(57)【要約】【課題】ＬＥＤ素子や蛍光体等の拡散光源から出射された拡散光に対しても効率的に分光を行うことのできる発光装置を提供する。【解決手段】光を発するＬＥＤ素子２と、ＬＥＤ素子２に対向して配置された入射面４と入射面４よりも面積の大きい出射面５とを有し、入射面４に入射させた光を出射面５に導光するテーパロッド３と、出射面５に設けられ、特定波長域の光成分を透過させる誘電体多層膜１８とを備える発光装置１を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する発光素子と、
該発光素子に対向して配置された入射面と該入射面よりも面積の大きい出射面とを有し、前記入射面に入射させた光を前記出射面に導光するテーパロッドと、
前記出射面に設けられ、特定波長域の光成分を透過させる誘電体多層膜とを備える発光装置。
【請求項２】
前記発光素子と前記入射面との間に配置され、前記発光素子から発せられた光を蛍光に変換する蛍光体層を備え、
前記誘電体多層膜が、前記発光素子から発せられた光のうち前記蛍光体層により変換された蛍光を透過させる一方、前記発光素子から発せられた光のうち未変換の光を反射する請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記誘電体多層膜が、誘電体多層膜から±３０°以内の角度で射出する光に対して、前記発光素子から発せられた光のうち前記蛍光体層により変換された蛍光を透過させる一方、前記発光素子から発せられた光のうち未変換の光を反射する請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記誘電体多層膜から±３０°よりも大きな角度で射出する光を遮断する光学系を備える請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光素子と前記入射面とを位置決めするように前記テーパロッドを保持する保持機構を備え、前記保持機構は前記出射面側で且つ前記出射面の有効領域よりも外側でのみ連結している請求項１から請求項４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光素子の発光面を覆う透明樹脂を更に有し、前記透明樹脂は前記入射面と密着している請求項１から請求項５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項７】
前記テーパロッドの出射面に接合される無機質の透明材料を備え、
前記誘電体多層膜が前記透明材料の表面に形成されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の発光装置。
【請求項８】
前記テーパロッドの出射面には、前記透明材料に対応する大きさの凹部が設けられている請求項７に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源より出射された光から特定波長域の光成分を抽出して出射する方法として、従来、蛍光体を含有した樹脂に紫外線吸収剤を含有した透明樹脂を被着することで、紫外線の漏洩を防止する技術が知られている（特許文献１参照）。また、蛍光体が含有された樹脂の出射面に、特定波長域の光成分を透過させる光学多層膜を配置したＬＥＤが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１７８８１号公報
【特許文献２】特開２００６−２６１５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術は、光源より出射された光から紫外光を吸収させるため、エネルギー効率が低下するという不都合がある。また、特許文献２に開示されている技術において、例えば誘電体多層膜は入射角依存性が非常に大きく、蛍光体やＬＥＤ素子からの光は完全拡散光に近い特性であるため、蛍光体を誘電体多層膜で覆っても特定波長域の光成分のみを透過させることが困難であるという不都合がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＬＥＤ素子や蛍光体等の拡散光源から出射された拡散光に対しても効率的に分光を行うことのできる発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、光を発する発光素子と、該発光素子に対向して配置された入射面と該入射面よりも面積の大きい出射面とを有し、前記入射面に入射させた光を前記出射面に導光するテーパロッドと、前記出射面に設けられ、特定波長域の光成分を透過させる誘電体多層膜とを備える発光装置を採用する。
【０００７】
本発明によれば、発光素子から発せられた光が、テーパロッドの入射面に入射され、テーパロッド内面において反射されることにより指向性が高められ、出射面に設けられた誘電体多層膜に対して小さな入射角で入射される。これにより、誘電体多層膜への入射角によって透過させる波長域が異なる、いわゆる入射角依存性による分光性能の低下を防止することができ、発光素子から発せられた光から特定波長域の光成分のみを抽出して出射面から出射することができる。
【０００８】
上記発明において、前記発光素子と前記入射面との間に配置され、前記発光素子から発せられた光を蛍光に変換する蛍光体層を備え、前記誘電体多層膜が、前記発光素子から発せられた光のうち前記蛍光体層により変換された蛍光を透過させる一方、前記発光素子から発せられた光のうち未変換の光を反射することとしてもよい。
このようにすることで、蛍光に変換されることなく蛍光体層を透過した光を、誘電体多層膜により反射させて再び蛍光体層に入射させ、蛍光体層により蛍光に変換することができ、変換した蛍光を誘電体多層膜を透過させて出射面より出射することができる。これにより、蛍光の出射効率を向上させることができる。
【０００９】
上記発明において、前記誘電体多層膜が、誘電体多層膜から±３０°以内の角度で射出する光に対して、前記発光素子から発せられた光のうち前記蛍光体層により変換された蛍光を透過させる一方、前記発光素子から発せられた光のうち未変換の光を反射することとしてもよい。
このようにすることで、発光素子からの光のうち蛍光体層により変換された蛍光と未変換の光とを明確に分離することができる。
【００１０】
上記発明において、前記誘電体多層膜から±３０°よりも大きな角度で射出する光を遮断する光学系を備えることとしてもよい。
このようにすることで、テーパロッドにより指向性を向上させても、±３０°よりも大きな射出角を有する光を光学系により遮断することができ、蛍光体層により変換された蛍光と未変換の光との分光性能を向上させることができる。
【００１１】
上記発明において、前記発光素子と前記入射面とを位置決めするように前記テーパロッドを保持する保持機構を備え、前記保持機構は前記出射面側で且つ前記出射面の有効領域よりも外側でのみ連結していることとしてもよい。
このようにすることで、保持機構によりテーパロッドを所定の位置に保持するとともに、出射面に誘電体多層膜を容易に形成することができる。
【００１２】
上記発明において、前記発光素子の発光面を覆う透明樹脂を更に有し、前記透明樹脂は前記入射面と密着していることとしてもよい。
このようにすることで、透明樹脂により、蛍光体層とテーパロッドの入射面との間の空気層を無くすことができ、蛍光体層と空気層との界面における光量の損失を低減して、出射する蛍光の光量を向上させることができる。
【００１３】
上記発明において、前記テーパロッドの出射面に接合される無機質の透明材料を備え、前記誘電体多層膜が前記透明材料の表面に形成されていることとしてもよい。
このようにすることで、例えば、高温等の成膜条件のために樹脂等で形成されたテーパロッドへの直接的な成膜が困難な場合でも、無機質の透明材料に成膜を施してテーパロッドの出射面に接合することで、発光素子からの光から特定波長域の光成分を抽出して出射することができる。ここで、無機質の透明材料とは、例えばガラスやセラミックやサファイヤ等である。
【００１４】
上記発明において、前記テーパロッドの出射面には、前記透明材料に対応する大きさの凹部が設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、誘電体多層膜が形成された透明材料をテーパロッドの出射面に対して正確に位置決めをすることができ、誘電体多層膜の分光性能を確保することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＬＥＤ素子や蛍光体等の拡散光源から出射された拡散光に対しても効率的に分光を行うことのできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光装置の模式図である。
【図２】誘電体多層膜の成膜方法を説明する図である。
【図３】入射光と射出光のスペクトルを説明する図である。
【図４】入射光と射出光の配光特性を説明する図である。
【図５】テーパロッドの長さと光量との関係を説明する図である。
【図６】第１の変形例に係る発光装置の模式図である。
【図７】第２の変形例に係る発光装置の模式図である。
【図８】誘電体多層膜の入射角特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る発光装置について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る発光装置の構成を説明する模式図である。
図１に示すように、本実施形態に係る発光装置１は、基板１０と、基板１０に実装されたＬＥＤ素子（発光素子）２と、ＬＥＤ素子２から発せられた光を導光するテーパロッド３と、基板１０に固定され、テーパロッド３を保持する保持機構７と、ＬＥＤ素子２とテーパロッド３との間に充填された透明樹脂６と、テーパロッド３の出射面５に形成された誘電体多層膜１８とを備えている。
【００１８】
ＬＥＤ素子２は、図示しない電極から電源が供給されることで発光し、光線８を出射するようになっている。光線８は完全拡散光に近い特性を有しており、様々な角度でテーパロッド３の入射面４に入射する。
【００１９】
保持機構７は、基板１０に固定されるとともに、テーパロッド３の出射面５と接続されており、ＬＥＤ素子２とテーパロッド３の入射面４とが所定の間隔を空けて対向するように、テーパロッド３を保持するようになっている。
【００２０】
テーパロッド３は、例えばポリカーボネイト等の透明樹脂であり、光を入射させる入射面４と、入射面４に入射させた光を内面反射させて導光する導光面１５と、導光面１５により導光された光を出射する出射面５とを有している。テーパロッド３は、矩形の横断面を有しており、入射面４から出射面５に向かって横断面積が次第に増大する形状とされている。このような形状を有することで、入射面４に入射させた光の指向性を向上させて出射面５から出射するようになっている。
【００２１】
透明樹脂６は、蛍光体を含有しており、ＬＥＤ素子２からの光の一部を蛍光体によって蛍光９に変換するようになっている。蛍光９は、光線８と同様に、完全拡散光に近い特性を有しており、様々な角度でテーパロッド３の入射面４に入射する。また、透明樹脂６はテーパロッド３の入射面４と密着している。このようにすることで、透明樹脂６とテーパロッド３の入射面４との間の空気層を無くし、透明樹脂６と空気層との界面における光量の損失を低減するようになっている。
【００２２】
誘電体多層膜１８は、ＬＥＤ素子２から発せられた光のうち透明樹脂６の蛍光体により変換された蛍光９を透過させる一方、ＬＥＤ素子２から発せられた光のうち未変換の光線８を反射するようになっている。ここで、誘電体多層膜１８の入射角特性、すなわち、各入射角における反射率と波長との関係が図８に示されている。図８に示されるように、誘電体多層膜１８は、入射角によって透過させる波長域が異なる、いわゆる入射角依存性を有している。この場合において、誘電体多層膜１８は、誘電体多層膜１８から−３０°（度）から３０°（度）までの角度で射出する光線８および蛍光９に対して、蛍光体により変換された蛍光９を明確に透過させる一方で未変換の光線８を明確に反射するようになっている。
【００２３】
ここで、誘電体多層膜１８の多層膜の蒸着方法について図２を用いて説明する。
図２に示すように、テーパロッド３の出射面５に多層膜を蒸着する際には、テーパロッド３の出射面５を下面として、保持機構７の端部がヤトイ１１上に載置されるように、テーパロッド３および保持機構７をヤトイ１１に固定する。この状態において、膜材料を矢印１２の方向からテーパロッド３の出射面５に対して供給し、多層膜を蒸着する。このようにすることで、ヤトイ１１が出射面５に干渉することなく、出射面５に多層膜を蒸着できるため、出射面５の全面にムラのない多層膜を形成することができる。
【００２４】
図３は、光線８と蛍光９のスペクトル分布および誘電体多層膜１８の多層膜の反射率特性を示している。
図３に示すように、ＬＥＤ素子２から発せられた光線８は、約４５０ｎｍをピークとし、約４００〜４８０ｎｍの波長域を有する光である。蛍光体により変換された蛍光９は、約５５０ｎｍをピークとし、約４８０〜７３０ｎｍの波長域を有する光である。誘電体多層膜１８は、入射角が０°（度）から４０°（度）まで大きくなるにつれて、反射する波長域が小さくなっている。
【００２５】
上記構成を有する発光装置１において、ＬＥＤ素子２により出射された光線８は、透明樹脂６に入射し、その一部が蛍光体によって蛍光９に変換される。そして、蛍光体により変換された蛍光９および未変換の光線８は、テーパロッド３の入射面４に入射し、導光面１５で内面反射を繰り返すことによって、図４に示すように、誘電体多層膜１８から−３０°（度）から３０°（度）までの角度で射出するように指向性が高められる。そして、誘電体多層膜１８により、蛍光９を透過する一方で光線８が反射されて、光線８と蛍光９とが分光され、蛍光９のみが出射面５から出射される。
【００２６】
以上のように、本実施形態に係る発光装置１によれば、ＬＥＤ素子２から発せられた光線８が、テーパロッド３の入射面４に入射され、テーパロッド３の導光面１５において内面反射されることにより指向性が高められ、出射面５に設けられた誘電体多層膜１８に対して小さな入射角で入射される。これにより、誘電体多層膜１８の入射角依存性による分光性能の低下を防止することができ、ＬＥＤ素子２から発せられた光から蛍光体により変換された蛍光９のみを抽出して出射面５から出射することができる。
【００２７】
また、誘電体多層膜１８が、蛍光体により変換された蛍光９を透過させる一方、未変換の光線８を反射することで、蛍光９に変換されることなく透明樹脂６を透過した光線８を、誘電体多層膜１８により反射させて再び透明樹脂６に入射させ、蛍光体により蛍光９に変換して出射面５より出射することができる。これにより、蛍光９の出射効率を向上させることができる。
【００２８】
また、テーパロッド３の出射面４の寸法と入射面５の寸法の差以上の長さを備えることで、好適な配光特性を得ることができる。例えば、テーパロッド３の入射面４の一辺の寸法を２ｍｍ、出射面５の一辺の寸法を４ｍｍ、長さを７ｍｍとすることで、図５に示すように、いずれの入射角度で入射した光に対しても好適な配光特性を得ることができる。
【００２９】
なお、本実施形態の第１の変形例として、図６に示すように、前述の発光装置１に加えて、所定値以上の入射角を有する光を遮断するレンズ（光学系）１３を備えることとしてもよい。
レンズ１３は、例えば物体側ＮＡ０．５のレンズであり、レンズ１３に入射する光線のうち、±３０°（度）よりも大きな入射角を有する光をカットすることができる。
このような発光装置２１によれば、テーパロッド３により指向性を向上させても、±３０°よりも大きな入射角を有する光をレンズ１３により遮断することができ、蛍光９と光線８との分光性能を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態の第２の変形例として、図７に示すように、誘電体多層膜１８をガラスフィルタ（無機質の透明材料）１４の表面に形成し、テーパロッド３の出射面５に接合することとしてもよい。
このような発光装置３１によれば、例えば、高温等の成膜条件のために樹脂等で形成されたテーパロッド３への直接的な成膜が困難な場合でも、ガラスフィルタ１４に成膜を施してテーパロッド３の出射面５に接合することで、ＬＥＤ素子２から発せられた光線８から蛍光体により変換された蛍光９を抽出して出射することができる。なお、ガラスフィルタ１４に代えて、例えばセラミックやサファイヤ等を用いることとしてもよい。
【００３１】
また、テーパロッド３の出射面５に、ガラスフィルタ１４に対応する大きさの凹部を設けることで、誘電体多層膜１８が形成されたガラスフィルタ１４をテーパロッド３の出射面５に対して正確に位置決めをすることができ、誘電体多層膜１８の分光性能を確保することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、誘電体多層膜１８は、蛍光体のスペクトルの一部のみを透過させるバンドパスフィルタであってもよい。
また、蛍光体はＬＥＤ素子２の表面に塗布されていても、テーパロッド３の入射面４に塗布されていてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１，２１，３１  発光装置
２  ＬＥＤ素子
３  テーパロッド
４  入射面
５  出射面
６  透明樹脂
７  保持機構
８  光線
９  蛍光
１０  基板
１３  レンズ
１４  ガラスフィルタ
１５  導光面
１８  誘電体多層膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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