JP4375270B2

JP4375270B2 - 発光装置

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Publication number: JP4375270B2
Application number: JP2005098064A
Authority: JP
Inventors: 卓史杉山; 幸宏林
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006253099A

Description

本発明は、発光装置に関し、より詳細には、主として励起光源と、ライトガイドと、ライトガイド先端部材と、波長変換部材とを有する発光装置に関する。

従来から、内視鏡装置、ファイバースコープ等において、高い輝度で、色情報が正確に再現されるような光が求められている。
そこで、これらの光源として、キセノンランプ等に代えて、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）などの半導体発光素子を用いることが提案されている（例えば、特許文献１及び２）。
半導体発光素子は、小型で電力効率が良く、鮮やかな色で発光し、球切れなどの心配がない。特に、レーザダイオードは、発光ダイオードよりも発光強度が極めて高いため、照度の高い光源を実現することができる。
特開２００２−９５６３４号公報特表２００３−５１５８９９号公報

一般に、半導体発光素子を用いて色情報を正確に再現できるようにするために、種々の波長の光を組み合わせて白色の光を得ている。例えば、これを実現するために、赤、緑、青色の各色の波長の光を照射する半導体装置が組み合わせて用いられている。
しかし、レーザダイオードは発光ダイオードに比べて半値幅が狭いため、赤、緑、青色レーザダイオードを用いて白色光源を実現する従来の内視鏡装置では、各レーザダイオードの強度が異なることにより色調バラツキが生じやすく、色再現性に乏しいという問題を招く。また、従来の内視鏡装置は少なくとも３種類のレーザダイオードを要するため、所定の白色光を得るにはそれぞれのレーザダイオードの出力を制御しなければならず、その調整が困難であるという問題を招く。また、レーザダイオードは発光ダイオードに比べて視野角が狭く、正面方向の発光強度が極めて高いため、白色光であってもレーザダイオードのわずかな配置ズレによって異なる色調を有するという問題も生じる。

このような状況下、本発明は、色調バラツキの少ない色再現性に富む発光装置を提供すること、かつ発光装置を構成する部材の劣化を防止して高い発光効率をえることができる高性能かつ長寿命の発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、励起光を射出する励起光源と、
屈曲可能に長手方向に延長し、前記励起光源から射出される励起光を伝送するライトガイドと、
前記ライトガイドを介して、前記励起光源から射出される励起光を吸収し、波長変換して所定の波長域の光を放出する波長変換部材とから構成される発光装置であって、
前記ライトガイドは、励起光を射出する側において、長手方向に対して垂直に交わる横断面積よりも広い面積の端面を有し、かつ、ライトガイド先端部材により支持されており、
前記ライトガイドとライトガイド先端部材の少なくとも一部とが、前記波長変換部材に被覆されてなることを特徴とする。

この発光装置では、ライトガイド先端部材が、励起光を射出する側において、長手方向に対して垂直に交わる横断面積よりも広い面積の端面を有することが好ましく、特に、励起光を射出する側において、長手方向に突出した縁部が面取りされた形状の端面を有することが好ましい。
また、ライトガイドは、長手方向に対して垂直に交わる横断面において、中心部（コア）の屈折率が周辺部（クラッド）の屈折率よりも高くなるよう構成されていることが好ましい。

さらに、ライトガイド先端部材の側面に凹凸が形成されてなることが好ましい。
また、ライトガイド及び／又はライトガイド先端部材が、励起光を射出する側において、凹凸を有する端面を有することが好ましい。
さらに、励起光源から射出される励起光は、レーザ光であることが好ましい。

本発明の発光装置によれば、波長変換部材を構成する材料の発熱による劣化を有効に防止することが可能となり、かつ、光出力を大幅に向上させることができる。これは、ライトガイドの光射出側端面が長手方向に対して垂直に交わる横断面積よりも広い面積を有することにより、光密度が低減することと、波長変換部材がライトガイド先端部材の少なくとも一部を被覆することにより、波長変換部材に生じる熱をライトガイド先端部材に効果的に逃がし、かつ、波長変換された光の少なくとも一部がライトガイド先端部材の端面で反射されることの相乗効果によるものと考えられる。

本発明の発光装置１０は、例えば、図１に示すように、励起光源９と、ライトガイド２０と、ライトガイド先端部材７０と、波長変換部材３０とから主として構成される。

励起光源
励起光源９は、図１に示すように、発光素子１１等を備え、発光素子１１から射出される光を射出部１２からライトガイド２０へと導出するように構成されている。
励起光源は、励起光を射出するための光源であり、後述する蛍光物質を励起することができる光であればどのような光であってもよい。励起光源には、半導体発光素子、ランプ等、電子ビーム、プラズマ、ＥＬ等をエネルギー源とするデバイスを使用することができる。なかでも、半導体発光素子を用いることが好ましい。半導体発光素子は、発光強度が高いことから、小型で電力効率の良好な発光装置を得ることができる。また、初期駆動特性に優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強い発光装置を得ることができる。半導体発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード等が挙げられ、なかでも、レーザダイオードであることが好ましい。これにより、極めて高い光出力を有する発光装置を得ることができる。例えば、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍ程度に主発光ピーク波長を有している光を出射するものが好ましい。これにより、波長変換効率の良好な蛍光物質を使用することができ、その結果、光出力の高い発光装置を得ることができるとともに、種々の色味の光を得ることができる。
特に、励起光源としてレーザダイオードを用いる場合、光出力は容易に向上する反面、出力向上により波長変換部材が劣化し、変色してしまう。本願発明は、光出力を向上させるだけでなく、後に詳しく述べる波長変換部材（さらに透光性部材等）の劣化等を大幅に軽減することができるので、励起光源としてレーザダイオードを用いる場合に特に効果的である。

ライトガイド
ライトガイド２０は、励起光源９から射出された光を波長変換部材３０へ導出するものである。ライトガイドは、所望の長さを有しており、その長さを自由に変更することができるとともに、その形状を自由に変形させることができ、特に、直角に曲げ又は湾曲させることができるなど、屈曲可能に構成されているため、所望の位置に光を導出することができる。したがって、このようなことができるものであれば、どのような材料及び構造のものを用いてもよい。特に、励起光源から射出された光を、減衰させることなく波長変換部材へ導出するものであることが、エネルギー効率の観点から好ましい。
ライトガイドは、光を導出するとともに、屈曲可能な程度に細いので、先端部に配置された波長変換部材の発熱及び波長変換部材への光の集中は著しい。波長変換部材は、熱や光で劣化するので、このような構成における波長変換部材は極めて劣化しやすい。このような構成の発光装置に対して、波長変換部材の劣化を効果的に低減することができる本発明は非常に効果的である。

ライトガイドとしては、例えば、光を伝送する際に光の伝送路として用いる極めて細いグラスファイバが挙げられ、高屈折率を有するものと低屈折率を有するものとを組み合わせたものや、反射率の高い部材を用いたもの等を使用することができる。なかでも、ライトガイドの長手方向に対して垂直に交わる横断面の中心部（コア）を周辺部（クラッド）で取り囲む二重構造のものが好ましく、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも高いものが、光信号を減衰させることなく送ることができる観点から、より好ましい。ライトガイドは、ライトガイド端面での光密度を低減させる観点から、コアの占有率がクラッドの占有率よりも高い方が好ましい。また、ライトガイドへの戻り光を防止する観点から、クラッド径は小さい方が好ましい。例えば、コア径が１０００μｍ程度以下、クラッド径（コア径を含む）１２００μｍ程度以下が挙げられ、コア径が４００μｍ程度以下、クラッド径（コア径を含む）４５０μｍ程度以下が好ましい。具体的には、コア／クラッド＝１１４／１２５（μｍ）、７２／８０（μｍ）等のものが挙げられる。さらに、ライトガイドは、後述する波長変換部材が配置される端部において、コアが、又はクラッドとコアとの双方がライトガイド先端部材から突出していてもよい。これにより、ライトガイド端部において、光の出射面積を増大させることができるので、光密度をより低減させることができる。なお、コアとクラッドの双方が長手方向に露出している場合であっても、一部の光はクラッドから発せられるので、光密度は減少する。クラッドの一部を露出させる、又はクラッドからコアを露出させるには、例えば、ウェット又はドライエッチング、研磨等の公知の方法で形成することができる。

なお、ライトガイドは、単線ファイバ、多線ファイバのいずれでもよいが、単線ファイバであることが好ましい。また、単一モードファイバ、多モードファイバのいずれでもよいが、多モードファイバであることが好ましい。
ライトガイドの材料は特に限定されるものではなく、例えば、石英ガラス、プラスチック等が挙げられる。なかでも、コアの材料がピュアシリカ（純粋石英）によって構成されているものが好ましい。これにより、伝達損失を抑えることができる。

ライトガイドは、波長変換部材が配置される一端部、つまり励起光を射出する側において、長手方向に対して垂直に交わる横断面積よりも広い面積の端面を有している。すなわち、ライトガイド端面の一部又は全部に、ライトガイドの横断面に対してＸ°（０＜Ｘ≦９０）傾斜した面を有する構成（例えば、図１０（ａ）〜（ｇ）、図１０（ｉ）、図１０（ｋ）の２０参照）、曲面（例えば、図１０（ｈ）、図２（ｊ）、図１０（ｌ）、図１０（ｑ）の２０等参照）を有する構成、長手方向に切欠を有する構成（例えば、図１０（ｓ）の２０参照）等とするこができる。具体的には、横断面に対して、５％以上、１０％以上、１５％以上、２０％以上、３０％以上、一端部の端面の表面積を増大させるように傾斜、屈曲、凹凸等を有していることが好ましい。

ライトガイドは、ライトガイド端での光密度を低減させる観点から、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ライトガイド２０、１２０の端部においてのみ、コア２０ａ、１２０ａの中心部よりもコア径の広いもの、例えば、ＴＥＣファイバ（クラッド２０ｂ径が一定）、テーパーファイバ（クラッド１２０ｂ径がテーパー形状）を使用することができる。また、インデックスガイディング、フォトニックバンドギャップ、ホールアシシテッド等と呼ばれ、そのコア又はクラッドに空気の孔、つまりエアーホールを１以上有するフォトニクス結晶ファイバ（遠山修、「フォトニクス結晶ファイバ」第31光波センシング技術研究会 (Proc. of 31st Meeting on Lightwave Sensing Technology)、LST 31-14、pp.89-96, 2003年6月6日；フォトニック結晶ファイバ DIAGUIDE○RPCF、三菱電線株式会社製品カタログ、No.6-184 (2003.01)等参照）を用いてもよい。フォトニクス結晶ファイバは、水分などがエアーホールに浸入するのを防止するために、端部が所定の部材で被覆されている。このため、ライトガイドに伝送された光が、その端部においてコアよりも広がって放出されやすい。いずれにおいても、ライトガイド端部で光密度を低減させることができるため、本発明による効果をより容易に得ることができる。

なお、コア及び／又はクラッドが一定の径を有する通常のライトガイドにおいても、端部が被覆部材により被覆されることにより、フォトニクス結晶ファイバなどと同様に、ライトガイド端部において、コアよりも広がって光が放出されることとなり、光密度を低減させることができる。ここで被覆部材の膜厚及び材料は、光の放出を阻害しないものであれば、特に限定されることない。

波長変換部材
本発明における波長変換部材は、少なくとも蛍光物質から構成されるもので、さらに、それを保持する保持部材を含んで構成されることが好ましい。この波長変換部材は、ライトガイドだけでなく、ライトガイド先端部材の少なくとも一部を被覆するように配置されている。また、波長変換部材は、励起光源から射出される励起光の一部又は全部を吸収し、波長変換して、励起光よりも長波長域の光、例えば、赤色、緑色、青色、さらにこれらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する光を放出し得るものである。保持部材としては、蛍光物質を保持し得るもの、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機部材、ガラス等の無機部材等が挙げられる。中でも、シリコーン樹脂は、形成のしやすさ、光や熱に対する耐久性を有するので保持部材として好ましい。なお、波長変換部材の劣化は、保持部材の劣化のみならず、蛍光物質の変質等の可能性がある。
波長変換部材の形状は特に限定されず、図５及び図１１（ａ）〜（ｉ）、（ｋ）〜（ｌ）に示すように種々の形状とすることができる。なお、ライトガイド先端部材及びライトガイドの端面全域を波長変換部材が被覆するなど、できるだけ波長変換部材との接触面積を大きくすることが好ましい。これにより、本発明の効果をより容易に得ることができる。

波長変換部材は、最終的に波長変換部材を通して得られた光が、励起光の波長にかかわらず、白色光として得られる材料によって構成されることが好ましい。また、良好な演色性を得るために、照射光の平均演色評価数（Ｒａ）が７０以上、さらに８０以上となるような材料によって構成されることが好ましい。

ここで演色性とは、ある光源によって照明された物体の色の見え方を左右するその光源の性質を意味し、演色性が良好であるとは、一般に、太陽光によって照射された物体の色の見え方に限りなく近い性質を意味する（（株）オーム社、「蛍光体ハンドブック」、ｐ４２９参照）。演色性は、発光素子に、後述する蛍光物質層を組み合わせて用いることにより、良好にすることができる。また、平均演色評価数（Ｒａ）とは、８種類の色票が試料光源及び基準光源それぞれによって照明された場合の色ズレの平均的な値を基礎として求められる。

得られる光の色調は、例えば、三原色（青色、緑色、赤色）の光を組み合わせることにより調整することができる。また、補色の関係にある青色と黄色、青緑色と赤色、緑色と赤色又は青紫色と黄緑色等の２色の光を組み合わせることによっても調整することができる。ここで補色とは、色度図で白色点をはさんで互いに反対側にある２つの色を意味する。なお、色調を調整するための各色の光は、その全てが必ずしも波長変換部材によって波長変換された光でなくてもよく、励起光源から得られた励起光自体を利用してもよい。また、本発明では、光の色と波長との関係は、ＪＩＳＺ８１１０に準じる。

本発明における波長変換部材は、任意に、フィラーを混合して用いてもよい。フィラーは、外部から照射された光を反射、散乱及び／又は拡散等させることができる材料であることが好ましい。これにより、蛍光物質に均一に励起光を当てることができると共に、混色も良好に成り色むらを低減することができる。また、波長変換部材にフィラーを混合することにより、その粘度を調整することができるので、ライトガイドへの波長変換部材の固着を容易にすることもできる。

波長変換部材は、１種の蛍光物質を単層で形成してもよいし、例えば２種以上の蛍光物質が均一に混合された単層を形成してもよい。また、１種の蛍光物質を含有する単層を２層以上積層させてもよいし、例えば２種以上の蛍光物質がそれぞれ均一に混合された単層を２層以上積層させてもよい。
励起光源を２つ以上組み合わせて用いる発光装置とする場合には、各励起光源からの励起光をライトガイドによって導出し、その光射出側を束ねて、全てについて一体的に単層又は複数層で、あるいは、部分的に一体的に単層又は複数層で、波長変換部材を配置してもよい。これにより、個々に波長変換部材を施す工程を簡略化することができる。

なお、ここでは、蛍光物質等を含有させた保持部材からなる透光性部材（波長変換部材）について説明したが、蛍光物質を含まない保持部材等からなる透光性部材を用いることもできる。蛍光物質を含まない透光性部材を用いる場合にも、基本的に、発明の効果に記載された波長変換部材を用いる場合と同様の効果を得ることができる。蛍光物質を含まない透光性部材を用いる場合、光源は蛍光物質を励起する光源、つまり励起光源ではなく、単なる光源であればよい。
蛍光物質を含まない透光性部材としては、上述した保持部材のみ、保持部材に上述したフィラー等を含有したもの等が挙げられる。これにより、光源から得られた光を、そのまま波長変換せずに用いることができ、光の指向性を制御することができる。また、フィラーを含有させることにより、光を散乱させて取り出すことができる。

ライトガイド先端部材
本発明の発光装置では、ライトガイドの先端、つまり励起光源に接続されていない端部は、ライトガイド先端部材７０によって支持されている。これにより、ライトガイドの先端の発光効率、放熱等を向上させるとともに、発光装置としての組み立てが容易となる。ライトガイド先端部材は、熱伝導性があり、波長変換後の光の少なくとも一部を反射するものであれば、どのような材料で構成することもできる。
ライトガイド先端部材は、好ましくは、励起光及び／又は波長変換された光に対する反射率が高い、屈折率が高い、熱伝導性が高い、いずれかの材料又はこれらの性質を２種以上備える材料で構成することができる。例えば、励起光及び／又は波長変換された光に対して８０％以上の反射率、３５０〜５００ｎｍ程度の光に対してｎ：１．４以上の屈折率及び／又は０．１Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導性を有するものが好ましい。具体的にはＡｇ、Ａｌ、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ホウケイ酸ガラス、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、カーボン、銅、硫酸バリウム等が挙げられる。なかでも、ＺｒＯ₂を用いた場合には、反射率が高く、ライトガイドが通るように加工することが容易であり、ステンレス鋼を用いた場合には、引っ張り強度を維持することが容易であるため、ＺｒＯ₂、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０３等）で形成されていることが好ましい。

ライトガイド先端部材は、波長変換部材が配置される側の端面が、長手方向に対して垂直に交わるライトガイド先端部材の横断面がそのまま露出されていてもよいが（図２及び図１０（ｉ）、図１０（ｋ）〜（ｐ）の７０参照）、長手方向に対して垂直に交わる横断面積よりも広い面積となるように傾斜、屈曲、凹凸等を有していることが好ましい。具体的には、ライトガイド先端部材の端面の一部又は全部に、横断面に対してＸ°（０＜Ｘ≦９０）傾斜した面を有する構成（例えば、図１０（ａ）〜（ｇ）、（ｒ）〜（ｕ）の７０参照）及び曲面（例えば、図１０（ｈ）、（ｐ）の７０等）を有する構成とすることができる。これにより、光出力の向上及び波長変換部材の劣化の低減という２つの効果をより向上させることができる。

さらに、ライトガイド先端部材は、その一端部において、縁部の一部が面取りされた形状であることが好ましい。すなわち、ライトガイド先端部材の縁部における、ライトガイドよりも突出した部分が一部又は全部切欠されていることが好ましい（例えば、図１０（ｂ）及び（ｅ）の７０参照）。これにより、光出力がさらに向上するとともに、波長変換部材の劣化をより抑制することができる。なお、光出力の向上は、ライトガイド先端部材の縁部において、ライトガイド先端部近傍から照射される光をさえぎる部分を減少させることができるためと考えられる。波長変換部材の劣化が抑制されるのは、光をさえぎる部分を減少させることにより光が効率よく外部に取り出され、それにより発熱が抑制されるためと考えられる。

また、ライトガイド先端部材は、図４に示すように、その側面に凹凸（図４中の８０参照）が形成されていることが好ましい。これにより、ライトガイド先端部材の表面積が増大し、ライトガイド又は波長変換部材からの放熱を増加させることができる。ライトガイド先端部材は、その端面が、ライトガイドの一端面と面一になるようにライトガイドを支持していてもよいし（例えば、図１０（ａ）〜（ｈ）、（ｑ）及び（ｔ）参照）、ライトガイドが、ライトガイド先端部材の先端部の主な端面から突出するように支持していてもよい（例えば、図１０（ｋ）、（ｌ）、（ｎ）、（ｏ）及び（ｒ）等参照）。また、図１０（ｓ）に示されるように、ライトガイドの周辺部（例えばクラッド）を除去した形状とすることもできる。なお、ライトガイドとして、その端部においてコアのみが長手方向に露出しているものを用いる場合には、ライトガイドのコアのみを、ライトガイド先端部材の先端部から突出させてもよい。

また、ライトガイド先端部材は、好ましくは波長変換部材が配置する端面が、ミラーをつけて鏡面反射をさせるか、所定の凹凸を形成して乱反射をさせる等の加工をしてもよい。これにより、一旦ライトガイドから照射された励起光及び／又は波長変換された光が反射によってライトガイド側に戻ってきた場合に、ライトガイド先端部材によって再度反射させることにより、励起光及び波長変換された光を有効に外部に取り出すことができるので光出力が向上する。しかも、端面に凹凸が形成されている場合には、波長変換部材のライトガイド先端部材への密着性が向上し、波長変換部材の放熱性を増大させるとともに、波長変換部材の剥がれや劣化を防止することができる。なお、鏡面反射及び／又は凹凸を有する面は、ライトガイド先端部材のみならず、ライトガイドの端面にも形成されている
ことが好ましい。

レンズ
本発明の発光装置では、例えば、図１に示すように、発光素子１１と射出部１２との間に、レンズ１３が設けられていてもよい。
レンズは、発光素子から射出された光が、ライトガイドの入射部に集光される限り、どのような形状でもよく、発光素子と射出部との間に、複数枚並べて配置してもよい。レンズは、無機ガラス、樹脂等により形成することができ、なかでも、無機ガラスが好ましい。励起光源とライトガイドとの間にレンズを備え、レンズを介して励起光源から射出された励起光をライトガイドへ導出することができることにより、励起光源からの射出する励起光を集光させ、効率よくライトガイドに導出することができる。

発光装置の態様
本発明の発光装置は、図１に示したように、１つの励起光源９と、一本のライトガイド２０と、１つのライトガイド先端部材７０と、１つの波長変換部材３０とから構成されていてもよいが、このユニットが少なくとも２つ以上組み合わせられて発光装置を構成していてもよい。ユニットの組み合わせ個数は、演色性と出力に応じて決定することができる。なお、この発光装置においては、上述したように、各ユニットの波長変換部材は複数のユニットにおいて一体的に形成されていてもよい。
本発明の発光装置の明るさは特に限定されるものではないが、例えば、各ユニットが１２０ルーメン／ｍｍ²程度以上の明るさを有していることが好ましい。

発光装置の用途
本発明の発光装置は、種々の用途に利用することができる。例えば、通常の照明器具、車両搭載用の照明（具体的には、ヘッドライト用、テールランプ用光源等）として利用してもよいし、内視鏡装置のように、生体内部を観察したり、観察しながら治療したりするための装置に利用してもよい。また、非常に狭い又は暗い空間、例えば、原子炉内部、遺跡の閉鎖空間等を観察したりするためのファイバースコープに利用してもよい。さらに、各種真空装置のチャンバ内など、電流の漏洩や発熱等を回避したい部材における光源として利用することもできる。加えて、点光源を要求する場所や光源の取り替えが困難な場所などで使用する発光装置として利用することができる。

したがって、この発光装置は、撮像部材（つまり、光学像を電気信号に変換する電子部品（受光素子））、具体的には、ＣＣＤ（charge-coupled device）、ＣＭＯＳ（ＣＭＯＳ image sensor）等を利用した撮像素子、電気信号を画像信号に変換する画像信号処理装置、電気信号又は測定値等を表示するインジケータ、画像信号を出力して画像を映し出すディスプレイ、各種の処理及び計算を行うコンピュータ等とともに使用することができる。特に、撮像部材として撮像素子を用いる場合には、被写体の光学像を、扱いやすいものとすることができる。

例えば、受光素子（例えば、フォトダイオード等）は、発光装置と別体として設けてもよいが、励起光源におけるレーザダイオードの近傍に、ライトガイドの周辺にあるいはライトガイド先端部材内のいずれに設けてもよい。これにより、受光素子によってレーザダイオードから発せられた光量を観測し、一定の光量以下の場合に、レーザダイオードに投入される電流を調整するなどして一定の光量を維持することができる。
本発明の発光装置は、高輝度でありながら、色調バラつきが少なく、色再現性に非常に富み、演色性が非常に高いため、内視鏡装置のように、鮮明な撮像等が要求される装置との併用に極めて優れた効果を発揮する。

さらに、本発明の発光装置は、上述した発光装置により得られる可視光を利用し、例えば、発光装置に通信機能を付加することによりワイヤレス環境を構築することができ、可視光通信にも使用することができる。これにより、励起光源としてレーザダイオードを用いているために、数百ＭＨｚという変調速度を実現することができる。

以下に、本発明の発光装置の具体例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
図１に示したように、この実施例の発光装置は、励起光源９と、ライトガイド２０と、波長変換部材３０と、ライトガイド先端部材７０とを備えて構成されている。
励起光源９は、４０５ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有するＧａＮ系の半導体からなるＬＤを発光素子１１として用いた。ＬＤの前面には、ＬＤからの励起光１を集光するためのレンズ１３を配置した。
ライトガイド２０は、その一端が、励起光源９の光の出射部１２に接続されており、他端が出力部２１に接続されている。ライトガイド２０として、石英製のＳＩ型１１４（μｍ：コア径）／１２５（μｍ：クラッド径）を用い、ライトガイドを支持するライトガイド先端部材７０として、ジルコニア（ＺｒＯ₂）製の直系２．５ｍｍのものを用いた。なお、図６（ｂ）に示したように、本実施例のライトガイド２０及びライトガイド先端部材７０の端面は、ライトガイド２０を含む面が横断面に対して６０°の傾斜角度を有するとともに、他の面として、その縁部の突出をなくし、その縁部において横断面と平行する端面７０ａを有するように加工されている。
ライトガイド２０及びライトガイド先端部材７０の端面は、最初に荒く研磨し、最終的には粒度＃１５０００のシートで細かく研磨することにより、形成した。

波長変換部材３０は、樹脂中に蛍光物質が均一に分散するように成型されて、出力部２１に取り付けられている。つまり、ライトガイド２０とライトガイド先端部材７０の双方の端面の全面にわたって、一層構造で波長変換部材３０を配置させた。
蛍光物質は、青色に発光するＣａ₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃ_l2：Ｅｕ（ＣＣＡ）０．９ｇと、黄色に発光するＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（ＹＡＧ）を０．１ｇとを使用した。これらの蛍光物質をシリコーン樹脂１．１ｇ中に均一になるまで混練し、ポッティングにより波長変換部材３０を作製した。

なお、比較例として、ライトガイド及びライトガイド先端部材の一端面を、図６（ｃ）のように、ライトガイドの長手方向に直交する横断面とした以外、上記実施例と同様の構成の発光装置を作製した。
これらの発光装置において、励起光源を７０〜２８０ｍＡで駆動させて、特性を評価した。
その結果、図７に示したように、本実施例の発光装置は、比較例の発光装置に比較して光束の最高値が３０％程度向上し、光出力が向上することが確認された。
なお、図７によれば、比較例の発光装置は、投入電流が約１７０ｍＡを境に、急激に光束が低下した。この主な理由は、波長変換部材が劣化し変色してしまったためである。それに対して本実施例においては、投入電流が約２３０ｍＡまで飽和することなく光束が向上している。以上の結果から、本実施例の発光装置では、波長変換部材がより劣化しにくいことがわかる。

実施例２
この実施例の発光装置は、ライトガイド及びライトガイド先端部材を粒度＃２００のシートで研磨することにより粗面つまり凹凸を設けた以外、実施例１と同様の装置を同様に作製した。
この発光装置について、実施例１と同様に評価したところ、図８に示したように、比較例の発光装置に比較して光束の最高値が５０％程度向上し、光出力が向上することが確認された。
ライトガイド及びライトガイド先端部材と波長変換部材との界面を粗面とすることで、光束の最高値が大幅に向上すると共に、波長変換部材の劣化が低減された。さらに、同じように粗面とした、後述する実施例３と比較すると、本実施例の出力が勝っていることから、図６（ｂ）に示される本実施例の形状は、図６（ａ）に示される実施例３の形状よりも好ましいことがわかる。

実施例３
この発光装置は、図６（ａ）に示したように、ライトガイド２０、ライトガイド先端部材７０及び波長変換部材３０の構成において、縁部の突出を除去せずに、単に全面が６０°に傾斜した面のものを形成した。さらに、ライトガイド及びライトガイド先端部材を粒度＃２００のシートで研磨することにより粗面つまり凹凸を設けた。
この発光装置について、実施例１と同様に評価したところ、図９に示したように、比較例の発光装置に比較して光束の最高値が３０％程度向上し、高輝度のものが得られることが確認された。

なお、実施例１〜３では、保持部材と蛍光物質とからなる透光性部材（波長変換部材）を設けた場合について説明したが、波長変換部材から蛍光物質を除いた以外は各実施例と同様の発光装置を得ることもできる。つまり、蛍光物質を含む保持部材からなる透光性部材ではなく、蛍光物質を含まない保持部材からなる透光性部材とすることができる。保持部材は光源からの光を透過させるものであるが、蛍光物質に吸収された一部の光が波長変換されずに熱になるのと同様に、光源からの一部の光は保持部材を透過せずに吸収され熱となる。したがって、蛍光物質を含まない保持部材からなる透光性部材を用いても、基本的に、発明の効果に記載された波長変換部材を用いる場合と同様の効果を得ることができる。しかし、一般に、保持部材のみから生じる熱よりも蛍光物質から生じる熱の方が多いので、透光性部材が蛍光物質を有する場合がより効果的である。

本発明の発光装置は、照明器具、車両搭載用照明、ディスプレイ、インジケータ等に利用することができる。また、生体内部を撮像する内視鏡装置、狭い隙間及び暗い空間等を照明することができるファイバースコープ、電流の漏洩や発熱のない照明を必要とする各種工業用の装置等に利用することができる。

本発明の発光装置の構造を説明するための概略構成図である。本発明の発光装置におけるライトガイドとライトガイド先端部材とを示す概略構成図である。本発明の発光装置におけるライトガイド端部の構造を説明するための概略構成図である。本発明の発光装置におけるライトガイド先端部材の構造を説明するための概略構成図である。本発明の発光装置における波長変換部材の配置を説明するための概略図である。実施例における発光装置のライトガイド端部の構成を説明するための概略構成図である。実施例１における発光装置の光束−投入電流の関係を示すグラフである。実施例２における発光装置の光束−投入電流の関係を示すグラフである。実施例３における発光装置の光束−投入電流の関係を示すグラフである。発光装置におけるライトガイドとライトガイド先端部材とを示す概参照の略構成図である。発光装置における波長変換部材の配置を説明するための参照の概略図である。

符号の説明

１励起光
２光
９励起光源
１０発光装置
１１発光素子
１２射出部
１３レンズ
２０、１２０ライトガイド
２０ａ、１２０ａコア
２０ｂ、１２０ｂクラッド
２１出力部
７０ライトガイド先端部材
７０ａ端面
７１波長変換光反射膜
７２励起光反射膜
８０凹凸

Claims

励起光を射出する励起光源と、
屈曲可能に長手方向に延長し、前記励起光源から射出される励起光を伝送するライトガイドと、
前記ライトガイドを介して、前記励起光源から射出される励起光を吸収し、波長変換して所定の波長域の光を放出する波長変換部材と、を備えた発光装置であって、
前記ライトガイドの端面は、励起光を射出する側において、光密度を低減させるように形成された曲面を有するものであり、かつ、前記ライトガイドの先端部はライトガイド先端部材により支持されており、
前記ライトガイドとライトガイド先端部材の少なくとも一部とが、前記波長変換部材に被覆されてなることを特徴とする発光装置。
励起光を射出する励起光源と、
屈曲可能に長手方向に延長し、前記励起光源から射出される励起光を伝送するライトガイドと、
前記ライトガイドを介して、前記励起光源から射出される励起光を吸収し、波長変換して所定の波長域の光を放出する波長変換部材と、を備えた発光装置であって、
前記ライトガイドの端面は、励起光を射出する側において、凹形状の曲面を有するものであり、かつ、前記ライトガイドの先端部はライトガイド先端部材により支持されており、
前記ライトガイドとライトガイド先端部材の少なくとも一部とが、前記波長変換部材に被覆されてなることを特徴とする発光装置。
ライトガイド先端部材は、励起光及び／又は波長変換された光に対して８０％以上の反射率を有する請求項１又は２に記載の発光装置。
ライトガイド先端部材の端面は、励起光を射出する側において、曲面を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
ライトガイド先端部材が、励起光を射出する側において、長手方向に突出した縁部が面取りされた形状の端面を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
ライトガイド先端部材の側面に凹凸が形成されてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
前記ライトガイド先端部材は、３５０〜５００ｎｍの光に対して屈折率が１．４以上である請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置。
励起光源から射出される励起光は、レーザ光である請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光装置。
前記ライトガイド先端部材は、Ａｇ、Ａｌ、ＺｒＯ _２、Ａｌ _２Ｏ _３、ＡｌＮ、ホウケイ酸ガラス、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、カーボン、銅、硫酸バリウムから成る群から選ばれる請求項１〜８のいずれか１つに記載の発光装置。
前記ライトガイド先端部材は、０．１Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導性を有する請求項１〜９のいずれか１つに記載の発光装置。
前記ライトガイド先端部材の端面は、励起光を射出する側において、長手方向に対して垂直に交わるように形成される請求項１又は２に記載の発光装置。