JP6528344B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
[概略構成]
まず、実施の形態1に係る発光装置の構成について、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る発光装置の構成を示す図である。
放射源1は、一次光2としてレーザ光を放射する。このような放射源1としては、例えば、面発光レーザダイオード等のレーザダイオードが用いられる。放射源1は、カバー91内に収容されており、カバー91の貫通孔911を通る電源線によって外部電源92に接続されている。
第一波長変換体3には、放射源1によって一次光2が照射される。すなわち、一次光2は、高い光密度を保った状態で、第一波長変換体3に照射される。放射源1と第一波長変換体3の間には、光学素子等が配置されず、放射源1によって放出された一次光2は、第一波長変換体3に直接照射されてもよい。また、放射源1と第一波長変換体3の間には、集光レンズ、光ファイバ等の光導波路、光学フィルター、平面反射ミラー、または偏光板等の光学素子が配置されてもよい。この場合、一次光2は、これらの光学素子を通過した後に、高い光密度を保った状態で、第一波長変換体3に照射される。
第一蛍光体31は、第一波長変換体3に含まれる。第一蛍光体31は、一次光2を励起光として吸収し、かつ、蛍光として二次光4を放つ。第一蛍光体31が放つ二次光4の波長成分は、第一蛍光体31の励起光である一次光2の波長成分よりも長波長成分が多い。例えば、二次光4の発光ピーク波長は、一次光2の発光ピーク波長よりも長い。
第二波長変換体5には、第一波長変換体3によって二次光4が照射される。実施の形態1では、第二波長変換体5の厚みは、例えば10μm以上10mm以下である。第二波長変換体5は、例えば、フィルム状または厚膜状であり、図1に示すように、第一波長変換体3を囲む半球状に形成される。
第二蛍光体51は、第二波長変換体5に含まれる。第二蛍光体51は、第一蛍光体31よりも長波長の光成分を放射する蛍光体であり、二次光4の少なくとも一部を励起光として吸収し、かつ、蛍光として三次光6を放つ。また、第二蛍光体51は、第一波長変換体3によって散乱された、もしくは第一波長変換体3を透過した一次光2の少なくとも一部を励起光として吸収し、蛍光62を放つ。第二蛍光体51からの蛍光である三次光6の波長成分は、第二蛍光体51の励起光である二次光4の波長成分よりも長波長成分が多い。例えば、三次光6の発光ピーク波長は、二次光4の発光ピーク波長よりも長い。
第一波長変換体3は、第一蛍光体31が封止材で封止されることによって形成され、第二波長変換体5は、第二蛍光体51が封止材で封止されることによって形成される。
第二波長変換体5に照射される二次光4の光密度は、例えば、第一波長変換体3に照射される一次光2の光密度の1/10以下である。これにより、第二蛍光体51を励起する励起光の光密度が、放射源1から放射されるレーザ光である一次光2の光密度よりも1桁以上低いものになるため、第二蛍光体51の効率飽和が起こりにくくなる。つまり、第二波長変換体5における二次光4から三次光6への波長変換において変換効率が高められるため、三次光6の強度が高められた発光装置8を実現できる。
発光装置8は、実施の形態1においては、カバー91と第二波長変換体5に囲まれた閉空間を有する構造である。カバー91は、例えば、外部電源92の電源線が挿通される貫通孔911を有し、ABS樹脂などの樹脂材料を用いた射出成形により形成される。カバー91と第二波長変換体5で囲まれた閉空間は、真空状態でもよいし、空気、窒素、希ガス、または樹脂もしくはガラス等の透明材料によって充填されていてもよい。
次に、変形例1に係る発光装置の構成について図2を用いて説明する。図2は、変形例1に係る発光装置の構成を示す図である。なお、以下では、変形例1に係る発光装置8aの発光装置8と異なる点を中心に説明が行われ、発光装置8と同様の構成については説明が省略される。
次に、変形例2に係る発光装置の構成について図3を用いて説明する。図3は、変形例2に係る発光装置の構成を示す概略図である。なお、以下では、変形例2に係る発光装置8bの、発光装置8と異なる点を中心に説明が行われ、発光装置8と同様の構成については説明が省略される。
次に、変形例3に係る発光装置の構成について図4を用いて説明する。図4は、変形例3に係る発光装置の構成を示す概略図である。なお、以下では、変形例3に係る発光装置8cの、変形例2に係る発光装置8bと異なる点を中心に説明が行われ、発光装置8bと同様の構成については説明が省略される。
[概略構成]
次に、実施の形態2に係る発光装置の構成について、図5を用いて説明する。図5は、実施の形態2に係る発光装置の構成を示す概略図である。なお、以下では、実施の形態2に係る発光装置8dの、実施の形態1に係る発光装置8と異なる点を中心に説明が行われ、発光装置8と同様の構成については説明が省略される。
実施の形態2では、第一波長変換体3dは、厚みが、例えば10μm以上10mm以下のフィルム状または厚膜状であり、第二波長変換体5dを囲む半球状に形成される。第一波長変換体3dは、第一蛍光体31を含む。
実施の形態2では、第二波長変換体5dは、厚み10μm以上10mm以下のディスク状である。第二波長変換体5dの中心部分には、直径100μm以上10mm以下の貫通孔52dが形成されている。第二波長変換体5dは、例えば、略円錐形状のカバー91底部近傍に当該底部を塞ぐように配置される。第二波長変換体5dは、第二蛍光体51を含む。貫通孔52dの孔軸は、一次光2の光軸と略平行であり、一次光2の少なくとも一部は、貫通孔52dを通過する。
実施の形態2では、一次光2は、貫通孔52dを通過して第一波長変換体3dに照射される。第一波長変換体3d(第一蛍光体31)は、一次光2の一部を吸収することにより一次光2を二次光4に波長変換する。つまり、第一波長変換体3dは、二次光4を放射する。一次光2の少なくとも一部は、第一波長変換体3dを通過して出力光7の一部となる。
次に、実施の形態2の変形例に係る発光装置の構成について図6を用いて説明する。図6は、実施の形態2の変形例に係る発光装置の構成を示す図である。なお、以下では、実施の形態2の変形例に係る発光装置8eの発光装置8dと異なる点を中心に説明が行われ、発光装置8dと同様の構成については説明が省略される。
次に、実施の形態3に係る発光装置の構成について、図7を用いて説明する。図7は、実施の形態3に係る発光装置の構成を示す概略図である。なお、以下では、実施の形態3に係る発光装置8fの、実施の形態1に係る発光装置8と異なる点を中心に説明が行われ、発光装置8と同様の構成については説明が省略される。
[概略構成]
次に、実施の形態4に係る発光装置の構成について、図8を用いて説明する。図8は、実施の形態4に係る発光装置の構成を示す概略図である。なお、以下では、実施の形態4に係る発光装置8gの、実施の形態1に係る発光装置8と異なる点を中心に説明が行われ、発光装置8と同様の構成については説明が省略される。
実施の形態4では、放射源1及び第一波長変換体3は、光源部911g内(光源部911gの筐体内)に配置されている。また、光導波路93は、光源部911gに光学的に接続されている。放射源1によって放射された一次光2の一部は、第一蛍光体31を含む第一波長変換体3gによって二次光4(図8において図示せず)に変換される。放射源1によって放射された一次光2の他の一部と、第一波長変換体3gによって放射された二次光4の混合光63は、光導波路93に入射する。
実施の形態4では、光導波路93は、一端が光源部911gと光学的に接続され、他端が発光部100gと光学的に接続されている。光導波路93は、光源部911gによって放射された混合光63を第二波長変換体5gの近傍まで導波する。なお、光導波路93は、例えば、光ファイバであるが、シート状または板状の光導波路であってもよい。
実施の形態4では、発光部100gは、第二波長変換体5gとカバー91g(または支持体)によって構成されている。発光部100gは光導波路93と光学的に接続されており、光導波路93によって導波された一次光2および二次光4の混合光63は、第二波長変換体5gに照射される。
次に、実施の形態4の変形例に係る発光装置の構成について、図9を用いて説明する。図9は、実施の形態4の変形例に係る発光装置の構成を示す概略図である。なお、以下では、実施の形態4の変形例に係る発光装置8hの、実施の形態4に係る発光装置8gと異なる点を中心に説明が行われ、発光装置8gと同様の構成については説明が省略される。
上記いずれかの実施の形態で説明された発光部は、例えば、基板上に第一波長変換体及び第二波長変換体が積層された構成であってもよい。以下、このような実施の形態5に係る発光部について説明する。図10は、実施の形態5に係る発光部の上面図であり、図11は、図10のXI−XI線における模式断面図である。なお、以下では、上記いずれかの実施の形態において既に説明された事項については説明が省略される。
次に、実施の形態5の変形例に係る発光部の構成について、図14を用いて説明する。図14は、実施の形態5の変形例に係る発光部の模式断面図である。なお、以下では、実施の形態5の変形例に係る発光部100jの、実施の形態5に係る発光部100iと異なる点を中心に説明が行われ、発光部100iと同様の構成については説明が省略される。
[試験環境]
以下、実施の形態6として、上記いずれかの実施の形態に係る発光装置によって得られる効果を説明するための試験結果について説明する。まず、試験環境について説明する。図15は、実施の形態に係る発光装置によって得られる効果を説明するための試験の試験環境を示す模式図である。
次に、試験対象の発光装置について説明する。試験対象の発光装置としては、上記いずれかの実施の形態に係る発光部の構成を再現した発光部20と、比較例に係る発光部とが用いられた。図16は、発光部20の模式断面図である。図17は、比較例に係る発光部の模式断面図である。
以下、発光部20及び発光部25の効率飽和についての試験結果について説明する。効率飽和の試験において、放射源1の出力が6W(3W+3W)になるように、あらかじめパワーメータで放射源1が有するレーザダイオードへの投入電力と当該レーザダイオードの温度とが規定された。
以上説明したように、発光装置8は、一次光2としてレーザ光を放射する放射源1と、放射源1によって放射される一次光2の少なくとも一部を吸収することにより一次光2を二次光4に変換する第一蛍光体31を含む第一波長変換体3と、第一波長変換体3によって放射される二次光4の少なくとも一部を吸収することにより二次光4を三次光6に変換する第二蛍光体51を含む第二波長変換体5とを備える。発光装置8は、一次光2、二次光4、及び三次光6を含む出力光7を放つ。二次光4は、一次光2よりも長波長成分を多く含み、三次光6は、二次光4よりも長波長成分を多く含む。第二蛍光体51の蛍光寿命は、第一蛍光体31の蛍光寿命よりも長く、第二波長変換体5に照射される二次光4の光密度は、第一波長変換体3に照射される一次光2の光密度よりも小さい。発光装置8a〜8hについても同様である。
以上、実施の形態及びその変形例に係る発光装置について説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
2 一次光
3、3a〜3e、3g〜3j、22 第一波長変換体
4 二次光
5、5a、5d、5e、5g〜5j、23 第二波長変換体
6 三次光
7 出力光
8、8a〜8h 発光装置
22a、31、31b、31c 第一蛍光体
23a、51 第二蛍光体
93 光導波路
Claims (16)
- 発光装置であって、
一次光としてレーザ光を放射する放射源と、
前記放射源によって放射される前記一次光の少なくとも一部を吸収することにより前記一次光を二次光に変換する第一蛍光体を含む第一波長変換体と、
前記第一波長変換体によって放射される前記二次光の少なくとも一部を吸収することにより前記二次光を三次光に変換する第二蛍光体を含む第二波長変換体とを備え、
少なくとも前記第一蛍光体は無機材料によって封止され、
前記発光装置は、前記一次光、前記二次光、及び前記三次光を含む出力光を放ち、
前記二次光は、前記一次光よりも長波長成分を多く含み、
前記三次光は、前記二次光よりも長波長成分を多く含み、
前記第二蛍光体の蛍光寿命は、前記第一蛍光体の蛍光寿命よりも長く、
前記第二波長変換体に照射される前記二次光の光密度は、前記第一波長変換体に照射される前記一次光の光密度よりも小さく、
前記第一波長変換体は、前記放射源と前記第二波長変換体との間に、前記放射源及び前記第二波長変換体のいずれとも離れて位置する
発光装置。 - 前記放射源は、固体発光素子を有する
請求項1に記載の発光装置。 - 前記第二波長変換体に照射される前記二次光の光密度は、前記第一波長変換体に照射される前記一次光の光密度の1/10以下である
請求項1又は2に記載の発光装置。 - 前記放射源は、420nm以上480nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示す発光スペクトルを有する青系光を前記一次光として放射する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第一蛍光体は、480nm以上600nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示す発光スペクトルを有する光を前記二次光として放つ
請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第一蛍光体は、Ce3+付活蛍光体である
請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第一蛍光体は、ガーネットの結晶構造を有する
請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第一蛍光体は、少なくとも一つの単結晶によって形成される
請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。 - 発光装置であって、
一次光としてレーザ光を放射する放射源と、
前記放射源によって放射される前記一次光の少なくとも一部を吸収することにより前記一次光を二次光に変換する第一蛍光体を含む第一波長変換体と、
前記第一波長変換体によって放射される前記二次光の少なくとも一部を吸収することにより前記二次光を三次光に変換する第二蛍光体を含む第二波長変換体とを備え、
前記発光装置は、前記一次光、前記二次光、及び前記三次光を含む出力光を放ち、
前記二次光は、前記一次光よりも長波長成分を多く含み、
前記三次光は、前記二次光よりも長波長成分を多く含み、
前記第二蛍光体の蛍光寿命は、前記第一蛍光体の蛍光寿命よりも長く、
前記第二波長変換体に照射される前記二次光の光密度は、前記第一波長変換体に照射される前記一次光の光密度よりも小さく、
前記第一波長変換体は、前記第一蛍光体のみから構成され、
前記第一蛍光体は、ガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状を持つ一粒の粒子により構成されている
発光装置。 - 前記第二蛍光体は、Eu2+付活蛍光体である
請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第二蛍光体は、600nm以上660nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示す発光スペクトルを有する光を前記三次光として放つ
請求項1〜10のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第二蛍光体は、窒化物蛍光体または酸窒化物蛍光体のいずれかである
請求項1〜11のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第二蛍光体は、CaAlSiN3と同じ結晶構造を持つ化合物である
請求項12に記載の発光装置。 - さらに、前記放射源と前記第一波長変換体との間、及び、前記第一波長変換体と前記第二波長変換体との間の少なくとも一方に、光導波路を備え、
前記一次光、前記二次光、及び前記三次光の少なくとも1つは、前記光導波路によって導波される
請求項1〜13のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記発光装置は、前記第一波長変換体と前記第二波長変換体との間に、前記光導波路を備える
請求項14に記載の発光装置。 - 発光装置であって、
一次光としてレーザ光を放射する放射源によって放射される前記一次光の少なくとも一部を吸収することにより前記一次光を二次光に変換する第一蛍光体を含む第一波長変換体と、
前記第一波長変換体によって放射される前記二次光の少なくとも一部を吸収することにより前記二次光を三次光に変換する第二蛍光体を含む第二波長変換体とを備え、
少なくとも前記第一蛍光体は無機材料によって封止され、
前記発光装置は、前記一次光、前記二次光、及び前記三次光を含む出力光を放ち、
前記二次光は、前記一次光よりも長波長成分を多く含み、
前記三次光は、前記二次光よりも長波長成分を多く含み、
前記第二蛍光体の蛍光寿命は、前記第一蛍光体の蛍光寿命よりも長く、
前記第二波長変換体に照射される前記二次光の光密度は、前記第一波長変換体に照射される前記一次光の光密度よりも小さく、
前記第一波長変換体は、前記放射源と前記第二波長変換体との間に、前記放射源及び前記第二波長変換体のいずれとも離れて位置する
発光装置。
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