CN104075153A - 固体照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固体照明装置，该固体照明装置具有照射部（10）、导光体（30）、反射部（50）、第1波长转换层（40）。所述照射部（10）放出激光（70）。所述导光体（30）具有导入所述激光（70）的入射面、与所述激光（70）的光轴交叉的倾斜面、射出面。所述倾斜面和所述射出面之间的厚度随着从所述入射面远离而变小。所述反射部（50）设置于所述倾斜面。所述第1波长转换层（40）设置于所述倾斜面，放出具有比所述激光（70）的波长更长波长的波长转换光（73），并将所述激光（70）作为散射光放出。所述散射光和所述波长转换光（73）的混合光向所述射出面的上方放出。

Description

固体照明装置
技术领域
本发明涉及一种固体照明装置。
背景技术
作为使用固体发光元件的白色固体照明（SSL：Solid State Lighting）装置的光源，LED（Light Emitting Diode）成为主流。
此时，通常在用于散热和供电的基板上安装LED芯片，以覆盖LED芯片的方式设置具有荧光体的白色发光部。对此，如果白色发光部仅由光学***构成，则发热较少，且可以小型轻型化，从而能够提高照明装置的设计自由度。
为此，例如可以采用使来自蓝紫色～蓝色波长范围的半导体激光器的激光有效地与导光体等结合，照射从固体发光元件离开的荧光体等波长转换层而获得白色发光的结构。
线状光源沿着长的导光体对激光进行导光。但是，如果在聚光光源或者普通光源中使用长的导光体，则不容易实现高的光取出效率及小型化。
发明内容
本发明提供一种提高光取出效率，且容易实现小型化的固体照明装置。
发明提供一种固体照明装置，其具有照射部、导光体、反射部、第1波长转换层。所述照射部放出激光。所述导光体具有导入所述激光的入射面、与所述激光的光轴交叉的倾斜面、射出面。所述倾斜面和所述射出面之间的厚度随着从所述入射面远离而变小。所述反射部设置于所述倾斜面。所述第1波长转换层设置于所述射出面，放出具有比所述激光的波长更长波长的波长转换光，将所述激光作为散射光进行放出。所述散射光和所述波长转换光的混合光向所述射出面的上方放出。
采用本发明，能够提供提高光取出效率，且容易实现小型化的固体照明装置。
附图说明
图1（a）是第1实施方式所涉及的固体照明装置的示意立体图，图1（b）是沿A-A线的示意剖视图，图1（c）是沿B-B线的示意剖视图。
图2（a）是第2实施方式所涉及的固体照明装置的示意立体图，图2（b）是沿A-A线的示意剖视图，图2（c）是沿B-B线的示意剖视图。
图3（a）是第3实施方式所涉及的固体照明装置的示意立体图，图3（b）是沿A-A线的示意剖视图，图3（c）是沿B-B线的示意剖视图。
图4是第3实施方式的变形例的示意剖视图。
图5（a）是导光体的第1变形例的示意剖视图，图5（b）是导光体的第2变形例的示意剖视图，图5（c）是导光体的第3变形例的示意剖视图。
图6（a）是第4实施方式所涉及的固体照明装置的示意立体图，图6（b）是沿A-A线的示意剖视图，图6（c）是沿B-B线的示意剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1（a）是第1实施方式所涉及的固体照明装置的示意立体图，图1（b）是沿A-A线的示意剖视图，图1（c）是沿B-B线的示意剖视图。
固体照明装置具有照射部10、导光体30、波长转换层40、反射部50。
照射部10可以具有放出激光70的半导体激光器12、入射导光部11。激光70的波长可以设为紫外光（380nm）～蓝色光（490nm）等波长。导光部11例如可以是光纤等。
导光体30具有导入激光70的入射面30a、与激光70的光轴10a交叉的倾斜面30b、射出面30c。倾斜面30b和射出面30c之间的（射出面30c的垂直方向的）厚度T1随着从入射面30a远离而变小。
另外，导光体30还可以具有侧面30e。图1的导光体30的形状为五面体，但是形状不只限于多面体。例如，侧面30e或倾斜面30b可以包含曲面。如果在入射面30a中的激光70的导入区域30d设置防反射膜，则能够提高激光70的入射效率。
导光体30具有透光性，可以使用透明陶瓷、玻璃、石英、透明树脂等。例如，由YAG（Yttrium Aluminum Garnet）构成的透明陶瓷的折射率大致为1.83，导热系数大致为11.7W/(m·k)等，在紫外光至可视光为止的波长范围中具有高透光性。即，导光体30为至少透过可视光的材料，例如透光率为60%以上为佳。
反射部50设置在导光体30的倾斜面30b或侧面30e。而且，如果还设置在导光体30的入射面30a中的激光70的导入区域30d以外的区域上，则抑制激光70向外部放出，从而能够提高固体照明装置的安全性。
反射部50可以使用Ag、Al等对紫外光～蓝色光的光反射率高的金属，或者含有不同介电常数的两个膜的电介质多层膜等。如果将电介质多层膜的结构设为布拉格反射器（Bragg reflector）等，则能够在期望的波长获得90%以上的光反射率。
在第1实施方式中，波长转换层40设置于导光体30的射出面30c。波长转换层40可以为黄色荧光体（Y）、红色荧光体（R）、绿色荧光体（G）等。
表示激光的扩散角的半值全角（FWHM：Full Width at Half Maximum）例如在垂直方向（θv）上大致为40度、在水平方向（θh）上大致为15度等，比LED（Light Emitting Diode）的扩散角小。因此，能够提高向光纤等的入射效率。
从光纤等入射导光部11的斜切割面11a放出的激光70导入到导光体30，在内部进行扩散的同时与倾斜面30b（图1（b））和侧面30e（图1（c））接触，在反射部50进行反射，继续进行扩散的同时入射到波长转换层40。
入射到波长转换层40的激光70进行散射，并且有一部分被波长转换层40吸收并放出波长转换光73。而且，激光70的另一部分在波长转换层40内成为散射光而放出。散射光和波长转换光73的混合光74成为照明光。例如，照射有蓝色激光的黄色荧光体放出黄色光，并与通过黄色荧光体发生散射而产生的蓝色散射光混合而放出白色光等。
波长转换层40例如可以使用（Ca、Sr）2Si5N8：Eu、（Ca、Sr）AlSiN3：Eu等氮化物系荧光体、Cax（Si、Al）12（O，N）16：Eu、（Si、Al）6（O、N）8：Eu、BaSi2O2N2：Eu、BaSi2O2N2：Eu等氮氧化物系荧光体、Lu3Al5O12：Ce、（Y、Gd）3（Al、Ga）5O12：Ce、（Sr、Ba）2SiO4：Eu、Ca3Sc2Si3O12：Ce、Sr4Al14O25：Eu等氧化物系荧光体、（Ca、Sr）S：Eu、CaGa2S4：Eu、ZnS：Cu、Al等硫化物系荧光体等中选择的单体或者至少混合了一种以上的荧光体。
在第1实施方式中，激光70有效地导入到导光体30的入射面30a。导入的激光70在设置于倾斜面30b的反射部50反射，有效地入射到波长转换层40。因此，能够使导光体30的尺寸保持小型，且能够提高光取出效率。
图2（a）是第2实施方式所涉及的固体照明装置的示意立体图，图2（b）是沿A-A线的示意剖视图，图2（c）是沿B-B线的示意剖视图。
在向导光体30的倾斜面30b入射的激光70中，入射角为临界角以上的光在倾斜面30b发生全反射而到达波长转换层40。即，倾斜面30b本身能够构成反射部。
图3（a）是第3实施方式所涉及的固体照明装置的示意立体图，图3（b）是沿A-A线的示意剖视图，图3（c）是沿B-B线的示意剖视图。
固体照明装置具有包括入射导光部11的照射部、导光体30、波长转换层40、基体部80。
在基体部80设置有从其上表面80f后退的凹部80a。凹部80a具有倾斜面80b、内壁80c、侧面80e。而且，在基体部80设置有用于***入射导光部11的中空部80h。***于中空部80h内的入射导光部11的前端部向导光体30的入射面30a放出激光70。
另外，在图3（b）中，入射导光部11为光纤，其前端部设为斜切割面11a，使激光70在斜切割面11a进行全反射并放出。在使用光纤时，基体部80的中空部80h的形状不只限于图3（b）的形状。例如，还可以设为与基体部80的上表面80f大致平行，且在光纤的端面不进行反射而直接放出。
而且，如果激光70的输出变高，则波长转换层40中的发热量变大。如果使用由Al、Cu、Ti、Si、Ag、Au、Ni、Mo、W、Fe、Nb等金属构成的基体部80，则散热得到改善，并能够改善发光效率和可靠性。
而且，如果基体部80的倾斜面80b的表面设为光反射率高的金属层，则作为反射部起作用。
图4是第3实施方式的变形例的示意剖视图。
在导光体30的倾斜面30b和基体部80的倾斜面80b之间可以设置反射部50。此时，如果在导光体30的倾斜面30b上设置微小凹凸面，则能够使反射光进一步散射，能够实现低相干性。
而且，在导光体30的倾斜面30b和基体部80的倾斜面80b之间还可以设置第2波长转换层41。如果将第2波长转换层41设置于基体部80的倾斜面80b，则能够使第2波长转换层41所产生的热量容易散热，能够提高第2波长转换层41的转换效率。
而且，在导光体30的倾斜面30b和基体部80的倾斜面80b之间还可以设置光散射层42。光散射层42含有将入射的激光70反射并作为散射光放出的光散射材料。光散射层42含有Al2O3、Ca2P2O7、BaSO4等微粒子（粒径：1～20μm等）。可以在陶瓷板上分散配置所述微粒子。通过光散射层42，激光70能够进一步成为低相干光，能够进一步提高安全性。
而且，还可以在基体部80的倾斜面80b的表面设置微小凹凸面。此时，通过了反射部50、第2波长转换层41、或者光散射层42的激光70的一部分在倾斜面80b的微小凹凸面发生散射，从而能够进一步成为低相干光，能够提高安全性。
图5（a）是导光体的第1变形例的示意剖视图，图5（b）是导光体的第2变形例的示意剖视图，图5（c）是导光体的第3变形例的示意剖视图。
如图5（a）所示，如果入射的激光70的光轴10a与导光体30的射出面30c大致平行，且相对于导光体30的倾斜面30b大致以45度交叉，则反射的激光70的光轴10a与射出面30c大致正交。
如图5（b）所示，如果入射的激光70的光轴10a与导光体30的射出面30c大致平行，且相对于导光体30的倾斜面30b以比45度大的角度交叉，则反射的激光70的光轴10a相对于射出面30c倾斜交叉，反射光向前进方向扩散。
图5（c）表示使入射的激光70的光轴10a朝向下方，且使反射光的光轴垂直于射出面30a的结构。即，入射到导光体30的激光70的光轴10a的方向和倾斜面30b的倾斜度可以根据对照明光要求的指向特性适当进行设定。
图6（a）是第4实施方式所涉及的固体照明装置的示意立体图，图6（b）是沿A-A线的示意剖视图，图6（c）是沿B-B线的示意剖视图。
当半导体激光的水平方向扩散角θh较小例如10度左右时，即使激光70向水平方向扩散，与侧面30e接触的光量也较少。因此，能够将入射面30a的形状形成为宽度窄的矩形并实现导光体的30的小型化。
采用第1～第4实施方式，能够提供提高光取出效率，且容易实现小型化的固体照明装置。这些固体照明装置能够广泛使用于普通照明、聚光照明、交通信号灯、车载用照明等。
而且，在第1～第4实施方式中，例示了相同结构的反射部50，但是，例如导光体30的倾斜面30b和侧面30e上的结构可以不同。例如，可以在激光70主要照射的倾斜面30b，将光反射率高的Ag、Al等的反射层或全反射面形成为第1反射部，而且，在侧面30e可以形成Al2O3、Ca2P2O7、BaSO4等具有扩散功能的第2反射部。由此，利用第1反射部有效地将激光70导向波长转换层40，并且利用第2反射部使一部分激光70或从波长转换层40反射的光进一步散射，从而能够实现低相干性。
上面，对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式只是举例说明，并没有限制发明范围的意图。这些新实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明宗旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形均包含在发明范围和宗旨，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。

Claims (8)

1.一种固体照明装置，其特征在于，
具备：照射部（10），其放出激光（70）；
导光体（30），其具有导入所述激光的入射面、与所述激光（70）的光轴交叉的倾斜面、及射出面，所述倾斜面和所述射出面之间的厚度随着从所述入射面远离而变小；
反射部（50），设置于所述倾斜面；
第1波长转换层（40），设置在所述射出面，放出具有比所述激光（70）的波长更长的波长的波长转换光（73），并将所述激光（70）作为散射光放出，
所述散射光和所述波长转换光（73）的混合光向所述射出面的上方放出。
2.根据权利要求1所述的固体照明装置，其特征在于，
所述反射部（50）为电介质多层膜或者金属层。
3.根据权利要求1或2所述的固体照明装置，其特征在于，
所述固体照明装置还具备散射层（42），该散射层设置于所述倾斜面和所述反射部（50）之间，包括将入射的所述激光（70）反射并作为散射光放出的光散射材料。
4.根据权利要求1或2所述的固体照明装置，其特征在于，
所述固体照明装置还具备第2波长转换层（41），该第2波长转换层设置于所述倾斜面和所述反射部之间，朝向所述射出面放出具有比所述激光（70）的波长更长的波长的波长转换光（73），并且反射所述激光（70）而作为散射光向所述射出面放出。
5.根据权利要求1所述的固体照明装置，其特征在于，
所述反射部（50）为使所述激光（70）全反射的所述导光体（30）的所述倾斜面。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的固体照明装置，其特征在于，
所述入射面具有设置有防反射膜的光导入区域。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的固体照明装置，其特征在于，
所述导光体（30）包含透光性陶瓷、玻璃、石英、透光性树脂中的任意一种。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的固体照明装置，其特征在于，
所述固体照明装置还具备基体部（80），该基体部具有上表面，并设置有从所述上表面后退且使所述导光体（30）嵌入的凹部和所述激光（70）朝向所述入射面传输的中空部。
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