JPWO2017119313A1 - Phosphor element and lighting device - Google Patents

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孝介 丹羽
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Abstract

蛍光体素子は、支持基板、および支持基板上に設けられた、蛍光体からなる光導波路を備えており、光導波路の長手方向の一方の端部に入射面が設けられており、光導波路の長手方向の他方の端部に出射面が設けられており、蛍光体が、希土類元素イオンがドープされた単結晶からなり、光導波路の厚さが3μm以上、80μm以下である。【選択図】 図1The phosphor element includes a support substrate and an optical waveguide made of a phosphor provided on the support substrate, and an incident surface is provided at one end in the longitudinal direction of the optical waveguide. An emission surface is provided at the other end in the longitudinal direction, and the phosphor is made of a single crystal doped with rare earth element ions, and the thickness of the optical waveguide is 3 μm or more and 80 μm or less. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、蛍光体素子および白色光を発光する照明装置に関するものである。   The present invention relates to a phosphor element and an illumination device that emits white light.

最近、レーザー光源を用いた自動車用ヘッドライトの研究が盛んに行われており、その内の一つに、青色レーザーあるいは紫外レーザーと蛍光体を組み合わせた白色光源がある。レーザー光を集光することにより、励起光の光密度を高めることができる上に、複数のレーザー光を蛍光体上に重ねて集光することで、励起光の光強度も高めることができる。これによって、発光面積を変えずに光束と輝度とを同時に大きくすることができる。このため、半導体レーザーと蛍光体とを組み合わせた白色光源が、LEDに替わる光源として注目されている。例えば、自動車用ヘッドライトに使用する蛍光体ガラスは、日本電気硝子株式会社の蛍光体ガラス「ルミファス」や国立研究開発法人物質・材料研究機構と株式会社タムラ製作所、株式会社光波のYAG単結晶蛍光体が考えられている。   Recently, research on automobile headlights using a laser light source has been actively conducted, and one of them is a white light source combining a blue laser or an ultraviolet laser and a phosphor. The light density of the excitation light can be increased by condensing the laser light, and the light intensity of the excitation light can also be increased by condensing a plurality of laser lights on the phosphor. As a result, the luminous flux and the luminance can be increased simultaneously without changing the light emitting area. For this reason, a white light source combining a semiconductor laser and a phosphor has been attracting attention as a light source that replaces the LED. For example, the phosphor glass used in automotive headlights is the phosphor glass “Lumifas” manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., National Research and Development Corporation, National Institute for Materials Science, Tamra Manufacturing Co., Ltd. The body is considered.

非特許文献1には、蛍光体ガラスからなる光ファイバーにレーザー光を照射し、白色光を発生させることが提案されている。   Non-Patent Document 1 proposes that white light is generated by irradiating an optical fiber made of phosphor glass with laser light.

レーザー光源とグレーティング素子を使用した照明装置として、特許文献1では、レーザー光源の出力側にグレーティング素子からなる反射体を配置している構造が開示されている。この装置では、蛍光体は装置の外側に配置されており、集光させるためのレンズ等の光部品が必要になることから、小型化という観点で問題となる。   As an illumination device using a laser light source and a grating element, Patent Document 1 discloses a structure in which a reflector made of a grating element is arranged on the output side of a laser light source. In this apparatus, the phosphor is disposed outside the apparatus, and an optical component such as a lens for condensing light is necessary, which is problematic in terms of miniaturization.

特許文献2によると、YAGを単結晶化することにより、温度が上昇しても変換効率が劣化せず高効率の蛍光特性を示し、ハイパワー分野での応用が可能となった。この材料は、450nm青色励起光を照射し、補色である黄色光を発することによって白色光を得ることができ、プロジェクターやヘッドライトへ適用するための開発が進められている。   According to Patent Document 2, by converting YAG into a single crystal, even if the temperature rises, the conversion efficiency does not deteriorate, and high-efficiency fluorescence characteristics are exhibited, enabling application in the high power field. This material is capable of obtaining white light by irradiating with 450 nm blue excitation light and emitting yellow light which is a complementary color, and is being developed for application to projectors and headlights.

例えば自動車用ヘッドライトでは、図15に模式的に示すように、光学系を用いることでレーザーダイオード(LD)と蛍光体を空間的に分離することが考えられる。すなわち、青色半導体レーザー光源41からレーザー光を矢印Dのように発光させ、集光光学系42によって矢印Aのように蛍光体素子48に集光する。これによって、蛍光体素子48から白色光が矢印Bのように発光する。   For example, in an automobile headlight, as schematically shown in FIG. 15, it is conceivable to spatially separate a laser diode (LD) and a phosphor by using an optical system. That is, laser light is emitted from the blue semiconductor laser light source 41 as indicated by an arrow D, and is condensed on the phosphor element 48 as indicated by an arrow A by the condensing optical system 42. As a result, white light is emitted from the phosphor element 48 as indicated by an arrow B.

しかしながら、単結晶蛍光体50は、単結晶に特有のへき開性のため、機械強度が弱く、単独では容器43に取り付けることが困難である。このため、単結晶蛍光体50を支持基板49に貼り付けて固定し、支持基板49の底面に向かってレーザー光Aを照射することが行われる。   However, the single crystal phosphor 50 has low mechanical strength due to the cleavage property unique to the single crystal, and it is difficult to attach the single crystal phosphor 50 to the container 43 alone. For this reason, the single crystal phosphor 50 is attached and fixed to the support substrate 49, and the laser beam A is irradiated toward the bottom surface of the support substrate 49.

特許5231990Patent 5231990 特許5620562Patent 5620562 特許3864943Patent 3864943 WO 2013/073701 A1WO 2013/077031 A1

「Materials Integration 」 Vol.17, No3, p.51-56, 2004 「蛍光ガラスの開発」 沢登成人"Materials Integration" Vol.17, No3, p.51-56, 2004 "Development of fluorescent glass" 古河電工時報, 第105 号 p24-29, 平成12年1 月Furukawa Electric Times, No. 105, p24-29, January 2000 「次世代車載ヘッドランプ用光源デバイス」Vol. 61, No.1, p.41-46, May 2015, 「Panasonic Technical Journal」"Light source device for next-generation automotive headlamps" Vol. 61, No.1, p.41-46, May 2015, "Panasonic Technical Journal"

本発明者は、特に希土類元素をドープした単結晶からなる蛍光体から白色光を発生させる技術を検討した。しかし、単結晶蛍光体は脆いため、小型化したときに取り扱いが困難である。このため、図15に示すように、単結晶蛍光体を支持基板上に固定し、青色光を入射させて出射光を観測してみた。しかし、実際に単結晶蛍光体から出射される白色光Bには、色ムラが生ずることがわかった。   The present inventor has examined a technique for generating white light from a phosphor made of a single crystal doped with a rare earth element. However, single crystal phosphors are fragile and difficult to handle when miniaturized. For this reason, as shown in FIG. 15, the single crystal phosphor was fixed on the support substrate, and the emitted light was observed by making blue light incident. However, it was found that color unevenness occurs in the white light B actually emitted from the single crystal phosphor.

単結晶蛍光体からの出射光を観察すると、場所によって色調が異なり、目的とする白色光が得られていない場所が多かった。すなわち出射する白色光に色ムラが観測された。   When the emitted light from the single crystal phosphor was observed, the color tone was different depending on the place, and there were many places where the target white light was not obtained. That is, color unevenness was observed in the emitted white light.

本発明の課題は、希土類元素イオンがドープされた単結晶蛍光体を用いて白色光を発生させる装置において、出射する白色光の色ムラを低減することである。   An object of the present invention is to reduce color unevenness of emitted white light in an apparatus that generates white light using a single crystal phosphor doped with rare earth element ions.

本発明は、支持基板、および
前記支持基板上に設けられた、蛍光体からなる光導波路を備えており、
前記光導波路の長手方向の一方の端部に入射面が設けられており、前記光導波路の前記長手方向の他方の端部に出射面が設けられており、前記蛍光体が、希土類元素イオンがドープされた単結晶からなり、前記光導波路の厚さが3μm以上、80μm以下であることを特徴とする、蛍光体素子に係るものである。
The present invention comprises a support substrate, and an optical waveguide made of a phosphor provided on the support substrate,
An incident surface is provided at one end in the longitudinal direction of the optical waveguide, an exit surface is provided at the other end in the longitudinal direction of the optical waveguide, and the phosphor contains rare earth element ions. The phosphor element is made of a doped single crystal and has a thickness of 3 μm or more and 80 μm or less.

また、本発明は、レーザー光を発振する光源および蛍光体素子を備える照明装置であって、
前記蛍光体素子が、前記の蛍光体素子であり、前記光導波路から白色光が放射することを特徴とする。
Further, the present invention is an illumination device including a light source that oscillates laser light and a phosphor element,
The phosphor element is the phosphor element, and white light is emitted from the optical waveguide.

本発明者は、単結晶蛍光体を用いて白色光を発生させる光源において、出射する白色光に色ムラが生ずる原因について検討し、単結晶蛍光体中での希土類元素イオンの濃度には、場所によってイオン濃度に濃淡があることがわかった。ここで、従来のように、単結晶蛍光体板50に対して垂直にレーザー光Aを当てると、光は直進し、単結晶蛍光体板50を透過して出射する。すると、出射光のスペクトルは、単結晶蛍光体板50における希土類イオン濃度の濃淡を反映することになる。   The present inventor examined the cause of color unevenness in the emitted white light in a light source that generates white light using a single crystal phosphor, and the concentration of rare earth element ions in the single crystal phosphor is determined depending on the location. As a result, it was found that the ion concentration has a light and shade. Here, when the laser light A is applied perpendicularly to the single crystal phosphor plate 50 as in the prior art, the light travels straight and passes through the single crystal phosphor plate 50 to be emitted. Then, the spectrum of the emitted light reflects the density of the rare earth ion concentration in the single crystal phosphor plate 50.

本発明者は、こうした知見に立ち、単結晶蛍光体を支持基板上に設けると共に、単結晶蛍光体の厚さを80μm以下とすることで、出射光の色ムラを抑制できることを見いだした。この理由であるが、支持基板上に設ける単結晶蛍光体を薄くすると、支持基板との界面と、その反対側の表面との間で伝搬光が反射を繰り返し、この結果として単結晶蛍光体内における希土類イオンの濃淡の影響が平均化されるものと考えられる。   Based on such knowledge, the present inventor has found that the color unevenness of the emitted light can be suppressed by providing the single crystal phosphor on the support substrate and setting the thickness of the single crystal phosphor to 80 μm or less. For this reason, when the single crystal phosphor provided on the support substrate is thinned, the propagating light is repeatedly reflected between the interface with the support substrate and the surface on the opposite side. It is thought that the influence of the density of rare earth ions is averaged.

こうした観点からは、光導波路の厚さを80μm以下とするが、50μm以下とすることが好ましく、30μm以下とすることが一層好ましい。これによって色ムラが一層低減され、出射光のコヒーレンス長も長くなる。
一方、光導波路の厚さを3μm以上、更には10μm以上とすることによって、励起光を高効率で光導波路に結合できるので出射光の平均出力が向上し、かつシングルモード光に結合しやすくなるためにコヒーレンス性を確保できる。
From such a viewpoint, the thickness of the optical waveguide is set to 80 μm or less, preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less. This further reduces color unevenness and increases the coherence length of the emitted light.
On the other hand, by setting the thickness of the optical waveguide to 3 μm or more, further 10 μm or more, the excitation light can be coupled to the optical waveguide with high efficiency, so that the average output power of the emitted light is improved and it is easy to couple to the single mode light. Therefore, coherence can be ensured.

なお、ここで、光導波路の厚さとは、支持基板の表面に垂直な方向に見た光導波路の寸法であり、図1〜図13に示すTにあたるものである。また、本発明の導波路型蛍光体素子は、グレーティング(回折格子)を光導波路内に含んでいない無グレーティング型蛍光体素子である。   Here, the thickness of the optical waveguide is a dimension of the optical waveguide viewed in a direction perpendicular to the surface of the support substrate, and corresponds to T shown in FIGS. The waveguide phosphor element of the present invention is a non-grating phosphor element that does not include a grating (diffraction grating) in the optical waveguide.

本発明の導波路型蛍光体素子1を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a waveguide type phosphor element 1 of the present invention. 導波路型蛍光体素子1と光源11とからなる照明装置を示す側面図である。1 is a side view showing an illuminating device including a waveguide type phosphor element 1 and a light source 11. FIG. 導波路型蛍光体素子1Aと光源11とからなる照明装置を示す側面図である。1 is a side view showing an illuminating device including a waveguide phosphor element 1A and a light source 11. FIG. 導波路型蛍光体素子1Bと光源11Aとからなる照明装置を示す側面図である。It is a side view which shows the illuminating device which consists of waveguide type phosphor element 1B and light source 11A. リッジ型光導波路を利用した導波路型蛍光体素子21を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the waveguide type phosphor element 21 using a ridge type | mold optical waveguide. リッジ型光導波路を利用した導波路型蛍光体素子21を模式的に示す横断面図である。It is a transverse cross section showing typically waveguide type phosphor element 21 using a ridge type optical waveguide. リッジ型光導波路を利用した導波路型蛍光体素子21Aを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the waveguide type phosphor element 21A using a ridge type | mold optical waveguide. リッジ型光導波路を利用した導波路型蛍光体素子21Bを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the waveguide type phosphor element 21B using a ridge type | mold optical waveguide. (a)、(b)、(c)は、それぞれ、各導波路型蛍光体素子を模式的に示す横断面図である。(A), (b), (c) is a cross-sectional view schematically showing each waveguide type phosphor element. (a)、(b)は、それぞれ、各導波路型蛍光体素子を模式的に示す横断面図である。(A), (b) is a cross-sectional view which shows each waveguide type phosphor element typically, respectively. 他の実施形態に係る照明装置を示す。The illuminating device which concerns on other embodiment is shown. 更に他の実施形態に係る照明装置を示す。The lighting device concerning other embodiments is shown. 本発明の他の実施形態に係る照明装置を示す。6 shows a lighting device according to another embodiment of the present invention. 自動車用ヘッドランプ用途に本発明例の導波路型蛍光体素子1を利用した例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which utilized the waveguide type phosphor element 1 of the example of this invention for the headlamp use for motor vehicles. 自動車用ヘッドランプ用途に従来例の蛍光体素子48を利用した例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which utilized the phosphor element 48 of the prior art example for the headlamp use for motor vehicles.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1、図2に示すように、導波路型蛍光体素子1には、支持基板2、支持基板2上に設けられた下側クラッド層3、下側クラッド層3上に設けられた蛍光体からなるスラブ型光導波路4および光導波路4の上面を被覆する上側クラッド層5を備えている。スラブ型光導波路4は薄板状であり、レーザー光が入射する入射面4aと白色光を出射する出射面4bを有する。4cは光導波路4の上面であり、4dは底面である。光導波路の長手方向をFとしたとき、入射面4aは光導波路4の長手方向Fの一方の端部にあり、出射面4bは長手方向Fの他方の端部にある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
As shown in FIGS. 1 and 2, the waveguide phosphor element 1 includes a support substrate 2, a lower clad layer 3 provided on the support substrate 2, and a phosphor provided on the lower clad layer 3. The slab type optical waveguide 4 and the upper clad layer 5 covering the upper surface of the optical waveguide 4 are provided. The slab type optical waveguide 4 has a thin plate shape and has an incident surface 4a on which laser light is incident and an output surface 4b that emits white light. 4c is the upper surface of the optical waveguide 4, and 4d is the bottom surface. When the longitudinal direction of the optical waveguide is F, the incident surface 4a is at one end in the longitudinal direction F of the optical waveguide 4, and the exit surface 4b is at the other end in the longitudinal direction F.

図2に示すように、導波路型蛍光体素子1に対向して光源11を設置する。光源11は、基板12と活性層13とを有しており、活性層13がスラブ型光導波路4の入射面4aに対向している。図1に示すように、活性層13から出射したレーザー光は、矢印Aのようにスラブ型光導波路4に入射し、光導波路4を伝搬する。そして、伝搬光は、光導波路4中で波長変換すると共に、光導波路4の上面4cと底面4dとおいて反射を多数回繰り返し、光導波路4の出射面4bから矢印Bのように白色光が出射する。ここで、伝搬光が光導波路4内で反射を繰り返しながら蛍光に変換されていく結果として、光導波路4を構成する蛍光体におけるドープ成分の濃度の濃淡の影響が均一化され、白色光Bにおける色ムラが少なくなる。   As shown in FIG. 2, a light source 11 is installed facing the waveguide type phosphor element 1. The light source 11 has a substrate 12 and an active layer 13, and the active layer 13 faces the incident surface 4 a of the slab type optical waveguide 4. As shown in FIG. 1, the laser light emitted from the active layer 13 enters the slab type optical waveguide 4 as indicated by an arrow A and propagates through the optical waveguide 4. The propagating light undergoes wavelength conversion in the optical waveguide 4 and is repeatedly reflected many times on the upper surface 4 c and the bottom surface 4 d of the optical waveguide 4, and white light is emitted from the emission surface 4 b of the optical waveguide 4 as indicated by an arrow B. To do. Here, as a result of the propagation light being converted into fluorescence while being repeatedly reflected in the optical waveguide 4, the influence of the concentration of the doping component in the phosphor constituting the optical waveguide 4 is uniformed, and the white light B Color unevenness is reduced.

図3の蛍光体素子1Aは、支持基板2、支持基板2上に設けられた下側クラッド層3、下側クラッド層3下に設けられた接着層7、下側クラッド層3上に設けられたスラブ型光導波路4および光導波路4の上面にある上側クラッド層5を備えている。   The phosphor element 1A of FIG. 3 is provided on the support substrate 2, the lower clad layer 3 provided on the support substrate 2, the adhesive layer 7 provided below the lower clad layer 3, and the lower clad layer 3. The slab type optical waveguide 4 and the upper cladding layer 5 on the upper surface of the optical waveguide 4 are provided.

図4の蛍光体素子1Bは、支持基板9、支持基板9上に設けられた下側クラッド層3、下側クラッド層3上に設けられたスラブ型光導波路4および光導波路4の上面にある上側クラッド層5を備えている。更に、蛍光体素子1Bの支持基板9上には、例えばはんだ層14を介して光源11Aが実装されており、光源11Aの活性層13がスラブ型光導波路4に対向している。   The phosphor element 1B of FIG. 4 is on the support substrate 9, the lower clad layer 3 provided on the support substrate 9, the slab type optical waveguide 4 provided on the lower clad layer 3, and the upper surface of the optical waveguide 4 An upper cladding layer 5 is provided. Further, a light source 11A is mounted on the support substrate 9 of the phosphor element 1B via a solder layer 14, for example, and the active layer 13 of the light source 11A faces the slab type optical waveguide 4.

図5〜図8は、リッジ型光導波路を用いた蛍光体素子を示す例である。
図5、図6の導波路型蛍光体素子21には、支持基板2、支持基板2上に設けられた下側クラッド層3、下側クラッド層3上に設けられた蛍光体層20、および蛍光体層20の上面20aにある上側クラッド層22を備えている(図5では上側クラッド層22は図示省略している)。
5 to 8 show examples of phosphor elements using ridge type optical waveguides.
The waveguide type phosphor element 21 of FIGS. 5 and 6 includes a support substrate 2, a lower clad layer 3 provided on the support substrate 2, a phosphor layer 20 provided on the lower clad layer 3, and An upper clad layer 22 is provided on the upper surface 20a of the phosphor layer 20 (the upper clad layer 22 is not shown in FIG. 5).

蛍光体層20の例えば上面20aにリッジ溝26が形成されており、リッジ型光導波路25が形成されている。リッジ溝26は、底面20b側に形成することもできる。光導波路25は、入射面25a、出射面25bを備えている。24はリッジ溝の外側にある延在部である。   For example, a ridge groove 26 is formed on the upper surface 20 a of the phosphor layer 20, and a ridge type optical waveguide 25 is formed. The ridge groove 26 can also be formed on the bottom surface 20b side. The optical waveguide 25 includes an entrance surface 25a and an exit surface 25b. Reference numeral 24 denotes an extending portion outside the ridge groove.

図7に示す導波路型蛍光体素子21Aは、図6の導波路型蛍光体素子と同様のものであるが、下側クラッド層3と支持基板2との間に接着層7が設けられている。   A waveguide type phosphor element 21A shown in FIG. 7 is the same as the waveguide type phosphor element shown in FIG. 6, except that an adhesive layer 7 is provided between the lower clad layer 3 and the support substrate 2. Yes.

また、図8に示す導波路型蛍光体素子21Bにおいては、蛍光体層20の底面20b側にリッジ溝26が形成されており、これによってリッジ型光導波路25が形成されている。   Further, in the waveguide type phosphor element 21B shown in FIG. 8, a ridge groove 26 is formed on the bottom surface 20b side of the phosphor layer 20, and thus a ridge type optical waveguide 25 is formed.

他の好適な実施形態においては、光導波路が、前記の単結晶蛍光体からなるコアからなり、コアの周りをクラッドが被覆している。このコアの横断面(コアの長手方向に対して垂直な断面)形状は凸図形となるようにする。   In another preferred embodiment, the optical waveguide comprises a core made of the single crystal phosphor, and a clad covers the core. The shape of the cross section of the core (cross section perpendicular to the longitudinal direction of the core) is a convex figure.

凸図形とは、コアの横断面の外側輪郭線の任意の二点を結ぶ線分が、コアの横断面の外側輪郭線の内側に位置することを意味する。凸図形は、一般的な幾何学用語である。このような図形としては、三角形、四角形、六角形、八角形などの多角形、円形、楕円形などを例示できる。四角形としては、特に、上辺と下辺と一対の側面を有する四角形が好ましく、台形が特に好ましい。   The convex figure means that a line segment connecting any two points of the outer contour line of the core cross section is located inside the outer contour line of the core cross section. A convex figure is a general geometric term. Examples of such figures include triangles, quadrangles, hexagons, octagons, and other polygons, circles, ellipses, and the like. As the quadrangle, a quadrangle having an upper side, a lower side, and a pair of side surfaces is particularly preferable, and a trapezoid is particularly preferable.

たとえば図9(a)に示すように、支持基板2上に下側クラッド層38を介して、蛍光体よりなるリッジ型(チャネル型)光導波路28が形成されている。光導波路28の横断面形状は台形であり、上面28aが下面28bよりも狭い。なお、クラッド層38と支持基板2との間に接着層を形成することもできる。   For example, as shown in FIG. 9A, a ridge type (channel type) optical waveguide 28 made of a phosphor is formed on the support substrate 2 via a lower clad layer 38. The cross-sectional shape of the optical waveguide 28 is a trapezoid, and the upper surface 28a is narrower than the lower surface 28b. An adhesive layer can also be formed between the clad layer 38 and the support substrate 2.

図9(b)に示す素子では、支持基板2上にクラッド層29が設けられており、クラッド層29内に、蛍光体よりなる光導波路28が埋設されている。クラッド層29は、光導波路の上面を被覆する上面被覆部29c、光導波路の側面を被覆する側面被覆部29bおよび光導波路と支持基板との間に位置する底面被覆部29aを有する。   In the element shown in FIG. 9B, a clad layer 29 is provided on the support substrate 2, and an optical waveguide 28 made of a phosphor is embedded in the clad layer 29. The clad layer 29 has an upper surface covering portion 29c that covers the upper surface of the optical waveguide, a side surface covering portion 29b that covers the side surface of the optical waveguide, and a bottom surface covering portion 29a located between the optical waveguide and the support substrate.

図9(c)に示す素子では、支持基板2上にクラッド層29が設けられており、クラッド層29内に、単結晶蛍光体よりなる光導波路31が埋設されている。クラッド層29は、光導波路の上面を被覆する上面被覆部29c、光導波路の側面を被覆する側面被覆部29bおよび光導波路と支持基板との間にある底面被覆部29aを有する。光導波路31は台形をしており、上面31aの幅が下面31bの幅よりも広い。   In the element shown in FIG. 9C, a cladding layer 29 is provided on the support substrate 2, and an optical waveguide 31 made of a single crystal phosphor is embedded in the cladding layer 29. The clad layer 29 has an upper surface covering portion 29c that covers the upper surface of the optical waveguide, a side surface covering portion 29b that covers the side surface of the optical waveguide, and a bottom surface covering portion 29a between the optical waveguide and the support substrate. The optical waveguide 31 has a trapezoidal shape, and the upper surface 31a is wider than the lower surface 31b.

また、図10(a)に示す素子では、支持基板2上に下側クラッド層38を介して、蛍光体よりなる光導波路28が形成されている。光導波路28の側面および上面28には、上側クラッド層30が形成され、光導波路28を被覆している。上側クラッド層30は、光導波路28の側面を被覆する側面被覆部30bおよび上面を被覆する上面被覆部30aを有する。   In the element shown in FIG. 10A, an optical waveguide 28 made of a phosphor is formed on the support substrate 2 via a lower clad layer 38. An upper cladding layer 30 is formed on the side surface and the upper surface 28 of the optical waveguide 28 to cover the optical waveguide 28. The upper clad layer 30 has a side surface covering portion 30 b that covers the side surface of the optical waveguide 28 and an upper surface covering portion 30 a that covers the upper surface.

また、図10(b)に示す素子では、蛍光体よりなる光導波路31が形成されている。光導波路31の横断面形状は台形であり、下面が上面よりも狭い。上側クラッド層30は、光導波路31の側面を被覆する側面被覆部30bおよび上面を被覆する上面被覆部30aを有する。   In the element shown in FIG. 10B, an optical waveguide 31 made of a phosphor is formed. The cross-sectional shape of the optical waveguide 31 is a trapezoid, and the lower surface is narrower than the upper surface. The upper clad layer 30 includes a side surface covering portion 30 b that covers the side surface of the optical waveguide 31 and an upper surface covering portion 30 a that covers the upper surface.

図11に示す照明装置は、光源モジュール55と導波路型蛍光体素子1とを備えている。光源モジュール55において、支持基板37上に一つまたは複数の光源11が実装されている。図11では光源11を一つ図示してあるが、光源の個数は限定されない。光源11は、基板12とその上の活性層13とを備えている。活性層13は、ワイヤー36を通してパッド35に接続されている。   The illuminating device shown in FIG. 11 includes a light source module 55 and a waveguide type phosphor element 1. In the light source module 55, one or more light sources 11 are mounted on the support substrate 37. Although one light source 11 is illustrated in FIG. 11, the number of light sources is not limited. The light source 11 includes a substrate 12 and an active layer 13 thereon. The active layer 13 is connected to the pad 35 through a wire 36.

導波路型蛍光体素子1は、支持基板2、支持基板2上に設けられた下側クラッド層3、下側クラッド層3上に設けられた蛍光体層4を備えている。蛍光体層4は、スラブ型光導波路として機能するものであり、この蛍光体層の入射面4aは、光源11の出射面に対向している。   The waveguide phosphor element 1 includes a support substrate 2, a lower clad layer 3 provided on the support substrate 2, and a phosphor layer 4 provided on the lower clad layer 3. The phosphor layer 4 functions as a slab type optical waveguide, and the incident surface 4 a of the phosphor layer faces the emission surface of the light source 11.

本例では、光源11の活性層13から出射した光は、単結晶蛍光体からなるスラブ型光導波路4の入射面4aに入射し、光導波路を矢印Cのように伝搬する。そして、蛍光体を通過した光は、出射側端面4bから矢印Bのように白色光として出射する。   In this example, the light emitted from the active layer 13 of the light source 11 enters the incident surface 4a of the slab type optical waveguide 4 made of a single crystal phosphor, and propagates through the optical waveguide as indicated by an arrow C. And the light which passed the fluorescent substance is radiate | emitted as white light like the arrow B from the output side end surface 4b.

図12に示す照明装置は、図11のものと類似のものである。しかし、図12に示す光源モジュール55Aにおいては、支持基板37上に複数個の光源11を設置している。各光源11の各出射面は光導波路4の入射面4aに対向しており、各光源から出射した光は光導波路4に入射し、矢印Cのように伝搬し、次いで出射面4bから矢印Bのように白色光が出射する。   The lighting device shown in FIG. 12 is similar to that of FIG. However, in the light source module 55 </ b> A shown in FIG. 12, a plurality of light sources 11 are installed on the support substrate 37. Each emission surface of each light source 11 faces the incident surface 4a of the optical waveguide 4, and light emitted from each light source enters the optical waveguide 4, propagates as indicated by an arrow C, and then proceeds from the emission surface 4b to an arrow B. As shown, white light is emitted.

図13に示す照明装置は、図11のものと類似のものである。しかし、図13の例では、単結晶蛍光体層20中に一対のリッジ溝26が形成されており、一対のリッジ溝26の間にリッジ型光導波路25が設けられている。光導波路25は、入射面25a、出射面25bを備えている。   The lighting device shown in FIG. 13 is similar to that in FIG. However, in the example of FIG. 13, a pair of ridge grooves 26 are formed in the single crystal phosphor layer 20, and a ridge type optical waveguide 25 is provided between the pair of ridge grooves 26. The optical waveguide 25 includes an entrance surface 25a and an exit surface 25b.

本例では、光源11の活性層13から出射した光は、蛍光体からなるリッジ型光導波路25の入射面25aに入射し、光導波路を伝搬する。そして、蛍光体を通過した光は、出射側端面25bから矢印Bのように白色光として出射する。   In this example, the light emitted from the active layer 13 of the light source 11 enters the incident surface 25a of the ridge-type optical waveguide 25 made of a phosphor, and propagates through the optical waveguide. And the light which passed the fluorescent substance is radiate | emitted as white light like the arrow B from the output side end surface 25b.

好適な実施形態においては、光導波路の下側クラッドと支持基板との間に、光導波路からの放射光を反射する反射膜を設ける。これによって、素子外に放射する放射光の光量を高くすることができる。こうした反射膜としては、金、アルミニウム、銅、銀、等の金属膜、あるいは、誘電体多層膜であってよい。
反射膜として金属膜を使用する場合には、その上に形成するクラッド層がはがれないようにするために、Cr、Ni、Ti、等の金属層を金属膜のバッファ層として形成することができる。
In a preferred embodiment, a reflective film that reflects the emitted light from the optical waveguide is provided between the lower clad of the optical waveguide and the support substrate. As a result, the amount of radiated light emitted outside the element can be increased. Such a reflective film may be a metal film such as gold, aluminum, copper, silver, or a dielectric multilayer film.
When a metal film is used as the reflective film, a metal layer such as Cr, Ni, Ti, etc. can be formed as a buffer layer of the metal film so that the clad layer formed thereon is not peeled off. .

また、上側クラッド層と蛍光体層との間には、反射防止(AR)コートを設けたり、あるいは、モスアイ構造を設けたりすることにより、上側クラッド層と蛍光体層との間での反射を低減できる。   In addition, an antireflection (AR) coat or a moth-eye structure is provided between the upper clad layer and the phosphor layer, so that reflection between the upper clad layer and the phosphor layer is achieved. Can be reduced.

下側クラッド層、上側クラッド層の材質は、蛍光体層よりも屈折率の小さい材料であればよく、接着層であってもよい。上側クラッド層は、空気であってもよく、この場合は、上側クラッド層がない場合と等しい。
こうしたクラッド層の材料は、SiO、Al、MgF、CaF、MgOなどがよい。また蛍光体基板で発生した熱を支持基板を通して放熱するという観点では、蛍光体よりも熱伝導率を高くする方がよく、こうした材料として、Al、MgOが特に好ましい。
The material of the lower clad layer and the upper clad layer may be a material having a refractive index smaller than that of the phosphor layer, and may be an adhesive layer. The upper cladding layer may be air, which is equivalent to the case without the upper cladding layer.
The material of such a cladding layer is preferably SiO 2 , Al 2 O 3 , MgF 2 , CaF 2 , MgO or the like. Further, from the viewpoint of dissipating heat generated in the phosphor substrate through the support substrate, it is better to make the thermal conductivity higher than that of the phosphor, and Al 2 O 3 and MgO are particularly preferable as such materials.

支持基板が、光導波路を構成する蛍光体よりも屈折率が大きい場合には、下側クラッド層は必須であり、これにより光導波路に光が閉じこもることになり、導波路の伝搬損失を低減するという観点で好ましい。   When the support substrate has a refractive index larger than that of the phosphor constituting the optical waveguide, the lower cladding layer is essential, so that the light is confined in the optical waveguide and the propagation loss of the waveguide is reduced. It is preferable from the viewpoint.

光源の蛍光体素子とは反対側の外側端面には、図示しない反射膜を設けることができる。活性層の蛍光体素子側の端面には、光源が単独でレーザー発振するために膜を設けることができる。更に、蛍光体素子の光導波路の入射面、出射面には、それぞれ、図示しない低反射膜を設けることができる。   A reflection film (not shown) can be provided on the outer end surface of the light source opposite to the phosphor element. A film can be provided on the end surface of the active layer on the phosphor element side so that the light source independently oscillates. Furthermore, low reflection films (not shown) can be provided on the entrance surface and the exit surface of the optical waveguide of the phosphor element.

これら低反射膜の反射率は、0.1%以下が好ましい。しかし、端面における反射率が0.1%以下であれば、低反射膜はなくてもよい。
低反射膜に成膜する膜材としては、二酸化珪素、五酸化タンタル、フッ化マグネシウムなどの酸化物、あるいは、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムなどのフッ化物で積層した膜が例示できる。
The reflectance of these low reflection films is preferably 0.1% or less. However, if the reflectance at the end face is 0.1% or less, the low reflection film may not be provided.
Examples of the film material formed on the low reflection film include oxides such as silicon dioxide, tantalum pentoxide, and magnesium fluoride, or films laminated with fluorides such as magnesium fluoride and calcium fluoride.

光源としては、照明用蛍光体の励起用として高い信頼性を有するGaN材料による半導体レーザーが好適である。また、一次元状に配列したレーザーアレイ等の光源も実現可能である。スーパールミネッセンスダイオードや半導体光アンプ(SOA)であってもよい。   As the light source, a semiconductor laser made of a GaN material having high reliability is preferable for exciting an illumination phosphor. A light source such as a laser array arranged in a one-dimensional manner can also be realized. It may be a super luminescence diode or a semiconductor optical amplifier (SOA).

リッジ型光導波路は、例えば外周刃による切削加工やレーザーブレーション加工することによって物理的に加工し、成形することによって得られる。あるいは、リッジ型光導波路は、ドライエッチングによって形成することができる。   The ridge-type optical waveguide can be obtained by, for example, physically processing and molding by cutting with an outer peripheral blade or laser ablation processing. Alternatively, the ridge type optical waveguide can be formed by dry etching.

半導体レーザーと蛍光体から白色光を発生する方法は、特には限定されないが、以下の方法が考えられる。
青色レーザーと蛍光体により黄色の蛍光を発生し、白色光を得る方法
青色レーザーと蛍光体により赤色と緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
また青色レーザーや紫外レーザーから蛍光体により赤色、青色、緑色の蛍光を発生し白
色光を得る方法
青色レーザーや紫外レーザーから蛍光体により青色と黄色の蛍光を発生し白色光を得る
方法
The method for generating white light from the semiconductor laser and the phosphor is not particularly limited, but the following methods are conceivable.
Method of obtaining white light by generating yellow fluorescence with blue laser and phosphor Method of obtaining white light by generating red and green fluorescence with blue laser and phosphor Also, red and blue with phosphor from blue laser or ultraviolet laser Method of generating white fluorescence by generating green fluorescence Method of obtaining white light by generating blue and yellow fluorescence with a phosphor from a blue laser or ultraviolet laser

蛍光体単結晶としてはYAl12、BaSi11l725、TbAl12が好ましい。また、蛍光体中にドープするドープ成分としては、Tb、Eu、Ce、Nd等の希土類元素イオンとする。As the phosphor single crystal, Y 3 Al 5 O 12 , Ba 5 Si 11 A 17 N 25 , and Tb 3 Al 5 O 12 are preferable. Further, as a doping component to be doped in the phosphor, rare earth element ions such as Tb, Eu, Ce, and Nd are used.

支持基板の具体的材質は特に限定されず,ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、石英ガラスなどのガラスや水晶であってよい。しかし、光源の熱が蛍光体に伝導すること、あるいは、波長変換や外部から蛍光体自体が加熱することを抑制するために、放熱特性のよい支持基板を使用することができる。この場合には、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、Siなどを例示することができる。   The specific material of the support substrate is not particularly limited, and may be glass such as lithium niobate, lithium tantalate, quartz glass, or quartz. However, in order to suppress the heat of the light source from being transmitted to the phosphor, or the wavelength conversion and the phosphor itself being heated from the outside, a support substrate having good heat dissipation characteristics can be used. In this case, alumina, aluminum nitride, silicon carbide, Si and the like can be exemplified.

また、光源素子、蛍光体素子の各端面は、それぞれ、端面反射を抑制するために斜めカットしていてもよい。また、蛍光体素子と支持基板の接合は、接着固定でもよく、直接接合でもよい。支持基板にスパッタ、CVD等の成膜法により蛍光体素子を形成してもよい。   Further, each end face of the light source element and the phosphor element may be cut obliquely in order to suppress end face reflection. Further, the phosphor element and the support substrate may be bonded together by adhesion or direct bonding. The phosphor element may be formed on the support substrate by a film formation method such as sputtering or CVD.

好適な実施形態においては、光導波路の入射面と出射面との少なくとも一方に誘電体多層膜からなるARコートが形成されている。
他の好適な実施形態においては、蛍光体層を構成する材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる単層膜が形成されている。こうした単層膜の厚さは、ARコートのように厳密に決定する必要はなく、単に単層膜を形成することによって端面反射を低減することができる。ここで、多層膜にすると、多層膜間の屈折率と厚さの関係によっては、反射抑制の度合いが低下したり、無くなったりする可能性があり、多層膜の各層の厚さを制御する必要があるので、単層膜の方が優れている。これにより蛍光体素子の端面反射率は単層膜がない場合よりも確実に低減することができる。単層膜の厚みは、好適には1μm以下である。
In a preferred embodiment, an AR coat made of a dielectric multilayer film is formed on at least one of the entrance surface and the exit surface of the optical waveguide.
In another preferred embodiment, a single layer film made of a material having a refractive index lower than that of the material constituting the phosphor layer is formed. The thickness of such a single layer film does not need to be determined exactly as in the AR coating, and end face reflection can be reduced simply by forming a single layer film. Here, when a multilayer film is used, the degree of reflection suppression may be reduced or eliminated depending on the relationship between the refractive index and the thickness between the multilayer films, and it is necessary to control the thickness of each layer of the multilayer film. Therefore, the single layer film is superior. Thereby, the end surface reflectance of the phosphor element can be surely reduced as compared with the case where there is no single layer film. The thickness of the single layer film is preferably 1 μm or less.

なお、チャネル型光導波路がリッジ型光導波路である場合には、チャネル型光導波路の幅Wは、光導波路の長手方向に対して垂直な横断面における光導波路幅である。また、光導波路の幅は、光導波路の前記横断面における幅のうち最も狭い部分の幅とする。   When the channel type optical waveguide is a ridge type optical waveguide, the width W of the channel type optical waveguide is an optical waveguide width in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide. The width of the optical waveguide is the width of the narrowest portion of the width in the cross section of the optical waveguide.

光学素子の全長Lwg(図1、図5参照)は、本発明の観点からは、100μm以上が好ましく、200μm以上が更に好ましい。また、青色光と黄色光から白色光を得る、光減衰を小さくするという観点からは、1mm以下が好ましく、500μm以下が更に好ましい。
リッジ型光導波路の幅Wは、本発明の観点からは、10μm〜100μmが好ましい。
From the viewpoint of the present invention, the total length Lwg (see FIGS. 1 and 5) of the optical element is preferably 100 μm or more, and more preferably 200 μm or more. Further, from the viewpoint of obtaining white light from blue light and yellow light and reducing light attenuation, it is preferably 1 mm or less, and more preferably 500 μm or less.
The width W of the ridge type optical waveguide is preferably 10 μm to 100 μm from the viewpoint of the present invention.

光源素子は複数個アレイ上に並列に配置し、蛍光体に入力することにより、小型化、かつ高出力の照明装置を実現することができる。さらに、光源素子は1 個で蛍光体ガラスの端面を折り返すことにより蛍光体ガラス内全域は励起光を伝搬させ、全域から白色光を発生する照明装置を実現することもできる。   By arranging a plurality of light source elements in parallel on the array and inputting them to the phosphor, it is possible to realize a miniaturized and high output lighting device. Furthermore, it is possible to realize an illuminating device in which excitation light is propagated throughout the entire area of the fluorescent glass by generating a single light source element and the end surface of the fluorescent glass is folded back to generate white light from the entire area.

(実験1)
図1、図2および図11に示すようなレーザー照明モジュールを作製した。
具体的には、窒化アルミニウムからなる支持基板2上にスパッタ装置にてSiOからなる下側クラッド層3を厚さ1.0μm成膜し、この上にCeをドープしたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)単結晶からなる厚さ500μmの蛍光体プレートを直接接合した。次いで、この蛍光体プレートを表1に示す厚みになるまで研磨した。次に、この単結晶蛍光体層上にスパッタ装置にてSiOからなる上側クラッド層5を厚さ1.0μm成膜して、スラブ型光導波路4を形成した。
(Experiment 1)
Laser illumination modules as shown in FIGS. 1, 2 and 11 were produced.
Specifically, the lower cladding layer 3 made of SiO 2 by a sputtering apparatus on the support substrate 2 made of aluminum nitride and a thickness of 1.0μm deposition, YAG (yttrium aluminum doped with Ce thereon Garnet) A phosphor plate made of a single crystal and having a thickness of 500 μm was directly bonded. Next, the phosphor plate was polished until the thickness shown in Table 1 was reached. Next, an upper clad layer 5 made of SiO 2 was formed into a thickness of 1.0 μm on this single crystal phosphor layer by a sputtering apparatus, and a slab type optical waveguide 4 was formed.

その後、ダイシング装置にてバー状に切断し、両端面を光学研磨し、両端面に0.1%のARコートを形成し、最後にチップ切断を行い、導波路型蛍光体素子1を作製した。素子1のサイズは、幅1 mm、長さLwg 200μmとした。   Then, it cut | disconnected to bar shape with the dicing apparatus, optically polished both end surfaces, formed a 0.1% AR coat in both end surfaces, and finally cut the chip | tip, and produced the waveguide type phosphor element 1. . The element 1 had a width of 1 mm and a length Lwg of 200 μm.

チップ化した導波路型蛍光体素子1に、出力30mWのGaN系青色レーザー光源11を光学的に結合してモジュールを作製した。各例の評価を表1に示す。ただし、各項目は以下のようにして測定した。
(平均出力)
平均出力は、全光束の時間平均を表す。全光束測定は,積分球(球形光束計)を使用して,被測定光源と全光束が値付けられた標準光源とを同じ位置で点灯し,その比較によって行う。詳細には、JISC7801にて規定されている方法を用いて測定を行った。
(色ムラ)
導波路型蛍光体素子端面4bより出力した光を輝度分布測定装置を用いて色度図で評価を行った。そして、色度図において、中央値x:0.3447±0.005、y:0.3553±0.005の範囲にある場合は「色ムラなし」とし、この範囲外の場合には「色ムラあり」とした。
(コヒーレンス長)
マイケルソン干渉計を用いた光スペクトルアナライザによりスペクトル線幅を測定して、下記計算式より求めた。

コヒーレンス長(Lc)=C/ΔV

C:光の速さ=2.9979258×108m/sec
ΔV:線幅(Hz)
A module was manufactured by optically coupling a GaN-based blue laser light source 11 having an output of 30 mW to the waveguide type phosphor element 1 formed into a chip. Table 1 shows the evaluation of each example. However, each item was measured as follows.
(Average output)
The average output represents the time average of the total luminous flux. To measure the total luminous flux, an integrating sphere (spherical photometer) is used to turn on the light source to be measured and the standard light source for which the total luminous flux is priced, and compare them. In detail, it measured using the method prescribed | regulated by JISC7801.
(Color unevenness)
The light output from the end face 4b of the waveguide type phosphor element was evaluated with a chromaticity diagram using a luminance distribution measuring device. In the chromaticity diagram, when the median value is in the range of x: 0.3447 ± 0.005 and y: 0.3553 ± 0.005, “no color unevenness” is assumed. "There is unevenness".
(Coherence length)
The spectral line width was measured by an optical spectrum analyzer using a Michelson interferometer, and obtained from the following calculation formula.

Coherence length (Lc) = C / ΔV

C: Speed of light = 2.79979258 × 108 m / sec
ΔV: Line width (Hz)

Figure 2017119313
Figure 2017119313

このように、光導波路の厚さを80μm以下とすることによって、色ムラが見られなくなることがわかった。また、光導波路の厚さを3μm以上とすることによって、平均出力が増大している。更に、光導波路の厚さを50μm以下とした場合には、コヒーレンス長が一層短くなる。   Thus, it has been found that color unevenness is not observed when the thickness of the optical waveguide is 80 μm or less. Moreover, the average output is increased by setting the thickness of the optical waveguide to 3 μm or more. Furthermore, when the thickness of the optical waveguide is 50 μm or less, the coherence length is further shortened.

(実験2)
実験1と同様にしてレーザー照明モジュールを作製した。
ただし、本例では、単結晶蛍光体プレートと支持基板とは樹脂接合によって貼りあわせた。次いで、実施例1と同様にして単結晶蛍光体プレートを研磨し、上側にクラッド層を厚さ1.0μm成膜してスラブ型光導波路4を得た。得られた素子について、実験1と同じ試験をしたところ、実験1と同様の結果を得た。
(Experiment 2)
A laser illumination module was produced in the same manner as in Experiment 1.
However, in this example, the single crystal phosphor plate and the support substrate were bonded together by resin bonding. Next, the single crystal phosphor plate was polished in the same manner as in Example 1, and a clad layer having a thickness of 1.0 μm was formed on the upper side to obtain a slab type optical waveguide 4. The obtained device was subjected to the same test as in Experiment 1, and the same result as in Experiment 1 was obtained.

(実験3)
図5、図6、図13に示すようなレーザー照明モジュールを作製した。
具体的には、窒化アルミニウムからなる支持基板2にスパッタ装置にてSiOからなる下側クラッド層3を厚さ1.0μm成膜し、CeをドープしたYAG単結晶からなる蛍光体プレートと直接接合した後、この蛍光体プレートを3μmの厚みTまで研磨した。次に反応性イオンエッチングにより、幅W3μm、深さTr2μmのリッジ溝26を形成し、上側にクラッド層22を厚さ1.0μm成膜してリッジ型光導波路25を形成した。
(Experiment 3)
Laser illumination modules as shown in FIGS. 5, 6, and 13 were produced.
Specifically, a thickness of 1.0μm deposited the lower cladding layer 3 made of SiO 2 by a sputtering device to a supporting substrate 2 made of aluminum nitride, phosphor plate directly consisting of YAG single crystal doped with Ce After bonding, the phosphor plate was polished to a thickness T of 3 μm. Next, a ridge groove 26 having a width W of 3 μm and a depth of Tr 2 μm was formed by reactive ion etching, and a cladding layer 22 having a thickness of 1.0 μm was formed on the upper side to form a ridge type optical waveguide 25.

その後、ダイシング装置にてバー状に切断し、両端面を光学研磨し、両端面に0.1%のARコートを形成し、最後にチップ切断を行い、導波路型蛍光体素子21Aを作製した。素子サイズは幅1mm、長さLwg 200μm とした。   Thereafter, it was cut into a bar shape with a dicing apparatus, both end surfaces were optically polished, 0.1% AR coating was formed on both end surfaces, and finally chip cutting was performed to produce a waveguide phosphor element 21A. . The element size was a width of 1 mm and a length Lwg of 200 μm.

チップ化した導波路型蛍光体素子21Aを、30mWのGaN系青色レーザー光源11に光学的に結合してモジュールを作製した。この結果、モジュールの出力側から、平均3lm、コヒーレンス長2mmの白色光が観測できた。また、色ムラについては、色度図で中央値x:0.3447±0.005、y:0.3553±0.005の範囲にあることを確認した。   The waveguide type phosphor element 21A formed into a chip was optically coupled to a 30 mW GaN-based blue laser light source 11 to produce a module. As a result, white light having an average of 3 lm and a coherence length of 2 mm could be observed from the output side of the module. Further, it was confirmed that the color unevenness was in the range of the median x: 0.3447 ± 0.005 and y: 0.3553 ± 0.005 in the chromaticity diagram.

(実験4)
実験1の実施例6と同様な照明モジュールを作製した。ただし、蛍光体プレートを厚さ50μmに加工した後、図12に示すように、レーザー光源11を80μm間隔に10個配置したレーザーと対向させ、アレイモジュールを作製した。各レーザー光源からレーザー光を発振させたところ、モジュールの出力側から平均30lmの白色光が観測できた。また、色ムラについては、色度図で中央値x:0.3447±0.005、y:0.3553±0.005の範囲にあることを確認した。
(Experiment 4)
An illumination module similar to that in Example 6 of Experiment 1 was produced. However, after processing the phosphor plate to a thickness of 50 μm, as shown in FIG. 12, an array module was manufactured by facing 10 laser light sources 11 arranged at intervals of 80 μm. When laser light was oscillated from each laser light source, white light with an average of 30 lm could be observed from the output side of the module. Further, it was confirmed that the color unevenness was in the range of the median x: 0.3447 ± 0.005 and y: 0.3553 ± 0.005 in the chromaticity diagram.

(実験5)
実験4と同様にしてモジュールを作製した。ただし、図14に示すように、本発明例の蛍光体素子1を使用した。また、単結晶蛍光体からなる光導波路の厚さは50μmにした。この結果、モジュールの出力側から平均3lmの白色光が観測できた。また、色ムラについては、色度図で中央値x:0.3447±0.005、y:0.3553±0.005の範囲にあることを確認した。
(Experiment 5)
A module was produced in the same manner as in Experiment 4. However, as shown in FIG. 14, the phosphor element 1 of the example of the present invention was used. The thickness of the optical waveguide made of the single crystal phosphor was set to 50 μm. As a result, white light with an average of 3 lm could be observed from the output side of the module. Further, it was confirmed that the color unevenness was in the range of the median x: 0.3447 ± 0.005 and y: 0.3553 ± 0.005 in the chromaticity diagram.

Claims (8)

支持基板、および
前記支持基板上に設けられた、蛍光体からなる光導波路を備えており、
前記光導波路の長手方向の一方の端部に入射面が設けられており、前記光導波路の前記長手方向の他方の端部に出射面が設けられており、前記蛍光体が、希土類元素イオンがドープされた単結晶からなり、前記光導波路の厚さが3μm以上、80μm以下であることを特徴とする、蛍光体素子。
A support substrate, and an optical waveguide made of a phosphor provided on the support substrate;
An incident surface is provided at one end in the longitudinal direction of the optical waveguide, an exit surface is provided at the other end in the longitudinal direction of the optical waveguide, and the phosphor contains rare earth element ions. A phosphor element comprising a doped single crystal, wherein the optical waveguide has a thickness of 3 μm or more and 80 μm or less.
前記光導波路がスラブ型光導波路であることを特徴とする、請求項1記載の素子。   The device according to claim 1, wherein the optical waveguide is a slab type optical waveguide. 前記光導波路がリッジ型光導波路であることを特徴とする、請求項1記載の素子。   The device according to claim 1, wherein the optical waveguide is a ridge-type optical waveguide. 前記リッジ型光導波路が複数設けられていることを特徴とする、請求項3記載の素子。   4. The device according to claim 3, wherein a plurality of the ridge type optical waveguides are provided. 前記複数のリッジ型光導波路がリッジ溝によって各光導波路の光の閉じ込めをおこなっていることを特徴とする、請求項4記載の素子。   5. The device according to claim 4, wherein the plurality of ridge type optical waveguides confine light in each optical waveguide by ridge grooves. 前記リッジ型光導波路が前記蛍光体からなるコアからなり、前記コアの横断面形状が凸図形をなすことを特徴とする、請求項4記載の素子。   5. The element according to claim 4, wherein the ridge-type optical waveguide comprises a core made of the phosphor, and a cross-sectional shape of the core forms a convex figure. レーザー光を発振する光源および蛍光体素子を備える照明装置であって、
前記蛍光体素子が、請求項1〜6のいずれか一つの請求項に記載の蛍光体素子であり、前記光導波路から白色光が放射することを特徴とする、照明装置。
An illumination device including a light source that oscillates laser light and a phosphor element,
The said fluorescent element is a fluorescent element as described in any one of Claims 1-6, and white light radiates | emits from the said optical waveguide, The illuminating device characterized by the above-mentioned.
前記光源が複数設けられていることを特徴とする、請求項7記載の装置。

The apparatus according to claim 7, wherein a plurality of the light sources are provided.

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