JP2012119121A - Light source device and lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置および照明装置に関する。 The present invention relates to a light source device and an illumination device.
従来、例えば特許文献1には、図1に示すように、励起光源10と、波長変換部材40とから構成された発光装置が示されている。ここで、励起光源10は、励起光を射出するための光源であり、後述する蛍光物質を励起することができる光を出射するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、LD、LED等を用いることができる。また、波長変換部材40は、励起光源10から出射される励起光の一部又は全部を吸収し、波長変換して所定の波長域の光、例えば、赤色、緑色、青色、さらにこれらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する光を放出し得るものであり、蛍光物質を用いることができる。なお、図1において、20は励起光源10からの光を波長変換部材40に導くための導光部材、30は被覆部材である。
Conventionally, for example,
ところで、従来の図1に示すような発光装置が、1つの励起光源10と、一本の導光部材20と、1つの波長変換部材40とから構成されている場合は、波長変換部材40に入射する励起光が1つの励起光源10からの励起光に限られているため、発光輝度の更なる向上が見込めない。
By the way, when the conventional light emitting device as shown in FIG. 1 is composed of one
また、一単位の発光装置を複数個搭載した発光装置とした場合であっても、発光装置の出力光束は向上するものの、1つの波長変換部材40に入射する励起光は1つの励起光源10からの励起光のみであるため、発光輝度は一単位の発光装置の場合と変わらない。
Even when the light emitting device includes a plurality of light emitting devices of one unit, although the output light flux of the light emitting device is improved, the excitation light incident on one
このように、従来では、発光輝度をより一層高めることができないことから、高輝度化には限界があった。 Thus, conventionally, there is a limit to increasing the luminance because the emission luminance cannot be further increased.
本発明は、従来に比べて、より一層の高輝度化を図ることの可能な光源装置および照明装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a light source device and an illuminating device capable of further increasing the brightness as compared with the conventional art.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する複数の固体光源と、該複数の固体光源からの光により励起され該複数の固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1つの蛍光体と、前記複数の固体光源にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の固体光源からの光を前記少なくとも1つの蛍光体へ反射、集光する複数の反射鏡とを備えていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention described in
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の光源装置において、前記複数の固体光源および前記複数の反射鏡が、所定の対称軸に対して回転対称に配置されていることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the light source device according to the first aspect, the plurality of solid state light sources and the plurality of reflecting mirrors are arranged in rotational symmetry with respect to a predetermined symmetry axis. Yes.
また、請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載の光源装置において、前記各固体光源は、主光軸を有しており、蛍光体が配置される側とは反対の側に所定の対称軸に対して主光軸が90°以内の角度で光を出射し、前記各固体光源にそれぞれ対応した各反射鏡は、前記各固体光源からの前記出射光の角度範囲を含めた回転楕円体の一部として反射面が構成され、前記各固体光源の発光部は、前記各反射鏡の反射面を構成する回転楕円体の第一焦点に配置され、前記少なくとも1つの蛍光体は、前記各反射鏡の反射面を構成する回転楕円体の第二焦点に配置されることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the light source device according to the first or second aspect, wherein each of the solid light sources has a main optical axis and is opposite to a side where the phosphor is disposed. The main optical axis emits light at an angle of 90 ° or less with respect to a predetermined symmetry axis, and each reflecting mirror corresponding to each solid light source includes an angle range of the emitted light from each solid light source. A reflecting surface is formed as a part of the spheroid, and the light emitting portion of each solid-state light source is disposed at the first focal point of the spheroid forming the reflecting surface of each reflecting mirror, and the at least one phosphor Is arranged at the second focal point of the spheroid constituting the reflecting surface of each reflecting mirror.
また、請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3記載の光源装置が用いられていることを特徴とする照明装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an illuminating device in which the light source device according to the first to third aspects is used.
請求項1乃至請求項4記載の発明によれば、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する複数の固体光源と、該複数の固体光源からの光により励起され該複数の固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1つの蛍光体と、前記複数の固体光源にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の固体光源からの光を前記少なくとも1つの蛍光体へ反射、集光する複数の反射鏡とを備えているので、少なくとも1つの蛍光体には、複数の固体光源からの光を集光させることができ、従来に比べてより一層の高輝度化が可能となる。 According to the first to fourth aspects of the present invention, a plurality of solid-state light sources that emit light of a predetermined wavelength in a wavelength region from ultraviolet light to visible light, and excitation by light from the plurality of solid-state light sources And at least one phosphor that emits fluorescence having a wavelength longer than the emission wavelength of the plurality of solid light sources, and provided corresponding to the plurality of solid light sources, respectively. Since it includes a plurality of reflecting mirrors that reflect and condense to one phosphor, light from a plurality of solid state light sources can be collected on at least one phosphor, which is much higher than in the past. High brightness can be achieved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の光源装置は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する複数の固体光源(半導体光源)と、該複数の固体光源からの光により励起され該複数の固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1つの蛍光体と、前記複数の固体光源にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の固体光源からの光を前記少なくとも1つの蛍光体へ反射、集光する複数の反射鏡とを備えていることを特徴としている。 The light source device of the present invention includes a plurality of solid light sources (semiconductor light sources) that emit light having a predetermined wavelength in a wavelength region from ultraviolet light to visible light, and the plurality of light sources that are excited by light from the plurality of solid light sources. At least one phosphor that emits fluorescence having a longer wavelength than the emission wavelength of the solid light source, and the plurality of solid light sources, respectively, and the light from the plurality of solid light sources is supplied to the at least one phosphor. And a plurality of reflecting mirrors that reflect and collect light.
ここで、複数の各固体光源(半導体光源)には、紫外光から可視光領域に発光波長をもつ発光ダイオードや半導体レーザーなどが使用可能である。 Here, for each of the plurality of solid-state light sources (semiconductor light sources), a light-emitting diode or a semiconductor laser having a light emission wavelength from the ultraviolet light to the visible light region can be used.
より具体的に、各固体光源には、例えば、InGaN系の材料を用いた発光波長が約380nmないし約400nm程度の近紫外光を発光する発光ダイオードや半導体レーザーなどを用いることができる。この場合、蛍光体としては、波長が約380nmないし約400nmの紫外光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体には、CaAlSiN3:Eu2+、Ca2Si5N8:Eu2+、La2O2S:Eu3+、KSiF6:Mn4+、KTiF6:Mn4+などを用いることができ、緑色蛍光体には、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+、BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+、(Si,Al)6(O,N)8:Eu2+などを用いることができ、青色蛍光体には、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6C12:Eu2+、LaAl(Si,Al)6(O,N)10:Ce3+ 、BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+などを用いることができる。 More specifically, for each solid-state light source, for example, a light emitting diode or a semiconductor laser that emits near ultraviolet light having an emission wavelength of about 380 nm to about 400 nm using an InGaN-based material can be used. In this case, the phosphor is excited by ultraviolet light having a wavelength of about 380 nm to about 400 nm. For example, the red phosphor includes CaAlSiN 3 : Eu 2+ , Ca 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , La 2 O 2 S: Eu 3+ , KSiF 6 : Mn 4+ , KTiF 6 : Mn 4+ and the like can be used, and (Ba, Sr) 2 SiO 4 : Eu 2+ , BaMgAl 10 O 17 : Eu can be used as a green phosphor. 2+ , Mn 2+ , (Si, Al) 6 (O, N) 8 : Eu 2+ and the like can be used, and (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 C 12 can be used as a blue phosphor. : Eu 2+ , LaAl (Si, Al) 6 (O, N) 10 : Ce 3+ , BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ , Mn 2+ and the like can be used.
また、各固体光源には、例えば、GaN系の材料を用いた発光波長が約460nm程度の青色光を発光する発光ダイオードや半導体レーザーなどを用いることができる。この場合、蛍光体としては、波長が約440nmないし約470nmの青色光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体には、CaAlSiN3:Eu2+、Ca2Si5N8:Eu2+、KSiF6:Mn4+、KTiF6:Mn4+などを用いることができ、黄色蛍光体には、Y3Al5O12:Ce3+(YAG)、(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、Cax(Si,Al)12(O,N)16:Eu2+などを用いることができ、緑色蛍光体には、Y3(Ga,Al)5O12:Ce3+、Ca3Sc2Si3O12:Ce3+、CaSc2O4:Eu2+、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+、Ba3Si6O12N2:Eu2+、(Si,Al)6(O,N)8:Eu2+などを用いることができる。 For each solid-state light source, for example, a light emitting diode or semiconductor laser that emits blue light having a light emission wavelength of about 460 nm using a GaN-based material can be used. In this case, the phosphor is excited by blue light having a wavelength of about 440 nm to about 470 nm. For example, the red phosphor includes CaAlSiN 3 : Eu 2+ , Ca 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , KSiF. 6 : Mn 4+ , KTiF 6 : Mn 4+ and the like can be used. For the yellow phosphor, Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (YAG), (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu 2+ , Ca x (Si, Al) 12 (O, N) 16 : Eu 2+ or the like can be used, and for the green phosphor, Y 3 (Ga, Al) 5 O 12 : Ce 3+ , Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ , CaSc 2 O 4 : Eu 2+ , (Ba, Sr) 2 SiO 4 : Eu 2+ , Ba 3 Si 6 O 12 N 2 : Eu 2+ , (Si, Al) 6 (O , N) 8 : Eu 2+ or the like.
蛍光体としては、これらの蛍光体粉末をガラス中に分散させたものや、ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体、樹脂などの結合部材を含まない蛍光体セラミックスなどを用いることができる。蛍光体粉末をガラス中に分散させたものの具体例としては、上に列挙した組成の蛍光体粉末をP2O3、SiO2、B2O3、Al2O3などの成分を含むガラス中に分散したものが挙げられる。ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体としては、Ce3+やEu2+を付活剤として添加したCa−Si−Al−O−N系やY−Si−Al−O−N系などの酸窒化物系ガラス蛍光体が挙げられる。蛍光体セラミックスとしては、上に列挙した組成の蛍光体組成からなり、樹脂成分を実質的に含まない焼結体が挙げられる。これらの中でも透光性を有する蛍光体セラミックスを使用することが望ましい。これは、焼結体中に光の散乱の原因になるポアや粒界の不純物がほとんど存在しないために透光性を有するに至った蛍光体セラミックスである。ポアや不純物は熱拡散を妨げる原因にもなるため、透光性セラミックスは高い熱伝導率を示す。このため蛍光体層とした利用した場合には励起光や蛍光を拡散により失うことなく蛍光体層から取り出して利用でき、さらに蛍光体層で発生した熱を効率良く放散することができる。透光性を示さない焼結体でもできるだけポアや不純物の少ないものが望ましい。ポアの残存量を評価する指標としては蛍光体セラミックスの比重の値を用いることができ、その値が計算される理論値に対して95%以上のものが望ましい。 As the phosphor, those in which these phosphor powders are dispersed in glass, a glass phosphor in which a luminescent center ion is added to a glass matrix, a phosphor ceramic not including a binding member such as a resin, and the like can be used. . As a specific example of the phosphor powder dispersed in glass, the phosphor powder having the composition listed above is contained in a glass containing components such as P 2 O 3 , SiO 2 , B 2 O 3 , and Al 2 O 3. Are dispersed. Examples of glass phosphors in which a luminescent center ion is added to a glass matrix include Ca—Si—Al—O—N and Y—Si—Al—O—N systems in which Ce 3+ or Eu 2+ is added as an activator. Examples thereof include oxynitride glass phosphors. Examples of the phosphor ceramic include a sintered body having a phosphor composition having the composition listed above and substantially not including a resin component. Among these, it is desirable to use a phosphor ceramic having translucency. This is a phosphor ceramic that has translucency because there are almost no pores or impurities at grain boundaries that cause light scattering in the sintered body. Since pores and impurities can also prevent thermal diffusion, translucent ceramics exhibit high thermal conductivity. For this reason, when used as a phosphor layer, excitation light and fluorescence can be taken out from the phosphor layer without being lost by diffusion, and heat generated in the phosphor layer can be efficiently dissipated. Even a sintered body that does not show translucency is desirable to have as few pores and impurities as possible. As an index for evaluating the remaining amount of pores, the value of specific gravity of the phosphor ceramic can be used, and it is desirable that the value is 95% or more with respect to the theoretical value by which the value is calculated.
ここで、青色励起の黄色発光蛍光体であるY3Al5O12:Ce3+蛍光体を例に、透光性を有する蛍光体セラミックスの製造方法を説明する。蛍光体セラミックスは出発原料の混合工程、成形工程、焼成工程、加工工程を経て製造される。出発原料には、酸化イットリウムや酸化セリウムやアルミナなど、Y3Al5O12:Ce3+蛍光体の構成元素の酸化物や、焼成後に酸化物となる炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩などを用いる。出発原料の粒径はサブミクロンサイズのものが望ましい。これらの原料を化学量論比となるように秤量する。このとき焼成後のセラミックスの透過率向上を目的として、カルシウムやシリコンなどの化合物を添加することも可能である。秤量した原料は、水もしくは有機溶剤を用い、湿式ボールミルにより十分に分散、混合を行う。次に混合物を所定の形状に成形する。成形方法としては、一軸加圧法、冷間静水圧法、スリップキャスティング法や射出成形法などを用いることができる。得られた成形体を1600〜1800℃で焼成する。これにより、透光性のY3Al5O12:Ce3+蛍光体セラミックスを得ることができる。 Here, a method of manufacturing a phosphor ceramic having translucency will be described by taking as an example a Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ phosphor which is a blue-excited yellow light-emitting phosphor. The phosphor ceramic is manufactured through a starting material mixing step, a forming step, a firing step, and a processing step. As the starting material, an oxide of a constituent element of Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ phosphor such as yttrium oxide, cerium oxide, or alumina, or a carbonate, nitrate, sulfate, or the like that becomes an oxide after firing is used. The particle size of the starting material is preferably a submicron size. These raw materials are weighed so as to have a stoichiometric ratio. At this time, for the purpose of improving the transmittance of the ceramic after firing, it is also possible to add a compound such as calcium or silicon. The weighed raw materials are sufficiently dispersed and mixed by a wet ball mill using water or an organic solvent. Next, the mixture is formed into a predetermined shape. As the molding method, a uniaxial pressing method, a cold isostatic pressing method, a slip casting method, an injection molding method, or the like can be used. The obtained molded body is fired at 1600 to 1800 ° C. Thus, translucent Y 3 Al 5 O 12: Ce 3+ phosphor ceramic can be obtained.
以上のようにして作製した蛍光体セラミックスは、自動研磨装置などを用いて、厚さ数十〜数百μmの厚みに研磨し、さらに、ダイアモンドカッターやレーザーを用いたダイシングやスクライブにより、円形や四角形や扇形、リング形など任意の形状の板に切り出して使用する。 The phosphor ceramic produced as described above is polished to a thickness of several tens to several hundreds of μm using an automatic polishing apparatus and the like, and is further rounded by dicing or scribing using a diamond cutter or laser. Cut out to a board of any shape such as a square, fan or ring.
ここで、蛍光体セラミックスは、空気に対して屈折率が高く、さらに、内部にポアなどの散乱の原因となるものが少なく、光がセラミックス内部を導波するため、板状に成形した場合には側面から出射される発光成分が増加し、正面方向へ出射される発光成分が減少してしまう。この問題を解決するために、セラミックスの表面にエッチングにより凹凸の光取り出し構造を設けたり、レンズを実装したり、側面に反射層を設けることで、正面方向へ出射される発光成分を増加させることも可能である。 Here, phosphor ceramics have a high refractive index with respect to air, and there are few things that cause scattering such as pores inside, and light is guided inside the ceramics. The light emission component emitted from the side surface increases, and the light emission component emitted in the front direction decreases. In order to solve this problem, the light emission component emitted in the front direction can be increased by providing an uneven light extraction structure by etching on the ceramic surface, mounting a lens, or providing a reflective layer on the side surface. Is also possible.
また、本発明の光源装置において、前記複数の固体光源および前記複数の反射鏡は、所定の対称軸に対して回転対称に配置されている。例えば、後述の例のように、前記複数の固体光源および前記複数の反射鏡は、所定の対称軸を中心に120°の間隔でそれぞれ3個づつ配置され、あるいは、所定の対称軸を中心に90°の間隔でそれぞれ4個づつ配置されている。なお、これらの例の他にも種々の配置をとることができる。すなわち、前記複数の固体光源および前記複数の反射鏡は、所定の対称軸を中心に所定の角度間隔でそれぞれ所定の個数づつ配置されているものであれば、任意の個数、配置をとることができる。 In the light source device of the present invention, the plurality of solid light sources and the plurality of reflecting mirrors are arranged rotationally symmetrically with respect to a predetermined symmetry axis. For example, as in the example described later, the plurality of solid state light sources and the plurality of reflecting mirrors are arranged three by three at intervals of 120 ° around a predetermined symmetry axis, or centered on a predetermined symmetry axis. Four pieces are arranged at intervals of 90 °. In addition to these examples, various arrangements can be employed. That is, the plurality of solid-state light sources and the plurality of reflecting mirrors may be arranged in any number and arrangement as long as a predetermined number is arranged at predetermined angular intervals around a predetermined axis of symmetry. it can.
また、本発明の光源装置において、前記各固体光源は、主光軸Cを有しており、図2に示すように、蛍光体が配置される側とは反対の側に所定の対称軸Aに対して主光軸Cが90°以内の角度θで光を出射するように配置されている。 In the light source device of the present invention, each of the solid light sources has a main optical axis C. As shown in FIG. 2, a predetermined symmetry axis A is provided on the side opposite to the side where the phosphor is disposed. The main optical axis C is arranged so as to emit light at an angle θ within 90 °.
また、本発明の光源装置において、各固体光源にそれぞれ対応した各反射鏡は、前記各固体光源からの前記出射光の角度範囲を含めた回転楕円体の一部として反射面が構成され、前記各固体光源の発光部は、前記各反射鏡の反射面を構成する回転楕円体の第一焦点に配置され、前記少なくとも1つの蛍光体は、前記各反射鏡の反射面を構成する回転楕円体の第二焦点に配置される。 Further, in the light source device of the present invention, each reflecting mirror corresponding to each solid light source has a reflecting surface as a part of a spheroid including an angular range of the emitted light from each solid light source, The light emitting unit of each solid-state light source is disposed at the first focal point of a spheroid that constitutes the reflecting surface of each reflecting mirror, and the at least one phosphor is a spheroid that constitutes the reflecting surface of each reflecting mirror. Of the second focus.
すなわち、前記複数の固体光源および前記複数の反射鏡が、所定の対称軸を中心に120°の間隔でそれぞれ3個づつ配置される場合には、複数の(3つの)反射鏡の反射面は、3つの回転楕円体の一部として構成され、また、前記複数の固体光源および前記複数の反射鏡が、所定の対称軸を中心に90°の間隔でそれぞれ4個づつ配置される場合には、複数の(4つの)反射鏡の反射面は、4つの回転楕円体の一部として構成される。この際、各固体光源の発光部は、各回転楕円体の第一焦点に配置され、少なくとも1つの蛍光体は、各回転楕円体の第二焦点に配置される。 That is, when the plurality of solid light sources and the plurality of reflecting mirrors are arranged three by 120 at intervals of 120 ° around a predetermined axis of symmetry, the reflecting surfaces of the plurality of (three) reflecting mirrors are When configured as a part of three spheroids, and when each of the plurality of solid light sources and the plurality of reflecting mirrors are arranged four by 90 ° about a predetermined axis of symmetry The reflecting surfaces of the (four) reflecting mirrors are configured as a part of four spheroids. At this time, the light emitting portion of each solid light source is disposed at the first focal point of each spheroid, and at least one phosphor is disposed at the second focal point of each spheroid.
図3(a),(b),(c)には、前記複数の固体光源および前記複数の反射鏡が、所定の対称軸を中心に120°の間隔でそれぞれ3個づつ配置される場合における、少なくとも1つの蛍光体の例が示されている。図3(a),(b)の例では、少なくとも1つの蛍光体として、1つの蛍光体(共通の蛍光体)2が用いられる場合が示されており、この場合、図3(a)のように複数の(3つの)固体光源からの励起光を複数の(3つの)反射鏡によって1つの蛍光体(共通の蛍光体)2のほぼ同じ位置P0に集光させることもできるし、あるいは、図3(b)のように複数の(3つの)固体光源からの励起光を複数の(3つの)反射鏡によって1つの蛍光体(共通の蛍光体)2の互いに少し離れた位置P1,P2,P3に集光させることもできる。 3 (a), 3 (b), and 3 (c), the plurality of solid state light sources and the plurality of reflecting mirrors are arranged three by three at intervals of 120 ° around a predetermined axis of symmetry. An example of at least one phosphor is shown. In the example of FIGS. 3A and 3B, a case where one phosphor (common phosphor) 2 is used as at least one phosphor is shown. In this case, the case of FIG. In this way, excitation light from a plurality of (three) solid light sources can be condensed at substantially the same position P0 of one phosphor (common phosphor) 2 by a plurality of (three) reflectors, or As shown in FIG. 3B, excitation light from a plurality of (three) solid-state light sources is placed at a position P1, which is slightly separated from one phosphor (common phosphor) 2 by a plurality of (three) reflectors. It can also be condensed on P2 and P3.
ここで、図3(a),(b)の例では、複数の(3つの)固体光源が紫外光を発光するものである場合、1つの蛍光体2は、例えば、青、緑、赤色などの蛍光体のうち、少なくとも1種類の蛍光体を含んでいる。複数の(3つの)固体光源が紫外光を発光するものである場合、1つの蛍光体2が、例えば、青、緑、赤色の蛍光体を含んでいるときには(青、緑、赤色の蛍光体のそれぞれが例えば均一に分散されて混合されたものとなっているときには)、複数の(3つの)固体光源からの紫外光を1つの蛍光体2に照射するとき、白色光などを得ることができる。また、複数の(3つの)固体光源が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層2は、例えば、緑、赤、黄色などの蛍光体のうち、少なくとも1種類の蛍光体を含んでいる。複数の(3つの)固体光源が可視光として青色光を発光するものである場合、1つの蛍光体2が、例えば、緑、赤色の蛍光体を含んでいるときには(緑、赤色の蛍光体のそれぞれが例えば均一に分散されて混合されたものになっているときには)、複数の(3つの)固体光源からの青色光を1つの蛍光体2に照射するとき、白色光などを得ることができる。また、複数の(3つの)固体光源が可視光として青色光を発光するものである場合、1つの蛍光体2が、例えば、黄色の蛍光体だけを含んでいるときには、複数の(3つの)固体光源からの青色光を1つの蛍光体2に照射するとき、白色光などを得ることができる。
Here, in the example of FIGS. 3A and 3B, when a plurality of (three) solid light sources emit ultraviolet light, one
また、図3(c)の例では、少なくとも1つの蛍光体として、3つの蛍光体2a,2b,2cが用いられる場合が示されており、この場合、複数の(3つの)固体光源からの励起光を複数の(3つの)反射鏡によって3つの蛍光体2a,2b,2cの各位置P4,P5,P6に集光させることもできる。ここで、3つの蛍光体2a,2b,2cとしては、互いに異なる種類の蛍光体(例えば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体)を用いることができ、3つの蛍光体2a,2b,2cとして、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体が用いられる場合には、複数の(3つの)固体光源として、発光波長が約380nmないし約400nm程度の近紫外光を発光する発光ダイオードや半導体レーザーなどを用いることができ、このときには、全体として白色光を出射させることができる。 In the example of FIG. 3C, a case where three phosphors 2a, 2b, and 2c are used as at least one phosphor is shown. In this case, a plurality of (three) solid light sources are used. The excitation light can also be condensed at positions P4, P5 and P6 of the three phosphors 2a, 2b and 2c by a plurality of (three) reflecting mirrors. Here, as the three phosphors 2a, 2b, and 2c, different types of phosphors (for example, a red phosphor, a green phosphor, and a blue phosphor) can be used, and the three phosphors 2a, 2b, 2c, when a red phosphor, a green phosphor, and a blue phosphor are used, a light emitting diode that emits near-ultraviolet light having an emission wavelength of about 380 nm to about 400 nm as a plurality of (three) solid light sources, A semiconductor laser or the like can be used, and at this time, white light can be emitted as a whole.
いずれにしても、本発明では、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する複数の固体光源と、該複数の固体光源からの光により励起され該複数の固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1つの蛍光体と、前記複数の固体光源にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の固体光源からの光を前記少なくとも1つの蛍光体へ反射、集光する複数の反射鏡とを備えているので、少なくとも1つの蛍光体には、複数の固体光源からの光を集光させることができ、従来に比べてより一層の高輝度化が可能となる。 In any case, in the present invention, a plurality of solid light sources that emit light of a predetermined wavelength in a wavelength region from ultraviolet light to visible light, and the plurality of solid light sources that are excited by light from the plurality of solid light sources. At least one phosphor that emits fluorescence having a wavelength longer than the light emission wavelength of the light source and the plurality of solid light sources are provided in correspondence with each other, and light from the plurality of solid light sources is reflected to the at least one phosphor Because it has a plurality of reflecting mirrors that collect light, light from a plurality of solid-state light sources can be condensed on at least one phosphor, which can further increase brightness It becomes.
次に、本発明の光源装置をより具体的に説明する。 Next, the light source device of the present invention will be described more specifically.
図4(a),(b),(c)は本発明の光源装置の第1の具体例を示す図であり、図4(a)は斜視図、図4(b)は図4(a)を所定の対称軸(矢印)Aの方向から見たときの平面図、図4(c)は図4(b)のB−B線における断面図である。図4(a),(b),(c)において、符号5a,5b,5cは3つの固体光源(半導体光源)であり、符号4a,4b,4cは3つの反射鏡であり、符号2は1つの蛍光体(共通の蛍光体)であり、符号6a,6b,6cは蛍光体支持部材である。
4 (a), 4 (b), and 4 (c) are diagrams showing a first specific example of the light source device of the present invention, FIG. 4 (a) is a perspective view, and FIG. 4 (b) is FIG. ) Is a plan view when viewed from the direction of a predetermined symmetry axis (arrow) A, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4A, 4B, and 4C,
図4(a),(b),(c)の光源装置では、3つの固体光源(半導体光源)5a,5b,5cが、所定の対称軸Aを中心に120°の間隔でそれぞれ配置されている。各固体光源(半導体光源)5a,5b,5cからの光の出射方向は、それぞれに対応する反射鏡4a,4b,4cに向かう方向であり、図4(a),(b),(c)の例では所定の対称軸Aに対して各固体光源5a,5b,5cの主光軸Cがおよそ45°の角度θ(図2を参照)をなしている。
4A, 4B, and 4C, three solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, and 5c are arranged at intervals of 120 ° about a predetermined symmetry axis A, respectively. Yes. The light emission directions from the respective solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, and 5c are directions toward the corresponding reflecting
また、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5cには給電部(図示せず)を通して必要な電流が供給され、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5cは、それぞれに対応する反射鏡4a,4b,4cに対して精密に位置決めした上で、固定用および放熱用の部材(図示せず)に取り付けられる。
The solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, and 5c are supplied with necessary currents through a power feeding unit (not shown), and the solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, and 5c are respectively corresponding reflections. After being positioned precisely with respect to the
また、各反射鏡4a,4b,4cは、それぞれに対応する各固体光源(半導体光源)5a,5b,5cに対向するように配置された区分反射面をそれぞれ有し、それぞれの区分反射面(3つの区分反射面)は、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5cの位置を第一焦点、所定の対称軸A上に配置された蛍光体2上の位置を第二焦点として共有する回転楕円面となっている。
Each of the reflecting
また、蛍光体2は、各反射鏡4a,4b,4cの区分反射面の第二焦点上に配置され、回転対称に配置された3つの区分反射面の境界線に沿って蛍光体支持部材6a,6b,6cによって固定部(図示せず)に支持されている。蛍光体支持部材6a,6b,6cは、例えば金属等の材料を用いることで蛍光体2の放熱に有効である。
In addition, the
図4(a),(b),(c)の光源装置では、蛍光体2には、3つの各固体光源(半導体光源)5a,5b,5cのそれぞれから出射し3つの各反射鏡4a,4b,4cの反射面(3枚の反射面)によって反射、集光された光線が入射し、蛍光体2によって波長変換されて発光出力される。このように、蛍光体2には、3枚の反射面によって集光された光線が入射するので(3つの固体光源5a,5b,5cからの光を集光させることができるので)、従来に比べてより一層の高輝度化が可能となる。
In the light source device shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, the
また、図5(a),(b),(c)は本発明の光源装置の第2の具体例を示す図であり、図5(a)は斜視図、図5(b)は図5(a)を所定の対称軸(矢印)Aの方向から見たときの平面図、図5(c)は図5(b)のB−B線における断面図である。図5(a),(b),(c)において、符号5a,5b,5c,5dは4つの固体光源(半導体光源)であり、符号4a,4b,4c,4dは4つの反射鏡であり、符号2は1つの蛍光体(共通の蛍光体)であり、符号6a,6b,6c,6dは蛍光体支持部材である。
FIGS. 5A, 5B, and 5C are views showing a second specific example of the light source device of the present invention. FIG. 5A is a perspective view, and FIG. 5B is FIG. FIG. 5A is a plan view when (a) is viewed from the direction of a predetermined symmetry axis (arrow) A, and FIG. 5C is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. In FIGS. 5A, 5B, and 5C,
図5(a),(b),(c)の光源装置では、4つの固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dが、所定の対称軸Aを中心に90°の間隔でそれぞれ配置されている。各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dからの光の出射方向は、それぞれに対応する反射鏡4a,4b,4c,4dに向かう方向であり、図5(a),(b),(c)の例では所定の対称軸Aに対して各固体光源5a,5b,5c,5dの主光軸Cがおよそ45°の角度θ(図2を参照)をなしている。
5A, 5B, and 5C, four solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, 5c, and 5d are arranged at intervals of 90 ° about a predetermined symmetry axis A, respectively. Has been. The light emission directions from the respective solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, 5c, and 5d are directions toward the corresponding reflecting
また、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dには給電部(図示せず)を通して必要な電流が供給され、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dは、それぞれに対応する反射鏡4a,4b,4c,4dに対して精密に位置決めした上で、固定用および放熱用の部材(図示せず)に取り付けられる。
The solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, 5c, and 5d are supplied with necessary currents through a power feeding unit (not shown), and the solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, 5c, and 5d are respectively Are precisely positioned with respect to the reflecting
また、各反射鏡4a,4b,4c,4dは、それぞれに対応する各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dに対向するように配置された区分反射面をそれぞれ有し、それぞれの区分反射面(4つの区分反射面)は、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dの位置を第一焦点、所定の対称軸A上に配置された蛍光体2上の位置を第二焦点として共有する回転楕円面となっている。
Moreover, each reflecting
また、蛍光体2は、各反射鏡4a,4b,4c,4dの区分反射面の第二焦点上に配置され、回転対称に配置された4つの区分反射面の境界線に沿って蛍光体支持部材6a,6b,6c,6dによって固定部(図示せず)に支持されている。蛍光体支持部材6a,6b,6c,6dは、例えば金属等の材料を用いることで蛍光体2の放熱に有効である。
In addition, the
図5(a),(b),(c)の光源装置では、蛍光体2には、4つの各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dのそれぞれから出射し4つの各反射鏡4a,4b,4c,4dの反射面(4枚の反射面)によって反射、集光された光線が入射し、蛍光体2によって波長変換されて発光出力される。このように、蛍光体2には、4枚の反射面によって集光された光線が入射するので(4つの固体光源5a,5b,5c,5dからの光を集光させることができるので)、従来に比べてより一層の高輝度化が可能となる。
In the light source device shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the
また、図6(a),(b),(c)は本発明の光源装置の第3の具体例を示す図であり、図6(a)は斜視図、図6(b)は図6(a)を所定の対称軸(矢印)Aの方向から見たときの平面図、図6(c)は図6(b)のB−B線における断面図である。図6(a),(b),(c)において、符号5a,5b,5c,5dは4つの固体光源(半導体光源)であり、符号4a,4b,4c,4dは4つの反射鏡であり、符号2は1つの蛍光体(共通の蛍光体)である。なお、図6(a),(b),(c)において、蛍光体支持部材は図示を省略している。
FIGS. 6A, 6B, and 6C are views showing a third specific example of the light source device of the present invention. FIG. 6A is a perspective view, and FIG. 6B is FIG. FIG. 6A is a plan view when (a) is viewed from the direction of a predetermined axis of symmetry (arrow) A, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In FIGS. 6A, 6B, and 6C,
第3の具体例の光源装置は、第2の具体例の光源装置に対して反射鏡4a,4b,4c,4dと蛍光体2の位置関係を変更したものである。すなわち、図6(a),(b),(c)の光源装置では、4つの固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dが、所定の対称軸Aを中心に90°の間隔でそれぞれ配置されている。そして、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dからの光の出射方向は、それぞれに対応する反射鏡4a,4b,4c,4dに向かう方向であり、図6(a),(b),(c)の例では所定の対称軸Aに対して各固体光源5a,5b,5c,5dの主光軸Cがおよそ13°の角度θ(図2を参照)をなしている。
The light source device of the third specific example is obtained by changing the positional relationship between the reflecting
また、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dには給電部(図示せず)を通して必要な電流が供給され、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dは、それぞれに対応する反射鏡4a,4b,4c,4dに対して精密に位置決めした上で、固定用および放熱用の部材(図示せず)に取り付けられる。
The solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, 5c, and 5d are supplied with necessary currents through a power feeding unit (not shown), and the solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, 5c, and 5d are respectively Are precisely positioned with respect to the reflecting
また、各反射鏡4a,4b,4c,4dは、それぞれに対応する各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dに対向するように配置された区分反射面をそれぞれ有し、それぞれの区分反射面(4つの区分反射面)は、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dの位置を第一焦点、所定の対称軸A上に配置された蛍光体2上の位置を第二焦点として共有する回転楕円面となっている。
Moreover, each reflecting
図6(a),(b),(c)の光源装置では、蛍光体2には、4つの各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dのそれぞれから出射し4つの各反射鏡4a,4b,4c,4dの反射面(4枚の反射面)によって反射、集光された光線が入射し、蛍光体2によって波長変換されて発光出力される。このように、蛍光体2には、4枚の反射面によって集光された光線が入射するので(4つの固体光源5a,5b,5c,5dからの光を集光させることができるので)、従来に比べてより一層の高輝度化が可能となる。
In the light source device of FIGS. 6A, 6B, and 6C, the
また、図7(a),(b),(c)は本発明の光源装置の第4の具体例を示す図であり、図7(a)は斜視図、図7(b)は図7(a)を所定の対称軸(矢印)Aの方向から見たときの平面図、図7(c)は図7(b)のB−B線における断面図である。図7(a),(b),(c)において、符号5a,5b,5c,5dは4つの固体光源(半導体光源)であり、符号4a,4b,4c,4dは4つの反射鏡であり、符号2は1つの蛍光体(共通の蛍光体)である。なお、図7(a),(b),(c)において、蛍光体支持部材は図示を省略している。
FIGS. 7A, 7B, and 7C are views showing a fourth specific example of the light source device of the present invention. FIG. 7A is a perspective view, and FIG. FIG. 7A is a plan view when (a) is viewed from the direction of a predetermined symmetry axis (arrow) A, and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 7B. In FIGS. 7A, 7B, and 7C,
第4の具体例の光源装置は、第2の具体例の光源装置に対して反射鏡4a,4b,4c,4dと蛍光体2の位置関係を変更したものである。すなわち、図7(a),(b),(c)の光源装置では、4つの固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dが、所定の対称軸Aを中心に90°の間隔でそれぞれ配置されている。そして、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dからの光の出射方向は、それぞれに対応する反射鏡4a,4b,4c,4dに向かう方向であり、図7(a),(b),(c)の例では所定の対称軸Aに対して各固体光源5a,5b,5c,5dの主光軸Cがおよそ22°の角度θ(図2を参照)をなしている。
The light source device of the fourth specific example is obtained by changing the positional relationship between the reflecting
また、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dには給電部(図示せず)を通して必要な電流が供給され、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dは、それぞれに対応する反射鏡4a,4b,4c,4dに対して精密に位置決めした上で、固定用および放熱用の部材(図示せず)に取り付けられる。
The solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, 5c, and 5d are supplied with necessary currents through a power feeding unit (not shown), and the solid-state light sources (semiconductor light sources) 5a, 5b, 5c, and 5d are respectively Are precisely positioned with respect to the reflecting
また、各反射鏡4a,4b,4c,4dは、それぞれに対応する各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dに対向するように配置された区分反射面をそれぞれ有し、それぞれの区分反射面(4つの区分反射面)は、各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dの位置を第一焦点、所定の対称軸A上に配置された蛍光体2上の位置を第二焦点として共有する回転楕円面となっている。
Moreover, each reflecting
図7(a),(b),(c)の光源装置では、蛍光体2には、4つの各固体光源(半導体光源)5a,5b,5c,5dのそれぞれから出射し4つの各反射鏡4a,4b,4c,4dの反射面(4枚の反射面)によって反射、集光された光線が入射し、蛍光体2によって波長変換されて発光出力される。このように、蛍光体2には、4枚の反射面によって集光された光線が入射するので(4つの固体光源5a,5b,5c,5dからの光を集光させることができるので)、従来に比べてより一層の高輝度化が可能となる。
In the light source device of FIGS. 7A, 7B, and 7C, the
このように、本発明によれば、複数の各固体光源(半導体光源)からの励起光を蛍光体に集光させることで、単独の固体光源(半導体光源)の場合と比較して、発光輝度をより一層向上させることができる。 As described above, according to the present invention, the excitation light from each of the plurality of solid state light sources (semiconductor light sources) is condensed on the phosphor, so that the emission luminance is higher than that in the case of a single solid state light source (semiconductor light source). Can be further improved.
また、本発明の上述した光源装置を所定のレンズ系などの光学部品と組み合わせることで、高輝度化が可能な照明装置を提供できる。 Further, by combining the above-described light source device of the present invention with an optical component such as a predetermined lens system, an illumination device capable of increasing the brightness can be provided.
本発明は、ヘッドランプ等の車両用照明や一般照明などに利用可能である。 The present invention can be used for vehicle lighting such as headlamps and general lighting.
2、2a,2b,2c 蛍光体
4a,4b,4c,4d 反射鏡
5a,5b,5c,5d 固体光源
6a,6b,6c,6d 蛍光体支持部材
2, 2a, 2b,
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