CN110537052A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置具有：光源，其用于产生具有高斯强度分布的一次光；成形构件，其用于产生具有顶帽型强度分布的二次光；波长转换体，其用于产生包含二次光和二次光的波长已经被转换的波长转换后的光的三次光，并从发光面发射三次光；以及天线阵列，其形成在波长转换体的发光面上并具有以比二次光的光波长的周期大的周期布置在所述波长转换体内的多个光学天线。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及照明装置。
背景技术
常规上，已知一种照明装置，在该照明装置中，将发射具有预定波长(发光颜色)的光的光源和转换来自光源的光的波长并输出所得光的波长转换器组合。另外，已知一种用于控制照明光的光分布(方向性)的照明装置。例如，专利文献1公开了一种具有光源、波长转换介质和周期性天线阵列的照明装置。
引文列表
专利文献
专利文献1：PCT专利申请公报No.2014-508379的日语翻译
发明内容
技术问题
在包括波长转换器的照明装置中，将从光源输出并透射通过该波长转换器的光和波长已被该波长转换器转换的光作为照明光输出。因此，获得作为具有不同波段的多种光线混合的光的照明光。为了减少照明光的颜色不均匀，优选地，透射通过波长转换器的光与波长已经在照明光的各辐射方向上被转换的光的比率(混合比)是恒定的。考虑到将照明光无误地照射到期望的区域，从照明装置输出的光(照明光)优选具有期望的方向(窄角取向)。
例如，用作光源的激光光源(诸如，半导体激光器)可以产生高功率和高密度的光，使得可以使照明装置小型化。另外，由于从激光光源发射的光具有高直线性并且可以提高对波长转换器和透镜的入射效率，因此可以提高照明装置的效率。另一方面，由于从波长转换器发射的、波长被波长转换器转换的光的光分布与激光的光分布不同，所以透射通过波长转换器的光与波长已经被转换的光的比率(混合比)根据辐射方向而不同，并且可能出现照明光的颜色不均匀。
来自诸如边缘发射激光器(FP-LD)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和光子晶体表面发射激光器(PCSEL)的半导体激光器的光具有高斯型强度分布。因此，例如，高密度的光进入波长转换器的部分区域，因此波长转换器的温度在该部分区域中升高。当波长转换介质的温度超过预定温度时，波长转换效率迅速降低。如果像这样发生波长转换器的所谓的温度猝灭(temperature quenching)，则照明装置的效率也降低。此外，激光从已经发生温度淬灭的区域照原样通过波长转换器，并且存在照明光的颜色分离和激光发射到照明装置的外部的风险。因此，不仅会发生照明光的颜色不均匀(颜色混合不均匀)，而且会导致效率降低和照明装置的风险。
鉴于上述情况进行了本发明，并且本发明的目的是提供一种照明装置，该照明装置能够抑制照明光的颜色不均匀和效率下降并且获得高方向性和高的光引出效率。
问题的解决方案
根据本发明的一种照明装置包括：光源，所述光源被构造为产生具有高斯强度分布的一次光(primary light)；成形构件，所述成形构件(shaping member)被构造为对一次光进行成形以产生具有顶帽型(top-hat type)强度分布的二次光(secondary light)；波长转换器，所述波长转换器被构造为从受光面接收所述二次光，产生包含所述二次光和所述二次光的波长已经被转换的波长转换后的光的三次光(tertiary light)，并从发光面发射所述三次光；以及天线阵列，所述天线阵列具有形成在所述波长转换器的所述发光面上并以比所述波长转换器中的所述二次光的光波长的周期大的周期布置的多个光学天线。
附图说明
图1是示意地示出根据第一实施方式的照明装置的构造的图。
图2是示意性地示出根据第一实施方式的照明装置的光源和成形构件的构造的图。
图3的(a)和图3的(b)分别是根据第一实施方式的照明装置的波长转换器和天线阵列的示意性截面图和俯视图。
图4是示意性地示出从根据第一实施方式的照明装置引出的光的强度的图。
图5的(a)是根据第一实施方式的修改例的照明装置的波长转换器和天线阵列的示意性俯视图，并且图5的(b)是示意性地示出从根据第一实施方式的修改例的照明装置引出的光的强度的图。
图6的(a)和图6的(b)分别是根据第二实施方式的照明装置的波长转换器和天线阵列的示意性截面图和俯视图。
图7是根据第二实施方式的修改例的照明装置的波长转换器和天线阵列的示意性俯视图。
图8的(a)和图8的(b)分别是根据第三实施方式的照明装置的波长转换器和天线阵列的示意性截面图和平面图。
图9的(a)和图9的(b)分别是根据第三实施方式的修改例的照明装置的波长转换器和天线阵列的示意性截面图和平面图。
图10的(a)和图10的(b)分别是根据第四实施方式和第四实施方式的修改例的照明装置的波长转换器和天线阵列的示意性平面图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本发明的实施方式。
第一实施方式
图1是示意地示出根据第一实施方式的照明装置10的构造的图。尽管省略了阴影线，但是图1是照明装置10的示意性截面图。照明装置10包括容纳在壳体11中的光源12、成形构件13、波长转换器15和天线阵列14。在本实施方式中，将描述光源12是诸如半导体激光器的激光光源的情况。然而，光源12可以包括其他发光元件(诸如，发光二极管)。
光源12产生一次光L1。成形构件13调节一次光L1的强度分布以产生二次光L2。波长转换器14从其受光面S1接收二次光L2，并且对二次光L2的一部分进行波长转换以产生三次光L3。波长转换器14具有发光面S2，并从发光面S2发射三次光L3。天线阵列15包括形成在波长转换器14的发光面S2上并周期性地布置的多个精良光学天线。
在本实施方式中，在壳体11中设置有用于固定光源12的开口和用于固定波长转换器14的开口。成形构件13被设置在光源12的发光部分与波长转换器14的受光面S1之间。尽管未示出，但是光源12可以包括聚光透镜或准直透镜。
图2是示意性示出光源12和成形构件13的构造的图。将参照图2描述光源12和成形装置13。在本实施方式中，光源12产生具有高斯强度分布的一次光L1，如图2所示。光源12产生例如具有440nm至460nm的波段(蓝色)的激光作为一次光L1，并且向成形构件13发射激光。
成形构件13对一次光L1进行成形以产生具有顶帽(top-hat)强度分布的二次光L2。即，成形构件13将具有高斯强度分布的光分量转换为具有顶帽强度分布的光分量。例如，来自成形构件13的二次光L2是强度分布已被均匀化的激光。成形构件13包括光学***，该光学***包括例如以下任一个或其组合：微透镜阵列(蝇眼透镜)、非球面透镜、衍射光学器件(DOE)和光束均质器光学部件(例如，棒状透镜和光纤)。
例如，光束均质器光学构件不仅可以将高斯型的强度分布转换为顶帽型的强度分布，而且还可以控制二次光L2的发射角度、光分布和辐射形状。另外，通过将光束均质器光学构件与诸如凹透镜、凸透镜、非球面透镜等的光学构件组合，成形构件13可以产生具有顶帽型强度分布并被成形为所需的辐射角度、光分布或辐射形状的二次光L2。
图3的(a)和图3的(b)分别是波长转换器14和天线阵列15的示意性截面图和俯视图。图3的(b)是示意性地示出波长转换器14的发光面S2的平面图，并且图3的(a)是沿图3的(b)的线V-V截取的截面图。参照图3的(a)和图3的(b)，将给出波长转换器14和天线阵列15的描述。
波长转换器14包括：包含荧光体的板状荧光板14A；以及形成在荧光板14A的侧面上的光反射膜14B。在本实施方式中，荧光板14A的主表面中的一个用作波长转换器14中用于接收二次光L2的受光面S1。荧光板14A的另一主表面用作波长转换器14中用于发射三次光L3的发光面S2。天线阵列15被形成在荧光板14A的另一主表面上。
波长转换器14(在本实施方式中为荧光板14A)从受光面S1接收二次光L2，并对二次光L2的波长进行转换而生成波长转换后的光L31。波长转换器14产生包括透射光L32和波长转换后的光L31的三次光L3，并从发光面S2发射三次光L3，所述透射光L32为已经透射通过波长转换器14的二次光L2。在本实施方式中，三次光L3是从照明装置10输出到外部的照明光。
例如，荧光板14A由透明的单相荧光体陶瓷板构成，该透明单相荧光体陶瓷板由以铈为发光中心的钇铝柘榴石(YAG:Ce)荧光体制成。另外，荧光板14A可以通过将YAG:Ce荧光体粉末分散在透明结合剂中并使其固化而形成。
例如，波长转换器14产生具有在550nm附近的峰值并且具有460nm至750nm的波段(黄色)的光作为波长转换后的光L31。因此，在本实施方式中，从波长转换器14的发光面S2发射已混合黄光(波长转换后的光L31)和蓝光(透射光L32)的白光作为三次光L3。
光反射膜14B将荧光板14A中的波长转换后的光L31和透射光L32朝向发光面S2反射。因此，提高了从波长转换器14的光引出效率。光反射膜14B包括例如设置在荧光板14A的侧面上的金属膜、光学多层膜、白色树脂膜等。
波长转换器14不必须具有光反射膜14B。波长转换器14可以具有形成在受光面S1上的抗反射(AR)膜或分色镜(未示出)。提供这样的抗反射膜可以提高二次光L2到波长转换器14的入射效率，使得可以提高光引出量。另外，提供分色镜可以实现指向受光面S1的波长转换后的光L31朝向发光面S2反射，并且因此可以提高来自发光面S2的光引出量。
接下来，将描述天线阵列15。在本实施方式中，天线阵列15包括多个光学天线(以下简称为天线)15A，所述多个光学天线15A被形成在波长转换器14的发光面S2上并以大于波长转换器14中的透射光L32(二次光L2)的光波长的周期(天线周期)P布置。在本实施方式中，多个天线15A以大约波长转换器14中的波长转换后的光L31的光波长(例如，350nm)的周期P来周期性地布置。
在本实施方式中，多个天线15A中的每个具有柱状或圆锥状的金属突起。在本实施方式中，每个天线15A具有圆柱形状，并且包括在可见区域中具有等离子体频率的材料(例如，Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)、Pt(铂)、Pd(钯)、Al(铝)、Ni(镍)等)以及包含任何这些元素中的任何元素的合金或层压体。
在本实施方式中，每个天线15A具有相同的天线高度H和相同的天线宽度(直径)W。当天线15A具有柱状或圆锥形形状时，天线宽度W是指天线15A的最大宽度。在本实施方式中，多个天线15A以正方形格子图案被布置在波长转换器14的发光面S2上。
接下来，将描述天线阵列15的功能。当向天线阵列15的每个天线15A辐射波长转换后的光L31时，在天线15A的表面处发生局部表面等离子体共振。另外，通过将布置天线15A的周期P设置为大约是波长转换后的光L31的光波长，使波长转换后的光L31被衍射，并且引起相邻的单个天线15A的局部表面等离子体共振。结果，天线15A附近的电场强度增加。
由于电场增强，波长转换后的光L21以窄角光分布(低集光率)被放大并从天线阵列15被发射。即，天线阵列15具有在使波长转换后的光L31的发射方向变窄的同时，增强波长转换器14中的波长转换后的光L31并提高波长转换后的光L31的光引出效率的功能。
另一方面，天线15A以比波长转换器14中的透射光L32(二次光L2)的光波长大的周期P布置。结果，天线阵列15的上述作用(天线作用)没有被施加到透射光L32。即，透射光L32基本上通过天线阵列15(没有任何作用)，并且在照明光中也保持了已经通过成形构件13调节的光分布特性和辐射形状。
换句话说，天线阵列15具有调节波长转换后的光L31(例如，黄光)的强度和方向性的功能。另一方面，天线阵列15实质上允许未被波长转换器14进行波长转换的二次光L2(例如，蓝光)通过。
在本实施方式中，天线宽度W为200±50nm。YAG:Ce荧光体具有约1.82的折射率，并且二次光L2的波长为450nm。因此，在本实施方式中，天线周期P为250nm以上。另外，天线阵列15对于与天线周期P相对应的光波长附近的光表现出最高发光增强效果，并且该增强效果相比于长波长侧朝着短波长侧逐渐减小。YAG:Ce荧光体具有在550nm附近的峰值波长。因此，为了引出量更多的波长转换后的光L31作为照明光，优选将天线周期P设置为约300nm至420nm。特别地，在如本实施方式例中以正方形格子图案布置的天线阵列15中，当天线周期P为大约400nm(光学长度：730nm)时观察到最高发光增强。
图4是示意性地示出波长转换后的光L31和透射光L32(二次光L2)的光分布(即，相对于发射角度的强度(光强))的图。图4示出了当从天线阵列15的中心开始波长转换器14的发光面S2的法线方向(前向)为0°并且与发光面S2平行的方向为90°时，波长转换后的光L31和透射光L32的强度分布。在图4中，出于说明和比较的目的，通过将前向的强度设置为1，将波长转换后的光L31和透射光L32相对于发射角度的强度(光强)归一化。
如图4所示，波长转换后的光L31在约60°以下的范围内表现出高强度，因此光通量集中在该角度范围内。即，示出大量光在接近垂直于发光面S2的方向的方向上行进。此外，与未设置天线阵列15的情况相比，波长转换后的光L31的强度大大提高。认为这是由于上述天线阵列15的天线作用(即，由于光发射和窄角度发射的增强而导致提高了光引出效率)。
另一方面，如图4所示，透射光L32具有与由已经得到保持的成形构件13产生的二次光L2的光分布特性基本相同的光分布特性。认为这是因为天线阵列15被构造为相对于二次光L2不产生局部表面等离子体共振，并且波长转换器14由透明荧光板构成。此外，应当理解，波长转换后的光L31和透射光L32具有彼此相似的光分布特性。因此，可以说三次光L3是通过将波长转换后的光L31和透射光L32在任何辐射方向上以基本上相同的强度比彼此混合而获得的。
如上所述，在本实施方式中，照明装置10包括成形构件13以及天线阵列15，该成形构件13通过使来自光源12的光的高斯型强度分布均匀化而在波长转换器14的受光面S1上产生顶帽型二次光L2，该天线阵列15提高了来自波长转换器14的波长转换后的光L32的光引出效率并增加了窄角光分布特性。结果，二次光L2被辐射而没有局部地集中在波长转换器14上，因此提高了波长转换效率。另外，透射光L32和波长转换后的光L31可以获得彼此相似的光分布特性，并且可以减少照明光的颜色不均匀。
在本实施方式中，已经描述了天线阵列15包括以正方形格子图案布置的多个天线15A的情况，但是天线15A的布置形式不限于此。例如，天线阵列15的各个天线15A可以以六边形格子图案布置。
图5的(a)是示意性地示出根据第一实施方式的修改例的照明装置10A的天线阵列16的构造的图。图5的(a)是示意性地示出照明装置10A中的波长转换器14的发光面S2的平面图。除了天线阵列16的构造之外，照明装置10A具有与照明装置10相同的构造。照明装置10A包括形成在波长转换器14的发光面S2上的天线阵列16。
在该修改例中，天线阵列16还包括多个天线16A，所述多个天线16A的构造除了天线以六边形格子图案(三角格子图案)布置之外与天线阵列15的多个天线15A的构造相同。如在本修改例中，天线阵列16的各个天线16A可以以六边形格子图案布置。
图5的(b)是示意性地示出从照明装置10A发射的透射光L32(二次光L2)和波长转换后的光L31的光分布(即，相对于发射角度的强度(光强))的图。如图5的(b)所示，即使当以350nm的天线周期P按六边形格子图案布置多个天线16A时，天线阵列16也类似于天线阵列15相对于波长转换后的光L31展示出天线功能，并且可以获得类似于透射光L32的光分布的窄角光分布。在图5的(b)中，通过如图4中将前向的强度设置为1，将波长转换后的光L31和透射光L32相对于发射角度的强度(光强)归一化。
在本实施方式及其修改例中，例如，已经在以大约波长转换后的光L31在波长转换器14中的光波长的周期P布置各天线15A的情况下描述了天线阵列15。然而，在天线阵列15中，仅需要以比波长转换器14中的二次光L2的光波长大的周期P布置多个天线15A。即，天线阵列15仅需要以周期P布置，在该周期P中，天线阵列15将天线作用施加到波长转换后的光L31上，并允许二次光L2基本上透射通过。
在本实施方式中，已经描述了光源12是激光光源的情况。然而，光源12不限于激光光源的情况。例如，光源12可以包括发光二极管。光源12可以包括半导体激光器和发光二极管的组合。
考虑到获得具有高方向性的透射光L32和波长转换后的光L31作为三次光L3，优选地，光源12是激光光源。此外，即使当使用激光光源作为光源12时，由于通过成形构件13将二次光L2在受光面S2上的强度分布调节为顶帽型，因此也抑制了激光到波长转换器14的一部分的集中辐射。因此，消除了可能在波长转换器14的部分区域中发生的温度猝灭，并且没有波长转换效率降低和激光直接辐射到外部的风险。
在本实施方式及其修改例中，照明装置10(或10A)包括：光源12，其用于产生具有高斯强度分布的一次光L1；以及成形构件13，其用于对一次光L2进行成形以产生具有顶帽强度分布的二次光L2。
另外，照明装置10(或10A)具有：波长转换器14，其从受光面S1接收二次光L2，产生包含二次光L2(透射光L32)和已经转换了二次光L2的波长的波长转换后的光L31的三次光L3，并从发光面S2发射三次光L3；以及天线阵列15，其具有形成在波长转换器14的发光面S2上并以比波长转换器14中的二次光L2的光波长大的周期P布置的多个天线15A。
因此，分别地通过提高波长转换器14的波长转换效率和光引出效率，并且通过成形构件13和天线阵列15将透射光L32和波长转换后的光L31的光分布独立地调节为窄角光分布，可以提供能够发射具有窄角光分布并且没有颜色不均匀的照明光(混合光)的照明装置10。
第二实施方式
图6的(a)和图6的(b)分别是根据第二实施方式的照明装置20的示意性截面图和俯视图。图6的(a)是沿着图6的(b)的线W-W截取的截面图。参照图6的(a)和图6的(b)，将给出照明装置20的构造的描述。除了天线阵列21的构造之外，照明装置20具有与照明装置10的构造相同的构造。天线阵列21具有第一子阵列22和第二子阵列23，第一子阵列22和第二子阵列23具有不同的天线占用率。
具体地，波长转换器14的受光面S1具有被二次光L2辐照的被辐照区域S11和设置在被辐照区域S11周围的***区域S12。波长转换器14的发光面S2具有与受光面S1的被辐照区域S11相对应的第一发光区域S21以及与***区域S12相对应的第二发光区域S22。
在本实施方式中，被辐照区域S11是在受光面S1上包括二次光L2的光轴AX上的区域的圆形区域，并且第一发光区域S21是发光面S2的与被辐照区域S11相对的区域。***区域S12是受光面S1的设置在被辐照区域S11的外周部分中的区域，并且第二发光区域S22是发光面S2的与***区域S12相对应的区域。
在本实施方式中，天线阵列21包括第一子阵列22和第二子阵列23，第一子阵列22包括布置在发光面S2的第一发光区域S21上的多个天线22A，第二子阵列23包括布置在第二发光区域S22上的多个天线23A并且每单位面积天线占用率比第一子阵列22的每单位面积天线占用率大。至少天线22A以比波长转换器14中的二次光L2的光波长大的周期布置。
例如，在本实施方式中，第一子阵列22的各个天线22A的布置周期P比第二子阵列23的各个天线23A的布置周期大。第一子阵列22具有设置天线22A的区域和未设置天线22A的区域以交错的方式布置的结构。天线23A可以被形成为天线宽度W(见图3的(b))大于天线22A的天线宽度W。
图7是示意性地示出根据第二实施方式的修改例的照明装置20A的天线阵列21A的构造的图。除了天线阵列21A的构造之外，照明装置20A具有与照明装置20的构造相同的构造。图7是示意性地示出照明装置20A中的波长转换器14的发光面S2的平面图。
在本修改例中，除了第一子阵列24的构造之外，天线阵列21A具有与天线阵列21的构造相同的构造。天线阵列21A包括第一子阵列24和第二子阵列23，该第一子阵列24包括设置在第一发光区域S21上的多个天线24A。在该修改例中，第一子阵列24具有设置有天线24A的区域和没有设置天线24A的区域同心地布置的结构。
在本实施方式及其修改例中，使波长转换器14的第一发光区域S21中的天线占用率(即，发光面S2上的包括二次光L2的光轴AX上的区域的区域的天线占用率)比其他区域中的天线占用率小。结果，较大量的透射光L32(即，较大量的透射通过波长转换器14的二次光L2)被透射通过第一发光区域S21。
具体地，例如，构成天线阵列21的天线22A或23A可以吸收二次光L2的一部分或向后散射。因此，通过减小第一发光区域S21(即，相对较大量的二次光L2穿过的区域)中的天线23A所占据的面积，可以抑制通过天线阵列21吸收或散射二次光L2。因此，可以提高透射光L32的光引出效率。
波长转换后的光L31在波长转换器14中扩散。因此，尚未从第一发光区域S21发射的波长转换后的光L31通过第二子阵列23发射到外部。
考虑到保持二次光L2的透射效率和光分布特性，波长转换器14(即，荧光板14A)优选由透明构件形成。
如上所述，在本实施方式及其修改例中，波长转换器14的发光面S2具有与受光面S1上的二次光L2的被辐照区域S11相对应的第一发光区域S21以及与***区域S12相对应的第二发光区域S22。天线阵列21或21A具有第一子阵列22或24以及第二子阵列23，第一子阵列22或24包括布置在发光面S2的第一发光区域S21上的多个天线22A或24A，第二子阵列23包括布置在第二发光区域S22上的多个天线23A并且每单位面积天线占用率比第一子阵列22或24A的每单位面积天线占用率大。因此，可以提供一种高效的照明装置20或20A，其中，在二次光L2通过的波长转换器14上的天线阵列21的区域中透射光L31的光引出效率被局部提高。
第三实施方式
图8的(a)和图8的(b)分别是根据第三实施方式的照明装置30的波长转换器31的示意性截面图和平面图。图8的(b)是示意性地示出照明装置30的波长转换器31的受光面S1的平面图。图8的(a)是沿着图8的(b)的线X1-X1截取的截面图。除了波长转换器31的构造之外，照明装置30具有与照明装置10的构造相同的构造。除了荧光板31A的构造之外，波长转换器31具有与波长转换器14的构造相同的构造。
在本实施方式中，二次光L2被构造成以发射点SP为焦点从成形构件13放射状发射。通过这样构造，可以认为二次光L2好像是从使发射点SP作为发射部分的点光源发射的。通过使用例如通过组合适当的均质器构件和非球面透镜而形成的成形构件13，在成形构件13与波长转换器31的受光面S1之间形成二次光L2的发射点SP。
在本实施方式中，波长转换器31在受光面S1上具有二次光L2的被辐照区域S11及其***区域S12。另外，波长转换器31在受光面S1的被辐照区域S11中具有相对于二次光L2的光轴AX旋转对称地设置的凹进部分RC。在本实施方式中，荧光板31A构成受光面S1，并且在荧光板31A的主面上形成凹进部分RC。
在本实施方式中，凹进部分RC以环状设置，以便包围二次光L2的光轴AX上的区域。凹进部分RC的形成区域对应于从波长转换器31发射的透射光L32的发射点SP和发射角度在15°至30°的范围内的区域。
在本实施方式中，当采用根据第一实施方式的照明装置10(即，天线15A以正方形格子图案布置)时，三次光L3的颜色不均匀变得更均匀。具体地，如图4所示，来自照明装置10的三次光L3的波长转换后的光L31在15°至30°的发射角度的范围内具有比透射光L32(二次光L2)稍大的强度比。即，得到的三次光L3成为在15°至30°的发射角度范围内的色温低于周围的色温的混合色光。波长转换器31的凹进部分RC具有减小该强度比的微小差异的功能，即，将波长转换后的光L31和透射光L32的光分布成形为更相似的形状。
更具体地，波长转换器31的凹进部分RC缩短了与波长转换器31中的发射角度在15°至30°范围内的波长转换后的光L31相对应的二次光L2的光路径。因此，在角度范围内被转换为波长转换后的光L31的二次光L2减少，并且在该角度范围内的透射光L32的分量增加。结果，可以在整个角度范围上高精度地使波长转换后的光L31和透射光L32之间的强度比均匀。
如上所述，在本实施方式中，照明装置30的天线阵列15包括以正方形格子图案布置的多个天线15A。另外，波长转换器31在受光面S1的被辐照区域S11中具有相对于二次光L2的光轴AX旋转对称地设置的凹进部分RC。因此，可以提供能够抑制颜色不均匀并获得高方向性和高的光引出效率的照明装置30。
图9的(a)和图9的(b)分别是根据第三实施方式的修改例的照明装置30A的波长转换器32的示意性截面图和平面图。图9的(b)是示意性地示出照明装置30A的波长转换器32的受光面S1的平面图。图9的(a)是沿着图9的(b)的线X2-X2截取的截面图。除了波长转换器32的构造之外，照明装置30A具有与照明装置10A的构造相同的构造。除了荧光板32A的构造之外，波长转换器32具有与波长转换器14的构造相同的构造。
在本修改例中，波长转换器32在受光面S1上具有二次光L2的被辐照区域S11及其***区域S12。波长转换器32在受光面S1的被辐照区域S11中具有相对于二次光L2的光轴AX旋转对称地设置的突出部分PJ。在本修改例中，荧光板32A构成受光面S1，并且在荧光板32A的主面上形成突出部分PJ。
在本修改例中，突出部分PJ以环状设置，以便包围二次光L2的光轴AX上的区域。形成突出部分PJ的区域对应于从波长转换器32发射的波长转换后的光L31的发射角度在15°至30°的范围内的区域。
在本修改例中，当采用根据第一实施方式的修改例的照明装置10A(即，天线16A以六边形格子图案布置)时，三次光L3的颜色不均匀变得更均匀。具体地，如图5的(b)所示，来自照明装置10A的三次光L3的波长转换后的光L31在15°至30°的发射角度的范围内具有比透射光L32(二次光L2)稍小的强度比。波长转换器32的突出部分PJ具有减小该强度比的微小差异的功能，即，将波长转换后的光L31和透射光L32的光分布成形为更相似的形状。
在本修改例中，波长转换器32的突出部分PJ延长了与波长转换器32中的发射角度在15°至30°范围内的波长转换后的光L31相对应的二次光L2的光路径。因此，在本修改例中，在角度范围内被转换为波长转换后的光L31的二次光L2增加，并且在该角度范围内的透射光L32的分量减少。结果，可以在整个角度范围上高精度地使波长转换后的光L31与透射光L32之间的强度比均匀。
如上所述，在本修改例中，照明装置30A的天线阵列16包括以六边形格子图案布置的多个天线16A。波长转换器32在受光面S1的被辐照区域S11中具有相对于二次光L2的光轴AX旋转对称地设置的突出部分PJ。因此，可以提供能够抑制颜色不均匀并获得高方向性和高的光引出效率的照明装置30A。
第四实施方式
图10的(a)是示意性地示出根据第四实施方式的照明装置40的天线阵列41的构造的图。除了天线阵列41的构造之外，照明装置40具有与照明装置10或20的构造相同的构造。图10的(a)是示意性地示出照明装置40中的波长转换器14的发光面S2的平面图。
在本实施方式中，例如，与照明装置20(例如，图6的(a))类似地，波长转换器14的受光面S1具有被二次光L2辐照的被辐照区域S11以及设置在被辐照区域S11周围的***区域S12。波长转换器14的发光面S2具有与被辐照区域S11相对应的第一发光区域S21以及与***区域S12相对应的第二发光区域S22。
在本实施方式中，第一发光区域S21包括中部区域R1和环形区域R2，中部区域R1包括在二次光L2的光轴AX上的区域，环形区域R2围绕该中部区域R1。在本实施方式中，第一发光区域S21具有作为内环形区域的环形区域R2和围绕内环形区域R2的外环形区域R3。
在本实施方式中，中部区域R1对应于波长转换后的光L31的发射角度在0°至15°的范围内的区域。内环形区域R2对应于波长转换后的光L31的发射角度在15°至30°的范围内的区域。外环形区域R3对应于波长转换后的光L31的发射角度在30°至60°的范围内的区域。
天线阵列41具有第一子阵列42和第二子阵列43，第一子阵列42包括在第一发光区域S21的中部区域R1中以正方形格子图案布置的多个天线42A，第二子阵列43包括在围绕中部区域R1的环形区域(内环形区域)中以正方形格子图案布置的多个天线43A并且每单位面积天线占用率比第一子阵列42的每单位面积天线占用率小。
更具体地，类似于第三实施方式，本实施方式的目的是基于天线的布置形式高精度地消除三次光L3的颜色不均匀。在本实施方式中，基于据天线的密度(占用率)根据透射光L32的发射角度来调节强度。
天线阵列41包括在第一子阵列42和第二子阵列43两者中均以正方形格子图案布置的天线42A和43A。因此，如图4所示，波长转换后的光L31的强度比稍大于在15°至30°的发射角度的范围内的透射光L32(二次光L2)的强度比。
因此，通过使天线43A的占用率在作为发光面S2的与角度范围相对应的区域的环形区域R2中相对小，可以使由天线43A散射或吸收的透射光L32稍小。因此，可以提供能够抑制颜色不均匀并获得高方向性和高的光引出效率的照明装置40。
在本实施方式中，第一子阵列42不仅被形成在中部区域R1中，而且被形成在外环形区域R3中。第二子阵列43不仅被形成在内环形区域R2中，而且被形成在第二发光区域S2中。结果，可以在整个角度范围上高精度地使波长转换后的光L31与透射光L32之间的强度比均匀。
图10的(b)是示意性地示出根据第四实施方式的修改例的照明装置40A的天线阵列44的构造的图。除了天线阵列44的构造之外，照明装置40A具有与照明装置10A或20的构造相同的构造。图10的(b)是示意性地示出照明装置40A中的波长转换器14的发光面S2的平面图。
在本修改例中，与照明装置40类似地，波长转换器14的受光面S1具有被二次光L2辐照的被辐照区域S11以及设置在被辐照区域S11周围的***区域S12。波长转换器14的发光面S2具有与被辐照区域S11相对应的第一发光区域S21以及与***区域S12相对应的第二发光区域S22。
第一发光区域S21具有中部区域R1和环形区域R2，中部区域R1包括在二次光L2的光轴AX上的区域，环形区域R2围绕该中部区域R1。第一发光区域S21具有作为内环形区域的环形区域R2和围绕内环形区域R2的外环形区域R3。
在本修改例中，天线阵列44包括第一子阵列45和第二子阵列46，该第一子阵列45包括在第一发光区域S21的中部区域R1中以六边形格子图案布置的多个天线45A，该第二子阵列46包括在围绕中部区域R1的环形区域(内环形区域)中以六边形格子图案布置的多个天线46A并且每单位面积天线占用率比第一子阵列45的每单位面积的天线占用率大。
在天线阵列44中，第一子阵列45和第二子阵列46两者都包括分别以六边形格子图案布置的天线45A和46A。因此，如图5的(b)所示，波长转换后的光L31的强度稍小于在15°至30°的发射角度的范围内的透射光L32(二次光L2)的强度。
因此，在本修改例中，通过使天线46A的占用率在作为发光面S2的与角度范围相对应的区域的环形区域R2中相对较大，可以使由天线46A吸收或散射的二次光L2的量稍微增加。因此，可以提供能够抑制颜色不均匀并获得高方向性和高的光引出效率的照明装置40A。
在本实施方式中，第一子阵列42不仅被形成在中部区域R1中，而且还被形成在发光面52的环形区域R2以外的区域中(即，环形区域R3和第二发光区域S22上)。因此，可以获得具有在整个发光面52上高度精确地均匀化的强度的三次光L3。
如上所述，在本实施方式及其修改例中，照明装置40和40A具有将发光面S2的第一发光区域S21区分为多个区域并且针对多个区域中的每一个调节天线占用率的构造。因此，可以抑制颜色不均匀，并且可以获得高方向性和高的光引出效率。
附图标记列表
10、10A、20、20A、30、30A、40、40A 照明装置
12 光源
13 成形构件
14、31、32 波长转换器
15、16、21、21A、41、44 天线阵列

Claims (8)

1.一种照明装置，该照明装置包括：
光源，所述光源被构造为产生具有高斯强度分布的一次光；
成形构件，所述成形构件被构造为对所述一次光进行成形以产生具有顶帽型强度分布的二次光；
波长转换器，所述波长转换器被构造为从受光面接收所述二次光，产生包含所述二次光和所述二次光的波长已经被转换的波长转换后的光的三次光，并从发光面发射所述三次光；以及
天线阵列，所述天线阵列具有形成在所述波长转换器的所述发光面上并以比所述波长转换器中的所述二次光的光波长的周期大的周期布置的多个光学天线。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述波长转换器的所述受光面具有被所述二次光辐照的被辐照区域和设置在所述被辐照区域周围的***区域，
所述波长转换器的所述发光面具有与所述被辐照区域对应的第一发光区域以及与所述***区域对应的第二发光区域，并且
所述天线阵列包括第一子阵列和第二子阵列，所述第一子阵列包括布置在所述发光面的所述第一发光区域上的多个光学天线，所述第二子阵列包括布置在所述第二发光区域上的多个光学天线并且第二子阵列的每单位面积天线占用率比所述第一子阵列的每单位面积天线占用率大。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述天线阵列以正方形格子图案被布置在所述发光面上，
所述波长转换器的所述受光面具有被所述二次光辐照的被辐照区域和设置在所述被辐照区域周围的***区域，并且
所述波长转换器在所述受光面的所述被辐照区域中具有相对于所述二次光的光轴旋转对称地设置的凹进部分。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述天线阵列以六边形格子图案被布置在所述发光面上，
所述波长转换器的所述受光面具有被所述二次光辐照的被辐照区域和设置在所述被辐照区域周围的***区域，并且
所述波长转换器在所述受光面的所述被辐照区域中具有相对于所述二次光的光轴旋转对称地设置的突出部分。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述波长转换器的所述受光面具有被所述二次光辐照的被辐照区域和设置在所述被辐照区域周围的***区域，
所述波长转换器的所述发光面具有与所述被辐照区域对应的第一发光区域以及与所述***区域对应的第二发光区域，并且
所述天线阵列包括第一子阵列和第二子阵列，所述第一子阵列包括以正方形格子图案布置在中部区域中的多个光学天线，所述中部区域包括在所述第一发光区域的所述二次光的光轴上的区域，所述第二子阵列包括以正方形格子图案布置在围绕所述第一发光区域的所述中部区域的环形区域中的多个光学天线并且所述第二子阵列的每单位面积天线占用率比所述第一子阵列的每单位面积天线占用率小。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述波长转换器的所述受光面具有被所述二次光辐照的被辐照区域和设置在所述被辐照区域周围的***区域，
所述波长转换器的所述发光面具有与所述被辐照区域对应的第一发光区域以及与所述***区域对应的第二发光区域，并且
所述天线阵列包括第一子阵列和第二子阵列，所述第一子阵列包括以六边形格子图案布置在中部区域中的多个光学天线，所述中部区域包括在所述第一发光区域的所述二次光的光轴上的区域，所述第二子阵列包括以六边形格子图案布置在围绕所述第一发光区域的所述中部区域的环形区域中的多个光学天线并且所述第二子阵列的每单位面积天线占用率比所述第一子阵列的每单位面积天线占用率大。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的照明装置，其中，所述成形构件包括光束均质器。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的照明装置，其中，所述光源是被构造为产生激光作为所述一次光的激光光源。
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