JP6826691B2 - 光学部品および照明装置 - Google Patents
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Description
(構成)
図1は、本実施の形態1における、光学部品51を有する照明装置101の構成を概略的に示す断面図である。なお照明装置101の平面視における形状は、特に限定されず、例えば、多角形または円である。多角形としては、典型的には四角形が用いられ、例えば正方形が用いられる。
本実施の形態によれば、蛍光体基板61からの光は透光性基板71を通過する。この透光性基板71は、配向性をともなう多結晶構造を有することによって、屈折率の結晶異方性を有している。これにより、蛍光体基板61から直進してきた光を、過度な吸収なしに適度に散乱させることができる。よって、高い出力と小さい色むらとを有する照明光92を生成することができる。
配向度は、X線回折を用いたロットゲーリング法によって測定することができる。測定試料は、透光性基板71のほぼ水平な断面(厚み方向にほぼ垂直な断面)を平滑に研磨することによって得られる。この研磨された面に対してX線が照射されることで、X線回折プロファイルが取得される。以下、透光性基板71がアルミナから作られている場合について詳述する。
配向度の調整方法について、アルミナの場合を例に説明する。一般的な多結晶アルミナは、配向性を有しておらず、実質的に0%の配向度を有している。一方、意図的に配向性が付与された多結晶アルミナの配向度は、1%程度から100%近くまで制御することができる。配向性を得るためには、例えば、板状アルミナ粒子を含む原材料を用いてのテンプレート粒成長(Templated Grain Growth:TGG)法が用いられる。原材料中の、板状アルミナ粒子と、板状でない通常のアルミナ粒子との配合比を調整することによって、配向度を任意に調整することができる。なお板状アルミナ粒子の粒径は、高い配向度と、緻密性との両方を得るためには、1.5μm程度以上20μm程度以下が好ましい。
図2は、本実施の形態1の変形例における、光学部品51Aを有する照明装置101Aの構成を概略的に示す断面図である。光学部品51Aは第3基板31を有している。第3基板31は第1基板11を支持している。第1基板11は第2基板21と第3基板31との間に配置されている。第3基板31は、基板81を含み、図中においては基板81である。基板81の材料は、透光性基板71の材料と同様であってよい。
図3は、本実施の形態2における、光学部品52を有する照明装置102の構成を概略的に示す断面図である。光学部品52においては、透光性基板71の側面S23がコーティングされている。この側面コーティングについて、以下において、より具体的に説明する。
図5は、本実施の形態3における、光学部品53を有する照明装置103の構成を概略的に示す断面図である。光学部品53は、第2基板21(図1:実施の形態1)に代わって、第2基板22を有している。第2基板22は、透光性基板71(図1:実施の形態1)に代わって、透光性基板72を有している。透光性基板72に関しては、出射面S22の面積は、入射面S21の面積と異なっている。具体的には、出射面S22の面積は、入射面S21の面積よりも小さい。側面S23の少なくとも一部は、入射面S21から、垂直な角度よりも小さい角度AG2を有している。言い換えれば、0°<AG2<90°が満たされている。好ましくは、AG2≧45°である。
図9は、本実施の形態4における、光学部品54を有する照明装置104の構成を概略的に示す断面図である。光学部品54は、第2基板21(図1:実施の形態1)に代わって、第2基板23を有している。第2基板23は、透光性基板71(図1:実施の形態1)に代わって、透光性基板73を有している。透光性基板73に関しては、出射面S22の面積は、入射面S21の面積と異なっている。具体的には、出射面S22の面積は、入射面S21の面積よりも大きい。側面S23の少なくとも一部は、入射面S21から、垂直な角度よりも大きい角度AG2を有している。言い換えれば、90°<AG2<180°が満たされる。なお、第2基板23および透光性基板73についての上記以外の構成は、実施の形態1で説明された第2基板21および透光性基板71と同様である。
(構成)
図13は、本実施の形態5における光学部品55の構成を概略的に示す断面図である。光学部品55は、第1基板11(図1:実施の形態1)に代わって、第1基板15を有している。光学部品55は、第2基板21(図1:実施の形態1)に代わって、第2基板25を有している。第1基板15は、実施の形態1で説明された蛍光体基板61に加えて、第1中間層46を有している。第1中間層46は第2基板25に面している。第1中間層46は、透光性を有しており、好ましくは実質的に透明である。第2基板25は、実施の形態1で説明された透光性基板71に加えて、第2中間層47を有している。第2中間層47は第1基板15に面している。第2中間層47は、透光性を有しており、好ましくは実質的に透明である。
図15〜図18のそれぞれは、光学部品55の製造方法の第1〜第4工程を概略的に示す断面図である。
本実施の形態によれば、前述した実施の形態1〜4とほぼ同様の効果が得られる。さらに、以下の効果が得られる。
図19は、本実施の形態5の第1変形例における光学部品55Aの構成を図14と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。光学部品55Aは、第2中間層47(図14)を形成することなく上記製造方法が行われることによって得られる。本変形例は、第1中間層46の材料と透光性基板71の材料とが同じ(例えば酸化アルミニウム)である場合、特に好適である。
巨視的にみて図5(実施の形態3)に対応する実施例1〜4の光学部品が、以下のように製造された。
透光性基板として、配向性を有しない多結晶窒化アルミニウム基板が準備された。この基板は、常圧下での焼結によって製造されたものであり、その直線透過率は1%であった。この透光性基板を用いつつ、他の条件は上記実施例1〜4と同様として、比較例1の光学部品が製造された。
透光性基板として、単結晶構造を有するサファイア基板が準備された。この透光性基板を用いつつ、他の条件は上記実施例1〜4と同様として、比較例2の光学部品が製造された。
透光性基板を有しない光学部品が、比較例3の光学部品として製造された。具体的には、実施例1〜4と同様の蛍光体基板が3mm角で切断された。
上記実施例4と同様の条件を用いて、ダイシング前までの工程が行われた。次に、透光性基板の出射面が、レジストを塗布することによって保護された。次に、実施例4と同様のダイシングが行われた。次に、光学部品の側面上のコーティング(誘電体膜および反射膜)として、厚み0.5μmのアルミナ層と、厚み0.5μmのアルミニウム合金膜とがスパッタ法によって成膜された。次に、レジストが有機溶剤を用いて除去された。以上により、実施例5の光学部品が製造された。
上記実施例4と同様の条件を用いつつ、角度AG2(図10)=117°に相当する逆テーパ形状が形成されるようにダイシングが行われた。これにより、実施例6の光学部品が製造された。得られた光学部品には欠けもクラックもみられなかった。透光性基板の出射面の寸法は4mm×4mmであり、蛍光体基板の寸法は3mm×3mmであった。
実施例6と同様の条件を用いて、ダイシング前までの工程が行われた。次に、透光性基板の出射面が、レジストを塗布することによって保護された。次に、実施例6と同様のダイシングが行われた。次に、光学部品の側面上のコーティング(誘電体膜および反射膜)として、厚み0.5μmのアルミナ層と、厚み0.5μmのアルミニウム合金膜とがスパッタ法によって成膜された。次に、レジストが有機溶剤を用いて除去された。以上により、実施例7の光学部品が製造された。
透光性基板として、配向性を有しない多結晶窒化アルミニウム基板が準備された。この基板は、常圧下での焼結によって製造されたものであり、その直線透過率は1%であった。この透光性基板を用いつつ、他の条件は上記実施例7と同様として、比較例4の光学部品が製造された。
透光性基板として、単結晶構造を有するサファイア基板が準備された。この透光性基板を用いつつ、他の条件は上記実施例7と同様として、比較例5の光学部品が製造された。
光源として、出力10W、波長450nmのGaN系青色レーザ装置が準備された。これを用いて生成された励起光が光学部品へ照射された。この光が光学部品を通過することによって得られた照明光について、その出力、色むら、およびサイズが評価された。
実施例1〜4および比較例1〜3についての評価結果を、以下の表にまとめる。
実施例4〜7および比較例4、5についての評価結果を、以下の表にまとめる。なお実施例4は、上記の表と重複して示されている。
S11,S21,S31 入射面
S12,S22,S32 出射面
S13,S23,S33 側面
1〜13,15 第1基板
21〜23,25 第2基板
30 接合層
31〜33 第3基板
41 誘電体膜
42 反射膜
46 第1中間層
47 第2中間層
51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B 光学部品
61〜63 蛍光体基板
71〜73 透光性基板
81〜83 基板
90 光源
91 励起光
92 照明光
101,101A,102,102A,103,103A,103B,103C,104,104A,104B,104C 照明装置
Claims (18)
- 光源(90)からの光の波長を変換する光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)であって、
蛍光体基板(61〜63)を含む第1基板(1〜13,15)と、
前記第1基板(1〜13,15)を支持する第2基板(21〜23,25)と、
を備え、前記第2基板(21〜23,25)は、前記光源(90)からの光(91)を前記第1基板(1〜13,15)を介して受ける透光性基板(71〜73)を含み、前記透光性基板(71〜73)は、配向性をともなう多結晶構造を有することによって屈折率の結晶異方性を有する、
光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)。 - 前記透光性基板(71〜73)の前記多結晶構造は10%以上99.5%以下の配向度を有している、請求項1に記載の光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)。
- 前記透光性基板(71〜73)の屈折率は前記蛍光体基板(61〜63)の屈折率よりも高い、請求項1または2に記載の光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)。
- 前記透光性基板(71〜73)の熱伝導率は前記蛍光体基板(61〜63)の熱伝導率よりも高い、請求項1から3のいずれか1項に記載の光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)。
- 前記透光性基板(71〜73)の線膨張係数は前記蛍光体基板(61〜63)の線膨張係数の±50%以内である、請求項1から4のいずれか1項に記載の光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)。
- 前記透光性基板(71〜73)は窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムのいずれかからなる、請求項1から5のいずれか1項に記載の光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)。
- 前記蛍光体基板(61〜63)は多結晶構造を有している、請求項1から6のいずれか1項に記載の光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)。
- 前記透光性基板(71〜73)は、前記光源(90)からの光(91)を前記第1基板(1〜13,15)を介して受ける入射面(S21)と、前記入射面(S21)と反対の出射面(S22)と、前記入射面(S21)と前記出射面(S22)とを互いにつなぐ側面(S23)と、を有している、請求項1から7のいずれか1項に記載の光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)。
- 前記透光性基板(71)の前記側面(S23)上に設けられ、前記透光性基板(71)の屈折率よりも低い屈折率を有する誘電体膜(41)をさらに備える、請求項8に記載の光学部品(52,52A)。
- 前記透光性基板(71)の前記側面(S23)上に直接的または間接的に設けられた反射膜(42)をさらに備える、請求項8または9に記載の光学部品(52、52A)。
- 前記出射面(S22)の面積は、前記入射面(S21)の面積と異なっている、請求項8から10のいずれか1項に記載の光学部品(53,53A〜53C,54,54A〜54C)。
- 前記側面(S23)の少なくとも一部は、前記入射面(S21)から、垂直な角度よりも小さい角度(AG2)を有している、請求項8から11のいずれか1項に記載の光学部品(53,53A〜53C)。
- 前記側面(S23)の少なくとも一部は、前記入射面(S21)から、垂直な角度よりも大きい角度(AG2)を有している、請求項8から12のいずれか1項に記載の光学部品(54,54A〜54C)。
- 前記第1基板(11、15)と前記第2基板(21、25)との間に接合層(30)をさらに備え、前記接合層(30)は、前記第1基板(11、15)の前記第2基板(21、25)に面する面に含まれる少なくとも1種類の元素と、前記第2基板(21、25)の前記第1基板(11、15)に面する面に含まれる少なくとも1種類の元素とを含む、請求項1から13のいずれか1項に記載の光学部品(55,55A、55B)。
- 前記第1基板(15)は、前記第2基板(21、25)に面する第1中間層(46)を含み、前記第1中間層(46)は、前記蛍光体基板(61)の材料とは異なる材料からなる、請求項1から14のいずれか1項に記載の光学部品(55、55A)。
- 前記第2基板(25)は、前記第1基板(15)に面する第2中間層(47)を含み、前記第2中間層(47)は、前記透光性基板(71)の材料とは異なる材料からなる、請求項1から15のいずれか1項に記載の光学部品(55)。
- 光源(90)と、
前記光源(90)からの光(91)の波長を変換する光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)と、
を備え、前記光学部品(51,51A,52,52A,53,53A〜53C,54,54A〜54C,55,55A,55B)は、
蛍光体基板(61〜63)を含む第1基板(1〜13,15)と、
前記第1基板(1〜13,15)を支持する第2基板(21〜23,25)と、
を含み、前記第2基板(21〜23,25)は、前記光源(90)からの光(91)を前記第1基板(1〜13,15)を介して受ける透光性基板(71〜73)を含み、前記透光性基板(71〜73)は、配向性をともなう多結晶構造を有することによって屈折率の結晶異方性を有する、
照明装置(101,101A,102,102A,103,103A,103B,103C,104,104A,104B,104C)。 - 前記光源(90)はレーザを含む、請求項17に記載の照明装置(101,101A,102,102A,103,103A,103B,103C,104,104A,104B,104C)。
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