(57)【要約】【課題】高出力かつ長寿命の発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】光源と、前記光源からの光を導光する屈曲可能な導光部材と、前記導光部材により導光された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材とを有する発光装置であって、前記導光部材の端部に、前記波長変換部材を備えた保持部材が設けられており、該保持部材は熱的に接続される熱伝導部材を有している発光装置。【選択図】図１
2007335514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を導光する屈曲可能な導光部材と、
前記導光部材により導光された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材とを有する発光装置であって、
前記導光部材の端部に、前記波長変換部材を備えた保持部材が設けられており、
該保持部材は熱的に接続される熱伝導部材を有していることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記熱伝導部材は、ワイヤ状、パイプ状、メッシュ状、膜状又はこれらを組み合わせた形状で形成されてなる請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記熱伝導部材は、一端が前記保持部材に接続され、他端が冷却部材に接続されている請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記光源はレーザダイオードである請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項５】
前記熱伝導部材は、０．１ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項６】
前記保持部材は、０．１ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率を有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源、屈曲可能な導光部材、波長変換部材及び熱伝導部材とを有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高い出力で色情報が正確に再現されるような発光装置が求められている。今日では、その光源として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう。）、レーザダイオード（以下「ＬＤ」ともいう。）等の光源を用いることが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ＬＥＤ及びＬＤは、小型で電力効率が良く、鮮やかな色で発光し、球切れ等の心配がない。特に、ＬＤは、ＬＥＤよりも光密度が高いため、より高輝度の発光装置を実現することができる。
【０００４】
また、ＬＥＤをその先端部に配置した内視鏡では、その先端部に配置するＬＥＤからの発熱を低減するために、チップ基板から他端部まで、熱伝導性の高い束線部材２１を設けることが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５１５８９９号公報
【特許文献２】特開２００４−２４８８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、例えば、特許文献１に記載されたＬＥＤ及びＬＤ等において、波長変換部材を介して、ＬＥＤ又はＬＤからの光を外部に放出する場合、波長変換部材が光に起因する熱により劣化してしまい、光源からの光を十分に外部に放出できなくなったり、場合によっては波長変換部材が変色してしまい発光装置として使用できなくなったりする等の問題があった。
【０００７】
また、ＬＥＤチップに起因する熱は、そのチップの配置態様に起因して種々の部位において影響を与えるため、より、チップの配置態様に応じたより効果的な放熱を実現することが求められるという課題がある。
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、高出力かつ長寿命の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】
【０００８】
本発明の発光装置は、光源と、前記光源からの光を導光する屈曲可能な導光部材と、前記導光部材により導光された光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材とを有する発光装置であって、前記導光部材の端部に、前記波長変換部材を備えた保持部材が設けられており、前記保持部材は熱的に接続される熱伝導部材を有していることを特徴とする。
この発光素子においては、熱伝導部材は、ワイヤ状、パイプ状、メッシュ状、膜状又はこれらを組み合わせた形状で形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、熱伝導部材は、一端が前記保持部材に接続され、他端が冷却部材に接続されていることが好ましい。
さらに、光源はレーザダイオードであることが好ましい。
また、熱伝導部材及び／又は保持部材は、０．１ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高出力かつ長寿命の発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の発光装置は、図１又は図２に示すように、主として、光源１０と、光ファイバ２０と、波長変換部材４０と、熱伝導部材５０と、保持部材３０とを有して構成される。
光源
光源は、後述する蛍光物質を励起することができる光を出射するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、半導体素子、ランプ又は電子ビーム、プラズマ、ＥＬ等をエネルギー源とするデバイス等があげられる。なかでも、３００〜５００ｎｍの波長域に発光ピークがある光を発する発光素子であることが好ましく、ＬＤ、ＬＥＤが好適に用いられる。これを使用することにより、初期駆動特性に優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強く、小型で発光出力の高い発光装置とすることができる。特に、ＬＤは光密度が高いため、容易に輝度を向上させることができる。一方、ＬＤは、光密度が高いために波長変換部材が発熱しやすく、劣化、変色を招く。本発明は、熱による波長変換部材への悪影響を大幅に軽減することができるため、ＬＤを用いる場合に特に有効である。
また、光源は、１つの発光装置において、複数備えることもでき、例えば、複数の光源から1つの光ファイバ（下記で改めて説明する）に導光させることができる。これにより、導光される光の出力を向上させることができる共に、本発明が特に効果的に作用する。また、複数の光源はそれぞれ異なる波長を射出するものであってもよい。
【００１２】
導光部材
導光部材は、光源からの光を波長変換部材に導くための透光性部材であり、長手方向に延伸するとともに、屈曲可能に構成されていることが好ましい。これにより、所望の位置に光を容易に導出することができる。なお、導光部材の断面は円形が好ましいが、これに限定されるものではない。導光部材２０の径は、特に限定されないが、例えば、３０００μｍ以下、１０００μｍ以下、４００μｍ以下、さらには２００μｍ以下のものを用いることができる。一例として、具体的には、コア／クラッド＝１１４／１２５（μｍ）、７２／８０（μｍ）等のものが挙げられる。導光部材２０の径とは、その断面が円形でない場合は、断面における平均の長さとする。導光部材は、その一端が光源側に配置されており、他端が後述する波長変換部材側に配置されている。導光部材としては、例えば、光ファイバ、ホーリーファイバー等を用いてもよい。光ファイバを用いることにより、光源からの光を効率よく導出することができる。光ファイバは、通常、内側に屈折率の高いコアが、外側に屈折率の低いクラッドが配置されて構成される。導光部材の光源側の端部及び／又は波長変換部材側の端部の形状は特に限定されず、平面、凸状レンズ、凹状レンズ、部分的に凹凸を設けた形状等、種々の形状とすることができる。例えば、光ファイバを用いる場合、各端部においてコア及び／又はクラッドをこれらの形状とすることができる。
【００１３】
光ファイバは、単線ファイバ、多線ファイバのいずれでもよい。また、単一モードファイバ、多モードファイバのいずれでもよいが、多モードファイバであることが好ましい。
光ファイバの材料は特に限定されるものではなく、例えば、石英ガラス、プラスチック等が挙げられる。なかでも、コアの材料がピュアシリカ（純粋石英）によって構成されているものが好ましい。これにより、伝達損失を抑えることができる。
なお、光ファイバ内の一部、例えば、コア材料に、後述する蛍光物質等を含有させてもよい。
【００１４】
波長変換部材
波長変換部材は、光源から出射される励起光の一部又は全部を吸収し、波長変換して所定の波長域の光、例えば、赤色、緑色、青色、さらにこれらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する光を放出し得るものである。したがって、波長変換部材は、このような機能を実現することができる材料によって構成されるものであれば、その種類は限定されない。
【００１５】
波長変換部材は、例えば、異なる波長の光を波長変換する複数の層（２層又は３層以上）により構成されていてもよいし、複数の層のうち、少なくとも１層が光を透過及び／又は散乱させる層により構成されていてもよい。これらの層は、蛍光物質のみから構成されるもの、透光性材料に蛍光物質を含有させたもの、透光性材料のみからなるものが挙げられる。具体的には、図３（ａ）に示すように、励起光の導入方向に略直交する方向に複数の層が積層されていてもよいし、図３（ｂ）に示すように、励起光の導入方向に略平行する方向に複数の層が配置されていてもよいし、図３（ｃ）に示すように、励起光の導入方向に交差する方向に（例えば、放射状に）複数の層が配置されていてもよい。なお、これらの場合、波長変換部材は、最初に励起光が導入される部分が、それ以外の部分よりも、励起光により生じる熱が低い材料で形成されていることが好ましい。つまり、最も光源に近い層、最も内側の層４０Ａが、最も光源に遠い層、最も外側の層４０Ｂよりも、耐熱性のある透光性材料のみにより又は耐熱性のある透光性材料を含んで形成されているか、蛍光物質の含量が少量であるか、励起光に対して耐性のある蛍光物質により形成されている等が挙げられる。
【００１６】
蛍光物質としては、光源で励起されるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体・サイアロン系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
【００１７】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＭＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。また、Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8：ＥｕのほかＭＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ、Ｍ1.8Ｓｉ5Ｏ0.2Ｎ8：Ｅｕ、Ｍ0.9Ｓｉ7Ｏ0.1Ｎ10：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などもある。
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、ＭＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
【００１８】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活されるサイアロン系蛍光体は、Ｍp/2Ｓｉ12-p-qＡｌp+qＯqＮ16-p：Ｃｅ、Ｍ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。ｑは０〜２．５、ｐは１．５〜３である。）などがある。
Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、Ｍ5（ＰＯ4）3Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。
【００１９】
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、Ｍ2Ｂ5Ｏ9Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｒ、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｒ、ＣａＡｌ2Ｏ4：Ｒ、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｒ、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ12：Ｒ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｒ（Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。
アルカリ土類硫化物蛍光体には、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕなどがある。
【００２０】
Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｙ3（Ａｌ0.8Ｇａ0.2）5Ｏ12：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅの組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体などがある。また、Ｙの一部若しくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅなどもある。
【００２１】
その他の蛍光体には、ＺｎＳ：Ｅｕ、Ｚｎ2ＧｅＯ4：Ｍｎ、ＭＧａ2Ｓ4：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
上述の蛍光体は、所望に応じてＥｕに代えて、又は、Ｅｕに加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。
【００２２】
これらの蛍光体の具体的な組み合わせとしては、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ（青色発光）と、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（緑色発光）又はＢａＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ（緑色から黄色発光）と、（Ｓｒ，Ｃａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ（赤色発光）との組み合わせ；Ｃａ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ、Ｃａ2Ｂ5Ｏ9Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ（青色発光）と、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（黄色発光）との組み合わせ；Ｃａ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ、Ｃａ2Ｂ5Ｏ9Ｃｌ：Ｅｕ又はＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ等（青色発光）と、Ｌｕ3ＡｌＯ12：Ｃｅ（緑色発光）と、（Ｓｒ，Ｃａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ（赤色発光）との組み合わせが挙げられる。これにより、可視光の短波長領域の３６０〜４７０ｎｍの範囲の発光ピーク波長を有する光源と組み合わせると、演色性の良好な白色系の混色光を得ることができる。また、Ｌｕ3ＡｌＯ12：Ｃｅ（緑色発光）と、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ又はＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ（赤色発光）との組み合わせ；Ｌｕ3ＡｌＯ12：Ｃｅ（緑色発光）と、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（黄色発光）との組み合わせ；Ｌｕ3ＡｌＯ12：Ｃｅ（緑色発光）と、ＣａＡｌＳｉＢａＮ3：Ｅｕ（赤色発光）との組み合わせ等が挙げられる。これにより、４５０ｎｍ付近（例えば、４００〜４６０ｎｍ）に発光ピーク波長を有する光源と組み合わせることにより、発光効率をさらに向上させることができる。
【００２３】
透光性材料は、光源からの光を透過し得る材料であれば、特に限定されるものではなく、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機材料、ガラス、低融点ガラス、結晶化ガラス等の無機材料等、これらの材料に後述するフィラー等を含有したもの等が挙げられる。これにより、光源から得られた光を、そのまま波長変換せずに用いることができ、光の指向性を制御することができる。
一般に、有機材料の透光性材料は、光により劣化しやすいが、本発明の構成は、特に、透光性材料が有機部材である場合に有効である。
なお、良好な演色性を得るためには、波長変換部材を通った後の照射光が、７０以上、さらに８０以上の平均演色評価数（Ｒａ）となるような材料を選択することが好ましい。
【００２４】
このように、波長変換部材を用いることにより、複数の波長の光を合成することができ、白色系の混色光を得ることができる。ただし、色調を調整するための各色の光は、必ずしも波長変換部材によって波長変換された光でなくてもよく、光源から得られた光をそのまま利用してもよい。例えば、光源からの光と、１以上の蛍光物質からの光とが合成されたもの、あるいは、２以上の蛍光物質からの光が合成されたものが挙げられる。
【００２５】
波長変換部材には、任意に、ＳｉＯ2等のフィラーを含有させてもよい。フィラーは、照射された光を反射、散乱させるためのものである。これにより、光を散乱させて取り出すことができる。また、混色が良好になるとともに色むらを低減させることができる。さらに、波長変換部材にフィラーを混合することにより、その粘度を調整することができるため、任意の形状に、任意の部位に、容易に配置させることができる。フィラーは、波長変換部材を構成する材料により、任意の粒径、粒子形状、使用量を適宜調整して用いることができる。
【００２６】
波長変換部材は、例えば、上述した蛍光物質等を、任意にフィラーとともに、透光性材料に混合し、必要があれば適当な溶媒を用いて、ポッティング法、スプレー法、スクリーン印刷法、ステンシル印刷法等、さらに、注型法、圧縮法、トランスファー法、射出法、押し出し法、積層法、カレンダー法、インジェクションモールド法等のプラスチップの成型法等、真空被覆法、粉末噴霧被覆法、静電堆積法、電気泳動的に堆積させる方法等を利用して、上述した所望の形状に形成することができる。また、透光性材料を用いずに、例えば、蛍光物質等と、任意にフィラー及び適当な溶媒とともに混合し、任意に加熱しながら、加圧により成型する方法、電着等を利用してもよい。
【００２７】
波長変換部材は、図１及び図２に示すように、励起光を導出するための光ファイバの先端部に取り付けて、つまり、光ファイバと光学的に接続されていてもよいし、光源と光ファイバとの接続部分に取り付けてもよい。後者の場合には、ライトガイドの先端が汚れる箇所においても使用することができる。また、波長変換部材の取り替えが容易にできる。さらに、波長変換部材を種々の位置に設けることにより生産性の向上を図ることができる。なお、これらの場合には、励起光が、波長変換部材の内側の層に入射されるように光ファイバと波長変換部材とを光学的に接続することが適している。ここで、光学的に接続されているとは、光源からの光路を遮断することがなければ、波長変換部材と光ファイバとの間に、後述する又は任意の部材が介在されていてもよいことを意味する。
【００２８】
波長変換部材は、光ファイバの端部（端面）のみを被覆するように形成されていてもよいが、発光装置が後述する保持部材を備えている場合には、光ファイバ端部のみならず、保持部材の端面にまでわたって、その端面の一部、さらに、全部を被覆していることが好ましい。これにより、波長変換部材が広い領域に形成されることとなり、放熱性が向上するとともに、密着性が向上し、波長変換部材の剥離等を防止することができる。また、波長変換部材に照射される光の密度を低減させることができ、樹脂の劣化を防止することが可能となる。さらに、光の取り出し効率が向上し、高輝度の発光装置を得ることができる。波長変換部材での保持部材の端部の被覆面積が増加するほど、この効果が向上する。
【００２９】
保持部材
本発明の発光装置においては、導光部材の先端、つまり光源に接続されていない側端部が、保持部材３０によって支持されていることが好ましい。このような保持部材により、導光部材からの出射光を固定することが容易となる。また、その材料や形状に応じて発光効率を向上させることができるとともに、発光装置としての組み立てが容易となる。したがって、保持部材は、導光部材を支持し得るものであれば、どのような材料及び形状で構成されていてもよい。
【００３０】
保持部材は、励起光及び／又は波長変換された光を反射する材料、つまり、これらの光に対する反射率が高いか、熱伝導性が高い、いずれかの材料又はこれらの双方の性質を備える材料で形成されていることが好ましい。例えば、励起光及び／又は波長変換された光に対して８０％以上の反射率、０．１Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導性を有するものが好ましい。具体的にはＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ホウケイ酸ガラス、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、カーボン、銅、硫酸バリウム等が挙げられる。なかでも、ＺｒＯ2を用いた場合には、反射率が高く、導光部材が通るように加工することが容易であり、ステンレス鋼を用いた場合には、引っ張り強度を維持することが容易であるため、ＺｒＯ2、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０３等）で形成されていることが好ましい。
【００３１】
また、反射率を上げるために、保持部材の端面にミラーをつけて鏡面反射をさせるか、乱反射をさせてもよいし、凹凸等の加工をしてもよい。これにより、一旦、導光部材から照射された励起光や波長変換された光が反射によって導光部材側に戻ってきた場合に、保持部材によって再度反射させることにより、励起光及び波長変換された光を有効に外部に取り出すことができ、出力を向上させることができる。また、凹凸が形成されている場合には、波長変換部材の保持部材への密着性が向上し、波長変換部材の放熱性を増大させるとともに、波長変換部材の剥がれや劣化を防止することができる。なお、鏡面反射及び／又は凹凸を有する面は、保持部材のみならず、導光部材の端面にも形成されていることが好ましい。
【００３２】
保持部材は、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、導光部材の外周を取り囲むような円筒形状のフェルール３０ａと称されるようなものであってもよいし、導光部材の端面に種々の機能を付与するために複数の機能膜／部材等が一体的に又は別個に取り付けられたもの、例えば、図６（ａ）、（ｂ）等に示すように、フェルール３０ａを支持するフランジ３０ｂと称されるようなもの、図６（ｃ）及び図８（ｄ）等に示すように、光を指向させるリフレクタ３０ｃと称されるようなものを有していてもよいし、導光部材の端面や各種機能膜／部材等を被覆するためのカバー又はキャップ等（図示せず）が一体的に又は別個に取り付けられたものでもよい。
【００３３】
熱伝導部材
熱伝導部材５０は、保持部材を通して間接的に又は直接的に、波長変換部材４０に生じた熱を吸収し、これらを外部に導いて放出し、波長変換部材４０の発熱を軽減するものである。つまり、一端は保持部材に接続される。また、熱伝導部材５０は、導光部材と同様に長手方向に延伸されるとともに、屈曲可能に構成してもよい。つまり、他端は、任意の方向（例えば、光源の方向）に延在している。これにより、放熱性を向上するとともに、所望の位置に光を容易に導出することができる。
【００３４】
熱伝導部材５０を構成する材料は特に限定されるものではないが、例えば、熱伝導率が０．１ｗ／ｍ・ｋ程度以上ものもが好ましく、さらに０．５ｗ／ｍ・ｋ程度以上のものが好ましい。また、別の観点から、波長変換部材において用いる有機部材又は無機部材よりも熱伝導性が良好なものが好ましい。例えば、金属（銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル等）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、Ｃｕダイヤモンド、ダイアモンド、透明導電性材料（インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等）、有機材料等を単独又は組み合わせて用いることができる。特に、窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、発光装置として形成しやすいので好ましい。また、ペルチェ素子を用いることもできる。
【００３５】
熱伝導部材５０の形状は、保持部材と熱的な接続を有し、かつ波長変換部材とは反対側に延長して、保持部材及び波長変換部材の外部に及ぶ形状であれば特に限定されず、ワイヤ状、パイプ状、メッシュ状、膜状、塊状またはこれらの組み合わせのいずれであってもよい。特に、ワイヤ状、パイプ状、メッシュ状、膜状の形状とすることにより、熱伝導部材自体を小さく又は細くすることができ、保持部材の大きさを実質的に大きくすることなく、十分な放熱性を確保することができる。また、パイプ状の場合は、パイプ内部に冷却材を通すことができ、放熱性をさらに高めることができる。例えば、このような冷却材としては熱伝導部材を冷却できるものであればよく、液体や気体のものが好ましく用いられる。特に、液体としては水、気体としては冷却ガス（原料としてガリウムメタルを使用できる）が好ましい。メッシュ状の場合は、表面積が増えるため放熱性がさらに向上することができる。
【００３６】
例えば、熱伝導部材５０としては、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、多芯型の保持部材３０中に挿入されたワイヤ状（１本又は複数本）のものが挙げられる。この場合、熱伝導部材５０の一端は、保持部材３０の端部と一致していてもよいし（図４（ａ）、（ｄ））、保持部材３０の端部にまで達していなくてもよいし（図４（ｂ））、波長変換部材４０内にまで突出していてもよい。前者の場合には、導光部材と熱伝導部材とを同時に研磨処理することができ、簡便に製造することができる。後者の場合には、波長変換部材４０内部の熱を効率よく外部に導くことができる。
【００３７】
また、図５（ａ）に示すように、保持部材３０にその一部が挿入され、波長変換部材４０と反対側に延長するパイプ状のものであってもよいし、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、波長変換部材４０と反対側に延長し、保持部材３０の一部又は全部を被覆するようなパイプ状のものであってもよい。この場合の熱伝導部材は、金属のメッシュワイヤ、ヒートパイプ、有機チューブ、銅及びアルミなどのフレキシブルパイプ等を利用することができ、これにより、導光部材を保護することもできる。
さらに、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、保持部材３０の外表面及び／又は内部わたって、ワイヤ状、板状の熱伝導部材５０を溶接、半田付け又は巻き付け等により密着させてもよい。
【００３８】
また、図７（ａ）に示すように、保持部材３０の外表面に膜状の熱伝導部材５０ａを密着させ、さらにそれにワイヤ状の熱伝導部材５０ｂを溶接、半田付けなどにより接続して延長させてもよいし、図７（ｂ）に示すように、導光部材２０の外表面に膜状の熱伝導部材５０を密着させ、導光部材２０と保持部材３０との間から、波長変換部材４０とは反対側の外部にわたって延長したものであってもよい。膜状の熱導電部材は、例えば、蒸着、めっき、スパッタリング、電着等により形成することができる。
さらに、図８（ａ）〜（ｃ）に示したように、保持部材３０の内部に熱伝導部材５０ａを埋め込み、その一部を露出させて、その露出部からワイヤ状の熱伝導部材５０ｂを延長させたものであってもよいし、図８（ｄ）、（ｅ）に示したように、保持部材３０の部品と部品との間に熱伝導部材５０ａを挟持し、それにワイヤ状の熱伝導部材５０ｂを延長させたものであってもよい。
【００３９】
これらの熱伝導部材５０は、保持部材との接触面積が大きいほど、放熱効率が向上するため、好ましい。また、図８（ｄ）等に示すように、保持部材３０に熱伝導率の高い材料と反射率の高い材料を組み合わせて配置することにより、光源からの光出力を低下させることなく、最大限の放熱特性を発揮させることができる。
熱伝導部材は、上述したように、一端は保持部材に熱的に接続されており、波長変換部材から相当な距離を離して延長されている。この距離が長いほど、放熱効率が良好となる。一方、他端は、そのまま断線していてもよいし、冷却部材に接続されていてもよい。例えば、冷却部材としては、当該分野で公知のヒートシンク、冷却装置等が挙げられる。これにより、より放熱効率を向上させることができる。
なお、熱伝導部材は、保持部材に熱的に接続されるのみならず、保持部材を備えない発光装置においては、波長変換部材及び／又は光ファイバに、熱伝導部材を上記に準じて配置させてもよい。
【００４０】
その他の部材
光源の射出側には、レンズが設けられていてもよい。
レンズは、光源から射出された光が、射出部に集光される限り、どのような形状でもよく、光源と射出部との間に、複数枚並べて配置してもよい。レンズは、無機ガラス、樹脂等により形成することができ、なかでも、無機ガラスが好ましい。光源とライトガイドとの間にレンズを備え、レンズを介して光源から射出された励起光をライトガイドへ導出することができることにより、光源からの射出する励起光を集光させ、効率よく導光部材に導出することができる。
【００４１】
また、光源に備えられるレンズに蛍光物質等を含有させてもよい。これにより、レンズ自体を波長変換部材として機能させることができる。レンズ機能により、波長変換された励起光が、確実に射出部に集光されるため、色バラツキを解消することができ、レンズの製造によって波長変換部材をも製造することができるために、波長変換部材の製造コストを抑えることができる。
上述した保持部材に取り付ける場合に限らず、本発明の発光装置には、適切な位置に各種機能膜／部材を取り付けることが好ましい。ここでの機能膜／部材としては、例えば、波長変換光反射膜、励起光反射膜、拡散防止部材、拡散部材、遮断部材等が挙げられる。
【００４２】
波長変換光反射膜は、波長変換部材によって波長変換された光が、励起光入射側に戻ることを防止するとともに、励起光入射側に戻った光を反射させることにより光として外部に取り出すために利用することができる。したがって、波長変換反射膜は、特定波長の光のみを通過させ、特定波長、つまり波長変換された光を反射し得る材料により形成することが好ましい。これにより、励起光入射側に戻った光を反射することができ、発光効率の向上を図ることができる。
【００４３】
励起光反射膜は、励起光が直接外部に照射されること、励起光が意図しない部分から漏れること等を防止するために利用することができる。これにより、例えば、波長変換部材内を通過するが、蛍光物質等で波長変換されなかった励起光を再度波長変換部材内に戻すことにより、発光効率を向上させることができる。したがって、励起光反射膜は、波長変換された特定波長の光のみを通過させ、励起光を反射し得る材料により形成することが好ましい。
【００４４】
拡散防止部材は、励起光及び／又は波長変換された光が意図しない方向に拡散することを防止するために利用することができる。したがって、拡散防止部材は、励起光又は波長変換された光を９０％以上遮断する材料及び形状で構成されることが好ましい。例えば、導光部材と波長変換部材との間、つなぎ目などに、導光部材と波長変換部材との間で挟持するように配置してもよいし、導光部材と波長変換部材との境界部分を取り囲むように配置してもよいし、波長変換部材の波長変換光照射部分以外の外表面を被覆するように配置してもよい。
【００４５】
拡散部材は、主として励起光を拡散させることにより、特に、波長変換部材の蛍光物質等により多くの励起光を照射させ、発光効率を向上させるとともに、色ムラの軽減にも効果がある。さらに、蛍光物質等に照射される励起光の光密度も低減できるため、蛍光物質等の負担を軽減することができる。したがって、拡散部材は、導光部材の光の出射口と波長変換部材との間に配置させることが好ましい。拡散部材は、例えば、上述した樹脂のうち、屈折率の比較的高いもの、上述した樹脂に上述したフィラーを含有するもの等を利用することが好ましい。なかでも、シリコーン樹脂にフィラーを含むものが好ましい。これにより、波長変換部材に照射される光の密度を低減でき、単位面積あたりの波長得変換材の負担を軽減することができるため、波長変換部材を構成する保持部材の劣化、変色を軽減できる。したがって、発光効率及びリニアリティや発光出力の最大値を向上させることができる。
【００４６】
遮断部材は、光源からの光を９０％以上遮断するものであることが好ましい。これにより、所定の波長の光のみを取り出すことができる。例えば、人体に有害な紫外線を放出する光源を用いる場合、その紫外線を遮断するために紫外線吸収剤又は反射剤等を遮断部材として、光導出部において、波長変換部材に含有させて用いることができる。なかでも、より発光効率を向上させることができる観点から、反射剤を用いることが好ましい。遮断部材は、上述した励起光反射膜、拡散防止膜等としての機能をも有しているため、これらと厳密に区別して利用されていなくてもよい。
【００４７】
発光装置の態様
本発明の発光装置は、図１及び図２に示したように、１つの光源と、一本の導光部材と、１つの波長変換部材と、１つの熱伝導部材から構成されていてもよいし、このような一単位の発光装置を複数個搭載した発光装置としてもよい。
また、１つの光源に複数本の導光部材と、それに対応した波長変換部材とを備えるように構成してもよい。さらに、複数の光源と、１つの導光部材と、1つの波長変換部材で波長変換する構成を有していてもよい。また、１つの光源に複数本の導光部材と、これら光ファイバからの光を１つの波長変換部材で波長変換する構成を有していてもよい。さらに、複数の光源と、それに対応する複数本の導光部材と、これら導光部材からの光を１つの波長変換部材で波長変換する構成を有していてもよい。また、これらの発光装置を組み合わせて１つの発光装置として利用してもよい。
【００４８】
発光装置の用途
本発明の発光装置は、例えば、通常の照明器具、車両搭載用の照明（具体的には、ヘッドライト用、テールランプ用光源等）、内視鏡装置、ファイバースコープ、電流の漏洩や発熱等を回避したい部材における光源、点光源を要求する場所や光源の取り替えが困難な場所などで使用する発光装置等として利用することができる。
したがって、この発光装置は、撮像部材（つまり、光学像を電気信号に変換する電子部品（受光素子））、具体的には、ＣＣＤ（charge-coupled device）、ＣＭＯＳ（ＣＭＯＳ image sensor）等を利用した撮像素子、電気信号を画像信号に変換する画像信号処理装置、電気信号又は測定値等を表示するインジケータ、画像信号を出力して画像を映し出すディスプレイ、各種の処理及び計算を行うコンピュータ等とともに使用することができる。特に、撮像部材として撮像素子を用いる場合には、被写体の光学像を、扱いやすいものとすることができる。
【００４９】
例えば、受光素子（例えば、フォトダイオード等）は、発光装置と別体として設けてもよいが、光源（例えば、光源）の近傍に、光ファイバの周辺にあるいは光ファイバ先端部材内のいずれに設けてもよい。これにより、受光素子によって光源から発せられた光量を観測し、一定の光量以下の場合に、光源に投入される電流を調整するなどして一定の光量を維持することができる。
【００５０】
本発明の発光装置は、色調バラつきが少なく、色再現性に非常に富み、演色性が非常に高いため、内視鏡装置のように、鮮明な撮像等が要求される装置との併用に極めて優れた効果を発揮する。
さらに、本発明の発光装置は、可視光通信にも使用することができる。つまり、上述した発光装置により得られる可視光を利用し、例えば、発光装置に通信機能を付加することによりワイヤレス環境を構築することができる。これにより、光源を用いて、数百ＭＨｚという変調速度を実現することができる。
【００５１】
以下に、本発明の発光装置の具体例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この発光装置は、図１に示したように、光源１０と、導光部材２０と、保持部材３０と、波長変換部材４０、熱伝導部材５０とを備えて構成される。
この発光装置では、光源１０として４４５ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有するＧａＮ（窒化ガリウム）系の半導体からなるＬＤを用いた。
【００５２】
導光部材２０は、石英製のＳＩ型光ファイバ（１１４（μｍ：コア径）／１２５（μｍ：クラッド径））を用いた。
保持部材３０としては、フェルールとして、図４（ａ）に示したように、ニッケルからなる直径０．７ｍｍのものを用い、内部に、光ファイバ２０とともに、熱伝導部材５０として、銅製の金属ワイヤ（直径０．１６ｍｍ）を備えたものを用いた。また、フェルールの端面には反射膜として銀を成膜した。なお、この保持部材３０及び熱伝導部材５０は、これらを、複数ケーブルのように光ファイバ２０とともに線引きしたものを用いた。熱伝導部材５０の他端は、光源１０に沿わせ、光源とともに冷却装置に接続している。
【００５３】
波長変換部材４０は、シリコーン樹脂１．１ｇに対して、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅと、ＣａＡｌＳｉＢａＮ3：Ｅｕの２種の蛍光体が含有されたもの、熱伝導部材５０としてＡｌＮ（膜厚０．１ｍｍ）を用いる。波長変換部材５０は、ポッティングにより形成する。
この発光装置では、光源から射出された励起光１は、レンズ２を透過して射出部に集光され、集光された励起光１は、光ファイバ２０を通して、波長変換部材４０の蛍光物質に照射されて波長が変換されることにより、光２を照射した。このような光２は、白色に発光しており、平均演色評価数（Ｒａ）が８０以上である。
また、熱伝導部材５０により、放熱効果が向上し、波長変換部材４０における蛍光物質の発熱をより軽減させることができる。その結果、発光出力の高い信頼性のある発光装置を得ることができる。
【００５４】
実施例２
この発光装置は、図４（ａ）の変形として、ワイヤ状の熱導電部材５０を、図９（ｂ）に示したように、複数本（例えば、７本、１４本）、波長変換部材中に突出しないで設けた以外は、実質的に実施例１の発光装置と同様の構成である。
ただし、光ファイバとして、Ａｇメッキ付石英製のＳＩ型光ファイバを用いた。また、ワイヤ状の熱導電部材５０は、直径０．１６ｍｍ、スズメッキ付軟銅を用いた。
比較のために、ワイヤ状の熱導電部材を設けない以外、上述と同様の構成の発光装置を形成した。
【００５５】
これらの発光装置について、光出力特性を測定した。その結果を図９（ａ）に示す。
図９（ａ）によれば、ワイヤ状の熱導電部材０本（破線）、７本（一点破線）、１４本（実線）と、熱導電部材の数が増加するにつれて、波長変換部材４０の熱による劣化を大幅に軽減させることができ、その結果、より大きな光出力を得ることができることがわかった。
【００５６】
実施例３
この発光装置は、図６（ｂ）に示すように、フェルール３０ａとそれを支持するフランジ３０ｂとからなる保持部材３０を用い、熱伝導部材５０として、銅製の金属ワイヤ（直径０．１６ｍｍ）をフェルール３０ａの外表面に巻き付けるとともに、フランジ３０ｂの外周に沿って、波長変換部材４０とは反対側に延長させたものを用いる以外、実施例１と同様に発光装置を形成する。
得られた発光装置は、実施例１と同様に、波長変換部材４０の熱による劣化を大幅に軽減させることができる。その結果、発光出力の高い信頼性のある発光装置とすることができる。
【００５７】
実施例４
この発光装置は、図７（ｂ）に示すように、フェルール３０ａとそれを支持するフランジ３０ｂとからなる保持部材３０を用い、熱伝導部材５０として、光ファイバ２０の表面を銅によりメタライズし、熱引きすることにより光ファイバ２０の外表面を被覆した膜状の熱伝導部材５０を用いる以外、実施例１と同様に発光装置を形成する。
得られた発光装置は、実施例１と同様に、波長変換部材４０の熱による劣化を大幅に軽減させることができる。その結果、発光出力の高い信頼性のある発光装置とすることができる。
【００５８】
実施例５
この発光装置は、図８（ｂ）に示すように、銀からなる熱伝導部材５０ａの表面をクロムメッキした保持部材３０、アルミニウムからなる熱伝導部材５０ａの表面を陽極酸化してアルマイトで被覆した保持部材３０を、それぞれ用いる以外、実施例１と同様に発光装置を形成する。なお、熱伝導部材５０ａは、その一部表面を露出させ、そこに熱導電部材５０ｂとして銅製のワイヤ（直径０．１６ｍ）を半田付けした。
得られた発光装置は、実施例１と同様に、波長変換部材４０の熱による劣化を大幅に軽減させることができる。その結果、発光出力の高い信頼性のある発光装置とすることができる。
【００５９】
実施例６
この発光装置は、図２に示したように、光源１０と、光ファイバ２０と、保持部材３０と、波長変換部材４０、熱伝導部材５０とを備えて構成されており、熱伝導部材５０の他端は光源１０とは別個に冷却装置（図示せず）に接続されている以外、実施例１と同様の構成を有する。
得られた発光装置は、実施例１よりも、さらに波長変換部材４０の熱による劣化を大幅に軽減させることができる。その結果、発光出力の高い信頼性のある発光装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の発光装置は、照明器具、車両搭載用照明、ディスプレイ、インジケータ等に利用することができる。また、生体内部を撮像する内視鏡装置、狭い隙間及び暗い空間等を照明することができるファイバースコープ、電流の漏洩や発熱のない照明を必要とする各種工業用の装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の発光装置の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の発光装置の別の実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の発光装置における波長変換部材の構造を説明するための概略構成図である。
【図４】本発明の発光装置における熱伝導部材を説明するための概略構成図である。
【図５】本発明の発光装置における熱伝導部材を説明するための概略構成図である。
【図６】本発明の発光装置における熱伝導部材を説明するための概略構成図である。
【図７】本発明の発光装置における熱伝導部材を説明するための概略構成図である。
【図８】本発明の発光装置における熱伝導部材を説明するための概略構成図である。
【図９】本発明の発光装置におけるさらに別の実施例及び比較例での出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１    励起光
２    光
１０    光源
２０    導光部材
３０    保持部材
３０ａ  フェルール
３０ｂ  フランジ
３０ｃ  リフレクタ
４０    波長変換部材
４０Ａ  最も光源に近い層、最も内側の層
４０Ｂ  最も光源に遠い層、最も外側の層
５０、５０ａ、５０ｂ  熱伝導部材
【図１】
2007335514.tif 000003
【図２】
2007335514.tif 000004
【図３】
2007335514.tif 000005
【図４】
2007335514.tif 000006
【図５】
2007335514.tif 000007
【図６】
2007335514.tif 000008
【図７】
2007335514.tif 000009
【図８】
2007335514.tif 000010
【図９】
2007335514.tif 000011