JP6631855B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関する。
従来、レーザ光を放射する固体発光素子と、蛍光体を含む波長変換体とを組み合わせた発光装置が提案されている。用途に応じて固体発光素子と蛍光体とを組合せて発光波長または発光スペクトルを所望の波長に変化させた発光装置がある。
しかしながら、レーザ光により蛍光体を高出力で励起すると、蛍光体の温度上昇とともに発光効率が下がる温度消光が顕著になり、発光装置の出力が低下するという課題がある。このような課題に対して、特許文献1においては、温度消光が小さい単結晶蛍光体を利用する発光装置が提案されている。
国際公開第2013/161683号
しかしながら、指向性の高いレーザ光を励起光として使用すると、出力光に色斑が生じやすいという課題がある。例えば、発光装置がパッケージの凹部の底面に固体発光素子を搭載したタイプのものである場合、固体発光素子の上方おける蛍光体の量が、固体発光素子の斜め上方における蛍光体の量よりも少なくなり易い。このため、出力光の出射面において、中心部(固体発光素子の上方)は、レーザ光の色が濃く、その周辺部(固体発光素子の斜め上方)は、蛍光体の発光色が濃くなり、出力光に色斑が生じる。例えば、青色系のレーザ光を放つ固体発光素子と、レーザ光を吸収して黄色系光に波長変換するYAG蛍光体とを組み合わせた発光装置の場合、出力光の中心部は青色が濃く、その周辺部は黄色が濃くなる。この課題は、レーザ光の透過率が高い単結晶蛍光体を利用する発光装置において特に顕著である。
本発明は、このような課題を解決するためにされたものであり、出力光の色斑が少ない発光装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置の一態様は、1−1次光としてレーザ光を放射する放射源と、第1波長変換体とを備えて出力光を放つ発光装置であって、前記第1波長変換体は、少なくとも第1蛍光体を含み、前記第1波長変換体は、前記1−1次光の少なくとも一部を散乱し、前記1−1次光の光軸方向とは異なる方向に伝播する1−2次光に変換し、前記第1波長変換体に含まれる第1蛍光体は、前記1−1次光および前記1−2次光の少なくとも一部を吸収し、前記1−1次光または前記1−2次光の少なくとも一方の波長成分よりも長波長成分が多い2次光に変換し、前記出力光は、前記1−2次光と前記2次光とからなり、前記第1波長変換体は、前記1−1次光が入射する入射面と、前記出力光が出射する出射面をと有し、前記入射面の法線方向と、前記出射面の法線方向とは互いに異なり、前記第1蛍光体は、単結晶蛍光体であることを特徴とする。
本発明によれば、出力光の色斑が少ない発光装置を提供することができる。
図1は、実施の形態1に係る発光装置の概略図である。 図2は、実施の形態2に係る発光装置の概略図である。 図3は、実施の形態2の変形例1に係る発光装置の概略図である。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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、並びに、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。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。
なお、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、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態1)
まず、実施の形態1に係る発光装置21の構成について、図1を用いて説明する。
図1に示すように、実施の形態1に係る発光装置21は、1−1次光3としてレーザ光を放射する放射源2と、第1波長変換体4とを備えて、出力光31を放射する装置である。1−1次光3は、言い換えれば、第1の1次光である。
第1波長変換体4は、1−1次光3の少なくとも一部を散乱し、1−1次光3の光軸方向とは異なる方向に伝播する1−2次光5に変換する。1−2次光5は、言い換えれば、第2の1次光である。また、第1波長変換体4は、1−1次光3および1−2次光5の少なくとも一部を吸収し、2次光6に変換する。
実施の形態1では、発光装置21は、直方体形状をしており、直方体形状の一つの面近傍に放射源2が位置し、放射源2が位置している面に対して略垂直な方向と1−1次光3の光軸の方向とが一致している。放射源2は、例えば、外部電源1と電気的に接続することによって、1−1次光3を放射するために必要な電力の供給を受けている。発光装置21は、1−1次光3の光軸方向をx軸とする。また、x軸と直交する平面内の互いに直交した方向をそれぞれy軸、z軸とする。実施の形態1では、例えば、発光装置21のx軸方向の長さは100mm、y軸方向の長さは30mm、z軸方向の長さは100mmに収まる範囲内の大きさである。
以下、発光装置21の詳細構成について、図1を用いて詳述する。
[放射源]
放射源2は、1−1次光3としてレーザ光を放射する。このような放射源2としては、例えば、面発光レーザダイオード等のレーザダイオードが用いられる。放射源2は、外部電源1に接続されている。
放射源2は、例えば、固体発光素子である。このような構成にすることにより放射源2は小さくなり、発光装置21を小型化することが可能となる。
放射源2は、1−1次光3として、例えば、420nm以上480nm以下、または、440nm以上470nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示す発光スペクトルを有する青色系光を放射してもよい。1−1次光3がこのような波長領域内に最大ピーク強度を有することにより、1−1次光3が視認性のよい青色光になり、1−1次光3の散乱成分である1−2次光5も視認性のよい青色光になる。このため、1−2次光5は、第1蛍光体41の励起光としてだけでなく、発光装置21の出力光31としても無駄なく利用できる。
また、放射源2は、例えば、200nm以上380nm以下、または、360nm以上380nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示す発光スペクトルを有する紫外線光を1−1次光3として放射してもよい。また、放射源2は、例えば、380nm以上420nm以下、または、395nm以上415nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示す発光スペクトルを有する紫色系光を1−1次光3として放射してもよい。1−1次光3がこのような紫外線または紫色系の波長領域内に波長領域内に最大ピーク強度を有すると、第1蛍光体41として青色蛍光体を選定できる。第1蛍光体41として青色蛍光体を用いることにより、第1蛍光体41が放つブロードな発光スペクトルを有する青色光を出力光31の一部として利用できる。一般に、蛍光体の発光スペクトルは、レーザ光のスペクトルよりもスペクトル幅(FWHM:Full Width at Half Maximum)が広くブロードである。そのため、このような構成により出力光31の高演色性を実現できる。
[第1波長変換体]
第1波長変換体4は、平板形状をしており、発光装置21のy軸方向と第1波長変換体4の厚み方向とが略並行となるように配置されている。このような構造にすることによって、第1波長変換体4は、多くの製造実績をもつ波長変換体と同じ形状を有することになるので、調達が容易で高品質の第1波長変換体4を利用でき、信頼性の高い出力光31を放つ発光装置21を提供できる。
第1波長変換体4は、放射源2から1−1次光3が照射される位置に構成されている。
第1波長変換体4は、第1蛍光体41を含んでいる。実施の形態1では、第1波長変換体4は、第1蛍光体41のみから構成され、かつ、第1蛍光体41はガーネットの結晶構造を有する単結晶蛍光体1つで構成されている。
第1波長変換体4は、1−1次光3が入射する入射面42と、出力光31が出射する出射面43をと有し、入射面42の法線方向と、出射面43の法線方向とは、互いに異なっている。例えば、入射面42の法線方向と出射面43の法線方向とは、互いに略垂直な関係であってもよい。
第1波長変換体4は、1−1次光3の少なくとも一部を散乱し、1−1次光3の散乱成分である1−2次光5を放つ。例えば、1−1次光3の少なくとも一部は、入射面42及び出射面43における界面部分の欠陥で散乱されてもよいし、第1波長変換体4内に屈折率の異なる部分が少なくとも1箇所以上存在することによって散乱されてもよい。1−2次光5は、出射面43から出射するように構成されている。
また、第1波長変換体4は、1−1次光3および1−2次光5の少なくとも一部を吸収して2次光6に変換する。2次光6は、出射面43から出射するように構成されている。
[第1蛍光体]
第1蛍光体41は、第1波長変換体4に含まれており、1−1次光3および1−2次光5の少なくとも一部を励起光として吸収し、1−1次光3または1−2次光5の少なくとも一方の波長成分よりも長波長成分が多い蛍光を2次光6として放つ。
実施の形態1では、第1蛍光体41は、ガーネット構造を有する。これによって、第1蛍光体41は、化学的に安定になるので、信頼性の良好な発光装置を提供できる。
ガーネット構造は、一般式A’B’(C’Xで表される。但し、一般式中、A’、B’およびC’は、ガーネット構造を構成し得る金属元素であり、Xは、ガーネット構造を構成し得る非金属元素である。
ここで、金属元素A’の一例は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、マグネシウム、希土類、遷移金属から選択される少なくとも一つの元素であり、具体的には、例えば、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Ln、Mnなどから選択される少なくとも一つの元素である(Lnは、元素番号57〜71のランタノイドを示す)。
金属元素B’の一例は、Mg、希土類、遷移金属、アルカリ土類金属、マグネシウム、炭素族の元素から選択される少なくとも一つの元素であり、具体的には、例えば、Mg、Sc、Y、Lu、Ti、Zr、Hf、V、Cr、Nb、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、In、Snなどから選択される少なくとも一つの元素である。
金属元素C’の一例は、アルカリ金属、遷移金属、アルカリ土類金属、マグネシウム、炭素族、窒素族の元素から選択される少なくとも一つの元素であり、具体的には、例えば、Li、V、Fe、Al、Ga、Si、Ge、Pなどから選択される少なくとも一つの元素である。
非金属元素Xの一例は、窒素、カルコゲン、ハロゲンから選択される少なくとも一つの元素であり、具体的には、例えば、N、O、F、Clなどから選択される少なくとも一つの元素である。
また、第1蛍光体41は、例えば、Ce3+付活蛍光体である。このような構成にすることによって、第1蛍光体41は、超残光性になるので、高光密度励起下での効率飽和が少ない発光装置が提供できる。
また、第1蛍光体41は、例えば、480nm以上600nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示すスペクトルを有する光を2次光6として放つ。このような構成にすることによって、第1蛍光体41は、可視光領域の視感度の高い2次光6を放つようになるので、2次光6を出力光31の一部として利用することによって高光束の出力光31を放つ発光装置21を提供できる。
ガーネット構造を有するCe3+付活蛍光体としては、例えば、以下に示す蛍光体が用いられる。
ガーネット構造を有する青緑色Ce3+付活蛍光体としては、例えば、CaYZr(AlO:Ce3+が用いられる。ここで、青緑色Ce3+付活蛍光体とは、480nm以上500nm未満の波長領域内に発光ピークを持つ光を放射するCe3+付活蛍光体である。
ガーネット構造を有する緑色Ce3+付活蛍光体としては、例えば、LuAl(AlO:Ce3+、Lu(Al,Ga)(AlO:Ce3+、(Y,Lu)Al(AlO:Ce3+、YAl(AlO:Ce3+、YGa(AlO:Ce3+、CaSc(SiO:Ce3+が用いられる。ここで、緑色Ce3+付活蛍光体とは、500nm以上560nm未満、特に510nm以上550nm未満の波長領域内に発光ピークを持つ光を放射するCe3+付活蛍光体である。
上記緑色Ce3+付活蛍光体のうち、LuAl(AlO:Ce3+及びLu(Al,Ga)(AlO:Ce3+は、YGa(AlO:Ce3+に比較して温度消光が小さく、一次光の高光密度励起によって蛍光体の温度が上昇しても、高い効率水準を保持する。このため、LuAl(AlO:Ce3+付活緑色蛍光体を用いると、緑色光成分の出力効率が良い発光装置を得ることが容易であり、照明用の蛍光体として有用である。
ガーネット構造を有する黄緑色〜黄〜橙色Ce3+付活蛍光体としては、例えば、(Y,Gd)Al(AlO:Ce3+が用いられる。ここで、黄緑色〜黄〜橙色Ce3+付活蛍光体とは、560nm以上600nm未満の波長領域内に発光ピークを持つ光を放射するCe3+付活蛍光体である。
青色蛍光体としては、Eu2+、Ce3+、Mn2+から選ばれる少なくとも一つのイオンで付活した酸化物や酸ハロゲン化物などの酸化物系蛍光体、または、窒化物や酸窒化物などの窒化物系蛍光体を用いることができる。具体的には、酸化物系蛍光体として、BaMgAl1017:Eu2+、BaMgAl1017:Eu2+,Mn2+、CaMgSi:Eu2+、BaMgSi:Eu2+、SrAl1425:Eu2+、SrSiCl:Eu2+、SrAl1424:Eu2+、BaAl13:Eu2+、NaSc(PO:Eu2+、Sr10(POl2:Eu2+などが、窒化物系蛍光体として、AlN:Eu2+、YSiON:Ce3+、SrSiAl19ON31:Eu2+などが挙げられる。
また、第1蛍光体41は、単結晶蛍光体であることが好ましい。単結晶とは、結晶のどの位置をとっても結晶軸の方向が変わらない粒子または構造体である。このような構成にすることにより、第1蛍光体41が、内部欠陥が少ないものになるため、第1蛍光体41による波長変換損失の少ない発光装置21を提供できる。
第1蛍光体41の育成方法としては、例えば、固相法、液相法、及び、気相法などが挙げられる。液相法としては、例えば、チョクラルスキー法、単純固化法、ブリッヂマン法、ベルヌーイ法、及び、フローティングゾーン法などの融液法や、フラックス法、水溶液法、及び、水熱法などの溶液法が挙げられる。
第1蛍光体41は、育成された単結晶を任意の形状にカットしたものであってもよい。このような構成にすることによって、出力光31の出射面43の面積や、出射方向の制御が容易な発光装置21を提供できる。
また、第1蛍光体41は、特定の結晶面に凹凸をつけたものであってもよい。このような構成にすることによって、第1蛍光体41に入射した励起光が結晶内部で全反射する確率が低くなるので、第1蛍光体41による波長変換効率の高い、高出力の発光装置21を提供できる。
[反射部材]
反射部材7は、第1波長変換体4が有する光の入射面42と出射面43以外の少なくとも一つの面を被覆するように構成されている。第1波長変換体4の内部を伝播する1−1次光3、1−2次光5および2次光6の少なくとも一部は、反射部材7によって伝播方向が制御される。このような構成にすることによって、第1波長変換体4の出射面43以外の面から出射されたり、吸収されたりする光成分が少なくなるので、出力光31の取り出し効率が高い発光装置21を提供できる。
反射部材7は、例えば、アルミニウムなどの金属、硫酸バリウムなどの白色の無機化合物、または、ポリエステルなどの白色樹脂等から構成されている。
[1−1次光、1−2次光、2次光、出力光]
1−1次光3は、放射源2から放射されたレーザ光であり、x軸方向に光軸方向を持つ。
1−1次光3は、例えば、第1波長変換体4の入射面42に対して略垂直に入射する。実施の形態1において、第1波長変換体は平板形状であり、第1波長変換体4の入射面42に対して略垂直な方向は、第1波長変換体4の厚み方向に対して略垂直方向とほぼ一致する。このような構成にすることによって、第1波長変換体4の出射面の面積が、入射面積に対して大きくなるので、発光面積が大きな発光装置21を提供できる。
また、1−1次光3は、例えば、第1波長変換体4の厚み方向に対して略垂直方向に入射し、出力光31は、第1波長変換体4の厚み方向に対して略平行方向に出射することが好ましい。このような構成にすることによって、第1波長変換体4の出射面の面積が、入射面積に対して大きくなるので、発光面積が大きな発光装置21を提供できる。
1−2次光5は、1−1次光3の少なくとも一部が第1波長変換体4によって散乱された成分であり、x軸方向とは異なる伝播方向を持つ1−2次光5も放つ。1−2次光5の波長成分は1−1次光3の波長成分と実質同一である。
2次光6は、1−1次光3および1−2次光5の少なくとも一部が、第1波長変換体4によって波長変換された成分である。
出力光31は、1−2次光5と2次光6とからなる。
出力光31は、例えば、相関色温度が2000K以上20000K以下、または、2500K以上7000K以下である。発光装置21の出力光31の相関色温度をこのような範囲内にすることで、出力光31は白色系の光になるので、利用価値が高い発光装置21が得られる。さらに、発光装置21の出力光31の相関色温度が2500K以上7000K以下の範囲内にあると、照明光として好まれる光を放射する発光装置21が得られる。発光装置21の出力光31の相関色温度を2000K以上20000K以下の範囲内にする方法としては、放射源2として使用されるレーザ光源を選ぶ方法、第1波長変換体4に含まれる第1蛍光体41の種類の選定する方法、または第1波長変換体4に含まれる第1蛍光体41の量を調整する方法などが用いられる。
出力光31は、照明光として利用することができる。
[カバー、出射光窓]
発光装置21は、実施の形態1においては、カバー8と出射光窓81とに囲まれた閉空間を有する構造である。カバー8は、例えば、外部電源1との接続部を有し、ABS樹脂などの樹脂材料を用いた射出成形により形成される。出射光窓81は、出射面43に面する部分に設けられ、樹脂またはガラス等の透明材料により形成される。カバー8と出射光窓81でと囲まれた閉空間は、真空状態でもよいし、閉空間には、空気、窒素、希ガス、樹脂、またはガラス等の透明材料が充填されていてもよい。なお、カバー8と出射光窓81とで囲まれた閉空間が真空状態である場合、及び、閉空間に窒素または希ガス等が充填されている場合は、カバー8及び出射光窓81は、例えば、気密性の高い封止構造を有する。カバー8と出射光窓81とで囲まれた閉空間に空気または透明材料が充填されている場合は、カバー8と出射光窓81とで囲まれた閉空間は、外部と通じていてもよい。
(実施の形態2)
実施の形態2に係る発光装置21aの構成について、図2を用いて説明する。
実施の形態2に係る発光装置21aは、第2波長変換体9、第2蛍光体91、3次光10および出力光31aが、実施の形態1に係る発光装置21とは異なる。これらの構成以外は実施の形態1に係る発光装置21と同じであるため、説明は省略する。
以下、発光装置21aの詳細構成について、図2を用いて詳述する。
[第2波長変換体]
実施の形態2では、第2波長変換体9は、第1波長変換体4が有する出射面43上に位置し、1−2次光5および2次光6の少なくとも一部を吸収するように構成されている。
第2波長変換体9は、少なくとも第2蛍光体91を含み、1−2次光5および2次光6の少なくとも一部を吸収して、3次光10に変換する。
実施の形態2では、第2波長変換体9は、少なくとも1つ以上の粒体であって、中心粒径が0.1μm以上1mm以下の粒子サイズの粒体から構成されている。第2波長変換体9の形状は、球状、半球状、または針状などから選択することができる。また、第2波長変換体9は、フィルム状(膜状)であってもよい。
[第2蛍光体]
第2蛍光体91は、第2波長変換体9に含まれており、1−2次光5および2次光6の少なくとも一部を励起光として吸収し、蛍光として3次光10を放つ。実施の形態2において、第2波長変換体9は、第2蛍光体91のみから構成されている。
第2蛍光体91は、遷移金属イオンもしくは希土類イオンで付活した蛍光体であることが好ましい。なお、遷移金属イオンとしては、Ti4+、Cr3+、Mn2+、Mn4+、Fe3+などから選ばれる少なくとも一つのイオン、特に、Mn4+が挙げられる。また、前記希土類イオンとしては、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Eu2+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+から選ばれる少なくとも一つのイオンが挙げられる。なお、Mn4+で付活した蛍光体としては、例えば、3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn4+などの酸化物蛍光体、及び、KSiF:Mn4+などのフッ化物蛍光体などが挙げられる。このような構成にすることにより、第2蛍光体91は、1−2次光5および2次光6の少なくとも一部を吸収し、蛍光として3次光10を放つことができる。
第2蛍光体91は、例えば、480nm以上660nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示すスペクトルを有する光を3次光10として放つ。このような構成によって、3次光10は、長波長の可視光成分を多く有するので、3次光10を出力光31aの一部として利用することによって、高演色照明用として好ましい発光装置21aを提供できる。
また、第2蛍光体91が放つ光のスペクトルは、第1蛍光体41が放つ光のスペクトルとは異なるように構成してもよい。このような構成にすることによって、第1蛍光体41のみでは実現できない光の波長成分を出力光31aの一部として利用できるようになるので、出力光31aのスペクトル制御が容易な発光装置21aを提供できる。
さらに、第2蛍光体91の放つ光のスペクトルの主成分は、第1蛍光体41が放つ光のスペクトルの主成分よりも長波長成分をより多く含むように構成してもよい。これによって、3次光10が、長波長の可視光成分を多く有するようになるので、高演色の出力光31aを出射する発光装置21aを提供できる。
また、第2蛍光体91が放つ光のスペクトルは、第1蛍光体41が放つ光のスペクトルと同一であってもよい。このような構成にすることによって、出力光31aのスペクトルを変えずに、光取出し効率の高い発光装置21aを提供できる。
さらに、第2蛍光体91は、Ce3+付活蛍光体であることが好ましい。このような構成にすることによって、第2蛍光体91の放つ3次光10が、超短残光性になるので、高光密度励起下での効率飽和が少ない発光装置21aを提供できる。
さらに、第2蛍光体91は、600nm以上660nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示すスペクトルを有する赤色系光を放つ、窒化物蛍光体または酸窒化物蛍光体のいずれかであってもよい。窒化物蛍光体としては、例えば、SrSi:Eu2+、(Ca,Sr)AlSiN:Eu2+、SrAlSi:Eu2+、SrLiAlN4:Eu2+などを用いることができる。酸窒化物蛍光体としては、例えば、Sr(Si,Al)(N,O):Eu2+、CaAl(Si,Al)(N,O):Eu2+、SrAl(Si,Al)(N,O):Eu2+などを用いることができる。このような構成によって、第2蛍光体91は、化学的に安定で、励起光の吸収率が高く、吸収した励起光をそれよりも長波長の光に高い効率で波長変換し得るものになる。また、このような構成にすることによって、第2蛍光体91は、赤色系光成分を放つものになるので、高演色性の出力光31aを放ち得る発光装置21aを提供できる。
また、第2蛍光体91は、CaAlSiNと同じ結晶構造を持つ化合物であることが好ましい。このような構成にすることにより、第2蛍光体91は、LED照明用としての多くの実用実績をもつ蛍光体になるので、調達が容易な第2蛍光体91を利用して、高出力で信頼性の高い出力光31aを放つ発光装置21aを提供できる。
[3次光、出力光]
3次光10は、1−2次光5および2次光6の少なくとも一部が、第2波長変換体9によって波長変換された成分である。
出力光31aは、1−2次光5と2次光6と3次光10とからなる。
出力光31aは、平均演色評価数Raが80以上100以下であることが好ましい。発光装置21aの出力光31aの平均演色評価数Raが80以上100以下の範囲内にあると、照明光として好まれる光を放射する発光装置21aが得られる。発光装置21aの出力光31aの平均演色評価数Raを上記範囲内にする方法としては、放射源2として使用されるレーザ光源を選ぶ方法、第1波長変換体4に含まれる第1蛍光体41の種類および第2波長変換体9に含まれる第2蛍光体91の種類を選定する方法などが用いられる。
(変形例1)
次に、変形例1に係る発光装置21bの構成について図3を用いて説明する。なお、以下の説明では、発光装置21bの特徴となる構成で、上記実施の形態2における発光装置21aと異なる構成について説明する。その他の構成については、発光装置21aと同様である。
発光装置21bにおいては、具体的には、外部電源1及び放射源2は、光源部12に含まれ、光源部12の放射源2から放射される1−1次光3は、光導波路11を介して第1波長変換体4bに照射される。さらに、第1蛍光体41bは、第1封止材44によって封止され、第2蛍光体91bは、第2封止材92によって封止されている。
[光導波路]
本変形例では、光導波路11は、一端が光源部12と光学的に接続され、他端が発光部13と光学的に接続されており、光源部12で1−1次光3を第1波長変換体4bの近傍まで導波する。なお、光導波路11は、例えば、光ファイバ、または、シート状もしくは板状の光導波路によって構成されている。
[封止構造]
第1波長変換体4bは、第1蛍光体41bが第1封止材44によって封止されることにより形成され、第2波長変換体9bは、第2蛍光体91bが第2封止材92によって封止されることにより形成されている。第2波長変換体9bは、第1波長変換体4bの出射面43上に配置されている。
第1封止材44および第2封止材92の少なくとも一方は、樹脂材料であってもよい。樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン・エポキシのハイブリッド樹脂、ユリア樹脂などが挙げられる。このような構成にすることにより、第1波長変換体4b及び第2波長変換体9bは、多くの実用実績を持つオーソドックスな樹脂封止技術が利用された波長変換体になるので、設計が容易な発光装置21bが得られる。
第1封止材44および第2封止材92の少なくとも一方は、無機材料であってもよい。無機材料とは、有機材料以外の材料を意味し、セラミックスや金属を含む。なお、シロキサンの一部がアルキル基等の有機性官能基で置換された有機シロキサンも無機材料に含まれる。無機材料は、具体的には、例えば、金属酸化物、低融点ガラス、及び、超微粒子などである。蛍光体が無機封止された構造を持つ波長変換体は、封止樹脂等の有機材料を含む従来の波長変換体に比較して放熱性が高く、励起等に伴う蛍光体の温度上昇を抑制することができる。この結果、蛍光体の温度消光が抑制されて、出力光31bの高出力化が可能になる。
[発光部]
発光部13は、第1波長変換体4bと、第2波長変換体9bと、反射部材7と、カバー8と、出射光窓81とを備える。発光部13においては、カバー8と出射光窓81とに囲まれた閉空間内に第1波長変換体4bと第2波長変換体9bとが配置されている。また、発光部13は、拡散板または支持基板を有していてもよい。
発光部13は、例えば、光源もしくは照明システムなどの照明装置、または、プロジェクタなどの表示装置となり得る。
(その他)
以上、本発明に係る発光装置について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態及び変形例において、第1波長変換体4は、平板形状であったが、第1波長変換体4は、平板形状に限定されない。例えば、第1波長変換体4は、略立方体形状や略半球形状であってもよい。さらに、第1波長変換体4は、ガーネット結晶構造を有する単結晶蛍光体1つから構成され、少なくとも一つのファセット面を持つ単粒子の形状であってもよい。なお、「ファセット面」とは、原子的なスケールで見て平坦な結晶面をいう。
また、上記実施の形態及び変形例において、第1波長変換体4は反射部材7を備えていなくてもよい。
また、上記実施の形態及び変形例において、第2波長変換体9は、出射面43上に配置されなくてもよい。例えば、第2波長変換体9は、第1波長変換体4の内部に設けられてもよい。
例えば、上記実施の形態及び変形例において、放射源2として半導体レーザが例示されたが、放射源2は、半導体レーザには限定されない。例えば、YAGレーザ等の固体レーザ、色素レーザ等の液体レーザ、または、Arイオンレーザ、He−Cdレーザ、窒素レーザ、もしくはエキシマレーザ等の気体レーザを放射源2として用いることができる。さらに、上記の実施形態及び変形例においては、放射源2は単数のものを示したが、放射源2は複数でもよい。
その他、各実施の形態及び変形例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。
2 放射源
3 1−1次光
4、4b 第1波長変換体
5 1−2次光
6 2次光
7 反射部材
9、9b 第2波長変換体
10 3次光
21、21a、21b 発光装置
31、31a、31b 出力光
41、41b 第1蛍光体
42 入射面
43 出射面
91、91b 第2蛍光体

Claims (21)

  1. 1−1次光としてレーザ光を放射する放射源と、第1波長変換体とを備えて出力光を放つ発光装置であって、
    前記第1波長変換体は、少なくとも第1蛍光体を含み、
    前記第1波長変換体は、前記1−1次光の少なくとも一部を散乱し、前記1−1次光の光軸方向とは異なる方向に伝播する1−2次光に変換し、
    前記第1波長変換体に含まれる第1蛍光体は、前記1−1次光および前記1−2次光の少なくとも一部を吸収し、前記1−1次光または前記1−2次光の少なくとも一方の波長成分よりも長波長成分が多い2次光に変換し、
    前記出力光は、前記1−2次光と前記2次光とからなり、
    前記第1波長変換体は、前記1−1次光が入射する入射面と、前記出力光が出射する出射面をと有し、前記入射面の法線方向と、前記出射面の法線方向とは互いに異なり、
    前記第1蛍光体は、単結晶蛍光体であり、
    前記発光装置は、さらに、第2蛍光体を含む第2波長変換体を備え、
    前記第2波長変換体に含まれる第2蛍光体は、前記1−2次光および前記2次光の少なくとも一部を吸収し、3次光を放射し、
    前記出力光は、前記3次光を含み、
    前記第2波長変換体は、前記第1波長変換体の出射面上に複数に分離して配置される
    発光装置。
  2. 前記第1蛍光体は、ガーネットの結晶構造を有する
    請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記放射源は、前記1−1次光として青色系光を放ち、
    前記第1蛍光体は、Ce3+付活蛍光体である
    請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記第1蛍光体は、480nm以上600nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示すスペクトルを有する光を前記2次光として放つ
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記第2蛍光体は、480nm以上660nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示すスペクトルを有する光を前記3次光として放つ
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記第2蛍光体が放つ光のスペクトルは、前記第1蛍光体が放つ光のスペクトルとは異なる
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 前記第2蛍光体が放つ光のスペクトルの主成分は、前記第1蛍光体が放つ光のスペクトルの主成分よりも、長波長成分をより多く含んでいる
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光装置。
  8. 前記第1蛍光体が放つ光のスペクトルと、前記第2蛍光体が放つ光のスペクトルは同一である
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 前記第2蛍光体は、Ce3+付活蛍光体である
    請求項1〜8のいずれか一項に記載の発光装置。
  10. 前記第2蛍光体は、600nm以上660nm以下の波長領域内において最大ピーク強度を示すスペクトルを有する赤色系光を放つ窒化物蛍光体または酸窒化物蛍光体のいずれかである
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光装置。
  11. 前記第2蛍光体は、CaAlSiNと同じ結晶構造を持つ化合物である
    請求項10に記載の発光装置。
  12. 前記第1波長変換体は、前記第1蛍光体が透光性樹脂材料または透光性無機材料の少なくとも一方によって封止された構造をもつ
    請求項1〜11のいずれか一項に記載の発光装置。
  13. 前記第2波長変換体は、前記第2蛍光体が透光性樹脂材料または透光性無機材料の少なくとも一方によって封止された構造をもつ
    請求項〜12のいずれか一項に記載の発光装置。
  14. 前記出力光は、相関色温度が2000K以上20000K以下である
    請求項1〜13のいずれか一項に記載の発光装置。
  15. 前記出力光は、平均演色評価数Raが80以上100以下である
    請求項1〜14のいずれか一項に記載の発光装置。
  16. 前記第1波長変換体は、前記出射面以外の少なくとも一部に反射部材を備え、
    前記第1波長変換体の内部を伝播する前記1−1次光、前記1−2次光および前記2次光の少なくとも一部は、前記反射部材によって伝播方向が制御される
    請求項1〜15のいずれか一項に記載の発光装置。
  17. 前記1−1次光は、前記第1波長変換体の入射面に対して略垂直に入射する
    請求項1〜16のいずれか一項に記載の発光装置。
  18. 前記第1波長変換体は、平板形状である
    請求項1〜17のいずれか一項に記載の発光装置。
  19. 前記1−1次光は、前記第1波長変換体の厚み方向に対して略垂直方向に入射し、
    前記出力光は、前記第1波長変換体の厚み方向に対して略平行方向に出射する
    請求項18に記載の発光装置。
  20. 前記放射源から放射される前記1−1次光が光導波路を介して前記第1波長変換体に照射される
    請求項1〜19のいずれか一項に記載の発光装置。
  21. 前記第1蛍光体の特定の結晶面には、凹凸が設けられている
    請求項1〜20のいずれか一項に記載の発光装置。
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