CN103210509A - 波长变换元件和具备该波长变换元件的光源 - Google Patents

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Abstract

本发明实现了使用波长变换部件的光源的高亮度化。波长变换元件（11）通过将含有分散介质和分散在分散介质中的荧光体粉末的多个波长变换部件（12）捆束而形成。

Description

波长变换元件和具备该波长变换元件的光源
技术领域
本发明涉及波长变换元件和具备该波长变换元件的光源。
背景技术
近年来，使用发光二极管（LED：Light Emitting Diode）或激光二极管（LD：Laser Diode）的光源等代替荧光灯和白炽灯的下一代的光源备受瞩目。作为这种下一代光源的一个示例，例如在下述专利文献1中公开了配置有在射出蓝色光的LED的光射出侧吸收来自LED的光的一部分、并射出黄色光的波长变换部件的光源。该光源发出作为由LED射出的蓝色光与由波长变换部件射出的黄色光的合成光的白色光。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：特开2000－208815号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
近年来，希望进一步提高上述使用波长变换部件的光源的亮度的需求逐步提高。
本发明是鉴于该问题而完成的，其目的在于实现使用波长变换部件的光源的高亮度化。
解决技术问题的技术手段
本发明的第一波长变换元件，通过将包括分散介质和分散在分散介质中的荧光体粉末的多个波长变换部件捆束而形成。
在波长变换部件是在分散介质中分散有荧光体粉末的波长变换部件的情况下，例如，与仅由玻璃构成的光学部件不同，存在射入波长变换部的光在波长变换部件中发生较大程度散射的趋势。因此，在波长变换元件由单一的波长变换部件构成的情况下，由于波长变换部件内的光的一部分从波长变换部件的侧面漏出，因此从光射出面射出的光的强度降低。
相对于此，在本发明的第一波长变换元件中，捆束有多个波长变换部件。因此，从某一个波长变换部件的侧面射出的光的一部分在相邻的波长变换部件的表面被反射。结果，通过在相邻的波长变换部件间形成的空气层中传播，或者再次射入波长变换部件内、在波长变换部件内反射同时进行传播，从而从设置有波长变换部件的一个端部的光射出区域射出。因此，在本发明的第一波长变换元件中，能够抑制从波长变换元件的侧面侧的光的泄漏，能够提高从光射出区域射出的光的强度。因此，通过使用本发明的第一波长变换元件，能够实现光源的高亮度化。
本发明的第二波长变换元件具备波长变换部件和至少两层的第一反射层。波长变换部件通过荧光体粉末分散在分散介质中而成。波长变换部件具有在光轴方向上相对的光入射面和光射出面。至少两层的第一反射层，在波长变换部件的内部分别沿着与光轴方向平行的平面形成。至少两层的第一反射层将波长变换部件划分为多个部分。
本发明的第二波长变换元件，在波长变换部件的内部，设置有分别沿着与光轴方向平行的平面形成、将波长变换部件划分为多个部分的至少两层的第一反射层。因此，向侧面散射的光的一部分被反射层反射，能够有效地抑制从侧面射出。因此，在本发明的第二波长变换元件中，能够提高从光射出面射出的光的强度。因此，通过使用本发明的第二波长变换元件，能够实现光源的高亮度化。
在本发明的第二波长变换元件中，优选至少两层的第一反射层相互平行地形成。通过这种结构，能够提高从波长变换元件射出的光的直线传播性。
在本发明的第二波长变换元件中，优选第一反射层层叠3层以上。通过这种结构，能够提高从波长变换元件射出的光的直线传播性。
本发明的第二波长变换元件，在波长变换部件的内部，优选还具备沿着与光轴方向平行、并且与第一反射层相交的平面形成的至少两层的第二反射层。并且，优选在波长变换部件内，通过第一反射层和第二反射层划分形成沿着光轴方向延伸的波长变换部。通过这种结构，能够进一步提高从光射出面射出的光的强度。并且能够进一步提高从波长变换元件射出的光的直线传播性。
在本发明的第二波长变换元件中，优选至少两层的第二反射层相互平行地形成。通过这种结构，能够进一步提高从波长变换元件射出的光的直线传播性。
在本发明的第二波长变换元件中，优选至少两层的第二反射层与至少两层的第一反射层正交。通过这种结构，能够进一步提高从光射出面射出的光的直线传播性。
在本发明的第二波长变换元件中，更优选第二反射层层叠3层以上，波长变换部设置为矩阵状。通过这种结构，能够进一步提高从光射出面射出的光的直线传播性。
在本发明的第二波长变换元件中，第一反射层例如可以由电介质多层膜构成，但是优选由金属、合金或白色涂料构成。这是因为由金属、合金或白色涂料构成的第一反射层的反射率的波长依赖性低、且容易形成。同样，第二反射层也例如可以由电介质多层膜构成，但是优选由金属、合金或白色涂料构成。作为优选使用的金属的具体例，例如可以列举Ag、Al、Au、Pd、Pt、Cu、Ti、Ni、Cr等。作为优选使用的合金的具体例，例如可以列举含有选自Ag、Al、Au、Pd、Pt、Cu、Ti、Ni和Cr中的1种以上的金属的合金等。作为优选使用的白色涂料的具体例，例如可以列举含有由选自Ag、Al、Au、Pd、Pt、Cu、Ti、Ni和Cr中的1种以上的金属、合金构成的颗粒的白色涂料等。
本发明的第三波长变换元件具有在第一方向上相对的光入射面和光射出面。本发明的第三波长变换元件具备第一部分和第二部分。第一部分通过荧光体粉末在第一分散介质中分散而形成。第一部分构成在第一方向上从光入射面设置到光射出面的第一波长变换部。第二部分可以以在第一方向上从光入射面设置到光射出面的方式设置。第二部分可以以与第一部分相接的方式设置。第二部分含有具有与第一分散介质不同的折射率的第二分散介质。
在本发明的第三波长变换元件中，以与第一波长变换部相接的方式，设置包含具有与第一分散介质不同的折射率的第二分散介质的第二部分。因此，第一波长变换部内的光在第一波长变换部与第二部分之间的界面上以高反射率被反射。因此，能够有效地抑制光从波长变换元件的侧面泄漏。因此，通过本发明的第三波长变换元件，能够提高从光射出面射出的光的强度。因此，通过使用本发明的第三波长变换元件，能够实现光源的高亮度化。
在本发明的第三波长变换元件中，从能够更有效地抑制从波长变换元件的侧面的光的泄漏、进一步提高从光射出面射出的光的强度的观点出发，优选构成第一波长变换部的第一部分被第二部分包围。
在本发明的第三波长变换元件中，第二部分可以仅由第二分散介质构成，但是优选还含有分散在第二分散介质中的荧光体粉末，第二部分构成第二波长变换部。在这种结构中，能够提高波长变换元件中有助于波长变换的波长变换部所占的比例。因此，能够进一步提高从光射出面射出的光的强度。在这种情况下，优选第一部分和第二部分分别设置多个，多个第一部分和第二部分排列成矩阵状。在这种结构中，第一波长变换部被第二波长变换部包围，并且第二波长变换部被第一波长变换部包围。因此，分别射入到第一波长变换部和第二波长变换部的光以及产生的荧光，以被关进第一波长变换部或第二波长变换部的状态传递至光射出面。因此，能够进一步提高从光射出面射出的光的强度。
在本发明的第三波长变换元件中，从进一步提高从光射出面射出的光的强度的观点出发，优选第一部分与第二部分之间的界面的反射率之差大。因此，第一分散介质的折射率与第二分散介质的折射率之差优选为0.05以上，更优选0.1以上。
在本发明的第一波长变换元件中，波长变换部件可以为圆柱状。在这种情况下，本发明的第一波长变换元件优选通过捆束3个以上的波长变换部件而形成。在这种结构中，能够更有效地抑制从波长变换元件的侧面侧的光的泄漏，能够进一步提高从光射出区域射出的光的强度。因此，能够实现光源的进一步的高亮度化。
波长变换部件的分散介质的折射率优选为1.45以上。在这种情况下，能够增大波长变换部件与空气层之间的折射率差。因此，能够增大在界面上的反射率，并且减小反射角度，因而能够抑制从波长变换部件的侧面的光的射出。因此，能够进一步有效地抑制从波长变换元件的侧面侧的光的泄漏。
从更有效地抑制从波长变换元件的侧面侧的光的泄漏的观点出发，优选捆束9个以上波长变换部件。
在本发明的第一～第三波长变换元件中，分散介质只要能够使荧光体粉末分散，就没有特别限定。作为分散介质优选使用的分散介质的具体例，例如可以列举树脂、玻璃、陶瓷等。其中，更优选使用玻璃或陶瓷等无机分散介质。这是因为通过使用无机分散介质，能够提高波长变换元件的耐热性。并且，出于同样的理由，优选荧光体粉末为无机荧光体粉末。
本发明的光源具备上述本发明的第一～第三波长变换元件中的任一个、和向波长变换元件的端面射出荧光体粉末的激发光的发光元件。
如上所述，通过上述本发明的第一～第三波长变换元件，能够提高从光射出面射出的光的强度。因此，本发明的光源具有高亮度。
发明效果
根据本发明，能够实现使用波长变换部件的光源的高亮度化。
附图说明
图1是第一实施方式的光源的示意图。
图2是第一实施方式中的波长变换元件的元件主体的概略立体示意图。
图3是第二实施方式中的波长变换元件的元件主体的概略立体示意图。
图4是第三实施方式中的波长变换元件的元件主体的概略立体示意图。
图5是第四实施方式中的波长变换元件的元件主体的概略立体示意图。
图6是第五实施方式的光源的示意图。
图7是第六实施方式中的波长变换元件的元件主体的概略立体示意图。
图8是图7的线III－III的概略截面示意图。
图9是图7的线IV－IV的概略截面示意图。
图10是第七实施方式中的波长变换元件的元件主体的概略横截面示意图。
图11是第八实施方式中的波长变换元件的元件主体的概略横截面示意图。
图12是第九实施方式的光源的示意图。
图13是第九实施方式中的波长变换元件的概略立体示意图。
具体实施方式
下面，对于实施本发明的优选实施方式的一个示例进行说明。但是，下述实施方式仅是例示。本发明完全不限定于以下的实施方式。
（第一实施方式）
图1是第一实施方式的光源的示意图。如图1所示，光源1具备波长变换元件11和发光元件10。波长变换元件11，在照射从发光元件10射出的光L0时，射出波长比光L0的波长长的光L2。并且，光L0的一部分透过波长变换元件11。因此，从波长变换元件11射出作为透射光L1与光L2的合成光的光L3。因此，从光源1射出的光L3由从发光元件10射出的光L0和波长和强度、以及从波长变换元件11射出的光L2的波长和强度确定。例如，在光L0为蓝色光、光L2为黄色光时，能够得到白色的光L3。
发光元件10是对波长变换元件11射出后述的荧光体粉末的激发光的元件。发光元件10的种类没有特别限定。发光元件10例如可以由LED、LD、电致发光元件、等离子体发光元件构成。从提高光源1的亮度的观点出发，优选发光元件10射出高强度的光。从这种观点出发，优选发光元件10由LED或LD构成。
在本实施方式中，波长变换元件11具有元件主体11a、波长选择滤光片层11b和反射抑制层11c。但是，在本发明中，波长选择滤光片层11b和反射抑制层11c不是必须的。波长变换元件例如可以仅由元件主体构成。并且，可以在元件主体的光射出面和光入射面的两者上形成波长选择滤光片层或反射抑制层的任一个。
波长选择滤光片层11b在元件主体11a的光入射面上形成。该波长选择滤光片层11b，仅使从发光元件10射出的光L0中的特定波长区域的光向元件主体11a透射，抑制除此之外的波长区域的光的透射，并且防止由元件主体11a变换的光L2从光入射面（发光元件10）侧射出。波长选择滤光片层11b例如由电介质多层膜形成。
另一方面，反射抑制层11c在元件主体11a的光射出面上形成。该反射抑制层11c，抑制从元件主体11a射出的光在光射出面反射，提高从元件主体11a射出的光的射出率。反射抑制层11c例如由电介质多层膜形成。
图2是元件主体11a立体示意图。如图2所示，元件主体11a具有波长变换部件12和多个反射层13。在本实施方式中，波长变换部件12形成为棱柱状。波长变换部件12具有光入射面12a、光射出面12b和4个侧面12c～12f。光入射面12a和光射出面12b在光轴方向（x方向）上相对。
波长变换部件12具有分散介质和分散在分散介质中的荧光体粉末。
荧光体粉末吸收来自发光元件10的光L0、射出波长比光L0的波长长的光L2。荧光体粉末优选为无机荧光体粉末。通过使用无机荧光体粉末，能够提高波长变换部件12的耐热性。
作为在照射波长300～440nm的紫外～近紫外的激发光时发出蓝色的光的无机荧光体的具体例，可以列举Sr5(PO4)3Cl:Eu2＋、(Sr,Ba)MgAl10O17:Eu2＋等。
作为在照射波长300～440nm的紫外～近紫外的激发光时发出绿色的荧光（波长500nm～540nm的荧光）的无机荧光体的具体例，可以列举SrAl2O4:Eu2＋、SrGa2S4:Eu2＋等。
作为在照射波长440～480nm的蓝色的激发光时发出绿色的荧光（波长500nm～540nm的荧光）的无机荧光体的具体例，可以列举SrAl2O4:Eu2 ＋、SrGa2S4:Eu2＋等。
作为在照射波长300～440nm紫外～近紫外的激发光时发出黄色的荧光（波长540nm～595nm的荧光）的无机荧光体的具体例，可以列举ZnS:Eu2＋等。
作为在照射波长440～480nm的蓝色的激发光时发出黄色的荧光（波长540nm～595nm的荧光）的无机荧光体的具体例，可以列举Y3(Al,Gd)5O12:Ce2＋等。
作为在照射波长300～440nm的紫外～近紫外的激发光时发出红色的荧光（波长600nm～700nm的荧光）的无机荧光体的具体例，可以列举Gd3Ga4O12:Cr3＋、CaGa2S4:Mn2＋等。
作为在照射波长440～480nm的蓝色的激发光时发出红色的荧光（波长600nm～700nm的荧光）的无机荧光体的具体例，可以列举Mg2TiO4:Mn4＋、K2SiF6:Mn4＋等。
荧光体粉末的平均粒径（D50）没有特别限定。荧光体粉末的平均粒径（D50）例如优选为1μm～50μm左右，更优选为5μm～25μm左右。如果荧光体粉末的平均粒径（D50）过大，有时发光色不均匀。而如果荧光体粉末的平均粒径（D50）过小，有时发光强度降低。
波长变换部件12中的荧光体粉末的含量没有特别限定。波长变换部件12中的荧光体粉末的含量可以根据从发光元件10射出的光的强度、荧光体粉末的发光特性、希望得到的光的色度等适当决定。波长变换部件12中的荧光体粉末的含量通常可以为例如0.01质量％～30质量％左右，优选为0.05质量％～20质量％，更优选为0.08质量％～15质量％。如果波长变换部件12中的荧光体粉末的含量过多，波长变换部件12中的气孔率增高，有时会导致光源1的发光强度下降。而如果波长变换部件12中的荧光体粉末的含量过少，有时不能获得足够强的荧光。
分散介质例如优选为耐热树脂、玻璃或陶瓷。其中，更优选使用耐热性特别高、难以由于来自发光元件10的光L0而发生劣化的玻璃或陶瓷等的无机分散介质。
作为耐热树脂的具体例，例如可以列举聚酰亚胺等。作为玻璃的具体例，例如可以列举硅酸盐类玻璃、硼硅酸盐类玻璃、磷酸盐类玻璃、硼磷酸盐类玻璃等。作为陶瓷的具体例，例如可以列举氧化锆、氧化铝、钛酸钡、氮化硅、氮化钛等的金属氮化物等。
在波长变换部件12的内部形成有多个第一反射层13。在本实施方式中，第一反射层13形成有3层以上。多个第一反射层13分别形成为平板状。多个第一反射层13分别以沿着x方向（光轴方向）和与x方向垂直的y方向延伸的方式形成。即，多个第一反射层13分别沿着与x方向（光轴方向）平行的平面形成。多个第一反射层13沿着与x方向和y方向分别垂直的z方向彼此隔开间隔地排列。即，多个第一反射层13在z方向上相对。多个第一反射层13分别在光入射面12a、光射出面12b和侧面12e、12f露出。因此，波长变换部件12被划分为在z方向上排列的多个波长变换部14。
此外，在本实施方式中，多个第一反射层13彼此平行地设置，但是在本发明中，至少两层的反射层可以不彼此平行地配置。
第一反射层13，优选来自发光元件10的光L0的反射率高，即荧光体粉末的激发光和从荧光体粉末射出的光（变换光）的反射率高。具体而言，荧光体粉末的激发波长和在荧光体粉末照射激发波长的光时从荧光体粉末射出的光的波长分别在反射层13的反射率优选为60％以上，更优选为85％以上，进一步优选为90％以上。
从实现这样的反射率的观点出发，反射层13例如优选由金属或合金构成。具体而言，反射层13例如优选由Ag、Al、Au、Pd、Pt、Cu、Ti、Ni、Cr等金属、含有这些金属的至少一种的合金或白色涂料形成。
此外，根据反射层13的材质，如果使反射层13与波长变换部件12直接密接，有时不能充分提高反射层13的密接强度。因此，在反射层13与波长变换部件12之间可以形成密接层。密接层例如可以由氧化铝、氧化硅、氧化铬、氧化铜等形成。
如上述说明，在本实施方式中，在波长变换部件12的内部形成有多个反射层13。因此，能够在波长变换部件12中散射、朝向侧面12c、12d的光从侧面12c、12d射出。进一步具体而言，在多个波长变换部14中，在z方向上由反射层13夹着的波长变换部14a的光通过反射层13被反射，从侧面12c、12d的射出受到抑制，从光射出面12b射出。因而能够提高从波长变换部件12的光射出面12b射出的光L3的强度。因此，能够提高光源1的亮度。
此外，通过设置多个反射层13，能够提高从波长变换部件12射出的光L3的直线传播性。从进一步提高光L3的直线传播性的观点出发，优选设置3层以上的反射层13。
此外，通过设置反射层13，能够延长射入到波长变换部件12的光直至从波长变换部件12射出的平均光路长。因此，能够提高波长变换部件12的波长变换效率。
此外，波长变换元件11的制造方法没有特别限定。波长变换元件11例如可以按照如下所述的方法制造。
首先，制作元件主体11a。具体而言，制作用于构成波长变换部的、由分散有荧光体粉末的分散介质构成的板状部件。该板状部件例如通过使荧光体粉末与玻璃粉末或陶瓷粉末的混合粉末压制（press）成形，之后进行烧制而制造。
接着，在板状部件的一个面上形成反射层。反射层的形成例如通过CVD法、溅射法、电镀法等进行。并且，也可以通过使用粘合剂等将反射膜粘接而形成。
接着，将在单面形成有反射层的板状部件层叠多个，进行粘接，从而形成元件主体11a。
此外，例如通过将荧光体粉末与玻璃粉末或陶瓷粉末的混合粉末压制成形为板状、在所得到的成形体的单面涂布含有金属微粒的糊剂，将制得的部件层叠多个，之后进行烧制，也能够制作元件主体11a。
最后，通过利用溅射法或CVD法等形成波长选择滤光片层11b和反射抑制层11c，从而完成波长变换元件11。
下面，对于实施本发明优选方式的其他示例和变形例进行说明。在以下的说明中，对于与上述第一实施方式实质上具有相同功能的部件标注相同的符号，省略说明。
（第二实施方式）
图3是第二实施方式中的波长变换元件的元件主体的大致立体示意图。
如图3所示，在本实施方式中，在波长变换部件12的内部，除了形成有多个第一反射层13之外，还形成有多个第二反射层15。具体而言，在本实施方式中，设置有3层以上的第二反射层15。多个第二反射层15分别以与x方向（光轴方向）平行、并且沿着x方向和向x方向倾斜的方向（与第一反射层13交叉的方向）延伸的方式形成。在本实施方式中，具体而言，多个第二反射层15分别以沿着x方向和z方向（与第一反射层13正交的方向）延伸的方式形成。多个第二反射层15在y方向上相互隔开间隔排列。即，多个第二反射层15在y方向上相对。多个第二反射层15各自到达光入射面12a、光射出面12b和侧面12c、12d。通过该多个第二反射层15和多个第一反射层13，划分形成排列成矩阵状的多个棱柱状的波长变换部16。因此，在本实施方式中，不仅能抑制从侧面12c、12d的光的泄漏，也能够抑制从侧面12e、12f的光的泄漏。因而能够进一步提高从光射出面12b射出的光L3的强度。因此，能够进一步提高光源1的亮度。
此外，在本实施方式中，多个反射层15相互平行地设置，但是在本发明中至少两层的第二反射层也可以不相互平行地设置。
本实施方式中的元件主体11a的制作方法没有特别限定。元件主体11a，例如可以通过将在相邻的2侧面上形成有反射层的四棱柱状的波长变换部件粘贴为矩阵状来制作元件主体11a。此外，也可以通过在形成为格子状的金属制的折叠器（folder）中插入多个四棱柱状的波长变换部件来制作元件主体11a。
（第三和第四实施方式）
图4是第三实施方式中的波长变换元件的元件主体的概略立体示意图。图5是第四实施方式中的波长变换元件的元件主体的概略立体示意图。
在上述第一和第二实施方式中，对于在波长变换部件12的侧面12c～12f上未设置反射层的示例进行了说明。但是本发明不限定于这种结构。例如，也可以如图4或图5所示，在侧面12c～12f上形成反射层17。通过这样，能够更有效地抑制光从侧面12c～12f泄漏。因而能够进一步提高从光射出面12b射出的光L3的强度。因此，能够进一步提高光源1的亮度。
（第五实施方式）
图6是第五实施方式的光源的示意图。
如图6所示，本实施方式的光源2设置有分光器18。来自发光元件10的光L0通过分光器18被导向波长变换元件11侧。在波长变换元件11的光入射面侧形成有反射抑制层11c，在相反侧的面上形成有反射层11d。并且，在反射层11d上形成有由树脂或焊料构成的粘接层（未图示），由玻璃、陶瓷、金属等构成的基板19与波长变换元件11通过粘接层被固定。通过该反射层11d，光L0的一部分和波长变换部件12的发光被反射到分光器18侧。因此，光L3向分光器18发射、透过分光器18射出。
其中，如图6所示，在制成通过粘接层将基板19与波长变换元件11固定的光源2的情况下，通过使用图2、3所示的那样的波长变换部形成为层状或矩阵状的波长变换元件11，能够有效地抑制由于将从发光元件10射出的光L0变换为光L3时产生的热量而导致的基板19与波长变换元件11的剥离。
下面，基于实施例和比较例对本发明进行具体说明。但是，下面的实施例仅为例示。本发明完全不限定于以下的实施例。
（实施例）
在本实施例中，按照下述要点制作与上述第二实施方式的波长变换元件11具有实质上相同结构的波长变换元件。
具体而言，首先混合硼硅酸盐类玻璃粉末85质量％和硫化物荧光体粉末（CaGa2S4、荧光波长：561nm）15质量％，在进行压制成型之后，通过进行烧制、切断，制作厚度0.3mm、宽度0.3mm、深度20mm的波长变换部件。在波长变换部件的整个表面，通过真空蒸镀法形成由氧化铝形成的厚度为134nm的层作为密接层。接着，在密接层上，通过溅射法形成由Ag形成的厚度为150nm的反射层。接着，将形成有密接层和反射层的波长变换部件层叠，通过使用环氧树脂粘接剂进行粘接，并进行切断、研磨，制成宽度2.1mm的四方形、深度0.5mm的矩阵状的元件主体。
接着，通过真空蒸镀法，在元件主体的光入射面上，将氧化硅层和氧化钽层交替地形成共计39层，从而形成波长选择滤光片层。另一方面，在元件主体的光射出面上，通过真空蒸镀法，将氧化硅层和氧化钽层交替形成共计4层，从而形成反射抑制层。通过以上的工序完成了波长变换元件。
使用LD在所制作的波长变换元件的光入射面照射波长460nm的光，通过1mm四方形的狭缝测定从光射出面侧射出的光的强度。结果，从本实施例的波长变换元件射出的光的强度为102lm。
（比较例）
与上述实施例同样地操作，制作宽度2.1mm四方形、深度0.5mm的波长变换部件，在波长变换部件的表面不形成密接层和反射层，将其用作波长变换元件，与实施例同样进行评价。结果，从本比较例的波长变换元件射出的光的强度为83lm。
由这些结果可知，通过在波长变换部件的内部设置相对的至少两层的反射层，能够提高从波长变换元件的光射出面射出的光的强度。
（第六实施方式）
图7是第六实施方式中的元件主体11a的立体示意图。图8是图7的线III－III的大致截面示意图。图9是图7的线IV－IV的大致截面示意图。如图7～图9所示，元件主体11a具有多个第一波长变换部12L和多个第二波长变换部12H。第一和第二波长变换部12L、12H分别具有分散介质和分散在分散介质中的荧光体粉末。
荧光体粉末吸收来自发光元件10的光L0、射出波长比光L0长的光L2。作为荧光体粉末，可以使用与第一实施方式相同的粉末。
第一和第二波长变换部12L、12H的各自中的荧光体粉末的含量没有特别限定。第一和第二波长变换部12L、12H的各自中的荧光体粉末的含量可以根据从发光元件10射出的光的强度、荧光体粉末的发光特性、希望获得的光的色度等适当设定。第一和第二波长变换部12L、12H的各自中的荧光体粉末的含量通常例如可以为0.01质量％～30重量％左右，优选为0.05质量％～20质量％，更优选为0.08质量％～15质量％。如果第一和第二波长变换部12L、12H的各自中的荧光体粉末的含量过多，第一和第二波长变换部12L、12H的各自中的气孔率就会增高，有时会导致光源1的发光强度降低。另一方面，如果第一和第二波长变换部12L、12H的各自中的荧光体粉末的含量过少，有时不能获得充分强的荧光。
并且，第一波长变换部12L和第二波长变换部12H可以含有同种的荧光体粉末，也可以含有不同种的荧光体粉末。并且，荧光体粉末的平均粒径（D50）和荧光体粉末的含量，在第一波长变换部12L和第二波长变换部12H可以相同，也可以至少一种不同。
作为分散介质，可以使用与第一实施方式相同的介质。
作为耐热树脂的具体例，例如可以列举聚酰亚胺等。作为玻璃的具体例，例如可以列举硅酸盐类玻璃、硼硅酸盐类玻璃、磷酸盐类玻璃、硼磷酸盐类玻璃等。作为陶瓷的具体例，例如可以列举氧化锆、氧化铝、钛酸钡、氮化硅、氮化钛等的金属氮化物等。
在本实施方式中，第一波长变换部12L的分散介质的折射率与第二波长变换部12H的分散介质的折射率不同。具体而言，在光L0的波长和光L2的波长的各波长下，第一波长变换部12L的分散介质的折射率与第二波长变换部12H的分散介质的折射率不同。具体而言，在光L0的波长和光L2的波长的各波长下，第一波长变换部12L的分散介质的折射率比第二波长变换部12H的分散介质的折射率低。在光L0的波长和光L2的波长的各波长下，第一波长变换部12L的分散介质的折射率与第二波长变换部12H的分散介质的折射率之差优选为0.05以上，更优选为0.1以上。
在本实施方式中，第一和第二波长变换部12L、12H分别形成为四棱柱状。多个第一和第二波长变换部12L、12H沿着y方向和z方向排列为矩阵状。具体而言，多个第一和第二波长变换部12L、12H以在y方向和z方向的各方向上交替配置的方式排列为矩阵状。因此，第一和第二波长变换部12L、12H的各自被第二或第一波长变换部12H、12L包围。具体而言，第一和第二波长变换部12L、12H的各自的侧面的全部与第二或第一波长变换部12H、12L相接。
第一和第二波长变换部12L、12H的各自以在x方向上从光入射面11a1到达光射出面11a2的方式设置。
此外，相邻的第一和第二波长变换部12L、12H例如可以通过熔接而直接接合，也可以通过粘接剂等粘结。并且，还可以使用框体等固定部件将相邻的第一和第二波长变换部12L、12H固定。
如上述说明，在本实施方式中，以折射率不同的第一波长变换部12L和第二波长变换部12H相接的方式设置。因此，第一波长变换部12L内的光在与第二波长变换部12H之间的界面以高反射率被反射。同样，第二波长变换部12H内的光在与第一波长变换部12L之间的界面以高反射率被反射，并且，以大角度射入到界面的光被全反射。因而能够有效地抑制光从元件主体11a的侧面泄漏。因此，能够提高从元件主体11a的光射出面11a2射出的光L3的强度。结果，能够实现高亮度的光源1。
在本实施方式中，第一波长变换部12L被第二波长变换部12H包围，第二波长变换部12H被第一波长变换部12L包围。因而能够有效地抑制光从元件主体11a的侧面泄漏。因此，能够进一步提高从元件主体11a的光射出面11a2射出的光L3的强度。
此外，通过由第一和第二波长变换部件12L、12H构成元件主体11a，能够提高光L3的直线传播性。
并且，从进一步提高从元件主体11a的光射出面11a2射出的光L3的强度的观点出发，优选进一步提高在第一波长变换部12L与第二波长变换部12H之间的界面上的光反射率。因此，第一波长变换部12L的分散介质的折射率（≈第一波长变换部12L的折射率）与第二波长变换部12H的分散介质的折射率（≈第二波长变换部12H的折射率）之差优选为0.05以上，更有选为0.1以上。
此外，在本实施方式中，对于由多个第一和第二波长变换部12L、12H构成元件主体11a的示例进行了说明。但是，本发明不限定于这种结构。也可以仅设置第一和第二波长变换部12L、12H之一，设置由与第一和第二波长变换部12L、12H之一的分散介质的折射率不同的分散介质构成的部分以代替第一和第二波长变换部12L、12H中的另一个。在这种情况下，能够有效地抑制从元件主体11a的侧面的光的泄漏。但是，从增加元件主体11a中具有波长变换功能的波长变换部所占的比例、提高从光射出面11a2射出的光L3的强度的观点出发，优选如本实施方式那样由多个第一和第二波长变换部12L、12H构成元件主体11a。
（第七和第八实施方式）
图10是第七实施方式中的波长变换元件的元件主体的大致横截面示意图。图11是第八实施方式中的波长变换元件的元件主体的大致横截面示意图。
在上述第六实施方式中，以多个第一波长变换部12L和多个第二波长变换部12H交替配置为矩阵状的示例进行了说明。但是本发明不限定于这种结构。例如，也可以如图10或图11所示由1个或多个第二波长变换部12H包围1个或多个第一波长变换部12L。在这种情况下，能够有效地抑制1个或多个第一波长变换部12L内的光泄漏到外部。因此，与上述第六实施方式同样，能够提高从光射出面11a2射出的光L3的强度，能够实现光源的高亮度化。
此外，在上述第六实施方式中，对于第一和第二波长变换部12L、12H分别为四棱柱状的示例进行了说明。但是本发明不限定于这种结构。第一和第二波长变换部例如也可以为多棱柱状、三棱柱状等。并且，也可以如图11所示将第一波长变换部12L形成为圆柱状、第二波长变换部12H形成为圆筒状。
并且，可以将第六～第八实施方式的波长变换元件用作图6所示的光源2的波长变换元件。
（第九实施方式）
图12是本实施方式的光源的示意图。如图12所示，光源1具备波长变换元件11和发光元件10。波长变换元件11，在照射从发光元件10射出的光L0时，射出波长比光L0长的光L2。并且，光L0的一部分透过波长变换元件11。因而从波长变换元件11射出作为透射光L1与光L2的合成光的光L3。因此从光源1射出的光L3由从发光元件10射出的光L0的波长和强度、以及从波长变换元件11射出的光L2的波长和强度决定。例如，在光L0为蓝色光、光L2为黄色光的情况下，能够得到白色光L3。
发光元件10是向波长变换元件11射出后述的荧光体粉末的激发光的元件。发光元件10的种类没有特别限定。发光元件10例如可以由LED、LD、电致发光元件、等离子体发光元件构成。从提高光源1的亮度的观点出发，优选发光元件10射出高强度的光。从这样的观点出发，优选发光元件10由LED或LD构成。
并且，可以在波长变换部件的光入射区域11e和光射出区域11f的至少一个上形成波长选择滤光片层或反射抑制层。
例如通过将波长选择滤光片层形成在波长变换元件11的光入射区域11e上，仅使从发光元件10射出的光L0中的特定波长区域的光向波长变换元件11透射，能够抑制除此之外的波长区域的光的透射，并且能够抑制由波长变换元件11变换的光L2从光入射区域11e射出。波长选择滤光片层例如可以由电介质多层膜形成。
此外，例如通过将反射抑制层形成在波长变换元件11的光射出区域11f上，能够抑制从波长变换元件11射出的光在光射出区域11f反射，能够提高从波长变换元件11射出的光的射出率。反射抑制层例如可以由电介质多层膜形成。
图13是波长变换元件11的概略立体示意图。如图13所示，波长变换元件11具备以沿着x方向延伸的方式配置的3个以上的波长变换部件12。波长变换元件11优选具备9个以上的波长变换部件12，更优选具备25个以上的波长变换部件12。3个以上的波长变换部件12以相邻的波长变换部件12彼此接触的方式被捆束而固定。在本实施方式中，波长变换部件12形成为圆柱状。因此，在相邻的波长变换部件12间，在x方向上形成有从波长变换元件11的光入射区域11e到光射出区域11f的空气层20。光入射区域11e和光射出区域11f的各自，由该空气层20和波长变换部件12的端面构成。
此外，多个波长变换部件12可以使用例如框体等固定部件固定，也可以使用粘接剂等固定。
波长变换部件12具有分散介质和分散在分散介质中的荧光体粉末。
荧光体粉末吸收来自发光元件10的光L0、射出波长比光L0长的光L2。作为荧光体粉末，可以使用与第一实施方式相同的粉末。
波长变换部件12中的荧光体粉末的含量没有特别限定。波长变换部件12中的荧光体粉末的含量可以根据从发光元件10射出的光的强度、荧光体粉末的发光特性、希望获得的光的色度等适当确定。波长变换部件12中的荧光体粉末的含量通常可以为例如0.01质量％～30重量％左右，优选为0.05质量％～20质量％，更优选为0.08质量％～15质量％。如果波长变换部件12中的荧光体粉末的含量过多，则波长变换部件12的气孔率就会增高、有时会导致光源1的发光强度降低。另一方面，如果波长变换部件12中的荧光体粉末的含量过少，则有时不能获得充分强的荧光。
作为分散介质，可以使用与第一实施方式相同的介质。
作为耐热树脂的具体例，例如可以列举聚酰亚胺等。作为玻璃的具体例，例如可以列举硅酸盐类玻璃、硼硅酸盐类玻璃、磷酸盐类玻璃、硼磷酸盐类玻璃等。作为陶瓷的具体例，例如可以列举氧化锆、氧化铝、钛酸钡、氮化硅、氮化钛等的金属氮化物等。
如上述说明，在本实施方式中，圆柱状的波长变换部件12被捆束3个以上。因此，在波长变换部件12之间形成从光入射区域11e到光射出区域11f的空气层20。因此，从某一个波长变换部件12的侧面射出的光的一部分在相邻的波长变换部件12的表面被反射。其结果是，在空气层20中传播，或者再次射入波长变换部件12内并在波长变换部件12内传播，从而从波长变换部件12的光射出区域11f射出。因此，能够抑制从波长变换元件11的侧面侧的光的泄漏，能够提高从光射出区域11f射出的光的强度。因此，能够实现高亮度的光源1。
此外，从进一步有效地抑制从波长变换元件11的侧面侧的光的泄漏的观点出发，优选增加捆束的波长变换部件12的个数、增加波长变换元件11中形成的空气层20的数量。因此，捆束的波长变换部件12的个数优选为9个以上，更优选为25个以上。
此外，从进一步有效地抑制从波长变换元件11的侧面侧的光的泄漏的观点出发，波长变换部件12的分散介质的折射率（≈波长变换部件12的折射率）优选为1.45以上，更优选为1.55以上。
此外，可以将第九实施方式的波长变换元件用作图6所示的光源2的波长变换元件。
符号说明
1、2：光源
10：发光元件
11：波长变换元件
11a：元件主体
11a1：光入射面
11a2：光射出面
11b：波长选择滤光片层
11c：反射抑制层
11d：反射层
11e：光入射区域
11f：光射出区域
12：波长变换部件
12L：第一波长变换部
12H：第二波长变换部
12a：光入射面
12b：光射出面
12c～12f：侧面
13、15、17：反射层
14：波长变换部
16：波长变换部
18：分光器
19：基板
20：空气层

Claims (19)

1.一种波长变换元件，其特征在于：
通过将包括分散介质和分散在所述分散介质中的荧光体粉末的多个波长变换部件捆束而形成。
2.一种波长变换元件，其特征在于，包括：
将荧光体粉末分散在分散介质中而成的、具有在光轴方向相对的光入射面和光射出面的波长变换部件；和
在所述波长变换部件的内部沿着与所述光轴方向平行的平面形成、将所述波长变换部件划分为多个部分的至少两层的第一反射层。
3.如权利要求2所述的波长变换元件，其特征在于：
所述至少两层的第一反射层相互平行地形成。
4.如权利要求2或3所述的波长变换元件，其特征在于：
所述第一反射层层叠有3层以上。
5.如权利要求2～4中任一项所述的波长变换元件，其特征在于：
还具备在所述波长变换部件的内部沿着与所述光轴方向平行、并且与所述第一反射层交叉的平面形成的至少两层的第二反射层，
在所述波长变换部件内，由所述第一反射层和所述第二反射层划分而形成有沿着所述光轴方向延伸的波长变换部。
6.如权利要求5所述的波长变换元件，其特征在于：
所述至少两层的第二反射层相互平行地形成。
7.如权利要求5或6所述的波长变换元件，其特征在于：
所述第二反射层与所述第一反射层正交。
8.如权利要求5～7中任一项所述的波长变换元件，其特征在于：
所述第二反射层层叠有3层以上，所述波长变换部设置为矩阵状。
9.如权利要求2～8中任一项所述的波长变换元件，其特征在于：
所述第一反射层由金属、合金或白色涂料形成。
10.一种波长变换元件，具有在第一方向相对的光入射面和光射出面，所述波长变换元件的特征在于，包括：
第一部分，其通过将荧光体粉末在第一分散介质中分散而成、构成在所述第一方向上从所述光入射面设置到所述光射出面的第一波长变换部；和
第二部分，其以在所述第一方向上从所述光入射面到所述光射出面、并且与所述第一部分相接的方式设置，包括具有与所述第一分散介质不同的折射率的第二分散介质。
11.如权利要求10所述的波长变换元件，其特征在于：
所述第一部分被所述第二部分包围。
12.如权利要求10或11所述的波长变换元件，其特征在于：
所述第二部分还包含分散在所述第二分散介质中的荧光体粉末，构成第二波长变换部。
13.如权利要求10～12中任一项所述的波长变换元件，其特征在于：
所述第一部分和所述第二部分分别设置有多个，多个所述第一部分和多个所述第二部分排列成矩阵状。
14.如权利要求10～13中任一项所述的波长变换元件，其特征在于：
所述第一分散介质的折射率与所述第二分散介质的折射率之差为0.05以上。
15.如权利要求1所述的波长变换元件，其特征在于：
所述波长变换部件为圆柱状，所述波长变换元件通过捆束3个以上所述波长变换部件而成。
16.如权利要求15所述的波长变换元件，其特征在于：
捆束9个以上所述波长变换部件。
17.如权利要求15或16所述的波长变换元件，其特征在于：
所述分散介质的折射率为1.45以上。
18.如权利要求1～17中任一项所述的波长变换元件，其特征在于：
所述荧光体粉末为无机荧光体粉末，并且所述分散介质为玻璃或陶瓷。
19.一种光源，其特征在于，包括：
权利要求1～18中任一项所述的波长变换元件；和
向所述波长变换元件的所述光入射面射出所述荧光体粉末的激发光的发光元件。
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