JP2012190555A - Sintered light emitter, light-emitting device, illumination apparatus, vehicle headlight, and method for manufacturing sintered light emitter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a sintered light emitter capable of dissipating heat of a light-emitting portion through reduction in thermal resistance of the light-emitting portion.SOLUTION: The light-emitting portion 7 is made by sintering a ceramic material and a fluorescent substance which emits light when irradiated with a laser beam emitted from a semiconductor laser 3 after forming the ceramic material and the fluorescent substance into a compact while using a binder. The ceramic material includes alumina or aluminum nitride, and the light-emitting portion 7 is made by injection-molding a mixture of the ceramic material, the fluorescent substance and the binder, and sintering it. A fluorescent substance particle 16 is an oxynitride fluorescent substance or a fluorescent substance nanoparticle.

Description

本発明は、高輝度光源として機能する焼結発光体、その焼結発光体を備えた発光装置並びに、当該発光装置を備えた照明装置、車両用前照灯、及び焼結発光体の作製方法に関する。   The present invention relates to a sintered light-emitting body that functions as a high-intensity light source, a light-emitting device including the sintered light-emitting body, an illumination device including the light-emitting device, a vehicle headlamp, and a method for manufacturing the sintered light-emitting body About.

近年、励起光源として発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)や半導体レーザ(LD;Laser Diode)等の半導体発光素子を用い、これらの励起光源から生じた励起光を、蛍光体を含む発光部に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いる発光装置の研究が盛んになってきている。   In recent years, semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) are used as excitation light sources, and excitation light generated from these excitation light sources is emitted to light emitting units including phosphors. Research on light-emitting devices that use fluorescence generated by the above as illumination light has become active.

このような発光装置に関する技術の例として特許文献1に開示された灯具がある。この灯具では、高輝度光源を実現するために、励起光源として半導体レーザを用いている。半導体レーザから発振されるレーザ光は、コヒーレントな光であるため、指向性が強く、当該レーザ光を励起光として無駄なく集光し、利用することができる。このような半導体レーザを励起光源として用いた発光装置(LD発光装置と称する)を車両用ヘッドランプに好適に適用することができる。励起光源として半導体レーザを用いることにより、LEDでは実現し得なかった高輝度の光源を実現できる。   An example of a technique related to such a light emitting device is a lamp disclosed in Patent Document 1. In this lamp, a semiconductor laser is used as an excitation light source in order to realize a high-intensity light source. Since the laser light oscillated from the semiconductor laser is coherent light, the directivity is strong, and the laser light can be condensed and used as excitation light without waste. A light-emitting device using such a semiconductor laser as an excitation light source (referred to as an LD light-emitting device) can be suitably applied to a vehicle headlamp. By using a semiconductor laser as an excitation light source, a high-intensity light source that cannot be realized with an LED can be realized.

このようなレーザ光を励起光として用いた場合、微小な発光部、すなわち微小な体積の発光部において、発光部に照射されて吸収される励起光のうちの、蛍光体により蛍光に変換されること無く熱に変換されてしまう成分が、発光部の温度を容易に上昇させ、その結果、発光部の特性低下や熱による損傷を引き起こしてしまう。   When such a laser beam is used as excitation light, a minute light emitting part, that is, a light emitting part with a minute volume, is converted into fluorescence by a phosphor out of excitation light irradiated to the light emitting part and absorbed. The component that is converted into heat without any problem easily raises the temperature of the light emitting part, and as a result, the characteristics of the light emitting part are deteriorated or damaged by heat.

この問題を解決するために特許文献2の発明では、波長変換部材(発光部に相当)に熱的に接続された透光性で板状の熱伝導部材を設け、この熱伝導部材により波長変換部材の発熱を軽減している。   In order to solve this problem, in the invention of Patent Document 2, a translucent plate-like heat conductive member thermally connected to a wavelength conversion member (corresponding to a light emitting portion) is provided, and wavelength conversion is performed by this heat conductive member. Reduces heat generation of members.

また、特許文献3の発明では、波長変換部材を円筒形状のフェルールで保持し、このフェルールにワイヤ状の熱伝導部材を熱的に接続することにより波長変換部材の発熱を軽減している。   In the invention of Patent Document 3, the wavelength conversion member is held by a cylindrical ferrule, and a wire-like heat conduction member is thermally connected to the ferrule to reduce heat generation of the wavelength conversion member.

また、特許文献4の発明では、光変換部材(発光部に相当)の、半導体発光素子が位置する側に、冷媒が流れる流路を有する放熱部材を設け、光変換部材を冷却している。   Further, in the invention of Patent Document 4, a heat radiating member having a flow path through which a coolant flows is provided on the side of the light conversion member (corresponding to the light emitting portion) where the semiconductor light emitting element is located, thereby cooling the light conversion member.

なお、光源としての高出力LEDチップの表面に透光性のヒートシンクを熱的に接続し、高出力LEDチップを冷却する構成が特許文献5に開示されている。   Note that Patent Document 5 discloses a configuration in which a light-transmitting heat sink is thermally connected to the surface of a high-power LED chip as a light source to cool the high-power LED chip.

特開2005−150041号公報(2005年6月9日公開)JP 2005-150041 A (released on June 9, 2005) 特開2007−27688号公報(2007年2月1日公開)JP 2007-27688 A (published February 1, 2007) 特開2007−335514号公報(2007年12月27日公開)JP 2007-335514 A (released on December 27, 2007) 特開2005−294185号公報(2005年10月20日公開)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-294185 (released on October 20, 2005) 特表2009−513003号公報(2009年3月26日公表)Special table 2009-513003 publication (announced March 26, 2009)

ところが、発光部自体の熱伝導率が低い場合には、熱伝導率の高い熱伝導部材を発光部に接触させても、発光部の放熱効果はあまり高まらないという問題が生じることを本発明の発明者は鋭意研究の結果見出した。   However, when the thermal conductivity of the light emitting unit itself is low, there is a problem in that the heat radiation effect of the light emitting unit is not so high even if a heat conductive member with high thermal conductivity is brought into contact with the light emitting unit. The inventor found out the result of earnest research.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる焼結発光体、発光装置、照明装置、車両用前照灯、及び焼結発光体の作製方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the thermal resistance of the light emitting part, and as a result, to efficiently radiate heat from the light emitting part. It is providing the apparatus, the illuminating device, the vehicle headlamp, and the manufacturing method of a sintered light-emitting body.

本発明に係る焼結発光体は、上記の課題を解決するために、セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させた焼結発光体を備えることを特徴としている。   In order to solve the above-described problem, a sintered light-emitting body according to the present invention is a sintered light-emitting body obtained by sintering a ceramic material and a phosphor that emits light by excitation light emitted from an excitation light source using a binder. It is characterized by providing.

本発明では、発光体が、セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結されている(以下、このような発光体を焼結発光体と称する場合もある)。   In the present invention, the light emitter is sintered using a binder with a ceramic material and a phosphor emitting light by excitation light emitted from an excitation light source (hereinafter, such a light emitter is referred to as a sintered light emitter). In some cases).

したがって、セラミックス材料の熱伝導性に起因して熱伝導率が向上することから、発光体の熱抵抗は低下し、発光部からの放熱が効率良く行われる。また、発光部からの放熱が効率良く行われることから、発光部が熱によって劣化・損傷し、発光部の寿命が短くなる事態が避けられる。   Accordingly, since the thermal conductivity is improved due to the thermal conductivity of the ceramic material, the thermal resistance of the light emitter is reduced, and the heat radiation from the light emitting portion is efficiently performed. Further, since the heat radiation from the light emitting part is efficiently performed, it is possible to avoid a situation where the light emitting part is deteriorated or damaged by heat and the life of the light emitting part is shortened.

さらに、本発明に係る焼結発光体では、次のような効果も得られる。つまり、本発明に係る焼結発光体は、セラミックス材料と蛍光体とがバインダを用いて焼結されてなるため、焼結発光体の内部に粒界が発生する。そのため、人間の目に損傷を与える可能性の高い、コヒーレントな成分を有するレーザ光が励起光として使用される場合には、粒界によってレーザ光が散乱される。そして、発光点の大きさが拡大することによって、焼結発光体、及びその焼結発光体を備える発光装置の安全性を高めることもできる。   Furthermore, the sintered light emitter according to the present invention also provides the following effects. That is, in the sintered light-emitting body according to the present invention, the ceramic material and the phosphor are sintered using the binder, so that a grain boundary is generated inside the sintered light-emitting body. Therefore, when laser light having a coherent component that is likely to damage human eyes is used as excitation light, the laser light is scattered by the grain boundary. And the safety | security of a light-emitting device provided with a sintered light-emitting body and its sintered light-emitting body can also be improved by expanding the magnitude | size of a light emission point.

さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記セラミックス材料は、高い熱伝導性を有する構成であってよい。   Furthermore, in the sintered luminescent material according to the present invention, the ceramic material may have a high thermal conductivity.

本発明に焼結発光体は、セラミックス材料が高い熱伝導性を有することで、さらに放熱効果を高めることができる。   The sintered luminescent material according to the present invention can further enhance the heat dissipation effect because the ceramic material has high thermal conductivity.

さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記セラミックス材料は、アルミナまたは窒化アルミニウムを含む構成であってよい。   Furthermore, in the sintered luminescent material according to the present invention, the ceramic material may include alumina or aluminum nitride.

本発明に焼結発光体は、セラミックス材料がアルミナまたは窒化アルミニウムを含むことにより、透明性を有し、かつ、熱伝導率の高い焼結発光体を備えることができる。   The sintered luminescent material according to the present invention can include a sintered luminescent material having transparency and high thermal conductivity when the ceramic material contains alumina or aluminum nitride.

さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記焼結発光体は、上記セラミックス材料、上記蛍光体、及び上記バインダの混合物を射出成型し、焼結したものであってよい。   Furthermore, in the sintered light emitting body according to the present invention, the sintered light emitting body may be one obtained by injection molding and sintering a mixture of the ceramic material, the phosphor, and the binder.

溶融処理によって発光体を作製する従来の技術では、蛍光体が均一に分散せずに発光体の発光効率が低下するという問題があった。   In the conventional technique for producing a light emitter by melting treatment, there is a problem in that the phosphor is not uniformly dispersed and the light emission efficiency of the light emitter is reduced.

これに対して、発光体が、セラミックス材料、蛍光体、及びバインダの混合物を射出成型し、焼結したものであることにより、蛍光体の分散化を図ることができ、これにより発光体の発光効率が低下するという上記従来の問題を解消することができる。   On the other hand, the phosphor is made by injection molding and sintering a mixture of a ceramic material, a phosphor, and a binder, so that the phosphor can be dispersed, whereby the phosphor emits light. The conventional problem that efficiency is lowered can be solved.

さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記セラミックス材料は、透光性を有する構成であってよい。   Furthermore, in the sintered light emitting body according to the present invention, the ceramic material may have a translucent structure.

本発明に焼結発光体は、セラミックス材料が透光性を有することにより、蛍光体の発光効率、すなわち、発光体の発光効率を高めることができる。   In the sintered light-emitting body of the present invention, the luminous efficiency of the phosphor, that is, the light-emitting efficiency of the light-emitting body can be increased because the ceramic material has translucency.

さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記蛍光体は、酸窒化物蛍光体であってよい。   Furthermore, in the sintered luminescent material according to the present invention, the phosphor may be an oxynitride phosphor.

酸窒化物蛍光体は、耐熱性に優れ、高い発光効率で安定した材料である。したがって、蛍光体が酸窒化物蛍光体であることにより、耐熱性に優れ、かつ高い発光効率の発光体を実現することができる。   An oxynitride phosphor is a stable material with excellent heat resistance and high luminous efficiency. Therefore, when the phosphor is an oxynitride phosphor, a light emitter having excellent heat resistance and high luminous efficiency can be realized.

さらに、本発明に係る焼結発光体では、上記蛍光体は、ナノ粒子蛍光体であってよい。   Furthermore, in the sintered luminescent material according to the present invention, the phosphor may be a nanoparticle phosphor.

上記構成により、発光部は、可視光の波長領域およびその近傍の光に対して透光性を有する。したがって、蛍光体から発光体の外部への放射効率を高くすることができる。   With the above-described configuration, the light emitting unit is translucent to the wavelength region of visible light and light in the vicinity thereof. Therefore, the radiation efficiency from the phosphor to the outside of the light emitter can be increased.

さらに、本発明に係る発光装置は、上記励起光を出射する励起光源と、上記何れかに記載の焼結発光体と、を備える構成であってよい。   Furthermore, the light-emitting device according to the present invention may be configured to include the excitation light source that emits the excitation light and the sintered light-emitting body according to any one of the above.

上記構成により、本発明に係る発光装置は、上述した焼結発光体の種々の効果を実現することができる。   With the above configuration, the light emitting device according to the present invention can realize various effects of the above-described sintered light emitting body.

さらに、本発明に係る発光装置では、上記励起光は、レーザ光であってよい。   Furthermore, in the light emitting device according to the present invention, the excitation light may be laser light.

本発明に係る発光装置の発光体は、セラミックス材料と蛍光体とがバインダを用いて焼結されてなるものであるため、焼結発光体の内部に粒界が発生する。そのため、人間の目に損傷を与える可能性の高い、コヒーレントな成分を有するレーザ光は粒界によって散乱される。そして、発光点の大きさが拡大することによって、発光装置の安全性を高めることができる。   Since the phosphor of the light emitting device according to the present invention is formed by sintering a ceramic material and a phosphor using a binder, a grain boundary is generated inside the sintered phosphor. For this reason, laser light having a coherent component that is likely to damage the human eye is scattered by the grain boundaries. And the safety | security of a light-emitting device can be improved by the magnitude | size of a light emission point expanding.

さらに、本発明に係る発光装置では、上記焼結発光体と当接し、当該焼結発光体の熱を外部に放熱する熱伝導部材をさらに備える構成であってよい。   Furthermore, the light emitting device according to the present invention may be configured to further include a heat conducting member that contacts the sintered light emitting body and dissipates heat of the sintered light emitting body to the outside.

上記の構成によれば、発光部の熱が当該発光部に当接する熱伝導部材へ移動することにより、発光部の放熱効率をさらに高めることができる。   According to said structure, the heat dissipation efficiency of a light emission part can further be improved by the heat | fever of a light emission part moving to the heat conductive member contact | abutted to the said light emission part.

さらに、本発明に係る照明装置では、上記何れかの発光装置を備えている構成であってよい。   Furthermore, the illumination device according to the present invention may be configured to include any one of the light emitting devices described above.

さらに、本発明に係る車両用前照灯では、上記何れかの発光装置を備えている構成であってよい。   Furthermore, the vehicle headlamp according to the present invention may be configured to include any of the light emitting devices described above.

本発明に係る発光装置は、照明装置や車両用前照灯などに好適に適用することができる。これにより、例えば本発明に係る発光装置を車両用前照灯に適用した場合、発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる車両用前照灯を実現することができる。   The light emitting device according to the present invention can be suitably applied to lighting devices, vehicle headlamps, and the like. Thereby, for example, when the light-emitting device according to the present invention is applied to a vehicle headlamp, a vehicle headlamp that reduces the thermal resistance of the light-emitting portion and, as a result, can efficiently dissipate the light-emitting portion is realized. can do.

さらに、本発明に係る焼結発光体の作製方法では、上記何れかに記載の焼結発光体の作製方法であって、セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とバインダとを混合する混合工程と、上記混合工程によって混合された混合物を焼結する焼結工程と、を含む構成であってよい。   Furthermore, in the method for producing a sintered luminescent material according to the present invention, the method for producing a sintered luminescent material according to any one of the above, wherein the phosphor and the binder emit light by excitation light emitted from a ceramic material and an excitation light source. And a sintering step of sintering the mixture mixed by the mixing step.

発光体を溶融処理によって作製する従来の技術では、蛍光体が均一に分散せずに発光体の発光効率が低下するという問題があった。   In the conventional technique for producing the luminous body by a melting process, there is a problem that the luminous efficiency of the luminous body is lowered without the phosphor being uniformly dispersed.

これに対して、発光体が、上記の混合工程および焼結工程によって作製されることにより、蛍光体の分散化を図ることができ、それにより発光体の発光効率が低下するという上記従来の問題を解消することができる。   On the other hand, the phosphor is produced by the mixing process and the sintering process described above, whereby the phosphor can be dispersed, thereby reducing the luminous efficiency of the phosphor. Can be eliminated.

本発明に係る焼結発光体は、以上のように、セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させた焼結発光体を備える構成である。   As described above, the sintered luminescent material according to the present invention includes a sintered luminescent material obtained by sintering a ceramic material and a phosphor that emits light by excitation light emitted from an excitation light source using a binder. .

それゆえ、発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる焼結発光体を提供することができるという効果を奏する。   Therefore, there is an effect that it is possible to provide a sintered light-emitting body that can reduce the thermal resistance of the light-emitting portion and, as a result, can efficiently dissipate the light-emitting portion.

本発明の一実施形態に係るヘッドランプが有する発光部および熱伝導部材の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the light emission part and heat conductive member which the headlamp which concerns on one Embodiment of this invention has. 上記ヘッドランプの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the said headlamp. 上記発光部の変更例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a change of the said light emission part. 発光部において蛍光体粒子が分散している状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which the fluorescent substance particle has disperse | distributed in the light emission part. (a)は、半導体レーザの回路図を模式的に示したものであり、(b)は、半導体レーザの基本構造を示す斜視図である。(A) is a schematic diagram showing a circuit diagram of a semiconductor laser, and (b) is a perspective view showing a basic structure of the semiconductor laser. 本発明の一実施形態に係るレーザダウンライトが備える発光ユニットおよび従来のLEDダウンライトの外観を示す概略図である。It is the schematic which shows the external appearance of the light emission unit with which the laser downlight which concerns on one Embodiment of this invention is equipped, and the conventional LED downlight. 上記レーザダウンライトが設置された天井の断面図である。It is sectional drawing of the ceiling in which the said laser downlight was installed. 上記レーザダウンライトの断面図である。It is sectional drawing of the said laser downlight. 上記レーザダウンライトの設置方法の変更例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a change of the installation method of the said laser downlight. 上記LEDダウンライトが設置された天井の断面図である。It is sectional drawing of the ceiling in which the said LED downlight was installed. 上記レーザダウンライトおよび上記LEDダウンライトのスペックを比較するための図である。It is a figure for comparing the specifications of the laser downlight and the LED downlight.

〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について図1〜図5に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の照明装置の一例として、自動車用のヘッドランプ(発光装置、照明装置、車両用前照灯)1を例に挙げて説明する。ただし、本発明の照明装置は、自動車以外の車両・移動物体(例えば、人間・船舶・航空機・潜水艇・ロケットなど)のヘッドランプとして実現されてもよいし、その他の照明装置として実現されてもよい。その他の照明装置として、例えば、サーチライト、プロジェクター、家庭用照明器具を挙げることができる。
[Embodiment 1]
One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, as an example of the illumination device of the present invention, an automotive headlamp (light emitting device, illumination device, vehicle headlamp) 1 will be described as an example. However, the lighting device of the present invention may be realized as a headlamp of a vehicle other than an automobile or a moving object (for example, a human, a ship, an aircraft, a submersible craft, a rocket), or may be realized as another lighting device. Also good. Examples of other lighting devices include a searchlight, a projector, and a home lighting device.

また、ヘッドランプ1は、走行用前照灯(ハイビーム)の配光特性基準を満たしていてもよいし、すれ違い用前照灯(ロービーム)の配光特性基準を満たしていてもよい。   Further, the headlamp 1 may satisfy the light distribution characteristic standard of the traveling headlamp (high beam), or may satisfy the light distribution characteristic standard of the passing headlamp (low beam).

(ヘッドランプ1の構成)
まず、図2を参照しながら、ヘッドランプ1の構成について説明する。図2は、ヘッドランプ1の構成を示す断面図である。同図に示すように、ヘッドランプ1は、半導体レーザアレイ2と、非球面レンズ4と、光ファイバー5と、フェルール6と、発光部(焼結発光体)7と、反射鏡8と、透明板9と、ハウジング10と、エクステンション11と、レンズ12と、熱伝導部材13と、冷却部14とを備えている。
(Configuration of headlamp 1)
First, the configuration of the headlamp 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the headlamp 1. As shown in the figure, the headlamp 1 includes a semiconductor laser array 2, an aspherical lens 4, an optical fiber 5, a ferrule 6, a light emitting part (sintered light emitter) 7, a reflecting mirror 8, and a transparent plate. 9, a housing 10, an extension 11, a lens 12, a heat conducting member 13, and a cooling unit 14.

(半導体レーザアレイ2/半導体レーザ3)
半導体レーザアレイ2は、励起光を出射する励起光源として機能し、複数の半導体レーザ(励起光源)3を基板上に備えるものである。半導体レーザ3のそれぞれから励起光としてのレーザ光が発振される。なお、励起光源として複数の半導体レーザ3を用いる必要は必ずしもなく、半導体レーザ3を1つのみ用いてもよいが、高出力のレーザ光を得るためには、複数の半導体レーザ3を用いる方が容易である。
(Semiconductor laser array 2 / semiconductor laser 3)
The semiconductor laser array 2 functions as an excitation light source that emits excitation light, and includes a plurality of semiconductor lasers (excitation light sources) 3 on a substrate. Laser light as excitation light is oscillated from each of the semiconductor lasers 3. It is not always necessary to use a plurality of semiconductor lasers 3 as an excitation light source, and only one semiconductor laser 3 may be used. However, in order to obtain a high-power laser beam, it is preferable to use a plurality of semiconductor lasers 3. Easy.

半導体レーザ3は、1チップに1つの発光点を有するものであり、例えば、405nm(青紫色)のレーザ光を発振し、出力1.0W、動作電圧5V、電流0.6Aのものであり、直径5.6mmのパッケージに封入されているものである。半導体レーザ3が発振するレーザ光は、405nmに限定されず、その他の波長範囲にピーク波長を有するレーザ光であればよい。また、パッケージは直径5.6mmのものに限定されず、例えば、直径3.8mmや直径9mm、あるいはそれ以外であってもよく、熱抵抗がより小さいパッケージを選択することが好ましい。   The semiconductor laser 3 has one light emitting point in one chip, for example, oscillates a laser beam of 405 nm (blue violet), has an output of 1.0 W, an operating voltage of 5 V, and a current of 0.6 A. It is enclosed in a package with a diameter of 5.6 mm. The laser beam oscillated by the semiconductor laser 3 is not limited to 405 nm, and any laser beam having a peak wavelength in another wavelength range may be used. Further, the package is not limited to the one having a diameter of 5.6 mm, and may be, for example, a diameter of 3.8 mm, a diameter of 9 mm, or other, and it is preferable to select a package having a smaller thermal resistance.

また、本実施形態では、励起光源として半導体レーザを用いたが、半導体レーザの代わりに、発光ダイオードを用いることも可能である。   In this embodiment, the semiconductor laser is used as the excitation light source. However, a light emitting diode can be used instead of the semiconductor laser.

(非球面レンズ4)
非球面レンズ4は、半導体レーザ3から発振されたレーザ光(励起光)を、光ファイバー5の一方の端部である入射端部5bに入射させるためのレンズである。例えば、非球面レンズ4として、アルプス電気製のFLKN1 405を用いることができる。上述の機能を有するレンズであれば、非球面レンズ4の形状および材質は特に限定されないが、405nm近傍の透過率が高く、かつ耐熱性のよい材料であることが好ましい。
(Aspherical lens 4)
The aspherical lens 4 is a lens for causing laser light (excitation light) oscillated from the semiconductor laser 3 to enter an incident end 5 b that is one end of the optical fiber 5. For example, as the aspheric lens 4, FLKN1 405 manufactured by Alps Electric can be used. The shape and material of the aspherical lens 4 are not particularly limited as long as the lens has the above function, but it is preferably a material having a high transmittance near 405 nm and a good heat resistance.

(光ファイバー5)
(光ファイバー5の配置)
光ファイバー5は、半導体レーザ3が発振したレーザ光を発光部7へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー5は、上記レーザ光を受け取る複数の入射端部5bと、入射端部5bから入射したレーザ光を出射する複数の出射端部5aとを有している。複数の出射端部5aは、発光部7のレーザ光照射面7aにおける互いに異なる領域に対してレーザ光を出射する。
(Optical fiber 5)
(Disposition of optical fiber 5)
The optical fiber 5 is a light guide member that guides the laser light oscillated by the semiconductor laser 3 to the light emitting unit 7 and is a bundle of a plurality of optical fibers. The optical fiber 5 has a plurality of incident end portions 5b that receive the laser light and a plurality of emission end portions 5a that emit the laser light incident from the incident end portion 5b. The plurality of emission end portions 5 a emit laser beams to different regions on the laser beam irradiation surface 7 a of the light emitting unit 7.

例えば、複数の光ファイバー5の出射端部5aは、レーザ光照射面7aに対して平行な平面において並んで配置されている。このような配置により、出射端部5aから出射されるレーザ光の光強度分布における最も光強度が大きいところ(各レーザ光がレーザ光照射面7aに形成する照射領域の中央部分(最大光強度部分))が、発光部7のレーザ光照射面7aの互いに異なる部分に対して出射されるため、発光部7のレーザ光照射面7aに対してレーザ光を2次元平面的に分散して照射することができる。   For example, the emission end portions 5a of the plurality of optical fibers 5 are arranged side by side in a plane parallel to the laser light irradiation surface 7a. With such an arrangement, the light intensity distribution in the light intensity distribution of the laser light emitted from the emission end portion 5a is the highest (the central portion of the irradiation region (the maximum light intensity portion formed by each laser light on the laser light irradiation surface 7a). )) Is emitted to different portions of the laser light irradiation surface 7a of the light emitting portion 7, and therefore, the laser light irradiation surface 7a of the light emitting portion 7 is irradiated in a two-dimensionally distributed manner. be able to.

それゆえ、発光部7にレーザ光が局所的に照射されることにより、発光部7の一部が著しく劣化することを防止できる。   Therefore, it is possible to prevent a part of the light emitting unit 7 from being significantly deteriorated by locally irradiating the light emitting unit 7 with the laser light.

なお、光ファイバー5は複数の光ファイバーの束(すなわち複数の出射端部5aを備えた構成)である必要は必ずしもなく、1本の光ファイバーであってもよい。   The optical fiber 5 is not necessarily a bundle of a plurality of optical fibers (that is, a configuration including a plurality of emission end portions 5a), and may be a single optical fiber.

(光ファイバー5の材質および構造)
光ファイバー5は、中芯のコアを、当該コアよりも屈折率の低いクラッドで覆った2層構造をしている。コアは、レーザ光の吸収損失がほとんどない石英ガラス(酸化ケイ素)を主成分とするものであり、クラッドは、コアよりも屈折率の低い石英ガラスまたは合成樹脂材料を主成分とするものである。例えば、光ファイバー5は、コアの径が200μm、クラッドの径が240μm、開口数NAが0.22の石英製のものであるが、光ファイバー5の構造、太さおよび材質は上述のものに限定されず、光ファイバー5の長軸方向に対して垂直な断面は矩形であってもよい。
(Material and structure of optical fiber 5)
The optical fiber 5 has a two-layer structure in which an inner core is covered with a clad having a refractive index lower than that of the core. The core is mainly composed of quartz glass (silicon oxide) having almost no absorption loss of laser light, and the clad is composed mainly of quartz glass or a synthetic resin material having a refractive index lower than that of the core. . For example, the optical fiber 5 is made of quartz having a core diameter of 200 μm, a cladding diameter of 240 μm, and a numerical aperture NA of 0.22. However, the structure, thickness, and material of the optical fiber 5 are limited to those described above. Instead, the cross section perpendicular to the long axis direction of the optical fiber 5 may be rectangular.

また、光ファイバー5は、可撓性を有しているため、半導体レーザ3と発光部7との相対位置関係を容易に変更できる。また、光ファイバー5の長さを調整することにより、半導体レーザ3を発光部7から離れた位置に設置することができる。   Moreover, since the optical fiber 5 has flexibility, the relative positional relationship between the semiconductor laser 3 and the light emitting unit 7 can be easily changed. Further, by adjusting the length of the optical fiber 5, the semiconductor laser 3 can be installed at a position away from the light emitting unit 7.

それゆえ、半導体レーザ3を、冷却しやすい位置または交換しやすい位置に設置できるなど、ヘッドランプ1の設計自由度を高めることができる。   Therefore, the degree of freedom in designing the headlamp 1 can be increased, for example, the semiconductor laser 3 can be installed at a position where it can be easily cooled or replaced.

なお、導光部材として光ファイバー以外の部材、または光ファイバーと他の部材とを組み合わせたものを用いてもよい。例えば、レーザ光の入射端部と出射端部とを有する円錐台形状(または角錐台形状)の導光部材を1つまたは複数用いてもよい。   In addition, you may use what combined members other than an optical fiber, or an optical fiber and another member as a light guide member. For example, one or a plurality of light guide members having a truncated cone shape (or a truncated pyramid shape) having a laser beam incident end and an emission end may be used.

(フェルール6)
フェルール6は、光ファイバー5の複数の出射端部5aを発光部7のレーザ光照射面に対して所定のパターンで保持する。このフェルール6は、出射端部5aを挿入するための孔が所定のパターンで形成されているものでもよいし、上部と下部とに分離できるものであり、上部および下部の接合面にそれぞれ形成された溝によって出射端部5aを挟み込むものでもよい。
(Ferrule 6)
The ferrule 6 holds the plurality of emission end portions 5 a of the optical fiber 5 in a predetermined pattern with respect to the laser light irradiation surface of the light emitting unit 7. The ferrule 6 may be formed with holes for inserting the emission end portion 5a in a predetermined pattern, and can be separated into an upper part and a lower part, and is formed on the upper and lower joint surfaces, respectively. The exit end portion 5a may be sandwiched by a groove.

このフェルール6は、反射鏡8から延出する棒状または筒状の部材などによって反射鏡8に対して固定されていてもよいし、熱伝導部材13に対して固定されていてもよい。フェルール6の材質は、特に限定されず、例えばステンレススチールである。また、1つの発光部7に対して、複数のフェルール6を配置してもよい。   The ferrule 6 may be fixed to the reflecting mirror 8 by a rod-like or cylindrical member extending from the reflecting mirror 8 or may be fixed to the heat conducting member 13. The material of the ferrule 6 is not specifically limited, For example, it is stainless steel. A plurality of ferrules 6 may be arranged for one light emitting unit 7.

なお、光ファイバー5の出射端部5aが1つの場合には、フェルール6を省略することも可能である。   In addition, when the output end part 5a of the optical fiber 5 is one, the ferrule 6 can be omitted.

(発光部7)
(発光部7の組成)
図1は、発光部7および熱伝導部材13の詳細を示す図である。発光部7は、出射端部5aから出射されたレーザ光を受けて発光するものである。その発光部7は、セラミックス材料、バインダ、及び蛍光体粒子16が混合され、射出成型され、その成型物が焼結されてなる。そして、蛍光体粒子16は、発光部7の内部に均一に分散されている。
(Light Emitting Unit 7)
(Composition of light-emitting part 7)
FIG. 1 is a diagram showing details of the light emitting unit 7 and the heat conducting member 13. The light emitting unit 7 emits light upon receiving the laser light emitted from the emission end 5a. The light emitting portion 7 is formed by mixing ceramic materials, a binder, and phosphor particles 16, injection molding, and sintering the molded product. The phosphor particles 16 are uniformly dispersed inside the light emitting unit 7.

この発光部7は、青色、緑色および赤色に発光する蛍光体のいずれか1種類以上を含んでいる。半導体レーザ3は、405nm(青紫色)のレーザ光を発振するため、発光部7に当該レーザ光が照射されると複数の色が混合され白色光が発生する。それゆえ、発光部7は、波長変換材料であるといえる。   The light emitting unit 7 includes one or more of phosphors that emit blue, green, and red light. Since the semiconductor laser 3 oscillates 405 nm (blue-violet) laser light, a plurality of colors are mixed and white light is generated when the light emitting unit 7 is irradiated with the laser light. Therefore, it can be said that the light emitting portion 7 is a wavelength conversion material.

なお、半導体レーザ3は、450nm(青色)のレーザ光(または、440nm以上490nm以下の波長範囲にピーク波長を有する、いわゆる「青色」近傍のレーザ光)を発振するものでもよく、この場合には、上記蛍光体は、黄色の蛍光体、または緑色の蛍光体と赤色の蛍光体との混合物である。黄色の蛍光体とは、560nm以上590nm以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。緑色の蛍光体とは、510nm以上560nm以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。赤色の蛍光体とは、600nm以上680nm以下の波長範囲にピーク波長を有する光を発する蛍光体である。   The semiconductor laser 3 may oscillate a 450 nm (blue) laser beam (or a so-called “blue” laser beam having a peak wavelength in a wavelength range of 440 nm to 490 nm). The phosphor is a yellow phosphor or a mixture of a green phosphor and a red phosphor. A yellow phosphor is a phosphor that emits light having a peak wavelength in a wavelength range of 560 nm to 590 nm. The green phosphor is a phosphor that emits light having a peak wavelength in a wavelength range of 510 nm or more and 560 nm or less. The red phosphor is a phosphor that emits light having a peak wavelength in a wavelength range of 600 nm to 680 nm.

(バインダ)
バインダは、セラミックス材料および蛍光体粒子16に混合されて、その混合物が焼結されることにより、セラミックス材料と蛍光体粒子16とを接着させる。材料は特に限定されないが、比較的低温で分解し、分解後に残留灰分その他が残らないものを選ぶことが重要であり、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコン樹脂などを用いることができる。そして、セラミックス材料と蛍光体粒子16とをバインダを用いて焼結させることにより、発光部7中に粒界を発生させることができる。その詳細は後述する。
(Binder)
The binder is mixed with the ceramic material and the phosphor particles 16, and the mixture is sintered to bond the ceramic material and the phosphor particles 16. The material is not particularly limited, but it is important to select a material that decomposes at a relatively low temperature and does not leave residual ash or the like after decomposition, and acrylic resin, epoxy resin, silicon resin, or the like can be used. And a grain boundary can be generated in the light emission part 7 by sintering ceramic material and the fluorescent substance particle 16 using a binder. Details thereof will be described later.

(蛍光体)
発光部7の蛍光体は、酸窒化物系蛍光体またはIII−V族化合物半導体ナノ粒子蛍光体であることが好ましい。これらの材料は、半導体レーザ3から発せられた極めて強いレーザ光(出力および光密度)に対しての耐性が高く、レーザ照明光源に最適である。また、ナノ粒子蛍光体は、その粒径が可視光の波長領域の光の波長よりも2桁程度小さい。
(Phosphor)
The phosphor of the light emitting unit 7 is preferably an oxynitride phosphor or a III-V compound semiconductor nanoparticle phosphor. These materials are highly resistant to extremely strong laser light (output and light density) emitted from the semiconductor laser 3, and are optimal for a laser illumination light source. In addition, the nanoparticle phosphor has a particle size approximately two orders of magnitude smaller than the wavelength of light in the visible wavelength region.

代表的な酸窒化物系蛍光体として、サイアロン蛍光体と通称されるものがある。サイアロン蛍光体とは、窒化ケイ素のシリコン原子の一部がアルミニウム原子に、窒素原子の一部が酸素原子に置換された物質である。窒化ケイ素(Si)にアルミナ(Al)、シリカ(SiO)および希土類元素などを固溶させて作ることができる。 As a typical oxynitride phosphor, there is a so-called sialon phosphor. A sialon phosphor is a substance in which part of silicon atoms in silicon nitride is replaced with aluminum atoms and part of nitrogen atoms is replaced with oxygen atoms. It can be made by dissolving alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), rare earth elements and the like in silicon nitride (Si 3 N 4 ).

一方、半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つは、同一の化合物半導体(例えばインジュウムリン:InP)を用いても、その粒子径をナノメータオーダーのある範囲内で変更することにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させることができる点である。例えば、InPでは、粒子サイズが3〜4nm程度のときに赤色に発光する(ここで、粒子サイズは透過型電子顕微鏡(TEM)にて評価した)。   On the other hand, one of the features of semiconductor nanoparticle phosphors is that even if the same compound semiconductor (for example, indium phosphorus: InP) is used, the particle size is changed within a certain range of the nanometer order, so that the quantum size effect is achieved. The point is that the emission color can be changed. For example, InP emits red light when the particle size is about 3 to 4 nm (here, the particle size was evaluated with a transmission electron microscope (TEM)).

また、この半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、この半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が10ナノ秒程度と、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料に比べて5桁も小さいためである。   In addition, since this semiconductor nanoparticle phosphor is semiconductor-based, it has a short fluorescence lifetime and can emit the excitation light power as fluorescence quickly, so that it is highly resistant to high-power excitation light. This is because the emission lifetime of the semiconductor nanoparticle phosphor is about 10 nanoseconds, which is five orders of magnitude smaller than that of a normal phosphor material having a rare earth as the emission center.

さらに、上述したように、発光寿命が短いため、レーザ光の吸収と蛍光体の発光とを素早く繰り返すことができる。その結果、強いレーザ光に対して高効率を保つことができ、蛍光体からの発熱を低減させることができる。   Furthermore, as described above, since the emission lifetime is short, the absorption of the laser beam and the emission of the phosphor can be quickly repeated. As a result, high efficiency can be maintained with respect to strong laser light, and heat generation from the phosphor can be reduced.

なお、蛍光体の材料は上述した酸窒化物系蛍光体またはIII−V族化合物半導体ナノ粒子蛍光体に限定されず、その他の材料も適宜使用することができる。   The material of the phosphor is not limited to the above-described oxynitride phosphor or III-V group compound semiconductor nanoparticle phosphor, and other materials can be used as appropriate.

(発光部7の形状・サイズ)
発光部7の形状および大きさは、例えば、直径3.2mmおよび厚さ1mmの円柱形状であり、出射端部5aから出射されたレーザ光を、当該円柱の底面であるレーザ光照射面7aにおいて受光する。
(Shape and size of light-emitting part 7)
The shape and size of the light emitting unit 7 are, for example, a cylindrical shape having a diameter of 3.2 mm and a thickness of 1 mm, and the laser light emitted from the emission end 5a is applied to the laser light irradiation surface 7a that is the bottom surface of the cylinder. Receive light.

また、発光部7は、円柱形状でなく、直方体であってもよい。例えば、3mm×1mm×1mmの直方体である。この場合、半導体レーザ3からのレーザ光を受けるレーザ光照射面の面積は、3mmである。日本国内で法的に規定されている車両用ヘッドランプの配光パターン(配光分布)は、鉛直方向に狭く、水平方向に広いため、発光部7の形状を、水平方向に対して横長(断面略長方形形状)にすることにより、上記配光パターンを実現しやすくなる。 Moreover, the light emission part 7 may not be a column shape but a rectangular parallelepiped. For example, it is a rectangular parallelepiped of 3 mm × 1 mm × 1 mm. In this case, the area of the laser light irradiation surface that receives the laser light from the semiconductor laser 3 is 3 mm 2 . The light distribution pattern (light distribution) of a vehicle headlamp that is legally regulated in Japan is narrow in the vertical direction and wide in the horizontal direction. By making the cross section substantially rectangular), the light distribution pattern can be easily realized.

ここで必要とされる発光部7の厚みは、発光部7における封止材と蛍光体との割合に従って変化する。発光部7における蛍光体の含有量が多くなれば、レーザ光が白色光に変換される効率が高まるため発光部7の厚みを薄くできる。発光部7を薄くすれば熱抵抗が低下するという効果があるが、あまり薄くするとレーザ光が蛍光に変換されず外部に放射される恐れがある。蛍光体での励起光の吸収の観点からすると発光部の厚みは蛍光体の粒径の少なくとも10倍以上あることが好ましい。   The required thickness of the light emitting unit 7 varies according to the ratio between the sealing material and the phosphor in the light emitting unit 7. If the phosphor content in the light emitting unit 7 is increased, the efficiency of conversion of laser light into white light is increased, so that the thickness of the light emitting unit 7 can be reduced. If the light emitting portion 7 is made thinner, the thermal resistance is reduced. However, if the light emitting portion 7 is made too thin, the laser light may not be converted into fluorescence and may be emitted to the outside. From the viewpoint of absorption of excitation light by the phosphor, the thickness of the light emitting part is preferably at least 10 times the particle size of the phosphor.

このため酸窒化物蛍光体を用いた発光部7の厚みとしては、0.2mm以上、2mm以下が好ましい。ただし、蛍光体の含有量を極端に多くした場合(典型的には蛍光体が100%)、厚みの下限はこの限りではない。   For this reason, as thickness of the light emission part 7 using an oxynitride fluorescent substance, 0.2 mm or more and 2 mm or less are preferable. However, when the content of the phosphor is extremely increased (typically 100% of the phosphor), the lower limit of the thickness is not limited to this.

この観点からするとナノ粒子蛍光体を用いた場合の発光部の厚みは0.01μm以上であればよいことになるが、封止材中への分散等、製造プロセスの容易性を考慮すると10μm以上、すなわち0.01mm以上が好ましい。逆に厚くしすぎると反射鏡8の焦点からのずれが大きくなり配光パターンがぼけてしまう。   From this point of view, the thickness of the light-emitting portion when using the nanoparticle phosphor should be 0.01 μm or more, but considering the ease of the manufacturing process such as dispersion in the sealing material, it is 10 μm or more. That is, 0.01 mm or more is preferable. On the other hand, if the thickness is too thick, a deviation from the focal point of the reflecting mirror 8 becomes large and the light distribution pattern is blurred.

また、発光部7のレーザ光照射面7aは、平面である必要は必ずしもなく、曲面であってもよい。ただし、反射したレーザ光を制御するためには、レーザ光照射面7aは平面を有していることが好ましい。レーザ光照射面7aが曲面の場合、少なくとも曲面への入射角度が大きく変わるため、レーザ光が照射される場所によって、反射光の進む方向が大きく変わってしまう。そのため、レーザ光の反射方向を制御することが困難な場合がある。これに対してレーザ光照射面7aが平面であれば、レーザ光の照射位置が若干ずれたとしても反射光の進む方向はほとんど変わらないため、レーザ光が反射する方向を制御しやすい。場合によっては反射光が当たる場所にレーザ光の吸収材を置くなどの対応がとり易くなる。   Further, the laser light irradiation surface 7a of the light emitting unit 7 is not necessarily a flat surface, and may be a curved surface. However, in order to control the reflected laser light, the laser light irradiation surface 7a preferably has a flat surface. When the laser light irradiation surface 7a is a curved surface, at least the incident angle to the curved surface changes greatly, so that the direction in which the reflected light travels greatly changes depending on the location where the laser light is irradiated. For this reason, it may be difficult to control the reflection direction of the laser light. On the other hand, if the laser light irradiation surface 7a is flat, the direction in which the reflected light travels hardly changes even if the irradiation position of the laser light is slightly deviated. Therefore, it is easy to control the direction in which the laser light is reflected. In some cases, it is easy to take measures such as placing a laser beam absorber in a place where the reflected light strikes.

なお、レーザ光照射面7aがレーザ光の光軸に対して垂直である必要は必ずしもない。レーザ光照射面7aがレーザ光の光軸に対して垂直な場合、反射したレーザ光はレーザ光源の方向に戻るため、場合によってはレーザ光源にダメージを与える可能性もある。   The laser light irradiation surface 7a is not necessarily perpendicular to the optical axis of the laser light. When the laser light irradiation surface 7a is perpendicular to the optical axis of the laser light, the reflected laser light returns in the direction of the laser light source, and in some cases, the laser light source may be damaged.

(セラミックス材料)
発光部7を構成するセラミックス材料は、高い熱伝導性を有するとともに、透光性を有する材料であることが好ましい。
(Ceramic materials)
The ceramic material constituting the light emitting section 7 is preferably a material having high thermal conductivity and translucency.

そのような条件を満たすセラミックス材料の一つとして、アルミナが挙げられる。アルミナは、密度が3.8g/cm〜3.9g/cm、熱伝導率が15W/mK〜40W/mKであり、安価で入手でき、かつ、酸・アルカリに強く信頼性が高く、発光部7を作製するうえで好適である。 One example of a ceramic material that satisfies such conditions is alumina. Alumina has a density of 3.8 g / cm 3 to 3.9 g / cm 3 , a thermal conductivity of 15 W / mK to 40 W / mK, can be obtained at low cost, and is highly resistant to acids and alkalis, and has high reliability. This is suitable for producing the light emitting portion 7.

その他のセラミックス材料として、窒化アルミニウム、マグネシア、窒化ケイ素、炭化ケイ素などが挙げられる。窒化アルミニウムは、密度が3.2g/cm〜3.3g/cm、熱伝導率が80W/mK〜250W/mKである。マグネシアは、密度が3.5g/cm、熱伝導率が48W/mKである。窒化ケイ素は、密度が3.0g/cm〜3.2g/cm、熱伝導率が20W/mK〜90W/mKである。炭化ケイ素は、密度が3.0g/cm〜3.2g/cm、熱伝導率が60W/mK〜180W/mKである。このように、セラミックス材料は、上述したアルミナ等に限定されず、種々の種類を用いることができる。 Other ceramic materials include aluminum nitride, magnesia, silicon nitride, silicon carbide and the like. Aluminum nitride has a density of 3.2 g / cm 3 to 3.3 g / cm 3 and a thermal conductivity of 80 W / mK to 250 W / mK. Magnesia has a density of 3.5 g / cm 3 and a thermal conductivity of 48 W / mK. Silicon nitride has a density of 3.0 g / cm 3 to 3.2 g / cm 3 and a thermal conductivity of 20 W / mK to 90 W / mK. Silicon carbide has a density of 3.0 g / cm 3 to 3.2 g / cm 3 and a thermal conductivity of 60 W / mK to 180 W / mK. Thus, the ceramic material is not limited to the above-described alumina or the like, and various types can be used.

(反射鏡8)
反射鏡8は、発光部7から出射した光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。すなわち、反射鏡8は、発光部7からの光を反射することにより、ヘッドランプ1の前方へ進む光線束を形成する。この反射鏡8は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状(カップ形状)の部材である。
(Reflector 8)
The reflecting mirror 8 reflects the light emitted from the light emitting unit 7 to form a light beam that travels within a predetermined solid angle. That is, the reflecting mirror 8 reflects the light from the light emitting unit 7 to form a light beam that travels forward of the headlamp 1. The reflecting mirror 8 is, for example, a curved (cup-shaped) member having a metal thin film formed on the surface thereof.

(透明板9)
透明板9は、反射鏡8の開口部を覆う透明な樹脂板である。この透明板9を、半導体レーザ3からのレーザ光を遮断するとともに、発光部7においてレーザ光を変換することにより生成された白色光(インコヒーレントな光)を透過する材質で形成することが好ましい。発光部7によってコヒーレントなレーザ光は、そのほとんどがインコヒーレントな白色光に変換される。しかし、何らかの原因でレーザ光の一部が変換されない場合も考えられる。このような場合でも、透明板9によってレーザ光を遮断することにより、レーザ光が外部に漏れることを防止できる。
(Transparent plate 9)
The transparent plate 9 is a transparent resin plate that covers the opening of the reflecting mirror 8. The transparent plate 9 is preferably formed of a material that blocks the laser light from the semiconductor laser 3 and transmits white light (incoherent light) generated by converting the laser light in the light emitting unit 7. . Most of the coherent laser light is converted into incoherent white light by the light emitting unit 7. However, there may be a case where a part of the laser beam is not converted for some reason. Even in such a case, the laser beam can be prevented from leaking to the outside by blocking the laser beam with the transparent plate 9.

また、透明板9は、熱伝導部材13と共に、発光部7を固定するために用いられてもよい。すなわち、発光部7を熱伝導部材13と透明板9とで挟持してもよい。この場合、透明板9は、発光部7と熱伝導部材13との相対位置関係を固定する固定部として機能する。   The transparent plate 9 may be used together with the heat conducting member 13 to fix the light emitting unit 7. That is, the light emitting unit 7 may be sandwiched between the heat conducting member 13 and the transparent plate 9. In this case, the transparent plate 9 functions as a fixing unit that fixes the relative positional relationship between the light emitting unit 7 and the heat conducting member 13.

このとき、透明板9が、熱伝導率の高いもの(例えば、無機ガラス)であれば、透明板9も熱伝導部材として機能し、発光部7の放熱効果を得ることができる。   At this time, if the transparent plate 9 has a high thermal conductivity (for example, inorganic glass), the transparent plate 9 also functions as a heat conductive member, and the heat dissipation effect of the light emitting unit 7 can be obtained.

なお、発光部7を熱伝導部材13のみで固定する場合には、透明板9を省略することも可能である。   In addition, when fixing the light emission part 7 only with the heat conductive member 13, the transparent plate 9 is also omissible.

(ハウジング10)
ハウジング10は、ヘッドランプ1の本体を形成しており、反射鏡8等を収納している。光ファイバー5は、このハウジング10を貫いており、半導体レーザアレイ2は、ハウジング10の外部に設置される。半導体レーザアレイ2は、レーザ光の発振時に発熱するが、ハウジング10の外部に設置することにより半導体レーザアレイ2を効率良く冷却することが可能となる。したがって、半導体レーザアレイ2から発生する熱による、発光部7の特性劣化や熱的損傷等が防止される。
(Housing 10)
The housing 10 forms the main body of the headlamp 1 and houses the reflecting mirror 8 and the like. The optical fiber 5 passes through the housing 10, and the semiconductor laser array 2 is installed outside the housing 10. The semiconductor laser array 2 generates heat when the laser light is oscillated, but the semiconductor laser array 2 can be efficiently cooled by being installed outside the housing 10. Therefore, deterioration of characteristics and thermal damage of the light emitting unit 7 due to heat generated from the semiconductor laser array 2 are prevented.

また、半導体レーザ3は、万一故障した時のことを考慮して、交換しやすい位置に設置することが好ましい。これらの点を考慮しなければ、半導体レーザアレイ2をハウジング10の内部に収納してもよい。   Further, it is preferable to install the semiconductor laser 3 at a position where it can be easily replaced in consideration of a failure. If these points are not taken into consideration, the semiconductor laser array 2 may be accommodated in the housing 10.

(エクステンション11)
エクステンション11は、反射鏡8の前方の側部に設けられており、ヘッドランプ1の内部構造を隠して、ヘッドランプ1の見栄えを良くするとともに、反射鏡8と車体との一体感を高めている。このエクステンション11も反射鏡8と同様に金属薄膜がその表面に形成された部材である。
(Extension 11)
The extension 11 is provided on the front side of the reflecting mirror 8 to hide the internal structure of the headlamp 1 to improve the appearance of the headlamp 1 and enhance the sense of unity between the reflecting mirror 8 and the vehicle body. Yes. The extension 11 is also a member having a metal thin film formed on the surface thereof, like the reflecting mirror 8.

(レンズ12)
レンズ12は、ハウジング10の開口部に設けられており、ヘッドランプ1を密封している。発光部7が発生し、反射鏡8によって反射された光は、レンズ12を通ってヘッドランプ1の前方へ出射される。
(Lens 12)
The lens 12 is provided in the opening of the housing 10 and seals the headlamp 1. The light generated by the light emitting unit 7 and reflected by the reflecting mirror 8 is emitted to the front of the headlamp 1 through the lens 12.

(熱伝導部材13)
熱伝導部材13は、発光部7における励起光が照射される面であるレーザ光照射面7aの側に配置され、発光部7の熱を受け取る透光性の部材であり、発光部7と熱的に(すなわち、熱エネルギーの授受が可能なように)接続されている。発光部7と熱伝導部材13とは、例えば、接着剤によって接続されていてもよい。
(Heat conduction member 13)
The heat conducting member 13 is a translucent member that is disposed on the side of the laser light irradiation surface 7a that is the surface irradiated with the excitation light in the light emitting unit 7 and receives the heat of the light emitting unit 7. Connected (in other words, so that heat energy can be exchanged). The light emitting unit 7 and the heat conducting member 13 may be connected by an adhesive, for example.

熱伝導部材13は、板状の部材であり、その一方の端部が発光部7のレーザ光照射面7aに熱的に接触しており、他方の端部が冷却部14に熱的に接続されている。   The heat conducting member 13 is a plate-like member, one end of which is in thermal contact with the laser light irradiation surface 7 a of the light emitting unit 7, and the other end is thermally connected to the cooling unit 14. Has been.

熱伝導部材13は、このような形状および接続形態を有することで、微小な発光部7を特定の位置で保持しつつ、発光部7から発生する熱をヘッドランプ1の外部に放熱する。   The heat conducting member 13 has such a shape and connection form, and dissipates heat generated from the light emitting unit 7 to the outside of the headlamp 1 while holding the minute light emitting unit 7 at a specific position.

発光部7の熱を効率良く逃がすために、熱伝導部材13の熱伝導率は、20W/mK以上であることが好ましい。また、半導体レーザ3から出射されたレーザ光は、熱伝導部材13を透過して発光部7に到達する。そのため、熱伝導部材13は、透光性の優れた材質からなるものであることが好ましい。   In order to efficiently release the heat of the light emitting unit 7, the thermal conductivity of the heat conducting member 13 is preferably 20 W / mK or more. Further, the laser light emitted from the semiconductor laser 3 passes through the heat conducting member 13 and reaches the light emitting unit 7. Therefore, it is preferable that the heat conductive member 13 is made of a material having excellent translucency.

これらの点を考慮して、熱伝導部材13の材質としては、サファイア(Al)やマグネシア(MgO)、窒化ガリウム(GaN)、スピネル(MgAl)が好ましい。これらの材料を用いることにより、熱伝導率20W/mK以上を実現できる。 Considering these points, the material of the heat conducting member 13 is preferably sapphire (Al 2 O 3 ), magnesia (MgO), gallium nitride (GaN), or spinel (MgAl 2 O 4 ). By using these materials, a thermal conductivity of 20 W / mK or more can be realized.

また、図1において符号13cで示す熱伝導部材13の厚み(熱伝導部材13における、レーザ光照射面7aの側に位置する第1面13aと、当該第1面13aに対向する第2面13bとの間の厚み)は、0.3mm以上、3.0mm以下が好ましい。0.3mmよりも薄いと発光部7の放熱を十分にできず、発光部7が劣化してしまう可能性がある。また、3.0mmを超えるような厚みにすると、照射されたレーザ光の熱伝導部材13における吸収が大きくなり、励起光の利用効率が顕著に下がる。   Further, the thickness of the heat conducting member 13 indicated by reference numeral 13c in FIG. 1 (a first surface 13a located on the laser light irradiation surface 7a side of the heat conducting member 13 and a second surface 13b facing the first surface 13a). Is preferably 0.3 mm or more and 3.0 mm or less. If the thickness is less than 0.3 mm, the light emitting unit 7 cannot sufficiently dissipate heat, and the light emitting unit 7 may be deteriorated. On the other hand, when the thickness exceeds 3.0 mm, the absorption of the irradiated laser light in the heat conducting member 13 is increased, and the utilization efficiency of the excitation light is significantly reduced.

熱伝導部材13を適切な厚みで発光部7に当接させることにより、特に発光部7での発熱が1Wを超えるような極めて強いレーザ光を照射しても、その発熱が迅速且つ効率的に放熱され、発光部7が損傷(劣化)してしまうことを防止できる。   By bringing the heat conducting member 13 into contact with the light emitting portion 7 with an appropriate thickness, even when an extremely strong laser beam that emits more than 1 W is generated particularly in the light emitting portion 7, the heat generation is quick and efficient. It is possible to prevent heat emission and damage (deterioration) of the light emitting unit 7.

なお、熱伝導部材13は、折れ曲がりのない板状のものであってもよいし、折れ曲がった部分や湾曲した部分を有していてもよい。ただし、発光部7が接着される部分は、接着の安定性の観点から平面(板状)である方が好ましい。   In addition, the heat conductive member 13 may be a plate-shaped member that is not bent, or may have a bent part or a curved part. However, the portion to which the light emitting portion 7 is bonded is preferably flat (plate-shaped) from the viewpoint of adhesion stability.

ここで、熱伝導部材13の熱吸収効果および放熱効果を高めるために、次の変更が有効である。
・放熱面積(発光部7との接触面積)を増加させる。
・熱伝導部材13の厚みを増加させる。
・熱伝導部材13の熱伝導率を高める。例えば、熱伝導率の高い材質を用いる。または、熱伝導部材13の表面に熱伝導率の高い部材(薄膜または板状部材など)を配設する。
Here, in order to enhance the heat absorption effect and heat dissipation effect of the heat conducting member 13, the following changes are effective.
-Increase the heat dissipation area (contact area with the light emitting part 7).
-Increase the thickness of the heat conducting member 13.
-Increase the thermal conductivity of the heat conducting member 13. For example, a material having high thermal conductivity is used. Alternatively, a member having a high thermal conductivity (such as a thin film or a plate member) is disposed on the surface of the heat conducting member 13.

なお、熱伝導部材13の表面に金属薄膜などを形成する場合には、光束が低下する可能性がある。また、熱伝導部材13の表面を被覆したり、別の部材を配設したりする場合には、製造コストが増加する。   In addition, when forming a metal thin film etc. on the surface of the heat conductive member 13, a light beam may fall. In addition, when the surface of the heat conducting member 13 is covered or another member is disposed, the manufacturing cost increases.

(熱伝導部材13の変更例)
熱伝導部材13は、透光性を有する部分(透光部)と透光性を有さない部分(遮光部)とを有していてもよい。この構成の場合、透光部は発光部7のレーザ光照射面7aを覆うように配置され、遮光部はその外側に配置される。
(Modification example of heat conduction member 13)
The heat conductive member 13 may have a portion having a light transmitting property (light transmitting portion) and a portion having no light transmitting property (light shielding portion). In the case of this configuration, the light transmitting part is disposed so as to cover the laser light irradiation surface 7a of the light emitting part 7, and the light shielding part is disposed outside thereof.

遮光部は、金属(例えば銅やアルミ)の放熱パーツであってもよいし、アルミや銀その他、照明光を反射させる効果のある膜が透光性部材の表面に形成されているものであってもよい。   The light shielding part may be a heat radiating part of metal (for example, copper or aluminum), or aluminum, silver, or other film that has an effect of reflecting illumination light is formed on the surface of the translucent member. May be.

(冷却部14)
冷却部14は、熱伝導部材13を冷却する部材であり、例えば、アルミや銅などの金属からなる熱伝導性の高い放熱ブロックである。なお、反射鏡8が金属で形成されるのであれば、反射鏡8が冷却部14を兼ねていてもよい。または、冷却部14は、冷却液をその内部に循環させることによって熱伝導部材13を冷却する冷却装置であってもよいし、風冷によって熱伝導部材13を冷却する冷却装置(ファン)であってもよい。
(Cooling unit 14)
The cooling unit 14 is a member that cools the heat conducting member 13, and is a heat radiating block having high thermal conductivity made of a metal such as aluminum or copper, for example. If the reflecting mirror 8 is made of metal, the reflecting mirror 8 may also serve as the cooling unit 14. Alternatively, the cooling unit 14 may be a cooling device that cools the heat conducting member 13 by circulating a cooling liquid therein, or a cooling device (fan) that cools the heat conducting member 13 by air cooling. May be.

冷却部14を金属塊として実現する場合には、当該金属塊の上面に複数の放熱用のフィンを設けてもよい。この構成により、金属塊の表面積を増加させ、金属塊からの放熱をより効率良く行うことができる。   When the cooling unit 14 is realized as a metal lump, a plurality of heat radiation fins may be provided on the upper surface of the metal lump. With this configuration, the surface area of the metal lump can be increased, and heat dissipation from the metal lump can be performed more efficiently.

なお、この冷却部14はヘッドランプ1にとって必須なものではなく、熱伝導部材13が発光部7から受け取った熱を熱伝導部材13から自然に放熱させてもよい。冷却部14を設けることで、熱伝導部材13からの放熱を効率良く行うことができ、特に、発光部7からの発熱量が3W以上の場合に、冷却部14の設置が有効となる。   The cooling unit 14 is not essential for the headlamp 1, and the heat received by the heat conducting member 13 from the light emitting unit 7 may be radiated from the heat conducting member 13 naturally. By providing the cooling unit 14, it is possible to efficiently dissipate heat from the heat conducting member 13. In particular, when the amount of heat generated from the light emitting unit 7 is 3 W or more, the installation of the cooling unit 14 is effective.

また、熱伝導部材13の長さを調整することにより、冷却部14を発光部7から離れた位置に設置することができる。この場合、図2に示すような、冷却部14がハウジング10に収納される構成に限らず、熱伝導部材13がハウジング10を貫くことにより、冷却部14をハウジング10の外部に設置することも可能となる。   Further, the cooling unit 14 can be installed at a position away from the light emitting unit 7 by adjusting the length of the heat conducting member 13. In this case, the cooling unit 14 is not limited to the configuration in which the cooling unit 14 is housed in the housing 10 as illustrated in FIG. 2, and the cooling unit 14 may be installed outside the housing 10 by the heat conducting member 13 passing through the housing 10. It becomes possible.

それゆえ、冷却部14が万が一故障した場合に修理または交換しやすい位置に設置することができ、ヘッドランプ1の設計自由度を高めることができる。   Therefore, the cooling unit 14 can be installed at a position where it can be easily repaired or replaced in the event of a failure, and the design flexibility of the headlamp 1 can be increased.

(発光部7の変更例)
図3は、発光部7の変更例を示す断面図である。図3に示すように、発光部7の側面と当接する熱伝導壁(熱伝導部材)18を形成してもよい。この熱伝導壁18は、例えば、金属(例えば、アルミニウム)、またはサファイア、無機ガラスなどの透光性および高熱伝導性を有する材質からなる壁面である。
(Modification example of the light emitting unit 7)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modified example of the light emitting unit 7. As shown in FIG. 3, a heat conductive wall (heat conductive member) 18 that contacts the side surface of the light emitting unit 7 may be formed. The heat conductive wall 18 is a wall surface made of a material having translucency and high thermal conductivity such as metal (for example, aluminum), sapphire, or inorganic glass.

熱伝導壁18を第2の熱伝導部材として熱伝導部材13とともに設けることにより、発光部7の放熱効果をより高めることができる。   By providing the heat conducting wall 18 as the second heat conducting member together with the heat conducting member 13, the heat radiation effect of the light emitting portion 7 can be further enhanced.

(発光部7の作製方法)
次に発光部7の作製方法について説明する。
(Manufacturing method of the light emitting part 7)
Next, a method for manufacturing the light emitting unit 7 will be described.

まず、セラミックス材料と蛍光体粉末とバインダとが所定の割合となるようにそれぞれの粉末を秤量し、これらの粉末が均一に混ざり合うように混合する(混合工程)。この混合処理は、秤量した各粉末を容器に入れ、手動で揺動させることによって行ってもよいし、混合装置によって行ってもよい。   First, each powder is weighed so that the ceramic material, the phosphor powder, and the binder are in a predetermined ratio, and mixed so that these powders are uniformly mixed (mixing step). This mixing process may be performed by putting each weighed powder in a container and manually rocking it, or by a mixing device.

ここで、セラミックス材料と蛍光体粉末とバインダとを混合する混合割合は、セラミックス材料+蛍光体とバインダとの比率が50:50〜70:30であることが好ましい。また、セラミックス中の蛍光体濃度は、目的の色温度、色度、使用する蛍光体の効率、粒子径によって異なるが、およそ1:10〜1:2とすることが好ましい。ただし、これらの混合割合に限定されるものではなく、適宜決めてよい。   Here, as for the mixing ratio of mixing the ceramic material, the phosphor powder, and the binder, the ratio of the ceramic material + the phosphor and the binder is preferably 50:50 to 70:30. The phosphor concentration in the ceramic is preferably about 1:10 to 1: 2, although it varies depending on the target color temperature, chromaticity, efficiency of the phosphor used, and particle diameter. However, it is not limited to these mixing ratios, and may be appropriately determined.

ここで、図4は、発光部7の内部に蛍光体粒子16が分散している状態を示す概念図であるが、発光部7における蛍光体の濃度が高い場合には、図4に示すように蛍光体粒子16が封止材の中に均一に分散していることが好ましい。蛍光体粒子16が一箇所に偏って存在すると、その箇所での発熱量が多くなり、発光効率の低下および発光部7の劣化が生じる可能性があるからである。   Here, FIG. 4 is a conceptual diagram showing a state in which the phosphor particles 16 are dispersed inside the light emitting unit 7, but when the phosphor concentration in the light emitting unit 7 is high, as shown in FIG. 4. It is preferable that the phosphor particles 16 are uniformly dispersed in the sealing material. This is because if the phosphor particles 16 are biased to one place, the amount of heat generated at that place increases, which may cause a reduction in light emission efficiency and deterioration of the light emitting unit 7.

なお、セラミックス材料を蛍光体と共に焼結するときには、セラミックス材料はできる限り高純度で、かつ、0.5μm〜2μmの粉末粒子を用いることが好ましい。   When the ceramic material is sintered together with the phosphor, it is preferable to use powder particles having a purity as high as possible and 0.5 μm to 2 μm.

混合工程の後、混合粉末を射出成型に供し、所望の形状に成型する(成型工程)。射出成型法は、射出されたままの状態で次の焼結工程に成型物を供することができるため、成型物に含まれる蛍光体の分散性が優れ、特に有効である。   After the mixing step, the mixed powder is subjected to injection molding and molded into a desired shape (molding step). The injection molding method is particularly effective because the molded product can be used for the next sintering step as it is injected, and the dispersibility of the phosphor contained in the molded product is excellent.

成型工程の後、まず脱バインダ処理を行う。ここでは400℃〜600℃程度の温度を加えることによりバインダを解重合反応などにより分解し蒸発させる。その後、成型された成型物を焼結させる(焼結工程)。ここで、成型物を焼結処理することにより、焼結物に粒界(結晶粒間の界面または粒子の境界面)を生成することができる。その粒界の存在は、次の効果を生じさせる。具体的には、人間の目に損傷を与える可能性の高い、コヒーレントな成分を有するレーザ光が励起光として使用される場合には、粒界によってレーザ光が散乱される。そして、発光点の大きさが拡大することによって、発光装置の安全性を高めることができる。   After the molding process, first, a binder removal process is performed. Here, by applying a temperature of about 400 ° C. to 600 ° C., the binder is decomposed and evaporated by a depolymerization reaction or the like. Thereafter, the molded product is sintered (sintering process). Here, a grain boundary (an interface between crystal grains or an interface between particles) can be generated in the sintered product by sintering the molded product. The presence of the grain boundary causes the following effects. Specifically, when laser light having a coherent component that is likely to damage the human eye is used as excitation light, the laser light is scattered by the grain boundary. And the safety | security of a light-emitting device can be improved by the magnitude | size of a light emission point expanding.

なお、焼結工程における焼結温度は、セラミックス材料の融点の約0.6倍〜0.8倍とすることが好ましく、一般的には、800℃〜1500℃程度である。ただし、焼結助剤を用いることにより、焼結温度を低温化させることもできる。また、焼成時間は、例えば脱バインダ工程を500℃で3時間行った後に、1200℃を2時間保持するといった構成で実現されてよい。ただし、焼結時間は、ここで挙げた時間に限られず、適宜変更可能である。   The sintering temperature in the sintering step is preferably about 0.6 to 0.8 times the melting point of the ceramic material, and is generally about 800 ° C to 1500 ° C. However, the sintering temperature can be lowered by using a sintering aid. The firing time may be realized by, for example, a configuration in which the binder removal step is performed at 500 ° C. for 3 hours and then 1200 ° C. is maintained for 2 hours. However, the sintering time is not limited to the time listed here, and can be changed as appropriate.

また、粒界のサイズは、光の散乱を発生させる領域である必要がある。例えば、そのサイズは、波長によって散乱の度合いが異なるレイリー散乱の領域(粒界サイズが1nm〜数10nm位)から、波長によらず散乱されるミー散乱の領域もしくは回折散乱の領域(可視光の波長とほぼ同程度の粒界サイズ数100nm〜50μm程度)までが考えられる。   Further, the size of the grain boundary needs to be an area where light scattering occurs. For example, the size varies from a Rayleigh scattering region (grain boundary size of about 1 nm to several tens of nm) where the degree of scattering varies depending on the wavelength to a Mie scattering region or a diffraction scattering region (visible light region) that is scattered regardless of the wavelength. It is conceivable that the grain boundary size is about 100 nm to 50 μm, which is approximately the same as the wavelength.

さらに、発光部を、射出成型工程および焼結工程ではなく、溶融処理によって作製する方法も考えられる。しかしながら、その場合、発光部の内部の蛍光体が均一に分散されないという問題が生じうる。さらに、焼結工程であれば発生する粒界が溶融処理では発生せず、そのため、レーザ光を分散させてヘッドランプ1の安全性を高めるという効果を奏することができなくなる。   Furthermore, a method of producing the light emitting part by a melting process instead of the injection molding process and the sintering process is also conceivable. However, in that case, there may arise a problem that the phosphor inside the light emitting unit is not uniformly dispersed. Further, the grain boundary generated in the sintering process does not occur in the melting process, and therefore, it is impossible to achieve the effect of increasing the safety of the headlamp 1 by dispersing the laser light.

このような理由から、ヘッドランプ1は、上述した、混合工程、成型工程、及び焼結工程によって作製することが好ましい。なお、発光部に分散される蛍光体が均一性を有する作製方法、および、発光部に粒界が発生する作製方法であれば、混合工程、成型工程、及び焼結工程に限定されず他の方法を用いることも可能である。   For this reason, the headlamp 1 is preferably manufactured by the above-described mixing process, molding process, and sintering process. In addition, as long as the phosphor dispersed in the light emitting portion is a manufacturing method having uniformity and a manufacturing method in which grain boundaries are generated in the light emitting portion, the present invention is not limited to the mixing step, the molding step, and the sintering step. It is also possible to use a method.

(発光部7の作製方法の一実施例)
ここで、発光部7の作製方法の一実施例を説明する。
(One Example of Manufacturing Method of Light Emitting Unit 7)
Here, an example of a method for manufacturing the light emitting unit 7 will be described.

上述したように、セラミックス材料を蛍光体と共に焼結するときには、セラミックス材料はできる限り高純度、かつ、0.5μm〜2μmの粉末粒子を用いることが好ましい。そこで、例えばセラミックス材料としてアルミナを用いる場合には、粒子径が0.1μm〜0.5μmとすることが好ましく、そのアルミナの微粒子と、YAG:Ce3+蛍光体と、バインダと、焼結助剤とを混合工程で均一に混合しペレット化する。このとき、アルミナ微粒子とYAG:Ce3+とバインダとは4:1:5の割合で混合する。このとき、焼結助剤を微量添加してよい。 As described above, when the ceramic material is sintered together with the phosphor, it is preferable to use powder particles having a purity as high as possible and 0.5 μm to 2 μm. Therefore, for example, when alumina is used as the ceramic material, the particle diameter is preferably 0.1 μm to 0.5 μm. The alumina fine particles, YAG: Ce 3+ phosphor, binder, and sintering aid are used. Are uniformly mixed in a mixing step and pelletized. At this time, the alumina fine particles, YAG: Ce 3+ and the binder are mixed at a ratio of 4: 1: 5. At this time, a small amount of a sintering aid may be added.

その混合工程によって得られた混合粉末を成型工程、及び成型工程に供し、所望の発光部7を得る。なお、本実施例では、焼結工程は、成型工程で得られた成型物を減圧加熱下で脱脂し、Nガス中で焼結させる。 The mixed powder obtained by the mixing step is subjected to a molding step and a molding step to obtain a desired light emitting unit 7. In the present embodiment, in the sintering process, the molded product obtained in the molding process is degreased under reduced pressure heating and sintered in N 2 gas.

ただし、減圧加熱下での脱脂、Nガス中で焼結は必ずしも必要ではない。しかしながら、蛍光体材料としてYAG:Ce3+を用いる場合には、酸素を含む雰囲気下で成型物を加熱すると、Ce3+がCe2+となって着色を示すとともに発光効率が低下するという問題が生じる。このため、蛍光体材料等の条件に応じて減圧加熱下での脱脂、Nガス中で焼結、及び場合に応じて他の操作を加えることにより、より好適な焼結発光体を作製することができる。 However, degreasing under reduced pressure heating and sintering in N 2 gas are not necessarily required. However, in the case of using YAG: Ce 3+ as the phosphor material, when the molded product is heated in an atmosphere containing oxygen, there is a problem that Ce 3+ becomes Ce 2+ and becomes colored and the light emission efficiency is lowered. For this reason, a more suitable sintered light-emitting body is produced by adding degreasing under reduced pressure heating, sintering in N 2 gas, and other operations depending on the case depending on conditions such as the phosphor material. be able to.

さらに、蛍光体材料としては、YAG:Ce3+のほか、酸窒化物蛍光体を好適に使用することができる。励起光源として405nmの半導体レーザを用いるのであれば、青色蛍光体としてのJEMと緑色蛍光体としてのβ−SiAlON:Eu2+と赤色蛍光体としてのCASN:Eu2+を用いることができる。ここで赤色蛍光体としてCASN:Eu2+の代わりにSr(ストロンチウム)が添加されたSCASN:Eu2+を用いれば、演色性は若干犠牲となるものの、発光効率を向上させることができる。励起光源として450nm近辺で発振する半導体レーザを用いるのであれば、β−SiAlON:Eu2+と赤色蛍光体としてのCASN:Eu2+または、SCASN:Eu2+を使うとよい。 Furthermore, as the phosphor material, in addition to YAG: Ce 3+ , an oxynitride phosphor can be preferably used. If a 405 nm semiconductor laser is used as the excitation light source, JEM as a blue phosphor, β-SiAlON: Eu 2+ as a green phosphor, and CASN: Eu 2+ as a red phosphor can be used. Here CASN as a red phosphor: SCASN instead of Eu 2+ Sr (strontium) was added: The use of Eu 2+, although the color rendering properties become slightly sacrificed, it is possible to improve the luminous efficiency. If the use of the semiconductor laser that oscillates at 450nm around as an excitation light source, β-SiAlON: CASN as Eu 2+ and red phosphor: Eu 2+ or, SCASN: may use the Eu 2+.

(半導体レーザ3の構造)
次に、半導体レーザ3の基本構造について説明する。図5(a)は、半導体レーザ3の回路図を模式的に示したものであり、図5(b)は、半導体レーザ3の基本構造を示す斜視図である。同図に示すように、半導体レーザ3は、カソード電極23、基板22、クラッド層113、活性層111、クラッド層112、アノード電極21がこの順に積層された構成である。
(Structure of semiconductor laser 3)
Next, the basic structure of the semiconductor laser 3 will be described. FIG. 5A schematically shows a circuit diagram of the semiconductor laser 3, and FIG. 5B is a perspective view showing a basic structure of the semiconductor laser 3. As shown in the figure, the semiconductor laser 3 has a configuration in which a cathode electrode 23, a substrate 22, a clad layer 113, an active layer 111, a clad layer 112, and an anode electrode 21 are laminated in this order.

基板22は、半導体基板であり、本願のように蛍光体を励起する為の青色〜紫外の励起光を得る為にはGaN、サファイア、SiCを用いることが好ましい。一般的には、半導体レーザ用の基板の他の例として、Si、GeおよびSiC等のIV属半導体、GaAs、GaP、InP、AlAs、GaN、InN、InSb、GaSbおよびAlNに代表されるIII−V属化合物半導体、ZnTe、ZeSe、ZnSおよびZnO等のII−VI属化合物半導体、ZnO、Al、SiO、TiO、CrOおよびCeO等の酸化物絶縁体、並びに、SiNなどの窒化物絶縁体のいずれかの材料が用いられる。 The substrate 22 is a semiconductor substrate, and it is preferable to use GaN, sapphire, or SiC in order to obtain blue to ultraviolet excitation light for exciting the phosphor as in the present application. In general, as other examples of a substrate for a semiconductor laser, a group IV semiconductor represented by a group IV semiconductor such as Si, Ge and SiC, GaAs, GaP, InP, AlAs, GaN, InN, InSb, GaSb and AlN Group V compound semiconductors, Group II-VI compound semiconductors such as ZnTe, ZeSe, ZnS and ZnO, oxide insulators such as ZnO, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , CrO 2 and CeO 2 , and SiN Any material of the nitride insulator is used.

アノード電極21は、クラッド層112を介して活性層111に電流を注入するためのものである。   The anode electrode 21 is for injecting a current into the active layer 111 through the cladding layer 112.

カソード電極23は、基板22の下部から、クラッド層113を介して活性層111に電流を注入するためのものである。なお、電流の注入は、アノード電極21・カソード電極23に順方向バイアスをかけて行う。   The cathode electrode 23 is for injecting current into the active layer 111 from the lower part of the substrate 22 through the clad layer 113. The current is injected by applying a forward bias to the anode electrode 21 and the cathode electrode 23.

活性層111は、クラッド層113及びクラッド層112で挟まれた構造になっている。   The active layer 111 has a structure sandwiched between the clad layer 113 and the clad layer 112.

また、活性層111およびクラッド層の材料としては、青色〜紫外の励起光を得る為にはAlInGaNから成る混晶半導体が用いられる。一般に半導体レーザの活性層・クラッド層としては、Al、Ga、In、As、P、N、Sbを主たる組成とする混晶半導体が用いられ、そのような構成としても良い。また、Zn、Mg、S、Se、TeおよびZnO等のII−VI属化合物半導体によって構成されていてもよい。   As the material for the active layer 111 and the cladding layer, a mixed crystal semiconductor made of AlInGaN is used to obtain blue to ultraviolet excitation light. Generally, a mixed crystal semiconductor mainly composed of Al, Ga, In, As, P, N, and Sb is used as an active layer / cladding layer of a semiconductor laser, and such a configuration may be used. Moreover, you may be comprised by II-VI group compound semiconductors, such as Zn, Mg, S, Se, Te, and ZnO.

また、活性層111は、注入された電流により発光が生じる領域であり、クラッド層112及びクラッド層113との屈折率差により、発光した光が活性層111内に閉じ込められる。   The active layer 111 is a region where light emission is caused by the injected current, and the emitted light is confined in the active layer 111 due to a difference in refractive index between the cladding layer 112 and the cladding layer 113.

さらに、活性層111には、誘導放出によって増幅される光を閉じ込めるために互いに対向して設けられる表側へき開面114・裏側へき開面115が形成されており、この表側へき開面114・裏側へき開面115が鏡の役割を果す。   Further, the active layer 111 is formed with a front side cleaved surface 114 and a back side cleaved surface 115 provided to face each other in order to confine light amplified by stimulated emission, and the front side cleaved surface 114 and the back side cleaved surface 115. Plays the role of a mirror.

ただし、完全に光を反射する鏡とは異なり、誘導放出によって増幅される光の一部は、活性層111の表側へき開面114・裏側へき開面115(本実施の形態では、便宜上表側へき開面114とする)から出射され、励起光L0となる。なお、活性層111は、多層量子井戸構造を形成していてもよい。   However, unlike a mirror that completely reflects light, a part of the light amplified by stimulated emission is obtained by cleaving the front side cleaved surface 114 and the back side cleaved surface 115 of the active layer 111 (in this embodiment, the front side cleaved surface 114 for convenience. And the excitation light L0. Note that the active layer 111 may form a multilayer quantum well structure.

なお、表側へき開面114と対向する裏側へき開面115には、レーザ発振のための反射膜(図示せず)が形成されており、表側へき開面114と裏側へき開面115との反射率に差を設けることで、低反射率端面である、例えば、表側へき開面114より励起光L0の大部分を発光点103から照射されるようにすることができる。   Note that a reflective film (not shown) for laser oscillation is formed on the back side cleaved surface 115 opposite to the front side cleaved surface 114, and the difference in reflectance between the front side cleaved surface 114 and the back side cleaved surface 115 is different. By providing, for example, most of the excitation light L0 can be emitted from the light emitting point 103 from the front-side cleavage surface 114 which is a low reflectance end face.

クラッド層113・クラッド層112は、n型およびp型それぞれのGaAs、GaP、InP、AlAs、GaN、InN、InSb、GaSb、及びAlNに代表されるIII−V属化合物半導体、並びに、ZnTe、ZeSe、ZnSおよびZnO等のII−VI属化合物半導体のいずれの半導体によって構成されていてもよく、順方向バイアスをアノード電極21及びカソード電極23に印加することで活性層111に電流を注入できるようになっている。   The clad layer 113 and the clad layer 112 are made of n-type and p-type GaAs, GaP, InP, AlAs, GaN, InN, InSb, GaSb, and AlN group III-V compound semiconductors, and ZnTe, ZeSe. , ZnS, ZnO, or any other II-VI compound semiconductor, and by applying a forward bias to the anode electrode 21 and the cathode electrode 23, current can be injected into the active layer 111. It has become.

クラッド層113・クラッド層112および活性層111などの各半導体層との膜形成については、MOCVD(有機金属化学気相成長)法やMBE(分子線エピタキシー)法、CVD(化学気相成長)法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。各金属層の膜形成については、真空蒸着法やメッキ法、レーザアブレーション法、スパッタ法などの一般的な成膜手法を用いて構成できる。   As for film formation with each semiconductor layer such as the clad layer 113, the clad layer 112, and the active layer 111, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, MBE (molecular beam epitaxy) method, CVD (chemical vapor deposition) method. The film can be formed using a general film forming method such as a laser ablation method or a sputtering method. The film formation of each metal layer can be configured using a general film forming method such as a vacuum deposition method, a plating method, a laser ablation method, or a sputtering method.

(発光部7の発光原理)
次に、半導体レーザ3から発振されたレーザ光による蛍光体の発光原理について説明する。
(Light emission principle of the light emitting unit 7)
Next, the light emission principle of the phosphor by the laser light oscillated from the semiconductor laser 3 will be described.

まず、半導体レーザ3から発振されたレーザ光が発光部7に含まれる蛍光体に照射されることにより、蛍光体内に存在する電子が低エネルギー状態から高エネルギー状態(励起状態)に励起される。   First, the laser light oscillated from the semiconductor laser 3 is irradiated onto the phosphor included in the light emitting unit 7, whereby electrons existing in the phosphor are excited from a low energy state to a high energy state (excited state).

その後、この励起状態は不安定であるため、蛍光体内の電子のエネルギー状態は、一定時間後にもとの低エネルギー状態(基底準位のエネルギー状態または励起準位と基底準位との間の準安定準位のエネルギー状態)に遷移する。   Since this excited state is unstable, the energy state of the electrons in the phosphor is changed to the original low energy state after a certain time (the energy state of the ground level or the level between the excited level and the ground level). Transition to a stable level energy state).

このように、高エネルギー状態に励起された電子が、低エネルギー状態に遷移することによって蛍光体が発光する。   In this way, the phosphors emit light when electrons excited to the high energy state transition to the low energy state.

白色光は、等色の原理を満たす3つの色の混色、または補色の関係を満たす2つの色の混色で構成でき、この原理・関係に基づき、半導体レーザから発振されたレーザ光の色と蛍光体が発する光の色とを、上述のように組み合わせることにより白色光を発生させることができる。   White light can be composed of a mixture of three colors that satisfy the principle of equal colors, or a mixture of two colors that satisfy the relationship of complementary colors, and based on this principle and relationship, the color and fluorescence of laser light oscillated from a semiconductor laser. White light can be generated by combining the color of light emitted by the body as described above.

(ヘッドランプ1の効果)
発光部をハイパワーのレーザ光で励起すると、発光部が激しく劣化することを本発明の発明者は見出した。発光部の劣化は、発光部に含まれる蛍光体そのものの劣化とともに、蛍光体を取り囲む封止材の劣化によって主に引き起こされる。例えば、上述のサイアロン蛍光体は、レーザ光が照射されると60〜80%の効率で光を発生させるが、残りは熱となって放出される。
(Effect of headlamp 1)
The inventors of the present invention have found that when the light emitting portion is excited with high power laser light, the light emitting portion is severely deteriorated. The deterioration of the light emitting part is mainly caused by the deterioration of the phosphor itself contained in the light emitting part and the deterioration of the sealing material surrounding the phosphor. For example, the sialon phosphor described above generates light with an efficiency of 60 to 80% when irradiated with laser light, but the rest is emitted as heat.

この点、ヘッドランプ1では、発光部7は、アルミナなどのセラミックス材料と半導体レーザ3から出射されたレーザ光を受けて発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させたものである。そのため、発光部7は高い熱伝導性を有し、発光部7の熱が効率良く熱伝導部材13に伝わり、発光部7が効果的に放熱される。これにより、発熱による発光部7の劣化および発光効率の低下を防止することができる。   In this regard, in the headlamp 1, the light emitting unit 7 is obtained by sintering a ceramic material such as alumina and a phosphor that emits light by receiving laser light emitted from the semiconductor laser 3 using a binder. Therefore, the light emitting unit 7 has high thermal conductivity, the heat of the light emitting unit 7 is efficiently transmitted to the heat conducting member 13, and the light emitting unit 7 is effectively radiated. Thereby, deterioration of the light emission part 7 by the heat_generation | fever and the fall of luminous efficiency can be prevented.

従って、レーザ光を励起光源とした超高輝度な光源としてのヘッドランプの寿命を延ばし、その信頼性を高めることができる。
〔従来の発光装置とヘッドランプ1との比較〕
次に、ヘッドランプ1によって得られる効果を表1、表2を用いて説明する。
〔表1:発光部の材質〕
Therefore, it is possible to extend the life of the headlamp as an ultra-bright light source using laser light as an excitation light source, and to improve its reliability.
[Comparison between conventional light emitting device and headlamp 1]
Next, the effects obtained by the headlamp 1 will be described with reference to Tables 1 and 2.
[Table 1: Material of light emitting part]

Figure 2012190555
Figure 2012190555

表1に示すように、発光部の封止材として無機ガラスを用いる従来の発光装置と、セラミックス材料としてアルミナを用いるヘッドランプ1とを比較して、ヘッドランプ1による効果を考察する。   As shown in Table 1, the effect of the headlamp 1 will be considered by comparing a conventional light emitting device using inorganic glass as a sealing material for a light emitting portion with a headlamp 1 using alumina as a ceramic material.

表1に示すように、無機ガラスの熱伝導率は1W/mKであり、アルミナの熱伝導率は20W/mKである。なお、発光部中は、酸窒化物系蛍光体(Caα−SiAlON:CeおよびCASN:Eu)が内部に分散されており、直径3mm、厚さ1.5mmの円盤状であるものとする。   As shown in Table 1, the thermal conductivity of inorganic glass is 1 W / mK, and the thermal conductivity of alumina is 20 W / mK. In the light emitting portion, oxynitride phosphors (Caα-SiAlON: Ce and CASN: Eu) are dispersed inside, and are in the shape of a disk having a diameter of 3 mm and a thickness of 1.5 mm.

ここで、蛍光体を封止する一般的な封止材の熱伝導率は、シリコン樹脂や有機無機ハイブリッドガラスで0.1W/mK〜0.2W/mK程度、無機ガラスで1W/mK〜2W/mK程度である。例えば、熱伝導率0.2W/mKの3mm×3mm×厚さ1mmの発熱体の3mm×3mm平面で1Wの発熱があり、上記発熱体が外部と熱的に絶縁されている場合を熱シミュレーションにより計算すると、発熱体の温度は500℃以上(555.6℃)になる。   Here, the thermal conductivity of a general sealing material for sealing a phosphor is about 0.1 W / mK to 0.2 W / mK for silicon resin or organic-inorganic hybrid glass, and 1 W / mK to 2 W for inorganic glass. / MK or so. For example, a thermal simulation in which a heat generating element having a thermal conductivity of 0.2 W / mK has a heat generation of 1 W on a 3 mm × 3 mm plane of a heating element of 3 mm × 3 mm × thickness 1 mm, and the heating element is thermally insulated from the outside. , The temperature of the heating element is 500 ° C. or higher (555.6 ° C.).

ちなみに、熱伝導率2W/mKの封止材を用いると同じ大きさ・同じ発熱量の発熱体であっても温度上昇は55.6℃となる。すなわち、封止材の熱伝導率は非常に重要である。また、封止材の熱伝導率は2W/mKのまま、発熱体のサイズを3mm×1mm×厚さ1mmとすると、温度上昇は166.7℃となる。それゆえ、輝度を高くするために発光部7のサイズを小さくすればするほど、同じ発熱量でも温度上昇が激しくなり、発光部7に負担がかかるようになる。   Incidentally, if a sealing material having a thermal conductivity of 2 W / mK is used, the temperature rise will be 55.6 ° C. even if the heating element has the same size and the same heating value. That is, the thermal conductivity of the encapsulant is very important. If the heat conductivity of the encapsulant is 2 W / mK and the size of the heating element is 3 mm × 1 mm × thickness 1 mm, the temperature rise is 166.7 ° C. Therefore, the smaller the size of the light emitting unit 7 in order to increase the luminance, the more the temperature rises even with the same amount of heat generation, and the light emitting unit 7 is burdened.

このような背景のもと、従来の発光部で使用される無機ガラスと、熱伝導率が20W/mKというアルミナとを対比しつつ、ヘッドランプ1の効果を考察する。   Against this background, the effect of the headlamp 1 will be considered while comparing the inorganic glass used in the conventional light emitting part with alumina having a thermal conductivity of 20 W / mK.

まず、上表において、無機ガラスおよびアルミナの熱抵抗を算出する。各部材の熱抵抗は、次の(1)式によって算出できる。   First, in the above table, the thermal resistance of inorganic glass and alumina is calculated. The thermal resistance of each member can be calculated by the following equation (1).

熱抵抗=(1/熱伝導率)×(放熱経路の長さ/放熱断面積)・・・(1)
放熱経路の長さは、各部材の厚み(レーザ光の透過方向における厚み)に相当し、放熱断面積は、部材間の接合面積に相当する。具体的な熱抵抗の計算例を表2に示す。
〔表2:熱抵抗の計算例〕
Thermal resistance = (1 / thermal conductivity) × (heat dissipation path length / heat dissipation cross-sectional area) (1)
The length of the heat dissipation path corresponds to the thickness of each member (thickness in the laser beam transmission direction), and the heat dissipation cross-sectional area corresponds to the bonding area between the members. Table 2 shows a specific calculation example of thermal resistance.
[Table 2: Calculation example of thermal resistance]

Figure 2012190555
Figure 2012190555

表2に示すように、無機ガラスとアルミナとを対比すると、発光部の熱抵抗は、無機ガラスが83.3K/W、アルミナが4.2K/Wとなる。すなわち、発光部で1Wの発熱があった場合、無機ガラスでは83.3℃の温度上昇が想定されるのに対して、アルミナでは4.2℃に抑えられる。したがって、熱伝導率20W/mKのアルミナを用いることで、発光部の熱抵抗を劇的に低減することができる。つまり、発光部を構成する材料の熱伝導率を向上させることは、発光部の温度上昇を低減するという目的に対して、非常に大きな効果があることが分かる。   As shown in Table 2, when inorganic glass and alumina are compared, the thermal resistance of the light emitting part is 83.3 K / W for inorganic glass and 4.2 K / W for alumina. That is, when 1 W of heat is generated in the light emitting portion, an increase in temperature of 83.3 ° C. is assumed for inorganic glass, whereas it is suppressed to 4.2 ° C. for alumina. Therefore, by using alumina having a thermal conductivity of 20 W / mK, the thermal resistance of the light emitting part can be dramatically reduced. That is, it can be seen that improving the thermal conductivity of the material constituting the light emitting part has a very large effect for the purpose of reducing the temperature rise of the light emitting part.

このような理由から、ヘッドランプ1に係る発光部7は高い熱伝導性を有することができ、発光部7の熱が効率良く熱伝導部材13に伝わり、発光部7が効果的に放熱される。これにより、発熱による発光部7の劣化および発光効率の低下を防止することができる。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施形態について図6〜図11に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
For this reason, the light emitting unit 7 according to the headlamp 1 can have high thermal conductivity, the heat of the light emitting unit 7 is efficiently transmitted to the heat conducting member 13, and the light emitting unit 7 is effectively radiated. . Thereby, deterioration of the light emission part 7 by the heat_generation | fever and the fall of luminous efficiency can be prevented.
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. In addition, about the member similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

ここでは、本発明の照明装置の一例としてのレーザダウンライト200について説明する。レーザダウンライト200は、家屋、乗物などの構造物の天井に設置される照明装置であり、半導体レーザ3から出射したレーザ光を発光部7に照射することによって発生する蛍光を照明光として用いるものである。   Here, the laser downlight 200 as an example of the illuminating device of this invention is demonstrated. The laser downlight 200 is an illumination device installed on the ceiling of a structure such as a house or a vehicle, and uses fluorescence generated by irradiating the light emitting unit 7 with laser light emitted from the semiconductor laser 3 as illumination light. It is.

なお、レーザダウンライト200と同様の構成を有する照明装置を、構造物の側壁または床に設置してもよく、上記照明装置の設置場所は特に限定されない。   Note that an illuminating device having the same configuration as that of the laser downlight 200 may be installed on the side wall or floor of the structure, and the installation location of the illuminating device is not particularly limited.

図6は、発光ユニット210および従来のLEDダウンライト300の外観を示す概略図である。図7は、レーザダウンライト200が設置された天井の断面図である。図8は、レーザダウンライト200の断面図である。図6〜図8に示すように、レーザダウンライト200は、天板400に埋設され、照明光を出射する発光ユニット210と、光ファイバー5を介して発光ユニット210へレーザ光を供給するLD光源ユニット220とを含んでいる。LD光源ユニット220は、天井には設置されておらず、ユーザが容易に触れることができる位置(例えば、家屋の側壁)に設置されている。このようにLD光源ユニット220の位置を自由に決定できるのは、LD光源ユニット220と発光ユニット210とが光ファイバー5によって接続されているからである。この光ファイバー5は、天板400と断熱材401との間の隙間に配置されている。   FIG. 6 is a schematic view showing the appearance of the light emitting unit 210 and the conventional LED downlight 300. FIG. 7 is a cross-sectional view of the ceiling where the laser downlight 200 is installed. FIG. 8 is a cross-sectional view of the laser downlight 200. As shown in FIGS. 6 to 8, the laser downlight 200 is embedded in the top plate 400 and emits illumination light, and an LD light source unit that supplies laser light to the light emitting unit 210 via the optical fiber 5. 220. The LD light source unit 220 is not installed on the ceiling, but is installed at a position where the user can easily touch it (for example, a side wall of a house). The position of the LD light source unit 220 can be freely determined in this way because the LD light source unit 220 and the light emitting unit 210 are connected by the optical fiber 5. The optical fiber 5 is disposed in a gap between the top plate 400 and the heat insulating material 401.

(発光ユニット210の構成)
発光ユニット210は、図8に示すように、筐体211、光ファイバー5、発光部7、熱伝導部材13および透光板213を備えている。図8では示されていないが、発光部7には高熱伝導フィラー15が分散されている。上述の実施形態と同様に、発光部7の熱が熱伝導部材13に伝わることで発光部7の放熱が促進される。
(Configuration of light emitting unit 210)
As shown in FIG. 8, the light emitting unit 210 includes a housing 211, an optical fiber 5, a light emitting unit 7, a heat conducting member 13, and a light transmitting plate 213. Although not shown in FIG. 8, the high thermal conductive filler 15 is dispersed in the light emitting portion 7. Similarly to the above-described embodiment, heat of the light emitting unit 7 is transmitted to the heat conducting member 13, so that heat dissipation of the light emitting unit 7 is promoted.

筐体211には、凹部212が形成されており、この凹部212の底面に発光部7が配置されている。凹部212の表面には、金属薄膜が形成されており、凹部212は反射鏡として機能する。   A recess 212 is formed in the housing 211, and the light emitting unit 7 is disposed on the bottom surface of the recess 212. A metal thin film is formed on the surface of the recess 212, and the recess 212 functions as a reflecting mirror.

また、筐体211には、光ファイバー5を通すための通路214が形成されており、この通路214を通って光ファイバー5が熱伝導部材13まで延びている。光ファイバー5の出射端部5aから出射されたレーザ光は、熱伝導部材13を透過して発光部7に到達する。   In addition, a passage 214 for passing the optical fiber 5 is formed in the housing 211, and the optical fiber 5 extends to the heat conducting member 13 through the passage 214. The laser beam emitted from the emission end 5 a of the optical fiber 5 passes through the heat conducting member 13 and reaches the light emitting unit 7.

透光板213は、凹部212の開口部をふさぐように配置された透明または半透明の板である。この透光板213は、透明板9と同様の機能を有するものであり、発光部7の蛍光は、透光板213を透して照明光として出射される。透光板213は、筐体211に対して取外し可能であってもよく、省略されてもよい。   The translucent plate 213 is a transparent or translucent plate disposed so as to close the opening of the recess 212. The translucent plate 213 has a function similar to that of the transparent plate 9, and the fluorescence of the light emitting unit 7 is emitted as illumination light through the translucent plate 213. The translucent plate 213 may be removable from the housing 211 or may be omitted.

図6では、発光ユニット210は、円形の外縁を有しているが、発光ユニット210の形状(より厳密には、筐体211の形状)は特に限定されない。   In FIG. 6, the light emitting unit 210 has a circular outer edge, but the shape of the light emitting unit 210 (more strictly, the shape of the housing 211) is not particularly limited.

なお、ダウンライトでは、ヘッドランプの場合とは異なり、理想的な点光源は要求されず、発光点が1つというレベルで十分である。それゆえ、発光部7の形状、大きさおよび配置に関する制約は、ヘッドランプの場合よりも少ない。   In the downlight, unlike a headlamp, an ideal point light source is not required, and a level of one light emitting point is sufficient. Therefore, there are fewer restrictions on the shape, size and arrangement of the light emitting section 7 than in the case of the headlamp.

(LD光源ユニット220の構成)
LD光源ユニット220は、半導体レーザ3、非球面レンズ4および光ファイバー5を備えている。
(Configuration of LD light source unit 220)
The LD light source unit 220 includes a semiconductor laser 3, an aspheric lens 4, and an optical fiber 5.

光ファイバー5の一方の端部である入射端部5bは、LD光源ユニット220に接続されており、半導体レーザ3から発振されたレーザ光は、非球面レンズ4を介して光ファイバー5の入射端部5bに入射される。   The incident end 5b, which is one end of the optical fiber 5, is connected to the LD light source unit 220, and the laser light oscillated from the semiconductor laser 3 is incident on the incident end 5b of the optical fiber 5 via the aspherical lens 4. Is incident on.

図8に示すLD光源ユニット220の内部には、半導体レーザ3および非球面レンズ4が一対のみ示されているが、発光ユニット210が複数存在する場合には、発光ユニット210からそれぞれ延びる光ファイバー5の束を1つのLD光源ユニット220に導いてもよい。この場合、1つのLD光源ユニット220に複数の半導体レーザ3と非球面レンズ4との対が収納されることになり、LD光源ユニット220は集中電源ボックスとして機能する。   Only one pair of the semiconductor laser 3 and the aspherical lens 4 is shown inside the LD light source unit 220 shown in FIG. 8, but when there are a plurality of light emitting units 210, the optical fibers 5 extending from the light emitting units 210 respectively. The bundle may be guided to one LD light source unit 220. In this case, a pair of a plurality of semiconductor lasers 3 and aspherical lenses 4 are accommodated in one LD light source unit 220, and the LD light source unit 220 functions as a centralized power supply box.

(レーザダウンライト200の設置方法の変更例)
図9は、レーザダウンライト200の設置方法の変更例を示す断面図である。同図に示すように、レーザダウンライト200の設置方法の変形例として、天板400には光ファイバー5を通す小さな穴402だけを開け、薄型・軽量の特長を活かしてレーザダウンライト本体(発光ユニット210)を天板400に貼り付けるということもできる。この場合、レーザダウンライト200の設置に係る制約が小さくなり、また工事費用が大幅に削減できるというメリットがある。
(Example of changing the installation method of the laser downlight 200)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modified example of the installation method of the laser downlight 200. As shown in the figure, as a modified example of the installation method of the laser downlight 200, only a small hole 402 through which the optical fiber 5 passes is formed in the top plate 400, and the laser downlight main body (light emitting unit) is utilized by taking advantage of the thin and light weight. 210) may be attached to the top board 400. In this case, there are advantages that restrictions on installation of the laser downlight 200 are reduced, and that construction costs can be significantly reduced.

この構成では、熱伝導部材13は、筐体211の底部に、レーザ光入射側の面を全面的に当接させて配置されている。それゆえ、筐体211を熱伝導率の高い物質からなるものにすることによって熱伝導部材13の冷却部として機能させることができる。   In this configuration, the heat conducting member 13 is disposed at the bottom of the casing 211 with the surface on the laser light incident side in contact with the entire surface. Therefore, the casing 211 can be made to function as a cooling unit for the heat conducting member 13 by being made of a material having high thermal conductivity.

(レーザダウンライト200と従来のLEDダウンライト300との比較)
従来のLEDダウンライト300は、図6に示すように、複数の透光板301を備えており、各透光板301からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、LEDダウンライト300において発光点は複数存在している。LEDダウンライト300において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。
(Comparison between laser downlight 200 and conventional LED downlight 300)
As shown in FIG. 6, the conventional LED downlight 300 includes a plurality of light transmitting plates 301, and illumination light is emitted from each light transmitting plate 301. That is, the LED downlight 300 has a plurality of light emitting points. The LED downlight 300 has a plurality of light emitting points because the light flux of light emitted from each light emitting point is relatively small. Therefore, if a plurality of light emitting points are not provided, light having a sufficient light flux as illumination light is provided. This is because it cannot be obtained.

これに対して、レーザダウンライト200は、高光束の照明装置であるため、発光点は1つでもよい。それゆえ、照明光による陰影がきれいに出るという効果が得られる。また、発光部7の蛍光体を高演色蛍光体(例えば、数種類の酸窒化物蛍光体の組み合わせ)にすることにより、照明光の演色性を高めることができる。   On the other hand, since the laser downlight 200 is an illumination device with a high luminous flux, the number of emission points may be one. Therefore, it is possible to obtain an effect that the shadow caused by the illumination light is clearly displayed. Moreover, the color rendering property of illumination light can be improved by making the phosphor of the light emitting portion 7 a high color rendering phosphor (for example, a combination of several kinds of oxynitride phosphors).

これにより、白熱電球ダウンライトに迫る高演色を実現することができる。例えば、平均演色評価数Raが90以上のみならず、特殊演色評価数R9も95以上というLEDダウンライトや蛍光灯ダウンライトでは実現が難しい高演色光も高演色蛍光体と半導体レーザ3の組合せにより実現可能である。   Thereby, the high color rendering which approaches an incandescent bulb downlight is realizable. For example, not only an average color rendering index Ra of 90 or more but also a special color rendering index R9 of 95 or more, high color rendering light that is difficult to realize with LED downlights or fluorescent lamp downlights can be obtained by combining the high color rendering phosphor and the semiconductor laser 3. It is feasible.

図10は、LEDダウンライト300が設置された天井の断面図である。同図に示すように、LEDダウンライト300では、LEDチップ、電源および冷却ユニットを収納した筐体302が天板400に埋設されている。筐体302は比較的大きなものであり、筐体302が配置されている部分の断熱材401には、筐体302の形状に沿った凹部が形成される。筐体302から電源ライン303が延びており、この電源ライン303はコンセント(不図示)につながっている。   FIG. 10 is a cross-sectional view of the ceiling where the LED downlight 300 is installed. As shown in the figure, in the LED downlight 300, a casing 302 that houses an LED chip, a power source, and a cooling unit is embedded in the top plate 400. The housing 302 is relatively large, and a recess along the shape of the housing 302 is formed in a portion of the heat insulating material 401 where the housing 302 is disposed. A power line 303 extends from the housing 302, and the power line 303 is connected to an outlet (not shown).

このような構成では、次のような問題が生じる。まず、天板400と断熱材401との間に発熱源である光源(LEDチップ)および電源が存在しているため、LEDダウンライト300を使用することにより天井の温度が上がり、部屋の冷房効率が低下するという問題が生じる。   Such a configuration causes the following problems. First, since there is a light source (LED chip) and a power source that are heat sources between the top plate 400 and the heat insulating material 401, the use of the LED downlight 300 raises the ceiling temperature, and the cooling efficiency of the room. Problem arises.

また、LEDダウンライト300では、光源ごとに電源および冷却ユニットが必要であり、トータルのコストが増大するという問題が生じる。   Further, the LED downlight 300 requires a power source and a cooling unit for each light source, which causes a problem that the total cost increases.

また、筐体302は比較的大きなものであるため、天板400と断熱材401との間の隙間にLEDダウンライト300を配置することが困難な場合が多いという問題が生じる。   Moreover, since the housing | casing 302 is comparatively large, the problem that it is often difficult to arrange | position the LED downlight 300 in the clearance gap between the top plate 400 and the heat insulating material 401 arises.

これに対して、レーザダウンライト200では、発光ユニット210には、大きな発熱源は含まれていないため、部屋の冷房効率を低下させることはない。その結果、部屋の冷房コストの増大を避けることができる。   On the other hand, in the laser downlight 200, since the light emitting unit 210 does not include a large heat source, the cooling efficiency of the room is not reduced. As a result, an increase in room cooling costs can be avoided.

また、発光ユニット210ごとに電源および冷却ユニットを設ける必要がないため、レーザダウンライト200を小型および薄型にすることができる。その結果、レーザダウンライト200を設置するためのスペースの制約が小さくなり、既存の住宅への設置が容易になる。   Further, since it is not necessary to provide a power source and a cooling unit for each light emitting unit 210, the laser downlight 200 can be reduced in size and thickness. As a result, the space restriction for installing the laser downlight 200 is reduced, and installation in an existing house is facilitated.

また、レーザダウンライト200は、小型および薄型であるため、上述したように、発光ユニット210を天板400の表面に設置することができ、LEDダウンライト300よりも設置に係る制約を小さくすることができるとともに工事費用を大幅に削減できる。   Further, since the laser downlight 200 is small and thin, as described above, the light emitting unit 210 can be installed on the surface of the top plate 400, and the installation restrictions are made smaller than those of the LED downlight 300. As well as drastically reducing construction costs.

図11は、レーザダウンライト200およびLEDダウンライト300のスペックを比較するための図である。同図に示すように、レーザダウンライト200は、その一例では、LEDダウンライト300に比べて体積は94%減少し、質量は86%減少する。   FIG. 11 is a diagram for comparing the specifications of the laser downlight 200 and the LED downlight 300. As shown in the figure, in the laser downlight 200, in one example, the volume is reduced by 94% and the mass is reduced by 86% compared to the LED downlight 300.

また、LD光源ユニット220をユーザの手が容易に届く所に設置できるため、半導体レーザ3が故障した場合でも、手軽に半導体レーザ3を交換できる。また、複数の発光ユニット210から延びる光ファイバー5を1つのLD光源ユニット220に導くことにより、複数の半導体レーザ3を一括管理できる。そのため、複数の半導体レーザ3を交換する場合でも、その交換が容易にできる。   Further, since the LD light source unit 220 can be installed in a place where the user can easily reach, the semiconductor laser 3 can be easily replaced even if the semiconductor laser 3 breaks down. Further, by guiding the optical fibers 5 extending from the plurality of light emitting units 210 to one LD light source unit 220, the plurality of semiconductor lasers 3 can be collectively managed. Therefore, even when a plurality of semiconductor lasers 3 are replaced, the replacement can be easily performed.

なお、LEDダウンライト300において、高演色蛍光体を用いたタイプの場合、消費電力10Wで約500lmの光束が出射できるが、同じ明るさの光をレーザダウンライト200で実現するためには、3.3Wの光出力が必要である。この光出力は、LD効率が35%であれば、消費電力10Wに相当し、LEDダウンライト300の消費電力も10Wであるため、消費電力では、両者の間に顕著な差は見られない。それゆえ、レーザダウンライト200では、LEDダウンライト300と同じ消費電力で、上述の種々のメリットが得られることになる。   In the case of a type using a high color rendering phosphor in the LED downlight 300, a light beam of about 500 lm can be emitted with a power consumption of 10 W, but in order to realize the light of the same brightness with the laser downlight 200, 3 .3W light output is required. If the LD efficiency is 35%, this light output corresponds to power consumption of 10 W, and the power consumption of the LED downlight 300 is also 10 W. Therefore, there is no significant difference in power consumption between the two. Therefore, in the laser downlight 200, the above-described various advantages can be obtained with the same power consumption as that of the LED downlight 300.

以上のように、レーザダウンライト200は、レーザ光を出射する半導体レーザ3を少なくとも1つ備えるLD光源ユニット220と、発光部7および反射鏡としての凹部212を備える少なくとも1つの発光ユニット210と、発光ユニット210のそれぞれへ上記レーザ光を導く光ファイバー5とを含んでいる。   As described above, the laser downlight 200 includes the LD light source unit 220 including at least one semiconductor laser 3 that emits laser light, the at least one light emitting unit 210 including the light emitting unit 7 and the recess 212 as a reflecting mirror, And an optical fiber 5 that guides the laser light to each of the light emitting units 210.

(その他の変更例)
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
(Other changes)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

例えば、励起光源として高出力のLEDを用いてもよい。この場合には、450nmの波長の光(青色)を出射するLEDと、黄色の蛍光体、または緑色および赤色の蛍光体とを組み合わせることにより白色光を出射する発光装置を実現できる。   For example, a high-power LED may be used as the excitation light source. In this case, a light emitting device that emits white light can be realized by combining an LED that emits light having a wavelength of 450 nm (blue) and a yellow phosphor or green and red phosphors.

また、励起光源として、半導体レーザ以外の固体レーザを用いてもよい。ただし、半導体レーザを用いる方が、励起光源を小型化できるため好ましい。   A solid-state laser other than the semiconductor laser may be used as the excitation light source. However, it is preferable to use a semiconductor laser because the excitation light source can be reduced in size.

本発明は、発光部の熱抵抗を低下させ、その結果、発光部を効率良く放熱させることができる焼結発光体に適用でき、とくに、その焼結発光体を備える発光装置、当該発光装置を用いる照明装置、及び車両用前照灯に好適に適用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a sintered light emitter that can reduce the thermal resistance of the light emitting portion and, as a result, can efficiently dissipate the light emitting portion. The present invention can be suitably applied to a lighting device to be used and a vehicle headlamp.

1 ヘッドランプ(発光装置)
2 半導体レーザアレイ
3 半導体レーザ(励起光源)
4 非球面レンズ
5 光ファイバー
6 フェルール
7 発光部(焼結発光体)
8 反射鏡
9 透明板
10 ハウジング
11 エクステンション
12 レンズ
13 熱伝導部材
14 冷却部
16 蛍光体粒子(蛍光体)
18 熱伝導壁(熱伝導部材)
200 レーザダウンライト(発光装置、照明装置)
1 Headlamp (light emitting device)
2 Semiconductor laser array 3 Semiconductor laser (excitation light source)
4 Aspherical lens 5 Optical fiber 6 Ferrule 7 Light emitting part (sintered light emitting body)
8 Reflecting mirror 9 Transparent plate 10 Housing 11 Extension 12 Lens 13 Heat conduction member 14 Cooling unit 16 Phosphor particles (phosphor)
18 Heat conduction wall (heat conduction member)
200 Laser downlight (light emitting device, lighting device)

Claims (13)

セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させたことを特徴とする焼結発光体。   A sintered light-emitting body characterized in that a ceramic material and a phosphor that emits light by excitation light emitted from an excitation light source are sintered using a binder. 上記セラミックス材料は、高い熱伝導性を有することを特徴とする請求項1に記載の焼結発光体。   The sintered light-emitting body according to claim 1, wherein the ceramic material has high thermal conductivity. 上記セラミックス材料は、アルミナまたは窒化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の焼結発光体。   The sintered light-emitting body according to claim 1 or 2, wherein the ceramic material contains alumina or aluminum nitride. 上記焼結発光体は、上記セラミックス材料、上記蛍光体、及び上記バインダの混合物を射出成型し、焼結したものであることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の焼結発光体。   The sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein the sintered light emitting body is obtained by injection molding and sintering a mixture of the ceramic material, the phosphor, and the binder. Condensed light emitter. 上記セラミックス材料は、透光性を有することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の焼結発光体。   The sintered light-emitting body according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic material has translucency. 上記蛍光体は、酸窒化物蛍光体であることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の焼結発光体。   The sintered phosphor according to any one of claims 1 to 5, wherein the phosphor is an oxynitride phosphor. 上記蛍光体は、ナノ粒子蛍光体であることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の焼結発光体。   The sintered phosphor according to any one of claims 1 to 5, wherein the phosphor is a nanoparticle phosphor. 上記励起光を出射する励起光源と、
請求項1から7の何れか1項に記載の焼結発光体と、
を備えること特徴とする発光装置。
An excitation light source that emits the excitation light;
The sintered light-emitting body according to any one of claims 1 to 7,
A light emitting device comprising:
上記励起光は、レーザ光であることを特徴とする請求項8に記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 8, wherein the excitation light is laser light. 上記焼結発光体と当接し、当該焼結発光体の熱を外部に放熱する熱伝導部材をさらに備えることを特徴とする請求項8または9に記載の発光装置。   The light-emitting device according to claim 8, further comprising a heat conductive member that contacts the sintered light-emitting body and dissipates heat of the sintered light-emitting body to the outside. 請求項8から10のいずれか1項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする照明装置。   An illumination device comprising the light-emitting device according to claim 8. 請求項8から10のいずれか1項に記載の発光装置を備えていることを特徴とする車両用前照灯。   A vehicle headlamp comprising the light-emitting device according to claim 8. 請求項1から7の何れか1項に記載の焼結発光体の作製方法であって、
セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とバインダとを混合する混合工程と、
上記混合工程によって混合された混合物を焼結する焼結工程と、
を含むことを特徴とする焼結発光体の作製方法。
A method for producing a sintered light-emitting body according to any one of claims 1 to 7,
A mixing step of mixing a ceramic material and a phosphor that emits light by excitation light emitted from an excitation light source and a binder;
A sintering step of sintering the mixture mixed by the mixing step;
A method for producing a sintered luminescent material, comprising:
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