JP2016058619A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device.
従来、レーザ励起の蛍光体を利用した発光装置が知られている(例えば、特許文献1及び2を参照)。蛍光体は、レーザ光が照射された場合に、電子が励起されて基底状態に戻るときに光(蛍光)を発する。蛍光体から発せられた蛍光を所望の方向に出射することで、照明装置などに利用することができる。 Conventionally, light emitting devices using laser-excited phosphors are known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). When irradiated with laser light, the phosphor emits light (fluorescence) when electrons are excited to return to the ground state. By emitting the fluorescence emitted from the phosphor in a desired direction, it can be used for an illumination device or the like.
例えば、特許文献1には、蛍光体にレーザ光を直射することで蛍光体から発せられた蛍光を、蛍光体の上方に設けられた透光窓から取り出す照明装置が開示されている。また、特許文献2には、蛍光体から発せられた蛍光を所定の方向に出射するための反射鏡を備えるレーザ光源装置が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an illumination device that takes out fluorescence emitted from a phosphor by directing laser light on the phosphor from a light-transmitting window provided above the phosphor. Patent Document 2 discloses a laser light source device that includes a reflecting mirror for emitting fluorescence emitted from a phosphor in a predetermined direction.
しかしながら、上記従来の発光装置では、高い反射率を維持しつつ、放熱性を高めることが困難である。 However, in the conventional light emitting device, it is difficult to improve heat dissipation while maintaining high reflectance.
そこで、本発明は、高い反射率を維持しつつ、放熱性を高めることができる装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the apparatus which can improve heat dissipation, maintaining a high reflectance.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る発光装置は、レーザ励起のセラミック蛍光体と、前記セラミック蛍光体のレーザ照射面とは異なる面に接触して設けられた、光反射性を有する反射層とを備える。 In order to achieve the above object, a light-emitting device according to one embodiment of the present invention has a light-reflecting property that is provided in contact with a laser-excited ceramic phosphor and a surface different from the laser irradiation surface of the ceramic phosphor. And a reflective layer.
本発明によれば、高い反射率を維持しつつ、放熱性を高めることができる。 According to the present invention, heat dissipation can be enhanced while maintaining a high reflectance.
以下では、本発明の実施の形態に係る発光装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, a light-emitting device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, component arrangements, connection forms, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。 Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same structural member.
(実施の形態)
[発光装置]
まず、本実施の形態に係る発光装置について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る発光装置1の概観斜視図である。図2は、本実施の形態に係る発光装置1の断面図である。
(Embodiment)
[Light emitting device]
First, a light-emitting device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view of a light emitting device 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the light emitting device 1 according to the present embodiment.
図1及び図2に示すように、発光装置1は、レーザ光源10と、セラミック蛍光体20と、反射層30と、ヒートシンク40と、接着層50とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitting device 1 includes a
レーザ光源10がセラミック蛍光体20に向けてレーザ光11を照射した場合に、セラミック蛍光体20は、光21を出射する。セラミック蛍光体20は、ヒートシンク40の戴置面41に、反射層30及び接着層50を挟んで戴置されて固定されている。
When the
なお、図1及び図2において、ヒートシンク40の戴置面41の法線方向をZ軸方向とし、当該法線方向に平行で、かつ、互いに直交する2つの方向をそれぞれ、X軸方向及びY軸方向とする。つまり、戴置面41は、XY平面に平行である。
1 and 2, the normal direction of the
以下では、本実施の形態に係る発光装置1の各構成部材について詳細に説明する。 Below, each structural member of the light-emitting device 1 which concerns on this Embodiment is demonstrated in detail.
[レーザ光源]
レーザ光源10は、例えば、半導体レーザ又はLED(Light Emitting Diode)であり、駆動電流によって駆動されて所定の色(波長)のレーザ光を、セラミック蛍光体20に向けて出射する。具体的には、レーザ光源10は、紫外線、又は、紫若しくは青色の可視光をレーザ光11として出射する。レーザ光11は、セラミック蛍光体20が含む蛍光体の励起光であり、レーザ光11の照射強度及び波長は、蛍光体の電子を励起させる程度であれば、いかなるものでもよい。
[Laser light source]
The
なお、図1には、1つのレーザ光源10を示しているが、図2に示すように、発光装置1は、複数のレーザ光源10を備えてもよい。複数のレーザ光源10は、互いに異なる方向からセラミック蛍光体20にレーザ光11を照射するように配置されている。例えば、複数のレーザ光源10は、セラミック蛍光体20を囲むように環状に並んで配置されていてもよい。
1 shows one
[セラミック蛍光体]
セラミック蛍光体20は、レーザ励起のセラミック蛍光体であって、蛍光体を含有する板状のセラミックから形成される。具体的には、図1及び図2に示すように、セラミック蛍光体20は、互いに対向する2つの主面を有する一枚の平板状のセラミックから形成される。蛍光体は、セラミック蛍光体20の全体に散りばめられている。2つの主面の一方(上面)は、レーザ光11の照射側の面、すなわち、レーザ照射面である。2つの主面の下方(下面)には、反射層30が設けられている。
[Ceramic phosphor]
The
図1に示すように、セラミック蛍光体20の平面視形状は、例えば、矩形である。なお、本実施の形態において、平面視とは、レーザ光11の照射側から見た場合(すなわち、Z軸正方向から見た場合)を意味する。セラミック蛍光体20の平面視形状は、矩形に限らず、正方形、円形若しくは楕円形など、他の形状でもよい。
As shown in FIG. 1, the planar view shape of the
本実施の形態では、セラミック蛍光体20は、アルミナ(酸化アルミニウム(Al2O3))などのセラミックから構成される平板である。なお、セラミックとしては、アルミナに限らず、ジルコニア(酸化ジルコニウム(ZrO2))、酸化亜鉛(ZnO)などを用いることもできる。
In the present embodiment, the
セラミック蛍光体20は、セラミック粒子を焼結させることによって構成される。具体的には、アルミナ粒子などのセラミック原料と、散乱体又は焼結助剤(添加剤)と、蛍光体とを混合したものにバインダを加えて加熱成形し、その後、焼成することにより、セラミック蛍光体20は作製される。
The
蛍光体は、黄色蛍光体、赤色蛍光体若しくは緑色蛍光体、又は、これらの組み合わせなど、いかなるものでもよい。例えば、蛍光体としては、YAG系の蛍光体粒子、カズン(CaAlSiN3:CASN)などを利用することができる。 The phosphor may be any material such as a yellow phosphor, a red phosphor, a green phosphor, or a combination thereof. For example, as the phosphor, YAG-based phosphor particles, casun (CaAlSiN 3 : CASN), or the like can be used.
セラミック蛍光体20は、レーザ光11が照射された場合に、蛍光体の電子が励起される。励起された電子が基底状態に戻るときに光(蛍光)を発する。蛍光は、一部はそのままレーザ光11の照射側に出射され、一部は、反射層30によって反射されてレーザ光11の照射側に出射される。
When the
また、セラミック蛍光体20からの光21は、蛍光体が発する蛍光と、励起光であるレーザ光11とを含んでもよい。つまり、発光装置1は、蛍光とレーザ光11との合成光を、光21として外部に出射してもよい。例えば、レーザ光11として青色光を利用した場合、レーザ光11は、セラミック蛍光体20内部で散乱され、一部は蛍光体に吸収及び変換されることなく、青色光として放出される。したがって、セラミック蛍光体20は、当該青色光と、蛍光体から発せられる蛍光(例えば、黄色光)とを利用することで、白色の光21を出射することができる。
The
[反射層]
反射層30は、光反射性を有し、セラミック蛍光体20のレーザ照射面(上面)とは異なる面に接触して設けられている。具体的には、反射層30は、レーザ照射面とは反対側の面(下面)に接触して設けられている。より具体的には、反射層30は、セラミック蛍光体20の下面全体に接触するように設けられた金属薄膜である。
[Reflective layer]
The
反射層30は、セラミック蛍光体20から出射される光21を反射する。具体的には、反射層30は、レーザ光11と、セラミック蛍光体20が含有する蛍光体から発せられた蛍光とを反射する。反射層30が蛍光を反射することにより、上面側への光の取り出し効率を高めることができる。また、反射層30がレーザ光11を反射することにより、反射したレーザ光11によってセラミック蛍光体20の蛍光体の電子をさらに励起させることができる。これにより、蛍光の光量を増やすことができるので、光の取り出し効率を更に高めることができる。
The
本実施の形態では、反射層30は、金属蒸着膜である。つまり、反射層30は、蒸着法によって金属材料をセラミック蛍光体20の下面に堆積することで形成される。蒸着法としては、例えば、真空蒸着法、CVD(Chemical Vapor Deposition)又はイオンビームアシスト法などを用いることができる。なお、反射層30は、蒸着法に限らず、塗布法、スパッタリング法、GCIB(Gas Cluster Ion Beam)などを用いてもよい。反射層30の膜厚は、例えば、0.1μm〜1μmである。
In the present embodiment, the
反射層30は、光の反射率が高く、かつ、光の吸収率が低い。なお、反射層30による光の反射は、鏡面反射に限らず、拡散反射でもよい。反射層30の光の反射率は、例えば、80%以上であり、好ましくは、90%以上である。反射層30の光の吸収率は、例えば、20%以下であり、好ましくは、10%以下である。
The
本実施の形態では、反射層30は、熱伝導材料(サーマルインターフェースマテリアル:TIM)から構成される。例えば、反射層30は、アルミニウム、銀などの金属材料から形成される。具体的には、反射層30としては、熱伝導率が50W/m・K〜400W/m・K以上の材料を用いることができる。反射層30としては、酸化シリコン(SiO2)又は酸化チタン(TiO2)を使用しない。
In the present embodiment, the
[ヒートシンク]
ヒートシンク40は、セラミック蛍光体20が戴置される放熱体の一例である。ヒートシンク40は、セラミック蛍光体20が含有する蛍光体で発熱する熱を外部(大気中)に放熱するための放熱部材である。したがって、ヒートシンク40は、金属などの熱伝導率の高い材料を用いて形成することが好ましい。ヒートシンク40は、例えば、アルミニウム合金を用いたアルミダイカスト製である。また、ヒートシンク40には、例えば、複数の放熱フィン(図示せず)が設けられていてもよい。
[heatsink]
The
ヒートシンク40の戴置面41は、ヒートシンク40が有する面の1つであり、セラミック蛍光体20が戴置される面である。具体的には、セラミック蛍光体20は、反射層30と接着層50とを間に挟むようにして戴置面41に戴置される。より具体的には、下面に反射層30が形成されたセラミック蛍光体20が、接着性の材料(接着層50)が塗布された戴置面41に戴置される。これにより、セラミック蛍光体20を容易にヒートシンク40に固定することができる。
The
[接着層]
接着層50は、熱伝導材料から構成され、反射層30とヒートシンク40とを接着する。具体的には、接着層50としては、半田又は銀ペーストなどである。なお、接着層50としては、金属材料に限らず、グリス、サーコンシートなどの樹脂材料を用いてもよい。例えば、接着層50としては、熱伝導率が1W/m・K〜100W/m・K以上の材料を用いることができる。
[Adhesive layer]
The
[熱伝導性]
ここで、本実施の形態に係る発光装置1において、セラミック蛍光体20から発せられる熱の伝導性について、図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態に係る発光装置1のセラミック蛍光体20とヒートシンク40との間の断面を模式的に示す図である。
[Thermal conductivity]
Here, in the light-emitting device 1 which concerns on this Embodiment, the conductivity of the heat | fever emitted from the ceramic
図3に示すように、セラミック蛍光体20の下面は、微小な凹凸22が形成されている。反射層30は、凹凸22を覆い、セラミック蛍光体20の下面を平坦化するように設けられる。
As shown in FIG. 3, minute irregularities 22 are formed on the lower surface of the
同様に、ヒートシンク40の戴置面41も微小な凹凸42が形成されている。接着層50は、凹凸42を覆い、ヒートシンク40の戴置面41を平坦化するように設けられている。
Similarly,
例えば、反射層30及び接着層50が設けられていない場合は、セラミック蛍光体20の凹凸22とヒートシンク40の凹凸42とが接するので、セラミック蛍光体20とヒートシンク40との接触面積が小さくなる。また、凹凸22と凹凸42とが接触しない部分では、間に空気が含まれるので、熱伝導率が悪くなる。
For example, when the
これに対し、本実施の形態では、反射層30と接着層50とは、互いの平坦な面同士が接触するので、反射層30と接着層50との接着面積は大きくなる。したがって、セラミック蛍光体20で発した熱は、反射層30及び接着層50を効率良く伝達されて、ヒートシンク40に伝達される。
On the other hand, in this Embodiment, since the flat surfaces of the
[効果など]
本実施の形態に係る発光装置1のように、レーザ励起のセラミック蛍光体20を用いる場合は、セラミック蛍光体20で発生する熱をヒートシンク40に効率良く伝導することが求められる。例えば、セラミック蛍光体20とヒートシンク40とを直接接触させることで、セラミック蛍光体20で発生する熱を効率良くヒートシンク40に伝導させることができる。
[Effects, etc.]
When the laser-excited
ここで、セラミック蛍光体20とヒートシンク40とを直接接触させるためには、セラミック蛍光体20をヒートシンク40に対して押圧する必要がある。しかしながら、セラミック蛍光体20は、セラミックから構成されるので押圧力に弱い。例えば、強い力でセラミック蛍光体20をヒートシンク40に押し当てた場合、熱膨張などに耐え切れずに破壊されてしまう恐れがある。
Here, in order to directly contact the
この点を鑑みて、セラミック蛍光体20を押圧することでヒートシンク40に固定するのではなく、熱伝導率の高い接着性材料を用いてセラミック蛍光体20をヒートシンク40に固定することが考えられる。
In view of this point, it is conceivable to fix the
一般的に、接着性材料としては、グリス又はサーコンシートが用いられる。しかしながら、グリス又はサーコンシートは、主成分が樹脂で構成されているので、高エネルギーのレーザ光11が照射された場合に、局所的に耐熱温度を超えてしまう恐れがある。また、グリス又はサーコンシートは、セラミック蛍光体20の下面側に透過したレーザ光11を吸収してしまうので、励起される電子の数が減少し、結果として、取り出される光21(蛍光)が少なくなる。
Generally, grease or a cercon sheet is used as the adhesive material. However, since the main component of the grease or the sircon sheet is made of resin, there is a possibility that when the high-
以上の点から、セラミック蛍光体20とヒートシンク40とを、樹脂からなる接着性材料を用いて直接接着することができない。
From the above points, the
これに対して、本実施の形態に係る発光装置1は、レーザ励起のセラミック蛍光体20と、セラミック蛍光体20のレーザ照射面とは異なる面に接触して設けられた、光反射性を有する反射層30とを備える。また、セラミック蛍光体20は、互いに対向する2つの主面を有する板状のセラミックから構成され、2つの主面の一方は、レーザ照射面であり、反射層30は、2つの主面の他方に設けられている。
On the other hand, the light emitting device 1 according to the present embodiment has light reflectivity provided in contact with a laser-excited
これにより、セラミック蛍光体20のレーザ照射面とは反対側に反射層30が設けられているので、光21(レーザ光11及び蛍光)は、反射層30によって反射される。したがって、励起される電子の数を増加することができ、かつ、蛍光を外部に出射させることができる。よって、光の取り出し効率の低下を抑制することができる。
Thereby, since the
また、反射層30によって光21が反射されるので、反射層30のセラミック蛍光体20とは反対側には、光を吸収する樹脂などの接着性部材を設けることができる。これにより、セラミック蛍光体20をヒートシンク40に固定することができる。
Further, since the light 21 is reflected by the
さらに、反射層30によってセラミック蛍光体20の微小な凹凸22を覆うことができる。これにより、セラミック蛍光体20とヒートシンク40との間に空気が介在するのを抑制することができるので、熱伝導性を向上させることができる。
Furthermore, the minute irregularities 22 of the
また、例えば、反射層30は、金属蒸着膜である。
For example, the
これにより、反射層30が金属蒸着膜で構成されるので、セラミック蛍光体20の凹凸22を適切に覆うことができる。したがって、熱伝導性を向上させることができる。
Thereby, since the
また、金属蒸着膜からなる反射層30をセラミック蛍光体20に形成することで、セラミック基板(セラミック蛍光体20及び反射層30)の強度が向上し、セラミック基板をヒートシンク40などに強く固定することができる。また、セラミック基板の強度が向上するので、セラミック基板は割れにくくなり、セラミック基板を容易に取り扱うことができる。
Further, by forming the
さらに、セラミック基板の表裏の区別が明確になるので、組み立て作業性を向上させることができる。特に、セラミック蛍光体20の表面にAR(Anti−Reflective)コート、又は、耐酸化若しくは耐湿コートなどを施した場合に有用である。
Furthermore, since the distinction between the front and back sides of the ceramic substrate becomes clear, assembly workability can be improved. In particular, it is useful when the surface of the
また、例えば、反射層30は、熱伝導材料から構成される。
For example, the
これにより、セラミック蛍光体20で発した熱を、反射層30を介して効率良くヒートシンク40に伝えることができる。
Thereby, the heat generated by the
また、例えば、発光装置1は、さらに、ヒートシンク40と、熱伝導材料から構成され、反射層30とヒートシンク40とを接着する接着層50とを備える。
For example, the light emitting device 1 further includes a
これにより、セラミック蛍光体20で発した熱を、反射層30及び接着層50を介して効率良くヒートシンク40に伝えることができる。
Thereby, the heat generated by the
なお、本実施の形態に係る発光装置1では、接着層50を備えなくてもよい。この場合であっても、反射層30の下面は平面であるので、反射層30がない場合に比べてヒートシンク40の戴置面41との接触面積を増加することができる。したがって、熱伝導性を向上させることができる。
Note that the light emitting device 1 according to the present embodiment does not need to include the
(その他)
以上、本発明に係る発光装置について、上記実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
(Other)
Although the light emitting device according to the present invention has been described based on the above embodiment and its modifications, the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上記の実施の形態では、発光装置1がレーザ光源10を備える例について示したが、発光装置1は、レーザ光源10を備えていなくてもよい。例えば、別のレーザ光源から照射されたレーザ光によってセラミック蛍光体20が光21を発してもよい。
For example, in the above embodiment, the example in which the light emitting device 1 includes the
また、例えば、上記の実施の形態では、発光装置1がヒートシンク40を備える例について示したが、発光装置1は、ヒートシンク40などの放熱体を備えていなくてもよい。例えば、セラミック蛍光体20は、放熱体以外の部材に戴置されてもよく、あるいは、クリップのような把持部材によって把持されてもよい。ヒートシンク40がない場合であっても、反射層30によって光21を反射させることができるので、光の取り出し効率を高めることができる。
For example, in the above embodiment, the light emitting device 1 includes the
また、例えば、上記の実施の形態では、蛍光体を混合したセラミック粒子を焼結することでセラミック蛍光体20を形成する例について示したが、これに限らない。例えば、セラミック蛍光体20は、セラミックの薄膜成長によって作製されてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
また、例えば、上記の実施の形態では、セラミック蛍光体20が一枚の平板である例について示したが、これに限らない。セラミック蛍光体20は、平板に限らず、平板の一部が欠けたような多面体でもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, the example in which the
また、例えば、上記の実施の形態では、セラミック蛍光体20の2つの主面の一方からレーザ光11を照射する例について示したが、セラミック蛍光体20の端面からレーザ光11を照射してもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, the example in which the
また、例えば、上記の実施の形態では、セラミック蛍光体20の全体に蛍光体を含有させる例について示したが、セラミック蛍光体20は、一部の領域のみに蛍光体を含有してもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, the example in which the phosphor is contained in the entire
具体的には、セラミック蛍光体20は、レーザ励起の蛍光体を含有する発光部と、発光部を囲むように設けられた、発光部からの光を反射する反射部とを備えてもよい。より具体的には、発光部と反射部とは同一層内に設けられていてもよい。例えば、アルミナ粒子(セラミック粒子)を焼成する際に、所定の領域にのみ蛍光体を添加することで、同一層内に、蛍光体を含有する発光部と蛍光体を含有しない反射部とを形成することができる。
Specifically, the
なお、上記の実施の形態に係る発光装置1は、例えば、照明装置、プロジェクタ、レーザポインタなどの各種発光装置に利用することができる。 The light emitting device 1 according to the above embodiment can be used for various light emitting devices such as a lighting device, a projector, and a laser pointer.
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 In addition, the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.
1 発光装置
10 レーザ光源
11 レーザ光
20 セラミック蛍光体
21 光
30 反射層
40 ヒートシンク
50 接着層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light-emitting
Claims (5)
前記セラミック蛍光体のレーザ照射面とは異なる面に接触して設けられた、光反射性を有する反射層とを備える
発光装置。 A laser-excited ceramic phosphor;
A light emitting device comprising: a reflective layer having light reflectivity provided in contact with a surface different from a laser irradiation surface of the ceramic phosphor.
前記2つの主面の一方は、前記レーザ照射面であり、
前記反射層は、前記2つの主面の他方に設けられている
請求項1に記載の発光装置。 The ceramic phosphor is composed of a plate-like ceramic having two main surfaces facing each other,
One of the two main surfaces is the laser irradiation surface,
The light emitting device according to claim 1, wherein the reflective layer is provided on the other of the two main surfaces.
請求項1又は2に記載の発光装置。 The light emitting device according to claim 1, wherein the reflective layer is a metal vapor deposition film.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 The light emitting device according to claim 1, wherein the reflective layer is made of a heat conductive material.
放熱体と、
熱伝導材料から構成され、前記反射層と前記放熱体とを接着する接着層とを備える
請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。 The light emitting device further includes:
A radiator,
The light emitting device according to claim 1, further comprising: an adhesive layer that is made of a heat conductive material and adheres the reflective layer and the heat radiating body.
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