DE102006033018A1

DE102006033018A1 - Weißes Licht emittierende Vorrichtung mit fluoreszierender Faser

Info

Publication number: DE102006033018A1
Application number: DE102006033018A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Yamazaki; Osamu Ishii; Naruhito Sawanobori; Shinobu Nagahama
Original assignee: Sumita Optical Glass Inc
Current assignee: Sumita Optical Glass Inc
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2026-07-18
Also published as: JP4299826B2; DE102006033018B4; US20070122103A1; US7277618B2; CN1975477A; TW200720699A; US20070229938A1; JP2007155820A; KR101275961B1; KR20070056917A; TWI420147B; US7505655B2

Abstract

Weißes Licht emittierende Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser, umfassend: ein blaues Halbleiterlichtemitterelement zum Emittieren eines Anregungslichts und eine Faseroptik mit einer Stirnfläche auf einer ersten Seite und einer Stirnfläche auf einer zweiten Seite, wobei das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement emittierte Anregungslicht auf die Stirnfläche auf der ersten Seite einfallen gelassen wird, um zur Stirnfläche auf der zweite Seite geleitet zu werden, wobei die Faseroptik umfaßt: einen Kern, der darin Phosphor zum Emittieren von Wellenlängenumwandlungslichtern durch Erregen durch das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement zugeführte Anregungslicht enthält, und ein Mantelelement mit einer Lichtemissionsfläche in seiner Umfangsfläche, wobei wenigstens ein Teil von optisch gemultiplexten Lichtern, die durch optisches Multiplexen der Wellenlängenumwandlungslichter und des Anregungslichts erhalten werden, durch die Lichtemissionsfläche emittiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-346840, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weißes Licht emittierende Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser und genauer gesagt eine weißes Licht emittierende Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser, die zur Verwendung als zahlreiche Arten von Lichtquellen für Hintergrundbeleuchtung für einen Flüssigkristallfernseher und als eine Lichtquelle, einschließlich einer Neonröhre, geeignet ist.
In den letzten Jahren ist eine lichtemittierende Vorrichtung mit einem Halbleiterlichtemitterelement, wie zum Beispiel einem Leuchtdioden(LED)-Element oder einem Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)-Element, als zahlreiche Arten einer Lichtquelle in großem Umfang verwendet worden, da sie durch Miniaturisierung, einen exzellenten Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer im Vergleich mit dem Fall einer Glühlampe von Vorteil ist.

Bisher ist eine Lichtquelle, die ein Halbleiterlichtemitterelement zum Emittieren eines Anregungslichts, ein Wellenlängenumwandlungselement, das darin ein Phosphormaterial zum Emittieren von Wellenlängenumwandlungslicht durch Empfangen des vom Halbleiterlichtemitterelements emittierten Anregungslichts enthält, und eine Faseroptik zum Leiten des Anregungslichts zum Wellenlängenumwandlungselement enthält, als diese Sorte von Lichtquelle bekannt gewesen. Diese Lichtquelle ist zum Beispiel in dem japanischen Patent Kokai Nr. 2005-205195 offenbart.

Wenn das von dem Halbleiterlichtemitterelement emittierte Anregungslicht das Wellenlängenumwandlungselement durch die Faseroptik erreicht, empfängt in einer derartigen Lichtquelle das Phosphormaterial einen Teil des Anregungslichts, um die Wellenlängenumwandlung durchzuführen, wodurch Wellenlängenumwandlungslichter, die jeweils einen vorab festgelegten Wellenlängenbereich aufweisen, in dem Wellenlängenumwandlungselement emittiert werden. Die resultierenden Wellenlängenumwandlungslichter und das von dem Halbleiterlichtemitterelement emittierte Anregungslicht werden danach optisch gemultiplext, um in der Form eines Beleuchtungslichts nach außen ausgestrahlt zu werden.

Im Falle der in dem japanischen Patent Kokai Nr. 2005-205195 offenbarten Lichtquelle wird jedoch das Wellenlängenumwandlungselement mit einer Lichtemissionsstirnfläche der Faseroptik verbunden. Als Ergebnis stößt man jedoch auf das Problem, daß ein optischer Ankopp lungsverlust zwischen der Faseroptik und dem Wellenlängenumwandlungselement erzeugt wird und somit der Wirkungsgrad der Verwendung des Lichts verringert wird.

Angesichts des vorangehenden besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine weißes Licht emittierende Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser bereitzustellen, in der die Erzeugung eines optischen Ankopplungsverlustes unterdrückt werden kann und somit der Wirkungsgrad der Verwendung von Licht verbessert werden kann.

Zur Lösung der obengenannten Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt eine weißes Licht emittierende Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser, umfassend: ein blaues Halbleiterlichtemitterelement zum Emittieren eines Anregungslichts, und eine Faseroptik mit einer Stirnfläche auf einer ersten Seite und einer Stirnfläche auf einer zweiten Seite, wobei das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement emittierte Anregungslicht auf die Stirnfläche auf der ersten Seite einfallengelassen wird, um zur Stirnfläche auf der zweiten Seite geleitet zu werden, wobei die Faseroptik umfaßt: einen Kern, der darin Phosphor zum Emittieren von Wellenlängenumwandlungslichtern durch Erregen durch das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement zugeführte Anregungslicht enthält, und ein Mantelelement mit einer Lichtemissionsfläche in seiner Umfangsfläche, wobei wenigstens ein Teil von optisch gemultiplexten Lichtern, die durch optisches Multiplexen der Wellenlängenumwandlungslichter und des Anregungslichts erhalten werden, durch die Lichtemissionsfläche emittiert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine weißes Licht emittierende Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser, umfassend: ein blaues Halbleiterlichtemitterelement zum Emittieren eines Anregungslichts, und eine Faseroptik mit einer Stirnfläche auf einer ersten Seite und einer Stirnfläche auf einer zweiten Seite, wobei das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement emittierte Anregungslicht auf die Stirnfläche auf der ersten Seite einfallengelassen wird, um zur Stirnfläche auf der zweiten Seite geleitet zu werden, wobei die Faseroptik umfaßt: einen Kern, der ein Glas niedriger Phononenenergie enthält, das darin wenigstens Praseodymionen als dreiwertige Seltenerdionen zum Emittieren von Wellenlängenumwandlungslichtern durch Anregung durch das Anregungslicht enthält, und ein Mantelelement mit einer Lichtemissionsfläche in seiner Umfangsfläche, wobei wenigstens ein Teil von optisch gemultiplexten Lichtern, die durch optisches Multiplexen der Wellenlängenumwandlungslichter und des Anregungslichts erhalten werden, durch die Lichtemissionsfläche emittiert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine weißes Licht emittierende Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser, umfassend: ein blaues Halbleiterlichtemitterelement zum Emittieren eines Anregungslichts, und eine Faseroptik mit einer Stirnfläche auf einer ersten Seite und einer Stirnfläche auf einer zweiten Seite, wobei das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement emittierte Anregungslicht auf die Stirnfläche auf der ersten Seite einfallengelassen wird, um zur Stirnfläche auf der zweiten Seite geleitet zu werden, wobei die Faseroptik umfaßt: einen Kern, der ein Glas niedriger Phononenenergie enthält, das darin Phosphor zum Emittieren von Wellenlängenumwandlungslichtern durch Anregung durch ein Anregungslicht mit einer Wellenlänge, die in einen Bereich von 430 bis 490 nm fällt, als das Anregungslicht enthält, und ein Mantelelement mit einer Lichtemissionsfläche in seiner Umfangsfläche, wobei wenigstens ein Teil von optisch gemultiplexten Lichtern, die durch optisches Multiplexen der Wellenlängenumwandlungslichter und des Anregungslichts erhalten werden, durch die Lichtemissionsfläche emittiert wird.

Die Vorrichtungsunteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Erzeugung eines optischen Ankopplungsverlustes unterdrückt und somit der Wirkungsgrad der Verwendung des Lichts verbessert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzeln erläutert sind. Dabei zeigt:

1 eine Draufsicht zur Erläuterung einer weißes Licht emittierenden Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2A und 2B jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines blauen Halbleiterlaserelements der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung der fluoreszierenden Faser der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

4 eine Spektralkurve eines Ausgabelichts, das von der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung emittiert ist; und

5 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung einer fluoreszierenden Faser einer weißes Licht emittierenden Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung einer weißes Licht emittierenden Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Er findung. Die 2A und 2B zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines blauen Halbleiterlaserelements der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3 zeigt eine Querschnittsansicht zur Erläuterung der fluoreszierenden Faser der weißes Licht emittierenden Vorrichtung mit einer fluoreszierenden Faser gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 enthält eine lichtemittierende Vorrichtung 1 grob ein blaues Halbleiterlaserelement 2 als eine Anregungslichtquelle, eine fluoreszierende Faser 3, durch die optisch gemultiplexte Lichter, die durch optisches Multiplexen eines Anregungslichts (blaues Licht) "a", das vom blauen Halbleiterlaserelement 2 ausgestrahlt wird, und von Wellenlängenumwandlungslichtern erhalten werden, die durch Wellenlängenumwandlung durch das Anregungslicht "a" erhalten werden, in Form eines Beleuchtungslichts (weißen Lichts) nach außen emittiert werden, und eine optische Linse 4, die zwischen der fluoreszierenden Faser 3 und dem blauen Halbleiterlaserelement 2 angeordnet ist.
Wie in den 2A und 2B gezeigt, weist das blaue Halbleiterlaserelement 2 ein Saphirsubstrat 5, einen Resonanzstegabschnitt A und einen Lochinjektionsstegabschnitt B auf und dient es zum Emittieren eines blauen Lichts mit einer Wellenlänge von 442 nm als das Anregungslicht "a". Eine Pufferschicht 6, die eine Dicke von ungefähr 50 nm aufweist und aus Aluminiumnitrid (AlN) hergestellt ist, ist auf dem Saphirsubstrat 5 ausgebildet. Als solches können auch GaN, GaInN oder AlGaN als das Material für die Pufferschicht 6 verwendet werden.
Eine n-leitende Schicht 7, die eine Dicke von ungefähr 4,0 μm aufweist und aus einem mit Silizium (Si) dotierten GaN mit einer Elektronenkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^–3 hergestellt ist, eine n-leitende Mantelschicht 8, die eine Dicke von ungefähr 500 nm aufweist und aus mit Si dotiertem Al_0.1Ga_0.9N mit einer Elektronenkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^–3 hergestellt ist, eine n-leitende Führungsschicht 9, die eine Dicke von 100 nm aufweist und aus Si dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^–3 hergestellt ist, und eine aktive Schicht 10 mit einer Multi-Quantum-Well (MQW)-Struktur, in der eine Sperrschicht 62, die eine Dicke von ungefähr 35 Å aufweist und aus GaN hergestellt ist, und eine Well-Schicht 61, die eine Dicke von ungefähr 35 Å aufweist und aus Ga_0.95In_0.05N hergestellt ist, abwechselnd aufgetragen sind, sind in dieser Reihenfolge auf der Pufferschicht 6 ausgebildet.
Eine p-leitende Führungsschicht 11, die eine Dicke von ungefähr 100 nm aufweist und aus mit Magnesium (Mg) dotiertem GaN mit einer Lochkonzentration von 5 × 10¹⁷ cm^–3 hergestellt ist, eine p-leitende Schicht 12, die eine Dicke von ungefähr 50 nm aufweist und aus Mg-dotiertem Al_0.25Ga_0.75N mit einer Lochkonzentration von 5 × 10¹⁷ cm^–3 hergestellt ist, eine p-leitende Mantelschicht 13, die eine Dicke von ungefähr 500 nm aufweist und aus Mg-dotiertem Al_0.1Ga_0.9N mit einer Lochkonzentration von 5 × 10¹⁷ cm^–3 hergestellt ist, und eine p-leitende Kontaktschicht 14, die eine Dicke von ungefähr 200 nm aufweist und aus Mg dotiertem GaN mit einer Lochkonzentration 5 × 10¹⁷cm^–3 hergestellt ist, sind in dieser Reihenfolge auf der aktiven Schicht 10 ausgebildet. Als solches können AlGaN oder GAInN auch als das Material für die p-leitende Kontaktschicht 14 verwendet werden.
Eine Elektrode 15, die eine Breite von 5 μm aufweist und aus Nickel (Ni) hergestellt ist, ist auf der p-leitenden Kontaktschicht 14 ausgebildet. Zusätzlich ist eine Elektrode 16, die aus Aluminium (Al) hergestellt ist, auf der n-leitenden Schicht 7 ausgebildet.
Der Resonanzstegabschnitt A enthält die n-leitende Mantelschicht 8, die n-leitende Führungsschicht 9, die aktive Schicht 10, die p-leitende Führungsschicht 11 und die p-leitende Schicht 12. Zusätzlich enthält der Lochinjektionsstegabschnitt B die p-leitende Mantelschicht 13, die p-leitende Kontaktschicht 14 und die Elektrode 15.
Wie in 3 gezeigt, weist die fluoreszierende Faser 3 einen Kern 3A und ein Mantelelement 3B auf und ist sie mit dem blauen Halbleiterlaserelement 2 durch die optische Linse 4 (in 1 gezeigt) optisch verbunden. Das blaue Licht "a", das vom blauen Halbleiterlaserelement 2 emittiert wird, wird auf eine seitliche Stirnfläche (Einfallsfläche) der fluoreszierenden Faser 3 einfallengelassen, so daß ein Teil des blauen Lichts "a" zur anderen seitlichen Stirnfläche (Emissionsfläche) der fluoreszierenden Faser 3, so wie es ist, geleitet wird, und zum Beispiel blaue, grüne und rote Wellenlängenumwandlungslichter, die durch die Wellenlängenumwandlung eines Teils des blauen Lichts "a" erhalten werden, zur anderen seitlichen Stirnfläche der fluoreszierenden Faser 3 jeweils geleitet werden. Zusätzlich werden optisch gemultiplexte Lichter, die durch optisches Multiplexen dieser Wellenlängenumwandlungslichter und des Anregungslichts "a" erhalten werden, in Form eines Beleuchtungslichts (weißen Lichts) durch eine Faserumfangsfläche (eine Umfangsfläche des Mantelelements 3B) nach außen emittiert. Die fluoreszierende Faser 3 ist aus einem fluoreszierenden Glas hergestellt, das darin keines von ZrF₄, HfF₄, ThF₄ und dergleichen enthält, sondern darin AlF₃ als einen Hauptbestandteil enthält. Somit wird ein stabiles Glas erhalten, das für einen Lichtbereich vom sichtbaren Bereich zum infraroten Bereich transparent ist und ausgezeichnete chemische Beständigkeit und große mechanische Festigkeit aufweist. Diese Glassorte weist für das fluoreszierende Glas den wesentlichen Vorteil auf, daß die Phonenenergie geringer ist.
Die Faserlänge der fluoreszierenden Faser 3 ist auf eine Größe von ungefähr 100 nm eingestellt so daß das vom blauen Halbleiterlaserelement 2 emittierte gesamte Anregungslicht "a" nicht durch die seitliche Lichtemissionsstirnfläche emittiert wird, sondern die blauen, grünen und roten Lichter, die durch die Wellenlängenumwandlung des Anregungslichts "a" erhalten werden, durch jeweils die seitliche Lichtemissionsstirnfläche emittiert werden.
Der Kern 3A ist aus einem Wellenlängenumwandlungselement gebildet, das ein Glas niedriger Phononenenergie, wie zum Beispiel ein für Infrarotstrahlung durchlässiges fluoreszierendes Glas enthält, das darin wenigstens Praseodymionen (Pr³⁺) als dreiwertige Seltenerdionen von ungefähr 3.000 ppm enthält. Außerdem dient der Kern 3A dazu, die grünen, orangen und roten Wellenlängenumwandlungslichter zu emittieren, indem er durch einen Teil des Anregungslichts (blaues Licht) "a", das vom blauen Halbleiterlaserelement 2 emittiert wird, angeregt wird. Für eine Einstellung der grünen Farbe können dem Kern 3A dreiwertige Terbiumionen hinzugefügt werden, und für eine Einstellung der grünen und roten Farbe können dreiwertige Erbium- oder Holmiumionen dem Kern 3A hinzugefügt werden. Als Ergebnis kann die Farbeinstellung durchgeführt werden. Der Kerndurchmesser des Kerns 3A wird auf eine Größe von ungefähr 4 μm eingestellt. Als solches wird zusätzlich zum Infrarotstrahlung durchlassenden fluoreszierenden Glas ein Schwermetalloxidglas als das Glas niedriger Phononenenergie verwendet.
Das Mantelelement 3B wird in dem Umfang des Kerns 3A ausgebildet, und das gesamte Mantelelement 3B ist aus einem Glas oder einem transparenten Harz hergestellt. Der Brechungsindex n1 des Mantelelements 3B wird auf einen (n1 ≒ 1,45) eingestellt, der kleiner als derjenige n2 (n2 ≒ 1,5) des Kerns 3A ist. Der Manteldurchmesser (Außendurchmesser der fluoreszierenden Faser 3) des Mantelelements 3B wird auf eine Größe von ungefähr 200 μm eingestellt. Die Umfangsfläche des Mantelelements 3B ist mit einem Abdeckelement 3C abgedeckt, das aus einem lichtdurchlässigen Harz hergestellt ist. Das Abdeckelement 3C kann zur Farbeinstellung gefärbt sein.
Die optische Linse 4 wird von einer bikonvexen Linse gebildet und ist zwischen dem blauen Halbleiterlaserelement 2 und der fluoreszierenden Faser 3 in der oben beschriebenen Weise angeordnet. Außerdem dient die optische Linse 4 dazu, das vom blauen Halbleiterlaserelement 2 emittierte Anregungslicht "a" auf einen Abschnitt (den Kern 3A) zu konzentrieren, der sich in der seitlichen Lichteinfallsstirnfläche der fluoreszierenden Faser 3 befindet.
Wenn eine geeignete Spannung von einer Stromquelle an das blaue Halbleiterlaserelement 2 angelegt wird, emittiert als erstes die aktive Schicht 10 des blauen Halbleiterlaserelements 2 das blaue Licht "a" und wird das blaue Licht "a" zur Seite der optischen Linse 4 ausgestrahlt. Das vom blauen Halbleiterlaserelement 2 emittierte blaue Licht "a" wird danach auf die fluoreszierende Faser 3 durch die optische Linse 4 einfallengelassen. In der fluoreszierenden Faser 3 wird ein Teil des blauen Lichts "a" dann von der Lichteinfallsstirnfläche auf den Kern 3A einfallengelassen und zur Lichtemissionsstirnfläche des Kerns 3A geleitet, während eine Totalreflexion desselben innerhalb des Kerns 3A wiederholt erfolgt. In diesem Fall regt das blaue Licht "a" die Praseodymionen in dem Kern 3A an, wodurch jeweils die blauen, grünen und roten Wellenlängenumwandlungslichter emittiert werden. Danach durchdringen die optisch gemultiplexten Lichter (weißes Licht), die durch optisches Multiplexen des Anregungslichts "a" und der blauen, grünen und roten Wellenlängenumwandlungslichter erhalten sind durch die fluoreszierende Faser 3 (den Kern 3A und das Mantelelement 3B). Als Ergebnis werden die optisch gemultiplexten Lichter aus dem Anregungslicht "a" und den blauen, grünen und roten Wellenlängenumwandlungslichtern in Form eines Ausgabelichts "b" durch die Umfangsfläche des Mantelelements 3B (des Abdeckelements 3C) zur Außenseite der fluoreszierenden Faser 3 emittiert.
Als nächstes folgt eine Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ergebnisse eines Experiments zur Beobachtung des Ausgabelichts "b", das von der lichtemittierenden Vorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung emittiert ist.
Dieses Experiment wurde so durchgeführt, daß das blaue Licht (seine Wellenlänge beträgt 442 nm) "a" vom blauen Halbleiterlaserelement 2 (unter der Anregungsbedingung von 20 mW) auf die fluoreszierende Faser 3 einfallengelassen wurde. Als Ergebnis des Experiments wurde das weiße Licht von der Umfangsfläche der fluoreszierenden Faser 3 (des Abdeckelements 3C) beobachtet. Als das durch die fluoreszierende Faser 3 emittierte Licht gemessen wurde, wurde ein Emissionsspektrum beobachtet, das Emissionswellenlängenspitzen aufwies, die dem blauen Licht "a" als Anregungslicht und den roten, grünen und blauen Lichtern als Wellenlängenumwandlungslichter entsprachen. Die Beobachtungsergebnisse sind in 4 als eine Spektralkurve gezeigt. In 4 stellt die Ordinate die Lichtintensität dar und stellt die Abszisse die Wellenlänge dar.
Gemäß der bisher beschriebenen ersten Ausführungsform wurden die folgenden Effekte erzielt:

(1) Da der Kern 3A der fluoreszierenden Faser 3 aus dem Wellenlängenumwandlungselement hergestellt ist, werden die Komponenten oder Anschlußteile zur optischen Ankopplung zwischen der Faseroptik und dem Wellenlängenumwandlungselement, die herkömmlich notwendig gewesen sind, unnötig. Als Folge kann die Erzeugung eines optischen Verlusts aufgrund der Komponenten oder Anschlußteile unterdrückt werden und somit der Wirkungsgrad der Benutzung des Lichts verbessert werden.
(2) Da die von der fluoreszierenden Faser 3 emittierten Lichter darin die roten, grünen und blauen Lichter enthalten, ist es möglich, das weiße Licht mit der ausgezeichneten Farbwiedergabeeigenschaft zu erhalten. Somit wird zum Beispiel die weißes Licht emittierende Vorrichtung dieser Ausführungsform als eine Lichtquelle für eine Hintergrundbeleuchtung für eine Flüssigkristallanzeigetafel sehr effektiv verwendet.
(3) Da die fluoreszierende Faser 3 aus dem Glas niedriger Phononenenergie, einschließlich des Fluoridglases, hergestellt ist, das darin keines von ZrF₄, HfF₄, ThF₄ und dergleichen enthält, sondern darin AlF₃ als den Hauptbestandteil enthält, können somit die mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit der fluoreszierenden Faser 3 verbessert werden und kann somit verhindert werden, daß die fluoreszierende Faser 3 beschädigt und verschlechtert wird.

5 zeigt eine Querschnittsansicht zur Erläuterung einer fluoreszierenden Faser einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 5 gezeigt, besteht das Merkmal der lichtemittierenden Vorrichtung (wie in 1 gezeigt) 1, die in der zweiten Ausführungsform gezeigt ist, darin, daß die lichtemittierende Vorrichtung 1 eine fluoreszierende Faser 50 enthält, die einen Kern 50A, ein Mantelelement 50B, das ein erstes Mantelelement 50B-1, das benachbart zur Umfangsfläche des Kerns 50A ausgebildet ist, und ein zweites Mantelelement 50B-2, das benachbart zur Umfangsfläche des ersten Mantelelements 50B-1 ausgebildet ist, und ein Kernelement 50C aufweist.
Aus diesem Grund ist der Brechungsindex n1 des ersten Mantelelements 50B-1 auf einen (n1 ≒ 1,48) eingestellt, der kleiner als derjenige n2 (n2 ≒ 1,50) des Kerns 50A ist, aber größer als n3 (n3 ≒ 1,45) des zweiten Mantelelements 50B-2 ist.
Gemäß der bisher beschriebenen zweiten Ausführungsform wird zusätzlich zu den Effekten (1) bis (3) der ersten Ausführungsform der folgende Effekt erzielt:
Das erste Mantelelement 50B-1 kann dazu gebracht werden, als ein Lichtwellenleiter zu fungieren. Außerdem wird das in das erste Mantelelement 50B-1 eingeleitete Anregungslicht "a" dem Kern 50B zugeführt, um die Wellenlängenumwandlungslichter, die blaues, grünes und rotes Licht einschließen, zu erzeugen.
Die Konstruktion der lichtemittierenden Vorrichtung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dieselbe wie diejenige der ersten Ausführungsform, so daß eine ausführliche Erläuterung derselben hier weggelassen wird.
Während die lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß den obengenannten ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte bemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die obengenannten ersten und zweiten Ausführungsformen beschränkt werden soll. Das heißt, daß die vorliegende Erfindung in Form von verschiedenen Arten von Aspekten implementiert werden kann, ohne aus dem wesentlichen derselben zu gelangen. Zum Beispiel können die folgenden Änderungen vorgenommen werden:

(1) Während in den ersten und zweiten Ausführungsformen die Beschreibung unter Bezugnahme auf den Fall erfolgte, in dem das blaue Licht mit der Wellenlänge von 442 nm als das vom blauen Halbleiterlaserelement 2 emittierte Anregungslicht "a" verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, daß das blaue Licht vorhanden sein kann, solange es eine Wellenlänge aufweist, die in dem Bereich von 430 bis 490 nm aufweist, in dem es als das Anregungslicht "a" mit dem hohen Anregungswirkungsgrad verwendet werden kann.
(2) Während in den ersten und zweiten Ausführungsformen die Beschreibung unter Bezugnahme auf den Fall erfolgte, in dem der Gehalt m der dreiwertigen Praseodymionen (Pr³⁺) auf 3000 ppm eingestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, daß der Gehalt m der dreiwertigen Praseodymionen auf einen eingestellt werden kann, der in den Bereich von 100 ppm ≦ m ≦ 10.000 ppm fällt. In dem Fall, in dem der Gehalt m geringer als 100 ppm ist, wird keine der Wellenlängenumwandlungslichter in dem Kern 3A erhalten. Andererseits wird die Lichtdurchlaßeigenschaft in dem Kern 3A gering, wenn der Gehalt m mehr als 10.000 ppm beträgt.
(3) Während in den ersten und zweiten Ausführungsformen die Beschreibung unter Bezugnahme auf den Fall erfolgte, in dem jedes der Mantelelemente 3B und 50B einfach aus einem Glas oder einem transparenten Harz hergestellt wird, das darin keinen zusätzlichen Stoff enthält, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Das heißt, daß das Mantelelement darin einen Lichtdiffusionsstoff als zusätzlichen Stoff enthalten kann. In diesem Fall ist es möglich, das Anregungslicht und die Wellenlängenumwandlungslichter in das Mantelelement zu zerstreuen, und ist es somit möglich, das weiße Licht mit der exzellenten Farbwiedergabeeigenschaft effektiver zu erhalten. Zusätzlich kann der Effekt des Zertreuens des Anregungslichts und der Wellenlängenumwandlungslichter auch durch Vorsehen von Unregelmäßigkeiten an der Umfangsfläche des Mantelelements erhalten werden.
(4) Während in den ersten und zweiten Ausführungsformen die Beschreibung unter Bezugnahme auf den Fall erfolgte, in dem das blaue Halbleiterlaserelement 2 als das blaue Halbleiterlichtemitterelement verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Das heißt, daß dieselben Effekte wie diejenigen der ersten und zweiten Ausführungsformen geboten werden können, selbst wenn ein blaues Leuchtdiodenelement auch als das blaue Halbleiterlichtemitterelement verwendet wird.

1: Vorrichtung
2: Halbleiterlaserelement
3: fluoreszierende Faser
3A: Kern
3B: Mantelelement
3C: Abdeckelement
4: Linse
5: Saphirsubstrat
6: Pufferschicht
7: n-leitende Schicht
8: Mantelschicht
9: Führungsschicht
10: aktive Schicht
11: Führungsschicht
12: p-leitende Schicht
13: p-leitende Mantelschicht
14: Kontaktschicht
15, 16: Elektroden
50: fluoreszierende Faser
50A: Kern
50B: Mantelelement
50B-1: erstes Mantelelement
50B-2: zweites Mantelelement
61: Well-Schicht
62: Sperrschicht
A: Resonanzabschnitt
B: Lochinjektionsstegabschnitt
a: blaues Licht
b: Ausgabelicht

Claims

Weißes Licht emittierende Vorrichtung (1) mit einer fluoreszierenden Faser (3; 50), umfassend: ein blaues Halbleiterlichtemitterelement zum Emittieren eines Anregungslichts, und eine Faseroptik mit einer Stirnfläche auf einer ersten Seite und einer Stirnfläche auf einer zweiten Seite, wobei das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement emittierte Anregungslicht auf die Stirnfläche auf der ersten Seite einfallengelassen wird, um zur Stirnfläche auf der zweiten Seite geleitet zu werden, wobei die Faseroptik umfaßt: einen Kern (3A; 50A), der darin Phosphor zum Emittieren von Wellenlängenumwandlungslichtern durch Erregen durch das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement zugeführte Anregungslicht enthält, und ein Mantelelement (3B; 50B) mit einer Lichtemissionsfläche in seiner Umfangsfläche, wobei wenigstens ein Teil von optisch gemultiplexten Lichtern, die durch optisches Multiplexen der Wellenlängenumwandlungslichter und des Anregungslichts erhalten werden, durch die Lichtemissionsfläche emittiert wird.
Weißes Licht emittierende Vorrichtung (1) mit einer fluoreszierenden Faser (3; 50), umfassend: ein blaues Halbleiterlichtemitterelement zum Emittieren eines Anregungslichts, und eine Faseroptik mit einer Stirnfläche auf einer ersten Seite und einer Stirnfläche auf einer zweiten Seite, wobei das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement emittierte Anregungslicht auf die Stirnfläche auf der ersten Seite einfallengelassen wird, um zur Stirnfläche auf der zweiten Seite geleitet zu werden, wobei die Faseroptik umfaßt: einen Kern (3A; 50A), der ein Glas niedriger Phononenenergie enthält, das darin wenigstens Praseodymionen als dreiwertige Seltenerdionen zum Emittieren von Wellenlängenumwandlungslichtern durch Anregung durch das Anregungslicht enthält, und ein Mantelelement (3B; 50B) mit einer Lichtemissionsfläche in seiner Umfangsfläche, wobei wenigstens ein Teil von optisch gemultiplexten Lichtern, die durch optisches Multiplexen der Wellenlängenumwandlungslichter und des Anregungslichts erhalten werden, durch die Lichtemissionsfläche emittiert werden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt m der dreiwertigen Praseodymionen innerhalb eines Bereichs von 100 ppm ≦ m ≦ 10.000 ppm eingestellt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelelement (50B) der Faseroptik ein erstes Mantelelement (50B-1), das benachbart zur Umfangsfläche des Kerns (50A) ausgebildet ist, und ein zweites Mantelelement (50B-2) enthält, das benachbart zur Umfangsfläche des ersten Mantelelements (50B-1) ausgebildet ist, und der Brechungsindex des ersten Mantelelements (50B-1) auf einen eingestellt ist, der kleiner als derjenige des Kerns (50A) ist, aber größer als derjenige des zweiten Mantelelements (50B-2) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelelement (3B; 50B) der Faseroptik darin einen Lichtdiffusionsstoff enthält.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Unregelmäßigkeiten auf der Umfangsfläche des Mantelelements (3B; 50B) der Faseroptik ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das blaue Halbleiterlichtemitterelement eines ist, das aus einem blauen Leuchtdiodenelement und einem blauen Halbleiterlaserelement (2) ausgewählt ist.
Weißes Licht emittierende Vorrichtung (1) mit einer fluoreszierenden Faser (3; 50), umfassend: ein blaues Halbleiterlichtemitterelement zum Emittieren eines Anregungslichts, und eine Faseroptik mit einer Stirnfläche auf einer ersten Seite und einer Stirnfläche auf einer zweiten Seite, wobei das vom blauen Halbleiterlichtemitterelement emittierte Anregungslicht auf die Stirnfläche auf der ersten Seite einfallengelassen wird, um zur Stirnfläche auf der zweiten Seite geleitet zu werden, wobei die Faseroptik umfaßt: einen Kern (3A; 50A), der ein Glas niedriger Phononenenergie enthält, das darin Phosphor zum Emittieren von Wellenlängenumwandlungslichtern durch Anregung durch ein Anregungslicht mit einer Wellenlänge, die in einen Bereich von 430 bis 490 nm fällt, als das Anregungslicht enthält, und ein Mantelelement (3B; 50B) mit einer Lichtemissionsfläche in seiner Umfangsfläche, wobei wenigstens ein Teil von optisch gemultiplexten Lichtern, die durch optisches Multiplexen der Wellenlängenumwandlungslichter und des Anregungslichts erhalten werden, durch die Lichtemissionsfläche emittiert wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelelement (50B) der Faseroptik ein erstes Mantelelement (50B-1), das benachbart zur Umfangsfläche des Kerns (50) ausgebildet ist, und ein zweites Mantelelement (50B-2) enthält, das benachbart zur Umfangsfläche des ersten Mantelelements (50B-1) ausgebildet ist, und der Brechungsindex des ersten Mantelelements (50B-1) auf einen eingestellt ist, der kleiner als derjenige des Kerns (50) ist, aber größer als derjenige des zweiten Mantelelements (50B-2) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelelement (50B) der Faseroptik darin einen Lichtdiffusionsstoff enthält.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Unregelmäßigkeiten auf einer Umfangsfläche des Mantelelements (50B) der Faseroptik ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das blaue Halbleiterlichtemitterelement ein blaues Leuchtdiodenelement oder ein blaues Halbleiterlaserelement (2) enthält.