(57)【要約】本発明の発光装置は光源と光学フィルタを有し、断面積が漸次広がるテーパ形状の第１導光体と前記第１導光体のテーパ形状の広がり角度より小さい第２導光体を有し、前記第２導光体は前記第１導光体よりも短いことを特徴とする。
2013140726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と光学フィルタを有し、断面積が漸次広がるテーパ形状の第１導光体と前記第１導光体のテーパ形状の広がり角度より小さい第２導光体を有し、前記第２導光体は前記第１導光体よりも短いことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第２導光体は、断面積が一定となる平行形状であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第２導光体は、断面積が漸次狭くなる逆テーパ形状であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１導光体は、断面積の変化率が少なくとも１回以上変化する形状であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記光学フィルタは反射型偏光子であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記光学フィルタは一定の入射角度内の光を透過し、それ以外の入射角度の光を反射する角度フィルタであることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の発光装置。
【請求項７】
前記光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の発光装置。
【請求項８】
前記光源は光励起蛍光体であることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の発光装置。
【請求項９】
前記第1導光体の入射側の断面積は前記光源の発光面積と略同じであることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の発光装置。
【請求項１０】
前記導光体の出射側と前記光学フィルタの間に、前記蛍光体から出射される蛍光を透過し、前記蛍光体を励起する励起光を反射する波長フィルタを有することを特徴とする請求項８、９の何れかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像装置の光源となる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型ディスプレイやプロジェクタなどの映像装置の性能が大きく向上してきている。【０００３】
このような映像装置用の光源は、効率、出力、輝度が高いことに加えて、ある特定の状態にある光を発生することが望まれる。特定の状態とは、偏光が揃っていること、あるいは比較的狭い一定の放射角内に光が分布していることなどである。【０００４】
ここでは偏光状態を例に取って説明する。フラットディスプレイなどの用途に広く用いられている液晶表示装置は、光の入力側と出力側に偏光子を備え、その間に挟まれた液晶への電圧印加によって偏光回転を制御し、出力側への光の透過率を制御している。【０００５】
光源から液晶表示装置に入力される光のうち、一方向の直線偏光は入力側の偏光子を透過して利用され、それ以外の偏光状態の光は利用されない。
したがって光源から放出される光があらゆる方向の偏光を含む非偏光である場合、入射側偏光子を透過し利用可能となる光は、最大で５０％に制限される。【０００６】
一方、光源から放出される光が直線偏光であった場合、利用可能となる光は最大で１００％になる。よって、直線偏光の場合は、非偏光の場合に比べて大幅な光利用の高効率化が可能で、延いては映像機器の省電力化が可能となる。【０００７】
直線偏光を発生する技術は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの非偏光を発生する素子と、反射型偏光子を組み合わせた光源がある。【０００８】
この技術は、反射型偏光子をＬＥＤの上に配置し、反射型偏光子は偏光子で規定される偏光方向を有する直線偏光を透過し、それと直交する偏光方向の光を反射する。この反射光はＬＥＤ側に戻るとＬＥＤで反射され、再度偏光子に入射する。この反射光は一度偏光子に反射された光であり、偏光子の透過軸と直交する方向に偏光している。【０００９】
仮にＬＥＤでの反射時に反射光の偏光状態が変わらなければ、反射光は再入射の時に再び偏光子で反射されることになる。しかし偏光子とＬＥＤの間に波長板などの偏光状態を変える素子を置いた場合、反射光は再入射の時に偏光子を透過することが可能となる。【００１０】
あるいはＬＥＤ内部に光を散乱する機構を有している場合、反射光はＬＥＤでの反射時に散乱する機構により非偏光となる。そして、偏光子に再入射された反射光のうち、半分の反射光は偏光子を透過し、半分の反射光は反射されることとなる。この半分の反射光はＬＥＤでの反射時にまた非偏光となる。これを繰り返すことにより、上述の技術は最終的に全ての光を一方向に偏光状態が揃った直線偏光として取り出すことができる。【００１１】
上述の技術は、反射型偏光子が高輝度ＬＥＤの直近に配置されることになる。したがって偏光子は耐光性が必要となる。また高輝度ＬＥＤの温度は動作時に非常に上がる。そして、高輝度ＬＥＤの温度は偏光子に伝わるため、偏光子の温度は上がる。また偏光子内で光の一部が吸収される場合、この吸収は熱に変わるため、さらに偏光子の温度は上がる。したがって偏光子は耐熱性が必要となる。さらにＬＥＤからの出射光は０°から９０°の広い角度範囲に放出する。したがって偏光子は広い角度範囲に渡って一定以上の特性を保つ必要がある。すなわち偏光子は広い入射角トレランスが必要である。【００１２】
しかしこれらの条件を全て同時に満足することは困難である。【００１３】
例えば、光の波長よりも幅が狭い微細な金属細線を周期的に並べたワイヤグリッド型偏光子は、耐光性、耐熱性を有するが、光入射角度が大きくなると透過率が低下する。同様に、微細構造を有する誘電体からなる偏光子は、耐光性、耐熱性は優れるが角度トレランスは狭い。一方、有機フィルムからなる偏光子は、良好な角度トレランスを有しているが、耐光性、耐熱性は不十分であり、ＬＥＤの直近で使用すると変質するので特性は劣化する。【００１４】
このような問題を解決するため、別の技術は、テーパロッドをＬＥＤの直近に配置し、その先に反射型偏光子を配置している。このテーパロッドはガラスなどの透明な媒質からなっている。テーパロッドは入射側から出射側に向かって断面積が漸次広がるテーパ形状の導光体である。ＬＥＤからの出射光はテーパロッドに入射する。テーパロッドに入射した光は、テーパロッドの側面で全反射を繰り返し出射側へ到達する。【００１５】
入射した光はテーパロッドを導波する際に広い出射面から放出されることとなるが、同時に光の出射角は狭くなる。例えば、テーパロッドの出射面の断面積は入射面の断面積の４倍の場合を考える。ＬＥＤからの出射光は０°から９０°の広い角度範囲だが、テーパロッドの出射面から放出される光は、理想的には０°から３０°程度の狭い角度範囲になる。この角度範囲は、前述のワイヤグリッド型偏光子や微細構造誘電体偏光子の角度トレランス内に収まっている。また、偏光子はＬＥＤから離れて配置している。かつ、テーパロッドを通る光は広い出射面から放出するので偏光子上での照度が低下する。よって、偏光子は、耐光性、耐熱性への要求が緩和される。この技術は、条件によって有機フィルムからなる偏光子を使用できる。また光漏れを防ぐために、反射型偏光子は、テーパロッド出射面の直近に配置されるか、あるいは出射面に密着して配置される。【００１６】
テーパロッド内での光の反射の様子について、図を用いて詳細を説明する。【００１７】
図３は、テーパの無い平行ロッド内の光の反射の様子を示す平行ロッド平面図である。【００１８】
平行ロッド３００の入射面３１０と出射面３２０は平行であり、出射面３２０の断面積は入射面３１０の断面積と同じである。これらの面に垂直な方向をｚ軸、平行な方向をｘ軸とする。【００１９】
入射面３１０に斜め方向から入射した光は、側面３３０、３３５で反射を繰り返しながら、ｚ軸方向に進む。【００２０】
平行ロッド３００の屈折率と周囲の媒質の屈折率の比が一定以上であれば、任意の入射角Φに対して、側面３３０への入射角θは臨界角θｃ以上となり、光は側面３３０で全反射する。【００２１】
これにより光は平行ロッド３００外へ漏れることなく伝播する。側面３３０、３３５で複数回反射される場合でも、側面３３０、３３５への入射角θは一定であり、常に臨界角θｃ以上となる。【００２２】
図４は、テーパの有るテーパロッド内の光の反射の様子を示すテーパロッド平面図である。【００２３】
テーパロッド４００の入射面４１０と出射面４２０は平行であり、出射面４２０の断面積は入射面４１０の断面積より大きくなっている。これらの面に垂直な方向をｚ軸、平行な方向をｘ軸とする。テーパロッド４００のテーパ角はαである。【００２４】
断面積が大きくなる方向、すなわち入射面４１０から出射面４２０の方向へ光が進む図の矢印のような場合を考えると、側面４３０で１回反射する毎に、側面４３０への光の入射角は、θ＋αとなりαだけ増加する。したがって臨界角θcに対する余裕が増加する。【００２５】
上述した技術は、テーパロッド４００の出射面４２０側に反射型偏光子などの光学フィルタを配置している。反射型偏光子を配置することにより、偏光子の透過軸と直交する偏光成分の光は出射面４２０側で反射されて、入射面４１０側に戻る。つまり、出射面４２０側で反射される光は、図４の入射面４１０から入射し、出射面４２０で反射されて入射面４１０方向へ光が戻る光路を辿ることになる。入射面４１０側に戻った光は光源であるＬＥＤへ入射し、そこで反射される。波長板などの偏光状態を変える素子を配置するか、ＬＥＤ内部に光を散乱する機構があれば、先に述べたＬＥＤの直近に反射型偏光子を配置した場合と同様に、光の利用効率を上げることが可能となる。【００２６】
テーパロッドと反射型偏光子を使って光利用効率を上げた技術は、特許文献１（特許第３９９１７６４号公報）、特許文献２（特開平１１−１４２７８０号公報）や特許文献３（特開２００６−２２０９１１公報）に記載されている。【００２７】
上述したテーパロッドを使った技術は光漏れが多いため、光利用効率が低いという課題を有している。光漏れが多い理由は以下の通りである。【００２８】
上述のテーパロッドを使った背景技術の説明を続ける。反射型偏光子を配置することにより、図４の出射面４２０側で反射される光は、入射面４１０から入射し、出射面４２０で反射されて入射面４１０方向へ光が戻る光路を辿ることになる。この戻る光路は、図の矢印の逆方向の場合である。この場合、側面４３０で１回反射する毎に側面４３０への光の入射角は、αだけ減少する。したがって臨界角θcに対する余裕は減少する。臨界角θcを下回らない光は、側面４３０、４３５で反射することになる。しかし、入射面４１０から出射面４２０へ進む際に側面に当たった回数よりも出射面４２０から入射面４１０に進む際に側面に当たった回数が多くなると、側面への入射角が臨界角θcを下回り、全反射条件を満たさなくなる場合が生じうる。その場合、光は側面から外に漏れる。【００２９】
往路と復路で側面に当たる回数が何回異なると全反射条件を満たさなくなるかは、テーパ角α、入射角θ、テーパロッドの屈折率ｎに依存する。同じ入射角θに対しては、テーパ角αを小さく、屈折率ｎを大きくすると、臨界角θcを下回るための反射回数差を少なくすることができる。テーパ角αを小さくすると、同じ入射面と出射面の面積比を実現するためにテーパロッドの長さは長くする必要がある。しかし、テーパロッドの長さを長くすることは、ロッドの作製コストを増加させるとともに、装置の小型化を妨げるという問題を生じる。一方、テーパロッドの屈折率ｎを大きくする方法もある。しかし、高屈折率の媒質は一般に通常のガラスなどと比べてコストが高くなる。また屈折率が大きくなるほど、短波長での吸収が増える傾向にある。テーパロッドなどの比較的長い素子を作製する際には、この吸収は問題となる。さらに媒質内での光の角度が小さくなり、側面に当たる回数が少なくなることに起因して、角度が十分に狭くならない光が発生しやすい。すなわち、出射光の角度分布が、高角側にやや裾を引いた形となる。このため、通常のガラスと同等の出射角分布を得るためにはテーパロッドの長さは長くする必要がある。しかし、先述のようにテーパロッドの長さを長くすることは、ロッドの作製コストを増加させるとともに、装置の小型化を妨げるという問題を生じる。【００３０】
また、テーパロッドの側面に誘電体多層膜からなる反射膜を形成すれば、側面からの光漏れは大幅に低減することが出来る。しかし、全ての側面に誘電体多層膜を形成すると、テーパロッドの製造コストは大幅に増加する。【００３１】
本発明の目的は、この問題を解決した発光装置を提供することにある。
【発明の開示】
【００３２】
本発明の発光装置は光源と光学フィルタを有し、断面積が漸次広がるテーパ形状の第１導光体と前記第１導光体のテーパ形状の広がり角度より小さい第２導光体を有し、前記第２導光体は前記第１導光体よりも短いことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発光装置の構成を示す図である。
【図２】テーパロッドと平行ロッドの長さと、ロッド内を往復した後に光源に戻ってくる光の関係を示す図である。
【図３】テーパの無い平行ロッド内の光の反射の様子を示す平行ロッド平面図である。
【図４】テーパの有るテーパロッド内の光の反射の様子を示すテーパロッド平面図である。
【図５】テーパの有るテーパロッド内の光の反射の様子を示すテーパロッド平面図である。
【図６Ａ】テーパロッドと平行ロッドを有するロッド内の光の反射の様子を示すロッド平面図である。
【図６Ｂ】テーパロッドと平行ロッドを有するロッド内の光の反射の様子を示すロッド平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る発光装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
〔第１の実施形態〕本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る発光装置の構成を示す図である。
〔構造の説明〕図１に示すように本発明の実施形態は、光源１１０と、導光体１２０と光学フィルタ１３０を備えている。光源１１０は発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えており、導光体１２０は第１導光体１２１と第２導光体１２２を備えており、光学フィルタ１３０は反射型偏光子を備えている。それぞれの構成は近接配置している。導光体１２０および反射型偏光子の両面には反射防止膜が形成されている。
第１導光体１２１は入射面から出射面の方向へ断面積が徐々に大きくなるテーパの有るテーパロッドである。第１導光体１２１のテーパ角は、αである。
第２導光体１２２は入射面から出射面の方向へ断面積が一定である平行ロッドである。第２導光体１２２のテーパ角は、第１導光体１２１のテーパ角αより小さい。
【００３５】
ＬＥＤの発光面積は３．２ｍｍ×１．８ｍｍであり、導光体の光源１１０側の入射面積は３．２ｍｍ×１．８ｍｍ、光学フィルタ１３０側の出射面積は６．４ｍｍ×３．６ｍｍとなっている。第１導光体１２１のテーパロッドの長さは１８ｍｍとなっている。第２導光体１２２の平行ロッドの長さは２ｍｍとなっている。また、導光体の屈折率は１．５である。
〔作用・効果の説明〕次に、導光体の光漏れについて図を用いて詳細を説明する。図５は、テーパの有るテーパロッド内の光の反射の様子を示すテーパロッド平面図である。図５のテーパロッド５００は入射面から出射面の方向へ断面積が徐々に大きくなるテーパの有るテーパロッドである。ここでは出射面５２０上に波長フィルタ（図示せず）が直接形成されている場合を想定している。出射面５２０上のフィルタで反射される光のうち、図５に示すように、側面５３５の境界付近で反射型偏光子にて反射されるものが、もっとも光漏れを発生する可能性が高くなる。この場合、出射面５２０で反射されて入射面５１０側に向かう光は、出射面５２０での反射直後に側面５３５で反射されることとなる。側面５３５で反射された光は、入射角がαだけ減少するため、光は次の側面５３０に当たるまでに入射面５１０側に進む距離が短くなる。したがって、光は側面５３０、５３５に当たる回数が増加する。側面５３０、５３５に当たる回数が多くなると、光は側面への入射角が臨界角θcを下回り、全反射条件を満たさなくなる場合がある。その場合、光は側面から外に漏れる。
【００３６】
図６Ａおよび図６Ｂは、テーパロッドと平行ロッドを有するロッド内の光の反射の様子を示すロッド平面図である。図６Ａおよび図６Ｂのロッド６００は、テーパロッド６０１の先に平行ロッド６０２を備えている。
【００３７】
図６Aに示すように、出射面６２０と側面６３５の境界付近のＤ１点で反射された光は直ぐに側面６３５のＤ２点で反射されることになるが、この部分は平行ロッドであり、入射角は変化しない。そして、テーパロッドの側面６３０に初めて当たるＤ３点は入射面６１０側にある程度進んだ位置となる。
【００３８】
また、図６Ｂに示すように、側面６３５のＥ１点で反射された光は、平行ロッド６０２で反射するので、入射角は変化しない。そして、光は直ぐに出射面６２０のＥ２点で反射されることになる。そして、テーパロッドの側面６３０に当たるＥ３点は入射面６１０側にある程度進んだ位置となる。
【００３９】
いずれの場合も、図６のテーパロッドと平行ロッドを有するロッドは、図５のテーパロッドのみを有するロッドよりも、出射面から入射面に向かう間、テーパロッドの側面での反射回数が低減する。このため入射角が臨界角を下回る割合は低減し、側面から外へ漏れる光の割合は低減する。
【００４０】
次に、本発明の発光装置の全体動作について詳細を説明する。
【００４１】
本発明は、ＬＥＤの光源１１０（以降ＬＥＤ１１０と表す）から出射された光が、テーパロッドの第１導光体１２１（以降テーパロッド１２１と表す）と平行ロッドの第２導光体１２２（以降平行ロッド１２２と表す）を備えた導光体１２０（以降ロッド１２０と表す）を通り、反射型偏光子の光学フィルタ１３０（以降反射型偏光子１３０と表す）に到達する。反射型偏光子１３０は一方向の直線偏光を透過し、それと直交する偏光方向の光は反射される。反射された光はロッド１２０を通り、ＬＥＤ１１０へ戻る。ＬＥＤ１１０の表面はテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が形成されている。テクスチャ構造はＬＥＤの光取出し効率を高めるために広く用いられている構造である。このテクスチャ構造により、ＬＥＤ１１０に戻った光は偏光が解消される。すなわち、反射された光はＬＥＤ１１０から出射した際と同様の非偏光になる。この光はＬＥＤ１１０で反射され、再びロッド１２０を通り、反射型偏光子１３０に向かう。これを繰り返すことにより、本構造は、ほぼ全ての光が反射型偏光子１３０から直線偏光として取り出されることとなる。本構造の光は、ロッド１２０を通ってＬＥＤ１１０と反射型偏光子１３０の間を繰り返し往復することとなる。
【００４２】
次に、本発明の発光装置の光利用効率の向上について詳細を説明する。図２は、テーパロッドの長さと平行ロッドの長さと、ロッド内を往復した後に光源に戻ってくる光の関係を示す図である。図２は、以下の条件で計算した結果である。
【００４３】
図２のＬ１はテーパロッドの長さである。Ｌ２は平行ロッドの長さである。ロッドの入射面積は３．２ｍｍ×１．８ｍｍ、出射面積は６．４ｍｍ×３．６ｍｍである。光源の面積はロッドの入射面積と同じである。光源の輝度は面内で一様としている。また光源から出射される光は０°から９０°の角度を有し、Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ分布を持つものとした。Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎは、放射輝度が観測する方向によらず一定である場合である。出射面の反射率は１００％である。入射面は、入射角度に依存せず、反射率がゼロとなる理想的な反射防止膜が形成されているものとした。全反射条件を満たす光は入射面でも反射されることとなる。また、側面には反射膜が無いものとした。ロッドの屈折率は１．５とし、ロッド周囲の屈折率は１としている。縦軸の相対光強度は、入射面の直前に置かれた光源からロッドへ入射した光と、その入射した光が出射面側で反射して、光源側に戻ってくる光の割合である。相対光強度は、光漏れが少なくなると大きくなり、光漏れが無いと１になる。
【００４４】
上記の実施の形態で説明した、従来の平行ロッドがないテーパロッドは、テーパロッドの長さが３０ｍｍ（Ｌ１＝３０ｍｍ）、平行ロッドの長さが０ｍｍ（Ｌ２＝０ｍｍ）である。そして、この従来のロッドの全長は３０ｍｍである。一方、本発明の平行ロッドとテーパロッドを有するロッドは、テーパロッドの長さが１８ｍｍ（Ｌ１＝１８ｍｍ）、平行ロッドの長さが２ｍｍ（Ｌ２＝２ｍｍ）であり、本発明のテーパロッドの長さより短くなっている。本発明のロッドの全長は２０ｍｍであり、従来のテーパロッドの全長の２／３と、短くなっている。
【００４５】
そして、図２の相対光強度の計算結果によると、従来のテーパロッドの相対光強度と本発明のロッドの相対光強度は概ね同等である。
【００４６】
すなわち、本発明のロッドは、従来のロッドの２／３まで短くしても、同等の効率を実現できることが分かる。
【００４７】
また、別の例として、Ｌ１＝２４ｍｍ、Ｌ２＝２ｍｍとした場合を考えると、全長は２６ｍｍとなり、先の例よりも長くはなるものの、従来のテーパロッドの長さである３０ｍｍよりも短くなっている。また図２より、本構造では従来構造よりも相対光強度が強くなっていることが分かる。すなわち、本構造では、従来構造と比べ、短い全長と、高い効率を実現していることが分かる。
【００４８】
これらの例から、本発明のロッドは従来のテーパロッドと比べ、短いロッド長でも光漏れを抑制でき、小型化と高効率化の両立を実現可能であることが分かる。
〔第２の実施形態〕本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図７は本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成を示す図である。
〔構造の説明〕図７に示すように本発明の第２の実施形態は、ＬＥＤ７１０と波長フィルタ７２０と蛍光体７３０と、導光体７４０と反射型偏光子７５０を備えている。導光体７４０は第１導光体７４１と第２導光体７４２を備えている。それぞれの構成は近接配置している。導光体７４０および反射型偏光子の両面には反射防止膜が形成されている。
第１導光体７４１は入射面から出射面の方向へ断面積が徐々に大きくなるテーパの有るテーパロッドである。第１導光体７４１のテーパ角は、αである。
第２導光体７４２は入射面から出射面の方向へ断面積が一定である平行ロッドである。第２導光体７４２のテーパ角は、第１導光体７４１のテーパ角αより小さい。
【００４９】
ＬＥＤの発光面積は３．２ｍｍ×１．８ｍｍ、波長フィルタ７２０および蛍光体７３０の面積は３．３ｍｍ×１．９ｍｍであり、導光体のＬＥＤ７０側の入射面積は３．３ｍｍ×１．９ｍｍ、反射型偏光子７５０側の出射面積は６．６ｍｍ×３．８ｍｍとなっている。
【００５０】
第１導光体７４１のテーパロッドの長さは２４ｍｍとなっている。第２導光体７４２の平行ロッドの長さは２ｍｍとなっている。また、導光体の屈折率は１．５である。
〔作用・効果の説明〕本構造はＬＥＤ７１０からピーク波長４５０ｎｍの光が放射され、波長フィルタ７２０を通って蛍光体７３０に吸収される。この光で励起された蛍光体７３０は、ピーク波長５４０ｎｍの蛍光を発生する。発生した蛍光は導光体７４０を通り、反射型偏光子７５０に到達する。反射型偏光子７５０は一方向の直線偏光を透過し、それと直交する偏光方向の光は反射される。反射された光は導光体７４０を通り、蛍光体７３０へ戻る。蛍光体７３０に入射した光は、一部は蛍光体で反射されるが、残りは蛍光体７３０を通り波長フィルタ７２０へ到達する。波長フィルタ７２０は誘電体多層膜になっている。この誘電体多層膜は、ＬＥＤ７１０が生じる波長の光を透過し、蛍光体７３０が生じる波長の光を反射するように設計されている。したがって、蛍光は波長フィルタ７２０で反射され、蛍光体７３０を通って導光体７４０、反射型偏光子７５０の順に再入射する。光は蛍光体７３０で反射される際、もしくは通過する際に、散乱を受けるため、偏光が解消され、非偏光となる。このため反射型偏光子７５０に再入射した光のうち、約半分の光は透過し、残り半分の光は反射されることになる。反射された光は再びＬＥＤ７１０側へ向かう。このように本構造では、波長フィルタ７２０と反射型偏光子７５０の間で光は往復し、最終的に一方向の直線偏光が取り出される。
【００５１】
一般に波長フィルタの反射率はＬＥＤの反射率よりも高くすることが可能である。したがって、本構造の光は、第１の実施形態よりもロッド間を往復する平均回数が多くなる。このため、テーパロッドでの光漏れの抑制は特に重要になり、本発明の効果は特に顕著に現れる。
【００５２】
また、別の実施形態は、蛍光体と導光体の間に別の波長フィルタを備えている。この波長フィルタは、蛍光を透過しＬＥＤからの励起光を反射することができる。その他の構造は、第２の実施形態と同じである。一部の励起光は、蛍光体で吸収されず透過しうるが、本構造では、透過した励起光を前記波長フィルタで反射して、再度蛍光体を励起することができる。
【００５３】
また、別の実施形態は、導光体と光学フィルタの間に波長フィルタを備えている。本構造の波長フィルタは、蛍光を透過しＬＥＤからの励起光を反射することができる。その他の構造は、第２の実施形態と同じである。本構造でも、蛍光体で吸収されずに透過した励起光を波長フィルタで反射して再度蛍光体を励起することができる。ただし本構造では励起光は波長フィルタで反射された後、テーパロッドを戻ることになるため、その一部はテーパロッド側面から外へ漏れる。本発明のテーパロッドは、この励起光の漏れ低減に対しても有効に機能することとなる。
【００５４】
また、別の実施形態は、導光体の入射面の面積とＬＥＤもしくは蛍光体の面積は略等しい。ただし導光体の入射面の面積はＬＥＤもしくは蛍光体の面積より同等以上である。そして、導光体の入射面の各辺は、ＬＥＤの各辺と同じか最大２割増加した範囲にある。したがって、導光体とＬＥＤの位置関係がずれても、本構造は、ほぼ全ての光をテーパロッドに入射させることが出来る。
〔第３の実施形態〕本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図８は本発明の第３の実施形態に係る発光装置の構成を示す図である。
〔構造の説明〕本発明の第３の実施形態は、ＬＥＤ８１０と、導光体８２０と角度フィルタ８３０を備えている。導光体８２０は第１導光体８２１と第２導光体８２２を備えている。それぞれの構成は近接配置している。導光体および角度フィルタの両面には反射防止膜が形成されている。ＬＥＤの発光面積、導光体の入射面積、出射面積、長さおよび屈折率は第１の実施形態と同じである。
〔作用・効果の説明〕本構造の角度フィルタ８３０は一定の入射角度内の光を透過するが、それより大きい角度の光を反射する特性を有している。例としては、特許文献４に記載されるような構造である。ここでは空気への出射角が１５°以内となる角度範囲の光を透過し、それ以上の角度の光を反射する角度フィルタを用いている。
【００５５】
ＬＥＤ８１０で発生した光は、導光体８２０を通り、角度フィルタ８３０に到達する。ＬＥＤ８１０から放射される光は概ねＬａｍｂｅｒｔｉａｎ分布に従って０°から９０°の放射角を有する。本構造の光は、導光体８２０を通ることにより出射面から０°から約３５°までの角度範囲に放射される。このうち、０°から１５°の角度範囲の光は角度フィルタ８３０を透過し、それ以外の角度範囲の光は反射される。反射光は導光体８２０を通り、ＬＥＤ８１０へ戻る。この反射光はＬＥＤ８１０で再び反射される。ＬＥＤ８１０の表面はテクスチャ構造が形成されているため、反射光は反射の際に光が散乱され、反射光は、ほぼＬＥＤ８１０から出射した際と同じＬａｍｂｅｒｔｉａｎ分布となる。ＬＥＤ８１０で反射された光は再び導光体８２０を通り、角度フィルタ８３０へ向かう。これを繰り返すことにより、本構造は、ほぼ全ての光を角度フィルタ８３０から取り出すことができる。
【００５６】
本構造は、角度フィルタ８３０で反射された光がＬＥＤ８１０で反射されることになる。本構造の光は、導光体８２０を通って繰り返し往復する。このため、テーパロッドでの光漏れの抑制は重要になり、本発明の効果が顕著に現れる。
【００５７】
また、別の実施形態は、ＬＥＤと導光体の間に拡散板を備えている。本構造の拡散板は光の角度分布を変えることができる。
【００５８】
また、別の実施形態は、ＬＥＤと導光体の間に回折格子を備えている。本構造の回折格子は光の角度分布を変えることができる。
【００５９】
また、別の実施形態は、導光体の出射面側に角度フィルタと反射型偏光子を備えている。本構造は、出射角が０°から１５°の範囲の光で、かつ直線偏光の光を取り出すことが可能となる。
【００６０】
また、別の実施形態は、ＬＥＤと導光体の間に波長板を備えている。本構造の波長板は光の偏光を回転させることができる。
〔第４の実施形態〕また、別の実施形態は、第２導光体が僅かなテーパ角を有している。図９は本発明の第４の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
〔構造の説明〕図９の導光体９２０は第１導光体９２１と第２導光体９２２を備えている。図９に示すように第２導光体９２２は僅かなテーパ角α２を有している。ただし第２導光体９２２のテーパ角α２は、第１導光体９２１のテーパ角α１よりも小さい。
〔効果の説明〕本構造においても、従来のテーパロッドと比べて光漏れを抑制できる。
〔第５の実施形態〕また、別の実施形態は、第２導光体が僅かな逆テーパ角を有している。図１０は本発明の第５の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
〔構造の説明〕図１０の導光体１０２０は第１導光体１０２１と第２導光体１０２２を備えている。第２導光体１０２２は入射側より出射側の方向へ断面積が徐々に小さくなる逆テーパのあるテーパロッドである。図１０に示すように第２導光体１０２２は僅かな逆テーパ角α４を有している。ただし第２導光体１０２２の逆テーパ角α４は、第１導光体１０２１のテーパ角α３に比べて小さい。
〔効果の説明〕逆テーパ角α４が大きくなると損失が増大するが、本実施例のようにα４が小さい場合には従来のテーパロッドと比べて光漏れを抑制できる。
〔第６の実施形態〕また、別の実施形態は、第１導光体と第２導光体の接続部分のテーパ角度が入射側より出射側の方向へ連続的に変化している。図１１は本発明の第６の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
〔構造の説明〕図１１の導光体１１２０は第１導光体１１２１と第２導光体１１２２を備えている。図１１に示すように第１導光体１１２１と第２導光体１１２２の接続部分のテーパ角度は入射側より出射側の方向へ連続的に変化している。
〔第７の実施形態〕また、別の実施形態は、第１導光体のテーパ角度が入射側より出射側の方向へ少なくとも１段階以上変化している。図１２は本発明の第７の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
〔構造の説明〕図１２の導光体１２２０は第１導光体１２２１と第２導光体１２２２を備えている。第２導光体１２２１は入射側より出射側の方向へ断面積の変化率が少なくとも１回以上変化するテーパのあるテーパロッドである。図１２に示すように第１導光体１２２１のテーパ角度は入射側より出射側の方向へ少なくとも１回以上変化している。
また、別の実施形態は、導光体のテーパ角度が入射側より出射側の方向へ連続的に変化している。
〔第８の実施形態〕また、別の実施形態は、第１導光体と第２導光体は分離している。図１３は本発明の第８の実施形態の係る発光装置の導光体の構造を示す導光体平面図である。
〔構造の説明〕図１３の導光体１３２０は第１導光体１３２１と第２導光体１３２２を備えている。図１３に示すように第１導光体１３２１と第２導光体１３２２は分離している。ただし第１導光体１３２１と第２導光体１３２２の向かい合う面には反射防止膜１３３０、１３３１が形成されている。
【００６１】
また、別の実施形態は、第１導光体の屈折率と第２の導光体屈折率は異なる。すなわち、第１の導光体は第２の導光体と異なる材料を使い、これらを接続しても良い。
【００６２】
また、別の実施形態は、導光体の出射面側にコリメートレンズを備えており、さらにそのビームウエスト近傍に光学フィルタを配置している。本構造では導光体から出射した光がレンズを通り、光学フィルタに入射する。一部の光は光学フィルタで反射され、再度レンズを通って導光体に戻ることとなる。本構造においても、本発明のロッドの効果は発揮される。
【００６３】
以上、各種の形態について説明したが、いずれの場合においても、従来構造、すなわち全体を直線テーパとした構造よりも光漏れを抑制するためには、実質的な平行ロッド部分が実質的なテーパロッド部分よりも短いことが必要となる。
【００６４】
ここで実質的な平行部分とテーパ部分の境界は、入射面の面積をＳ１、出射面の面積をＳ２としたとき、その変化が９割方終わる箇所、すなわち断面積が。
【００６５】
Ｓ＝Ｓ１＋０．９×（Ｓ２−Ｓ１）＝０．９×Ｓ２＋０．１×Ｓ１
となる箇所と考えることができる。
【００６６】
また、上記の実施の形態では、テーパロッドの入射面の面積とＬＥＤもしくは蛍光体の面積を同じとしているが、これらは異なっていても良い。ただし、両者間の光結合効率およびＥｔｅｎｄｕｅの観点から、テーパロッドの入射面の面積は、ＬＥＤもしくは蛍光体などの面積と略等しいことが望ましい。ここで、略等しいとは、ロッド入射面の各辺がＬＥＤの各辺に比べて片側で１割、両側で２割以下の差に収まることを示す。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施方法は上記した形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形が可能である。
【００６８】
この出願は、２０１２年３月２２日に出願された日本出願特願２０１２−０６６０８３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、密閉した空間を形成する容器の内部に収容された発熱体の冷却装置を備えた密閉筺体に関する。
【符号の説明】
【００７０】
１１０    光源
１２０    導光体
１２１    第１導光体
１２２    第２導光体
１３０    光学フィルタ
３００    平行ロッド
３１０    入射面
３２０    出射面
３３０、３３５    側面
４００    テーパロッド
４１０    入射面
４２０    出射面
４３０、４３５    側面
５００    テーパロッド
５１０    入射面
５２０    出射面
５３０、５３５    側面
６００    ロッド
６０１    テーパロッド
６０２    平行ロッド
６１０    入射面
６２０    出射面
６３０、６３５    側面
７１０    ＬＥＤ
７２０    波長フィルタ
７３０    蛍光体
７４０    導光体
７４１    第１導光体
７４２    第２導光体
７５０    反射型偏光子
８１０    ＬＥＤ
８２０    導光体
８２１    第１導光体
８２２    第２導光体
８３０    角度フィルタ
９２０    導光体
９２１    第１導光体
９２２    第２導光体
１０２０    導光体
１０２１    第１導光体
１０２２    第２導光体
１１２０    導光体
１１２１    第１導光体
１１２２    第２導光体
１２２０    導光体
１２２１    第１導光体
１２２２    第２導光体
１３２０    導光体
１３２１    第１導光体
１３２２    第２導光体
１３３０、１３３１    反射防止膜
【図１】
2013140726.tif 000003
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
2013140726.tif 000009
【図７】
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【図８】
2013140726.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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2013140726.tif 000018
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