JP5161908B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置、表示装置、発光体および発光体の製造方法に関する。
ＬＤ（半導体レーザダイオード）やＬＥＤ等の半導体発光素子は広く表示装置、照明装置、記録装置等に用いられている。最近新たな応用として固体照明の開発が進められている。既存の白熱電球の置き換えとしては効率が高く、発熱が少ない点が優っており今後も置き換えが進むと考えられる。
もっとも、半導体発光素子と蛍光体を組み合わせた白色発光装置においては、蛍光体が理想的に配置されておらず蛍光体同士の再吸収が生じて光の取り出し効率が低下する現象があった。また、発光の色が照射方向により異なり、照らす方向により色が異なって見える現象があった。
特許文献１には、蛍光体同士の再吸収を避けるために、複数の蛍光体を光路方向に重ならないように面上に配設する発光装置が記載されている。また、特許文献２には、ＬＥＤに対して蛍光板の距離を可変にすることによって照射パターンを変え、色温度を可変とする発光装置が開示されている。
特開２００８−２５８１７１号公報 特開２００９−１６０５９号公報
もっとも、特許文献１に記載の発光装置のように、平面上に複数の蛍光体を互いに重ならないよう形成することは製造上困難である。特に、微細な構造を製造することは極めて困難といえる。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、複数の蛍光体が互いに重ならないように配置される、製造容易な発光装置、表示装置、発光体および発光体の製造方法を提供することにある。
本発明の一態様の発光装置は、励起光を出射する光源と、平面である第１の面と、前記第１の面と傾斜して交わる平面である第２の面とが周期的に形成された凹凸形状を有し、複数の前記第１の面がすべて同一の傾斜角を備え、複数の前記第２の面がすべて同一の傾斜角を備える基板と、前記第１の面上に形成され、前記励起光を吸収し第１の蛍光を発する第１の蛍光体層と、前記第２の面上に形成され、前記励起光を吸収し前記第１の蛍光と異なる波長の第２の蛍光を発する第２の蛍光体層と、前記励起光の前記第１および第２の面に対する入射角が可変となるように、前記励起光の出射方向と前記基板とを相対的に移動させる入射角可変機構を備え前記基板が透明ガラスで形成され、前記第１の蛍光体層および前記第２の蛍光体層上に金属層が形成され、前記励起光を前記透明ガラス側から入射し、前記第１および第２の蛍光を透明ガラス側から取り出すよう構成されることを特徴とする。
上記態様の発光装置において、前記第１の面と前記第２の面のなす角度が９０度以下であることが望ましい。
上記態様の発光装置において、前記第１の蛍光体層の発光効率が、前記第２の蛍光体層の発光効率より大きい場合には、前記第１の面の総面積が前記第２の面の総面積よりも小さくなるよう構成され、前記第１の蛍光体層の発光効率が、前記第２の蛍光体層の発光効率より小さい場合には、前記第１の面の総面積が前記第２の面の総面積よりも大きくなるよう構成されることが望ましい。
上記態様の発光装置において、さらに、第３の面と第４の面を備え、前記第１、第２、第３および第４の面が四角錘形状を形成し、第３の面上に第３の蛍光体層、第４の面上に第４の蛍光体層が形成されることが望ましい。
上記態様の発光装置において、前記光源が半導体レーザダイオードであることが望ましい。
本発明の一態様の表示装置は、レーザ光を出射する光源と、画像を表示するスクリーンと、前記レーザ光を選択的に透過または反射するライトバルブと、前記ライトバルブを介した前記レーザ光を前記スクリーンに一括投射する投射光学系とを有する表示装置であって、前記スクリーンは、第１の面と、前記第１の面と交わる第２の面とが周期的に形成された凹凸形状を有する基板と、前記第１の面上に形成され、前記励起光を吸収し第１の蛍光を発する第１の蛍光体層と、前記第２の面上に形成され、前記励起光を吸収し前記第１の蛍光と異なる波長の第２の蛍光を発する第２の蛍光体層とを備えることを特徴とする。
本発明の一態様の表示装置は、レーザ光を出射する光源と、画像を表示するスクリーンと、前記レーザ光を平行光とする光学系と、平行光となった前記レーザ光を前記スクリーン上に２次元的に走査する走査機構とを有する表示装置であって、前記スクリーンは、第１の面と、前記第１の面と交わる第２の面とが周期的に形成された凹凸形状を有する基板と、前記第１の面上に形成され、前記励起光を吸収し第１の蛍光を発する第１の蛍光体層と、前記第２の面上に形成され、前記励起光を吸収し前記第１の蛍光と異なる波長の第２の蛍光を発する第２の蛍光体層とを備えることを特徴とする。
本発明の一態様の発光体の製造方法は、第１の面と、前記第１の面と交わる第２の面とが周期的に形成された凹凸形状を有する基板を準備する工程と、溶媒中に第１の蛍光体粒子を分散させた第１の溶液を準備する工程と、溶媒中に第１の蛍光体粒子と異なる第２の蛍光体粒子を分散させた第２の溶液を準備する工程と、前記基板を、前記第１の面が前記第１の溶液の液面側を向くように前記第１の溶液中に浸漬し、前記第１の面上に前記第１の蛍光体粒子を堆積する工程と、前記基板を、前記第２の面が前記第２の溶液の液面側を向くように前記第２の溶液中に浸漬し、前記第２の面上に前記第２の蛍光体粒子を堆積する工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、複数の蛍光体が互いに重ならないように配置される、製造容易な発光装置、表示装置、発光体および発光体の製造方法を提供することが可能となる。
第１の実施の形態の発光体の概略図である。 第１の実施の形態の発光体の作用を説明する図である。 第１の実施の形態の第１の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態の第２の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態の発光体の変形例の概略図である。 第１の実施の形態の発光体の別の変形例の概略図である。 第１の実施の形態の発光体のさらに別の変形例の概略図である。 第１の実施の形態の発光体のさらに別の変形例の概略図である。 図８の発光体の作用を説明する図である。 第２の実施の形態の発光装置の概略図である。 第２の実施の形態の発光装置の作用を説明する図である。 第２の実施の形態の入射角可変機構の変形例の概略図である。 第２の実施の形態の入射角可変機構の別の変形例の概略図である。 第２の実施の形態の入射角可変機構のさらに別の変形例の概略図である。 第２の実施の形態の入射角可変機構のさらに別の変形例の概略図である。 第３の実施の形態の表示装置の概略図である。 第３の実施の形態の変形例の表示装置の概略図である。 第３の実施の形態の変形例の作用の説明図である。 第４の実施の形態の表示装置の概略図である。
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。
（第１の実施の形態）
本実施の形態の発光体は、第１の面と、前記第１の面と交わる第２の面とが周期的に形成された凹凸形状を有する基板と、第１の面上に形成される第１の蛍光体層と、第２の面上に形成され第１の蛍光体層と異なる波長の蛍光を発する第２の蛍光体層とを備える。
本実施の形態の発光体は、上記構成を備えることにより、複数の蛍光体が互いに重ならない、または、重なりの小さい配置を容易に実現することが可能となる。また、本実施の形態の発光体を用いることにより色温度を可変であり、かつ、発光効率に優れた発光装置を実現することが可能となる。
図１は、本実施の形態の発光体の概略図である。図１（ａ）が断面図、図１（ｂ）が平面図である。
図１の発光体は、例えば透明ガラスで形成される基板１０と、その一方の表面に形成される第１の蛍光体層１２と、第１の蛍光体層と異なる波長の蛍光を発する第２の蛍光体層１４を備えている。また、第１の蛍光体層および第２の蛍光体層の上面には金属層１６が形成されている。なお、図１（ｂ）は透明な基板１０側から見た蛍光体層のパターンを示す平面図である。
基板１０の表面には、第１の面２２とこの第１の面２２に対して傾斜して交わる第２の面２４とが周期的に形成されている。したがって、基板１０の一方の表面はこの第１の面２２と第２の面２４とが交互に繰り返される凹凸形状を有している。
そして、第１の面２２上に第１の蛍光体層１２が形成され、第２の面２４上に第２の蛍光体層１４が形成されている。第１の蛍光体層１２は、例えば、紫外光を励起光として青色光を発する青色蛍光体層である。また、第２の蛍光体層１４は、例えば、紫外光を励起光として青色光よりも長い波長の黄色光を発する黄色蛍光体層である。
金属層１６は、例えば、銀（Ａｇ）を材料とする膜である。この金属層１６は、発光体のヒートシンクとして機能する。また、蛍光体層に入射される励起光や蛍光体層の発する蛍光の反射材としても機能する。
本実施の形態の発光体においては、第１の蛍光体層１２および第２の蛍光体層１４が互いに重ならないように、または、重なりが最小限になるように形成されている。したがって、紫外レーザ等の光源を有する発光装置に用いた場合に、第１の蛍光体層１２と第２の蛍光体層１４同士による蛍光の再吸収を最小限に抑制できる。よって、発光効率の高い発光装置を実現することができる。
さらに、本実施の形態の発光体を用いれば、光源から発せられる励起光の出射方向と、基板１０との相対位置を変化させることにより、容易に色温度を変化させることが可能となる。したがって、本実施の形態の発光体を発光装置に用いることにより、容易に色温度を変化させることが可能な発光装置が実現できる。
図２は、本実施の形態の発光体の作用を説明する図である。この発光体は、励起光を透明ガラス側から入射し、第１および第２の蛍光を透明ガラス側から取り出す構成の反射型の発光体である。
ここで、例えば、励起光となる紫外光を発する半導体レーザダイオード（ＬＤ）２６と、基板１０とを図２（ａ）の位置関係におくとする。この場合、励起光は第１の蛍光体層１２と第２の蛍光体層１４に均等に入射されることにより、色温度が中程度の昼光色の蛍光が励起光の入射方向に発せられる。
これに対し、図２（ｂ）に示すように、半導体レーザダイオード２６と基板１０とを図２（ａ）の位置関係から相対的に傾けるとする。この場合、励起光は青色蛍光体である第１の蛍光体層１２により多く入射されることになる。したがって、色温度が図２（ａ）の場合より高い蛍光が励起光の入射方向に発せられることになる。
また、図２（ｃ）に示すように、半導体レーザダイオード２６と基板１０とを図２（ａ）の位置関係から図２（ｂ）の場合と逆方向に相対的に傾けるとする。この場合、励起光は、黄色蛍光体である第２の蛍光体層１４により多く入射されることになる。したがって、色温度が図２（ａ）の場合より低い電球色の蛍光が励起光の入射方向に発せられることになる。
図３は、本実施の形態の第１の製造方法を示す図である。この方法は蛍光体層を沈降法により形成する。最初に、図３（ａ）に示すように、第１の面２２と、第１の面２２と傾斜を持って交わる第２の面２４とが周期的に形成された凹凸形状を有する基板１０を準備する。基板１０は、例えば、透明ガラス基板である。
次に、例えば、溶媒となる水に青色蛍光体粒子を分散させた第１の溶液３２を準備する。また、溶媒となる水に黄色蛍光体粒子を分散させた第２の溶液３４を準備する。
次に、図３（ｂ）に示すように、基板１０を、第１の面２２が第１の溶液３２の液面側を向くように第１の溶液３２中に浸漬する。すなわち、第１の面１２が液面に対し、略平行となるよう浸漬する。例えば、この状態で１時間程度放置する。このような向きに浸漬することで、溶液中に分散された青色蛍光体粒子が、重力方向に沈降し、第１の面２２上に選択的に堆積される。その後、基板１０を第１の溶液３２から取り出し、例えば、１２０℃で３時間程度以上乾燥させる。
次に、図３（ｃ）に示すように、基板１０を、第２の面２４が第２の溶液３４の液面側を向くように第２の溶液３４中に浸漬する。例えば、この状態で１時間程度放置する。このような向きに浸漬することで、溶液中に分散された黄色蛍光体粒子が第２の面２４上に選択的に堆積される。その後、基板１０を第２の溶液３４から取り出し、例えば、１２０℃で３時間程度以上乾燥させる。
次に、第１の蛍光体層１２および第２の蛍光体層１４を覆うように、例えば、銀の金属層を形成する。銀の金属層は、例えば、真空蒸着または無電解メッキ法等により形成可能である。
このようにして、図１に示す発光体を極めて容易な工程で形成することが可能である。そして、この方法においては第１や第２の面の幅や面積が微細となっても、原理的には蛍光体層をそれぞれの面に選択的に形成することが可能である。
上記製造方法において、第１の蛍光体層２２と第２の蛍光体層２４の上面の保護層を形成することが望ましい。この保護層は例えば二酸化珪素の水ガラスである。上記第１および第２の溶液を準備する際に、例えばＢａ（ＮＯ３）２とＮａ２ＳｉＯ３を加えることで、二酸化珪素の水ガラスである保護層を形成することが可能である。特に、第１の蛍光体層１２および第２の蛍光体層１４上に金属層を形成する際に、蛍光体層を保護する観点からこの保護層の形成は有効である。
また、金属層の形成後に、金属層を加圧して、金属層の基板と反対側の面を平坦化する工程を設けても構わない。このように、金属層の一面を平坦化することによって、発光体の実装が容易になるとともに、発光体の下にヒートシンクを設ける場合に、ヒートシンクと金属層の密着性が向上し、放熱特性が向上するという利点がある。
図４は、本実施の形態の第２の製造方法を示す図である。この方法は、蛍光体層を真空蒸着法により形成する製造方法である。最初に、第１の面２２と交わる第２の面２４とが周期的に形成された凹凸形状を有する基板１０を準備する。基板１０は、例えば、透明ガラス基板である。
次に、図４（ａ）に示すように第１の蛍光体層形成のための第１の蒸着源３２を準備し真空蒸着器（図示せず）に配置する。そして、基板１０を真空蒸着器内に導入して蒸着を実行する。
この時、第１の面２２が第１の蒸着源３２に略平行となるよう基板１０を設置する。このように設置することにより、蒸着時に第２の面２４が第１の蒸着源３２に対して影となり、第１の面２２上にのみ第１の蛍光体層１２が形成される。この後、真空蒸着器より、基板１０を取り出す。
次に、図４（ｂ）に示すように第２の蛍光体層形成のための第２の蒸着源３４を準備し真空蒸着器（図示せず）に配置する。そして、基板１０を真空蒸着器内に導入して蒸着を実行する。
この時、第２の面２４が第２の蒸着源３４に略平行となるよう基板１０を設置する。このように設置することにより、蒸着時に第１の面２２が第２の蒸着源３４に対して影となり、第２の面２４上にのみ第２の蛍光体層１４が形成される。この後、真空蒸着器より、基板１０を取り出す。
その後、第１の蛍光体層１２および第２の蛍光体層１４上に金属層を形成する点については第１の製造方法と同様である。以上のようにして、図１に示す発光体を製造することが可能となる。
また、第２の製造方法では真空蒸着法により蛍光体層を形成したが、第３の製造方法としてスパッタ法により蛍光体層を形成することも可能である。この場合は、第１の蛍光体層を形成するための第１のターゲットと、第２の蛍光体層を形成するための第２のターゲットをそれぞれ準備する。
そして、真空蒸着法の場合と同様に、第１の面が第１のターゲットに略平行となるよう基板をスパッタ装置内に設置してスパッタを行い、第１の蛍光体層を形成する。また、第２の面が第２のターゲットに略平行となるよう基板をスパッタ装置内に設置してスパッタを行い、第２の蛍光体層を形成する。
その後は、第１または第２の製造方法と同様にして、図１に示す発光体を製造することが可能となる。
このように、本実施の形態の発光体は、第１および第２の面で形成される凹凸形状が基板に設けられることにより、上記のような製造方法を用いて極めて容易に製造することが可能である。
図５は、本実施の形態の発光体の変形例の概略図である。図５（ａ）、図５（ｂ）ともに、透明ガラスの基板１０の、蛍光体層を形成した側と反対側の面に凹凸を有する発光体である。
このように、凹凸を設けることで、ガラスと空気の屈折率による反射を低減することができ、発光効率のよい発光体が実現できる。また、励起光に対して基板が傾いた場合でも反射による影響を低減できる。
そして、各蛍光体層から発せられる蛍光が分離して見えることを防止できる。各蛍光体層から発せられる蛍光が分離して見えないようにするために、凹凸の周期は、蛍光体層が設けられる面の凹凸の周期よりも小さい周期にする必要がある。
図５（ａ）は凹凸がランダムな場合であり、図５（ｂ）は凹凸が周期的な場合である。特に、図５（ｂ）の場合、凹凸の周期は、蛍光が分離して見えないようにする観点から３００μｍ以下であることが望ましい。
図６は、本実施の形態の発光体の別の変形例の概略図である。この発光体は、第１の蛍光体層の発光効率が、第２の蛍光体層の発光効率より大きい場合には、第１の面の総面積が第２の面の総面積よりも小さくなるよう構成され、第１の蛍光体層の発光効率が、第２の蛍光体層の発光効率より小さい場合には、第１の面の総面積が第２の面の総面積よりも大きくなるよう構成される。
すなわち、第１の面２２と第２の面２４の面積を、第１の蛍光体層１２と第２の蛍光体層１４の発光効率に合わせて形成している。図６の場合は、例えば、第１の蛍光体層１２の発光効率が、第２の蛍光体層１４の発光効率よりも小さく、それぞれの発光量を揃えたいような場合である。発光量や色調を合わせる場合に、それぞれの蛍光体層の膜厚でも調整可能であるが、本変形例のように、基板１０の形状でも調整が可能である。
図７は、本実施の形態の発光体のさらに別の変形例の概略図である。図７（ａ）に示すように、本変形例の発光体は、蛍光体層の上側に、金属層が無い点で図１の発光体と異なっている。
図１が、反射型の発光体であるのに対し、本変形例の発光体は透過型の発光体である。図７（ｂ）に示すように、例えば、半導体レーザダイオード２６からの励起光を、透明ガラスの基板１０の蛍光体層側から入射し、基板１０の反対面側から蛍光を出す。
図の場合は、励起光が第１の蛍光体層１２と第２の蛍光体層１４のそれぞれに均等に照射されるため、色温度が中程度の蛍光が得られる。本変形例においても、図２で説明したように、半導体レーザダイオード２６と基板１０とを図７（ｂ）の位置関係から相対的に傾けることにより、色温度を変化させることが可能である。
図８は、本実施の形態の発光体のさらに別の変形例の概略図である。図８（ａ）が上面図、図８（ｂ）が図８（ａ）のＡＡ断面図、図８（ｃ）が図８（ａ）のＢＢ断面図である。
本変形例は、第１の面２２、第２の面２４に加え、第３の面５２、第４の面５４を備えている。そして、第１、第２、第３および第４の面が四角錘形状を形成する。さらに、第１、第２、第３および第４の面それぞれの上に、第１の蛍光体層１２、第２の蛍光体層１４、第３の蛍光体層４２、第４の蛍光体層４４が形成される。
ここで、例えば、第１の蛍光体層１２は青色蛍光体層、第２の蛍光体層１４は黄色蛍光体層、第３の蛍光体層４２は緑色蛍光体層、第４の蛍光体層４４は赤色蛍光体層である。
図９は、本変形例の作用を説明する図である。点線で囲まれる領域が励起光となるレーザビームが照射される領域を示す。このように、レーザビームの照射領域を限定し、その照射パターンを図９（ａ）〜（ｅ）のように様々に変化させることで、多様な色温度の光を発することが可能となる。
なお、本変形例の発光体は、第３および第４の面に対して、上記第１ないし第３の製造方法で第１および第２の面に適用した方法を、順次繰り返すことで容易に製造可能である。
本実施の形態の発光体およびその変形例において、異なる面のなす角度が９０度以下であることが望ましい。これは、製造する際に、特定の面へ選択的に蛍光体層を形成することが容易となるからである。
（第２の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、励起光を出射する光源と、第１の面と、第１の面と交わる第２の面とが周期的に形成された凹凸形状を有する基板と、第１の面上に形成され、励起光を吸収し第１の蛍光を発する第１の蛍光体層と、第２の面上に形成され、励起光を吸収し第１の蛍光と異なる波長の第２の蛍光を発する第２の蛍光体層とを備える。すなわち、光源と、第１の実施の形態で説明した発光体とを備える発光装置である。
本実施の形態の発光装置は、上記構成を備えることにより、異なる蛍光体層間の蛍光の再吸収が抑制され、高い発光効率を実現できる。そして、このような発光装置を容易に製造することが可能である。
さらに、本実施の形態の発光装置は、励起光の第１および第２の面に対する入射角が可変となるように、励起光の出射方向と基板とを相対的に移動させる入射角可変機構を備えている。この構成を備えることで、色温度の異なる光を発することが可能となる。
図１０は、本実施の形態の発光装置の概略図である。図１０（ａ）は全体図、図１０（ｂ）は発光体部分の拡大図である。この発光装置は、白熱電球の置き換え用途のＬＤ電球である。
本実施の形態の発光装置は、励起光となるレーザ光を出射する、例えば、ＡｌＧａＩｎＮ系の半導体レーザダイオード６０を備えている。半導体レーザダイオード６０は、放熱部を兼ねる基板６２の上面に、基板６２に接触して設けられている。基板６２は、例えば、アルミニウム等の金属で形成されている。
また、基板６２に支柱６４が設けられ、この支柱６４によって図１で説明した発光体６６が支持されている。発光体６６は支点６８を軸として、傾斜可能に支持されている。発光体６６の傾斜角は、スイッチ７０の上下動に伴い、接続棒７２が発光体６６を動かすことで制御される。
半導体レーザダイオード６０には光ファイバー７４が取り付けられている。そして、この光ファイバー７４を介してレーザ光が、発光体６６の透明ガラスである基板１０側から蛍光体層に入射されるよう構成されている。
基板６２には、半導体レーザダイオード６０、発光体６６を覆う透明なガラスもしくはプラスチックのグローブ７６が取り付けられている。このグローブ７６は、球体形状を有し、内部の半導体レーザダイオード６０、発光体６６を保護する機能を有する。例えば、半導体レーザダイオード６０や発光体６６が空気と触れることで劣化することを防止するため、グローブ７６内部を真空にしたり、アルゴンガス等で封入したりしても良い。
基板６２のグローブ７６の反対側には、例えば合成樹脂製の絶縁部材７８が取り付けられている。そして、この絶縁部材７８を介して口金８０が形成されている。なお、基板６２には、例えば、半導体レーザダイオード６０の制御回路が設けられている。そして、口金８０と制御回路が、例えば絶縁部材７８内に設けられた配線を介して電気的に接続される。
本実施の形態においては、支柱６４、支点６８、スイッチ７０、接続棒７２を用いた発光体６６の傾斜角変更機構が、励起光の出射方向と発光体６６の基板１０とを相対的に移動させる入射角可変機構となっている。この入射角可変機構により、励起光の第１および第２の面に対する入射角が可変となる。
なお、半導体レーザダイオード６０は、白色光を効率よく発生させる観点から、４３０ｎｍ以下の波長領域の青から紫外の発光ピーク波長を有するものを用いるのが望ましい。
図１１は、本実施の形態の発光装置の作用を説明する図である。例えば、光ファイバー７４からのレーザビームの出射方向と、発光体６６の基板１０とを図１１（ａ）の位置関係におくとする。この場合、励起光が第１の蛍光体層１２と第２の蛍光体層１４に均等に入射されることにより、色温度が中程度の昼光色の蛍光が励起光の入射方向に発せられる。
これに対し、図１１（ｂ）に示すように、スイッチ７０を押し下げると、接続棒７２により発光体６６が引っ張られる。このようにして、光ファイバー７４からのレーザビームの出射方向と、発光体６６の基板１０とを図１１（ａ）の位置関係から相対的に傾けるとする。この場合、例えば、励起光は青色蛍光体である第１の蛍光体層に、より多く入射されることになる。したがって、色温度が図１１（ａ）の場合より高い蛍光が励起光の入射方向に発せられることになる。
また、図１１（ｃ）に示すように、スイッチ７０を押し上げると、接続棒７２により発光体６６が押される。このようにして、光ファイバー７４からのレーザビームの出射方向と、発光体６６の基板１０とを図１１（ａ）の位置関係から図１１（ｂ）の場合と逆方向に相対的に傾けるとする。この場合、例えば、励起光は黄色蛍光体である第２の蛍光体層に、より多く入射されることになる。したがって、色温度が図１１（ａ）の場合より低い電球色の蛍光が励起光の入射方向に発せられることになる。
このように、本実施の形態の発光装置によれば、色温度を所定の範囲で変化させることが可能となる。
本実施の形態においては、光源として半導体レーザダイオードを用いる場合を例に説明した。高い輝度を得る観点からは半導体レーザダイオードを光源とすることが望ましいが、その他の光源、例えばＬＥＤを用いることも可能である。
また、励起光としてレーザを用いる場合には、高いエネルギーによって生ずる発熱による発光体層の劣化等を低減する観点から、本実施の形態の反射型の発光体を用いることが望ましい。しかしながら、透過型の発光体を適用することも可能である。
図１２は、入射角可変機構の変形例の概略図である。図１１（ｂ）と異なり、支点６８が、発光体６６の中央部ではなく端部に設けられている。
図１３は、入射角可変機構の別の変形例の概略図である。この入射角変更機構は、湾曲した光ファイバー自体を回転させることにより、励起光の出射方向と発光体６６の基板１０とを相対的に移動させる。
図１３（ａ）の位置関係におくことにより、青色蛍光体である第１の蛍光体層１２への励起光照射量の割合が増加し、色温度の高い光が発せられる。一方、図１３（ｂ）の位置関係におくことにより、黄色蛍光体である第２の蛍光体層１４への励起光照射量の割合が増加し、色温度の低い光が発せられる。
図１４は、入射角可変機構のさらに別の変形例の概略図である。この入射角変更機構は、支柱６４が発光体６６の中央下部に固定され、支柱６４を軸に発光体６６が回転するよう構成されている。そして、半導体レーザダイオード６０からの励起光を、発光体６６の基板１０に対し、斜め方向から入射させることにより、励起光の出射方向と発光体６６の基板１０とを相対的に移動させる。これによって、発光体から発せられる光の色温度が可変となる。
図１５は、入射角可変機構のさらに別の変形例の概略図である。この入射角可変機構は、半導体レーザダイオード６０と発光体６６との間に凸レンズ８２が設けられている。さらに、発光体６６に対して、励起光の出射位置を移動させる移動機構（図示せず）を備えている。
励起光の出射位置と凸レンズ８２の位置関係を図１５（ａ）のようにすることで、青色蛍光体である第１の蛍光体層１２への励起光照射量の割合が増加し、色温度の高い光が発せられる。一方、図１５（ｂ）の位置関係におくことにより、黄色蛍光体である第２の蛍光体層１４への励起光照射量の割合が増加し、色温度の低い光が発せられる。
（第３の実施の形態）
本実施の形態の表示装置は、レーザ光を出射する光源と、画像を表示するスクリーンと、レーザ光を選択的に透過または反射するライトバルブと、ライトバルブを介したレーザ光をスクリーンに一括投射する投射光学系とを有する表示装置である。そして、スクリーンは、第１の面と、第１の面と交わる第２の面とが周期的に形成された凹凸形状を有する基板と、第１の面上に形成され、励起光を吸収し第１の蛍光を発する第１の蛍光体層と、第２の面上に形成され、励起光を吸収し第１の蛍光と異なる波長の第２の蛍光を発する第２の蛍光体層とを備える。
本実施の形態の表示装置は、第１の実施の形態で説明した発光体でスクリーンが形成されていることを特徴とする。
図１６は、本実施の形態の表示装置の概略図である。図１６（ａ）が全体図、図１６（ｂ）がスクリーンの発光体部分の拡大図である。
本実施の形態の表示装置は、光源である半導体レーザダイオード６０と、画像を表示するスクリーン９０と、レーザ光を選択的に透過または反射するライトバルブ９２と、ライトバルブ９２を介したレーザ光を、スクリーンに一括投射する投射光学系９４とを有する表示装置である。
半導体レーザダイオード６０は、紫外光を励起光として出射する。スクリーン９０は図１６（ｂ）に示すように、第１の実施の形態において、図８を用いて説明した蛍光体層を４層、四角錘形状で有する発光体が集合して構成されている。例えば、第１の蛍光体層１２は青色蛍光体層、第２の蛍光体層１４は黄色蛍光体層、第３の蛍光体層４２は緑色蛍光体層、第４の蛍光体層４４は赤色蛍光体層である。
ライトバルブ９２は、レーザ光を選択的に透過または反射することにより変調する機能を有する。ライトバルブ９２は例えば、ＤＭＤ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）である。投射光学系９４は、レンズやミラー等を組み合わせることで構成される。
ライトバルブ９２で変調されたレーザ光は、投射光学系９４を通って、スクリーン９０に一括投射される。図１６（ｂ）に示す４つの蛍光体層が１画素として機能する。点線で囲んだ領域がＤＭＤの１スポットに対応するレーザ光の照射領域である。このように、ＤＭＤの４スポットで１画素が構成される。
本実施の形態によれば、１画素を構成する複数の蛍光体が互いに重ならないような配置を有するスクリーンを容易に形成できるため、発光効率に優れた表示装置を安価に製造することが可能である。。また、微細な画素も容易に製造することが可能である。
図１７は、本実施の形態の変形例の表示装置の概略図である。図１７（ａ）が側面図、図１７（ｂ）が上面図である。また、図１８は、本変形例の作用の説明図である。図１６においては、半導体レーザダイオード６０、ライトバルブ９２、投射光学系９４を１組だけ有する表示装置を例に説明した。本変形例は、それぞれの蛍光体層に対応する上下左右４組の半導体レーザダイオード６０ａ〜ｄ、ライトバルブ９２ａ〜ｄ、投射光学系９４ａ〜ｄを備える。
そして、図１７に示すようそれぞれ最適な角度からレーザ光を蛍光体層に照射する構成とすることで、図１８の様に色のクロストークが防止された照射が可能となる。すなわち、図１８に示すように斜面に形成されていることにより、励起光のそれぞれの入射方向について、照射されない面に蛍光体層の配置することが可能である。したがって、各色の蛍光体層が適切な斜面にくるように配置をコントロールすることにより、隣接する異なった色を照射することで生じる色のクロストークを防止することができる。よって、さらに高輝度な表示装置を実現することも可能である。
（第４の実施の形態）
本実施の形態の表示装置は、レーザ光を出射する光源と、画像を表示するスクリーンと、レーザ光を平行光とする光学系と、平行光となったレーザ光をスクリーン上に２次元的に走査する走査機構とを有する表示装置である。そして、スクリーンは、第１の面と、第１の面と交わる第２の面とが周期的に形成された凹凸形状を有する基板と、第１の面上に形成され、励起光を吸収し第１の蛍光を発する第１の蛍光体層と、第２の面上に形成され、励起光を吸収し第１の蛍光と異なる波長の第２の蛍光を発する第２の蛍光体層とを備える。
本実施の形態の表示装置は、第１の実施の形態で説明した発光体でスクリーンが形成されていることを特徴とする。
図１９は、本実施の形態の表示装置の概略図である。図１９（ａ）が全体図、図１９（ｂ）がスクリーンの発光体部分の拡大図である。
本実施の形態の表示装置は、光源である半導体レーザダイオード６０と、画像を表示するスクリーン９０と、レーザ光を平行光とする光学系９８と、平行光となったレーザ光をスクリーン上に２次元的に走査する走査機構９６とを有する表示装置である。
半導体レーザダイオード６０は、紫外光を励起光として出射する。スクリーン９０は図１９（ｂ）に示すように、第１の実施の形態において、図８を用いて説明した蛍光体層を４層、四角錘形状で有する発光体が集合して構成されている。例えば、第１の蛍光体層１２は青色蛍光体層、第２の蛍光体層１４は黄色蛍光体層、第３の蛍光体層４２は緑色蛍光体層、第４の蛍光体層４４は赤色蛍光体層である。
走査機構９６は、レーザ光を二次元的に走査する機能を有する。走査機構９６は例えば、２次元スキャンＭＥＭＳである。光学系９８は、レンズやミラー等を組み合わせることで構成される。
走査機構９６で走査されるレーザ光は、スクリーン９０上を走査する。例えば、図１９（ｂ）に示す白矢印が走査線となる。レーザ光をオンオフさせながら、白矢印のように走査し、所望の色を発現させる。
本実施の形態によれば、画素を構成する複数の蛍光体が互いに重ならないような配置を有するスクリーンを容易に形成できるため、発光効率に優れた表示装置を安価に製造することが可能であるさらに、微細な画素も容易に製造することが可能である。
また、図１９においては、半導体レーザダイオード６０、走査機構９６、光学系９８を１組だけ有する表示装置を例に説明した。しかし、第３の実施の形態の変形例と同様に、例えば、それぞれの蛍光体層に対応する４組の半導体レーザダイオード６０、光学系９８、走査機構９６を備え、それぞれ最適な角度からレーザ光を蛍光体層に照射することで、色のクロストークが防止された照射が可能となる。この構成によれば、さらに、高輝度な表示装置を実現することも可能である。
また、スクリーン９０における、四角錐の配置は格子状でなくても良く、走査機構の走査ラインに沿った円弧上に配置することで、半導体レーザダイオード６０や走査機構９６をスクリーンに近づけて配置することが可能となる。また、走査機構９６とスクリーン９０の間に反射光学系を設置し光路を折りたたむことでもスクリーンと、半導体レーザダイオード６０や走査機構９６の配置を近づけることが可能となる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、発光装置、表示装置、発光体、発光体の製造方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる発光装置、表示装置、発光体、発光体の製造方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
例えば、蛍光体層の材料としては、紫外から青色までの波長領域の光を吸収して可視光を放射する材料で形成されるものが用いられる。例えば、珪酸塩系蛍光体材料、アルミン酸塩蛍光体材料、窒化物系蛍光体材料、硫化物系蛍光体材料、酸硫化物系蛍光体材料、ＹＡＧ系蛍光体材料、硼酸塩系蛍光体材料、燐酸塩硼酸塩系蛍光体材料、燐酸塩系蛍光体、及びハロリン酸塩系蛍光体材料等の蛍光体材料を使用することができる。各蛍光体材料の組成を下記に示す。
（１）珪酸塩系蛍光体材料：（Ｓｒ（１−ｘ−ｙ−ｚ）ＢａｘＣａｙＥｕｚ）２ＳｉｗＯ（２＋２ｗ）（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０．０５≦ｚ≦０．２、０．９０≦ｗ≦１．１０） 上記式により表される珪酸塩系蛍光体材料の中では、ｘ＝０．１９、ｙ＝０、ｚ＝０．０５、ｗ＝１．０の組成が望ましい。なお、結晶構造を安定化したり、発光強度を高めるたりするために、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、及びカルシウム（Ｃａ）の一部をＭｇ及びＺｎの少なくともいずれか一方に置き換えてもよい。他の組成比の珪酸塩系蛍光体材料としては、ＭＳｉＯ３、ＭＳｉＯ４、Ｍ２ＳｉＯ３、Ｍ２ＳｉＯ５、及びＭ４Ｓｉ２Ｏ８（ＭはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、及びＹからなる群から選択される少なくとも１つの元素）が使用可能である。なお、発光色を制御するために、Ｓｉの一部をゲルマニウム（Ｇｅ）に置き換えてもよい（例えば、（Ｓｒ（１−ｘ−ｙ−ｚ）ＢａｘＣａｙＥｕｚ）２（Ｓｉ（１−ｕ））Ｇｅｕ）Ｏ４）。また、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ａｓ、Ａｌ、Ｐｒ、Ｔｂ、及びＣｅからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素を賦活剤として含有してもよい。
（２）アルミン酸塩系蛍光体材料：Ｍ２Ａｌ１０Ｏ１７（但し、Ｍは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、及びＣａからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素） 賦活剤として、Ｅｕ及びＭｎの少なくとも１つを含む。他の組成比のアルミン酸塩系蛍光体材料としては、ＭＡｌ２Ｏ４、ＭＡｌ４Ｏ１７、ＭＡｌ８Ｏ１３、ＭＡｌ１２Ｏ１９、Ｍ２Ａｌ１９Ｏ１７、Ｍ２Ａｌ１１Ｏ１９、Ｍ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｍ３Ａｌ１６Ｏ２７、及びＭ４Ａｌ５Ｏ１２（ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ及びＺｎからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素）が使用可能である。また、Ｍｎ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、及びＣｅからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素を賦活剤として含有していてもよい。
（３）窒化物系蛍光体材料（主にシリコンナイトライド系蛍光体材料）：ＬｘＳｉｙＮ（２ｘ／３＋４ｙ／３）：Ｅｕ、又はＬｘＳｉｙＯｚＮ（２ｘ／３＋４ｙ／３−２ｚ／３）：Ｅｕ（ＬはＳｒ、Ｃａ、Ｓｒ及びＣａからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素） 上記組成において、ｘ＝２かつｙ＝５、又はｘ＝１かつｙ＝７であることが望ましいが、ｘ及びｙは、任意の値とすることができる。上記式により表される窒化物系蛍光体材料として、Ｍｎが賦活剤として添加された（ＳｒｘＣａ（１−ｘ））２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒｘＣａ（１−ｘ）Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ等の蛍光体材料を使用することが望ましい。これらの蛍光体材料には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素が含有されてもよい。また、Ｃｅ，Ｐｒ、Ｔｂ、Ｎｄ、及びＬａからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を、賦活剤として含有してもよい。
（４）硫化物系蛍光体材料：(Ｚｎ（１−ｘ）Ｃｄｘ)Ｓ：Ｍ（Ｍは、Ｃｕ、Ｃｌ、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＺｎからなる群から選択される少なくとも１つの元素、ｘは０≦ｘ≦１を満足する数値） なお、Ｓを、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかに置き換えてもよい。
（５）酸硫化物蛍光体材料：（Ｌｎ（１−ｘ）Ｅｕｘ）Ｏ２Ｓ（ＬｎはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素、ｘは０≦ｘ≦１を満足する数値） なお、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ、Ｓｍ、及びＴｍからなる群から選ばれる少なくとも１種を、賦活剤として含有してもよい。
（６）ＹＡＧ系蛍光体材料：（Ｙ（１−ｘ−ｙ−ｚ）ＧｄｘＬａｙＳｍｚ）３（Ａｌ（１−ｖ）Ｇａｖ）５Ｏ１２：Ｃｅ，Ｅｕ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１．０≦ｖ≦１） なお、ＣｒおよびＴｂの少なくとも一種を、賦活剤として含有してもよい。
（７）硼酸塩系蛍光体材料：ＭＢＯ３：Ｅｕ（ＭはＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１つの元素） なお、賦活剤として、Ｔｂを含有してもよい。他の組成比の硼酸塩系蛍光体材料として、Ｃｄ２Ｂ２Ｏ５５：Ｍｎ、（Ｃｅ，Ｇｄ，Ｔｂ）ＭｇＢ５Ｏ１０：Ｍｎ、ＧｄＭｇＢ５Ｏ１０：Ｃｅ，Ｔｂなどが使用可能である。
（８）燐酸塩硼酸塩系蛍光体材料：２（Ｍ（１−ｘ）Ｍ’ｘ）Ｏ・ａＰ２Ｏ５・ｂＢ２Ｏ３（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素、Ｍ’はＥｕ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、及びＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素、ｘ、ａ、ｂは０．００１≦ｘ≦０．５、０≦ａ≦２、０≦ｂ≦３、０．３＜（ａ＋ｂ）を満足する数値）
（９）燐酸塩系蛍光体：（Ｓｒ（１−ｘ）Ｂａｘ）３（ＰＯ４）２：Ｅｕ、又は（Ｓｒ（１−ｘ）Ｂａｘ）２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ、Ｓｎ なお、Ｔｉ及びＣｕのいずれか一方を、賦活剤として含有してもよい。
（１０）ハロリン酸塩系蛍光体材料：（Ｍ（１−ｘ）Ｅｕｘ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２、又は（Ｍ（１−ｘ）Ｅｕｘ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ（ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、及びＣｄからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素、ｘは０≦ｘ≦１を満足する数値） なお、Ｃｌの少なくとも一部を、フッ素（Ｆ）に置き換えてもよい。また、Ｓｂ及びＭｎの少なくとも１つを、賦活剤として含有してもよい。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての発光装置、表示装置、発光体、発光体の製造方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
１０ 基板
１２ 第１の蛍光体層
１４ 第２の蛍光体層
１６ 金属層
２２ 第１の面
２４ 第２の面
２６ 半導体レーザダイオード
３２ 第１の溶液
３４ 第２の溶液
４２ 第３の蛍光体層
４４ 第４の蛍光体層
５２ 第３の面
５４ 第４の面
６０ 半導体レーザダイオード
９０ スクリーン
９２ ライトバルブ
９４ 投射光学系
９６ 走査機構
９８ 光学系

Claims (3)

  1. 励起光を出射する光源と、
    平面である第１の面と、前記第１の面と傾斜して交わる平面である第２の面とが周期的に形成された凹凸形状を有し、複数の前記第１の面がすべて同一の傾斜角を備え、複数の前記第２の面がすべて同一の傾斜角を備える基板と、
    前記第１の面上に形成され、前記励起光を吸収し第１の蛍光を発する第１の蛍光体層と、
    前記第２の面上に形成され、前記励起光を吸収し前記第１の蛍光と異なる波長の第２の蛍光を発する第２の蛍光体層と、
    前記励起光の前記第１および第２の面に対する入射角が可変となるように、前記励起光の出射方向と前記基板とを相対的に移動させる入射角可変機構を備え、
    前記基板が透明ガラスで形成され、前記第１の蛍光体層および前記第２の蛍光体層上に金属層が形成され、
    前記励起光を前記透明ガラス側から入射し、前記第１および第２の蛍光を透明ガラス側から取り出すよう構成されることを特徴とする発光装置。
  2. 前記第１の面と前記第２の面のなす角度が９０度以下であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  3. 前記光源が半導体レーザダイオードであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
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