JP6125776B2 - Floodlight device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子から発光する励起光が照射される蛍光部材を備えた投光装置に関する。 The present invention relates to a light projecting device including a fluorescent member irradiated with excitation light emitted from a semiconductor light emitting element.
特許文献1には、光を出射する半導体発光素子と、半導体発光素子から出射した光を集光して蛍光体に照射する集光部材と、蛍光体により波長変換された光を所定の投光領域に投光する投光部材とを備えた車両用灯具(投光装置)が開示されている。
この車両用灯具は蛍光体に照射される励起光の照射領域を小さくして高い光密度で蛍光体粒子を励起することにより、蛍光体から輝度の高い光を発生させることができる。この輝度の高い光が投光部材により投光されて照度の高い投光領域を形成することができる。 This vehicular lamp can generate high-luminance light from the phosphor by exciting the phosphor particles with a high light density by reducing the irradiation area of the excitation light irradiated on the phosphor. This high luminance light is projected by the light projecting member, and a light projection region with high illuminance can be formed.
しかしながら、輝度を上げるために蛍光体に照射する励起光の照射スポットをさらに小さくすると、照射スポットに対する蛍光体粒子の粒径が相対的に大きくなり、異なる色の蛍光を発生する複数種の蛍光体粒子を用いた場合に色ムラが発生する問題があった。 However, if the irradiation spot of the excitation light irradiated to the phosphor is further reduced in order to increase the luminance, the particle size of the phosphor particles relative to the irradiation spot becomes relatively large, and multiple types of phosphors that generate fluorescence of different colors When particles are used, there is a problem that color unevenness occurs.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、輝度の高い光源から照度の高い投光領域を得るとともに色ムラの発生を抑制することが可能な投光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a light projecting device capable of obtaining a light projecting region having high illuminance from a light source having high luminance and suppressing occurrence of color unevenness. With the goal.
上記目的を達成するために本発明は、光を出射する半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの光を集光してスポット状の励起光を出射する集光部材と、前記励起光を異なる色の蛍光に変換する複数の種類の蛍光体粒子を含むとともに前記励起光に対応したスポット状の発光スポットから蛍光を出射する蛍光部材と、前記蛍光部材から出射した蛍光を所定領域に投光する投光部材とを備える投光装置において、前記発光スポット内の前記蛍光体粒子のメディアン径に基づいて導出される円の面積が前記発光スポットから出射する蛍光の最大光強度に対して50%以上の光強度を有する発光面積の0.5%以下になることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention is different from the semiconductor light emitting device that emits light, the light collecting member that collects light from the semiconductor light emitting device and emits spot-like excitation light, and the excitation light. A plurality of types of phosphor particles that are converted into color fluorescence, and a fluorescent member that emits fluorescence from a spot-like light emission spot corresponding to the excitation light, and the fluorescence emitted from the fluorescent member is projected onto a predetermined region In a light projecting device comprising a light projecting member, the area of a circle derived based on the median diameter of the phosphor particles in the light emitting spot is 50% or more with respect to the maximum light intensity of the fluorescence emitted from the light emitting spot. It is characterized by being 0.5% or less of the light emitting area having the light intensity of.
この構成によると、集光部材から出射される励起光によって蛍光体粒子から異なる色の蛍光が発光スポットから出射する。このとき、発光スポット内の蛍光体粒子のメディアン径に基づいて導出される円の面積が発光スポットから出射する蛍光の最大光強度に対して50%以上の光強度を有する発光面積の0.5%以下になる。これにより、蛍光を出射する発光スポットに対し一個当たりの蛍光体粒子が占める割合が相対的に小さくなり、発光スポットから出射される蛍光の色ムラが抑制される。 According to this configuration, fluorescence of different colors is emitted from the phosphor particles from the phosphor spots by the excitation light emitted from the light collecting member. At this time, the area of the circle derived based on the median diameter of the phosphor particles in the light emission spot is 0.5 of the light emission area having a light intensity of 50% or more with respect to the maximum light intensity of the fluorescence emitted from the light emission spot. % Or less. As a result, the ratio of the phosphor particles per one emission spot to the emission spot that emits fluorescence becomes relatively small, and color unevenness of the fluorescence emitted from the emission spot is suppressed.
また本発明は、上記構成の投光装置において、前記集光部材から複数のスポット状の前記励起光を出射し、各前記励起光に対応する前記発光スポットが互いに重なることを特徴としている。この構成によると、複数の励起光を出射することにより、複数の発光スポットが得られ、光の輝度が上がる。また、重なる発光スポットにおいても各発光スポット内の蛍光体粒子のメディアン径に基づいて導出される円の面積が各発光スポットから出射する蛍光の最大光強度に対して50%以上の光強度を有する発光スポットの面積の0.5%以下となる。これにより、重なる発光スポットにおいて高い光密度で蛍光体粒子を励起することができるとともに各発光スポットから出射する蛍光の色ムラが抑制される。 According to the present invention, in the light projecting device having the above-described configuration, a plurality of spot-like excitation lights are emitted from the light collecting member, and the light emission spots corresponding to the respective excitation lights overlap each other. According to this configuration, by emitting a plurality of excitation lights, a plurality of light emission spots can be obtained, and the brightness of the light is increased. Further, even in the overlapping light emission spots, the area of the circle derived based on the median diameter of the phosphor particles in each light emission spot has a light intensity of 50% or more with respect to the maximum light intensity of the fluorescence emitted from each light emission spot. It becomes 0.5% or less of the area of the light emission spot. Thereby, the phosphor particles can be excited at a high light density in the overlapping light emission spots, and color unevenness of the fluorescence emitted from each light emission spot is suppressed.
また本発明は、上記構成の投光装置において、前記蛍光部材は前記励起光が照射される面に前記発光スポットが形成されることを特徴としている。この構成によると、蛍光部材の内部での励起光と蛍光の散乱が抑えられるため、発光スポットを照射領域の面積に近づけることができる。 According to the present invention, in the light projecting device configured as described above, the fluorescent member has the light emitting spot formed on a surface irradiated with the excitation light. According to this configuration, since the scattering of excitation light and fluorescence inside the fluorescent member can be suppressed, the light emission spot can be brought close to the area of the irradiation region.
また本発明は、上記構成の投光装置において、前記半導体発光素子がレーザー光を発光する半導体レーザ素子であることを特徴としている。この構成によると、蛍光部材により小さい照射領域で高い光密度の励起光を照射することができる。 According to the present invention, in the light projecting device having the above-described configuration, the semiconductor light emitting element is a semiconductor laser element that emits laser light. According to this configuration, the fluorescent member can be irradiated with excitation light having a high light density in a smaller irradiation region.
本発明によると、集光部材から出射される励起光によって異なる色の蛍光に変換する蛍光体粒子が励起して所定の波長の蛍光を発光スポットから出射する。発光スポットから出射した蛍光は投光部材により所定領域に投光される。このとき、発光スポットから出射する蛍光の最大光強度に対して50%以上の光強度を有する発光面積に対して発光スポット内の蛍光体粒子のメディアン径に基づいて導出される円の面積を0.5%以下にすることにより、蛍光を出射する発光スポットに対し一個当たりの蛍光体粒子が占める割合が相対的に小さくなる。これにより、発光スポットから発光する蛍光の色ムラの発生を抑えることができる。したがって、蛍光部材に照射する励起光の照射領域を小さくして高い光密度で蛍光体粒子を励起し、発光スポットの輝度を高くした場合においても、投光部材により投光される投光領域において色ムラの発生を抑制することができる。 According to the present invention, the phosphor particles that are converted into fluorescence of different colors by the excitation light emitted from the light collecting member are excited to emit fluorescence of a predetermined wavelength from the light emitting spot. The fluorescence emitted from the light emitting spot is projected onto a predetermined area by the light projecting member. At this time, the area of the circle derived based on the median diameter of the phosphor particles in the light emission spot is 0 with respect to the light emission area having a light intensity of 50% or more with respect to the maximum light intensity of the fluorescence emitted from the light emission spot. By setting the ratio to 0.5% or less, the ratio of phosphor particles per one light emitting spot emitting fluorescence is relatively small. Thereby, generation | occurrence | production of the color nonuniformity of the fluorescence light-emitted from a light emission spot can be suppressed. Therefore, even in the case where the irradiation area of the excitation light irradiated to the fluorescent member is reduced to excite the phosphor particles with a high light density and the brightness of the light emitting spot is increased, Occurrence of color unevenness can be suppressed.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。図1は第1実施形態に係る投光装置の側面断面図である。投光装置1は例えば自動車などの前方を照明する前照灯として用いられる。投光装置1は半導体発光素子20、集光部材21、反射板29、蛍光部材22、投光部材23、取付部材24、フィルタ部材25を備える。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view of the light projecting device according to the first embodiment. The
半導体発光素子20から出射した光は集光部材21により集光され、スポット状の励起光を出射する。励起光は反射板29により光路が変更され、投光部材23の内部に入射する。入射した励起光は蛍光部材22に照射され、蛍光部材22では蛍光が励起されて発光スポット22bから出射する。蛍光は投光部材23により所定の投光領域に投光される。
The light emitted from the semiconductor
半導体発光素子20は半導体レーザ素子であり、350nm〜420nmの波長領域に発光ピークを持つ近紫外光のレーザ光を出射する。なお、半導体発光素子20とは半導体レーザ素子に限定されず、発光ダイオード素子を用いてもよい。ただし、半導体レーザ素子の方が発光ダイオード素子よりも蛍光部材22により小さい照射領域で高い光密度の励起光を照射することができる。したがって、半導体レーザ素子を用いる方が好ましい。
The semiconductor
集光部材21は半導体発光素子20からのレーザ光を集光してスポット状の励起光を出射する。このとき、集光部材21は導光部材である光ファイバー21aと、光ファイバーの両端に配されたレンズ21b、21cとを備える。光ファイバー21aは半導体発光素子20から出射したレーザ光を導光する。光ファイバー21aは中芯のコアをコアよりも屈折率の低いクラッドで覆った2層構造を備える。これにより、入射端部から入射したレーザ光は、光ファイバー21aの内部を通り、他方の端部である出射端部から出射する。光ファイバー21aを用いると半導体発光素子20と蛍光部材22との距離を自由に設定することができる。このため、設計の自由度が大きくなる。なお、光ファイバー21aの替わりにミラー又はレンズを用いて蛍光部材22にスポット状の励起光を照射してもよい。
The
レンズ21bは半導体発光素子20と光ファイバー21aの入射端部とを光学的に結合する光学部材である。半導体発光素子20から出射されたレーザ光は光ファイバー21aの入射端部に入射する。レンズ21bを介することによって光ファイバー21に入射する励起光のスポット径及び入射角を制御することができる。レンズ21cは光ファイバー21aの出射端部から出射したレーザ光をスポット状の励起光として出射する。レンズ21cを介することによって反射板29で反射されて蛍光部材22に入射する励起光のスポット径及び入射角を制御することができる。
The
反射板29は集光部材21からの励起光を蛍光部材22に反射する。また、投光部材23には窓部23bが設けられている。反射板29により反射された励起光は窓部23bを通って投光部材23の内部に入射する。なお、窓部23bは開口してもよいし、励起光を透過可能な透明部材を含むものであってもよい。また、窓部23bは励起光が通過あるいは透過する範囲に設ければよい。なお、反射板29を用いず、レンズ21cからの励起光を蛍光部材22に直接又は間接的に照射してもよい。
The
蛍光部材22は集光部材21から出射した励起光を蛍光に変換して出射する。投光部材23は蛍光部材22から出射した蛍光を所定の方向(A方向)に向かって反射して光を投光する。取付部材24はベース部24aと取付部24bとを有する。投光部材23はベース部24aに固定され、取付部24bに蛍光部材22が取り付けられる。フィルタ部材25は集光部材21から出射された励起光を吸収または反射して遮光するとともに蛍光部材22により波長変換された蛍光をA方向に透過する。これにより、励起光が投光部材23の外部に漏れることを防ぐことができる。なお、励起光を照明光の一部として用いる場合には、フィルタ部材25を省略してもよい。
The
図2は蛍光部材22にレーザ光を照射した状態を示した斜視図であり、図3は蛍光部材22に含まれる蛍光体粒子を示すとともに蛍光部材22を上方から示す拡大平面図である。蛍光部材22はレーザ光が照射される照射面22aを有する。照射面22aの中央部には集光部材21を通して集光されたスポット状の励起光が照射される。
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the
蛍光部材22は封止材(不図示)の内部に蛍光体粒子29を分散させて形成される。なお、蛍光体粒子29を固めて形成してもよい。蛍光部材22は、例えば青紫色光(励起光)を青色光、黄色光にそれぞれ変換して出射する2種類の蛍光体粒子29を用いて形成されている。青紫色光を青色光に変換する蛍光体粒子29としては、例えばBaMgAl10O17:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Euが挙げられる。青紫色光を黄色光に変換する蛍光体粒子29としては、例えばCa−αSiAlON:Euが挙げられる。なお、封止材は、例えば、ガラス材、シリコーン樹脂等の樹脂材料が用いられる。ガラス材としては低融点ガラスを用いることができる。封止材は透明性の高いものが好ましい。また、半導体発光素子20が出射するレーザ光が高出力の場合には耐熱性及び耐光性の高いものが好ましい。
The
蛍光部材22から出射する青色光および黄色光の蛍光が混色されることによって、白色光が得られる。なお、蛍光部材22に含まれる蛍光体粒子29は励起光を異なる色の蛍光に変換する複数の蛍光体粒子29を含んでいればよく、半導体発光素子20から出射するレーザ光の中心波長や、蛍光部材22を構成する蛍光体粒子の種類は、適宜変更可能である。
White light is obtained by mixing the fluorescence of the blue light and the yellow light emitted from the
例えば、青紫色光(励起光)を赤色光、緑色光および青色光にそれぞれ変換して出射する3種類の蛍光体粒子を用いて蛍光部材22にすることができる。青紫色光を赤色光に変換する蛍光体粒子29としては、例えばCaAlSiN3:Euが挙げられる。青紫色光を緑色光に変換する蛍光体粒子29としては、例えばβ−SiAlON:Euが挙げられる。青紫色光を青色光に変換する蛍光体粒子29としては、例えばBaMgAl10O17:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Euが挙げられる。赤色光は例えば約640nmの中心波長を有する光であり、緑色光は例えば約520nmの中心波長を有する光である。また、青色光は例えば約450nmの中心波長を有する光である。また、励起光は青紫光に限らず、青色光でもよい。この場合、例えば青色光(励起光)を赤色光、緑色光にそれぞれ変換して出射する2種類の蛍光体粒子を用いて蛍光部材22にすることができる。青色光を赤色光に変換する蛍光体粒子29としては、例えばCaAlSiN3:Euが挙げられる。また、青色光を緑色光に変換する蛍光体粒子29としては、例えばβ−SiAlON:Euが挙げられる。
For example, the
また、白色光を出射するように、励起光源(半導体発光素子20)および蛍光部材22を構成した例について示したが、白色光以外の光を出射するように、励起光源および蛍光部材を構成してもよい。
In addition, an example in which the excitation light source (semiconductor light emitting element 20) and the
また、蛍光部材22には蛍光体粒子29が高密度で含有されていることが望ましい。これにより、蛍光部材22での励起光の吸収率を高くすることができる。したがって、励起光を効率よく蛍光に変換することが可能になるので、蛍光部材22の厚みを小さくすることができる。このため、蛍光部材22の放熱性が向上し、蛍光部材22により高輝度な光源(発光スポット22b)が実現される。また、蛍光部材22に蛍光体粒子29が高密度で含有されることで、蛍光部材22の照射面22aに入射した励起光は照射面22aの表面近傍で蛍光に変換されやすくなる。これにより、照射面22aにおいて励起光が照射される照射領域と蛍光が出射する発光スポット22bとがほぼ一致し、発光スポット22bが励起光の照射領域よりも大きくなることを抑制することができる。
Further, it is desirable that the
図4は蛍光部材22から出射する蛍光の発光面積を説明する図である。図4の上段は蛍光部材22の側面図、中段は蛍光部材22の上面図、下段は発光スポット22bのライン上の光強度分布を示している。蛍光は照射面22aの発光スポット22bから出射する。このとき、発光スポット22bから出射する蛍光の最大光強度に対して50%以上の光強度を有する発光領域を有効発光領域22cとする。有効発光領域22cの発光面積Lに対する発光スポット22b内の蛍光体粒子29のメディアン径(d50)から導出される円の面積s(s=πd50 2/4)の面積比r=s/Lを0.5%以下にしている。このとき、導出された面積比r=s/Lを発光スポット22b内に含まれる1個当たりの蛍光体粒子29の占有割合という。つまり、面積比r=s/Lを0.5%以下にすることで、発光スポット22b内において一個当たりの蛍光体粒子29が占める占有割合が相対的に小さくなる。これにより、発光スポット22bから出射される蛍光の色ムラを抑えることができる。
FIG. 4 is a view for explaining the emission area of the fluorescence emitted from the
ここで、メディアン径(d50)とは粒子径を基準に発光スポット22b内の蛍光体粒子29のグループを2つに分けたとき、大きい粒子径を有するグループと小さい粒子径を有するグループが等量になるときの蛍光体粒子29の粒径である。
Here, the median diameter (d 50 ) is a group having a large particle diameter and a group having a small particle diameter when the group of
なお、蛍光部材22は投光部材23の反射面23aの焦点F23を含む領域に配置されており、蛍光部材22の照射面22aの中心は、反射面23aの焦点F23と略一致している。しかし、実際には、照射面22a上の励起光のスポット領域(照射領域)は一定の大きさを有しているので、投光部材23から出射する光は完全な平行光ではない。このため、投光部材23により投光される投光領域が広くなり、投光領域の中心部が暗くなる。
The
そこで、照射面22a上の励起光の照射領域を小さく絞って発光スポット22cの発光面積を小さくすることにより、投光部材23から投光される光を平行光に近づけることができる。つまり、励起光の照射領域を小さくし、高い光密度で蛍光部材22を励起することで、発光スポット22bがより輝度の高い光源となる。このとき、投光部材23の投光領域が狭まるが投光領域の中心部の照度が向上する。したがって、他の領域に比べて明るく照明する必要がある領域を、投光装置1を用いてより明るく照明することができる。このとき、発光スポット22bの面積に対して一個当たりの蛍光体粒子29が占める占有割合を相対的に小さくすることによって投光部材23から投光される平行光の色ムラを抑えることができる。
Therefore, the light projected from the
投光部材23から出射される光を平行光に近づけるためには有効発光領域Sの発光面積は0.1mm2以下とすることが好ましく、0.05mm2以下とすることが特に好ましい。このとき、発光スポット22b内の蛍光体粒子29のメディアン径は18μm以下が好ましい。
In order to bring the light emitted from the
図5は投光部材23の側面断面図である。投光部材23の反射面23aは蛍光部材22の照射面22aに対向するように配置されて蛍光部材22からの光を平行光にして所定の方向(A方向)に反射する。また、反射面23aは、例えば放物面の一部を含むように形成されている。具体的には、反射面23aは放物面を、その頂点V23と焦点F23とを結ぶ軸に直交(交差)する面で分割し、かつ、頂点V23と焦点F23とを結ぶ軸に平行な面で分割したような形状に形成されている。
FIG. 5 is a side sectional view of the
なお、投光部材23の反射面23aを放物面の一部により形成した例について示したが、反射面23aを楕円面の一部により形成してもよい。この場合、蛍光部材22を反射面23aの焦点に位置させることにより、投光装置1から出射する光を容易に集光することができる。また、反射面23aを多数の曲面(例えば放物面)からなるマルチリフレクタや、多数の微細な平面が連続して設けられた自由曲面リフレクタなどにより形成してもよい。また、投光部材23は閉じた円形の開口部を有するパラボラミラーまたはその一部を含むものであってもよい。また、投光部材23にレンズを用いてもよい。このレンズは蛍光を透過して屈折させることで、蛍光を所定の投光方向に向けて投光する光学系である。
In addition, although shown about the example which formed the
投光部材23は金属から成るベース部24aに固定され、ベース部24aは反射面23aの略中心軸上に配されている。取付部24bは反射面23aの中心軸に対して所定の傾斜角α(例えば、0°〜30°)で傾斜する傾斜面を有し、この傾斜面上に蛍光部材22が配される。また、ベース部24aの上面24cは光を反射する機能を有するように形成されていることが好ましい。取付部材24は例えばAlなどの良好な熱伝導性を有する金属により形成されており、蛍光部材22で発生した熱を放熱する機能を有する。また、取付部材24の下面には、放熱フィン(図示せず)が設けられていてもよい。また、投光部材23と取付部材24とを別体で設けた例について説明したが、投光部材23と取付部材24とを一体で形成してもよい。
The
なお、上記実施形態では、蛍光部材22を取付部24b上に直接取り付けた例について示したが、蛍光部材22を支持板(不図示)に形成した場合、支持板を取付部24bに取り付ける。
In the above-described embodiment, the example in which the
フィルタ部材25は投光部材23及び取付部材24に固定され、投光部材23の軸方向の一端の開口面を覆う。フィルタ部材25は半導体発光素子20からの励起光(近紫外光)を吸収または反射により遮光し、蛍光部材22から出射される蛍光を透過する。フィルタ部材25として、例えば、五鈴精工硝子株式会社製のITY−418や、HOYA株式会社製のL42等のガラス材料を用いることができる。
The
次に蛍光部材22の発光スポット22b内に含まれる蛍光体粒子29の占有割合と色ムラについての評価を行った。ここで、蛍光体粒子29の径はレーザ回折散乱粒子分布測定法により測定した。レーザ回折散乱粒子分布測定法はレーザ光を粒子に照射したときの回折・散乱光のパターンから粒子径を測定する。このとき、同じ回折・散乱光のパターンを示す球状粒子の粒子径が被測定物の粒径となる。
Next, the occupation ratio and color unevenness of the
図6は色ムラの評価を説明する図である。図6に示すように、半導体発光素子20から出射したレーザ光を集光部材21で集光して励起光を蛍光部材22に照射し、発光スポット22bから光を出射する。発光スポット22bは投光部材23の焦点に配され、投光部材23は発光スポット22bからの光を平行光に反射してターゲット30に投光する。なお、レーザ光の発光波長は405nmとした。蛍光部材22は青色、黄色の異なる色の蛍光を励起する蛍光体粒子29を複数含む。これにより、発光スポット22bから混色された白色の光が出射される。
FIG. 6 is a diagram for explaining evaluation of color unevenness. As shown in FIG. 6, the laser light emitted from the semiconductor
なお、蛍光部材22に含まれる蛍光体粒子29は励起光を青色光に変換する蛍光体粒子29としてBaMgAl10O17:Euを用いた。また、励起光を黄色光に変換する蛍光体粒子29としてCa−αSiAlON:Euを用いた。また、投光部材23として開口部が直径20mmのリフレクタを用いた。また、投光部材23には蛍光部材22により波長変換された蛍光を透過し、405nmの励起光を遮断するフィルタ部材25が設けられ、フィルタ部材25とターゲット30の距離Wを5mとした。
The
色ムラの評価は発光スポット22b内に含まれる蛍光体粒子29の占有割合と相関色温度分布の標準偏差との関係から評価した。この評価では発光スポット22b内に含まれる蛍光体粒子29の占有割合が異なる蛍光部材22を複数準備し、有効発光領域22cの発光面積が0.029mm2となるように各蛍光部材22に励起光を照射した。
The color unevenness was evaluated from the relationship between the occupation ratio of the
図7は発光スポット22b内に含まれる蛍光体粒子29の占有割合とメディアン径の関係を示す。縦軸は発光スポット22内に含まれる蛍光体粒子29の占有割合(%)を示し、横軸は発光スポット22b内に含まれる蛍光体粒子29のメディアン径(μm)を示す。図7に示すように、蛍光体粒子29のメディアン径が大きくなれば発光スポット22b内に含まれる蛍光体粒子29の占有割合は上昇する。
FIG. 7 shows the relationship between the occupation ratio of the
また、相関色温度分布は暗室においてターゲット30に投光された光の相関色温度の角度分布を測定して行った。測定角度は87.5°〜92.5°の範囲で0.5°ステップで測定した。また、相関色温度は測定角度に応じてランダムに変動する。このため、測定は一方向のみのスキャンを方向を変えて4回測定した。4回測定した相関色温度の平均値から相関色温度の標準偏差を導出した。
The correlated color temperature distribution was determined by measuring the angular distribution of the correlated color temperature of the light projected on the
図8は色温度分布の標準偏差と発光スポット22b内に含まれる蛍光体粒子29の占有割合の関係を示す。縦軸は色温度分布の標準偏差(K)を示し、横軸は発光スポット22b内に含まれる一個当たりの蛍光体粒子29の占有割合(%)を示す。図8に示すように、発光スポット22b内に含まれる蛍光体粒子29の占有割合が0.53%を超えると、色温度分布の標準偏差が急激に増えた。このため、発光スポット22b内に含まれる一個当たりの蛍光体粒子29の占有割合を0.5%以下とすることで色ムラが解消されることが確認された。
FIG. 8 shows the relationship between the standard deviation of the color temperature distribution and the occupation ratio of the
本実施形態によると、集光部材21から出射される励起光によって異なる色の蛍光に変換する蛍光体粒子29が励起され、所定の波長の蛍光を発光スポット22bから出射する。発光スポット22bから出射した蛍光は投光部材23で反射して所定方向(A方向)に投光される。このとき、発光スポット22bから出射する蛍光の最大光強度に対して50%以上の光強度を有する有効発光スポット22cの発光面積Lに対して発光スポット22b内の蛍光体粒子29のメディアン径に基づいて導出される円の面積を0.5%以下にすることにより、蛍光を出射する発光スポット22bに対し一個当たりの蛍光体粒子29が占める割合が相対的に小さくなる。これにより、発光スポット22bから発光する蛍光の色ムラの発生を抑えることができる。したがって、蛍光部材22に照射する励起光の照射領域を小さくして高い光密度で蛍光体粒子29を励起し、発光スポット22bを輝度の高い光源とした場合においても、投光部材23により投光される投光領域において色ムラの発生を抑制することができる。
According to the present embodiment, the
また、蛍光部材22は励起光が照射される領域と発光スポット22bとが同一面に形成されるため、蛍光部材22の内部で散乱される励起光及び蛍光が少ない。このため、発光スポットを照射領域の面積に近づけることができる。したがって、蛍光部材22に照射される励起光の照射領域を小さくして高い光密度で蛍光を発光スポット22bから出射することができる。
In addition, since the
また、半導体発光素子20にレーザー光を発光する半導体レーザ素子を用いることにより、蛍光部材22により小さい照射領域で高い光密度の励起光を照射することができる。このため、蛍光部材22の発光スポット22bにおいて輝度が高い光源を容易に得ることができる。
Further, by using a semiconductor laser element that emits laser light as the semiconductor
<第2実施形態>
図9は第2実施形態に係る投光装置の側面断面図であり、図10は第2実施形態に係る蛍光部材から出射する蛍光の発光面積を説明する図である。図10の上段は蛍光部材22の側面図、中段は蛍光部材22の上面図、下段は発光スポット22bのライン上の光強度分布を示している。なお、第1実施形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。第1実施形態に対して第2実施形態は複数の半導体発光素子20から出射されたレーザ光を各集光部材21で集光して蛍光部材22に出射し、各励起光に対応する発光スポット22bが互いに重なる。なお、図10では2個の発光スポット22bが重なっているが、3個以上の発光スポット22bを重ねてもよい。また、集光部材21には集光レンズを用いているが光ファイバーを用いてもよい。また、窓部23bは3個の半導体素子20に対して1個設けられているが、それぞれ別個に設けられてもよい。
Second Embodiment
FIG. 9 is a side sectional view of the light projecting device according to the second embodiment, and FIG. 10 is a diagram for explaining the emission area of the fluorescence emitted from the fluorescent member according to the second embodiment. The upper part of FIG. 10 is a side view of the
このとき、重なる発光スポット22bにおいても各励起光により励起される各発光スポット22b内の蛍光体粒子29のメディアン径に基づいて導出される円の面積を各発光スポット22bから出射する蛍光の最大光強度に対して50%以上の光強度を有する発光面積の0.5%以下とする。これにより、重なる発光スポット22bにおいて高い光密度で蛍光体粒子29を励起することができるとともに各発光スポット22bから出射する蛍光の色ムラが抑制される。したがって、単一の励起源を用いるより高輝度の光源が得られる。
At this time, even in the overlapping
<第3実施形態>
図11は第3実施形態に係る投光装置の側面断面図である。なお、第1実施形態と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。第1実施形態に対して第3実施形態は蛍光部材22の励起光が照射される照射面22aと蛍光が出射する発光スポット22bを含む面が対向配置されている。つまり、第3実施形態の蛍光部材22は励起光が照射される照射面22aと反対側の出射面から光が取り出される。
<Third Embodiment>
FIG. 11 is a side sectional view of the light projecting device according to the third embodiment. In addition, the same part as 1st Embodiment attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description. In contrast to the first embodiment, in the third embodiment, the
このとき、発光スポット22bから出射する蛍光の最大光強度に対して50%以上の光強度を有する発光面積に対して発光スポット内の蛍光体粒子のメディアン径に基づいて導出される円の面積を0.5%以下とすることにより、出射される蛍光の色ムラの発生を抑えることができる。ただし、本実施形態の投光装置1は蛍光部材22の内部で励起光及び蛍光が散乱され、発光スポット22bが励起光の照射領域より大きくなる。このため、励起光の照射領域と発光スポット22bとが一致しない。したがって、発光スポット22bを小さくして高輝度な光源を実現するためには第1実施形態の投光装置1のように励起光が照射される面に発光スポット22bの反射型の投光装置1がより好ましい。
At this time, the area of a circle derived on the basis of the median diameter of the phosphor particles in the light emission spot with respect to the light emission area having a light intensity of 50% or more with respect to the maximum light intensity of the fluorescence emitted from the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
また、上記実施形態では、本発明の投光装置を自動車の前照灯に用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。本発明の投光装置を、飛行機、船舶、ロボット、バイクまたは自転車や、その他の移動体の前照灯に用いてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the example which used the light projector of this invention for the headlamp of a motor vehicle was shown, this invention is not restricted to this. You may use the light projection apparatus of this invention for the headlamp of an airplane, a ship, a robot, a motorcycle or a bicycle, and another moving body.
また、上記実施形態では、励起光を可視光に変換した例について示したが、本発明はこれに限らず、励起光を可視光以外の光に変換してもよい。例えば、励起光を赤外光に変換する場合には、セキュリティ用CCDカメラの夜間照明装置などにも適用可能である。 Moreover, although the example which converted excitation light into visible light was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this, You may convert excitation light into light other than visible light. For example, when the excitation light is converted into infrared light, it can also be applied to a night illumination device of a security CCD camera.
1 投光装置
20 半導体発光素子
21 集光部材
22 蛍光部材
22a 照射面
22b 発光スポット
23 投光部材
23a 反射面
24 取付部材
24a 上面
24b 取付部
25 フィルタ部材
29 蛍光体粒子
F23 焦点
V23 頂点
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記発光スポット内の前記蛍光体粒子のメディアン径が10μm以上であり、前記発光スポット内の前記蛍光体粒子のメディアン径に基づいて導出される円の面積が前記発光スポットから出射する蛍光の最大光強度に対して50%以上の光強度を有する有効発光領域の発光面積の0.5%以下になり、前記有効発光領域の発光面積が0.1mm 2 以下であることを特徴とする投光装置。 A semiconductor light emitting device that emits light, a light collecting member that collects light from the semiconductor light emitting device and emits spot-like excitation light, and a plurality of types of fluorescence that converts the excitation light into fluorescent light of different colors In a light projecting device comprising a fluorescent member that includes body particles and emits fluorescence from a spot-like light emission spot corresponding to the excitation light, and a light projecting member that projects fluorescence emitted from the fluorescent member to a predetermined region,
The median diameter of the phosphor particles in the light emission spot is 10 μm or more, and the area of a circle derived based on the median diameter of the phosphor particles in the light emission spot is the maximum fluorescence light emitted from the light emission spot projecting light Ri Do to 0.5% or less of the light-emitting area of the effective light emitting area having 50% or more of the light intensity relative to intensity, the light-emitting area of the effective light-emitting region, characterized in that it is 0.1 mm 2 or less apparatus.
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