JP4526339B2

JP4526339B2 - 発光体

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Publication number: JP4526339B2
Application number: JP2004268122A
Authority: JP
Inventors: 肇齊藤; 茂夫藤田; 静雄藤田; 養一川上; 充船戸; 雅史原田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: JP2006085972A

Description

本発明は発光体に関し、特に、光ファイバを用いた線状の発光体または面状の発光体に関するものである。

発光体に光ファイバから漏れる光を利用するものがある。特に、このような光ファイバは、「側面漏光式光ファイバ」と称されている。側面漏光式光ファイバは、コアとそのコアよりも低い屈折率を有するクラッドとの２芯構造を基本構造とする光ファイバであり、光ファイバの端面から入射してコアを伝送する光の一部をクラッドへ漏光させ、漏光した光を光ファイバの側面から出射する機能を有している。この側面漏光式光ファイバは、「横漏れ光ファイバ」あるいは「漏曳光ファイバ」などとも称されている。

側面漏光式光ファイバにおいてコアからクラッドへ光を漏光させる手段としては、たとえば特許文献１，２には、光ファイバ側面に傷を形成してコアを伝送する光を散乱させる技術が開示されている。また、特許文献３，４，５には、光ファイバに歪を形成してコアの側面に光を臨界角(全反射条件を満足する入射角)以下で入射させることでクラッドの側へ光を漏光させる技術が開示されている。

さらに、特許文献６，７，８には、光ファイバの側面に微細な凹凸を形成する技術が開示されている。そして、特許文献９，１０では、光ファイバの内部に光拡散中心を分散させる技術が開示されている。

一方、光ファイバはイルミネーションなどの照明装飾にも広く用いられており、その意匠性や発光均一性を向上させるための様々な技術が提案されている。たとえば、特許文献１１では、輝点が間欠的に現れるように、光ファイバを線状反射体とともに撚り合せる技術が開示されている。また、特許文献１２では、スペーサ用の線状体の外周囲に複数本の光ファイバを所定の捩り曲率で捩る技術が開示されている。さらに、特許文献１３，１４では、光ファイバを平面状に配置して面状発光体を得る技術が提案されている。また、特許文献１５では、織物等の繊維製品に光学繊維材料を編入させた発光性繊維製品が提案されている。
特開昭５０−８３０４４号公報特開昭６３−２５３９０３号公報特開昭５０−８３０４９号公報特開平２−１０８００７号公報特開平２−１０８００８号公報特開昭６３−２９３５０５号公報特開昭６３−３１８５０２号公報特開平１−２７３００７号公報特公昭５１−２９９５１号公報特開昭６３−２４７７０５号公報特開平６−１８６４４４号公報特開平７−２７０６３０号公報実開平２−１５３９８号特開平７−３０１７１２号公報特公昭４７−４２５３４号公報

本発明者らは、上記従来技術を参考にして側面漏光式光ファイバを用いて白色光を呈する発光体（照明装置）を作製したところ、以下のような問題点があることがわかった。まず、側面漏光式光ファイバでは光源から離れるにしたがって、発光強度の減衰が避けられない。そのため、光源にはコヒーレンシーの高いレーザ光を用いることが好ましいが、半導体レーザ素子では白色光が得られないので、発光ダイオード素子を用いざるを得なかった。

ところが、白色光を呈する発光ダイオード素子ではまだ発光強度が十分ではない。そこで、より発光強度の高い線状発光を得るために、まず、発光色として、比較的高い発光強度が得られる赤色、緑色および青色の３種類の発光ダイオード素子を用意するとともに、３本以上の光ファイバを絡めた発光体を用意した。その発光体の光ファイバのそれぞれの端面に３種類の発光ダイオードのうちのいずれかを配置させて、その端面から各色の光を入射させて混色を行った。

しかしながら、この場合には発光色の異なる３つの光源を必要とするため、省電力化の点で不利であり、また、運搬にあたってはより慎重に取り扱う必要があり、さらに、発光ダイオードを実装するための手間が増えて生産性にも欠けるということがわかった。

また、上述した技術では、いずれも光ファイバの端面から入射する光を漏光させ、その漏光した光が視認されることになる。そのため、発光色は光ファイバの端面に結合された光源の波長により規定される。

しかし、光源から発せられる光が複数の極大波長を含む場合、たとえば赤、緑および青の３原色の光を光ファイバに伝送させて白色光を得ようとすると、光ファイバ媒質中における各原色光の減衰率が異なる。そのため、光源から離れるにつれて色バランスが変化してしまい、照明光源などに適用する際にはその演色性が損われることがわかった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、発光強度の減衰が小さく色バランスが均一で、かつ、省電力性、可搬性および生産性に優れた発光体を提供することである。

本発明者らは、光源としてレーザ光を用い、側面漏光式光ファイバと蛍光体とを組合せて、蛍光体から発せられる光（２次光）を視認させる構造とすることで、上記目的を達成する発光体を実現できることを見出し、本発明を想到するに至った。

本発明に係る発光体は、光ファイバと半導体レーザ光源と半導体結晶を用いた蛍光体とを備えている。光ファイバは、コアおよびコアを取囲むクラッドを有し、コアを伝送する光をクラッドの表面から漏光する機能を有している。半導体レーザ光源は、光ファイバの少なくとも一端に配設されている。半導体結晶の蛍光体は、半導体レーザ光源から発せられてコアを伝送した光により励起されて、赤色、緑色および青色のそれぞれの光を発する。その蛍光体は、光ファイバーのクラッド中に分散されている。

この構造によれば、まず、半導体レーザ光源から発せられて光ファイバを伝送するレーザ光によって、半導体結晶を用いた蛍光体が励起されて発せられる光（蛍光）が、発光体として発色される色の要素となる。そのレーザ光は干渉光としての性質が発光ダイオード素子の場合よりも強く、すなわち、コヒーレンシーが高いため、コアを伝送する光の損失を小さく抑えることができて、半導体レーザ光源からより遠くに離れても、光ファイバを伝送する光の強度の低下を最小限に抑えることができる。これにより、半導体レーザ光源からより離れたところに位置する蛍光体に対しても、半導体レーザ光源により近いところに位置する蛍光体と同様に励起して発光（蛍光）させることができ、平均演色評価数Ｒａが低下することが抑制される。その結果、色バランスの均一な発光体が得られる。なお、平均演色評価数Ｒａについては後述する。
また、半導体結晶を用いた蛍光体により、バンドギャップの制御によって発光波長と励起効率を制御することができ、特に、ＩＩＩ族窒化物半導体によるレーザ光源（青色）から発せられる光を１次光として用いた場合に、３８０〜４２０ｎｍの波長の光に対して励起効率を最適化することができて、効率に優れた発光体を得ることができる。
さらに、コアを伝送しクラッド内に漏れたレーザ光が、クラッド中に分散された蛍光体を励起することで蛍光体から光（蛍光）が発光し、その光がクラッドの側面から漏れて視認されることになる。

また、光ファイバの径を大きくすることなく、発光表面積を増やすためには、光ファイバを複数備え、複数の光ファイバは撚り合わされていることが好ましい。

あるいは、光ファイバと撚り合わされた線状体を備え、蛍光体は線状体中に分散されていることが好ましい。

この場合には、コアを伝送しクラッドから漏れたレーザ光が線状体中に分散された蛍光体を励起することで蛍光体から光（蛍光）が発光し、その光が視認されることになる。

その蛍光体によって発せられる赤色の光の極大波長は６００〜６７０ｎｍであり、青色の光の極大波長は５００〜５４０ｎｍであり、緑色の光の極大波長は４２０〜４８０ｎｍであることが好ましい。

蛍光体によって発せられる光の極大波長が上記範囲内にあることで、これらの光を混色させて白色光を得る際の演色性（平均演色評価数Ｒａ）を向上することができる。一方、光の極大波長が１つでも上記範囲を超えてしまうと、混色させた際の色のバランスが崩れてしまい演色性が低下することになる。

半導体レーザ光源としては、半導体レーザ光源から発せられる光の極大波長は３８０〜４２０ｎｍであることが好ましい。

これにより、蛍光体を励起させて混色させることによって得られる白色発光の演色性を向上させることができる。

そのような半導体レーザ光源として、具体的にＩＩＩ族窒化物半導体により構成されていることが好ましい。

これは、ＩＩＩ族窒化物半導体では、極大波長が３８０〜４２０ｎｍにおいて最も外部量子効率の高いを発光を得ることができるからである。

あるいは、可視光線を透過し、光ファイバおよび前記蛍光体を被覆する樹脂を備えていることが好ましい。

この場合には、樹脂で被覆されていることで、撚り合わせた光ファイバ等を最密な状態に保持することができる。また、物理的な力が外部から加わったとしても、撚り合わせが解けるようなことがなくなって、信頼性に優れた発光体が得られることになる。

また、樹脂には光を散乱するための散乱材が分散されていることが好ましい。

散乱材が分散されていることで、蛍光体から発せられた複数の色の光（蛍光）を均一に混色することができる。また、散乱によってレーザ光のコヒーレンシーが低下して視認に際して安全性が向上することになる。

あるいは、発光体として、光ファイバは並列されて平面状に配設されていることが好ましい。

上記のように、線状発光体では波高強度の減衰が少なく色バランスに優れており、このような線状発光体を最密状態にして平面状に配設することで、発光強度の面内分布が均一な平面状発光体が得られる。

さらに、光ファイバおよび線状体は、それぞれ一方向と一方向と交差する他方向とから互いに織り合わされて平面状に配設されていることが好ましい。

この場合には、光ファイバと線状体とを織り合わせていることで、光ファイバを単に並列させた場合と比べて光ファイバを支持する支持体が不要になるとともに、面状発光体自身の形状のフレキシビリティが向上して、たとえば服飾などの繊維製品にも適用することができる。

実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る発光体として、クラッドに蛍光体を分散させた光ファイバと青色半導体レーザ素子とを用いた線状発光体について説明する。

図１および図２に示すように、線状発光体１は、コア２とそのコア２を周方向から取囲むように同心円状に形成されたクラッド３とからなる光ファイバ４と、半導体レーザ素子５を備えて構成される。

光ファイバ４は、コア２を伝送する光をクラッド３の表面から漏光させる機能を有する側面漏光式光ファイバである。光ファイバ４のコア２には、ポリメチルメタクリレート樹脂(ＰＭＭＡ)が用いられている。また、クラッド３には、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体が用いられている。

クラッド３の屈折率はコア２の屈折率よりも小さく、しかも、コア２を伝送するレーザ光の一部がクラッド３に漏れるように、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンの重合体比が調整されている。そのコア２のコア径はたとえば０．２ｍｍであり、クラッド３のクラッド径はたとえば０．５ｍｍである。

そのクラッド３には、赤色、緑色および青色のそれぞれの光を発する蛍光体が均一に分散されている。これらの蛍光体では、混晶半導体微結晶の組成比と粒径を制御することによって蛍光波長が制御される。本実施の形態１では、赤色の光を発する蛍光体として粒径約８ｎｍのＺｎ_0.1Ｃｄ_0.9Ｓｅが用いられている。また、緑色の光を発する蛍光体として粒径約８ｎｍのＺｎ_0.6Ｃｄ_0.4Ｓｅが用いられている。そして、青色の光を発する蛍光体として粒径約５ｎｍのＺｎＳｅが用いられている。

半導体レーザ素子５は、図３に示すように、端面発光型のＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子である。ＩＩＩ族窒化物の半導体レーザ素子５では、ｎ型ＧａＮ基板５ａ上に、ｎ型ＧａＮバッファ層５ｂ、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５ｃ、ｎ型ＧａＮ光ガイド層５ｄ、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層５ｅ、ｐ型ＧａＮ光ガイド層５ｆ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５ｇ、ｎ型ＡｌＧａＮ電流ブロック層５ｉ、ｐ型ＧａＮコンタクト層５ｈがそれぞれ積層されている。そのｐ型ＧａＮコンタクト層５ｈの表面にはｐ型オーミック電極５ｋが形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板５ａの裏側にはｎ型オーミック電極５ｊが形成されている。

この半導体レーザ素子５が発する光の極大波長は４０５ｎｍである。半導体レーザ素子５は光ファイバ４の少なくとも一端面側に配設されている。半導体レーザ素子５と光ファイバ４の端面との間にはレンズ６が配設されている。半導体レーザ素子４より出射されたレーザ光は、レンズ６によってコア２の端面に集光される。

次に、上述した線状発光体１の動作について説明する。まず、ＩＩＩ族窒化物の半導体レーザ素子５に電流を流すことで半導体レーザ素子５からレーザ光が出射する。出射したレーザ光は光ファイバ４のコア２へ入射し、コア２内を伝送する間に、レーザ光はコア２からクラッド３へ漏光する。

クラッド３に漏光した光によってクラッド３内に分散する蛍光体が励起されて、赤色、緑色および青色の光（蛍光）がそれぞれ発せられる。発せられた赤色、緑色および青色の光は混合（加色混合）されて、クラッド３の表面からは白色光が発せられることになる。

次に、上述した線状発光体１について行なった評価について説明する。まず、線状発光体４の単位長さに対する発光強度の変化を評価した。その結果を図４に示す。図４に示すように、光ファイバの長さに対する発光強度は、光ファイバ４の入射端面における発光強度を１００％とした発光強度比として表されている。

本実施の形態に係る線状発光体１では、光源としてＩＩＩ族窒化物の半導体レーザ素子５が使用されている。一方、比較例となる線状発光体では、光源として、極大波長４０５ｎｍのＩＩＩ族窒化物発光ダイオード素子が用いられている。半導体レーザ素子５では、発光ダイオード素子に比べると干渉光としての性質（コヒーレンシー）がより強いために、発光強度の減衰の程度は比較例に比べて小さいことがわかった。

次に、線状発光体４の単位長さに対する平均演色評価数Ｒａの変化を評価した。その結果を図５に示す。平均演色評価数Ｒａとは、基準光源による色彩を忠実に再現しているかを指数で表したもので、原則的に、この評価数Ｒａが１００に近いほど演色性がよいと判断される。

図５に示すように、本実施の形態に係る線状発光体１では、レーザ光が入射する光ファイバ４の端面近傍の平均演色評価数ＲａはＲａ９０であり、光ファイバの長さに対して平均演色評価数Ｒａは、その値からほとんど変化しないことがわかった。

一方、光源として白色発光ダイオード素子を用いた比較例となる線状発光体では、光源として半導体レーザ素子を用いた場合と比べて、光ファイバの長さとともに平均演色評価数Ｒａが低下することがわかった。

これは、次のように考えられる。まず、比較例において発光ダイオード素子から出射される光の色が３原色からなる場合には、光ファイバ中を伝送する際の光の減衰率が色によって異なるため、光ファイバを伝送するのに伴って色バランスが変化してしまう。

これに対して、本実施の形態に係る線状発光体１では、発光を呈する蛍光の色バランスは光ファイバ４の長さに依存しない。また、光ファイバ４を伝送する光の強度がたとえ減衰したとしても、蛍光体が励起されて発せられる赤色、緑色および青色の光の発光強度比の関係は変わらない。その結果、平均演色評価数Ｒａは低下しないと考えられる。

上述した線状発光体１では、光ファイバ４を構成するコアの材料としてポリメチルメタクリレート樹脂、クラッドの材料としてフッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体を例に挙げて説明した。この他にもさまざまな有機樹脂を用いることができ、コア２として、たとえばポリスチレン系重合体やシリコン系重合体を用いてもよい。

また、クラッド３として、テトラフルオロエチレン重合体に代えてプロピレン系、ヘキサフルオロアセトン系、トリフルオロエチレン系などの各重合体を用いて屈折率を調整してもよく、また、パーフルオロメタムリレート系やメタクリル酸エステル系などの単重合体を用いてもよい。

さらに、クラッド３に分散される蛍光体についても、上述した蛍光体以外に汎用的な蛍光体、たとえば(Ｙ_1−x−yＣｄ_xＬａ_y)₂Ｏ₃:ＴＭ、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ:ＴＭ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇:ＴＭ、(Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ)₁₀(ＰＯ₄)₆Ｃｌ₂:ＴＭ（ＴＭ：遷移金属元素）などを用いてもよい。この場合にも、上述した線状発光体と同様に、発光強度の減衰や平均演色評価数Ｒａの低下を抑制することができる。

ところで、これらの蛍光体は酸化物蛍光体であり、酸化物蛍光体では、いずれも吸収極大波長は３００〜３８０ｎｍの紫外領域にある。そのため、効率的な励起を行なうために光源として紫外光を発光する光源を用いる必要がある。しかしながら、紫外光は光ファイバの構成材料である樹脂を劣化させるため、線状発光体の信頼性が低下するという問題を有する。

上述した線状発光体１では、蛍光体として半導体微結晶の蛍光体が用いられている。半導体微結晶では、その組成および粒径を制御することによって吸収波長を制御することができる。そこで、本実施の形態に係る線状発光体１の半導体微結晶では、吸収極大波長が３８０〜４２０ｎｍの青紫色の領域にあるように調整されている。

また、蛍光体として、発光を呈するコアと励起光を吸収するシェルとの２層構造の蛍光体とすることにより、蛍光体の吸収極大波長と発光（蛍光）極大波長を独立して制御することも可能である。

このような好ましい半導体微結晶からなる蛍光体として、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇのＩＩ族元素とＳ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＯのＶＩ族元素を任意に組み合せたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いることができる。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いても同様の蛍光体を構成することができる。特に、ＧａＮ−ＩｎＮ混晶よりなるＩＩＩ族窒化物蛍光体では、赤〜青の波長の光を発光することができ、信頼性に優れるので好ましい。

また、蛍光体によって発せられる光（蛍光）の波長に関して、赤色では６００〜６７０ｎｍに発光極大波長を有し、緑色では５００〜５４０ｎｍに発光極大波長を有し、青色では４２０〜４８０ｎｍに発光極大波長を有するように構成することが好ましい。この場合には、各波長の範囲の光を混色させた際の演色性（平均演色評価数）が高く、照明の光源として適しているからである。

一方、蛍光体として(Ｙ、Ｇｄ)₃Ａｌ₅Ｏ₁₂:Ｓｅを用い、励起光源として発光波長約４６０ｎｍの青色発光素子を用いれば、一応白色を呈することはできる。しかしながら、この場合には、演色性が著しく低くいため好ましくない。

また、光源から発せられる光の一部を透過させて赤色を発光する蛍光体と緑色を発光する蛍光体と混色すれば、青色蛍光体は不要になる。しかしながら、本発明に係る線状発光体１では、光源として半導体レーザ素子５が使用されている。

半導体レーザ素子５では、発光する光のエネルギー密度が高く、しかも、指向性が強い。そのため、このような光を人が直接視認することは安全上好ましくない。したがって、半導体レーザ素子５から発せられる光のほとんどの成分が蛍光体で吸収されるように、クラッド３中に分散させる蛍光体の充填度を上げることが好ましい。

本発明に係る線状発光体の光源としては、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子が最も好ましい。ＩＩＩ族窒化物の半導体レーザ素子５では、発光極大波長が３８０〜４２０ｎｍにおいて外部量子効率が最大となる。

そのため、上述した蛍光体を効率良く励起して発光（蛍光）させることができ、また、光ファイバ４を構成する樹脂を劣化させるのを抑制することができる。なお、半導体レーザ素子５としては、上述した端面発光型に限られず、たとえば面発光型の半導体レーザ素子でもよい。また、本発明に係る発光体は、上述した線状発光体に限定されるものではない。

実施の形態２
本発明の実施の形態２に係る発光体として、クラッドに蛍光体を分散させた光ファイバを撚り合わせた線状発光体の一例について説明する。図６に示すように、本実施の形態に係る線状発光体１０では、クラッドに赤色、緑色および青色のそれぞれの光を発する蛍光体を分散させた前述の光ファイバと同様の光ファイバ１１ａ〜１１ｃが３本撚り合わされて、複合型光ファイバ１２が構成されている。

３本の光ファイバ１１ａ〜１１ｃの端面側に、半導体レーザ素子１３が配設されている。３本の光ファイバ１１ａ〜１１ｃの端面と半導体レーザ素子１３との間には、ビームスプリッタ１４とレンズ１５が配設されている。

上述した線状発光体１０では、半導体レーザ素子１３から発せられるレーザ光は、ビームスプリッタ１４にて３つに分割される。分割されたそれぞれのレーザ光は、レンズ１５によって光ファイバ１１ａ〜１１ｃのコアの端面に集光される。

光ファイバにおいて光ファイバの直径を大きくすると、クラッドの表面積は増大するが、単位面積あたりの発光強度は減少することになる。上述した線状発光体１０では、前述した効果に加えて次のような効果が得られる。

すなわち、比較的細い光ファイバ１１ａ〜１１ｃを撚り合わせて、より太い複合光ファイバ１２を構成することで、発光強度を低下させることなく線状発光体１０を太くすることができる。これにより、線状発光体１０の取扱いがより容易になって、可搬性が向上する。

なお、上述した線状発光体１０では、複合型光ファイバ１２として３本の光ファイバ１１ａ〜１１ｃを撚り合わせる場合を例に挙げて説明したが、撚り合わせる光ファイバの本数は３本に限られるものではない。

実施の形態３
本発明の実施の形態３に係る発光体として、クラッドに蛍光体を分散させた光ファイバを撚り合わせた線状発光体の他の例について説明する。図７に示すように、本実施の形態に係る線状発光体１２では、クラッドに赤色の光を発する蛍光体だけを分散させた光ファイバ１２ａと、クラッドに緑色の光を発する蛍光体だけを分散させた光ファイバ１２ｂと、クラッドに青色の光を発する蛍光体だけを分散させた光ファイバ１２ｃとの３本の光ファイバ１２ａ〜１２ｃが撚り合わされて、複合型光ファイバ１２が構成されている。

光ファイバ１２ａのクラッドに分散される赤色の光を発する蛍光体は、粒径約８ｎｍのＺｎ_0.1Ｃｄ_0.9Ｓｅであり、光ファイバ１２ｂのクラッドに分散される緑色を発する蛍光体は、粒径約８ｎｍのＺｎ_0.6Ｃｄ_0.4Ｓｅであり、光ファイバ１２ｃのクラッドに分散される青色を発する蛍光体は、粒径約５ｎｍのＺｎＳｅである。

上述した線状発光体では、３本の光ファイバ１２ａ〜１２ｃが撚り合わされることで、光ファイバ１２ａから発せられる赤色の光（蛍光）と光ファイバ１２ｂから発せられる緑色の光（蛍光）と光ファイバ１２ｃから発せられる青色の光（蛍光）とが混色されて、複合型光ファイバ１２として白色光が発光されることになる。

なお、上述した線状発光体では、複合型光ファイバ１２として３本の光ファイバ１２ａ〜１２ｃを撚り合わせることで、線状発光体を細く構成することができるが、撚り合わせる光ファイバの本数に制限はない。

たとえば、図８に示すように、３本以上の光ファイバを最密状態に撚り合せることでより太い線状発光体１２を構成するようにしてもよい。また、図９に示すように、各色の光を発する光ファイバ１２ａ〜１２ｃを、各側面が間欠的に交互に表われるように撚り合せてもよく、この場合には、各光ファイバ１２ａ〜１２ｃから発せられる光（蛍光）をムラなく混色させることができて、より均一な白色光を得ることができる。

実施の形態４
本発明の実施の形態４に係る発光体として、クラッドに蛍光体を分散させていない側面漏光式光ファイバと、蛍光体を分散させた線状体とを撚り合せた線状発光体について説明する。図１０に示すように、本実施の形態に係る線状発光体２０では、クラッドに蛍光体を分散させていない側面漏光式光ファイバ２１のまわりに、蛍光体を分散させた線状体２２が撚り合わされている。

線状体２２は単一の樹脂で構成され、光ファイバのような光を伝送するためのコアとクラッドを有していない。線状体２２を構成する樹脂として、この場合シリコン樹脂が用いられている。

線状体２２に分散された蛍光体は、赤色の光を発する蛍光体として粒径約８ｎｍのＺｎ_0.1Ｃｄ_0.9Ｓｅが用いられている。また、緑色の光を発する蛍光体として粒径約８ｎｍのＺｎ_0.6Ｃｄ_0.4Ｓｅが用いられている。そして、青色の光を発する蛍光体として粒径約５ｎｍのＺｎＳｅが用いられている。さらに、蛍光体では、各蛍光体によって発せられる光（蛍光）が混色されて白色の発光が得られるように充填比率が調整されている。

上述した線状発光体２０では、前述した線状発光体の場合と同様に、発光強度が減衰するのを抑えるとともに、平均演色評価数Ｒａが低下するのを抑制する効果に加えて、次のような効果が得られる。

すなわち、線状発光体２０では、側面漏光式光ファイバ２１は、線状発光体２０を構成する部品の中で相対的にコストが高いところ、蛍光体は側面漏光式光ファイバ２１のクラッドに分散させずに、別途樹脂の線状体２２に分散されている。

これにより、側面漏光式光ファイバ２１として汎用の光ファイバを用いることができ、また、蛍光体を側面漏光式光ファイバのクラッドに分散させるよりも、単一の樹脂の線状体に分散させる方が生産性とコストの面において有利になる。その結果、従来の線状発光体よりも生産性よく安価に線状発光体２０を製造することができる。

なお、上述した線状発光体２０においても、撚り合わせる側面漏光式光ファイバ２１および線状体２２の本数に特に制限はない。たとえば図１１に示すように、側面漏光式光ファイバ２１のまわりに撚り合わせる蛍光体を分散させた線状体２２の本数を増やしてもよい。また、側面漏光式光ファイバ２１から漏れる光によって線状体２２に分散された蛍光体が励起されるような位置関係であれば、たとえば図１２に示すように、側面漏光式光ファイバ２１の本数やその側面漏光式光ファイバ２１と線状体２２との位置関係についても特に制限はない。

さらに、蛍光体を分散させる線状体２２としては、１本の線状体に赤色、緑色および青色のそれぞれの光を発する蛍光体を分散させる他に、１本の線状体には赤色の光を発する蛍光体だけを分散させ、他の１本の線状体には緑色の光を発する蛍光体だけを分散させ、さらに他の１本の線状体には青色の光を発する蛍光体だけを分散させたものを用い、これらの線状体を側面漏光式光ファイバと撚り合せて白色発光を得るようにしてもよい。

実施の形態５
実施の形態５に係る発光体として、側面漏光式光ファイバを樹脂で被覆した線状発光体について説明する。図１３および図１４に示すように、本実施の形態に係る線状発光体３０では、前述したクラッドに蛍光体を分散させた側面漏光式光ファイバと同様の７本の側面漏光式光ファイバ３１が撚り合わされ、その撚り合わされた側面漏光式光ファイバ３１に対しこれを周囲から透光性樹脂３２が覆っている。その透光性樹脂３２として、シリコン樹脂が用いられている。

上述した線状発光体３０では、撚り合せた側面漏光式光ファイバ３１が透光性樹脂３２で被覆されていることで、撚り合せた側面漏光式光ファイバ３１を最密状態に保持することができる。また、線状発光体３０に応力が加わっても、側面漏光式光ファイバ３１の撚り合せが解けることがなく、線状発光体３０の機械強度を高めることができて、可搬性が向上する。

なお、透光性樹脂３２で光ファイバを被覆することは、実施の形態２〜４において説明した複数の光ファイバおよび線状体を撚り合せて構成される線状発光体にも適用することができる。

そこで、変形例として実施の形態３において説明した線状発光体を透光性樹脂にて被覆した発光体について説明する。図１５に示すように、変形例に係る線状発光体３０では、漏光式光ファイバ１２ａ〜１２ｃを被覆する透光性樹脂３２に粒径約１μｍのガラス粒子３３が分散されている。

ガラス粒子３３を透光性樹脂３２に分散させることによって、ガラス粒子３３が光を拡散させる拡散材としての役目を果たし、蛍光体から発せられる赤色、緑色および青色の光がより均一に混色されることになる。この線状発光体３０について平均演色評価数Ｒａを評価したところ、平均演色評価数ＲａがＲａ９５に向上することがわかった。

このように、変形例に係る線状発光体３０では透光性樹脂３２中に光の拡散材としてのガラス粒子３３を分散させることにより、蛍光体から発せられる光を散乱させて均一に混色することができる。このことは、赤色、緑色および青色を光を発する蛍光体をそれぞれ異なる側面漏光式光ファイバ１２ａ〜１２ｃのクラッドに分散させた場合に、均一に混色するための有効な手段となる。

また、線状発光体３０の励起光源として用いられるレーザ光は、光エネルギー密度が高く指向性が強いため、直接視認することは好ましくない。変形例に係る線状発光体３０では、蛍光体に吸収されないレーザ光の成分も、透光性樹脂３２中に分散されたガラス粒子３３によって散乱されることになる。これにより、コヒーレンシーが低下して安全性を高めることができる。なお、拡散材としては、ガラス(ＳｉＯ₂)粒子の他に気泡でもよく、また、粒径が小さく充填度が低ければ金属粒子でもよい。

実施の形態６
実施の形態６に係る発光体として、面状発光体の一例について説明する。図１６に示すように、本実施の形態に係る面状発光体４０では、面状の支持体４１上面に、たとえば実施の形態１において説明した線状発光体と同様の線状発光体４２が並列に、かつ、最密状態に配設されている。

線状発光体４２の一端面には青色半導体レーザ素子(図示せず)が配設され、線状発光体４４の他端面には光反射板４４が取り付けられている。

上述した面状発光体４０では、支持板４１上に配設される線状発光体として、クラッドに所定の蛍光体が分散された光ファイバが配設され、蛍光体を励起するための光源として半導体レーザ素子が適用されていることで、実施の形態１において説明したように、発光強度の減衰が少なく、色バランスが低下しない。

これにより、線状発光体を支持体４１の上に配設して発光面積を増大させても、発光強度の面内のばらつき（不均一性）が少なく、平均演色評価数Ｒａの高い白色発光を得ることができる。

なお、面状発光体４０を構成する線状発光体４２では、その長さを長くしても発光強度の減衰が小さいという特長を有しているので、たとえば図１７に示すように、１本の長い線状発光体４２を折り返しながら面状に配置しても、発光強度の均一性が損なわれることはない。したがって、この場合には、線状発光体４２の本数を減らすことができ、その結果、半導体レーザ素子４３との結合箇所も少なくなり、実装の手間を大幅に低減することができる。

実施の形態７
実施の形態７に係る発光体として、面状発光体の他の例について説明する。図１８に示すように、本実施の形態に係る面状発光体５０では、線状発光体４２を縦糸のようにし、透光性を有する線状体５１を横糸のようにして、これらを織り込んで面状に配設されている。線状発光体４２の一端面には、青色半導体レーザ素子４３が配設され、線状発光体４２の他端面には光反射板４４が取り付けられている。

上述した面状発光体５０では、線状発光体４２と線状体５１とを織り合わせることで、面状とされている。これにより、前述した面状発光体４０と比べると、支持体４１を設ける必要がなくなる。このため、導光板や発光素子アレイを用いた面状発光体等に比べると、面状発光体の形状のフレキシビリティが高くなって、たとえば従来は適用が難しかった服飾などの繊維製品に面状発光体を適用することができて、多大な機能と付加価値を与えることができる。

なお、今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係る線状発光体の一側面図である。同実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける光ファイバの断面図である。同実施の形態において、線状発光体に使用される半導体レーザ素子の断面斜視図である。同実施の形態において、光ファイバの単位長さに対する線状発光体の発光強度の変化を示すグラフである。同実施の形態において、光ファイバの単位長さに対する線状発光体の平均演色評価数の変化を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る線状発光体の一側面図である。本発明の実施の形態３に係る線状発光体の光ファイバの一断面図である。同実施の形態において、他の線状発光体の光ファイバの一断面図である。同実施の形態において、線状発光体の光ファイバの撚り方の一例を示す平面図である。本発明の実施の形態４に係る線状発光体の光ファイバの一断面図である。同実施の形態において、他の線状発光体の光ファイバの一断面図である。同実施の形態において、さらに他の線状発光体の光ファイバの一断面図である。本発明の実施の形態５に係る線状発光体の光ファイバの一断面図である。同実施の形態において、線状発光体の光ファイバの一側面図である。同実施の形態において、変形例に係る線状発光体の光ファイバの一断面図である。本発明の実施の形態６に係る面状発光体の斜視図である。同実施の形態において、変形例に係る面状発光体の光ファイバを示す平面図である。本発明の実施の形態７に係る面状発光体の平面図である。

符号の説明

１，１０，２０，３０，４２線状発光体、２コア、３クラッド、４、１１ａ〜１１ｃ側面漏光式光ファイバ、５，１３，４３半導体レーザ素子、６，１５レンズ、１２複合光ファイバ、１４ビームスプリッタ、２１蛍光体非分散光ファイバ、２２，３１蛍光体分散光ファイバ、３２透光性樹脂、４１支持体、４４光反射板、５１透光性線状体。

Claims

コアおよび前記コアを取囲むクラッドを有し、コアを伝送する光を前記クラッドの表面から漏光する機能を有する光ファイバと、
前記光ファイバの少なくとも一端に配設された半導体レーザ光源と、
前記半導体レーザ光源から発せられて前記コアを伝送した光により励起されて、赤色、緑色および青色のそれぞれの光を発する、半導体結晶の蛍光体と
を備え、
前記蛍光体は、前記光ファイバの前記クラッド中に分散されている、発光体。
前記光ファイバを複数備え、
複数の前記光ファイバは撚り合わされている、請求項１記載の発光体。
前記光ファイバと撚り合わされた線状体を備え、
前記蛍光体は、前記線状体中に分散されている、請求項１記載の発光体。
前記蛍光体によって発せられる赤色の光の極大波長は６００〜６７０ｎｍであり、青色の光の極大波長は５００〜５４０ｎｍであり、緑色の光の極大波長は４２０〜４８０ｎｍである、請求項１〜３のいずれかに記載の発光体。
前記半導体レーザ光源から発せられる光の極大波長は３８０〜４２０ｎｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の発光体。
前記半導体レーザ光源はＩＩＩ族窒化物半導体により構成された、請求項５記載の発光体。
可視光線を透過し、前記光ファイバおよび前記蛍光体を被覆する樹脂を備えた、請求項３記載の発光体。
前記樹脂には光を散乱するための散乱材が分散された、請求項７記載の発光体。
前記光ファイバは並列されて平面状に配設された、請求項１記載の発光体。
前記光ファイバを保持するための透光性線状体を備え、
前記光ファイバおよび前記透光性線状体は、それぞれ一方方向と一方向と交差する他方向とから互いに織り合わされて平面状に配設された、請求項１記載の発光体。