WO2013081069A1 - 固体照明装置 - Google Patents

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WO2013081069A1
WO2013081069A1 PCT/JP2012/080980 JP2012080980W WO2013081069A1 WO 2013081069 A1 WO2013081069 A1 WO 2013081069A1 JP 2012080980 W JP2012080980 W JP 2012080980W WO 2013081069 A1 WO2013081069 A1 WO 2013081069A1
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light
light guide
laser
lighting device
unit
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PCT/JP2012/080980
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順一 木下
岬 上野
要二 川崎
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東芝ライテック株式会社
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/002—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
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    • G02B6/0028—Light guide, e.g. taper
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
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    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0031—Reflecting element, sheet or layer
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0066—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form characterised by the light source being coupled to the light guide
    • G02B6/0068—Arrangements of plural sources, e.g. multi-colour light sources

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a solid state lighting device.
  • White solid-state lighting (SSL: Solid-State Lighting) devices using solid-state light-emitting elements are mainly LEDs (Light Emitting Diodes).
  • the white light emitting part having a phosphor and the LED chip are often provided close to each other. For this reason, a substrate for heat dissipation and power supply of the LED chip is required.
  • the high-luminance LED has a chip size of 0.5 mm ⁇ 0.5 mm or more, a Lambert distribution, and a wide emission angle. For this reason, light tends to diverge and it is difficult to efficiently irradiate the phosphor layer.
  • High-brightness and high-intensity light sources are necessary for lighting devices such as liquid crystal projectors, stage lights, street lights, searchlights, and headlights.
  • lighting devices such as liquid crystal projectors, stage lights, street lights, searchlights, and headlights.
  • it is difficult to configure a light emitting unit that is small, light, and has a low calorific value with LEDs.
  • JP 2007-52957 A Japanese Patent No. 3434726
  • the solid state lighting device includes a light source unit, a light guide unit, and a light emitting unit.
  • the light source unit includes a semiconductor laser and a drive circuit that controls the semiconductor laser, and emits a plurality of laser beams in a blue-violet to blue wavelength range.
  • the light guide unit includes a plurality of waveguides that guide the plurality of laser beams.
  • the light emitting unit includes a heat conducting unit having a first surface, a wavelength conversion layer provided on a central portion of the first surface, an upper surface, a side surface, and a lower surface, and at least one of the lower surface. And an optical part abutting on the first surface.
  • the light emitting unit is arranged such that one end of the plurality of waveguides is disposed outside the central portion when viewed from above, and the plurality of laser beams incident on the optical unit from the one end are guided. After that, the wavelength conversion layer is irradiated. The wavelength-converted light emitted from the wavelength conversion layer that has absorbed the plurality of laser beams and the scattered light generated by converting the plurality of laser beams in the light-emitting unit are emitted from the upper surface of the optical unit. Is done.
  • FIG. 3A is a schematic perspective view of the light emitting unit of the first embodiment
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA
  • FIG. 3C is a first modification of the light emitting unit
  • FIG. 3D is a schematic cross-sectional view of a second modification of the light emitting section
  • FIG. 3E is a schematic perspective view of a third modification of the light emitting section.
  • FIG. 4A is a schematic perspective view of the solid-state lighting device according to the second embodiment, and FIG.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the light emitting unit along the line BB.
  • 5A is a schematic cross-sectional view of a first modification of the optical unit of the second embodiment
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of the second modification
  • FIG. 5C is a third modification.
  • It is a schematic diagram.
  • 6A is a schematic cross-sectional view of an optical unit having a hologram element
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view of a modified example thereof
  • FIG. 6C is a schematic cross-sectional view of a structure further including a lens.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view illustrating a method for forming a phosphor layer
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view illustrating a method for forming a phosphor layer
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of an application example to a back-side incident structure
  • FIG. It is a schematic cross section of an application example.
  • FIG. 8A is a schematic perspective view of a solid state lighting device according to the third embodiment
  • FIG. 8B is a schematic perspective view of a front cover portion
  • FIG. 8C is a solid state lighting device excluding the front cover portion. It is a model perspective view. It is a schematic cross section of the solid-state lighting device concerning 3rd Embodiment.
  • FIG. 10A is a schematic perspective view of a first modification of the first light guide
  • FIG. 10B is a schematic perspective view of a second modification.
  • 11A is a schematic perspective view of a modified example of the front cover, FIG.
  • FIG. 11B is a schematic perspective view of a second modified example of the first light guide
  • FIG. 11C is a schematic perspective view of the heat conducting portion.
  • Figure. It is a schematic cross section of the structure which provided the ferrule between the 2nd light guide and the opening part of a heat conductive part.
  • FIG. 13A is a ray tracing diagram of the solid-state lighting device according to the third embodiment
  • FIG. 13B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB.
  • It is a model perspective view which shows the beam spread of the laser beam from a semiconductor laser element.
  • FIG. 15A is a schematic cross-sectional view of a first modification of the third embodiment
  • FIG. 15B is a schematic diagram illustrating the optical axis.
  • FIG. 15A is a schematic cross-sectional view of a first modification of the third embodiment
  • FIG. 15B is a schematic diagram illustrating the optical axis.
  • FIG. 15A is a schematic cross-sectional view of
  • FIG. 16A is a schematic perspective view of a second modification of the third embodiment
  • FIG. 16B is a schematic perspective view of the front cover portion
  • FIG. 16C is a linear illumination excluding the front cover portion.
  • FIG. 17A is a schematic cross-sectional view of the solid state lighting device according to the fourth embodiment
  • FIG. 17B is a schematic cross-sectional view along the line BB
  • FIG. 18A is a schematic cross-sectional view of the solid state lighting device according to the fifth embodiment
  • FIG. 18B is a schematic cross-sectional view along the line BB.
  • FIG. 19A is a schematic perspective view of a solid state lighting device according to the sixth embodiment, FIG.
  • FIG. 19B is a schematic cross-sectional view taken along the line CC
  • FIG. 19C is a ray tracing diagram
  • 20A is a schematic perspective view of a horizontal one-dimensional collective solid-state lighting device
  • FIG. 20B is a schematic perspective view of a vertical one-dimensional collective solid-state lighting device
  • FIG. 20C is a two-dimensional collective solid-state lighting device. It is a model perspective view.
  • It is a schematic diagram which shows the structure of the projector which is an example of the application example of a solid-state lighting apparatus. It is a block diagram which shows the function of a projector.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating the configuration of the solid-state lighting device according to the first embodiment.
  • the solid state lighting device includes a light source unit 10, a light guide unit 20, and a light emitting unit 30.
  • the light source unit (light engine) 10 includes a semiconductor laser 11 and a drive circuit 12.
  • the semiconductor laser 11 is made of a nitride-based semiconductor material, and emits laser light in a blue-violet to blue wavelength range. If the solid state light emitting device is a semiconductor laser, it can be efficiently coupled to an optical fiber or the like with high brightness.
  • the light emitting point on the end face of the semiconductor laser chip has a size of 10 ⁇ m or less, and its radiation angle (beam divergence) is as narrow as about 25 ° ⁇ 40 °.
  • the drive circuit 12 supplies a predetermined voltage or current to the semiconductor laser 11. It is also possible to have a control circuit that provides a predetermined light output. Further, it can have a function of detecting the return light and stopping the driving of the semiconductor laser 11 when, for example, an abnormality is detected.
  • the light source unit 10 can have an optical fiber 14 for transmitting the laser light from the semiconductor laser 11 and an optical coupling unit 13 such as a lens for condensing the laser light on the end of the optical fiber 14. Furthermore, an optical sensor that detects the return light RL1 for detecting an abnormality of the emitted light can be provided.
  • Laser light includes multiple beams.
  • the plurality of beams may branch the output of one semiconductor laser, or may be independent beams. When a plurality of beams emitted from a plurality of semiconductor lasers 11 are used, a higher output can be obtained.
  • the light guide 20 can have a plurality of waveguides. Each waveguide transmits each of the plurality of laser beams G ⁇ b> 1 to the light emitting unit 30.
  • the light guide 20 can have a plurality of waveguides. Each waveguide transmits each of the plurality of laser beams G ⁇ b> 1 to the light emitting unit 30.
  • the light emitting unit 30 includes a heat conducting unit 34, a wavelength conversion layer 32, and an optical unit 39.
  • the wavelength conversion layer 32 is provided at the center of the first surface 34 a of the heat conducting unit 34.
  • the optical unit 39 is provided on the first surface 34a and the wavelength conversion layer 32, and has an upper surface, a side surface, and a lower surface.
  • One end of each of the plurality of waveguides is disposed outside the central portion as viewed from above.
  • Each of the plurality of laser beams G1 incident on the optical unit 39 from one end of each is guided and then irradiates the wavelength conversion layer 32.
  • the wavelength conversion light having a wavelength longer than the wavelength of the laser light is emitted from the wavelength conversion layer 32 that has absorbed a plurality of laser lights.
  • Mixed light of a plurality of laser beams and wavelength-converted light is emitted from the upper surface of the optical unit 39.
  • the waveguide includes an optical fiber and the light guide unit 20 is a multi-core optical fiber, but the present invention is not limited to this.
  • the laser light is incident from the back surface side, but the laser light may be incident from the side surface side of the optical unit 39.
  • the light guide unit 20 can further include a connector 26 on the light emitting unit 30 side, a connector 23 fitted to the connector 26, and a connector 22 fitted to the light source unit 10. If it does in this way, when the distance of the light emission part 30 and the light source part 10 changes, what is necessary is just to set it as the length of the optical fiber 24 according to this distance.
  • the waveguide has one end made of the first fiber ferrule 29, a second fiber ferrule 28, and an optical fiber 24. The first fiber ferrule 29 and the second fiber ferrule 28 are optically coupled.
  • the connector 26 has a plurality of openings 26a and a fitting portion 26b surrounded by the plurality of openings 26a. Second fiber ferrules 28 are respectively inserted into the openings 26a.
  • the plurality of second fiber ferrules 28 are arranged concentrically at equal intervals in the peripheral region of the connector 26.
  • the plurality of first fiber ferrules 29 are also arranged in a concentric circle at equal intervals. If each diameter of the first fiber ferrule 29 is larger than each diameter of the second fiber ferrule 28, the laser light is incident on the first fiber ferrule 29 with high efficiency.
  • the position of the first fiber ferrule 29 can be controlled with a stopper or the like.
  • a heat-resistant adhesive or laser welding can be used for the fixing.
  • the light emitting unit 30 includes a wavelength conversion light layer (phosphor layer) 32, a heat conducting unit 34, an optical unit 39, and a first solder layer (not shown).
  • the wavelength conversion layer 32 is provided at the center of the first surface 34 a of the heat conducting unit 34.
  • openings 34 c into which the first fiber ferrule 29 is inserted are arranged at equal intervals around the wavelength conversion layer 32. For example, when the laser light is in the wavelength range of blue to blue-violet light, yellow light can be obtained as wavelength converted light if the wavelength conversion layer 32 is made of a yellow phosphor. As a result, the mixed light can be made near white light.
  • the heat conducting part 34 is made of, for example, a metal having a high thermal conductivity. Further, the first surface 34a preferably has a reflectance as high as 80% or higher, preferably 90% or higher, at a blue light wavelength.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view illustrating the fitting between the first connector and the heat conducting unit.
  • a fitting portion 34d is provided on the second surface 34b side of the heat conducting portion 34 made of a metal having high heat conductivity.
  • the connector 26 has a convex fitting part 26b, and the heat conducting part 34 has a concave fitting part 34d. For this reason, it can be easily attached and detached between the connector 26 and the heat conducting portion 34c.
  • the unevenness of the fitting portion may be provided in reverse, not the unevenness but, for example, a spring may be used.
  • a wavelength conversion layer 32 made of a circular thin reflective material and YAG (Yttrium Aluminum Garnet) is formed at the center of the first surface 34a.
  • YAG Yttrium Aluminum Garnet
  • each of the first fiber ferrules 29 which are one end portions of the plurality of waveguides is disposed outside the high luminance white light emitting region, and the high luminance white light emitting layer is thermally conductive. It is characterized in that it is directly formed on the base material of the portion 34. That is, by arranging a large number of the first fiber ferrules 29 outside the wavelength conversion layer 32, it is possible to increase the amount of light emitted from one area.
  • the heat generation of the phosphor cannot be ignored as the brightness increases.
  • the wavelength conversion layer 32 cannot be efficiently irradiated with blue light.
  • an optical unit 39 is provided.
  • the optical unit 39 has a structure in which a slope of total reflection is formed on the side surface and further totally reflected on the upper surface to irradiate the wavelength conversion layer 32 with a plurality of blue laser beams. If the guided blue laser light is directly applied to the phosphor and transmitted, the converted white light returns to the light guiding direction, and the efficiency is lowered. That is, the wavelength-converted light and the blue scattered light have no directivity and are difficult to control so as not to return to the optical fiber. In consideration of realistic energy saving, at least the return light needs to be suppressed to 10% or less of the total white light.
  • the light guide unit 20 since the diameter is small, only part of the white light once diffused returns.
  • the high-intensity, high-intensity light source uses a plurality of optical fibers, the area obtained by multiplying the cross-sectional area of the optical fibers by the number becomes the incident area of the return light, and the proportion of the return light increases accordingly.
  • the optical fiber opening is disposed on the outer periphery of the diffuse white light emission at the center, the distance can be increased. If the distance is increased, the amount of incident light can be significantly reduced for diffused light.
  • blue laser light with high directivity is guided so as to irradiate the wavelength conversion layer 32 through a narrow waveguide, and once converted into white light, it is difficult to return to the waveguide. For this reason, in the first embodiment, white light extraction efficiency can be improved.
  • FIG. 3A is a schematic perspective view of the light-emitting portion
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view along the line AA
  • FIG. 3C is a schematic cross-sectional view of a first modification of the light-emitting portion
  • FIG. 3D is a schematic cross-sectional view of a second modification of the light emitting unit
  • FIG. 3E is a schematic perspective view of a third modification of the light emitting unit.
  • the optical unit 39 has an upper surface 39d, side surfaces, and a lower surface 39e. Further, the side surface includes an outer first inclined surface 39b and an inner second inclined surface 39c.
  • the first fiber ferrule 29 is inserted into an opening 34 c provided in the heat conducting unit 34.
  • the first inclined surface 39 b reflects the laser light g 1 emitted from the first fiber ferrule 29 and guides it toward the wavelength conversion layer 32.
  • the second inclined surface 39 guides the laser light reflected by the first inclined surface 39b and irradiates the wavelength conversion layer 32 efficiently.
  • the blue laser light irradiates the wavelength conversion layer 32 intensively through the gap 39a formed by the second inclined surface 39c.
  • the laser light incident on the light emitting unit 30 is reflected or diffused by the wavelength conversion layer 32 or converted into scattered light by repeated reflection in the optical unit 39.
  • the main parts of the blue-violet to blue scattered light and the wavelength converted light g2 such as yellow light are extracted from the upper surface 39d (GT).
  • the lower surface 39e of the optical part 39 and the first surface 34a of the heat conducting part 34 are bonded with solder or adhesive made of eutectic metal or the like in an inert gas atmosphere.
  • the layer 55 or the like can be used for contact. If it does in this way, the inside of the space
  • gap 39a is filled with an inert gas, and the wavelength conversion layer 32 can be airtightly sealed. This structure can prevent the wavelength conversion layer 32 from being deteriorated. That is, the light emitting unit 30 including the mechanical strength and having high reliability can be realized.
  • the wavelength conversion layer 32 can be formed by, for example, dispersing phosphor particles in a resin. *
  • the angle of the laser light incident from the lower surface 39 e side of the optical unit 39 can be changed abruptly first by the photonic crystal 80. Since the photonic crystal 80 is physically forbidden except for the waveguide, the optical path can be bent at an angle close to a right angle. For this reason, it is unnecessary to form the first slope 39b by polishing or the like.
  • the optical part 39 is not provided with a gap, has a high refractive index and has a core part 39f having a taper part near the center part, and a clad part 39h sandwiching the core part 39f from above and below. And can have.
  • a portion other than the core portion 39f may be a photonic crystal. The function of the tapered portion will be described in detail in the second embodiment.
  • the optical part 39 or the heat conducting part 34 may be polygonal. Even if the light emitting area is circular, if the optical part 39 and the base material have more flat parts, the processing of the parts themselves is easier and the cost can be reduced. Also, assembly is easy when combined with other parts. In this respect, the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 4A is a schematic perspective view of the solid-state lighting device according to the second embodiment
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the light emitting unit along the line BB.
  • the waveguide includes the optical fiber 24, and the light guide unit 20 includes a multi-core fiber bundle.
  • the laser beam g3 is introduced from one end of the waveguide to the side surface 49d of the optical unit 49.
  • the side incident structure is characterized in that the optical unit 49 can be easily designed and heat radiation from the wavelength conversion layer 32 is efficient. That is, in the backside incident structure of the first embodiment, since the direction in which the first fiber ferrule 29 extends and the direction in which the generated heat in the wavelength conversion layer 32 is discharged are the same, heat dissipation is reduced.
  • the optical part 49 has a structure in which a core part 49a having a high refractive index is sandwiched from above and below by a clad part 49b made of glass having a low refractive index. Therefore, highly directional laser light propagates through the core portion 49a and is not affected by scratches or dirt on the adhesive layer 55 made of solder material or the upper surface 49e of the optical portion 49. In addition, because of the planar structure, mass production and cost reduction are easy.
  • a tapered portion 49c is provided at the tip of the core portion 49a instead of the internal slope on the gap side.
  • the laser light is totally reflected and guided at the upper and lower refractive index interfaces, and is directed downward by the tapered portion 49c on the upper surface of the wavelength conversion layer 32, so that the wavelength conversion layer 32 is efficiently irradiated.
  • the distribution of irradiation can be controlled by the shape of the tapered portion 49c. Therefore, the brightness of the minute light emitting surface can be controlled. Since the difference in refractive index between the clad portion 49a and the core portion 49b may be relatively small, the light distribution of white light emission in the wavelength conversion layer 32 is hardly affected.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view of a first modification of the optical unit having a side-incident structure
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of the second modification
  • FIG. 5C is a schematic view of the third modification.
  • laser light may be incident on the inside of the optical unit 49 having the gap 49g.
  • the side surface and the outer periphery of the optical unit 49 and the first surface 34a of the heat conducting unit 34 can be bonded by an adhesive layer 55 made of an adhesive or the like.
  • the gap may not be provided, and the laser beam may be incident from the side surface of the core portion 49a having a higher refractive index than the cladding portion 49b.
  • the exit ends of the square glass ferrule 24f in which the four optical fibers 24 are integrated are each obliquely polished. Laser light bent at the slope of the square glass ferrule 24 f is incident on the side surface of the optical unit 49. For this reason, the number of components is reduced and the structure becomes simple.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of an optical unit having a hologram element
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view of a modification thereof
  • FIG. 6C is a schematic cross-sectional view of a structure further including a lens.
  • the hologram element 82 having a minute pattern is provided on the lower surface of the core portion 39f of the optical portion 39, the irradiation to the wavelength conversion layer 32 can be controlled with high accuracy.
  • a hologram element 82 may be provided inside the core portion 39f. That is, since the incident light is laser light, the minute pattern can be a diffraction grating designed based on wave optics. Further, as shown in FIG. 6C, if a lens 88 is provided on the optical unit 39, the light distribution characteristic can be controlled.
  • the lens 88 can be, for example, a concave surface, a convex surface, or an aspherical surface. In addition, although this figure represents the back surface incident structure, a side surface incident structure may be sufficient.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the structure of the wavelength conversion layer
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of an application example to the back-side incident structure
  • FIG. 7C is an application to the side-surface incident structure. It is a schematic cross section of an example.
  • the wavelength conversion layer 32 made of a phosphor layer has been shown as being applied to the first surface 34a of the heat conducting portion 34.
  • the wavelength conversion layer 32 is modified as follows. You can also For example, as shown in FIG. 7A, it can be provided on the first surface of the reflecting member 84 made of a white ceramic plate or a silver thin plate.
  • the second surface of the reflecting member and the first surface 34 a of the heat conducting unit 34 can be bonded by the adhesive layer 56. If it does in this way, an assembly process will become easy. In addition, since the wavelength conversion characteristics can be evaluated in advance, chromaticity adjustment is facilitated, and the yield can be increased.
  • the optical unit 39 is provided so as to surround the wavelength conversion layer 32.
  • FIG. 7C shows a side incident structure. With such a structure, the manufacturing process is simplified and mass productivity can be improved.
  • FIG. 8A is a schematic perspective view of a solid state lighting device according to the third embodiment
  • FIG. 8B is a schematic perspective view of a front cover portion
  • FIG. 8C is a solid state lighting device excluding the front cover portion. It is a model perspective view.
  • the linear solid-state lighting device 5 includes a semiconductor laser 11 as a first light source, a first light guide 38, a second light guide 27, a heat conducting unit 50, a front cover 70, Have
  • the semiconductor laser 11 can emit laser light 11a in the ultraviolet to visible light wavelength range. If the semiconductor is a nitride material, it emits laser light in the ultraviolet to green wavelength range. When the semiconductor is made of a material such as InGaAlP or AlGaAs, laser light in the green to red wavelength range is emitted.
  • the first laser light 11 a is guided through the second light guide 27 and then enters the first light guide 38.
  • the first laser light 11 a incident on the first light guide 38 is guided upward in the first light guide 38 and upward from the exit surface 38 c exposed at the opening provided in the front cover 70. Released (emitted light G). If a phosphor layer is provided between the first light guide 38 and the heat conducting unit 50, the scattered light of the first laser light 11a and the wavelength converted light from the phosphor layer 40 are generated.
  • the emitted light G can be mixed light such as white light.
  • the width W may be 5 to 20 mm
  • the height T may be 5 to 20 mm
  • the length L may be 20 to 100 mm, and the like.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a solid-state lighting device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view along the line AA in FIG.
  • the 2nd light guide 27 has the 1st end surface 27a and the 2nd end surface 27b provided in the opposite side to the 1st end surface 27a.
  • the first laser beam 11a introduced from the first end face 27a is guided and emitted from the second end face 27b.
  • the second light guide 27 can be, for example, a thin glass rod or an optical fiber.
  • the first light guide 38 has a bottom surface 38a, an emission surface 38c provided on the opposite side of the bottom surface 38a, and a first inclined surface 38d that forms an acute angle ⁇ with the bottom surface 38a.
  • the bottom surface 38 c of the first light guide 38 includes a first incident region 38 b connected to the second end surface 27 b of the second light guide 27.
  • the first laser light 11a incident on the first light guide 38 is emitted as scattered light upward from the emission surface 38c while being guided (emitted light G).
  • the 1st light guide 38 shall consist of transparent resin or glass, for example.
  • the heat conduction part 50 is provided with a first opening 50b that reaches the first surface 50a.
  • the first light guide 38 is disposed on the first surface 50a side, and the second light guide 27 is provided in the first opening 50b.
  • the front cover 70 can be disposed on the outer peripheral region of the first surface 50a of the heat conducting unit 50, for example. Since the beam spread of the first laser beam 11a incident from the semiconductor laser 11 as the first light source is small, the cross-sectional area S2 of the second light guide 27 perpendicular to the light guide direction 24 is the light guide direction. 34 may be smaller than the cross-sectional area S ⁇ b> 1 of the first light guide 38 that is orthogonal to 34.
  • the heat conducting unit 50 is a heat conducting material made of a metal, ceramic such as AlN, etc.
  • the 1st surface 50a of the heat conductive part 50 contains a metal, a light reflectivity can be raised.
  • the scattered light and wavelength-converted light of the first laser light 11a that has passed through the phosphor layer 40 are reflected upward, and the light extraction efficiency can be increased.
  • a groove or a recess for accommodating the first light guide 38 may be provided on the first surface 50 a of the heat conducting unit 50.
  • the angle ⁇ formed by the bottom surface 38a and the first inclined surface 38d is appropriately selected to thereby select the first light guide 27.
  • the amount of total reflection on the inclined surface 38d can be increased.
  • the first light guide 38 and the second light guide 27 may have an integral structure made of the same material.
  • first laser beam 11a is totally reflected at the interface between the first light guide 38 and the outside, so that the phosphor layer 40 can be irradiated with the first laser beam 11a more uniformly. it can.
  • the first laser beam 11a is reflected by the first inclined surface 38d, the bottom surface 38a, the emission surface 38c, the end surface 38e, the surface 50a of the heat conducting unit 50, and the like of the first light guide 38.
  • the end surface 38e and the side surfaces 38f, 38h are desirably inclined surfaces that form an acute angle with respect to the bottom surface 38a so that the first laser beam 11a is reflected by the bottom surface 38a. In this way, the wavelength conversion efficiency can be increased by irradiating the phosphor layer 40 with a smaller number of reflections.
  • the cross section of the first inclined surface 38d along the line AA may be curved. The propagation of the first laser beam 11a in the second light guide 27 will be described in detail later.
  • FIG. 10A is a schematic perspective view of a first modification of the first light guide
  • FIG. 10B is a schematic perspective view of a second modification.
  • the cross-sectional shape of the first light guide 38 is not limited to a rectangle, and may be a circle, an ellipse, a trapezoid, or the like.
  • the exit surface 38c has a collective lens shape with controllable light distribution characteristics.
  • a part of the side surfaces 38f and 38h on both sides of the emission surface 38c may be inclined.
  • FIG. 11A is a schematic perspective view of a modified example of the front cover
  • FIG. 11B is a schematic perspective view of a second modified example of the first light guide
  • FIG. 11C is a schematic perspective view of the heat conducting portion.
  • the front cover 70 may be provided so as to cover the side surface of the first light guide 38 and the side surface of the heat conducting unit 50.
  • the inner width W70 of the front cover 70 is equal to or slightly wider than the width W38 of the first light guide 38, and is equal to or slightly wider than the width W50 of the heat conducting unit 50.
  • a fixing structure such as fitting or screwing is provided between the front cover 70 and the heat conducting unit 50.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a structure in which a ferrule is provided between the second light guide and the opening of the heat conducting unit.
  • the second light guide 27 When the second light guide 27 is connected to the bottom surface 38 a of the first light guide 38 by contact and welding, the second light guide 27 can be optically coupled to the first light guide 38. Alternatively, optical coupling is possible even if a lens or index matching oil is used between the second light guide 27 and the first light guide 38.
  • the fiber ferrule 29 in which the second light guide 27 is inserted is inserted into the first opening 50b, and the fiber ferrule 29 and the heat conducting unit 50 are press-fitted. Alternatively, it may be fixed by adhesion or welding.
  • the second light guide 27 and the bottom surface 38a of the first light guide 38 are “photocoupled” when the laser light emitted from the second light guide 27 is the first light guide. It means that the light enters the bottom surface 38a.
  • FIG. 13A is an optical path in the illumination apparatus according to the third embodiment
  • FIG. 13B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB.
  • FIG. 13A shows the optical path of the first laser beam 11a by the ray tracing method of the illumination apparatus according to the third embodiment shown in FIG.
  • the first laser beam 11a incident on the first light guide 38 and reflected by the first inclined surface 38d directly irradiates the phosphor layer 40 or is emitted to the emission surface 38c adjacent to the first inclined surface 38d. After the total reflection, the phosphor layer 40 is irradiated.
  • most of the emitted wavelength converted light propagates while spreading from the surface of the phosphor layer 40 and is emitted to the outside from the emission surface 38c.
  • the first laser beam 11a and the first wavelength that does not reach the wavelength-converted light due to the irradiation to the phosphor layer 40 are obtained.
  • the laser beam 11a can be reflected in the direction of the phosphor layer 40. As a result, more wavelength-converted light is finally generated and emitted from the exit surface 30c.
  • the first laser light 11 a that propagates while spreading along the light guide direction 34 is reflected by the side surfaces 30 f and 30 h of the first light guide 30, and the phosphor layer 40. (Light g1).
  • the wavelength-converted light generated by the light g1 is emitted from the emission surface 30c while spreading upward.
  • the scattered light of the laser light 11a that has not been wavelength-converted is emitted from the upper emission surface 38c. In this manner, the emission light G in which the scattered light of the first laser light 11a and the wavelength-converted light are mixed is emitted from the emission surface 38c.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing the spread of laser light from a semiconductor laser.
  • the size of the light emitting point of the first laser beam 11a is, for example, 1 ⁇ m or less in the thickness direction of the light emitting layer and about 10 ⁇ m in the horizontal direction of the light emitting layer, and is smaller than the LED.
  • the full width at half maximum ⁇ v in the vertical direction with respect to the light emitting layer of the semiconductor laser is in the range of 30 to 40 degrees
  • the full width at half maximum ⁇ h in the horizontal direction is 10 to 25 degrees, and has sharp directivity.
  • the first laser light 11a propagating in the second light guide 27 along the light guide direction 24 is the second end face 27b on the opposite side of the first end face 27a, or the first light guide. From the welded portion of the body 38 and the second light guide 27, the light enters the first light guide 38 through the incident region 38b.
  • the second end face 27b of the second light guide 27 or the first light guide 37 and the second light guide The optical axis 21 of the first laser light 11a emitted from the welded portion of the light guide 27 to the first light guide 38 is such that the optical axis 21 passing through the center O1 of the second light guide 27 is the first.
  • reflection occurs at the first inclined surface 38d.
  • the light incident on the first inclined surface 38 d at an angle larger than the critical angle is totally reflected and propagates in the first light guide 38.
  • the cross-sectional shape of the second light guide 27 is not limited to a circle but may be an ellipse or a rectangle. Further, when the second light guide 27 is an optical fiber, the shape is flexible, so that the light source can be easily arranged.
  • ⁇ Smoothness is generated on the exit surface of the lighting device in which a large number of LEDs are arranged.
  • continuous and natural white light emission can be realized.
  • FIG. 15A is a schematic cross-sectional view of a first modification of the third embodiment
  • FIG. 15B is a schematic diagram illustrating the optical axis.
  • the second light guide 27 may form an intersection angle ⁇ (where 0 ⁇ ⁇ 90 °) with respect to the bottom surface 38 a of the first light guide 38.
  • intersection angle ⁇ is close to the inclination angle ⁇ of the first inclined surface 38d, total reflection is likely to occur, and light that escapes from the first inclined surface 38d to the outside can be reduced.
  • the optical axis of the first laser beam 11a passes through the center O2 of the second end face 27b and is refracted according to Snell's law with respect to the light guide direction 24.
  • the optical axis 21a is on the extension of the light guide direction 24.
  • the optical axis 21b is refracted as shown in FIG.
  • the optical axis 21c is refracted as shown in FIG.
  • FIG. 16A is a schematic perspective view of a second modification of the third embodiment
  • FIG. 16B is a schematic perspective view of the front cover portion
  • FIG. 16C is a solid state lighting device excluding the front cover portion. It is a model perspective view.
  • the first opening provided in the heat conducting unit 50 may not be a hole that vertically penetrates the heat conducting unit 50.
  • the first opening is a groove 50 c provided on the side surface of the heat conducting unit 50. Providing the groove 50c makes it easy to connect the second end face 27b of the second light guide 27 and the incident region 38b of the first light guide 38 by welding or the like. Alternatively, it is easy to dispose on the upper surface 50a of the heat conducting part 50 after welding.
  • FIG. 17A is a schematic cross-sectional view of the solid state lighting device according to the fourth embodiment
  • FIG. 17B is a schematic cross-sectional view along the line BB.
  • a light scattering layer 42 in which a light scattering material is mixed with a liquid transparent resin and cured can be used.
  • the light propagated in the light guide direction DG enters the light scattering layer 42, and the light scattered by the light scattering layer 42 is emitted upward.
  • a part of the light reflected by the first surface 50 a of the heat conducting unit 50 is further reflected by the reflective layer 60 and emitted to the outside or can enter the phosphor layer 40.
  • the light g5 reflected by the side surface 38f of the first light guide 38 in the first laser light 11a enters the light scattering layer 42 as shown in FIG.
  • the light diffused by the light scattering layer 42 is emitted upward.
  • the light g6 reflected by the side surface 38f is reflected by the first surface 50a of the heat conducting unit 50 and emitted from the emission surface 38c (emitted light G).
  • FIG. 18A is a schematic cross-sectional view of the solid state lighting device according to the fifth embodiment
  • FIG. 18B is a schematic cross-sectional view along the line BB.
  • the phosphor layer is not provided between the bottom surface 38a of the first light guide 38 and the heat conducting unit 50, and is provided on at least one of the bottom surface 38a, the emission surface 38c, the end surface 38e, and the side surfaces 38f and 38h.
  • the light scattering layer By providing the light scattering layer, light obtained by converting the first laser light 11a into scattered light is emitted from the emission surface 38c.
  • high brightness light in the green to red wavelength range corresponding to the incident first laser light 11a can be emitted with a simple structure.
  • FIG. 19A is a schematic perspective view of a solid state lighting device according to the sixth embodiment
  • FIG. 19B is a schematic cross-sectional view along the line CC
  • FIG. 19C is a ray tracing diagram.
  • the second laser light 11b emitted from the semiconductor laser 11 as the second light source is guided along the light guide direction DG, and the vertical direction of the bottom surface 38a of the first light guide 38 is used.
  • first light guide 38 has a first inclined surface 38d and a second inclined surface 38k that are symmetrical.
  • the heat conducting unit 50 has a first opening 50b and a second opening 50d at positions that are substantially symmetrical.
  • the luminance distribution can be made flatter. If the first laser beam 11a and the second laser beam 11b have substantially the same characteristics, the luminance distribution along the emission surface 38c can be easily made symmetrical. In this case, the laser light from one light source may be divided into first and second laser lights.
  • FIG. 20A is a schematic perspective view of a horizontal one-dimensional collective solid-state lighting device
  • FIG. 20B is a schematic perspective view of a vertical one-dimensional collective solid-state lighting device
  • FIG. 20C is a two-dimensional collective solid-state lighting device. It is a model perspective view.
  • FIG. 20A shows a one-dimensional assembly solid-state lighting device in which two solid-state lighting devices 5 are arranged in the light guide direction.
  • FIG. 20B shows a one-dimensional assembly solid-state lighting device in which four solid-state lighting devices 6 are arranged in a direction substantially orthogonal to the light guide direction.
  • FIG. 13C shows a two-dimensional collective solid state lighting device in which the solid state lighting devices 6 are arranged so as to be 2 ⁇ 2.
  • the plurality of solid state lighting devices 6 can emit light simultaneously or individually.
  • an inclined surface having the same inclination as the inclination (angle ⁇ ) of the first inclined surface 38 d can be provided inside the front cover 70.
  • a slight gap can be provided between the first opening 50 b and the second light guide 27.
  • linear illumination device that is easy to control the light distribution characteristics, increase the brightness, reduce the thermal resistance, and reduce the size and weight.
  • These linear illumination devices may have a length L shorter than that of a linear illumination device for a copying machine. Further, since the laser beam can be introduced from the bottom surface side, the array arrangement is easy.
  • lighting devices such as LEDs, halogen light bulbs, high intensity light sources such as HID (High Intensity Discharge), and lighting devices such as projectors have large housings due to the heat generated by the light sources.
  • the projector includes a cooling fan and the like, and optical components such as a liquid crystal and a lens, a circuit, and the like are integrally incorporated in the housing. It is also necessary to take measures against heat dissipation from these expensive parts.
  • the exhaust heat from the cooling fan is uncomfortable and the fan noise is loud.
  • the solid-state lighting devices of the first to sixth embodiments can emit a light beam exceeding 1000 lumens with a diameter on the order of millimeters, thereby realizing a high-intensity, high-intensity white light source.
  • the heat generating region in the light emitting unit 30 is only the wavelength conversion layer 32 which is a phosphor layer, and a small and lightweight white light emitting region can be realized.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a configuration of a projector that is an example of an application example of the solid-state lighting device.
  • the semiconductor laser generating a large amount of heat and the drive circuit are housed in the light source unit 10.
  • the light emitting unit 30 connected to the light source unit 10 by the light guide unit 27 such as the optical fiber 24 can be small in size, light in weight, and low in heat generation, despite being capable of emitting a large amount of light and high luminance. If the light source unit 10 is installed, for example, under a desk or the like, the desk is widened, and exhaust heat and noise caused by a cooling fan can be suppressed.
  • the projection unit 60 that projects an image on the screen 64 is provided with a shutter made of a liquid crystal device, a digital mirror device, or the like in front of the light emitting unit. Since the liquid crystal device has low power consumption, it generates little heat.
  • the optical fiber 24 may be provided with a connector for optical signal transmission. Of course, an electrical signal transmission connector can also be provided. When the optical fiber bundle is passed through the free pipe so that the light emitting unit 30 can freely adjust the neck angle, the irradiation position can be adjusted with one touch.
  • FIG. 22 is a block diagram illustrating functions of the projector.
  • the projector includes a projection unit 60, the solid-state lighting device 5, a sweep signal drive unit 71, a return light sensor unit 73, and a video signal drive unit 72.
  • the projection unit 60 includes an image unit 63, a sweep optical unit 61, and an external signal sensor unit 62.
  • the video unit 63 may have a liquid crystal shutter or a digital mirror device.
  • the laser beam G 1 emitted from the light source unit 10 propagates through the light guide unit 20 and enters the light emitting unit 30.
  • the white light WL emitted from the light emitting unit 30 acts as a backlight for the video unit 63.
  • the light source unit 10 can transmit the laser light G ⁇ b> 2 to the sweep optical unit 61.
  • the return light RL1 from the optical unit 30 passes through the light guide unit 20 and enters the return light sensor unit 73.
  • the return light RL1 includes laser light and wavelength converted light reflected by the light emitting unit 30.
  • the return light sensor unit 73 may detect this decrease and stop driving the semiconductor laser in the light source unit 10. it can. That is, since the solid-state lighting device 5 has a self-diagnosis function for detecting that the emitted light is in the abnormal mode, it is possible to prevent the blue light and the like from being excessively emitted and to ensure safety.
  • the video signal 63 is input to the video unit 63 from the video signal driving unit 72 and projected onto the screen 64.
  • the sweep optical unit 61 receives the sweep signal S2 from the sweep signal driving unit 71.
  • the signal transmission system is only light
  • the solid state lighting devices according to the first to sixth embodiments are small in size, light in weight, low in heat generation, and easy to improve reliability.
  • the illumination system that guides the laser beam to the light emitting part of the illumination with an optical fiber cable and unlike the illumination system using LEDs, filament light bulbs, HID lamps, etc., it is necessary to perform electrical wiring near the light emitting part of the illumination. Disappear.
  • stage lighting can be used for projection and spot lighting. In this case, the color and brightness of the local part of the minute light emitting part can be adjusted, and although the resolution is low, a great effect can be obtained as an effect.
  • both functions can be realized by using one small head. This can greatly change the concept of the stage and studio, and the effect is great.
  • the external signal light sensor unit 62 detects an external light signal such as infrared rays
  • the signal RL2 such as infrared rays and electricity is transmitted to the light source unit 10 and the semiconductor laser 11 can be controlled to be turned on or off.
  • Such a solid state lighting device can be used as illumination for explosion-proof equipment, crime prevention lighting capable of image recording, and the like.

Landscapes

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Abstract

　固体照明装置は、光源部と、導光部と、発光部と、を有する。光源部は、半導体レーザーと、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。導光部は、複数のレーザー光をそれぞれ導光する複数の導波路を有する。発光部は、第１の面を有する熱伝導部と、第１の面の中央部の上に設けられた波長変換層と、上面と側面と下面とを有し、下面の少なくとも一部が第１の面に当接する光学部と、を有する。発光部は、複数の導波路の一方の端部は上方からみて中央部の外側にそれぞれ配置され、一方の端部から光学部にそれぞれ入射した複数のレーザー光は導光されたのち波長変換層を照射する。複数のレーザー光を吸収した波長変換層から放出された波長変換光と、複数のレーザー光が発光部内で変換されて生じた散乱光と、は、光学部の上面から放出される。

Description

固体照明装置
　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、舞台照明、街路灯、サーチライト、ヘッドライト、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 特許第３４３４７２６号公報
　小型、軽量、低発熱であり、信頼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、導光部と、発光部と、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。前記導光部は、前記複数のレーザー光をそれぞれ導光する複数の導波路を有する。前記発光部は、第１の面を有する熱伝導部と、前記第１の面の中央部の上に設けられた波長変換層と、上面と側面と下面とを有し、前記下面の少なくとも一部が前記第１の面に当接する光学部と、を有する。前記発光部は、前記複数の導波路の一方の端部は上方からみて前記中央部の外側にそれぞれ配置され、前記一方の端部から前記光学部にそれぞれ入射した前記複数のレーザー光は導光されたのち前記波長変換層を照射する。前記複数のレーザー光を吸収した前記波長変換層から放出された波長変換光と、前記複数のレーザー光が前記発光部内で変換されて生じた散乱光と、は、前記光学部の前記上面から放出される。
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。 コネクタと熱伝導部との嵌合を説明する模式斜視図である。 図３（ａ）は第１の実施形態の発光部の模式斜視図、図３（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、図３（ｃ）は発光部の第１変形例の模式断面図、図３（ｄ）は発光部の第２変形例の模式断面図、図３（ｅ）は発光部の第３変形例の模式斜視図、である。 図４（ａ）は第２の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図４（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った発光部近傍の模式断面図、である。 図５（ａ）は第２に実施形態の光学部の第１変形例の模式断面図、図５（ｂ）は第２変形例の模式断面図、図５（ｃ）は第３変形例の模式図、である。 図６（ａ）はホログラム素子を有する光学部の模式断面図、図６（ｂ）はその変形例の模式断面図、図６（ｃ）はレンズさらに有する構造の模式断面図、である。 図７（ａ）は蛍光体層を形成する一方法を説明する模式断面図、図７（ｂ）は裏面入射構造への応用例の模式断面図、図７（ｃ）は側面入射構造への応用例の模式断面図、である。 図８（ａ）は第３の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図８（ｂ）はフロントカバー部の模式斜視図、図８（ｃ）はフロントカバー部を除いた固体照明装置の模式斜視図、である。 第３の実施形態にかかる固体照明装置の模式断面図である。 図１０（ａ）は第１の導光体の第１変形例の模式斜視図、図１０（ｂ）は第２変形例の模式斜視図、である。 図１１（ａ）はフロントカバーの変形例の模式斜視図、図１１（ｂ）は第１の導光体の第２変形例の模式斜視図、図１１（ｃ）は熱伝導部の模式斜視図、である。 第２の導光体と熱伝導部の開口部との間にフェルールを設けた構造の模式断面図である。 図１３（ａ）は第３の実施形態にかかる固体照明装置の光線追跡図、図１３（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った模式断面図、である。 半導体レーザー素子からのレーザー光のビーム広がりを示す模式斜視図である。 図１５（ａ）は第３の実施形態の第１変形例の模式断面図、図１５（ｂ）は光軸を説明する模式図、である。 図１６（ａ）は第３の実施形態の第２変形例の模式斜視図、図１６（ｂ）はフロントカバー部の模式斜視図、図１６（ｃ）はフロントカバー部を除いた線状照明装置の模式斜視図、である。 図１７（ａ）は第４の実施形態にかかる固体照明装置の模式断面図、図１７（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った模式断面図、である。 図１８（ａ）は第５の実施形態にかかる固体照明装置の模式断面図、図１８（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った模式断面図、である。 図１９（ａ）は第６の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図１９（ｂ）はＣ－Ｃ線に沿った模式断面図、図１９（ｃ）は光線追跡図である。 図２０（ａ）は横方向１次元集合固体照明装置の模式斜視図、図２０（ｂ）は縦方向１次元集合固体照明装置の模式斜視図、図２０（ｃ）は２次元集合固体照明装置の模式斜視図、である。 固体照明装置の応用例の一例であるプロジェクタの構成を示す模式図である。 プロジェクタの機能を示すブロック図である。
　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、導光部２０と、発光部３０と、を有している。
　光源部（ライトエンジン）１０は、半導体レーザー１１と、駆動回路１２と、を有する。半導体レーザー１１は、窒化物系半導体材料からなり、青紫色～青色の波長範囲のレーザー光を放出する。固体発光素子を半導体レーザーとすると、光ファイバーなどに高輝度で効率良く結合させることができる。半導体レーザー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に所定の電圧または電流を供給する。また、所定の光出力となるような制御回路を有することもできる。さらに、戻り光を検出し、たとえば、異常を検出した場合に半導体レーザー１１の駆動を停止する機能を有することもできる。
　また、光源部１０は、半導体レーザー１１からのレーザー光を、伝送する光ファイバー１４と、レーザー光を光ファイバー１４の端部に集光するためのレンズなどの光結合部１３を有することができる。さらに、放出光の異常検出のための戻り光ＲＬ１を検出する光センサーを有することができる。
　レーザー光は、複数のビームを含む。複数のビームは、１つの半導体レーザーの出力を分岐してもよいし、独立のビームでもよい。複数の半導体レーザー１１から放出される複数のビームを用いると、より高い出力とすることができる。
　導光部２０は、複数の導波路を有することができる。それぞれの導波路は、複数のレーザー光Ｇ１のうちのそれぞれを発光部３０へ伝送する。
　導光部２０は、複数の導波路を有することができる。それぞれの導波路は、複数のレーザー光Ｇ１のうちのそれぞれを発光部３０へ伝送する。
　発光部３０は、熱伝導部３４と、波長変換層３２と、光学部３９と、を有する。波長変換層３２は、熱伝導部３４の第１の面３４ａの中央部に設けられる。光学部３９は、第１の面３４ａおよび波長変換層３２の上に設けられ、上面と側面と下面とを有する。複数の導波路のそれぞれの一方の端部は、上方からみて中央部の外側に配置される。また、それぞれの一方の端部から光学部３９に入射した複数のレーザー光Ｇ１のそれぞれは導光されたのち波長変換層３２を照射する。
　レーザー光の波長よりも長い波長を有する波長変換光は、複数のレーザー光を吸収した波長変換層３２から放出される。複数のレーザー光と、波長変換光と、の混合光は、光学部３９の上面から放出される。
　なお、図１に示す第１の実施形態では、導波路が光ファイバーを含むものとし、導光部２０が多芯光ファイバーであるものとするが本発明はこれに限定されない。また、図１では裏面側から入射するものとするが、レーザー光は光学部３９の側面側から入射してもよい。
　また、導光部２０は、発光部３０の側のコネクタ２６と、コネクタ２６と嵌合されるコネクタ２３と、光源部１０と嵌合されるコネクタ２２と、をさらに有することができる。このようにすると、発光部３０と光源部１０との距離が変わった場合、この距離に応じた光ファイバー２４の長さとすればよい。導波路は、第１のファイバーフェルール２９からなる一方の端部と、第２のファイバーフェルール２８と、光ファイバー２４と、を有する。第１のファイバーフェルール２９と第２のファイバーフェルール２８とは光結合する。
　コネクタ２６は、複数の開口部２６ａと、複数の開口部２６ａに囲まれた嵌合部２６ｂと、を有する。開口部２６ａには、第２のファイバーフェルール２８がそれぞれ挿入されている。
　複数の第２のファイバーフェルール２８は、コネクタ２６の周辺領域に同心円状に等間隔で配置される。また、複数の第１のファイバーフェルール２９も同心円状に等間隔で配置される。第１のファイバーフェルール２９のそれぞれの直径を第２のファイバーフェルール２８のそれぞれの直径よりも大きくするとレーザー光は第１のファイバーフェルール２９に高い効率で入射する。なお、第１のファイバーフェルール２９の位置は、ストッパなどで制御可能である。その固定には、耐熱性接着剤やレーザー溶接などを用いることができる。
　発光部３０は、波長変換光層（蛍光体層）３２と、熱伝導部３４と、光学部３９と、第１の半田層（図示せず）を有する。波長変換層３２は、熱伝導部３４の第１の面３４ａの中央部に設けられる。また、第１のファイバーフェルール２９が挿入される開口部３４ｃが、波長変換層３２の周囲に等間隔で配置される。たとえば、レーザー光が、青～青紫光の波長範囲である場合、波長変換層３２を黄色蛍光体からなるものとすると、波長変換光として黄色光を得ることができる。この結果、混合光を白色光近傍とすることができる。
　熱伝導部３４は、たとえば、高熱伝導率を有する金属などからなる。また、その第１の面３４ａは、青色光波長において、反射率が８０％以上、好ましくは９０％以上と高いことが好ましい。
　図２は、第１のコネクタと熱伝導部との嵌合を説明する模式斜視図である。
　熱伝導率が高い金属などからなる熱伝導部３４の第２の面３４ｂの側には、嵌合部３４ｄが設けられる。本図では、コネクタ２６が、凸状の嵌合部２６ｂを有しており、熱伝導部３４は凹状の嵌合部３４ｄを有している。このため、コネクタ２６と、熱伝導部３４ｃと、の間で容易に着脱可能である。嵌合部の凹凸は逆に設けられてもよく、凹凸ではなく、たとえば、バネを用いてもよい。
　第１の面３４ａの中央部には、円形の薄い反射材料とＹＡＧ（Yttrium　Aluminum　Garnet)などからなる波長変換層３２が形成されている。第１のファイバーフェルール２９から出射するレーザー光Ｇ１をこの波長変換層３２に照射すると、高輝度白色発光層として作用する。
　第１の実施形態では、複数の導波路の一方の端部である第１のファイバーフェルール２９のそれぞれが、高輝度白色発光領域の外側に配置されることと、高輝度白色発光層が熱伝導部３４の母材に直接形成されることと、が特徴である。すなわち、第１のファイバーフェルール２９を波長変換層３２の外側に多数配置することで、一領域発光の大光量化が図れる。
　また、蛍光体の発熱は高輝度化に伴い無視できなくなる。発熱量を低減するには、薄い蛍光体層を高熱伝導性母材に直接形成する必要がある。ところが、蛍光体の発光方向と、ファイバーフェルールからの出力方向と、が同じなので、青色光を波長変換層３２に効率よく照射できない。このため、光学部３９を設ける。
　光学部３９は、側面に全反射の斜面を形成し、さらに上面で全反射させて、波長変換層３２に複数の青色レーザー光を集中照射する構造を有する。もし、導光した青色レーザー光を直接蛍光体に当てて透過させると、せっかく変換した白色光が導光方向に戻ってしまい、効率が低下する。すなわち、波長変換光と青色散乱光とは、指向性がないので、光ファイバーに戻らないように制御することが難しいからである。現実的な省エネルギーを考慮すると、少なくとも、戻り光を全白色光の１０％以下に抑える必要がある。
　また、導光部２０に光ファイバーを用いると、その直径が小さいので、いったん拡散された白色光のほんの一部しか戻らない。ただし、高輝度大光量光源では、複数の光ファイバーを使うので、光ファイバーの断面積に本数を乗じた面積が戻り光の入光面積になり、その分、戻り光の割合が増える。それでもしかし、中央での拡散白色発光に対して、その外周に光ファイバー開口を配置するので、距離を離すことができる。距離が離れれば、拡散光に対しては、入射光量は大幅に低減できる。すなわち、指向性の高い青色レーザー光は、狭い導波路で波長変換層３２を照射するように導光し、いったん、白色光に変換されれば、導波路には戻りにくい。このため、第１の実施形態では、白色光の取り出し効率を向上できる。　
　図３（ａ）は発光部の模式斜視図、図３（ｂ）はＡ－Ａ線に沿った模式断面図、図３（ｃ）は発光部の第１変形例の模式断面図、図３（ｄ）は発光部の第２変形例の模式断面図、図３（ｅ）は発光部の第３変形例の模式斜視図、である。
　図３（ａ）、（ｂ）のように、光学部３９には、上面３９ｄと、側面と、下面３９ｅと、を有する。さらに、側面は、外側の第１の斜面３９ｂと、内側の第２の斜面３９ｃと、を含む。第１のファイバーフェルール２９は、熱伝導部３４に設けられた開口部３４ｃ内に挿入される。第１の斜面３９ｂは、第１のファイバーフェルール２９から出射したレーザー光ｇ１を反射し、波長変換層３２に向けて導光する。また、第２の斜面３９は、第１の斜面３９ｂで反射されたレーザー光を導光し効率よく波長変換層３２を照射する。青色レーザー光は、第２の斜面３９ｃで形成された空隙３９ａを通って、波長変換層３２を集中的に照射する。　
　発光部３０に入射したレーザー光は、波長変換層３２により反射や拡散がされたり、光学部３９内での反射の繰り返しなどにより散乱光に変換される。このような青紫色～青色の散乱光と、黄色光などの波長変換光ｇ２と、の主要部分は、上面３９ｄから取り出される（ＧＴ）。
　また、光学部３９がガラスからなる場合、不活性ガス雰囲気内で、光学部３９の下面３９ｅと熱伝導部３４の第１の面３４ａとを共晶金属などからなる半田や接着剤からなる接着層５５などを用いて当接配置することができる。このようにすると、空隙３９ａの内部に不活性ガスを満たし、波長変換層３２を気密封止できる。この構造により、波長変換層３２の劣化を防止できる。つまり、機械的強度も含め、ロバストで高い信頼性を有する発光部３０を実現できる。波長変換層３２は、たとえば、樹脂内に蛍光体粒子を分散させたものとすることができる。　
　図３（ｃ）に表すように、光学部３９の下面３９ｅ側から入射したレーザー光を、フォトニック結晶８０により、最初に角度を急激に変化させることができる。フォトニック結晶８０は、導波路以外では光の存在が物理的に禁制されるので、このように直角に近い角度に光路を曲げることができる。このため、研磨加工などにより第１の斜面３９ｂを形成することが不要である。
　また、図３（ｄ）に表すように、光学部３９は空隙が設けられず、高屈折率であり中央部近傍にテーパ部を有するコア部３９ｆと、コア部３９ｆを上下から挟むクラッド部３９ｈと、を有するものとすることができる。なお、コア部３９ｆ以外の部分をフォトニック結晶としてもよい。テーパ部の機能は、第２の実施形態で詳述する。
　さらに、図３（ｅ）のように、光学部３９、あるいは、熱伝導部３４は多角形とすることもできる。発光領域は円形でも、光学部３９や母材は平面部が多い方が部品自身の加工が楽であり、コストを低減できる。また、他の部品との組み合わせる場合も、アセンブリが楽である。この点でも、製造コストを低減できる。
　図４（ａ）は第２の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図４（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った発光部近傍の模式断面図、である。
　第２の実施形態では、導波路は、光ファイバー２４を含み、導光部２０は、多芯ファイバー束を含むものとする。レーザー光ｇ３は、導波路の一方の端部から光学部４９の側面４９ｄへ導入される。側面入射構造は、光学部４９の設計が容易であり、波長変換層３２からの放熱が効率的である特徴を有する。すなわち、第１の実施形態の裏面入射構造では、第１のファイバーフェルール２９の延在する方向と波長変換層３２における発生熱の排出方向が同一であるため、放熱性を低下させる。
　また、図４（ｂ）のように、光学部４９は、屈折率の高いコア部４９ａを屈折率の低いガラスからなるクラッド部４９ｂで上下から挟んだ構造とする。このため、指向性の高いレーザー光はコア部４９ａを伝搬し、ハンダ材などからなる接着層５５や光学部４９の上面４９ｅの傷や汚れの影響を受けない。また、平面構造のため、量産化および低コスト化が容易である。
　第２の実施形態では、空隙側の内部斜面の代わりに、コア部４９ａの先端部にテーパ部４９ｃを設けている。テーパ部４９ｃを設けることにより、レーザー光が上下の異なる屈折率界面において全反射して導光され、波長変換層３２の上面のテーパ部４９ｃで下向きとなり、波長変換層３２に効率的に照射される。このテーパ部４９ｃの形状によって照射の分布を制御できる。従って、微小発光面の輝度を制御できる。クラッド部４９ａとコア部４９ｂとの屈折率差は、比較的小さくて済むため、波長変換層３２での白色発光の配光には、ほとんど影響がない。
　図５（ａ）は側面入射構造の光学部の第１変形例の模式断面図、図５（ｂ）は第２変形例の模式断面図、図５（ｃ）は第３変形例の模式図、である。
　図５（ａ）に表すように、空隙４９ｇを有する光学部４９の側面から内部へレーザー光を入射してもよい。光学部４９の側面およびその外周と熱伝導部３４の第１の面３４ａとは、接着剤などからなる接着層５５により接着することができる。なお、光学部４９の下面４９ｆの少なくとも一部と、熱伝導部３４の第１の面３４ａと、を当接し、光学部３９の上面３９ｄや側面３９ｂをカバーで抑えつつ、カバーと熱伝導部３４とをネジなどにより嵌合して固定してもよい。また、図５（ｂ）に表すように、空隙が設けられず、クラッド部４９ｂよりも高い屈折率を有するコア部４９ａの側面から内部へレーザー光を入射してもよい。
　図５（ｃ）に表すように、４つの光ファイバー２４を集積した角形ガラスフェルール２４ｆの出射端をそれぞれ斜め研磨する。角形ガラスフェルール２４ｆの斜面で折り曲げられたレーザー光が、光学部４９の側面にそれぞれ入射する。このため、構成部品数を減らし、簡素な構造となる。
　図６（ａ）はホログラム素子を有する光学部の模式断面図、図６（ｂ）はその変形例の模式断面図、図６（ｃ）はレンズをさらに有する構造の模式断面図、である。
　図６（ａ）に表すように、光学部３９のコア部３９ｆの下面に微小パターンからなるホログラム素子８２を設けると、波長変換層３２への照射を精度よく制御できる。
　また、図６（ｂ）に表すように、コア部３９ｆの内部にホログラム素子８２を設けてもよい。すなわち、入射光がレーザー光であるので、微小パターンは、波動光学に基づいて設計した回折格子とすることができる。また、図６（ｃ）に表すように、光学部３９の上にレンズ８８を設けると、配光特性を制御できる。レンズ８８は、たとえば、凹面、凸面、非球面、などとできる。なお、本図は裏面入射構造を表しているが、側面入射構造であってもよい。 
　図７（ａ）は波長変換層の構造の一例を説明する模式断面図、図７（ｂ）は裏面入射構造への応用例の模式断面図、図７（ｃ）は側面入射構造への応用例の模式断面図、である。
　蛍光体層からなる波長変換層３２は、図３（ｂ）に表すように、熱伝導部３４の第１の面３４ａに、塗布することにより設けた例を示したが、下記のように変形することもできる。たとえば、図７（ａ）のように、白色セラミック板や銀薄板などからなる反射部材８４の第１の面の上に設けることができる。また、反射部材の第２の面と、熱伝導部３４の第１の面３４ａとは、接着層５６で接着することができる。このようにすると、組立工程が容易となる。また、波長変換特性を予め評価することができるので、色度調整が容易となり、歩留まりを高めることもできる。
　裏面入射構造の場合、図７（ｂ）に表すように、光学部３９は、波長変換層３２を囲むように設けられる。また、図７（ｃ）は、側面入射構造を表す。このような構造とすると、製造工程が簡素となり、量産性を高めることができる。
　図８（ａ）は第３の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図８（ｂ）はフロントカバー部の模式斜視図、図８（ｃ）はフロントカバー部を除いた固体照明装置の模式斜視図、である。
　線状の固体照明装置５は、第１の光源である半導体レーザー１１と、第１の導光体３８と、第２の導光体２７と、熱伝導部５０と、フロントカバー部７０と、を有する。
　半導体レーザー１１は、紫外～可視光波長範囲のレーザー光１１ａを放出可能である。もし、半導体を窒化物系材料とすると、紫外～緑色波長範囲のレーザー光を放出する。また、半導体をＩｎＧａＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓなどの材料とすると、緑～赤色波長範囲のレーザー光を放出する。
　第１のレーザー光１１ａは、第２の導光体２７内を導光されたのち、第１の導光体３８に入射する。第１の導光体３８へ入射した第１のレーザー光１１ａは、第１の導光体３８内を導光されながら、フロントカバー７０に設けられた開口部に露出した出射面３８ｃから上方に放出される（出射光Ｇ）。もし、第１の導光体３８と、熱伝導部５０と、の間に蛍光体層を設けると、第１のレーザー光１１ａの散乱光と、蛍光体層４０からの波長変換光と、が放出され、出射光Ｇとして白色光などの混合光を得ることができる。
　固体照明装置５において、たとえば、幅Ｗは５～２０ｍｍ、高さＴは５～２０ｍｍ、長さＬは２０～１００ｍｍ、などとすることができる。
　図９は、第３の実施形態にかかる固体照明装置の模式断面図である。
　図９は、図８（ａ）のＡ－Ａ線に沿った模式断面図である。第２の導光体２７は、第１の端面２７ａと、第１の端面２７ａとは反対の側に設けられた第２の端面２７ｂと、を有する。第１の端面２７ａから導入された第１のレーザー光１１ａを導光し第２の端面２７ｂから放出する。第２の導光体２７は、たとえば、細径のガラス棒または光ファイバーなどとすることができる。
　第１の導光体３８は、底面３８ａと、底面３８ａとは反対の側に設けられた出射面３８ｃと、底面３８ａに対して鋭角αをなす第１の傾斜面３８ｄと、を有する。第１の導光体３８の底面３８ｃは第２の導光体２７の第２の端面２７ｂと接続する第１の入射領域３８ｂを含む。第１の導光体３８に入射された第１のレーザー光１１ａは、導光されつつ出射面３８ｃから上方に散乱光として放出される（出射光Ｇ）。第１の導光体３８は、たとえば、透明樹脂またはガラスからなるものとすることができる。
　熱伝導部５０には、第１の面５０ａに到達する第１の開口部５０ｂが設けられている。第１の導光体３８は、第１の面５０ａの側に配設され、第２の導光体２７は第１の開口部５０ｂ内に設けられる。
　フロントカバー７０は、たとえば、熱伝導部５０の第１の面５０ａの外周領域上に配設することができる。なお、第１の光源である半導体レーザー１１から入射する第１のレーザー光１１ａのビーム広がりは小さいので、導光方向２４に直交する第２の導光体２７の断面積Ｓ２は、導光方向３４に直交する第１の導光体３８の断面積Ｓ１よりも小さくてもよい。
　熱伝導部５０は、金属、ＡｌＮなどのセラミックなどからなる熱伝導材料とすると、第１のレーザー光１１ａを吸収することにより蛍光体層４０で生じた熱を外部に排出することが容易となる。また、熱伝導部５０の第１の面５０ａが金属を含むものとすると、光反射率を高めることができる。この結果、蛍光体層４０を透過した第１のレーザー光１１ａの散乱光や波長変換光を上方に向けて反射し、光取り出し効率を高めることができる。また、熱伝導部５０の第１の面５０ａに、第１の導光体３８を収納する溝や凹部を設けてもよい。
　第２の導光体２７が第１の導光体３８の底面３８ａに対して略直交する場合、底面３８ａと第１の傾斜面３８ｄとのなす角度αを適正に選択することにより、第１の傾斜面３８ｄで全反射される量を増やすことができる。なお、第１の導光体３８と、第２の導光体２７と、は、同じ材料からなる一体構造であってもよい。
　また第１の傾斜面３８ｄに金属材料を用いた鏡面或いは高反射膜、たとえば、誘電体多層膜などの反射層を設けても良い。さらに、第１のレーザー光１１ａが第１の導光体３８と外部との界面で全反射されることにより、蛍光体層４０に対してより均一に第１のレーザー光１１ａを照射することができる。
　この場合、第１のレーザー光１１ａは、第１の導光体３８の第１の傾斜面３８ｄ、底面３８ａ、出射面３８ｃ、端面３８ｅ、熱伝導部５０の表面５０ａ、などで反射する。端面３８ｅ、側面３８f、３８ｈは、第１のレーザー光１１ａが底面３８ａで反射する様に底面３８ａ対して鋭角をなす傾斜面とすることが望ましい。このようにすると、より少ない反射回数によって蛍光体層４０への照射により波長変換効率を高めることができる。また、Ａ－Ａ線に沿った第１の傾斜面３８ｄの断面は、湾曲していてもよい。なお、第２の導光体２７内の第１のレーザー光１１ａの伝搬については後に詳細に説明する。
　図１０（ａ）は第１の導光体の第１変形例の模式斜視図、図１０（ｂ）は第２変形例の模式斜視図、である。
　第１の導光体３８の断面形状は、矩形とは限らず、円形・楕円形・台形などでもよい。図１０（ａ）において、出射面３８ｃは、配光特性を制御可能な集レンズ形状とする。また、図１０（ｂ）のように、出射面３８ｃの両側の側面３８ｆ、３８ｈの一部を傾斜面とした形状としてもよい。
　図１１（ａ）はフロントカバーの変形例の模式斜視図、図１１（ｂ）は第１の導光体の第２変形例の模式斜視図、図１１（ｃ）は熱伝導部の模式斜視図、である。
　フロントカバー７０は、第１の導光体３８の側面と、熱伝導部５０の側面と、を覆うように設けてもよい。たとえば、フロントカバー７０の内側の幅Ｗ７０は、第１の導光体３８の幅Ｗ３８と等しいかそれよりも少し広くし、かつ熱伝導部５０の幅Ｗ５０と等しいかそれよりも少し広くする。この場合、フロントカバー７０と熱伝導部５０との間には、嵌合またはネジ止めなどの固定構造を設ける。このようにすると、導光体３８と、蛍光体層４０と、熱伝導部５０と、の間で密着状態を保つことができる。このため、蛍光体層４０で発生する熱の効率よい放熱と、接着強度が高い一体化構造と、が可能となる。
　図１２は、第２の導光体と熱伝導部の開口部との間にフェルールを設けた構造の模式断面図である。
　第２の導光体２７は、第１の導光体３８の底面３８ａと当接・溶着により接続されると第１の導光体３８に対して光結合が可能となる。若しくは、第２の導光体２７と第１の導光体３８との間にレンズやインデックスマッチングオイルを用いても光結合が可能である。また、図１２のように、第２の導光体２７が内部に挿入されたファイバーフェルール２９を、第１の開口部５０ｂに挿入し、ファイバーフェルール２９と熱伝導部５０との間を圧入、若しくは接着・溶接などで固定してもよい。また、ファイバーフェルール２９に挿入され固定された第２の導光体２７と、第１の導光体３８の底面３８ａと、の間は空間であっても光結合が可能である。なお、第２の導光体２７と第１の導光体３８の底面３８ａとが「光結合」するとは、第２の導光体２７から放出されたレーザー光が、第１の導光体３８の底面３８ａへ入射することを意味するものとする。
　図１３（ａ）は第３の実施形態にかかる照明装置内の光路、図１３（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った模式断面図、である。
　図１３（ａ）は、図９に示す第３の実施形態にかかる照明装置の光線追跡法による第１のレーザー光１１ａの光路を示す。第１の導光体３８に入射し第１の傾斜面３８ｄで反射した第１のレーザー光１１ａは、直接蛍光体層４０を照射するか、第１の傾斜面３８ｄに隣接した出射面３８ｃにて全反射したのち蛍光体層４０を照射する。この結果、放出された波長変換光の多くは、蛍光体層４０の表面から広がりつつ伝搬し出射面３８ｃから外部へ放出される。なお、第１の傾斜面３８ｄとは反対の側となる端面３８ｅに反射層６０を設けると、第１のレーザー光１１ａと、蛍光体層４０への照射で波長変換光に至らなかった第１のレーザー光１１ａと、を蛍光体層４０の方向に向かって反射することができる。この結果、最終的に波長変換光がより多く生成され、出射面３０ｃから放出される。
　図１３（ｂ）に表すように、導光方向３４に沿って広がりながら伝搬した第１のレーザー光１１ａは、第１の導光体３０の側面３０ｆ、３０ｈで反射されながら、蛍光体層４０を照射する（光ｇ１）。光ｇ１により生じた波長変換光は、上方に広がりつつ出射面３０ｃより放出される。また蛍光体層４０を照射した第１のレーザー光１１ａのうち、波長変換されなかったレーザー光１１ａの散乱光が上方の出射面３８ｃより放出される。このようにして、出射面３８ｃからは第１のレーザー光１１ａの散乱光と、波長変換光とが、混合された出射光Ｇが放出される。
　図１４は、半導体レーザーからのレーザー光の広がりを示す模式斜視図である。
　第１のレーザー光１１ａの発光点のサイズは、たとえば、発光層の厚さ方向に１μｍ以下、発光層の水平方向に１０μｍ近傍であり、ＬＥＤと比較して小さい。また、半導体レーザーの発光層に対して垂直方向の半値全角θｖが、３０～４０度の範囲、水平方向の半値全角θｈが１０～２５度、などであり鋭い指向性を有する。発光点と第２の導光体２７の第１の端面２７ａとを、本図よりもさらに近づけると、第１のレーザー光１１ａは効率よく第１の端面２７ａに入射する。
　導光方向２４に沿って第２の導光体２７内を伝搬した第１のレーザー光１１ａは、第１の端面２７ａとは反対の側となる第２の端面２７ｂ、若しくは第１の導光体３８と第２の導光体２７の溶着部から、入射領域３８ｂを通って第１の導光体３８へ入射する。
　第２の導光体２７の導光方向２４が第１の導光体３８と直交する場合、第２の導光体２７の第２の端面２７ｂ若しくは第１の導光体３７と第２の導光体２７の溶着部から第１の導光体３８へ放出される第１のレーザー光１１ａの光軸２１は、第２の導光体２７の中心Ｏ１を通る光軸２１が第１の傾斜面３８ｄと交差することにより、第１の傾斜面３８ｄで反射を生じる。臨界角よりも大きい角度で第１の傾斜面３８ｄに入射する光は、全反射し第１の導光体３８内を伝搬する。
　第２の導光体２７の断面形状は、円形とは限らず、楕円形や矩形であってもよい。また、第２の導光体２７を、光ファイバーとすると、形状がフレキシブルであるので、光源の配置が容易となる。
　ＬＥＤを多数配列した照明装置の出射面にはツブツブ感を生じる。これに対して第３の実施形態によれば、連続的で自然な白色発光を実現できる。第１の導光体３８の出射面３８ｃの幅を細くすることで、高輝度化が容易となり、かつ光学系を小さでき配光特性の制御が容易となる。この結果、固体照明装置の小型化、軽量化が実現する。　
　図１５（ａ）は第３の実施形態の第１変形例の模式断面図、図１５（ｂ）は光軸を説明する模式図、である。
　図１５（ａ）のように、第２の導光体２７は、第１の導光体３８の底面３８ａに対して交差角β（但し、０＜β＜９０°）をなしてもよい。交差角βを第１の傾斜面３８ｄの傾斜角αに近づけると、全反射を生じやすくなり、第１の傾斜面３８ｄから外部へ逃げる光を低減できる。
　図１５（ｂ）において、第１のレーザー光１１ａの光軸は、第２の端面２７ｂの中心Ｏ２を通り、導光方向２４に対してスネルの法則にしたがって屈折する。第１の導光体３８の屈折率ｎ３８と第２の導光体２７の屈折率ｎ２７とが等しい場合、光軸２１ａは導光方向２４の延長上にある。
　第２の導光体２７の屈折率ｎ２７が第１の導光体３８の屈折率よりも高い場合、光軸２１ｂは図１５（ｂ）のように屈折する。また、第２の導光体２７の屈折率が第１の導光体３８の屈折率よりも低い場合、光軸２１ｃは図１５（ｂ）のように屈折する。
　図１６（ａ）は第３の実施形態の第２変形例の模式斜視図、図１６（ｂ）はフロントカバー部の模式斜視図、図１６（ｃ）はフロントカバー部を除いた固体照明装置の模式斜視図、である。
　熱伝導部５０に設けられた第１の開口部は、熱伝導部５０を上下に貫通した孔でなくてもよい。第２変形例では、第１の開口部は、熱伝導部５０の側面に設けられた溝部５０ｃとする。溝部５０ｃを設けると、第２の導光体２７の第２の端面２７ｂと、第１の導光体３８の入射領域３８ｂと、を溶着などにより接続することが容易である。または、溶着したのち熱伝導部５０の上面５０ａに配設することも容易である。
　図１７（ａ）は第４の実施形態にかかる固体照明装置の模式断面図、図１７（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った模式断面図である。
　蛍光体層の代わりに、光散乱材料を液状透明樹脂などに混合し硬化した光散乱層４２とすることができる。図１７（ａ）のように、導光方向ＤＧに伝搬した光は、光散乱層４２に入射し、光散乱層４２により散乱された光は上方に放出される。また、熱伝導部５０の第１の面５０ａで反射された光のうちの一部は反射層６０によりさらに反射され、外部に放出されるか、蛍光体層４０へ入射可能である。
　他方、図１７（ｂ）のように、第１のレーザー光１１ａのうち、第１の導光体３８の側面３８ｆにより反射された光ｇ５は光散乱層４２に入射する。光散乱層４２により拡散された光は上方に放出される。また、側面３８ｆにより反射された光ｇ６は、熱伝導部５０の第１の面５０ａにより反射され、出射面３８ｃから放出される（出射光Ｇ）。
　図１８（ａ）は第５の実施形態にかかる固体照明装置の模式断面図、図１８（ｂ）はＢ－Ｂ線に沿った模式断面図、である。
　第１の導光体３８の底面３８ａと熱伝導部５０との間に、蛍光体層を設けない構造とし、底面３８ａ、出射面３８ｃ、端面３８ｅ、側面３８f、３８ｈの少なくとも何れかの面に光散乱層を設けることで第１のレーザー光１１ａを散乱光に変換した光が出射面３８ｃから放出される。第５の実施形態では、簡素な構造により、入射する第１のレーザー光１１ａに応じた緑～赤色波長範囲の高輝度光を放出することができる。
　図１９（ａ）は第６の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図１９（ｂ）はＣ－Ｃ線の沿った模式断面図、図１９（ｃ）は光線追跡図、である。
　第６の実施形態は、第２の光源である半導体レーザー１１から放出される第２のレーザー光１１ｂを導光方向ＤＧに沿って導光し第１の導光体３８の底面３８ａの垂直方向へ導入する第３の導光体２７ｂをさらに有している。すなわち、固体照明装置５は、図１９（ａ）の模式断面図において、略左右対称である第２の導光体２７ａと、第３の導光体２７ｂと、を有することができる。
　また、第１の導光体３８は、左右対称である第１の傾斜面３８ｄと、第２の傾斜面３８ｋと、を有している。また、熱伝導部５０には、略左右対称である位置に、第１の開口部５０ｂと、第２の開口部５０ｄと、を有している。
　また、第６の実施形態では、第１の導光体３８の両方の側から第１のレーザー光１１ａおよび第２のレーザー光１１ｂをそれぞれ導入するため、輝度分布をより平坦にすることができる。また、第１のレーザー光１１ａと、第２のレーザー光１１ｂと、を、略同一の特性とすると、出射面３８ｃに沿って輝度分布を、略左右対称とすることが容易となる。この場合、１つの光源からのレーザー光を分割して、第１および第２のレーザー光としてもよい。
　図２０（ａ）は横方向１次元集合固体照明装置の模式斜視図、図２０（ｂ）は縦方向１次元集合固体照明装置の模式斜視図、図２０（ｃ）は２次元集合固体照明装置の模式斜視図、である。
　図２０（ａ）は、２つの固体照明装置５を導光方向に２つ配列した１次元集合固体照明装置である。図２０（ｂ）は、４つの固体照明装置６を導光方向とは略直交する方向に４つ配列した１次元集合固体照明装置である。図１３（ｃ）は、固体照明装置６を、２×２となるように配列した２次元集合固体照明装置である。また、複数の固体照明装置６は、同時発光または個別の発光とすることができる。
　なお、図９に破線で示したように、フロントカバー７０の内側に第１の斜面３８ｄの傾き（角度α）と同じ傾斜となる傾斜面を設けおくことができる。また、第１の開口部５０ｂと第２の導光体２７との間に僅かに空隙を設けておくことができる。このようにすると、複数の第１の導光体３８を１次元または２次元状に配列する場合、第１の導光体３８は、対応するフロントカバー７０の傾斜面に沿って位置が微調整され、所定の位置に配設することが容易となる。
　第３～第６の実施形態およびこれらに付随した変形例によれば、配光特性制御、高輝度化、低熱抵抗化、小型・軽量化が容易な線状照明装置とすることができる。これらの線状照明装置は、複写機用の線状照明装置と比べて長さＬが短くてもよい。また、レーザー光を底面の側から導入できるので、アレイ状配列が容易である。
　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、第１～第６の実施形態では、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、第１～第６の実施形態の固体照明装置は、１０００ルーメンを超える光束をミリメーターオーダーの直径で発光し、大光量高輝度白色光源を実現できる。発光部３０における発熱領域は、蛍光体層である波長変換層３２のみであり、小型で軽量な白色発光領域を実現できる。
　図２１は、固体照明装置の応用例の一例であるプロジェクタの構成を示す模式図である。
　発熱の大きい半導体レーザーと、駆動回路と、は、光源部１０に収納されている。光ファイバー２４などの導光部２７により、光源部１０と接続された発光部３０は、大光量高輝度発光が可能であるにもかかわらず、小型軽量で低発熱とできる。光源部１０を、たとえば、机の下などに設置すれば、机上は広くなり、冷却ファンによる排熱や騒音を抑制できる。
　映像をスクリーン６４に投影する投影部６０には、発光部の前に液晶デバイスやデジタルミラーデバイスなどからなるシャッターが設けられる。液晶デバイスは、消費電力が低いので、発熱は少ない。また、マイクロ波でワイアレス給電する場合、光ファイバー２４には光信号伝送用のコネクタを設ければよい。もちろん、電気信号伝送用のコネクタを設けることもできる。発光部３０は自在に首の角度を調整できるように、自在パイプの中に光ファイバー束を通すと、照射位置の調整がワンタッチで可能である。
　図２２は、プロジェクタの機能を示すブロック図である。
　プロジェクタは、投影部６０と、固体照明装置５と、掃引信号駆動部７１と、戻り光センサー部７３と、映像信号駆動部７２と、を有する。投影部６０は、映像部６３と、掃引光学部６１と、外部信号センサー部６２と、を有する。また、映像部６３は、液晶シャッターやデジタルミラーデバイスを有してもよい。
　光源部１０から放出されたレーザー光Ｇ１は、導光部２０を伝搬し、発光部３０へ入射する。発光部３０から放出された白色光ＷＬは、映像部６３に対するバックライトとして作用する。あるいは、光源部１０は、掃引光学部６１へレーザー光Ｇ２を伝送することもできる。
　光学部３０からの戻り光ＲＬ１は、導光部２０を通り、戻り光センサー部７３へ入射する。戻り光ＲＬ１は、発光部３０で反射されたレーザー光および波長変換光を含む。たとえば、戻り光の黄色光成分の強度が、青色光成分の強度に対して低下した場合、戻り光センサー部７３がこの低下を検出し、光源部１０内の半導体レーザーの駆動を停止することができる。すなわち、固体照明装置５は、放出光が異常モードになったことを検出する自己診断機能を有するので、青色光などが過剰に放出されることを防ぎ安全を確保することができる。　
　映像部６３には、映像信号駆動部７２からの映像信号Ｓ１が入力され、スクリーン６４に向けて映像を投影する。あるいは、掃引光学部６１へは、掃引信号駆動部７１からの掃引信号Ｓ２が入力される。
　また、信号伝送系を光のみにする場合、高出力レーザーの出力の一部を利用して発光ヘッド側で光発電を行い、制御信号用電力も光ファイバーなどで伝送することも可能である。
　第１～第６の実施形態にかかる固体照明装置は、小型、軽量、低発熱であり、信頼性を高めることが容易である。また、レーザー光を光ファイバーケーブルで照明の発光部まで導光させる照明システムとしたことで、ＬＥＤや、フィラメント電球・ＨＩＤランプなどを用いた照明システムと異なり照明の発光部近傍に電気配線する必要がなくなる。その結果として、これまで、設置・配線に防水防爆対策や、特殊装備の着用を必要とする環境箇所・電気配線が困難な箇所などに広く用いることができる。たとえば、舞台照明の場合、プロジェクションやスポット照明に使用できる。この場合、微小発光部のローカル部分の色や輝度を調光でき、分解能は低いが演出としては大きな効果が得られる。
　発光部の発熱が大きい照明装置の場合、スポットやプロジェクション型の舞台照明とレーザー光掃引による演出とは、別の大型装置を用いる必要があった。これに対して、第１および第２の実施形態によれば、１台の小型ヘッドを用いて、両方の機能を実現することができる。このため、舞台やスタジオのコンセプトを大きく変えることができ、その効果は大きい。
　また、外部信号光センサー部６２が赤外線などの外部光信号を検出すると、光源部１０に向けて、赤外線や電気などの信号ＲＬ２を伝送し、半導体レーザー１１のオンまたはオフに制御することができる。このような固体照明装置は、防爆設備用照明や画像録画可能な防犯照明などとして用いることができる。
　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。
　

Claims (19)

  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、を有する光源部であって、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複数の導波路を有する導光部と、
    　第１の面を有する熱伝導部と、前記第１の面の中央部の上に設けられた波長変換層と、上面と側面と下面とを有し、前記下面の少なくとも一部が前記第１の面に当接する光学部と、を有する発光部であって、前記複数の導波路の一方の端部は上方からみて前記中央部の外側にそれぞれ配置され、前記一方の端部から前記光学部にそれぞれ入射した前記複数のレーザー光は導光されたのち前記波長変換層を照射する発光部と、
    　を備え、
    　前記複数のレーザー光を吸収した前記波長変換層から放出された波長変換光と、前記複数のレーザー光が前記発光部内で変換されて生じた散乱光と、は、前記光学部の前記上面から放出される固体照明装置。
  2. 　前記発光部は、前記第１の面のうち前記波長変換層が設けられない領域と前記光学部の前記下面とを接着する半田または接着剤からなる接着層をさらに有する請求項１記載の固体照明装置。
  3. 　前記光学部の前記下面と前記波長変換層との間には空隙が設けられ、
    　前記接着層は、前記光学部の前記下面のうち前記空隙が設けられない領域と前記熱伝導部の前記第１の面とを接着する請求項２記載の固体照明装置。
  4. 　前記熱伝導部の前記第１の面には、前記波長変換層を囲む複数の開口部が設けられ、
    　前記一方の端部のそれぞれは、前記複数の開口部の内部にそれぞれ配置され、
    　前記複数のレーザー光は、前記光学部の前記下面の側へそれぞれ入射する請求項１記載の固体照明装置。
  5. 　前記光学部に入射した前記複数のレーザー光は、前記光学部の前記側面のうち、傾斜した領域で反射されたのち前記波長変換層をそれぞれ照射する請求項４記載の固体照明装置。
  6. 　前記光学部は、フォトニック結晶を含み、
    　前記光学部に入射した前記複数のレーザー光は、前記フォトニック結晶内に設けられた曲がり導波路により最初に方向変換されたのち前記波長変換層をそれぞれ照射する請求項４記載の固体照明装置。
  7. 　前記複数の導波路の前記一方の端部は、前記光学部の前記側面の側にそれぞれ配置され、
    　前記複数のレーザー光は、前記光学部の内部へそれぞれ入射する請求項１記載の固体照明装置。
  8. 　前記光学部は、コア部と、前記コア部の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部と、を有する導波路を有する請求項７記載の固体照明装置。
  9. 　前記コア部は、テーパ部を有する請求項８記載の固体照明装置。
  10. 　前記光学部は、フォトニック結晶内に設けられた導波路を有する請求項７記載の固体照明装置。
  11. 　前記光学部は、ホログラム素子を有する請求項１記載の固体照明装置。
  12. 　前記発光部は、第１の面と前記第１の面とは反対の側の第２の面を有する反射部材をさらに有し、
    　前記反射部材の前記第１の面には前記波長変換層が設けられ、
    　前記反射部材の前記第２の面と前記熱伝導部の前記第１の面とは接着された請求項１記載の固体照明装置。
  13. 　前記熱伝導部の前記第１の面は、高反射面である請求項１記載の固体照明装置。
  14. 　前記発光部からの戻り光を検出する光センサーをさらに備え、
    　前記戻り光は、前記複数の導波路のうちの少なくとも１つを伝搬したのち前記光センサーに入射し、
    　前記戻り光を構成する前記波長変換光と前記複数のレーザー光との強度比率が所定の範囲外となると、前記駆動回路は前記半導体レーザーの駆動を停止する請求項１記載の固定照明装置。
  15. 　第１のレーザー光を放出する第１の光源と、
    　第１の面を有し、前記第１の面に到達する第１の開口部が設けられた熱伝導部と、
    　前記第１の面の側に配設され、底面と、前記底面とは反対の側に設けられた出射面と、前記底面に対して鋭角をなす第１の傾斜面と、を有する第１の導光体と、
    　前記第１のレーザー光が導入される第１の端面を有し、前記第１のレーザー光を導光する第２の導光体であって、前記第１のレーザー光の光軸が前記第１の傾斜面と交差するように前記第１の導光体の前記底面と光結合され、前記第１の開口部内に設けられた第２の導光体と、
    　を備え、
    　導入された前記第１のレーザー光は、前記第１の導光体内を導光されつつ前記出射面から放出され、
    　導光方向に直交する前記第２の導光体の断面積は、導光方向に直交する前記第１の導光体の断面積よりも小さい固体照明装置。
  16. 　前記熱伝導部の前記第１の面と、前記第１の導光体の前記底面と、の間に設けられ、前記第１のレーザー光を吸収して第１の波長変換光を放出する蛍光体層をさらに備えた請求項１５記載の固体照明装置。
  17. 　前記第１の傾斜面とは反対の側となる前記第１の導光体の端面に設けられた反射層をさらに備えた請求項１５記載の固体照明装置。
  18. 　第２のレーザー光を放出する第２の光源と、
    　前記第２のレーザー光が導入される第１の端面を有し、前記第２のレーザー光を導光する第３の導光体と、
    　をさらに備え、
    　前記熱伝導部には、前記第１の面に到達する第２の開口部がさらに設けられ、
    　前記第１の導光体は、前記第１の傾斜面とは反対の側に前記底面に対して鋭角をなす第２の傾斜面をさらに有し、
    　前記第３の導光体は、前記第２のレーザー光の光軸が前記第２の傾斜面と交差するように前記第１の導光体の前記底面と光結合され、かつ前記第２の開口部内に設けられ、
    　導入された前記第２のレーザー光は前記第１の導光体内を導光されつつ前記出射面から放出され、
    　導光方向に直交する前記第３の導光体の断面積は、導光方向に直交する前記第１の導光体の断面積よりも小さい請求項１５記載の固体照明装置。　
  19. 　前記蛍光体層は、前記第２のレーザー光を吸収して第２の波長変換光を放出する請求項１８記載の固体照明装置。
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