JP2014022160A - Solid-state lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、固体照明装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a solid-state lighting device.
固体発光素子を用いた白色固体照明(SSL:Solid State lighting)装置は、LED(Light Emitting Diode)が主流である。 The LED (Light Emitting Diode) is the mainstream of white solid state lighting (SSL) devices using solid light emitting elements.
この場合、蛍光体を有する白色発光部がLEDチップを覆うように設けられると、LEDチップの放熱と給電のための基板が必要である。もし、白色発光部が光学系のみで構成されれば、発熱も少なく、小型軽量化され、照明装置のデザインの自由度を高めることができる。 In this case, if the white light emitting part having the phosphor is provided so as to cover the LED chip, a substrate for heat dissipation and power feeding of the LED chip is required. If the white light emitting unit is composed only of an optical system, heat generation is small, the size and weight are reduced, and the design flexibility of the lighting device can be increased.
そのためには、たとえば、青紫色〜青色の波長範囲の高輝度固体発光素子からの出力を光ファイバーなどに効率よく結合させ、離間した蛍光体に照射して白色発光を得る構造とすればよい。 For this purpose, for example, an output from a high-intensity solid-state light emitting device in the wavelength range of blue violet to blue may be efficiently coupled to an optical fiber or the like, and a white phosphor may be obtained by irradiating the separated phosphor.
この場合、LEDよりもビーム広がり角が狭い半導体レーザー素子(LD:Laser Diode) を用いると、光ファイバーに効率よく光結合することができる。 In this case, when a semiconductor laser element (LD: Laser Diode) having a narrower beam divergence angle than the LED is used, it can be optically coupled to the optical fiber efficiently.
LDを用いて蛍光体を励起する白色照明装置の場合、LDにおける発熱は蛍光体とは離間した放熱経路により排出できる。このため、発光部では蛍光体のみの発熱に限られる。従って、LEDを用いた白色照明装置よりも、放熱性を遙かに高めることができる。しかし、より高輝度で発光させたい場合、蛍光体の発熱により蛍光体自身が劣化することがある。 In the case of a white illumination device that excites a phosphor using an LD, heat generated in the LD can be discharged through a heat dissipation path that is separated from the phosphor. For this reason, in a light emission part, it is restricted to the heat_generation | fever only of fluorescent substance. Therefore, heat dissipation can be improved much more than the white illuminating device using LED. However, when it is desired to emit light with higher luminance, the phosphor itself may be deteriorated due to heat generation of the phosphor.
波長変換層の温度上昇が抑制され、高輝度化が容易な固体照明装置を提供する。 Provided is a solid-state lighting device in which a temperature increase of a wavelength conversion layer is suppressed and high brightness can be easily achieved.
実施形態の固体照明装置は、青紫色〜青色波長範囲のレーザー光を放出可能な半導体レーザーと、熱伝導部と、波長変換層と、を有する。前記波長変換層は、前記熱伝導部に接着された第1の面および前記第1の面とは反対の側となる第2の面とを含み、厚さt1(m)、面積S(m2)、および熱伝導率σ1(Wm−1K−1)を有する。前記波長変換層は、前記第2の面に照射された前記レーザー光の光束を吸収して波長変換光を放出するとともに発熱を生じる。前記波長変換層は前記レーザー光を多重反射または多重散乱により散乱光とする。前記散乱光と前記波長変換光との混合光の前記第2の面上の発光面垂直輝度をLv(cd・m−2)とし、前記波長変換層の発熱量を前記光束で除した熱変換効率をηth(W・lm−1)とするとき、下記式
波長変換層の温度上昇が抑制され、高輝度化が容易な固体照明装置が提供される。 There is provided a solid-state lighting device in which a temperature increase of the wavelength conversion layer is suppressed and high brightness can be easily achieved.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図1(a)は第1の実施形態にかかる固体照明装置の発光部の部分模式斜視図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、である。
固体照明装置は、青紫色〜青色波長範囲(405〜490nm)のレーザー光を放出可能な半導体レーザー(LD)11と、熱伝導部34と、波長変換層32と、を有する。波長変換層32は、熱伝導部34と接着された第1の面32aと、第1の面32aとは反対の側の第2の面(波長変換層の発光面)32bと、を含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a partial schematic perspective view of a light emitting unit of the solid state lighting device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
The solid-state lighting device includes a semiconductor laser (LD) 11 that can emit laser light in a blue-violet to blue wavelength range (405 to 490 nm), a
レーザー光は、蛍光体などを含む波長変換層32を照射し、波長変換光として、レーザー光に波長よりも長い波長(たとえば、540〜570nm)の黄色光を放出する。波長変換層32により多重反射または多重散乱された散乱光と波長変換光とは、混合されて白色光となる。
The laser light irradiates the
波長変換層32は、熱伝導率をσ1、厚さをt1 、で表すものとする。図1(b)に表すように、レーザー光を吸収した波長変換層32で生じた熱は、波長変換層32から熱伝導部34を流れる熱流HFとなり外部に排出されるモデルを仮定する。
The
波長変換層32の第2の面32bの重心P1の直下であり、波長変換層32の第1の面32aと接する熱伝導部34の表面の点P2の温度は、一般的な照明の雰囲気温度の最大値、もしくは一般的な電気製品の放熱部の温度の最大値、である60℃以下とする。また、波長変換層32が蛍光体を含むものとすると、波長変換層32の第2の面32bの重心P1の温度は、140℃を最大値とする。これは、シリコーン樹脂の劣化限界値でもあり、蛍光体の変換効率を維持できる限界値でもある。つまり、熱伝導部34からの温度上昇ΔTの許容値は、80℃であるものとする。たとえば、波長変換層32が円であると、その重心P1は円の中心である。
The temperature of the point P2 on the surface of the
このようなモデルにおいて、物理パラメータの記号を以下のように定義する。
Lv:波長変換層(の発光面)垂直方向輝度(cd・m−2)
F:全光束(ルーメン:lm)
S:波長変換層の面積(m2)
t1:波長変換層の厚さ(m)
σ1:波長変換層の熱伝導率(Wm−1K−1)
Rth:熱抵抗(KW−1)
Pth:波長変換層の発熱量(W)
ηth:熱変換効率(Wlm−1)
ΔT:波長変換層表面の温度上昇(K)
In such a model, symbols of physical parameters are defined as follows.
Lv: wavelength conversion layer (light emitting surface thereof) vertical luminance (cd · m −2 )
F: Total luminous flux (lumen: lm)
S: Area of wavelength conversion layer (m 2 )
t1: wavelength conversion layer thickness (m)
σ1: Thermal conductivity of wavelength conversion layer (Wm −1 K −1 )
R th : Thermal resistance (KW −1 )
P th : Calorific value (W) of wavelength conversion layer
η th : thermal conversion efficiency (Wlm −1 )
ΔT: Temperature rise on the surface of the wavelength conversion layer (K)
また、発光面垂直方向輝度Lvと全光束Fとの関係は、式(1)で表される。 Further, the relationship between the light emitting surface vertical direction luminance Lv and the total luminous flux F is expressed by Expression (1).
Lv=F/πS 式(1)
Lv = F / πS Formula (1)
大光量用途の全光束の仕様から、蛍光体と標準的な色度を考慮して、発熱量が決まる。また、熱変換効率ηthは、光束あたりの熱パワーに変換される係数を表し、波長変換層32の効率と入射パワーの何割が波長変換層32で吸収されるかが、そのときの光束で決まる。これらの関係は、式(2)で表される。
The amount of heat generated is determined by considering the phosphor and standard chromaticity from the specifications of the total luminous flux for large light applications. The thermal conversion efficiency η th represents a coefficient converted into thermal power per luminous flux, and what percentage of the efficiency of the
Pth=ηth×F 式(2)
P th = η th × F Formula (2)
このとき、波長変換層32の温度上昇ΔTは、第2の面32bの重心P1と重心P1の直下の熱伝導部34の表面の点P2との温度差であり、式(3)で表すものとする。なお、Rth(KW−1)は、波長変換層32の熱抵抗を表す。
At this time, the temperature increase ΔT of the
式(1)〜式(3)から、式(4)の関係が成り立つ。 From the equations (1) to (3), the relationship of the equation (4) is established.
式(4)は、波長変換層32の温度上昇ΔTの許容値を決定すれば、波長変換層32の厚さt1と熱伝導率σ1との比は、発光面垂直輝度Lvと波長変換層32の熱変換効率ηthとだけに依存することを表している。すなわち、波長変換層32の厚さt1と熱伝導率σ1との比は、波長変換層32の面積S、全光束Fおよび波長変換層32の発熱量Pthに依存しない。
If the allowable value of the temperature rise ΔT of the
式(4)は、たとえば、次のような重要な示唆を与える。灯具の光学構造を小さくするには、波長変換層32の面積Sを小さくすることが必要である。大光量で、そのような構造を実現するには、必然的に発光面垂直輝度Lvを高くすることが必要にある。この場合、式(4)から波長変換層32の厚さt1を小さくし、かつ波長変換層32の熱伝導率σ1が高い材料を用いればよいことを示唆する。
Equation (4) gives the following important suggestions, for example. In order to reduce the optical structure of the lamp, it is necessary to reduce the area S of the
大光量の高輝度LEDは、おおむね1mm×1mmのチップ上に波長変換層が設けられている。これ以上のチップサイズとしても、高電流密度での発光効率が低下するドループ(droop)現象のため、略125ルーメン(lm)の光束値を得ることが困難である。この時の発光面垂直輝度Lvは略40Mcd・m−2である。これでは、大光量でかつ一灯の発光面積の小さい固体照明装置を得ることは困難である。これに対して、第1の実施形態では広がり角の狭いLDを用いかつ波長変換層32の発光面積Sを小さくすることにより、一灯当たりの発光面垂直輝度Lvは、40Mcd・m−2以上とすることが容易にできる。すなわち、第1の実施形態では、発光面垂直輝度Lvは、式(5)で表す範囲とする。
A high-intensity LED with a large amount of light is generally provided with a wavelength conversion layer on a chip of 1 mm × 1 mm. Even with a chip size larger than this, it is difficult to obtain a luminous flux value of approximately 125 lumens (lm) because of the droop phenomenon in which the light emission efficiency at high current density decreases. The light emitting surface vertical luminance Lv at this time is approximately 40 Mcd · m −2 . In this case, it is difficult to obtain a solid state lighting device having a large light amount and a small light emitting area. On the other hand, in the first embodiment, by using an LD having a narrow divergence angle and reducing the light emission area S of the
また、発光面垂直輝度Lvを40Mcd・m−2以上、かつ温度上昇ΔTの許容値を80℃とすると、式(4)の右辺は、式(6)で表す範囲とすることが好ましい。 When the light emitting surface vertical luminance Lv is 40 Mcd · m −2 or more and the allowable value of the temperature rise ΔT is 80 ° C., the right side of the equation (4) is preferably in the range represented by the equation (6).
この結果、たとえば、波長変換材としてYAG(Yttrium Alminum Garnet)などからなる黄色蛍光体を用い、白色の色度(CIE1931で、(Cx、Cy)=(0.33、0.33))を考えると、ηth=10−3W・lm−1となる。波長変換層32が蛍光体とその下方に設けられたシリコーン層σ1=0.16Wm−1K−1)とを含むものとすると、シリコーン層の厚さは略0.1mm以下とすればよい。また、波長変換層32が蛍光体とその下方に設けられたガラス層(σ1=1Wm−1K−1)とを含むものとすると、ガラス層の厚さは略0.63mm以下とすればよいことがわかる。
As a result, for example, a yellow phosphor made of YAG (Yttrium Aluminum Garnet) or the like is used as a wavelength conversion material, and white chromaticity (CIE1931, (Cx, Cy) = (0.33, 0.33)) is considered. And η th = 10 −3 W · lm −1 . If the
なお、実際には、波長変換層32は、シリコーン層やガラス層に蛍光体粒子などが分散配置されているので、その熱伝導率と密度とを考慮してその厚さを決めるとよい。このようにして、波長変換層32を構成するシリコーンなどの樹脂の劣化を抑制し、かつ波長変換層32の変換効率を維持し発光面垂直輝度Lvを高めることができる。
In practice, since the
図2(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斜視図、図2(b)はB−B線に沿った模式断面図、である。
第2の実施形態では、波長変換層32と熱伝導部34との間に設けられた反射層35と、熱伝導部34の外部に取り付けられた放熱体72と、がさらに設けられている。また、複数のLD(11a〜11e)から複数のレーザー光が波長変換層32に向けてそれぞれ放出される。なお、波長変換層32が赤色や緑色蛍光体などを含むものとすると、演色性を高めることが容易となる。
FIG. 2A is a partial schematic perspective view of the light emitting unit of the solid state lighting device according to the second embodiment, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB.
In the second embodiment, a
熱伝導部34が金属である場合、青紫色〜青色光の波長範囲において反射率が低下することがある。熱伝導率が波長変換層32の熱伝導率よりも高く、かつ波長変換層32と接する面の反射率が熱伝導部34の反射率よりも高い反射層35を設けると、波長変換層32の第2の面32bの側で光取り出し率を高めつつ、熱を熱伝導部34へ排出することが容易となる。
When the heat
反射層35の熱伝導率をσ2、その厚さをt2、とすると、式(7)が成り立つ。
When the thermal conductivity of the
また、式(1)、(2)、(7)から、式(8)が成り立つ。なお、Rth(KW−1)は、波長変換層32と反射層35との積層体の熱抵抗を表す。
Moreover, Formula (8) is formed from Formula (1), (2), (7). R th (KW −1 ) represents the thermal resistance of the stacked body of the
第1の実施形態のように、発光面垂直輝度Lvを式(5)で表す40Mcd・m−2以上、かつ温度上昇ΔTの許容値を80℃とすると、式(8)の右辺は、式(9)で表す範囲とすることが好ましい。
この結果、波長変換層32を構成するシリコーンなどの樹脂の劣化を抑制し、かつ波長変換材の変換効率を維持し発光面垂直輝度Lvを高めることができる。
As a result, it is possible to suppress deterioration of the resin such as silicone constituting the
図3は、第3の実施形態にかかる固体照明装置の発光部の模式斜視図である。
レーザー光は、光ファイバー24(24a〜24e)を用いて導光してもよい。この場合、光ファイバー24の一方の端部にレーザー光を導入し、LDから離間した光ファイバー24の他方の端部から波長変換層32へ向かって直接照射することができる。または、波長変換層32の上部に設けられた光学部へ光ファイバー24からレーザー光を導入し、光学部内を導光したのち波長変換層32を照射することもできる。これらのようにすると、コヒーレントなレーザー光を多重散乱または多重反射し散乱光として外部に放出することができる。また、複数のレーザー光が波長変換層32の表面の異なる領域をそれぞれ照射すると、より均一に波長変換光を生成することができる。
FIG. 3 is a schematic perspective view of a light emitting unit of the solid state lighting device according to the third embodiment.
The laser light may be guided using the optical fiber 24 (24a to 24e). In this case, laser light can be introduced into one end of the
図4は、図1〜3に表した発光部を有する固体照明装置の模式斜視図である。
固体照明装置5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、LD11と、駆動回路12と、を有する。LD11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。LD11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。このため、LD11と、光ファイバー24と、を効率良く光結合させることができる。
FIG. 4 is a schematic perspective view of a solid-state lighting device having the light emitting unit shown in FIGS.
The solid-
駆動回路12は、LD11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RL1(破線)を検出し、たとえば、異常を検出した場合にLD11の駆動を停止する機能を有することもできる。
The
導光部20は、コネクタ26を介してレーザー光G1を発光部30へ伝送する。この場合、導光部20は、光ファイバー24を含むことができる。光ファイバー24は複数のファイバーを含み、複数のレーザー光をそれぞれ伝送してもよい。
The
発光部30は、熱伝導部34と、波長変換層32と、を有する。なお、図4のように、発光部30は、光学部39をさらに有することができる。この場合、光学部39に入射したレーザー光G1は導光されたのち波長変換層32を照射する。波長変換光は、光学部39から外部に放出される。また、レーザー光は、多重散乱または多重反射により、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GTは、波長変換層32の上方へ放出される。
The
なお、図4のように、発光部30と、光ファイバー24と、の間にコネクタ26を設けると、発光部30と光源10との接続を容易にすることができる。
As shown in FIG. 4, if the
図5(a)は光学部を有する発光部の模式斜視図、図5(b)はC−C線に沿った模式断面図、である。
光学部39は、たとえば、波長変換層32の上部を覆うように設けることができる。光ファイバー24を用いて光学部39にレーザー光を導入する場合、光ファイバー24の一方の端部にフェルール29を設けることができる。他方、熱伝導部34には、たとえば、波長変換層32を囲むように複数の貫通穴34cを設け、フェルール29を貫通孔34cに挿入する。光学部39へ導入されたレーザー光g1は、光学部39の内部を導光されて波長変換層32を照射する。なお、レーザー光g1は、光学部39の側面から入射してもよい。このように、光学部39を設けると、波長変換層32を均一に照射することが容易となり、かつ波長変換層32を封止してその劣化を抑制できる。
FIG. 5A is a schematic perspective view of a light emitting unit having an optical unit, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along the line CC.
The
図6(a)は第4の実施形態にかかる固体照明装置の発光部の模式斜視図、図6(b)はD−D線に沿った模式断面図、である。
第4の実施形態では、熱伝導部70は、熱伝導率が高くかつ透光性を有する絶縁材からなり、管の形状を有する。波長変換層33は、管状の熱伝導部70の内壁70aに設けられる。熱伝導部70の一方の端部は、放熱体72に接着されている。また、レーザー光Bは、熱伝導部70の中心軸に沿って設けられた導光棒74内を導かれつつ径方向に放出される。さらに、導光棒74の表面74aにフロスト処理などによる粗面を設けると、レーザー光Bは多重散乱され、インコヒーレントな散乱光になる。混合光は、管状の熱伝導部70の外縁70eから放射状に放出される。
FIG. 6A is a schematic perspective view of a light emitting unit of a solid state lighting device according to the fourth embodiment, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line DD.
In the fourth embodiment, the
熱伝導部70の肉厚t3を波長変換層33の厚さt1よりも大きくすると、波長変換層33で生じた熱は、熱伝導部70と、放熱体72と、を流れる熱流HFにより外部に排出される。第4の実施形態では、波長変換層33の径方向の厚さをt1とする。また、熱伝導部70の内壁70aの面積をSとする。面積Sは,管の内周L1と熱伝導部70の高さHとを用いると、L1×Hで表される。
When the thickness t3 of the
このような形状とし、さらに式(5)および式(6)を満たすことにより、波長変換層33を構成するシリコーンなどの樹脂の劣化を抑制し、かつ波長変換層33の変換効率を維持し発光面垂直輝度Lvを高めることができる。また、熱伝導部70から径方向に混合光GTを放射状に放出することができる。
By adopting such a shape and further satisfying the equations (5) and (6), the deterioration of the resin such as silicone constituting the
図7(a)は第5の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図7(b)はE−E線に沿った模式断面図、である。
図7(a)に表すように、LD11から放出されたレーザー光は、光ファイバー24の一方の端部24aと光結合し、他方の端部24b近傍に配置した光学部76に導入される。
FIG. 7A is a schematic perspective view of the solid-state lighting device according to the fifth embodiment, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line EE.
As shown in FIG. 7A, the laser light emitted from the
図7(b)に表すように、光学部76の下面には、厚さがt1、熱伝導率がσ1の波長変換層32が設けられる。また、波長変換層の下面には、厚さがt2、熱伝導率がσ2の反射層35が設けられている。さらに、反射層35は、たとえば、熱伝導部34に接着されている。このようにすると、光学部76は、混合光GTを光学部76の外縁方向に放射状に放出可能な線状照明装置となる。この場合、式(5)および式(9)を満たすことにより、波長変換層32を構成するシリコーンなどの樹脂の劣化を抑制し、かつ波長変換層32の変換効率を維持し、発光面垂直輝度Lvを高めることができる。
As shown in FIG. 7B, a
図8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LD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。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a projector that is an example of an application example of the solid-state lighting device.
The LD that generates a large amount of heat and the drive circuit are housed in the
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。
The
図9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。
FIG. 9 is a block diagram showing functions of the projector.
The projector includes a
光源部10から放出されたレーザー光G1は、光ファイバー24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。
The laser light G1 emitted from the
光学部39からの戻り光RL1は、戻り光センサー部73へ入射する。戻り光RL1は、発光部30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LD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。
The return light RL1 from the
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。
The video signal S <b> 1 from the video
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。 Further, when the signal transmission system is only light, it is also possible to generate power on the light emitting head side using a part of the output of the high-power laser and transmit the control signal power through an optical fiber or the like.
第1〜第5の実施形態にかかる固体照明装置5は、波長変換層の温度上昇が抑制され、高輝度・大光量白色光を放出可能である。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。
In the solid-
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〜第5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。 In the case of an illuminating device that generates a large amount of heat from the light emitting section, it is necessary to use a separate large-sized device for the spot or projection type stage illumination and the production by the laser light sweep. On the other hand, according to the first to fifth embodiments, both functions can be realized by using one small head. This can greatly change the concept of the stage and studio, and the effect is great.
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、LD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。
In addition, when the external signal
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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11 半導体レーザー(LD)、20 導光部、24 光ファイバー、30 発光部、32、33 波長変換層、34 熱伝導部、35 反射層、39、76 光学部、70 熱伝導部(絶縁体)、72 放熱体、74 導光棒
DESCRIPTION OF
Claims (10)
熱伝導部と、
前記熱伝導部に接着された第1の面と前記第1の面とは反対の側の第2の面とを含み、厚さt1(m)、面積S(m2)、および熱伝導率σ1(Wm−1K−1)を有する波長変換層であって、前記第2の面に照射された前記レーザー光の光束を吸収して波長変換光を放出するとともに発熱を生じる波長変換層と、
を備え、
前記波長変換層は前記レーザー光を多重反射または多重散乱により散乱光とし、
前記散乱光と前記波長変換光との混合光の前記第2の面上の発光面垂直輝度をLv(cd・m−2)とし、
前記波長変換層の発熱量を前記光束で除した熱変換効率をηth(W・lm−1)とするとき、下記式
A heat conduction part;
Including a first surface bonded to the heat conducting portion and a second surface opposite to the first surface; a thickness t1 (m); an area S (m 2 ); and a thermal conductivity a wavelength conversion layer having σ1 (Wm −1 K −1 ), which absorbs the light flux of the laser light irradiated on the second surface to emit wavelength converted light and generate heat; ,
With
The wavelength conversion layer converts the laser light into scattered light by multiple reflection or multiple scattering,
The light emitting surface vertical luminance on the second surface of the mixed light of the scattered light and the wavelength converted light is Lv (cd · m −2 ),
When the heat conversion efficiency obtained by dividing the heat generation amount of the wavelength conversion layer by the light flux is η th (W · lm −1 ),
前記熱伝導部は、透光性を有する絶縁材からなる管の形状を有し、
前記波長変換層は、前記管の内壁に設けられかつ前記導光棒を囲み、
前記混合光は、前記管の外縁から放射状に放出される請求項1記載の固体照明装置。 A light guide rod for guiding the laser beam;
The heat conduction part has a shape of a tube made of an insulating material having translucency,
The wavelength conversion layer is provided on an inner wall of the tube and surrounds the light guide rod;
The solid-state lighting device according to claim 1, wherein the mixed light is emitted radially from an outer edge of the tube.
熱伝導部と、
第1の面と前記第1の面とは反対の側の第2の面とを含み、厚さt1(m)、面積S(m2)、および熱伝導率σ1(Wm−1K−1)を有する波長変換層であって、前記第1の面は前記熱伝導部に接着され、前記第2の面に照射された前記レーザー光の光束を吸収して波長変換光を放出するとともに発熱量を生じる波長変換層と、
前記波長変換層と前記熱伝導部との間に設けられ、厚さt2、面積S、熱伝導率σ2を有する反射層と、
を備え、
前記波長変換層は前記レーザー光を多重反射または多重散乱により散乱光とし、
前記散乱光と前記波長変換光との混合光の前記第2の面上の発光面垂直輝度をLv(cd・m−2)とし、
前記発熱量を前記光束で除した熱変換効率をηth(W・lm−1)とするとき、下記式
A heat conduction part;
A first surface and a second surface opposite to the first surface; a thickness t1 (m), an area S (m 2 ), and a thermal conductivity σ1 (Wm −1 K −1). ), The first surface is bonded to the heat conducting portion, absorbs the light beam of the laser light irradiated on the second surface, emits wavelength converted light, and generates heat. A wavelength converting layer that produces a quantity;
A reflective layer provided between the wavelength conversion layer and the heat conducting part and having a thickness t2, an area S, and a thermal conductivity σ2,
With
The wavelength conversion layer converts the laser light into scattered light by multiple reflection or multiple scattering,
The light emitting surface vertical luminance on the second surface of the mixed light of the scattered light and the wavelength converted light is Lv (cd · m −2 ),
When the heat conversion efficiency obtained by dividing the calorific value by the luminous flux is η th (W · lm −1 ),
前記波長変換層を覆うように前記熱伝導部の上面に設けられ、前記導光部から放出された前記レーザー光を導光し前記波長変換層に向けて放出する光学部と、
をさらに備えた請求項1〜3のいずれか1つに記載の固体照明装置。 A light guide portion provided between the semiconductor laser and the wavelength conversion layer, for guiding the laser light;
An optical unit that is provided on an upper surface of the heat conducting unit so as to cover the wavelength conversion layer, guides the laser light emitted from the light guide unit, and emits the laser beam toward the wavelength conversion layer;
The solid-state lighting device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記光学部に導入された前記レーザー光は、前記光学部内を導光されて前記波長変換層を照射する請求項1〜3のいずれか1つに記載の固体照明装置。 An optical unit that is provided on the upper surface of the heat conducting unit so as to cover the wavelength conversion layer, and into which the laser beam emitted from the semiconductor laser is directly introduced;
The solid-state lighting device according to claim 1, wherein the laser light introduced into the optical unit is guided in the optical unit to irradiate the wavelength conversion layer.
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