ダイクロイックフィルタから出射される。
また、蛍光体フィルタに入射して、第1ダイクロイックフィルタを透過した後、蛍光体によって波長変換されずに蛍光体フィルタの厚み方向に進み、第2ダイクロイックフィルタに入射した第1可視光は、第2ダイクロイックフィルタで反射されるため、蛍光体フィルタの厚み方向には出射されない。このため、第2ダイクロイックフィルタから蛍光体フィルタの厚み方向に出射される光は、第2可視光と混色される第1可視光の量が不足して、第2可視光の波長に対応する色味を帯びた光になってしまう。
The first visible light incident on the phosphor filter is emitted in all directions when the wavelength of the first visible light is converted to the second visible light by the phosphor of the phosphor layer. Of the second visible light obtained from the phosphor layer, the second visible light incident on the second dichroic filter at an angle within the critical angle range is emitted from the second dichroic filter.
The first visible light incident on the second dichroic filter is incident on the second dichroic filter after passing through the first dichroic filter after passing through the first dichroic filter and proceeding in the thickness direction of the phosphor filter without being wavelength-converted by the phosphor. Since it is reflected by the two-dichroic filter, it is not emitted in the thickness direction of the phosphor filter. For this reason, the light emitted from the second dichroic filter in the thickness direction of the phosphor filter lacks the amount of the first visible light mixed with the second visible light, and is a color corresponding to the wavelength of the second visible light. It becomes light with a taste.
一方、厚み方向に対して傾斜する方向に進む光が第1ダイクロイックフィルタまたは第2ダイクロイックフィルタに入射された場合、第1ダイクロイックフィルタまたは第2ダイクロイックフィルタ内を光が通過する距離が、厚み方向に進む光が入射された場合と異なるため、第1ダイクロイックフィルタまたは第2ダイクロイックフィルタによる分光特性が異なる。すなわち、第2ダイクロイックフィルタは、厚み方向に進む第1可視光を反射させるが、厚み方向に対して傾斜する方向に進む光については、入射角が大きいほど短い波長の光も透過させる。 On the other hand, when light traveling in a direction inclined with respect to the thickness direction is incident on the first dichroic filter or the second dichroic filter, the distance that the light passes through the first dichroic filter or the second dichroic filter is in the thickness direction. Since the traveling light is different from the incident light, the spectral characteristics of the first dichroic filter or the second dichroic filter are different. That is, the second dichroic filter reflects the first visible light traveling in the thickness direction, but transmits light having a shorter wavelength as the incident angle increases for light traveling in a direction inclined with respect to the thickness direction.
したがって、厚み方向に対して傾斜する方向から第1ダイクロイックフィルタに入射して第1ダイクロイックフィルタを透過し、第2可視光に波長変換されずに蛍光体層を透過して、厚み方向に対して傾斜する方向に第2ダイクロイックフィルタに入射した光は、第2ダイクロイックフィルタを透過して第1可視光のまま出射される。よって、厚み方向に対して傾斜する方向に第2ダイクロイックフィルタから出射される光には、蛍光体層で波長変換された第2可視光だけでなく、多くの第1可視光も含まれていることになる。
その結果、第2ダイクロイックフィルタから出射される光は、視野角によって色が異なるという問題が生じる。すなわち、厚み方向に出射される光は、厚み方向に対して傾斜する方向に出射される光と比較して第2可視光の波長に対応する色味を帯びた光となる。一方、厚み方向に対して傾斜する方向に出射される光は、厚み方向に出射される光と比較して第1可視光の波長に対応する色味を帯びた光となる。このため、半導体発光素子の出射光を、第1ダイクロイックフィルタと蛍光体層と第2ダイクロイックフィルタとを介して出射させると、視野角によって色が異なってしまう。
Therefore, the light enters the first dichroic filter from the direction inclined with respect to the thickness direction, passes through the first dichroic filter, passes through the phosphor layer without being wavelength-converted to the second visible light, The light incident on the second dichroic filter in the tilting direction passes through the second dichroic filter and is emitted as the first visible light. Therefore, the light emitted from the second dichroic filter in the direction inclined with respect to the thickness direction includes not only the second visible light wavelength-converted by the phosphor layer but also a lot of first visible light. It will be.
As a result, there is a problem that the light emitted from the second dichroic filter has a different color depending on the viewing angle. That is, the light emitted in the thickness direction becomes light with a color corresponding to the wavelength of the second visible light as compared with the light emitted in the direction inclined with respect to the thickness direction. On the other hand, the light emitted in the direction inclined with respect to the thickness direction becomes light having a color corresponding to the wavelength of the first visible light as compared with the light emitted in the thickness direction. For this reason, when the emitted light of the semiconductor light emitting element is emitted through the first dichroic filter, the phosphor layer, and the second dichroic filter, the color differs depending on the viewing angle.
しかし、本発明の蛍光体フィルタでは、第2ダイクロイックフィルタの蛍光体層と反対側に、第2ダイクロイックフィルタを出射した出射光を透過させつつ散乱させる光散乱層が設けられているので、第2ダイクロイックフィルタから厚み方向に出射される第2可視光の波長に対応する色味を帯びた光と、第2ダイクロイックフィルタから厚み方向に対して傾斜する方向に出射される第1可視光の波長に対応する色味を帯びた光とが、光散乱層において混合されるため、半導体発光素子の出射光を視野角にかかわらず均一で色むらのない光として出射できる。
したがって、例えば、第1可視光が、400nm〜500nmの範囲内にピーク波長を有するものであり、第2可視光が、500nm〜800nmの範囲内にピーク波長を有するものである場合、本発明の蛍光体フィルタを、第1ダイクロイックフィルタを半導体発光素子側に向けて配置し、半導体発光素子の出射する第1可視光を波長変換させた場合、半導体発光素子の出射した第1可視光を視野角にかかわらず色みのない白色光として出射できる。
However, in the phosphor filter of the present invention, the second dichroic filter is provided with a light scattering layer that scatters while transmitting the emitted light emitted from the second dichroic filter on the side opposite to the phosphor layer of the second dichroic filter. The light having a tint corresponding to the wavelength of the second visible light emitted from the dichroic filter in the thickness direction and the wavelength of the first visible light emitted from the second dichroic filter in a direction inclined with respect to the thickness direction. Since the light having the corresponding color is mixed in the light scattering layer, the light emitted from the semiconductor light emitting element can be emitted as uniform and non-uniform light regardless of the viewing angle.
Therefore, for example, when the first visible light has a peak wavelength in the range of 400 nm to 500 nm and the second visible light has a peak wavelength in the range of 500 nm to 800 nm, When the phosphor filter is disposed with the first dichroic filter facing the semiconductor light emitting element side and the wavelength of the first visible light emitted from the semiconductor light emitting element is converted, the first visible light emitted from the semiconductor light emitting element is converted into a viewing angle. Regardless of, it can be emitted as white light with no color.
また、本発明の蛍光体フィルタは、第2ダイクロイックフィルタを出射した出射光を透過させつつ散乱させる光散乱層が備えられているものであるので、第2ダイクロイックフィルタから厚み方向に対して傾斜する方向に出射される斜め光のうち、光散乱層が設けられていない場合には取り出すことのできない厚み方向との角度差の非常に大きい光のうちの一部を、光散乱層によって反射させて蛍光体フィルタから取り出すことができる。よって、本発明の蛍光体フィルタによれば、光散乱層の設けられていない蛍光体フィルタと比較して、半導体発光素子の出射した光をより効率よく取り出すことができる。
さらに、本発明の蛍光体フィルタでは、光散乱層を透過して第2ダイクロイックフィルタに向かって厚み方向に進む第1可視光を、第2ダイクロイックフィルタによって反射させて光散乱層に戻すことができるので、半導体発光素子の出射した光を効率よく取り出すことができる。
In addition, the phosphor filter of the present invention is provided with a light scattering layer that scatters the light emitted from the second dichroic filter while transmitting the light, so that the phosphor filter is inclined with respect to the thickness direction from the second dichroic filter. Of the oblique light emitted in the direction, the light scattering layer reflects a part of the light having a very large angle difference from the thickness direction that cannot be extracted when the light scattering layer is not provided. It can be taken out from the phosphor filter. Therefore, according to the phosphor filter of the present invention, it is possible to extract light emitted from the semiconductor light emitting element more efficiently than a phosphor filter not provided with a light scattering layer.
Furthermore, in the phosphor filter of the present invention, the first visible light that passes through the light scattering layer and proceeds in the thickness direction toward the second dichroic filter can be reflected by the second dichroic filter and returned to the light scattering layer. Therefore, the light emitted from the semiconductor light emitting element can be extracted efficiently.
しかも、本発明の蛍光体フィルタは、第1ダイクロイックフィルタ、蛍光体層、第2ダイクロイックフィルタ、光散乱層が積層されて一体化されているものであるので、第1ダイクロイックフィルタを半導体発光素子側に向けて本発明の蛍光体フィルタを配置し、半導体発光素子の出射する第1可視光を波長変換させた場合、蛍光体層から第1ダイクロイックフィルタに進む第2可視光を第1ダイクロイックフィルタによって反射させて蛍光体層に戻すことができ、しかも、変換されずに蛍光体層を通過した厚み方向に進む第1可視光を、第2ダイクロイックフィルタによって反射させて蛍光体層に戻すことができる。したがって、蛍光体層に含まれる蛍光体の量が少なくても効率よく厚み方向に進む第1可視光の波長を変換させることができ、蛍光体層に含まれる蛍光体の量を少なくすることができる。よって、蛍光体層内で蛍光体に繰り返し全反射されることにより、蛍光体層から取り出せなくなる光の量を少なくすることができ、半導体発光素子の出射した光をより効率よく取り出すことができる。 In addition, since the phosphor filter of the present invention is formed by laminating and integrating the first dichroic filter, the phosphor layer, the second dichroic filter, and the light scattering layer, the first dichroic filter is disposed on the semiconductor light emitting element side. When the first visible light emitted from the semiconductor light emitting device is wavelength-converted by arranging the phosphor filter of the present invention toward the first, the second visible light traveling from the phosphor layer to the first dichroic filter is transmitted by the first dichroic filter. It can be reflected back to the phosphor layer, and the first visible light traveling in the thickness direction that has passed through the phosphor layer without being converted can be reflected by the second dichroic filter and returned to the phosphor layer. . Therefore, even if the amount of the phosphor contained in the phosphor layer is small, the wavelength of the first visible light traveling in the thickness direction can be converted efficiently, and the amount of the phosphor contained in the phosphor layer can be reduced. it can. Therefore, the amount of light that cannot be extracted from the phosphor layer by being repeatedly totally reflected by the phosphor in the phosphor layer can be reduced, and the light emitted from the semiconductor light emitting element can be extracted more efficiently.
また、本発明の蛍光体フィルタは、第1ダイクロイックフィルタ、蛍光体層、第2ダイクロイックフィルタ、光散乱層が積層されて一体化されているものであるので、例えば、蛍光体フィルタを構成する各層間の少なくとも1つに、空気層などの低屈折率の介在層が介在されている場合と比較して、半導体発光素子の出射した光を効率よく取り出すことができる。
これに対し、例えば、介在層として空気層が含まれている場合、空気層に入射した光が全反射されることにより、空気層から取り出せなくなる光の量が多くなってしまうので、半導体発光素子の出射した光を効率よく取り出すことができなくなる。
In addition, the phosphor filter of the present invention is formed by laminating and integrating the first dichroic filter, the phosphor layer, the second dichroic filter, and the light scattering layer. Compared with a case where a low refractive index intervening layer such as an air layer is interposed in at least one of the layers, the light emitted from the semiconductor light emitting element can be extracted efficiently.
On the other hand, for example, when an air layer is included as an intervening layer, the amount of light that cannot be extracted from the air layer increases due to total reflection of light incident on the air layer. The emitted light cannot be extracted efficiently.
また、本発明の蛍光体フィルタの製造方法は、樹脂フィルムからなる光散乱層上に、第2ダイクロイックフィルタを設ける工程と、第2ダイクロイックフィルタ上に、蛍光体層を設ける工程と、蛍光体層上に、第1ダイクロイックフィルタを設ける工程とを備えているので、第1ダイクロイックフィルタ、蛍光体層、第2ダイクロイックフィルタ、光散乱層が積層されて一体化されている本発明の蛍光体フィルタを容易に製造できる。 The method for producing a phosphor filter of the present invention includes a step of providing a second dichroic filter on a light scattering layer made of a resin film, a step of providing a phosphor layer on the second dichroic filter, and a phosphor layer. And a step of providing a first dichroic filter. The phosphor filter of the present invention in which the first dichroic filter, the phosphor layer, the second dichroic filter, and the light scattering layer are laminated and integrated. Easy to manufacture.
本発明のランプは、基体と、前記基体上に配置された波長500nm以下の光を出射する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射光を波長変換する蛍光体フィルタとを備え、前記蛍光体フィルタが、本発明の蛍光体フィルタであり、第1ダイクロイックフィルタを半導体発光素子側に向けて配置されているものであるので、半導体発光素子の出射した波長500nm以下の出射光を視野角にかかわらず均一で色むらのない光として効率よく取り出すことができる。
また、本発明のランプは、半導体発光素子として波長500nm以下の光を出射するものを用いているので、半導体発光素子として紫外光を出射するものを用いたランプと比較して寿命が長く、長期に渡って使用できるものとなる。
The lamp of the present invention includes a base, a semiconductor light emitting element that emits light having a wavelength of 500 nm or less, disposed on the base, and a phosphor filter that converts the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element. Since the filter is the phosphor filter of the present invention, and the first dichroic filter is disposed toward the semiconductor light emitting element side, the emitted light having a wavelength of 500 nm or less emitted from the semiconductor light emitting element is related to the viewing angle. Therefore, it can be efficiently extracted as uniform and uniform light.
In addition, since the lamp of the present invention uses a semiconductor light emitting element that emits light with a wavelength of 500 nm or less, the life of the lamp is longer than that of a lamp using a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light. It can be used across
以下、本発明の蛍光体フィルタ、蛍光体フィルタの製造方法およびランプについて、図面を参照して詳細に説明する。
「蛍光体フィルタ」
図1は、本発明の蛍光体フィルタの一例を模式的に示した概略断面図である。図1において符号10は蛍光体フィルタを示している。図1においては、蛍光体フィルタ10の下側が半導体発光素子側となっており、蛍光体フィルタ10の上側が光出射側となっている。
蛍光体フィルタ10は、図1に示すように、第1ダイクロイックフィルタ1と蛍光体層2と第2ダイクロイックフィルタ3と光散乱層4とが積層されて一体化されているものである。
Hereinafter, a phosphor filter, a method for producing the phosphor filter, and a lamp of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
"Phosphor filter"
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the phosphor filter of the present invention. In FIG. 1,
As shown in FIG. 1, the
図1に示す蛍光体フィルタ10は、第1ダイクロイックフィルタを半導体発光素子側に向けて配置されるものである。
半導体発光素子としては、例えば、波長500nm以下の光を出射するものを用いることができる。半導体発光素子の出射する波長500nm以下の光のピーク波長やドミナント波長は、特に制限されるものではないが、半導体発光素子として、例えばピーク波長455nmの青色光を出射するLED素子などを用いることができる。
The
As the semiconductor light emitting device, for example, a device that emits light having a wavelength of 500 nm or less can be used. The peak wavelength and dominant wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element having a wavelength of 500 nm or less are not particularly limited. For example, an LED element that emits blue light having a peak wavelength of 455 nm may be used as the semiconductor light emitting element. it can.
第1ダイクロイックフィルタ1は、蛍光体フィルタ10の厚み方向(図1においては上下方向)に進む垂直光のうち、第1可視光を透過させるとともに、第1可視光より波長の長い第2可視光を反射させるものである。第1ダイクロイックフィルタ1としては、半導体発光素子側から入射する第1可視光の70%以上、より好ましくは80%以上を透過させるとともに、蛍光体層2から入射する第1可視光が波長変換されてなる第2可視光を90%以上、より好ましくは95%以上を反射させるものであることが好ましい。
The first
図1に示す蛍光体フィルタ10において、第1可視光の波長は、半導体発光素子から出射される光の波長範囲を含む波長である。第1可視光は、400nm〜500nmの範囲内にピーク波長を有するものであることが好ましく、435nm〜480nmの範囲内にピーク波長を有するものであることがより好ましい。
また、第2可視光は、500nm〜800nmの範囲内にピーク波長を有するものであることが好ましく、530nm〜600nmの範囲内にピーク波長を有するものであることがより好ましい。また、第2可視光は、500nm〜580nmの範囲内にピーク波長を有する光と、600nm〜750nmの範囲内にピーク波長を有する光とを含むものであってもよい。
In the
The second visible light preferably has a peak wavelength in the range of 500 nm to 800 nm, and more preferably has a peak wavelength in the range of 530 nm to 600 nm. The second visible light may include light having a peak wavelength in the range of 500 nm to 580 nm and light having a peak wavelength in the range of 600 nm to 750 nm.
蛍光体層2は、第1ダイクロイックフィルタ1の半導体発光素子と反対側(図1においては第1ダイクロイックフィルタ1上)に積層されている。蛍光体層2は、第1可視光を第2可視光に波長変換する蛍光体(図1においては図示略)を含むものであり、第1ダイクロイックフィルタ1を透過した第1可視光の一部を第1可視光より長波長の第2可視光に波長変換するものである。蛍光体層2としては、蛍光体を含む光透過性樹脂などが用いられる。
The
蛍光体としては、蛍光体層2は、第1可視光を第1可視光より波長の長い第2可視光に波長変換するものであればよく、特に限定されないが、例えば、蛍光体層2に入射したピーク波長460nmの青色光を受けて励起されることにより、青色光を波長変換されたピーク波長560nmの黄色光として放射するYAG(Yttrium Aluminum Garnet)などを用いることができる。
また、蛍光体として、蛍光体層2に入射したピーク波長460nmの青色光を受けて励起されることにより、青色光を波長変換されたピーク波長520nmの緑色光と、ピーク波長650nの赤色光とを含む光として放射するシリケート系蛍光体などを用いてもよい。
The
Further, as a phosphor, when receiving blue light having a peak wavelength of 460 nm incident on the
また、光透過性樹脂としては、特に限定されないが、光透過性樹脂に蛍光体を分散させて含有してなる塗布液を形成することができ、塗布液を塗布して硬化させる方法により蛍光体層2を形成することが可能であるものを用いることが好ましい。具体的には、例えば、光透過性樹脂として、シリコーン樹脂や透明エポキシ樹脂などを用いることが好ましい。
The light-transmitting resin is not particularly limited, but a coating liquid containing a phosphor dispersed in the light-transmitting resin can be formed, and the phosphor can be formed by applying and curing the coating liquid. What can form the
蛍光体層2の厚みや、蛍光体層2に含まれる蛍光体の粒径は、特に制限されない。また、蛍光体層2は、蛍光体が、蛍光体層2全体に均一に分散しているものであるよりも、蛍光体層2の一方の面側に偏在しているものであることが好ましい。蛍光体が、蛍光体層2の一方の面側に偏在している場合、蛍光体層2に入射した光のうち、蛍光体に繰り返し屈折・反射されて蛍光体フィルタ10の光散乱層4側に取り出せなくなる光の量を少なくすることができ、半導体発光素子の出射した青色光を、蛍光体フィルタ10を介して効率よく取り出すことができる。
The thickness of the
第2ダイクロイックフィルタ3は、蛍光体層2の第1ダイクロイックフィルタ1と反対側(図1においては蛍光体層2上)に積層されている。第2ダイクロイックフィルタ3は、蛍光体層2を透過して厚み方向に進む第1可視光を反射させるとともに、第2可視光を透過させるものである。第2ダイクロイックフィルタ3としては、蛍光体層2を透過して入射する第1可視光の90%以上、より好ましくは95%以上を反射させるとともに、蛍光体層2から入射する第1可視光が波長変換されてなる第2可視光を70%以上、より好ましくは85%以上を透過させるものであることが好ましい。
The second
さらに、本実施形態においては、第2ダイクロイックフィルタ1と第1ダイクロイックフィルタ3のいずれか一方または両方が、低屈折率膜(図示略)と、低屈折率膜よりも屈折率の高い高屈折率膜(図示略)とを交互に複数積層してなる誘電体多層膜からなるものであることが好ましい。第2ダイクロイックフィルタ1および/または第1ダイクロイックフィルタ3を誘電体多層膜からなるものとすることで、所定の波長の光に対して選択的に高い反射率および高い透過率を有する優れた第2ダイクロイックフィルタ1および/または第1ダイクロイックフィルタ3が実現できる。
Furthermore, in the present embodiment, one or both of the second
誘電体多層膜を構成する低屈折率膜としては、例えば、SiO2膜やMgF2膜などが挙げられる。また、高屈折率膜としては、例えば、TiO2膜やTa2O5膜、Nb2O5膜などが挙げられる。ここで用いられる誘電体多層膜としては、低屈折率膜であるSiO2膜と高屈折率膜であるTa2O5膜とを交互に数十回積層してなるものを用いることが好ましい。なお、誘電体多層膜の第2ダイクロイックフィルタ1または第1ダイクロイックフィルタ3としての波長特性は、誘電体多層膜を構成する各低屈折率膜および各高屈折率膜の屈折率と膜厚とを選択することによって決定される。例えば、光学薄膜では光学膜厚nd=λ/4が基本なので、数十nm程度の膜厚があれば、反射率スペクトルから膜厚d,屈折率nを決めることができる。
Examples of the low refractive index film constituting the dielectric multilayer film include an SiO 2 film and an MgF 2 film. Examples of the high refractive index film include a TiO 2 film, a Ta 2 O 5 film, and an Nb 2 O 5 film. As the dielectric multilayer film used here, it is preferable to use a dielectric multilayer film in which a SiO 2 film as a low refractive index film and a Ta 2 O 5 film as a high refractive index film are alternately laminated several tens of times. Note that the wavelength characteristics of the dielectric multilayer film as the second
図2は、第1ダイクロイックフィルタとして用いられる誘電体多層膜の一例について、波長と透過率との関係を示したグラフであり、誘電体多層膜の分光特性を分光光度計で測定した結果を示したスペクトルである。なお、図2に示すグラフは、石英基板上に、低屈折率膜であるSiO2膜と高屈折率膜であるTa2O5膜とを交互に30回積層してなる誘電体多層膜についてのスペクトルである。この誘電体多層膜は、図2に示すように、光の波長500nm以下の光(第1可視光)を透過(80%以上を透過)させるとともに、波長500nmを超える光(第2可視光)を反射(95%以上を反射)させる(透過させない)ものであり、第1ダイクロイックフィルタ1として好ましく用いることができる。なお、SiO2膜の膜厚は117nmであり、Ta2O5膜の膜厚は80nmである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between wavelength and transmittance for an example of a dielectric multilayer film used as the first dichroic filter, and shows the result of measuring the spectral characteristics of the dielectric multilayer film with a spectrophotometer. Spectrum. The graph shown in FIG. 2 shows a dielectric multilayer film in which a SiO 2 film as a low refractive index film and a Ta 2 O 5 film as a high refractive index film are alternately laminated 30 times on a quartz substrate. Is the spectrum. As shown in FIG. 2, the dielectric multilayer film transmits light (first visible light) having a wavelength of 500 nm or less (transmits 80% or more) and light having a wavelength exceeding 500 nm (second visible light). Is reflected (reflects 95% or more) (not transmitted), and can be preferably used as the first
図3は、第2ダイクロイックフィルタとして用いられる誘電体多層膜の一例について、波長と透過率および反射率との関係を示したグラフであり、誘電体多層膜の分光特性を分光光度計で測定した結果を示したスペクトルである。なお、図3に示すグラフは、石英基板上に、低屈折率膜であるSiO2膜と高屈折率膜であるTa2O5膜とを交互に30回積層してなる誘電体多層膜についてのスペクトルである。この誘電体多層膜は、図3に示すように、光の波長500nm以下の光(第1可視光)を反射(95%以上を反射)させるとともに、波長500nmを超える光(第2可視光)を透過(70%以上を透過)させるものであり、第2ダイクロイックフィルタ3として好ましく用いることができる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between wavelength, transmittance and reflectance for an example of a dielectric multilayer film used as the second dichroic filter, and the spectral characteristics of the dielectric multilayer film were measured with a spectrophotometer. It is the spectrum which showed the result. The graph shown in FIG. 3 shows a dielectric multilayer film in which a SiO 2 film as a low refractive index film and a Ta 2 O 5 film as a high refractive index film are alternately laminated 30 times on a quartz substrate. Is the spectrum. As shown in FIG. 3, the dielectric multilayer film reflects light (first visible light) having a wavelength of 500 nm or less (reflects 95% or more) and light exceeding the
光散乱層4は、第2ダイクロイックフィルタ3の蛍光体層2と反対側(図1においては第2ダイクロイックフィルタ3上)に積層され、第2ダイクロイックフィルタ3を出射した出射光を透過させつつ散乱させるものである。したがって、本実施形態の蛍光体フィルタ10では、第2ダイクロイックフィルタ3を透過した垂直光と、第2ダイクロイックフィルタ3を透過した斜め光とが、光散乱層4によって散乱されて混合されるものとなっている。
The
光散乱層4は、第2ダイクロイックフィルタ3を出射した出射光を透過させつつ散乱させることができれば、如何なるものであってもよいが、容易に製造できる蛍光体フィルタ10とするために、樹脂フィルムからなるものであることが好ましい。樹脂フィルムからなる光散乱層4は、複数の凹凸を有する樹脂フィルムからなるものであることが好ましい。この場合、光散乱層4を構成する複数の凹凸が、光散乱層4の第2ダイクロイックフィルタ3と反対側の面にのみ形成されていることがより好ましい。光散乱層4の第2ダイクロイックフィルタ3と反対側の面にのみ複数の凹凸が形成されている場合、光散乱層4の第2ダイクロイックフィルタ3側の面にのみ複数の凹凸が形成されている場合と比較して、光散乱層4による散乱効果が効果的に得られ、蛍光体フィルタ10に入射した光を効率よく取り出すことができる。
The
また、光散乱層4は、樹脂基材と、樹脂基材と一体化された樹脂基材と屈折率の異なる複数の粒子とを含む樹脂フィルムからなるものであってもよいし、複数の気泡を含む樹脂フィルムからなるものであってもよい。
光散乱層4に用いられる樹脂フィルムの材料としては、特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート(PET)や、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、透明エポキシ樹脂、非晶質シクロオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂などの光透過性樹脂を用いることが好ましい。
The
The material of the resin film used for the
光散乱層4として用いられる複数の凹凸を有する樹脂フィルムとしては、例えば、樹脂フィルムの表面を粗面化することにより表面に複数の凹凸を形成したものなどが挙げられる。
また、複数の気泡を含む樹脂フィルムとしては、樹脂フィルムの内部に中空のガラス粒子などからなる散乱粒子を含有させて形成された気泡を含む樹脂フィルムが挙げられる。この場合、中空の散乱粒子は、樹脂フィルムの内部に互いに重ならないように1層のみ敷き詰められていることが好ましい。このことにより、光散乱層4によって光が散乱されることにより、蛍光体フィルタ10の厚み方向に垂直な方向に近い方向に進む光が生成されて、蛍光体フィルタ10から取り出せなくなる光が生じることを防止できる。
また、複数の気泡を含む樹脂フィルムとしては、樹脂フィルムの内部に発泡技術を用いて形成された気泡を含むものを用いてもよい。
Examples of the resin film having a plurality of irregularities used as the
Examples of the resin film containing a plurality of bubbles include a resin film containing bubbles formed by containing scattering particles made of hollow glass particles or the like inside the resin film. In this case, it is preferable that the hollow scattering particles are laid only in one layer so as not to overlap each other inside the resin film. As a result, light is scattered by the
Moreover, as the resin film containing a plurality of bubbles, a resin film containing bubbles formed using a foaming technique inside the resin film may be used.
光散乱層4の透過率は、高い程好ましく、特に限定されないが、例えば、600nmでの分光透過率が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましい。また、光散乱層4のヘイズ値は、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。
また、光散乱層4としては、具体的には、例えば平均厚みが51μmのポリエチレンテレフタレート(PET)からなり、150℃で0.5時間加熱した前後の熱収縮率が1%以下、600nmでの分光透過率64.5%、ヘイズ値81.4%のものなどを好ましく用いることができる。このような光散乱層4としては、D114SIII(商品名:ツジデン株式会社製)などが挙げられる。
The transmittance of the
The
「光の光路」
次に、図1に示す蛍光体フィルタ10の第1ダイクロイックフィルタ1側(図1においては下側)から半導体発光素子の出射する第1可視光が入射されて、光散乱層4側(図1においては上側)から出射されるまでの光の光路について図面を用いて説明する。
図4は、図1に示す蛍光体フィルタ10に入射した第1可視光の光路を説明するための断面模式図である。図4に示すように、半導体発光素子から出射された第1可視光a〜cが、第1ダイクロイックフィルタ1側から蛍光体フィルタ10に入射されると、第1ダイクロイックフィルタ1を透過して蛍光体層2に到達する。蛍光体層2に到達した第1可視光a〜cのうち第1可視光aと第1可視光bは、蛍光体層2に含まれる蛍光体2aによって吸収されて第2可視光Yに波長変換される。
"Light path of light"
Next, the first visible light emitted from the semiconductor light emitting element is incident from the first
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the optical path of the first visible light incident on the
より詳細には、第1可視光aは、図4に示すように、蛍光体2aによって吸収されて第2可視光Yであるa1〜a4に波長変換されている。
波長変換された第2可視光Yであるa1とa3は、図4に示すように、第2ダイクロイックフィルタ3を透過して、光散乱層4に到達している。なお、第2可視光a1は、蛍光体層2において、蛍光体フィルタ10の厚み方向に進む垂直光ではなく、垂直光に対して傾斜する方向に進む斜め光とされて、光散乱層4に到達している。また、第2可視光a3は、蛍光体層2において垂直光とされて、光散乱層4に到達している。
More specifically, as shown in FIG. 4, the first visible light a is absorbed by the
As shown in FIG. 4, the wavelength-converted second visible light Y a <b> 1 and a <b> 3 passes through the second
また、波長変換された第2可視光Yであるa2は、図4に示すように、蛍光体2aによって全反射されて第1ダイクロイックフィルタ1に向かって進み、第1ダイクロイックフィルタ1によって反射されて蛍光体層2に戻され、第2ダイクロイックフィルタ3を透過して、光散乱層4に到達している。
また、波長変換された第2可視光Yであるa4は、図4に示すように、蛍光体2aによって複数回全反射されて第2可視光Yに波長変換された後、第2ダイクロイックフィルタ3を透過して、光散乱層4に到達している。
Further, as shown in FIG. 4, the wavelength-converted second visible light Y a <b> 2 is totally reflected by the
Further, as shown in FIG. 4, the wavelength-converted second visible light Y a4 is totally reflected a plurality of times by the
また、第1可視光bは、図4に示すように、蛍光体2aによって第2可視光Yに波長変換されずに蛍光体層2を通過して、第2ダイクロイックフィルタ3に到達している。そして、第2ダイクロイックフィルタ3に到達した第1可視光bは、第2ダイクロイックフィルタ3によって反射されて、蛍光体層2に戻され、蛍光体2aによって変換光Yに波長変換されている。その後、変換光Yに波長変換された第1可視光bは、図4に示すように、第2ダイクロイックフィルタ3を透過して、光散乱層4に到達している。
Further, as shown in FIG. 4, the first visible light b passes through the
また、第1可視光cは、図4に示すように、蛍光体2aによって第2可視光Yに波長変換されずに蛍光体層2を通過して、第1可視光cのまま第2ダイクロイックフィルタ3に到達している。第2ダイクロイックフィルタ3は、蛍光体層2を透過した垂直光のうち、第1可視光を反射させるとともに、第2可視光を透過させるものである。第2ダイクロイックフィルタ3に到達した第1可視光cは、斜め光であるので、図4に示すように、第2ダイクロイックフィルタ3に反射されずに第2ダイクロイックフィルタ3を透過して、第1可視光Bのまま光散乱層4に到達している。
Further, as shown in FIG. 4, the first visible light c passes through the
このように、半導体発光素子から出射された第1可視光a〜cが、第2ダイクロイックフィルタ3を透過して光散乱層4に到達した時点では、斜め光には第2可視光Yだけでなく多くの第1可視光Bも含まれているので、斜め光は垂直光と比較して第1可視光の波長に対応する色味を帯びた光となる。このため、第2ダイクロイックフィルタ3を透過した光を、光散乱層4を透過させずに蛍光体フィルタ10から出射させた場合には、視野角によって色が異なり、色むらが生じる。
As described above, when the first visible lights a to c emitted from the semiconductor light emitting element pass through the second
図4に示す蛍光体フィルタ10では、光散乱層4に到達した垂直光と斜め光とが、光散乱層4によって透過されつつ散乱されて混合される。したがって、蛍光体フィルタ10から出射される光は、図4に示すように、視野角にかかわらず均一で色むらのない光Wとなる。
例えば、第1可視光が、400nm〜500nmの範囲内にピーク波長を有するものであり、第2可視光が、500nm〜800nmの範囲内にピーク波長を有するものであり、図4に示す蛍光体フィルタ10を、第1ダイクロイックフィルタ1を半導体発光素子側に向けて配置し、半導体発光素子の出射する第1可視光を波長変換させた場合、半導体発光素子の出射した第1可視光は、視野角にかかわらず色みのない白色光として出射される。より詳細には、半導体発光素子の出射した第1可視光が、光散乱層4に到達すると、第2可視光の波長に対応する色味を帯びた垂直光と第1可視光の波長に対応する色味を帯びた斜め光とが、光散乱層4によって透過されつつ散乱されて混合され、視野角にかかわらず色みのない白色光として出射される。
In the
For example, the first visible light has a peak wavelength in the range of 400 nm to 500 nm, the second visible light has a peak wavelength in the range of 500 nm to 800 nm, and the phosphor shown in FIG. When the
また、光散乱層4に到達した第1可視光Bのうち一部は、光散乱層4に散乱されることによって第2ダイクロイックフィルタ3に向かって進む垂直光となるが、第2ダイクロイックフィルタ3に反射されて光散乱層4に戻されて、再度、光散乱層4によって透過されつつ散乱されて利用される。
Further, a part of the first visible light B reaching the
「蛍光体フィルタの製造方法」
次に、図1に示す蛍光体フィルタ10の製造方法について説明する。
まず、樹脂フィルムからなる光散乱層4を形成する。次いで、樹脂フィルムからなる光散乱層4上に、第2ダイクロイックフィルタ3を設ける。
なお、光散乱層4が片面にのみ複数の凹凸を有する樹脂フィルムである場合には、光散乱層4の凹凸を有しない面側に第2ダイクロイックフィルタ3を設けることが好ましい。このようにすることで、光散乱層4を構成する複数の凹凸が、光散乱層4の第2ダイクロイックフィルタ3と反対側の面にのみ形成されている構成になり、所定の分光特性を有する第2ダイクロイックフィルタ3と、散乱効果が効果的に得られる光散乱層4とを備え、蛍光体フィルタ10に入射した光を効率よく取り出すことができる蛍光体フィルタ10を形成できる。
"Method of manufacturing phosphor filter"
Next, a method for manufacturing the
First, the
In addition, when the light-
片面にのみ複数の凹凸を有する樹脂フィルムからなる光散乱層4の凹凸を有しない面側に第2ダイクロイックフィルタ3を形成する場合、凹凸を有する面側に第2ダイクロイックフィルタを形成する場合と比較して、第2ダイクロイックフィルタ3の膜厚が均一なものとなり、容易に所定の分光特性を有する第2ダイクロイックフィルタ3が得られる。これに対し、片面にのみ複数の凹凸を有する樹脂フィルムからなる光散乱層4の凹凸を有する面側に第2ダイクロイックフィルタ3を形成する場合、膜厚のばらつきが大きくなるとともに、蛍光体フィルタ10の厚み方向と垂直でない部分が多く存在する第2ダイクロイックフィルタ3となり、設計通りの分光特性を有する第2ダイクロイックフィルタ3が得られない場合がある。
When the second
次に、第2ダイクロイックフィルタ3上に、蛍光体を含有する樹脂からなる塗布液を塗布して硬化させる方法などにより、蛍光体層2を設ける。なお、蛍光体層2として、蛍光体が、蛍光体層2の一方の面側に偏在しているものを形成する場合、例えば、比較的大きな粒径の蛍光体が分散されてなる低粘度の塗布液を、塗布して硬化させる方法を用いて蛍光体層2を形成することが好ましい。この場合、比較的大きな粒径の蛍光体として、平均粒径5μm以上の蛍光体を用いることが好ましく、低粘度の塗布液として、10Pa・s以下の粘度のものを用いることが好ましい。
次いで、蛍光体層2上に、第2ダイクロイックフィルタ3を形成する方法と同様にして、第1ダイクロイックフィルタ1を設ける。以上の工程により、図1に示す蛍光体フィルタ10が得られる。
Next, the
Next, the first
本実施形態の蛍光体フィルタ10の製造方法においては、第1ダイクロイックフィルタ1および第2ダイクロイックフィルタ3は、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に複数回成膜して誘電体多層膜を形成することにより形成することが好ましい。
なお、第1ダイクロイックフィルタ1および第2ダイクロイックフィルタ3を形成するための成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理蒸着法(PVD法)や、化学蒸着法(CVD法)などを用いることができるが、光散乱層4を構成する樹脂フィルムに変形などの悪影響を及ぼすことのない低い温度で成膜できる方法を用いることが好ましく、具体的には200℃以下の低い温度で成膜できる方法を用いることが好ましい。上記の成膜方法のうち、スパッタリング法は、低温での成膜に適しているため好ましい。また、スパッタリング法としては、特に、デジタルスパッタリング装置アルディス(ULDiS)(商品名:アルバック株式会社製)を用いて200℃以下の低い温度で成膜する方法を用いることが好ましい。
In the method for manufacturing the
In addition, as a film-forming method for forming the 1st
「ランプ」
図5(a)〜図5(c)は、本発明のランプの一例を模式的に示した概略断面図である。図5(a)〜図5(c)に示すランプ21、22、23は、いずれも、基体上に配置されたLED素子5(半導体発光素子)と、LED素子5の出射光を波長変換する図1に示す蛍光体フィルタ10とを備えており、蛍光体フィルタ10が第1ダイクロイックフィルタ1をLED素子5側に向けて配置されているものである。
"lamp"
FIG. 5A to FIG. 5C are schematic cross-sectional views schematically showing an example of the lamp of the present invention. Each of the
LED素子5としては、波長500nm以下の光を出射するものであればよく、特に限定されないが、例えば、サファイヤなどからなる基板上に窒化ガリウム系半導体層が形成されてなるものなどが好ましく用いられる。図5(a)〜図5(c)に示すランプ21、22、23においては、LED素子5として波長400〜500nmの光を出射するものを用いているので、LED素子として紫外光を出射するものを用いたランプと比較して寿命が長く、長期に渡って使用できるものとなる。
The
図5(a)に示すランプ21は、リフレクタ6を備えている。リフレクタ6は、基体(図示略)上に配置されたLED素子5を収容するための封止部7を有している。リフレクタ6上には、封止部7を覆うように、蛍光体フィルタ10が設置されている。封止部7は、例えば、平面視円形の凹部状の形状とされており、底部にLED素子5が設置されている。封止部7内は、封止樹脂が充填されることにより封止されていてもよいし、封止されていてもよいが、封止されていることが望ましい。封止樹脂が充填されることにより封止部7内が封止されている場合、LED素子5と蛍光体フィルタ10との間に空気層が存在しないものとなり、LED素子5と蛍光体フィルタ10との間に空気層が存在する場合と比較して、優れた光取り出し効率を有するランプ21となる。
The
図5(a)に示すランプ21は、青色光を出射するLED素子5と、第1ダイクロイックフィルタ1をLED素子5側に向けて配置されている蛍光体フィルタ10とを備えているので、LED素子5の出射した光を、視野角にかかわらず均一で色むらのない光として効率よく取り出すことができる。
また、図5(a)に示すランプ21においては、リフレクタ6の材質や封止部7の形状を高度に制御することなどによって光の取り出し効率を向上させなくても、十分に高い光の取り出し効率が得られるので、リフレクタ6の設計条件を緩和することが可能となる。
The
Further, in the
また、図5(a)に示すランプ21においては、リフレクタ6上に、封止部7を覆うように、第1ダイクロイックフィルタ1をLED素子5側に向けて蛍光体フィルタ10が設置されているので、蛍光体フィルタ10によってランプ21から出射される光の色を制御することができ、封止部7内に蛍光体を含有する封止樹脂などを充填することによりランプ21から出射される光の色を調節する必要がなく、封止樹脂を充填する工程を省略することができ、容易に製造できる。
In the
図5(b)に示すランプ22は、基板8(基体)上に、LED素子5を収容するための凹部8aを有している。凹部8aの底部にはLED素子5が設置されている。凹部8a内には、封止樹脂が充填されていなくてもよいし、充填されていてもよい。また、凹部8aの縁部上には、凹部8aを覆うように、第1ダイクロイックフィルタ1をLED素子5側に向けて蛍光体フィルタ10が設置されている。なお、蛍光体フィルタ10は、図5(b)に示すように、各凹部8aを覆うように個別に設けられていてもよいが、隣接する凹部8aを連続して覆うように一体化して設けられていてもよい。
The
図5(b)に示すランプ22も、図5(a)に示すランプ21と同様に、青色光を出射するLED素子5と、第1ダイクロイックフィルタ1をLED素子5側に向けて配置されている蛍光体フィルタ10とを備えているので、LED素子5の出射した光を、視野角にかかわらず均一で色むらのない光として効率よく取り出すことができる。
Similarly to the
また、図5(b)に示すランプ22においては、凹部8aを覆うように、第1ダイクロイックフィルタ1をLED素子5側に向けて蛍光体フィルタ10が設置されているので、蛍光体フィルタ10によってランプ21から出射される光の色を制御することができ、凹部8a内に蛍光体を含有する封止樹脂などを充填することによりランプ22から出射される光の色を調節する必要がなく、封止樹脂を充填する工程を省略することができ、容易に製造できる。
また、図5(b)に示すランプ22においては、基板8上に、LED素子5を収容するための凹部8aが設けられているので、リフレクタなどを形成する場合と比較して、容易に形成できる。
Further, in the
Further, in the
図5(c)に示すランプ23は、基板9(基体)上に形成されており、基板9上に配置されたLED素子5を覆うように、第1ダイクロイックフィルタ1をLED素子5側に向けて蛍光体フィルタ10が設置されている。なお、蛍光体フィルタ10は、図5(c)に示すように、各LED素子5を覆うように個別に設けられていてもよいが、隣接するLED素子5を連続して覆うように一体化して設けられていてもよい。
The
図5(c)に示すランプ23も、図5(a)に示すランプ21と同様に、青色光を出射するLED素子5と、第1ダイクロイックフィルタ1をLED素子5側に向けて配置されている蛍光体フィルタ10とを備えているので、LED素子5の出射した光を、視野角にかかわらず均一で色むらのない光として効率よく取り出すことができる。
また、図5(c)に示すランプ23においては、基板9上に形成されたLED素子5をを覆うように、蛍光体フィルタ10が設置されているので、蛍光体フィルタ10によってランプ21から出射される光の色を制御することができ、リフレクタを形成しなくても済み、リフレクタなどを形成する場合と比較して、容易に形成できる。
Similarly to the
Further, in the
1…第1ダイクロイックフィルタ、2…蛍光体層、2a…蛍光体、3…第2ダイクロイックフィルタ、4…光散乱層、5…LED素子、6…リフレクタ、7…封止部、8、9…基板(基体)、8a・・・凹部、10…蛍光体フィルタ、a、b、c、B…第1可視光、a1、a2、a3、a4、Y…第2可視光、21、22、23…ランプ。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記第1ダイクロイックフィルタ上に積層され、前記第1可視光を前記第2可視光に波長変換する蛍光体を含む蛍光体層と、
前記蛍光体層の前記第1ダイクロイックフィルタと反対側に積層され、厚み方向に進む前記第1可視光を反射させるとともに、前記第2可視光を透過させる第2ダイクロイックフィルタと、
前記第2ダイクロイックフィルタの前記蛍光体層と反対側に積層され、前記第2ダイクロイックフィルタを出射した出射光を透過させつつ散乱させる光散乱層とが一体化されていることを特徴とする半導体発光素子用の蛍光体フィルタ。 A first dichroic filter that transmits the first visible light and reflects the second visible light having a longer wavelength than the first visible light;
A phosphor layer that is laminated on the first dichroic filter and includes a phosphor that converts the wavelength of the first visible light into the second visible light;
A second dichroic filter that is laminated on the opposite side of the phosphor layer from the first dichroic filter, reflects the first visible light traveling in the thickness direction, and transmits the second visible light;
A semiconductor light emitting device, wherein a light scattering layer that is laminated on a side opposite to the phosphor layer of the second dichroic filter and that scatters while transmitting the emitted light emitted from the second dichroic filter is integrated. Phosphor filter for element.
樹脂フィルムからなる光散乱層上に、前記第2ダイクロイックフィルタを設ける工程と、
前記第2ダイクロイックフィルタ上に、蛍光体層を設ける工程と、
前記蛍光体層上に、前記第1ダイクロイックフィルタを設ける工程とを備えることを特徴とする蛍光体フィルタの製造方法。 It is a manufacturing method of the fluorescent substance filter in any one of Claims 1-8,
Providing the second dichroic filter on a light scattering layer made of a resin film;
Providing a phosphor layer on the second dichroic filter;
Providing the first dichroic filter on the phosphor layer. A method for producing a phosphor filter, comprising:
前記蛍光体フィルタが、請求項1〜請求項8のいずれかに記載の蛍光体フィルタであって、前記第1ダイクロイックフィルタを前記半導体発光素子側に向けて配置されていることを特徴とするランプ。 A substrate, a semiconductor light emitting element that emits light having a wavelength of 500 nm or less disposed on the substrate, and a phosphor filter that converts the wavelength of the emitted light of the semiconductor light emitting element,
The said fluorescent filter is a fluorescent substance filter in any one of Claims 1-8, Comprising: The said 1st dichroic filter is arrange | positioned toward the said semiconductor light emitting element side, The lamp | ramp characterized by the above-mentioned. .
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