(57)【要約】【課題】  新規な構造を有する波長変換プレートを提供する。【解決手段】  当該波長変換プレートは、第１の波長の光を入射すると、該第１の波長とは異なる第２の波長の光を出射する波長変換層と、光透過性を有する支持基板であって、一方の面において前記波長変換層を支持する平板部、および、該平板部の他方の面に設けられ、該平板部の表面に対して側面が傾く凸部、を有する支持基板と、を含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を入射すると、該第１の波長とは異なる第２の波長の光を出射する波長変換層と、
光透過性を有する支持基板であって、一方の面において前記波長変換層を支持する平板部、および、該平板部の他方の面に設けられ、該平板部の表面に対して側面が傾く凸部、を有する支持基板と、
を含む波長変換プレート。
【請求項２】
前記凸部は、錐台形状である請求項１記載の波長変換プレート。
【請求項３】
さらに、少なくとも前記凸部の側面に設けられる光反射層と、を含む請求項１または２記載の波長変換プレート。
【請求項４】
励起光源と、
一方の端面から他方の端面までを貫く貫通穴を有する保持部材と、
請求項１〜３いずれか１項記載の波長変換プレートであって、前記支持基板の平板部に対応する部分が前記保持部材の他方の端面に接触し、前記支持基板の凸部に対応する部分が前記保持部材の貫通穴に挿入される波長変換プレートと、
を含む光源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光源装置と、
前記光源装置の光軸上に配置され、該光源装置から出射される光が所定の方向に、所定の配光で放出されるように構成された光学系と、
を含む車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、波長変換プレート、ならびに、当該波長変換プレートを用いた光源装置および車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３には、半導体発光素子から出射される光を吸収し、当該光の波長とは異なる波長の光を放出する波長変換プレートが開示されている。また、特許文献４，５には、半導体発光素子および波長変換プレートを含む光源装置および車両用灯具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９７１１８０号公報
【特許文献２】特許第６１４６７３５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４５８７号公報
【特許文献４】特開２０１７−１１２１０７号公報
【特許文献５】国際公開第２０１３／０９４５９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主な目的は、新規な構造の波長変換プレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の主な観点によれば、第１の波長の光を入射すると、該第１の波長とは異なる第２の波長の光を出射する波長変換層と、光透過性を有する支持基板であって、一方の面において前記波長変換層を支持する平板部、および、該平板部の他方の面に設けられ、該平板部の表面に対して側面が傾く凸部、を有する支持基板と、を含む波長変換プレート、が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
新規な構造の波長変換プレートが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１Ａ〜図１Ｄは、製造過程における、実施例による波長変換プレートを示す断面図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、実施例による波長変換プレートを示す断面図および平面図である。
【図３】実施例による光源装置を示す断面図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、光源装置を構成するプレート搭載部材ないしプレート押さえ部材等を示す平面図である。
【図５】実施例による車両用灯具を示すダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１Ａ〜図１Ｄに、実施例による波長変換プレート１０を製造する様子を示す。なお、各構成要素の相対的な位置関係やサイズは、実際のものとは異なっている。
【０００９】
図１Ａに示すように、平板状の支持基板１２（一部破線によって示す）を用意する。支持基板１２は、光透過性を有する基板であり、たとえばサファイヤ基板である。支持基板１２の厚みは、たとえば０．５０ｍｍである。
【００１０】
次に、支持基板１０の一方の面（図中、上方面）に、所定の平面形状を有するマスク部材１３を形成する。マスク部材１３の平面形状は、たとえば、０．６ｍｍ×１．０ｍｍの矩形状である。
【００１１】
次に、マスク部材１３をマスクとして、支持基板１２をエッチングする。エッチングにより除去された部分の厚みは、たとえば０．２５ｍｍである。
【００１２】
図１Ｂに示すように、支持基板１２およびマスク部材１３上に、全面的に、光反射膜１４を形成する。光反射膜１４は、たとえば銀またはアルミニウムからなる。
【００１３】
図１Ｃに示すように、マスク部材１３を、その直上に形成される光反射膜１４とともに、除去（リフトオフ）する。これにより、支持基板１２の比較的厚い部分の主面が露出する。光反射膜１４は、支持基板１２の比較的薄い部分と、比較的厚い部分の側面と、に残される。
【００１４】
次に、支持基板１２の他方の面（図中、下方面）に、波長変換層１６を形成する。波長変換層１６は、ガラス母材中に蛍光体粒子、たとえばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）粒子が分散した構成である。
【００１５】
図１Ｄに示すように、最後に、支持基板１２を、所望のサイズに分割する。これにより、実施例による波長変換プレート１０が完成する。
【００１６】
図２Ａおよび図２Ｂに、完成した波長変換プレート１０の断面図および平面図を示す。なお、図２Ａに示す波長変換プレート１０は、図１Ｄに示す波長変換プレート１０を上下反転したものである。また、図２Ｂは、波長変換プレート１０を、その表面が凸状になっている面（図２Ａにおいて下方向を向いている面）から見た平面図である。
【００１７】
図２Ａに示すように、波長変換プレート１０は、主に、支持基板１２と、波長変換層１６と、を含む。波長変換層１６は、たとえば、ガラス母材に蛍光体材料（ＹＡＧ）が分散した構成である。
【００１８】
支持基板１２は、光透過性を有する部材（サファイヤ）により構成される。また、波長変換層１６に接触し、波長変換層１６を支持する主面（支持面）１２ｍを有する。
【００１９】
さらに、支持基板１２は、相対的に厚みが薄い（約０．２５ｍｍ）周縁部１２ａ、および、相対的に厚みが厚い（約０．５０ｍｍ）中央部１２ｂ、を含む。なお、支持基板１２は、一方の面（支持面１２ｍ）において波長変換層１６を支持する平板状の部分（平板部）１２ｘ、および、平板部１２ｘの他方の面の中央に設けられる凸状の部分（凸部）１２ｙ、から構成されていると見ることもできる。
【００２０】
凸部１２ｙの形状は、錐台状であり、たとえば四角錐台状である（図２Ｂ参照）。凸部１２ｙ（中央部１２ｂ）の側面は、平板部１２ｘ（周縁部１２ａ）の表面に対して傾いている。凸部１２ｙ（中央部１２ｂ）の側面の傾きθは、たとえば４５°〜６０°程度である。
【００２１】
支持基板１２の支持面１２ｍの反対側の面を、凸面１２ｒと呼ぶことする。支持基板１２の凸面１２ｒの一部には、銀やアルミニウムなどからなる光反射膜１４が形成されている。具体的に、光反射膜１４は、周縁部１２ａおよび中央部１２ｂの側面に設けられており、中央部１２ｂの主面（凸部１２ｙの底面）には設けられていない。
【００２２】
波長変換プレート１０において、支持基板１２の周縁部１２ａに対応する部分を肉薄部１０ａと呼ぶこととする。また、支持基板１２の中央部１２ｂに対応する部分を肉厚部１０ｂと呼ぶこととする。
【００２３】
図２Ｂに示すように、波長変換プレート１０の肉薄部１０ａ（支持基板１２の周縁部１２ａないし平板部１２ｘ）は、肉厚部１０ｂ（支持基板１２の中央部１２ｂないし凸部１２ｙ）を取り囲むように設けられている。なお、波長変換プレート１０の平面形状は、たとえば１辺３2ｍｍの正方形状である。
【００２４】
図３に、実施例による波長変換プレート１０を含む光源装置５０の断面図を示す。光源装置５０は、主に、波長変換プレート１０、プレート搭載部材２０、プレート押さえ部材２２、光学素子３０、フェルール４０、ライトガイド４２および励起光源４４を含む。
【００２５】
プレート搭載部材（プレート保持部材）２０は、筒状の全体形状を有しており、一方の面（図中、上方面）から他方の面（図中、下方面）までを貫く貫通穴２０ｈが設けられている。波長変換プレート１０は、搭載部材２０の一方の平坦面（搭載面）に搭載される。このとき、波長変換プレート１０の肉厚部１０ｂは、貫通穴２０ｈに挿入される。なお、支持基板１２の比較的厚い部分の傾斜側面は、プレート搭載部材２０とは非接触となっている。
【００２６】
プレート押さえ部材２２は、波長変換プレート１０を押さえつけて、搭載部材２０とともに波長変換プレート１０を固定する。押さえ部材２２には、波長変換プレート１０から出射される光を遮らないように、開口２２ｈが設けられている。なお、波長変換プレート１０は、接着剤などにより、搭載部材２０に固定されていてもよい。
【００２７】
光学素子３０は、搭載部材２０の貫通穴２０ｈ内の、波長変換プレート１０に近い位置に配置され、搭載部材２０により保持されている。光学素子３０には、たとえば集光レンズやビームホモジナイザを用いることができる。ホモジナイザは、入射光を輝度が均一(トップハット型)な平行光、かつ矩形状などに集光光を成形でき変換する光学素子である。例えばここでは０．４ｍｍ×０．８ｍｍの矩形状である。
【００２８】
励起光源４４は、励起光を発生する光源で、発光ダイオードなどの半導体発光素子が望ましく、特に、光利用効率の観点から、レーザーダイオードが望ましい。励起光源４４として、たとえば、発光波長が４００〜４５０ｎｍ程度のレーザーダイオードを用いることができる。なお、他のレーザーを使用することもできる。
【００２９】
ライトガイド４２は、励起光源４４からの励起光を導光・伝搬し、光学素子３０を介して、波長変換プレート１０に励起光を照射する導光部材である。ライトガイド４２は、たとえば、中心部のコアとその周囲を覆うクラッドとを含む光ファイバである。コアは、クラッドと比較して屈折率が低い。したがって、ライトガイド４２の入光面（励起光源４４に近い端面）からライトガイド４２内に導入された励起光は、コアとクラッドとの境界の全反射を利用してコア内部に閉じこめられた状態で出光面（波長変換部材に近い端面）まで導光される。
【００３０】
フェルール４０は、ライトガイド４２を保持するための部材であり、上面中心と下面中心とを連通するライトガイド用貫通穴が形成されている。ライトガイド４２は、その出射端側がライトガイド用貫通穴に挿入されてフェルール４０に保持されている。フェルール４０は、搭載部材２０の他方の面（取り付け面）に取り付けられ、ライトガイド４２から放出される励起光が、光学素子３０を介して、波長変換プレート１０を照射するように、配置される。
【００３１】
励起光源４４からの励起光は、ライトガイド４２の入光面からライトガイド４２内に導入される。励起光は、ライトガイド４２内を伝搬し、その出光面から出射し、光学素子３０を透過して、波長変換プレート１０（特にその肉厚部）に入射する。波長変換プレート１０（特にその波長変換層）は、励起光源４４からの励起光により励起される光（黄色光）と、波長変換プレート１０を透過する励起光（青色光）と、の混色による白色光を出射する。白色光は、押さえ部材２２の開口２２ｈを通って外部に放出される。
【００３２】
再度、図２Ａを参照する。波長変換プレート１０（肉厚部１０ｂ）に入射した光の一部は、主に支持基板１２と波長変換層１６との界面において反射され、後方（凸面１２ｒ側ないし入射面側）に進行・伝搬する。反射され、後方に進行する光は、光反射膜１４、特に支持基板１２の中央部１２ｂの側面に配置される部分において反射され、再度、前方（支持面１２ｍ側ないし出射面側）に進行・伝搬する。
【００３３】
波長変換プレート１０に入射する光は、光強度分布が比較的均一であり、ビーム形状の輪郭が明瞭である。一方、光反射膜１４による反射光を含む波長変換プレート１０からの出射光は、迷光を含む可能性があり、また、ビーム形状の輪郭がぼやける・にじむ可能性がある。支持基板１２の中央部１２ｂ（凸部１２ｙ）の側面（そこに形成される光反射膜１４）を傾斜にして、その傾斜角θを調整する、また、肉薄部１０ａないし肉厚部１０ｂの幅・厚みを調整することにより、迷光やビーム形状のぼやけ・にじみを抑制することができる。
【００３４】
図４Ａは、波長変換プレート１０とプレート搭載部材２０との位置関係を示す平面図(上面図)であり、図４Ｂは、波長変換プレート １０とプレート押さえ部材２２との位置関係を示す平面図(上面図)である。図中において、波長変換プレートの肉薄部１０ａの輪郭を比較的ピッチが広い破線で示し、肉厚部１０ｂの輪郭を比較的ピッチが狭い破線で示している。プレート搭載部材２０とプレート押さえ部２２は、実線で示している。
【００３５】
図４Ａに示すように、搭載部材２０の搭載面は、波長変換プレート１０の肉薄部１０ａ（支持基板の周縁部ないし平板部）と接触して波長変換プレート１０を支持し、肉厚部１０ｂ（支持基板の中央部ないし凸部）が貫通穴２０ｈに嵌るように設けられる。波長変換プレート１０および搭載部材２０の搭載面をこのように形成することにより、波長変換プレート１０を搭載部材２０に搭載する際に、波長変換プレート１０の配置位置を容易に決定することができる。
【００３６】
なお、波長変換プレート１０、特にその波長変換層１６は、波長変換時において著しい発熱を伴う。搭載部材２０と接触する波長変換プレート１０の肉薄部１０ａは、比較的厚みが薄いため、発熱源となる波長変換層１６と搭載部材２０との距離が短くなり、その結果、効率的に熱を搭載部材２０に放出することができる。搭載部材２０の波長変換プレート搭載面は熱伝導が高いことが好ましく、例えばアルミ、銅、等で設けられている。
【００３７】
図４Ｂに示すように、押さえ部材２２により波長変換プレート１０を押さえつけて、波長変換プレート１０の配置位置を固定した際、押さえ部材２２の開口２２ｈから波長変換プレート１０の一部を覗くことができる。波長変換プレート１０から出射される光は、開口２２ｈから放出される。なお、押さえ部材２２ないしその開口２２ｈは、波長変換プレート１０からの出射光を一部遮って、出射光のビーム形状（配光形状）を調整・成形する機能を兼ねていてもよい。
【００３８】
図５は、実施例による発光装置５０を含む車両用灯具７０を示すダイヤグラムである。車両用灯具７０は、主に、発光装置５０と、レンズ体６０と、を含む。レンズ体６０は、発光装置５０から出射される光を、所定の方向に、所定の配光で放出することができる。レンズ体６０には、たとえば特許文献４に開示されるレンズ体（図１に開示される符号４４）を用いることができる。
【００３９】
なお、上記実施例においては光反射膜１４を有す例を示したが、これに限られず、支持基板１２が露出していてもよい。特に、波長変換プレート１０の厚肉部側面が搭載部材２０と非接触とすることで、厚肉部側面と空気とで生じる全反射を利用することもできる。
【００４０】
以上、実施例に沿って本願を説明したが、これらは制限的なものではない。例えば材料、数値などは例示であって、これらに限るものではない。その他種々の変形、置換、改良等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４１】
１０…波長変換プレート、１２…支持基板、１３…マスク部材、１４…光反射膜、１６…波長変換層、２０…プレート搭載部材（保持部材）、２２…プレート押さえ部材、３０…光学素子、４０…フェルール、４２…ライトガイド、４４…励起光源（半導体レーザ）、５０…光源装置、６０…レンズ体（光学系）、７０…車両用灯具。
【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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