JP6125666B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
励起光を波長変換することで生成した蛍光とともに、上記励起光の一部を外部へ出射する発光装置であって、
上記励起光を吸収して第1の蛍光を発する第1発光部と、
上記第1発光部によって上記第1の蛍光に変換されず、上記第1発光部を透過した上記励起光を吸収して第2の蛍光を発する第2発光部と、を備えており、
上記第2の蛍光のピーク波長は、上記励起光のピーク波長と近似しており、
上記第2発光部に含まれ、上記励起光を受けて上記第2の蛍光を発光する蛍光体の粒子径は、上記励起光が有するピーク波長に比べて小さい。
本発明に係る一実施形態について、図1〜図5に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
図1は、本発明の一実施形態に係る発光装置1の概略的な構成を示す断面図である。発光装置1は、励起光を波長変換することで生成した蛍光とともに、励起光の一部を外部へ出射するものであり、図1に示すように、レーザ素子2(励起光源)、蛍光体部3(第1発光部)、蛍光体部6(第2発光部)および接着層9を備えている。
レーザ素子2は、励起光L1(レーザ光)を出射する励起光源として機能する発光素子、すなわち半導体レーザ(LD;Laser Diode)である。レーザ素子2は、1チップに1つの発光点を有するものであってもよく、1チップに複数の発光点を有するものであってもよい。
蛍光体部3は、レーザ素子2から出射された励起光L1を受けて第1の蛍光を発する。すなわち、蛍光体部3は、励起光L1を吸収して第1の蛍光を発する。また、蛍光体部3は、励起光L1を第1の蛍光に変換するため、波長変換素子であるとも言える。
蛍光体部6は、蛍光体部3にて蛍光体4を励起しなかった励起光L2を受けて、励起光L2により励起され第2の蛍光を発する。すなわち、蛍光体部6は、励起光L1のうち、蛍光体部3によって第1の蛍光に変換されず、蛍光体部3を透過した励起光L2を吸収して第2の蛍光を発するものである。
接着層9は、蛍光体部3および蛍光体部6を接着するものである。接着層9の材料としては、アクリル系またはシリコーン系の接着剤を使用することが好ましい。
次に、図2〜図4に基づいて、蛍光体部6の配置に関する条件について説明する。図2は、図4の(a)に示す発光装置100から出射される励起光および蛍光の配光特性を示すグラフである。図3は、蛍光体部3および6の相対位置関係を示す概略断面図である。図4は、発光装置1からの出射光と発光装置100からの出射光との違いを示す概略図であり、(a)は発光装置100から、(b)は発光装置1から、出射光が出射されている様子を示す。
I=2(tanθ1+tanθ2)/h…(1)
とすることが好ましい。すなわち、上記式(1)によって規定される底辺の長さを有する受光面6Rを有する蛍光体部6を、蛍光体部3に接着させることが好ましい。
a´(2tanθ1/h,h/2)…(2)
b´(2tanθ2/h,h/2)…(3)
とすることが好ましい。すなわち、励起光L1の光軸が垂線P1付近を通るように励起光L1を蛍光体部3に照射した場合に、蛍光体部3の光出射面3E上の位置(座標)a´およびb´に蛍光体部6を配置することが好ましい。
次に、図5を用いて、発光装置1および100のそれぞれから出射される出射光の発光スペクトルについて説明を行う。図5は、発光装置1および100からそれぞれ出射される出射光の波長および発光強度の関係を示す実験結果の一例である。図5では、点線で示されている曲線が、発光装置100からの出射光の発光スペクトルを示し、実線で示されている曲線が、発光装置1からの出射光の発光スペクトルを示している。
以上のように、本実施形態に係る発光装置1は、レーザ素子2から出射された励起光L1を吸収して第1の蛍光を発する蛍光体部3と、蛍光体部3によって第1の蛍光に変換されず、蛍光体部3を透過した励起光L2を吸収して第2の蛍光を発する蛍光体部6と、を備えている。
本発明の他の実施形態について、図6に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図6は、本発明の一実施形態に係る発光装置10の概略的な構成を示す断面図である。図6では、発光装置10は、発光装置1におけるレーザ素子2と、蛍光体部3および6との相対的な配置関係の一例を示している。発光装置10は、図6に示すように、蛍光体部3、蛍光体部6および光源部11を備えている。なお、蛍光体部3および6の間には接着層9が形成されているが、図6では接着層9の図示を省略している(図7および図8についても同様)。以下より、各部材の説明を行う。
蛍光体部3は、実施形態1で説明したものと同様のものである。図6に示す様に、蛍光体部3は、後述するキャップ12の上(図6に示す+Z軸方向)に配置されている。本実施形態では、蛍光体部3は、蛍光体部3の受光面3Rの中心軸(図3に示す垂線P1)が、キャップ12の上面12aの中心軸とほぼ一致するように、キャップ12の上に配置されている。また、蛍光体部3は、キャップ12に設置されたガラス板13を覆うように配置されている。これにより、ガラス板13から励起光L1が直接漏れ出ることを防止できる。
蛍光体部6は、実施形態1で説明したものと同様のものである。また、蛍光体部3及び6の相対的な位置関係についても実施形態1と同様である。本実施形態では、蛍光体部3の光出射面3Eの中心軸(図3に示す垂線P1)と、蛍光体部6の受光面6Rの中心軸とがほぼ一致するように、蛍光体部3の上に蛍光体部6が配置されている。
光源部11は、蛍光体部3および6へと励起光L1(またはL2)を照射するものである。光源部11は、レーザ素子2、キャップ12、ガラス板13およびステム14を備えている。
レーザ素子2は、実施形態1で説明したものと同様のものである。レーザ素子2は、キャップ12内の幅方向(図6に示すx方向およびy方向)におけるほぼ中央部に配置されている。また、レーザ素子2は、励起光L1を出射する光出射面2aをその上面(図6に示す+Z軸方向)に備えており、光出射面2aがキャップ12の上面12aと対向するように、キャップ12と離間して載置されている。
キャップ12は、レーザ素子2から出射された励起光L1が、発光装置10の外部へ漏れない様にするためのものである。具体的には、キャップ12は、励起光L1に対して遮光性を有する円筒形状の部材であり、その上面12aにガラス板13が設置されている。すなわち、レーザ素子2から出射された励起光L1は、ガラス板13のみ通過できる構成となっている。これにより、キャップ12は、その内部に備えたレーザ素子2から出射された励起光L1を、その上面12aに配置された蛍光体部3に確実に照射することができるとともに、キャップ12の外部に励起光L1が漏れ出ることを防止できる。
ガラス板13は、レーザ素子2から出射された励起光L1を、蛍光体部3へと透過する。ガラス板13は、キャップ12の上面12aに設置されており、上面12aの開口部を塞いでいる。また、ガラス板13の表面は、蛍光体部3の受光面3Rよりも大きい。そのため、ガラス板13が、蛍光体部3の受光面3R全体を被覆することができ、蛍光体部3を励起光L1の直接照射から保護できる。ガラス板13は、例えば石英やガラスのような酸化ケイ素、サファイアのような酸化アルミニウム等の、光透過性に優れた材質からなる。すなわち、上面12aに設置される部材は、励起光L1に対して透過性を有する部材であればよい。
ステム14は、レーザ素子2およびキャップ12を支持するものである。ステム14は、ステム底部141およびステム柱体142を備えている。
発光装置10では、レーザ素子2をキャップ12で覆う構成となっているため、発光装置1の効果に加え、励起光L1が発光装置10の外部へ出射されることを防止することができる。それゆえ、発光装置としての安全性を高めることができる。
本発明の他の実施形態について、図7に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図7は、本発明の一実施形態に係る発光装置20の概略的な構成を示す断面図である。図7に示す様に、発光装置20は、光源部11から出射された励起光L1を、光ファイバ21(導光部材)によって蛍光体部3および6へ導光する構成である。発光装置20は、蛍光体部3、蛍光体部6、光源部11および光ファイバ21を備えている。以下より、各部材の説明を行う。
蛍光体部3は、実施形態1で説明したしたものと同様のものである。図7に示す様に、蛍光体部3は、後述する光ファイバ21と接続されている。具体的には、蛍光体部3は、蛍光体部3の受光面3Rと、光ファイバ21の出射端部21bとが対向するように、光ファイバ21と光学的に接続されている。
蛍光体部6は、実施形態1で説明したものと同様のものである。また、蛍光体部3及び蛍光体部6の相対的な位置関係についても実施形態1と同様である。
光源部11は、実施形態2で説明したものと同様のものである。光源部11は、キャップ12の上面12aと、光ファイバ21の入射端部21aとが対向するように、光ファイバ21と光学的に接続されている。図7では、光源部11は1個であるが、複数個であっても構わない。なお、光源部11が複数個設けられた構成については、図9を用いて後述する。
光ファイバ21は、光源部11から出射された励起光L1を蛍光体部3へと導く導光部材であり、入射端部21a及び出射端部21bを備えている。
発光装置20では、光ファイバ21を介して、光源部11からの励起光L1を蛍光体部3に照射する構成となっているため、発光装置1の効果に加え、蛍光体部3および6が、光源部11から発せられる熱の影響を受けることを防止できる。それゆえ、第1の蛍光または第2の蛍光への変換効率の低下、および、蛍光体部3および6の劣化を抑制できる。
本発明の他の実施形態について、図8に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図8は、本発明の一実施形態に係る発光装置30の概略的な構成を示す断面図である。図8に示す様に、発光装置30は、蛍光体部3および6から出射された光をリフレクタ32(反射鏡)にて反射させる構成である。発光装置30は、蛍光体部3、蛍光体部6、光源部11、光ファイバ21、支持基板31およびリフレクタ32を備えている。以下より、各部材の説明を行う。
蛍光体部3は、実施形態1で説明したものと同様のものである。蛍光体部3は、後述する支持基板31の、光ファイバ21と光学的に接続されている受光面31aと対向する載置面31b上に配置されている。図示しないが、蛍光体部3は、例えば、アクリル系の耐熱性透明接着剤等で支持基板31上に固定される。
蛍光体部6は、実施形態1で説明したものと同様のものである。また、蛍光体部3及び蛍光体部6の相対的な位置関係も実施形態1と同様である。
光ファイバ21は、実施形態3で説明したものと同様のものである。光ファイバ21の出射端部21bは、後述する支持基板31の受光面31aと対向するように、支持基板31に光学的に接続されている。
支持基板31は、蛍光体部3が載置される支持部材であり、例えば、サファイア等の熱伝導性が高く、励起光L1に対して透過性の高い材料からなっている。例えば、支持基板31としては、熱伝導度が、気温20℃で42W/(m・K)のサファイア製の基板を使用することができる。
リフレクタ32は、蛍光体部3および6から出射された光を反射するものである。換言すれば、リフレクタ32は、蛍光体部3から出射された励起光L1および第1の蛍光と、蛍光体部6から出射された励起光L2および第2の蛍光と、を受けて反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成し、開口部32aから投光するものである。このリフレクタ32は、例えば、金属薄膜がその表面に形成された曲面形状(カップ形状)の部材である。金属薄膜としては、アルミニウム等の反射率の高い材質が用いられる。
発光装置30では、蛍光体部6を備えることにより、外部に出射される励起光L1、L2と第1の蛍光との色の角度分布の差を小さくする(色ムラの発生を抑制する)ことができる。それゆえ、発光装置30では、色の角度分布に差が生じている場合に必要となり得る、当該角度分布を修正するための光学部材(拡散シート等)を備えることを考慮せずに、リフレクタ32の設計を行うことができる。すなわち、発光装置30では、蛍光体部6を備えて、出射光への色ムラの発生を抑制することにより、リフレクタ32を容易に設計することが可能となる。
なお、図7および図8では、光源部11が1個の場合の構成について説明したが、上述したように、光源部11は複数個であってもよい。その具体的な構成について、図9を用いて説明する。図9は、本変形例に係る発光装置40の概略的な構成を示す断面図である。
本発明の態様1に係る発光装置(1、10、20、30、40)は、励起光(L1,L2)を波長変換することで生成した蛍光(第1の蛍光、第2の蛍光)とともに、上記励起光の一部を外部へ出射する発光装置であって、上記励起光(L1)を吸収して第1の蛍光を発する第1発光部(蛍光体部3)と、上記第1発光部によって上記第1の蛍光に変換されず、上記第1発光部を透過した上記励起光(L2)を吸収して第2の蛍光を発する第2発光部(蛍光体部6)と、を備え、上記第2の蛍光のピーク波長は、上記励起光(L1、L2)のピーク波長と近似している構成である。
上記第1発光部は、上記励起光を受光する受光面(受光面3R)とは反対側の表面である光出射面(3E)を有しており、
上記第2発光部は、上記光出射面に設けられていることが好ましい。
上記第2発光部に含まれ、上記励起光を受けて上記第2の蛍光を発光する蛍光体(7)の粒子径は、上記励起光が有するピーク波長に比べて小さいことが好ましい。
上記励起光を出射する励起光源(レーザ素子2)と、
上記励起光源から出射された上記励起光を、上記第1発光部へと導光する導光部材(光ファイバ21)と、を備えていることが好ましい。
上記第1発光部から出射された上記励起光および上記第1の蛍光と、上記第2発光部から出射された上記励起光および上記第2の蛍光とを反射する反射鏡(リフレクタ32)を備えていることが好ましい。
2 レーザ素子(励起光源)
3 蛍光体部(第1発光部)
3R 受光面
3E 光出射面
6 蛍光体部(第2発光部)
7 蛍光体
10 発光装置
20 発光装置
30 発光装置
40 発光装置
21 光ファイバ(導光部材)
32 リフレクタ(反射鏡)
L1 励起光
L2 励起光
Claims (4)
- 励起光を波長変換することで生成した蛍光とともに、上記励起光の一部を外部へ出射する発光装置であって、
上記励起光を吸収して第1の蛍光を発する第1発光部と、
上記第1発光部によって上記第1の蛍光に変換されず、上記第1発光部を透過した上記励起光を吸収して第2の蛍光を発する第2発光部と、を備えており、
上記第2の蛍光のピーク波長は、上記励起光のピーク波長と近似しており、
上記第2発光部に含まれ、上記励起光を受けて上記第2の蛍光を発光する蛍光体の粒子径は、上記励起光が有するピーク波長に比べて小さいことを特徴とする発光装置。 - 上記第1発光部は、上記励起光を受光する受光面とは反対側の表面である光出射面を有しており、
上記第2発光部は、上記光出射面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 上記励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された上記励起光を、上記第1発光部へと導光する導光部材と、を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。 - 上記第1発光部から出射された上記励起光および上記第1の蛍光と、上記第2発光部から出射された上記励起光および上記第2の蛍光とを反射する反射鏡を備えていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
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