JP2008004645A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光デバイスによって放出される光の発光効率の技術に関する。 The present invention relates to a technique of luminous efficiency of light emitted by a light emitting device.
従来の白色ＬＥＤは、例えば、青色ＬＥＤからの青色発光の一部を透明樹脂に混入したＣｅ付活ＹＡＧ蛍光体（蛍光体染料、蛍光体顔料）に吸収させて黄色に変換し、その黄色発光と青色発光とを混色させて擬似白色光を得る方式が用いられている（特許文献１〜４参照）。励起材料として作用するこの蛍光体は粉体の形状（粉状）を有しており、この蛍光体を備えた発光素子は、蛍光体自身の散乱を利用して光を混色させている。 A conventional white LED, for example, absorbs a part of blue light emission from a blue LED into a Ce-activated YAG phosphor (phosphor dye, phosphor pigment) mixed in a transparent resin and converts it into yellow, and the yellow light emission And blue light emission are used to obtain pseudo white light (see Patent Documents 1 to 4). This phosphor acting as an excitation material has a powder shape (powder), and a light-emitting element equipped with this phosphor mixes light by utilizing scattering of the phosphor itself.
この従来の方法では、蛍光体を樹脂に混入した場合における輝度保持率や色調変化などの時間に対する不変の信頼性の観点から、Ｃｅ付活ＹＡＧなどにより形成された蛍光体を用いることが最適であるとされている。上記特許文献１〜４の従来発明は、青色ＬＥＤを用いて励起する場合に、より信頼性の高い樹脂封止用の蛍光体を発見することを目的としていた。 In this conventional method, it is optimal to use a phosphor formed by Ce-activated YAG or the like from the viewpoint of invariable reliability with respect to time such as luminance retention rate and color change when the phosphor is mixed in the resin. It is said that there is. The conventional inventions of Patent Documents 1 to 4 have an object of finding a more reliable phosphor for resin sealing when excited using a blue LED.
図９は、従来の白色ＬＥＤの一例を示す縦断面図である。サファイヤ基板上に結晶成長されたＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップ１０は、カソード側のリードフレーム４０の上部に形成された金属カップ５０の内側にマウントされており、粉体のＹＡＧ蛍光体２０が混入された樹脂モールド（エポキシ）３０により覆われている。また、ＬＥＤチップ１０のｎ側電極に接続された金ワイヤ４５は、金属カップ５０の縁にワイヤボンディングされており、ＬＥＤチップ１０のｐ側電極に接続された金ワイヤ６５は、アノード側のリードフレーム６０にワイヤボンディングされている。そして、ＬＥＤチップ１０、ＹＡＧ蛍光体２０が混入された樹脂モールド（エポキシ）３０、金ワイヤ４５、金属カップ５０、金ワイヤ６５、及び、金ワイヤ６５が接続されたリードフレーム６０の一部分は、砲弾状に成型された透明なエポキシ樹脂７０により固定されている。 FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional white LED. An InGaN-based LED chip 10 crystal-grown on a sapphire substrate is mounted inside a metal cup 50 formed on an upper part of a lead frame 40 on the cathode side, and is a resin mixed with powdered YAG phosphor 20. Covered with a mold (epoxy) 30. The gold wire 45 connected to the n-side electrode of the LED chip 10 is wire-bonded to the edge of the metal cup 50, and the gold wire 65 connected to the p-side electrode of the LED chip 10 is connected to the lead on the anode side. Wire-bonded to the frame 60. The LED chip 10, the resin mold (epoxy) 30 mixed with the YAG phosphor 20, the gold wire 45, the metal cup 50, the gold wire 65, and a part of the lead frame 60 to which the gold wire 65 is connected are It is fixed by a transparent epoxy resin 70 molded into a shape.
ここで、ＹＡＧ蛍光体の屈折率は１．８付近であり、透明なエポキシ樹脂７０の屈折率は１．５付近である。屈折率の差が０．３であるので、ＬＥＤチップ１０により発せられた光は、大きく散乱することになる（散乱損失）。更に、透明なエポキシ樹脂７０の屈折率よりもＹＡＧ蛍光体２０の屈折率の方が大きいので、その発光した光は、ＹＡＧ蛍光体２０の中に閉じ込められやすい（吸収損失）。この散乱損失や吸収損失を抑制するには、その屈折率の差を小さくする必要がある。 Here, the refractive index of the YAG phosphor is around 1.8, and the refractive index of the transparent epoxy resin 70 is around 1.5. Since the difference in refractive index is 0.3, the light emitted by the LED chip 10 is greatly scattered (scattering loss). Furthermore, since the refractive index of the YAG phosphor 20 is larger than the refractive index of the transparent epoxy resin 70, the emitted light is easily confined in the YAG phosphor 20 (absorption loss). In order to suppress the scattering loss and the absorption loss, it is necessary to reduce the difference in refractive index.
また、混合色として所望する色度バランスの発光を得るには、意図的に制御しながらＹＡＧ蛍光体２０を樹脂に混入する必要がある。即ち、ＬＥＤチップ１０の周辺にＹＡＧ蛍光体２０を注入、拡散、沈降させる独特で微妙な技術が必要となる。 Further, in order to obtain light emission with a desired chromaticity balance as a mixed color, it is necessary to mix the YAG phosphor 20 into the resin while intentionally controlling. That is, a unique and delicate technique for injecting, diffusing, and sinking the YAG phosphor 20 around the LED chip 10 is required.
上記問題点を解決する方法として、ＹＡＧ蛍光体２０及び透明エポキシ樹脂７０の代わりに、複合セラミック結晶（以下、「ＭＧＣ（Ｍｅｌｔ Ｇｒｏｗｔｈ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）」と称する）を用いることが可能である（特許文献５、非特許文献１参照）。ＭＧＣは、波長変換機能を持つ希土類元素が単結晶にドープされた単結晶相とその単結晶相の屈折率に近い屈折率を持つ透明単結晶相とが隙間のない状態で絡みあう形状を有しており、それぞれの相は、曲がり，分岐，再接続された連続する一つながりの結晶体（以下、「二元ＭＧＣ」と称する）である。この二種類の相を持つ二元ＭＧＣ（ｂｉｎａｒｙ ＭＧＣ）の他にも、複数の相を持つ三元ＭＧＣ（ｔｅｒｎａｒｙ ＭＧＣ）や四元ＭＧＣ（ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ＭＧＣ）が存在する。 As a method for solving the above problems, it is possible to use a composite ceramic crystal (hereinafter referred to as “MGC (Melt Growth Composition)”) instead of the YAG phosphor 20 and the transparent epoxy resin 70 (Patent Document 5). Non-Patent Document 1). MGC has a shape in which a single crystal phase doped with a rare earth element having a wavelength conversion function and a transparent single crystal phase having a refractive index close to the refractive index of the single crystal phase are entangled with no gap. Each phase is a continuous crystal body (hereinafter referred to as “binary MGC”) which is bent, branched and reconnected. In addition to binary MGC (binary MGC) having these two types of phases, there are ternary MGC (ternary MGC) and quaternary MGC (quaternary MGC) having a plurality of phases.
図１０は、ＣｅをドープしたＹＡＧ相とアルミナ相との二元ＭＧＣを示す斜視図である。図１０に示すように、二元ＭＧＣ３００は、ＹＡＧ相１００とアルミナ相２００とで構成されている。ＹＡＧ相１００の屈折率は約１．８でアルミナ相２００の屈折率は約１．７であるので、アルミナ相２００よりもＹＡＧ相１００の方が若干大きな屈折率を有している。従い、ＹＡＧ相１００をコアとする導波路構造が自然に形成されることになる。更に、屈折率の差が小さいことに加え、ＹＡＧ相１００とアルミナ相２００との界面が非常にスムーズなので、図９に示した白色ＬＥＤに比べて光の損失が非常に少ない。同時に、その導波路の曲がり部分，太さの変化した部分，分岐部分などから導波路光の一部が放射モードとして放射される。 FIG. 10 is a perspective view showing a binary MGC of a Ce-doped YAG phase and an alumina phase. As shown in FIG. 10, the binary MGC 300 is composed of a YAG phase 100 and an alumina phase 200. Since the refractive index of the YAG phase 100 is about 1.8 and the refractive index of the alumina phase 200 is about 1.7, the YAG phase 100 has a slightly higher refractive index than the alumina phase 200. Accordingly, a waveguide structure having the YAG phase 100 as a core is naturally formed. Further, in addition to a small difference in refractive index, the interface between the YAG phase 100 and the alumina phase 200 is very smooth, so that the light loss is very small compared to the white LED shown in FIG. At the same time, a part of the waveguide light is radiated as a radiation mode from a bent portion, a thickness-changed portion, a branched portion or the like of the waveguide.
つまり、図１０で示した二元ＭＧＣは、導波路機能を有すると同時に、導波路に沿った放射と混色が可能であり、導波と放射の割合を、結晶の複合の加減で制御することができる。この緩やかな導波機能を有することが、図９に示した樹脂に混入される染料（顔料）としての蛍光体との機能的な大きな相違である。 That is, the binary MGC shown in FIG. 10 has a waveguide function, and at the same time, can be mixed with the radiation along the waveguide, and the ratio of the waveguide and the radiation can be controlled by adjusting the combination of crystals. Can do. Having this gentle waveguiding function is a significant functional difference from the phosphor as a dye (pigment) mixed in the resin shown in FIG.
例えば、ＹＡＧレーザは、希土類であるＮｄイオンをドープしたＹＡＧロッドを光励起して光増幅や発振を起す装置である。染料（顔料）としての粉状の蛍光体を樹脂に混入する方法では、このような増幅や発振を起すことは難しい。また、Ｅｒイオンをドープしたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））は、０．９８ミクロン帯若しくは１．４８ミクロン帯の励起光と１．５５ミクロン帯の信号光を同時に入力する機能を備えている。ＭＧＣは、連続した単結晶であり導波路機能を有するので、これら従来から知られたＹＡＧレーザやＥＤＦＡの技術に適している。 For example, a YAG laser is a device that optically excites and oscillates a YAG rod doped with rare earth Nd ions. It is difficult to cause such amplification and oscillation by a method in which a powdery phosphor as a dye (pigment) is mixed into a resin. In addition, an Er ion-doped fiber amplifier (EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier)) has a function of simultaneously inputting 0.98 micron band or 1.48 micron band excitation light and 1.55 micron band signal light. I have. Since MGC is a continuous single crystal and has a waveguide function, it is suitable for these conventionally known YAG laser and EDFA technologies.
ここで、ＭＧＣを白色ＬＥＤに適用した例について説明する（特許文献６参照）。図１１は、ＣｅをドープしたＹＡＧ相とアルミナ相との二元ＭＧＣを備えた発光素子を示す縦断面図である。ＹＡＧ相１００とアルミナ相２００とにより構成されるＭＧＣ３００の上部中央に青色ＬＥＤ１０が設置されており、そのＭＧＣ３００上に青色ＬＥＤ１０を覆うようにＭＧＣ３００と同じ構成からなる凹の形状を有するＭＧＣ３１０を配置している。ＭＧＣ３００の側面には、青色ＬＥＤ１０の電極と繋ぐためのカソード側のリードフレーム４０及びアノード側のリードフレーム６０が設けられている。カソード側のリードフレーム４０及びアノード側のリードフレーム６０はＭＧＣ３００に固定されている。青色ＬＥＤ１０のｎ側電極に接続された金ワイヤ４５は、カソード側のリードフレーム４０にワイヤボンディングされており、青色ＬＥＤ１０のｐ側電極に接続された金ワイヤ６５は、アノード側のリードフレーム６０にワイヤボンディングされている。 Here, the example which applied MGC to white LED is demonstrated (refer patent document 6). FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing a light emitting device including a binary MGC of a YAG phase doped with Ce and an alumina phase. A blue LED 10 is installed at the upper center of the MGC 300 composed of the YAG phase 100 and the alumina phase 200, and an MGC 310 having a concave shape having the same configuration as the MGC 300 is arranged on the MGC 300 so as to cover the blue LED 10. ing. On the side surface of the MGC 300, a cathode-side lead frame 40 and an anode-side lead frame 60 for connecting to the electrodes of the blue LED 10 are provided. The cathode side lead frame 40 and the anode side lead frame 60 are fixed to the MGC 300. The gold wire 45 connected to the n-side electrode of the blue LED 10 is wire-bonded to the cathode-side lead frame 40, and the gold wire 65 connected to the p-side electrode of the blue LED 10 is connected to the anode-side lead frame 60. Wire bonded.
尚、青色ＬＥＤ１０からの光の取り出し効率を更に向上させるため、ＭＧＣ３００及びＭＧＣ３１０と青色ＬＥＤ１０との間を、透明なエポキシ樹脂７０などで埋めることも可能である。これにより、屈折率の高い光をＬＥＤチップから取り出すことができる。蛍光体を樹脂に混ぜ込むためではない。 In addition, in order to further improve the light extraction efficiency from the blue LED 10, the space between the MGC 300 and MGC 310 and the blue LED 10 can be filled with a transparent epoxy resin 70 or the like. Thereby, light with a high refractive index can be extracted from the LED chip. It is not for mixing the phosphor into the resin.
これにより、従来の蛍光体を用いたＬＥＤパッケージよりも光の取り出し効率の良い白色ＬＥＤを実現することができる。
可視光領域での高効率化を実現するには、視感度の高い波長変換光を無駄なく放出することが求められる。 In order to achieve high efficiency in the visible light region, it is required to emit wavelength-converted light with high visibility without waste.
しかしながら、図１１に示す構造の場合、波長変換光はＭＧＣ自身により再吸収され、ＬＥＤチップ方向への散乱で損失を受けるので、光取出し効率が上がらないという問題があった。実際には、ＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップは透明であるが、ＬＥＤチップの屈折率が３以上と大きいため、ＬＥＤチップの中に一度入ると閉じ込められやすい。 However, in the case of the structure shown in FIG. 11, the wavelength-converted light is reabsorbed by the MGC itself and is lost due to scattering in the LED chip direction, so that there is a problem that the light extraction efficiency does not increase. Actually, the InGaN-based LED chip is transparent, but since the refractive index of the LED chip is as large as 3 or more, it is easily confined once entering the LED chip.
また、波長変換光のスペクトルも、希土類元素の励起レベルに依存するので、図９に示した樹脂封止蛍光体と同様に、スペクトルの調整ができないという問題があった。 Further, since the spectrum of the wavelength-converted light also depends on the excitation level of the rare earth element, there is a problem that the spectrum cannot be adjusted as in the resin-encapsulated phosphor shown in FIG.
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、発光デバイスから効率良く光を取り出すことを第１の課題とし、波長変換スペクトルの波長（色度）を制御することを第２の課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and a first problem is to efficiently extract light from the light emitting device, and a second problem is to control the wavelength (chromaticity) of the wavelength conversion spectrum. .
第１の本発明に係る発光デバイスは、希土類元素をドープした少なくとも１種類の元素から構成された連続的な構造を持つ連続単結晶と少なくとも１種類の元素から構成された連続的な構造を持つ他の連続単結晶とが絡み合う複合結晶と、前記希土類元素を光励起することが可能な波長スペクトルを発光する光源と、前記波長スペクトルを透過し、且つ、当該波長スペクトルの光励起によって変換された波長変換スペクトルを反射する前記複合結晶の表面に形成された分布反射構造と、を有することを特徴とする。 The light emitting device according to the first aspect of the present invention has a continuous single crystal having a continuous structure composed of at least one element doped with a rare earth element and a continuous structure composed of at least one element. A composite crystal intertwined with another continuous single crystal, a light source that emits a wavelength spectrum capable of photoexciting the rare earth element, a wavelength conversion that transmits the wavelength spectrum and is converted by photoexcitation of the wavelength spectrum And a distributed reflection structure formed on the surface of the composite crystal that reflects the spectrum.
本発明にあっては、光源から発光した波長スペクトルを透過し、且つ、この波長スペクトルの光励起によって変換された波長変換スペクトルを反射する前記複合結晶の表面に形成された分布反射構造を有するので、波長変換スペクトルの散乱損失を低減でき、発光デバイスから効率良く光を取り出すことができる。 In the present invention, since it has a distributed reflection structure formed on the surface of the composite crystal that transmits the wavelength spectrum emitted from the light source and reflects the wavelength conversion spectrum converted by photoexcitation of this wavelength spectrum, Scattering loss of the wavelength conversion spectrum can be reduced, and light can be efficiently extracted from the light emitting device.
第２の本発明に係る発光デバイスは、前記複合結晶を挟んで前記分布反射構造と対向する位置に形成された他の分布反射構造を更に有し、前記波長変換スペクトルは、前記分布反射構造と前記他の分布反射構造との間で連続して往復反射することを特徴とする。 The light emitting device according to the second aspect of the present invention further includes another distributed reflection structure formed at a position facing the distributed reflection structure across the composite crystal, and the wavelength conversion spectrum includes the distributed reflection structure and Continuous reciprocal reflection is performed between the other distributed reflection structures.
本発明にあっては、変換波長スペクトルが、分布反射構造と対向する他の分布反射鏡との間で連続して往復反射するので、波長変換スペクトルが増幅し、更に効率良く光を取り出すことができる。 In the present invention, since the converted wavelength spectrum is continuously reflected back and forth between the distributed reflector structure and the other distributed reflector facing the distributed reflective structure, the wavelength converted spectrum is amplified and light can be extracted more efficiently. it can.
第３の本発明に係る発光デバイスは、前記分布反射構造又は前記他の分布反射構造は、屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に堆積させ、且つ、厚さの調整が可能な多層膜であることを特徴とする。 In the light emitting device according to the third aspect of the present invention, the distributed reflective structure or the other distributed reflective structure is a multilayer film in which two kinds of dielectrics having different refractive indexes are alternately deposited and the thickness can be adjusted. It is characterized by being.
本発明にあっては、分布反射構造の厚さを調整できるので、波長変換スペクトルの波長（色度）を制御できる。 In the present invention, since the thickness of the distributed reflection structure can be adjusted, the wavelength (chromaticity) of the wavelength conversion spectrum can be controlled.
第４の本発明に係る発光デバイスは、前記分布反射構造又は前記他の分布反射構造は、屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に堆積させ、且つ、当該誘電体の屈折率，当該屈折率の異なる２種類の誘電体の屈折率差，層数のうち少なくともいずれか１つの調整が可能な多層膜であることを特徴とする。 In the light emitting device according to a fourth aspect of the present invention, the distributed reflection structure or the other distributed reflection structure is formed by alternately depositing two kinds of dielectrics having different refractive indexes, and the refractive index of the dielectric, the refractive It is a multilayer film capable of adjusting at least one of the refractive index difference and the number of layers of two kinds of dielectrics having different rates.
本発明にあっては、分布反射構造を構成する多層膜の誘電体の屈折率，屈折率の異なる２種類の誘電体の屈折率差，層数のうち少なくともいずれか１つを調整できるので、波長変換スペクトルの反射率を制御できる。 In the present invention, it is possible to adjust at least one of the refractive index of the dielectric of the multilayer film constituting the distributed reflection structure, the refractive index difference between two types of dielectrics having different refractive indices, and the number of layers. The reflectance of the wavelength conversion spectrum can be controlled.
第５の本発明に係る発光デバイスは、前記光源が、ＬＥＤ又は半導体レーザであることを特徴とする。 A light emitting device according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that the light source is an LED or a semiconductor laser.
第６の本発明に係る発光デバイスは、前記連続単結晶と前記他の連続単結晶との屈折率差を０．０１〜０．１５とすることを特徴とする。 A light emitting device according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that a difference in refractive index between the continuous single crystal and the other continuous single crystal is 0.01 to 0.15.
第７の本発明に係る発光デバイスは、前記複合結晶の表面に形成された金属反射鏡を更に有することを特徴とする。 A light emitting device according to a seventh aspect of the present invention further includes a metal reflecting mirror formed on the surface of the composite crystal.
第８の本発明に係る発光デバイスは、前記金属反射鏡が、前記光源から発光する前記波長スペクトルを通過させるための開口部を有することを特徴とする。 The light-emitting device according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that the metal reflecting mirror has an opening for allowing the wavelength spectrum emitted from the light source to pass therethrough.
本発明によれば、発光デバイスから効率良く光を取り出すことができ、また、波長変換スペクトルの波長（色度）を制御することができる。 According to the present invention, light can be efficiently extracted from a light emitting device, and the wavelength (chromaticity) of a wavelength conversion spectrum can be controlled.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態を示す斜視図である。最初に、本実施の形態における発光デバイスの構成について説明する。本実施の形態における発光デバイスは、青色ＬＥＤ部１と放射部２とから構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing the first embodiment. First, the structure of the light emitting device in this embodiment will be described. The light emitting device in the present embodiment includes a blue LED portion 1 and a radiating portion 2.
青色ＬＥＤ部１は、サファイヤ基板上に結晶成長されたチップ１０、チップ１０のｎ側電極に接続された金ワイヤ４５、チップ１０のｐ側電極に接続された金ワイヤ６５、金ワイヤ４５がワイヤボンディングされたカソード側のリードフレーム４０、及び、金ワイヤ６５がワイヤボンディングされたカソード側のリードフレーム６０を備えた構成である。なお、チップ１０は、ＳｉＣ基板上に成長されたものを用いることも可能である。 The blue LED unit 1 includes a chip 10 crystal-grown on a sapphire substrate, a gold wire 45 connected to the n-side electrode of the chip 10, a gold wire 65 connected to the p-side electrode of the chip 10, and the gold wire 45 A cathode-side lead frame 40 bonded and a cathode-side lead frame 60 to which a gold wire 65 is wire-bonded are provided. It is possible to use a chip 10 grown on a SiC substrate.
青色ＬＥＤ部１の上方に配置された放射部２は、ＣｅをドープしたＹＡＧ相１００とアルミナ相２００とで構成された板状の二元ＭＧＣ３００、及び、二元ＭＧＣの下面全体に形成された板状のＤＢＲ４００を備えた構成である。 The radiating portion 2 disposed above the blue LED portion 1 is formed on a plate-like binary MGC 300 composed of a YAG phase 100 doped with Ce and an alumina phase 200, and the entire lower surface of the binary MGC. It is the structure provided with plate-shaped DBR400.
二元ＭＧＣ３００を構成するＹＡＧ相１００とアルミナ相２００とは、それぞれ、曲がり，分岐，再接続された連続する一つながりの結晶体であり、隙間ない状態で絡み合う形状を有している。また、ＹＡＧ相１００の屈折率は約１．８でアルミナ相２００の屈折率は約１．７である。アルミナ相２００よりもＹＡＧ相１００の方が若干大きな屈折率を有するので、ＹＡＧ相１００をコアとする導波路構造が形成される。更に、ＹＡＧ相１００を伝わる一部の導波光は、導波路の曲がり部分，太さの変化した部分，分岐部分などから放射モードとして放射される。つまり、二元ＭＧＣ３００は、導波路機能を備えるとともに、導波路に沿った放射と混色が可能であり、ＹＡＧ相１００及びアルミナ相２００を構成する結晶の複合の加減を調整することにより、導波と放射の割合を制御することができる。 Each of the YAG phase 100 and the alumina phase 200 constituting the binary MGC 300 is a continuous crystal body that is bent, branched, and reconnected, and has an intertwined shape with no gap. The refractive index of the YAG phase 100 is about 1.8, and the refractive index of the alumina phase 200 is about 1.7. Since the YAG phase 100 has a slightly higher refractive index than the alumina phase 200, a waveguide structure having the YAG phase 100 as a core is formed. Further, a part of the guided light propagating through the YAG phase 100 is radiated as a radiation mode from a bent portion, a thickness-changed portion, a branched portion, or the like of the waveguide. In other words, the binary MGC 300 has a waveguide function, and can be mixed with radiation along the waveguide, and can be guided by adjusting the addition and subtraction of the crystals constituting the YAG phase 100 and the alumina phase 200. And the rate of radiation can be controlled.
ＤＢＲ４００は、屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に堆積させた多層膜の分布反射鏡（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。例えば、Ｅガンを用いた蒸着やスパッタ法などの薄膜形成技術を用いて、二元ＭＧＣ３００の下面に堆積させることができる。ＤＢＲ４００は、膜厚が膜中波長（以下、「中心波長」と称する）の１／４である場合に、光の干渉効果によるブラッグ反射により各層での反射波が強め合うので、その波長の光の反射率を選択的に高くすることができる。一方、その波長を中心とする一定の波長帯の幅以外の波長の光は、ＤＢＲ４００を透過することができる。 The DBR 400 is a multilayered distributed reflector (Distributed Bragg Reflector) in which two types of dielectrics having different refractive indexes are alternately deposited. For example, it can be deposited on the lower surface of the binary MGC 300 by using a thin film forming technique such as vapor deposition using an E gun or sputtering. In the DBR 400, when the film thickness is ¼ of the wavelength in the film (hereinafter referred to as “center wavelength”), the reflected waves in each layer are strengthened by Bragg reflection due to the light interference effect. Can be selectively increased. On the other hand, light having a wavelength other than the width of a certain wavelength band centered on the wavelength can pass through the DBR 400.
次に、本実施の形態における発光デバイスの動作について説明する。青色ＬＥＤ部１は、Ｃｅを励起する波長帯である４７０ｎｍ付近に光強度のピークを持つ青色の励起光５を放射部２に放射する。 Next, the operation of the light emitting device in this embodiment will be described. The blue LED unit 1 emits blue excitation light 5 having a light intensity peak in the vicinity of 470 nm, which is a wavelength band for exciting Ce, to the radiation unit 2.
放射された励起光５は、ＤＢＲ４００を透過して二元ＭＧＣ３００に入射される。入射された一部の励起光５は、導波路として機能するＹＡＧ相１００に結合し、その導波路に沿って導波光として進行する。導波光は、導波路の曲がり部分，太さの変化した部分，分岐部分などから黄色の変換光６を発光（励起）する。結合されなかった残りの励起光５は、二元ＭＧＣ３００の上面からそのまま青色発光として放出される。 The emitted excitation light 5 passes through the DBR 400 and enters the binary MGC 300. A part of the incident excitation light 5 is coupled to the YAG phase 100 functioning as a waveguide, and travels as guided light along the waveguide. The guided light emits (excites) yellow converted light 6 from a bent portion, a thickness-changed portion, a branched portion, or the like of the waveguide. The remaining excitation light 5 that has not been combined is directly emitted as blue light from the upper surface of the binary MGC 300.
上向きに発光する変換光６ａは、二元ＭＧＣ３００の上面からそのまま変換光６ａとして放射される。一方、下向きに発光する変換光６ｂは、ＤＢＲ４００により反射され、二元ＭＧＣ３００の上面から反射光６ｂ’として放出される。 The converted light 6a that emits light upward is emitted as it is from the upper surface of the binary MGC 300 as converted light 6a. On the other hand, the converted light 6b that emits light downward is reflected by the DBR 400 and emitted from the upper surface of the binary MGC 300 as reflected light 6b '.
ここで、上記の動作を実現するため、ＤＢＲ４００は、青色ＬＥＤ部１から放射された４７０ｎｍの青色波長の光を透過させる必要がある。更に、チップ１０などによる吸収及び拡散を避けるため、その青色波長の光によって励起された５８８ｎｍ付近を中心とする黄色の変換光６を入射側の青色ＬＥＤ部１に戻らないようにする必要がある。 Here, in order to realize the above-described operation, the DBR 400 needs to transmit light having a blue wavelength of 470 nm emitted from the blue LED unit 1. Furthermore, in order to avoid absorption and diffusion by the chip 10 or the like, it is necessary to prevent the yellow converted light 6 centered around 588 nm excited by the blue wavelength light from returning to the blue LED unit 1 on the incident side. .
そこで、ＤＢＲ４００は、５８８ｎｍを中心とする黄色波長の光を反射させるように設計する。具体的には、先に説明したように、中心波長は、薄膜の厚さにより定めることが可能である。また、その波長を中心とする一定の波長帯の幅や反射率は、誘電体膜自身の屈折率，ペアになっている２層の屈折率差，層数などにより調整することが可能である。具体例を以下に説明する。 Therefore, the DBR 400 is designed to reflect yellow wavelength light centered on 588 nm. Specifically, as described above, the center wavelength can be determined by the thickness of the thin film. In addition, the width and reflectivity of a certain wavelength band centered on the wavelength can be adjusted by the refractive index of the dielectric film itself, the refractive index difference between the paired two layers, the number of layers, and the like. . A specific example will be described below.
図２は、ＳｉＯ２とＳｉＮＯ系とを積層した場合の垂直入射反射率を示す図である。横軸を波長とし、縦軸を反射率とする。 FIG. 2 is a diagram showing the normal incidence reflectance when SiO 2 and SiNO are stacked. The horizontal axis is the wavelength, and the vertical axis is the reflectance.
図２（ａ）は、屈折率を１．５程度とするＳｉＯ２と屈折率を１．８とするＳｉＮＯ系とを１／４波長厚で１５ペア積層した黄色の５８８ｎｍを中心波長とするＤＢＲの垂直入射反射率を示す図である。このＤＢＲ４００を利用する場合は、図２（ａ）に示すように、黄色の５８８ｎｍを中心とする±４０ｎｍ程度の波長範囲で高反射を維持することができる。 FIG. 2 (a) shows a DBR having a central wavelength of 588 nm of yellow, in which 15 pairs of SiO 2 having a refractive index of about 1.5 and SiNO system having a refractive index of 1.8 are stacked at a quarter wavelength thickness. It is a figure which shows the normal incidence reflectance. When this DBR 400 is used, as shown in FIG. 2A, high reflection can be maintained in a wavelength range of about ± 40 nm centered on yellow 588 nm.
図２（ｂ）は、屈折率を１．５程度とするＳｉＯ２と屈折率を１．６５とするＳｉＮＯ系とを１／４波長厚で２０ペア積層した黄色の５８８ｎｍを中心波長とするＤＢＲの垂直入射反射率を示す図である。このＤＢＲ４００を利用する場合は、図２（ｂ）に示すように、黄色の５８８ｎｍを中心とする±２５ｎｍ程度の波長範囲で高反射を維持することができる。即ち、屈折率及び層数を変化させることにより、図２（ａ）の場合よりも狭い範囲の波長の光を反射させることができる。 FIG. 2 (b) shows a DBR having a central wavelength of 588 nm of yellow, in which 20 pairs of SiO 2 having a refractive index of about 1.5 and SiNO system having a refractive index of 1.65 are stacked with a quarter wavelength thickness. It is a figure which shows the normal incidence reflectance. When this DBR 400 is used, as shown in FIG. 2B, high reflection can be maintained in a wavelength range of about ± 25 nm centered on yellow 588 nm. That is, by changing the refractive index and the number of layers, it is possible to reflect light having a wavelength in a narrower range than in the case of FIG.
以上から、変換光６ａが二元ＭＧＣ３００の上面から放射されることに加えて、ＤＢＲ４００により反射された黄色付近の狭い波長帯の光も二元ＭＧＣ３００の上面から放射される。即ち、青色ＬＥＤ部１などによる散乱損失や吸収損失が発生することなく、効率の良い発光を実現することができる。 From the above, in addition to the converted light 6a being emitted from the upper surface of the binary MGC 300, light in a narrow wavelength band near yellow reflected by the DBR 400 is also emitted from the upper surface of the binary MGC 300. That is, efficient light emission can be realized without causing scattering loss or absorption loss due to the blue LED portion 1 or the like.
上記に加えて、ＤＢＲ４００の膜厚，屈折率，層数などを変化させることにより、反射光６ｂ’の光の色度や、変換光６ａと反射光６ｂ’との混色の加減を制御することができる。即ち、ＹＡＧ相１００の希土類元素（Ｃｅ）の励起レベルに依存することなく、色度を調整することができる。 In addition to the above, by changing the film thickness, refractive index, number of layers, and the like of the DBR 400, the chromaticity of the reflected light 6b ′ and the color mixture of the converted light 6a and the reflected light 6b ′ are controlled. Can do. That is, the chromaticity can be adjusted without depending on the excitation level of the rare earth element (Ce) in the YAG phase 100.
例えば、ＤＢＲ４００の膜厚を変更することにより、緑色の光を強調して視感度を上げることも可能であり、赤みがかった光を強調することも可能である。図３は、緑色及び赤色の波長領域を強化した光強度を示す図である。横軸を波長とし、縦軸を光強度とする。図３に示すように、４７０ｎｍ付近をピークとする青色の励起光により変換された黄色の波長変換光から、ＤＢＲ４００の膜厚を変更することで、５５５ｎｍ付近をピークとする緑色の反射光と、６２０ｎｍ付近をピークとする赤色の反射光を得ることができる。即ち、ＤＢＲ４００は、入射側の青色ＬＥＤ部１に変換光６ｂが戻ることを防止して発光効率を向上するに加えて、反射光の色度を積極的に制御する機能を備えることを意味している。換言すると、混色発光素子として大きな効果を実現することになる。 For example, by changing the film thickness of the DBR 400, it is possible to enhance the visibility by enhancing the green light, and it is also possible to enhance the reddish light. FIG. 3 is a diagram showing the light intensity in which the green and red wavelength regions are enhanced. The horizontal axis is the wavelength and the vertical axis is the light intensity. As shown in FIG. 3, by changing the film thickness of DBR400 from yellow wavelength converted light converted by blue excitation light having a peak at around 470 nm, green reflected light having a peak at around 555 nm, Red reflected light having a peak near 620 nm can be obtained. That is, the DBR 400 has a function of actively controlling the chromaticity of the reflected light in addition to preventing the converted light 6b from returning to the blue LED unit 1 on the incident side and improving the light emission efficiency. ing. In other words, a great effect is realized as a color mixing light emitting element.
結論としては、スペクトルを制御することにより、単色のＬＥＤと１個の波長変換素子とのシンプルな構成で、演色性の良い白色発光を含め、種々の混色光が効率よく得ることができる。 As a conclusion, by controlling the spectrum, various color mixing light including white light emission with good color rendering can be efficiently obtained with a simple configuration of a single color LED and one wavelength conversion element.
ところで、導波機能を実現するための必要条件として参考となるのは、光通信などに用いられる光ファイバと半導体レーザである。屈折率が１．５前後の石英ファイバのコアとクラッドの屈折率差は、概ね０．５％〜１％程度であり、比較的小さい屈折率差で導波機能を実現することができる。また、半導体レーザの活性層の屈折率は概ね３．５であり、クラッド層の屈折率は３．２程度である。故に、１０％程度の大きな屈折率差の導波機能を有することになる。 By the way, reference is made to optical fibers and semiconductor lasers used for optical communication and the like as necessary conditions for realizing the waveguide function. The difference in refractive index between the core and the clad of the silica fiber having a refractive index of around 1.5 is about 0.5% to 1%, and the waveguide function can be realized with a relatively small refractive index difference. The refractive index of the active layer of the semiconductor laser is about 3.5, and the refractive index of the cladding layer is about 3.2. Therefore, it has a waveguide function with a large refractive index difference of about 10%.
屈折率が約１．８のＹＡＧ相１００を用いて０．５％〜１０％程度の屈折率差を有する導波路を構成する場合、０．００９〜０．１８程度の屈折率を有するアルミナ相により導波路を実現できる。本実施の形態では、導波路機能を確実し、尚且つ大きな屈折率差での反射散乱を防ぐことも考慮し、アルミナ相２００と屈折率を０．０１〜０．１５と規定した。尚、ＬＥＤの他に、半導体レーザなどのように、高出力で指向性の良い光源を用いることも可能である。 When a waveguide having a refractive index difference of about 0.5% to 10% is configured using the YAG phase 100 having a refractive index of about 1.8, an alumina phase having a refractive index of about 0.009 to 0.18 Thus, a waveguide can be realized. In the present embodiment, the alumina phase 200 and the refractive index are defined as 0.01 to 0.15 in consideration of ensuring the waveguide function and preventing reflection and scattering with a large refractive index difference. In addition to LEDs, it is also possible to use a light source with high output and good directivity, such as a semiconductor laser.
本実施の形態によれば、チップ１０から発光した青色発光の励起光５を透過し、且つ、この励起光５によって変換された変換光６を反射するＤＢＲ４００を有するので、チップ１０などによる吸収及び拡散を避けることができ、発光デバイスから効率良く光を取り出すことができる。 According to the present embodiment, the DBR 400 that transmits the blue emission light 5 emitted from the chip 10 and reflects the converted light 6 converted by the excitation light 5 is provided. Diffusion can be avoided and light can be efficiently extracted from the light emitting device.
本実施の形態によれば、ＤＢＲ４００の膜厚を調整できるので、変換光６の波長（色度）や混色光を制御できる。 According to the present embodiment, since the film thickness of the DBR 400 can be adjusted, the wavelength (chromaticity) of the converted light 6 and the mixed color light can be controlled.
本実施の形態によれば、ＤＢＲ４００を構成する多層膜の誘電体の屈折率，屈折率の異なる２種類の誘電体の屈折率差，層数などを調整できるので、変換光６の反射率を制御できる。 According to the present embodiment, the refractive index of the multilayer film constituting the DBR 400, the refractive index difference between two types of dielectrics having different refractive indices, the number of layers, and the like can be adjusted. Can be controlled.
図４は、第１の実施の形態における第１の変形例を示す斜視図である。最初に、本変形例における発光デバイスの構成について説明する。本変形例における発光デバイスは、青色ＬＥＤ部１と放射部２とから構成されている。青色ＬＥＤ部１の構成及び青色ＬＥＤ部１と放射部２との位置関係については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 FIG. 4 is a perspective view showing a first modification of the first embodiment. Initially, the structure of the light-emitting device in this modification is demonstrated. The light emitting device in the present modification example is composed of a blue LED portion 1 and a radiation portion 2. Since the configuration of the blue LED unit 1 and the positional relationship between the blue LED unit 1 and the radiating unit 2 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
放射部２は、ＣｅをドープしたＹＡＧ相１００とアルミナ相２００とで構成された板状の二元ＭＧＣ３００、二元ＭＧＣ３００の下面の一部に形成された円状のＤＢＲ４１０、及び、二元ＭＧＣ３００の上面の一部に形成された円状のＤＢＲ４２０を備えた構成である。ＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０との大きさは同じであり、二元ＭＧＣ３００を挟んで対向する位置に形成されている。 The radiating portion 2 includes a plate-like binary MGC 300 composed of a Ce-doped YAG phase 100 and an alumina phase 200, a circular DBR 410 formed on a part of the lower surface of the binary MGC 300, and a binary MGC 300. It is the structure provided with circular DBR420 formed in a part of upper surface of. The sizes of the DBR 410 and the DBR 420 are the same, and are formed at positions facing each other with the binary MGC 300 interposed therebetween.
尚、ＤＢＲ４１０の形状はこれに限られるものではなく、ＤＢＲ４２０よりも面積を大きくすることも可能であり、第３の実施例で説明するような二元ＭＧＣ３００の下面全体に形成することも可能である。また、ＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０との機能及び構成については、第１の実施の形態で説明したものと同様に、青色波長の光を透過させ、尚且つ黄色波長の光を反射するように設計されている。 The shape of the DBR 410 is not limited to this, and the area of the DBR 410 can be larger than that of the DBR 420, and can be formed on the entire lower surface of the binary MGC 300 as described in the third embodiment. is there. The functions and configurations of the DBR 410 and the DBR 420 are designed to transmit blue wavelength light and reflect yellow wavelength light, similar to the one described in the first embodiment. .
次に、本変形例における発光デバイスの動作について説明する。青色ＬＥＤ部１から放射されたＣｅを励起する波長帯である４７０ｎｍ付近に光強度のピークを持つ青色の励起光５が、二元ＭＧＣ３００の下面とＤＢＲ４１０の下面とに入射する。ＤＢＲ４１０は、入射された励起光５を二元ＭＧＣ３００に透過する。 Next, the operation of the light emitting device in this modification will be described. Blue excitation light 5 having a light intensity peak in the vicinity of 470 nm, which is a wavelength band for exciting Ce emitted from the blue LED unit 1, is incident on the lower surface of the binary MGC 300 and the lower surface of the DBR 410. The DBR 410 transmits the incident excitation light 5 to the binary MGC 300.
二元ＭＧＣ３００に入射された一部の励起光５は、導波路として機能するＹＡＧ相１００に結合され、その導波路に沿って導波光として進行する。導波光は、導波路の曲がり部分，太さの変化した部分，分岐部分などから黄色の変換光６を発光（励起）する。結合されなかった残りの励起光５は、二元ＭＧＣ３００の上面からそのまま青色発光として放出される。 A part of the excitation light 5 incident on the binary MGC 300 is coupled to the YAG phase 100 functioning as a waveguide, and travels as guided light along the waveguide. The guided light emits (excites) yellow converted light 6 from a bent portion, a thickness-changed portion, a branched portion, or the like of the waveguide. The remaining excitation light 5 that has not been combined is directly emitted as blue light from the upper surface of the binary MGC 300.
ＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０との間で垂直方向に発光した変換光６は、ＤＢＲ４２０とＤＢＲ４１０との間で連続して往復反射する。その結果、その変換光６の光強度が増幅する。即ち、ＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０とは、光共振器として動作する機能を備えている（以下、「共振器」と称する）。 The converted light 6 emitted in the vertical direction between the DBR 410 and the DBR 420 is continuously reflected back and forth between the DBR 420 and the DBR 410. As a result, the light intensity of the converted light 6 is amplified. That is, the DBR 410 and the DBR 420 have a function of operating as an optical resonator (hereinafter referred to as “resonator”).
増幅された変換光６は、導波路として機能するＹＡＧ相１００の曲がり部分や分岐部分などによって、共振器により囲まれた二元ＭＧＣ３００の範囲以外に放射モードとして漏れ出す。その漏れ出した変換光６’を、ＤＢＲ４２０を除く二元ＭＧＣ３００の上面から放出することができる。これにより、青色の入射光を視感度の高い黄色光に高効率で変換することができる。 The amplified converted light 6 leaks out as a radiation mode outside the range of the binary MGC 300 surrounded by the resonator due to a bent portion or a branched portion of the YAG phase 100 functioning as a waveguide. The leaked converted light 6 ′ can be emitted from the upper surface of the binary MGC 300 excluding the DBR 420. Thereby, blue incident light can be converted into yellow light with high visibility with high efficiency.
また、第１の実施の形態と同様に、光共振器を構成するＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０との反射帯域を狭く設定することにより、Ｃｅの波長変換光の中で強調したい波長領域を選択的に増幅することも可能である。 Similarly to the first embodiment, the wavelength band to be emphasized in the Ce wavelength-converted light is selectively amplified by setting the reflection band of the DBR 410 and DBR 420 constituting the optical resonator narrow. It is also possible.
更に、複数の共振器を形成することにより、複数の選択波長にも対応することが可能となる。例えば、緑色と赤色の両方の波長の光を増幅することができる。具体的には、Ｃｅの波長変換光において裾を引いて小さくなっている赤領域を選択的に増幅する共振器を複数形成することにより、赤色が補色された演色性の高い白色光を得るこができる。また、視感度の高い緑色を増幅する共振器を複数形成する場合には、発光効率を更に高めることができる。 Furthermore, by forming a plurality of resonators, it is possible to cope with a plurality of selected wavelengths. For example, light of both green and red wavelengths can be amplified. Specifically, by forming a plurality of resonators that selectively amplify the red region that has become smaller in the Ce wavelength-converted light, it is possible to obtain white light with high color rendering with complementary red color. Can do. In addition, when a plurality of resonators that amplify green with high visibility are formed, the light emission efficiency can be further increased.
共振器により囲まれた範囲内では、光が往復することによりゲインを稼ぐことができるので、効率良く光を増幅することができる。故に、二元ＭＧＣ３００の結晶の厚さを薄くした場合でも、十分に黄色波長の光へ変換することができる。その場合、発光デバイスの出力として、青色の励起光５を二元ＭＧＣ３００の上方に透過させることができる利点もある。 Within the range surrounded by the resonator, gain can be gained by reciprocating light, so that light can be amplified efficiently. Therefore, even when the thickness of the binary MGC 300 crystal is reduced, it can be sufficiently converted into light having a yellow wavelength. In that case, there is an advantage that the blue excitation light 5 can be transmitted above the binary MGC 300 as an output of the light emitting device.
結論としては、スペクトルを制御することにより、単色のＬＥＤと１個の波長変換素子とのシンプルな構成で、演色性の良い白色発光を含め、種々の混色光が効率よく得ることができる。 As a conclusion, by controlling the spectrum, various color mixing light including white light emission with good color rendering can be efficiently obtained with a simple configuration of a single color LED and one wavelength conversion element.
本変形例によれば、変換光６が、ＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０と間で連続して往復反射するので、変換光６の光強度が増幅し、更に効率良く光を取り出すことができる。 According to this modification, since the converted light 6 is continuously reflected back and forth between the DBR 410 and the DBR 420, the light intensity of the converted light 6 is amplified, and the light can be extracted more efficiently.
本変形例によれば、ＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０との膜厚を調整できるので、変換光６の波長（色度）や混色光を制御できる。 According to this modification, since the film thicknesses of the DBR 410 and the DBR 420 can be adjusted, the wavelength (chromaticity) of the converted light 6 and the mixed color light can be controlled.
本変形例によれば、ＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０とを構成する多層膜の誘電体の屈折率，屈折率の異なる２種類の誘電体の屈折率差，層数などを調整できるので、変換光６の反射率を制御できる。 According to this modification, the refractive index of the dielectrics of the multilayer film constituting the DBR 410 and DBR 420, the refractive index difference between the two types of dielectrics having different refractive indices, the number of layers, and the like can be adjusted. You can control the rate.
図５は、第１の実施の形態における第２の変形例を示す斜視図である。最初に、本変形例における発光デバイスの構成について説明する。本変形例における発光デバイスは、青色ＬＥＤ部１と放射部２とから構成されている。青色ＬＥＤ部１の構成及び青色ＬＥＤ部１と放射部２との位置関係については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 FIG. 5 is a perspective view showing a second modification of the first embodiment. Initially, the structure of the light-emitting device in this modification is demonstrated. The light emitting device in this modification is composed of a blue LED unit 1 and a radiation unit 2. The configuration of the blue LED unit 1 and the positional relationship between the blue LED unit 1 and the radiating unit 2 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
放射部２は、ＣｅをドープしたＹＡＧ相１００とアルミナ相２００とで構成された板状の二元ＭＧＣ３００、二元ＭＧＣ３００の左側面の全体に形成されたＤＢＲ４５０、及び、二元ＭＧＣ３００の右側面の全体に形成されたＤＢＲ４６０を備えた構成である。 The radiating section 2 includes a plate-like binary MGC 300 composed of a Ce-doped YAG phase 100 and an alumina phase 200, a DBR 450 formed on the entire left side of the binary MGC 300, and a right side of the binary MGC 300. It is the structure provided with DBR460 formed in the whole.
尚、ＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０との機能及び構成については、第１の実施の形態で説明したものと同様に、青色波長の光を透過させ、尚且つ黄色波長の光を反射させるように設計されている。 Note that the functions and configurations of the DBR 450 and DBR 460 are designed to transmit blue wavelength light and reflect yellow wavelength light, similar to those described in the first embodiment. .
また、ＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０とは、第１の変形例で説明したＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０と同様に、光共振器として動作する機能を有する（以下、「共振器」と称する）。但し、二元ＭＧＣ３００の両側面に形成されているので、垂直共振と直交する水平共振器の機能を備えている。 Further, the DBR 450 and the DBR 460 have a function of operating as an optical resonator (hereinafter referred to as “resonator”) similarly to the DBR 410 and the DBR 420 described in the first modification. However, since it is formed on both side surfaces of the binary MGC 300, it has the function of a horizontal resonator orthogonal to the vertical resonance.
ＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０との形状はこれに限られるものではなく、二元ＭＧＣ３００の両側面の一部に、二元ＭＧＣ３００を挟んで対向する位置に形成することも可能である。また、いずれか一方のＤＢＲの面積を、他方のＤＢＲの面積より大きくすることも可能である。 The shapes of the DBR 450 and the DBR 460 are not limited to this, and the DBR 450 and the DBR 460 may be formed on a part of both side surfaces of the binary MGC 300 at positions facing the binary MGC 300. In addition, the area of one of the DBRs can be larger than the area of the other DBR.
次に、本変形例における発光デバイスの動作について説明する。青色ＬＥＤ部１から放射されたＣｅを励起する波長帯である４７０ｎｍ付近に光強度のピークを持つ青色の励起光５が、二元ＭＧＣ３００の下面に入射する。 Next, the operation of the light emitting device in this modification will be described. Blue excitation light 5 having a light intensity peak in the vicinity of 470 nm which is a wavelength band for exciting Ce emitted from the blue LED unit 1 is incident on the lower surface of the binary MGC 300.
二元ＭＧＣ３００に入射された一部の励起光５は、導波路として機能するＹＡＧ相１００に結合され、その導波路に沿って導波光として進行する。導波光は、導波路の曲がり部分，太さの変化した部分，分岐部分などから黄色の変換光６を発光（励起）する。結合されなかった残りの励起光５は、二元ＭＧＣ３００の上面からそのまま青色発光として放出される。 A part of the excitation light 5 incident on the binary MGC 300 is coupled to the YAG phase 100 functioning as a waveguide, and travels as guided light along the waveguide. The guided light emits (excites) yellow converted light 6 from a bent portion, a thickness-changed portion, a branched portion, or the like of the waveguide. The remaining excitation light 5 that has not been combined is directly emitted as blue light from the upper surface of the binary MGC 300.
発光した変換光６のうち、特に水平方向に発光する変換光６の光強度は、共振器により増幅される。 Of the converted light 6 that has been emitted, the light intensity of the converted light 6 that emits light in the horizontal direction is amplified by the resonator.
増幅された変換光６は、導波路として機能するＹＡＧ相１００の曲がり部分や分岐部分などによって共振器により囲まれた二元ＭＧＣ３００の範囲以外に放射モードとして漏れ出すことになる。その漏れ出した変換光６’を、二元ＭＧＣ３００の上面から放出することができる。これにより、青色の入射光を視感度の高い黄色光に高効率で変換することができる。 The amplified converted light 6 leaks out as a radiation mode outside the range of the binary MGC 300 surrounded by the resonator by a bent portion or a branched portion of the YAG phase 100 functioning as a waveguide. The leaked converted light 6 ′ can be emitted from the upper surface of the binary MGC 300. Thereby, blue incident light can be converted into yellow light with high visibility with high efficiency.
また、第１の実施の形態と同様に、共振器を構成するＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０との反射帯域を狭く設定することにより、Ｃｅの波長変換光の中で強調したい波長領域を選択的に増幅することも可能である。 Similarly to the first embodiment, by selectively setting the reflection band between the DBR 450 and DBR 460 constituting the resonator, the wavelength region to be emphasized in the Ce wavelength-converted light is selectively amplified. Is also possible.
更に、ＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０との大きさを変更して二元ＭＧＣ３００の両側面の一部に対向配置させた複数の共振器を形成することにより、複数の選択波長にも対応することが可能となる。例えば、緑色と赤色の両方の波長の光を増幅することができる。具体的には、Ｃｅの波長変換光において裾を引いて小さくなっている赤領域を選択的に増幅する共振器を複数形成することにより、赤色が補色された演色性の高い白色光を得るこができる。また、視感度の高い緑色を増幅する共振器を複数形成する場合には、発光効率を更に高めることができる。 Furthermore, by changing the sizes of the DBR 450 and the DBR 460 and forming a plurality of resonators that are opposed to a part of both side surfaces of the binary MGC 300, it is possible to cope with a plurality of selected wavelengths. . For example, light of both green and red wavelengths can be amplified. Specifically, by forming a plurality of resonators that selectively amplify the red region that has become smaller in the Ce wavelength-converted light, it is possible to obtain white light with high color rendering with complementary red color. Can do. In addition, when a plurality of resonators that amplify green with high visibility are formed, the light emission efficiency can be further increased.
共振器により囲まれた範囲内では、光が往復することによりゲインを稼ぐことができるので、効率良く光を増幅することができる。故に、二元ＭＧＣ３００の結晶の厚さを薄くした場合でも、十分に黄色波長の光へ変換することができる。その場合、発光デバイスの出力として、青色の励起光５を二元ＭＧＣ３００の上方に透過させることができる利点もある。 Within the range surrounded by the resonator, gain can be gained by reciprocating light, so that light can be amplified efficiently. Therefore, even when the thickness of the binary MGC 300 crystal is reduced, it can be sufficiently converted into light having a yellow wavelength. In that case, there is an advantage that the blue excitation light 5 can be transmitted above the binary MGC 300 as an output of the light emitting device.
結論としては、スペクトルを制御することにより、単色のＬＥＤと１個の波長変換素子とのシンプルな構成で、演色性の良い白色発光を含め、種々の混色光が効率よく得ることができる。 As a conclusion, by controlling the spectrum, various color mixing light including white light emission with good color rendering can be efficiently obtained with a simple configuration of a single color LED and one wavelength conversion element.
本変形例によれば、変換光６が、ＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０との間で連続して往復反射するので、変換光６の光強度が増幅し、更に効率良く光を取り出すことができる。 According to this modification, since the converted light 6 is continuously reciprocally reflected between the DBR 450 and the DBR 460, the light intensity of the converted light 6 is amplified and the light can be extracted more efficiently.
本変形例によれば、ＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０との膜厚を調整できるので、変換光６の波長（色度）や混色光を制御できる。 According to this modification, since the film thicknesses of DBR 450 and DBR 460 can be adjusted, the wavelength (chromaticity) of the converted light 6 and the mixed color light can be controlled.
本変形例によれば、ＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０とを構成する多層膜の誘電体の屈折率，屈折率の異なる２種類の誘電体の屈折率差，層数を調整できるので、変換光６の反射率を制御できる。 According to the present modification, the refractive index of the multilayer dielectric constituting the DBR 450 and the DBR 460, the refractive index difference between the two types of dielectrics having different refractive indices, and the number of layers can be adjusted. Can be controlled.
図６は、第１の実施の形態における第３の変形例を示す斜視図である。最初に、本変形例における発光デバイスの構成について説明する。本変形例における発光デバイスは、青色ＬＥＤ部１と放射部２とから構成されている。青色ＬＥＤ部１の構成及び青色ＬＥＤ部１と放射部２との位置関係については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 FIG. 6 is a perspective view showing a third modification of the first embodiment. Initially, the structure of the light-emitting device in this modification is demonstrated. The light emitting device in the present modification example is composed of a blue LED portion 1 and a radiation portion 2. Since the configuration of the blue LED unit 1 and the positional relationship between the blue LED unit 1 and the radiating unit 2 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
放射部２は、ＣｅをドープしたＹＡＧ相１００とアルミナ相２００とで構成された板状の二元ＭＧＣ３００、二元ＭＧＣ３００の下面全体に形成されたＤＢＲ４００、二元ＭＧＣ３００の上面の一部に形成された円状のＤＢＲ４２０、二元ＭＧＣ３００の左側面の全体に形成されたＤＢＲ４５０、及び、二元ＭＧＣ３００の右側面の全体に形成されたＤＢＲ４６０を備えた構成である。 The radiating portion 2 is formed on a part of the upper surface of the binary MGC 300, the plate-shaped binary MGC 300 composed of the Ce-doped YAG phase 100 and the alumina phase 200, the DBR 400 formed on the entire lower surface of the binary MGC 300, and the like. And a DBR 450 formed on the entire left side of the binary MGC 300, and a DBR 460 formed on the entire right side of the binary MGC 300.
ＤＢＲ４００とＤＢＲ４２０とは、第１の実施の形態における第１の変形例で説明したＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０と同様に、光共振器として動作する機能を有する（以下、「垂直共振器」と称する）。 The DBR 400 and the DBR 420 have a function of operating as an optical resonator (hereinafter referred to as “vertical resonator”) in the same manner as the DBR 410 and the DBR 420 described in the first modification example of the first embodiment.
ＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０とは、第１の実施の形態における第２の変形例で説明したＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０と同様に、光共振器として動作する機能を有する（以下、「水平共振器」と称する）。 The DBR 450 and the DBR 460 have a function of operating as an optical resonator (hereinafter referred to as a “horizontal resonator”), like the DBR 450 and the DBR 460 described in the second modification example of the first embodiment.
尚、ＤＢＲ４００、ＤＢＲ４２０、ＤＢＲ４５０、及び、ＤＢＲ４６０の機能及び構成については、第１の実施の形態で説明したものと同様に、青色波長の光を透過させ、尚且つ黄色波長の光を反射させるように設計されている。 The functions and configurations of the DBR 400, DBR 420, DBR 450, and DBR 460 are configured to transmit blue wavelength light and reflect yellow wavelength light in the same manner as described in the first embodiment. Designed to.
次に、本変形例における発光デバイスの動作について説明する。青色ＬＥＤ部２から放射されたＣｅを励起する波長帯である４７０ｎｍ付近に光強度のピークを持つ青色の励起光５が、ＤＢＲ４００に入射する。ＤＢＲ４００は、入射された励起光５を二元ＭＧＣ３００に透過する。 Next, the operation of the light emitting device in this modification will be described. Blue excitation light 5 having a light intensity peak in the vicinity of 470 nm which is a wavelength band for exciting Ce emitted from the blue LED unit 2 enters the DBR 400. The DBR 400 transmits the incident excitation light 5 to the binary MGC 300.
二元ＭＧＣ３００に入射された一部の励起光５は、導波路として機能するＹＡＧ相１００に結合され、その導波路に沿って導波光として進行する。導波光は、導波路の曲がり部分，太さの変化した部分，分岐部分などから黄色の変換光６を発光（励起）する。結合されなかった残りの励起光５は、二元ＭＧＣ３００の上面からそのまま青色発光として放出される。 A part of the excitation light 5 incident on the binary MGC 300 is coupled to the YAG phase 100 functioning as a waveguide, and travels as guided light along the waveguide. The guided light emits (excites) yellow converted light 6 from a bent portion, a thickness-changed portion, a branched portion, or the like of the waveguide. The remaining excitation light 5 that has not been combined is directly emitted as blue light from the upper surface of the binary MGC 300.
第１の実施の形態の場合と同様に、上向きに発光する変換光６ａは、二元ＭＧＣ３００の上面からそのまま変換光６ａとして放射される。一方、下向きに発光する変換光６ｂは、ＤＢＲ４００により反射され、二元ＭＧＣ３００の上面から反射光６ｂ’として放出される。 As in the case of the first embodiment, the converted light 6a that emits upward is emitted as it is from the upper surface of the binary MGC 300 as converted light 6a. On the other hand, the converted light 6b that emits light downward is reflected by the DBR 400 and emitted from the upper surface of the binary MGC 300 as reflected light 6b '.
また、第１の実施の形態における第１の変形例の場合と同様に、垂直共振器の間で垂直方向に発光した変換光６の光強度は、垂直共振器により増幅される。 Similarly to the first modification of the first embodiment, the light intensity of the converted light 6 emitted in the vertical direction between the vertical resonators is amplified by the vertical resonators.
更に、第１の実施の形態における第２の変形例の場合と同様に、水平共振器の間で水平方向に発光した変換光６の光強度は、水平共振器により増幅される。 Furthermore, as in the case of the second modification of the first embodiment, the light intensity of the converted light 6 emitted in the horizontal direction between the horizontal resonators is amplified by the horizontal resonator.
垂直共振器と水平共振器とにより増幅された変換光６は、導波路として機能するＹＡＧ相１００の曲がり部分や分岐部分などによって、それら共振器により囲まれた範囲以外に放射モードとして漏れ出す。その漏れ出した変換光６’を、ＤＢＲ４２０を除く二元ＭＧＣ３００の上面から放出することができる。 The converted light 6 amplified by the vertical resonator and the horizontal resonator leaks out as a radiation mode outside the range surrounded by the resonator due to a bent portion or a branched portion of the YAG phase 100 functioning as a waveguide. The leaked converted light 6 ′ can be emitted from the upper surface of the binary MGC 300 excluding the DBR 420.
従い、青色の入射光を視感度の高い黄色光に高効率で変換でき、青色の励起光５と、黄色の変換光６ａと反射光６ｂ’と変換光６’とを、発光デバイスの出力とすることができる。 Accordingly, the blue incident light can be converted into yellow light having high visibility with high efficiency, and the blue excitation light 5, the yellow converted light 6a, the reflected light 6b ′, and the converted light 6 ′ are converted into the output of the light emitting device. can do.
また、第１の実施の形態と同様に、垂直共振器を構成するＤＢＲ４００とＤＢＲ４２０，又は，水平共振器を構成するＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０の反射帯域を狭く設定することにより、Ｃｅの波長変換光の中で強調したい波長領域を選択的に増幅することも可能である。 Similarly to the first embodiment, by setting the reflection band of the DBR 400 and DBR 420 constituting the vertical resonator or the DBR 450 and DBR 460 constituting the horizontal resonator to be narrow, the wavelength conversion light of Ce can be reduced. It is also possible to selectively amplify the wavelength region desired to be emphasized.
更に、複数の垂直共振器又は複数の水平共振器を形成することにより、複数の選択波長にも対応することが可能となる。例えば、緑色と赤色の両方の波長の光を増幅することができる。具体的には、Ｃｅの波長変換光において裾を引いて小さくなっている赤領域を選択的に増幅する共振器を複数形成することにより、赤色が補色された演色性の高い白色光を得るこができる。また、視感度の高い緑色を増幅する共振器を複数形成する場合には、発光効率を更に高めることができる。 Further, by forming a plurality of vertical resonators or a plurality of horizontal resonators, it becomes possible to cope with a plurality of selected wavelengths. For example, light of both green and red wavelengths can be amplified. Specifically, by forming a plurality of resonators that selectively amplify the red region that has become smaller in the Ce wavelength-converted light, it is possible to obtain white light with high color rendering with complementary red color. Can do. In addition, when a plurality of resonators that amplify green with high visibility are formed, the light emission efficiency can be further increased.
垂直共振器及び水平共振器により囲まれた範囲内では、光が往復することによりゲインを稼ぐことができるので、効率良く光を増幅することができる。故に、二元ＭＧＣ３００の結晶の厚さを薄くした場合でも、十分に黄色波長の光へ変換することができる。その場合、発光デバイスの出力として、青色の励起光５を二元ＭＧＣ３００の上方に透過させることができる利点もある。 In the range surrounded by the vertical resonator and the horizontal resonator, gain can be gained by reciprocating light, so that light can be efficiently amplified. Therefore, even when the thickness of the binary MGC 300 crystal is reduced, it can be sufficiently converted into light having a yellow wavelength. In that case, there is an advantage that the blue excitation light 5 can be transmitted above the binary MGC 300 as an output of the light emitting device.
結論としては、スペクトルを制御することにより、単色のＬＥＤと１個の波長変換素子とのシンプルな構成で、演色性の良い白色発光を含め、種々の混色光が効率よく得ることができる。 As a conclusion, by controlling the spectrum, various color mixing light including white light emission with good color rendering can be efficiently obtained with a simple configuration of a single color LED and one wavelength conversion element.
本変形例によれば、チップ１０から発光した青色発光の励起光５を透過し、尚且つ、この励起光５によって変換された変換光６を反射するＤＢＲ４００を有するので、チップ１０などによる吸収及び拡散を避けることができ、発光デバイスから効率良く光を取り出すことができる。 According to the present modification, the DBR 400 that transmits the blue-emitting excitation light 5 emitted from the chip 10 and reflects the converted light 6 converted by the excitation light 5 is provided. Diffusion can be avoided and light can be efficiently extracted from the light emitting device.
本変形例によれば、ＤＢＲ４００，ＤＢＲ４２０，ＤＢＲ４５０，及び，ＤＢＲ４６０の膜厚を調整できるので、変換光６の波長（色度）や混色光を制御できる。 According to this modification, since the film thickness of DBR 400, DBR 420, DBR 450, and DBR 460 can be adjusted, the wavelength (chromaticity) of the converted light 6 and the mixed color light can be controlled.
本変形例によれば、ＤＢＲ４００，ＤＢＲ４２０，ＤＢＲ４５０，及び，ＤＢＲ４６０を構成する多層膜の誘電体の屈折率，屈折率の異なる２種類の誘電体の屈折率差，層数などを調整できるので、変換光６の反射率を制御できる。 According to this modification, it is possible to adjust the refractive index of the dielectrics of the multilayer films constituting the DBR 400, DBR 420, DBR 450, and DBR 460, the refractive index difference between the two types of dielectrics having different refractive indices, the number of layers, and the like. The reflectance of the converted light 6 can be controlled.
本変形例によれば、変換光６が、ＤＢＲ４００とＤＢＲ４２０との間、及び、ＤＢＲ４５０とＤＢＲ４６０との間で連続して往復反射するので、変換光６の光強度が増幅し、更に効率良く光を取り出すことができる。 According to this modification, since the converted light 6 is continuously reciprocally reflected between the DBR 400 and the DBR 420 and between the DBR 450 and the DBR 460, the light intensity of the converted light 6 is amplified and the light is more efficiently emitted. Can be taken out.
［第２の実施の形態］
図７は、第２の実施の形態を示す斜視図である。最初に、本実施の形態例における発光デバイスの構成について説明する。本実施の形態における発光デバイスは、青色ＬＥＤ部１と放射部２とから構成されている。青色ＬＥＤ部１の構成及び青色ＬＥＤ部１と放射部２との位置関係については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a perspective view showing the second embodiment. First, the structure of the light emitting device in this embodiment will be described. The light emitting device in the present embodiment includes a blue LED portion 1 and a radiating portion 2. Since the configuration of the blue LED unit 1 and the positional relationship between the blue LED unit 1 and the radiating unit 2 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
放射部２は、ＣｅをドープしたＹＡＧ相１００とアルミナ相２００とで構成された円板状の二元ＭＧＣ３００、二元ＭＧＣ３００の下面全体に形成されたＤＢＲ４００、二元ＭＧＣ３００の側面全体に形成された金属反射鏡５００、及び、二元ＭＧＣ３００の上面の一部に形成された円状のＤＢＲ４２０を備えた構成である。 The radiating portion 2 is formed on a disk-shaped binary MGC 300 composed of a Ce-doped YAG phase 100 and an alumina phase 200, a DBR 400 formed on the entire lower surface of the binary MGC 300, and an entire side surface of the binary MGC 300. The metal reflector 500 and the circular DBR 420 formed on a part of the upper surface of the binary MGC 300 are provided.
尚、ＤＢＲ４００とＤＢＲ４２０との機能及び構成については、第１の実施の形態で説明したものと同様に、青色波長の光を透過させ、尚且つ黄色波長の光を反射させるように設計されている。 Note that the functions and configurations of the DBR 400 and the DBR 420 are designed to transmit blue wavelength light and reflect yellow wavelength light, as described in the first embodiment. .
ＤＢＲ４００とＤＢＲ４２０とは、第１の実施の形態における第１の変形例で説明したＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０と同様に、光共振器として動作する機能を有する（以下、「共振器」と称する）。 The DBR 400 and the DBR 420 have a function of operating as an optical resonator (hereinafter referred to as “resonator”) in the same manner as the DBR 410 and the DBR 420 described in the first modification example of the first embodiment.
金属反射鏡５００は、全波長を平等に反射する機能を備えている。 The metal reflecting mirror 500 has a function of reflecting all wavelengths equally.
次に、本実施の形態における発光デバイスの動作について説明する。青色ＬＥＤ部１から放射されたＣｅを励起する波長帯である４７０ｎｍ付近に光強度のピークを持つ青色の励起光５が、ＤＢＲ４００に入射する。ＤＢＲ４００は、入射された励起光５を二元ＭＧＣ３００に透過する。 Next, the operation of the light emitting device in this embodiment will be described. Blue excitation light 5 having a light intensity peak in the vicinity of 470 nm which is a wavelength band for exciting Ce emitted from the blue LED unit 1 enters the DBR 400. The DBR 400 transmits the incident excitation light 5 to the binary MGC 300.
二元ＭＧＣ３００に入射された一部の励起光５は、導波路として機能するＹＡＧ相１００に結合され、その導波路に沿って導波光として進行する。導波光は、導波路の曲がり部分，太さの変化した部分，分岐部分などから黄色の変換光６を発光（励起）する。 A part of the excitation light 5 incident on the binary MGC 300 is coupled to the YAG phase 100 functioning as a waveguide, and travels as guided light along the waveguide. The guided light emits (excites) yellow converted light 6 from a bent portion, a thickness-changed portion, a branched portion, or the like of the waveguide.
結合されなかった残りの励起光５は、二元ＭＧＣ３００の上面からそのまま青色発光として放出される。特に、水平方向に放出された励起光５は、金属反射鏡５００により反射され、再び二元ＭＧＣ３００に入射される。そして、ＹＡＧ相１００に結合されて黄色の変換光６として発光する。 The remaining excitation light 5 that has not been combined is directly emitted as blue light from the upper surface of the binary MGC 300. In particular, the excitation light 5 emitted in the horizontal direction is reflected by the metal reflector 500 and is incident on the binary MGC 300 again. Then, it is combined with the YAG phase 100 and emits yellow converted light 6.
第１の実施の形態の場合と同様に、上向きに発光する変換光６ａは、二元ＭＧＣ３００の上面からそのまま変換光６ａとして放射される。一方、下向きに発光する変換光６ｂは、ＤＢＲ４００により反射され、二元ＭＧＣ３００の上面から反射光６ｂ’として放出される。 As in the case of the first embodiment, the converted light 6a that emits upward is emitted as it is from the upper surface of the binary MGC 300 as converted light 6a. On the other hand, the converted light 6b that emits light downward is reflected by the DBR 400 and emitted from the upper surface of the binary MGC 300 as reflected light 6b '.
また、第１の実施の形態における第１の変形例の場合と同様に、共振器の間で垂直方向に発光した変換光６の光強度は、共振器により増幅される。 As in the case of the first modification of the first embodiment, the light intensity of the converted light 6 emitted in the vertical direction between the resonators is amplified by the resonators.
共振器により増幅された変換光６は、導波路として機能するＹＡＧ相１００の曲がり部分や分岐部分などによって、共振器により囲まれた二元ＭＧＣ３００の範囲以外に漏れ出す。その漏れ出した変換光６’を、ＤＢＲ４２０を除く二元ＭＧＣ３００の上面から放出することができる。 The converted light 6 amplified by the resonator leaks outside the range of the binary MGC 300 surrounded by the resonator due to a bent portion or a branched portion of the YAG phase 100 functioning as a waveguide. The leaked converted light 6 ′ can be emitted from the upper surface of the binary MGC 300 excluding the DBR 420.
従い、青色の入射光を視感度の高い黄色光に高効率で変換でき、青色の励起光５と、黄色の変換光６ａと反射光６ｂ’と変換光６’とを、発光デバイスの出力とすることができる。 Accordingly, the blue incident light can be converted into yellow light having high visibility with high efficiency, and the blue excitation light 5, the yellow converted light 6a, the reflected light 6b ′, and the converted light 6 ′ are converted into the output of the light emitting device. can do.
また、第１の実施の形態と同様に、共振器を構成するＤＢＲ４００とＤＢＲ４２０との反射帯域を狭く設定することにより、Ｃｅの波長変換光の中で強調したい波長領域を選択的に増幅することも可能である。 Similarly to the first embodiment, by selectively setting the reflection band of the DBR 400 and DBR 420 constituting the resonator, the wavelength region to be emphasized in the Ce wavelength-converted light is selectively amplified. Is also possible.
更に、複数の共振器を形成することにより、複数の選択波長にも対応することが可能となる。例えば、緑色と赤色の両方の波長の光を増幅することができる。具体的には、Ｃｅの波長変換光において裾を引いて小さくなっている赤領域を選択的に増幅する共振器を複数形成することにより、赤色が補色された演色性の高い白色光を得るこができる。また、視感度の高い緑色を増幅する共振器を複数形成する場合には、発光効率を更に高めることができる。 Furthermore, by forming a plurality of resonators, it is possible to cope with a plurality of selected wavelengths. For example, light of both green and red wavelengths can be amplified. Specifically, by forming a plurality of resonators that selectively amplify the red region that has become smaller in the Ce wavelength-converted light, it is possible to obtain white light with high color rendering with complementary red color. Can do. In addition, when a plurality of resonators that amplify green with high visibility are formed, the light emission efficiency can be further increased.
共振器により囲まれた範囲内では、光が往復することによりゲインを稼ぐことができるので、効率良く光を増幅することができる。故に、二元ＭＧＣ３００の結晶の厚さを薄くした場合でも、十分に黄色波長の光へ変換することができる。その場合、発光デバイスの出力として、青色の励起光５を二元ＭＧＣ３００の上方に透過させることができる利点もある。 Within the range surrounded by the resonator, gain can be gained by reciprocating light, so that light can be amplified efficiently. Therefore, even when the thickness of the binary MGC 300 crystal is reduced, it can be sufficiently converted into light having a yellow wavelength. In that case, there is an advantage that the blue excitation light 5 can be transmitted above the binary MGC 300 as an output of the light emitting device.
結論としては、スペクトルを制御することにより、単色のＬＥＤと１個の波長変換素子とのシンプルな構成で、演色性の良い白色発光を含め、種々の混色光が効率よく得ることができる。 As a conclusion, by controlling the spectrum, various color mixing light including white light emission with good color rendering can be efficiently obtained with a simple configuration of a single color LED and one wavelength conversion element.
本実施の形態によれば、チップ１０から発光した青色発光の励起光５を透過し、且つ、この励起光５によって変換された変換光６を反射するＤＢＲ４００を有するので、チップ１０などによる吸収及び拡散を避けることができ、発光デバイスから効率良く光を取り出すことができる。 According to the present embodiment, the DBR 400 that transmits the blue emission light 5 emitted from the chip 10 and reflects the converted light 6 converted by the excitation light 5 is provided. Diffusion can be avoided and light can be efficiently extracted from the light emitting device.
本実施の形態によれば、ＤＢＲ４００とＤＢＲ４２０との膜厚を調整できるので、変換光６の波長（色度）や混色光を制御できる。 According to this embodiment, since the film thicknesses of DBR 400 and DBR 420 can be adjusted, the wavelength (chromaticity) of the converted light 6 and the mixed color light can be controlled.
本実施の形態によれば、ＤＢＲ４００とＤＢＲ４２０とを構成する多層膜の誘電体の屈折率，屈折率の異なる２種類の誘電体の屈折率差，層数を調整できるので、変換光６の反射率を制御できる。 According to the present embodiment, the refractive index of the dielectric film of the multilayer film constituting the DBR 400 and the DBR 420, the refractive index difference between the two types of dielectric substances having different refractive indexes, and the number of layers can be adjusted. You can control the rate.
本実施の形態によれば、変換光６が、ＤＢＲ４００とＤＢＲ４２０との間で連続して往復反射するので、光強度が増幅し、更に効率良く光を取り出すことができる。 According to the present embodiment, the converted light 6 continuously reciprocates between the DBR 400 and the DBR 420, so that the light intensity is amplified and the light can be extracted more efficiently.
本実施の形態によれば、水平方向に漏れ出した励起光５が、金属反射鏡５００により反射されて再び二元ＭＧＣ３００に入射し、ＹＡＧ相１００に結合されて黄色の変換光６として発光するので、更に効率良く光を取り出すことができる。 According to the present embodiment, the excitation light 5 leaking in the horizontal direction is reflected by the metal reflecting mirror 500 and is incident on the binary MGC 300 again, and is coupled to the YAG phase 100 to emit yellow converted light 6. Therefore, light can be extracted more efficiently.
図８は、第２の実施の形態における第１の変形例を示す斜視図である。最初に、本変形例における発光デバイスの構成について説明する。本変形例における発光デバイスは、青色ＬＥＤ部１と放射部２とから構成されている。 FIG. 8 is a perspective view showing a first modification of the second embodiment. Initially, the structure of the light-emitting device in this modification is demonstrated. The light emitting device in the present modification example is composed of a blue LED portion 1 and a radiation portion 2.
放射部２は、ＣｅをドープしたＹＡＧ相１００とアルミナ相２００とで構成された円板状の二元ＭＧＣ３００、二元ＭＧＣ３００の側面全体に形成された金属反射鏡５００、二元ＭＧＣ３００の下面全体に形成された金属反射鏡５１０、及び、二元ＭＧＣ３００の上面の一部に形成された円状のＤＢＲ４２０を備えた構成である。 The radiating section 2 includes a disk-shaped binary MGC 300 composed of a Ce-doped YAG phase 100 and an alumina phase 200, a metal reflector 500 formed on the entire side surface of the binary MGC 300, and the entire lower surface of the binary MGC 300. And a circular DBR 420 formed on a part of the upper surface of the binary MGC 300.
尚、ＤＢＲ４２０の機能及び構成については、第１の実施の形態で説明したものと同様に、青色波長の光を透過させ、尚且つ黄色波長の光を反射させるように設計されている。 The function and configuration of the DBR 420 are designed to transmit blue wavelength light and reflect yellow wavelength light, similar to the one described in the first embodiment.
ＤＢＲ４２０と金属反射鏡５１０とは、第１の実施の形態における第１の変形例で説明したＤＢＲ４１０とＤＢＲ４２０と同様に、光共振器として動作する機能を有する（以下、「垂直共振器」と称する）。 The DBR 420 and the metal reflector 510 have a function of operating as an optical resonator (hereinafter, referred to as “vertical resonator”), similarly to the DBR 410 and DBR 420 described in the first modification of the first embodiment. ).
金属反射鏡５００は、円板状の二元ＭＧＣ３００の側面全体に形成されているので、光共振器として動作する機能を有する（以下、「水平共振器」と称する）。 Since the metal reflecting mirror 500 is formed on the entire side surface of the disk-shaped binary MGC 300, it has a function of operating as an optical resonator (hereinafter referred to as “horizontal resonator”).
金属反射鏡５００と金属反射鏡５１０とは、全ての波長を平等に反射する機能を備えている。また、金属反射鏡５１０には、青色ＬＥＤ部から放射される励起光５を通過させるための開口部８１〜８４が備えられている。 The metal reflecting mirror 500 and the metal reflecting mirror 510 have a function of reflecting all wavelengths equally. Further, the metal reflector 510 is provided with openings 81 to 84 for allowing the excitation light 5 radiated from the blue LED portion to pass therethrough.
青色ＬＥＤ部１は、青色ＬＥＤ１１〜１４で構成されており、各青色ＬＥＤは、それぞれ、金属反射鏡５１０の開口部８１〜８４に対向して配置されている。尚、開口部と青色ＬＥＤとの数量は、これに限られるものではない。 The blue LED portion 1 is composed of blue LEDs 11 to 14, and each blue LED is disposed to face the openings 81 to 84 of the metal reflector 510. In addition, the quantity of an opening part and blue LED is not restricted to this.
次に、本変形例における発光デバイスの動作について説明する。青色ＬＥＤ１１〜１４から放射されたＣｅを励起する波長帯である４７０ｎｍ付近に光強度のピークを持つ青色の励起光５が、開口部８１〜８４を介して、二元ＭＧＣに入射する。 Next, the operation of the light emitting device in this modification will be described. Blue excitation light 5 having a light intensity peak in the vicinity of 470 nm, which is a wavelength band for exciting Ce emitted from the blue LEDs 11 to 14, enters the binary MGC through the openings 81 to 84.
二元ＭＧＣ３００に入射された一部の励起光５は、導波路として機能するＹＡＧ相１００に結合され、その導波路に沿って導波光として進行する。導波光は、導波路の曲がり部分，太さの変化した部分，分岐部分などから黄色の変換光６を発光（励起）する。 A part of the excitation light 5 incident on the binary MGC 300 is coupled to the YAG phase 100 functioning as a waveguide, and travels as guided light along the waveguide. The guided light emits (excites) yellow converted light 6 from a bent portion, a thickness-changed portion, a branched portion, or the like of the waveguide.
結合されなかった残りの励起光５は、二元ＭＧＣ３００からそのまま青色発光として放出される。特に、水平方向に放出された励起光５は、金属反射鏡５００により反射され、再び二元ＭＧＣ３００に入射される。また、下向き方向に放出された励起光５は金属反射鏡５１０により反射され、再び二元ＭＧＣに入射される。そして、再度入射された励起光５は、ＹＡＧ相１００に結合されて黄色の変換光６として発光する。 The remaining excitation light 5 that has not been combined is directly emitted from the binary MGC 300 as blue light emission. In particular, the excitation light 5 emitted in the horizontal direction is reflected by the metal reflector 500 and is incident on the binary MGC 300 again. Further, the excitation light 5 emitted in the downward direction is reflected by the metal reflecting mirror 510 and is incident on the binary MGC again. The excitation light 5 incident again is combined with the YAG phase 100 and emitted as yellow converted light 6.
第１の実施の形態の場合と同様に、上向きに発光する変換光６ａは、二元ＭＧＣ３００の上面からそのまま変換光６ａとして放射される。一方、下向きに発光する変換光６ｂは、ＤＢＲ４００により反射され、二元ＭＧＣ３００の上面から反射光６ｂ’として放出される。 As in the case of the first embodiment, the converted light 6a that emits upward is emitted as it is from the upper surface of the binary MGC 300 as converted light 6a. On the other hand, the converted light 6b that emits light downward is reflected by the DBR 400 and emitted from the upper surface of the binary MGC 300 as reflected light 6b '.
また、第１の実施の形態における第１の変形例の場合と同様に、垂直共振器の間で垂直方向に発光した変換光の光強度は、垂直共振器により増幅される。 As in the case of the first modification of the first embodiment, the light intensity of the converted light emitted in the vertical direction between the vertical resonators is amplified by the vertical resonators.
更に、第１の実施の形態における第２の変形例の場合と同様に、水平共振器の間で垂直方向に発光した変換光の光強度は、水平共振器により増幅される。 Furthermore, as in the case of the second modification of the first embodiment, the light intensity of the converted light emitted in the vertical direction between the horizontal resonators is amplified by the horizontal resonators.
垂直共振器と水平共振器とにより増幅された変換光６は、導波路として機能するＹＡＧ相１００の曲がり部分や分岐部分などによって、共振器により囲まれた二元ＭＧＣ３００の範囲以外に漏れ出す。その漏れ出した変換光６’を、ＤＢＲ４２０を除く二元ＭＧＣ３００の上面から放出することができる。 The converted light 6 amplified by the vertical resonator and the horizontal resonator leaks outside the range of the binary MGC 300 surrounded by the resonator due to a bent portion or a branched portion of the YAG phase 100 functioning as a waveguide. The leaked converted light 6 ′ can be emitted from the upper surface of the binary MGC 300 excluding the DBR 420.
従い、青色の入射光を視感度の高い黄色光に高効率で変換でき、青色の励起光５と、黄色の変換光６ａと反射光６ｂ’と変換光６’とを、発光デバイスの出力とすることができる。 Accordingly, the blue incident light can be converted into yellow light having high visibility with high efficiency, and the blue excitation light 5, the yellow converted light 6a, the reflected light 6b ′, and the converted light 6 ′ are converted into the output of the light emitting device. can do.
また、第１の実施の形態と同様に、垂直共振器を構成するＤＢＲ４２０の反射帯域を狭く設定することにより、Ｃｅの波長変換光の中で強調したい波長領域を選択的に増幅することも可能である。 Similarly to the first embodiment, by setting the reflection band of the DBR 420 constituting the vertical resonator to be narrow, it is possible to selectively amplify the wavelength region to be emphasized in the Ce wavelength-converted light. It is.
更に、複数の垂直共振器を形成することにより、複数の選択波長にも対応することが可能となる。例えば、緑色と赤色の両方の波長の光を増幅することができる。具体的には、Ｃｅの波長変換光において裾を引いて小さくなっている赤領域を選択的に増幅する垂直共振器を複数形成することにより、赤色が補色された演色性の高い白色光を得るこができる。また、視感度の高い緑色を増幅する垂直共振器を複数形成する場合には、発光効率を更に高めることができる。 Further, by forming a plurality of vertical resonators, it is possible to cope with a plurality of selected wavelengths. For example, light of both green and red wavelengths can be amplified. Specifically, by forming a plurality of vertical resonators that selectively amplify the red region that has become smaller in the Ce wavelength-converted light, a white light having a high color rendering property in which red is complemented is obtained. I can do this. In addition, when a plurality of vertical resonators that amplify green with high visibility are formed, the light emission efficiency can be further increased.
垂直共振器及び水平共振器により囲まれた範囲内では、光が往復することによりゲインを稼ぐことができるので、効率良く光を増幅することができる。故に、二元ＭＧＣ３００の結晶の厚さを薄くした場合でも、十分に黄色波長の光へ変換することができる。その場合、発光デバイスの出力として、青色の励起光５を二元ＭＧＣ３００の上方に透過させることができる利点もある。 In the range surrounded by the vertical resonator and the horizontal resonator, gain can be gained by reciprocating light, so that light can be efficiently amplified. Therefore, even when the thickness of the binary MGC 300 crystal is reduced, it can be sufficiently converted into light having a yellow wavelength. In that case, there is an advantage that the blue excitation light 5 can be transmitted above the binary MGC 300 as an output of the light emitting device.
結論としては、スペクトルを制御することにより、単色のＬＥＤと１個の波長変換素子とのシンプルな構成で、演色性の良い白色発光を含め、種々の混色光が効率よく得ることができる。また、青色ＬＥＤの数が増加することにより、高密度、高出力の発光を実現している。 As a conclusion, by controlling the spectrum, various color mixing light including white light emission with good color rendering can be efficiently obtained with a simple configuration of a single color LED and one wavelength conversion element. In addition, by increasing the number of blue LEDs, high-density and high-output light emission is realized.
本実施の形態によれば、変換光６が、金属反射鏡５００とＤＢＲ４２０との間で連続して往復反射するので、変換光６の光強度が増幅し、更に効率良く光を取り出すことができる。 According to the present embodiment, since the converted light 6 is continuously reciprocally reflected between the metal reflector 500 and the DBR 420, the light intensity of the converted light 6 is amplified and the light can be extracted more efficiently. .
本実施の形態によれば、ＤＢＲ４２０の膜厚を調整できるので、変換光６の波長（色度）や混色光を制御できる。 According to this embodiment, since the film thickness of DBR 420 can be adjusted, the wavelength (chromaticity) of the converted light 6 and the mixed color light can be controlled.
本実施の形態によれば、ＤＢＲ４２０を構成する多層膜の誘電体の屈折率，屈折率の異なる２種類の誘電体の屈折率差，層数などを調整できるので、変換光６の反射率を制御できる。 According to the present embodiment, the refractive index of the dielectric of the multilayer film constituting the DBR 420, the refractive index difference between two types of dielectrics having different refractive indices, the number of layers, and the like can be adjusted. Can be controlled.
本実施の形態によれば、水平方向に漏れ出す励起光５が、金属反射鏡５００により反射されて再び二元ＭＧＣ３００に入射し、ＹＡＧ相１００に結合されて黄色の変換光６として発光するので、更に効率良く光を取り出すことができる。 According to the present embodiment, the excitation light 5 leaking in the horizontal direction is reflected by the metal reflecting mirror 500 and is incident on the binary MGC 300 again, and is combined with the YAG phase 100 to emit yellow converted light 6. In addition, light can be extracted more efficiently.
１…青色ＬＥＤ部
２…放射部
５…励起光
６，６ａ，６ｂ…変換光
６ｂ’…反射光
１０…（ＬＥＤ）チップ
１１〜１４…ＬＥＤ
２０…ＹＡＧ蛍光体
４０…リードフレーム
４５…金ワイヤ
５０…金属カップ
６０…リードフレーム
６５…金ワイヤ
７０…エポキシ樹脂
８１〜８４…開口部
１００…ＹＡＧ相
２００…アルミナ相
３００，３１０…ＭＧＣ
４００，４１０，４２０，４５０，４６０…ＤＢＲ
５００，５１０…金属反射鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blue LED part 2 ... Radiation part 5 ... Excitation light 6, 6a, 6b ... Conversion light 6b '... Reflection light 10 ... (LED) chip 11-14 ... LED
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... YAG fluorescent substance 40 ... Lead frame 45 ... Gold wire 50 ... Metal cup 60 ... Lead frame 65 ... Gold wire 70 ... Epoxy resin 81-84 ... Opening part 100 ... YAG phase 200 ... Alumina phase 300, 310 ... MGC
400, 410, 420, 450, 460 ... DBR
500, 510 ... Metal reflector
Claims (8)
前記希土類元素を光励起することが可能な波長スペクトルを発光する光源と、
前記波長スペクトルを透過し、且つ、当該波長スペクトルの光励起によって変換された波長変換スペクトルを反射する前記複合結晶の表面に形成された分布反射構造と、
を有することを特徴とする発光デバイス。 A composite crystal in which a continuous single crystal having a continuous structure composed of at least one element doped with a rare earth element and another continuous single crystal having a continuous structure composed of at least one element are intertwined; ,
A light source emitting a wavelength spectrum capable of photoexciting the rare earth element;
A distributed reflection structure formed on the surface of the composite crystal that transmits the wavelength spectrum and reflects the wavelength conversion spectrum converted by optical excitation of the wavelength spectrum;
A light-emitting device comprising:
前記波長変換スペクトルは、前記分布反射構造と前記他の分布反射構造との間で連続して往復反射することを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。 Further having another distributed reflection structure formed at a position facing the distributed reflection structure across the composite crystal,
The light emitting device according to claim 1, wherein the wavelength conversion spectrum is continuously reflected back and forth between the distributed reflection structure and the other distributed reflection structure.
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