JP5358872B2

JP5358872B2 - 発光装置

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Publication number: JP5358872B2
Application number: JP2006200960A
Authority: JP
Inventors: 卓史杉山
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2026-07-24
Also published as: JP2008028245A

Description

本発明は、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、プロジェクタ装置、レーザディスプレイ、内視鏡などに利用可能な発光装置に関し、特に、半導体発光素子と光ファイバを用いた発光装置に関する。

照明装置、プロジェクタ装置、レーザディスプレイ、内視鏡などにおいて、様々な波長の光が発光可能な発光装置が使用されている。このような発光装置の光源としては、従来は蛍光ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどが用いられており、それらの光を光ファイバに導入して発光装置としていた。近年、それらの光源に代わるものとして、発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子を用いる方法が検討されている。

例えば、青色レーザを光源とし、光ファイバの先端に蛍光体を用いて波長を変換させて白色光を発光させる内視鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、光ファイバにプリズム又は反射鏡を接合させて、任意の角度で外部に光を出射することが可能な照明装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３２８９２１号公報特開平８−２８６０４４号公報

上記のような発光装置は、従来の発光装置に比して小型化できることに加え、半導体発光素子自体が劣化しにくいために寿命が長い。そのため、取替えなどの手間が少なくなるというメリットもある。しかしながら、これらの発光装置は、光の取り出し効率や配光特性などの光学特性については、更なる検討が必要である。

例えば、特許文献１に記載の内視鏡は、レーザ光が出ないような膜（励起光反射膜）を設けることで蛍光部材を無駄に透過してしまうことを防止し、再度蛍光部材内に戻して蛍光体に当たる機会を増やすようにしている。しかしながら、このような波長を選択する膜は、膜厚を非常に精度よく制御しないとその効果を得ることができない。そのため、完全にレーザ光を反射させることは困難であり、一部はレーザ光のまま外部に出射されてしまう。これにより、被照射物の部材によってはレーザ光によって劣化する場合があり、また、人体に直接照射されるなどの危険がある。さらに、蛍光部材を透明樹脂などの高屈折率媒体に分散させて光ファイバの先端に設け、さらに光源や蛍光部材からの光を反射させるために金属皮膜からなる反射膜を設けることで光の取り出し効率を向上させることが記載されている。しかし、樹脂と金属とは接着性が悪いために安定して反射膜を保持しにくく、剥離が生じる場合がある。そのような場合、剥離部の金属が着色するなどの劣化が生じ、その部分が光を吸収するなどによって反射効率が低下しやすくなり結果として光の取り出し効率を悪化させることがある。

また、特許文献２には、光ファイバにプリズム又は反射鏡を接合させることで、光ファイバを曲げることなく任意の角度で外部に光を出射させることが記載されている。さらに、光を出射させる開口部を、透明又は乳白色材料からなる拡散板で封鎖し、出射光の拡散を図ることが記載されている光ファイバとの結合効率を良くするためには、光源としてコヒーレントな光を放出するレーザ素子を用いるのが好ましい。しかしながら、特許文献２に記載されているようなプリズムや反射鏡を介しただけでは、角度を変えることは可能であっても外部に出射されるのはレーザ光であるため危険である。また、そのように角度を変えられたレーザ光を、開口部に設けた拡散板で拡散した場合、多少は拡散されて危険性は低減できるものの不十分である。

本発明は上記のような問題を解決するものであり、レーザ光が外部に漏れることを抑制して危険性の低い光を出射可能な構成を有する発光装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子と光学的に接続される導光部材と、導光部材の出射側の端面近傍に取り付けられ半導体レーザ素子からの光を出射可能な開口部を有する光部品と、を有する発光装置であって、開口部は、導光部材の中心軸との交点と異なる領域に配されており、導光部材の端面と開口部との間に、半導体レーザ素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する波長変換部材を有することを特徴とする。これによりレーザ光が直接外部に放出されることを抑制することができる。また、均一な色調の混色光を得ることができる。

また、本発明の請求項２に記載の発光装置は、キャップは、内壁が粗面であることが好ましい。これにより、レーザ光をより効率良く拡散させることができる。

本発明の請求項３に記載の発光装置は、波長変換部材は、導光部材端面と離間していることを特徴とする。また、本発明の請求項４に記載の発光装置は、波長変換部材は、開口部内に配されていることを特徴とする。これにより、波長変換部材の劣化を抑制することができる。

本発明に係る発光装置により、レーザ光が外部に漏れることを容易に抑制することができるとともに、波長変換部材によって変換された光を任意の方向に出射することが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限定するものではない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。以下、図面を参照しながら本形態に係る発光装置について説明する。

図１Ａは、本実施の形態における発光装置１００示す。図１Ｂは、図１Ａの発光装置に用いられる光部品１１０を拡大した図である。図１Ｃは、図１Ｂの光部品１１０の構成を示す図である。

図１Ａに示すように、本実施の形態に係る発光装置は、パッケージ１２２の内部に半導体発光素子１２１を備える光源１２０と、光源１２０からの光を受けて集光させるレンズ１４０と、集光された光を導光部材に導入するためのコネクタ１５０と、コネクタ１５０に接続された導光部材１３０と、導光部材１３０の出射側の端面近傍に取り付けられる光部品１１０と、を備えている。光部品１１０は、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、導光部材１３０の出射側の端部に取り付けられる保持部材１１２と、この保持部材１１２が固定されたフランジ１１１とを有している。そして、保持部材１１２の先端部を被覆するキャップ１１３を有しており、キャップ１１３とフランジ１１１とは溶接などにより接合されている。

そして、本実施の形態においては、光部品を構成しているキャップに開口部を有し、この開口部が、導光部材の中心軸との交点と異なる領域に配されており、導光部材の端面と開口部との間に、波長変換部材を有することを特徴とする。このような構成とすることで、半導体レーザ素子から発せられ導光部材を伝播されるレーザ光が、直接外部に放出されるのを抑制することができる。すなわち、導光部材の中心軸との交点に開口部を有していると、導光部材内を伝播されてきたレーザ光が直接外部に放出される場合がある。本実施の形態においては、開口部が導光部材の中心軸との交点とは異なる領域に配されているため、導光部材から出射されるレーザ光が直接外部に放出されることなく、波長変換部材によって変換されたランダム光が外部に出射される。

（光部品）
本実施の形態において、光部品は導光部材の先端に設けられる部材であり、この光部品によって出射される光の配光特性などの光学特性を調整することができる。尚、本実施の形態においては、光を取り出すための機構のみを説明するが、ＣＣＤカメラを設けるなど他の部材を併用して用いることも可能であることは言うまでもない。

光部品は、具体的には図１Ｂ、図１Ｃに示すように、導光部材１３０の出射側の端部に取り付けられる保持部材１１２と、この保持部材１１２が固定されたフランジ１１１とを有している。そして、保持部材１１２の先端部を被覆するよう円筒形のキャップ１１３を有しており、キャップ１１３とフランジ１１１とは溶接などにより接合されている。

キャップ１１３は、導光部材１３０を伝播される光源からの光を出射可能な開口部１１５を有しており、本発明においては、この開口部が、導光部材１３０の中心軸との交点と異なる領域に配されている。さらに、この開口部と導光部材端面との間に、波長変換部材１１４を有している。

（キャップ）
本実施の形態において、キャップは導光部材及びその先端に設けられる保持部材を保護するためのものであり、それらが嵌合可能な貫通孔を有している。さらに、キャップの一部には導光部材の先端から出射される光を放出可能な開口部が設けられている。そして、この開口部が導光部材の中心軸との交点と異なる領域に配されている。

導光部材の端面から出射される光は、導光部材の中心軸と一致する領域の強度が最も大きい。そのため、この中心軸の延長上にキャップの開口部が設けられると、光源からのレーザ光がそのまま出射されやすい。したがって、この領域以外の領域に開口部を設けることで、レーザ光が直接外部に漏れることを抑制することができる。言い換えれば、導光部材の中心軸との交点には、必ずキャップの内壁が配されるようにし、この部分でレーザ光を拡散させてコヒーレンス性の低いランダム光へと変化させている。

キャップの形状（外形）は、保持部材及び導光部材の先端部を保護できるようにするのが好ましく、例えば図１Ｂに示すような円筒形のものが良い。円筒とする場合、キャップの先端部側からフランジとの結合部側まで、同じ径の円筒でもよく、あるいは徐々に径が小さく、あるいは大きくなるような形状とすることもできる。このように、外周に角部を設けないようにすることで、内視鏡などとして用いる場合、人体を損傷するなどの問題を生じにくくすることができる。さらに、フランジも含めて外周を円柱状となるようにするのが好ましい。

さらに、先端部側とフランジ側の間に、他の部分よりも径の小さい部分、すなわち、外周が一回り小さくなるような部分を設ける形状など、種々選択することができる。また、光部品を複数用いて、例えば照明装置などに用いる場合は、基体に固定し易いように、四角柱形状などにしてもよい。あるいは、円柱形のうちの一部に平らな部分を設ける形状などでもよい。このように外形の一部に平らな面を設けることにより、基体などに固定し易いだけでなく、平らな面（固定面）と開口部との位置関係とを特定し易いため、配光特性の制御が容易となる。基体が平らな場合は、キャップの平らな面とを接合させることで容易に安定に固定できる。

あるいは、キャップの外周の一部に凸部あるいは凹部などを設けておき、この部分を利用して基体に固定し易くすることもできる。例えば、基体と固定治具との間にキャップを挟むような形で固定させる場合に、その固定治具がずれにくくするような凹部を形成しておくことで、容易に固定することができる。

キャップの内部形状は、保持部材が保持される領域については、図１Ｃに示すような保持部材の外形と同一の形状（円筒形）が好ましいが、これに限らず、内部に保持部材が挿入可能な程度の大きさの貫通孔が形成されていればよい。この貫通孔は、全体にわたって同じ径としてもよいし、保持部材を保持する領域と、透光性部材などを保持する領域とを異なる径となるようにしてもよい。また、単一な内径ではなく、徐々に広がるように、あるいは徐々に狭くなるような貫通孔としてもよい。また、貫通孔の数については、図１Ｃなどには１つの貫通孔を設けたものを例示しているが、これに限らず、２以上の複数個設けてもよい。例えば、複数の光源を用いて複数の導光部材を用いる場合などは、貫通孔を複数設けてそれぞれの光を独立して放出させるようにすることもできる。

また、保持部材及び導光部材の端面と対向する内壁、すなわち、キャップの先端部の内壁は、図１Ｃなどに示すように、平坦な面が好ましい。特に、この領域（空間）は、波長変換部材を含有する透光性部材１１５が内在される部分となるので、大きな凹凸などを設けることで透光性部材が安定しにくくなる場合があるため、平坦な面とすることで比較的容易に安定してこれら部材を固定することができる。

ここで、あまり平坦性が高い面とすると、導光部材の端面から出射されたレーザ光が高いコヒーレンス性を有した状態で反射されてしまう場合がある。そのため、好ましくは、粗面あるいは微細な凹凸を有する面とするのが好ましい。このような粗面あるいは微細な凹凸面は、保持部材の先端部の内壁だけに限らず、側面の内壁にも施すことができる。これらは、ブラスト加工やレーザ加工によって行うことができる。

また、内壁の状態だけでなく、形状についても光学特性を考慮して適宜選択することができる。例えば、図２Ｅに示すように、開口部に向かって傾斜する内壁２１３ａとしてもよい。このようにすることで、内壁によって反射された光が開口部に向かって進むため、効率良く外部に出射させることができる。図２Ｅでは、曲面となるように内壁２１３ａを設けている例を示しているが、これに限らず、平面としてもよい。

キャップの材料としては、特に限定するものではないが、熱伝導率の高いものが好ましい。特に、透光性部材やその中に含有させる波長変換部材などに、光源からの光などが照射されるときに発熱を伴う場合がある。そのような場合、色度が変化したり光度が低下したりするなどの変質の原因となりやすいため、キャップの材料を少なくとも透光性部材や色変換部材よりも熱伝導率の高い部材とするのが好ましい。このような材料として、具体的には金属（ステンレス、銅、真鍮、コバール、アルミニウム、銀等）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化珪素(ＳｉＣ)、ＣｕＷ、Ｃｕダイヤモンド、ダイヤモンドなどが挙げられる。

（キャップの開口部）
キャップに設けられる開口部は、導光部材の中心軸の交点と異なる領域に設けられる。例えば、図１Ｂに示すような円筒形のキャップ１１３の場合、側面に開口部１１５を設けることができる。このように導光部材の端面から出射される光が、キャップの内壁（先端の内壁）に、直接あるいは透光性部材などを介して間接的に、必ず当たるようにし、これによってコヒーレンス性を喪失した光として開口部へと導くことで、外部にレーザ光が漏れるのを抑制することができる。

開口部は、図１Ｃに示すように、断面から見ると開口部側面がキャップの内壁に対して垂直となるように形成することができる。あるいは、図２Ａに示すように、開口部２１５ａの側面を傾斜させ、キャップ２１３の外面に向かって徐々に広がるような開口部とすることもできる。あるいは、図２Ｄに示すように、キャップ２１３の外面に向かって狭くなるような開口部２１５ｂとすることもできる。これらを調整することで、外部に放出される光の配光特性を制御することが可能となる。

また、開口部の形状や大きさについても、目的や用途に応じて適宜選択することができる。例えば、図１Ｂに示すように、長方形状の開口部１１５とし、その長辺がキャップ１１３の直径よりも小さくなるようにすることができる。このようにすることで、所望の方向に光を出射させることができる。あるいは、図２Ｄに示すように、開口部２１５ｂの一部が、保持部材の先端領域に掛かるようにすることもできる。特に、後述するようにキャップの開口部内に、図２Ｄに示すように透光性部材２１４ｂを設ける場合、開口部の一部を塞ぐように突出している保持部材によって透光性部材２１４ｂを機械的に係止することができる。

また、上記のような長方形の他、キャップの先端部側を短辺とするような長方形や、正方形、円形、楕円形、その他の多角形、あるいは、それらが組み合わされた形状など、種々選択することができる。また、開口部の数は、図１Ｂなどにおいては、１つ形成したものを例示しているがこれに限らず、２以上の複数形成することもでき、その場合、同じ形状の開口部を複数設けてもよく、あるいは、異なる形状の開口部を設けてもよい。

キャップの開口部は、図１Ｃに示すように、透光性部材１１４が露出されるとともに、開口部１１５の内壁も露出するようにすることができる。あるいは、図２Ｂに示すように、開口部にレンズ２１６などの光学部材を設けることもできる。このような部材を設けることで配光特性を調整することが可能となり、また、透光性部材などを外部から保護することが可能となる。

また、色変換部材を含有する透光性部材を、開口部内に配することもできる。例えば、図２Ｃに示すように接合部材２１７を用いて透光性部材２１４ｂを設けることもできるし、あるいは、図２Ｄに示すように、開口部２１５ｂの側面を傾斜面とし、キャップ外側の開口面積が小さくなるような開口部２１５ｂとし、キャップ２１３の内側から透光性部材２１４ｂをはめ込み、その後保持部材を挿入するなどにより、開口部内に透光性部材２１４ｂを配することもできる。

このように開口部内に透光性部材（波長変換部材）を配することで、導光部材の端面から出射されるレーザ光が直接透光性部材に照射されるのを防ぐことができる。これにより、透光性部材やその中に混合されている波長変換部材の劣化を抑制し、より拡散された均一な光を外部に放出することが可能となる。

（保持部材）
本実施の形態において、保持部材は導光部材の先端部分に設けられている部材であり、導光部材の周囲を被覆するように接合されている。導光部材の先端にこのような部材を設けることで、先端部の加工をしやすくすることができる。

保持部材の材料としては、光源からの光や、後述の波長変換部材からの光に対する反射率の高いものが好ましい。これにより、第１の反射部材や透光性部材などによって反射された光が保持部材内部に戻りにくくすることができる。また、熱伝導率の高いものが好ましい。特に、第１の反射部材や後述する透光性部材やその中に含有させる蛍光部材などに、光源からの光や被覆部材によって反射された光などが照射されるときに発熱を伴う場合がある。そのような場合、色度が変化したり光度が低下するなどの変質の原因となりやすいため、保持部材の材料を少なくとも透光性部材や蛍光部材よりも熱伝導率の高い部材とするのが好ましい。このような材料として、具体的にはアルミニウム、銀、プラチナ、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３)、ジルコニア（ＺｒＯ_２)、ダイヤモンドなどが挙げられる。

（導光部材）
導光部材は、光源と光学的に接続され、光源からの光を光部品に導くものであればよく、内側に屈折率の高いコアと、外側に屈折率の低いクラッドが配置され、これらを長手方向に延伸するよう構成される。導光部材の径は特に問われるものではないが、屈曲可能な程度に構成されるのが好ましく、用途に応じて適宜選択することができる。また、具体的な材料としては石英、多成分ガラス、プラスチックなどから構成される光ファイバや、ホーリーファイバ、あるいは液体をコアとして用いるリキッドファイバなどを挙げることができる。特に、短波長領域の波長を有する光源を用いる場合は、石英を用いた光ファイバが好ましい。

導光部材の断面形状は、特に限定されるものではないが、円形とするのが好ましい。導光部材の光を出射する側の端面は、第１の反射部材が設けられる面であるため、光源からの光を検出部材に反射させるような形状とする必要がある。すなわち、光軸に対して傾斜した出射端面としてしまうと、反射はするが検出部材にまで光が戻ってこないようになる。そのような構成では、断線を検出することができないため好ましくない。本発明は、光源からの光の一部を、所定の反射率となるよう制御された第１の反射部材によって、正確に反射させるように制御しているからこそ実現できるものである。したがって、導光部材の出射側の端面は、成膜精度の高い平坦な平面で、光軸に対して垂直な面とするのが好ましい。ただし、導光部材の光源側の端部の形状は特に限定されず、平面、凸状レンズ、凹状レンズ、少なくとも部分的に凹凸を設けた形状等、種々の形状とすることができる。

（透光性部材）
本実施の形態において、波長変換部材は透光性部材中に混合されて用いられており、光源からの光の一部を吸収して、それとは異なる波長の光を発することで、所望の色調の発光を得るものである。特に、照明光などとして利用範囲が広い白色光は、それ自体がコヒーレント性の低いランダム光であるため、導光部材に導入するのは困難である。したがって本実施の形態のように、導光部材で伝播させるのはコヒーレントなレーザ光のみとし、外部に出射する手前に波長変換部材を配することで、白色光として出射することができる。このように、混色光を得るために波長変換部材を設けるが、それだけでなく、導光部材の先端部を保護するという機能も備えている。透光性部材に用いる材料としては、光源や波長変換部材からの光を透過しやすいものが好ましく、具体的には、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、低融点ガラス、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを用いるのが好ましい。これらは、保護部材として機能させるためには、ある程度の強度を有するものが好ましい。例えば図１Ｃのように、まず、円形板状に加工し、それを接合部材を用いてキャップに接合させるように形成する場合は、透光性部材の厚さを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とするのが好ましい。

また、その形状については、キャップの形状、キャップの開口部の形状、あるいは、保持部材の形状、さらには、キャップのどの位置に設けるか、などに応じて種々選択することができる。

上記のような円形の板状（円柱状）とする他、図２Ｃに示すようにキャップ２１３の開口部内に設ける場合、その開口部の形状に応じた形状とする。図２Ｃでは断面図のみ例示しているが、この図２Ｃを外部から見たときに図１Ｂに示すような長方形の開口部となっている場合、透光性部材は長方形に形成させる。その場合、図２Ｄのように開口部２１５ｂの側面が傾斜している場合は、断面が台形となるようにする。あるいは、図２Ｂに示すようなレンズ形状としてもよい。

このように透光性部材を別工程で形成し、それをキャップ内に配する場合、図１Ｃに示すように、開口部よりも大きい透光性部材とすることで機械的に固定することができる。あるいは、別工程で透光性部材を固形状に形成するのではなく、図２Ｃに示すように、接合させてもよい。接合部材としては、キャップや透光性部材の材料を考慮して密着性の高いものを用いるのが好ましい。さらに、光源や蛍光部材からの光を吸収しにくい部材を用いるのが好ましい。具体的には、低融点ガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。

（波長変換部材）
上記透光性部材中に、波長変換部材として半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光部材を含有させる。このとき、蛍光部材に加え、拡散剤なども一緒に用いることができる。

蛍光部材としては、半導体発光素子からの光を、より長波長に変換させるものの方が効率がよい。蛍光部材は、１種の蛍光物質等を単層で形成してもよいし、２種以上の蛍光物質等が混合された単層を形成してもよいし、１種の蛍光物質等を含有する単層を２層以上積層させてもよいし、２種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層を２層以上積層させてもよい。

蛍光部材としては、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。

Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、Ｍ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。また、Ｍ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕの他、ＭＳｉ_７Ｎ_１０：Ｅｕ、Ｍ_１．８Ｓｉ_５Ｏ_０．２Ｎ_８：Ｅｕ、Ｍ_０．９Ｓｉ_７Ｏ_０．１Ｎ_１０：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などもある。

また、Ｅｕ等の希土類元素により賦活され、第ＩＩ族元素Ｍと、Ｓｉと、Ａｌと、Ｎとを含む窒化物蛍光体で、紫外線乃至青色光を吸収して黄赤色から赤色の範囲に発光する。この窒化物蛍光体は、一般式がＭ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ）}：Ｅｕで示され、さらに添加元素として希土類元素及び４価の元素、３価の元素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む。ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選ばれる少なくとも１種である。

上記一般式において、ｗ、ｘ、ｙの範囲は好ましくは０．０４≦ｗ≦９、ｘ＝１、０．０５６≦ｙ≦１８とする。またｗ、ｘ、ｙの範囲は０．０４≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．１４３≦ｙ≦８．７としてもよく、より好ましくは０．０５≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．１６７≦ｙ≦８．７としても良い。

また窒化物蛍光体は、ホウ素Ｂを追加した一般式Ｍ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＢ_ｚＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ＋ｚ）}：Ｅｕとすることもできる。上記においても、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選ばれる少なくとも１種であり、０．０４≦ｗ≦９、ｘ＝１、０．０５６≦ｙ≦１８、０．０００５≦ｚ≦０．５である。ホウ素を添加する場合、そのモル濃度ｚは、上述の通り０．５以下とし、好ましくは０．３以下、さらに０．０００５よりも大きく設定される。さらに好ましくは、ホウ素のモル濃度は、０．００１以上であって、０．２以下に設定される。

またこれらの窒化物蛍光体は、さらにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕの群から選ばれる少なくとも１種、又はＳｃ、Ｙ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか１種、又はＧｅ、Ｚｒのいずれか１種、が含有されている。これらを含有することによりＧｄ、Ｎｄ、Ｔｍよりも同等以上の輝度、量子効率又はピーク強度を出力することができる。

Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、ＭＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。

Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、Ｍ_５（ＰＯ_４）_３Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１種以上である。）などがある。

アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、Ｍ_２Ｂ_５Ｏ_９Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。

アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｒ、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｒ、ＣａＡｌ_２Ｏ_４：Ｒ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｒ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_１２：Ｒ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｒ（Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１種以上である。）などがある。

アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体には、（Ｓｒ_{１−ａ−ｂ−ｘ}Ｂａ_ａＣａ_ｂＥｕ_ｘ）_２ＳｉＯ_４（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０．００５≦ｘ≦０．１）などがある。

アルカリ土類硫化物蛍光体には、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕなどがある。

Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体などがある。また、Ｙの一部もしくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなどもある。

その他の蛍光体には、ＺｎＳ：Ｅｕ、Ｚｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ、ＭＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。

上述の蛍光体は、所望に応じてＥｕに代えて、又は、Ｅｕに加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。

Ｃａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系オキシ窒化物ガラス蛍光体とは、モル％表示で、ＣａＣＯ_３をＣａＯに換算して２０〜５０モル％、Ａｌ_２Ｏ_３を０〜３０モル％、ＳｉＯを２５〜６０モル％、ＡｌＮを５〜５０モル％、希土類酸化物又は遷移金属酸化物を０．１〜２０モル％とし、５成分の合計が１００モル％となるオキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体である。尚、オキシ窒化物ガラスを母体材料とした蛍光体では、窒素含有量が１５ｗｔ％以下であることが好ましく、希土類酸化物イオンの他に増感剤となる他の希土類元素イオンを希土類酸化物として蛍光ガラス中に０．１〜１０モル％の範囲の含有量で共賦活剤として含むことが好ましい。

また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。

（半導体レーザ素子）
実施の形態１においては、光源として半導体レーザ素子を用いており、これにより導光部材に効率良く光を導入することができる。

半導体レーザ素子は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。

特に、波長変換部材である蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。

また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。さらには、半導体発光素子とともに、受光素子、及びそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子（例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー）、あるいはそれらを組み合わせたものを搭載することができる。

本発明に係る発光装置は、レーザ光が直接外部に漏れることが抑制されているため、危険性の少なく、かつ、任意の方向に光を発光可能な発光装置であり、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、さらには、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置、レーザディスプレイ、内視鏡などにも利用することができる。

図１Ａは、本発明に係る発光装置の例を示す図である。図１Ｂは、図１Ａに示す発光装置のうちの光部品を示す図である。図１Ｃは、図１Ｂの光部品の断面図である。図２Ａは、光部品の断面図である。図２Ｂは、光部品の断面図である。図２Ｃは、光部品の断面図である。図２Ｄは、光部品の断面図である。図２Ｅは、光部品の断面図である。

符号の説明

１００・・・発光装置
１１０・・・光部品
１２０・・・光源
１２１・・・半導体レーザ素子
１２２・・・パッケージ
１３０、２３０・・・導光部材（光ファイバ）
１４０・・・レンズ
１５０・・・コネクタ
１１１、２１１・・・フランジ
１１２、２１２・・・保持部材
１１３、２１３・・・キャップ
２１３ａ・・・キャップの内壁
１１４、２１４ａ、２１４ｂ・・・波長変換部材（透光性部材）
１１５、２１５ａ、２１５ｂ・・・キャップの開口部
２１６・・・レンズ
２１７・・・接合部材

Claims

半導体レーザ素子と、
該半導体レーザ素子と光学的に接続される光ファイバと、
該光ファイバの出射側の端面近傍に取り付けられ前記半導体レーザ素子からの光を出射可能な開口部を有する光部品と、
を有する発光装置であって、
前記開口部は、前記光ファイバの中心軸の延長線上とは異なる領域に配されており、
前記開口部内には、前記光ファイバの端面からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する波長変換部材を有し、
前記光部品における前記光ファイバの端面と対向する内壁は、前記開口部に向かって傾斜する内壁であり、
前記光ファイバの端面から出射される光は、前記光部品の内壁で反射された後に、前記波長変換部材に向かって進行することを特徴とする発光装置。
半導体レーザ素子と、
該半導体レーザ素子と光学的に接続される光ファイバと、
該光ファイバの出射側の端面近傍に取り付けられ前記半導体レーザ素子からの光を出射可能な開口部を有する光部品と、
を有する発光装置であって、
前記開口部は、前記光ファイバの中心軸の延長線上とは異なる領域に配されており、
前記開口部内には、前記光ファイバの端面からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する波長変換部材を有し、
前記光部品における前記光ファイバの端面と対向する内壁は、粗面の内壁であり、
前記光ファイバの端面から出射される光は、前記光部品の内壁で反射された後に、前記波長変換部材に向かって進行することを特徴とする発光装置。