(57)【要約】【課題】レーザダイオード（ＬＤ）を用いた電球型の光源で、高光束かつ全方位へほぼ一様な白色発光を得る。【解決手段】透光性の発光管１１と透光性の外管１５の２重管構造になっており、発光管１１は直管１１１先端が丸く整形された封止１１２の形状となっている。封止１１２付近の発光管１１の発光領域１１ａの内表面には蛍光体層１２が形成されており、発光管１１の非発光部である直管領域１１ｂ内表面には反射膜１３が形成されている。外管１５はフロスト１５１が加工されている。放熱器１７に取り付けられて温度上昇が抑えられたＬＤ１６は、発光管１１の解放端部に配置されており、蛍光体層１２にレーザ光を照射させることで蛍光体が発光する。ＬＤを用いながら高光束で光源全方位へほぼ一様な白色発光を得ることが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の直管の先端となる一端を封止して形成した発光管と、
前記発光管の先端部分に形成した蛍光体層と、
前記直管の他端の解放端部内に配置し、前記蛍光体層にレーザ光を照射させるレーザダイオードと、
前記レーザダイオードを支持するとともに、該ダイオードの発熱を抑える放熱器と、を具備したことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記発光管の直管部分に反射膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記発光管から発光される可視光を拡散させる機能を有する透光性の外管で前記発光管を収納したことを特徴する請求項１または請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記発光管および前記外管の解放端部を支持する支持部材に取り付けられ外部からの電源の供給を受ける口金が取り付けられたことを特徴する請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
前記レーザダイオードを異なる位置に複数配置し、該ダイオードから放射されるレーザ光を、反射体を介して前記蛍光体層に照射するようにしたことを特徴する請求項１記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザダイオード（ＬＤ）から発生された光を、蛍光体の励起光として蛍光体に当てて白色光を得る電球型の光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）、青色発光ダイオードが用いられた光源装置では、紫外光、青色光を蛍光体に照射させることで白色を発光させている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５６３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、ＵＶ−ＬＥＤからガラス管先端の内表面の蛍光体層に向けて紫外光が照射され、蛍光体から可視光が放射されることから、白熱電球よりも低消費電力で、蛍光体の調合割合を調整することで任意の発光色を得られ、水銀を使わないことから水銀蛍光灯に比して環境に優しいという利点がある。
【０００５】
しかしながら、ＵＶ−ＬＥＤから放射された紫外線は、ガラス管の頭頂部のみに当たっていることから、ガラス管頭頂部のみが発光して見栄えが悪いばかりか、ＬＥＤチップがガラス管内に浮いている状態であるため、ＬＥＤチップの温度が高くなりがちとなり、ＵＶ−ＬＥＤに大電力を投入することが難しく、高光束の光が得られない、という問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、高光束で光源全方位へほぼ一様な白色発光を得ることのできる光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、この発明の光源装置は、透光性の直管の先端となる一端を封止して形成した発光管と、前記発光管の先端部分に形成した蛍光体層と、前記直管の他端の解放端部内に配置し、前記蛍光体層にレーザ光を照射させるレーザダイオードと、前記レーザダイオードを支持するとともに、該ダイオードの発熱を抑える放熱器と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ＬＤを用いながら高光束で光源全方位へほぼ一様な白色発光を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の光源装置に関する第１の実施形態について説明するための外観図である。
【図２】図１の構造について説明するための断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示した断面図である。
【図４】この発明の光源装置に関する第２の実施形態について説明するための断面図である。
【図５】この発明の光源装置に関する第３の実施形態について説明するための断面図である。
【図６】この発明の光源装置に関する第４の実施形態について説明するための外観図である。
【図７】図６の上面図である。
【図８】図７のＩａ−Ｉｂ線断面図である。
【図９】図７発光管および保護カバーを取り外した状態の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図１、図２は、この発明の光源装置に関する第１の実施形態について説明するためのもので、図１は外観図、図２は図１の内面構造について説明するための断面図である。
【００１２】
図１および図２において、１１は直管１１１の一端部が球状に封止１１２された例えば石英ガラス製、ホウ珪酸ガラス製、あるいは透明樹脂製の発光管である。発光管１１の先端の発光領域１１ａの内表面には、蛍光体を塗布した蛍光体層１２が形成される。発光管１１の発光領域１１ａから他端部側の直管領域１１ｂの内表面には、例えば硫酸バリウム層による反射膜１３が形成される。
【００１３】
１４は、耐熱性で中央に開口１４１が形成された例えば合成樹脂製の支持部材である。直管領域１１ｂの発光管１１の開放端は、開口１４１に段部を設けて形成された支持部１４２に接着剤などの固定手段を用いて取着される。支持部１４２は、開口１４１に段部を設けて形成したが、発光管１１の解放部の形状に合わせた溝形状であっても構わない。
【００１４】
１５は、発光管１１が収納される例えば透光性を有するガラス製あるいは透光樹脂製の白熱電球形状の外管である。外管１５は、発光部となるドーム状の発光領域１５ａと取り付け部分となる基部領域１５ｂから構成され、基部領域１５ｂの外管１５の開放端は、支持部材１４に形成された支持部１４３に接着剤等の固定手段を用いて取着される。支持部１４３は外管１５の解放部に合わせた溝形状としたものであるが、発光管１１を支持した支持部１４２と同じように支持部材１４の外側に段部を形成したものでも構わない。外管１５の内表面には入射された光を拡散させるためのフロスト１５１の加工が施されている。
【００１５】
なお、外管１５は現行の白熱電球に外観を似通わせるためのデザイン的なもので、必ずしも必要なものではない。フロスト１５１は外管１５の外表面に形成した場合でも同様の拡散効果を有する。
【００１６】
１６は、レーザ光を発生させる放射部が蛍光体層１２と対向させる状態で、発光管１１の開放端内部に配置されたＬＤである。ＬＤ１６は、一部が支持部材１４の開口１４１内を通過させ、ＬＤ１６を駆動させるために必要な直流電圧を得る図示しない電源回路が内蔵された放熱器１７の一部に形成された取付部１７１に固着される。
【００１７】
なお、ＬＤ１６は、例えば１０°程度の扇状の配光を有する。ＬＤの配光角は、水平方向が１０°程度および垂直方向が４０°程度と異なり照射面積は長方形の形をしているが、ここでは同じ１０°として以下を説明する。
【００１８】
１８は、放熱器１７を収納させる有底の導電性の口金である。口金１８の外周面には、雄ネジ１８１が形成されるとともに、底の部分に透孔１８２が形成される。口金１８は、電源回路の一方の入力端に電気的に接続される。口金１８の開放端は支持部材１４に形成された溝に接着剤等の固定手段を用いて取着される。
【００１９】
透孔１８２には、口金１８との絶縁を図るための絶縁材１９を介して電源回路の他方の入力端と電気的に接続された電極２０が固定される。これにより、口金１８と電極２０は、電源回路と電気的に接続された状態で支持部材１４、発光管１１、外管１５とが一体的に構成される。
【００２０】
２２は、有底で円筒形状の絶縁性のソケットである。ソケット２２の内側面には、口金１８の雄ネジ１８１がねじ込まれる雌ネジ２３１が形成された導電性の受口２３が取り付けられている。ソケット２２の底には、口金１８がねじ込まれた状態で、電極１９と電気的に接続される接続端子２４が配置される。一般的には、ソケット２２はランプの灯具側に取り付けられ、この灯具に口金１８を着脱自在に取付されるものである。
【００２１】
そして、口金１８は交流電源２５の一方の電極に、接続端子２４は交流電源２５の他方の電極にそれぞれ接続される。交流電源２５は、電源回路に供給され、ここで交流から直流に変換され、ＬＤ１６に駆動電力を供給することができる。
【００２２】
ここで、図２の光源装置の発光について、図２の発光管１１部分を拡大して示した図３とともに説明する。
【００２３】
まず、交流電源２５の交流電圧が放熱器１７内に収納された電源回路に供給されると、この電源回路で直流電圧に変換される。この直流電圧をＬＤ１６に供給することで、ＬＤ１６はＶＵレーザ光を放射する。レーザ光は、１０°程度の広がりの指向性をもって発光管１１内を進み、最終的に先端部の蛍光体層１２に到達させ、蛍光体層１２で吸収することで白色を発光させる。蛍光体層１２の発光に基づき外管１５側に白色光を照射させる。
【００２４】
図３の破線の矢印で示す蛍光体層１２で吸収されずに反射されたレーザ光や１点鎖線で示すＬＤ１６から１０°以上に広がったレーザ光は、反射膜１３で反射されて再び蛍光体層１２に照射されることで白色光に変換される。
【００２５】
このように、ＬＤ１６から放射されたレーザ光は、１０°程度の扇状の配光で照射され、発光管１１の直管領域１１ｂの内表面には、反射膜１３が形成されていることから、発光管１１先端の発光領域１１ａのみに、帯状の強い発光が現れる。これを外管１５越しに見た場合、あたかも白熱電球におけるフィラメントが光っているように見える。
【００２６】
そして外管１５側に照射された白色光は、外管１５の内表面に形成されたフロスト１５１で拡散させることで外管１５の外側からは、同じような照度を得ることができる。
【００２７】
この実施形態では、蛍光体励起光源としてＬＥＤより指向性の強いＬＤを用いたことにより、発光管先端の蛍光体塗布部までレーザ光を効率良く導くことができる。また、ＬＤを光源の端部に配置できるので、放熱器などの放熱手段によるＬＤからの放熱が容易に行えることから、より大きな電力の投入が可能となり高光束の光を得ることができる。
【００２８】
ここで、この発明の図２の実施形態における発光管１１の形成方法の概念的な例について、次の（１）〜（５）の各工程を参照しながら説明する。
【００２９】
（１）直管のガラス管の一端部をバーナーで加熱する。  
（２）ガラス管他端部を余熱された金属型の中に入れてガラス管内に高圧エアーを入れ、発光領域１１ａが丸い形状となるようにする。  
（３）歪が残らないように、ガラス管先端部をゆっくり冷やす。  
（４）発光領域１１ａとなる内表面には、蛍光体層１２を形成する。  
（５）ガラス管内の直管部である直管領域１１ｂの内表面には、反射膜１３となる硫酸バリウム層を形成する。
【００３０】
このように、（１）〜（５）の各工程を経て発光管１１の内部に蛍光体層１２と反射膜１３を形成することができる。
【００３１】
ところで、工程（５）の硫酸バリウム層の反射膜１３を形成する工程では、蛍光体層１２との２層構造にしても構わない。その場合、蛍光体層１２がガラス管側に位置するように形成する。
【００３２】
次に、直管領域１１ｂの発光管１１に、蛍光体層１２と反射膜１３を形成する方法の概念的な例について、次の（ａ）〜（ｆ）の各工程を参照しながら説明する。
【００３３】
（ａ）ガラス管内に、例えばアパタイト系青色蛍光体（Ｉ）とシリケート系黄色蛍光体（II）を最適な色温度となる混合比率（Ｉ：II）が、例えば（９０ｗｔ／％：１０ｗｔ／％）〜（９５ｗｔ／％：５ｗｔ／％）である蛍光体粉末、それに例えば酢酸ブチル、硝化綿、ピロリン酸カルシウムの溶剤からなる蛍光体スラリーを流し込む。
【００３４】
（ｂ）発光管１１先端を上に向けた状態にして、細い金属パイプを使って発光管１１内に乾燥用エアーを送り込み、蛍光体を乾燥させる。
【００３５】
（ｃ）細い櫛状の治具を用いて、直管領域１１ｂに位置する蛍光体を削り取る。
【００３６】
（ｄ）発光管１１の先端を上に向けた状態で、直管領域１１ｂ部分を硫酸バリウム粉末と溶剤（酢酸ブチル、硝化綿、ピロリン酸カルシウム）からなる硫酸バリウムスラリーに漬け込む。ただし、漬け込んだときに発光管１１内の気圧が大気圧と同じだと、発光管１１内に硫酸バリウムスラリーが入らない。そこで、発光管１１内に金属棒を入れた状態で発光管１１を硫酸バリウムスラリー内に漬け込み、漬け込んだままで金属棒を抜き、発光管１１内の圧力を下げることで発光管１１内に硫酸バリウムスラリーを流し込む。
【００３７】
（ｅ）発光管１１の先端を上に向けた状態にして、細い金属パイプを使って発光管内に乾燥エアーを送り込み、硫酸バリウム層を乾燥させる。
【００３８】
（ｆ）発光管１１を約５００℃で１０分ほど加熱して、蛍光体層１２および硫酸バリウム層内の溶剤を除去するとともに、結着剤を溶かして蛍光体および硫酸バリウムを発光管内表面に固着する。
【００３９】
なお、直管領域１１ｂに形成する硫酸バリウム層を蛍光体層１２上に形成する場合は、（ｃ）の工程を省略できる、という利点がある。
【００４０】
これまでの説明では、蛍光体層と反射膜層を直管内側に設けた場合について説明したが、これらは、直管の外側に設けてもよい。この場合も直管内側に設けた場合と同様の効果を奏する。
【００４１】
また、レーザ光の波長と蛍光体の組み合わせとして、波長が４０５ｎｍのレーザ光とアパタイト系青色蛍光体とシリケート系黄色蛍光体、波長４５５ｎｍのレーザ光とシリケート系黄色蛍光体、波長４５５ｎｍのレーザ光とＹＡＧ系黄色蛍光体などが考えられる。
【００４２】
図４は、この発明の光源装置に関する第２の実施形態について説明するためのものである。この実施形態は、ＬＤを用いた光源を構成する場合における安全性を確保したものである。なお、上記した実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。この点は、以下の実施形態でも同様とする。
【００４３】
光源装置には、駆動時に発光管１１や外管１５が支持部材１４から外れるもしくは、発光管１１や外管１５の何れかが割れる恐れのある通常と異なる衝撃や外圧力の印加もしくは割れた場合などの異常モードを検知するセンサー４１が配置される。センサー４１は、ガラスが割れた音を検知し検知信号を出力する音センサーや、衝撃や外圧の印加により発生する振動を検知し検知信号を出力する振動衝撃センサーなどが考えられる。
【００４４】
センサー４１が異常モードを検知した場合は、センサー４１から検知信号を出力する。検知された信号に基づいて電源回路を停止させ、ＬＤ１６を停止させている。発光管１１や外管１５が割れた場合の状況において、ＬＤ１６からレーザ光が放射を停止させることで安全上の問題を解消することができる。
【００４５】
図５は、この発明の光源装置に関する第３の実施形態について説明するためのものである。この実施形態は、発光管１１の発光領域１１ａの部分を、直管領域１１ｂの外形よりも外側を大きくなるようなドーム形状としたものである。この場合、直管領域１１ｂの外形よりも外側にはみ出している分、蛍光体層１２もはみ出す格好となる。
【００４６】
この実施形態の場合は、図中白抜きの矢印でも示すように、口金１８の方向へも白色を発光させることができ、より白熱電球に近いランプの実現が可能となる。このためリフレクタ付きのダウンライトの場合は、リフレクタが効率的に利用可能となる。
【００４７】
図６〜図９は、この発明の光源装置に関する第４の実施形態について説明するための、図６は外観図、図７は図６の上面図、図８は図７のＩａ−Ｉｂ線断面図、図９は図７発光管および保護カバーを取り外した状態の上面図である。この実施形態は、複数のＬＤを用いた場合である。
【００４８】
まず、図６、図７を参照し、この実施形態の外観について説明する。６１は、基台でもある放熱板である。放熱板６１上には、保護カバー６２が取り付けられている。さらに保護カバー６２上には、例えばドーム型の石英ガラス製発光管６３がほぼ等間隔に配置された４個の保持部材６４により保持されている。４個の保持部材のうち少なくも２個は取り外しあるいはフックの部分が可動式となっており、発光管６３が着脱できるようになっている。発光管６３の内表面には、蛍光体層６５が塗布される。
【００４９】
なお、保持部材は４か所としたが、これ以上でもこれ以下でもよく、要は発光管６３を保持することができればその数を限定するものではない。
【００５０】
図８、図９に示すように、保護カバー６２内の放熱板６１上の中央部には、８角錘の反射体８１が設置される。反射体８１の表面は、レーザ光を効率的に反射できる材料として知られる銀蒸着が施されている。反射体８１と対向する保護カバー６２にはレーザ光を通過させるための照射孔６２１が形成されている。
【００５１】
反射体８１の反射面から放射状に所定間隔を置いた放熱板６１上には、それぞれ対応のＬＤ１６が取り付けられる。ＬＤ１６のレーザ光出力部と反射体８１との間には、それぞれ棒状の例えば石英ガラス製の導光部材８２が配置される。導光部材８２は、放熱板６１上に取着された支持部８３上に取り付けられる。
【００５２】
このように構成された光源装置では、電源回路から直流電圧の供給をそれぞれ受けたＬＤ１６からは、一斉にレーザ光を放射させる。レーザ光は、導光部材８２を介して対応の反射体８１に反射させ、照射孔６２１を介して発光管６３の内表面の蛍光体６５を発光させ、発光管６３から外部に照射させる。
【００５３】
この実施形態では、８個のＬＤから導光部材を介して照射させるようにしため、各ＬＤを離して配置できることから、ＬＤの温度を低く抑えることが可能となる。この結果、高光速で高効率で大光量の光源を実現することが可能となる。これにより、低消費電力で、かつ水銀フリーの光源を得ることできる。
【００５４】
なお、反射体８１の８面ある反射面の角度を変えると、図２の外管１５の内面に施したフロスト１５１の効果を持たすことができる。また、放熱板６１にフィン等を形成して表面積を増やし放熱効果をより向上させることで、ＬＤ１６に投入できる電力を上げることができより照度を向上させることができる。
【００５５】
さらに、この実施形態の場合のＬＤは、８個に限らず複数で異なる位置に配置されていれば構わない。ただし、バランスよく配置させることで、ＬＤ相互の発熱の影響を抑えることができ、延いては、発光効率の向上に寄与する。ＬＤから発せられるレーザ光は直線性がよいことから、導光部材８２は必ずしも必要とするものではなく、これを省略して直接レーザ光を反射体で反射させても構わない。
【００５６】
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１１，６３  発光管
１１１  直管
１１２  封止
１１ａ  発光領域
１１ｂ  直管領域
１２  蛍光体層
１３  反射膜
１４  支持部材
１５  外管
１５１  フロスト
１５ａ  発光領域
１６  ＬＤ
１７  放熱器
１７１  取付部
１８  口金
１８１  雄ネジ
２０  電極
２２  ソケット
２３  受口
２３１  雌ネジ
６１  放熱板
６５  蛍光体層
８１  反射体
８２  光学導光部材
【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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