JP2014011034A - 固体照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高輝度・大光量白色光を放出し放熱性が高められた固体照明装置を提供する。
【解決手段】固体照明装置は、光源部と、導光部と、発光部と、を有する。光源部は、半導体レーザーを有し、青紫色〜青色の複数のレーザー光を放出する。導光部は、レーザー光をそれぞれ導光する複数の導波路を有する。発光部は、熱伝導部と、波長変換層と、発光部と、を有する。熱伝導部は、凹部が設けられた中央部と平坦部とを有する。波長変換部は、凹部の表面に設けられる。光学部は、上面と側面と下面とを有する。複数の導波路の一方の端部は上方からみて波長変換層の外側に配置され、一方の端部から光学部に入射した複数のレーザー光は導光されたのち波長変換層を照射する。複数のレーザー光を吸収した波長変換層から放出された波長変換光と、複数のレーザー光が前記発光部内で多重散乱して生じた散乱光と、は、光学部の上面から放出される。
【選択図】図2
【解決手段】固体照明装置は、光源部と、導光部と、発光部と、を有する。光源部は、半導体レーザーを有し、青紫色〜青色の複数のレーザー光を放出する。導光部は、レーザー光をそれぞれ導光する複数の導波路を有する。発光部は、熱伝導部と、波長変換層と、発光部と、を有する。熱伝導部は、凹部が設けられた中央部と平坦部とを有する。波長変換部は、凹部の表面に設けられる。光学部は、上面と側面と下面とを有する。複数の導波路の一方の端部は上方からみて波長変換層の外側に配置され、一方の端部から光学部に入射した複数のレーザー光は導光されたのち波長変換層を照射する。複数のレーザー光を吸収した波長変換層から放出された波長変換光と、複数のレーザー光が前記発光部内で多重散乱して生じた散乱光と、は、光学部の上面から放出される。
【選択図】図2
Description
本発明の実施形態は、固体照明装置に関する。
固体発光素子を用いた白色固体照明(SSL: Solid-State Lighting)装置の光源は、LED(Light Emitting Diode)が主流である。
しかし、蛍光体を有する白色発光部とLEDチップとは近接して設けられることが多い。このため、LEDチップの放熱と給電のための基板が必要である。
また、高輝度LEDは、チップサイズが0.5mm×0.5mm以上であり、かつ、発光がランバート(Lambert)分布であり発光放射角が広い。このため、光が発散しやすく、蛍光体層を効率よく照射することが困難である。
液晶プロジェクタ、舞台照明、街路灯、サーチライト、ヘッドライト、などの照明装置には、高輝度大光量光源が必要である。しかしながら、小型、軽量、低発熱量である発光部を、LEDで構成することは困難である。
高輝度・大光量白色光を放出可能であり、放熱性が高められた固体照明装置を提供する。
実施形態にかかる固体照明装置は、光源部と、導光部と、発光部と、を有する。前記光源部は、半導体レーザーを有し、青紫色〜青色の波長範囲の複数のレーザー光を放出する。前記導光部は、前記複数のレーザー光をそれぞれ導光する複数の導波路を有する。前記発光部は、熱伝導部と、波長変換層と、発光部と、を有する。前記熱伝導部は、凹部が設けられた中央部と前記中央部の周りに設けられた平坦部とを有する。前記波長変換部は、前記凹部の表面に設けられる。前記光学部は、前記平坦部の上に設けられ上面と側面と下面とを有する。前記複数の導波路の一方の端部は上方からみて前記波長変換層の外側にそれぞれ配置され、前記一方の端部から前記光学部にそれぞれ入射した前記複数のレーザー光は導光されたのち前記波長変換層を照射する。前記複数のレーザー光を吸収した前記波長変換層から放出された波長変換光と、前記複数のレーザー光が前記発光部内で多重散乱して生じた散乱光と、は、前記光学部の前記上面から放出される。
高輝度・大光量白色光を放出可能であり、放熱性が高められた固体照明装置が提供される。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、第1の実施形態にかかる固体照明装置の構成を示す模式斜視図である。
固体照明装置は、光源部10と、導光部20と、発光部30と、を有している。
図1は、第1の実施形態にかかる固体照明装置の構成を示す模式斜視図である。
固体照明装置は、光源部10と、導光部20と、発光部30と、を有している。
光源部(ライトエンジン)10は、半導体レーザー11と、駆動回路12と、を有する。半導体レーザー11は、窒化物系半導体材料からなり、青紫色〜青色の波長範囲のレーザー光を放出する。固体発光素子を半導体レーザーとすると、光ファイバーなどに高輝度で効率良く結合させることができる。半導体レーザーのチップの端面の発光点は10μm以下のサイズであり、その放射角(ビーム広がり角:beam divergence)も25度×40度程度と狭い。
なお、本明細書において、青紫色光の波長範囲は、405nm以上、430nmよりも小とする。また、青色光の波長範囲は、430nm以上、490nm以下とする。
駆動回路12は、半導体レーザー11に所定の電圧または電流を供給する。また、所定の光出力となるような制御回路を有することもできる。さらに、戻り光を検出し、たとえば、異常を検出した場合に半導体レーザー11の駆動を停止する機能を有することもできる。
また、光源部10は、半導体レーザー11からのレーザー光を、伝送する光ファイバー14と、レーザー光を光ファイバー14の端部に集光するためのレンズなどの光結合部13を有することができる。さらに、放出光の異常検出のための戻り光RL1を検出する光センサー(図示しない)を有することができる。
レーザー光は、複数のビームを含む。複数のビームは、1つの半導体レーザーの出力を分岐してもよいし、独立のビームでもよい。複数の半導体レーザー11から放出される複数のビームを用いると、より高い出力とすることができる。
導光部20は、複数の導波路を有することができる。それぞれの導波路は、複数のレーザー光G1のうちのそれぞれを発光部30へ伝送する。
発光部30は、熱伝導部34と、波長変換層32と、光学部39と、を有する。光学部39に入射した複数のレーザー光G1のそれぞれは導光されたのち波長変換層32を照射する。レーザー光の波長よりも長い波長を有する波長変換光は、複数のレーザー光を吸収した波長変換層32から放出される。複数のレーザー光は、多重散乱により、青紫色〜青色光の散乱光となる。その散乱光と、波長変換光と、の混合光は、光学部39の上面から放出される。
なお、図1に示す第1の実施形態では、導波路が光ファイバーを含むものとし、導光部20が多芯光ファイバーであるものとするが、本発明はこれに限定されない。また、レーザー光は、光学部39の側面側から入射することもできるが、図1では裏面側から入射するものとする。
導波路は、第1のファイバーフェルール29からなる一方の端部と、第2のファイバーフェルール28と、発光部30の側に設けられたコネクタ23と、光ファイバー24と、光源部10の側に設けられたコネクタ22と、を有する。第1のファイバーフェルール29と第2のファイバーフェルール28の内部には、例えば、ファイバー(図示しない)が設けられていて、第1のファイバーフェルール29と第2のファイバーフェルール28とは光結合する。
コネクタ26は、嵌合部27と、嵌合部27を囲むように設けられた複数の開口部26aと、を有する。開口部26aには、第2のファイバーフェルール28がそれぞれ挿入されている。
レーザー光が光学部39の下面側から入射する場合、複数の第2のファイバーフェルール28は、コネクタ26の周辺領域に同心円状に等間隔で配置される。また、複数の第1のファイバーフェルール29も同心円状に等間隔で配置される。第1のファイバーフェルール29のそれぞれの光ファイバーの直径を第2のファイバーフェルール28のそれぞれの光ファイバーの直径よりも大きくするとレーザー光は第1のファイバーフェルール29内の光ファイバーに高い効率で入射する。なお、第1のファイバーフェルール29の位置は、ストッパなどで制御可能である。その固定には、耐熱性接着剤やレーザー溶接などを用いることができる。なお、レーザー光が、光学部39の側面から入射してもよい。
第1のファイバーフェルール29が挿入される開口部34cは、波長変換層32の周囲に等間隔で配置される。たとえば、レーザー光が、青紫色〜青色の波長範囲である場合、波長変換層32を黄色蛍光体からなるものとすると、波長変換光として黄色光を得ることができる。この結果、レーザー光が発光部30内の多重散乱で生じた青紫色〜青色散乱光との混合光を白色光近傍とすることができる。
図2(a)は発光部の模式斜視図、図2(b)はA−A線に沿った模式断面図、図2(c)は第1の実施形態の変形例の模式平面図、図2(d)は変形例のA−A線に沿った模式断面図、である。
図2(a)、(b)に表すように、熱伝導部34は、凹部34nが設けられた中央部34cと、中央部34cの周りに設けられた平坦部34fと、を有する。熱伝導部34は、たとえば、高熱伝導率を有する金属などからなる。凹部34nは、熱伝導部34の表面から半球を切り取った形状とする。
図2(a)、(b)に表すように、熱伝導部34は、凹部34nが設けられた中央部34cと、中央部34cの周りに設けられた平坦部34fと、を有する。熱伝導部34は、たとえば、高熱伝導率を有する金属などからなる。凹部34nは、熱伝導部34の表面から半球を切り取った形状とする。
波長変換層32は、凹部34nの表面に設けられる。もし、凹部34nの表面を銀メッキなどからなる反射層34mとすると、輝度を高めることができるのでより好ましい。
光学部39は、熱伝導部34の凹部34nと嵌合する凸部を有し、熱伝導部34の上に設けられる。複数の導波路のそれぞれの一方の端部は、上方からみて、波長変換層32の外側に配置される。また、光学部39は、上面39dと、側面と、下面39eと、を有する。さらに、側面は、外側の斜面39bを含む。斜面39bは、第1のファイバーフェルール29から出射したレーザー光g1を反射し、波長変換層32に向けて導光する。レーザー光g1は、波長変換層32を集中的に照射する。
発光部30に入射した複数のレーザー光は、波長変換層32により反射や拡散がされたり、光学部39内での反射の繰り返しなどにより散乱光に変換される。このような青紫色〜青色の散乱光と、黄色光などの波長変換光g2と、の主要部分は、上面39dから混合光GTとして取り出される。
また、光学部39がガラスからなる場合、適正な不活性ガス雰囲気内で、光学部39と熱伝導部34とを共晶金属などからなる半田層などを用いて接着することができる。このようにすると、凹部34nの内部に不活性ガスを満たし、波長変換層32を気密封止できる。この構造により、波長変換層32の劣化を防止できる。つまり、機械的強度も含め、ロバストで高い信頼性を有する発光部30を実現できる。波長変換層32は、たとえば、樹脂内に蛍光体粒子を分散させたものとすることができる。図2(c)、(d)の変形例では、光学部39の側面から、フラット形状の光ファイバーを用いて、複数のレーザー光g3を入射することができる。
図3は、発光部の作用を説明する模式図である。
凹部34nの中心軸は、発光部30の光軸92である。集光レンズ90は、波長変換光と、発光部30内で散乱されたレーザー光と、の混合光GTを集光する。なお、本図において、集光レンズ90は光学部39の外側に設けられているが、光学部39の上面39dに設けてもよい。なお、本図において、凹部34nの実効的な半径をreffと表すことにする。
凹部34nの中心軸は、発光部30の光軸92である。集光レンズ90は、波長変換光と、発光部30内で散乱されたレーザー光と、の混合光GTを集光する。なお、本図において、集光レンズ90は光学部39の外側に設けられているが、光学部39の上面39dに設けてもよい。なお、本図において、凹部34nの実効的な半径をreffと表すことにする。
照明装置の輝度は、あくまで発光領域から方向別の立体角内の光エネルギーをもとに計算される。しかし、近軸上の光学系、たとえば集光レンズ90の側からみたとき、実効的に狭い発光面積の方が光エネルギー密度が高くなるので、垂直輝度は高くなる。また、発光がランバート配光であれば、凹となる発光面は、平坦な発光面よりも集光性を強めることができ、実効垂直輝度を高めることが容易となる。
図4(a)は比較例にかかる固体照明装置の発光部の作用を説明する模式図、図4(b)は発光部の部分模式断面図、である。
図4(b)に表すように、波長変換層132は円板形状とし、熱伝導部134の平坦な表面を構成する反射層134mの高反射面の上に設けられる。図4(a)に表すように、波長変換層132の半径rdである円板の表裏を合わせた表面積は、同じ半径を有する球の表面積の2分の1である。
図4(b)に表すように、波長変換層132は円板形状とし、熱伝導部134の平坦な表面を構成する反射層134mの高反射面の上に設けられる。図4(a)に表すように、波長変換層132の半径rdである円板の表裏を合わせた表面積は、同じ半径を有する球の表面積の2分の1である。
もし、裏面に反射率が100%の反射面を設けると、表裏の光は、一方の面から放出されるので、発光面積は球の4分の1、もしくは、半球の2分の1となる。よって、図3に表した凹部34nの実効的な半径reffは、同じ表面積の円板rdよりも小さくできるので、外部光学系を小型にして集光することが可能であり、小型照明装置とできる。
次に、外部光学系から発光部30をみる場合を考える。スポットライトのように、点光源からの発光を集光させる場合は、近軸上にレンズ90を配置する。反射型光源では、レンズ90の配置位置から発光面を近軸上に見ることになる。つまり、外部光学系から光源として認識される大きさは、球、半球、円板、において、略直径と考えることができる。
もし、近軸上で略同一の輝度を得る場合、第1の実施形態の半球の半径reffは、円板形状波長変換層32の半径rdを用いて表現すると、先に示した通り、半球の表面積が円板の表面積の2分の1で済むため、実効的に次式で近似できる。
従って、外部光学系のサイズも同様の比率で縮小できる。また、円のランバート反射よりも、少し狭い配光とすることができる。他方、熱伝導部34の第1の面34aと接触する波長変換層32の表面積は、半球の表面積と同じである。すなわち、熱抵抗は略同一に保つことができる。
図5(a)は波長変換層の深さが半球である場合の模式断面図、図5(b)は波長変換層の深さが半球よりも浅い場合の模式断面図、図5(c)は波長変換層の深さが半球よりも深い場合の模式断面図、である。
図5(a)は、波長変換層32の断面形状が半球、すなわち、凹部34nの深さDと波長変換層32の最大長さWmaxの2分の1とが等しい場合である。図5(b)は、波長変換層32の断面形状が凹部34nの深さD方向を短軸とする半楕円体、すなわち、凹部34nの深さDが波長変換層32の最大長さWmaxの2分の1よりも小さい場合である。また、図5(c)は、波長変換層32の断面形状が凹部34nの深さD方向を長軸とする半楕円体、すなわち、凹部34nの深さDが波長変換層32の最大長さWmaxの2分の1よりも大きい場合である。この模式図では、凹部34nの最深部の波長変換層32から放出される光線成分のうち、光軸192となす角、すなわち、光軸192に対する広がり角θが45°である成分に着目する。波長変換光は、Lambert配光であり、最深部は、平面の場合の波長変換層と同様のLambert配光であるので比較しやすい。Lambert配光の半値半角は60°であるが、外部の光学系で拾いやすい現実的な角度として、θ=45°を目安とした。
図5(a)は、波長変換層32の断面形状が半球、すなわち、凹部34nの深さDと波長変換層32の最大長さWmaxの2分の1とが等しい場合である。図5(b)は、波長変換層32の断面形状が凹部34nの深さD方向を短軸とする半楕円体、すなわち、凹部34nの深さDが波長変換層32の最大長さWmaxの2分の1よりも小さい場合である。また、図5(c)は、波長変換層32の断面形状が凹部34nの深さD方向を長軸とする半楕円体、すなわち、凹部34nの深さDが波長変換層32の最大長さWmaxの2分の1よりも大きい場合である。この模式図では、凹部34nの最深部の波長変換層32から放出される光線成分のうち、光軸192となす角、すなわち、光軸192に対する広がり角θが45°である成分に着目する。波長変換光は、Lambert配光であり、最深部は、平面の場合の波長変換層と同様のLambert配光であるので比較しやすい。Lambert配光の半値半角は60°であるが、外部の光学系で拾いやすい現実的な角度として、θ=45°を目安とした。
図5(a)に表すように、半球では、45°の光が、開口部の縁に近接するように通過しレンズ190に直接到達し、照射面194に集光されて、開口部を平面と仮定した場合の発光像の内側に近接して結像される。また、図5(b)に表すように、凹部34nの深さDを、波長変換層32の最大長さWmaxの2分の1よりも小さくしたときも、45°の光線成分がレンズ190によって、照射面194に集光される。開口部を平面と仮定した場合の発光像のかなり内側に結像される。
ところが、図5(c)に示すように、凹部34nの深さDを、波長変換層32形状の最大長さWmaxの2分の1よりも大きくしたとき、凹部34nの深い部分から放出された光は、途中で凹部34nの浅い部分に当たり、Lambert拡散する。拡散面も軸に平行に近いので、強度の大きい光線成分を含めた多くの光線は、レンズ190を通らない方向に進むため、有効活用できない。レンズ190を通る光線でも、結像点は、開口部を平面と仮定した場合の発光像の外側に結像される成分が多く、収差を生じやすくなる。要するに半球面よりも深くなると、光の取り出しと結像に問題が生じる。よって、凹部34nの深さDは、波長変換層32形状の最大長さWmaxの2分の1以下であることが望ましい。
なお、波長変換層32を上から見たときの形状は、円に特定されず、円、楕円、正方形、矩形などでもよい。円の場合、上方からみた波長変換層32の最大長さWmaxは直径である。また、矩形の場合、最大長さは、対角線である。また、波長変換面も半球内面そのものではなく半球に内接する波長変換面でも良いし、柔軟に最適な形状を設計できる。最深部以外での配光も含めたメリットは後述する。
図6(a)は第1の実施形態の第1変形例、図6(b)は第2変形例、である。
図6(a)のように、半球状に切り取られた凹部34nの表面に複数の小さな凹部をさらに設ける。この場合、小さな凹部の最大長さは、凹部34nの最大長さWmaxよりも短い。このような小さい凹部を多く設けると、輝度を球の全表面を発光面とする輝度にさらに近づけることができる。この結果、放熱性を高く保ちつつ、実効的な輝度を高めることができる。図6(b)のように、小さな凹部を複数個設けてもよい。
図6(a)のように、半球状に切り取られた凹部34nの表面に複数の小さな凹部をさらに設ける。この場合、小さな凹部の最大長さは、凹部34nの最大長さWmaxよりも短い。このような小さい凹部を多く設けると、輝度を球の全表面を発光面とする輝度にさらに近づけることができる。この結果、放熱性を高く保ちつつ、実効的な輝度を高めることができる。図6(b)のように、小さな凹部を複数個設けてもよい。
この場合、上方からみて波長変換層32が円であるものとすると、その実効的は半径r2effは、小さい凹部の半径ではなく、波長変換層32の全体の半径であるものとする。このようにすると、光軸方向の収差を低減でき、外部光学系の設計が容易となる。
図7(a)は第2の実施形態にかかる固体照明装置の発光部の部分模式断面図、図7(b)はその作用を説明する模式図、図7(c)は第2の実施形態の変形例の模式平面図、図7(d)はA−A線に沿った模式断面図、である。
熱伝導部34は、凸部34pが設けられた中央部34cと、中央部34cの周りに設けられた平坦部34fと、を有する。凸部34pの表面を構成する反射層34mは高反射率を有する。また、反射層34mの表面を覆うように波長変換層32を設けることができる。光学部39は、熱伝導部34の凸部34pとその表面に設けられた波長変換層32とに嵌合する凹部を有する。光学部39の下面39eのうち、凹部が設けられない領域は、熱伝導部34の平坦部34fの上に設けられる。
熱伝導部34は、凸部34pが設けられた中央部34cと、中央部34cの周りに設けられた平坦部34fと、を有する。凸部34pの表面を構成する反射層34mは高反射率を有する。また、反射層34mの表面を覆うように波長変換層32を設けることができる。光学部39は、熱伝導部34の凸部34pとその表面に設けられた波長変換層32とに嵌合する凹部を有する。光学部39の下面39eのうち、凹部が設けられない領域は、熱伝導部34の平坦部34fの上に設けられる。
ここで、放物面を有するレフ(反射板)94と組み合わせることにより、図4に表す比較例の円板状の波長変換層と比べて、発光面のサイズを実効的に小さくできる。このため、第1の実施形態と同様に、放熱性を保ちつつ、高い輝度とすることができる。また、外部光学系のサイズを小さくすることができる。さらに、凸部34pの高さHは、上方からみた波長変換層32の最大長さWmaxの2分の1以下とすることが好ましい。なお、波長変換層32は、レフ94と対向するように配置されてもよい。図7(c)、(d)の変形例では、光学部39の側面から、フラット形状の光ファイバーを用いて、複数のレーザー光g3を入射することができる。
図8(a)は第2の実施形態の発光部の第1変形例の部分模式断面図、図8(b)は第2変形例の部分模式断面図、である。
図8(a)のように、半球状に突出した凸部34pの表面に複数の小さな凸部をさらに設ける。小さい凸部を多く設けると、その輝度を球の全表面を発光面とする輝度にさらに近づけることができる。このように、放熱性を高く保ちつつ、実効的な輝度を高めることができる。また、図8(b)のように、小さな凸部を複数個設けてもよい。このようにすると、光軸方向の収差を低減でき、外部光学系の設計が容易となる。
図8(a)のように、半球状に突出した凸部34pの表面に複数の小さな凸部をさらに設ける。小さい凸部を多く設けると、その輝度を球の全表面を発光面とする輝度にさらに近づけることができる。このように、放熱性を高く保ちつつ、実効的な輝度を高めることができる。また、図8(b)のように、小さな凸部を複数個設けてもよい。このようにすると、光軸方向の収差を低減でき、外部光学系の設計が容易となる。
ここで、LED、ハロゲン電球、HID(High Intensity Discharge)などの大光量高輝度光源を用いる灯具およびプロジェクタなどの照明装置は、その光源の発熱のため、筐体のサイズが大きくなる。特に、プロジェクタは、冷却ファンなどを含み、液晶やレンズなどの光学部品、および、回路などが筐体に一体的に内蔵している。これらの高価な部品の放熱対策も必要になる。また、机の上にプロジェクタを置いた場合、冷却ファンからの排熱が不快であり、ファンの音がうるさい。これに対して、第1の実施形態では、放熱が容易で、小型軽量の大光量高輝度照明装置を提供することができる。
また、第1および第2の実施形態の固体照明装置は、1000ルーメンを超える光束を数mm以下の直径で発光し、大光量高輝度白色光源を実現できる。発光部30における発熱領域は、蛍光体層32のみであり、小型で軽量な白色発光領域を実現できる。
第1および第2の実施形態では、図2(a)、(b)に表すように、複数のレーザー光g1のそれぞれの照射面積は、波長変換層32の面積よりも小さくできる。このため、それぞれの光ファイバー24からの照射位置を少しずつずらすことができる。
図9(a)は複数のレーザー光g1の照射パターンを表す模式平面図、図9(b)は変形例の模式平面図、である。
すなわち、波長変換層32の表面において、8つのレーザー光g1の照射位置を少しずつずらした照射パターンを表している。狭い放射角度で、かつ100〜200μmの直径の光ファイバーからの出射されたレーザー光g1によって、数mm程度の微小高輝度発光系の中で、大光量の輝度分布を平坦にすることができる。また、図9(b)の変形例では、たとえばフラット形状の光ファイバーを用いて、光学部39の側面から複数のレーザー光g3を入射する。この場合、波長変換層32の表面に対して、複数のレーザー光g3の中心を少しずつずらして斜めに照射することにより、大光量の輝度分布を平坦にすることができる。
すなわち、波長変換層32の表面において、8つのレーザー光g1の照射位置を少しずつずらした照射パターンを表している。狭い放射角度で、かつ100〜200μmの直径の光ファイバーからの出射されたレーザー光g1によって、数mm程度の微小高輝度発光系の中で、大光量の輝度分布を平坦にすることができる。また、図9(b)の変形例では、たとえばフラット形状の光ファイバーを用いて、光学部39の側面から複数のレーザー光g3を入射する。この場合、波長変換層32の表面に対して、複数のレーザー光g3の中心を少しずつずらして斜めに照射することにより、大光量の輝度分布を平坦にすることができる。
図10は、比較例における照射パターンを表す模式平面図である。
8つのレーザー光g11が波長変換層132の中央近傍に集中して照射され、輝度が中央近傍で急峻となることを表している。この場合、波長変換層132の発熱量が増大し、発光効率が低下することがある。これに対して、本実施形態では、凹部34nまたは凸部34pの表面において照射位置をずらし、波長変換層32の表面を均一に照射できる。このため、放熱性がさらに高められる。
8つのレーザー光g11が波長変換層132の中央近傍に集中して照射され、輝度が中央近傍で急峻となることを表している。この場合、波長変換層132の発熱量が増大し、発光効率が低下することがある。これに対して、本実施形態では、凹部34nまたは凸部34pの表面において照射位置をずらし、波長変換層32の表面を均一に照射できる。このため、放熱性がさらに高められる。
図11は、固体照明装置の応用例の一例であるプロジェクタの構成を示す模式図である。
発熱の大きい半導体レーザーと、駆動回路と、は、光源部10に収納されている。光ファイバー24などの導光部20により、光源部10と接続された発光部30は、大光量高輝度発光が可能であるにもかかわらず、小型軽量で低発熱とできる。光源部10を、たとえば、机の下などに設置すれば、机上は広くなり、冷却ファンによる排熱や騒音を抑制できる。
発熱の大きい半導体レーザーと、駆動回路と、は、光源部10に収納されている。光ファイバー24などの導光部20により、光源部10と接続された発光部30は、大光量高輝度発光が可能であるにもかかわらず、小型軽量で低発熱とできる。光源部10を、たとえば、机の下などに設置すれば、机上は広くなり、冷却ファンによる排熱や騒音を抑制できる。
映像をスクリーン64に投影する投影部60には、発光部の前に液晶デバイスなどからなるシャッターが設けられる。液晶デバイスは、消費電力が低いので、発熱は少ない。また、マイクロ波でワイアレス給電する場合、光ファイバー24には光信号伝送用のコネクタを設ければよい。もちろん、電気信号伝送用のコネクタを設けることもできる。発光部30は自在に首の角度を調整できるように、自在パイプの中に光ファイバー束を通すと、照射位置の調整がワンタッチで可能である。
図12は、プロジェクタの機能を示すブロック図である。
プロジェクタは、投影部60と、固体照明装置5と、掃引信号駆動部71と、戻り光センサー部73と、映像信号駆動部72と、を有する。投影部60は、映像部63と、掃引光学部61と、外部信号センサー部62と、を有する。また、映像部63は、液晶シャッターを有してもよい。
プロジェクタは、投影部60と、固体照明装置5と、掃引信号駆動部71と、戻り光センサー部73と、映像信号駆動部72と、を有する。投影部60は、映像部63と、掃引光学部61と、外部信号センサー部62と、を有する。また、映像部63は、液晶シャッターを有してもよい。
光源部10から放出されたレーザー光G1は、導光部20内を伝搬し、発光部30へ入射する。発光部30から放出された白色光WLは、映像部63に対するバックライトとして作用する。また、光源部10は、掃引光学部61へレーザー光G2を伝送することができる。
光学部30からの戻り光RL1は、導光部20を通り、戻り光センサー部73へ入射する。戻り光RL1は、光学部39で反射されたレーザー光および波長変換光を含む。たとえば、戻り光の黄色光成分の強度が、青色光成分の強度に対して低下した場合、戻り光センサー部73がこの低下を検出し、光源部10内に設けられた半導体レーザーの駆動を停止することができる。すなわち、固体照明装置5は、放出光が異常モードになったことを検出する自己診断機能を有するので、青色光などが過剰に放出されることを防ぎ安全を確保することができる。
映像部63には、映像信号駆動部72からの映像信号S1が入力され、スクリーン64に向けて映像を投影する。また、掃引光学部61へは、掃引信号駆動部71からの掃引信号S2が入力される。
また、信号伝送系を光のみにする場合、高出力レーザーの出力の一部を利用して発光ヘッド側で光発電を行い、制御信号用電力も光ファイバーなどで伝送することも可能である。
第1および第2の実施形態にかかる固体照明装置5は、高輝度・大光量白色光を放出可能であり、放熱性を高めることが容易である。また、レーザー光を光ファイバーケーブルで照明の発光部まで導光させる照明システムとしたことで、LEDや、フィラメント電球・HIDランプなどを用いた照明システムと異なり照明の発光部近傍に電気配線する必要がなくなる。その結果として、これまで、設置・配線に防水防爆対策や、特殊装備の着用を必要とする環境箇所・電気配線が困難な箇所などに広く用いることができる。たとえば、舞台照明の場合、プロジェクションやスポット照明に使用できる。この場合、微小発光部のローカル部分の色や輝度を調光でき、分解能は低いが演出としては大きな効果が得られる。
発光部の発熱が大きい照明装置の場合、スポットやプロジェクション型の舞台照明とレーザー光掃引による演出とは、別の大型装置を用いる必要があった。これに対して、第1および第2の実施形態によれば、1台の小型ヘッドを用いて、両方の機能を実現することができる。このため、舞台やスタジオのコンセプトを大きく変えることができ、その効果は大きい。
また、外部信号光センサー部62が赤外線などの外部光信号を検出すると、光源部10に向けて、赤外線や電気などの信号RL2を伝送し、半導体レーザーのオンまたはオフに制御することができる。このような固体照明装置は、防爆設備用照明や画像録画可能な防犯照明などとして用いることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
5 固体照明装置、10 光源、11 半導体レーザー、20 導光部、30 発光部、32 波長変換層、34 熱伝導部、34m 反射層、34n 凹部、34p 凸部、39 光学部、39d (光学部の)上面、39e (光学部の)下面、Wmax (凸部または凹部の)最大長さ、reff 発光面の実効的半径、rd 円板形発光面の半径
Claims (7)
- 半導体レーザーを有し、青紫色〜青色の波長範囲の複数のレーザー光を放出する光源部と、
前記複数のレーザー光をそれぞれ導光する複数の導波路を有する導光部と、
凹部が設けられた中央部と前記中央部の周りに設けられた平坦部とを有する熱伝導部と、前記凹部の表面に設けられた波長変換層と、前記平坦部の上に設けられ上面と側面と下面とを有する光学部と、を有する発光部であって、前記複数の導波路の一方の端部は上方からみて前記波長変換層の外側にそれぞれ配置され、前記一方の端部から前記光学部にそれぞれ入射した前記複数のレーザー光は導光されたのち前記波長変換層を照射する発光部と、
を備え、
前記複数のレーザー光を吸収した前記波長変換層から放出された波長変換光と、前記複数のレーザー光が前記発光部内で多重散乱して生じた散乱光と、は、前記光学部の前記上面から放出される固体照明装置。 - 前記凹部の深さは、上方からみた前記波長変換層の最大長さの2分の1以下である請求項1記載の固体照明装置。
- 前記凹部の前記表面には、前記凹部の前記最大長さよりも短い最大長さを有する複数の凹部がさらに設けられている請求項1または2に記載の固体照明装置。
- 半導体レーザーを有し、青紫色〜青色の波長範囲の複数のレーザー光を放出する光源部と、
前記複数のレーザー光をそれぞれ導光する複数の導波路を有する導光部と、
凸部が設けられた中央部と前記中央部の周りに設けられた平坦部とを有する熱伝導部と、前記凸部の表面に設けられた波長変換層と、上面と側面と下面とを有し、前記下面の側には前記凸部を収納可能な凹部が設けられ、前記下面のうち前記凹部が設けられない領域は前記平坦部の上に設けられた光学部と、を有する発光部であって、前記複数の導波路の一方の端部は上方からみて前記波長変換部の外側にそれぞれ配置され、前記一方の端部から前記光学部にそれぞれ入射した前記複数のレーザー光は導光されたのち前記波長変換層を照射する発光部と、
を備え、
前記複数のレーザー光を吸収した前記波長変換層から放出された波長変換光と、前記複数のレーザー光が前記発光部内で多重散乱して生じた散乱光と、は、前記光学部の前記上面から放出される固体照明装置。 - 前記凸部の高さは、上方からみた前記波長変換層の最大長さの2分の1以下である請求項4記載の固体照明装置。
- 前記凸部の前記表面には、前記凸部の前記最大長さよりも小さい最大長さを有する複数の凸部がさらに設けられている請求項4または5に記載の固体照明装置。
- 前記波長変換層と接する前記熱伝導部の前記表面は、反射層を含む請求項1〜6のいずれか1つに記載の固体照明装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012147057A JP2014011034A (ja) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | 固体照明装置 |
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JP2012147057A JP2014011034A (ja) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | 固体照明装置 |
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JP2012147057A Pending JP2014011034A (ja) | 2012-06-29 | 2012-06-29 | 固体照明装置 |
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JP (1) | JP2014011034A (ja) |
Cited By (1)
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DE102017119135A1 (de) | 2016-08-30 | 2018-03-01 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Leuchte und Verfahren zur Herstellung einer Leuchte |
-
2012
- 2012-06-29 JP JP2012147057A patent/JP2014011034A/ja active Pending
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DE102017119135A1 (de) | 2016-08-30 | 2018-03-01 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Leuchte und Verfahren zur Herstellung einer Leuchte |
US10240726B2 (en) | 2016-08-30 | 2019-03-26 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Luminaire and method of manufacturing luminaire |
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