JP5585411B2 - Wavelength conversion element and light source including the same - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換素子及びそれを備える光源に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion element and a light source including the same.
近年、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)やレーザーダイオード(LD:Laser Diode)を用いた光源などの、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の光源に対する注目が高まってきている。そのような次世代光源の一例として、例えば下記の特許文献1には、青色光を出射するLEDの光出射側にLEDからの光の一部を吸収し、黄色の光を出射する波長変換部材が配置された光源が開示されている。この光源は、LEDから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。
In recent years, attention has been paid to next-generation light sources such as light sources using light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs), such as fluorescent lamps and incandescent lamps. As an example of such a next-generation light source, for example, in
近年、上記のような波長変換部材を用いた光源の輝度をさらに高めたいという要望が高まってきている。 In recent years, there has been an increasing demand for further increasing the luminance of a light source using such a wavelength conversion member.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、波長変換部材を用いた光源の高輝度化を図ることにある。 This invention is made | formed in view of this point, The objective is to aim at the high brightness improvement of the light source using a wavelength conversion member.
本発明に係る波長変換素子は、蛍光体粉末が分散媒中に分散してなる円柱状の波長変換部材が3本以上束ねられてなる。 The wavelength conversion element according to the present invention is formed by bundling three or more columnar wavelength conversion members in which phosphor powder is dispersed in a dispersion medium.
波長変換部材が、分散媒中に蛍光体粉末が分散しているものである場合は、例えば、ガラスのみからなる光学部材とは異なり、波長変換部に入射した光が波長変換部材中において大きく散乱する傾向にある。このため、波長変換素子が単一の波長変換部材により構成されている場合は、波長変換部材内の光の一部が波長変換部材の側面から漏れ出るため、光出射面から出射される光の強度が低くなる。 When the wavelength conversion member is one in which the phosphor powder is dispersed in the dispersion medium, for example, unlike an optical member made only of glass, light incident on the wavelength conversion unit is greatly scattered in the wavelength conversion member. Tend to. For this reason, when the wavelength conversion element is composed of a single wavelength conversion member, a part of the light in the wavelength conversion member leaks out from the side surface of the wavelength conversion member, so that the light emitted from the light exit surface Strength is lowered.
それに対して本発明では、円柱状の波長変換部材が3本以上束ねられている。このため、ある波長変換部材の側面から出射された光の一部は、隣の波長変換部材の表面において反射される。その結果、隣り合う波長変換部材間に形成されている空気層を伝搬したり、再度波長変換部材内に入射し、波長変換部材内を反射しながら伝搬したりすることによって、波長変換部材の一方の端部が設けられた光出射領域から出射する。このため、本発明の波長変換素子では、波長変換素子の側面側からの光の漏れを抑制でき、光出射領域から出射する光の強度を高めることができる。従って、本発明の波長変換素子を用いることによって光源の高輝度化を図ることができる。 In contrast, in the present invention, three or more cylindrical wavelength conversion members are bundled. For this reason, a part of the light emitted from the side surface of a certain wavelength conversion member is reflected on the surface of the adjacent wavelength conversion member. As a result, one of the wavelength conversion members is propagated by propagating through the air layer formed between the adjacent wavelength conversion members, or entering the wavelength conversion member again and reflecting while reflecting in the wavelength conversion member. The light exits from the light exit area provided with the end of the. For this reason, in the wavelength conversion element of this invention, the leakage of the light from the side surface side of a wavelength conversion element can be suppressed, and the intensity | strength of the light radiate | emitted from a light-projection area | region can be raised. Therefore, the brightness of the light source can be increased by using the wavelength conversion element of the present invention.
波長変換部材の分散媒の屈折率は、1.45以上であることが好ましい。その場合、波長変換部材と空気層との間の屈折率差を大きくすることができる。このため、界面での反射率を大きくでき、また、反射角度を小さくできるため、波長変換部材の側面からの光の出射を抑制することができる。従って、波長変換素子の側面側からの光の漏れをより効果
的に抑制することができる。
The refractive index of the dispersion medium of the wavelength conversion member is preferably 1.45 or more. In that case, the refractive index difference between the wavelength conversion member and the air layer can be increased. For this reason, the reflectance at the interface can be increased and the reflection angle can be decreased, so that the emission of light from the side surface of the wavelength conversion member can be suppressed. Therefore, light leakage from the side surface side of the wavelength conversion element can be more effectively suppressed.
波長変換素子の側面側からの光の漏れをより効果的に抑制する観点からは、波長変換部材が9本以上束ねられていることが好ましい。 From the viewpoint of more effectively suppressing light leakage from the side surface side of the wavelength conversion element, it is preferable that nine or more wavelength conversion members are bundled.
分散媒は、蛍光体粉末を分散させることができるものであれば特に限定されない。分散媒として好ましく用いられる分散媒の具体例としては、例えば、樹脂、ガラス、セラミックスなどが挙げられる。その中でも、ガラスやセラミックスなどの無機分散媒がより好ましく用いられる。無機分散媒を用いることにより、波長変換素子の耐熱性を向上することができるためである。また、同様の理由から、蛍光体粉末は、無機蛍光体粉末であることが好ましい。 The dispersion medium is not particularly limited as long as the phosphor powder can be dispersed. Specific examples of the dispersion medium preferably used as the dispersion medium include resin, glass, ceramics, and the like. Among these, inorganic dispersion media such as glass and ceramics are more preferably used. This is because the heat resistance of the wavelength conversion element can be improved by using the inorganic dispersion medium. For the same reason, the phosphor powder is preferably an inorganic phosphor powder.
本発明に係る光源は、上記本発明に係る波長変換素子と、波長変換素子の端面に向けて蛍光体粉末の励起光を出射する発光素子とを備える。 The light source which concerns on this invention is equipped with the wavelength conversion element which concerns on the said invention, and the light emitting element which radiate | emits the excitation light of fluorescent substance powder toward the end surface of a wavelength conversion element.
上述の通り、上記本発明に係る波長変換素子では、光出射面から出射する光の強度を高めることができる。従って、本発明に係る光源は、高輝度である。 As described above, the wavelength conversion element according to the present invention can increase the intensity of light emitted from the light exit surface. Therefore, the light source according to the present invention has high luminance.
本発明によれば、波長変換部材を用いた光源の高輝度化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to increase the brightness of a light source using a wavelength conversion member.
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。 Hereinafter, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本実施形態に係る光源の模式図である。図1に示すように、光源1は、波長変換素子11と、発光素子10とを備えている。波長変換素子11は、発光素子10から出射された光L0が照射された際に、光L0よりも波長の長い光L2を出射する。また、光L0の一部は、波長変換素子11を透過する。このため、波長変換素子11からは、透過光L1と光L2との合成光である光L3が出射する。このため、光源1から出射する光L3は、発光素子10から出射する光L0の波長及び強度と、波長変換素子11から出射する光L2の波長及び強度とによって決まる。例えば、光L0が青色光であり、光L2が黄色光である場合は、白色の光L3を得ることができる。
FIG. 1 is a schematic diagram of a light source according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
発光素子10は、波長変換素子11に対して後述する蛍光体粉末の励起光を出射する素子である。発光素子10の種類は特に限定されない。発光素子10は、例えば、LED、LD、エレクトロルミネッセンス発光素子、プラズマ発光素子により構成することができる。光源1の輝度を高める観点からは、発光素子10は、高強度の光を出射するものであることが好ましい。この観点からは、発光素子10は、LEDやLDにより構成されていることが好ましい。
The
なお、波長変換部材の光入射領域11a及び光出射領域11bのうちの少なくとも一方の上に波長選択フィルタ層や反射抑制層を形成してもよい。
A wavelength selection filter layer or a reflection suppression layer may be formed on at least one of the
例えば、波長選択フィルタ層を、波長変換素子11の光入射領域11aの上に形成する
ことで、発光素子10から出射される光L0のうち、特定の波長域の光のみを波長変換素子11へ透過させ、それ以外の波長域の光の透過を抑制すると共に、波長変換素子11で変換された光L2が光入射領域11aから出射することを抑制することができる。波長選択フィルタ層は、例えば、誘電体多層膜により形成することができる。
For example, by forming the wavelength selection filter layer on the
また、例えば、反射抑制層を、波長変換素子11の光出射領域11bの上に形成することで、波長変換素子11から出射する光が光出射領域11bで反射することを抑制して、波長変換素子11から出射する光の出射率を高めることができる。反射抑制層は、例えば、誘電体多層膜により形成することができる。
Further, for example, by forming a reflection suppressing layer on the
図2は、波長変換素子11の略図的斜視図である。図2に示すように、波長変換素子11は、x方向に沿って延びるように配置された3本以上の波長変換部材12を備えている。波長変換素子11は、9本以上の波長変換部材12を備えていることが好ましく、25本以上の波長変換部材12を備えていることがより好ましい。3本以上の波長変換部材12は、隣り合う波長変換部材12同士が接触するように束ねられて固定されている。本実施形態では、波長変換部材12は円柱状に形成されている。このため、隣り合う波長変換部材12の間には、x方向において波長変換素子11の光入射領域11aから光出射領域11bにまで至る空気層13が形成されている。光入射領域11a及び光出射領域11bのそれぞれは、この空気層13と波長変換部材12の端面とにより構成されている。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the
なお、複数の波長変換部材12は、例えば枠体などの固定部材を用いて固定してもよいし、接着剤等を用いて固定してもよい。
The plurality of
波長変換部材12は、分散媒と、分散媒中に分散している蛍光体粉末とを有する。
The
蛍光体粉末は、発光素子10からの光L0を吸収し、光L0よりも波長が長い光L2を出射するものである。蛍光体粉末は、無機蛍光体粉末であることが好ましい。無機蛍光体粉末を用いることにより、波長変換部材12の耐熱性を向上することができる。
The phosphor powder absorbs light L0 from the
波長300〜440nmの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の発光を発する無機蛍光体の具体例としては、Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、(Sr,Ba)MgAl10O17:Eu2+などが挙げられる。 Specific examples of inorganic phosphors that emit blue light when irradiated with excitation light having a wavelength of 300 to 440 nm include Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ , (Sr, Ba) MgAl 10 O 17. : Eu 2+ and the like.
波長300〜440nmの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色の蛍光(波長が500nm〜540nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、SrAl2O4:Eu2+、SrGa2S4:Eu2+などが挙げられる。 Specific examples of the inorganic phosphor that emits green fluorescence (fluorescence having a wavelength of 500 nm to 540 nm) when irradiated with excitation light having a wavelength of 300 to 440 nm are SrAl 2 O 4 : Eu 2+ , SrGa 2 S 4. : Eu 2+ and the like.
波長440〜480nmの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光(波長が500nm〜540nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、SrAl2O4:Eu2+、SrGa2S4:Eu2+などが挙げられる。 Specific examples of inorganic phosphors that emit green fluorescence (fluorescence having a wavelength of 500 nm to 540 nm) when irradiated with blue excitation light having a wavelength of 440 to 480 nm include SrAl 2 O 4 : Eu 2+ and SrGa 2 S 4 : Eu 2+. Etc.
波長300〜440nmの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色の蛍光(波長が540nm〜595nmの蛍光)を発する無蛍光体の具体例としては、ZnS:Eu2+などが挙げられる。 A specific example of a non-fluorescent material that emits yellow fluorescence (fluorescence having a wavelength of 540 nm to 595 nm) when irradiated with excitation light having a wavelength of 300 to 440 nm is ZnS: Eu 2+ .
波長440〜480nmの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光(波長が540nm〜595nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、Y3(Al,Gd)5O12:Ce2+などが挙げられる。 Specific examples of the inorganic phosphor that emits yellow fluorescence (fluorescence having a wavelength of 540 nm to 595 nm) when irradiated with blue excitation light having a wavelength of 440 to 480 nm include Y 3 (Al, Gd) 5 O 12 : Ce 2+ and the like. Can be mentioned.
波長300〜440nmの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色の蛍光(波長が60
0nm〜700nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、Gd3Ga4O12:Cr3+、CaGa2S4:Mn2+などが挙げられる。
Irradiation with ultraviolet to near ultraviolet excitation light having a wavelength of 300 to 440 nm causes red fluorescence (with a wavelength of 60
Specific examples of the inorganic phosphor that emits fluorescence of 0 nm to 700 nm include Gd 3 Ga 4 O 12 : Cr 3+ , CaGa 2 S 4 : Mn 2+, and the like.
波長440〜480nmの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光(波長が600nm〜700nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、Mg2TiO4:Mn4+、K2SiF6:Mn4+などが挙げられる。 Specific examples of inorganic phosphors that emit red fluorescence (fluorescence having a wavelength of 600 nm to 700 nm) when irradiated with blue excitation light having a wavelength of 440 to 480 nm include Mg 2 TiO 4 : Mn 4+ and K 2 SiF 6 : Mn 4+. Etc.
蛍光体粉末の平均粒子径(D50)は、特に限定されない。蛍光体粉末の平均粒子径(D50)は、例えば、1μm〜50μm程度であることが好ましく、5μm〜25μm程度であることがより好ましい。蛍光体粉末の平均粒子径(D50)が大きすぎると、発光色が不均一になる場合がある。一方、蛍光体粉末の平均粒子径(D50)が小さすぎると、発光強度が低下する場合がある。 The average particle diameter (D 50 ) of the phosphor powder is not particularly limited. The average particle size (D 50 ) of the phosphor powder is, for example, preferably about 1 μm to 50 μm, and more preferably about 5 μm to 25 μm. If the average particle size (D 50 ) of the phosphor powder is too large, the emission color may be non-uniform. On the other hand, if the average particle diameter (D 50 ) of the phosphor powder is too small, the emission intensity may be reduced.
波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量は、特に限定されない。波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量は、発光素子10から出射される光の強度、蛍光体粉末の発光特性、得ようとする光の色度などに応じて適宜設定することができる。波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量は、一般的には、例えば、0.01質量%〜30重量%程度とすることができ、0.05質量%〜20質量%であることが好ましく、0.08質量%〜15質量%であることがさらに好ましい。波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量が多すぎると、波長変換部材12における気孔率が高くなり、光源1の発光強度が低下してしまう場合がある。一方、波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、十分に強い蛍光が得られなくなる場合がある。
The content of the phosphor powder in the
分散媒は、例えば、耐熱樹脂やガラスやセラミックスであることが好ましい。なかでも、耐熱性が特に高く、発光素子10からの光L0により劣化し難いガラスやセラミックスなどの無機分散媒がより好ましく用いられる。
The dispersion medium is preferably, for example, a heat resistant resin, glass, or ceramic. Among them, an inorganic dispersion medium such as glass or ceramics that has particularly high heat resistance and hardly deteriorates due to the light L0 from the
耐熱樹脂の具体例としては、例えばポリイミドなどが挙げられる。ガラスの具体例としては、例えば、珪酸塩系ガラス、硼珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、硼リン酸塩系ガラスなどが挙げられる。セラミックスの具体例としては、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタン酸バリウム、窒化ケイ素、窒化チタン等の金属窒化物などが挙げられる。 Specific examples of the heat resistant resin include polyimide and the like. Specific examples of the glass include silicate glass, borosilicate glass, phosphate glass, and borophosphate glass. Specific examples of ceramics include metal nitrides such as zirconia, alumina, barium titanate, silicon nitride, and titanium nitride.
以上説明したように、本実施形態では、円柱状の波長変換部材12が3本以上束ねられている。このため、波長変換部材12の間に光入射領域11aから光出射領域11bにまで至る空気層13が形成されている。よって、ある波長変換部材12の側面から出射された光の一部は、隣の波長変換部材12の表面において反射される。その結果、空気層13を伝搬したり、再度波長変換部材12内に入射し、波長変換部材12内を伝搬したりすることによって、波長変換部材12の光出射領域11bから出射する。このため、波長変換素子11の側面側からの光の漏れを抑制でき、光出射領域11bから出射される光の強度を高めることができる。従って、高輝度な光源1を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, three or more columnar
また、波長変換素子11の側面側からの光の漏れをより効果的に抑制する観点からは、束ねられている波長変換部材12の本数を多くして、波長変換素子11中に形成される空気層13の数を多くすることが好ましい。従って、束ねられている波長変換部材12の本数は、9本以上であることが好ましく、25本以上であることがより好ましい。
Further, from the viewpoint of more effectively suppressing leakage of light from the side surface side of the
また、波長変換素子11の側面側からの光の漏れをより効果的に抑制する観点から、波長変換部材12の分散媒の屈折率(≒波長変換部材12の屈折率)が1.45以上であることが好ましく、1.55以上であることがより好ましい。
Further, from the viewpoint of more effectively suppressing light leakage from the side surface side of the
以下、本発明で実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第1の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。 Hereinafter, other examples of preferable embodiments implemented in the present invention will be described. In the following description, members having substantially the same functions as those of the first embodiment are referred to by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(第2の実施形態)
図3は、第2の実施形態に係る光源の模式図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram of a light source according to the second embodiment.
図3に示すように、本実施形態の光源2には、ビームスプリッタ18が設けられている。発光素子10からの光L0は、ビームスプリッタ18により波長変換素子11側に導かれる。波長変換素子11の光入射領域には反射抑制層11cが形成されており、反対側の面の上には、反射層11dが形成されている。反射層11dは、例えば、Ag、Al、Au、Pd、Pt、Cu、Ti、Ni、Crなどの金属やこれらの金属の少なくとも一つを含む合金または白色塗料により形成することができる。
As shown in FIG. 3, the
反射層11dの上には樹脂や半田からなる接着層(図示せず)が形成されている。その接着層を介してガラス、セラミックス、金属等からなる基板19と、波長変換素子11とが固定されている。この反射層11dにより、光L0の一部及び波長変換部材の発光は、ビームスプリッタ18側に反射される。このため、光L3は、ビームスプリッタ18に向けて発せられ、ビームスプリッタ18を透過して出射される。
An adhesive layer (not shown) made of resin or solder is formed on the
なお、図3に示すように、接着層を介して基板19と波長変換素子11を固定した光源2とする場合、図2に示すように複数の波長変換部材12を配列して形成した波長変換素子11を用いることによって、発光素子10から出射される光L0を光L3に変換する際に発生する熱による基板19と波長変換素子11との剥離を効果的に抑えることができる。
As shown in FIG. 3, when the
1,2…光源
10…発光素子
11…波長変換素子
11a…光入射領域
11b…光出射領域
11c…反射抑制層
11d…反射層
12…波長変換部材
13…空気層
18…ビームスプリッタ
19…基板
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記波長変換素子の端面に向けて前記蛍光体粉末の励起光を出射する発光素子と、
を備える光源。
The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 3 ,
A light emitting element that emits excitation light of the phosphor powder toward the end face of the wavelength conversion element;
A light source comprising
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