JP2020076971A - 波長変換装置及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[照明装置]
以下では、まず、本実施の形態における波長変換装置が用いられる応用製品として、照明装置を例に挙げて説明する。
放熱板11は、波長変換装置10のうち蛍光体層102が設けられた部分に重なる位置に開口部111を有し、波長変換装置10において発生した熱を照明装置1の外部へ放熱する部材である。放熱板11は、照明装置1のレーザー光(図でL1)が入射される側(図で入射側)において波長変換装置10と面接触して配置される。放熱板11は、例えばAlなどの高い熱伝導率を持つ材料で形成される。なお、放熱板11の表面には、凹凸形状が形成されていてもよい。放熱板11の表面積を大きくすることで照明装置1の外部へ放熱する効率を高めることができるからである。
放熱板12は、波長変換装置10のうち蛍光体層102が設けられた部分に重なる位置に開口部121を有し、波長変換装置10において発生した熱を照明装置1の外部へ放熱する部材である。放熱板12は、白色光(図でL2)が出射される側(図で出射側)において波長変換装置10と面接触して配置され、放熱板12は、例えばAlなどの高熱伝導率を持つ材料で形成される。なお、放熱板12の表面には、凹凸形状が形成されていてもよい。放熱板12の表面積を大きくすることで照明装置1の外部へ放熱する効率を高めるためである。
波長変換装置10は、レーザー光用の波長変換装置であって、図2に示すように、第1基板101と、蛍光体層102と、第2基板103とを備える。なお、波長変換装置10は、照明装置1が内視鏡等に用いられる場合にはレーザー光を用いた光源手段に該当する。
第1基板101には、レーザー光源から出射され、放熱板11の開口部111を通過したレーザー光が照射される。第1基板101は、蛍光体層102が設けられた部分を有する。蛍光体層102は、第1基板101に塗布されることで第1基板101上に設けられる場合を例として説明するが、蛍光体層102が第1基板101上に設けられる手法はこれに限られない。
第2基板103は、蛍光体層102が設けられている部分を有し、蛍光体層102から出射された白色光が照射される。第2基板103は、照射された白色光を通過させることで放熱板12の開口部121に出射する。
蛍光体層102は、第1基板101および第2基板103に挟まれ、かつ、これらに面接触して設けられる。蛍光体層102は、照射されたレーザー光源からの所定波長のレーザー光を波長変換する。蛍光体層102は、光の色の変換の際に熱を発生させる。
以上のように、本実施の形態によれば、放熱効果を高めることができるので、蛍光体層102の温度上昇を抑制し、高出力化を図ることができるレーザー光用の波長変換装置10及びそれを用いた照明装置1を実現することができる。
次に、以上のように構成された波長変換装置10の熱の伝達性についてのシミュレーション評価の結果を実施例として説明する。
図4は、波長変換装置の解析モデルの一例を示す模式図である。図5は、図4に示す解析モデル1aのZ平面での断面図を示す模式図である。
次に、シミュレーションによる解析結果について説明する。シミュレーションによって、レーザーダイオードが青色のレーザー光を出射している状態で解析モデル1aが温度30度の環境下に置かれ、解析モデル1aの各部位の温度が実質的に一定値になった定常状態(つまり各部位の温度が飽和した状態)での蛍光体層の温度を解析(評価)する。
特許文献1に記載の技術には、蛍光体層の厚みを精度よく管理することは難しいという課題もある。換言すると、特許文献1に開示されるような従来技術には、LEDごとに蛍光体層の膜厚がばらついてしまうという課題もある。そのため、特許文献1に開示されるような従来技術を用いて、固体光源としてレーザー光源を用いる照明装置を作成した場合には、照明装置ごとの蛍光体層の膜厚ばらつきによって、蛍光体層の発光スペクトルが変化してしまう。
以下では、まず、本実施の形態における波長変換装置が用いられる応用製品として、照明装置を例に挙げて説明する。
放熱板11は、波長変換装置20のうち蛍光体層202が設けられた部分に重なる位置に開口部111を有し、波長変換装置20において発生した熱を照明装置1Bの外部へ放熱する部材である。放熱板11は、照明装置1Bのレーザー光(図でL1)が入射される側(図で入射側)において波長変換装置20と面接触して配置される。放熱板11は、例えばAlなどの高い熱伝導率を持つ材料で形成される。なお、放熱板11の表面には、凹凸形状が形成されていてもよい。放熱板11の表面積を大きくすることで照明装置1Bの外部へ放熱する効率を高めることができるからである。
放熱板12は、波長変換装置20のうち蛍光体層202が設けられた部分に重なる位置に開口部121を有し、波長変換装置20において発生した熱を照明装置1Bの外部へ放熱する部材である。放熱板12は、白色光(図でL2)が出射される側(図で出射側)において波長変換装置20と面接触して配置され、放熱板12は、例えばAlなどの高熱伝導率を持つ材料で形成される。なお、放熱板12の表面には、凹凸形状が形成されていてもよい。放熱板12の表面積を大きくすることで照明装置1Bの外部へ放熱する効率を高めるためである。
図14は、本実施の形態における波長変換装置20の断面図である。
第1基板101には、レーザー光源から出射され、放熱板11の開口部111を通過したレーザー光が照射される。第1基板101は、蛍光体層202が設けられた部分を有する。蛍光体層202は、第1基板101に塗布されることで第1基板101上に設けられる場合を例として説明するが、蛍光体層202が第1基板101上に設けられる手法はこれに限られない。
第2基板103は、蛍光体層202が設けられている部分を有し、蛍光体層202から出射された白色光が照射される。第2基板103は、照射された白色光を通過させることで放熱板12の開口部112に出射する。
蛍光体層202は、第1基板101および第2基板103に挟まれ、かつ、これらに面接触して設けられる。蛍光体層202は、照射されたレーザー光源からの所定波長のレーザー光を波長変換する蛍光体2022を有する。なお、蛍光体層202は、光の色の変換の際に熱を発生させる。ここで、間隙保持部材は、透光性を有する略同一径の複数の膜厚調整粒子2021であり、複数の膜厚調整粒子2021は蛍光体層202に含有されている。
以上のように、本実施の形態によれば、蛍光体層202は、膜厚調整粒子2021を含有する。これにより、膜厚調整粒子2021を含有する蛍光体層202を第1基板101に塗布し、第2基板103で挟みこみ波長変換装置20を作成しても、第1基板101と第2基板103との間を膜厚調整粒子2021の厚み(直径)である一定の距離に精度よく保つことができる。したがって、第1基板101と第2基板103との間の距離が一定の距離に精度よく保たれるので、第1基板101と第2基板103との間に挟まれる蛍光体層202の膜厚を精度よく一定にすることができる。それにより、波長変換装置20ごとにおいても蛍光体層202の膜厚をばらつきなく一定に形成することができる。
上述した実施の形態2では、蛍光体層を構成する封止樹脂と膜厚調整粒子との屈折率が同一である場合について説明したが、これに限らない。蛍光体層を構成する封止樹脂と膜厚調整粒子との屈折率が異なっていてもよい。以下、この場合の例を変形例として実施の形態2と異なるところを中心に説明する。
図17は、実施の形態2の変形例における波長変換装置20Aの一例の断面図である。図18は、実施の形態2の変形例における蛍光体層202Aを構成する材料例を示す図である。図19は、図17に示す蛍光体層202Aに含有される膜厚調整粒子2021Aの配置例を示す模式図である。なお、図13および図14と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
蛍光体層202Aは、第1基板101および第2基板103に挟まれ、かつ、これらに面接触して設けられる。蛍光体層202Aは、照射されたレーザー光源からの所定波長のレーザー光を波長変換する蛍光体2022を有する。ここで、間隙保持部材は、透光性を有する略同一径の複数の膜厚調整粒子2021Aであり、複数の膜厚調整粒子2021Aは蛍光体層102Aに含有されている。
以上のように、本変形例によれば、蛍光体層202Aは、膜厚調整粒子2021Aを含有する。これにより、膜厚調整粒子2021Aを含有する蛍光体層202Aを第1基板101に塗布し、第2基板103で挟みこみ波長変換装置20Aを作成しても、第1基板101と第2基板103との間を膜厚調整粒子2021Aの厚み(直径)である一定の距離に精度よく保つことができる。したがって、第1基板101と第2基板103との間の距離が一定の距離に精度よく保たれるので、第1基板101と第2基板103との間に挟まれる蛍光体層202Aの膜厚を精度よく一定にすることができる。それにより、波長変換装置20Aごとにおいても蛍光体層202Aの膜厚をばらつきなく一定に形成することができる。
実施の形態1等では、蛍光体層102等の蛍光体層を、当該蛍光体層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第1基板101および第2基板103で挟み込むことで放熱効果を高めることができるレーザー光用波長変換装置及びそれを用いた照明装置について説明した。この構成により、当該蛍光体層で発生した熱は、確実に第1基板101および第2基板103に伝導され外部に放熱されるからである。
以下では、まず、本実施の形態における波長変換装置が用いられる応用製品として、照明装置を例に挙げて説明する。
放熱板12Cは、図1に示す放熱板12と比較して、開口部121Cの大きさが異なる。
波長変換装置30は、レーザー光用の波長変換装置であって、図25に示すように、第1基板101と、蛍光体層102と、第2基板303とを備える。図25に示される波長変換装置30は、図2に示される波長変換装置10に対して、第2基板303の構成が異なる。なお、波長変換装置30は、波長変換装置10等と同様に、照明装置1Cが内視鏡等に用いられる場合にはレーザー光を用いた光源手段に該当する。
第2基板303は、図2に示す第2基板103と比較して、第1基板101と反対側に凸の半球レンズ形状となるように形成されている点が異なる。換言すると、第2基板303は、図2に示す第2基板103と比較して、さらに、半球レンズ機能を有する点が異なる。
図26および図27を用いて、本実施の形態の波長変換装置30の効果について説明する。図26は、実施の形態3の比較例における波長変換装置10が出射する白色光の説明図である。図27は、本実施の形態における波長変換装置30が出射する白色光の説明図である。なお、図26は、実施の形態1における波長変換装置10を比較例として示したものである。また、図2、図25等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
図28は、図24に示す照明装置1Cの別の断面図である。なお、図1、図2、図25と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
波長変換装置30Aは、レーザー光用の波長変換装置であって、図28に示すように、第1基板101と、蛍光体層102と、第2基板303Aとを備える。
第2基板303Aは、図25に示す第2基板303と比較して、第1基板101と反対側に凸の非半球レンズ形状となるように形成されている点が異なる。換言すると、第2基板303Aは、図2に示す第2基板103と比較して、さらに、非半球レンズ機能を有する点が異なる。
図27および図29を用いて、本変形例における波長変換装置30Aの効果について説明する。図29は、実施の形態3の変形例1における波長変換装置30Aが出射する白色光の説明図である。なお、図2、図25、図27等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
図30は、図24に示す照明装置1Cのさらに別の断面図である。なお、図1、図2、図25と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
波長変換装置30Bは、レーザー光用の波長変換装置であって、図30に示すように、第1基板101と、蛍光体層102と、第2基板303Bとを備える。
第2基板303Bは、図25に示す第2基板303と比較して、第1基板101と反対側に凸のレンズアレイ形状となるように形成されている点が異なる。換言すると、第2基板303Bは、図2に示す第2基板103と比較して、さらに、マイクロレンズアレイ機能を有する点が異なる。
図27および図31を用いて、本変形例における波長変換装置30Bの効果について説明する。図31は、実施の形態3の変形例2における波長変換装置30Bが出射する白色光の説明図である。なお、図2、図25、図27等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
以上、本発明に係るレーザー光用の波長変換装置及び照明装置について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
10、20、20A、30、30A、30B 波長変換装置
101 第1基板
102、102A、202、202A、202C、202D、202E 蛍光体層
103、303、303A、303B 第2基板
2021、2021A 膜厚調整粒子
2022 蛍光体
2023 封止樹脂
Claims (7)
- レーザー光用の波長変換装置であって、
透光性を有する第1基板と、
透光性を有する第2基板と、
前記第1基板および前記第2基板に挟まれかつ面接触して設けられ、入射されたレーザー光源からの所定波長のレーザー光を波長変換する蛍光体層と、
前記第1基板と前記第2基板の間に蛍光体層の膜厚を調整する間隙保持部材と、を備え、
前記第1基板および前記第2基板の熱伝導率は、前記蛍光体層の熱伝導率よりも高く、
前記間隙保持部材は、透光性を有し、かつ、前記蛍光体層の厚み方向に一定の厚みを有するワイヤ状の膜厚調整物体である、
波長変換装置。 - 前記第1基板および前記第2基板は、サファイア基板である、
請求項1に記載の波長変換装置。 - 前記第2基板は、さらに、前記第1基板と反対側に凸の半球レンズ形状となるように形成されている、
請求項2に記載の波長変換装置。 - 前記第2基板は、さらに、前記第1基板と反対側に凸の非球面レンズ形状となるように形成されている、
請求項2に記載の波長変換装置。 - 前記第2基板は、さらに、前記第1基板と反対側に凸のレンズアレイ形状となるように形成されている、
請求項2に記載の波長変換装置。 - 前記レーザー光源は、所定波長のレーザー光として、青色のレーザー光を発し、
前記蛍光体層は、前記青色のレーザー光の一部を、黄色を示す波長帯域の光に波長変換する、
請求項1または2に記載の波長変換装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の波長変換装置を用いた、照明装置。
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