(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザーダイオードと、前記半導体レーザーダイオードからのレーザー光を励起光として蛍光を発する蛍光体を含有する蛍光体部材とを有し、
前記蛍光体部材には、開口を有する空洞が備えられ、当該空洞は、先端部の内径が前記開口よりも狭められた形状であり、
前記半導体レーザーダイオードは、前記空洞に露出した前記蛍光体部材の内壁で前記レーザー光が複数回反射を繰り返しながら前記先端部に向かって進行するように、前記レーザー光を所定の角度で前記内壁に入射する位置に配置され、
前記蛍光体部材の外周の少なくとも一部は、前記蛍光を反射するクラッドが配置され、
前記クラッドは、前記開口の一部を覆うように配置され、前記内壁で反射されて前記開口側に戻ったレーザー光を再び前記内壁に向けて反射することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
半導体レーザーダイオードと、前記半導体レーザーダイオードからのレーザー光を励起光として蛍光を発する蛍光体を含有する蛍光体部材とを有し、
前記蛍光体部材には、開口を有する空洞が備えられ、当該空洞は、先端部の内径が前記開口よりも狭められた形状であり、
前記半導体レーザーダイオードは、前記空洞に露出した前記蛍光体部材の内壁で前記レーザー光が複数回反射を繰り返しながら前記先端部に向かって進行するように、前記レーザー光を所定の角度で前記内壁に入射する位置に配置され、
前記内壁には、前記半導体レーザーからのレーザー光が最初に入射する位置に、前記空洞の内側に向かって凸の突起が備えられていることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発光装置において、前記内壁には、前記半導体レーザーからのレーザー光が最初に入射する位置に、前記空洞の内側に向かって凸の突起が備えられていることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の発光装置において、前記突起が設けられている位置は、前記空洞の先端であることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１項に記載の発光装置において、前記内壁には、前記突起で反射されたレーザー光のうち、前記開口側へ戻り光となる光の一部を反射して、前記空洞の先端方向に再び進行させるための凹凸が備えられていることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発光装置において、前記凹凸は、前記レーザー光の光軸に対して垂直な平坦面を有する鋸歯形状であることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項２または３に記載の発光装置において、前記突起の先端の曲率半径は、前記レーザー光のビーム径よりも小さいことを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光装置において、前記蛍光体部材は、円柱形であり、底面に前記空洞の開口が配置され、上面から前記蛍光を外部に向けて出射することを特徴とする発光装置。
【請求項９】
請求項１に記載の発光装置において、前記蛍光体部材は、円錐台形状であり、底面に前記空洞の開口が配置され、上面から前記蛍光を集光して出射することを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
請求項１、８および９のいずれか１項に記載の発光装置において、前記空洞は、円錐形状または砲弾形状であることを特徴とする発光装置。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発光装置において、前記蛍光体部材は、ドーム形状であることを特徴とする発光装置。
【請求項１２】
半導体レーザーダイオードと、前記半導体レーザーダイオードからのレーザー光を励起光として蛍光を発する蛍光体を含有する蛍光体部材とを有し、
前記蛍光体部材には、開口を有する空洞が備えられ、当該空洞は、先端部の内径が前記開口よりも狭められた形状であり、先端部に空洞の内側に向かって凸の突起を備え、
前記半導体レーザーダイオードは、前記開口から突起に向かってレーザー光を入射する位置に配置され、前記突起にレーザー光を入射させるとともに、前記突起により周囲に反射された光を、前記空洞に露出した前記蛍光体部材の内壁で複数回反射させることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換のための蛍光体含有部品を備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーダイオード（ＬＤ）からの出射光を、蛍光体を含有する部材を用いて波長変換することにより、所望の波長光を出射する発光装置が知られている。この発光装置の発光効率を向上させるための構造が、特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されている発光装置は、蛍光体が分散された導光体にレーザー光を入射させる構造であり、導光体のレーザー光入射面に曲面の凹部を設け、レーザー光の凹部表面への入射角がどの位置においてもブリュースター角となるようにしている。これにより、レーザー光のＰ偏光は反射されることなく導光体に入射することができ、レーザー光の導光体表面での反射率を低減し、発光効率を向上させることができる。
【０００４】
特許文献２には、レーザー光を伝搬するライトガイドの先端の端面を波長変換部材で覆った構造を開示している。このとき、ライトガイドの先端端面を軸方向に対して斜めにする。これにより、波長変換部材との接触面積を広げ、波長変換部材の発熱をライトガイドに効率よく伝導させる。また、波長変換部材での変換光をライトガイドの先端端面で反射することができるため、ライトガイドへの戻り光となるのを防止する。これらの作用により、発光効率を高めている。また、特許文献２の図３では、先端のコア径を広げて先端部の光密度を低減する構成が開示されている。同図５には、端面のコアをくぼませて、波長変換部材をコア端面に凸形状に挿入し、接触面積を増加させた構成が開示されている。
【０００５】
一方、特許文献３には、半球状のレンズの内壁を蛍光体層で被覆し、半球状レンズの中心位置に発光ダイオードまたはレーザーダイオードを配置した発光装置が開示されている。発光ダイオードまたはレーザーダイオードの周辺やサブマウントも蛍光体層で被覆する。レーザーダイオードから出射された光を半球状の蛍光体層で変換して外部に出射する。蛍光体層で反射された光は、レーザーダイオードの周辺の蛍光体層等で変換および反射して、再び半球状の蛍光体層に入射させる。これにより、内部吸収を低減して変換効率を高める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２３１３６８号公報
【特許文献２】特許第４３７５２７０号公報
【特許文献３】特表２００５−５３７６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の装置は、特許文献１の図１および図３のように、導光体の凹部にレーザー光が入射する際に、光の屈折により光束の広がり角が大きくなる。広がった光は、導光体内の出射面に沿った領域に分布する蛍光体で波長変換されるとともに散乱されるため、光の広がり角はさらに大きくなる。このため、放射される光の密度を上げられないという問題がある。
【０００８】
特許文献２の構成は、ライトガイド先端から波長変換部材に入射した励起光の一部が、ライトガイドの内部に戻される背面反射は、ライトガイドの端面を斜めにしても完全には防止できないため、波長変換部材の励起効率は高くない。また、特許文献２の図３のように先端のコア径を広げる構成は、背面反射成分が増加すると思われる。また、同図５のように端面のコアをくぼませて、波長変換部材をコア端面に凸形状に挿入した構成は、凸部先端における励起光反射がライトガイドに戻る可能性がある。
【０００９】
特許文献３の構成は、蛍光体層にレーザー光が入射した際に起こる背面反射が多く、効率よく蛍光体層を励起することが難しい。また、反射した励起光を半球状のレンズ内部で多重反射を繰り返しても、蛍光体層の表面における光密度は向上しない。
【００１０】
本発明の目的は、波長変換効率を高めた発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様では、以下のような発光装置を提供する。すなわち、この発光装置は、半導体レーザーダイオードと、半導体レーザーダイオードからのレーザー光を励起光として蛍光を発する蛍光体を含有する蛍光体部材とを有する。蛍光体部材には、開口を有する空洞が備えられ、空洞は、先端部の内径が前記開口よりも狭められた形状である。半導体レーザーダイオードは、空洞に露出した蛍光体部材の内壁でレーザー光が複数回反射を繰り返しながら先端部に向かって進行するように、レーザー光を所定の角度で内壁に入射する位置に配置されている。
【００１２】
上記蛍光体部材の外周の少なくとも一部には、蛍光を反射するクラッドを配置することも可能である。このクラッドは、開口の一部を覆うように配置してもよく、これにより内壁で反射されて開口側に戻ったレーザー光を再び内壁に向けて反射することができる。
【００１３】
例えば、蛍光体部材は、底面に空洞の開口が配置され、上面から蛍光を外部に向けて出射する円柱形にすることができる。また、蛍光体部材は、円錐台形状にしてもよい。
【００１４】
例えば、空洞は、円錐形状または砲弾形状にすることができる。
【００１５】
また、内壁には、半導体レーザーからのレーザー光が最初に入射する位置に空洞の内側に向かって凸の突起を備えることが可能である。突起を設ける位置は、例えば、空洞の先端とする。
【００１６】
内壁には、突起で反射されたレーザー光のうち、開口側へ戻り光となる光の一部を反射して、空洞の先端方向に再び進行させるための凹凸を備えることも可能である。この凹凸は、例えばレーザー光の光軸に対して垂直な平坦面を有する鋸歯形状にする。突起の先端の曲率半径は、レーザー光のビーム径よりも小さいことが望ましい。蛍光体部材は、ドーム形状にすることができる。
【００１７】
また、本発明の別の態様としては、以下の発光装置が提供される。すなわち、発光装置は、半導体レーザーダイオードと、半導体レーザーダイオードからのレーザー光を励起光として蛍光を発する蛍光体を含有する蛍光体部材とを有する。蛍光体部材には、開口を有する空洞が備えられ、空洞は、先端部の内径が開口よりも狭められた形状であり、先端部に空洞の内側に向かって凸の突起を備えている。半導体レーザーダイオードは、開口から突起に向かってレーザー光を入射する位置に配置されている。突起にレーザー光を入射させるとともに、突起により周囲に反射された光を、空洞に露出した蛍光体部材の内壁で複数回反射させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、蛍光体を含有する部材の内部に設けた空洞内壁で、複数回レーザー光を反射させることにより、反射のたびに一部の光を蛍光体部材の内部に入射させることができる。よって、多数回の反射により、蛍光体部材内へ高効率でレーザー光を取り込むことができ、変換効率の高い発光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態の発光装置の構造と、光線進行方向を示す説明図。
【図２】図１の発光装置に用いる蛍光体部材２１の（ａ）斜視図、（ｂ）断面図。
【図３】図２の蛍光体部材２１の内壁でｎ回目に反射される光の入射角度θｎを示す説明図。
【図４】第１の実施形態の蛍光体部材２１の空洞の開き角θ０＝５°のときの、反射回数と、ｎ回目の入射角度θｎとの関係を示すグラフ。
【図５】第１の実施形態の蛍光体部材２１の空洞の開き角θ０＝１５°のときの、反射回数と、ｎ回目の入射角度θｎとの関係を示すグラフ。
【図６】第２の実施形態の発光装置の波長変換部の断面構造と光線進行方向を示す説明図。
【図７】第３の実施形態の発光装置の波長変換部の（ａ）断面構造と光線進行方向を示す説明図、（ｂ）下面図。
【図８】第４の実施形態の発光装置の波長変換部の断面構造と光線進行方向を示す説明図。
【図９】第５の実施形態の発光装置の構造と、光線進行方向を示す説明図。
【図１０】図９の発光装置の蛍光体部材の空洞の先端形状と、光線進行方向を示す説明図。
【図１１】第６の実施形態の波長変換部５２０の断面図。
【図１２】図１１の蛍光体部材の空洞の先端形状と、光線進行方向を示す説明図。
【図１３】第６の実施形態の波長変換部５２０の変形例を示す断面図。
【図１４】第７の実施形態の波長変換部５２０の断面構造と、光線進行方向を示す説明図。
【図１５】第７の実施形態の変形例の波長変換部５２０の断面構造と、光線進行方向を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施の形態の発光装置について図面を用いて説明する。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
図１に第１の実施形態の発光装置の構造および光線の進行方向を模式的に示す。図２（ａ）および（ｂ）には、図１の発光装置の波長変換部の斜視図および断面図をそれぞれ示す。
【００２２】
図１のように、発光装置は、支持台１０と、励起光源としての半導体レーザーダイオード（以下、ＬＤと称す）３０と、可動レール３１と、波長変換部２０と、レンズ４０とを備えている。波長変換部２０およびレンズ４０は、本体光軸２３に沿って配置され支持台１０によって支持されている。可動レール３１は、本体光軸２３に対してＬＤ３０の光軸３２が所定の範囲内で任意の傾斜角度を成すようにＬＤ３０を支持する。
【００２３】
波長変換部２０は、蛍光体部材２１と、蛍光体部材２１の外周を覆うクラッド２２とを備えて構成される。図２のように蛍光体部材２１は、蛍光体を含有する材料で構成された円柱状の部材であり、円柱の底面（ＬＤ３０側の端面）には、先端が徐々に狭まる形状の空洞２４が設けられている。この空洞２４の内壁面にＬＤ３０からのレーザー光を所定の入射角で照射する。これにより、レーザー光の一部はスネルの法則により屈折しながら内壁面を透過して蛍光体部材２１内に入射し、残りの光は、内壁面で反射する。反射光は、空洞内壁２４の内壁の別の部分に照射される。このように反射を繰り返しながら、光の一部を屈折により蛍光体部材２１に入射させることにより、蛍光体部材２１内の蛍光体を励起し、蛍光を生じさせる。
【００２４】
空洞２４の形状は、内壁でレーザー光を繰り返し反射しながら、空洞２４の先端方向に進行させることができる形状であることが望ましい。先端方向に進行させながら、繰り返し反射させる度に一部の光が蛍光体部材２１に入射するため、繰り返しの回数が多いほど蛍光体部材２１に入射する光量が増加する。また、空洞の先端方向に進行させることにより、ＬＤ３０側への戻り光が低減する。
【００２５】
本実施形態では、空洞２４の形状を円錐としている。円錐の中心軸と側面との成す角（開き角）はθ０である。
【００２６】
蛍光体部材２１を構成する材料は、蛍光体を分散させた透明体、蛍光ガラス、蛍光セラミック等、ＬＤ３０の出射光波長で励起されて所望の波長の蛍光を発する蛍光体を含有するものを用いる。蛍光体を分散させた透明体の母材としては、ガラスや金属酸化物等の無機物や、シリコーン樹脂等の有機物などから適宜選択して用いることができる。これらは、未硬化の母材に蛍光体を分散させ、空洞２４を形成する所定の型に入れて硬化させる製造方法や、研削や研磨により空洞２４を形成する製造方法を用いることができる。また、蛍光セラミックの場合、蛍光体の粉末を成型する際に、金型等で空洞２４を形成した後、焼結することにより蛍光体部材２１を製造できる。
【００２７】
空洞２４の内部は、全反射を防ぐために蛍光体部材２１よりも小さい屈折率であることが望ましく、空気や不活性ガスで満たされていても、真空であってもよく、また、所望の屈折率の透明部材（液体、固体）で満たされていてもよい。
【００２８】
クラッド２２は、蛍光体部材２１に入射したレーザー光と、蛍光体部材２１内で生じた蛍光を反射して、蛍光体部材２１の端面（レンズ側）から出射させる。クラッド２２としては、蛍光体部材２１との界面で高い反射率を実現できればよく、例えば、ＡｇやＡｌ等の高反射率の金属を気相成長法等で形成した金属膜や、酸化チタンや酸化亜鉛などをバインダーに分散させたものを塗布法等で膜状にした白色反射膜が好適である。
【００２９】
レンズ４０は、蛍光体部材２１の上面から出射された光を所望の形状の光束に収束等する。蛍光体部材２１からの出射光が所望の光束である場合には、レンズ４０を用いなくてもよい。
【００３０】
次に、図１の発光装置の各部の動作を説明する。ＬＤ３０の向きは、空洞２４の内壁への入射角度が所定の入射角度θ１になるように可動レール３１によって微調整される。このθ１は、レーザー光が空洞２４の内壁で複数回反射しながら円錐部の先端部に向かって導かれるように、予め定められた角度である。
【００３１】
図１のようにＬＤ３０から出射されたレーザー光は、角度θ１で空洞２４の内壁に入射する。一部の光２５がスネルの法則により屈折しながら内壁から蛍光体部材２１に入射するとともに、残りの光２６は内壁で反射される。反射された光２６は、図１および図３のように、空洞２４の先端部に向かって進行し、内壁へ入射角θ２で入射し、一部の光が屈折して蛍光体部材２１に入射し、残りの光は反射されてさらに先端部に向かって進行し、内壁へ入射角θ３で入射する。反射光の内壁へのｎ回目の入射の入射角をθｎとすると、θｎが９０度に達するまで、同様に複数回反射を繰り返す。入射角θｎが９０度を越えると、光は空洞２４の開口側（ＬＤ３０側）に進行し、戻り光となる。
【００３２】
すなわち、内壁へのｎ回目の入射角θｎは、入射と反射の原理からθｎ＝θ１＋ｎ×θ０（ｎ≧２）と表され、θｎが９０°以下の場合は円錐部先端に向かう反射光となり、θｎが９０°を越えると逆に空洞２４の開口側に向かって反射され戻り光になる。
【００３３】
蛍光体部材２１の内壁にＬＤ３０からのレーザー光が入射した際に、９０％が蛍光体部材２１に入射し、１０％が反射すると仮定すると、内壁での反射を繰り返すことにより、蛍光体部材２１には、９０％＋９％＋０．９％＋０．０９％＋・・・の光が入射し吸収される。反射回数が多いほど、蛍光体部材２１内部での波長変換率が増加し、レーザー光（励起光）を効率よく蛍光体部材２１で波長変換することができる。よって、所望の波長変換効率を得るために必要な反射回数ｎを求め、この反射回数ｎがθｎが９０°に達する前に達成できるように、空洞２４の先端の開き角θ０およびレーザー光の入射角度θ１を設定することが望ましい。
【００３４】
図４および図５は、それぞれθ０＝５、１５°とし、励起光入射角度θ１を１０°〜４５°で５°ずつ変化させた場合の反射回数ｎに対する入射角度θｎを表す。円錐の開き角θ０が小さい（先の尖った形状）θ０＝５°の場合は、最初の入射角度θ１＝４５°、ｎ＝１０回でもθｎが９０°に達せず、入射角度θ１が４５°未満の場合には、ｎ＞１０であってもθｎは９０°に達しない（図４）。一方、円錐の開き角θ１が大きい（先の太い形状）θ０＝１５°の場合は、θ１＝４５°、ｎ＝４回でθｎが９０°に達し、θ１＝１０°、ｎ＝６回でθｎが９０°に達することが分かる（図５）。
【００３５】
よって、蛍光体部材２１の内壁での反射回数を増やし、波長変換効率を増加させるためには、円錐の開き角θ０、および、励起光入射角度θ１をともに小さくすることが望ましい。
【００３６】
蛍光体部材２１で吸収されたレーザー光（励起光）のうち一部は、蛍光体により蛍光に波長変換され、残りの一部は、波長変換されないでそのまま蛍光体部材２１内を通過する。蛍光体部材２１の外周には光反射機能を有するクラッド２２が設けられており、蛍光体部材２１の外周に到達した蛍光および励起光を反射し、蛍光体部材２１の上側端面に導く。これにより、蛍光体部材２１内の蛍光および励起光は、直接またはクラッド２２で反射されて蛍光体部材２１の上側端面からレンズ４０に向けて出射される。
【００３７】
レンズは、蛍光体部材２１の出射光束を集光等して外部に向けて出射する。
【００３８】
例えば、ＬＤ３０が発光波長４００〜５００ｎｍの青色ＬＤ、蛍光体部材２１に含有される蛍光体がＹＡＧに代表される黄色蛍光体であれば、蛍光と、蛍光体部材２１を通過した励起光とが合成光された白色光を出射することができる。白色の色温度は、蛍光体部材２４に含まれる蛍光体の濃度を調整することにより制御できる。
【００３９】
このように本実施形態の発光装置では、ＬＤ３０から出射された光は、蛍光体部材２１の円錐形の空洞２４の内壁で反射を繰り返すたびに、蛍光体部材２１に入射し、吸収される。よって、反射回数が多くなるように、空洞２４の形状およびレーザー光の入射角を設定することで、高い効率で蛍光体部材２１にレーザー光を吸収させることができ、波長変換の効率の高い発光装置を提供できる。
【００４０】
なお、蛍光体部材２１の蛍光体は、黄色蛍光体に限定されるわけではなく、所望の波長の蛍光を生じる蛍光体を用いることができる。例えば、青色ＬＤを用いる場合、緑色蛍光体と赤色蛍光体を混合して含有する蛍光体部材２４を用いることにより、白色光を得ることができる。
【００４１】
クラッド２２は、蛍光体部材２１の外周面から放射される光を反射して、蛍光体部材２１の上面（端面）から出射させる機能を有するが、蛍光体部材２１の光を集光せず、広い範囲で利用する場合は、クラッド２２を配置しない構成とすることも可能である。もしくは、蛍光体部材２１の空洞２４の内壁に励起光が繰り返し入射する位置付近の外周部にのみクラッド２２を配置してもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、可動レール３１を配置し、レーザー光の入射角θ１を微調整できるように構成しているが、可動レール３１を配置せず、支持台１０により直接ＬＤ３０を調整した角度で支持する構成にすることも可能である。
【００４３】
蛍光体部材２１の空洞２４の内壁は、内壁における散乱を防ぐために、鏡面であることが望ましい。例えば、平均表面粗さＲａ１．０ａ以下が好ましい。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
図６を用いて第２の実施形態の発光装置の波長変換部を説明する。図６は、第２の実施形態の波長変換部１２０の断面構造と光線方向を模式的に示した説明図である。
【００４５】
図６の波長変換部１２０は、蛍光体部材１２１の外周面を傾斜させ、円錐台形状にしている。このため、蛍光体部材１２１は、先端部に行くに従って外径が小さくなっている。クラッド１２２は、蛍光体部材１２１の傾斜側面を覆っている。蛍光体部材１２１の外形以外の構造は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４６】
蛍光体部材１２１の外径が先端に行くに従って小さくなっているため、蛍光体部材１２１の内部の光を集光させながら先端から出射させることができる。よって、蛍光体部材１２１の出射光の光密度が第１の実施形態の蛍光体部材２１よりも増加するため、高輝度の発光装置を提供できる。
【００４７】
＜第３の実施形態＞
図７（ａ），（ｂ）を用いて第３の実施形態の発光装置の波長変換部を説明する。図７（ａ）は、第３の実施形態の波長変換部２２０の断面構造と光線方向を模式的に示した説明図であり、図７（ｂ）は、波長変換部２２０の下面図である。
【００４８】
図７（ａ）のように、第３の実施形態の波長変換部２２０は、蛍光体部材２２１の空洞２２４が砲弾形である。また、クラッド２２２は、蛍光体部材２２１の外周面の他に、図７（ｂ）のように蛍光体部材の底面および空洞２２４の開口をレーザー光の入射位置を除いて大部分を覆っている。
【００４９】
この波長変換部２２０は、第１の実施形態と同様にＬＤ３０のレーザー光が蛍光体部材２２１の空洞２２４内壁で反射を繰り返すことにより、その多くが蛍光体部材２２１に吸収され波長変換される構造である。レーザー光は、底面のクラッド２２２で覆われていない部分から、空洞内に入射し、内壁に対して鋭角の入射角θ１で入射するように設定されている。
【００５０】
入射したレーザー光は、蛍光体部材２２１の内壁に沿って多数回反射を繰り返し、反射のたびに一部の光が蛍光体部材２２１に吸収される。入射角θｎが９０度を越えると、空洞２２４の開口に戻る。開口の大部分は、クラッド２２２によって覆われているため、戻ったレーザー光は底面のクラッド２２２で反射されて、再び空洞２２４の内壁に入射し、さらに多数回反射を繰り返すことができる。
【００５１】
このように、蛍光体部材２２１の底面方向に反射したレーザー光を底面のクラッド２２２で再び空洞２２４の内壁に戻すことができるため、反射回数を増加させることができる。よって、レーザー光が蛍光体部材２２１の内部に入射し吸収される効率を高めることができ、波長変換効率が向上する。
【００５２】
＜第４の実施形態＞
図８を用いて第４の実施形態の発光装置の波長変換部を説明する。図８は、第４の実施形態の波長変換部３２０の断面構造と光線方向を模式的に示した説明図である。
【００５３】
図８のように、第４の実施形態の波長変換部３２０は、蛍光体部材３２１の空洞３２４が、先端が斜めに傾斜した形状（竹を斜めに切った形状）である。クラッド３２２は、第４の実施形態と同様に、蛍光体部材３２１の外周面と底面の大部分を覆っている。
【００５４】
第４の実施形態の波長変換部３２０においても、第３の実施形態と同様にレーザー光は、底面のクラッド３２２で覆われていない部分から、空洞３２４内に入射し、内壁で多数回反射を繰り返して吸収される。入射角θｎが９０度を越えると、空洞３２４の開口に戻り、クラッド３２２によって反射されて、再び空洞３２４の内壁に入射し、さらに多数回反射を繰り返すことができる。よって、レーザー光が蛍光体部材３２１の内部に入射し吸収される効率を高めることができる。
【００５５】
＜第５の実施形態＞
第５の実施形態の発光装置の構成を図９に示す。図１０は、第５の実施形態の発光装置の波長変換部４２０の空洞の先端部の構造と光線方向を模式的に示した説明図である。
【００５６】
第５の実施形態の発光装置の波長変換部４２０は、第１の実施形態と同様に蛍光体部材４２１と、その外周を覆うクラッド４２２とを備え、蛍光体部材４２１に円錐状の空洞４２４を備える。ただし、第１の実施形態とは異なり、円錐状の空洞の頂点部に突起部４２３を備えている。本実施形態では、突起部４２３の先端形状が半径ｒの球状であり、回転体形状である。
【００５７】
ＬＤ３０は、波長変換部４２０の中心軸に沿って、レーザー光（励起光）２６を入射するように配置されている。
【００５８】
ＬＤから出射された励起光は、図１０に示すように突起部４２３に照射され、一部は屈折しながら突起４２３内に入射する。残りの光は、突起部４２３への入射角に応じた反射角で反射される。突起部４２３は、回転体形状であるため、反射光は、突起部４２３の周囲３６０度に散乱され、空洞４２４を通って蛍光体部材４２１の内壁に入射する。
【００５９】
突起部４２３により反射されて、空洞４２４の先端方向に進行するレーザー光（励起光）は、突起部４２３と蛍光体部材４２１内壁との間で繰り返し反射される。突起部４２３または蛍光体部材４２１の内壁への入射角θｎが９０°を越えた場合には、ＬＤ３０方向への戻り光となる。
【００６０】
反射のたびに、励起光の一部が蛍光体部材４２１内部に入射するため、反射を繰り返すことにより、高効率で蛍光体部材４２１にレーザー光を入射させることができる。蛍光体部材４２１に入射した励起光の一部は、蛍光に変換され、励起光とともに、波長変換部４２０の上面端面から出射される。
【００６１】
他の構成および作用は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
突起部４２３の先端部の曲率半径ｒは、ＬＤ３０の出射するレーザー光のビーム径Ｒよりも小さい（ｒ＜Ｒ）ことが好ましい。Ｒ＜ｒの場合は、突起部４２３で反射された光のうち、ＬＤ３０側への戻り光となる光が増加し、周囲に散乱されにくくなるため、励起効率が悪くなる。また、突起部外径Ｒ’は、レーザー光のビーム径Ｒよりも大きい（Ｒ’＞Ｒ）ことが望ましい。Ｒ’＜Ｒの場合は、突起部以外にもレーザー光（励起光）が照射されるため突起部４２３による散乱の効果を得にくくなるためである。よって、全体の関係を示すとＲ’＞Ｒ＞ｒが好ましい。
【００６３】
なお、突起部４２３の先端部の形状は、半球状以外に、例えば円錐状やピラミッド状などの多角錐にすることも可能である。
【００６４】
また、蛍光体部材４２１の外周面を、図６の蛍光体部材１２１と同様に、円錐台形状にすることも可能である。蛍光体部材４２１の外周面を円錐台形状にすることにより、蛍光体部材４２１の外径が先端部に行くに従って小さくなるため、蛍光体部材４２１内部の蛍光および励起光を集光させながら先端の端面から出射させることができる。よって、出射光の光密度を増加させることができ、高輝度の発光装置を提供できる。
【００６５】
＜第６の実施形態＞
図１１および図１２を用いて第６の実施形態の発光装置の波長変換部５２０を説明する。図１１は、波長変換部５２０の断面図であり、図１２は、波長変換部５２０の空洞５２４の先端付近の光線の進行方向を示す説明図である。
【００６６】
図１１のように、第６の実施形態の波長変換部５２０は、蛍光体部材５２１とクラッド５２２とを有し、蛍光体部材５２１には円錐状の空洞５２４が設けられている。空洞５２４には頂点に、第５の実施の形態の突起部４２３と同様の突起が備えられている。また、蛍光体部材５２１の内壁には、突起部４２３に近い部分に、周方向に沿う形状の凸部５２７が、光軸方向に複数段並べて配置されている。凸部５２７の断面形状は、鋸歯状であり、光軸に対して垂直な平坦面５２５と、傾斜面５２６とにより構成されている。他の構成は、第５の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６７】
このような鋸歯状の凸部５２７を設けたことにより、図１２のように突起部４２３によりＬＤ３０の方向に反射され、戻り光となる光の一部を、平坦面５２５および傾斜面５２６で反射して、空洞５２４の先端方向に進ませることができる。また、傾斜面５２６で反射する際に、一部の光を蛍光体部材５２１内に入射させ、先端方向に進行させることができる。よって、ＬＤ３０方向への戻り光を低減することができ、蛍光体部材５２１への光の入射効率を高め、励起効率の高い発光装置を提供できる。
【００６８】
また、鋸歯形状の凸部５２７に代えて、図１３のように、空洞５２４の内壁を凹凸形状（粗面）にすることも可能である。凹凸形状は、平均表面粗さＲａ１．０ａ〜５０ａが適当である。このような形状にすることで、突起部４２３でＬＤ３０の方向に反射されて、戻り光となる光の一部を凹凸形状で散乱して、散乱光の一部を空洞５２４の先端方向に進ませることができる。よって、ＬＤ３０方向への戻り光を低減することができ、蛍光体部材５２１への光の入射効率の高めることができる。
【００６９】
＜第７の実施形態＞
図１４を用いて第７の実施形態の発光装置の波長変換部６２０を説明する。図１４は、波長変換部６２０の断面構造と光線の進行方向を示す説明図である。
【００７０】
図１４のように、波長変換部６２０は、ドーム状の蛍光体部材６２１と、蛍光体部材６２１の頂点部を除いた部分を覆うクラッド６２２とを有する。ドーム状の蛍光体部材６２１の内部空間の頂上部には、突起部４２３が設けられている。
【００７１】
第５の実施形態と同様に、突起部４２３にＬＤ３０からレーザー光を照射すると、一部は突起部４２３に入射し、残りの光は、周囲に反射される。反射光は、ドーム状の蛍光体部材６２１の内壁で反射され、反射の際に一部の光が蛍光体部材６２１に入射する。蛍光体部材６２１の内壁での反射光の一部は、内壁で繰り返し反射される。
【００７２】
蛍光体部材６２１に入射したレーザー光（励起光）は、一部が蛍光に変換され、蛍光と励起光は、直接またはクラッド６２２で反射されて、ドーム状の蛍光体部材６２１の頂上付近から出射される。蛍光体部材６２１の内部では、蛍光や励起光の一部が蛍光体により散乱されるため、蛍光体部材６２１の内部をＬＤ３０側に進行する光であっても、散乱により頂上方向へ向かわせて頂上付近から出射させることができる。
【００７３】
なお、ドーム状の蛍光体部材６２１のレンズ効果により、光を集光して出射させることができる。
【００７４】
このように、第７の実施形態では、蛍光体部材６２１をドーム状にすることにより、ドーム状の内壁による多重反射、および、レンズ効果によって効率よく光を蛍光体部材６２１に入射して頂上付近に導くことができ、励起効率の高い発光装置を提供できる。
【００７５】
図１４の構造では、クラッド６２２をドーム状の蛍光体部材６２１の外周部の一部に配置しているが、クラッド６２２を蛍光体部材６２１の底面および空洞６２４の開口の一部を覆うように配置することも可能である。空洞６２４の開口を覆うクラッド６２２は、ＬＤ３０からのレーザーの入射方向を塞がないように配置する。これにより、図７および図８に示した第３および第４の実施形態と同様に、蛍光体部材６２１の内部および空洞６２４の内部をＬＤ側に進む戻り光の一部を、底面および空洞６２４の開口に配置したクラッド６２２により反射することができる。これにより、蛍光体部材６２１の内部の戻り光を、頂上方向に進行させて出射でき、また、空洞６２４の内部の戻り光を、蛍光体部材６２１の内壁に再び入射させることができるため好ましい。
【００７６】
第７の実施形態の変形例を図１５に示す。ドーム状の蛍光体部材６２１の内面が凹凸形状（粗面）になっている。凹凸形状は、平均表面粗さＲａ１．０ａ〜５０ａが適当である。このような凹凸形状にすることで、突起部４２３でＬＤ３０の方向に反射されて、戻り光となる光の一部を凹凸形状で散乱して、散乱反射光の一部を頂上方向に進ませることができる。また、蛍光体部材６２１の内部に入射した光およびその蛍光を凹凸形状による散乱して、その一部を頂上方向へ進ませることができる。よって、ＬＤ３０方向への戻り光を低減することができるとともに、蛍光体部材５２１内部の励起光および蛍光の頂上からの取り出し効率が高まる。よって、励起効率の高い発光装置を提供できる。
【００７７】
図１５の構造においても、クラッド６２２を蛍光体部材６２１の底面および空洞６２４の開口の一部を覆うように配置することにより、蛍光体部材６２１の内部の戻り光を、頂上方向に進行させて出射でき、また、空洞６２４の内部の戻り光を、蛍光体部材６２１の内壁に再び入射させることができるため好ましい。
【００７８】
以上説明したように本発明の発光装置は、ＬＤのレーザー光（励起光）を効率よく蛍光体部材の内部で入射させて波長変換させることができ、励起効率の高い、大光量の照明装置が提供できる。また、従来の装置と比べて、蛍光体部材の上面（端面）や頂上から出射される光束の密度が大きいため、レンズ４０により容易に集光することができ、超高輝度の光源装置を提供することができる。
【００７９】
本発明の発光装置は、レーザーヘッドランプ、レーザー照明用光源、投光器、その他ＬＤ応用製品全般に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０…支持台、２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０…波長変換部、２１、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１、６２１…蛍光体部材、２２、１２２、２２２、３２２、４２２、５２２、６２２…クラッド、２３…光軸、２４、１２４、２２４、３２４、４２４、５２４、６２４…空洞、３０…レーザーダイオード（ＬＤ）、３１…可動レール、４０…レンズ、５２５…平坦面、５２６…傾斜面、５２７…凸部
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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