JP5561296B2 - 発光装置 - Google Patents
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励起光を射出する光源と、
前記励起光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を射出する波長変換部材と、
前記射出された励起光を前記波長変換部材に導く導光部材と、を有しており、
前記波長変換部材は、前記導光部材の出射端側に配置され、前記励起光が最初に導入される部位に配置される円柱状の層と、該円柱状の層の外周に配置される少なくとも1つの円筒状の層とを備え、かつ前記円柱状の層が前記円筒状の層よりも、前記励起光に対する耐性の高い材料で形成されていることを特徴とする。
前記円柱状の層と前記円筒状の層とが同心円となるように配置されている。
励起光に対する耐性は、導入される励起光の出力に対する射出光の出力の直線性として表わされる。
導光部材と波長変換部材とは、励起光が波長変換部材の内側の層/領域に入射されるように、光学的に連結されている。
波長変換部材は、蛍光体と透光性材料とを含んで構成されている。
さらに、導光部材の側面の少なくとも一部を被覆する被覆部材を備えている。
光源はレーザダイオードであり、導光部材は光ファイバである。
光源は、励起光を射出するための光源であり、後述する蛍光体を励起することができる光を出射するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、半導体発光素子、ランプ又は電子ビーム、プラズマ、EL等をエネルギー源とするデバイス等が挙げられる。なかでも、300〜500nmの波長域に発光ピークを有する光を放出する発光素子であることが好ましく、LD、LEDが好適に用いられる。これらを使用することにより、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く、小型で発光出力の高い発光装置とすることができる。特に、LDは、LEDに比較して光密度が高いので、容易に輝度を向上させることができる。一方、LDは、光密度が高いために波長変換部材が発熱しやすく、劣化、変色を招く。本発明は、熱による波長変換部材への悪影響を大幅に軽減することができるため、光源としてLDを用いる場合に特に有効である。
また、ステム底部11の底面から、外部電極と電気的に接続するためのリード16が鉛直方向に延伸されている。なお、図示しないが、半導体発光素子14はワイヤ等を介して電気的にリード16と接続されている。これらステム底部11、ステム柱体12及びキャップ本体15等形状は、半導体発光素子14を封止できるものであれば限定されず、ステム底部11を略筒状とし、それを閉塞するキャップ本体15を略円盤状としてもよい。
なお、発光素子を構成するステムは、キャップ本体との密着性及び放熱性の良好なものであればよく、例えば、銅、銅に少なくともW又はMoを含有させた合金、鉄あるいは異種材料を重ね合わせたクラッド材等が挙げられる。ステム底部およびステム柱体は膨張係数の近い材質の組み合わせが好ましい。これにより、両者の接合性を高めることができる。
ステム及びキャップ等の固定には、例えば、低融点ガラス固定、有機接着剤固定(シリコーン、エポキシ等)、無機接着剤固定(セラミック:Al2O3、ZrO2、SiO2等を含むもの)、半田付け(Au/Sn等)等が挙げられる。また、透光性材料等をキャップ本体に直接溶かし付けたり、いずれか一方に透明性導電膜を成膜し、その後、電着により固着させてもよい。
波長変換部材は、光源から出射される励起光の一部又は全部を吸収し、波長変換して所定の波長域の光、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。
また、波長変換部材は、励起光の導入方向に交差する断面において、複数の層/領域が配置されている。したがって、波長変換部材は、このような機能を実現することができる材料によって構成されるものであれば、その種類は限定されない。ここで、交差する断面とは、励起光の導入方向に対して、±90°未満で交差する断面を意味するが、好ましくは、励起光の導入方向に対して直交する断面及びその断面の±45°程度までの範囲とすることが適切である。また、複数の層/領域が配置されているとは、層毎に構成材料が異なるように(つまり、その境界が明確に)配置されているもの、領域の構成材料が徐々に異なるように(つまり、その境界が明確でないか、濃度分布が存在するかのように)配置されているものの双方を包含する。
さらに、複数の層/領域の少なくとも2つの層/領域は、励起光に対する耐性が異なる材料で形成されている。ここで、励起光に対する耐性とは、導入される励起光の出力に対する射出光の出力の直線性として表わされる。一般に、同一励起波長において、励起光の出力と射出光の出力とは直線関係を示すが、本発明では、射出光の出力の大小は関係なく、励起光の出力を上げた際に先に直線関係からずれる傾向となるものを耐性が小さいと判断することができる。励起光に対する耐性は、複数の層/領域の少なくとも2つの層/領域で異なっているが、3つ以上の複数層/領域が存在する場合には、その全てにおいて異なっていてもよいし、一部において同じでもよい。なお、励起光に対する耐性は、励起光の照射を受けた波長変換部材の発熱温度が大きいものが、小さいものよりも、波長変換部材からの射出光の発光強度が小さく、あるいは発光強度の直線性が悪く、すなわち、耐性が小さい場合があるが、発熱温度の大小にかかわらず、射出光の発光強度の小さく、あるいは発光強度の直線性が悪いものが、通常、励起光に対する耐性が小さいこととなる。
なお、良好な演色性を得るためには、波長変換部材を通った後の照射光が、70以上、さらに80以上の平均演色評価数(Ra)となるような材料を選択することが好ましい。
導光部材は、光源からの光を波長変換部材に導くための透光性部材である。導光部材は、長手方向に延伸するとともに、屈曲可能に構成されていることが好ましい。この導光部材を備えることにより、所望の位置に光を容易に導出することができる。なお、導光部材の断面は円形が好ましいが、これに限定されるものではない。導光部材20の径は、特に限定されないが、例えば、3000μm以下、1000μm以下、400μm以下、さらには200μm以下のものを用いることができる。一例として、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。導光部材20の径とは、その断面が円形でない場合は、断面における平均の長さとする。
導光部材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。
なお、導光部材内の一部、例えば、コア材料に、前述した蛍光体等を含有させてもよい。
本発明の発光装置においては、導光部材の先端、つまり光源に接続されていない端部が、被覆部材によって支持されていることが好ましい。このような被覆部材により、導光部材からの出射光を固定することが容易となる。また、その材料や形状に応じて発光効率を向上させることができるとともに、発光装置としての組み立てが容易となる。したがって、被覆部材は、導光部材を支持し得るものであれば、どのような材料及び形状で構成されていてもよい。
光源の射出側には、レンズが設けられていてもよい。
レンズは、光源から射出された光が、導光部材に集光される限り、どのような形状でもよく、光源と導光部材との間に、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。光源と導光部材との間にレンズを備え、レンズを介して光源から射出された励起光を導光部材へ導入することができることにより、光源から射出された励起光の光出力を保ったまま、効率よく導光部材内に導光することができる。
本発明の発光装置は、図1に示したように、1つの光源と、一本の導光部材と、1つの波長変換部材とから構成されていてもよいし、1つの光源と、光源に内蔵される1つの波長変換部材と、一本の導光部材とから構成されていてもよいし、このような一単位の発光装置を複数個搭載した発光装置としてもよい。
また、1つの光源に複数本の導光部材と、それに対応した波長変換部材とを備えるように構成してもよい。また、1つの光源に複数本の導光部材と、これら導光部材からの光を1つの波長変換部材で波長変換する構成を有していてもよい。さらに、複数の光源と、それに対応する複数本の導光部材と、これら導光部材からの光を1つの波長変換部材で波長変換する構成を有していてもよい。複数の光源と、1つの導光部材と、その導光部材からの光を1つの
波長変換部材で波長変換する構成を有していてもよい。また、これらの発光装置を組み合わせて1つの発光装置として利用してもよい。
本発明の発光装置は、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)、内視鏡装置、ファイバースコープ、電流の漏洩や発熱等を回避したい部材における光源、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等として利用することができる。
実施例1
この発光装置は、図1に示したように、光源10と、導光部材20と、被覆部材30と、波長変換部材40とを備えて構成される。
光源10としては、445nm近傍に発光ピーク波長を有するGaN系の半導体からなる発光素子10であるレーザダイオードを用いた。このレーザダイオードの前面には、レーザダイオードからの励起光1を集光するためのレンズ2を配置した。
その結果、発光出力の高い信頼性のある発光装置とすることができる。
この発光装置は、波長変換部材40が、表2に示すように、透光性材料中に、種々の蛍光体が均一に分散するように混合され、内側の層である第1の層40Aの外周に、第2の層40B、さらにその外側に第3の層40Cを配置する三重構造の円板状に成型され、図5(b)に示すように、導光部材20の先端に取り付けられている以外は、実施例1と同様の構成を有する。
この発光装置は、波長変換部材40が、表3に示すように、透光性材料中に、種々の蛍光体が均一に分散するように混合され、内側の第1の層40Aの外周に第2の層40Bを配置する二重の球状に成型され、図5(c)に示すように、導光部材20の先端に取り付けられている以外は、実施例1と同様の構成を有する。
特に、波長変換部材が球状に成形されることにより、内側に導入された励起光を、効率よく波長変換しながら、一般に最も劣化しやすい波長変換部材と導光部材との界面の接触面積を最小限に止め、導光部材に最も近い波長変換部材の部位を、励起光により生じる熱が低い材料又は耐性が高い材料で形成することができるために、波長変換部材の熱等による劣化をより軽減させることができる。
この発光装置は、波長変換部材40が、表4に示すように、透光性材料中に、種々の蛍光体が均一に分散するように混合され、内側の第1の層40Aの外周に第2の層40B、さらにその外側に第3の層40Cを配置する三重の球状に成型され、図5(d)に示すように、導光部材20の先端に取り付けられている以外は、実施例1と同様の構成を有する。
2 光
10 光源
11 ステム底部
12 ステム柱体
13 サブマウント
14 半導体発光素子
15 キャップ本体
16 リード
17 透光性材料
18 第2のキャップ本体
19 反射部材
20 導光部材
30 被覆部材
40 波長変換部材
40A 第1の層
40B 第2の層
40C 第3の層
Claims (5)
- 励起光を射出する光源と、
前記励起光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を射出する波長変換部材と、
前記射出された励起光を前記波長変換部材に導く導光部材と、を有しており、
前記波長変換部材は、前記導光部材の出射端側に配置され、前記励起光が最初に導入される部位に配置される円柱状の層と、該円柱状の層の外周に配置される少なくとも1つの円筒状の層とを備え、かつ前記円柱状の層が前記円筒状の層よりも、前記励起光に対する耐性の高い材料で形成されていることを特徴とする発光装置。 - 前記円柱状の層と前記円筒状の層とが同心円となるように配置されている請求項1に記載の発光装置。
- 少なくとも前記円柱状の層及び前記円筒状の層のいずれか一方は、蛍光体を含む請求項1又は2に記載の発光装置。
- 少なくとも前記円柱状の層は、拡散材を含む請求項1から3のいずれか1つに記載の発光装置。
- 前記導光部材の先端は、被覆部材によって支持されている請求項1から4のいずれか1つに記載の発光装置。
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