JP2004354495A

JP2004354495A - Light source device

Info

Publication number: JP2004354495A
Application number: JP2003149481A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Nakanishi; 秀一中西
Original assignee: NEC Viewtechnology Ltd
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device radiating a luminous flux which heightens the utilization factor of the light and efficiently bringing about brightness in the whole illumination system. SOLUTION: The light source device includes a phosphor 2 emitting light with excitation light, a concave mirror 3A reflecting light from the phosphor 2 and an excitation light source 1 irradiating the phosphor 2 with the excitation light, wherein the concave mirror 3A has a shape of a curved surface with a focus and the phosphor 2 is placed in the vicinity of the focus of the concave mirror 3A. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置に関し、特に、映像表示のために使用される光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイのバックライトやプロジェクタの光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）が注目されている。これらの光源は、従来の照明光源である放電ランプに比べて、寿命が長い、駆動回路が簡単、といった特徴があるが、一方、発光効率が低い、光源１個当たりが発する全光束が小さい、といった点が課題となっている。そのため光利用効率を高めるために、様々な方法が提案されている。以下、特許文献を参照し、従来の技術を説明する。
【０００３】
例えば、特許文献１乃至４には、発光ダイオードと反射鏡を用いた光源装置が開示されている。また、この考えを応用したものとして、発光ダイオードと蛍光体を付着させた反射鏡を用いた光源装置が、特許文献５乃至８に開示されている。
【０００４】
従来の光源装置の構造について、図１１を参照し、説明する。図１１（ａ）（ｂ）は従来の光源装置の平面図およびその断面図である。この従来の光源装置は、発光ダイオード１０、陰極端子１１、陽極端子１２、凹面鏡３Ｚ、封止剤６Ｚ、台座７Ｚから構成される。
【０００５】
この発光ダイオード１０は陰極端子１１に固定されている。この発光ダイオード１０に電力供給できるように、陰極端子１１と陽極端子１２とのそれぞれからＡｕワイヤなど（図示せず）によって導通される。発光ダイオード１０は台座７Ｚに形成された凹面鏡３Ｚに対向するように配置され、発光ダイオード１０、陰極端子１１、陽極端子１２、台座７Ｚはエポキシ樹脂などの封止剤６Ｚによって固定される。
【０００６】
この発光ダイオード１０で発光した光は凹面鏡３Ｚで反射され、その放射面４Ｚを通して外部に放射される。この凹面鏡３Ｚの形状が放物面状である場合、放物面４Ｚの焦点から出て凹面鏡３Ｚで反射する光線は、互いに平行になる。点光源を焦点に置くと、放物面状の凹面３Ｚ鏡に反射した光線は全て平行光となる。
【０００７】
このように、幾何光学的によく制御された光束は、光学系によって、効率よく照明することが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１−２３０２７４号公報
【特許文献２】
特開平６−８５３１４号公報
【特許文献３】
特開平８−１８１０７号公報
【特許文献４】
特開平６−３３４２２０号公報
【特許文献５】
特開２００１−２３０４５１号公報
【特許文献６】
特開２００１−２４３８２１号公報
【特許文献７】
特開２０００−２２２２０号公報
【特許文献８】
特開２００３−１７７５１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の技術では、実際の発光ダイオード１０などの発光素子には大きさがあるため、発光する光は必ずしも焦点を通らない。焦点からずれればずれるほど、光線は光学系の設計光路からずれ、照明に寄与しなくなってしまう。特に、全光束が大きい発光ダイオードは、半導体ダイそのものが大きく、従って発光面積が大きく、故に全光束が大きい割に照明光が明るくはならない。
【００１０】
また、発光ダイオードを発光させるためには電力を供給しなければならず、電極端子（１１，１２）が必要となるが、これら電極端子は放射面４Ｚ側に配置されるため、一部の光が遮られてしまう。
【００１１】
また、発光ダイオードは、供給電流を増やすほど、明るくなるが、接合温度が高くなり、また、発光ダイオードは、そのの接合温度が高くなるほど、暗くなり、寿命が縮む。従って、明るく光らせるためには、放熱を良くしなければならない。そのため、発光ダイオード１０が固定される陰極端子１１は、放熱の役割も兼ねることになる。この放熱効果を高めるために、陰極端子１１の表面積を大きくするとか、空冷するなどの対策を施す必要があるが、光が放射する側なので空間的な制約を受ける。このような制約のために放熱が十分でなくなると、発光ダイオードを明るく光らせることができない。
【００１２】
また、発光ダイオード以外の光源としては、レーザ・ダイオード、固体レーザ、ガス・レーザなどのレーザ光源がある。レーザ光は指向性が高く、位相が揃っているために、光学系によって効率よく光を利用できる。しかしながら、レーザ光は可干渉性が高く、スペックル・ノイズが発生するために、映像表示のための光源としては適さない。
【００１３】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、幾何光学的によく制御された光束、即ち、後段の光学系で光利用効率を高めることのできる光束を放射し、照明系全体で効率よく明るくできる光源装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、励起光によって光を発する蛍光体と、前記蛍光体からの光を反射する凹面鏡と、前記蛍光体に前記励起光を照射する励起光源とを有し、前記凹面鏡の形状は焦点を有する曲面からなり、前記蛍光体が前記凹面鏡の焦点付近に配置されることを特徴とする。
【００１５】
本発明において、凹面鏡の形状は、放物面状、または楕円面状、または二葉双曲面状であることができ、また、蛍光体と凹面鏡とを固定する透光性の封止剤を有し、前記封止剤によって光路上に生じる屈折率の界面における光路のずれを補正するように光路補正部を設けることができ、さらに、蛍光体と凹面鏡とを固定する透光性の封止剤を有し、前記封止剤によって光路上に生じる屈折率の界面における光路のずれを補正するように前記凹面鏡の形状を補正する事もできる。
【００１６】
また、励起光源と蛍光体との間に、励起光の光路を制限する導光体を設けることができ、また、励起光源が複数あることもでき、さらに、励起光源として、レーザ光源または発光ダイオードを用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施形態の光源装置の構成について説明する上面からの透視図およびその断面図である。ここでｘ、ｙ、ｚをパラメータとする３次元の直交座標系を考え、図１（ａ）の透視図はｚ軸に垂直な面であり、図１（ｂ）の断面図はｚ軸に平行な面であるとする。
【００１８】
本実施形態の光源装置は、励起光源１、蛍光体２、凹面鏡３Ａ、反射膜５、封止剤６、台座７から構成される。凹面鏡３Ａの形状は放物面状であり、蛍光体２は凹面鏡３Ａの焦点付近に置かれる。反射膜５は凹面鏡３Ａに対して蛍光体２の背面に配置される。励起光源１は蛍光体２に照射できるような位置に置かれ、封止剤６は蛍光体２、反射膜５、凹面鏡３Ａを固定する。台座７は凹面鏡３Ａ、励起光源１を固定する。
【００１９】
励起光源１は、蛍光体２を励起するような光を照射し、励起された蛍光体２は可視光を発する。蛍光体２から発せられた可視光は、直接もしくは反射膜５で反射してから凹面鏡３Ａへ向かう。更に、その可視光は放物面状の凹面鏡３Ａで反射して、平行光として放射面４Ａを通して放射される。
【００２０】
蛍光体２は凹面鏡３Ａの焦点に集中しているほど、放射面４Ａより放射される光線の平行の度合いのばらつきが小さくなる。一方、蛍光体２の受光面積が大きいほど全光束が大きくなる。つまり、蛍光体２の大きさが大きいほど明るく発光するが、光線の平行の度合いのばらつきが大きくなり、光学系による光路制御性が悪化し、光利用効率が低下する。また、蛍光体２の形状を、照明対象と相似形にすると、効率よく照明できる。
【００２１】
従って、蛍光体２の大きさや形状をどうするかは、照明系全体で考える必要がある。蛍光体２の材料としては、発光色や励起光の波長によって様々なものが知られている。
【００２２】
紫外線から青色光で励起される蛍光材料には、赤色発光するものとして、
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕなどが知られており、また黄色発光するものとして、
（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２や（Ｙ，Ｇｄ，Ｇｅ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２などが
知られている。また、緑色発光するものとして、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌや
ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎや（Ｌａ，Ｃｅ）（Ｐ，Ｂ）Ｏ_４：Ｔｂなどが
知られている。また青色発光するものとして
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃ_１２：Ｅｕや
３（Ｂａ，Ｍｇ）Ｏ，８Ａ_１２Ｏ_３：Ｅｕなどが知られている。これらの蛍光材料を適度な割合で混合して蛍光体２とし、所望の色で発光するようにしてもよい。
【００２３】
なお、特開２００１−３５２１０４号公報、特開平７−１９３２８１号公報には、励起光の波長よりも短い波長の光を発光する蛍光材料について述べられており、例えば、赤外線励起により可視光を発するものが知られている。このような蛍光材料を蛍光体２に用いてもよい。
【００２４】
励起光源１としては、レーザ・ダイオード、固体レーザ、ガス・レーザなどといったレーザ光源や発光ダイオードなどを用いることができる。レーザ光源は指向性が高いので、励起光源１として用いた場合、効率よく蛍光体２に光を照射することができる。レーザ・ダイオードを用いた場合、光源装置を小型にできる。また、固体レーザ、ガス・レーザなどを用いた場合、励起光の出力が高いので、明るくできる。発光ダイオードを用いた場合、小型で安価にできる。
【００２５】
凹面鏡３Ａは、曲面を形成した台座７に鍍金や蒸着などによって形成でき、あるいは、曲面を形成した封止剤６に反射面を形成して凹面鏡３Ａとしてもよい。また、凹面鏡３Ａに、励起光源１からの光を通過させるように穴を開けてもよく、あるいは、励起光源１からの光を透過するような光学特性をもたせてもよい。
【００２６】
また、励起光源１を凹面鏡３Ａの開口側に置き、反射膜５の光学特性として励起光を透過させるようにしてもよい。また、封止剤６は、蛍光体２、反射膜５、凹面鏡３Ａを固定および保護するため、また、放射面４Ａを形成するために用いられる。この封止剤６は、蛍光体２からの可視光、励起光源１からの励起光に対して、透過率が高いことが必要である。封止剤６の材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ガラスなどを用いることができ、あるいは、封止剤６は空気であってもよい。
【００２７】
放射面４Ａと凹面鏡３Ａで囲まれる範囲を気密構造にして、封止剤６として窒素ガスや不活性ガスなどの気体を用いてもよい。封止剤６として気体を用いる場合は、蛍光体２や反射膜５を透明板（図示せず）に固定し、その透明板を凹面鏡３Ａに固定すればよい。なお、放射面４Ａと凹面鏡３Ａの焦点は同一平面上になくてもよい。
【００２８】
励起光源１からの光を放射面４Ａから放射させたくない場合が多々ある。例えば、励起光としてレーザ光を用いた場合、レーザ光には可干渉性があるので、スペックル・ノイズが発生してしまうとか、エネルギー密度が高いので危険である、といった問題を有する。また、励起光として紫外線を用いた場合、人体に有害であるという問題を有する。励起光として可視光を用いた場合、光束の色が所望の色とは異なるという問題がありえる。
【００２９】
励起光源１からの光を放射面４Ａから放射させたくない場合、励起光を反射もしくは吸収するような光学フィルタを放射面４Ａにコーティングしてもよい。反射膜５の光学特性として、励起光を反射もしくは吸収するようにしてもよい。台座７の光学特性として、励起光を吸収するようにしてもよい。
【００３０】
可視光を発する励起光源１を用い、可視の励起光と蛍光体２からの可視光を合わせて放射してもよい。例えば、青色発光の発光ダイオードと黄色発光の蛍光体を用いて、白色光を放射するようにしてもよい。放射される光束において平行光線の割合が少なくてもよい場合、反射膜５はなくてもよい。
【００３１】
次に、図２は本発明の第２の実施形態における光源装置の構成について説明す断面図である。図２の実施形態は、図１に示す第１の実施形態と、構成、動作などがだいたい同様なので、ここでは異なる点を中心に説明する。主な相違点は凹面鏡（図１では３Ａ、図２では３Ｂ）の形状であり、凹面鏡３Ｂの形状は楕円面状であり、蛍光体２は凹面鏡３Ｂの焦点付近に置く。
【００３２】
蛍光体２から発せられた光線は、直接もしくは反射膜５で反射してから凹面鏡３Ｂへ向かう。更に、その光線は楕円面状の凹面鏡３Ｂで反射して、放射面４Ｂから放射され、楕円面の蛍光体２が置かれていない方の焦点Ｆ１へ集束する。
【００３３】
蛍光体２が凹面鏡３Ｂの焦点に集中しているほど、光が焦点Ｆ１へ集束する。一方、蛍光体２の受光面積が大きいほど全光束が大きくなる。つまり、蛍光体２の大きさが大きいほど明るく発光するが、光が一点に集束しないで広がり、光学系による光路制御性が悪化し、光利用効率が低下する。従って、蛍光体２の大きさどうするかは、照明系全体で考える必要がある。
【００３４】
放射面４Ｂを平面とする場合、放射面４Ｂを通過する光線の角度は、放射面４Ｂに対して垂直ではない。従って、封止剤６Ａの屈折率は外部の媒質と同じにするほうが望ましい。そうでなければ、媒質の界面である放射面４Ｂで光が屈折し、焦点Ｆ１へ光が集束しなくなるからである。
【００３５】
例えば、外部の媒質が屈折率１．０である空気の場合、屈折率１．４から１．６程度のエポキシ樹脂やシリコーン樹脂やガラスよりも、屈折率１．０である窒素ガスや不活性ガスなどの気体を封止剤６Ａとしたほうが、光が焦点Ｆ１に集束する。
【００３６】
封止剤６Ａとして気体を用いる場合、蛍光体２や反射膜５を透明板（図示せず）に固定し、その透明板を凹面鏡３Ｂに固定すればよい。この場合、透明板の屈折率が問題となるが、透明板の厚さが薄ければ、光路のずれは小さくて済む。なお、放射面４Ｂを境界面として屈折率が異なっても、光学系によって補正可能である。
【００３７】
次に、図３は、本発明の第３の実施形態における光源装置の構成について説明する断面図である。図３の実施形態は、図２に示す第２の実施形態と、構成、動作などがだいたい同様なので、ここでは異なる点を中心に説明する。主な変更点は、光路補正部８の追加と、放射面（図２では４Ｂ、図３では４Ｃ）の形状である。
【００３８】
光路補正部８の表面である放射面４Ｃの形状は、楕円面の蛍光体２が置かれていない方の焦点Ｆ１を中心とする球面である。光路補正部８の屈折率は、封止剤６Ｂの屈折率と等しくする。楕円面状の凹面鏡３Ｂの焦点にある蛍光体２から発っせられた光線は、凹面鏡３Ｂで反射して、光路補正部８を通過し、楕円面のもう一方の焦点Ｆ１へ集束する。
【００３９】
光線が放射面４Ｃを通過する際の角度は、放射面４Ｃに対して垂直である。従って、放射面４Ｃを界面として屈折率が異なっても、光路がずれることはない。故に、焦点Ｆ１への光の集束が広がることはない。
【００４０】
光路補正部８は封止剤６Ｂと同じ材料であることが、屈折率の点から望ましい。加工の容易さの点から、屈折率が近い別の材料を用いてもよい。例えば、封止剤６Ｂとしてエポキシ樹脂を用い、光路補正部８として熱可塑性のポリカーボネートやアクリルを用いてもよい。この際、封止剤６Ｂと光路補正部８とを結合するために、光透過率が高く、屈折率が封止剤６Ｂや光路補正部８と同様である光学接着剤を用いればよい。
【００４１】
次に、図４は、本発明の第４の実施形態における光源装置の構成について説明する断面図である。図４の実施形態は、図２の第２の実施形態と、構成、動作などがだいたい同様なので、ここでは異なる点を中心に説明する。主な変更点は、凹面鏡（図２では３Ｂ、図４では３Ｃ）の形状を補正した形状としている。
【００４２】
楕円面鏡の焦点から発して楕円面鏡で反射した光線は、楕円面のもう一方の焦点へ集束する。ところが、その光路中の媒質の屈折率が単一ではなく、その界面を通過するときの光線の角度が界面の法線とは平行ではない場合、界面で光線が屈折するので光束は一点に集束しないで広がってしまう。このような光路のずれは、凹面鏡３Ｂの形状を元の楕円面から変形し補正された形状の凹面鏡３Ｃとすることによって修正できるので、凹面鏡３Ｃの形状を元の楕円面から変形するようにしてもよい。
【００４３】
次に、図５は、本発明の第５の実施形態における光源装置の構成について説明する断面図である。図５の実施形態は、図１の第１の実施形態と、構成、動作などがだいたい同様なので、ここでは異なる点を中心に説明する。主な相違点は凹面鏡（図１では３Ａ、図５では３Ｄ）の形状である。
【００４４】
この凹面鏡３Ｄの形状は二葉双曲面状であり、蛍光体２は凹面鏡３Ｄの焦点付近に置かれる。蛍光体２から発せられた光線は、直接もしくは反射膜５で反射してから凹面鏡３Ｄへ向かう。更に、その光線は二葉双曲面状の凹面鏡３Ｄで反射して、放射面４Ｄから放射されるが、あたかも二葉双曲面の蛍光体２が置かれていない方の焦点Ｆ２に光源があって、そこから光が発散しているかのように放射される。ここでは、焦点Ｆ２にあるように仮想される光源を仮想光源と呼ぶことにする。
【００４５】
蛍光体２が凹面鏡３Ｄの焦点に集中しているほど、焦点Ｆ２上の仮想光源が理想的な点光源に近づく。一方、蛍光体２の受光面積が大きいほど全光束が大きくなる。つまり、蛍光体２の大きさが大きいほど明るく発光するが、仮想光源が広がり、光学系による光路制御性が悪化し、光利用効率が低下する。従って、蛍光体２の大きさどうするかは、照明系全体で考える必要がある。
【００４６】
放射面４Ｄを平面とする場合、放射面を通過する光線の角度は、放射面に対して垂直ではない。従って、封止剤６Ｃの屈折率は外部の媒質と同じにするほうが望ましい。そうでなければ、媒質の界面である放射面４Ｄで光が屈折し、焦点Ｆ２上の仮想光源が広がってしまうからである。
【００４７】
例えば、外部の媒質が屈折率１．０である空気の場合、屈折率１．４から１．６程度のエポキシ樹脂やシリコーン樹脂やガラスよりも、屈折率１．０である窒素ガスや不活性ガスなどの気体を封止剤６としたほうが、仮想光源は点光源に近づく。
【００４８】
封止剤６Ｄとして気体を用いる場合、蛍光体２や反射膜５を透明板（図示せず）に固定し、その透明板を凹面鏡３Ｄに固定すればよい。この場合、透明板の屈折率が問題となるが、透明板の厚さが薄ければ、光路のずれは小さくて済む。なお、放射面４Ｄを境界面として屈折率が異なっても、光学系によって補正可能である。
【００４９】
次に、図６は、本発明の第６の実施形態における光源装置の構成について説明する断面図である。図６の実施形態は、図５の第５の実施形態と、構成、動作などがだいたい同様なので、ここでは異なる点を中心に説明する。主な変更点は光路補正部８Ａの追加と、放射面（図５では４Ｄ、図６では４Ｅ）の形状である。
【００５０】
光路補正部８Ａの表面である放射面４Ｅの形状は、二葉双曲面の蛍光体２が置かれていない方の焦点Ｆ２を中心とする球面である。光路補正部８Ａの屈折率は、封止剤６Ｄの屈折率と等しくする。二葉双曲面状の凹面鏡３Ｄの焦点にある蛍光体２から発せられた光線は、凹面鏡３Ｄで反射して、光路補正部８Ａを通過し、放射面４Ｅを通して放射される。
【００５１】
光線が放射面４Ｅを通過する際の角度は、放射面４Ｅに対して垂直である。従って、放射面４を界面として屈折率が異なっても、光路がずれることはない。故に、焦点Ｆ２上の仮想光源が広がることはない。
【００５２】
光路補正部８Ａは封止剤６Ｄと同じ材料であることが、屈折率の点から望ましい。加工の容易さの点から、屈折率が近い別の材料を用いてもよい。例えば、封止剤６Ｄとしてエポキシ樹脂を用い、光路補正部８Ａとして熱可塑性のポリカーボネートやアクリルを用いてもよい。この際、封止剤６Ｄと光路補正部８Ａとを結合するために、光透過率が高く、屈折率が封止剤６Ｄや光路補正部８Ａと同様である光学接着剤を用いればよい。
【００５３】
次に、図７は、本発明の第７の実施形態における光源装置の構成について説明する断面図である。図７の実施形態は、図５の第５の実施形態と、構成、動作などがだいたい同様なので、ここでは異なる点を中心に説明する。主な変更点は、凹面鏡（図５では３Ｄ、図７では３Ｅ）の形状である。
【００５４】
二葉双曲面鏡３Ｄの焦点から発して二葉双曲面鏡で反射した光線は、あたかも二葉双曲面のもう一方の焦点Ｆ２にある仮想光源から発散しているかのように進む。ところが、その光路中の媒質の屈折率が単一ではなく、その界面を通過するときの光線の角度が界面の法線とは平行ではない場合、界面で光線が屈折するので光束は一点に集束しないで広がってしまう。
【００５５】
このような光路のずれは、凹面鏡３Ｄの形状を元の二葉双曲面から変形することによって修正できるので、凹面鏡３Ｄの形状を元の二葉双曲面から補正して変形した形状の凹面鏡３Ｅにするようにしてもよい。
【００５６】
次に、図８は、本発明の第８の実施形態における光源装置の構成について説明する断面図である。図８に示す本発明の第８の実施形態は、図１に示す本発明の第１の実施形態と、構成、動作などがだいたい同様なので、ここでは異なる点を中心に説明する。この実施形態は、励起光源１と蛍光体２との間に、励起光の光路を制限する導光体９を用いたものである。この構成にによって、励起光を効率よく蛍光体２に照射できる。また、封止剤６として、励起光源１からの励起光に対して透過率が高くなくてもよくできる。
【００５７】
また、凹面鏡３Ｆはその凹面鏡を深くし、内部に蛍光体２を配置するようにしている。そうすることによって、図１に示すような反射膜５がなくても、所望の軌跡の光線の成分を多くすることができる。
【００５８】
次に、図９は、本発明の第９の実施形態における光源装置の構成について説明する断面図である。図９の実施形態は、図１の第１の実施形態と、構成、動作などが大体同様なので、ここでは異なる点を中心に説明する。この実施形態は、励起光源１Ａ〜１Ｅを複数設けたものである。
【００５９】
図９において、励起光源１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅが５個示されているが、これら励起光源は多数あってもよく、そうすることによって、蛍光体２をより明るく発光させることができる。この際、凹面鏡３には、蛍光体２からの光を反射し、励起光源１Ａ乃至１Ｅからの励起光を透過するような特性を持たせるとよい。
【００６０】
次に、図１０は、本発明の第１０の実施形態における光源装置の構成について説明する断面図である。図１０の実施形態は、図１の第１の実施形態と、構成、動作などが大体同様なので、ここでは異なる点を中心に説明する。この実施形態は凹面鏡３Ｇの構造が異なっており、この凹面鏡３Ｇは回転対称でなくてもよく、凹面鏡の一部分から構成されている。また、その放射面４Ｆは凹面鏡３Ｇの形状である有焦点曲面の対称軸に垂直でなくてもよい。励起光源１Ｆは凹面鏡３Ｇの凸側でなく凹側に配置してもよい。そうすることによって、レイアウトがより自由に設計することができる。
【００６１】
以上の実施形態の説明では、凹面鏡３の形状が１種類の曲面である場合について述べたが、２種類以上の有焦点曲面の組合せであってもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光源装置によれば、次のような効果を有する。第１の効果として、幾何光学的によく制御された光束、即ち、後段の光学系で光利用効率を高めることのできる光束を放射し、照明系全体で明るくできる。その理由は、焦点を有する曲面形状の凹面鏡を用い、その焦点に点状光源として蛍光体を配置したことによる。
【００６３】
第２の効果として、効率が良く、明るい光を放射することができる。その理由は、励起光源を多数用いることができることにより、また、蛍光体を励起する励起光源として、指向性が高いレーザ光源を用いることができることによる。
【００６４】
第３の効果として、本発明の光源装置から光を放射する面の側に電極端子を配置する必要がなく、電極によって光が遮られることがない。その理由として、本発明の光源装置から放射する光束の光源として、電力を供給する必要がない蛍光体を用いたことによる。
【００６５】
第４の効果として、本発明の光源装置から光を放射する面の側を冷却しなくてもよい。その理由として、本発明の光源装置から放射する光束の光源として、発熱しない蛍光体を用いたことによる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施形態における光源装置の構成を示す上面からの透視図およびその断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における光源装置の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における光源装置の断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態における光源装置の断面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態における光源装置の断面図である。
【図６】本発明の第６の実施形態における光源装置の断面図である。
【図７】本発明の第７の実施形態における光源装置の断面図である。
【図８】本発明の第８の実施形態における光源装置の断面図である。
【図９】本発明の第９の実施形態における光源装置の断面図である。
【図１０】本発明の第１０の実施形態における光源装置の断面図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）は従来の光源装置の構成を示す平面図およびその断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ〜１Ｆ励起光源
２蛍光体
３，３Ａ〜３Ｇ，３Ｚ凹面鏡
４，４Ａ〜４Ｆ，４Ｚ放射面
５，５Ａ反射膜
６，６Ａ〜６Ｄ，６Ｚ封止剤
７，７Ｚ台座
８，８Ａ光路補正部
９導光体
１０発光ダイオード
１１陰極端子
１２陽極端子
Ｖ１仮想楕円面
Ｆ１仮想楕円面の焦点
Ｖ２仮想二葉双曲面
Ｆ２仮想二葉双曲面の焦点[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source device, and more particularly, to a light source device used for displaying an image.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, light emitting diodes (LEDs) have attracted attention as backlights for liquid crystal displays and light sources for projectors. These light sources have features such as a longer life and a simpler driving circuit than discharge lamps, which are conventional illumination light sources. On the other hand, they have low luminous efficiency and a small total luminous flux per light source. This is an issue. Therefore, various methods have been proposed to increase the light use efficiency. Hereinafter, a conventional technique will be described with reference to patent documents.
[0003]
For example, Patent Documents 1 to 4 disclose a light source device using a light emitting diode and a reflecting mirror. Patent Documents 5 to 8 disclose light source devices using a reflecting mirror to which a light emitting diode and a fluorescent substance are attached, as an application of this idea.
[0004]
The structure of a conventional light source device will be described with reference to FIG. FIGS. 11A and 11B are a plan view and a sectional view of a conventional light source device. This conventional light source device includes a light emitting diode 10, a cathode terminal 11, an anode terminal 12, a concave mirror 3Z, a sealant 6Z, and a pedestal 7Z.
[0005]
This light emitting diode 10 is fixed to a cathode terminal 11. Each of the cathode terminal 11 and the anode terminal 12 is electrically connected by an Au wire or the like (not shown) so that power can be supplied to the light emitting diode 10. The light emitting diode 10 is disposed so as to face the concave mirror 3Z formed on the pedestal 7Z, and the light emitting diode 10, the cathode terminal 11, the anode terminal 12, and the pedestal 7Z are fixed by a sealant 6Z such as an epoxy resin.
[0006]
The light emitted from the light emitting diode 10 is reflected by the concave mirror 3Z and is emitted to the outside through the radiation surface 4Z. When the shape of the concave mirror 3Z is parabolic, the light rays coming out of the focal point of the paraboloid 4Z and reflected by the concave mirror 3Z are parallel to each other. When the point light source is placed at the focal point, all light rays reflected by the parabolic concave 3Z mirror become parallel lights.
[0007]
In this way, a light beam that is well controlled geometrically can be efficiently illuminated by the optical system.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-1-230274 [Patent Document 2]
JP-A-6-85314 [Patent Document 3]
JP-A-8-18107 [Patent Document 4]
JP-A-6-334220 [Patent Document 5]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-230451 [Patent Document 6]
JP 2001-243821 A [Patent Document 7]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-22220 [Patent Document 8]
JP-A-2003-17751
[Problems to be solved by the invention]
However, in the related art, the light emitting element such as the light emitting diode 10 has a size, so that the emitted light does not always pass through the focal point. The farther away from the focal point, the more the ray deviates from the designed optical path of the optical system, and does not contribute to illumination. In particular, a light emitting diode having a large total luminous flux has a large semiconductor die itself, and therefore has a large luminous area. Therefore, the illumination light does not become bright for a large total luminous flux.
[0010]
In addition, power must be supplied to cause the light emitting diode to emit light, and electrode terminals (11, 12) are required. However, since these electrode terminals are arranged on the radiation surface 4Z side, some light is emitted. Will be blocked.
[0011]
Further, the light emitting diode becomes brighter as the supply current is increased, but the junction temperature becomes higher, and the light emitting diode becomes darker and the life is shortened as the junction temperature becomes higher. Therefore, in order to illuminate brightly, heat radiation must be improved. Therefore, the cathode terminal 11 to which the light emitting diode 10 is fixed also has a role of heat radiation. In order to enhance the heat radiation effect, it is necessary to take measures such as increasing the surface area of the cathode terminal 11 or cooling it with air. However, since the light is emitted, there are spatial restrictions. If heat dissipation is not sufficient due to such restrictions, the light emitting diode cannot be illuminated brightly.
[0012]
Light sources other than light-emitting diodes include laser light sources such as laser diodes, solid-state lasers, and gas lasers. Since the laser light has a high directivity and a uniform phase, the light can be efficiently used by the optical system. However, laser light has high coherence and generates speckle noise, so that it is not suitable as a light source for displaying images.
[0013]
An object of the present invention has been made in view of the above problems, and emits a light beam that is well controlled in geometrical optics, that is, a light beam that can enhance light use efficiency in a subsequent optical system, and an illumination system. An object of the present invention is to provide a light source device capable of efficiently brightening the whole.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has a phosphor that emits light by excitation light, a concave mirror that reflects light from the phosphor, and an excitation light source that irradiates the phosphor with the excitation light, and the shape of the concave mirror is focused. And wherein the phosphor is disposed near the focal point of the concave mirror.
[0015]
In the present invention, the shape of the concave mirror can be a paraboloid, or an ellipsoid, or a two-lobed hyperboloid, and has a light-transmitting sealant that fixes the phosphor and the concave mirror. An optical path correction unit can be provided so as to correct the deviation of the optical path at the interface of the refractive index generated on the optical path by the sealing agent, and further, a translucent sealing agent for fixing the phosphor and the concave mirror. And the shape of the concave mirror can be corrected so as to correct the optical path shift at the interface of the refractive index generated on the optical path by the sealant.
[0016]
In addition, a light guide that restricts the optical path of the excitation light can be provided between the excitation light source and the phosphor, and a plurality of excitation light sources can be provided. Further, as the excitation light source, a laser light source or a light emitting diode is used. Can be used.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1A and 1B are a perspective view from above and a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a first embodiment of the present invention. Here, considering a three-dimensional orthogonal coordinate system in which x, y, and z are parameters, the perspective view of FIG. 1A is a plane perpendicular to the z-axis, and the cross-sectional view of FIG. It is assumed that the surfaces are parallel.
[0018]
The light source device of the present embodiment includes an excitation light source 1, a phosphor 2, a concave mirror 3A, a reflection film 5, a sealant 6, and a pedestal 7. The shape of the concave mirror 3A is parabolic, and the phosphor 2 is placed near the focal point of the concave mirror 3A. The reflection film 5 is disposed on the back surface of the phosphor 2 with respect to the concave mirror 3A. The excitation light source 1 is placed at a position where the phosphor 2 can be irradiated, and the sealing agent 6 fixes the phosphor 2, the reflection film 5, and the concave mirror 3A. The pedestal 7 fixes the concave mirror 3A and the excitation light source 1.
[0019]
The excitation light source 1 irradiates light that excites the phosphor 2, and the excited phosphor 2 emits visible light. The visible light emitted from the phosphor 2 travels directly or after being reflected by the reflective film 5 to the concave mirror 3A. Further, the visible light is reflected by the parabolic concave mirror 3A and emitted as parallel light through the radiation surface 4A.
[0020]
The more the phosphor 2 is concentrated on the focal point of the concave mirror 3A, the smaller the variation of the degree of parallelism of the light beam emitted from the emission surface 4A. On the other hand, the total light flux increases as the light receiving area of the phosphor 2 increases. In other words, the larger the size of the phosphor 2, the brighter the light is emitted. However, the degree of parallelism of the light rays becomes larger, the optical path controllability by the optical system is deteriorated, and the light use efficiency is reduced. Further, if the shape of the phosphor 2 is made similar to the shape of the object to be illuminated, efficient illumination can be achieved.
[0021]
Therefore, it is necessary to consider the size and shape of the phosphor 2 in the entire illumination system. Various materials are known for the phosphor 2 depending on the emission color and the wavelength of the excitation light.
[0022]
For fluorescent materials that are excited by blue light from ultraviolet light, those that emit red light
Y ₂ O ₂ S: Eu and the like are known.
(Y, Gd) ₃ (Al, Ga) ₅ O ₁₂ and (Y, Gd, Ge) ₃ Al ₅ O ₁₂ are known. Further, as those emitting green light, ZnS: Cu, Al, BaMgAl ₁₀ O ₁₇ : Eu, Mn, (La, Ce) (P, B) O ₄ : Tb, and the like are known. Further, as those emitting blue light, (Sr, Ca, Ba, Mg) ₁₀ (PO ₄ ) ₆ C ₁₂ : Eu and 3 (Ba, Mg) O, 8A ₁₂ O ₃ : Eu are known. These fluorescent materials may be mixed at an appropriate ratio to form the phosphor 2 so as to emit light in a desired color.
[0023]
JP-A-2001-352104 and JP-A-7-193281 describe a fluorescent material that emits light having a wavelength shorter than the wavelength of the excitation light. For example, the fluorescent material emits visible light by infrared excitation. Things are known. Such a fluorescent material may be used for the phosphor 2.
[0024]
As the excitation light source 1, a laser light source such as a laser diode, a solid laser, a gas laser, or a light emitting diode can be used. Since the laser light source has high directivity, when used as the excitation light source 1, the phosphor 2 can be efficiently irradiated with light. When a laser diode is used, the size of the light source device can be reduced. In addition, when a solid-state laser, a gas laser, or the like is used, the output of the excitation light is high, so that it can be made bright. When a light emitting diode is used, it can be small and inexpensive.
[0025]
The concave mirror 3A can be formed by plating, vapor deposition, or the like on the pedestal 7 having the curved surface, or the concave mirror 3A can be formed by forming a reflective surface on the sealing agent 6 having the curved surface. Further, the concave mirror 3A may be provided with a hole so as to allow the light from the excitation light source 1 to pass therethrough, or may have an optical characteristic such that the light from the excitation light source 1 is transmitted.
[0026]
Further, the excitation light source 1 may be placed on the opening side of the concave mirror 3 A, and the reflection film 5 may transmit the excitation light as an optical characteristic. The sealant 6 is used for fixing and protecting the phosphor 2, the reflection film 5, and the concave mirror 3A, and for forming the radiation surface 4A. The sealant 6 needs to have high transmittance with respect to the visible light from the phosphor 2 and the excitation light from the excitation light source 1. As a material of the sealant 6, an epoxy resin, a silicone resin, glass, or the like can be used, or the sealant 6 may be air.
[0027]
The area surrounded by the radiation surface 4A and the concave mirror 3A may be made an airtight structure, and a gas such as a nitrogen gas or an inert gas may be used as the sealant 6. When a gas is used as the sealant 6, the phosphor 2 and the reflection film 5 may be fixed to a transparent plate (not shown), and the transparent plate may be fixed to the concave mirror 3A. The focal points of the radiation surface 4A and the concave mirror 3A do not have to be on the same plane.
[0028]
In many cases, it is not desirable to emit light from the excitation light source 1 from the emission surface 4A. For example, when a laser beam is used as the excitation light, the laser beam has coherence, so that there is a problem that speckle noise is generated and the energy density is high, which is dangerous. Further, when ultraviolet light is used as the excitation light, there is a problem that it is harmful to the human body. When visible light is used as the excitation light, there may be a problem that the color of the light beam is different from the desired color.
[0029]
If the light from the excitation light source 1 is not desired to be emitted from the emission surface 4A, an optical filter that reflects or absorbs the excitation light may be coated on the emission surface 4A. As an optical characteristic of the reflection film 5, the excitation light may be reflected or absorbed. The optical characteristics of the pedestal 7 may be such that it absorbs excitation light.
[0030]
The excitation light source 1 that emits visible light may be used to emit the visible excitation light and the visible light from the phosphor 2 together. For example, white light may be emitted using a blue light emitting diode and a yellow light emitting phosphor. When the proportion of parallel rays in the emitted light beam may be small, the reflective film 5 may not be provided.
[0031]
Next, FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a second embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 2 is substantially the same as the first embodiment shown in FIG. 1 in configuration, operation, and the like, and therefore, different points will be mainly described here. The main difference is the shape of the concave mirror (3A in FIG. 1, 3B in FIG. 2), the shape of the concave mirror 3B is elliptical, and the phosphor 2 is placed near the focal point of the concave mirror 3B.
[0032]
Light emitted from the phosphor 2 travels directly or after being reflected by the reflection film 5 to the concave mirror 3B. Further, the light beam is reflected by the concave mirror 3B having an elliptical surface, is emitted from the radiation surface 4B, and is focused on the focal point F1 where the elliptical phosphor 2 is not placed.
[0033]
The more the phosphor 2 is concentrated on the focal point of the concave mirror 3B, the more the light is focused on the focal point F1. On the other hand, the total light flux increases as the light receiving area of the phosphor 2 increases. In other words, the larger the size of the phosphor 2, the brighter the light is emitted, but the light spreads without being converged at one point, the optical path controllability by the optical system is deteriorated, and the light use efficiency is reduced. Therefore, it is necessary to consider the size of the phosphor 2 in the entire illumination system.
[0034]
When the radiation surface 4B is a plane, the angle of a light ray passing through the radiation surface 4B is not perpendicular to the radiation surface 4B. Therefore, it is desirable that the refractive index of the sealing agent 6A be the same as that of the external medium. Otherwise, the light is refracted at the radiation surface 4B which is the interface of the medium, and the light is not focused on the focal point F1.
[0035]
For example, when the external medium is air having a refractive index of 1.0, nitrogen gas or an inert gas having a refractive index of 1.0 is higher than that of an epoxy resin, a silicone resin, or glass having a refractive index of about 1.4 to 1.6. When a gas such as a gas is used as the sealant 6A, light is focused on the focal point F1.
[0036]
When a gas is used as the sealant 6A, the phosphor 2 and the reflection film 5 may be fixed to a transparent plate (not shown), and the transparent plate may be fixed to the concave mirror 3B. In this case, the refractive index of the transparent plate is a problem, but if the thickness of the transparent plate is small, the deviation of the optical path can be small. Even if the refractive index differs with the radiation surface 4B as a boundary surface, it can be corrected by the optical system.
[0037]
Next, FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a third embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 3 is substantially the same as the second embodiment shown in FIG. 2 in configuration, operation, and the like, and therefore, the description will focus on the differences. The main changes are the addition of the optical path correction unit 8 and the shape of the radiation surface (4B in FIG. 2, 4C in FIG. 3).
[0038]
The shape of the radiation surface 4C, which is the surface of the optical path correction unit 8, is a spherical surface centered on the focal point F1 on which the elliptical phosphor 2 is not placed. The refractive index of the optical path correction unit 8 is made equal to the refractive index of the sealant 6B. The light beam emitted from the phosphor 2 at the focal point of the elliptical concave mirror 3B is reflected by the concave mirror 3B, passes through the optical path correction unit 8, and is focused to the other focal point F1 of the elliptical surface.
[0039]
The angle at which the light ray passes through the emission surface 4C is perpendicular to the emission surface 4C. Therefore, even if the refractive index differs with the radiation surface 4C as an interface, the optical path does not shift. Therefore, the convergence of the light to the focal point F1 does not spread.
[0040]
It is desirable that the optical path correction unit 8 is made of the same material as the sealant 6B from the viewpoint of the refractive index. From the viewpoint of ease of processing, another material having a similar refractive index may be used. For example, an epoxy resin may be used as the sealant 6 B, and thermoplastic polycarbonate or acrylic may be used as the optical path correction unit 8. At this time, an optical adhesive having a high light transmittance and a refractive index similar to that of the sealing agent 6B or the optical path correcting unit 8 may be used to couple the sealing agent 6B and the optical path correcting unit 8.
[0041]
Next, FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a fourth embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 4 is substantially the same as the second embodiment of FIG. 2 in terms of configuration, operation, and the like, and therefore, different points will be mainly described here. The main change is a shape obtained by correcting the shape of the concave mirror (3B in FIG. 2, 3C in FIG. 4).
[0042]
Light rays emanating from the focal point of the ellipsoidal mirror and reflected by the ellipsoidal mirror converge to the other focal point of the ellipsoid. However, if the refractive index of the medium in the optical path is not unity and the angle of the light beam passing through the interface is not parallel to the normal of the interface, the light beam is refracted at the interface, so that the luminous flux converges to one point Do not spread. Such a deviation of the optical path can be corrected by changing the shape of the concave mirror 3B from the original elliptical surface to the corrected concave mirror 3C. Therefore, the shape of the concave mirror 3C is changed from the original elliptical surface. Is also good.
[0043]
Next, FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a fifth embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 5 is substantially the same as the first embodiment of FIG. 1 in terms of configuration, operation, and the like, and therefore, different points will be mainly described here. The main difference is the shape of the concave mirror (3A in FIG. 1, 3D in FIG. 5).
[0044]
The shape of the concave mirror 3D is a two-lobed hyperboloid, and the phosphor 2 is placed near the focal point of the concave mirror 3D. The light beam emitted from the phosphor 2 travels directly or after being reflected by the reflection film 5 to the concave mirror 3D. Further, the light beam is reflected by the concave mirror 3D having a two-lobe hyperboloid, and is emitted from the emission surface 4D. However, the light source is located at the focal point F2 where the two-leaf hyperboloid phosphor 2 is not placed. The light is emitted as if it were diverging. Here, the light source that is assumed to be at the focal point F2 is referred to as a virtual light source.
[0045]
As the phosphor 2 is concentrated on the focal point of the concave mirror 3D, the virtual light source on the focal point F2 approaches an ideal point light source. On the other hand, the total light flux increases as the light receiving area of the phosphor 2 increases. That is, the larger the size of the phosphor 2 is, the brighter the light is emitted, but the virtual light source is widened, the optical path controllability by the optical system is deteriorated, and the light use efficiency is reduced. Therefore, it is necessary to consider the size of the phosphor 2 in the entire illumination system.
[0046]
When the radiation surface 4D is a plane, the angle of a light ray passing through the radiation surface is not perpendicular to the radiation surface. Therefore, it is desirable that the refractive index of the sealing agent 6C be the same as that of the external medium. Otherwise, light is refracted at the radiation surface 4D, which is the interface of the medium, and the virtual light source on the focal point F2 is spread.
[0047]
For example, when the external medium is air having a refractive index of 1.0, nitrogen gas or an inert gas having a refractive index of 1.0 is higher than that of an epoxy resin, a silicone resin, or glass having a refractive index of about 1.4 to 1.6. When a gas such as a gas is used as the sealant 6, the virtual light source approaches the point light source.
[0048]
When a gas is used as the sealant 6D, the phosphor 2 and the reflection film 5 may be fixed to a transparent plate (not shown), and the transparent plate may be fixed to the concave mirror 3D. In this case, the refractive index of the transparent plate is a problem, but if the thickness of the transparent plate is small, the deviation of the optical path can be small. Even if the refractive index differs with the radiation surface 4D as a boundary surface, it can be corrected by the optical system.
[0049]
Next, FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a sixth embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 6 is substantially the same as the fifth embodiment of FIG. 5 in terms of configuration, operation, and the like, and therefore, different points will be mainly described here. The main changes are the addition of the optical path correction unit 8A and the shape of the radiation surface (4D in FIG. 5, 4E in FIG. 6).
[0050]
The shape of the radiation surface 4E, which is the surface of the optical path correction unit 8A, is a spherical surface centered on the focal point F2 on which the two-lobed hyperboloid phosphor 2 is not placed. The refractive index of the optical path correction unit 8A is made equal to the refractive index of the sealant 6D. The light beam emitted from the phosphor 2 at the focal point of the concave mirror 3D having the shape of a two-lobe hyperboloid is reflected by the concave mirror 3D, passes through the optical path correction unit 8A, and is emitted through the radiation surface 4E.
[0051]
The angle at which the light ray passes through the emission surface 4E is perpendicular to the emission surface 4E. Therefore, even if the refractive index differs with the radiation surface 4 as an interface, the optical path does not shift. Therefore, the virtual light source on the focal point F2 does not spread.
[0052]
It is desirable that the optical path correction unit 8A is made of the same material as the sealant 6D from the viewpoint of the refractive index. From the viewpoint of ease of processing, another material having a similar refractive index may be used. For example, an epoxy resin may be used as the sealant 6D, and thermoplastic polycarbonate or acrylic may be used as the optical path correction unit 8A. At this time, in order to couple the sealant 6D and the optical path correction unit 8A, an optical adhesive having a high light transmittance and the same refractive index as that of the sealant 6D and the optical path correction unit 8A may be used.
[0053]
Next, FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a seventh embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 7 is almost the same as the fifth embodiment of FIG. 5 in terms of configuration, operation, and the like, and therefore, different points will be mainly described here. The main change is the shape of the concave mirror (3D in FIG. 5, 3E in FIG. 7).
[0054]
Light rays emitted from the focal point of the bilobal hyperboloid mirror 3D and reflected by the bilobal hyperboloid mirror travel as if they are diverging from the virtual light source at the other focal point F2 of the bilobal hyperboloid. However, if the refractive index of the medium in the optical path is not unity and the angle of the light beam passing through the interface is not parallel to the normal of the interface, the light beam is refracted at the interface, so that the luminous flux converges to one point Do not spread.
[0055]
Such a deviation of the optical path can be corrected by deforming the shape of the concave mirror 3D from the original two-lobe hyperboloid, so that the shape of the concave mirror 3D is corrected from the original two-leaf hyperboloid to obtain the deformed concave mirror 3E. It may be.
[0056]
Next, FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to an eighth embodiment of the present invention. The eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 8 is substantially the same as the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 in configuration, operation, and the like, and therefore, different points will be mainly described here. In this embodiment, a light guide 9 that restricts the optical path of the excitation light is used between the excitation light source 1 and the phosphor 2. With this configuration, the phosphor 2 can be efficiently irradiated with the excitation light. Further, the sealant 6 does not need to have high transmittance for the excitation light from the excitation light source 1.
[0057]
Further, the concave mirror 3F is configured so that the concave mirror is deep and the phosphor 2 is disposed inside. By doing so, it is possible to increase the number of light components of a desired trajectory even without the reflective film 5 as shown in FIG.
[0058]
Next, FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a ninth embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 9 is substantially the same as the first embodiment of FIG. 1 in terms of configuration, operation, and the like, and therefore, different points will be mainly described here. In this embodiment, a plurality of excitation light sources 1A to 1E are provided.
[0059]
In FIG. 9, five excitation light sources 1A, 1B, 1C, 1D, and 1E are shown, but there may be many excitation light sources, and by doing so, the phosphor 2 can emit light more brightly. . At this time, it is preferable that the concave mirror 3 has a characteristic of reflecting light from the phosphor 2 and transmitting excitation light from the excitation light sources 1A to 1E.
[0060]
Next, FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light source device according to a tenth embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 10 is substantially the same as the first embodiment of FIG. 1 in terms of configuration, operation, and the like, and therefore, different points will be mainly described here. In this embodiment, the structure of the concave mirror 3G is different, and the concave mirror 3G does not need to be rotationally symmetric, and is constituted by a part of the concave mirror. Further, the radiation surface 4F may not be perpendicular to the symmetry axis of the focused curved surface that is the shape of the concave mirror 3G. The excitation light source 1F may be arranged on the concave side instead of the convex side of the concave mirror 3G. By doing so, the layout can be designed more freely.
[0061]
In the above description of the embodiment, the case where the shape of the concave mirror 3 is one type of curved surface is described, but a combination of two or more types of focused curved surfaces may be used.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, the light source device of the present invention has the following effects. As a first effect, a light beam that is well controlled by geometrical optics, that is, a light beam that can increase light use efficiency in a subsequent optical system is emitted, and the entire illumination system can be brightened. The reason is that a curved concave mirror having a focal point is used, and a phosphor is disposed at the focal point as a point light source.
[0063]
As a second effect, efficient and bright light can be emitted. This is because a large number of excitation light sources can be used, and a laser light source having high directivity can be used as the excitation light source for exciting the phosphor.
[0064]
As a third effect, there is no need to arrange electrode terminals on the side of the surface from which light is emitted from the light source device of the present invention, and light is not blocked by the electrodes. The reason is that a phosphor that does not need to be supplied with power is used as a light source of a light beam emitted from the light source device of the present invention.
[0065]
As a fourth effect, it is not necessary to cool the side of the surface from which light is emitted from the light source device of the present invention. The reason is that a phosphor that does not generate heat is used as a light source of a light beam emitted from the light source device of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a perspective view from above and a cross-sectional view showing a configuration of a light source device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a light source device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a light source device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a light source device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a light source device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a light source device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a light source device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of a light source device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a light source device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view of a light source device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIGS. 11A and 11B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional light source device.
[Explanation of symbols]
1,1A-1F Excitation light source 2 Phosphor 3,3A-3G, 3Z Concave mirror 4,4A-4F, 4Z Radiation surface 5,5A Reflective film 6,6A-6D, 6Z Sealant 7,7Z Base 8,8A Optical path Correction unit 9 Light guide 10 Light emitting diode 11 Cathode terminal 12 Anode terminal V1 Virtual ellipsoid F1 Focus of virtual ellipsoid V2 Virtual bilobal hyperboloid F2 Focus of virtual bilobal hyperboloid

Claims

A phosphor that emits light by excitation light, a concave mirror that reflects light from the phosphor, and an excitation light source that irradiates the phosphor with the excitation light, wherein the shape of the concave mirror is a curved surface having a focal point. A light source device, wherein the phosphor is disposed near a focal point of the concave mirror.

The light source device according to claim 1, wherein the concave mirror has a parabolic shape, an elliptical shape, or a two-lobed hyperboloidal shape.

2. An optical path correcting section comprising a light-transmitting sealant for fixing the phosphor and the concave mirror, and an optical path correcting section provided to correct a shift of an optical path at an interface of a refractive index caused on the optical path by the sealant. Or the light source device according to 2.

A light-transmitting sealant for fixing the phosphor and the concave mirror, wherein the shape of the concave mirror is corrected so as to correct a shift of an optical path at an interface of a refractive index generated on an optical path by the sealant. 3. The light source device according to 1 or 2.

The light source device according to claim 1, further comprising a light guide that restricts an optical path of the excitation light between the excitation light source and the phosphor.

The light source device according to claim 1, wherein there are a plurality of excitation light sources.

The light source device according to any one of claims 1 to 6, wherein a laser light source or a light emitting diode is used as the excitation light source.