JP2015184434A - 発光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光部材における蛍光体の温度上昇を効率的に抑制することができる発光デバイスを提供する。
【解決手段】励起光２を照射する光源２０と、光源２０からの励起光２の入射により蛍光３を出射する蛍光部材１０と、蛍光部材１０を浸漬する冷却媒体４と、冷却媒体４を収納する容器３０と、容器３０に接続され、冷却媒体４を冷却する冷却機構４０とを備え、容器３０が、光源２０からの励起光２を容器３０の内部に入射させるための入射部３１と、蛍光部材１０からの蛍光３を容器３０の外部に出射させるための出射部３２とを有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクター用として好適な発光デバイスに関するものである。

近年、プロジェクターを小型化するため、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と蛍光体とを用いた発光デバイスが提案されている。例えば、励起光を照射する光源と、光源からの励起光を蛍光に変換する蛍光体を含む蛍光部材とを備える発光デバイスを用いたプロジェクターが提案されている。

ところで、光源として高出力の光源を用いる場合、励起光の照射により蛍光体が発熱し、蛍光部材の温度が上昇する。蛍光体の温度が上昇すると、発光強度が低下するなどの問題を生じる。

これらの問題を解消するため、特許文献１〜５では、蛍光部材に、高い熱伝導性を有するヒートシンクや、放熱用フィンまたは放熱のための凹凸構造を設けることにより、放熱性を向上させることが提案されている。

特開２０１２−１６９０４９号公報 特開２００１−１４２１４６号公報 特開２００２−９０８８６号公報 特開２００３−１５６７９６号公報 特開２０１１−１８６３５０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、蛍光体の温度上昇を効率的に抑制することができないという問題があった。

本発明の目的は、蛍光部材における蛍光体の温度上昇を効率的に抑制することができる発光デバイスを提供することにある。

本発明の発光デバイスは、励起光を照射する光源と、光源からの励起光の入射により蛍光を出射する蛍光部材と、蛍光部材を浸漬する冷却媒体と、冷却媒体を収納する容器と、容器に接続され、冷却媒体を冷却する冷却機構とを備え、容器が、光源からの励起光を容器の内部に入射させるための入射部と、蛍光部材からの蛍光を容器の外部に出射させるための出射部とを有することを特徴としている。

冷却機構は、冷却媒体を循環させて冷却媒体を冷却するものであってもよい。

入射部は、励起光を集光して蛍光部材に照射するレンズ機能を有していてもよい。

出射部は、蛍光を集光して出射するレンズ機能を有していてもよい。

蛍光部材は、反射型の蛍光部材であってもよいし、透過型の蛍光部材であってもよい。反射型の蛍光部材としては、例えば、反射層と、反射層上に設けられる蛍光体層とを有するものが挙げられる。

本発明によれば、発光デバイスに使用される蛍光部材における蛍光体の温度上昇を効率的に抑制することができる。

本発明の第１の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。 本発明の第４の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。 本発明の第５の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。 本発明の第６の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。発光デバイス１は、励起光２を照射する光源２０と、光源２０からの励起光２の入射により蛍光３を出射する蛍光部材１０と、蛍光部材１０を浸漬する冷却媒体４と、冷却媒体４を収納する容器３０と、容器３０に接続され、冷却媒体４を冷却する冷却機構４０とを備えている。

本実施形態において、冷却媒体４を循環させて冷却する冷却機構４０は、ラジエーター４１、ポンプ４２、冷却ファン４３、及び配管４４，４５，４６から構成されている。配管４４及び配管４６は容器３０に接続されている。配管４４の一方端は、容器３０に接続され、他方端はラジエーター４１に接続されている。配管４６の一方端は、容器３０に接続され、他方端はポンプ４２に接続されている。配管４５の一方端は、ポンプ４２に接続され、他方端はラジエーター４１に接続されている。ラジエーター４１は、冷却ファン４３によって冷却されている。冷却媒体４としては、水、エチレングリコール、不凍液等の無色透明な媒体が好ましく用いられる。容器３０内の冷却媒体４は、配管４４を通り、ラジエーター４１に供給される。ラジエーター４１は、冷却ファン４３により冷却されており、ラジエーター４１に供給された冷却媒体４が冷却される。ラジエーター４１で冷却された冷却媒体４は、配管４５を通り、ポンプ４２に送られる。ポンプ４２に送られた冷却媒体４は、配管４６を通り、容器３０に戻される。以上のようにして、容器３０内の冷却媒体４は、冷却機構４０に送られ、冷却機構４０によって冷却された後、容器３０内に戻される。

蛍光部材１０は、容器３０内に収納された冷却媒体４中に浸漬されており、冷却媒体４によって冷却される。蛍光部材１０は、図示しない保持部材によって、容器３０内に保持されている。本実施形態において、蛍光部材１０は、反射層１２と、反射層１２上に設けられる蛍光体層１１とを有している。反射層１２としては、銀、アルミニウム、白金等の金属膜や、誘電体多層膜等が挙げられる。誘電体多層膜は、高屈折率膜と低屈折率膜との積層体により構成された膜であり、特定波長の光を選択的に反射させることができる。

蛍光体層１１は、蛍光体を含む層であれば特に限定されるものではない。蛍光体層１１としては、例えば、ガラスマトリクスと、その中に分散した蛍光体とから構成されているものを挙げることができる。

蛍光体は、励起光の入射により蛍光を出射するものであれば、特に限定されるものではない。蛍光体の具体例としては、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ガーネット系化合物蛍光体等の無機蛍光体が挙げられる。

ガラスマトリクスは、蛍光体の分散媒として用いることができるものであれば特に限定されない。例えば、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラスなどを用いることができる。ガラスマトリクスの軟化点は、２５０℃〜１０００℃であることが好ましく、３００℃〜８５０℃であることがより好ましい。

容器３０は、光源２０からの励起光２を容器３０の内部に入射させるための入射部３１と蛍光部材１０からの蛍光３を容器３０の外部に出射させるための出射部３２とを有する。容器３０の外部には、蛍光部材１０の蛍光体層１１に励起光２が照射されるように、光源２０及び集光レンズ２１が設けられている。光源２０の具体例としては、ＬＥＤ光源やレーザー光源などが挙げられる。光源２０から出射された励起光２は、集光レンズ２１で集光され、容器３０の入射部３１を通り、蛍光部材１０の蛍光体層１１に入射する。蛍光体層１１に入射した励起光２により、蛍光体層１１中の蛍光体が励起され、蛍光体から蛍光３が出射する。蛍光３の一部は、反射層１２で反射され、蛍光体層１１から出射する。また、蛍光３の一部は、直接蛍光体層１１から出射する。蛍光体層１１から出射した蛍光３は、出射部３２を通り、容器３０の外部に出射される。容器３０の外部に出射された蛍光３は、本実施形態の発光デバイス１からの発光となる。

本実施形態において、容器３０の入射部３１及び出射部３２は、励起光２及び蛍光３を透過させる材料から形成されている。このような材料としては、ガラスや透明樹脂などが挙げられる。本実施形態では、入射部３１及び出射部３２が形成された容器３０の壁部の外側に、反射防止層５１が形成され、内側に反射防止層５２が形成されている。反射防止層５１及び５２としては、例えば、高屈折率膜と低屈折率膜の積層体により構成された誘電体多層膜や、ナノインプリント法などにより形成される反射防止構造（モスアイ構造）膜などを用いることができる。

以上のようにして、蛍光部材１０の蛍光体層１１に励起光２が照射され、蛍光部材１０の蛍光体層１１から蛍光３が出射される。励起光２の照射により蛍光体層１１が発熱するが、蛍光部材１０は冷却媒体４によって冷却されているため、蛍光部材１０における蛍光体の温度上昇を抑制することができる。また、冷却媒体４は、上記のように冷却機構４０によって冷却されているため、常に冷却された冷却媒体４によって、蛍光部材１０を冷却することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。本実施形態では、蛍光部材１０の蛍光体層１１を、入射部３１及び出射部３２が形成された容器３０の壁部に密着させている。それ以外は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

蛍光体層１１が入射部３１及び出射部３２と密着しているため、蛍光体層１１と、入射部３１及び出射部３２との間に冷却媒体４が介在しない。このため、励起光２が蛍光体層１１に入射する際及び蛍光３が蛍光体層１１から出射する際に、蛍光体層１１と冷却媒体４との屈折率差に起因して、励起光２や蛍光３が蛍光体層１１表面で反射するのを抑制することができる。このため、発光強度の低下を抑制することができる。

本実施形態においても、蛍光部材１０は冷却媒体４によって冷却されているため、蛍光部材１０における蛍光体の温度上昇を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。本実施形態では、透過型の蛍光部材１０が用いられている。透過型の蛍光部材１０としては、ガラスや樹脂などからなる透明基板と、透明基板上に形成された蛍光体層とを有するものが挙げられる。例えば、第１の実施形態における反射層１２に代えて透明基板を用いたものを用いることができる。また、透過型の蛍光部材１０として、透明基板を用いずに、ガラスや樹脂のマトリクス中に蛍光体を分散させたものを用いてもよい。

本実施形態では、容器３０の一方側に、光源２０及び集光レンズ２１を配置し、容器３０の他方側に、集光レンズ２２を配置している。光源２０から出射された励起光２は、集光レンズ２１で集光され、容器３０の入射部３１を通り、蛍光部材１０に入射する。入射した励起光２により、蛍光部材１０中の蛍光体が励起され、蛍光体から蛍光３が出射する。蛍光部材１０から出射した蛍光３は、出射部３２を通り、容器３０の外部に出射される。容器３０の外部に出射された蛍光３は、集光レンズ２２で集光され、本実施形態の発光デバイス１からの発光となる。

本実施形態において、容器３０の入射部３１及び出射部３２は、励起光２及び蛍光３を透過させる材料から形成されている。また、本実施形態では、入射部３１の外側及び内側に、反射防止層５１及び５２がそれぞれ形成され、出射部３２の内側及び外側に反射防止層５３及び５４がそれぞれ形成されている。

本実施形態においても、蛍光部材１０は冷却媒体４によって冷却されているため、蛍光部材１０における蛍光体の温度上昇を抑制することができる。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。本実施形態では、容器３０の入射部３１及び出射部３２が、凸レンズの形状に形成されている。このことにより、入射部３１及び出射部３２は、レンズ機能を有している。したがって、入射部３１は、励起光２を集光して蛍光部材１０に照射できる。出射部３２は、蛍光３を集光して容器３０の外部に出射できる。

入射部３１の外側及び内側には、反射防止層５１及び５２がそれぞれ設けられている。出射部３２の内側及び外側には、反射防止層５３及び５４がそれぞれ設けられている。

本実施形態では、入射部３１及び出射部３２が、それぞれレンズ機能を有しているため、別個に集光レンズを設ける必要がない。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態においても、蛍光部材１０は冷却媒体４によって冷却されているため、蛍光部材１０における蛍光体の温度上昇を抑制することができる。

（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。本実施形態では、容器３０の入射部３１及び出射部３２が、外側に半球面状に膨らむように形成されている。入射部３１及び出射部３２の外側の媒体が空気であり、内側の媒体が空気より屈折率の高い冷却媒体４であると、上記した形状を有する入射部３１及び出射部３２は、レンズ機能を有する。したがって、入射部３１は、励起光２を集光して蛍光部材１０に照射できる。出射部３２は、蛍光３を集光して容器３０の外部に出射できる。

入射部３１の外側及び内側には、反射防止層５１及び５２がそれぞれ設けられている。出射部３２の内側及び外側には、反射防止層５３及び５４がそれぞれ設けられている。

本実施形態においても、第４の実施形態と同様に、入射部３１及び出射部３２が、それぞれレンズ機能を有しているため、別個に集光レンズを設ける必要がない。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態においても、蛍光部材１０は冷却媒体４によって冷却されているため、蛍光部材１０における蛍光体の温度上昇を抑制することができる。

（第６の実施形態）
図６は、本発明の第６の実施形態の発光デバイスを示す模式的断面図である。本実施形態では、第４の実施形態と同様に、容器３０の入射部３１及び出射部３２が、凸レンズの形状に形成されている。このことにより、入射部３１及び出射部３２は、レンズ機能を有している。したがって、入射部３１は、励起光２を集光して蛍光部材１０に照射できる。出射部３２は、蛍光３を集光して容器３０の外部に出射できる。

入射部３１の外側及び内側には、反射防止層５１及び５２がそれぞれ設けられている。出射部３２の内側及び外側には、反射防止層５３及び５４がそれぞれ設けられている。

本実施形態においても、第４の実施形態と同様に、入射部３１及び出射部３２が、それぞれレンズ機能を有しているため、別個に集光レンズを設ける必要がない。その他の構成は、第３の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態においても、蛍光部材１０は冷却媒体４によって冷却されているため、蛍光部材１０における蛍光体の温度上昇を抑制することができる。

なお、本実施形態では、入射部３１及び出射部３２が凸レンズの形状に形成されているが、第５の実施形態と同様に、入射部３１及び出射部３２が、外側に半球面の形状に膨らむように形成されていてもよい。

上記各実施形態では、ラジエーター４１、ポンプ４２、冷却ファン４３、及び配管４４，４５，４６から構成される、冷却媒体４を循環させて冷却する冷却機構４０を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。冷却機構４０は、容器３０内の冷却媒体４を冷却することができるものであればよい。

本発明の発光デバイスはプロジェクター用途以外にも、ヘッドランプ等の車載用照明用途やその他の照明用途としても使用することができる。

１…発光デバイス
２…励起光
３…蛍光
４…冷却媒体
１０…蛍光部材
１１…蛍光体層
１２…反射層
２０…光源
２１，２２…集光レンズ
３０…容器
３１…入射部
３２…出射部
４０…冷却機構
４１…ラジエーター
４２…ポンプ
４３…冷却ファン
４４，４５，４６…配管
５１，５２，５３，５４…反射防止層

Claims (8)

1. 励起光を照射する光源と、
   前記光源からの前記励起光の入射により蛍光を出射する蛍光部材と、
   前記蛍光部材を浸漬する冷却媒体と、
   前記冷却媒体を収納する容器と、
   前記容器に接続され、前記冷却媒体を冷却する冷却機構とを備え、
   前記容器が、前記光源からの前記励起光を前記容器の内部に入射させるための入射部と、前記蛍光部材からの前記蛍光を前記容器の外部に出射させるための出射部とを有する、発光デバイス。
2. 前記冷却機構が、前記冷却媒体を循環させて前記冷却媒体を冷却する、請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記入射部が、前記励起光を集光して前記蛍光部材に照射するレンズ機能を有する、請求項１または２に記載の発光デバイス。
4. 前記出射部が、前記蛍光を集光して出射するレンズ機能を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
5. 前記蛍光部材は、反射型の蛍光部材である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光デバイス。
6. 前記蛍光部材は、反射層と、前記反射層上に設けられる蛍光体層とを有する、請求項５に記載の発光デバイス。
7. 前記蛍光部材は、透過型の蛍光部材である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光デバイス。
8. プロジェクター用である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光デバイス。

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