KR20190126467A - 파장 변환 소자 및 그것을 구비하는 광원 - Google Patents

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KR20190126467A
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마사아키 가도미
요시마사 야마구치
다카후미 니시미야
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니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

파장 변환 부재를 사용한 광원의 고휘도화를 도모한다. 파장 변환 소자 (11) 는, 분산매와 분산매 중에 분산되어 있는 형광체 분말을 함유하는 복수의 파장 변환 부재 (12) 가 묶여져 이루어진다.

Description

파장 변환 소자 및 그것을 구비하는 광원{WAVELENGTH CONVERSION ELEMENT AND LIGHT SOURCE PROVIDED WITH SAME}
본 발명은, 파장 변환 소자 및 그것을 구비하는 광원에 관한 것이다.
최근 발광 다이오드 (LED : Light Emitting Diode) 나 레이저 다이오드 (LD : Laser Diode) 를 사용한 광원 등의, 형광 램프나 백열등을 대신하는 차세대의 광원에 대한 주목이 높아지고 있다. 그러한 차세대 광원의 일례로서, 예를 들어 하기의 특허문헌 1 에는, 청색광을 출사하는 LED 의 광 출사측에 LED 로부터의 광의 일부를 흡수하고, 황색의 광을 출사하는 파장 변환 부재가 배치된 광원이 개시되어 있다. 이 광원은, LED 로부터 출사된 청색광과 파장 변환 부재로부터 출사된 황색광의 합성광인 백색광을 발한다.
일본 공개특허공보 2000-208815호
최근 상기와 같은 파장 변환 부재를 사용한 광원의 휘도를 더욱 높이고자 하는 요망이 높아지고 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 파장 변환 부재를 사용한 광원의 고휘도화를 도모하는 것에 있다.
본 발명에 관련된 제 1 파장 변환 소자는, 분산매와 분산매 중에 분산되어 있는 형광체 분말을 함유하는 복수의 파장 변환 부재가 묶여져 이루어진다.
파장 변환 부재가 분산매 중에 형광체 분말이 분산되어 있는 것인 경우에는, 예를 들어, 유리만으로 이루어지는 광학 부재와는 달리, 파장 변환부에 입사된 광이 파장 변환 부재 중에 있어서 크게 산란되는 경향이 있다. 이 때문에, 파장 변환 소자가 단일의 파장 변환 부재에 의해 구성되어 있는 경우에는, 파장 변환 부재 내의 광의 일부가 파장 변환 부재의 측면으로부터 누출되기 때문에, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도가 낮아진다.
그에 대하여 본 발명에 관련된 제 1 파장 변환 소자에서는, 복수의 파장 변환 부재가 묶여져 있다. 이 때문에, 어느 파장 변환 부재의 측면으로부터 출사된 광의 일부는, 옆의 파장 변환 부재의 표면에 있어서 반사된다. 그 결과, 이웃하는 파장 변환 부재 사이에 형성되어 있는 공기층을 전파하거나, 다시 파장 변환 부재 내에 입사되어 파장 변환 부재 내를 반사하면서 전파하거나 함으로써, 파장 변환 부재의 일방의 단부가 형성된 광 출사 영역으로부터 출사된다. 이 때문에, 본 발명에 관련된 제 1 파장 변환 소자에서는, 파장 변환 소자의 측면측으로부터의 광의 누출을 억제할 수 있어, 광 출사 영역으로부터 출사되는 광의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 본 발명에 관련된 제 1 파장 변환 소자를 사용함으로써 광원의 고휘도화를 도모할 수 있다.
본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자는, 파장 변환 부재와, 적어도 2 층의 제 1 반사층을 구비하고 있다. 파장 변환 부재는, 형광체 분말이 분산매 중에 분산되어 이루어진다. 파장 변환 부재는, 광축 방향에 있어서 대향하는 광 입사면 및 광 출사면을 갖는다. 적어도 2 층의 제 1 반사층은, 파장 변환 부재의 내부에 있어서, 각각 광축 방향과 평행한 평면을 따라 형성되어 있다. 적어도 2 층의 제 1 반사층은, 파장 변환 부재를 복수의 부분으로 구획하고 있다.
본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자에는, 파장 변환 부재의 내부에 있어서, 각각 광축 방향과 평행한 평면을 따라 형성되어 있고, 파장 변환 부재를 복수의 부분으로 구획하는 적어도 2 층의 제 1 반사층이 형성되어 있다. 이 때문에, 측면을 향하여 산란된 광의 일부는 반사층에 의해 반사되어, 측면으로부터 출사되는 것이 효과적으로 억제된다. 따라서, 본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자에서는, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자를 사용함으로써, 광원의 고휘도화를 도모할 수 있다.
본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자에 있어서, 적어도 2 층의 제 1 반사층은 서로 평행하게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 파장 변환 소자로부터 출사되는 광의 직진성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자에 있어서, 제 1 반사층은 3 층 이상 적층되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 파장 변환 소자로부터 출사되는 광의 직진성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자는, 파장 변환 부재의 내부에 있어서, 광축 방향과 평행하고 또한 제 1 반사층과 교차하는 평면을 따라 형성되는 적어도 2 층의 제 2 반사층을 추가로 구비하고 있는 것이 바람직하다. 그리고, 파장 변환 부재 내에, 제 1 반사층과 제 2 반사층에 의해 광축 방향을 따라 연장되는 파장 변환부가 구획 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도를 더욱 높일 수 있다. 또, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 직진성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자에 있어서, 적어도 2 층의 제 2 반사층은 서로 평행하게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 파장 변환 소자로부터 출사되는 광의 직진성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자에 있어서, 적어도 2 층의 제 2 반사층과 적어도 2 층의 제 1 반사층이 직교하고 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 직진성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자에 있어서, 제 2 반사층은 3 층 이상 적층되어 있고, 파장 변환부가 매트릭스상으로 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이 구성에서는, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 직진성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 제 2 파장 변환 소자에 있어서, 제 1 반사층은, 예를 들어 유전체 다층막으로 이루어지는 것이어도 되는데, 금속, 합금 또는 백색 도료로 이루어지는 것인 것이 바람직하다. 금속, 합금 또는 백색 도료로 이루어지는 제 1 반사층은, 반사율의 파장 의존성이 낮고 또한 용이하게 형성할 수 있기 때문이다. 동일하게, 제 2 반사층도, 예를 들어 유전체 다층막으로 이루어지는 것이어도 되는데, 금속, 합금 또는 백색 도료로 이루어지는 것인 것이 바람직하다. 바람직하게 사용되는 금속의 구체예로는, 예를 들어, Ag, Al, Au, Pd, Pt, Cu, Ti, Ni, Cr 등을 들 수 있다. 바람직하게 사용되는 합금의 구체예로는, 예를 들어, Ag, Al, Au, Pd, Pt, Cu, Ti, Ni 및 Cr 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 금속을 함유하는 합금 등을 들 수 있다. 바람직하게 사용되는 백색 도료의 구체예로는, 예를 들어, Ag, Al, Au, Pd, Pt, Cu, Ti, Ni 및 Cr 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 금속, 합금으로 이루어지는 입자를 함유하는 백색 도료 등을 들 수 있다.
본 발명에 관련된 제 3 파장 변환 소자는, 제 1 방향에 있어서 대향하고 있는 광 입사면 및 광 출사면을 갖는다. 본 발명에 관련된 제 3 파장 변환 소자는, 제 1 부분과 제 2 부분을 구비하고 있다. 제 1 부분은, 형광체 분말이 제 1 분산매 중에 분산되어 이루어진다. 제 1 부분은, 제 1 방향에 있어서 광 입사면에서 광 출사면에 이르는 제 1 파장 변환부를 구성하고 있다. 제 2 부분은, 제 1 방향에 있어서 광 입사면에서 광 출사면에 이르도록 형성되어 있다. 제 2 부분은, 제 1 부분에 접하도록 형성되어 있다. 제 2 부분은, 제 1 분산매와는 상이한 굴절률을 갖는 제 2 분산매를 함유한다.
본 발명에 관련된 제 3 파장 변환 소자에서는, 제 1 파장 변환부와 접하도록, 제 1 분산매와는 상이한 굴절률을 갖는 제 2 분산매를 함유하는 제 2 부분이 형성되어 있다. 이 때문에, 제 1 파장 변환부 내의 광은, 제 1 파장 변환부와 제 2 부분 사이의 계면에 있어서 높은 반사율로 반사된다. 이 때문에, 파장 변환 소자의 측면으로부터 광이 누출되는 것이 효과적으로 억제된다. 따라서, 본 발명에 관련된 제 3 파장 변환 소자에서는, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 본 발명에 관련된 제 3 파장 변환 소자를 사용함으로써, 광원의 고휘도화를 도모할 수 있다.
본 발명에 관련된 제 3 파장 변환 소자에 있어서, 파장 변환 소자의 측면으로부터의 광의 누출을 보다 효과적으로 억제하여, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도를 더욱 높이는 관점에서는, 제 1 파장 변환부를 구성하고 있는 제 1 부분이 제 2 부분에 의해 포위되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 제 3 파장 변환 소자에 있어서, 제 2 부분은 제 2 분산매만에 의해 구성되어 있어도 되지만, 제 2 분산매에 분산되어 있는 형광체 분말을 추가로 함유하고, 제 2 부분이 제 2 파장 변환부를 구성하고 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 파장 변환 소자에 있어서, 파장 변환에 기여하는 파장 변환부가 차지하는 비율을 높게 할 수 있다. 따라서, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도를 보다 높일 수 있다. 이 경우, 제 1 부분과 제 2 부분 각각이 복수 형성되어 있고, 복수의 제 1 및 제 2 부분이 매트릭스상으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 제 1 파장 변환부가 제 2 파장 변환부에 의해 포위되고 또한 제 2 파장 변환부가 제 1 파장 변환부에 의해 포위되게 된다. 이 때문에, 제 1 및 제 2 파장 변환부의 각각에 입사된 광 및 발생한 형광은, 제 1 또는 제 2 파장 변환부에 갇힌 상태로 광 출사면까지 전파된다. 따라서, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도를 더욱 높일 수 있다.
본 발명에 관련된 제 3 파장 변환 소자에 있어서, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도를 더욱 높이는 관점에서는, 제 1 및 제 2 부분 사이의 계면에 있어서의 반사율의 차이가 큰 쪽이 바람직하다. 따라서, 제 1 분산매의 굴절률과 제 2 분산매의 굴절률의 차이는 0.05 이상인 것이 바람직하고, 0.1 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 관련된 제 1 파장 변환 소자에 있어서, 파장 변환 부재가 원기둥상이어도 된다. 그 경우, 본 발명에 관련된 제 1 파장 변환 소자는, 파장 변환 부재가 3 개 이상 묶여져 이루어지는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 파장 변환 소자의 측면측으로부터의 광의 누출을 보다 효율적으로 억제할 수 있어, 광 출사 영역으로부터 출사되는 광의 강도를 보다 높일 수 있다. 따라서, 광원의 추가적인 고휘도화를 도모할 수 있다.
파장 변환 부재의 분산매의 굴절률은 1.45 이상인 것이 바람직하다. 그 경우, 파장 변환 부재와 공기층 사이의 굴절률 차이를 크게 할 수 있다. 이 때문에, 계면에서의 반사율을 크게 할 수 있고, 또 반사 각도를 작게 할 수 있기 때문에, 파장 변환 부재의 측면으로부터의 광의 출사를 억제할 수 있다. 따라서, 파장 변환 소자의 측면측으로부터의 광의 누출을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
파장 변환 소자의 측면측으로부터의 광의 누출을 보다 효과적으로 억제하는 관점에서는, 파장 변환 부재가 9 개 이상 묶여져 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 제 1 ∼ 제 3 파장 변환 소자에 있어서, 분산매는 형광체 분말을 분산시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 분산매로서 바람직하게 사용되는 분산매의 구체예로는, 예를 들어, 수지, 유리, 세라믹스 등을 들 수 있다. 그 중에서도 유리나 세라믹스 등의 무기 분산매가 보다 바람직하게 사용된다. 무기 분산매를 사용함으로써, 파장 변환 소자의 내열성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 또, 동일한 이유에서, 형광체 분말은 무기 형광체 분말인 것이 바람직하다.
본 발명에 관련된 광원은, 상기 본 발명에 관련된 제 1 ∼ 제 3 파장 변환 소자 중 어느 것과, 파장 변환 소자의 단면 (端面) 을 향하여 형광체 분말의 여기광을 출사하는 발광 소자를 구비한다.
상기 서술한 바와 같이, 상기 본 발명에 관련된 제 1 ∼ 제 3 파장 변환 소자에서는, 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 본 발명에 관련된 광원은 고휘도이다.
본 발명에 의하면, 파장 변환 부재를 사용한 광원의 고휘도화를 도모할 수 있다.
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 광원의 모식도이다.
도 2 는 제 1 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 사시도이다.
도 3 은 제 2 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 사시도이다.
도 4 는 제 3 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 사시도이다.
도 5 는 제 4 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 사시도이다.
도 6 은 제 5 실시형태에 관련된 광원의 모식도이다.
도 7 은 제 6 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 사시도이다.
도 8 은 도 7 의 선 Ⅲ-Ⅲ 에 있어서의 약도적 단면도이다.
도 9 는 도 7 의 선 Ⅳ-Ⅳ 에 있어서의 약도적 단면도이다.
도 10 은 제 7 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 횡단면도이다.
도 11 은 제 8 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 횡단면도이다.
도 12 는 제 9 실시형태에 관련된 광원의 모식도이다.
도 13 은 제 9 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 약도적 사시도이다.
이하, 본 발명을 실시한 바람직한 형태의 일례에 대해 설명한다. 단, 하기의 실시형태는 단순한 예시이다. 본 발명은, 이하의 실시형태에 조금도 한정되지 않는다.
(제 1 실시형태)
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 광원의 모식도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 광원 (1) 은, 파장 변환 소자 (11) 와 발광 소자 (10) 를 구비하고 있다. 파장 변환 소자 (11) 는, 발광 소자 (10) 로부터 출사된 광 (L0) 이 조사되었을 때에 광 (L0) 보다 파장이 긴 광 (L2) 을 출사한다. 또, 광 (L0) 의 일부는 파장 변환 소자 (11) 를 투과한다. 이 때문에, 파장 변환 소자 (11) 로부터는, 투과광 (L1) 과 광 (L2) 의 합성광인 광 (L3) 이 출사된다. 이 때문에, 광원 (1) 으로부터 출사되는 광 (L3) 은, 발광 소자 (10) 로부터 출사되는 광 (L0) 의 파장 및 강도와, 파장 변환 소자 (11) 로부터 출사되는 광 (L2) 의 파장 및 강도에 의해 결정된다. 예를 들어, 광 (L0) 이 청색광이고, 광 (L2) 이 황색광인 경우에는, 백색의 광 (L3) 을 얻을 수 있다.
발광 소자 (10) 는, 파장 변환 소자 (11) 에 대하여 후술하는 형광체 분말의 여기광을 출사하는 소자이다. 발광 소자 (10) 의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 발광 소자 (10) 는, 예를 들어, LED, LD, 일렉트로루미네선스 발광 소자, 플라즈마 발광 소자에 의해 구성할 수 있다. 광원 (1) 의 휘도를 높이는 관점에서는, 발광 소자 (10) 는 고강도의 광을 출사하는 것인 것이 바람직하다. 이 관점에서는, 발광 소자 (10) 는 LED 나 LD 에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서는, 파장 변환 소자 (11) 는 소자 본체 (11a) 와 파장 선택 필터층 (11b) 과 반사 억제층 (11c) 을 갖는다. 다만, 본 발명에 있어서는, 파장 선택 필터층 (11b) 및 반사 억제층 (11c) 은 필수는 아니다. 파장 변환 소자는, 예를 들어, 소자 본체만에 의해 구성되어 있어도 된다. 또, 소자 본체의 광 출사면과 광 입사면의 양방의 위에 파장 선택 필터층 또는 반사 억제층 중 어느 것이 형성되어 있어도 된다.
파장 선택 필터층 (11b) 은 소자 본체 (11a) 의 광 입사면 상에 형성되어 있다. 이 파장 선택 필터층 (11b) 은, 발광 소자 (10) 로부터 출사되는 광 (L0) 중, 특정 파장역의 광만을 소자 본체 (11a) 로 투과시키고, 그 이외의 파장역의 광의 투과를 억제함과 함께, 소자 본체 (11a) 에서 변환된 광 (L2) 이 광 입사면 (발광 소자 (10)) 측으로부터 출사되는 것을 방지하는 층이다. 파장 선택 필터층 (11b) 은, 예를 들어, 유전체 다층막에 의해 형성할 수 있다.
한편, 반사 억제층 (11c) 은 소자 본체 (11a) 의 광 출사면 상에 형성되어 있다. 이 반사 억제층 (11c) 은 소자 본체 (11a) 로부터 출사되는 광이 광 출사면에서 반사되는 것을 억제하여, 소자 본체 (11a) 로부터 출사되는 광의 출사율을 높이는 층이다. 반사 억제층 (11c) 은, 예를 들어, 유전체 다층막에 의해 형성할 수 있다.
도 2 는 소자 본체 (11a) 의 약도적 사시도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 소자 본체 (11a) 는 파장 변환 부재 (12) 와 복수의 반사층 (13) 을 갖는다. 본 실시형태에서는, 파장 변환 부재 (12) 는 각기둥상으로 형성되어 있다. 파장 변환 부재 (12) 는 광 입사면 (12a) 과 광 출사면 (12b) 과 4 개의 측면 (12c ∼ 12f) 을 갖는다. 광 입사면 (12a) 과 광 출사면 (12b) 은 광축 방향 (x 방향) 으로 대향하고 있다.
파장 변환 부재 (12) 는, 분산매와 분산매 중에 분산되어 있는 형광체 분말을 갖는다.
형광체 분말은, 발광 소자 (10) 로부터의 광 (L0) 을 흡수하여, 광 (L0) 보다 파장이 긴 광 (L2) 을 출사하는 것이다. 형광체 분말은 무기 형광체 분말인 것이 바람직하다. 무기 형광체 분말을 사용함으로써, 파장 변환 부재 (12) 의 내열성을 향상시킬 수 있다.
파장 300 ∼ 440 ㎚ 의 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면 청색의 광을 발하는 무기 형광체의 구체예로는, Sr5(PO4)3Cl : Eu2＋, (Sr,Ba)MgAl10O17 : Eu2＋ 등을 들 수 있다.
파장 300 ∼ 440 ㎚ 의 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면 녹색의 형광 (파장이 500 ㎚ ∼ 540 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체의 구체예로는, SrAl2O4 : Eu2＋, SrGa2S4 : Eu2＋ 등을 들 수 있다.
파장 440 ∼ 480 ㎚ 의 청색의 여기광을 조사하면 녹색의 형광 (파장이 500 ㎚ ∼ 540 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체의 구체예로는, SrAl2O4 : Eu2＋, SrGa2S4 : Eu2＋ 등을 들 수 있다.
파장 300 ∼ 440 ㎚ 의 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면 황색의 형광 (파장이 540 ㎚ ∼ 595 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무형광체의 구체예로는, ZnS : Eu2＋ 등을 들 수 있다.
파장 440 ∼ 480 ㎚ 의 청색의 여기광을 조사하면 황색의 형광 (파장이 540 ㎚ ∼ 595 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체의 구체예로는, Y3(Al,Gd)5O12 : Ce2＋ 등을 들 수 있다.
파장 300 ∼ 440 ㎚ 의 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면 적색의 형광 (파장이 600 ㎚ ∼ 700 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체의 구체예로는, Gd3Ga4O12 : Cr3＋, CaGa2S4 : Mn2＋ 등을 들 수 있다.
파장 440 ∼ 480 ㎚ 의 청색의 여기광을 조사하면 적색의 형광 (파장이 600 ㎚ ∼ 700 ㎚ 인 형광) 을 발하는 무기 형광체의 구체예로는, Mg2TiO4 : Mn4＋, K2SiF6 : Mn4＋ 등을 들 수 있다.
형광체 분말의 평균 입자 직경 (D50) 은 특별히 한정되지 않는다. 형광체 분말의 평균 입자 직경 (D50) 은, 예를 들어, 1 ㎛ ∼ 50 ㎛ 정도인 것이 바람직하고, 5 ㎛ ∼ 25 ㎛ 정도인 것이 보다 바람직하다. 형광체 분말의 평균 입자 직경 (D50) 이 지나치게 크면, 발광색이 불균일해지는 경우가 있다. 한편, 형광체 분말의 평균 입자 직경 (D50) 이 지나치게 작으면, 발광 강도가 저하되는 경우가 있다.
파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량은 특별히 한정되지 않는다. 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량은, 발광 소자 (10) 로부터 출사되는 광의 강도, 형광체 분말의 발광 특성, 얻고자 하는 광의 색도 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량은, 일반적으로는 예를 들어, 0.01 질량％ ∼ 30 질량％ 정도로 할 수 있으며, 0.05 질량％ ∼ 20 질량％ 인 것이 바람직하고, 0.08 질량％ ∼ 15 질량％ 인 것이 더욱 바람직하다. 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량이 지나치게 많으면, 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 기공률이 높아지고, 광원 (1) 의 발광 강도가 저하되는 경우가 있다. 한편, 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량이 지나치게 적으면, 충분히 강한 형광이 얻어지지 않게 되는 경우가 있다.
분산매는, 예를 들어, 내열 수지나 유리나 세라믹스인 것이 바람직하다. 그 중에서도 내열성이 특히 높고, 발광 소자 (10) 로부터의 광 (L0) 에 의해 잘 열화되지 않는 유리나 세라믹스 등의 무기 분산매가 보다 바람직하게 사용된다.
내열 수지의 구체예로는, 예를 들어 폴리이미드 등을 들 수 있다. 유리의 구체예로는, 예를 들어, 규산염계 유리, 붕규산염계 유리, 인산염계 유리, 붕인산염계 유리 등을 들 수 있다. 세라믹스의 구체예로는, 예를 들어, 지르코니아, 알루미나, 티탄산바륨, 질화규소, 질화티탄 등의 금속 질화물 등을 들 수 있다.
파장 변환 부재 (12) 의 내부에는, 복수의 제 1 반사층 (13) 이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 1 반사층 (13) 이 3 층 이상 형성되어 있다. 복수의 제 1 반사층 (13) 의 각각은 평판상으로 형성되어 있다. 복수의 제 1 반사층 (13) 의 각각은, x 방향 (광축 방향) 과, x 방향에 수직인 y 방향을 따라 연장되도록 형성되어 있다. 즉, 복수의 제 1 반사층 (13) 의 각각은 x 방향 (광축 방향) 과 평행한 평면을 따라 형성되어 있다. 복수의 제 1 반사층 (13) 은, x 방향 및 y 방향의 각각에 대하여 수직인 z 방향을 따라 서로 간격을 두고 배열되어 있다. 즉, 복수의 제 1 반사층 (13) 은 z 방향에 있어서 대향하고 있다. 복수의 제 1 반사층 (13) 의 각각은, 광 입사면 (12a), 광 출사면 (12b) 및 측면 (12e, 12f) 에 노출되어 있다. 이 때문에, 파장 변환 부재 (12) 는 z 방향으로 배열된 복수의 파장 변환부 (14) 로 구획되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 복수의 제 1 반사층 (13) 은 서로 평행하게 형성되어 있는데, 본 발명에 있어서는, 적어도 2 층의 반사층은 서로 평행하게 배치되어 있지 않아도 된다.
제 1 반사층 (13) 은, 발광 소자 (10) 로부터의 광 (L0), 즉, 형광체 분말의 여기광, 및 형광체 분말로부터 출사되는 광 (변환광) 의 반사율이 높은 것인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 형광체 분말의 여기 파장 및 형광체 분말에 여기 파장의 광이 조사되었을 때에 형광체 분말로부터 출사되는 광의 파장의 각각에 있어서의 반사층 (13) 의 반사율은 60 ％ 이상인 것이 바람직하고, 85 ％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 90 ％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
이와 같은 반사율을 실현하는 관점에서는, 반사층 (13) 은, 예를 들어, 금속 또는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 반사층 (13) 은, 예를 들어, Ag, Al, Au, Pd, Pt, Cu, Ti, Ni, Cr 등의 금속, 이들 금속 중 적어도 하나를 함유하는 합금 또는 백색 도료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 반사층 (13) 의 재질에 따라서는, 반사층 (13) 과 파장 변환 부재 (12) 를 직접 밀착시키면, 반사층 (13) 의 밀착 강도를 충분히 높일 수 없는 경우가 있다. 이 때문에, 반사층 (13) 과 파장 변환 부재 (12) 사이에 밀착층을 형성해도 된다. 밀착층은, 예를 들어, 산화알루미늄, 산화규소, 산화크롬, 산화구리 등에 의해 형성할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 파장 변환 부재 (12) 의 내부에 복수의 반사층 (13) 이 형성되어 있다. 이 때문에, 파장 변환 부재 (12) 중에 있어서 산란되어 측면 (12c, 12d) 을 향하는 광이 측면 (12c, 12d) 으로부터 출사되는 것을 억제할 수 있다. 보다 구체적으로는, 복수의 파장 변환부 (14) 중, z 방향에 있어서 반사층 (13) 에 의해 협지된 파장 변환부 (14a) 의 광은, 반사층 (13) 에 의해 반사되어, 측면 (12c, 12d) 으로부터 출사되는 것이 억제되고 있어, 광 출사면 (12b) 으로부터 출사된다. 따라서, 파장 변환 부재 (12) 의 광 출사면 (12b) 으로부터 출사되는 광 (L3) 의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 광원 (1) 의 휘도를 높일 수 있다.
또, 반사층 (13) 을 복수 형성함으로써, 파장 변환 부재 (12) 로부터 출사되는 광 (L3) 의 직진성을 높일 수 있다. 광 (L3) 의 직진성을 더욱 높이는 관점에서는, 반사층 (13) 을 3 층 이상 형성하는 것이 바람직하다.
또, 반사층 (13) 을 형성함으로써, 파장 변환 부재 (12) 에 입사된 광이 파장 변환 부재 (12) 로부터 출사될 때까지의 평균 광로 길이를 길게 할 수 있다. 따라서, 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 파장 변환 효율을 높일 수 있다.
또한, 파장 변환 소자 (11) 의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 파장 변환 소자 (11) 는, 예를 들어 이하와 같은 방법으로 제조할 수 있다.
먼저, 소자 본체 (11a) 를 제조한다. 구체적으로는, 파장 변환부를 구성하기 위한 형광체 분말이 분산된 분산매로 이루어지는 판상 부재를 제조한다. 이 판상 부재는, 예를 들어, 형광체 분말과 유리 분말이나 세라믹 분말의 혼합 분말을 프레스 성형한 후에 소성함으로써 제조할 수 있다.
다음으로, 판상 부재의 일방의 면 상에 반사층을 형성한다. 반사층의 형성은, 예를 들어, CVD 법, 스퍼터링법, 도금법 등에 의해 실시할 수 있다. 또, 반사막을 접착제 등을 사용하여 접착시킴으로써 형성해도 된다.
다음으로, 편면에 반사층이 형성된 판상 부재를 복수 적층하고 접착시킴으로써 소자 본체 (11a) 를 형성할 수 있다.
또, 예를 들어, 형광체 분말과 유리 분말이나 세라믹 분말의 혼합 분말을 판상으로 프레스 성형하고, 얻어진 성형체의 편면에 금속 미립자를 함유하는 페이스트를 도포한 것을 복수 적층하고, 그 후 소성함으로써도 소자 본체 (11a) 를 제조할 수 있다.
마지막으로, 스퍼터링법이나 CVD 법 등에 의해 파장 선택 필터층 (11b) 및 반사 억제층 (11c) 을 형성함으로써, 파장 변환 소자 (11) 를 완성시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 실시한 바람직한 형태의 다른 예 및 변형예에 대해 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 상기 제 1 실시형태와 실질적으로 공통 기능을 갖는 부재를 공통 부호로 참조하고, 설명을 생략한다.
(제 2 실시형태)
도 3 은 제 2 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 사시도이다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 파장 변환 부재 (12) 의 내부에, 복수의 제 1 반사층 (13) 에 추가하여 복수의 제 2 반사층 (15) 이 형성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시형태에서는, 3 층 이상의 제 2 반사층 (15) 이 형성되어 있다. 복수의 제 2 반사층 (15) 의 각각은, x 방향 (광축 방향) 에 평행하고, 게다가 x 방향과 x 방향으로 경사진 방향 (제 1 반사층 (13) 과 교차하는 방향) 을 따라 연장되도록 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 구체적으로는 복수의 제 2 반사층 (15) 의 각각은 x 방향과 z 방향 (제 1 반사층 (13) 과 직교하는 방향) 을 따라 연장되도록 형성되어 있다. 복수의 제 2 반사층 (15) 은 y 방향으로 서로 간격을 두고 배열되어 있다. 즉, 복수의 제 2 반사층 (15) 은 y 방향으로 대향하고 있다. 복수의 제 2 반사층 (15) 의 각각은 광 입사면 (12a), 광 출사면 (12b) 및 측면 (12c, 12d) 에 이르고 있다. 이 복수의 제 2 반사층 (15) 과 복수의 제 1 반사층 (13) 에 의해, 매트릭스상으로 배치된 복수의 각기둥상의 파장 변환부 (16) 가 구획 형성되어 있다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 측면 (12c, 12d) 으로부터의 광의 누출뿐만 아니라, 측면 (12e, 12f) 으로부터의 광의 누출도 억제할 수 있다. 따라서, 광 출사면 (12b) 으로부터 출사되는 광 (L3) 의 강도를 보다 높일 수 있다. 따라서, 광원 (1) 의 휘도를 보다 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 복수의 반사층 (15) 은 서로 평행하게 형성되어 있는데, 본 발명에 있어서 적어도 2 층의 제 2 반사층은 서로 평행하게 형성되어 있지 않아도 된다.
본 실시형태에 있어서의 소자 본체 (11a) 의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 소자 본체 (11a) 는, 예를 들어, 이웃하는 2 측면 상에 반사층이 형성된 사각기둥상의 파장 변환 부재를 매트릭스상으로 첩합 (貼合) 해 감으로써 소자 본체 (11a) 를 제조해도 된다. 또, 격자상으로 형성된 금속제 폴더에 사각기둥상의 파장 변환 부재를 복수 삽입해 감으로써 소자 본체 (11a) 를 제조해도 된다.
(제 3 및 제 4 실시형태)
도 4 는 제 3 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 사시도이다. 도 5 는 제 4 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 사시도이다.
상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는, 파장 변환 부재 (12) 의 측면 (12c ∼ 12f) 상에는 반사층이 형성되어 있지 않은 예에 대해 설명하였다. 단, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4 나 도 5 에 나타내는 바와 같이, 측면 (12c ∼ 12f) 상에 반사층 (17) 을 형성해도 된다. 그렇게 함으로써, 측면 (12c ∼ 12f) 으로부터 광이 누출되는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 광 출사면 (12b) 으로부터 출사되는 광 (L3) 의 강도를 더욱 높일 수 있다. 따라서, 광원 (1) 의 휘도를 더욱 높일 수 있다.
(제 5 실시형태)
도 6 은 제 5 실시형태에 관련된 광원의 모식도이다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 광원 (2) 에는 빔 스플리터 (18) 가 형성되어 있다. 발광 소자 (10) 로부터의 광 (L0) 은 빔 스플리터 (18) 에 의해 파장 변환 소자 (11) 측으로 유도된다. 파장 변환 소자 (11) 의 광 입사면측에는 반사 억제층 (11c) 이 형성되어 있고, 반대측의 면 상에는 반사층 (11d) 이 형성되어 있다. 또한, 반사층 (11d) 상에는 수지나 땜납으로 이루어지는 접착층 (도시 생략) 이 형성되어 있고, 접착층을 통하여 유리, 세라믹스, 금속 등으로 이루어지는 기판 (19) 과 파장 변환 소자 (11) 가 고정되어 있다. 이 반사층 (11d) 에 의해, 광 (L0) 의 일부 및 파장 변환 부재 (12) 의 발광은 빔 스플리터 (18) 측으로 반사된다. 이 때문에, 광 (L3) 은 빔 스플리터 (18) 를 향하여 발하여지고, 빔 스플리터 (18) 를 투과하여 출사된다.
또한, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 접착층을 통하여 기판 (19) 과 파장 변환 소자 (11) 를 고정시킨 광원 (2) 으로 하는 경우, 도 2, 3 에 나타내는 바와 같은 파장 변환부가 층상 또는 매트릭스상으로 형성된 파장 변환 소자 (11) 를 사용함으로써, 발광 소자 (10) 로부터 출사되는 광 (L0) 을 광 (L3) 으로 변환시킬 때에 발생하는 열에 의한 기판 (19) 과 파장 변환 소자 (11) 의 박리를 효과적으로 억제할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 실시예 및 비교예에 기초하여 구체적으로 설명한다. 단, 이하의 실시예는 단순한 예시이다. 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되지 않는다.
(실시예)
본 실시예에서는, 하기의 요령으로 상기 제 2 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자 (11) 와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 파장 변환 소자를 제조하였다.
구체적으로는, 먼저, 붕규산염계 유리 분말 85 질량％ 와 황화물 형광체 분말 (CaGa2S4, 형광 파장 : 561 ㎚) 15 질량％ 를 혼합하여 프레스 성형한 후, 소성, 절단함으로써 두께 0.3 ㎜, 폭 0.3 ㎜, 깊이 20 ㎜ 의 파장 변환 부재를 제조하였다. 파장 변환 부재의 전체면에 밀착층으로서 산화알루미늄으로 이루어지는 두께 134 ㎚ 의 층을 진공 증착법에 의해 형성하였다. 다음으로, 밀착층 상에 Ag 로 이루어지는 두께 150 ㎚ 의 반사층을 스퍼터법에 의해 형성하였다. 다음으로, 밀착층 및 반사층이 형성된 파장 변환 부재를 적층하고, 에폭시 수지 접착제를 사용하여 접착, 절단, 연마함으로써 폭 가로세로 2.1 ㎜, 깊이 0.5 ㎜ 의 매트릭스상의 소자 본체를 제조하였다.
다음으로, 진공 증착법에 의해 소자 본체의 광 입사면 상에 산화규소층과 산화탄탈층을 교대로 합계 39 층 형성함으로써 파장 선택 필터층을 형성하였다. 한편, 소자 본체의 광 출사면 상에는 진공 증착법에 의해 산화규소층과 산화탄탈층을 교대로 합계 4 층 형성함으로써 반사 억제층을 형성하였다. 이상의 공정에 의해, 파장 변환 소자를 완성시켰다.
제조된 파장 변환 소자의 광 입사면에 LD 를 사용하여 파장 460 ㎚ 의 광을 조사하고, 광 출사면측으로부터 출사된 광을 가로세로 1 ㎜ 의 슬릿을 통하여 강도를 측정하였다. 그 결과, 본 실시예의 파장 변환 소자로부터 출사된 광의 강도는 102 ㏐ 이었다.
(비교예)
상기 실시예와 동일하게 하여 폭 가로세로 2.1 ㎜, 깊이 0.5 ㎜ 의 파장 변환 부재를 제조하고, 파장 변환 부재의 표면에 밀착층 및 반사층을 형성하지 않고 파장 변환 소자로서 사용하여 실시예와 동일한 평가를 실시하였다. 그 결과, 본 비교예의 파장 변환 소자로부터 출사된 광의 강도는 83 ㏐ 이었다.
이들 결과로부터, 파장 변환 부재의 내부에 대향하는 적어도 2 층의 반사층을 형성함으로써, 파장 변환 소자의 광 출사면으로부터 출사되는 광의 강도를 높일 수 있음을 알 수 있다.
(제 6 실시형태)
도 7 은 제 6 실시형태에 있어서의 소자 본체 (11a) 의 약도적 사시도이다. 도 8 은 도 7 의 선 Ⅲ-Ⅲ 에 있어서의 약도적 단면도이다. 도 9 는 도 7 의 선 Ⅳ-Ⅳ 에 있어서의 약도적 단면도이다. 도 7 ∼ 도 9 에 나타내는 바와 같이, 소자 본체 (11a) 는 복수의 제 1 파장 변환부 (12L) 와 복수의 제 2 파장 변환부 (12H) 를 갖는다. 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각은, 분산매와 분산매 중에 분산되어 있는 형광체 분말을 갖는다.
형광체 분말은, 발광 소자 (10) 로부터의 광 (L0) 을 흡수하여, 광 (L0) 보다 파장이 긴 광 (L2) 을 출사하는 것이다. 형광체 분말로는, 제 1 실시형태와 동일한 것을 사용할 수 있다.
제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각에 있어서의 형광체 분말의 함유량은 특별히 한정되지 않는다. 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각에 있어서의 형광체 분말의 함유량은, 발광 소자 (10) 로부터 출사되는 광의 강도, 형광체 분말의 발광 특성, 얻고자 하는 광의 색도 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각에 있어서의 형광체 분말의 함유량은, 일반적으로는 예를 들어, 0.01 질량％ ∼ 30 질량％ 정도로 할 수 있으며, 0.05 질량％ ∼ 20 질량％ 인 것이 바람직하고, 0.08 질량％ ∼ 15 질량％ 인 것이 더욱 바람직하다. 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각에 있어서의 형광체 분말의 함유량이 지나치게 많으면, 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각에 있어서의 기공률이 높아지고, 광원 (1) 의 발광 강도가 저하되는 경우가 있다. 한편, 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각에 있어서의 형광체 분말의 함유량이 지나치게 적으면, 충분히 강한 형광이 얻어지지 않게 되는 경우가 있다.
또한, 제 1 파장 변환부 (12L) 와 제 2 파장 변환부 (12H) 는 동종의 형광체 분말을 함유하고 있어도 되고, 상이한 종류의 형광체 분말을 함유하고 있어도 된다. 또, 형광체 분말의 평균 입자 직경 (D50) 및 형광체 분말의 함유량은 제 1 파장 변환부 (12L) 와 제 2 파장 변환부 (12H) 에서 동일해도 되고, 적어도 일방이 상이해도 된다.
분산매로는, 제 1 실시형태와 동일한 것을 사용할 수 있다.
내열 수지의 구체예로는, 예를 들어 폴리이미드 등을 들 수 있다. 유리의 구체예로는, 예를 들어, 규산염계 유리, 붕규산염계 유리, 인산염계 유리, 붕인산염계 유리 등을 들 수 있다. 세라믹스의 구체예로는, 예를 들어, 지르코니아, 알루미나, 티탄산바륨, 질화규소, 질화티탄 등의 금속 질화물 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서는, 제 1 파장 변환부 (12L) 의 분산매의 굴절률과 제 2 파장 변환부 (12H) 의 분산매의 굴절률이 상이하다. 상세하게는, 광 (L0) 의 파장 및 광 (L2) 의 파장의 각각에 있어서, 제 1 파장 변환부 (12L) 의 분산매의 굴절률과 제 2 파장 변환부 (12H) 의 분산매의 굴절률이 상이하다. 구체적으로는, 광 (L0) 의 파장 및 광 (L2) 의 파장의 각각에 있어서, 제 1 파장 변환부 (12L) 의 분산매의 굴절률은 제 2 파장 변환부 (12H) 의 분산매의 굴절률보다 낮다. 광 (L0) 의 파장 및 광 (L2) 의 파장의 각각에 있어서, 제 1 파장 변환부 (12L) 의 분산매의 굴절률과 제 2 파장 변환부 (12H) 의 분산매의 굴절률의 차이는 0.05 이상인 것이 바람직하고, 0.1 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태에서는, 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각은 사각기둥상으로 형성되어 있다. 복수의 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 는 y 방향 및 z 방향을 따라 매트릭스상으로 배열되어 있다. 구체적으로는, 복수의 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 가 y 방향 및 z 방향의 각각에 있어서 교대로 위치하도록 매트릭스상으로 배열되어 있다. 이 때문에, 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각은 제 2 또는 제 1 파장 변환부 (12H, 12L) 에 의해 포위되어 있다. 구체적으로는, 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각의 측면 전부가 제 2 또는 제 1 파장 변환부 (12H, 12L) 와 접하고 있다.
제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각은, x 방향에 있어서 광 입사면 (11a1) 에서 광 출사면 (11a2) 에 이르도록 형성되어 있다.
또한, 이웃하는 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 는 예를 들어 융착시킴으로써 직접 접합되어 있어도 되고, 접착제 등에 의해 접착되어 있어도 된다. 또, 이웃하는 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 를 프레임체 등의 고정 부재를 사용하여 고정시켜도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 굴절률이 상이한 제 1 파장 변환부 (12L) 와 제 2 파장 변환부 (12H) 가 접하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 제 1 파장 변환부 (12L) 내의 광은, 제 2 파장 변환부 (12H) 와의 사이의 계면에 있어서 높은 반사율로 반사된다. 동일하게, 제 2 파장 변환부 (12H) 내의 광은, 제 1 파장 변환부 (12L) 와의 사이의 계면에 있어서 높은 반사율로 반사되고, 또한 큰 각도로 계면에 입사된 광은 전반사된다. 따라서, 소자 본체 (11a) 의 측면으로부터 광이 누출되는 것이 효과적으로 억제된다. 따라서, 소자 본체 (11a) 의 광 출사면 (11a2) 으로부터 출사되는 광 (L3) 의 강도를 높일 수 있다. 그 결과, 고휘도의 광원 (1) 을 실현할 수 있다.
본 실시형태에서는, 제 1 파장 변환부 (12L) 가 제 2 파장 변환부 (12H) 에 의해 포위되어 있고, 제 2 파장 변환부 (12H) 가 제 1 파장 변환부 (12L) 에 의해 포위되어 있다. 이 때문에, 소자 본체 (11a) 의 측면으로부터 광이 누출되는 것이 보다 효과적으로 억제된다. 따라서, 소자 본체 (11a) 의 광 출사면 (11a2) 으로부터 출사되는 광 (L3) 의 강도를 보다 높일 수 있다.
또, 제 1 및 제 2 파장 변환 부재 (12L, 12H) 에 의해 소자 본체 (11a) 를 구성함으로써, 광 (L3) 의 직진성을 향상시킬 수 있다.
또한, 소자 본체 (11a) 의 광 출사면 (11a2) 으로부터 출사되는 광 (L3) 의 강도를 보다 높이는 관점에서는, 제 1 파장 변환부 (12L) 와 제 2 파장 변환부 (12H) 사이의 계면에 있어서의 광 반사율을 보다 높게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 제 1 파장 변환부 (12L) 의 분산매의 굴절률 (≒ 제 1 파장 변환부 (12L) 의 굴절률) 과 제 2 파장 변환부 (12H) 의 분산매의 굴절률 (≒ 제 2 파장 변환부 (12H) 의 굴절률) 의 차이는 0.05 이상인 것이 바람직하고, 0.1 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는, 복수의 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 에 의해 소자 본체 (11a) 를 구성하는 예에 대해 설명하였다. 단, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 중 일방만을 형성하고, 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 중 타방 대신에, 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 중 일방의 분산매와는 굴절률이 상이한 분산매로 이루어지는 부분을 형성해도 된다. 이 경우에도, 소자 본체 (11a) 의 측면으로부터의 광의 누출을 효과적으로 억제할 수 있다. 단, 소자 본체 (11a) 에 있어서, 파장 변환 기능을 갖는 파장 변환부가 차지하는 비율을 늘리고, 광 출사면 (11a2) 으로부터 출사되는 광 (L3) 의 강도를 높이는 관점에서는, 본 실시형태와 같이, 복수의 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 에 의해 소자 본체 (11a) 를 구성하는 것이 바람직하다.
(제 7 및 제 8 실시형태)
도 10 은 제 7 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 횡단면도이다. 도 11 은 제 8 실시형태에 있어서의 파장 변환 소자의 소자 본체의 약도적 횡단면도이다.
상기 제 6 실시형태에서는, 복수의 제 1 파장 변환부 (12L) 와 복수의 제 2 파장 변환부 (12H) 를 교대로 매트릭스상으로 배치하는 예에 대해 설명하였다. 단, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 10 이나 도 11 에 나타내는 바와 같이, 하나 또는 복수의 제 1 파장 변환부 (12L) 를 하나 또는 복수의 제 2 파장 변환부 (12H) 에 의해 포위하도록 해도 된다. 이 경우에는, 하나 또는 복수의 제 1 파장 변환부 (12L) 내의 광이 외부로 누출되는 것이 효과적으로 억제된다. 따라서, 상기 제 6 실시형태와 동일하게, 광 출사면 (11a2) 으로부터 출사되는 광 (L3) 의 강도를 높일 수 있어, 광원의 고휘도화를 도모할 수 있다.
또, 상기 제 6 실시형태에서는, 제 1 및 제 2 파장 변환부 (12L, 12H) 의 각각이 사각기둥상인 예에 대해 설명하였다. 단, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 제 1 및 제 2 파장 변환부는, 예를 들어, 다각기둥상, 삼각기둥상 등이어도 된다. 또, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 제 1 파장 변환부 (12L) 를 원기둥상으로 하고, 제 2 파장 변환부 (12H) 를 원통상으로 해도 된다.
또한, 제 6 ∼ 제 8 실시형태에 관련된 파장 변환 소자를, 도 6 에 나타내는 광원 (2) 의 파장 변환 소자로서 사용해도 된다.
(제 9 실시형태)
도 12 는 본 실시형태에 관련된 광원의 모식도이다. 도 12 에 나타내는 바와 같이, 광원 (1) 은 파장 변환 소자 (11) 와 발광 소자 (10) 를 구비하고 있다. 파장 변환 소자 (11) 는, 발광 소자 (10) 로부터 출사된 광 (L0) 이 조사되었을 때에 광 (L0) 보다 파장이 긴 광 (L2) 을 출사한다. 또, 광 (L0) 의 일부는 파장 변환 소자 (11) 를 투과한다. 이 때문에, 파장 변환 소자 (11) 로부터는 투과광 (L1) 과 광 (L2) 의 합성광인 광 (L3) 이 출사된다. 이 때문에, 광원 (1) 으로부터 출사되는 광 (L3) 은, 발광 소자 (10) 로부터 출사되는 광 (L0) 의 파장 및 강도와, 파장 변환 소자 (11) 로부터 출사되는 광 (L2) 의 파장 및 강도에 의해 결정된다. 예를 들어, 광 (L0) 이 청색광이고, 광 (L2) 이 황색광인 경우에는, 백색의 광 (L3) 을 얻을 수 있다.
발광 소자 (10) 는, 파장 변환 소자 (11) 에 대하여 후술하는 형광체 분말의 여기광을 출사하는 소자이다. 발광 소자 (10) 의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 발광 소자 (10) 는, 예를 들어, LED, LD, 일렉트로루미네선스 발광 소자, 플라즈마 발광 소자에 의해 구성할 수 있다. 광원 (1) 의 휘도를 높이는 관점에서는, 발광 소자 (10) 는 고강도의 광을 출사하는 것인 것이 바람직하다. 이 관점에서는, 발광 소자 (10) 는 LED 나 LD 에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 파장 변환 부재의 광 입사 영역 (11e) 및 광 출사 영역 (11f) 중 적어도 일방의 위에 파장 선택 필터층이나 반사 억제층을 형성해도 된다.
예를 들어, 파장 선택 필터층을 파장 변환 소자 (11) 의 광 입사 영역 (11e) 상에 형성함으로써, 발광 소자 (10) 로부터 출사되는 광 (L0) 중, 특정 파장역의 광만을 파장 변환 소자 (11) 로 투과시키고, 그 이외의 파장역의 광의 투과를 억제함과 함께, 파장 변환 소자 (11) 에서 변환된 광 (L2) 이 광 입사 영역 (11e) 으로부터 출사되는 것을 억제할 수 있다. 파장 선택 필터층은, 예를 들어, 유전체 다층막에 의해 형성할 수 있다.
또, 예를 들어, 반사 억제층을 파장 변환 소자 (11) 의 광 출사 영역 (11f) 상에 형성함으로써, 파장 변환 소자 (11) 로부터 출사되는 광이 광 출사 영역 (11f) 에서 반사되는 것을 억제하여, 파장 변환 소자 (11) 로부터 출사되는 광의 출사율을 높일 수 있다. 반사 억제층은, 예를 들어, 유전체 다층막에 의해 형성할 수 있다.
도 13 은 파장 변환 소자 (11) 의 약도적 사시도이다. 도 13 에 나타내는 바와 같이, 파장 변환 소자 (11) 는 x 방향을 따라 연장되도록 배치된 3 개 이상의 파장 변환 부재 (12) 를 구비하고 있다. 파장 변환 소자 (11) 는 9 개 이상의 파장 변환 부재 (12) 를 구비하고 있는 것이 바람직하고, 25 개 이상의 파장 변환 부재 (12) 를 구비하고 있는 것이 보다 바람직하다. 3 개 이상의 파장 변환 부재 (12) 는, 이웃하는 파장 변환 부재 (12) 끼리가 접촉하도록 묶여져 고정되어 있다. 본 실시형태에서는, 파장 변환 부재 (12) 는 원기둥상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 이웃하는 파장 변환 부재 (12) 사이에는, x 방향에 있어서 파장 변환 소자 (11) 의 광 입사 영역 (11e) 에서 광 출사 영역 (11f) 까지에 이르는 공기층 (20) 이 형성되어 있다. 광 입사 영역 (11e) 및 광 출사 영역 (11f) 의 각각은, 이 공기층 (20) 과 파장 변환 부재 (12) 의 단면에 의해 구성되어 있다.
또한, 복수의 파장 변환 부재 (12) 는, 예를 들어 프레임체 등의 고정 부재를 사용하여 고정시켜도 되고, 접착제 등을 사용하여 고정시켜도 된다.
파장 변환 부재 (12) 는, 분산매와 분산매 중에 분산되어 있는 형광체 분말을 갖는다.
형광체 분말은, 발광 소자 (10) 로부터의 광 (L0) 을 흡수하여, 광 (L0) 보다 파장이 긴 광 (L2) 을 출사하는 것이다. 형광체 분말로는, 제 1 실시형태와 동일한 것을 사용할 수 있다.
파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량은 특별히 한정되지 않는다. 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량은, 발광 소자 (10) 로부터 출사되는 광의 강도, 형광체 분말의 발광 특성, 얻고자 하는 광의 색도 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량은, 일반적으로는 예를 들어, 0.01 질량％ ∼ 30 질량％ 정도로 할 수 있으며, 0.05 질량％ ∼ 20 질량％ 인 것이 바람직하고, 0.08 질량％ ∼ 15 질량％ 인 것이 더욱 바람직하다. 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량이 지나치게 많으면, 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 기공률이 높아지고, 광원 (1) 의 발광 강도가 저하되는 경우가 있다. 한편, 파장 변환 부재 (12) 에 있어서의 형광체 분말의 함유량이 지나치게 적으면, 충분히 강한 형광이 얻어지지 않게 되는 경우가 있다.
분산매로는, 제 1 실시형태와 동일한 것을 사용할 수 있다.
내열 수지의 구체예로는, 예를 들어 폴리이미드 등을 들 수 있다. 유리의 구체예로는, 예를 들어, 규산염계 유리, 붕규산염계 유리, 인산염계 유리, 붕인산염계 유리 등을 들 수 있다. 세라믹스의 구체예로는, 예를 들어, 지르코니아, 알루미나, 티탄산바륨, 질화규소, 질화티탄 등의 금속 질화물 등을 들 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 원기둥상의 파장 변환 부재 (12) 가 3 개 이상 묶여져 있다. 이 때문에, 파장 변환 부재 (12) 사이에 광 입사 영역 (11e) 에서 광 출사 영역 (11f) 까지에 이르는 공기층 (20) 이 형성되어 있다. 따라서, 어느 파장 변환 부재 (12) 의 측면으로부터 출사된 광의 일부는, 옆의 파장 변환 부재 (12) 의 표면에 있어서 반사된다. 그 결과, 공기층 (20) 을 전파하거나, 다시 파장 변환 부재 (12) 내에 입사되어 파장 변환 부재 (12) 내를 전파하거나 함으로써, 파장 변환 부재 (12) 의 광 출사 영역 (11f) 으로부터 출사된다. 이 때문에, 파장 변환 소자 (11) 의 측면측으로부터의 광의 누출을 억제할 수 있어, 광 출사 영역 (11f) 으로부터 출사되는 광의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 고휘도의 광원 (1) 을 실현할 수 있다.
또, 파장 변환 소자 (11) 의 측면측으로부터의 광의 누출을 보다 효과적으로 억제하는 관점에서는, 묶여져 있는 파장 변환 부재 (12) 의 개수를 늘려, 파장 변환 소자 (11) 중에 형성되는 공기층 (20) 의 수를 늘리는 것이 바람직하다. 따라서, 묶여져 있는 파장 변환 부재 (12) 의 개수는 9 개 이상인 것이 바람직하고, 25 개 이상인 것이 보다 바람직하다.
또, 파장 변환 소자 (11) 의 측면측으로부터의 광의 누출을 보다 효과적으로 억제하는 관점에서, 파장 변환 부재 (12) 의 분산매의 굴절률 (≒ 파장 변환 부재 (12) 의 굴절률) 이 1.45 이상인 것이 바람직하고, 1.55 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 제 9 실시형태에 관련된 파장 변환 소자를, 도 6 에 나타내는 광원 (2) 의 파장 변환 소자로서 사용해도 된다.
1, 2 … 광원
10 … 발광 소자
11 … 파장 변환 소자
11a … 소자 본체
11a1 … 광 입사면
11a2 … 광 출사면
11b … 파장 선택 필터층
11c … 반사 억제층
11d … 반사층
11e … 광 입사 영역
11f … 광 출사 영역
12 … 파장 변환 부재
12L … 제 1 파장 변환부
12H … 제 2 파장 변환부
12a … 광 입사면
12b … 광 출사면
12c ∼ 12f … 측면
13, 15, 17 … 반사층
14 … 파장 변환부
16 … 파장 변환부
18 … 빔 스플리터
19 … 기판
20 … 공기층

Claims (10)

  1. 형광체 분말이 분산매 중에 분산되어 이루어지고, 광축 방향에 있어서 대향하는 광 입사면 및 광 출사면을 갖는 파장 변환 부재와,
    상기 파장 변환 부재의 내부에 있어서, 상기 광축 방향과 평행한 평면을 따라 형성되고, 상기 파장 변환 부재를 복수의 부분으로 구획하는 적어도 2 층의 제 1 반사층을 구비하는, 파장 변환 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2 층의 제 1 반사층은 서로 평행하게 형성되어 있는, 파장 변환 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층이 3 층 이상 적층되어 있는, 파장 변환 소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파장 변환 부재의 내부에 있어서, 상기 광축 방향과 평행하고 또한 상기 제 1 반사층과 교차하는 평면을 따라 형성되는 적어도 2 층의 제 2 반사층을 추가로 구비하고,
    상기 파장 변환 부재 내에, 상기 제 1 반사층과 상기 제 2 반사층에 의해 상기 광축 방향을 따라 연장되는 파장 변환부가 구획 형성되어 있는, 파장 변환 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 2 층의 제 2 반사층이 서로 평행하게 형성되어 있는, 파장 변환 소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 반사층과 상기 제 1 반사층이 직교하고 있는, 파장 변환 소자.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 반사층이 3 층 이상 적층되어 있고, 상기 파장 변환부가 매트릭스상으로 형성되어 있는, 파장 변환 소자.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층은 금속, 합금 또는 백색 도료로 이루어지는, 파장 변환 소자.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 형광체 분말이 무기 형광체 분말이고, 또한 상기 분산매가 유리 또는 세라믹스인, 파장 변환 소자.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 파장 변환 소자와,
    상기 파장 변환 소자의 광 입사면을 향하여 상기 형광체 분말의 여기광을 출사하는 발광 소자를 구비하는, 광원.
KR1020197032647A 2010-11-18 2011-10-14 파장 변환 소자 및 그것을 구비하는 광원 KR20190126467A (ko)

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JP2010257923A JP5585410B2 (ja) 2010-11-18 2010-11-18 波長変換素子及びそれを備える光源
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