JP2012222050A - 発光装置、照明装置および前照灯 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光を出射する励起光源ユニット6と、励起光源ユニット6から出射されたレーザ光の照射により蛍光を発する発光体2とを備え、発光体2に向けてレーザ光が照射されるときのスポットの面積が、レーザ光が照射される側から発光体2を見たときの発光体2の面積よりも大きい。
【選択図】図1
Description
まず、図1に基づき、本発明の一実施形態であるヘッドランプ10について説明する。図1は、ヘッドランプ10の概要構成を示す片側断面図である。
本実施形態の透光性基板1は、折れ曲がりのない平板状の部材であり、少なくとも440nm〜480nmの発振波長のレーザ光(励起光)に対して透光性を有している。
(発光体の組成)
次に、発光体2は、レーザ光が照射されることにより蛍光を発生するものであり、レーザ光を受けて蛍光を発生する蛍光体を含んでいる。より、具体的には、発光体2は、封止材としての低融点の無機ガラス(n=1.760)の内部に蛍光体が分散されている。
次に、一般に、照明光として用いられる白色光または擬似白色光は、等色の原理を満たす3つの色の混色、または、補色の関係を満たす2つの色の混色などで実現できる。この等色または補色の原理・関係に基づき、例えば、本実施形態のヘッドランプ10では、後述する励起光源ユニット6から出射される青色のレーザ光と、YAG:Ce蛍光体(黄色発光蛍光体)との組合せ(補色の関係を満たす2つの色の混色)で擬似白色を実現している。
黄色発光蛍光体の具体例としては、本実施形態のYAG:Ce蛍光体や、Eu2+がドープされたCaα−SiAlON:Eu蛍光体などが挙げられる。Caα−SiAlON:Eu蛍光体は、近紫外から青色の励起光によりピーク波長が約580nmの強い発光を示す。
緑色発光蛍光体の具体例としては、各種の窒化物系または酸窒化物系の蛍光体が挙げられる。これら窒化物系または酸窒化物系の蛍光体は耐熱性に優れ、高い発光効率で安定した材料であるので、耐熱性に優れ、高い発光効率で安定した発光体2を実現できる。
赤色発光蛍光体の具体例としては、各種の窒化物系の蛍光体が挙げられる。
次に、その他の蛍光体の例として、ナノ粒子蛍光体について説明する。ナノ粒子蛍光体の構成材料である半導体物質の典型は、ZnSe、ZnTe、CdSe、CdTe等のII−VI族化合物、Si、Ge等の4B族元素、GaAs、InP等のIII−V族化合物である。半導体ナノ粒子は半導体材料からなる、直径1〜10nm程度の粒子を指し、1個のナノ粒子に含まれる原子数は102〜104個である。量子サイズ効果により、バルク(目で見える大きさの塊)の半導体とは異なる波長の光を吸収・発光する。例えば、間接遷移型のため、通常では発光しないSiについてもナノ粒子化することによって発光させることができる。
次に、Siナノ粒子を例にとり、ナノ粒子蛍光体の製造方法について説明する。なお、ナノ粒子蛍光体の製造方法は、ここで記載する方法に限定されない。
(1)シリコンウエハなどを粉砕し、Siを粒径50nm程度の粉末にする。
(2)粉末にしたSiを溶媒中(例えば、純水+メタノール)に入れ、さらにフッ酸(HF)および硝酸(HNO3)の混合液を加える。
(3)(2)の溶液に超音波振動を加える。これにより、粉末状態のSiがエッチングされる。粒径に応じてエッチング時間を制御する。
(4)フィルタ(PVDFメンブレンフィルターなど)で(3)のエッチング後の溶液をろ過する。これにより、所望のサイズのSiナノ粒子を得ることができる。
次に、発光体2のサイズは、1.5mm(縦の長さa)×4mm(横の長さb)×0.5mm(奥行き)であり、その形状は、本実施形態では、直方体形状である。レーザ光が照射される発光体2の照射面(断面)SUF4の面積は、6mm2である。なお、発光体2は、直方体でなく、円柱形状であってもよい。例えば、後述するレーザダウンライト(発光装置,照明装置)200では、発光体2の形状を底面が直径1cmの円形である円柱形状としている。
次に、発光体2の周囲には、隙間なく同じ奥行きの拡散部材(拡散部)3が設けられている。拡散部材3は、発光体2の照射面SUF4の外側に照射されるレーザ光を少なくとも拡散することが好ましい。
次に、パラボラ型反射鏡4は、発光体2からの蛍光または拡散部材3で散乱された散乱光を反射する光反射凹面SUF3を有し、発光体2から発生した蛍光または拡散部材3で散乱された散乱光を、光反射凹面SUF3で反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成するものである。
次に、基板5は、励起光源ユニット6における導光部材9の出射端部9b側が挿通される挿通口が形成された板状の部材であり、この基板5に対してパラボラ型反射鏡4がネジ7L,7Rによって固定されている。導光部材9の出射端部9bの中心と発光体2の照射面SUF4の中心とはほぼ一致している。そのため、導光部材9から出射したレーザ光は、透光性基板1の表面SUF1に入射し、透光性基板1の内部を透過して、表面SUF1に対向する表面SUF2に接合された発光体2または拡散部材3に到達する。
次に、図1に示すように、励起光源ユニット6は、合計3つのLDチップ(励起光源)11と、導光部材9とが直方体形状のハウジング(筐体)に収納されたものである。
本実施形態のLDチップ11は、1個当たり1.6W(電流値:1.2A、電圧値:4.7V)、発振波長:450nm、φ9mmの金属パッケージ(ステム)に実装されている。なお、LDチップ11の発振波長は、450nmに限られず、440nm以上480nm以下の青色領域の波長であれば良い。励起光源ユニット6全体としては、出力は、4.8W程度である。
次に、導光部材9は、入射端部(励起光源に近い方)9aから入射した各レーザ光を反射する光反射側面で囲まれた囲繞構造を有していると共に、出射端部(発光体に近い方)9bの断面積は、入射端部9aの断面積よりも小さくなっており、入射端部9aから入射した各レーザ光を、光反射側面の囲繞構造により出射端部9bに導光する。
次に、図5(a)に示す比較例のヘッドランプ100および図5(b)に基づき、本発明の特徴的構成について説明する。
次に、光学部材8は、パラボラ型反射鏡4の光反射凹面SUF3の開口部に設けられており、ヘッドランプ10を密封している。発光体2から発生した蛍光、拡散部材3で散乱された散乱光、もしくは、パラボラ型反射鏡4によって反射された蛍光または散乱光は、光学部材8を通ってヘッドランプ10の前方へ出射される。
次に、図3(a)〜(d)に基づき、励起光源の具体例について説明する。
次に、図4に基づき、本発明の他の実施形態であるヘッドランプ20について説明する。図4は、ヘッドランプ20の概要構成を示す片側断面図である。
反射部材1’は、発光体2を透過するレーザ光を反射する部材であり、その構成材料は、金属が好ましい。また、反射部材1’は、発光体2のレーザ光が照射される表面SUF4’と対向する側に接合される。これにより、発光体2は反射部材1’によって保持される。
ハーフパラボラ型反射鏡4hは、上述したパラボラ型反射鏡4を、光軸(回転軸)を含む平面によって半分に切断した形状を有している以外は、上述したパラボラ型反射鏡4と同じである。
図4に示すように、反射部材1’の表面SUF1側が、熱伝導部材4pに接合される。
また、本実施形態のヘッドランプ20では、励起光源ユニット6における導光部材9の出射端部9bから出射されたレーザ光が、ハーフパラボラ型反射鏡4hの外面に設けられた窓部(または開口)を通して発光体2の照射面SUF4’側に向けて(左斜め上側から右斜め下側に向けて)照射されている点で、ヘッドランプ10と異なる。
本発明のさらに他の実施形態について図6〜図11に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
発光ユニット210は、図8に示すように、透光性基板1、発光体2、拡散部材3、支持部材61、支持部材駆動部62、筐体211、透光板213、光ファイバー束215およびフェルール217を備えている。
本実施形態では、発光体2は、底面が直径1cmの円柱形状である。なお、発光体2の厚さや構成材料などについては、上述したとおりなので、ここでは説明を省略する。
支持部材61は、底面が直径1cmの円形をした円柱形状の発光体2を含む透光性基板1を支持するものであり、支持部材駆動部62の駆動に連動して透光性基板1をレーザ光の光軸方向に移動可能なものである。支持部材61が移動することにより、発光体2の位置を変化させることができる。その結果、光ファイバー束215の3つの出射端部215aから出射された各レーザ光の光路幅が出射端部215aからの距離に比例して大きくなる(あるいは小さくなる)場合に、各レーザ光のスポットの大きさを変化させることができる。
次に、支持部材駆動部62は、支持部材61をレーザ光の光軸方向へ移動させるためのものであり、例えば、ステッピングモータおよびギアからなり、支持部材61毎に設けられている。ギアは、その表面が支持部材61に接触するように、また、その回転軸が支持部材61の移動方向と垂直な方向となるように設けられている。ギアは、支持部材61に対して1つであっても、複数の組合せからなっていてもよい。また、ステッピングモータは、その回転をギアに伝播できるように設けられていればよい。
励起光源ユニット6aは、3つのLDチップ11、光ファイバー束215、および、3つの非球面レンズ216を備えている。
光ファイバー束215は、LDチップ11が発振したレーザ光を発光体2へと導く導光部材であり、複数の光ファイバーの束である。この光ファイバー束215は、LDチップ11から出射されたレーザ光を受け取る入射端部215bと、これらの入射端部から入射したレーザ光を出射する出射端部215aとを有する光ファイバーを含んでいる。
従来のLEDダウンライト300は、図6に示すように、複数の透光板301を備えており、各透光板301からそれぞれ照明光が出射される。すなわち、LEDダウンライト300において発光点は複数存在している。LEDダウンライト300において発光点が複数存在しているのは、個々の発光点から出射される光の光束が比較的小さいため、複数の発光点を設けなければ照明光として十分な光束の光が得られないためである。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
1’ 反射部材
2 発光体
3,3a〜3e 拡散部材(拡散部)
4 パラボラ型反射鏡(反射鏡)
4h ハーフパラボラ型反射鏡(反射鏡)
4p 熱伝導部材
5 基板
6 励起光源ユニット(励起光源)
6a 励起光源ユニット(励起光源)
7L,7R ネジ
8 光学部材
9 導光部材
9’ 導光部材
9a 入射端部(励起光源に近い方)
9a’ 入射端部
9b 出射端部(発光体に近い方)
9b’ 出射端部
10 ヘッドランプ(発光装置,照明装置,前照灯)
11 LDチップ(励起光源)
20 ヘッドランプ(発光装置,照明装置,前照灯)
200 レーザダウンライト(発光装置,照明装置)
215 光ファイバー束(導光部材)
C 光強度分布
R,R’ スポット径
a,b 長さ
SUF1 表面
SUF2 表面
SUF3 光反射凹面
SUF4 照射面
100 ヘッドランプ
Claims (12)
- 励起光を出射する励起光源と、
上記励起光源から出射された励起光の照射により蛍光を発する発光体とを備え、
上記発光体に向けて上記励起光が照射されるときのスポットの面積が、当該励起光が照射される側から上記発光体を見たときの当該発光体の面積よりも大きいことを特徴とする発光装置。 - 上記発光体の上記励起光が照射される照射面の外側に照射される励起光を少なくとも拡散する拡散部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 上記励起光のスポットの面積に対する上記発光体の断面の面積の比が、1/4以上、2/3以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
- 上記励起光源は、青色領域の励起光を出射し、
上記発光体は、黄色領域の蛍光を発する黄色発光蛍光体を含むことを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の発光装置。 - 上記励起光源は、青色領域の励起光を出射し、
上記発光体は、緑色領域の蛍光を発する緑色発光蛍光体と、赤色領域の蛍光を発する赤色発光蛍光体とを含むことを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の発光装置。 - 上記発光体に生じた熱を拡散させる熱伝導性基板を備え、
上記発光体の上記励起光が照射される照射面の側が、上記熱伝導性基板によって保持されていることを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の発光装置。 - 上記励起光を反射する反射部材を備え、
上記発光体の上記励起光が照射される照射面と対向する側が、上記反射部材によって保持されていることを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の発光装置。 - 上記励起光源が複数存在しており、
上記励起光源のそれぞれから出射される励起光を上記発光体に導光する導光部材を備えていることを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の発光装置。 - 上記導光部材の上記発光体に近い方の断面積は、上記励起光源に近い方の断面積よりも小さくなっていることを特徴とする請求項8に記載の発光装置。
- 上記導光部材は、少なくとも1つの入射端部で、上記複数の励起光源が出射した励起光を受け取り、当該入射端部から入射した励起光を複数の出射端部のそれぞれから出射し、
上記発光体は、上記出射端部のそれぞれから出射された励起光を受けて蛍光を発することを特徴とする請求項8に記載の発光装置。 - 請求項1から10までのいずれか1項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
- 請求項1から10までのいずれか1項に記載の発光装置と、
上記発光体から発した蛍光を反射することにより、所定の立体角内を進む光線束を形成する反射鏡と、を備えることを特徴とする前照灯。
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