JP2016039249A - Light-emitting device and wavelength conversion element - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた演色性を持つ発光装置および波長変換素子を提供する。【解決手段】発光装置は、励起光を射出する発光部3と、前記励起光の照射により蛍光を生じる蛍光体と、プラズモン共鳴現象を発現する金属ナノ粒子12と、誘電体と、を含み、複数のプラズモン共鳴波長を有する波長変換部4と、を備え、前記波長変換部は、プラズモン共鳴波長が異なる複数の波長変換粒子(波長変換材料)10と、これら複数の波長変換粒子10を含む透光性樹脂11と、を有する。【選択図】図1A light emitting device and a wavelength conversion element having excellent color rendering properties are provided. A light-emitting device includes a light-emitting portion that emits excitation light, a phosphor that emits fluorescence when irradiated with the excitation light, metal nanoparticles that exhibit a plasmon resonance phenomenon, and a dielectric, and a wavelength converting portion 4 having a plurality of plasmon resonance wavelengths, wherein the wavelength converting portion includes a plurality of wavelength converting particles (wavelength converting material) 10 having different plasmon resonance wavelengths, and a transparent material containing the plurality of wavelength converting particles 10. and a photosensitive resin 11 . [Selection drawing] Fig. 1
Description
本発明は、発光装置および波長変換素子に関する。 The present invention relates to a light emitting device and a wavelength conversion element.
一般に、照明装置(発光装置)の性能は、単位電力あたりの明るさと演色性との2つの要因によって決まる。演色性は、任意の物体を照明した際の色の見え方に及ぼす照明装置の性質を表す指標である。通常、演色性の優劣は太陽光スペクトルを基準として判断される。具体的には、自然光に近い色の見え方になる程、照明装置は演色性に優れると判断され、自然光から離れた色の見え方になる程、照明装置は演色性に劣ると判断される。発光ダイオード(Light Emitting Diode, LED)を用いた従来の照明装置の演色性は不充分なことが多い。例えば、美術館や医療機関などで使用される照明装置のように、わずかな色の違いを見分けることが要求される場合、照明装置の演色性の低さが問題となることがある。そこで、LED照明の演色性の向上に向けた研究が積極的に行われている。 Generally, the performance of a lighting device (light emitting device) is determined by two factors, brightness per unit power and color rendering. The color rendering property is an index representing the property of the lighting device that affects the color appearance when an arbitrary object is illuminated. Usually, the superiority or inferiority of the color rendering properties is determined based on the sunlight spectrum. Specifically, it is determined that the lighting device is more excellent in color rendering as the color looks closer to natural light, and the lighting device is determined to be inferior in color rendering as the color appears farther from natural light. . The color rendering properties of conventional lighting devices using light emitting diodes (LEDs) are often insufficient. For example, when it is required to distinguish a slight difference in color as in a lighting device used in a museum or a medical institution, the low color rendering property of the lighting device may be a problem. Therefore, research for improving the color rendering properties of LED lighting has been actively conducted.
LED照明装置は、基本的な構成要素としてLEDチップと、波長変換層と、を備える。LEDチップから射出された光の一部は、波長変換層により他の波長の光に変換される。LED照明装置において、LEDチップから射出された光のうち、波長変換層で波長変換されなかった光と、波長変換層で波長変換された光と、が混在した状態で外部に取り出されることにより、白色光が得られる。 The LED lighting device includes an LED chip and a wavelength conversion layer as basic components. Part of the light emitted from the LED chip is converted into light of other wavelengths by the wavelength conversion layer. In the LED lighting device, among the light emitted from the LED chip, the light that has not been wavelength-converted by the wavelength conversion layer and the light that has been wavelength-converted by the wavelength conversion layer are extracted to the outside in a mixed state. White light is obtained.
特許文献1には、青色光を射出するLEDチップと、青色光を吸収して黄色光を射出する蛍光体と、を備えたLEDが開示されている。特許文献1のLEDにおいては、インナーリードを介してLEDに電力を供給し、LEDから青色光を射出させる。LEDからの青色光と蛍光体で生じた黄色光とを混色させることにより、白色光が発光可能なLEDが実現できる。 Patent Document 1 discloses an LED including an LED chip that emits blue light and a phosphor that absorbs blue light and emits yellow light. In the LED of Patent Document 1, electric power is supplied to the LED through the inner lead, and blue light is emitted from the LED. An LED capable of emitting white light can be realized by mixing blue light from the LED and yellow light generated by the phosphor.
非特許文献1には、蛍光体を含むシリコーン樹脂で金ナノロッドをコーティングした波長変換材料の光学特性について開示されている。非特許文献1によれば、この波長変換材料では、金ナノロッドのプラズモンを誘起することにより、蛍光体の発光を金ナノロッドのプラズモン共鳴波長で増強することができる、と記載されている。 Non-Patent Document 1 discloses optical characteristics of a wavelength conversion material in which gold nanorods are coated with a silicone resin containing a phosphor. According to Non-Patent Document 1, it is described that in this wavelength conversion material, the luminescence of the phosphor can be enhanced at the plasmon resonance wavelength of the gold nanorod by inducing the plasmon of the gold nanorod.
非特許文献2には、金属ナノ粒子のプラズモン共鳴波長は、金属ナノ粒子の周囲の材料の屈折率によって変化する、と記載されている。
非特許文献3には、金属ナノ粒子のプラズモン共鳴波長は、ロッド形状を有する金属ナノ粒子のアスペクト比によって変化する、と記載されている。
Non-Patent
Non-Patent
しかしながら、従来技術の照明装置では演色性が不十分なため、物の色が不自然に見えることがある。特に、美術館や医療現場など細かい色の違いを見分けることが必要な場面では、不都合が起きることが多い。 However, the color of the object may appear unnatural due to insufficient color rendering in the prior art lighting device. In particular, there are many inconveniences in scenes where it is necessary to distinguish small color differences, such as museums and medical sites.
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、優れた演色性を持つ発光装置および波長変換素子を提供することを目的の一つとする。 One embodiment of the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a light-emitting device and a wavelength conversion element having excellent color rendering properties.
本発明の一つの態様における発光装置において、励起光を射出する発光部と、前記励起光の照射により蛍光を生じる蛍光体と、プラズモン共鳴現象を発現する金属ナノ粒子と、誘電体と、を含み、複数のプラズモン共鳴波長を有する波長変換部と、を備えることを特徴とする。 A light-emitting device according to one aspect of the present invention includes a light-emitting unit that emits excitation light, a phosphor that generates fluorescence when irradiated with the excitation light, metal nanoparticles that exhibit a plasmon resonance phenomenon, and a dielectric. And a wavelength converter having a plurality of plasmon resonance wavelengths.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記誘電体は、屈折率が異なる複数種類の誘電体を含む構成としてもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the dielectric may include a plurality of types of dielectrics having different refractive indexes.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記金属ナノ粒子は、アスペクト比が異なる複数種類の金属ナノ粒子を含む構成としてもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the metal nanoparticles may include a plurality of types of metal nanoparticles having different aspect ratios.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記金属ナノ粒子の前記アスペクト比が1:1から1:5の範囲内である構成としてもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the aspect ratio of the metal nanoparticles may be in the range of 1: 1 to 1: 5.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記金属ナノ粒子は、材料が異なる複数種類の金属ナノ粒子を含む構成としてもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the metal nanoparticles may include a plurality of types of metal nanoparticles having different materials.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記金属ナノ粒子が、金または銀を用いて形成されたものである構成としてもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the metal nanoparticles may be formed using gold or silver.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記金属ナノ粒子が、前記蛍光体を含む前記誘電体によって被覆されている構成としてもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the metal nanoparticles may be covered with the dielectric containing the phosphor.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記波長変換部が、前記金属ナノ粒子を含む前記誘電体からなる第1の層と、前記蛍光体からなる第2の層と、による積層構造をなしている構成としてもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, the wavelength conversion unit has a stacked structure including a first layer made of the dielectric containing the metal nanoparticles and a second layer made of the phosphor. It is good also as composition which has.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記複数のプラズモン共鳴波長における最も近い波長どうしの差が、20nm以上50nm以下の関係とされている構成としてもよい。 The light emitting device according to one aspect of the present invention may be configured such that the difference between the closest wavelengths of the plurality of plasmon resonance wavelengths is in a relationship of 20 nm to 50 nm.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記金属ナノ粒子と前記蛍光体との平均距離が、前記金属ナノ粒子の平均直径以下である構成としてもよい。 In the light emitting device according to one aspect of the present invention, an average distance between the metal nanoparticles and the phosphor may be equal to or less than an average diameter of the metal nanoparticles.
本発明の一つの態様における発光装置において、前記発光部から発せられる光が青色光である構成としてもよい。 In the light-emitting device according to one aspect of the present invention, the light emitted from the light-emitting portion may be blue light.
本発明の一つの態様における波長変換素子において、励起光の照射により蛍光を生じる蛍光体と、プラズモン共鳴現象を発現する金属ナノ粒子と、誘電体と、を含み、複数のプラズモン共鳴波長を有することを特徴とする。 The wavelength conversion element according to one aspect of the present invention includes a phosphor that generates fluorescence when irradiated with excitation light, metal nanoparticles that exhibit a plasmon resonance phenomenon, and a dielectric, and has a plurality of plasmon resonance wavelengths. It is characterized by.
本発明の一つの態様によれば、より高い演色性を持つ発光装置および波長変換素子を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a light emitting device and a wavelength conversion element having higher color rendering properties.
以下、本発明に係る照明装置の各実施形態について説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
Hereinafter, each embodiment of the lighting device according to the present invention will be described.
In the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of the size may be varied depending on the component.
[第1実施形態]
以下、本発明に係る照明装置の第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態の照明装置の概略構成を示す断面図である。図2は、波長変換粒子の概略構成を示す概略構成図である。なお、図2における符号L1は金属ナノ粒子12の長軸長さ、符号L2は各金属ナノ粒子12の短軸長さである。
[First Embodiment]
Hereinafter, 1st Embodiment of the illuminating device which concerns on this invention is described.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the illumination device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a schematic configuration of the wavelength conversion particles. 2, the symbol L 1 is the major axis length of the
図1に示すように、本実施形態における照明装置(発光装置)1は、筐体2、発光部(発光素子)3、波長変換部(波長変換素子)4および導電性ワイヤー5を備えている。
As shown in FIG. 1, a lighting device (light emitting device) 1 according to this embodiment includes a
(筐体)
筐体2は、内部に発光素子(発光部)3及び波長変換部4を収容するものである。筐体2は、波長変換部4の底面4bと側周面4cとに接するとともに波長変換部4の上面4aを露出させる開口2Aを有している。
(Casing)
The
筐体2を波長変換部4の周囲を取り囲む形状にすることで、波長変換部4を強固に固定する効果が得られる。また、筐体2の開口2Aは、底面2b上に固定された発光素子3からの光の取り出し経路を確保するためのものである。
By making the
筐体2としては、例えば、ガラス、石英等からなる無機材料の筐体、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等を含むプラスティック、アルミナ等を含むセラミックス等の絶縁性材料の筐体、若しくは、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)等を含む金属材料上に酸化シリコン(SiO2)、有機絶縁材料等を含む絶縁物を表面にコーティングした筐体、Al等を含む金属基板の表面を陽極酸化等の方法で絶縁化処理を施した筐体等を挙げることができる。
As the
筐体2は、発光素子3および波長変換部4における発熱を効率的に逃がすために、熱伝導性が良好なものが求められる。熱伝導率としては、0.1W・m−1・K−1以上が好ましく、より好ましくは1.0W・m−1・K−1以上が好ましい。
なお、筐体2として使用できる材料は上記したものに限定されない。
The
In addition, the material which can be used as the housing | casing 2 is not limited to an above-described thing.
(発光素子)
発光素子3は、波長変換部4の蛍光体を励起させるための励起光を射出する。
発光素子3は、電圧が印加されて電流が流れることで発光する電場発光デバイスであり、波長390nm〜500nmの光を発することが求められる。ここで、発光素子3の発光強度スペクトルのピーク波長が、430nm〜470nmの範囲内にあることがより好ましい。
(Light emitting element)
The
The light-emitting
発光素子3としては、In、Ga、及びNを主な組成とするLED、有機Electro−Luminescence(以下、「OLED」という。)素子、レーザーダイオード(以下、「LD」という。)のうちのいずれかであることが好ましいが、これに限られるものではない。
As the light-emitting
また、発光素子3は、1つのLEDだけでなく、複数のLEDを並べた状態でもよい。
Moreover, the
(導電性ワイヤー)
導電性ワイヤー5は、電気抵抗率が低く、熱伝導率の高い材料が好ましい。電気抵抗率としては、1.0×10−7Ωm以下、より好ましくは1.0×10−7Ωm以下が好ましい。導電性ワイヤー5としては、10W・m−1・K−1以上が好ましく、より好ましくは100W・m−1・K−1以上の熱伝導率を有していることが好ましい。具体的には、金、銀、銅、白金、アルミニウム等の金属およびそれらの合金を用いて形成されたものであることが好ましい。導電性ワイヤー5は、発光素子3の陽極および陰極(いずれも不図示)に接続されており、外部からの電圧を発光素子3に印加することができる。
(Conductive wire)
The
(波長変換部)
波長変換部4は、図1に示すように、プラズモン共鳴波長が異なる複数の波長変換粒子(波長変換材料)10と、これら複数の波長変換粒子10を含む透光性樹脂11と、を有する。本実施形態における複数の波長変換粒子10の各々は、プラズモン共鳴波長が互いに異なる金属ナノ粒子12をそれぞれ有している。
(Wavelength converter)
As illustrated in FIG. 1, the wavelength conversion unit 4 includes a plurality of wavelength conversion particles (wavelength conversion materials) 10 having different plasmon resonance wavelengths, and a
一例として、本実施形態では、少なくとも2種類の波長変換粒子10a、10nを備えた構成について述べるが、これに限らず、3種類以上の波長変換粒子10を用いてもよい。
As an example, in the present embodiment, a configuration including at least two types of
透光性樹脂11は、発光素子3、導電性ワイヤー5および波長変換粒子10を閉じ込め保護することと、発光素子3から出射された光の一部または全部が波長変換粒子10に吸収されるように多数の波長変換粒子10が分散された状態で固定することを目的として設けられている。
The
透光性樹脂11の材料としては、熱や光などで硬化する有機材料を含む樹脂やガラスなど無機材料を含む透明材料が好ましい。また発光素子3および複数の波長変換粒子10から出る熱によって劣化しないように、高い熱耐性を持つことが好ましい。
As a material of the
具体的には、耐熱温度が100℃以上であることが好ましく、より好ましくは150℃以上であることが好ましい。例えば、シリコーン樹脂・エポキシ樹脂・アクリル酸系樹脂、メタクリル酸系樹脂、ポリ桂皮酸ビニル系樹脂、硬ゴム系樹脂等の反応性ビニル基を有する感光性樹脂の一種類又は複数種類の混合物を使用することが可能である。また無機材料の一例としては石英ガラスが挙げられるが、これに限られるものではない。 Specifically, the heat resistant temperature is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher. For example, one or more types of photosensitive resins with reactive vinyl groups such as silicone resins, epoxy resins, acrylic resins, methacrylic resins, poly vinyl cinnamate resins, hard rubber resins, etc. are used. Is possible. An example of the inorganic material is quartz glass, but is not limited thereto.
波長変換部4を作成するには、まず、上述の樹脂の硬化前の液状のものに複数の波長変換粒子10を入れて分散させる。分散させた液を、発光素子3と導電性ワイヤー5を取り付けた筐体2内に注ぎ、熱または光で硬化させる。
In order to create the wavelength conversion unit 4, first, a plurality of
(波長変換粒子)
各波長変換粒子10は、図2に示すように、金属ナノ粒子12と、複数の蛍光分子(蛍光体)13と、誘電体14と、を有している。具体的に、波長変換粒子10は、複数の蛍光分子13を含有する誘電体媒質の誘電体14によって、金属ナノ粒子12の表面が被覆されてなるものである。複数の波長変換粒子10における金属ナノ粒子12どうしのアスペクト比は互いに異なっている。
(Wavelength conversion particles)
As shown in FIG. 2, each
金属ナノ粒子12には、プラズモン共鳴現象を発現することができ、発光素子3から発せられる光の波長域に共鳴波長を有するものを用いる。
As the
「プラズモン共鳴現象」とは、光の電界に金属ナノ粒子12等の微粒子の電子が共鳴する状態をいう。プラズモン共鳴現象は、屈折率の大きい物質から屈折率の小さい物質へ光が臨界角以下で入射して全反射し、屈折率の小さい物質へ浸み出す場合、または、光の波長より径が小さい開口部に光が入射したときにその開口部から浸み出す場合の近接場光(エバネッセント光)に金属粒子等の電子が共鳴することによっても励起される。
“Plasmon resonance phenomenon” refers to a state in which electrons of fine particles such as
金属ナノ粒子12の共鳴波長が、蛍光分子13の発光スペクトルの一部分と重なっている場合、蛍光分子13と金属ナノ粒子の間にプラズモン共鳴が起こって、共鳴波長における発光が増強される。すなわちプラズモン共鳴波長で蛍光増強が起こる。
When the resonance wavelength of the
本実施形態では、複数の波長変換粒子10の間で、各粒子のコアとなっている金属ナノ粒子12どうしのアスペクト比が異なっている。これにより、複数の波長変換粒子10の間のプラズモン共鳴波長が異なり、複数の波長でプラズモン共鳴を起こすことになる。
In the present embodiment, the aspect ratios of the
例えば、1:1から1:5までのアスペクト比を有する複数の金属ナノ粒子12の各表面を、屈折率が2.0の誘電体14によりコーティングしてなる複数の波長変換粒子10を用意する。
For example, a plurality of
図1では、少なくとも2種類の波長変換粒子10a、10nを備えた構成について図示している。図2(A)に示す波長変換粒子10aは、アスペクト比が1:1の球状の金属ナノ粒子12aを有し、図2(B)に示す波長変換粒子10nは、アスペクト比が1:5のロッド状の金属ナノ粒子12nを有している。
FIG. 1 illustrates a configuration including at least two types of
プラズモン共鳴波長は、金属ナノ粒子12のアスペクト比が大きくなるにしたがって徐々に長波長化する。金属ナノ粒子12のアスペクト比が1:5を超えると、プラズモン共鳴波長が700nmを超えてしまう。プラズモン共鳴波長が700nmを超えると視感度が大幅に低下し、励起光の増強を図っても人が視認することが困難となってしまう。そのため、本実施形態では、各金属ナノ粒子12のアスペクト比を、1:1から1:5までの範囲内とすることが望ましい。
The plasmon resonance wavelength gradually increases as the aspect ratio of the
具体的に、金属ナノ粒子12の大きさは、長軸長さL2が700nm以下であることが好ましい。より好ましくは100nm以下である。長軸長さL2が100nm以下であると、遅延効果もなくプラズモンを共鳴しやすい。
Specifically, the size of the
なお、複数の波長変換粒子10における金属ナノ粒子12どうしのアスペクト比は、離散的に異なっていてもよい。ただし、増強後の発光スペクトルのピーク波長は、半値幅が50nmであることから、各金属ナノ粒子12におけるプラズモン共鳴波長のうち最も近い波長どうしの差を50nm以下に抑えることが望ましい。
Note that the aspect ratios of the
金属ナノ粒子12の材料としては、Au、Ag、Al、Pt、Cu、Mn、Mg、Ca、Li、Yb、Eu、Sr、Ba、Na等、およびこれらの金属の中から2種類以上の金属を適宜選んで形成された合金、例えば、Mg:Ag,Al:Li,Al:Ca,Mg:Liを挙げることができる。
Examples of the material of the
なお、金属ナノ粒子12の形成材料は、上記したものに限られず、プラズモン共鳴現象を誘起できるものであればよい。
The material for forming the
複数の金属ナノ粒子12の周囲をそれぞれ被覆する誘電体14は、例えば厚さが数nmのシリカ層で構成されている。
The
誘電体14に封入する複数の蛍光分子13は、吸収スペクトルが発光素子3の発光スペクトルと重複し、発光スペクトルがプラズモン共鳴波長と重複している必要がある。この条件を満たすときに、発光素子3から射出された光が蛍光分子13に吸収されて、励起された蛍光分子13からのエネルギー移動によって金属ナノ粒子にプラズモンが励起される。その後、金属ナノ粒子12からプラズモン共鳴波長の光が射出する。これにより、蛍光分子13からの発光スペクトルのすそ野部分の波長の光であっても、発光を増強することができる。
The plurality of
蛍光分子13の材料としては、公知の蛍光体材料を使用することができる。このような蛍光体材料は、有機系蛍光体材料と無機系蛍光体材料に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
As the material of the
有機系蛍光体材料としては、青色の励起光を緑色光に変換する蛍光色素として、クマリン系色素:2,3,5,6−1H、4H−テトラヒドロ−8−トリフロメチルキノリジン(9,9a、1−gh)クマリン(クマリン153)、3−(2′−ベンゾチアゾリル)―7−ジエチルアミノクマリン(クマリン6)、3−(2′−ベンゾイミダゾリル)―7−N,N−ジエチルアミノクマリン(クマリン7)、ナフタルイミド系色素:ベーシックイエロー51、ソルベントイエロー11、ソルベントイエロー116等が挙げられる。 As an organic fluorescent material, as a fluorescent dye that converts blue excitation light into green light, coumarin dyes: 2,3,5,6-1H, 4H-tetrahydro-8-trifluoromethylquinolidine (9, 9a, 1-gh) Coumarin (coumarin 153), 3- (2'-benzothiazolyl) -7-diethylaminocoumarin (coumarin 6), 3- (2'-benzimidazolyl) -7-N, N-diethylaminocoumarin (coumarin 7) ), Naphthalimide dyes: basic yellow 51, solvent yellow 11, solvent yellow 116, and the like.
青色の励起光を赤色光に変換する蛍光色素として、シアニン系色素:4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチルリル)−4H−ピラン、ピリジン系色素:1−エチル−2−[4−(p−ジメチルアミノフェニル)−1,3−ブタジエニル]−ピリジニウム−パークロレート、およびローダミン系色素:ローダミンB、ローダミン6G、ローダミン3B、ローダミン101、ローダミン110、ベーシックバイオレット11、スルホローダミン101等が挙げられる。
As fluorescent dyes that convert blue excitation light into red light, cyanine dyes: 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran, pyridine dyes: 1-ethyl- 2- [4- (p-dimethylaminophenyl) -1,3-butadienyl] -pyridinium-perchlorate and rhodamine dyes: rhodamine B, rhodamine 6G, rhodamine 3B, rhodamine 101, rhodamine 110,
また、青色の励起光を黄色光〜赤色光に変換する蛍光式として、ぺリレン系色素:ルモゲンレッド、ルモゲンイエロー、ルモゲンオレンジ、その他ボディピイ系色素、スクアライン系色素等が挙げられる。 Further, examples of the fluorescent type that converts blue excitation light into yellow light to red light include perylene dyes: lumogen red, lumogen yellow, lumogen orange, other body pi dyes, squaraine dyes, and the like.
無機系蛍光体材料としては、青色の励起光を緑色光に変換する蛍光体として、(BaMg)Al16O27:Eu2+,Mn2+、Sr4Al14O25:Eu2+、(SrBa)Al12Si2O8:Eu2+、(BaMg)2SiO4:Eu2+、Y2SiO5:Ce3+,Tb3+、Sr2P2O7−Sr2B2O5:Eu2+、(BaCaMg)5(PO4)3Cl:Eu2+、Sr2Si3O8−2SrCl2:Eu2+、Zr2SiO4、MgAl11O19:Ce3+,Tb3+、Ba2SiO4:Eu2+、Sr2SiO4:Eu2+、(BaSr)SiO4:Eu2+等が挙げられる。 Inorganic phosphor materials include (BaMg) Al 16 O 27 : Eu 2+ , Mn 2+ , Sr 4 Al 14 O 25 : Eu 2+ , (SrBa) Al as phosphors that convert blue excitation light into green light. 12 Si 2 O 8 : Eu 2+ , (BaMg) 2 SiO 4 : Eu 2+ , Y 2 SiO 5 : Ce 3+ , Tb 3+ , Sr 2 P 2 O 7 -Sr 2 B 2 O 5 : Eu 2+ , (BaCaMg) 5 (PO 4 ) 3Cl: Eu 2+ , Sr 2 Si 3 O 8 -2SrCl 2 : Eu 2+ , Zr 2 SiO 4 , MgAl 11 O 19 : Ce 3+ , Tb 3+ , Ba 2 SiO 4 : Eu 2+ , Sr 2 SiO 4 : Eu 2+ , (BaSr) SiO 4 : Eu 2+ and the like.
青色の励起光を赤色光に変換する蛍光体として、Y2O2S:Eu3+、YAlO3:Eu3+、Ca2Y2(SiO4)6:Eu3+、LiY9(SiO4)6O2:Eu3+、YVO4:Eu3+、CaS:Eu3+、Gd2O3:Eu3+、Gd2O2S:Eu3+、Y(P,V)O4:Eu3+、Mg4GeO5.5F:Mn4+、Mg4GeO6:Mn4+、K5Eu2.5(WO4)6.25、Na5Eu2.5(WO4)6.25、K5Eu2.5(MoO4)6.25、Na5Eu2.5(MoO4)6.25等が挙げられる。 As phosphors that convert blue excitation light into red light, Y 2 O 2 S: Eu 3+ , YA 1 O 3 : Eu 3+ , Ca 2 Y 2 (SiO 4 ) 6: Eu 3+ , LiY 9 (SiO 4 ) 6 O 2 : Eu 3+ , YVO 4 : Eu 3+ , CaS: Eu 3+ , Gd 2 O 3 : Eu 3+ , Gd 2 O 2 S: Eu 3+ , Y (P, V) O 4 : Eu 3+ , Mg 4 GeO 5.5 F: Mn 4+ , Mg 4 GeO 6 : Mn 4+ , K 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , Na 5 Eu 2.5 (WO 4 ) 6.25 , K 5 Eu 2.5 (MoO 4 ) 6.25 , Na 5 Eu 2.5 (MoO 4 ) 6.25, and the like.
上述した色素は特に430nm〜500nmの青色光で励起され易いので発光素子が430nm〜500nmの青色光の時に組み合わせて利用することが好ましいが、他の波長の光(特に、390nm〜430nmの紫色光)でも利用できる。 Since the above-mentioned dye is particularly easily excited by blue light of 430 nm to 500 nm, it is preferably used in combination when the light emitting element emits blue light of 430 nm to 500 nm. However, light of other wavelengths (particularly, violet light of 390 nm to 430 nm) ) Can also be used.
また、390nm〜430nmの紫色光を発する発光素子との組み合わせでは、例えば、紫色光を青色光に変換するカスケードブルー、パシフィックブルー、アレクサフルオー405(Alexa Fluor 405)などの色素も、前段落で示した色素とともに用いることが好ましいが、これに限られるものではない。 In combination with a light emitting element that emits violet light of 390 nm to 430 nm, for example, a dye such as cascade blue, pacific blue, and Alexa Fluor 405 that converts violet light into blue light is also used in the preceding paragraph. Although it is preferable to use it with the shown pigment | dye, it is not restricted to this.
(波長変換粒子の製造方法)
上述した複数の波長変換粒子10は、一例として以下に示す製法により作成することができる。ここでは、波長変換粒子10a,10nの製法を例に挙げて説明する。
例えば、8mM(M=mol/L)の臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(CTAB:cetyltrimethyl ammonium bromide)溶液内に、アスペクト比の異なる複数の金属ナノ粒子12a,12nと、複数の蛍光分子13と、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS:Tetraethyl orthosilicate)と、を分散する。この分散溶液をPH=10〜11に保ったまま数日かき混ぜることで、金属ナノ粒子12a,12nの各表面が蛍光色素入りのシリコーン樹脂でコーティングされてなる複数の波長変換粒子10a,10nを作成できる。
(Method for producing wavelength conversion particles)
The plurality of
For example, in a 8 mM (M = mol / L) hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) solution, a plurality of
もちろん、金属ナノ粒子12a,12nの表面を複数の蛍光分子13が混入された誘電体14でそれぞれコーティングできていればよいため、他の製造方法を用いても良い。
Of course, it is only necessary to coat the surfaces of the
照明装置1の演色性を高くするためには、太陽光スペクトルと似たスペクトルを実現する必要がある。 In order to improve the color rendering properties of the lighting device 1, it is necessary to realize a spectrum similar to the sunlight spectrum.
図11は、太陽光スペクトルと、従来の照明装置の発光スペクトルとのを示す図である。横軸は波長[nm]を示し、縦軸は光強度[mW/cm2]を示す。
図11に示すように、太陽光スペクトルPは、従来の照明装置の発光スペクトルSと比べると可視光領域全体に亘って平坦な形状を有する。従来の照明装置の発光スペクトルSは、青色と黄色など一部の色に偏っている。そのため、より高い演色性を有する照明装置1を実現するためには、赤色光および橙色光などを増やすことが必要である。
FIG. 11 is a diagram showing a sunlight spectrum and an emission spectrum of a conventional lighting device. The horizontal axis indicates the wavelength [nm], and the vertical axis indicates the light intensity [mW / cm 2 ].
As shown in FIG. 11, the sunlight spectrum P has a flat shape over the entire visible light region as compared with the emission spectrum S of the conventional illumination device. The emission spectrum S of the conventional lighting device is biased to some colors such as blue and yellow. Therefore, in order to realize the illumination device 1 having higher color rendering properties, it is necessary to increase red light, orange light, and the like.
ある特定の波長の発光を強めたい場合、その波長と同じプラズモン共鳴波長を有する金属ナノ粒子12をコアとする波長変換粒子10を用意し、この波長変換粒子10を波長変換部4内により多く入れるようにすればよい。すなわち、様々なプラズモン共鳴波長を有する数種類の波長変換粒子10の濃度を、そのプラズモン共鳴波長毎(増強させたい光の波長毎)に調整することで、波長変換部4から射出される発光スペクトルを自由に変えることができる。
When it is desired to enhance light emission at a specific wavelength, the
このため、特に、蛍光分子13の発光ピークより長波長側の発光スペクトルのすそ野部分の波長を増強することが好ましい。また、より好ましくは、蛍光分子13の発光スペクトルのすそ野部分の複数の波長を増強することが望ましい。こうすれば、より太陽光スペクトルに近い平坦な発光スペクトルが得られるからである。
For this reason, it is particularly preferable to increase the wavelength of the base portion of the emission spectrum on the longer wavelength side from the emission peak of the
本実施形態の照明装置1では、アスペクト比1:1の金属ナノ粒子12aを有する波長変換粒子10aと、アスペクト比が1:5の金属ナノ粒子12nを有する波長変換粒子10nと、が波長変換部4内に混在された構成とされているが、3種類以上の波長変換粒子を混在させてもよい。
In the illuminating device 1 of this embodiment, the
金属ナノ粒子12の形状(特に、アスペクト比)が互いに異なる複数の波長変換粒子10を波長変換部4中に多数混在させておくことにより、約520nm〜約700nmにわたる波長域の励起光をプラズモン共鳴で増強させることができる。これにより、緑色光から深赤色光の発光強度を高めることができる。
Plural
このように、金属ナノ粒子12のアスペクト比を調整することによって、ある領域における波長の励起光を効果的に増強することが可能となる。その結果、波長変換部4から射出される光の発光スペクトルを太陽光スペクトルに近づけることができる。したがって、より高い演色性を持つ照明装置1を得ることができる。
In this way, by adjusting the aspect ratio of the
増強した部分の発光スペクトルは、通常、プラズモン共鳴波長を中心して半値幅が50nm程度のピークを有する。そのため、増強する複数の発光スペクトルの波長の中で、互いに20nm以上離れているものが存在することがさらに望ましい。具体的には、増強する複数の発光スペクトルの波長のうち最も近い波長どうしが、20nm以上50nm以下の範囲内にあることがより望ましい。20nm未満の場合、発光スペクトルのピークがほぼ重なってしまい、プラズモン共鳴を用いた蛍光増強による発光スペクトルのブロード化の効果が小さいからである。 The enhanced emission spectrum usually has a peak with a half width of about 50 nm centered on the plasmon resonance wavelength. Therefore, it is more desirable that there are wavelengths that are separated from each other by 20 nm or more among the wavelengths of the plurality of emission spectra to be enhanced. Specifically, it is more desirable that the nearest wavelengths among the wavelengths of the plurality of emission spectra to be enhanced are in the range of 20 nm to 50 nm. If it is less than 20 nm, the peaks of the emission spectrum almost overlap each other, and the effect of broadening the emission spectrum by fluorescence enhancement using plasmon resonance is small.
また、金属ナノ粒子12のプラズモン共鳴波長が励起光の波長(蛍光分子の吸収波長)と一致している場合、励起光は、金属ナノ粒子12の近傍のプラズモン共鳴により電界増強される。すなわち、励起光増強作用が生じる。この場合、金属ナノ粒子12による消光は起こらないと考えられる。金属ナノ粒子12の表面から距離が遠ざかるほど増強電界強度が及ぼす範囲が小さくなる。このため、増強電界強度が及ぼす範囲内に蛍光分子13を配置させる必要がある。
In addition, when the plasmon resonance wavelength of the
その点、本実施形態の波長変換粒子10によれば、金属ナノ粒子12の周囲が蛍光分子13を含有させた誘電体14により被覆されているため、金属ナノ粒子12から十分に近い位置に蛍光分子13が存在する。これにより、少量の蛍光分子13で効率良く発光が生じる。すなわち、蛍光増強に寄与しない蛍光分子13が存在しないため、より高輝度な蛍光が得られる。
In that respect, according to the
上述した照明装置1における波長変換部4が、異なる複数のプラズモン共鳴波長を有しているか否かを後に調べることが可能である。 It is possible to examine later whether the wavelength conversion unit 4 in the illumination device 1 described above has a plurality of different plasmon resonance wavelengths.
先ず、筐体2から波長変換部4を剥離する。
次に、波長変換部4を構成している多数の波長変換粒子10と、これら多数の波長変換粒子10を分散させている透光性樹脂11とを分離する。このとき、透光性樹脂11を溶解用薬品によって溶かしてもよい。例えば、透光性樹脂11がシリコーン樹脂からなる場合は水酸化ナトリウム、アクリル樹脂からなる場合はエタノールなどを用いればよい。
First, the wavelength conversion unit 4 is peeled from the
Next, a large number of
次に、各波長変換粒子10におけるそれぞれの誘電体14を溶かして、金属ナノ粒子12と多数の蛍光分子13とを分離する。
Next, each dielectric 14 in each
そして、金属ナノ粒子12をSEMまたはTEMで観測し、金属ナノ粒子12の形状を観測、組成を分析することにより、金属ナノ粒子12の材料を知ることができる。
And the material of the
プラズモン共鳴波長は、金属ナノ粒子12の形状と材料によって決定される。そのため、金属ナノ粒子12の形状と材料を調べることでどの波長を蛍光増強しているか知ることができる。
The plasmon resonance wavelength is determined by the shape and material of the
また、蛍光分子13の分光分析を行い、蛍光分子13の吸収および発光スペクトルを調べる。さらに、NMR、Massスペクトル、FTIRなどを併用することで分子構造を知ることができる。
Further, the
なお、筐体2の形状は上述したものに限られることはない。
例えば、図3(A)に示す筐体201のように、全体が湾曲した凹状とされていてもよい。つまり、断面視形状が半球状をなす波長変換部401の上面401a以外の曲面401bを覆うような形状としてもよい。
また、図3(B)に示す筐体202のように、波長変換部4の底面4bのみに接する板状のものでもよい。その他、適宜変更が可能である。
In addition, the shape of the housing | casing 2 is not restricted to what was mentioned above.
For example, like the
Further, as in the
[第2実施形態]
以下、第2実施形態の照明装置の実施形態について説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は先の実施形態の構成と略同様であるが、波長変換部の構成において異なる。よって、以下の説明では、波長変換部の構成について詳しく説明し、その他の共通の構成要素については説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the illumination device according to the second embodiment will be described.
The basic configuration of the illumination device of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the previous embodiment, but differs in the configuration of the wavelength conversion unit. Therefore, in the following description, the configuration of the wavelength conversion unit will be described in detail, and description of other common components will be omitted.
図4は、第2実施形態の照明装置の概略構成を示す図である。
図4に示すように、本実施形態における照明装置(発光装置)20は、波長変換材料として、プラズモン共鳴が異なる複数の波長変換粒子(波長変換材料)21を分散させてなる波長変換部(波長変換素子)22を備えている。具体的には、複数の波長変換粒子21の間で、金属ナノ粒子12の表面を覆っている誘電体14の屈折率が異なっている。
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of the illumination device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 4, the illuminating device (light emitting device) 20 in this embodiment is a wavelength conversion unit (wavelength conversion unit) in which a plurality of wavelength conversion particles (wavelength conversion materials) 21 having different plasmon resonances are dispersed as a wavelength conversion material. Conversion element) 22. Specifically, the refractive index of the dielectric 14 covering the surface of the
本実施形態では、少なくとも2種類の波長変換粒子21a、21mを分散させてなる波長変換部22を備えた構成について述べるが、これに限らず、誘電体14の屈折率が異なる3種類以上の波長変換粒子21を分散させてもよい。
In the present embodiment, a configuration including a
本実施形態では、屈折率の異なる2種類の誘電体14a、14mを用いている。つまり、誘電体14aによって金属ナノ粒子12が表面コーティングされた波長変換粒子21aおよび誘電体14mによって金属ナノ粒子12が表面コーティングされた波長変換粒子21mをそれぞれ複数ずつ有している。
In the present embodiment, two types of
これら波長変換粒子21a、21mにおける互いの金属ナノ粒子12は、アスペクト比が1:1の金ナノスフィアである。金属ナノ粒子12は、約200nmの直径を有する。
The
誘電体14a、14m中に含まれる多数の蛍光分子13は、先の第1実施形態で述べた材料のいずれかから成るものである。
The numerous
本実施形態で金属ナノ粒子12の表面コーティングに用いる誘電体14の屈折率は、例えば1.35から1.81までの範囲内とされている。誘電体14の屈折率の範囲は一例であって、特に限定するものではない。
In this embodiment, the refractive index of the dielectric 14 used for the surface coating of the
例えば、屈折率が1.35の誘電体14の材料としては、フッ素樹脂等が挙げられる。また、例えば、屈折率が1.81の誘電体14の材料としては、超高屈折率樹脂(日産化学UR−501)等が挙げられる。 For example, the material of the dielectric 14 having a refractive index of 1.35 includes fluororesin. Further, for example, as a material of the dielectric 14 having a refractive index of 1.81, ultrahigh refractive index resin (Nissan Chemical UR-501) and the like can be mentioned.
ここで、アスペクト比が1:1の金属ナノ粒子12の表面を屈折率1.35の誘電体14aにより表面コーティングしてなる波長変換粒子21aの場合、そのプラズモン共鳴波長は530nmである。屈折率が1.81の誘電体14mでコーティングしてなる波長変換粒子21mの場合には、プラズモン共鳴波長が580nmとなる。
Here, in the case of the
このように、プラズモン共鳴波長は、金属ナノ粒子12の表面をコーティングする誘電体14の屈折率が高くなるにしたがって長波長化する。つまり、金属ナノ粒子12の形状だけでなく、誘電体14の屈折率によってもプラズモン共鳴波長を異ならせることができる。
Thus, the plasmon resonance wavelength becomes longer as the refractive index of the dielectric 14 that coats the surface of the
以上のように、本実施形態の照明装置20では、金属ナノ粒子12を被覆する誘電体14a、14mの屈折率が互いに異なる少なくとも2種類の波長変換粒子21a、21mを混在させておくことによって、黄色光および赤色光の波長域の励起光をプラズモン共鳴で増強させることができる。
As described above, in the
金属ナノ粒子12を被覆する誘電体14として屈折率が異なる複数の誘電体14を用いて、様々な種類の波長変換粒子21を混在させておくことにより、広い範囲の波長域の励起光をプラズモン共鳴で増強させることができる。これにより、ある領域における波長の励起光を効果的に増強することが可能である。したがって、より高い演色性を持つ照明装置1を得ることができる。
By using a plurality of
[第3実施形態]
以下、第3実施形態の照明装置の実施形態について説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態の構成と略同様であるが、波長変換部の構成において異なる。よって、以下の説明では、波長変換部の構成について詳しく説明し、その他の共通の構成要素については説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the illumination device of the third embodiment will be described.
The basic configuration of the illumination device of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment, but differs in the configuration of the wavelength conversion unit. Therefore, in the following description, the configuration of the wavelength conversion unit will be described in detail, and description of other common components will be omitted.
図5は、第3実施形態の照明装置の概略構成を示す図である。
図5に示すように、本実施形態の照明装置(発光装置)30は、波長変換材料として、プラズモン共鳴が異なる複数種類の波長変換粒子(波長変換材料)31(A、B、…、T)を多数分散させてなる波長変換部(波長変換素子)32を備えている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the illumination device according to the third embodiment.
As shown in FIG. 5, the illuminating device (light emitting device) 30 of this embodiment has a plurality of types of wavelength converting particles (wavelength converting materials) 31 (A, B,..., T) having different plasmon resonances as wavelength converting materials. Is provided with a wavelength conversion unit (wavelength conversion element) 32 in which a large number of particles are dispersed.
具体的に、複数の波長変換粒子31は、アスペクト比が1:1から1:5の範囲内で異なる複数の金属ナノ粒子12(a、b、…、n)の各表面が、屈折率が1.35から1.81の範囲内で異なる複数の誘電体14(a、b、…、m)でそれぞれ被覆された構成となっている。
ここで、T,n,mは、それぞれ1以上の自然数である。
Specifically, each of the plurality of
Here, T, n, and m are natural numbers of 1 or more, respectively.
例えば、金属ナノ粒子12のアスペクト比の上限及び下限と、誘電体14の屈折率の上限及び下限と、をそれぞれ組み合わせると、以下の4種類の波長変換粒子31が得られる。1種類目として、アスペクト比が1:1の金属ナノ粒子12aの表面を屈折率が1.35の誘電体14aによって表面コーティングされてなる波長変換粒子31Aが挙げられる。2種類目として、アスペクト比が1:5の金属ナノ粒子12bの表面を屈折率が1.35の誘電体14aによって表面コーティングされてなる波長変換粒子31Bが挙げられる。3種類目として、アスペクト比が1:1の金属ナノ粒子12aの表面を屈折率が1.81の誘電体14bによって表面コーティングされてなる波長変換粒子31Sが挙げられる。4種類目として、アスペクト比が1:5の金属ナノ粒子12bの表面を屈折率が1.81の誘電体14bによって表面コーティングされてなる波長変換粒子31Tが挙げられる。
For example, when the upper limit and lower limit of the aspect ratio of the
つまり、複数の波長変換粒子31どうしの間で、金属ナノ粒子12のアスペクト比及び誘電体14のうち少なくともいずれか一方がそれぞれ異なっていればよい。そのため、上記の4種類に限らない。
That is, it is sufficient that at least one of the aspect ratio of the
金属ナノ粒子12の各種類と、誘電体14の各種類との組み合わせは適宜選択される。これら金属ナノ粒子12のアスペクト比と誘電体14の屈折率との組み合わせによって、波長変換粒子31のプラズモン共鳴波長をより広範囲な波長域に亘って調整することができる。
A combination of each type of
[第4実施形態]
以下、第4実施形態の照明装置の実施形態について説明する。
本実施形態の照明装置の基本構成は第1実施形態の構成を略同様であるが、波長変換部の構成において異なる。よって、以下の説明では、波長変換部の構成について詳しく説明し、その他の共通の構成要素については説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the illumination device of the fourth embodiment will be described.
The basic configuration of the illumination device of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the first embodiment, but differs in the configuration of the wavelength conversion unit. Therefore, in the following description, the configuration of the wavelength conversion unit will be described in detail, and description of other common components will be omitted.
図6は、第4実施形態の照明装置の概略構成を示す図である。
図6に示すように、本実施形態の照明装置(発光装置)40は、プラズモン共鳴が互いに異なる2種類の第1波長変換粒子(波長変換材料)41および第2波長変換粒子(波長変換材料)42をそれぞれ複数ずつ混在させた波長変換部(波長変換素子)43を有している。具体的に、第1波長変換粒子41と第2波長変換粒子42とでは、コアとなる金属ナノ粒子12の材料が異なっている。
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the illumination device according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 6, the illumination device (light emitting device) 40 of the present embodiment includes two types of first wavelength conversion particles (wavelength conversion material) 41 and second wavelength conversion particles (wavelength conversion material) having different plasmon resonance. A wavelength conversion unit (wavelength conversion element) 43 in which a plurality of 42 are mixed is provided. Specifically, the first
第1波長変換粒子41は、Auからなる金属ナノ粒子12aをコアとして、その表面が所定の屈折率を有する誘電体14によりコーティングされて構成されている。
第2波長変換粒子42は、Agからなる金属ナノ粒子12bをコアとして、その表面が上記誘電体14によりコーティングされて構成されている。
The first
The second
金ナノ粒子12aおよび銀ナノ粒子12bは、それぞれ1:1から1:5の範囲内のアスペクト比を有するもので、互いに一定である。
The
例えば、金ナノ粒子12aが、例えば屈折率2.0の誘電体14により表面コーティングされた第1波長変換粒子41の場合、約520nmから約700nmの波長域の励起光をプラズモン共鳴により増強させることができる。
For example, when the
一方、銀ナノ粒子12bを用いた第2波長変換粒子42の場合、プラズモン共鳴波長が約400nm付近に短波長化する。また、銀ナノ粒子12bのアスペクト比を変えることで、プラズモン共鳴波長を400nmから徐々に長波長化させることができる。
On the other hand, in the case of the second
このように、波長変換部43内に材料の異なる金属ナノ粒子12a、12bを複数ずつ混在させることにより、それぞれ異なる波長の光をプラズモン共鳴により増強させることができる。
In this manner, by mixing a plurality of
[第5実施形態]
以下、第5実施形態の照明装置の実施形態について説明する。
図7は、第5実施形態の照明装置の概略構成を示す断面図である。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the illumination device of the fifth embodiment will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the illumination device according to the fifth embodiment.
図7に示すように、第5実施形態の照明装置(発光装置)50は、第1基板52と、発光部53と、第2基板54と、複数の金属ナノ粒子12を含む誘電体層(第1の層)56と、蛍光体を含む色変換部(第2の層)57と、第3基板58と、を備える。第1基板52の第1面52aに、発光部53と第2基板54とが第1基板52側からこの順に積層されている。第1基板52の第2面52bに、誘電体層56、色変換部(波長変換部)57および第3基板58が第1基板52側からこの順に積層されている。発光部53は、第1基板52上に形成された有機EL素子で構成されている。誘電体層56および色変換部57は、第1基板52の第2面52bに形成されている。
As illustrated in FIG. 7, the illumination device (light emitting device) 50 according to the fifth embodiment includes a
発光部53は、色変換部57の蛍光体を励起させるための励起光を射出する。色変換部57は、発光部53の光射出側(図7における上層側)に設けられている。色変換部57は、励起光の照射により蛍光を生じる蛍光体を含む。色変換部57では、蛍光体が励起光を吸収して、励起光とは異なる色の蛍光を発する。これにより、発光部53から射出された励起光の色が変換される。誘電体層56は、発光部53と色変換部57との間に設けられている。誘電体層56は、異なるプラズモン現象を発現する2種類の金属ナノ粒子12R,12Gを含有する誘電体媒質9から構成されている。
The
第1基板52としては、例えば、ガラス、石英等からなる無機材料基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリカルバゾール、ポリイミド等を含むプラスティック基板、アルミナ等を含むセラミックス基板等の絶縁性基板、もしくは、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)等を含む金属基板、または、基板上に酸化シリコン(SiO2)、有機絶縁材料等を含む絶縁物を表面にコーティングした基板、Al等を含む金属基板の表面を陽極酸化等の方法で絶縁化処理を施した基板等を挙げることができる。しかし、本実施形態で使用できる基板は、これらの基板に限定されるものではない。
As the
発光部53は、陰極111と、陽極112と、陰極111と陽極112との間に挟持された有機発光層130と、を備える。有機発光層130は、例えば電子注入層114、電子輸送層115、正孔防止層116、発光体層117、正孔輸送層118、正孔注入層119が陰極111側からこの順に積層された構成を有する。発光体層117は、青色光を発光する。
The
発光部53は、マイクロキャビティ効果を発現する構造であってもよい。マイクロキャビティ効果を発現する構造としては、例えば、有機発光層130の厚さを、増強したい光の波長に合致するように設定することが望ましい。有機EL素子においては、一対の電極111,112で有機発光層130が挟持されている。
The
有機発光層130は、本実施形態の構成に限定されず、発光体層117の単層構造でもよいし、発光体層117と正孔輸送層118、電子輸送層115等を含む多層構造でもよい。
The organic
封止層121は、発光部53の側面を封止している。封止層121は、任意の絶縁材料を用いて形成することができる。絶縁材料としては、有機材料、無機材料のいずれであってもよい。
The
誘電体層56は、第1基板52の第2面52bに形成されている。誘電体層56は、アスペクト比が互いに異なる金属ナノ粒子12R,12Gを複数ずつ含む誘電体媒質9で構成されている。金属ナノ粒子12R、12Gは、後述する赤色画素領域PRおよび緑色画素領域PGに対応する領域にそれぞれ配置されており、青色画素領域PBに対応する領域には配置されていない。
The
赤色画素領域PRに対応する領域に配置された複数の金属ナノ粒子12Rは、赤色光域の波長に対応する複数のプラズモン共鳴波長が得られるアスペクト比をそれぞれ有している。緑色画素領域PGに対応する領域に配置された複数の金属ナノ粒子12Gは、緑色光域の波長に対応する複数のプラズモン共鳴波長が得られるアスペクト比をそれぞれ有している。これにより、赤色光域及び緑色光域の波長をそれぞれ広範囲に増強させることができる。
The plurality of
誘電体媒質9として、可視域において高い透明度を有するものが好ましく、例えば、ポリスチレン、ポリビニルアルコール(PVA)、4,4’−[p−スルホニルビス(フェニレンスルファニル)]ジフタル酸無水物(DPSDA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、エポキシ系樹脂等が用いられる。誘電体媒質9の比誘電率εは、それぞれε=2.20〜2.40、ε=2.56、ε=3.24、ε=3.50〜4.50、ε=2.50〜6.00程度である。なお、誘電体媒質9は、上記以外であってもよい。
The
ここで、励起した金属ナノ粒子12R,12Gの近傍の増強電界を、各色変換層に効率良く吸収させる必要があるため、誘電体層56の厚みと金属ナノ粒子12R,12Gの平均直径とはほぼ等しい。
Here, since it is necessary for each color conversion layer to efficiently absorb the enhanced electric field in the vicinity of the
本実施形態においては、色変換部57の誘電体層56に接する側の面から誘電体層56に存在する金属ナノ粒子12R,12Gまでの平均距離は、金属ナノ粒子12R,12Gの平均直径以下である。すなわち、誘電体層56は、その膜厚が金属ナノ粒子12R,12Gを均等に2層積層した厚さよりも薄くなるように形成されている。言い換えると、誘電体層56は、金属ナノ粒子12R,12Gが2段には重ならない程度の厚さに形成されている。
In the present embodiment, the average distance from the surface of the
色変換部57は、赤色蛍光体層(蛍光体)123および緑色蛍光体層(蛍光体)124の2つの蛍光体層と、1つの透過層125と、から構成されている。赤色蛍光体層123は、赤色画素領域PRに対応する領域に配置されている。緑色蛍光体層124は、緑色画素領域PGに対応する領域に配置されている。透過層125は、青色画素領域PBに対応する領域に配置されている。透過層125は、青色光を透過させ、配光状態を調整する機能を有する。本実施形態の照明装置50において、発光部53から放出される青色光は、色変換部57に入射する。赤色蛍光体層123に入射する青色光は、赤色光に変換されて射出される。緑色蛍光体層124に入射する青色光は、緑色光に変換されて射出される。透過層125に入射する青色光は、配光状態が調整され、青色光のまま射出される。
The
赤色蛍光体層123および緑色蛍光体層124は、以下に例示する蛍光体材料のみから構成されていてもよく、任意に添加剤等を含んでいてもよく、これらの材料が高分子材料(結着用樹脂)または無機材料中に分散された構成であってもよい。また、隣り合う2つの蛍光体層間、および蛍光体層と透過層との間には、ブラックマトリックス126が形成されている。
The
本実施形態の照明装置50では、赤色画素領域PRに、赤色光域の波長に応じてアスペクト比を異ならせた複数種類の金属ナノ粒子12Rを配置するとともに、緑色画素領域PGに、緑色光域の波長に応じてアスペクト比を異ならせた複数種類の金属ナノ粒子12Gを配置した。
これにより、各色の光の広い範囲の波長域を効率よく蛍光増強させることができ、高輝度な蛍光が色毎に得られる。
In the
Thereby, it is possible to efficiently enhance fluorescence in a wide wavelength range of light of each color, and high-intensity fluorescence is obtained for each color.
本実施形態では、赤色画素領域PRおよび緑色画素領域PGごとに、アスペクト比が異なる複数種類の金属ナノ粒子12R,12Gをそれぞれ配置したが、これに限らない。例えば、赤色画素領域PRに、所定の赤色光域の波長と同じプラズモン共鳴が得られるアスペクト比を有する金属ナノ粒子12Rを複数配置するとともに、緑色画素領域PGに、所定の緑色光域の波長と同じプラズモン共鳴が得られるアスペクト比を有する金属ナノ粒子12Gを複数配置する構成としてもよい。
In the present embodiment, a plurality of types of
また、本実施形態では、コア粒子としてともに金ナノ粒子からなる金属ナノ粒子12R,12Gを用いているが、これに限らず、例えば金属ナノ粒子の材料を互いに異ならせてもよい。金属ナノ粒子12R,12Gの材料としては、赤色光域あるいは緑色光域の波長と同じプラズモン共鳴波長が得られる材料をそれぞれ選択する。金属ナノ粒子12R,12Gの材料が異なる場合、互いのアスペクト比は同じでも異なっていてもよい。
In the present embodiment, the
なお、色変換部57の光射出側に、カラーフィルターが設けられていてもよい。例えば、青色画素領域PBに対応する透過層125の上側に、青緑色波長域よりも長波長側の光をカットし、青色波長域の光を透過する不図示のカラーフィルターを備えている。カラーフィルターは、金属ホールアレイ構造で形成されるものを用いることができる。ただし、これに限らず、誘電体多層膜で形成したカラーフィルターを用いてもよい。
A color filter may be provided on the light emission side of the
また、例えば、誘電体層56が、所定の屈折率を有する誘電体によって表面コーティングされた金属ナノ粒子12を光透過性樹脂内に多数分散してなる構成とされていてもよい。
あるいは、誘電体層56が、屈折率の異なる複数の誘電体層が積層されて構成されていてもよい。積層された各誘電体層には、複数の金属ナノ粒子12が含まれているものとする。
Further, for example, the
Alternatively, the
以上、上記各実施形態で述べたように、波長変換粒子のプラズモン共鳴スペクトルは、金属ナノ粒子12を構成する金属の種類、粒子の大きさ、形状(アスペクト比)、および周囲の屈折率に依存している。つまり、波長変換部に分散させる金属ナノ粒子12を構成する金属の種類、粒子の大きさ、形状(主にアスペクト比)、およびコーティングする誘電体14の屈折率をそれぞれどのように選択するかによって、可視光域におけるいずれの波長もプラズモンにより増強させることが可能である。
As described above, the plasmon resonance spectrum of the wavelength conversion particle depends on the type of metal constituting the
金属ナノ粒子12およびその表面コーティング材料としての誘電体14を、それぞれ一種類ずつしか用いなければ、特定の一つの波長でしかプラズモン共鳴による蛍光増強は得られない。
If only one type of each of the
上述した各実施形態の照明装置によれば、プラズモン共鳴波長が互いに異なる複数種類の波長変換粒子を用いることで、複数の波長でプラズモン共鳴による蛍光増強を得ることが可能である。これにより、照明装置の発光スペクトルを幅広くすることができ、太陽光の発光スペクトルに近づけることができる。その結果、演色性に優れたより理想的な白色光を実現することが可能である。
よって、物の色が不自然に見えるようなことがなくなり、特に、美術館や医療現場など細かい色の違いを見分けることが必要な場面での不具合をなくすことができる。
According to the illumination device of each embodiment described above, it is possible to obtain fluorescence enhancement by plasmon resonance at a plurality of wavelengths by using a plurality of types of wavelength conversion particles having different plasmon resonance wavelengths. Thereby, the emission spectrum of the illuminating device can be broadened and can be brought close to the emission spectrum of sunlight. As a result, it is possible to realize more ideal white light with excellent color rendering.
Therefore, the color of the object does not appear to be unnatural, and in particular, it is possible to eliminate the trouble in a scene where it is necessary to distinguish a fine color difference such as an art museum or a medical site.
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、1種類の蛍光分子13を用いるだけでなく、複数種類の蛍光分子13を用いてもよい。
For example, not only one type of
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1の照明装置について説明する。
本実施例に係る照明装置の基本構成について、図1及び図2に示した第1実施形態における照明装置の構成を採用し、金属ナノ粒子12のアスペクト比が互いに異なる少なくとも2種類の波長変換粒子10a、10nを複数ずつ用いた。本実施例では、図1及び図2を参照して説明する。
The lighting device of Example 1 will be described.
As the basic configuration of the illumination device according to the present example, the configuration of the illumination device in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is adopted, and at least two types of wavelength conversion particles having different aspect ratios of the
実施例1の照明装置1は、発光素子3として、発光ピークが450nm、半値幅約30nmのInGaN半導体を発光層とするLEDを用いた。発光素子3を筐体2の底面2bに固定し、発光素子3の両電極を導電性ワイヤー5,5で接続して筐体2の外部から発光素子3に電圧を印加できるようにした。
In the illuminating device 1 of Example 1, as the
波長変換粒子10a、10nは、形状の異なる金属ナノ粒子12a、12nをそれぞれ有している。本実施例では、金属ナノ粒子12aとしてアスペクト比が1:1の金ナノスフィアを用い、金属ナノ粒子12nとしてアスペクト比が1:5の金ナノロッドを用いた。
The
照明装置1は、下記のようにして作成する。ここでは、波長変換部4の作成方法を中心に述べる。 The lighting device 1 is created as follows. Here, the creation method of the wavelength conversion unit 4 will be mainly described.
先ず、8mM(M=mol/L)のCTAB(cetyltrimethyl ammonium bromide:臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム)溶液内に、アスペクト比1:1〜1:5の複数の金属ナノ粒子12と、TEOS(Tetraethyl orthosilicate:オルトケイ酸テトラエチル)と、複数のクマリン6(色素)からなる蛍光分子13と、を分散させる。
First, in a 8 mM (M = mol / L) CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) solution, a plurality of
次に、この分散液をpH=10〜11に保ったまま数日かき混ぜる。このようにして、クマリン6入りのシリコーン樹脂でコーティングされた金属ナノ粒子12、すなわち波長変換粒子10を多数作成する。
Next, the dispersion is stirred for several days while maintaining pH = 10-11. In this way, a large number of
次に、作成した多数の波長変換粒子10a、10nをエポキシ樹脂からなる透光性樹脂11に混入させて十分に撹拌する。その後、発光素子3が固定されている筐体2内に、波長変換粒子10a、10nを多数含んだ透光性樹脂11を入れ、150℃で5時間程度加熱して硬化させた。
これにより、多数の波長変換粒子10a、10nを含む波長変換部4を作成し、本実施例の照明装置1が完成する。
Next, the produced many
Thereby, the wavelength conversion part 4 containing many wavelength conversion particle |
本実施例に係る照明装置1の特徴について述べる。
ここでは、光の演色性を示すRa値を用いて、本実施例における照明装置1を評価する。
Ra値(平均演色評価数)とは、対象となる基準光源で物体を照明したときに、基準光(すなわち太陽光)と比較してどれだけ物体の色を再現しているかの指標である。
The characteristics of the lighting device 1 according to this embodiment will be described.
Here, the lighting apparatus 1 in the present embodiment is evaluated using the Ra value indicating the color rendering properties of light.
The Ra value (average color rendering index) is an index of how much the color of an object is reproduced compared to the reference light (that is, sunlight) when the object is illuminated with a target reference light source.
基準光源には、国際照明委員会(CIE)が定めている測色用の光(イルミナント)を用いる。この光は色温度6500Kの自然昼光、北向きの窓から入る自然の拡散昼光(北空昼光ともいう)に相当する。 As the reference light source, light for color measurement (illuminant) determined by the International Commission on Illumination (CIE) is used. This light corresponds to natural daylight with a color temperature of 6500K and natural diffused daylight (also called north sky daylight) entering from a north-facing window.
ここで、Ra値の算出方法について述べる。
まず、予め決められた8種類の試験色を、基準光源と試料光源とで照らした時の色差ΔEiを算出する。
Here, a method for calculating the Ra value will be described.
First, the color difference ΔEi when eight kinds of predetermined test colors are illuminated with the reference light source and the sample light source is calculated.
次に、特殊演色評価数Riを下記(1)式で測定、算出する。
Ri=100−4.6×ΔEi …(1)
Next, the special color rendering index Ri is measured and calculated by the following equation (1).
Ri = 100-4.6 × ΔEi (1)
最後に、平均演色評価数は、R1〜R8の平均であり下記(2)式で計算する。
Ra=ΣRi(i=1〜8)×1/8 …(2)
Finally, the average color rendering index is an average of R1 to R8 and is calculated by the following equation (2).
Ra = ΣRi (i = 1 to 8) × 1/8 (2)
なお、基準光源と同じ色再現ができる場合はRa値が100となり、Ra値が100に近い程、演色性が高い。 When the same color reproduction as that of the reference light source can be performed, the Ra value is 100, and the closer the Ra value is to 100, the higher the color rendering.
金属ナノ粒子12を用いていない従来の照明装置では、演色性を示すRa値が46であった。これに対して、本実施例の照明装置1ではRa値が63にまで上昇した。
In a conventional lighting device that does not use the
本実施例の照明装置1によれば、金属ナノ粒子12のアスペクト比が異なる2種類の波長変換粒子10a、10nを用いることによって、異なる波長の蛍光をプラズモン共鳴によって増強させることができる。このようなプラズモン共鳴による蛍光増強作用を採用することで、高い演色性を得ることができた。
According to the illumination device 1 of the present embodiment, by using two types of
次に、実施例2の照明装置について説明する。
図8は、実施例2における照明装置20の概略構成を示す図である。
Next, the illuminating device of Example 2 is demonstrated.
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
本実施例に係る照明装置の基本構成について、図4に示した第2実施形態における照明装置の構成を採用し、誘電体14b、14mの屈折率が互いに異なる少なくとも2種類の波長変換粒子21b,21mを多数分散してなる波長変換部22を備えている。
With respect to the basic configuration of the illumination device according to this example, the configuration of the illumination device in the second embodiment shown in FIG. 4 is adopted, and at least two types of
すなわち、本実施例における波長変換部22は、屈折率が異なる2種類の誘電体14b、14mにより各金属ナノ粒子12の表面がそれぞれコーティングされた波長変換粒子21b、21mを多数含んでいる。
That is, the
実施例2の照明装置20では、誘電体14bとして屈折率1.41のシリコーン樹脂を用い、誘電体14mとして屈折率1.81のトリアジン系ポリマーを用いた。金属ナノ粒子12としては、アスペクト比が1:1の金ナノスフィアを用いた。
In the
照明装置20は、下記のようにして作成する。ここでは、波長変換部22の作成方法を中心に述べる。
The
先ず、8mM(M=mol/L)のCTAB(cetyltrimethyl ammonium bromide)溶液内に、アスペクト比1:1の金ナノスフィアからなる複数の金属ナノ粒子12と、TEOS(Tetraethyl orthosilicate)と、クマリン6(色素)と、を分散させて、pH=10〜11に保ったまま数日かき混ぜる。
First, in an 8 mM (M = mol / L) CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) solution, a plurality of
このようにして、クマリン6入りの、屈折率1.41のシリコーン樹脂からなる誘電体14bによって金属ナノ粒子12の表面をコーティングし、波長変換粒子21bを作成した。
In this manner, the surface of the
また、波長変換粒子21bとは別に、TEOSの代わりに、屈折率1.81のトリアジン系ポリマーからなる誘電体14mを用いて金属ナノ粒子12の表面をコーティングし、波長変換粒子21mを作成した。
In addition to the
これら波長変換粒子21b及び波長変換粒子21mをエポキシ樹脂からなる透光性樹脂11に多数入れて、十分に撹拌する。その後、発光素子3を固定しておいた筐体2内に、波長変換粒子21b及び波長変換粒子21mを多数含んだ透光性樹脂11を入れ、150℃で5時間程度加熱して硬化させた。
A large number of the
これにより、多数の波長変換粒子21b及び波長変換粒子21mを含む波長変換部4を作成し、本実施例の照明装置20が完成する。
Thereby, the wavelength conversion part 4 containing many wavelength conversion particle |
本実施例における照明装置20では、金属ナノ粒子12の表面をコーティングしている誘電体14b,14mの屈折率が異なる少なくとも2種類の波長変換粒子21b,21mを用いた。
In the
これら波長変換粒子21b,21mにより、異なる2つの波長の蛍光をプラズモン共鳴によって増強させることが可能となる。このようなプラズモン共鳴による蛍光増強を用いることで、本実施例における照明装置20では演色性を示すRa値が52となり、高演色性の照明装置20を得ることができた。
These
次に、実施例3の照明装置について説明する。
図9は、実施例3における照明装置60の概略構成を示す図である。
Next, the illuminating device of Example 3 is demonstrated.
FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
本実施例の照明装置60は、プラズモン共鳴が互いに異なる複数種類の波長変換粒子61b、61mをそれぞれ多数分散させてなる波長変換部62を備えている。
The illuminating
複数の波長変換粒子61bは、所定の屈折率を有する誘電体14bによって、アスペクト比が1:1以上1:1.25以下の間で互いに異なる複数の第1金属ナノ粒子12(a1、b1、…、n1)の各表面をそれぞれコーティングしたものである。
The plurality of
複数の波長変換粒子61mは、誘電体14bとは屈折率が異なる誘電体14mによって、上記金属ナノ粒子12とは異なる複数の第2金属ナノ粒子12(a2、b2、…、n2)の各表面をそれぞれコーティングしたものである。複数の第2金属ナノ粒子12(a2、b2、…、n2)は、アスペクト比が1:1以上1:1.25以下の間で互いに異なる。
The plurality of
照明装置60は、下記のようにして作成する。ここでは、波長変換部62の作成方法を中心に述べる。
The
先ず、8mM(M=mol/L)のCTAB(cetyltrimethyl ammonium bromide)溶液内に、アスペクト比が1:1から1:1.25の間で互いに異なる金ナノロッドからなる複数の第1金属ナノ粒子12(a1、b1、…、n1)と、TEOS(Tetraethyl orthosilicate)と、クマリン6からなる複数の蛍光分子13と、を分散させて、pH=10〜11に保ったまま数日かき混ぜる。
First, a plurality of
このようにして、クマリン6入りの、屈折率1.41のシリコーン樹脂からなる誘電体14bによって、アスペクト比が互いに異なる複数の第1金属ナノ粒子12(a1、b1、…、n1)の各表面をそれぞれコーティングし、波長変換粒子61bを複数作成した。
Thus, each surface of the plurality of first metal nanoparticles 12 (a1, b1,..., N1) having different aspect ratios by the dielectric 14b made of silicone resin having a refractive index of 1.41 and containing coumarin 6. A plurality of
また、波長変換粒子61bとは別に、TEOSの代わりに、屈折率1.81のトリアジン系ポリマーからなる誘電体14mを用いて、アスペクト比が互いに異なる複数の第2金属ナノ粒子12(a2、b2、…、n2)の各表面をそれぞれコーティングし、波長変換粒子61mを複数作成した。
In addition to the
複数の波長変換粒子61bにおける各第1金属ナノ粒子12(a1、b1、…、n1)のアスペクト比が互いに異なり、各波長変換粒子61bのプラズモン共鳴波長が互いに異なっている。
The aspect ratios of the first metal nanoparticles 12 (a1, b1,..., N1) in the plurality of
また、複数の波長変換粒子61mにおける各第2金属ナノ粒子12(a2、b2、…、n2)のアスペクト比も互いに異なっており、各波長変換粒子61mのプラズモン共鳴波長も互いに異なっている。
Further, the aspect ratios of the second metal nanoparticles 12 (a2, b2,..., N2) in the plurality of
これら波長変換粒子61b及び波長変換粒子61mをエポキシ樹脂からなる透光性樹脂11に多数入れて、十分に撹拌する。その後、発光素子3を固定しておいた筐体2内に、波長変換粒子61b及び波長変換粒子61mをそれぞれ多数含有する透光性樹脂11を入れ、150℃で5時間程度加熱して硬化させた。
A large number of the
このようにして、複数種類の波長変換粒子61b、61mを多数含む波長変換部32を筐体2内に作成し、本実施例の照明装置60が完成する。
In this manner, the
本実施例における照明装置60では、アスペクト比が異なる複数の金属ナノ粒子12(a、b、…、n)の各表面を、屈折率が異なる2種類の誘電体14b、14mのいずれかによってコーティングして成る2つの系列の波長変換粒子61b、61mを多数用いた。
In the
このような複数種類の波長変換粒子61b、61mにより、異なる複数の波長の蛍光をプラズモン共鳴によって増強させることが可能となる。金属ナノ粒子12及び誘電体14の種類を1種類ずつ用いる場合よりも増強できる光の波長域が拡がるため、本実施例における照明装置30では演色性を示すRa値が77となり、より高い演色性を有する照明装置30となった。
With such a plurality of types of
本実施例では2種類の誘電体14b、14mを用いたが、3種類以上の誘電体14を用いてもよい。このように、金属ナノ粒子12のアスペクト比と誘電体14の屈折率との組み合わせによって、増強できる光の波長域をさらに拡げることが可能である。
In this embodiment, two types of
次に、実施例4の照明装置について説明する。
図10は、実施例4における照明装置70の概略構成を示す図である。
Next, the illuminating device of Example 4 is demonstrated.
FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
本実施例における照明装置(発光装置)70は、図10に示すように、少なくとも2種類の波長変換粒子(波長変換材料)71b,71mを多数分散してなる波長変換部(波長変換素子)74を備えている。 As shown in FIG. 10, the illumination device (light emitting device) 70 in this embodiment has a wavelength conversion unit (wavelength conversion element) 74 formed by dispersing a large number of at least two types of wavelength conversion particles (wavelength conversion materials) 71b and 71m. It has.
波長変換粒子71bは、2種類の蛍光分子13a,13bを含む誘電体14bによって、金属ナノ粒子12の表面がコーティングされてなる。波長変換粒子71mは、2種類の蛍光分子13a,13bを含む誘電体14mによって、金属ナノ粒子12の表面がコーティングされてなる。なお、誘電体14bと誘電体14mとは屈折率が互いに異なっている。
The
本実施例では、クマリン6からなる蛍光分子13aの他に、青色の励起光を黄色光〜赤色光に変換するペリレン系のルモゲンレッドからなる蛍光分子13bをさらに用いた。
In this example, in addition to the
照明装置70は、下記のようにして作成する。ここでは、波長変換部74の作成方法を中心に述べる。
The
先ず、8mM(M=mol/L)のCTAB(cetyltrimethyl ammonium bromide)溶液内に、アスペクト比1:1の金ナノスフィアからなる複数の金属ナノ粒子12と、TEOS(Tetraethyl orthosilicate)と、クマリン6からなる複数の蛍光分子13aと、ルモゲンレッドからなる複数の蛍光分子13bと、を分散させて、pH=10〜11に保ったまま数日かき混ぜる。
First, in a 8 mM (M = mol / L) CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) solution, a plurality of
このようにして、クマリン6およびルモゲンレッドが混在した、屈折率1.41のシリコーン樹脂からなる誘電体14bによって、複数の金属ナノ粒子12の表面をそれぞれコーティングし、2種類の蛍光分子13a,13bを含む波長変換粒子71bを複数作成した。
In this way, the surface of the plurality of
また、波長変換粒子71bとは別に、TEOSの代わりに、屈折率1.81のトリアジン系ポリマーからなる誘電体14mを用いて、複数の金属ナノ粒子12の表面をそれぞれコーティングし、波長変換粒子71mを複数作成した。誘電体14mにもクマリン6およびルモゲンレッドが混在している。これにより、2種類の蛍光分子13a,13bを含む波長変換粒子71mを複数作成した。
In addition to the
これら波長変換粒子71b及び波長変換粒子71mをエポキシ樹脂からなる透光性樹脂11に多数入れて、十分に撹拌する。その後、発光素子3を固定しておいた筐体2内に、波長変換粒子71b及び波長変換粒子71mをそれぞれ多数含有する透光性樹脂11を入れ、150℃で5時間程度加熱して硬化させた。
A large number of the
本実施例における照明装置70では、屈折率の異なる誘電体14b,14mのそれぞれが、2種類の蛍光分子13a,13bを含んでいる。このような誘電体14bあるいは誘電体14mによって金属ナノ粒子12をそれぞれ表面コーティングしてなる波長変換粒子71b,71mを用いることにより、より広域の波長の蛍光をプラズモン共鳴によって増強させることができた。
In the
なお、上記の実施形態においては、発光素子3が有機EL発光層の場合について説明したが、これに限られない。例えば、発光部として、青色発光ダイオード等の発光ダイオード(LED)を採用してもよい。また、LEDを採用する場合、液晶によって発光した光の遮断と透過とを制御してもよい。
In the above embodiment, the case where the
1,20,30,40,50,70…照明装置(発光装置)、3、53…発光素子(発光部)、4,22,32,43,74,401…波長変換部、10,21,31,71…波長変換粒子、41…第1波長変換粒子、42…第2波長変換粒子、12,12a,12b,12n,12G,12R…金属ナノ粒子、13,13a,13b…蛍光分子(蛍光体)、14,14a,14b,14m…誘電体、53…発光部、56…誘電体層(第1の層)、57…色変換部(第2の層:波長変換部)、123…赤色蛍光体層(蛍光体)、124…緑色蛍光体層(蛍光体) 1, 20, 30, 40, 50, 70 ... Illumination device (light emitting device), 3, 53 ... Light emitting element (light emitting unit), 4, 22, 32, 43, 74, 401 ... Wavelength converting unit, 10, 21, 31, 71 ... wavelength conversion particles, 41 ... first wavelength conversion particles, 42 ... second wavelength conversion particles, 12, 12a, 12b, 12n, 12G, 12R ... metal nanoparticles, 13, 13a, 13b ... fluorescent molecules (fluorescence) Body), 14, 14a, 14b, 14m ... dielectric, 53 ... light emitting part, 56 ... dielectric layer (first layer), 57 ... color conversion part (second layer: wavelength conversion part), 123 ... red Phosphor layer (phosphor), 124... Green phosphor layer (phosphor)
Claims (12)
前記励起光の照射により蛍光を生じる蛍光体と、プラズモン共鳴現象を発現する金属ナノ粒子と、誘電体と、を含み、複数のプラズモン共鳴波長を有する波長変換部と、を備えることを特徴とする発光装置。 A light emitting unit for emitting excitation light;
A wavelength conversion unit including a phosphor that generates fluorescence when irradiated with the excitation light, a metal nanoparticle that exhibits a plasmon resonance phenomenon, and a dielectric, and having a plurality of plasmon resonance wavelengths. Light emitting device.
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2014
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