KR101419661B1 - 광원 장치 - Google Patents

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Abstract

여기광을 상기 여기광보다 파장이 긴 장파장광으로 변환하여 방사하는 광원 장치에 있어서, 필요로 하는 파장의 광을 높은 효율로 방사할 수 있는 광원 장치를 제공한다.
본 발명의 광원 장치는, 여기광을 방사하는 여기 광원과, 이 여기 광원으로부터의 여기광을 받아 상기 여기광보다 긴 파장의 장파장광을 방사하는 파장 변환층이 투광판 상에 형성되어 이루어지며, 그 일면에 상기 여기 광원으로부터의 여기광이 입사되는 파장 변환 부재와, 이 파장 변환 부재에서의 상기 여기광이 입사되는 일면측에 설치된, 상기 여기광을 투과하는 여기광 투과창을 가지는 광반사 부재와, 상기 파장 변환 부재의 타면측에 설치된, 상기 여기광을 반사하고 또한 상기 장파장광을 투과하는 필터 부재를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

광원 장치{LIGHT SOURCE DEVICE}
본 발명은, 예를 들면 프로젝터 장치의 광원으로서 적합하게 이용할 수 있는 광원 장치에 관한 것이다.
종래, 프로젝터 장치의 광원으로서는, 쇼트 아크형의 고압 방전 램프가 이용되고 있다. 그리하여, 최근, 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 고체 발광 소자를 광원으로서 이용한 프로젝터 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 1 참조). 이러한 고체 발광 소자를 이용한 프로젝터 장치는, 고전압 전원이 불필요한 것, 광원인 고체 발광 소자의 사용 수명이 긴 것, 내충격성이 우수한 것 등의 점에서, 고압 방전 램프를 이용한 프로젝터 장치와 비교해 유리하다.
그러나, 상기의 프로젝터 장치에 있어서는, 각각 적색, 녹색 및 청색의 광을 발하는 3종류의 고체 발광 소자를 이용하는 것이 필요하기 때문에, 저비용화를 도모하는 것이 곤란해지고, 게다가, 염가이며 발광량이 많은 녹색광을 방사하는 고체 발광 소자가 없기 때문에, 프로젝터 장치로서 충분한 발광량을 얻을 수 없다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 여기광을 방사하는 여기 광원과, 이 여기 광원으로부터의 여기광을 가시광선으로 변환하는 형광체로 이루어지는 파장 변환층이 유리판 상에 형성되어 이루어지는 파장 변환 부재를 구비하여 이루어지는 광원 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 2 참조).
이러한 광원 장치에 의하면, 파장 변환층을 구성하는 형광체의 종류를 선택함으로써, 여기 광원으로부터의 여기광을, 적색, 녹색, 청색의 가시광선으로 변환할 수 있으므로, 3종류의 고체 발광 소자를 이용하는 것이 불필요하고, 또, 발광량이 높은 녹색광을 얻을 수 있다.
그러나, 이러한 광원 장치에 있어서는, 이하와 같은 문제가 있다.
파장 변환 부재에서의 파장 변환층은, (1) 바인더 및 형광체를 함유하여 이루어지는 혼합액을 유리판의 표면에 도포하여 건조한 후, 예를 들면 650~700℃의 온도로 소결하는 방법, (2) 금속 알콕시드 및 형광체를 함유하는 졸을 유리판의 표면에 도포한 후, 가수 분해·중축합 반응을 행함으로써 겔막을 형성하여, 이 겔막을 소성하는 졸 겔법, (3) 형광체를 유리판의 표면에 증착하는 증착법, (4) 실리콘 수지 등의 투명 수지 중에 형광체가 함유되어 이루어지는 파장 변환층용의 성형체를 제작하고, 이 성형체를 유리판에 접착하는 방법 등에 의해 형성된다.
그러나, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 방법에 의해 파장 변환층을 형성하는 경우에는, 얻어지는 파장 변환층은 그 두께가 작은 것이기 때문에, 여기 광원으로부터의 여기광의 일부가 파장 변환층을 투과해 버려, 그 결과, 높은 효율로 필요로 하는 파장의 광을 방사하는 것이 곤란하다.
한편, 상기 (4)의 방법에 의해 파장 변환층을 형성하는 경우에는, 두께가 큰 파장 변환층을 얻는 것은 가능하지만, 파장 변환층을 형성하는 투명 수지는, 여기광을 받음으로써 또는 여기광에 의한 열에 의해, 분해 혹은 열화가 생기기 쉬운 것이기 때문에, 더욱 높은 발광량이 필요하게 되는 프로젝터 장치의 광원 장치에 이용되는 파장 변환층으로서는 부적합하다.
일본국 특허공개 2002－268140호 공보 일본국 특허공개 2004－341105호 공보
본 발명은, 이상과 같은 사정에 기초하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 여기광을 상기 여기광보다 파장이 긴 장파장광으로 변환하여 방사하는 광원 장치에 있어서, 필요로 하는 파장의 광을 높은 효율로 방사할 수 있는 광원 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 광원 장치는, 여기광을 방사하는 여기 광원과,
이 여기 광원으로부터의 여기광을 받아 상기 여기광보다 긴 파장의 장파장광을 방사하는 파장 변환층이 투광판 상에 형성되어 이루어지며, 그 일면에 상기 여기 광원으로부터의 여기광이 입사되는 파장 변환 부재와,
이 파장 변환 부재에서의 상기 여기광이 입사되는 일면측에 설치된, 상기 여기광을 투과하는 여기광 투과창을 가지는 광반사 부재와,
상기 파장 변환 부재의 타면측에 설치된, 상기 여기광을 반사하고 또한 상기 장파장광을 투과하는 필터 부재를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 광원 장치는, 여기광을 방사하는 여기 광원과,
이 여기 광원으로부터의 여기광을 받아 상기 여기광보다 긴 파장의 장파장광을 방사하는 파장 변환층이 투광판 상에 형성되어 이루어지며, 그 일면에 상기 여기 광원으로부터의 여기광이 입사되는 파장 변환 부재와,
이 파장 변환 부재에서의 상기 여기광이 입사되는 일면측에 설치된, 상기 여기광을 투과하는 여기광 투과창을 가지는, 상기 여기광을 반사하고 또한 상기 장파장광을 투과하는 필터 부재와,
상기 파장 변환 부재의 타면측에 설치된 광반사 부재를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광원 장치에 있어서는, 상기 파장 변환층은, 상기 여기광을 받아 방사되는 장파장광이 녹색광인 것임이 바람직하다.
또, 상기 여기 광원으로부터의 여기광은, 그 광축이 상기 파장 변환 부재의 일면의 법선 방향에 대해 경사진 상태로 상기 파장 변환 부재의 일면에 입사되는 것이 바람직하고, 상기 파장 변환 부재의 일면에 입사되는 여기광의 광축과, 상기 파장 변환 부재의 일면의 법선이 이루는 각이, 3~10°인 것이 더욱 바람직하다.
또, 상기 파장 변환층은, 졸 겔법 또는 증착법에 의해 형성되어 이루어지는 것임이 바람직하다.
본 발명의 광원 장치에 의하면, 여기 광원으로부터 방사된 여기광의 일부가 파장 변환층을 투과해도, 상기 여기광이 필터 부재 또는 광반사 부재에 의해 반사됨으로써, 파장 변환층에 다시 입사되므로, 여기 광원으로부터의 여기광을 높은 효율로 장파장광으로 변환할 수 있고, 따라서, 필요로 하는 파장의 광을 높은 효율로 방사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관련된 광원 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는 광반사 부재의 일례에서의 구성을 나타내는 설명용 단면도이다.
도 3은 제1 실시형태에 관련된 광원 장치에서의 여기광 및 장파장광의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관련된 광원 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 5는 제2 실시형태에 관련된 광원 장치에서의 여기광 및 장파장광의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 관련된 광원 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 7은 제1 실시형태에 관련된 광원 장치의 변형예의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 8은 제2 실시형태에 관련된 광원 장치의 변형예의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 9는 그 외의 실시형태에 관련된 광원 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 10은 실시예에 관련된 광원 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명의 광원 장치의 실시형태에 대해서 설명한다.
[제1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관련된 광원 장치의 구성을 나타내는 설명도이다. 이 광원 장치는, 여기광 L1을 방사하는 여기 광원(10)을 가지며, 이 여기 광원(10)의 전방에는, 그 일면(도면에 있어서 왼쪽 면)에 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1이 입사되는 판 형상의 파장 변환 부재(20)가 설치되어 있다. 이 예에 있어서는, 여기 광원(10)은, 상기 여기 광원(10)으로부터 파장 변환 부재(20)에 입사되는 여기광 L1의 광축의 방향이 상기 파장 변환 부재(20)의 일면에 대해 수직이 되도록 배치되어 있다.
이 파장 변환 부재(20)는, 투광판(22) 상에, 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1을 받아 상기 여기광 L1보다 파장이 긴 장파장광 L2를 방사하는 형광체로 이루어지는 파장 변환층(21)이 형성되어 구성되어 있다. 이 파장 변환층(21)의 표면에는, 예를 들면 유리로 이루어지는 보호층(도시 생략)이 설치되어 있어도 된다. 또, 도시한 예에서는, 파장 변환 부재(20)는, 파장 변환층(21)이 여기 광원(10)측과는 반대측을 향하도록 배치되어 있어, 이것에 의해, 파장 변환층(21)이 형성되어 있지 않은 투광판(22)의 표면이, 상기 파장 변환 부재(20)에서의 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1이 입사되는 일면이 되어 있다.
파장 변환 부재(20)에서의 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1이 입사되는 일면측에는, 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1을 투과하는 여기광 투과창(31)을 가지는 판 형상 혹은 막 형상의 광반사 부재(30)가 설치되어 있다. 한편, 파장 변환 부재(20)의 타면측에는, 판 형상 혹은 막 형상의 필터 부재(40)가 설치되어 있다.
또, 도시한 예에서는, 여기 광원(10)과 광반사 부재(30)의 사이에는, 여기 광원(10)으로부터 방사된 여기광 L1을 집속하는 콜리메이터 렌즈(15)가 설치되어 있다.
여기 광원(10)으로서는, 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 고체 발광 소자를 이용할 수 있으며, 예를 들면 청색 레이저 다이오드를 적합하게 이용할 수 있다.
파장 변환 부재(20)에서의 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2는, 적색광, 녹색광 및 청색광 중 어느 하나여도 되지만, 녹색광이 바람직하다.
파장 변환층(21)을 구성하는 형광체로서는, 여기 광원(10)으로부터 방사되는 여기광 L1의 파장 및 상기 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 광의 파장에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들면 청색 발광 다이오드로 이루어지는 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1을 받아 녹색광을 방사하는 파장 변환층(21)을 형성하는 경우에는, 화학적·열적 안정성이 높고, 습도 환경이나 온도 환경이 변화해도, 형광 특성의 변화가 작아, 열화되기 어려운 점에서, β사이알론 녹색 형광체 등을 이용하는 것이 바람직하다.
또, 파장 변환층(21)의 두께는, 50~100μm인 것이 바람직하다. 이 두께가 지나치게 얇은 경우에는, 여기 광원(10)이 파장 변환층(21)을 통과할 때, 흡수·파장 변환될 확률이 낮아져, 여기광 L1이 필터 부재(40)와 광반사 부재(30)의 사이에서 상호 반사를 반복하기 때문에, 파장 변환층(21)으로부터의 방사 영역이 확산되어 버려, 광원으로서의 휘도가 저하되어, 프로젝터 장치로서 충분한 광량을 얻을 수 없게 되어 버린다. 한편, 이 두께가 지나치게 두꺼운 경우에는, 파장 변환 부재(20)가 여기광 L1에 의한 열이력(履歷)을 받았을 때에, 투광판(22)을 구성하는 재료와 파장 변환층(21)을 구성하는 재료의 열팽창율의 차에 의한 응력이 생김으로써, 파장 변환층(21)에 크랙이 발생하고, 이 크랙에 의해 파장 변환층(21)이 흡수하여 발광 특성이 저하될 우려가 있다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같은 투과형의 구성인 경우에는, 파장 변환 부재(20)를 투과하는 광이 적어지기 때문에, 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2는 광반사 부재(30)와 파장 변환 부재(20)의 사이에서 상호 반사를 반복하는 양이 많아져, 광반사 부재(30)나 파장 변환 부재(20)에서의 흡수량이 많아져, 역시 광원으로서의 휘도가 저하되어 버린다.
파장 변환층(21)을 형성하는 방법으로서는, 바인더 및 형광체를 함유하여 이루어지는 혼합액을 투광판(22)의 표면에 도포하여 건조한 후, 예를 들면 650~700℃의 온도로 소결하는 방법이 일반적이지만, 형광체 입자가 표면에 노출되어 있어 요철의 산란면이 된다. 또, 실리콘 수지 등에 분산시키는 방법도 광학적으로 평탄한 표면을 얻는 것은 어렵다. 이 때문에, 파장 변환층(21)을 형성하는 방법으로서는, 금속 알콕시드 및 형광체를 함유하는 졸을 투광판(22)의 표면에 도포한 후, 가수 분해·중축합 반응을 행함으로써 겔막을 형성하여, 이 겔막을 소성하는 졸 겔법, 형광체를 투광판(22)의 표면에 증착하는 증착법 등이 적합하다. 이러한 방법에 의해 형성된 파장 변환층(21)은, 광학적으로 평탄한 표면을 가지며, 그 표면 상에 직접, 필터 부재(40)를 형성할 수 있으므로 바람직하다. 이것에 의해, 두께가 균일한 파장 변환층(21)을 얻을 수 있음과 함께, 상기 파장 변환층(21) 상에 다른 광학층을 형성하는 것이 가능해진다.
투광판(22)으로서는, 여기 광원(10)으로부터 방사되는 여기광 L1 및 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2 양쪽을 투과하는 것, 예를 들면 석영 유리 등의 유리로 이루어지는 것을 이용할 수 있다.
또, 투광판(22)의 두께는, 사이즈에 따라서도 다르지만, 예를 들면 0.6~1.5mm이다. 기본적으로는, 여기광 L1 및 장파장광 L2의 상호 반사에 의한 광의 확산을 억제하기 위해서는, 투광판(22)의 두께는 얇은 것이 바람직하다.
광반사 부재(30)로서는, 여기 광원(10)으로부터 방사되는 여기광 L1 및 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2 양쪽을 반사하는 것이면, 특별히 한정되지 않으며, 은, 알루미늄 등의 고광반사성 금속으로 이루어지는 것을 이용할 수 있지만, 여기 광원(10)으로서 청색 레이저 다이오드를 이용하고, 파장 변환층(21)으로서 녹색광을 방사하는 형광체를 이용하는 경우에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, TiO2 및 SiO2에 의해 구성된, 예를 들면 420~470nm의 파장역의 청색광을 반사하는 유전체 다층막(30a)과, TiO2 및 SiO2에 의해 구성된, 예를 들면 490~560nm의 파장역의 녹색광을 반사하는 유전체 다층막(30b)의 적층체로 이루어지는 것을 이용할 수 있다.
이러한 광반사 부재(30)는, 예를 들면 증착법에 의해 형성할 수 있다.
또, 광반사 부재(30)는, 파장 변환 부재(20)에 일체적으로 설치되어 있어도, 파장 변환 부재(20)와는 별체로 설치되어 있어도 된다.
광반사 부재(30)의 여기광 투과창(31)은, 여기광 L1을 투과하는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 개구에 의해 형성되어 있어도, 여기광 L1을 투과하는 재료에 의해 형성되어 있어도 되지만, 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2를 반사하는 것임이 바람직하다. 구체적인 예를 들면, 예를 들어 광반사 부재(30)를, 상기 서술한 청색광을 반사하는 유전체 다층막(30a)과 녹색광을 반사하는 유전체 다층막(30b)의 적층체에 의해 구성하는 경우에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 청색광을 반사하는 유전체 다층막(30a)에 여기광 투과창용의 개구 K를 형성 함과 함께, 녹색광을 반사하는 유전체 다층막(30b)으로서 청색광을 투과하는 것을 이용하면 된다. 이러한 구성에 의하면 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2가, 여기광 투과창(31)에서의 유전체 다층막(30b)에 의해 반사되기 때문에, 상기 장파장광 L2가 여기광 투과창(31)으로부터 누출되는 것이 방지되어, 따라서, 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2에 대해서 한층 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.
필터 부재(40)는, 여기 광원(10)으로부터 방사되는 여기광 L1을 반사하고 또한 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2를 투과하는 것이다.
이 필터 부재(40)로서는, TiO2 및 SiO2에 의해 구성된 유전체 다층막으로 이루어지는 것을 이용할 수 있다.
이러한 필터 부재(40)는, 예를 들면 증착법에 의해 형성할 수 있다.
또, 필터 부재(40)는, 파장 변환 부재(20)에 일체적으로 설치되어 있어도, 파장 변환 부재(20)와는 별체로 설치되어 있어도 된다.
상기의 광원 장치에 있어서는, 여기 광원(10)으로부터 방사된 여기광 L1은, 콜리메이터 렌즈(15)에 집속된 후, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 광반사 부재(30)의 여기광 투과창(31)을 통하여, 파장 변환 부재(20)의 일면(도시한 예에서는 투광판(22)의 일면)에 입사된다. 그리고, 여기광 L1이 파장 변환 부재(20)에서의 파장 변환층(21)에 입사됨으로써, 상기 파장 변환층(21)으로부터 여기광 L1보다 파장이 긴 장파장광 L2가 방사된다. 이 장파장광 L2 중, 필터 부재(40)를 향해 나아가는 광은, 상기 필터 부재(40)를 통하여 외부로 방사되고, 광반사 부재(30)를 향해 나아가는 광은, 상기 광반사 부재(30)에 의해 반사된 후, 파장 변환 부재(20) 및 필터 부재(40)를 통하여 외부로 방사된다.
한편, 파장 변환층(21)을 투과한 여기광 L1은, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 필터 부재(40)에 의해 반사된 후, 파장 변환층(21)에 입사되며, 이것에 의해, 상기 파장 변환층(21)으로부터 장파장광이 방사되고, 또한, 파장 변환층(21)을 투과한 여기광 L1은, 광반사 부재(30)에 의해 반사된 후, 파장 변환층(21)에 입사되며, 이것에 의해, 상기 파장 변환층(21)으로부터 장파장광이 방사된다.
이러한 광원 장치에 의하면, 여기 광원(10)으로부터 방사된 여기광 L1의 일부가 파장 변환층(21)을 투과해도, 상기 여기광 L1이 필터 부재(40) 또는 광반사 부재(30)에 의해 반사됨으로써, 파장 변환층(21)에 다시 입사되므로, 여기광 L1을 높은 효율로 장파장광 L2로 변환할 수 있고, 따라서, 필요로 하는 파장의 광을 높은 효율로 방사할 수 있다.
[제2 실시형태]
도 4는, 본 발명의 제2 실시형태에 관련된 광원 장치의 구성을 나타내는 설명도이다. 이 광원 장치는, 여기광 L1을 방사하는 여기 광원(10)을 가지며, 이 여기 광원(10)의 전방에는, 그 일면(도면에 있어서 왼쪽 면)에 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1이 입사되는 판 형상의 파장 변환 부재(20)가 설치되어 있다. 여기 광원(10)은, 상기 여기 광원(10)으로부터 파장 변환 부재(20)에 입사되는 여기광 L1의 광축의 방향이 상기 파장 변환 부재(20)의 일면에 대해 수직이 되도록 배치되어 있다.
이 파장 변환 부재(20)는, 투광판(22) 상에, 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1을 받아 상기 여기광 L1보다 파장이 긴 장파장광 L2를 방사하는 형광체로 이루어지는 파장 변환층(21)이 형성되어 구성되어 있다. 이 파장 변환층(21)의 표면에는, 예를 들면 유리로 이루어지는 보호층(도시 생략)이 설치되어 있어도 된다. 또, 도시한 예에서는, 파장 변환 부재(20)는, 파장 변환층(21)이, 여기 광원(10)측과는 반대측을 향하도록 배치되어 있고, 이것에 의해, 파장 변환층(21)이 형성되어 있지 않은 투광판(22)의 표면이, 상기 파장 변환 부재(20)에서의 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1이 입사되는 일면이 되어 있다.
파장 변환 부재(20)에서의 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1이 입사되는 일면측에는, 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1을 투과하는 여기광 투과창(41)을 가지는, 여기 광원(10)으로부터 방사되는 여기광 L1을 반사하고 또한 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2를 투과하는 판 형상 혹은 막 형상의 필터 부재(40)가 설치되어 있다. 한편, 파장 변환 부재(20)의 타면측에는, 판 형상 혹은 막 형상의 광반사 부재(30)가 설치되어 있다.
또, 도시한 예에서는, 여기 광원(10)과 필터 부재(40)의 사이에는, 여기 광원(10)으로부터 방사된 여기광 L1을 집속하는 콜리메이터 렌즈(15)가 설치되고, 또한, 이 콜리메이터 렌즈(15)와 필터 부재(40)의 사이에는, 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1을 투과하고 또한 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2를 반사하는 판 형상의 파장 선택성 미러(45)가, 파장 변환 부재(20)에 대해 예를 들면 45도로 경사진 상태로 배치되어 있다.
여기 광원(10) 및 파장 변환 부재(20)로서는, 제1 실시형태에 관련된 광원 장치와 동일한 구성의 것을 이용할 수 있다. 또, 광반사 부재(30) 및 필터 부재(40)를 구성하는 재료로서는, 제1 실시형태에 관련된 광원 장치와 동일한 것을 이용할 수 있다.
필터 부재(40)의 여기광 투과창(41)은, 여기광 L1을 투과하는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 파장 변환층(21)으로부터 방사되는 장파장광 L2를 투과하는 것을 이용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 예를 들면 개구에 의해, 또는, 여기광 L1 및 장파장광 L2 양쪽을 투과하는 재료에 의해 형성할 수 있다.
파장 선택성 미러(45)는, TiO2 및 SiO2에 의해 구성된 유전체 다층막으로 이루어지는 것을 이용할 수 있다.
상기의 광원 장치에 있어서는, 여기 광원(10)으로부터 방사된 여기광 L1은, 콜리메이터 렌즈(15)에 집속되고, 또한 파장 선택성 미러(45)를 투과한 후, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 필터 부재(40)의 여기광 투과창(41)을 통하여, 파장 변환 부재(20)의 일면(도시한 예에서는 투광판(22)의 일면)에 입사된다.
그리고, 여기광 L1이 파장 변환 부재(20)에서의 파장 변환층(21)에 입사됨으로써, 상기 파장 변환층(21)으로부터 여기광 L1보다 파장이 긴 장파장광 L2가 방사된다. 이 장파장광 L2 중, 필터 부재(40)를 향해 나아가는 광은, 상기 필터 부재(40)를 투과하고, 또한, 파장 선택성 미러(45)에 의해 반사됨으로써 외부로 방사되고, 광반사 부재(30)를 향해 나아가는 광은, 상기 광반사 부재(30)에 의해 반사된 후, 파장 변환 부재(20) 및 필터 부재(40)를 투과하고, 또한, 파장 선택성 미러(45)에 의해 반사됨으로써 외부로 방사된다.
한편, 파장 변환층(21)을 투과한 여기광 L1은, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 광반사 부재(30)에 의해 반사된 후, 파장 변환층(21)에 입사되며, 이것에 의해, 상기 파장 변환층(21)으로부터 장파장광이 방사되고, 또한, 파장 변환층(21)을 투과한 여기광 L1은, 필터 부재(40)에 의해 반사된 후, 파장 변환층(21)에 입사되며, 이것에 의해, 상기 파장 변환층(21)으로부터 장파장광이 방사된다.
이러한 광원 장치에 의하면, 여기 광원(10)으로부터 방사된 여기광 L1의 일부가 파장 변환층(21)을 투과해도, 상기 여기광 L1이 광반사 부재(30) 또는 필터 부재(40)에 의해 반사됨으로써, 파장 변환층(21)에 다시 입사되므로, 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1을 높은 효율로 장파장광 L2로 변환할 수 있어, 따라서, 필요로 하는 파장의 광을 높은 효율로 방사할 수 있다.
[제3 실시형태]
도 6은, 본 발명의 제3 실시형태에 관련된 광원 장치의 구성을 나타내는 설명도이다. 이 광원 장치에 있어서는, 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1의 광축이 파장 변환 부재(20)의 일면의 법선 방향에 대해 경사진 방향에서 상기 파장 변환 부재(20)의 일면에 입사되도록, 여기 광원(10)이 배치되어 있으며, 그 이외에 대해서는, 제3 실시형태에 관련된 광원 장치는 제1 실시형태에 관련된 광원 장치와 동일한 구성이다.
이러한 구성의 광원 장치에 있어서는, 파장 변환 부재(20)의 일면에 입사되는 여기광 L1의 광축과, 파장 변환 부재(20)의 일면의 법선이 이루는 각은, 3~10°인 것이 바람직하다.
이러한 광원 장치에 의하면, 제1 실시형태에 관련된 광원 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있음과 함께, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
즉, 광반사 부재(30)의 여기광 투과창(31)을 통과한 여기광 L1이, 그 광축이 파장 변환 부재(20)의 일면의 법선 방향에 대해 경사진 방향에서 상기 파장 변환 부재(20)의 일면에 입사됨으로써, 파장 변환층(21)을 투과한 여기광 L1은, 필터 부재(40)에 의해 반사되었을 때에는 그 반사각이 0°보다 큰 것이 되기 때문에, 필터 부재(40)에 의해 반사된 여기광 L1이 다시 파장 변환층(21)을 투과했을 때에, 광반사 부재(30)의 여기광 투과창(31)으로부터 누출되는 것이 방지 또는 억제되므로, 한층 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.
[그 외의 실시형태]
이상, 본 발명의 제1 실시형태 내지 제3 실시형태에 관련된 광학 장치에 대해서 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 이러한 실시형태에 한정되지 않고, 이하와 같은 다양한 변경을 더하는 것이 가능하다.
예를 들면, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서, 파장 변환 부재(20)는, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 파장 변환 부재(20)는, 파장 변환층(21)이 여기 광원(10)측을 향하도록 배치되며, 이것에 의해, 상기 파장 변환층(21)의 표면이 여기 광원으로부터의 여기광 L1이 입사되는 일면이 되어 있어도 된다.
또, 제2 실시형태에 있어서, 여기 광원(10)은, 상기 여기 광원(10)으로부터의 여기광 L1의 광축이 파장 변환 부재(20)의 일면의 법선 방향에 대해 경사진 방향에서 상기 파장 변환 부재(20)의 일면에 입사되도록 배치되어 있어도 된다.
이러한 구성에 의하면, 제3 실시형태에 관련된 광원 장치와 동일한 효과, 즉, 파장 변환층(21)을 투과한 여기광 L1은, 광반사 부재(30)에 의해 반사되었을 때에는 그 반사각이 0°보다 큰 것이 되기 때문에, 광반사 부재(30)에 의해 반사된 여기광 L1이 다시 파장 변환층(21)을 투과했을 때에, 필터 부재(40)의 여기광 투과창(41)으로부터 누출되는 것이 방지 또는 억제되므로, 한층 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.
또, 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 광원 장치에 있어서는, 복수의 여기 광원(10)이 설치되어 있어도 되고, 또, 여기 광원(10)이, 상기 여기 광원(10)으로부터 방사되는 여기 광원 L1의 광축이 파장 변환 부재(20)의 일면의 법선 방향과 예를 들면 90°로 교차하도록 배치됨과 함께, 여기 광원(10)으로부터 파장 변환층(20)까지의 여기광 L1의 광로 상에, 여기 광원(10)으로부터 방사된 여기광 L1을 파장 변환 부재(20)를 향해 반사하는 광반사판(16) 및 상기 광반사판(16)에 의해 반사된 여기광 L1을 집속하는 집속 렌즈(17)가 설치되어 있어도 된다.
<실시예>
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 10에 나타내는 구성에 따라, 하기의 조건에 의해 광원 장치를 제작했다.
여기 광원(10)：
여기 광원(10)으로서, 1W급 청색 레이저 다이오드(피크 파장이 445nm인 것)를 합계 12개 배치했다.
파장 변환 부재(20)：
형광체로서 메디안 직경 D50가 18μm인 β사이알론 입자가 분산되어 이루어지는 졸을 이용하여, 졸 겔법에 의해, 두께가 0.8mm인 석영 유리로 이루어지는 투광판(22) 상에 두께가 55μm인 파장 변환층(21)을 형성한 후, 상기 파장 변환층(21)의 표면에 대해 경면 연마를 행함으로써, 파장 변환 부재(20)를 제작했다.
광반사 부재(30)：
파장 변환 부재(20)에서의 파장 변환층(21)이 형성되어 있지 않은 일면에, 은을 증착함으로써, 직경이 1mm인 원형의 개구로 이루어지는 여기광 투과창(31)을 가지는 두께가 1μm인 광반사 부재(30)를 형성했다.
필터 부재(40)：
파장 변환 부재(20)에서의 파장 변환층(21)의 표면에, 증착법에 의해, TiO2 및 SiO2에 의해 구성된 수십층의 유전체 다층막으로 이루어지는 두께가 2μm인 필터 부재(40)를 형성했다. 이 필터 부재(40)는, 상기 필터 부재(40)에 의해 반사되는 광의 파장 영역이 420~480nm인 것이다.
<실시예 2>
파장 변환층(21)의 두께를 95μm로 한 것 이외에는 실시예 1에 관련된 광원 장치와 동일한 구성의 광원 장치를 제작했다.
<비교예 1>
필터 부재(40)를 형성하지 않았던 것 이외에는 실시예 1에 관련된 광원 장치와 동일한 구성의 광원 장치를 제작했다.
<비교예 2>
필터 부재(40)를 형성하지 않았던 것 이외에는 실시예 2에 관련된 광원 장치와 동일한 구성의 광원 장치를 제작했다.
[광원 장치의 조도 측정]
실시예 1~2 및 비교예 1~2에 관련된 광원 장치의 각각에 대해서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 광원 장치의 정면에 조도계(P)를 배치하고, 상기 광원 장치로부터 출사되는 광의 조도를 측정했다. 여기서, 파장 변환 부재(20)로부터 조도계까지의 거리는 30cm이다. 이상의 결과를, 비교예 1에 관련된 광원 장치에 의한 조도를 100으로 했을 때의 상대 조도로서 하기 표 1에 나타낸다.
Figure 112013000915610-pct00001
표 1의 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에 관련된 광원 장치에 의하면, 비교예 1 및 비교예 2에 관련된 광원 장치에 비해, 여기광을 높은 효율로 장파장광으로 변환할 수 있어, 필요로 하는 파장의 광을 높은 효율로 방사할 수 있는 것이 확인되었다.
10: 여기 광원 15: 콜리메이터 렌즈
16: 광반사판 17: 집속 렌즈
20: 파장 변환 부재 21: 파장 변환층
22: 투광판 30: 광반사 부재
30a, 30b: 유전체 다층막 31: 여기광 투과창
40: 필터 부재 41: 여기광 투과창
45: 파장 선택성 미러 K: 개구
L1: 여기광 L2: 장파장광
P: 조도계

Claims (6)

  1. 여기광을 방사하는 여기 광원과,
    상기 여기 광원으로부터의 여기광을 받아 상기 여기광보다 긴 파장의 장파장광을 방사하는 파장 변환층이 투광판 상에 형성되어 이루어지며, 그 일면에 상기 여기 광원으로부터의 여기광이 입사되는 파장 변환 부재와,
    상기 파장 변환 부재에서의 상기 여기광이 입사되는 일면측에 설치된, 상기 여기광을 투과하는 여기광 투과창을 가지는 광반사 부재와,
    상기 파장 변환 부재의 타면측에 설치된, 상기 여기광을 반사하고 또한 상기 장파장광을 투과하는 필터 부재를 구비하여 이루어지고,
    상기 여기 광원으로부터의 여기광은, 그 광축이 상기 파장 변환 부재의 일면의 법선 방향에 대해 경사진 상태로 상기 파장 변환 부재의 일면에 입사되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  2. 여기광을 방사하는 여기 광원과,
    상기 여기 광원으로부터의 여기광을 받아 상기 여기광보다 긴 파장의 장파장광을 방사하는 파장 변환층이 투광판 상에 형성되어 이루어지며, 그 일면에 상기 여기 광원으로부터의 여기광이 입사되는 파장 변환 부재와,
    상기 파장 변환 부재에서의 상기 여기광이 입사되는 일면측에 설치된, 상기 여기광을 투과하는 여기광 투과창을 가지는, 상기 여기광을 반사하고 또한 상기 장파장광을 투과하는 필터 부재와,
    상기 파장 변환 부재의 타면측에 설치된 광반사 부재를 구비하여 이루어지고,
    상기 여기 광원으로부터의 여기광은, 그 광축이 상기 파장 변환 부재의 일면의 법선 방향에 대해 경사진 상태로 상기 파장 변환 부재의 일면에 입사되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 파장 변환층은, 상기 여기광을 받아 방사되는 장파장광이 녹색광인 것임을 특징으로 하는 광원 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 파장 변환 부재의 일면에 입사되는 여기광의 광축과, 상기 파장 변환 부재의 일면의 법선이 이루는 각이, 3~10°인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 파장 변환층은, 졸 겔법 또는 증착법에 의해 형성되어 이루어지는 것임을 특징으로 하는 광원 장치.
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