JP2013229174A - 固体照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インコヒーレント光が放出され、安全性が高められた固体照明装置を提供する。
【解決手段】固体照明装置は、光源部１０と、導波路２０と、導光体と、波長変換層３２と、外管部３４と、を有する。光源部１０は、半導体レーザー１１と駆動回路１２とを有し、青紫色〜青色の波長範囲の複数のレーザー光を放出する。導波路２０は、複数のレーザー光をそれぞれ導光する。導光体は、第１の面と第２の面と側面とを有し、複数のレーザー光を第１の面から導入し第２の面に向かって導光しつつ散乱し側面から放出する。蛍光体粒子が分散して配置された波長変換層３２は、波長変換光と、側面から放出された光のうち蛍光体粒子に吸収されない残余の光が多重散乱されて生じた散乱光と、を外縁から放出する。外管部は、波長変換層の外縁を囲むように設けられ、散乱光と波長変換光とを、粗面により散乱して外表面から混合光として放出する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、固体照明装置に関する。
固体発光素子を用いた白色固体照明(ＳＳＬ: Solid-State Lighting)装置は、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)が主流である。
しかし、蛍光体を有する白色発光部とＬＥＤチップとは近接して設けられることが多い。このため、ＬＥＤチップの放熱と給電のための基板が必要である。
また、高輝度ＬＥＤは、チップサイズが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以上であり、かつ、ランバート（Lambert）分布であり発光放射角が広い。このため、光が発散しやすく、蛍光体層を効率よく照射することが困難である。
液晶プロジェクタ、サーチライト、ヘッドライト、舞台照明、街路灯、などの照明装置には、高輝度大光量光源が必要である。しかしながら、小型、軽量、低発熱量である発光部を、ＬＥＤで構成することは困難である。
特開２００７−５２９５７号公報
社団法人 日本機械工業連合会・財団法人 光産業技術振興協会、「平成２１年度ユビキタス・レーザディスプレイの調査研究報告書」、５．３ スペックル除去、平成２２年３月
インコヒーレント光が放出され、安全性が高められた固体照明装置を提供する。
実施形態にかかる固体照明装置は、光源部と、導波路と、導光体と、波長変換層と、外管部と、を有する。前記光源部は、半導体レーザーと、前記半導体レーザーを制御する駆動回路と、を有し、青紫色〜青色の波長範囲の複数のレーザー光を放出する。前記導波路は、前記複数のレーザー光をそれぞれ導光する。前記導光体は、第１の面と前記第１の面とは反対の側の第２の面と側面とを有し、前記複数のレーザー光を前記第１の面から導入し前記第２の面に向かって導光しつつ散乱し前記側面から放出する。前記波長変換層は、前記導光体の前記側面を囲む内縁と前記内縁とは反対の側の外縁とを有し、蛍光体粒子が分散して配置される。前記波長変換層は、前記側面から放出された光を吸収した前記蛍光体粒子から放出された波長変換光と、前記側面から放出された前記光のうち前記蛍光体粒子に吸収されない残余の光が多重散乱されて生じた散乱光と、を前記外縁から放出する。前記外管部は、前記波長変換層の前記外縁を囲むように設けられ、粗面が設けられた外表面を有し、前記散乱光と前記波長変換光とを、前記粗面により散乱して前記外表面から混合光として放出する。
インコヒーレント光が放出され、安全性が高められた固体照明装置が提供される。
第１の実施形態にかかる固体照明装置の構成を示す模式斜視図である。 図２（ａ）は多重散乱変換部の中心軸に沿った模式断面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図２（ｃ）は波長変換層を部分拡大した模式断面図、である。 図３（ａ）はスペックルコントラストの測定系を説明する模式図、図３（ｂ）は混合光の発光スペクトル図、である。 図４（ａ）はコヒーレント光により観測面に生じたスペックルノイズの写真図、図４（ｂ）はインコヒーレント光による観測面の写真図、である。 図５（ａ）は青色ＬＥＤのスペックルコントラスト観測面、図５（ｂ）は青色半導体レーザーのスペックルコントラスト観測面、図５（ｃ）は４つの半導体レーザーを含む照明装置のスペックルコントラスト観測面、図５（ｄ）は２０の半導体レーザーを含む照明装置のスペックルコントラスト観測面、を表すグラフ図である。 動作電流に対するスペックルコントラストの依存性のグラフ図である。 図７（ａ）は青色半導体レーザーの動作電流に対する光出力のグラフ図、図７（ｂ）は低電流領域での発光スペクトルのグラフ図、図７（ｃ）は高電流領域での発光スペクトルのグラフ図、である。 第２の実施形態にかかる固体照明装置の模式断面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施形態にかかる固体照明装置の構成を示す模式斜視図である。
固体照明装置は、光源部１０と、導波路２０と、導光体３９と、波長変換層３２と、外管部３４と、を有している。
光源部１０は、窒化物系半導体材料からなり、青紫色〜青色の波長範囲（４０５〜４９０ｎｍ）のレーザー光を放出可能な複数の半導体レーザー１１と、複数の半導体レーザー１１のそれぞれ駆動可能な駆動回路１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）と、を有する。半導体レーザー（ＬＤ：Laser Diode）１１は、導光部２０に効率良く光結合させることができる。半導体レーザー１１のチップの端面の発光点は１０μｍ以下のサイズであり、その放射角(ビーム広がり角:beam divergence)も２５度×４０度程度と狭い。
駆動回路１２は、半導体レーザー１１の電圧または電流を変化することにより動作モードを制御する。また、所定の光出力となるように制御することもできる。
導波路２０は、複数のレーザー光Ｇ１のそれぞれを、導光体３９に向けて導光する。導波路２０は、たとえば、光ファイバー２４とすることができる。光ファイバー２４は、それぞれのレーザー光毎に設けられてもよく、共通であってもよい。
導光体３９と、波長変換層３２と、外管部３４と、は、多重散乱変換部３０を構成する。多重散乱変換部３０は、複数の半導体レーザー光Ｇ１を散乱して散乱光を生成するとともに、複数の半導体レーザー光Ｇ１を吸収した波長変換層３２により波長変換光を生成し、インコヒーレント光を照明光として放出可能である。多重散乱変換部３０は、中心軸３９ｄを有する。
図２（ａ）は多重散乱変換部の中心軸に沿った模式断面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図２（ｃ）は波長変換層を部分拡大した模式断面図、である。
導光体３９の第１の面３９ａと、第１の面３９ａとは反対の側の第２の面３９ｂと、側面３９ｃと、を有する。４つのレーザー光ｇ１〜ｇ４は、第１の面３０ａからそれぞれ入射し、第２の面３９ｂに向かって導光されつつ、側面３９ｃから外側に向かって放出される。第１の実施形態において、半導体レーザー１１の数を４つとしたが、半導体レーザー１１の数は、これに限定されない。半導体レーザー１１の数については、後に詳細に説明する。
入射したそれぞれのレーザー光ｇ１〜ｇ４は、導光体３９の第２の面３９ｂに向かって導光されつつ、導光体３９の内部における反射により散乱される。波長変換層３２は、導光体３９の側面３９ｃを囲む内縁３２ａと、内縁３２ａとは反対の側の外縁３２ｂと、を有する。また、波長変換層３２には、ＹＡＧ（Yttrium Alminum Garnet)蛍光体などからなる蛍光体粒子３２ｃが分散して配置される。
導光体３９の側面３９ｃから放出された光は、波長変換層３２を照射する。照射光を吸収した蛍光体粒子３２ｃは、波長変換光ｇｃを放出する。蛍光体粒子３２cに吸収されない残余の光は、波長変換層３２内で、蛍光体粒子３２ｃにより多重反射されたり拡散されたりしてコヒーレンスが低下した散乱光ｇｓとなる。
また、図２（ｃ）のように、拡散透過率の高い材料を含む光拡散粒子３２ｄを波長変換層３２内に分散して配置すると、散乱が増加しコヒーレンスをさらに低下することができる。光散乱粒子３２ｄは、ポリメタクリル酸メチルや炭酸カルシウムなどを含むことができる。
蛍光体粒子３２ｃや光拡散粒子３２ｄの粒径が波長以上の場合、ミー（Ｍｉｅ）散乱を主に生じる。また、粒径が波長よりも小さい場合、レイリー散乱を主に生じる。第１の実施形態では、波長変換層３２内では、主として粒子により、入射光を散乱し、コヒーレンスを低下する。
外管部３４は、波長変換層３２の外縁３２ｂを囲むように設けられる。外管部３４の、外表面３４ｂには、粗面が設けられる。 波長変換光ｇｃと散乱光ｇｓとは、波長変換層３２の外縁３２ｂから放出され、外管部３４へ入射する。散乱光ｇｓと、波長変換光ｇｃと、は、粗面により散乱されて外表面３４ｂから混合光ＧＴとして放出される。第１の実施形態では、光出射面となる外管部３４の外表面３４ｂを粗面化することにより、青紫色〜青色光をさらに低コヒーレントとすることができる。なお、波長変換層３２は、外管部３４の内縁３４ａに、塗布などにより設けてもよい。
導光体３９と外管部３４とは、ガラス（石英を含む）やセラミックスなどを含むものとすることができる。その表面は、たとえば、フロスト処理などにより粗面化することができる。また、外管部３４をＹＡＧセラミックスからなるものとすると、紫外〜赤外領域で透明にすることができる。さらに、硬度を高め、照明装置の機械的強度を高めることができる。
また、セラミックスが、光学異方性を有する六方晶系のＡｌ２Ｏ３などを外表面３４ｂまたは内部に含むと、散乱をさらに高めることができる。
第１の実施形態の固体照明装置は、１１００ルーメンを超える光束を数ｍｍ以下の直径で発光することが可能であり、大光量高輝度白色光源を実現できる。しかも、多重散乱変換層３０における発熱領域は、波長変換層３２のみであるので、小型かつ軽量とすることができる。
このように、半導体レーザー１１を用いた照明装置は、小型、軽量、かつ低発熱量とすることが容易である。他方、レーザー光を応用した装置に関して、国際電気標準会議（ＩＥＣ）の規定に準じた安全管理が必要である。以下に、第１の実施形態の照明光がＩＥＣ規定のどのクラスに相当するかを評価した結果を詳細に説明する。
図３（ａ）はスペックルコントラストの測定系を説明する模式図、図３（ｂ）は混合光の発光スペクトル図、である。
図３（ａ）に表すように、外管部３４の外表面３４ｂから放出される混合光ＧＴは、スリット５２を介して、青紫色〜青色光を透過するフィルタ５４に入射する。フィルタ５４を透過した光をレンズ５６で集光し、スクリーン５８に投影する。スクリーン５８上の投影は、２ｍラジアンの立体角の光を通過させる０．８ｍｍ径のピンホールと集光レンズ６２とを介して２分の１インチＣＣＤ（Charge Coupled Device)に結像する。なお、スペックル(speckle)とは、粗物体でランダムに散乱され、各点からの散乱光が観測面（ＣＣＤ受光面）の各点で重なり合わさって生じるランダムな干渉現象を表す（［非特許文献１］）。
また、図３（ｂ）に表すように、混合光ＧＴの発光スペクトルは、波長４５０ｎｍ近傍と、中心波長が５６０ｎｍであり広がったスペクトルを有する波長変換光と、を含んでいる。
図４（ａ）はコヒーレント光により観測面に生じたスペックルノイズの写真図、図４（ｂ）はインコヒーレント光による観測面の写真図、である。
スペックルコントラストＣｓは、平均強度Ｅ（Ｉ）と標準偏差σＩとを用いて、式（１）で表すものとする。

Ｃｓ＝σＩ／Ｅ（Ｉ） 式（１）
観測面上において、平均強度Ｅ（Ｉ）と標準偏差σＩとを求めることにより、スペックルコントラストＣｓを、式（１）から算出する。これにより、照明光が、コヒーレント光であるレーザー光が属するクラスと、インコヒーレント光であるＬＥＤ光が属するクラスと、のいずれに近いかを評価することができる。
図５（ａ）は青色ＬＥＤのスペックルコントラスト観測面、図５（ｂ）は青色半導体レーザーのスペックルコントラスト観測面、図５（ｃ）は４つの半導体レーザーを含む照明装置のスペックルコントラスト観測面、図５（ｄ）は２０の半導体レーザーを含む照明装置のスペックルコントラスト観測面、を表すグラフ図である。
３次元表示の縦軸は、スペックルコントラストＣｓの相対強度である。また、２次元表示は、相対強度を平面表示したものである。
図５（ａ）に表すように、波長４４５ｎｍの青色ＬＥＤのスペックルコントラストＣｓは、動作電流が０．１６Ａにおいて１．８％、動作電流が１Ａにおいて１．８％、であった。すなわち、スペックルコントラストＣｓは、低く、動作電流に対する変化が小さい。
他方、図５（ｂ）に表すように、波長４５５ｎｍの青色半導体レーザーのスペックルコントラストＣｓは、動作電流が０．１６Ａにおいて８３．３％、動作電流が１Ａ（光出力が略１．３Ｗ）において２７％であった。すなわち、青色ＬＥＤのスペックルコントラストＣｓよりも１桁以上高かった。また、動作電流を高くすると、スペックルコントラストを低減することができた。なお、フィルタ５４の透過波長を可視光波長範囲内で変化させると、混合光のうちのそれぞれの可視光成分に対してスペックルコントラストＣｓを測定することができる。
図５（ｃ）に表すように、４つの半導体レーザー１１を有する照明装置の場合、スペックルコントラストＣｓは、動作電流が０．１６Ａにおいて１５．８％、動作電流が１Ａにおいて３．４％であった。この場合、光束は１１００ルーメン、色温度は４０００Ｋであった。
また、図５（ｄ）に表すように、２０の半導体レーザー１１を有する照明装置の場合、スペックルコントラストＣｓは、動作電流が０．１６Ａにおいて２．４％、動作電流が１Ａにおいて１．７％であった。すなわち、動作電流が１Ａの場合、半導体レーザー１１の数を、４から２０に増加すると、スペックルコントラストＣｓは、２分の１とできた。この場合、照明装置のスペックルコントラストＣｓは、ＬＥＤと略同等であり、インコヒーレント光と言える。また、光束は５０００ルーメン、色温度は５０００Ｋであった。
複数のレーザー光の波長は、略同一であってよい。たとえば、半導体レーザー１１が、同一のウェーハに形成されている場合や発光層のＭＱＷ（Multi Quantum Well）構造が同一である場合には、発振縦モード波長の最大値と、最小値と、の差は、略１５ｎｍ以下とすることができる。このようにすると、半導体レーザー１１が略同一の特性であるので、駆動回路１２の設計が容易であり、価格も低減できる。なお、発振縦モード波長は、広がりを有する発光スペクトル内で発光スペクトル強度がピークとなる波長で表すものとする。
他方、複数の半導体レーザー１１の発振縦モード波長が、４０５〜４９０ｎｍの範囲で広く分布していてもよい。たとえば、発振縦モード波長の最大値と、最小値と、の差を、５０ｎｍ以上とすると、低コヒーレンス化がより容易となる。
図６は、動作電流に対するスペックルコントラストの依存性のグラフ図である。
縦軸はスペックルコントラストＣｓ（％）、横軸は動作電流（Ａ）、である。半導体レーザー１１の数を２０とした固体照明装置（実線）のスペックルコントラストＣｓは、１．２Ａ以下の動作電流範囲において、ＬＥＤ（破線）のスペックルコントラストＣｓと略同等である。また、半導体レーザー１１の数を４つとした固体照明装置（ドット線）のスペックルコントラストＣｓは増大し、青色半導体レーザー（鎖線）に近づく。半導体レーザー１１のスペックルコントラストＣｓ（鎖線）は、０．３Ａよりも低い動作電流において増大する。図７から、スペックルコントラストＣｓの最大値を１０％以下とすれば、低コヒーレンスとでき、人間の目に対して安全性を確保することができる。
図７（ａ）は青色半導体レーザーの動作電流に対する光出力のグラフ図、図７（ｂ）は低電流領域での発光スペクトルのグラフ図、図７（ｃ）は高電流領域での発光スペクトルのグラフ図、である。
図７（ｂ）に表すように、動作電流が０．３Ａよりも低い領域ではシングル縦モード発振に近い縦モード配置であり、発光スペクトルは高コヒーレンスである。これに対して、図７（ｃ）に表すように、動作電流が０．３Ａ以上では、完全にマルチ縦モードであり、発光スペクトルの幅が広がり低コヒーレンスとなる。すなわち、駆動回路１２は、図７（ａ）に実線で表すように、それぞれの半導体レーザー１１を０．３Ａ以上で動作するように制御すると低コヒーレンスとすることができる。なお、輝度の制御は、駆動回路１２により０．３Ａ以上の範囲で動作電流を変化すればよい。
このように、多重散乱変換部３０へ入射するレーザー光を低コヒーレンスとすることにより、照明光をインコヒーレント光に変換することがさらに容易となる。
なお、スペックルコントラストＣｓを用いると、導光体３９の外表面３９ｂの粗面化の効果を知ることができる。たとえば、外管部３４を石英からなるものとすると、スペックルコントラストＣｓは、１３．７％であった。他方、外管部３４をＹＡＧセラミックスからなるものとすると、スペックルコントラストＣｓは、６％と小さくできた。すなわち、ＹＡＧセラミックスは、石英よりも低コヒーレンスとすることが容易であることが判明した。
図８は、第２の実施形態にかかる固体照明装置の模式断面図である。
固体照明装置は、光源部１０と、導波路２０と、導光体３９と、波長変換層３２と、反射層３８と、を有している。なお、導光体３９の断面は、矩形であるが、本発明はこれに限定されない。断面は、円、楕円、多角形などであってもよい。
導光体３９は、第１の面と、第１の面とは反対の側の第２の面と、上面３９ｆと、上面３９ｆとは反対の側の下面３９ｅと、を有する。複数のレーザー光ｇ５は、導光体３９の内部を導光されつつ導光体３９の内部で反射され散乱され、上面３９ｆおよび下面３９ｅから主として放出される。
また、導光体３９の下面３９ｅに接して、蛍光体粒子が分散して配置された波長変換層３２が設けられる。下面３９ｅから放出された光は波長変換層３２を照射する。照射光を吸収した蛍光体粒子３２ｃは、波長変換光ｇｃを放出する。蛍光体粒子３２cに吸収されない残余の光は、波長変換層３２内で、蛍光体粒子により反射されたり拡散され散乱光ｇｓとなる。反射層３８は、波長変換光ｇｃと散乱光ｇｓとを上方に向かって反射する。また、拡散透過率の高い材料を含む光拡散粒子を波長変換層３２内に分散して配置すると、さらにコヒーレンスを低下することができる。
導光体３９の上面３９ｆに粗面を設けると、波長変換光ｇｃと散乱光ｇｓとをさらに散乱しコヒーレンスをさらに低下することができる。なお、導光体３９は、ガラス（石英を含む）およびセラミックスのいずれかを含んでもよい。
もし、ＬＥＤ、ハロゲン電球、ＨＩＤ（High Intensity Discharge)などの大光量高輝度光源を用いる灯具およびプロジェクタなどの照明装置は、その光源の発熱のため、筐体のサイズが大きくなる。特に、プロジェクタは、冷却ファンなどを含み、液晶やレンズなどの光学部品、および、回路などが筐体に一体的に内蔵している。これらの高価な部品の放熱対策も必要になる。また、机の上にプロジェクタを置いた場合、冷却ファンからの排熱が不快であり、ファンの音がうるさい。これに対して、本実施形態では、放熱が容易で、小型軽量の大光量高輝度照明装置を提供することができる。
また、本実施形態の固体照明装置は、１１００ルーメンを超える光束を数ｍｍ以下の直径で発光し、大光量高輝度白色光源を実現できる。多重散乱変換部３０における発熱領域は、蛍光体層３２のみであり、小型で軽量な白色発光領域を実現できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１１ 半導体レーザー、２０ 導波路、３０ 多重散乱変換部、３２ 波長変換層、３２ａ 内縁、３２ｂ 外縁、３２ｃ 蛍光体粒子、３２ｄ 光拡散粒子、３４ 外管部、３４ｂ 外表面、３８ 反射層、３９ 導光体、３９ａ 第１の面、３９ｂ 第２の面、３９ｅ 下面、３９ｆ 上面、Ｃｓ スペックルコントラスト、Ｇ１、ｇ１〜ｇ５ レーザー光、ＧＴ 混合光、ｇｓ 散乱光、ｇｃ 波長変換光

Claims (7)

  1. 半導体レーザーと前記半導体レーザーを制御する駆動回路とを有し、青紫色〜青色の波長範囲の複数のレーザー光を放出する光源部と、
    前記複数のレーザー光をそれぞれ導光する導波路と、
    第１の面と前記第１の面とは反対の側の第２の面と側面とを有し、前記複数のレーザー光を前記第１の面から導入し前記第２の面に向かって導光しつつ散乱し前記側面から放出する導光体と、
    前記導光体の前記側面を囲む内縁と前記内縁とは反対の側の外縁とを有し、蛍光体粒子が分散して配置された波長変換層であって、前記側面から放出された光を吸収した前記蛍光体粒子から放出された波長変換光と、前記側面から放出された前記光のうち前記蛍光体粒子に吸収されない残余の光が多重散乱されて生じた散乱光と、を前記外縁から放出する波長変換層と、
    前記波長変換層の前記外縁を囲むように設けられ、粗面が設けられた外表面を有し、前記散乱光と前記波長変換光とを、前記粗面により散乱して前記外表面から混合光として放出する外管部と、
    を備えた固体照明装置。
  2. 半導体レーザーと前記半導体レーザーを制御する駆動回路とを有し、青紫色〜青色の波長範囲の複数のレーザー光を放出する光源部と、
    前記複数のレーザー光をそれぞれ導光する導波路と、
    第１の面と前記第１の面とは反対の側の第２の面と上面と下面とを有し、前記複数のレーザー光を前記第１の面から導入し前記第２の面に向かって導光しつつ散乱し前記上面と前記下面から放出する導光体であって、前記上面には粗面が設けられた導光体と、
    前記導光体の前記下面に設けられ蛍光体粒子が分散して配置された波長変換層であって、前記下面から放出された光を吸収した前記蛍光体粒子から放出された波長変換光と、前記下面から放出された前記光のうち前記蛍光体粒子に吸収されない残余の光が多重散乱されて生じた散乱光と、を放出する波長変換層と、
    を備え、
    前記散乱光と前記波長変換光とは、前記粗面により散乱されつつ混合光として放出される固体照明装置。
  3. 前記波長変換層に接するか、または前記導光体の前記上面および前記下面の少なくともいずれかに接して設けられ、前記散乱光と前記波長変換光とを反射可能な反射層をさらに備えた請求項２記載の固体照明装置。
  4. 前記複数のレーザー光の発振縦モード波長の最大値と最小値との差は、５０ｎｍ以上である請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体照明装置。
  5. 前記複数のレーザー光の発振縦モード波長の最大値と最小値との差は、１５ｎｍ以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体照明装置。
  6. 前記駆動回路は、前記複数のレーザー光がマルチ縦モードとなるように前記半導体レーザーをそれぞれ駆動する請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体照明装置。
  7. 前記混合光のうちの可視光成分のスペックルコントラストは、１０％以下である請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体照明装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016104089A1 (ja) * 2014-12-24 2016-06-30 スタンレー電気株式会社 車両用灯具
WO2016178962A1 (en) * 2015-05-04 2016-11-10 Corning Incorporated Optical fiber lighting device and method
US10120115B2 (en) 2016-10-14 2018-11-06 Nichia Corporation Illumination device
US10422936B2 (en) 2016-09-30 2019-09-24 Nichia Corporation Lighting device
US10876711B2 (en) 2016-08-30 2020-12-29 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Color conversion element and lighting device
US11752551B2 (en) 2020-04-15 2023-09-12 Nichia Corporation Resin impregnation method, method of manufacturing wavelength-conversion module, and wavelength-conversion module

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9857515B2 (en) 2014-07-28 2018-01-02 Corning Incorporated Side-emitting optical fiber system and assembly with light-emitting jacket members
JP7043002B2 (ja) * 2018-03-15 2022-03-29 豊田合成株式会社 発光装置
CN110906272B (zh) * 2018-09-14 2021-11-16 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种光源装置及车灯
CN109915789A (zh) * 2019-04-09 2019-06-21 浙江光塔节能科技有限公司 一种无眩光照明灯
DE102020112806A1 (de) * 2020-05-12 2021-11-18 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterlaserbauelement und verfahren zum betrieb zumindest eines halbleiterlasers

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11153794A (ja) * 1997-11-20 1999-06-08 Hitachi Ltd 液晶表示装置
JP2004341128A (ja) * 2003-05-14 2004-12-02 Sharp Corp 発光体とそれを含む照明装置および表示装置
JP4822919B2 (ja) * 2006-04-26 2011-11-24 シャープ株式会社 発光装置および車両用ヘッドランプ
WO2008029892A1 (fr) * 2006-09-07 2008-03-13 Panasonic Corporation Source de lumière laser, source de lumière plane et composant d'affichage à cristaux liquides
JP2009016289A (ja) * 2007-07-09 2009-01-22 Sony Corp 光源装置及び光学装置
JP2011171261A (ja) * 2010-02-22 2011-09-01 Mabuchi Shomei Seisakusho:Kk ポール型ライト
JP2011187285A (ja) * 2010-03-08 2011-09-22 Toshiba Corp 発光装置
WO2012017613A1 (ja) * 2010-08-03 2012-02-09 三菱電機株式会社 面光源装置および液晶表示装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016104089A1 (ja) * 2014-12-24 2016-06-30 スタンレー電気株式会社 車両用灯具
JP2016122504A (ja) * 2014-12-24 2016-07-07 スタンレー電気株式会社 車両用灯具
WO2016178962A1 (en) * 2015-05-04 2016-11-10 Corning Incorporated Optical fiber lighting device and method
CN107667249A (zh) * 2015-05-04 2018-02-06 康宁股份有限公司 光纤照明设备及方法
US10876711B2 (en) 2016-08-30 2020-12-29 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Color conversion element and lighting device
US10422936B2 (en) 2016-09-30 2019-09-24 Nichia Corporation Lighting device
US10120115B2 (en) 2016-10-14 2018-11-06 Nichia Corporation Illumination device
US11752551B2 (en) 2020-04-15 2023-09-12 Nichia Corporation Resin impregnation method, method of manufacturing wavelength-conversion module, and wavelength-conversion module

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