特開 2025-1274 波長変換部材およびそれを用いた照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025001274

(43)【公開日】2025-01-08

(54)【発明の名称】波長変換部材およびそれを用いた照明装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20241225BHJP

   H10H 20/855 20250101ALI20241225BHJP

   H10H 20/851 20250101ALI20241225BHJP

   H10H 20/856 20250101ALI20241225BHJP

   G02B 5/26 20060101ALI20241225BHJP

   G02B 5/28 20060101ALI20241225BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20241225BHJP

   F21V 9/32 20180101ALI20241225BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20241225BHJP

【ＦＩ】

G02B5/20

H01L33/58

H01L33/50

H01L33/60

G02B5/26

G02B5/28

G02B5/00 Z

F21V9/32

F21Y115:10

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023100775

(22)【出願日】2023-06-20

(71)【出願人】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】秋野 貴志

(72)【発明者】

【氏名】川上 康之

(72)【発明者】

【氏名】前村 要介

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼島 啓次郎

(72)【発明者】

【氏名】村井 俊介

【テーマコード（参考）】

2H042

2H148

5F142

【Ｆターム（参考）】

2H042AA03

2H042AA19

2H042AA21

2H148AA01

2H148AA07

2H148AA19

2H148AA22

2H148AA24

2H148AA25

2H148FA01

2H148FA09

2H148FA15

2H148FA22

2H148FA24

2H148GA01

2H148GA12

2H148GA24

2H148GA32

2H148GA61

5F142AA26

5F142BA32

5F142CA11

5F142CD16

5F142CE06

5F142CE15

5F142DA02

5F142DA14

5F142DA73

5F142DB20

5F142DB30

5F142FA24

5F142FA28

5F142GA21

5F142HA01

(57)【要約】

【課題】
ナノアンテナを介して出射された光に色ムラが生じることを抑制することが可能な波長変換装置及び照明装置を提供する。
【解決手段】
励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体を含む平板状の蛍光体部と、蛍光体部の１の面に垂直な方向から見た平面視において、１の面上の複数の領域のそれぞれにおいて格子状の配列パターンを形成するように設けられ、金属材料または誘電体材料から構成される複数のナノアンテナと、を有し、複数の領域のうち１の領域における複数のナノアンテナの配列パターンは、他の領域における複数のナノアンテナの配列パターンを１の面に垂直な軸回りに回転させたパターンである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体を含む平板状の蛍光体部と、
前記蛍光体部の１の面に垂直な方向から見た平面視において、前記１の面上の複数の領域のそれぞれにおいて格子状の配列パターンを形成するように設けられ、金属材料または誘電体材料から構成される複数のナノアンテナと、を有し、
前記複数の領域のうち１の領域における前記複数のナノアンテナの配列パターンは、他の領域における前記複数のナノアンテナの配列パターンを前記１の面に垂直な軸回りに回転させたパターンであることを特徴とする波長変換装置。

【請求項2】

前記複数のナノアンテナは、前記複数の領域のそれぞれにおいて三角格子状の配列パターンを形成するように設けられ、
前記１の領域における前記複数のナノアンテナの配列パターンは、前記他の領域における前記複数のナノアンテナの配列パターンに対して６０°の倍数以外の角度で回転させたパターンであることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。

【請求項3】

前記複数のナノアンテナは、前記複数の領域のそれぞれにおいて正方格子状の配列パターンを形成するように設けられ、
前記１の領域における前記複数のナノアンテナの配列パターンは、前記他の領域における前記複数のナノアンテナの配列パターンに対して９０°の倍数以外の角度で回転させたパターンであることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。

【請求項4】

前記複数の領域は、前記平面視において各々が１の方向に沿って配列された短冊状の領域であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。

【請求項5】

前記複数の領域は、前記平面視においてマトリクス状に配されていることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。

【請求項6】

前記蛍光体部の前記１の面に形成され、前記蛍光の波長域における一部波長域の蛍光成分を反射するように構成された誘電体多層膜を有することを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。

【請求項7】

前記蛍光は４８０～７００ｎｍの波長域を有し、
前記誘電体多層膜は、４８０～５３０ｎｍの波長域の蛍光成分を反射するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の波長変換装置。

【請求項8】

前記誘電体多層膜は、前記蛍光成分に対して６０％以下の反射率を有することを特徴とする請求項７に記載の波長変換装置。

【請求項9】

前記複数のナノアンテナは、前記複数の領域のそれぞれにおいて４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の周期で配されていることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。

【請求項10】

前記複数のナノアンテナは、前記複数の領域のそれぞれにおいて円柱状又は円錐状若しくは円錐台状を有しかつ底面の径が前記周期の７５％以上８５％以下であることを特徴とする請求項９に記載の波長変換装置。

【請求項11】

前記複数のナノアンテナは、前記複数の領域のそれぞれにおいて２２５ｎｍ以上３２５ｎｍ以下の高さを有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の波長変換装置。

【請求項12】

請求項１に記載の波長変換装置と、
前記蛍光体部の前記１の面と反対の他の面に向けて前記励起光を出射する光源と、
を有することを特徴とする照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長変換部材およびそれを用いた照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ナノサイズのアンテナ（以下、ナノアンテナと称する）を用いて出射光のコリメート化をなす装置が開示されている。例えば、特許文献１には、青色光を出射する光源と光源から出射された光によって励起されて蛍光を発する蛍光体層と蛍光体層の上面に格子状に設けられた複数のナノアンテナとを有する照明装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１３６８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、特許文献１のような照明装置から出射された光を照明装置から離れた位置に設けられたスクリーンに照射した場合、蛍光体層から放出された蛍光のうち一部の波長域の蛍光成分がナノアンテナの作用によって強く増強されるために、スクリーンに照射された光に色ムラが生じてしまうという問題点が挙げられる。

【0005】

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、ナノアンテナを介して出射された光に色ムラが生じることを抑制することが可能な波長変換装置及び照明装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による波長変換装置は、励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体を含む平板状の蛍光体部と、前記蛍光体部の１の面に垂直な方向から見た平面視において、前記１の面上の複数の領域のそれぞれにおいて格子状の配列パターンを形成するように設けられ、金属材料または誘電体材料から構成される複数のナノアンテナと、を有し、前記複数の領域のうち１の領域における前記複数のナノアンテナの配列パターンは、他の領域における前記複数のナノアンテナの配列パターンを前記１の面に垂直な軸回りに回転させたパターンであることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例１に係る照明装置の上面図である。

【図2】実施例１に係る照明装置の断面図である。

【図3】実施例１に係る照明装置から出射された光をスクリーンに照射した際の状態を模式的に示す図である。

【図4】実施例１に係る照明装置において蛍光体部から出射される蛍光の出射角度を変えたときの種々の回折線を示すグラフである。

【図5】可視光の波長域の光に対する視感度を示すグラフである。

【図6】実施例１の変形例に係る照明装置の上面図である。

【図7】実施例２に係る照明装置の断面図である。

【図8】実施例２に係る照明装置における誘電体多層膜の可視光に対する反射率を示すグラフである。

【図9】蛍光体部における蛍光体の励起光に対するスペクトルを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施例について図面を参照して具体的に説明する。なお、図面において同一の構成要素については同一の符号を付け、重複する構成要素の説明は省略する。

【実施例0009】

［実施例１の照明装置］
図１及び図２を用いて、実施例１に係る照明装置１００の構成について説明する。図１は、実施例１に係る照明装置１００の上面図である。また、図２は、図１における照明装置１００の２－２線に沿った断面図である。なお、図１中左右方向が照明装置１００の幅方向であり、図２中上下方向が照明装置１００の高さ方向である。

【0010】

照明装置１００は、実装基板１１と実装基板１１上に設けられた発光層を含む発光素子１２と発光素子１２上に設けられ、上記発光層から放出された光を受けて蛍光を発する蛍光体部を含む波長変換装置１３とを含んで構成される。

【0011】

［実装基板］
まず、実装基板１１について説明する。実装基板１１は、上面形状が矩形を有する平板状の基板である。実装基板１１は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の、発光素子１２の駆動時に生じる熱を効率的に逃がすことが可能な高い熱伝導率と電気絶縁性とを有する材料からなる。

【0012】

［発光素子］
次に、光源としての発光素子１２の構成について説明する。発光素子１２は、実装基板１１の上面に設けられており、上面形状が矩形の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emission Diode）である。

【0013】

発光素子１２は、発光層を有する半導体構造層１５と半導体構造層１５の上面に配された支持基板１６と半導体構造層１５の下面に配されかつ実装基板１１に接合されたｐ電極１７及びｎ電極１８とを含んで構成されている。すなわち、発光素子１２は、実装基板１１にフリップチップ実装されている。

【0014】

半導体構造層１５は、各々が窒化ガリウム（ＧａＮ）を主材料とするｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層（いずれも図示せず）からなる半導体積層体である。発光素子１２の駆動時には、半導体構造層１５の発光層からピーク波長が４５０ｎｍの青色光が出射される。

【0015】

支持基板１６は、上面形状が矩形の平板状の基板である。支持基板１６は、例えばサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）やＧａＮ等の、半導体構造層１５の発光層から放出される青色光に対して透光性を有する材料からなる。支持基板１６の上面は、半導体構造層１５の発光層から放出された青色光が発光素子１２から出射される際の光出射面である。

【0016】

ｐ電極１７は、半導体構造層１５のｐ型半導体層と電気的に接続されている電極である。ｐ電極１７は、実装基板１１の上面に形成されているｐ側配線（図示せず）に導電性の接合部材（図示せず）を介して接合されている。

【0017】

ｎ電極１８は、半導体構造層１５の発光層及びｐ型半導体層を上下方向に貫通しかつ側面が絶縁体で覆われた貫通電極（図示せず）を介して、ｎ型半導体層と電気的に接続されている電極である。言い換えれば、ｎ電極１８は、ｎ型半導体層のみに電気的に接続され、発光層及びｐ型半導体層と絶縁されている。ｎ電極１８は、実装基板１１の上面に形成されているｎ側配線（図示せず）に導電性の接合部材（図示せず）を介して接合されている。

【0018】

［波長変換装置］
次に、波長変換装置１３の構成について説明する。波長変換装置１３は、発光素子１２から出射された光を受けて波長の異なる蛍光を発する波長変換機能を有する装置である。波長変換装置１３は、蛍光体部２１と蛍光体部２１上に形成された複数のナノアンテナ２２とを含んで構成される。

【0019】

蛍光体部２１は、上面形状が矩形を有する板状体である。蛍光体部２１は、照明装置１００を上から見た平面視において、発光素子１２の支持基板１６の外縁と重なるように支持基板１６の上面に設けられている。

【0020】

蛍光体部２１は、発光素子１２から出射される励起光としての青色光によって励起されて蛍光を発する蛍光体からなる。青色光によって励起された際に蛍光体から生じる蛍光は、４８０～７００ｎｍに亘るブロードな緑色～橙色の波長域を有し、５２０～５７０ｎｍにおいて黄色のピーク波長を有する。

【0021】

蛍光体部２１は、例えば、セリウム（Ｃｅ）を賦活剤としたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）蛍光体からなる単結晶の透明なセラミックス蛍光体プレートである。

【0022】

なお、蛍光体部２１は、単結晶のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体から構成される蛍光体プレートに限らないが、内部で散乱の生じにくい構成であることが好ましい。そのため、単一材料からなる単相の蛍光体プレートであることが好ましく、この場合において、多結晶であっても良い。

【0023】

蛍光体部２１に発光素子１２から出射された青色光が入射すると、その一部はそのまま蛍光体部２１を透過し、一部は蛍光体を励起することで当該励起された蛍光体から蛍光が発せられる。

【0024】

従って、蛍光体部２１の上面からは、蛍光の発生に寄与せずに蛍光体部２１を通過した励起光と、蛍光体から放出された蛍光とが出射される。これにより、照明装置１００からは蛍光体部２１の上面から出射する青色光と黄色蛍光とが混じり合った白色光が取り出される。

【0025】

ナノアンテナ２２は、ナノサイズの微小な柱状または錘状の突起である。本実施例において、ナノアンテナ２２は、蛍光体部２１の上面に形成されている円柱状の構造体である。蛍光体部２１の上面において、ナノアンテナ２２は、複数形成され、それらが所定周期で配列している。ナノアンテナ２２は、蛍光体部２１の蛍光体から放出される蛍光のピーク波長よりも小さい周期で配列される。

【0026】

ナノアンテナ２２は、図１に示すように、蛍光体部２１の上面において第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３の３つの領域に分かれて形成されており、当該３つの領域のそれぞれにおいて三角格子状の配列パターンを有している。

【0027】

第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３は、蛍光体部２１の上面に垂直な方向から見た平面視において各々が図１中左右方向を長手方向とする短冊状を有しており、図１中上下方向に沿ってこの順で設けられている。

【0028】

第１の領域Ａ１におけるナノアンテナ２２は、ナノアンテナ２２の各々が配列線ＡＬ１に沿って配列されることで三角格子状の配列パターンを形成している。配列線ＡＬ１は、後述する第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３におけるナノアンテナ２２の配列パターンの基準となる線である。

【0029】

第２の領域Ａ２におけるナノアンテナ２２は、ナノアンテナ２２の各々が配列線ＡＬ２に沿って配列されることで三角格子状の配列パターンを形成している。配列線ＡＬ２は、配列線ＡＬ１に平行な参照線ＲＬと角度θ_Ａ２を有している。

【0030】

言い換えれば、第２の領域Ａ２におけるナノアンテナ２２の配列パターンは、第１の領域Ａ１におけるナノアンテナ２２の配列パターンを蛍光体部２１の上面に垂直な軸回りに角度θ_Ａ２だけ回転させたパターンである。照明装置１００において、角度θ_Ａ２は６０°の整数倍以外の角度であり、例えば１９°である。

【0031】

第３の領域Ａ３におけるナノアンテナ２２は、ナノアンテナ２２の各々が配列線ＡＬ３に沿って配列されることで三角格子状の配列パターンを形成している。配列線ＡＬ３は、上述した参照線ＲＬと角度θ_Ａ３を有している。

【0032】

言い換えれば、第３の領域Ａ３におけるナノアンテナ２２の配列パターンは、第１の領域Ａ１におけるナノアンテナ２２の配列パターンを蛍光体部２１の上面に垂直な軸回りに角度θ_Ａ３だけ回転させたパターンである。照明装置１００において、角度θ_Ａ３は６０°の整数倍以外の角度かつ角度θ_Ａ２と異なる角度であり、例えば４１°である。

【0033】

ナノアンテナ２２の各々は、図２に示すように互いに同一の周期Ｐで形成されている。ナノアンテナ２２の周期Ｐは、上述した蛍光体部２１の蛍光体から放出される蛍光のピーク波長よりも小さい周期であることが好ましく、例えば４２０ｎｍ～５２０ｎｍであることが好ましい。

【0034】

また、ナノアンテナ２２の各々は、互いに同一の径Ｗを有している。ナノアンテナ２２の径Ｗは、例えば上述した周期Ｐの７５％～８５％であることが好ましい。具体的には、例えば周期Ｐが５００ｎｍであるとき、ナノアンテナ２２の径Ｗは３７５ｎｍ～４２５ｎｍである。

【0035】

また、ナノアンテナ２２の各々は、互いに同一の蛍光体部２１の上面からの高さＨを有している。ナノアンテナ２２の高さＨは、例えば２２５ｎｍ～３２５ｎｍであることが好ましい。

【0036】

ナノアンテナ２２の各々は、誘電体材料または金属材料から構成される。誘電体としてより具体的には、ナノアンテナ２２は、可視光領域の波長の光を吸収しにくくかつ屈折率が高い材料で構成される。例えば、ナノアンテナ２２は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）等の透明な誘電体材料からなる。

【0037】

ナノアンテナ２２は、空気との屈折率差が大きい方が散乱効率が高くなるため、屈折率が高い方が好ましく、特に屈折率１．９以上のものが好ましい。金属材料としてより具体的には、ナノアンテナ２２は、表面プラズモン共鳴のプラズマ周波数を有する材料、並びにこれらを含む合金又は積層体で構成される。例えば、ナノアンテナ２２は、表面プラズモン共鳴のプラズマ周波数を有する材料として、ナノアンテナ２２は、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｐｔ（プラチナ）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｌ（アルミニウム）及びＮｉ（ニッケル）等の金属材料からなる。

【0038】

なお、上記した周期Ｐ、径Ｗ、高さＨ及びナノアンテナ２２の構成材料については、第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３のそれぞれにおけるナノアンテナ２２において全て共通である。

【0039】

ここで、ナノアンテナ２２による光の狭角化作用について説明する。蛍光体部２１の上面に蛍光が臨界角以上の角度で到達すると、蛍光は蛍光体部２１の上面で全反射される。全反射が起きた際には、蛍光体部２１の上面から低屈折率媒質側へしみ出すエバネッセント波が生ずる。このエバネッセント波は、蛍光体部２１の上面に沿って、言い換えれば蛍光体部２１と空気との界面に沿って伝播する。

【0040】

蛍光体部２１の上面に沿って伝播したエバネッセント波は、ナノアンテナ２２に達すると、上記した周期Ｐによって決まる回折条件に適合した方向に蛍光と同波長の可視光の形で放射される。この現象により、蛍光が回折条件に適合した角度範囲に発せられ、蛍光体部２１の上面から出射される蛍光の狭角化が促される。ナノアンテナ２２による蛍光の狭角化とは、例えば、ナノアンテナ２２の作用によって±３０°以内の配光角度で出射される蛍光が増加させられることを指し示す。

【0041】

なお、図１及び図２に示した各領域におけるナノアンテナ２２の配置態様は、ナノアンテナ２２を説明するために模式的に示したに過ぎない。蛍光体部２１は例えば１ｍｍ角であり、その場合、ナノアンテナ２２は、図１及び図２に示しているものよりも多く設けられている。

【0042】

［照明装置から出射された光の色ムラの抑制］
ここで、図３～図５を用いて、本実施例における照明装置１００から出射された光の色ムラの抑制について説明する。

【0043】

図３は、本実施例の照明装置１００から出射された光を照明装置１００から離れた場所に位置するスクリーンＳに照射した際の状態を模式的に示す図である。図３において、スクリーンＳ上には、照明装置１００から出射された光が照射されることで円状の照射パターンＩＰが形成されている。照射パターンＩＰは青色光と黄色蛍光とが混じり合った白色光のパターンである。

【0044】

また、スクリーンＳ上には、照射パターンＩＰに重なるように、照射パターンＩＰの中心から輝線が６０°ごとに放射状に広がっている輝線パターンＢＰ１（図中破線）、輝線パターンＢＰ２（図中点線）及び輝線パターンＢＰ３（図中一点鎖線）がそれぞれ表れている。

【0045】

ここで、図４を参照しつつ図３に示した輝線パターンについて説明する。輝線パターンＢＰ１、輝線パターンＢＰ２及び輝線パターンＢＰ３の各々は、ナノアンテナ２２によって増強された特定の波長域の蛍光成分が、第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３のそれぞれにおけるナノアンテナ２２の配置態様に起因して表れたものである。

【0046】

図４は、回折次数が（ｍ_１,ｍ_２（ｍ_１,ｍ_２は整数））で表される回折条件において、蛍光体部２１の上面から出射される蛍光の出射角度θ_ｅｍごとに算出される波長をプロットした結果を示すグラフである。図４においては、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体からなる蛍光体部２１の上面にＴｉＯ_２（屈折率２．４）からなるナノアンテナ２２を４２０ｎｍの周期Ｐで形成したものをモデルとしている。なお、蛍光体部２１の上面に垂直な方向に出射される蛍光の出射角度θ_ｅｍを０°としている。

【0047】

図４において斜線で示した領域は、蛍光体部２１内で生じて蛍光体部２１の上面に達した蛍光がナノアンテナ２２によって増強される領域である。特に、図中二点鎖線で示した領域ＨＡは、ナノアンテナ２２によって蛍光が強く増強される領域である。

【0048】

具体的には、蛍光体部２１の上面に達した蛍光のうち４８０～５５０ｎｍの波長の蛍光成分が２０°～４０°の出射角度θ_ｅｍで出射された際に強く増強される。この４８０～５５０ｎｍの波長は可視光のうち緑色の波長域に相当する。すなわち、照明装置１００においては、緑色の蛍光成分が上記した角度で蛍光体部２１の上面から出射された際にナノアンテナ２２によって強く増強される。

【0049】

図５は、可視光の波長域において人の目が光を感じ取る強さの度合を示す視感度を表すグラフである。図５に示すように、可視光の波長域における視感度は、５５０ｎｍ近傍の黄色光をピークとして緑色～橙色の波長域において高くなる傾向を示している。

【0050】

再び図３を参照する。上述したように、蛍光体部２１内にて生じた蛍光のうち蛍光体部２１の上面から２０°～４０°の出射角度θ_ｅｍで出射された緑色の蛍光成分は、ナノアンテナ２２によって強く増強される。

【0051】

従って、第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３のそれぞれにおいてナノアンテナ２２によって増強された緑色の蛍光成分は、各領域において三角格子状に配列されたナノアンテナ２２の配列方向に沿った輝線パターン、すなわち６０°ごとに輝線が放射状に広がった輝線パターンＢＰ１、輝線パターンＢＰ２及び輝線パターンＢＰ３となってスクリーンＳ上にそれぞれ表れる。

【0052】

上述したように、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３におけるナノアンテナ２２の配列パターンは、第１の領域Ａ１におけるナノアンテナ２２の配列パターンを蛍光体部２１の上面に垂直な軸回りに互いに異なる角度で回転させたパターンである。本実施例の照明装置１００によれば、ナノアンテナ２２がこのような配置態様を有することにより、照明装置１００から出射された光に色ムラが生じることを抑制することができる。

【0053】

ここで、例えば、照明装置１００において、ナノアンテナ２２が一様に第１の領域Ａ１におけるナノアンテナ２２の配置態様を有している場合、言い換えれば第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３における配列パターンが回転していない場合、スクリーンＳ上に表れるのは１つの輝線パターンのみとなる。言い換えれば、スクリーンＳ上には、輝線パターンＢＰ１、輝線パターンＢＰ２及び輝線パターンＢＰ３が互いにずれなく重なった状態で表れる。

【0054】

スクリーンＳにおいて輝線パターン同士がこのように重なっている場合、図５に示した可視光領域における視感度の高さも相まって、人の目から見た際に輝線パターンが表れている部分とそうでない部分との色味の差が大きくなる。具体的には、照射パターンＩＰが白色であるのに対して互いに重なった輝線パターンは強い緑色を示す。従って、照明装置１００からスクリーンＳに照射された光には色ムラが強く表れ得る。

【0055】

本実施例の照明装置１００によれば、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３における配列パターンは第１の領域Ａ１における配列パターンをそれぞれ角度θ_Ａ２及び角度θ_Ａ３だけ回転させたものであるために、第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域のそれぞれにおけるナノアンテナ２２の配列方向は、照明装置１００を上から見た平面視において互いに異なっている。

【0056】

従って、スクリーンＳ上に表れる輝線パターンＢＰ２は、第２の領域Ａ２における配列パターンを回転させた角度θ_Ａ２だけ輝線パターンＢＰ１からずれている。同様に、スクリーンＳ上に表れる輝線パターンＢＰ３は、第３の領域における配列パターンを回転させた角度θ_Ａ３だけ輝線パターンＢＰ１からずれている。すなわち、輝線パターンＢＰ１、輝線パターンＢＰ２及び輝線パターンＢＰ３は、図３に示すようにスクリーンＳ上において互いに重ならない態様となっている。

【0057】

従って、本実施例の照明装置１００によれば、領域ごとにナノアンテナ２２の配置態様を変えることで輝線パターンが互いに重ならないために、ナノアンテナ２２が一様な配置態様を有している場合と比べて色ムラを目立ちにくくすることができる。

【0058】

言い換えれば、ナノアンテナ２２の配列方向が領域ごとに異なることでスクリーンＳ上において輝線が細かく分散されるために、スクリーンＳに照射された光に色ムラが生じにくくなる。よって、本実施例の照明装置１００によれば、ナノアンテナ２２を介して照明装置１００から出射された光に色ムラが生じることを抑制することができる。

【0059】

なお、本実施例の照明装置１００から出射された光は、上述したようなナノアンテナ２２を全て一様な配置態様とした場合の照明装置から出射された光と比べて同様の光束を有している。例えば、ナノアンテナ２２を全て一様な配置態様とした場合の照明装置から出射された光の光束は２３１ｌｍ／Ｗであるのに対し、本実施例の照明装置１００から出射された光の光束は２３２ｌｍ／Ｗであった。

【0060】

従って、本実施例の照明装置１００によれば、照明装置１００から出射される光の光束を維持しつつ当該光に色ムラが生じることを抑制することができる。

【0061】

なお、本実施例の照明装置１００において、図１に示した第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３の３つの領域は一例に過ぎず、出射光に色ムラが生じることを抑制することが可能であれば領域の数及び領域ごとに形成されるナノアンテナ２２の数は限定されない。例えば、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２の２つのみであってもよい。

【0062】

また、例えば、第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３の並びを１セットとしてこれを蛍光体部２１の上面において複数セット形成する態様としてもよい。このとき、領域全体に占める各領域の数はなるべく均等に分けられていることが好ましい。

【0063】

なお、単位領域あたりの大きさは、少なくとも１０周期分のナノアンテナ２２を形成可能なサイズであることが好ましく、例えば各格子軸方向に単位領域の一辺が５μｍ以上を有していることが好ましい。

【0064】

本実施例の照明装置１００において、第２の領域Ａ２における配列パターンの回転角である角度θ_Ａ２は１９°であり、第３の領域Ａ３における配列パターンの回転角である角度θ_Ａ３は４１°であるとしたが、ナノアンテナ２２が三角格子状の配列パターンを有する場合には６０°の倍数以外の角度を有していればよく、これに限られない。例えば、角度θ_Ａ２を５°とし、角度θ_Ａ３を５０°としてもよい。

【0065】

なお、隣り合う領域同士の回転角度の差は、２０°ごと、好ましくは１０°ごと、より好ましくは５°以下ごとにするのが望ましい。隣り合う領域同士で角度差をなるべくなくすように配置することにより、隣り合う領域のそれぞれにおいてなるべく多くのナノアンテナ２２を形成することができる。

【0066】

本実施例の照明装置１００において、ナノアンテナ２２は、第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３のそれぞれにおいて三角格子状の配列パターンを有するとしたが、これに限られず、例えば正方格子状の配列パターンを有していてもよい。

【0067】

ナノアンテナ２２が各領域において正方格子状の配列パターンを有する場合、スクリーンに照射された照明装置１００からの出射光の照射パターンＩＰには、輝線が９０°ごとに放射状に表れる輝線パターンによって色ムラが生じ得る。従って、このような場合には、上述した角度θ_Ａ２及び角度θ_Ａ３を互いに異なる角度としつつ９０°の倍数以外の角度とすることにより、出射光に色ムラが生じることを抑制することができる。

【0068】

本実施例の照明装置１００において、ナノアンテナ２２は、円柱状を有するとしたがこれに限られず、他の形状を有していてもよい。例えば、ナノアンテナ２２は、円錐や円錐台形状を有していてもよい。この場合、円錐又は円錐台形状を有するナノアンテナの底面の径が上述したナノアンテナ２２の径Ｗに相当する。

【0069】

本実施例の照明装置１００において、波長変換装置１３は、光源としての発光素子１２からの励起光を受けて蛍光を発するとしたが、光源はこれに限られず、例えばレーザ光を発するレーザ光源を用いてもよい。その場合、照明装置１００において、波長変換装置１３と光源とが分離されて構成されているとしてもよい。

【0070】

［波長変換装置の作製方法］
以下に、図１及び図２を用いて、本実施例における照明装置１００の波長変換装置１３の作製方法について説明する。

【0071】

まず、電子ビーム蒸着やスパッタリング成膜により、平板状の蛍光体部２１の上面に亘ってＴｉＯ_２の透明誘電体からなる誘電体層を形成する。このとき、誘電体層の厚みがナノアンテナ２２の高さＨとなる。

【0072】

次に、蛍光体部２１の上面に形成した誘電体層上にアルミニウム（Ａｌ）からなる金属膜を形成し、当該金属膜上に樹脂からなるレジスト膜を塗布する。その後、複数の孔が設けられたナノインプリント用モールドを用いて、当該モールドをレジスト膜に圧着させた後に剥離することで、レジスト膜に対して所望のパターニングを実施する。

【0073】

当該パターニングにおいては、ナノインプリント用モールドにおける複数の孔の各々の周期及び径を上述したナノアンテナ２２の周期Ｐ及び径Ｗに合わせることにより、本実施例におけるナノアンテナ２２の配置態様に応じた形状のレジスト膜を形成することができる。

【0074】

このとき、上述した第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３ごとにナノインプリント用モールドを所定の角度に回転させつつパターニングを実施することにより、第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３のそれぞれにおけるナノアンテナ２２の配置態様に応じた形状のレジスト膜を形成することができる。

【0075】

次に、パターニングされたレジスト膜をマスクとして、ナノアンテナ２２を形成しない領域の金属膜をドライエッチングによりエッチングすることにより、誘電体層をエッチングするためのメタルマスクを形成する。

【0076】

続いて、メタルマスクが形成された誘電体層をドライエッチングによりエッチングする。例えば、金属膜がＡｌからなり、透明誘電体がＴｉＯ_２からなる場合には、金属膜に対しては塩素（Ｃｌ）及びアルゴン（Ａｒ）のエッチングガスを使用し、透明誘電体に対しては四フッ化炭素（ＣＦ_４）、Ａｒ及び酸素（Ｏ_２）等のエッチングガスを使用する。

【0077】

最後に、上記工程において残ったメタルマスクをドライエッチング又はウェットエッチングにより取り除くことにより、上述した配置態様を有するナノアンテナ２２を備える波長変換装置１３を作製することができる。

【0078】

なお、金属膜がＡｌからなり、透明誘電体がＴｉＯ_２からなる場合に、ＣＦ_４、Ａｒ及びＯ_２のエッチングガスを用いて誘電体層のドライエッチングを行うと、金属膜も部分的にエッチングされる。従って、誘電体層上において金属膜の厚みを予め薄く形成するとエッチング時に誘電体層の端部から金属膜及び誘電体層が除去されていくために、当該方法によって円錐形状や円錐台形状を有するナノアンテナを形成することができる。

【0079】

［照明装置の変形例］
以下に、図６を用いて実施例１に係る照明装置１００の変形例について説明する。図６は、実施例１の変形例に係る照明装置１１０の上面図である。照明装置１１０は、ナノアンテナ２２の配置態様が実施例１と異なっており、それ以外の点、例えばナノアンテナ２２の周期Ｐや径Ｗ、高さＨなどは実施例１と同様である。

【0080】

本変形例の照明装置１１０において、ナノアンテナ２２は、マトリクス状に設けられた第４の領域Ａ４～第１２の領域Ａ１２の９つの領域のそれぞれにおいて三角格子状の配列パターンで形成されている。第５の領域Ａ５～第１２の領域Ａ１２のそれぞれにおけるナノアンテナ２２の配列パターンは、第４の領域Ａ４における配列パターンに対して蛍光体部２１の上面に垂直な軸回りに互いに異なる回転角度で回転している。

【0081】

第４の領域Ａ４におけるナノアンテナ２２は、上述した第１の領域Ａ１におけるナノアンテナ２２と同様の配置態様を有しており、配列線ＡＬ４に沿って配列されることで三角格子状の配列パターンを有している。

【0082】

また、第５の領域Ａ５～第１２の領域Ａ１２のそれぞれにおけるナノアンテナ２２は、配列線ＡＬ５～ＡＬ１２に沿ってそれぞれ配列されることで三角格子状の配列パターンを有している。配列線ＡＬ５～ＡＬ１２の各々は、配列線ＡＬ４に平行な参照線（図６には図示せず）と７°の倍数の角度を有している。なお、当該角度は領域ごとに異なっておりかつ６０°の倍数以外の角度である。

【0083】

言い換えれば、第５の領域Ａ５～第１２の領域Ａ１２のそれぞれにおけるナノアンテナ２２の配列パターンは、第４の領域Ａ４におけるナノアンテナ２２の配列パターンを蛍光体部２１の上面に垂直な軸回りに７°の倍数の角度だけ回転させたパターンとなっている。

【0084】

具体的には、例えば、第５の領域Ａ５におけるナノアンテナ２２の配列パターンは、第４の領域Ａ４におけるナノアンテナ２２の配列パターンを蛍光体部２１の上面に垂直な軸回りに７°回転させたパターンであり、第６の領域Ａ６におけるナノアンテナ２２の配列パターンは、第４の領域Ａ４におけるナノアンテナ２２の配列パターンを蛍光体部２１の上面に垂直な軸回りに１４°回転させたパターンである。

【0085】

すなわち、照明装置１１０を上から見た平面視において、第５の領域Ａ５～第１２の領域Ａ１２において隣り合う領域におけるナノアンテナ２２の配列パターンは互いに７°の回転角度を有している。

【0086】

本変形例の照明装置１１０のように、マトリクス状に設けられた領域のそれぞれにおいてナノアンテナ２２の配列パターンを回転させた態様とした場合においても、ナノアンテナ２２を介して照明装置１１０から出射された光に色ムラが生じることを抑制することができる。

【0087】

なお、本変形例の照明装置１１０において、第５の領域Ａ５～第１２の領域Ａ１２におけるナノアンテナ２２の配列パターンは、互いに異なる角度で回転しているとしたが、全ての領域で異なっている必要はなく、複数の領域が同じ角度を有する態様としてもよい。例えば、それぞれ７°、２８°、４９°の角度で回転している配列パターンを有する領域が３つずつある態様としてもよい。

【実施例0088】

［実施例２の照明装置］
次に、図７～図９を用いて、実施例２に係る照明装置２００の構成について説明する。図７は、図１の２－２線と同様の位置に沿った照明装置２００の断面図である。照明装置２００は、波長変換装置１３が多層膜反射鏡２３を有する点で実施例１と異なっており、それ以外の点、例えば第１の領域Ａ１～第３の領域Ａ３におけるナノアンテナ２２の配置態様は実施例１と同様である。

【0089】

多層膜反射鏡２３は、蛍光体部２１の上面に亘って形成されており、相対的に低屈折率を有する誘電体材料と高屈折率を有する誘電体材料とが互いに複数積層されて構成されている反射鏡である。多層膜反射鏡２３の上面には、実施例１に示した態様でナノアンテナ２２の各々が形成されている。

【0090】

多層膜反射鏡２３は、例えば、低屈折率の誘電体材料として酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）やＡｌ_２Ｏ_３が用いられ、高屈折率の誘電体材料としてＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２が用いられる。

【0091】

照明装置２００において、多層膜反射鏡２３は、可視光領域の光のうち緑色の波長域の光を所定の反射率で反射し、それ以外の波長の光を透過させる。すなわち、多層膜反射鏡２３は、蛍光体部２１にて生じた蛍光のうち緑色の波長域の蛍光成分のみを反射し、緑色の波長域以外の蛍光成分及び蛍光体部２１を透過してきた励起光としての青色光を透過させる。

【0092】

図８は、多層膜反射鏡２３における可視光の波長の光に対する反射率の一例を示すグラフである。図８に示すように、多層膜反射鏡２３は、およそ４８０～５３０ｎｍの緑色の波長域の光に対して６０％以下の反射率を有している。

【0093】

従って、本実施例の照明装置２００においては、多層膜反射鏡２３が蛍光体部２１の上面に亘って形成されていることにより、上述した色ムラの要因となり得る緑色の波長域の蛍光が多層膜反射鏡２３に到達した際に、当該蛍光の一部を蛍光体部２１内へと反射させることができる。

【0094】

図９は、蛍光体部２１における蛍光体の励起光に対する励起スペクトルを示すグラフである。図９において、横軸は波長を示しており、縦軸は強度を示している。図９において、一点鎖線にて示した領域は、緑色の波長域の光を示す領域である。図９に示すように、緑色の波長域の光は、青色光に比べて強度が低下しているものの蛍光体部２１の蛍光体を励起し得る。

【0095】

従って、本実施例の照明装置２００においては、蛍光体部２１の上面に緑色の波長域の蛍光成分を反射させる多層膜反射鏡２３を形成することにより、多層膜反射鏡２３によって反射された当該蛍光成分を再び蛍光体部２１の蛍光体を励起させる励起光として用いることができる。

【0096】

よって、本実施例の照明装置２００によれば、ナノアンテナ２２の配列パターンを領域ごとに回転させることによる出射光の色ムラの抑制効果に加えて、多層膜反射鏡２３により緑色の波長域の蛍光成分の一部が蛍光体部２１から出射されることを防ぐことによっても出射光の色ムラを抑制することができる。従って、本実施例の照明装置２００によれば、ナノアンテナ２２を介して照明装置２００から出射された光に色ムラが生じることを抑制することができる。

【0097】

なお、多層膜反射鏡２３の緑色の波長域の光に対する反射率は、上述した反射率に限られず適宜設定してもよい。当該反射率は、例えば、ナノアンテナ２２の配列パターンごとの領域の数に応じて設定してもよく、照明装置２００から出射された光の光束が低下しない程度に適宜調整してもよい。