JP2018142531A - Optical device - Google Patents

Optical device Download PDF

Info

Publication number
JP2018142531A
JP2018142531A JP2017175612A JP2017175612A JP2018142531A JP 2018142531 A JP2018142531 A JP 2018142531A JP 2017175612 A JP2017175612 A JP 2017175612A JP 2017175612 A JP2017175612 A JP 2017175612A JP 2018142531 A JP2018142531 A JP 2018142531A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wavelength
light
layer
optical device
dielectric layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017175612A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6916073B2 (en
Inventor
昇吾 冨田
Shogo Tomita
昇吾 冨田
平澤 拓
Hiroshi Hirasawa
拓 平澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to US15/888,180 priority Critical patent/US10458623B2/en
Publication of JP2018142531A publication Critical patent/JP2018142531A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6916073B2 publication Critical patent/JP6916073B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase luminous efficacy of an optical device.SOLUTION: An optical device comprises: a light reflection film which includes a metal layer and a dielectric layer on the metal layer; and a phosphor layer which is located on the dielectric layer and emits light by being excited by light from a light source. A wavelength at which a reflectivity of light vertically incident on the light reflection film from the phosphor layer is highest is longer than a centroid wavelength of an emission spectrum of the phosphor layer. The dielectric layer has a layered structure where the number of layers is from 2 to 6 inclusive. Refractive indexes of any two adjacent layers in the dielectric layer are different from each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光デバイスに関する。   The present invention relates to an optical device.

近年、省エネルギー化および長寿命化のニーズにより、固体光源を用いた光学デバイスが注目されている。レーザダイオード(Laser Diode(LD))および発光ダイオード(Light Emitting Diode(LED))などの固体光源と蛍光体とを組み合わせた高効率な蛍光体デバイスの開発が行なわれている。   In recent years, optical devices using solid-state light sources have attracted attention due to the need for energy saving and long life. Development of highly efficient phosphor devices in which solid-state light sources such as laser diodes (Laser Diodes (LD)) and light emitting diodes (Light Emitting Diodes (LEDs)) and phosphors are combined has been carried out.

従来、蛍光体デバイスを高効率化する方法として、励起光源と蛍光体層とを空間的に離して配置し、蛍光体層の温度上昇を抑制する反射方式の装置が提案されている。例えば、特許文献1は、そのような反射方式の装置を開示している。反射方式の蛍光体デバイスは、蛍光体層と基板との間に反射層を備える。励起光より励起された蛍光体層から発せられた光は、反射層で反射されて利用される。特許文献1の構成では、基板としてアルミニウム製の平板が用いられ、反射層として銀が用いられている。特許文献2は、反射層として、銀およびアルミニウムなどの金属膜が用いられた構成を開示している。   Conventionally, as a method for improving the efficiency of a phosphor device, a reflection-type apparatus has been proposed in which an excitation light source and a phosphor layer are spatially separated to suppress a temperature rise of the phosphor layer. For example, Patent Document 1 discloses such a reflection-type device. The reflective phosphor device includes a reflective layer between the phosphor layer and the substrate. The light emitted from the phosphor layer excited by the excitation light is reflected by the reflection layer and used. In the configuration of Patent Document 1, a flat plate made of aluminum is used as the substrate, and silver is used as the reflective layer. Patent Document 2 discloses a configuration in which a metal film such as silver and aluminum is used as a reflective layer.

特開2012−64484号公報JP 2012-64484 A 特開2016−058378号公報JP 2006-058378 A

本開示は、蛍光体層から発せられた光を効率よく反射させることによって、光デバイスの効率を上げる新規な技術を提供する。   The present disclosure provides a novel technique for increasing the efficiency of an optical device by efficiently reflecting light emitted from a phosphor layer.

本開示の一態様に係る光デバイスは、金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、を備える。前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長く、前記誘電体層は、2以上6以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる。   An optical device according to an aspect of the present disclosure is a light reflecting film including a metal layer and a dielectric layer on the metal layer, and a phosphor layer on the dielectric layer, and is excited by light from a light source And a phosphor layer that emits light. The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is maximum is longer than the barycentric wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer, and the dielectric layer is 2 or more and 6 In the laminated structure of the following layers, the refractive indexes of two arbitrary adjacent layers in the dielectric layer are different.

本開示の他の態様に係る光デバイスは、金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、を備える。前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記光源の発光スペクトルと、前記蛍光体層の発光スペクトルとを合わせた光スペクトルの重心波長よりも長く、前記誘電体層は、2以上6以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる。   An optical device according to another aspect of the present disclosure includes a light reflection film including a metal layer and a dielectric layer on the metal layer, and a phosphor layer on the dielectric layer, and is excited by light from a light source. And a phosphor layer that emits light. The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side becomes the maximum is the barycentric wavelength of the light spectrum obtained by combining the emission spectrum of the light source and the emission spectrum of the phosphor layer. The dielectric layer is a laminated structure of 2 or more and 6 or less layers, and the refractive indexes of any two adjacent layers in the dielectric layer are different.

上記の包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。   The comprehensive or specific aspect described above may be implemented by a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium. Or you may implement | achieve with arbitrary combinations of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, and a recording medium.

本開示の技術によれば、蛍光体層から発せられた光を効率よく反射させることによって、光デバイスの効率を上げることができる。   According to the technique of the present disclosure, the efficiency of the optical device can be increased by efficiently reflecting the light emitted from the phosphor layer.

図1は、本実施形態における、光デバイス50の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical device 50 in the present embodiment. 図2は、蛍光体層20から発せられた光が、誘電体層42に入射し、透過または反射されることを模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing that light emitted from the phosphor layer 20 enters the dielectric layer 42 and is transmitted or reflected. 図3は、蛍光体層20から光反射膜40に入射する光量の入射角度依存性を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the dependence of the amount of light incident on the light reflecting film 40 from the phosphor layer 20 on the incident angle. 図4Aは、波長λと波長λとの差(λ−λ)が、波長シフト量Δλより小さい場合における、入射角度90°での光反射膜40の反射スペクトルと、蛍光体層20の発光スペクトルとを示す図である。FIG. 4A shows the reflection spectrum of the light reflecting film 40 at an incident angle of 90 ° and the phosphor layer when the difference (λ 0 −λ c ) between the wavelength λ 0 and the wavelength λ c is smaller than the wavelength shift amount Δλ. It is a figure which shows 20 emission spectra. 図4Bは、波長λと波長λとの差(λ−λ)が、波長シフト量Δλに一致する場合における、入射角度90°での光反射膜40の反射スペクトルと、蛍光体層20の発光スペクトルとを示す図である。FIG. 4B shows the reflection spectrum of the light reflecting film 40 at an incident angle of 90 ° and the phosphor when the difference (λ 0 −λ c ) between the wavelength λ 0 and the wavelength λ c matches the wavelength shift amount Δλ. FIG. 4 is a diagram showing an emission spectrum of a layer 20. 図4Cは、波長λと波長λとの差(λ−λ)が、波長シフト量Δλよりも大きい場合における、入射角度90°での光反射膜40の反射スペクトルと、蛍光体層20の発光スペクトルとを示す図である。FIG. 4C shows the reflection spectrum of the light reflecting film 40 at an incident angle of 90 ° and the phosphor when the difference (λ 0 −λ c ) between the wavelength λ 0 and the wavelength λ c is larger than the wavelength shift amount Δλ. FIG. 4 is a diagram showing an emission spectrum of a layer 20. 図5は、波長λおよびλが等しい場合における、入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルと、入射角度90°での光反射膜40の反射スペクトルとを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a reflection spectrum of the light reflection film 40 at an incident angle of 0 ° and a reflection spectrum of the light reflection film 40 at an incident angle of 90 ° when the wavelengths λ 0 and λ c are equal. 図6は、波長λと波長λが一致する場合から(図5参照)、Δλだけ長波長側にシフトさせたときの、入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルと、入射角度90°での光反射膜40の反射スペクトルとを示す図である。FIG. 6 shows the reflection spectrum of the light reflection film 40 at an incident angle of 0 ° when the wavelength λ 0 and the wavelength λ c coincide with each other (see FIG. 5), and shifted by Δλ a to the longer wavelength side. It is a figure which shows the reflection spectrum of the light reflection film 40 in 90 degrees of incident angles. 図7は、金属層41上に4層の誘電体多層膜を形成した光反射膜40(実線)と、金属層41上に10層の誘電体多層膜を形成した光反射膜40(破線)とにおける、ある入射角度での光反射膜40の反射率のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 7 shows a light reflecting film 40 (solid line) in which a four-layer dielectric multilayer film is formed on the metal layer 41, and a light reflecting film 40 (dashed line) in which a ten-layer dielectric multilayer film is formed on the metal layer 41. It is a figure which shows the simulation result of the reflectance of the light reflection film 40 in a certain incident angle. 図8は、金属層41上に60層の誘電体多層膜を形成した光反射膜40の反射率のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of the reflectance of the light reflecting film 40 in which 60 dielectric multilayer films are formed on the metal layer 41. 図9Aは、入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルおよび蛍光体層20の発光スペクトルの例を模式的に示す図である。FIG. 9A is a diagram schematically illustrating an example of a reflection spectrum of the light reflection film 40 and an emission spectrum of the phosphor layer 20 at an incident angle of 0 °. 図9Bは、入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルおよび蛍光体層20の発光スペクトルの他の例を模式的に示す図である。FIG. 9B is a diagram schematically illustrating another example of the reflection spectrum of the light reflection film 40 and the emission spectrum of the phosphor layer 20 at an incident angle of 0 °. 図10は、光反射膜40の反射スペクトルを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a reflection spectrum of the light reflecting film 40. 図11は、YAG:Ce蛍光体の発光スペクトルを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an emission spectrum of the YAG: Ce phosphor. 図12は、式(9)によって計算された光デバイスの性能指標Zを、様々なλを様々に変えてプロットした結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a result of plotting the performance index Z of the optical device calculated by the equation (9) with various λ 0 varied. 図13は、CaAlSiN:Eu蛍光体の発光スペクトルを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an emission spectrum of the CaAlSiN 3 : Eu phosphor. 図14は、式(9)によって計算された光デバイスの性能指標Zを、λを様々に変えてプロットした結果を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a result of plotting the performance index Z of the optical device calculated by the equation (9) while changing λ 0 in various ways. 図15は、SCA:Eu蛍光体およびYAG:Ce蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体の発光スペクトルを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an emission spectrum of a phosphor obtained by mixing an SCA: Eu phosphor and a YAG: Ce phosphor. 図16は、式(9)によって計算された光デバイスの性能指標Zを、λを様々に変えてプロットした結果を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a result of plotting the performance index Z of the optical device calculated by the equation (9) while changing λ 0 in various ways. 図17は、光反射膜の構成の一実施例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of the configuration of the light reflecting film. 図18は、表1の条件で作製した光反射膜の反射スペクトルを示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a reflection spectrum of a light reflecting film manufactured under the conditions shown in Table 1.

(本開示の基礎となった知見)
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
(Knowledge that became the basis of this disclosure)
Prior to describing the embodiments of the present disclosure, the knowledge underlying the present disclosure will be described.

本明細書において、「光」とは、可視光に加えて、紫外線および赤外線の範囲にある電磁波を意味する。より具体的には、波長がおよそ10nm以上1mm以下の範囲にある電磁波を「光」と称する。   In this specification, “light” means electromagnetic waves in the range of ultraviolet rays and infrared rays in addition to visible light. More specifically, an electromagnetic wave having a wavelength in the range of approximately 10 nm to 1 mm is referred to as “light”.

特許文献2は、反射層として金属材料を含み、さらに、分布ブラッグ反射器(DBR)または全方向性反射器(ODR)を備えた構成を開示している。しかし、金属層上にDBRを形成した場合、反射スペクトルに干渉の効果が現れ、ある波長において反射率が大きく低下する。そのため、400−700nmの全波長領域にて反射率を約100%にすることが困難であり、光デバイスの効率を高くすることが出来ない。   Patent Document 2 discloses a configuration including a metal material as a reflective layer and further including a distributed Bragg reflector (DBR) or an omnidirectional reflector (ODR). However, when DBR is formed on a metal layer, an interference effect appears in the reflection spectrum, and the reflectance is greatly reduced at a certain wavelength. Therefore, it is difficult to make the reflectance about 100% in the entire wavelength region of 400 to 700 nm, and the efficiency of the optical device cannot be increased.

また、反射層に誘電体多層膜を適用する場合、入射角度によって反射スペクトルが短波長側にシフトし、反射率が徐々に低下する。そのため、後述する蛍光体層の直下に反射層を設ける本開示の光デバイスにおいては、反射層として誘電体多層膜は適さない。   When a dielectric multilayer film is applied to the reflective layer, the reflection spectrum shifts to the short wavelength side depending on the incident angle, and the reflectance gradually decreases. For this reason, in the optical device of the present disclosure in which a reflective layer is provided immediately below the phosphor layer described later, a dielectric multilayer film is not suitable as the reflective layer.

蛍光体デバイスを作製する際に、蛍光体の発光スペクトルの重心波長と、反射層に垂直に入射した光の反射スペクトルが最大になる波長とが一致するように設計することが一般的である。重心波長とは、発光スペクトルを重みとする波長の加重平均である。言い換えれば、重心波長は、蛍光体から発せられる光の波長と当該波長の光の強度との積を発光波長の全域にわたって積分した値を、光の強度を発光波長の全域にわたって積分した値で割った値を意味する。重心波長を「平均波長」と称することもある。蛍光体が発する光に加えて、励起光源からの光(以下、「励起光」とも称する。)も利用する場合には、当該励起光も含めた重心波長と、垂直入射した光の反射スペクトルが最大になる波長とが一致するように設計することが一般的である。重心波長の代わりに、ピーク波長を用いてもよい。   When manufacturing a phosphor device, it is common to design so that the center-of-gravity wavelength of the emission spectrum of the phosphor coincides with the wavelength at which the reflection spectrum of light perpendicularly incident on the reflection layer is maximized. The center-of-gravity wavelength is a weighted average of wavelengths with the emission spectrum as a weight. In other words, the center-of-gravity wavelength is obtained by dividing the value obtained by integrating the product of the wavelength of light emitted from the phosphor and the intensity of light of the wavelength over the entire emission wavelength by the value obtained by integrating the intensity of light over the entire emission wavelength. Value. The center-of-gravity wavelength may be referred to as “average wavelength”. When light from an excitation light source (hereinafter also referred to as “excitation light”) is used in addition to the light emitted from the phosphor, the centroid wavelength including the excitation light and the reflection spectrum of vertically incident light are It is common to design so that the maximum wavelength matches. A peak wavelength may be used instead of the centroid wavelength.

金属は、反射特性に角度依存性を殆ど有しない。したがって、反射層として金属層を用いる場合には、上記の設計によって蛍光体デバイスの効率は最大になる。   Metals have little angular dependence on reflection characteristics. Therefore, when a metal layer is used as the reflective layer, the efficiency of the phosphor device is maximized by the above design.

一方、誘電体層は反射特性に角度依存性を有する。よって、増反射膜が誘電体層を含む場合、増反射膜は反射特性に角度依存性を有する。本発明者らの検討によれば、蛍光体から反射層に入射する光の量は、入射角度が大きくなるにつれて増加する。このため、大きい角度で反射層に入射する光の反射特性は、蛍光体デバイスの効率に大きく寄与する。しかし、従来の蛍光体デバイスでは、誘電体層の反射特性の角度依存性を考慮した設計はなされていなかった。本発明者らは、蛍光体デバイスの効率を上げるためには、反射特性の角度依存性を考慮して、光反射膜を設計することが望ましいことを見出した。   On the other hand, the dielectric layer has an angle dependency on the reflection characteristics. Therefore, when the increased reflection film includes a dielectric layer, the increased reflection film has angle dependency on the reflection characteristics. According to the study by the present inventors, the amount of light incident on the reflecting layer from the phosphor increases as the incident angle increases. For this reason, the reflection characteristics of light incident on the reflection layer at a large angle greatly contribute to the efficiency of the phosphor device. However, the conventional phosphor device has not been designed in consideration of the angle dependency of the reflection characteristics of the dielectric layer. The present inventors have found that in order to increase the efficiency of the phosphor device, it is desirable to design a light reflecting film in consideration of the angle dependency of the reflection characteristics.

本発明者は、以上の知見に基づき、以下に説明する本開示の各態様に想到した。   Based on the above findings, the present inventor has conceived each aspect of the present disclosure described below.

本開示の一態様に係る光デバイスは、金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、を備える。前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長く、前記誘電体層は、2以上6以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる。   An optical device according to an aspect of the present disclosure is a light reflecting film including a metal layer and a dielectric layer on the metal layer, and a phosphor layer on the dielectric layer, and is excited by light from a light source And a phosphor layer that emits light. The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is maximum is longer than the barycentric wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer, and the dielectric layer is 2 or more and 6 In the laminated structure of the following layers, the refractive indexes of two arbitrary adjacent layers in the dielectric layer are different.

本開示の他の態様に係る光デバイスは、金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、を備える。前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直入射する光の反射率が最大になる波長は、前記光源の発光スペクトルと、前記蛍光体層の発光スペクトルとを合わせた光スペクトルの重心波長よりも長く、前記誘電体層は、2以上6以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる。   An optical device according to another aspect of the present disclosure includes a light reflection film including a metal layer and a dielectric layer on the metal layer, and a phosphor layer on the dielectric layer, and is excited by light from a light source. And a phosphor layer that emits light. The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is maximized is the center wavelength of the light spectrum obtained by combining the emission spectrum of the light source and the emission spectrum of the phosphor layer. The dielectric layer is a laminated structure of 2 or more and 6 or less layers, and any two adjacent layers in the dielectric layer have different refractive indexes.

上記構成により、後述するように、光デバイスの効率を上げることができる。   With the above configuration, as will be described later, the efficiency of the optical device can be increased.

以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。   Hereinafter, more specific embodiments of the present disclosure will be described. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, a detailed description of already well-known matters and a redundant description of substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art. The inventor provides the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and is not intended to limit the subject matter described in the claims. Absent. In the following description, components having the same or similar functions are denoted by the same reference numerals.

(実施形態)
本実施形態における光デバイスは、金属膜および誘電体層を含む光反射膜と、蛍光体層とを備える。誘電体層は、金属膜の上に配置される。蛍光体層は、誘電体層の上に配置される。蛍光体層は、光源からの光によって励起されることで発光する。蛍光体層の側から光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長い。あるいは、誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、光源の発光スペクトルと、蛍光体層の発光スペクトルとの両方を含む光スペクトルの重心波長よりも長い。前記誘電体層は、2以上6以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる。
(Embodiment)
The optical device in the present embodiment includes a light reflection film including a metal film and a dielectric layer, and a phosphor layer. The dielectric layer is disposed on the metal film. The phosphor layer is disposed on the dielectric layer. The phosphor layer emits light when excited by light from a light source. The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is maximum is longer than the barycentric wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer. Alternatively, the wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the dielectric layer is maximized is longer than the barycentric wavelength of the light spectrum including both the emission spectrum of the light source and the emission spectrum of the phosphor layer. The dielectric layer is a laminated structure of 2 or more and 6 or less layers, and any two adjacent layers in the dielectric layer have different refractive indexes.

上記の構成により、蛍光体層から発せられた光を効率よく反射させることができ、光デバイスの効率を上げることができる。   With the above configuration, light emitted from the phosphor layer can be reflected efficiently, and the efficiency of the optical device can be increased.

図1は、本実施形態における光デバイス50の構成例を示す図である。光デバイス50は、基板30と、基板30上の光反射膜40と、蛍光体層20とを備える。光反射膜40は、金属層41と、誘電体層42とを含む。基板30、金属層41、誘電体層42、および蛍光体層20は、この順に積層されている。基板30は、金属層41を支持する。誘電体層42は、金属層41の上に配置される。蛍光体層20は、誘電体層42の上に配置される。蛍光体層20は、光源10からの光によって励起されることで発光する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical device 50 in the present embodiment. The optical device 50 includes a substrate 30, a light reflecting film 40 on the substrate 30, and a phosphor layer 20. The light reflecting film 40 includes a metal layer 41 and a dielectric layer 42. The substrate 30, the metal layer 41, the dielectric layer 42, and the phosphor layer 20 are laminated in this order. The substrate 30 supports the metal layer 41. The dielectric layer 42 is disposed on the metal layer 41. The phosphor layer 20 is disposed on the dielectric layer 42. The phosphor layer 20 emits light when excited by light from the light source 10.

<光反射膜の基本構成>
上記の金属層41および誘電体層42を含む光反射膜40の基本構成を説明する。誘電体層42は、2以上6以下の層の積層構造体である。誘電体層42における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる。なお、当該積層構造体が有する各層の厚みは、少なくとも3nm以上である。当該積層構造体は、厚み3nm未満の層を有してもよいが、その場合、当該層は、当該積層構造体の層数としてはカウントしない。従来のDBRまたは誘電体多層膜と異なり、誘電体層42は周期構造を有しない。したがって、誘電体層42では、周期構造に起因するブラッグ反射は生じず、後述する薄膜干渉に起因する反射が生じる。誘電体材料による積層構造体は、一般に、当該積層構造体と同じ厚さおよび同じ平均屈折率を有する一様媒質よりも高い反射率を有する。そのため、本実施形態では、誘電体層42として、誘電体材料による積層構造体を用いる。しかし、以下の説明では、定式化を容易にするために、積層構造体である誘電体層42を、一様な媒質として近似する。
<Basic structure of light reflecting film>
A basic configuration of the light reflecting film 40 including the metal layer 41 and the dielectric layer 42 will be described. The dielectric layer 42 is a laminated structure of 2 or more and 6 or less layers. The refractive indexes of any two adjacent layers in the dielectric layer 42 are different. Note that the thickness of each layer included in the multilayer structure is at least 3 nm or more. The stacked structure may include a layer having a thickness of less than 3 nm. In that case, the layer does not count as the number of layers of the stacked structure. Unlike the conventional DBR or dielectric multilayer film, the dielectric layer 42 does not have a periodic structure. Therefore, in the dielectric layer 42, Bragg reflection due to the periodic structure does not occur, and reflection due to thin film interference described later occurs. A laminated structure made of a dielectric material generally has a higher reflectance than a uniform medium having the same thickness and the same average refractive index as the laminated structure. Therefore, in the present embodiment, a laminated structure made of a dielectric material is used as the dielectric layer 42. However, in the following description, in order to facilitate formulation, the dielectric layer 42 that is a laminated structure is approximated as a uniform medium.

誘電体層42の全体層数をN、各層の膜厚及び屈折率をd、n(i=1、2、・・・、N)とするとき、全体膜厚dおよび平均屈折率nは、式(1)および式(2)によって表される。

Figure 2018142531
Figure 2018142531
When the total number of layers of the dielectric layer 42 is N, and the film thickness and refractive index of each layer are d i , ni (i = 1, 2,..., N), the total film thickness d B and the average refractive index. n B is represented by Formula (1) and Formula (2).
Figure 2018142531
Figure 2018142531

光反射膜40の反射特性は、誘電体層42で生じる薄膜干渉の繰り返しを考慮することで計算できる。   The reflection characteristics of the light reflecting film 40 can be calculated by taking into account the repetition of thin film interference occurring in the dielectric layer 42.

図2は、蛍光体層20から発せられた光が、誘電体層42に入射し、透過または反射されることを模式的に示す図である。蛍光体層20(媒質1)の屈折率をnとし、誘電体層42(媒質2)の平均屈折率をnとし、金属層41(媒質3)の屈折率をnとする。誘電体層42の膜厚をdとする。蛍光体層20から発せられた光が誘電体層42に入射する場合の入射角をθとし、屈折角をθとする。媒質iから媒質jに光が入射する場合の振幅反射率および振幅透過率をrij(i、j=1、2、3(i≠j))とする。反射率Rは、フレネルの公式を用いて、式(3)によって表される。

Figure 2018142531
FIG. 2 is a diagram schematically showing that light emitted from the phosphor layer 20 enters the dielectric layer 42 and is transmitted or reflected. The refractive index of the phosphor layer 20 (medium 1) is n A , the average refractive index of the dielectric layer 42 (medium 2) is n B, and the refractive index of the metal layer 41 (medium 3) is n C. The thickness of the dielectric layer 42 and d B. The incident angle when the light emitted from the phosphor layer 20 is incident on the dielectric layer 42 is θ 1 and the refraction angle is θ 2 . Let r ij (i, j = 1, 2, 3 (i ≠ j)) be the amplitude reflectance and amplitude transmittance when light is incident on the medium j from the medium i. The reflectivity R is expressed by equation (3) using the Fresnel formula.
Figure 2018142531

Δは、誘電体層42の中を光が1往復したときに生じる位相差である。Δは、光の波長λを用いて、式(4)によって表される。

Figure 2018142531
Δ 2 is a phase difference generated when light makes one round trip through the dielectric layer 42. Δ 2 is expressed by equation (4) using the wavelength of light λ.
Figure 2018142531

光反射膜40の反射率が最大値をとる波長をλとすると、波長λは、干渉の条件(Δ=π)から、式(5)によって表される。

Figure 2018142531
式(5)は、入射角度θが大きくなるにつれて波長λが短波長側にシフトすることを示している。 Assuming that the wavelength at which the reflectance of the light reflecting film 40 takes the maximum value is λ r , the wavelength λ r is expressed by the equation (5) from the interference condition (Δ 2 = π).
Figure 2018142531
Equation (5) indicates that the wavelength λ r shifts to the short wavelength side as the incident angle θ 1 increases.

光の入射角度が0°のとき、すなわち光が垂直入射するときに、光反射膜40の反射率が最大値をとる波長をλとする。光の入射角度が90°のとき、すなわち光が水平入射するときに光反射膜40の反射率が最大値をとる波長をλ90とする。式(5)より、式(6)および式(7)が導出される。

Figure 2018142531
Figure 2018142531
When the light incident angle is 0 °, that is, when the light is vertically incident, the wavelength at which the reflectance of the light reflecting film 40 takes the maximum value is λ 0 . When the incident angle of light is 90 °, that is, when light is incident horizontally, the wavelength at which the reflectance of the light reflecting film 40 takes the maximum value is λ 90 . Expression (6) and Expression (7) are derived from Expression (5).
Figure 2018142531
Figure 2018142531

<入射光量の入射角度依存性>
図3は、蛍光体層20から光反射膜40に入射する光量の入射角度依存性を説明するための図である。図3に示す半球の半径は1である。蛍光体層20は、全方向に光を発する。したがって、蛍光体層20から発せられた光は、光反射膜40にあらゆる入射角度(0°≦θ≦90°)で入射する。蛍光体層20からの光が、光反射膜40に入射角度θで入射する場合を想定する。蛍光体層20からのこの光は、2πsinθの周長およびdθの幅をもつ微小表面を通過する。その微小表面の面積は2πsinθdθである。光反射膜40の反射率をR(λ、θ)とすると、上記の微小表面を通過した光が光反射膜40に反射される際の反射強度は、R(λ、θ)×2πsinθdθに比例する。R(λ、θ)×2πsinθdθを、0°≦θ≦90°(0≦θ≦π/2)の範囲で積分すれば、角度依存性を考慮した光反射膜40の反射強度Y(λ)が得られる。Y(λ)は、式(8)によって表される。

Figure 2018142531
<Dependence of incident light amount on incident angle>
FIG. 3 is a diagram for explaining the dependence of the amount of light incident on the light reflecting film 40 from the phosphor layer 20 on the incident angle. The radius of the hemisphere shown in FIG. The phosphor layer 20 emits light in all directions. Therefore, the light emitted from the phosphor layer 20 enters the light reflecting film 40 at any incident angle (0 ° ≦ θ 1 ≦ 90 °). Assume that light from the phosphor layer 20 is incident on the light reflecting film 40 at an incident angle θ 1 . This light from the phosphor layer 20 passes through a micro surface having a circumference of 2π sin θ 1 and a width of dθ 1 . The area of the minute surface is 2π sin θ 11 . When the reflectance of the light reflecting film 40 is R (λ, θ 1 ), the reflection intensity when the light that has passed through the minute surface is reflected by the light reflecting film 40 is R (λ, θ 1 ) × 2πsin θ. proportional to 1 dθ 1. R (λ, θ 1) a × 2πsinθ 1 1, 0 by integrating in a range of ° ≦ θ 1 ≦ 90 ° ( 0 ≦ θ 1 ≦ π / 2), of the light reflection film 40 in consideration of the angular dependence A reflection intensity Y (λ) is obtained. Y (λ) is expressed by equation (8).
Figure 2018142531

式(8)は、入射角度が大きくなるにつれて、光反射膜40に入射する光量が増えることを反映している。すわなち、式(8)は、小さい入射角度での光の反射特性よりも、大きい入射角度での光の反射特性の方が、光デバイス50の効率に大きく寄与することを反映している。   Expression (8) reflects that the amount of light incident on the light reflecting film 40 increases as the incident angle increases. That is, Expression (8) reflects that the light reflection characteristic at a large incident angle contributes more to the efficiency of the optical device 50 than the light reflection characteristic at a small incident angle. .

<蛍光体デバイスの性能指標>
蛍光体層20の発光スペクトルをI(λ)とし、光デバイス50の性能指標をZとする。光デバイス50の性能指標Zは、角度依存性が考慮された光反射膜40の反射強度Y(λ)と、蛍光体層20の発光スペクトルI(λ)との積の積分で計算できる。光デバイス50の性能指標Zは、式(9)によって表される。

Figure 2018142531
λ、λ(λ<λ)は、蛍光体層20の発光スペクトルの両端の波長を示している。 <Performance index of phosphor device>
The emission spectrum of the phosphor layer 20 is I (λ), and the performance index of the optical device 50 is Z. The performance index Z of the optical device 50 can be calculated by integrating the product of the reflection intensity Y (λ) of the light reflection film 40 in consideration of the angle dependency and the emission spectrum I (λ) of the phosphor layer 20. The performance index Z of the optical device 50 is expressed by Expression (9).
Figure 2018142531
λ i and λ fif ) indicate the wavelengths at both ends of the emission spectrum of the phosphor layer 20.

<光デバイスのエネルギー変換効率向上の原理>
光デバイス50のエネルギー変換効率には、大きい入射角度での光反射膜40の反射率の寄与が大きい。蛍光体層20の発光スペクトルの重心波長をλとし、入射角度90°で入射する波長λの光についての光反射膜40の反射率をR90(λ)とする。反射率R90(λ)が高いほど、光デバイス50の効率は高くなる。
<Principle for improving energy conversion efficiency of optical devices>
The contribution of the reflectance of the light reflecting film 40 at a large incident angle is large in the energy conversion efficiency of the optical device 50. The center-of-gravity wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer 20 is λ c, and the reflectance of the light reflecting film 40 for light having a wavelength λ incident at an incident angle of 90 ° is R 90 (λ). The higher the reflectivity R 90c ), the higher the efficiency of the optical device 50.

図4Aから4Cは、入射角度90°で入射する光についての光反射膜40の反射スペクトルおよび蛍光体層20の発光スペクトルの例を示す図である。図4Aは、波長λと波長λとの差(λ−λ)が、波長シフト量Δλ(=λ−λ90)よりも小さい場合の例を示している。図4Bは、波長λと波長λとの差(λ−λ)が、波長シフト量Δλに一致する場合の例を示している。図4Cは、波長λと波長λとの差(λ−λ)が、波長シフト量Δλよりも大きい場合の例を示している。 4A to 4C are diagrams showing examples of the reflection spectrum of the light reflection film 40 and the emission spectrum of the phosphor layer 20 for light incident at an incident angle of 90 °. FIG. 4A shows an example in which the difference (λ 0 −λ c ) between the wavelength λ 0 and the wavelength λ c is smaller than the wavelength shift amount Δλ (= λ 0 −λ 90 ). FIG. 4B shows an example in which the difference (λ 0 −λ c ) between the wavelength λ 0 and the wavelength λ c matches the wavelength shift amount Δλ. FIG. 4C shows an example in which the difference (λ 0 −λ c ) between the wavelength λ 0 and the wavelength λ c is larger than the wavelength shift amount Δλ.

図4Bの例では、波長λ90およびλは一致する(λ90=λ)。したがって、R90(λ)=R90(λ90)である。一方、図4Aの例では、波長λ90は、波長λよりも短波長側にずれ、R90(λ)<R90(λ90)になる。その結果、図4Aに示す特性を有する光デバイス50の効率は、図4Bに示す特性を有する光デバイス50の効率よりも小さい。同様に、図4Cの例では、波長λ90は、波長λよりも長波長側にずれ、R90(λ)<R90(λ90)になる。その結果、図4Cに示す特性を有する光デバイス50の効率は、図4Bに示す特性を有する光デバイス50の効率よりも小さい。 In the example of FIG. 4B, the wavelengths λ 90 and λ c coincide (λ 90 = λ c ). Therefore, R 90c ) = R 9090 ). On the other hand, in the example of FIG. 4A, the wavelength λ 90 shifts to the shorter wavelength side than the wavelength λ c , and R 90c ) <R 9090 ). As a result, the efficiency of the optical device 50 having the characteristics shown in FIG. 4A is smaller than the efficiency of the optical device 50 having the characteristics shown in FIG. 4B. Similarly, in the example of FIG. 4C, the wavelength λ 90 is shifted to the longer wavelength side than the wavelength λ c and R 90c ) <R 9090 ). As a result, the efficiency of the optical device 50 having the characteristics shown in FIG. 4C is smaller than the efficiency of the optical device 50 having the characteristics shown in FIG. 4B.

<発光効率の向上のための条件>
図5は、波長λおよびλが等しい場合における、入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルの例と、入射角度90°での光反射膜40の反射スペクトルの例とを示す図である。この例では、従来の設計思想に従い、入射角度0°での光反射膜40の反射率が最大になる波長λが、蛍光体層20の発光スペクトルの重心波長λに一致するように誘電体層42が設計されている。波長λの光が入射角度90°で光反射膜40に入射するときの反射率R90(λ)は、当該反射率のピーク値よりも低い。
<Conditions for improving luminous efficiency>
FIG. 5 shows an example of the reflection spectrum of the light reflection film 40 at an incident angle of 0 ° and an example of the reflection spectrum of the light reflection film 40 at an incident angle of 90 ° when the wavelengths λ 0 and λ c are equal. FIG. In this example, in accordance with the conventional design concept, the wavelength λ 0 at which the reflectance of the light reflecting film 40 at the incident angle of 0 ° is maximized matches the centroid wavelength λ c of the emission spectrum of the phosphor layer 20. A body layer 42 is designed. The reflectance R 90c ) when light of wavelength λ c is incident on the light reflecting film 40 at an incident angle of 90 ° is lower than the peak value of the reflectance.

ここで、反射率がR90(λ)と等しくなる他の波長をλ(λ<λ)とし、波長λと波長λとの差をΔλ(=λ−λ)とする。仮に、光反射膜40の反射スペクトルが全体的にΔλよりも小さい波長だけ長波長側にずれたと仮定すると、入射角度90°で光反射膜40に入射する重心波長λの光の反射率が向上する。このため、全体的な発光効率が向上することが期待できる。以下、この点についてより詳細に説明する。 Here, another wavelength at which the reflectance becomes equal to R 90c ) is λ aac ), and the difference between the wavelength λ c and the wavelength λ a is Δλ a (= λ c −λ a). ). Assuming that the reflection spectrum of the light reflection film 40 is generally assumed that shifted to the long wavelength side wavelength less than [Delta] [lambda] a, the reflectance of light of the center of gravity wavelength lambda c incident on the light reflection film 40 at an incident angle of 90 ° Will improve. For this reason, it can be expected that the overall luminous efficiency is improved. Hereinafter, this point will be described in more detail.

波長λおよびλにおける反射率R90が等しいことから、式(3)より、式(10)が導出される。

Figure 2018142531
Since the reflectances R 90 at the wavelengths λ a and λ c are equal, Equation (10) is derived from Equation (3).
Figure 2018142531

ΔおよびΔは、それぞれ波長λおよびλにおける位相差を示している。式(10)より、式(11)が導出される。

Figure 2018142531
Δ a and Δ c indicate phase differences at wavelengths λ a and λ c , respectively. Expression (11) is derived from Expression (10).
Figure 2018142531

λ=λおよび入射角度θ=90°から、Δは、式(4)および(6)より、式(12)によって表される。

Figure 2018142531
From λ c = λ 0 and incident angle θ 1 = 90 °, Δ c is expressed by equation (12) from equations (4) and (6).
Figure 2018142531

式(4)、(6)、(11)および(12)より、λは、式(13)によって表される。

Figure 2018142531
From the equations (4), (6), (11) and (12), λ a is expressed by the equation (13).
Figure 2018142531

波長λは、式(13)において取り得る値の中で最大になる値である。したがって、λは、式(14)によって表される。

Figure 2018142531
Wavelength lambda a is maximum becomes a value within the possible values in the equation (13). Thus, lambda a is represented by equation (14).
Figure 2018142531

波長λと波長λとの差をΔλ(=λ−λ)とすると、Δλは、式(15)によって表される。

Figure 2018142531
When the difference between the wavelength λ c and the wavelength λ a is Δλ a (= λ c −λ a ), Δλ a is expressed by the equation (15).
Figure 2018142531

λ90とλとの差をΔλ(=λ90−λ)とすると、Δλは、式(7)および(14)より、式(16)によって表される。

Figure 2018142531
When the difference between λ 90 and λ a is Δλ b (= λ 90 −λ a ), Δλ b is expressed by equation (16) from equations (7) and (14).
Figure 2018142531

図6は、図5に示す例から、光反射膜40の各反射スペクトルをΔλだけ長波長側にシフトさせた場合の、入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルと、入射角度90°での光反射膜40の反射スペクトルとを示す図である。図6には、比較のために、図5における光反射膜40の2つの反射スペクトルも示されている。この場合における入射角度0°での反射スペクトルのピーク波長をλ0m(=λ+Δλ)とする。実際のデバイスにおいて、0°で入射する光の反射率がピークになる波長λが、λよりも大きく、波長λ0mよりも小さければ、図5に示す例よりも発光効率が向上することが期待できる。よって、その波長λ0mを、波長λの上限値にすることができる。λ0m=Δλ+Δλ+λであることから、波長λ0mは、式(7)および(16)を用いて、式(17)によって表される。

Figure 2018142531
6, the example shown in FIG. 5, when the respective reflection spectrum of the light reflection film 40 was shifted to the long wavelength side [Delta] [lambda] a, the reflection spectrum of the light reflection film 40 at an incident angle of 0 °, the incident angle It is a figure which shows the reflection spectrum of the light reflection film 40 at 90 degrees. FIG. 6 also shows two reflection spectra of the light reflecting film 40 in FIG. 5 for comparison. In this case, the peak wavelength of the reflection spectrum at an incident angle of 0 ° is λ 0m (= λ c + Δλ a ). In an actual device, if the wavelength λ 0 at which the reflectance of light incident at 0 ° reaches a peak is larger than λ c and smaller than the wavelength λ 0 m, the luminous efficiency is improved as compared with the example shown in FIG. Can be expected. Therefore, the wavelength λ 0 m can be set to the upper limit value of the wavelength λ 0 . Since λ 0m = Δλ b + Δλ + λ c , the wavelength λ 0m is expressed by equation (17) using equations (7) and (16).
Figure 2018142531

以上より、λ0mを波長λの上限値とする場合、λのとり得る範囲は、式(18)によって表される。

Figure 2018142531
From the above, when λ 0m is set as the upper limit value of the wavelength λ 0 , the possible range of λ 0 is expressed by the equation (18).
Figure 2018142531

波長λが式(18)で表される波長範囲にある場合、光デバイス50のエネルギー変換効率は、λ=λのときと同じか、λ=λのときよりも高くなる。 When the wavelength lambda 0 is a wavelength range represented by the formula (18), the energy conversion efficiency of the optical device 50, same as the case of λ c = λ 0, it is higher than at λ c = λ 0.

さらに、光デバイス50のエネルギー変換効率が最大になる場合、すなわちλ=λ90を満たす場合の波長λの値を、波長λの上限値としてもよい。その場合、λのとり得る範囲は、式(19)によって表される。

Figure 2018142531
式(19)のλの波長範囲は、式(18)のλの波長範囲よりも狭い。 Furthermore, if the energy conversion efficiency of the optical device 50 is maximized, i.e. the value of the wavelength lambda 0 in the case of satisfying the λ c = λ 90, or the upper limit value of the wavelength lambda 0. In that case, the possible range of λ 0 is expressed by Equation (19).
Figure 2018142531
The wavelength range of λ 0 in equation (19) is narrower than the wavelength range of λ 0 in equation (18).

波長λの下限値をλよりも大きくしてもよい。 The lower limit value of the wavelength λ 0 may be made larger than λ c .

例えば、波長λ=λの場合にθ=10°での反射率がピークになる波長をλ10として、λとλ10との差(λ−λ10)を波長λに加えた値(2λ−λ10)を、波長λの下限値としてもよい。その場合、λのとり得る範囲は、式(20)によって表される。

Figure 2018142531
For example, as a wavelength lambda 10 at which the reflectance becomes peak at θ 1 = 10 ° in the case of the wavelength λ 0 = λ c, the difference between the lambda 0 and lambda 10 an (λ 010) on the wavelength lambda c The added value (2λ c −λ 10 ) may be set as the lower limit value of the wavelength λ 0 . In that case, a possible range of λ 0 is expressed by Expression (20).
Figure 2018142531

同様に、波長λ=λの場合にθ=30°での反射率がピークになる波長をλ30として、λとλ30との差(λ−λ30)を波長λに加えた値(2λ−λ30)を、波長λの下限値としてもよい。その場合、λのとり得る範囲は、式(21)によって表される。

Figure 2018142531
Similarly, 30 the wavelength lambda at which the reflectance becomes peak at theta 1 = 30 ° in the case of the wavelength λ 0 = λ c, the wavelength difference between the lambda 0 and λ 30 (λ 0 -λ 30) λ c The value added to (2λ c −λ 30 ) may be used as the lower limit value of the wavelength λ 0 . In that case, the possible range of λ 0 is expressed by the equation (21).
Figure 2018142531

式(18)または(19)において、下限値λの代わりに、式(20)または(21)の下限値を用いてもよい。本実施形態における光デバイス50においては、例えば式(18)または(19)を満たすように、誘電体層42が設計され得る。ただしこの条件に限定されない。本開示においては、誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長λが、蛍光体層20の発光スペクトルの重心波長λよりも長ければよい。 In the formula (18) or (19), instead of the lower limit lambda c, may be used lower limit of the formula (20) or (21). In the optical device 50 according to the present embodiment, the dielectric layer 42 can be designed to satisfy, for example, the formula (18) or (19). However, it is not limited to this condition. In the present disclosure, the wavelength λ 0 at which the reflectance of light perpendicularly incident on the dielectric layer is maximized should be longer than the centroid wavelength λ c of the emission spectrum of the phosphor layer 20.

次に、金属層41上に、周期構造を有する従来の誘電体多層膜を形成する場合を説明する。誘電体多層膜は、例えば屈折率が異なる2層を交互に積層することによって形成される。その場合、周期数Mの誘電体多層膜の層数は2Mである。以下では、少ない周期数のために層数が少ない構造も「誘電体多層膜」と称する。誘電体多層膜では、周期構造に起因するブラッグ反射によって、ある特定の波長領域において高反射率が得られる。それ以外の波長領域では、誘電体多層膜全体を薄膜とした場合の薄膜干渉(例えば図2参照)による反射ピークが生じる。   Next, a case where a conventional dielectric multilayer film having a periodic structure is formed on the metal layer 41 will be described. The dielectric multilayer film is formed, for example, by alternately stacking two layers having different refractive indexes. In that case, the number of layers of the dielectric multilayer film having the period number M is 2M. Hereinafter, a structure having a small number of layers due to a small number of cycles is also referred to as a “dielectric multilayer film”. In the dielectric multilayer film, high reflectivity is obtained in a specific wavelength region by Bragg reflection due to the periodic structure. In other wavelength regions, a reflection peak occurs due to thin film interference (see, for example, FIG. 2) when the entire dielectric multilayer film is a thin film.

図7は、金属層41上に4層の誘電体多層膜を形成した光反射膜40(実線)と、金属層41上に10層の誘電体多層膜を形成した光反射膜40(破線)における、入射角度0°での光反射膜40の反射率のシミュレーション結果を示す図である。4層は2周期に相当し、10層は5周期に相当する。金属層41上に4層の誘電体多層膜を形成した光反射膜40は周期数が少なく、ブラッグ反射の効果は小さい。   FIG. 7 shows a light reflecting film 40 (solid line) in which a four-layer dielectric multilayer film is formed on the metal layer 41, and a light reflecting film 40 (dashed line) in which a ten-layer dielectric multilayer film is formed on the metal layer 41. It is a figure which shows the simulation result of the reflectance of the light reflection film 40 in the incidence angle 0 degree in FIG. Four layers correspond to two periods, and ten layers correspond to five periods. The light reflection film 40 in which the four-layer dielectric multilayer film is formed on the metal layer 41 has a small number of periods, and the effect of Bragg reflection is small.

金属層41上に4層の誘電体多層膜を形成した光反射膜40(実線)では、反射率は、400nm〜700nmの波長領域において90%以上である。一方、金属層41上に10層の誘電体多層膜を形成した光反射膜40(破線)では、反射率は、薄膜干渉によって波長600nm付近において大きく低下する。したがって、薄膜干渉による反射率の低下を抑制するためには金属層41上の積層の数は少ない方が望ましく、特に6層以下であればよい。これは、周期構造を有しない誘電体層42についても同様である。本明細書では、2周期のように極端に周期数が少ない構造も、周期構造を有しない誘電体層42とする。   In the light reflecting film 40 (solid line) in which the four dielectric multilayer films are formed on the metal layer 41, the reflectance is 90% or more in the wavelength region of 400 nm to 700 nm. On the other hand, in the light reflection film 40 (broken line) in which the dielectric multilayer film of 10 layers is formed on the metal layer 41, the reflectance is greatly reduced in the vicinity of the wavelength of 600 nm due to the thin film interference. Therefore, in order to suppress a decrease in reflectivity due to thin film interference, it is desirable that the number of stacked layers on the metal layer 41 is small, and in particular, it may be 6 layers or less. The same applies to the dielectric layer 42 having no periodic structure. In this specification, a structure having an extremely small number of periods such as two periods is also defined as the dielectric layer 42 having no periodic structure.

光デバイス50の効率を向上させるためには、すべての入射角度に対して400−700nmの波長領域において反射率を高めることが望ましい。そこで、誘電体多層膜の入射角度の依存性に注目する。   In order to improve the efficiency of the optical device 50, it is desirable to increase the reflectance in the wavelength region of 400 to 700 nm for all incident angles. Therefore, attention is paid to the dependency of the incident angle of the dielectric multilayer film.

図8は、金属層41上に60層の誘電体多層膜を形成した光反射膜40の反射率のシミュレーション結果を示す図である。実線は、入射角度0°での反射率を表し、破線は、入射角度80°での反射率を表す。60層は30周期に相当する。60層の誘電体多層膜では、顕著なブラッグ反射が生じる。   FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of the reflectance of the light reflecting film 40 in which 60 dielectric multilayer films are formed on the metal layer 41. The solid line represents the reflectance at an incident angle of 0 °, and the broken line represents the reflectance at an incident angle of 80 °. The 60 layers correspond to 30 periods. In the 60-layer dielectric multilayer film, significant Bragg reflection occurs.

入射角度が0°の場合、反射率は、およそ400nm〜550nmの波長領域において約100%である。この特定の波長領域における約100%の反射率は、周期構造に起因するブラッグ反射によって得られる。それ以外の周波数領域における複数の反射ピークは、薄膜干渉によって得られる。一方、入射角度が80°の場合、反射率が約100%になる波長領域は、短波長側にシフトし、当該波長領域の幅は縮小する。   When the incident angle is 0 °, the reflectance is about 100% in the wavelength region of approximately 400 nm to 550 nm. The reflectance of about 100% in this specific wavelength region is obtained by Bragg reflection due to the periodic structure. A plurality of reflection peaks in other frequency regions are obtained by thin film interference. On the other hand, when the incident angle is 80 °, the wavelength region where the reflectance is about 100% is shifted to the short wavelength side, and the width of the wavelength region is reduced.

そのため、すべての入射角度に対して400−700nmの波長領域において高反射率を得るためには、入射角度0°での高反射率の波長領域の幅は、400−700nmの波長領域の幅よりも、反射率のシフト量と、シフトに伴い高反射率の波長領域の幅が縮小する量との合計の分だけ大きくなければならない。入射角度0°での高反射率の波長領域の幅は、例えば、500nm以上であればよい。高反射率は、約100%でなくてもよく、80%以上であればよい。   Therefore, in order to obtain high reflectance in the wavelength region of 400 to 700 nm for all incident angles, the width of the wavelength region of high reflectance at the incident angle of 0 ° is larger than the width of the wavelength region of 400 to 700 nm. However, it must be increased by the sum of the shift amount of the reflectivity and the amount by which the width of the high reflectivity wavelength region is reduced with the shift. The width of the high reflectance wavelength region at an incident angle of 0 ° may be, for example, 500 nm or more. The high reflectivity may not be about 100%, but may be 80% or more.

光デバイス50の効率には、大きい入射角度での光反射膜40の反射スペクトルが大きく寄与する。そのため、効率を高くするためには、大きい入射角度(例えば80°)での反射スペクトルのピーク波長が、蛍光体層20の発光スペクトルの重心波長と一致するようにすればよい。また、光デバイス50の効率には、入射角度の増加による反射スペクトルのピーク波長のシフト量も寄与する。   The reflection spectrum of the light reflecting film 40 at a large incident angle greatly contributes to the efficiency of the optical device 50. Therefore, in order to increase the efficiency, the peak wavelength of the reflection spectrum at a large incident angle (for example, 80 °) may be made to coincide with the barycentric wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer 20. Further, the shift amount of the peak wavelength of the reflection spectrum due to the increase in the incident angle also contributes to the efficiency of the optical device 50.

図9Aは、入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルおよび蛍光体層20の発光スペクトルの例を模式的に示す図である。図9Bは、入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルおよび蛍光体層20の発光スペクトルの他の例を模式的に示す図である。図9Aおよび9Bには示されていないが、入射角度80°での光反射膜40の反射スペクトルのピーク波長は、蛍光体層20の発光スペクトルの重心波長と一致するように設計されている。したがって、入射角度0°での反射率が最大になるピーク波長は、入射角度80°での反射率が最大なるピーク波長よりも長い。   FIG. 9A is a diagram schematically illustrating an example of a reflection spectrum of the light reflection film 40 and an emission spectrum of the phosphor layer 20 at an incident angle of 0 °. FIG. 9B is a diagram schematically illustrating another example of the reflection spectrum of the light reflection film 40 and the emission spectrum of the phosphor layer 20 at an incident angle of 0 °. Although not shown in FIGS. 9A and 9B, the peak wavelength of the reflection spectrum of the light reflection film 40 at an incident angle of 80 ° is designed to coincide with the barycentric wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer 20. Therefore, the peak wavelength at which the reflectance at the incident angle of 0 ° is maximized is longer than the peak wavelength at which the reflectance at the incident angle of 80 ° is maximized.

図9Aに示す例では、入射角度の増加による光反射膜40の反射スペクトルのピーク波長のシフト量が大きく、蛍光体層20の発光スペクトルと光反射膜40の反射スペクトルとの重なり積分は小さい。一方、図9Bに示す例では、入射角度の増加による光反射膜40の反射スペクトルのピーク波長のシフト量が小さく、蛍光体層20の発光スペクトルと光反射膜40の反射スペクトルとの重なり積分は大きい。   In the example shown in FIG. 9A, the shift amount of the peak wavelength of the reflection spectrum of the light reflection film 40 due to the increase in the incident angle is large, and the overlap integral between the emission spectrum of the phosphor layer 20 and the reflection spectrum of the light reflection film 40 is small. On the other hand, in the example shown in FIG. 9B, the shift amount of the peak wavelength of the reflection spectrum of the light reflection film 40 due to the increase in the incident angle is small, and the overlap integral between the emission spectrum of the phosphor layer 20 and the reflection spectrum of the light reflection film 40 is large.

光デバイスの効率を向上させるためには、入射角度が0°から90°に向かって増加する際の、反射スペクトルのピーク波長のシフト量は小さくすればよい。例えば、入射角度0°および45°におけるピーク波長の差は、例えば70nm以下であり、ある例では40nm以下であり得る。   In order to improve the efficiency of the optical device, the shift amount of the peak wavelength of the reflection spectrum when the incident angle increases from 0 ° to 90 ° may be reduced. For example, the difference in peak wavelength at incident angles 0 ° and 45 ° is, for example, 70 nm or less, and in an example, 40 nm or less.

また、反射スペクトルのピーク波長のシフト量は、金属層41上に形成される誘電体層42の膜厚が大きいほど、大きい傾向がある。そのため、誘電体層42の膜厚は小さい値に設定され得る。誘電体層42の膜厚は、例えば、400nm以下であってもよく、200nm以下であってもよい。   The shift amount of the peak wavelength of the reflection spectrum tends to increase as the thickness of the dielectric layer 42 formed on the metal layer 41 increases. Therefore, the film thickness of the dielectric layer 42 can be set to a small value. The film thickness of the dielectric layer 42 may be, for example, 400 nm or less, or 200 nm or less.

本実施形態における光デバイス50の効率は、入射角度0°での光反射膜40の反射率が80%以上になる波長領域の幅が広く、入射角度の変化による反射スペクトルのピーク波長のシフト量が小さく、誘電体層42の層数が少なく、誘電体層42の膜厚が小さい場合に向上する。   The efficiency of the optical device 50 in the present embodiment is wide in the wavelength region where the reflectance of the light reflecting film 40 at an incident angle of 0 ° is 80% or more, and the shift amount of the peak wavelength of the reflection spectrum due to the change in the incident angle. Is improved when the number of dielectric layers 42 is small and the thickness of the dielectric layer 42 is small.

<光デバイスの構成要素>
以下に、図1における光デバイス50の構成要素をより詳細に説明する。
<Components of optical device>
Hereinafter, the components of the optical device 50 in FIG. 1 will be described in more detail.

光源10は、例えば波長450nm以下の光を発する固体光源であり得る。光源10として、例えば、紫外光から青色光の領域に発光波長を持つLDまたはLEDなどの光源を用いることができる。光源10は、蛍光体層20に向けて励起光を出射する。図1に示す例では、光源10からの励起光は、蛍光体層20の、誘電体層42とは反対側の面(以下、「上面」と呼ぶ。)から入射する。光源10は、蛍光体層20、光反射膜40、および基板30から離れて配置されている。これは、光源10が発する熱によって蛍光体層20が加熱されて発光効率が低下することを防ぐためである。光源10は、LDまたはLEDなどの発光素子に加えて、出射光を集束する1つ以上のレンズを備えていてもよい。   The light source 10 may be a solid light source that emits light having a wavelength of 450 nm or less, for example. As the light source 10, for example, a light source such as an LD or LED having an emission wavelength in a region from ultraviolet light to blue light can be used. The light source 10 emits excitation light toward the phosphor layer 20. In the example shown in FIG. 1, the excitation light from the light source 10 enters from the surface of the phosphor layer 20 opposite to the dielectric layer 42 (hereinafter referred to as “upper surface”). The light source 10 is disposed away from the phosphor layer 20, the light reflecting film 40, and the substrate 30. This is to prevent the phosphor layer 20 from being heated by the heat generated by the light source 10 to reduce the light emission efficiency. The light source 10 may include one or more lenses that focus the emitted light in addition to a light emitting element such as an LD or an LED.

光源10からの励起光を、蛍光体層20の、誘電体層42と同じ側の面から入射させる構成も可能である。あるいは、励起光を、蛍光体層20の側面から入射させる構成も可能である。これに対して、励起光を蛍光体層20の上面から入射させる構成では、光源10と蛍光体層20との距離を確保し易い。このため、光源10が発する熱によって蛍光体層20の蛍光特性が低下することを抑制し易い。   A configuration in which excitation light from the light source 10 is incident from the same side of the phosphor layer 20 as the dielectric layer 42 is also possible. Alternatively, a configuration in which excitation light is incident from the side surface of the phosphor layer 20 is also possible. On the other hand, in the configuration in which the excitation light is incident from the upper surface of the phosphor layer 20, it is easy to ensure the distance between the light source 10 and the phosphor layer 20. For this reason, it is easy to suppress that the fluorescence characteristic of the fluorescent substance layer 20 falls with the heat | fever which the light source 10 emits.

光源10は、固体レーザを含む光源であってもよい。固体レーザには、遷移金属イオンまたは希土類イオンなどがドープされた、結晶またはガラスなどの固体材料が用いられる。LEDと比較して、固体レーザは、高い集光性を有する。したがって、固体レーザを用いて蛍光体層20を励起すれば、蛍光体層20の発光点を小さくすることができる。発熱の影響を避ける場合には、固体レーザ光源は、蛍光体層20からできるだけ離れて配置される。   The light source 10 may be a light source including a solid-state laser. For the solid-state laser, a solid material such as crystal or glass doped with transition metal ions or rare earth ions is used. Compared with the LED, the solid-state laser has a high light collecting property. Therefore, if the phosphor layer 20 is excited using a solid-state laser, the emission point of the phosphor layer 20 can be reduced. In order to avoid the influence of heat generation, the solid-state laser light source is arranged as far as possible from the phosphor layer 20.

蛍光体層20は、光源10が発する励起光を受け、励起光の波長よりも長波長の蛍光を発する。蛍光体層20から発せられた光は、例えば400nm〜800nmの波長域に少なくとも一つのピークを有する。蛍光体層20は、青色光、緑色光、黄色光、赤色光を発する複数の蛍光体材料を含んでいてもよい。青色の光を発する蛍光体材料として、例えば、Sr(PO4)3Cl:Eu2+(SCA)またはBaMgAl10O17:Eu2+(BAM)等を用いることができる。緑色の光を発する蛍光体材料として、例えば、LuAl12:Ce3+(LuAG)等を用いることができる。黄色の光を発する蛍光体材料として、例えばYAG:Ce(セリウムがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット)を含む材料を用いることができる。具体的には、例えばYAl12:Ce3+(YAG)等を用いることができる。赤色の光を発する蛍光体材料として、例えば、CaAlSiN:Eu2+(CASN)、LaSi11:Ce3+(LSN)等を用いることができる。 The phosphor layer 20 receives the excitation light emitted from the light source 10 and emits fluorescence having a wavelength longer than the wavelength of the excitation light. The light emitted from the phosphor layer 20 has at least one peak in a wavelength region of, for example, 400 nm to 800 nm. The phosphor layer 20 may include a plurality of phosphor materials that emit blue light, green light, yellow light, and red light. As a phosphor material that emits blue light, for example, Sr 5 (PO 4) 3 Cl: Eu 2+ (SCA) or BaMgAl 10 O 17: Eu 2+ (BAM) can be used. As a phosphor material that emits green light, for example, Lu 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (LuAG) can be used. As a phosphor material that emits yellow light, for example, a material containing YAG: Ce (cerium-doped yttrium, aluminum, garnet) can be used. Specifically, for example, Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ (YAG) or the like can be used. As the phosphor material that emits red light, for example, CaAlSiN 3 : Eu 2+ (CASN), La 3 Si 6 N 11 : Ce 3+ (LSN), or the like can be used.

蛍光体層20が発する光と、光源10が発する励起光とを組み合わせて所望のスペクトルの発光を実現してもよい。例えば、青色の励起光を発する光源10と、励起光を受けて黄色の光を発する蛍光体層20とを組み合わせて、白色の発光を実現してもよい。   You may implement | achieve light emission of a desired spectrum combining the light which the fluorescent substance layer 20 emits, and the excitation light which the light source 10 emits. For example, white light emission may be realized by combining the light source 10 that emits blue excitation light and the phosphor layer 20 that emits yellow light upon receiving the excitation light.

蛍光体層20は、例えば、蛍光体粉末をガラスまたは樹脂に分散させた形態、ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体、または蛍光体セラミックスなどを用いることができる。   As the phosphor layer 20, for example, a phosphor powder dispersed in glass or resin, a glass phosphor in which a luminescent center ion is added to a glass matrix, or phosphor ceramics can be used.

蛍光体層20の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば1μm以上100μm以下に設計され得る。このような範囲に設定することにより、蛍光体層20に熱が蓄積されることを抑制することができる。これにより、輝度低下を抑えることができる。   Although the thickness of the fluorescent substance layer 20 is not specifically limited, For example, it may be designed by 1 micrometer or more and 100 micrometers or less. By setting to such a range, it is possible to suppress heat from being accumulated in the phosphor layer 20. Thereby, a reduction in luminance can be suppressed.

蛍光体層20の光出射面、すなわち光源10からの励起光が入射する面には、必要に応じて、励起光の反射を防止するための処理が施されていてもよい。光出射面には、反射防止膜が設けられていてもよい。   The light emission surface of the phosphor layer 20, that is, the surface on which the excitation light from the light source 10 is incident, may be subjected to a treatment for preventing reflection of the excitation light as necessary. An antireflection film may be provided on the light emitting surface.

基板30は、蛍光体層20から発せられる熱を外部に逃がす放熱基板としても機能し得る。このため、基板30は、例えば高い熱伝導特性を持つ材料で構成され得る。   The substrate 30 can also function as a heat dissipation substrate that releases the heat generated from the phosphor layer 20 to the outside. For this reason, the board | substrate 30 may be comprised with the material which has a high heat conductive characteristic, for example.

金属層41には、例えば可視光領域において高い反射率を有する金属材料が用いられ得る。例えば、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、またはAu(金)などの金属、あるいはこれらの金属の合金(アルミニウム合金、銀合金または金合金など)が用いられ得る。つまり、金属層41は、銀、銀合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金の少なくとも1つを含み得る。特に、反射率を高くするためには、例えばAgまたはAg合金が用いられる。   For the metal layer 41, for example, a metal material having a high reflectance in the visible light region can be used. For example, a metal such as Al (aluminum), Ag (silver), or Au (gold), or an alloy of these metals (such as an aluminum alloy, a silver alloy, or a gold alloy) can be used. That is, the metal layer 41 can include at least one of silver, a silver alloy, aluminum, and an aluminum alloy. In particular, in order to increase the reflectance, for example, Ag or an Ag alloy is used.

誘電体層42は、例えば、屈折率が互いに異なる誘電体材料を含む高屈折率材料と低屈折率材料とを有する。高屈折率材料および低屈折率材料は、交互に複数回積層され得る。誘電体層42を構成する誘電体薄膜の各層の厚さは、例えば約1nm〜約100nmであり得る。誘電体層42の全体の厚さは、例えば約50nm〜400nmであり得る。低屈折率材料としては、例えば、MgF(n=1.38)、SiO(n=1.46)、またはAl(n=1.77)などが用いられ得る。高屈折率材料としては、例えば、Ta(n=2.20)、TiO(n=2.50)またはNb(n=2.35)などが用いられ得る。 The dielectric layer 42 includes, for example, a high refractive index material and a low refractive index material including dielectric materials having different refractive indexes. The high refractive index material and the low refractive index material can be alternately laminated a plurality of times. The thickness of each layer of the dielectric thin film constituting the dielectric layer 42 may be, for example, about 1 nm to about 100 nm. The total thickness of the dielectric layer 42 can be, for example, about 50 nm to 400 nm. As the low refractive index material, for example, MgF 2 (n = 1.38), SiO 2 (n = 1.46), Al 2 O 3 (n = 1.77), or the like can be used. As the high refractive index material, for example, Ta 2 O 5 (n = 2.20), TiO 2 (n = 2.50), Nb 2 O 5 (n = 2.35), or the like can be used.

光反射膜40は、金属層41と、金属層41の上に配置された誘電体層42とを有する。光反射膜40は、蛍光体層20から発せられた光、および蛍光体層20を透過した励起光を、蛍光体層20の光出射面に向けて反射する。光反射膜40は、蛍光体層20および基板30の間に配置される。入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルは、例えば、400nm〜800nmの波長域に少なくとも一つのピークを有し得る。当該反射スペクトルは、他の波長域にピークを有していてもよい。   The light reflecting film 40 includes a metal layer 41 and a dielectric layer 42 disposed on the metal layer 41. The light reflecting film 40 reflects the light emitted from the phosphor layer 20 and the excitation light transmitted through the phosphor layer 20 toward the light emitting surface of the phosphor layer 20. The light reflecting film 40 is disposed between the phosphor layer 20 and the substrate 30. The reflection spectrum of the light reflection film 40 at an incident angle of 0 ° may have at least one peak in a wavelength range of 400 nm to 800 nm, for example. The reflection spectrum may have a peak in another wavelength region.

図10は、光反射膜40の反射スペクトルの一例を示す図である。図10に示すように、光反射膜40は、反射特性に角度依存性を有する。入射角度が大きくなると、反射スペクトルの反射率のピークは短波長側にシフトする。光反射膜40の反射スペクトルは、0°から90°までの入射角度の変化によって反射スペクトルのピーク値をとる波長のシフト量が、例えば約10nm以上変化し得る。そのような波長シフトを示す光反射膜40において、本開示の実施形態の効果を特に顕著に得ることができる。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a reflection spectrum of the light reflecting film 40. As shown in FIG. 10, the light reflecting film 40 has an angle dependency in the reflection characteristics. As the incident angle increases, the reflectance peak of the reflection spectrum shifts to the short wavelength side. In the reflection spectrum of the light reflection film 40, the shift amount of the wavelength at which the peak value of the reflection spectrum is changed by an incident angle change from 0 ° to 90 ° can be changed by, for example, about 10 nm or more. In the light reflecting film 40 exhibiting such a wavelength shift, the effect of the embodiment of the present disclosure can be obtained particularly remarkably.

<シミュレーション結果との比較>
本発明者らは、本実施形態の光反射膜40を設けることにより、光デバイス50の効率が向上することをシミュレーションによって確認した。本シミュレーションにおいては、式(9)で表される光デバイスの性能指標Zの計算を行なった。
<Comparison with simulation results>
The inventors have confirmed by simulation that the efficiency of the optical device 50 is improved by providing the light reflecting film 40 of the present embodiment. In this simulation, the performance index Z of the optical device represented by Expression (9) was calculated.

以下、その結果を説明する。計算する上で、以下のパラメータを設定した。金属層41には、Ag合金(Ag−Pd−Cu)を用いた。誘電体層42はTiO−SiO−Alの3層で構成した(図17参照)。光反射膜40の反射スペクトルは、Rigorous Coupled−Wave Analysis(RCWA)法による回折光学素子設計・解析ソフトウェアであるDiffractMODを用いた光学シミュレーションによって計算した。以下の式(18)および式(19)の計算では、n=1.0およびn=2.05を用いた。 The results will be described below. In calculating, the following parameters were set. For the metal layer 41, an Ag alloy (Ag—Pd—Cu) was used. The dielectric layer 42 is composed of three layers of TiO 2 —SiO 2 —Al 2 O 3 (see FIG. 17). The reflection spectrum of the light reflecting film 40 was calculated by an optical simulation using DiffractMOD, which is a diffractive optical element design / analysis software based on the Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA) method. In the calculation of the following formulas (18) and (19), n A = 1.0 and n B = 2.05 were used.

まず、蛍光体材料にYAG:Ce蛍光体を用いた場合の結果を説明する。   First, the results when a YAG: Ce phosphor is used as the phosphor material will be described.

図11は、YAG:Ce蛍光体の発光スペクトルの例を示す図である。このYAG:Ce蛍光体の発光スペクトルの重心波長は、λ=565nmである。 FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an emission spectrum of a YAG: Ce phosphor. The center-of-gravity wavelength of the emission spectrum of this YAG: Ce phosphor is λ c = 565 nm.

図12は、式(9)によって計算された光デバイスの性能指標Zを、λを様々に変えてプロットした結果を示す図である。図12に示すように、波長λがYAG:Ce蛍光体の発光スペクトルの重心波長よりも長波長側にある場合、光デバイスの効率は高くなる。 FIG. 12 is a diagram showing a result of plotting the performance index Z of the optical device calculated by the equation (9) while variously changing λ 0 . As shown in FIG. 12, when the wavelength λ 0 is longer than the center of gravity wavelength of the emission spectrum of the YAG: Ce phosphor, the efficiency of the optical device is increased.

蛍光体材料にYAG:Ce蛍光体を用いた場合、式(18)における波長λの波長範囲は、565<λ≦717nmになる。また、式(19)における波長λの波長範囲は、565<λ≦653nmになる。さらに、式(20)および(21)における波長λの波長範囲は、それぞれλ≧567nmおよびλ≧582nmになる。 When a YAG: Ce phosphor is used as the phosphor material, the wavelength range of the wavelength λ 0 in Equation (18) is 565 <λ 0 ≦ 717 nm. Further, the wavelength range of the wavelength λ 0 in the equation (19) is 565 <λ 0 ≦ 653 nm. Further, the wavelength ranges of the wavelength λ 0 in the equations (20) and (21) are λ 0 ≧ 567 nm and λ 0 ≧ 582 nm, respectively.

図12に示す光学シミュレーションの結果から、光デバイス50の効率が改善するλの波長範囲は、565nm〜677nm(図12における横方向の両矢印の範囲)である。光デバイスの効率が最高になるのは、λ=628nm(図12における上向きの矢印)の場合である。したがって、式(18)および式(19)の範囲を満たす。 From the result of the optical simulation shown in FIG. 12, the wavelength range of λ 0 in which the efficiency of the optical device 50 is improved is 565 nm to 677 nm (range of the horizontal double-headed arrow in FIG. 12). The optical device has the highest efficiency when λ 0 = 628 nm (upward arrow in FIG. 12). Therefore, the range of Formula (18) and Formula (19) is satisfy | filled.

次に、蛍光体材料にCaAlSiN:Eu蛍光体を用いた場合の結果を示す。 Next, the results when using a CaAlSiN 3 : Eu phosphor as the phosphor material are shown.

図13は、CaAlSiN:Eu蛍光体の発光スペクトルを示す図である。CaAlSiN:Eu蛍光体の発光スペクトルの重心波長は、λ=654nmである。 FIG. 13 is a diagram showing an emission spectrum of the CaAlSiN 3 : Eu phosphor. The center-of-gravity wavelength of the emission spectrum of the CaAlSiN 3 : Eu phosphor is λ c = 654 nm.

図14は、式(9)によって計算された光デバイスの性能指標Zを、λを様々に変えてプロットした結果を示す図である。図14に示すように、波長λがCaAlSiN:Eu蛍光体の発光スペクトルの重心波長よりも長波長側にある場合、光デバイスの効率は高くなる。 FIG. 14 is a diagram illustrating a result of plotting the performance index Z of the optical device calculated by the equation (9) while changing λ 0 in various ways. As shown in FIG. 14, when the wavelength λ 0 is on the longer wavelength side than the barycentric wavelength of the emission spectrum of the CaAlSiN 3 : Eu phosphor, the efficiency of the optical device is increased.

蛍光体材料にCaAlSiN3:Eu蛍光体を用いた場合、式(18)における波長λの波長範囲は、654<λ≦823nmになる。また、式(19)における波長λの波長範囲は、654<λ≦749nmになる。さらに、式(20)および(21)における波長λの波長範囲は、それぞれλ≧656nmおよびλ≧674nmになる。 When a CaAlSiN3: Eu phosphor is used as the phosphor material, the wavelength range of the wavelength λ 0 in Equation (18) is 654 <λ 0 ≦ 823 nm. Further, the wavelength range of the wavelength λ 0 in the equation (19) is 654 <λ 0 ≦ 749 nm. Furthermore, the wavelength ranges of the wavelength λ 0 in the equations (20) and (21) are λ 0 ≧ 656 nm and λ 0 ≧ 674 nm, respectively.

図14に示す光学シミュレーションの結果から、光デバイスの効率が改善するλの波長範囲は、654nm〜757nm(図14における横方向の両矢印の範囲)である。光デバイスの効率が最高となるのは、λ=697nm(図14における上向きの矢印)の場合である。したがって、式(18)および式(19)の範囲を満たす。 From the result of the optical simulation shown in FIG. 14, the wavelength range of λ 0 in which the efficiency of the optical device is improved is 654 nm to 757 nm (range of the horizontal double arrow in FIG. 14). The efficiency of the optical device is highest when λ 0 = 697 nm (upward arrow in FIG. 14). Therefore, the range of Formula (18) and Formula (19) is satisfy | filled.

蛍光体層20は、複数の蛍光体材料を含んでいてもよい。以下、蛍光体材料として、SCA:Eu蛍光体およびYAG:Ce蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体を用いた場合の結果を示す。   The phosphor layer 20 may include a plurality of phosphor materials. Hereinafter, the results in the case of using a phosphor obtained by mixing SCA: Eu phosphor and YAG: Ce phosphor as the phosphor material will be shown.

図15は、SCA:Eu蛍光体およびYAG:Ce蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体の発光スペクトルを示す図である。SCA:Eu蛍光体およびYAG:Ce蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体の発光スペクトルの重心波長は、λ=544nmである。 FIG. 15 is a diagram showing an emission spectrum of a phosphor obtained by mixing an SCA: Eu phosphor and a YAG: Ce phosphor. The centroid wavelength of the emission spectrum of the phosphor in which the SCA: Eu phosphor and the YAG: Ce phosphor are mixed is λ c = 544 nm.

図16は、式(9)によって計算された光デバイスの性能指標Zを、λを様々に変えてプロットした結果を示す図である。図16に示すように、波長λの波長がSCA:Eu蛍光体およびYAG:Ce蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体の発光スペクトルの重心波長よりも長波長側にある場合、光デバイスの効率は高くなる。 FIG. 16 is a diagram illustrating a result of plotting the performance index Z of the optical device calculated by the equation (9) while changing λ 0 in various ways. As shown in FIG. 16, when the wavelength λ 0 is on the longer wavelength side than the barycentric wavelength of the emission spectrum of the phosphor obtained by mixing the SCA: Eu phosphor and the YAG: Ce phosphor, the efficiency of the optical device is Get higher.

蛍光体材料として、SCA:Eu蛍光体およびYAG:Ce蛍光体を混ぜ合わせた場合、式(18)における波長λの波長範囲は、544<λ≦684nmになる。また、式(19)における波長λの波長範囲は、544<λ≦623nmになる。さらに、式(20)および(21)における波長λの波長範囲は、それぞれλ≧546nmおよびλ≧560nmになる。 When the SCA: Eu phosphor and the YAG: Ce phosphor are mixed as the phosphor material, the wavelength range of the wavelength λ 0 in the equation (18) is 544 <λ 0 ≦ 684 nm. Further, the wavelength range of the wavelength λ 0 in the equation (19) is 544 <λ 0 ≦ 623 nm. Furthermore, the wavelength ranges of the wavelength λ 0 in the equations (20) and (21) are λ 0 ≧ 546 nm and λ 0 ≧ 560 nm, respectively.

図16に示す光学シミュレーションの結果から、光デバイスの効率が改善するλの波長範囲は、544nm〜611nm(図16における横方向の両矢印の範囲)である。光デバイスの効率が最高となるのは、λ=584nm(図16における上向きの矢印)の場合である。したがって、式(18)および式(19)の範囲を満たす。 From the result of the optical simulation shown in FIG. 16, the wavelength range of λ 0 in which the efficiency of the optical device is improved is 544 nm to 611 nm (range of a double arrow in the horizontal direction in FIG. 16). The efficiency of the optical device is highest when λ 0 = 584 nm (upward arrow in FIG. 16). Therefore, the range of Formula (18) and Formula (19) is satisfy | filled.

以上のシミュレーションの結果から、式(18)および式(19)に示す範囲の妥当性が確認された。   From the above simulation results, the validity of the ranges shown in Equation (18) and Equation (19) was confirmed.

上記の例では、蛍光体層の発光スペクトルのみを考慮した。本実施形態は、光源の発光スペクトルと、蛍光体層の発光スペクトルとの両方を含む光スペクトルを用いる場合にも有効である。その場合は、光源の発光スペクトルと、蛍光体層の発光スペクトルとの両方を合わせた光スペクトルの重心波長をλとして用いればよい。 In the above example, only the emission spectrum of the phosphor layer was considered. This embodiment is also effective when an optical spectrum including both the emission spectrum of the light source and the emission spectrum of the phosphor layer is used. In that case, the centroid wavelength of the light spectrum obtained by combining both the light emission spectrum of the light source and the light emission spectrum of the phosphor layer may be used as λ c .

次に、光学シミュレーションの結果と、式(18)および式(19)の計算結果とが一致しない理由を検討する。   Next, the reason why the result of the optical simulation and the calculation results of the equations (18) and (19) do not match will be examined.

式(18)および式(19)の計算では、光デバイスの効率は、光デバイスの効率に最も大きく寄与するθ=90°での反射率R(λ、θ)のみに依存すると仮定している(式(8)参照)。しかし、光学シミュレーションでは、光デバイスの効率は、式(8)に示すように、θ=90°での反射率だけでなくθ=90°以外での反射率にも依存する。 In the calculations of Equation (18) and Equation (19), it is assumed that the efficiency of the optical device depends only on the reflectance R (λ, θ 1 ) at θ 1 = 90 ° that contributes the most to the efficiency of the optical device. (See equation (8)). However, the optical simulation, the efficiency of the optical device, as shown in equation (8), also depends on the reflectivity of the outside θ 1 = 90 ° as well reflectance at θ 1 = 90 °.

すなわち、式(18)および式(19)の計算における上記の仮定により、光学シミュレーションの結果と、式(18)および式(19)の計算結果とに差が生じる。それでもなお、式(18)および式(19)は、光デバイスの効率が高くなる波長範囲の簡単な見積もりとして有効である。   That is, due to the above assumptions in the calculations of Expression (18) and Expression (19), a difference occurs between the result of the optical simulation and the calculation results of Expression (18) and Expression (19). Nevertheless, equations (18) and (19) are valid as a simple estimate of the wavelength range over which the efficiency of the optical device is increased.

<光反射膜の成膜>
光反射膜の製造方法の一実施例を説明する。本発明者らは、以下の方法により、光反射膜を試作した。
<Deposition of light reflecting film>
An embodiment of a method for producing a light reflecting film will be described. The inventors of the present invention produced a light reflection film by the following method.

まず、鏡面加工された基板に、金属層をスパッタ法により成膜した。金属層の材料は、Ag合金(Ag−Pd−Cu)である。金属層の厚さを150nmとした。さらに、Al、SiO、TiOを順次スパッタ法により成膜し、金属層上に誘電体層を形成した。誘電体層の厚さは100nm〜150nmとした。なお、成膜はスパッタ法に限られず、蒸着等の方法でもよい。 First, a metal layer was formed on a mirror-finished substrate by sputtering. The material of the metal layer is an Ag alloy (Ag—Pd—Cu). The thickness of the metal layer was 150 nm. Further, Al 2 O 3 , SiO 2 , and TiO 2 were sequentially formed by a sputtering method, and a dielectric layer was formed on the metal layer. The thickness of the dielectric layer was set to 100 nm to 150 nm. The film formation is not limited to the sputtering method, and a method such as vapor deposition may be used.

<光反射膜の反射スペクトル>
光反射膜の構成の一実施例を図17に示す。図17に示すように、金属層41としてAg合金(Ag−Pd−Cu)を用い、膜の厚さを150nmとした。金属層41上に形成する誘電体層42は、Al、SiOおよびTiOの積層構造によって構成した。
<Reflection spectrum of light reflecting film>
An example of the structure of the light reflecting film is shown in FIG. As shown in FIG. 17, an Ag alloy (Ag—Pd—Cu) was used as the metal layer 41, and the thickness of the film was set to 150 nm. The dielectric layer 42 formed on the metal layer 41 was constituted by a laminated structure of Al 2 O 3 , SiO 2 and TiO 2 .

表1は、各誘電体薄膜の屈折率および厚さを示している。   Table 1 shows the refractive index and thickness of each dielectric thin film.

Figure 2018142531
Figure 2018142531

図17の例では、金属層41上にAl、SiOおよびTiOの誘電体薄膜がこの順番で積層されている。3層構造の誘電体層42において、空気層に接する上の層の屈折率が最も高く、真中の層の屈折率が最も低い。これは、誘電体層42の反射率を高くするためである。一般に、隣り合う2つの層の屈折率差が大きいほど、積層構造体の反射率が高くなる傾向にある。表1におけるAl、SiOおよびTiOの組み合わせの中で、金属層41上にAl、SiOおよびTiOの誘電体薄膜をこの順番で積層したとき、誘電体層42は、最も高い反射率を有する。 In the example of FIG. 17, dielectric thin films of Al 2 O 3 , SiO 2 and TiO 2 are laminated on the metal layer 41 in this order. In the three-layered dielectric layer 42, the upper layer in contact with the air layer has the highest refractive index, and the middle layer has the lowest refractive index. This is to increase the reflectance of the dielectric layer 42. In general, the greater the difference in refractive index between two adjacent layers, the higher the reflectance of the laminated structure. Among the combinations of Al 2 O 3 , SiO 2 and TiO 2 in Table 1, when dielectric thin films of Al 2 O 3 , SiO 2 and TiO 2 are laminated in this order on the metal layer 41, the dielectric layer 42 Has the highest reflectivity.

上記の例では、3層構造の誘電体層42を用いたが、例えば、5層構造の誘電体層42を用いても同様の効果を得ることができる。   In the above example, the dielectric layer 42 having a three-layer structure is used. However, for example, the same effect can be obtained by using the dielectric layer 42 having a five-layer structure.

3層構造の誘電体層42の平均屈折率nおよび全体膜厚dは、それぞれn=2.05、d=125nmである。 The average refractive index n B and the total film thickness d B of the dielectric layer 42 having a three-layer structure are n B = 2.05 and d B = 125 nm, respectively.

図18は、表1の条件で作製した光反射膜の反射スペクトルを示す図である。光反射膜40の反射スペクトルは、入射角度が大きくなるにつれて短波長側にシフトする。入射角度0°での光反射膜40の反射スペクトルが最大になるときの波長はλ=620nmである。 FIG. 18 is a diagram showing a reflection spectrum of a light reflecting film manufactured under the conditions shown in Table 1. The reflection spectrum of the light reflecting film 40 shifts to the short wavelength side as the incident angle increases. The wavelength when the reflection spectrum of the light reflection film 40 at the incident angle of 0 ° is maximized is λ 0 = 620 nm.

蛍光体層の蛍光体として、YAG:Ceを用いた場合について検討する。YAG:Ce蛍光体の発光スペクトルの重心波長はλ=565nmである。したがって、式(18)における波長λの波長範囲は、565<λ≦711nmとなる。また、式(18)における波長λの波長範囲は、565<λ≦647nmとなる。 Consider the case where YAG: Ce is used as the phosphor of the phosphor layer. The centroid wavelength of the emission spectrum of the YAG: Ce phosphor is λ c = 565 nm. Therefore, the wavelength range of the wavelength λ 0 in the equation (18) is 565 <λ 0 ≦ 711 nm. Further, the wavelength range of the wavelength λ 0 in the equation (18) is 565 <λ 0 ≦ 647 nm.

上記の光反射膜40では、波長λ=628nmであり、565≦λ≦647nmの波長範囲にある。 In the light reflection film 40 described above, the wavelength λ 0 = 628 nm and the wavelength range is 565 ≦ λ 0 ≦ 647 nm.

以上のように、本開示は、以下の項目に記載のデバイスを含む。   As described above, the present disclosure includes the devices described in the following items.

[項目1]
金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、
前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、
を備え、
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長く、
前記誘電体層は、2以上6以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる、
光デバイス。
[Item 1]
A light reflecting film comprising a metal layer and a dielectric layer on the metal layer;
A phosphor layer on the dielectric layer that emits light when excited by light from a light source; and
With
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is maximized is longer than the centroid wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer,
The dielectric layer is a laminated structure of 2 or more and 6 or less layers, and any two adjacent layers in the dielectric layer have different refractive indexes.
Optical device.

[項目2]
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が80%以上になる波長域の幅は、500nm以上である、
項目1に記載の光デバイス。
[Item 2]
The width of the wavelength region where the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is 80% or more is 500 nm or more.
Item 4. The optical device according to Item 1.

[項目3]
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる第1の波長は、前記蛍光体層の側から前記光反射膜に入射角45°で入射する光の反射率が最大になる第2の波長よりも長く、前記第1の波長と前記第2の波長との差は、70nm以下である、
項目1または2に記載の光デバイス。
[Item 3]
The first wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is maximum is light incident on the light reflecting film from the phosphor layer side at an incident angle of 45 °. Longer than the second wavelength at which the reflectance of the first is the maximum, the difference between the first wavelength and the second wavelength is 70 nm or less,
Item 3. The optical device according to Item 1 or 2.

[項目4]
前記第1の波長と前記第2の波長との差は、40nm以下である、
項目1または2に記載の光デバイス。
[Item 4]
The difference between the first wavelength and the second wavelength is 40 nm or less.
Item 3. The optical device according to Item 1 or 2.

[項目5]
前記誘電体層の膜厚は、400nm以下である、
項目1から4のいずれかに記載の光デバイス。
[Item 5]
The dielectric layer has a thickness of 400 nm or less.
Item 5. The optical device according to any one of Items 1 to 4.

[項目6]
前記誘電体層の膜厚は、200nm以下である、
項目1から4のいずれかに記載の光デバイス。
[Item 6]
The film thickness of the dielectric layer is 200 nm or less.
Item 5. The optical device according to any one of Items 1 to 4.

[項目7]
前記蛍光体層の屈折率をnとし、
前記誘電体層の平均屈折率をnとし、
前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλとし、
前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλとするとき、

Figure 2018142531
を満たす、
項目1から6のいずれかに記載の光デバイス。 [Item 7]
The refractive index of the phosphor layer is n A ,
The average refractive index of the dielectric layer is n B ,
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the dielectric layer is maximized is λ 0 ,
When the center of gravity wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer is λ c ,
Figure 2018142531
Meet,
Item 7. The optical device according to any one of Items 1 to 6.

[項目8]
前記蛍光体層の屈折率をnとし、
前記誘電体層の平均屈折率をnとし、
前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλとし、
前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλとするとき、

Figure 2018142531
を満たす、
項目1から6のいずれかに記載の光デバイス。 [Item 8]
The refractive index of the phosphor layer is n A ,
The average refractive index of the dielectric layer is n B ,
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the dielectric layer is maximized is λ 0 ,
When the center of gravity wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer is λ c ,
Figure 2018142531
Meet,
Item 7. The optical device according to any one of Items 1 to 6.

[項目9]

Figure 2018142531
を満たす、
項目8に記載の光デバイス。 [Item 9]
Figure 2018142531
Meet,
Item 9. The optical device according to Item 8.

[項目10]
前記蛍光体層の屈折率をnとし、
前記誘電体層の平均屈折率をnとし、
前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλとし、
前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλとするとき、

Figure 2018142531
を満たす、
項目1から6のいずれかに記載の光デバイス。 [Item 10]
The refractive index of the phosphor layer is n A ,
The average refractive index of the dielectric layer is n B ,
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the dielectric layer is maximized is λ 0 ,
When the center of gravity wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer is λ c ,
Figure 2018142531
Meet,
Item 7. The optical device according to any one of Items 1 to 6.

[項目11]
前記蛍光体層の発光スペクトルは、400nm〜800nmの範囲に、少なくとも1つのピークを有する、
項目1から10のいずれかに記載の光デバイス。
[Item 11]
The emission spectrum of the phosphor layer has at least one peak in the range of 400 nm to 800 nm.
Item 11. The optical device according to any one of Items 1 to 10.

[項目12]
前記金属層を支持する基板をさらに有する、
項目1から11のいずれかに記載の光デバイス。
[Item 12]
A substrate supporting the metal layer;
Item 12. The optical device according to any one of Items 1 to 11.

[項目13]
前記金属層は、銀、銀合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金の少なくとも1つを含む、
項目1から12のいずれかに記載の光デバイス。
[Item 13]
The metal layer includes at least one of silver, a silver alloy, aluminum, and an aluminum alloy.
Item 13. The optical device according to any one of Items 1 to 12.

[項目14]
前記蛍光体層は、セリウムがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネットを含む、
項目1から13のいずれかに記載の光デバイス。
[Item 14]
The phosphor layer includes cerium-doped yttrium aluminum garnet,
14. The optical device according to any one of items 1 to 13.

[項目15]
前記光源は、固体レーザを含む、
項目1から14のいずれかに記載の光デバイス。
[Item 15]
The light source includes a solid state laser,
Item 15. The optical device according to any one of Items 1 to 14.

[項目16]
前記光源からの光は、前記蛍光体層の、前記誘電体層とは反対側の面から入射する、
項目1から15のいずれかに記載の光デバイス。
[Item 16]
The light from the light source is incident from the surface of the phosphor layer opposite to the dielectric layer.
Item 16. The optical device according to any one of Items 1 to 15.

[項目17]
金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、
前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、
を備え、
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記光源の発光スペクトルと、前記蛍光体層の発光スペクトルとを合わせた光スペクトルの重心波長よりも長く、
前記誘電体層は、2以上5以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる、
光デバイス。
[Item 17]
A light reflecting film comprising a metal layer and a dielectric layer on the metal layer;
A phosphor layer on the dielectric layer that emits light when excited by light from a light source; and
With
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side becomes the maximum is the barycentric wavelength of the light spectrum obtained by combining the emission spectrum of the light source and the emission spectrum of the phosphor layer. Longer than
The dielectric layer is a laminated structure of 2 or more and 5 or less layers, and any two adjacent layers in the dielectric layer have different refractive indexes.
Optical device.

本開示の実施形態における光デバイスは、発光デバイスなどの用途に利用できる。   The optical device in the embodiment of the present disclosure can be used for applications such as a light emitting device.

1 入射媒質
10 固体光源
20 蛍光体
30 基板
40 光反射膜
41 金属層
42 誘電体層
50 蛍光体デバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Incident medium 10 Solid light source 20 Phosphor 30 Substrate 40 Light reflection film 41 Metal layer 42 Dielectric layer 50 Phosphor device

Claims (17)

金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、
前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、
を備え、
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長く、
前記誘電体層は、2以上6以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる、
光デバイス。
A light reflecting film comprising a metal layer and a dielectric layer on the metal layer;
A phosphor layer on the dielectric layer that emits light when excited by light from a light source; and
With
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is maximized is longer than the centroid wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer,
The dielectric layer is a laminated structure of 2 or more and 6 or less layers, and any two adjacent layers in the dielectric layer have different refractive indexes.
Optical device.
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が80%以上になる波長域の幅は、500nm以上である、
請求項1に記載の光デバイス。
The width of the wavelength region where the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is 80% or more is 500 nm or more.
The optical device according to claim 1.
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる第1の波長は、前記蛍光体層の側から前記光反射膜に入射角45°で入射する光の反射率が最大になる第2の波長よりも長く、前記第1の波長と前記第2の波長との差は、70nm以下である、
請求項1または2に記載の光デバイス。
The first wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side is maximum is light incident on the light reflecting film from the phosphor layer side at an incident angle of 45 °. Longer than the second wavelength at which the reflectance of the first is the maximum, the difference between the first wavelength and the second wavelength is 70 nm or less,
The optical device according to claim 1.
前記第1の波長と前記第2の波長との差は、40nm以下である、
請求項1または2に記載の光デバイス。
The difference between the first wavelength and the second wavelength is 40 nm or less.
The optical device according to claim 1.
前記誘電体層の膜厚は、400nm以下である、
請求項1から4のいずれかに記載の光デバイス。
The dielectric layer has a thickness of 400 nm or less.
The optical device according to claim 1.
前記誘電体層の膜厚は、200nm以下である、
請求項1から4のいずれかに記載の光デバイス。
The film thickness of the dielectric layer is 200 nm or less.
The optical device according to claim 1.
前記蛍光体層の屈折率をnとし、
前記誘電体層の平均屈折率をnとし、
前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλとし、
前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλとするとき、
Figure 2018142531
を満たす、
請求項1から6のいずれかに記載の光デバイス。
The refractive index of the phosphor layer is n A ,
The average refractive index of the dielectric layer is n B ,
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the dielectric layer is maximized is λ 0 ,
When the center of gravity wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer is λ c ,
Figure 2018142531
Meet,
The optical device according to claim 1.
前記蛍光体層の屈折率をnとし、
前記誘電体層の平均屈折率をnとし、
前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλとし、
前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλとするとき、
Figure 2018142531
を満たす、
請求項1から6のいずれかに記載の光デバイス。
The refractive index of the phosphor layer is n A ,
The average refractive index of the dielectric layer is n B ,
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the dielectric layer is maximized is λ 0 ,
When the center of gravity wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer is λ c ,
Figure 2018142531
Meet,
The optical device according to claim 1.
Figure 2018142531
を満たす、
請求項8に記載の光デバイス。
Figure 2018142531
Meet,
The optical device according to claim 8.
前記蛍光体層の屈折率をnとし、
前記誘電体層の平均屈折率をnとし、
前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλとし、
前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλとするとき、
Figure 2018142531
を満たす、
請求項1から6のいずれかに記載の光デバイス。
The refractive index of the phosphor layer is n A ,
The average refractive index of the dielectric layer is n B ,
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the dielectric layer is maximized is λ 0 ,
When the center of gravity wavelength of the emission spectrum of the phosphor layer is λ c ,
Figure 2018142531
Meet,
The optical device according to claim 1.
前記蛍光体層の発光スペクトルは、400nm〜800nmの範囲に、少なくとも1つのピークを有する、
請求項1から10のいずれかに記載の光デバイス。
The emission spectrum of the phosphor layer has at least one peak in the range of 400 nm to 800 nm.
The optical device according to claim 1.
前記金属層を支持する基板をさらに有する、
請求項1から11のいずれかに記載の光デバイス。
A substrate supporting the metal layer;
The optical device according to claim 1.
前記金属層は、銀、銀合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金の少なくとも1つを含む、
請求項1から12のいずれかに記載の光デバイス。
The metal layer includes at least one of silver, a silver alloy, aluminum, and an aluminum alloy.
The optical device according to claim 1.
前記蛍光体層は、セリウムがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネットを含む、
請求項1から13のいずれかに記載の光デバイス。
The phosphor layer includes cerium-doped yttrium aluminum garnet,
The optical device according to claim 1.
前記光源は、固体レーザを含む、
請求項1から14のいずれかに記載の光デバイス。
The light source includes a solid state laser,
The optical device according to claim 1.
前記光源からの光は、前記蛍光体層の、前記誘電体層とは反対側の面から入射する、
請求項1から15のいずれかに記載の光デバイス。
The light from the light source is incident from the surface of the phosphor layer opposite to the dielectric layer.
The optical device according to claim 1.
金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、
前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、
を備え、
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記光源の発光スペクトルと、前記蛍光体層の発光スペクトルとを合わせた光スペクトルの重心波長よりも長く、
前記誘電体層は、2以上5以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の2層の屈折率は異なる、
光デバイス。
A light reflecting film comprising a metal layer and a dielectric layer on the metal layer;
A phosphor layer on the dielectric layer that emits light when excited by light from a light source; and
With
The wavelength at which the reflectance of light perpendicularly incident on the light reflecting film from the phosphor layer side becomes the maximum is the barycentric wavelength of the light spectrum obtained by combining the emission spectrum of the light source and the emission spectrum of the phosphor layer. Longer than
The dielectric layer is a laminated structure of 2 or more and 5 or less layers, and any two adjacent layers in the dielectric layer have different refractive indexes.
Optical device.
JP2017175612A 2017-02-28 2017-09-13 Optical device Active JP6916073B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/888,180 US10458623B2 (en) 2017-02-28 2018-02-05 Optical device comprising light reflection film

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017036977 2017-02-28
JP2017036977 2017-02-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018142531A true JP2018142531A (en) 2018-09-13
JP6916073B2 JP6916073B2 (en) 2021-08-11

Family

ID=63528182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017175612A Active JP6916073B2 (en) 2017-02-28 2017-09-13 Optical device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6916073B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11597879B2 (en) 2020-09-30 2023-03-07 Nichia Corporation Wavelength converter and light emitting device
US11867380B2 (en) 2020-07-22 2024-01-09 Nichia Corporation Wavelength conversion member and light emitting device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012003923A (en) * 2010-06-16 2012-01-05 Sony Corp Lighting device and image display device
JP2015050124A (en) * 2013-09-03 2015-03-16 スタンレー電気株式会社 Light emitting device
JP2016081054A (en) * 2014-10-13 2016-05-16 台達電子工業股▲ふん▼有限公司Delta Electronics,Inc. Optical wavelength-converting device and illumination system using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012003923A (en) * 2010-06-16 2012-01-05 Sony Corp Lighting device and image display device
JP2015050124A (en) * 2013-09-03 2015-03-16 スタンレー電気株式会社 Light emitting device
JP2016081054A (en) * 2014-10-13 2016-05-16 台達電子工業股▲ふん▼有限公司Delta Electronics,Inc. Optical wavelength-converting device and illumination system using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11867380B2 (en) 2020-07-22 2024-01-09 Nichia Corporation Wavelength conversion member and light emitting device
US11597879B2 (en) 2020-09-30 2023-03-07 Nichia Corporation Wavelength converter and light emitting device

Also Published As

Publication number Publication date
JP6916073B2 (en) 2021-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9920891B2 (en) Wavelength conversion element and light source provided with same
JP5257420B2 (en) Light source device
KR20110103994A (en) Led assembly
JP2015050124A (en) Light emitting device
JP2004528714A (en) UV reflector and UV based light source incorporating UV reflector to reduce UV radiation leakage
JP6169383B2 (en) Light emitting module and light source device
JP2016034016A (en) Light emission element and light emission device
WO2019244506A1 (en) Optical wavelength conversion material, optical wavelength conversion device, and light emitting device
WO2015129222A1 (en) Light-emitting element and light-emitting device
JP6916073B2 (en) Optical device
US10458623B2 (en) Optical device comprising light reflection film
JP2015119030A (en) Light-emitting device
US10344947B2 (en) Light emitter and light emitting device
JP2014203852A (en) Wavelength conversion member and light emitting device
JP6334142B2 (en) Light emitting device
US11262046B2 (en) Phosphor element, method for producing same, and lighting device
US10808893B2 (en) Optoelectronic semiconductor light source and Bragg mirror
JP2005197650A (en) Light emitting element
US11635189B2 (en) Phosphor element and lighting device
JP7357082B2 (en) Optical device and optical device manufacturing method
WO2020066077A1 (en) Phosphor element, method for producing same, and lighting device
JP5648676B2 (en) Light source device
JP2016021072A (en) Light-emitting element

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20171002

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200318

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210202

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210209

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210323

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210629

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210715

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6916073

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151