TWI538261B - 波長變換元件及具備該波長變換元件之光源 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種波長變換元件及具備該波長變換元件之光源。
近年來，已越來越升高注意力於取代螢光燈或白熱燈之次世代的光源，該光源為使用發光二極體(LED：Light Emitting Diode)或雷射二極體(LD：Laser Diode)之光源等。作為如此的次世代光源之一例，例如在下述的專利文獻1中已有揭示一種光源，該光源係在射出藍色光的LED之光射出側配置有用以吸收來自LED的光線之一部分且射出黃色光的波長變換構件。該光源，係發出屬於從LED射出的藍色光、和從波長變換構件射出的黃色光之合成光的白色光。
(專利文獻1)日本特開2000-208815號公報
近年來，已越來越迫切期待更進一步提高使用如上述之波長變換構件的光源之亮度。
本發明係有鑑於此點而開發完成者，其目的在於謀求使用波長變換構件的光源之高亮度化。
本發明的第1波長變換元件，係捆束複數個波長變換構件而成，該複數個波長變換構件係包含分散介質、和分散於分散介質中的螢光體粉末。
在波長變換構件為螢光體粉末分散於分散介質中的情況下，例如，會有如下傾向：與僅由玻璃所構成的光學構件不同，且入射於波長變換構件的光線會在波長變換構件中大幅地散射。因此，在波長變換元件藉由單一波長變換構件而構成的情況，由於波長變換構件內的光線之一部分會從波長變換構件之側面洩漏出，所以從光射出面射出的光線之強度會變低。
相對於此，在本發明的第1波長變換元件中，複數個波長變換構件係綑紮而成。因此，從某一個波長變換構件之側面射出的光線之一部分，係在相鄰的波長變換構件之表面反射。結果，藉由傳播於相鄰的波長變換構件間所形成的空氣層，又再次入射於波長變換構件內，並一邊反射於波長變換構件內一邊傳播，就會從設置有波長變換構件之一方端部的光射出區域射出。因此，在本發明的第1波長變換元件中，可抑制來自波長變換元件之側面側的光線之洩漏，且可提高從光射出區域射出的光線之強度。因而，藉由使用本發明的第1波長變換元件就可謀求光源之高亮度化。
本發明的第2波長變換元件，係具備波長變換構件、和至少2層之第1反射層。波長變換構件係藉由將螢光體粉末分散於分散介質中而成。波長變換構件係具有在光軸方向呈相對向的光入射面及光射出面。至少2層之第1反射層係位於波長變換構件之內部，分別沿著與光軸方向呈平行之平面而形成。至少2層之第1反射層係將波長變換構件劃分成複數個部分。
在本發明的第2波長變換元件，係設置有：至少2層之第1反射層，位於波長變換構件之內部，並分別沿著與光軸方向呈平行之平面而形成，且將波長變換構件劃分成複數個部分。因此，朝向側面而散射的光線之一部分，係可藉由反射層而反射，且有效地抑制從側面射出。因此，在本發明的第2波長變換元件中，可提高從光射出面射出的光線之強度。因而，藉由使用本發明的第2波長變換元件，就可謀求光源之高亮度化。
在本發明的第2波長變換元件中，至少2層之第1反射層較佳是形成為彼此平行。在此構成中，可提高從波長變換元件射出的光線之直進性。
在本發明的第2波長變換元件中，第1反射層較佳是積層有3層以上。在此構成中，可提高從波長變換元件射出的光線之直進性。
本發明的第2波長變換元件，較佳是復具備：至少2層之第2反射層，位於波長變換構件之內部，並與光軸方向呈平行，且沿著與第1反射層呈交叉之平面而形成。而且，較佳是在波長變換構件內，藉由第1反射層和第2反射層進行劃分而形成有沿著光軸方向而延伸的波長變換部。在此構成中，可更提高從光射出面射出的光線之強度。又，可更提高從光射出面射出的光線之直進性。
在本發明的第2波長變換元件中，至少2層之第2反射層較佳是形成為彼此平行。在此構成中，可更提高從波長變換元件射出的光線之直進性。
在本發明的第2波長變換元件中，至少2層之第2反射層和至少2層之第1反射層較佳是正交。在此構成中，可更提高從光射出面射出的光線之直進性。
在本發明的第2波長變換元件中，第2反射層較佳是積層有3層以上，而波長變換部較佳是設置成矩陣狀。在此構成中，可更提高從光射出面射出的光線之直進性。
在本發明的第2波長變換元件中，第1反射層，雖例如可由介電質多層膜所構成，但是較佳是由金屬、合金或白色塗料所構成。此是因由金屬、合金或白色塗料所構成的第1反射層，其反射率之波長依存性較低，且容易形成之故。同樣地，第2反射層雖也是例如可由介電質多層膜所構成，但是較佳是由金屬、合金或白色塗料所構成。作為較佳採用的金屬之具體例，可列舉例如Ag(銀)、Al(鋁)、Au(金)、Pd(鈀)、Pt(鉑)、Cu(銅)、Ti(鈦)、Ni(鎳)、Cr(鉻)等。作為較佳採用的合金之具體例，可列舉例如包含選自由Ag、Al、Au、Pd、Pt、Cu、Ti、Ni及Cr所構成之群組的1種以上之金屬的合金等。作為較佳採用的白色塗料之具體例，可列舉例如包含由選自由Ag、Al、Au、Pd、Pt、Cu、Ti、Ni及Cr所構成之群組的1種以上之金屬、合金所構成的粒子之白色塗料等。
本發明的第3波長變換元件，係具有在第1方向呈相對向的光入射面及光射出面。本發明的第3波長變換元件，係具備第1部分和第2部分。第1部分係藉由將螢光體粉末分散於第1分散介質中而成。第1部分係構成在第1方向從光入射面至光射出面的第1波長變換部。第2部分係以在第1方向從光入射面至光射出面的方式設置。第2部分係以與第1部分接觸的方式設置。第2部分係包含具有與第1分散介質不同之折射率的第2分散介質。
在本發明的第3波長變換元件中，係以與第1波長變換部接觸的方式設置有第2部分，該第2部分係包含具有與第1分散介質不同之折射率的第2分散介質。因此，第1波長變換部內之光線，係可在第1波長變換部和第2部分之間的界面中以較高的反射率來反射。因此，可有效地抑制光線從波長變換元件之側面洩漏。因而，在本發明的第3波長變換元件中，可提高從光射出面射出的光線之強度。從而，藉由使用本發明的第3波長變換元件，就可謀求光源之高亮度化。
在本發明的第3波長變換元件中，從更有效地抑制來自波長變換元件之側面的光線之洩漏，且更提高從光射出面射出的光線之強度的觀點來看，構成第1波長變換部的第1部分較佳是由第2部分所包圍。
在本發明的第3波長變換元件中，第2部分雖然亦可僅藉由第2分散介質而構成，但是較佳是復包含分散於第2分散介質之螢光體粉末，且第2部分構成第2波長變換部。在此構成中，可在波長變換元件中，提高有助於波長變換之波長變換部所佔的比例。因而，可更提高從光射出面射出的光線之強度。在此情況下，第1部分和第2部分較佳是分別設置有複數個，且複數個第1及第2部分排列成矩陣狀。在此構成中，第1波長變換部係由第2波長變換部所包圍，且第2波長變換部係由第1波長變換部所包圍。因此，入射於第1及第2波長變換部之各個的光線及所產生的螢光，係在封鎖於第1或第2波長變換部內的狀態下傳播至光射出面。因而，可更提高從光射出面射出的光線之強度。
在本發明的第3波長變換元件中，從更提高從光射出面射出的光線之強度的觀點來看，第1及第2部分間之界面的反射率之差值是以較大者為宜。因而，第1分散介質之折射率和第2分散介質之折射率的差值較佳為0.05以上，更佳為0.1以上。
在本發明的第1波長變換元件中，波長變換構件亦可為圓柱狀。在該情況下，本發明的第1波長變換元件較佳是捆束3根以上之波長變換構件而成。在此構成中，可更有效率地抑制來自波長變換元件之側面側的光線之洩漏，且可更提高從光射出區域射出的光線強度。因而，可謀求光源之更進一步的高亮度化。
波長變換構件的分散介質之折射率較佳為1.45以上。在該情況下，可加大波長變換構件和空氣層之間的折射率差。因此，由於可加大在界面的反射率，又可減小反射角度，所以可抑制來自波長變換構件之側面的光線之射出。因而，可更有效地抑制來自波長變換元件之側面側的光線之洩漏。
從更有效地抑制來自波長變換元件之側面側的光線之洩漏的觀點來看，較佳是捆束9根以上之波長變換構件而成。
在本發明的第1至第3波長變換元件中，分散介質只要是可使螢光體粉末進行分散者則沒有被特別限定。作為較佳採用作為分散介質的分散介質之具體例，可列舉例如樹脂、玻璃、陶瓷等。其中，也以玻璃或陶瓷等無機分散介質更被廣為採用。此是因藉由使用無機分散介質，可提高波長變換元件的耐熱性之故。又，從同樣理由來看，螢光體粉末較佳為無機螢光體粉末。
本發明之光源，係具備：上述本發明的第1至第3之波長變換元件；以及發光元件，朝向波長變換元件之端面而射出螢光體粉末之激勵光。
如上所述，在上述本發明的第1至第3之波長變換元件中，係可提高從光射出面射出的光線之強度。因而，本發明之光源係為具高亮度的光源。
依據本發明，可謀求使用波長變換構件的光源之高亮度化。
以下，就實施本發明的較佳形態之一例加以說明。但是，下述的實施形態僅為例示。本發明絲毫不被以下的實施形態所限定。
第1圖係第1實施形態的光源之示意圖。如第1圖所示，光源1，係具備波長變換元件11、和發光元件10。波長變換元件11，係在被照射從發光元件10射出的光線L0時，會射出波長比光線L0還長的光線L2。又，光線L0之一部分，係穿透波長變換元件11。因此，從波長變換元件11係射出屬於穿透光L1和光線L2之合成光的光線L3。因此，從光源1射出的光線L3，係由從發光元件10射出的光線L0之波長及強度、和從波長變換元件11射出的光線L2之波長及強度所決定。例如，在光線L0為藍色光，而光線L2為黃色光之情況下，可獲得白色的光線L3。
發光元件10，係對波長變換元件11射出後述的螢光體粉末之激勵光的元件。發光元件10之種類並未被特別限定。發光元件10，例如可藉由LED、LD、電致發光元件、電漿發光元件而構成。從提高光源1之亮度的觀點來看，發光元件10較佳是射出高強度之光線。從此觀點來看，發光元件10較佳是由LED或LD所構成。
在本實施形態中，波長變換元件11係具有元件本體11a、波長選擇過濾層11b、及反射抑制層11c。再者，在本發明中，波長選擇過濾層11b及反射抑制層11c，並非為必須。波長變換元件，例如亦可僅由元件本體所構成。又，亦可在元件本體之光射出面和光入射面的雙方上形成有波長選擇過濾層或反射抑制層中之任一層。
波長選擇過濾層11b，係形成於元件本體11a的光入射面之上。該波長選擇過濾層11b，係僅使從發光元件10射出的光線L0之中具有特定波長區域的光線往元件本體11a穿透，且抑制除此以外的波長區域之光線的穿透，並且防止在元件本體11a變換後的光線L2從光入射面(發光元件10)側射出的層。波長選擇過濾層11b，例如可藉由介電質多層膜而形成。
另一方面，反射抑制層11c係形成於元件本體11a的光射出面之上。該反射抑制層11c係抑制從元件本體11a射出的光線在光射出面反射，並提高從元件本體11a射出的光線之射出率的層。反射抑制層11c，例如可藉由介電質多層膜而形成。
第2圖係元件本體11a的概略立體圖。如第2圖所示，元件本體11a係具有波長變換構件12和複數層反射層13。在本實施形態中，波長變換構件12係形成方柱狀。波長變換構件12係具有光入射面12a、光射出面12b、及4個側面12c至12f。光入射面12a和光射出面12b係在光軸方向(X方向)呈相對向。
波長變換構件12係具有分散介質、和分散於分散介質中的螢光體粉末。
螢光體粉末係吸收來自發光元件10之光線L0，且射出波長比光線L0還長的光線L2。螢光體粉末較佳為無機螢光體粉末。藉由使用無機螢光體粉末，就可提高波長變換構件12之耐熱性。
作為當照射波長300至440nm之紫外線至近紫外線的激勵光時會發出藍色光的無機螢光體之具體例，係可列舉Sr5(PO4)3Cl：Eu2+、(Sr,Ba)MgAl10O17：Eu2+等。
作為當照射波長300至440nm之紫外線至近紫外線的激勵光時會發出綠色螢光(波長為500nm至540nm之螢光)的無機螢光體之具體例，係可列舉SrAL2O4：Eu2+、SrGa2S4：Eu2+等。
作為當照射波長440至480nm之藍色的激勵光時會發出綠色螢光(波長為500nm至540nm之螢光)的無機螢光體之具體例，係可列舉SrAL2O4：Eu2+、SrGa2S4：Eu2+等。
作為當照射波長300至440nm之紫外線至近紫外線的激勵光時會發出黃色螢光(波長為540nm至595nm之螢光)的無機螢光體之具體例，係可列舉ZnS：Eu2+等。
作為當照射波長440至480nm之藍色的激勵光時會發出黃色螢光(波長為540nm至595nm之螢光)的無機螢光體之具體例，係可列舉Y3(AL,Gd)5O12：Ce2+等。
作為當照射波長300至440nm之紫外線至近紫外線的激勵光時會發出紅色螢光(波長為600nm至700nm之螢光)的無機螢光體之具體例，係可列舉Gd3Ga4O12：Cr3+、CaGa2S4：Mn2+等。
作為當照射波長440至480nm之藍色的激勵光時會發出紅色螢光(波長為600nm至700nm之螢光)的無機螢光體之具體例，係可列舉Mg2TiO4：Mn4+、K2SiF6：Mn4+等。
螢光體粉末之平均粒子徑(D50)，並未被特別限定。螢光體粉末之平均粒子徑(D50)，例如較佳為1μm至50μm左右，更佳為5μm至25μm左右。當螢光體粉末之平均粒子徑(D50)過大時，會有發光色變得不均等的情況。另一方面，當螢光體粉末之平均粒子徑(D50)過小時，會有發光強度降低的情況。
波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量，並未被特別限定。波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量，係可按照從發光元件10射出的光線強度、螢光體粉末之發光特性、所欲獲得的光線之色度等而適當設定。波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量，一般例如可設為0.01質量%至30重量%左右，較佳為0.05質量%至20質量%，更佳為0.08質量%至15質量%。當波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量過多時，就有波長變換構件12中的氣孔率變高，且光源1之發光強度降低的情況。另一方面，當波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量過少時，就有無法獲得足夠強度的螢光之情況。
分散介質，例如較佳為耐熱樹脂或玻璃或陶瓷。其中是以耐熱性特高、且不易因來自發光元件10的光線L0而劣化的玻璃或陶瓷等之無機分散介質更被廣為採用。
作為耐熱樹脂之具體例，可列舉例如聚醯亞胺等。作為玻璃之具體例，可列舉例如矽酸鹽系玻璃、硼矽酸鹽系玻璃、磷酸鹽系玻璃、硼磷酸鹽系玻璃等。作為陶瓷之具體例，可列舉例如氧化鋯、氧化鋁、鈦酸鋇、氮化矽、氮化鈦等金屬氮化物等。
在波長變換構件12之內部，係形成有複數個第1反射層13。在本實施形態中，第1反射層13係形成有3層以上。複數個第1反射層13之各個均形成平板狀。複數個第1反射層13之各個，係以沿著x方向(光軸方向)、和與x方向呈垂直之y方向而延伸的方式形成。亦即，複數個第1反射層13之各個，係沿著與x方向(光軸方向)呈平行的平面而形成。複數個第1反射層13，係沿著相對於x方向及y方向之各個呈垂直的z方向彼此隔開間隔而排列。亦即，複數個第1反射層13係在z方向呈相對向。複數個第1反射層13之各個，係露出於光入射面12a、光射出面12b及側面12e、12f。因此，波長變換構件12，係可劃分成排列於z方向的複數個波長變換部14。
另外，在本實施形態中，複數個第1反射層13雖然是設置成彼此平行，但是在本發明中，至少2層之反射層，亦可不配置成彼此平行。
第1反射層13，較佳是來自發光元件10的光線L0、亦即螢光體粉末之激勵光以及從螢光體粉末射出的光線(變換光)之反射率為較高者。具體而言，螢光體粉末之激勵波長以及在對螢光體粉末照射激勵波長之光線時從螢光體粉末射出的光線之波長之各個反射層13之反射率，較佳為60%以上，更佳為85%以上，再佳為90%以上。
從實現如此的反射率之觀點來看，反射層13例如較佳是由金屬或合金所構成。具體而言，反射層13例如較佳是藉由Ag、Al、Au、Pd、Pt、Cu、Ti、Ni及Cr等金屬、包含此等金屬之至少一種的合金或白色塗料而形成。
另外，當藉由反射層13之材質，使反射層13和波長變換構件12直接密接時，會有無法充分提高反射層13之密接強度的情況。因此，亦可在反射層13和波長變換構件12之間形成密接層。密接層例如可藉由氧化鋁、氧化矽、氧化鉻、氧化銅等而形成。
如以上說明般，在本實施形態中，係在波長變換構件12之內部形成有複數個反射層13。因此，可抑制在波長變換構件12中散射、且朝向側面12c、12d的光線，從側面12c、12d射出。更具體而言，複數個波長變換部14之中在z方向被反射層13包夾的波長變換部14a之光線，係藉由反射層13而反射，藉此可抑制從側面12c、12d射出，並從光射出面12b射出。因此，可提高從波長變換構件12之光射出面12b射出的光線L3之強度。因而，可提高光源1之亮度。
又，藉由設置複數個反射層13，就可提高從波長變換構件12射出的光線L3之直進性。從更進一步提高光線L3之直進性的觀點來看，較佳是設置3層以上的反射層13。
又，藉由設置反射層13，就可加長入射於波長變換構件12的光線從波長變換構件12射出為止的平均光路長度。因而，可提高波長變換構件12中的波長變換效率。
另外，波長變換元件11之製造方法並未被特別限定。波長變換元件11，例如可以如下的方法製造。
首先，製作元件本體11a。具體而言，製作用以構成波長變換部之由分散有螢光體粉末的分散介質所構成的板狀構件。該板狀構件例如是在將螢光體粉末、和玻璃粉末或陶瓷粉末之混合粉末予以壓製成形之後，藉由燒製而製作。
其次，在板狀構件之一方的表面上形成反射層。反射層之形成，例如可藉由CVD法、濺鍍法、鍍覆法等而進行。又，亦可使用接著劑等來黏接反射層而形成。
其次，可將單面形成有反射層的板狀構件積層複數層，且藉由黏接而形成元件本體11a。
又，例如，將螢光體粉末、和玻璃粉末或陶瓷粉末之混合粉末壓製成形為板狀，且在所獲得的成形體之單面塗敷包含金屬微粒子的糊膏，將如此所得的成形體積層複數個，之後進行燒製，藉此亦可製作元件本體11a。
最後，藉由濺鍍法或CVD法等來形成波長選擇過濾層11b及反射抑制層11c，藉此可完成波長變換元件11。
以下，就實施本發明的較佳形態之其他例及變化例加以說明。在以下之說明中，以共通的元件符號來參照實質上具有與上述第1實施形態共通之功能的構件，且省略說明。
第3圖係第2實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略立體圖。
如第3圖所示，在本實施形態中，除在波長變換構件12之內部形成有複數個第1反射層13之外，還形成有複數個第2反射層15。具體而言，在本實施形態中，係設置有3層以上的第2反射層15。複數個第2反射層15之各個係與x方向(光軸方向)呈平行，而且以沿著x方向、和傾斜於x方向之方向(與第1反射層13交叉的方向)而延伸的方式形成。在本實施形態中，具體而言，複數個第2反射層15之各個，係以沿著x方向和z方向(與第1反射層13直行的方向)而延伸的方式形成。複數個第2反射層15，係在y方向彼此隔開間隔而排列。亦即，複數個第2反射層15，係在y方向呈相對向。複數個第2反射層15之各個，係到達光入射面12a、光射出面12b及側面12c、12d。藉由該複數個第2反射層15和複數個第1反射層13，就可劃分形成配置成矩陣狀的複數個方柱狀之波長變換部16。因而，在本實施形態中，不僅可抑制來自側面12c、12d的光線之洩漏，亦可抑制來自側面12e、12f的光線之洩漏。因此，可更提高從光射出面12b射出的光線L3之強度。因而，可更提高光源1之亮度。
另外，在本實施形態中，複數個反射層15雖然是設置成彼此平行，但是在本發明中的至少2層之第2反射層，亦可不設置成彼此平行。
本實施形態中的元件本體11a之製作方法，並未被特別限定。元件本體11a，例如亦可藉由使在相鄰之二側面上形成有反射層的四角柱狀之波長變換構件貼合成矩陣狀而藉此製作出元件本體11a。又，亦可在形成格子狀的金屬製之摺疊器(folder)插入複數個四角柱狀之波長變換構件而製作出元件本體11a。
第4圖係第3實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略立體圖。第5圖係第4實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略立體圖。
在上述第1及第2實施形態中，已就並未在波長變換構件12的側面12c至12f之上設置反射層之例加以說明。但是，本發明並未被限定於此構成。例如，如第4圖或第5圖所示，亦可在側面12c至12f之上形成反射層17。藉由如此構成，就可更有效地抑制光線從側面12c至12f洩漏。因此，可更提高從光射出面12b射出的光線L3之強度。因而，可更提高光源1之亮度。
第6圖係第5實施形態的光源之示意圖。
如第6圖所示，在本實施形態之光源2，係設置有光束分路器(beam splitter)18。來自發光元件10之光線L0，係藉由光束分路器18而被引導至波長變換元件11側。在波長變換元件11之光入射面側係形成有反射抑制層11c，且在相反側的表面之上形成有反射層11d。更且，在反射層11d之上形成有由樹脂或焊錫所構成的接著層(未圖示)，且波長變換元件11可透過接著層來與由玻璃、陶瓷、金屬等所構成的基板19固定。藉由該反射層11d，光線L0之一部分及波長變換構件12之發光，就可在光束分路器18側反射。因此，光線L3，係朝向光束分路器18而發出，且穿透光束分路器18而射出。
另外，如第6圖所示，在設成透過接著層來固定基板19和波長變換元件11而得的光源2之情況下，藉由使用如第2圖、第3圖所示之波長變換部形成層狀或矩陣狀的波長變換元件11，就可有效地抑制因在將從發光元件10射出的光線L0變換成光線L3時所產生的熱而引起的基板19和波長變換元件11之剝離。
以下，根據實施例及比較例而就本發明具體地加以說明。但是，以下的實施例僅為例示。本發明絲毫不被以下的實施例所限定。
在本實施例中，係以如下的要領製作出實質上具有與上述第2實施形態之波長變換元件11同樣的構成之波長變換元件。
具體而言，首先，將硼矽酸鹽系粉末85質量%、和硫化物螢光體粉末(CaGa2S4、螢光波長：561nm)15質量%予以混合，且在壓製成形之後，藉由燒製、切斷，製作出厚度0.3mm、寬度0.3mm、縱深20mm之波長變換構件。在波長變換構件之全面，藉由真空蒸鍍法而形成由氧化鋁所構成的厚度134nm之層作為密接層。其次，在密接層之上，藉由濺鍍法而形成由Ag所構成的厚度150nm之反射層。其次，將形成有密接層及反射層的波長變換構件予以積層，且使用環氧樹脂接著劑進行接著、切斷、研磨，藉此製作出寬度2.1mm方形、縱深0.5mm之矩陣狀的元件本體。
其次，藉由真空蒸鍍法，在元件本體的光入射面之上，藉由交互地形成合計39層的氧化矽層和氧化鉭層而形成波長選擇過濾層。另一方面，在元件本體的光射出面之上，係藉由真空蒸鍍法，交互地形成合計4層的氧化矽層和氧化鉭層，藉此形成反射抑制層。藉由以上的步驟，完成波長變換元件。
對製作成的波長變換元件之光入射面，使用LD來照射波長460nm之光線，且將從光射出面側射出的光線透過1mm四方之裂縫(slit)而測定強度。結果，從本實施例之波長變換元件射出的光線之強度，為1021m。
(比較例)
與上述實施例同樣製作寬度2.1mm方形、縱深0.5mm之波長變換構件，且不在波長變換構件之表面形成密接層及反射層，以此當作波長變換元件來使用，並進行與實施例同樣的評估。結果，從本比較例之波長變換元件射出的光線之強度，為831m。
從此等結果可明白：藉由設置與波長變換構件之內部相對向的至少2層反射層，就可提高從波長變換元件之光射出面射出的光線之強度。
第7圖係第6實施形態中的元件本體11a之概略立體圖。第8圖係第7圖之線III-III的概略剖視圖。第9圖係第7圖之線IV-IV的概略剖視圖。如第7圖至第9圖所示，元件本體11a，係具有複數個第1波長變換部12L、和複數個第2波長變換部12H。第1及第2波長變換部12L、12H之各個，係具有分散介質、和分散於分散介質中的螢光體粉末。
螢光體粉末，係吸收來自發光元件10之光線L0，且射出波長比光線L0還長的光線L2者。作為螢光體粉末，係可採用與第1實施形態同樣者。
第1及第2波長變換部12L、12H之各個中的螢光體粉末之含有量，並未被特別限定。第1及第2波長變換部12L、12H之各個中的螢光體粉末之含有量，係可按照從發光元件10射出的光線之強度、螢光體粉末之發光特性、所欲獲得的光線之色度等而適當設定。第1及第2波長變換部12L、12H之各個中的螢光體粉末之含有量，一般例如可設為0.01質量%至30重量%左右，較佳為0.05質量%至20質量%，更佳為0.08質量%至15質量%。當第1及第2波長變換部12L、12H之各個中的螢光體粉末之含有量過多時，就有第1及第2波長變換部12L、12H之各個中的氣孔率變高，且光源1之發光強度降低的情況。另一方面，當第1及第2波長變換部12L、12H之各個中的螢光體粉末之含有量過少時，就有無法獲得足夠強度的螢光之情況。
另外，第1波長變換部12L、和第2波長變換部12H，亦可包含同種的螢光體粉末，又亦可包含不同種類的螢光體粉末。又，螢光體粉末之平均粒子徑(D50)及螢光體粉末之含有量，在第1波長變換部12L、和第2波長變換部12H中可為相同，亦可至少一方不同。
作為分散介質，可使用與第1實施形態相同者。
作為耐熱樹脂之具體例，可列舉例如聚醯亞胺等。作為玻璃之具體例，可列舉例如矽酸鹽系玻璃、硼矽酸鹽系玻璃、磷酸鹽系玻璃、硼磷酸鹽系玻璃等。作為陶瓷之具體例，可列舉例如氧化鋯、氧化鋁、鈦酸鋇、氮化矽、氮化鈦等之金屬氮化物等。
在本實施形態中，第1波長變換部12L之分散介質的折射率、和第2波長變換部12H之分散介質的折射率為不同。詳細而言，在光線L0的波長及光線L2的波長之各個中，第1波長變換部12L之分散介質的折射率、和第2波長變換部12H之分散介質的折射率為不同。具體而言，在光線L0的波長及光線L2的波長之各個中，第1波長變換部12L之分散介質的折射率，係比第2波長變換部12H之分散介質的折射率還低。在光線L0的波長及光線L2的波長之各個中，第1波長變換部12L之分散介質的折射率、和第2波長變換部12H之分散介質的折射率之差異，較佳為0.05以上，更佳為0.1以上。
在本實施形態中，第1及第2波長變換部12L、12H之各個，係形成四角柱狀。複數個第1及第2波長變換部12L、12H，係沿著y方向及z方向而排列成矩陣狀。具體而言，是以複數個第1及第2波長變換部12L、12H交互地位於y方向及z方向之各個方向的方式排列成矩陣狀。因此，第1及第2波長變換部12L、12H之各個，係藉由第2或第1波長變換部12H、12L而包圍。具體而言，第1及第2波長變換部12L、12H之各個的側面之全部，係與第2或第1波長變換部12H、12L相接。
第1及第2波長變換部12L、12H之各個，係以在x方向從光入射面11a1至光射出面11a2的方式設置。
另外，相鄰的第1及第2波長變換部12L、12H，例如可藉由熔接而直接接合，又亦可藉由接著劑等而黏接。又，亦可使用框體等固定構件來固定相鄰的第1及第2波長變換部12L、12H。
如以上所說明，在本實施形態中，係以折射率不同的第1波長變換部12L和第2波長變換部12H相接的方式設置。因此，第1波長變換部12L內的光線，係在與第2波長變換部12H之間的界面中以較高的反射率進行反射。同樣地，第2波長變換部12H內的光線，係在與第1波長變換部12L之間的界面中以較高的反射率進行反射，且以較大的角度入射於界面的光線會被全反射。因此，可有效地抑制光線從元件本體11a之側面洩漏。因而，可提高從元件本體11a之光射出面11a2射出的光線L3之強度。結果，可實現高亮度的光源1。
在本實施形態中，第1波長變換部12L是藉由第2波長變換部12H而包圍，且第2波長變換部12H是藉由第1波長變換部12L而包圍。因此，可更有效地抑制光線從元件本體11a之側面洩漏。因而，可更提高從元件本體11a之光射出面11a2射出的光線L3之強度。
又，藉由第1及第2波長變換構件12L、12H而構成元件本體11a，藉此就可提高光線L3之直進性。
另外，從更提高從元件本體11a之光射出面11a2射出的光線L3之強度的觀點來看，較佳是更提高第1波長變換部12L和第2波長變換部12H之間的界面之光反射率。因而，第1波長變換部12L之分散介質的折射率(≒第1波長變換部12L之折射率)和第2波長變換部12H之分散介質的折射率(≒第2波長變換部12H之折射率)之差異，較佳為0.05以上，更佳為0.1以上。
另外，在本實施形態中，雖然已就藉由複數個第1及第2波長變換部12L、12H而構成元件本體11a之例加以說明。但是，本發明並未被限定於此構成。亦可僅設置第1及第2波長變換部12L、12H之中的一方，且設置由折射率與第1及第2波長變換部12L、12H之中的一方之分散介質不同的分散介質所構成的部分，來取代第1及第2波長變換部12L、12H之中的另一方。即使在此情況下，亦可有效地抑制來自元件本體11a之側面的光線之洩漏。但是，從在元件本體11a中，增多具有波長變換功能之波長變換部所佔的比例，且提高從光射出面11a2射出的光線L3之強度的觀點來看，較佳是如本實施形態，藉由複數個第1及第2波長變換部12L、12H而構成元件本體11a。
第10圖係第7實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略橫剖視圖。第11圖係第8實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略橫剖視圖。
在上述第6實施形態中，已就將複數個第1波長變換部12L和複數個第2波長變換部12H交互地配置成矩陣狀之例加以說明。但是，本發明並未被限定於該構成。例如，如第10圖或第11圖所示，亦可將1個或複數個第1波長變換部12L藉由1個或複數個第2波長變換部12H而包圍。在此情況下，可有效地抑制1個或複數個第1波長變換部12L內的光線洩漏至外部。因而，與上述實施形態6同樣，可提高從光射出面11a2射出的光線L3之強度，且可謀求光源之高亮度化。
又，在上述第6實施形態中，已就第1及第2波長變換部12L、12H之各個為四角柱狀之例加以說明。但是，本發明並未被限定於該構成。第1及第2波長變換部，例如亦可為多角柱狀、三角柱狀等。又，如第11圖所示，亦可將第1波長變換部12L形成圓柱狀，將第2波長變換部12LH形成圓筒狀。
另外，亦可使用第6至第8實施形態之波長變換元件作為第6圖所示的光源2之波長變換元件。
第12圖係本實施形態的光源之示意圖。如第12圖所示，光源1，係具備波長變換元件11、和發光元件10。波長變換元件11係在從發光元件10射出的光線L0被照射時，會射出波長比光線L0還長的光線L2。又，光線L0之一部分，係穿透波長變換元件11。因此，從波長變換元件11，會射出屬於穿透光L1和光線L2之合成光的光線L3。因此，從光源1射出的光線L3，係可藉由從發光元件10射出的光線L0之波長及強度、和從波長變換元件11射出的光線L2之波長及強度而決定。例如，在光線L0為藍色光，光線L2為黃色光的情況，可獲得白色的光線L3。
發光元件10，係對波長變換元件11射出後述的螢光體粉末之激勵光的元件。發光元件10之種類並未被特別限定。發光元件10，可藉由例如LED、LD、電致發光元件、電漿發光元件而構成。從提高光源1之亮度的觀點來看，發光元件10較佳為射出高強度之光線者。從此觀點來看，發光元件10較佳是藉由LED或LD而構成。
另外，亦可在波長變換構件的光入射區域11e及光射出區域11f之中的至少一方之上形成波長選擇過濾層或反射抑制層。
例如，藉由將波長選擇過濾層，形成於波長變換元件11的光入射區域11e之上，就可僅使從發光元件10射出的光線L0之中具有特定波長區域的光線往波長變換元件11穿透，且抑制除此以外的波長區域之光線的穿透，並且可防止在波長變換元件11變換後的光線L2從光入射區域11e射出。波長選擇過濾層，例如可藉由介電質多層膜而形成。
又，例如，藉由將反射抑制層形成於波長變換元件11的光射出區域11f之上，就可抑制從波長變換元件11射出的光線在光射出區域11f反射，並提高從波長變換元件11射出的光線之射出率。反射抑制層，例如可藉由介電質多層膜而形成。
第13圖係波長變換元件11的概略立體圖。如第13圖所示，波長變換元件11，係具備以沿著x方向延伸之方式配置的3根以上之波長變換構件12。波長變換元件11，較佳是具備9根以上之波長變換構件12，更佳是具備25根以上之波長變換構件12。3根以上之波長變換構件12，係以相鄰的波長變換構件12彼此接觸的方式捆束而固定。在本實施形態中，波長變換構件12係形成圓柱狀。因此，在相鄰的波長變換構件12之間，係形成有在x方向從波長變換元件11之光入射區域11e至光射出區域11f的空氣層20。光入射區域11e及光射出區域11f之各個，係藉由該空氣層20和波長變換構件12之端面而構成。
另外，複數個波長變換構件12，例如亦可使用框體等固定構件來固定，又亦可使用接著劑等來固定。
波長變換構件12，係具有分散介質、和分散於分散介質中的螢光體粉末。
螢光體粉末，係吸收來自發光元件10之光線L0，且射出波長比光線L0還長的光線L2者。作為螢光體粉末，係可採用與第1實施形態同樣者。
波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量，並未被特別限定。波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量，係可按照從發光元件10射出的光線之強度、螢光體粉末之發光特性、所欲獲得的光線之色度等而適當設定。波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量，一般例如可設為0.01質量%至30重量%左右，較佳為0.05質量%至20質量%，更佳為0.08質量%至15質量%。當波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量過多時，會有波長變換構件12中的氣孔率變高，且光源1之發光強度降低的情況。另一方面，當波長變換構件12中的螢光體粉末之含有量過少時，會有無法獲得足夠強度的螢光之情況。
作為分散介質，可使用與第1實施形態相同者。
作為耐熱樹脂之具體例，可列舉例如聚醯亞胺等。作為玻璃之具體例，可列舉例如矽酸鹽系玻璃、硼矽酸鹽系玻璃、磷酸鹽系玻璃、硼磷酸鹽系玻璃等。作為陶瓷之具體例，可列舉例如氧化鋯、氧化鋁、鈦酸鋇、氮化矽、氮化鈦等金屬氮化物等。
如以上所說明，在本實施形態中，圓柱狀之波長變換構件12係捆束3根以上。因此，可在波長變換構件12之間形成從光入射區域11e至光射出區域11f的空氣層20。因而，從某一個波長變換構件12之側面射出的光線之一部分，係在相鄰的波長變換構件12之表面反射。結果，藉由傳播於空氣層20，又再次入射於波長變換構件12內，並傳播於波長變換構件12內，就可從波長變換構件12之光射出區域11f射出。因此，可抑制來自波長變換構件11之側面側的光線之洩漏，且可提高從光射出區域11f射出的光線之強度。因而，可實現高亮度之光源1。
又，從更有效地抑制來自波長變換構件11之側面側的光線之洩漏的觀點來看，較佳是增多捆束的波長變換構件12之根數，而增多形成於波長變換元件11中的空氣層20之數量。因而，捆束的波長變換構件12之根數，較佳為9根以上，更佳為25根以上。
又，從更有效地抑制來自波長變換元件11之側面側的光線之洩漏的觀點來看，波長變換構件12之分散介質的折射率(≒波長變換構件12之折射率)較佳為1.45以上，更佳為1.55以上。
另外，亦可使用第9實施形態之波長變換元件來作為第6圖所示的光源2之波長變換元件。
1、2．．．光源
10．．．發光元件
11．．．波長變換元件
11a．．．元件本體
11a1．．．光入射面
11a2．．．光射出面
11b．．．波長選擇過濾層
11c．．．反射抑制層
11d．．．反射層
11e．．．光入射區域
11f．．．光射出區域
12．．．波長變換構件
12L．．．第1波長變換部
12H．．．第2波長變換部
12a．．．光入射面
12b．．．光射出面
12c至12f．．．側面
13．．．反射層(第1反射層)
15．．．反射層(第2反射層)
17．．．反射層
14．．．波長變換部
16．．．波長變換部
18．．．光束分路器
19．．．基板
20．．．空氣層
L0．．．從發光元件10射出之光線
L1．．．穿透光
L2．．．波長比L0還長之光線
L3．．．屬於穿透光L1和光線L2之合成光的光線
第1圖係第1實施形態的光源之示意圖。
第2圖係第1實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略立體圖。
第3圖係第2實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略立體圖。
第4圖係第3實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略立體圖。
第5圖係第4實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略立體圖。
第6圖係第5實施形態的光源之示意圖。
第7圖係第6實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略立體圖。
第8圖係第7圖之線III-III的概略剖視圖。
第9圖係第7圖之線IV-IV的概略剖視圖。
第10圖係第7實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略橫剖視圖。
第11圖係第8實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略橫剖視圖。
第12圖係第9實施形態的光源之示意圖。
第13圖係第9實施形態中的波長變換元件之元件本體的概略立體圖。
1．．．光源
10．．．發光元件
11．．．波長變換元件
11a．．．元件本體
11b．．．波長選擇過濾層
11c．．．反射抑制層
L0．．．從發光元件10射出之光線
L1．．．穿透光
L2．．．波長比L0還長之光線
L3．．．屬於穿透光L1和光線L2之合成光的光線
Claims (19)
- 一種波長變換元件，係捆束複數個波長變換構件而成，該複數個波長變換構件係包含分散介質、和分散於前述分散介質中的螢光體粉末。
- 一種波長變換元件，係具備：波長變換構件，藉由將螢光體粉末分散於分散介質中而成，且具有在光軸方向呈相對向的光入射面及光射出面；以及至少2層之第1反射層，位於前述波長變換構件之內部，並沿著與前述光軸方向呈平行之平面而形成，且將前述波長變換構件劃分成複數個部分。
- 如申請專利範圍第2項所述之波長變換元件，其中，前述至少2層之第1反射層係形成為彼此平行。
- 如申請專利範圍第2項或第3項所述之波長變換元件，其中，前述第1反射層係積層有3層以上。
- 如申請專利範圍第2項或第3項所述之波長變換元件，其中，復具備：至少2層之第2反射層，位於前述波長變換構件之內部，並與前述光軸方向呈平行，且沿著與前述第1反射層呈交叉之平面而形成，在前述波長變換構件內，藉由前述第1反射層和前述第2反射層進行劃分而形成有沿著前述光軸方向而延伸的波長變換部。
- 如申請專利範圍第5項所述之波長變換元件，其中，前 述至少2層之第2反射層係形成為彼此平行。
- 如申請專利範圍第5項所述之波長變換元件，其中，前述第2反射層和前述第1反射層正交。
- 如申請專利範圍第5項所述之波長變換元件，其中，前述第2反射層係積層有3層以上，而前述波長變換部係設置成矩陣狀。
- 如申請專利範圍第2項或第3項所述之波長變換元件，其中，前述第1反射層係由金屬、合金或白色塗料所構成。
- 一種波長變換元件，係具有在第1方向呈相對向的光入射面及光射出面者，且具備：第1部分，藉由將螢光體粉末分散於第1分散介質中而成，且構成在前述第1方向從前述光入射面至前述光射出面的第1波長變換部；以及第2部分，以在前述第1方向從前述光入射面至前述光射出面，且與前述第1部分接觸的方式設置，並包含具有與前述第1分散介質不同之折射率的第2分散介質。
- 如申請專利範圍第10項所述之波長變換元件，其中，前述第1部分係由前述第2部分所包圍。
- 如申請專利範圍第10項或第11項所述之波長變換元件，其中，前述第2部分係復包含分散於前述第2分散介質之螢光體粉末，且構成第2波長變換部。
- 如申請專利範圍第10項或第11項所述之波長變換元 件，其中，前述第1部分和前述第2部分係分別設置有複數個，且前述複數個第1及第2部分排列成矩陣狀。
- 如申請專利範圍第10項或第11項所述之波長變換元件，其中，前述第1分散介質之折射率和前述第2分散介質之折射率的差值為0.05以上。
- 如申請專利範圍第1項所述之波長變換元件，其中，前述波長變換構件為圓柱狀，且係捆束3根以上之前述波長變換構件而成者。
- 如申請專利範圍第15項所述之波長變換元件，其中，係捆束9根以上之前述波長變換構件而成。
- 如申請專利範圍第15項或第16項所述之波長變換元件，其中，前述分散介質之折射率為1.45以上。
- 如申請專利範圍第1至3、10、11項中任一項所述之波長變換元件，其中，前述螢光體粉末為無機螢光體粉末，且前述分散介質為玻璃或陶瓷。
- 一種光源，係具備：申請專利範圍第1項至第18項中任一項所述之波長變換元件；以及發光元件，朝向前述波長變換元件之前述光入射面而射出前述螢光體粉末之激勵光。
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