(57)【要約】【課題】石英光ファイバーの径方向に光を放出可能な線状発光体および固体発光装置を提供する。【解決手段】線状発光体は、石英光ファイバーと、透光性の被覆層と、蛍光体層と、透光性の保護チューブと、を有する。前記光ファイバーは、コアと前記コアの周囲に設けられたクラッドとを有し、一方の端部のコア端面に導入された紫外光〜青色光の波長のレーザー光を前記コアと前記クラッドとの界面において反射させ他方の端部に向けて導光するとともに、前記界面における散乱光を前記クラッドを通過させ外方に向かって放出する。前記被覆層は、前記クラッドの周囲に設けられる。前記蛍光体層は、前記被覆層の周囲に設けられる。前記保護チューブは、内縁が前記蛍光体層の外縁と離間するように、前記石英光ファイバーと前記蛍光体層とを保護する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと前記コアの周囲に設けられたクラッドとを有し、一方の端部のコア端面に導入された紫外光〜青色光の波長のレーザー光を前記コアと前記クラッドとの界面において反射させ他方の端部に向けて導光するとともに、前記界面における散乱光を前記クラッドを通過させ外方に向かって放出する、石英光ファイバーと、
前記クラッドの周囲に設けられた透光性の被覆層と、
前記被覆層の周囲に設けられた蛍光体層と、
内縁が前記蛍光体層の外縁と離間するように、前記石英光ファイバーと前記蛍光体層とを保護する透光性の保護チューブと、
を備えた線状発光体。
【請求項２】
コアと前記コアの周囲に設けられたクラッドとを有し、一方の端部のコア端面に導入された紫外光〜青色光の波長のレーザー光を前記コアと前記クラッドとの界面において反射させ他方の端部に向けて導光するとともに、前記界面における散乱光を前記クラッドを通過させ外方に向かって放出する、石英光ファイバーと、
前記石英光ファイバーの周囲に設けられた蛍光体層と、
内縁が前記蛍光体層の外縁と離間するように、前記石英光ファイバーと前記蛍光体層とを保護する透光性の保護チューブと、
を備えた線状発光体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の線状発光体と、
前記レーザー光を放出する光源と、
前記線状発光体が巻回される骨組みと、
を備え、
照射された前記散乱光を吸収した前記蛍光体層が波長変換光を放出し、
前記蛍光体層に吸収されず外方へ放出された散乱光と前記波長変換光との混合光を、前記線状発光体の外縁から放出する固体発光装置。
【請求項４】
前記混合光は、前記骨組みの内部を通過する請求項３記載の固体発光装置。
【請求項５】
前記骨組みの外枠は、球体、楕円体、直方体、立方体、円柱、および錐体のうちのいずれかである請求項３または４に固体発光装置。
【請求項６】
前記蛍光体層は黄色蛍光体および赤色蛍光体のうちの少なくとも１つを含む請求項３〜５のいずれか１つに記載の固体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、線状発光体および固体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外光〜青色光の光を、樹脂やガラスからなる細長い導光体内を導きつつ、蛍光体層などに照射すると、白色光を放出可能な線状発光体とすることができる。
【０００３】
しかしながら、樹脂やガラス導光体を長くすることは困難であり、発光装置の形状が制限される。
【０００４】
これに対して、光ファイバーは、導光路が細くかつフレキシブルである。しかし、長距離光伝送を行うために、コアとクラッドとの界面で入射光を全反射し、クラッドから径方向に放出される量は極力抑制される。このため、線状導光体として使用することは困難であった。    
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１０−５１４１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
石英光ファイバーの径方向に光を放出可能な線状発光体および固体発光装置を提供する。    
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の線状発光体は、石英光ファイバーと、透光性の被覆層と、蛍光体層と、透光性の保護チューブと、を有する。前記光ファイバーは、コアと前記コアの周囲に設けられたクラッドとを有し、一方の端部のコア端面に導入された紫外光〜青色光の波長のレーザー光を前記コアと前記クラッドとの界面において反射させ他方の端部に向けて導光するとともに、前記界面における散乱光を前記クラッドを通過させ外方に向かって放出する。前記被覆層は、前記クラッドの周囲に設けられる。前記蛍光体層は、前記被覆層の周囲に設けられる。前記保護チューブは、内縁が前記蛍光体層の外縁と離間するように、前記石英光ファイバーと前記蛍光体層とを保護する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、石英光ファイバーの径方向に光を放出可能な線状発光体および固体発光装置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる線状発光体の模式断面図、図１（ｂ）は線状発光体の模式断面図、である。
【図２】第１の実施形態にかかる線状発光体を用いた固体発光装置の模式斜視図である。
【図３】図３（ａ）は第２の実施形態にかかる線状発光体の模式断面図、図３（ｂ）は線状発光体の模式断面図、である。
【図４】線状発光体の変形例の模式断面図である。
【図５】固体発光装置を用いた照明装置の一例を表す模式斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる線状発光体の模式断面図、図１（ｂ）は線状発光体の模式断面図、である。
線状発光体２０は、石英光ファイバー３０と、透光性の被覆層３１と、蛍光体層４０と、透光性の保護チューブ５０と、を有する。
【００１１】
石英光ファイバー３０は、コア３０ａとコアの周囲に設けられたクラッド３０ｂとを有する。石英光ファイバー３０は、石英光ファイバー３０の一方の端部のコア端面に導入されたレーザー光Ｇ１をコア３０ａとクラッド３０ｂとの界面３０ｃにおいて反射させ他方の端部に向けて導光する。被覆層３１はクラッド３０ｂの周囲に設けられる。被覆層３１は、少なくともレーザー光Ｇ１の波長帯を透過する材料で、たとえば、透過率は５０％以上が好ましい。また、被覆層３１は、光拡散機能を有していてもよい。また、石英光ファイバー３０は、界面３０ｃにおける散乱光Ｇ２をクラッド３０ｂおよび被覆層３１を通して外方に向かって放出する。
【００１２】
蛍光体層４０は、被覆層３１の周囲に設けられる。透光性の保護チューブ５０には、石英光ファイバー３０と被覆層３１と蛍光体層４０とが挿入される。保護チューブ５０は、少なくとも可視光を透過する材料で、たとえば、透過率は６０％以上が好ましい。また、保護チューブ５０は、光拡散機能を有していてもよい。
【００１３】
石英光ファイバー３０のコア３０ａの直径Ｄ１は１００μｍ、クラッド３０ｂの外径Ｄ２は１５０μｍ、などとすることができる。また、被覆層３１は、アクリル樹脂などからなるものとし、その外径を２５０μｍなどとすることができる。蛍光体層４０の厚さは５０μｍなどとすることができる。保護チューブ５０はテフロンなどからなるものとすることができる。
【００１４】
保護チューブ５０の内縁５０ａと、蛍光体層４０の外縁４０ａと、は互いに離間する。線状発光体２０の長さが短い場合、離間距離Ｋが短くてよい。なお、保護チューブ５０の中心とコア３０ａの中心とは、一致しなくてもよい。線状発光体２０が、たとえば、１００ｍのように長い場合、離間距離Ｋを長くしたほうが組立が容易である。線状発光体２０の外径は、たとえば、１〜３ｍｍなどとすることができる。
【００１５】
発明者らは、レーザー光の波長が４９０ｎｍ以下の場合、ステップインデックス型マルチモードファイバーのコアに閉じ込められずクラッドの径方向に漏れ出る光量が大きいことを見出した。このため、石英光ファイバー３０から径方向に放出される光を利用する発光装置が可能であることが判明した。
【００１６】
もし、伝搬光の波長が８００ｎｍ以上であれば、石英光ファイバー３０は、コア３０ａとクラッド３０ｂとの間の屈折率差により、入射したレーザー光Ｇ１を閉じ込めてクラッド３０ｂから外側に放出する量を十分に小さくできる。この場合、石英光ファイバーのクラッドから径方向に放出される光を用いる発光装置を構成することは困難である。
【００１７】
４９０ｎｍ以下の波長の光が漏れるのはレイリー散乱が増えることなどが関係している。すなわち、光の波長よりも小さいサイズの粒子による光の散乱は、レイリー散乱と言い、透明液体や固体内でも起こる。光の波長に対するレイリー散乱の散乱係数ｋｓは、式（１）で表すことができる。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
式（１）に表すように、散乱される光量は、粒子径ｄと波長λとに依存する。散乱係数ｋｓは、波長λの４乗に反比例する。たとえば、波長が２分に１になると、散乱係数ｋｓが１６倍となる。すなわち、青色レーザー光などの短波長光は、コア３０ａとクラッド３０ｂの界面３０ｃの微小凹凸などによりレイリー散乱を生じる。このため、青色レーザー光は青色散乱光Ｇ２に転じクラッド３０ｂから、被覆層３１を通過して、蛍光体層４０に入射する。
【００２０】
石英光ファイバー３０にレーザー光Ｇ１を導入する場合、吸収などによる損失は少ない。このため、石英光ファイバー３０の伝送損失は、２０〜３０ｄＢ／ｋｍ程度である。従って、プラスチップ光ファイバー（伝送損失・略１００ｄＢ／ｋｍ）よりも高効率かつ長い導光距離において発光させることができる。また、蛍光体層４０の外縁４０ａにおける外径は、０．３５〜０．５ｍｍなどの範囲であるので、非常に細い線状発光が可能である。
【００２１】
図２は、第１の実施形態にかかる線状発光体を用いた固体発光装置の模式斜視図である。
固体発光装置５は、光源１０と、第１の実施形態にかかる線状発光体２０と、骨組み６０と、を有する。光源１０は、紫外光（３８０ｎｍ）〜青色光（４９０ｎｍ）の波長のレーザー光を放出可能である窒化物系半導体レーザーなどとする。ビーム広がり角の小さい半導体レーザーを用いることにより、石英光ファイバーのコアに効率よくレーザービームを入射できる。
【００２２】
骨組み６０は、金属、絶縁体、樹脂などからなる線状体を組み合わせて構成することができる。この場合、線状体の間は隙間となり、光を自由に通過させる。または、骨組み６０は、透明体などとしてもよい。光は、透明体内を自由に通過する。さらに、骨組み６０の外枠は、球体、楕円体、直方体、立方体、円柱、および錐体などと自由に選択することができる。
【００２３】
骨組み６０の外枠には、線状発光体２０が立体的に巻回される。骨組み６０の内部は光が通過できるので、線状発光体２０から放出された混合光ＧＴを、骨組み６０の内部や反対に側などの広い角度範囲に広げることができる。         
【００２４】
蛍光体層４０がＹＡＧ（Yttrium-Aluminum-Garnet）などからなる黄色蛍光体を含むと、石英光ファイバー３０は白色光を放出する。石英光ファイバー３０を長くし、骨組み６０の表面に密に巻回すると、線状発光体２０を均一な発光とすることができる。また、骨組み６０の表面を疎に巻回することもできる。また、たとえば、骨組み６０の上面側には線状発光体２０を巻回せずに、骨組み６０の内部に被照射体を設けることもできる。
【００２５】
骨組み６０を球体とする場合、球径が５０ｃｍのとき、線状発光体２０の長さは、２０〜１００ｍなどとすることができる。この場合、巻き数は、７〜３０回などとなる。球径を小さくしすぎると、石英光ファイバー３０の曲げ半径が小さくなり、部分的に色度が変化する。たとえば、曲がり部の発光が黄色味を帯びることがある。このため、曲げ半径が、石英光ファイバーの最小屈曲半径よりも大きくなるように、石英光ファイバー２０を巻回することが好ましい。
【００２６】
コアをプラスチックとすると伝送損失が大きすぎて、１００ｍの長さを導光することは困難である。また、プラスチックは、紫外光〜青色光の波長の光により劣化する。これに対して、本実施形態の固体照明装置は、簡素な構造でありながら、たとえば、１つの半導体レーザーから放出される１Ｗのレーザー光を、たとえば、１００ｍの長さの石英光ファイバー３０内で導光しつつ、白色光を放出させることができる。また、石英ガラスは、紫外光〜青色光の波長の光による劣化は少ない。
【００２７】
図３（ａ）は第２の実施形態にかかる線状発光体の模式断面図、図３（ｂ）は線状発光体の模式断面図、である。
石英光ファイバー３０のクラッド３０ｂと、被覆層３１と、間に、散乱剤が分散して配置された光散乱層３６をさらに設けることができる。このようにすると、コア３０ａとクラッド３０ｂとの界面３０ｃにより生じた散乱光Ｇ２が、光散乱層３６によりさらに散乱され散乱光Ｇ５となり、コヒーレンスを低減させるとともに均一発光とすることができる。コヒーレンスの低減により、安全性をより高めることができる。
【００２８】
図４は、線状発光体の変形例の模式断面図である。
変形例では、蛍光体層４０の外縁４０ａと距離Ｋ１離間した保護チューブ５０の内縁５０ａと、蛍光体層４０の外縁４０ａと、が当設するガイド部５０ｃが石英光ファイバー３０の長さ方向に沿って複数設けられる。たとえば、本図のように、保護チューブ５０を外側から蛍光体層４０の外縁４０ａに固定する。このようにすると、蛍光体層４０、石英光ファイバー３０などを確実に固定できる。なお、線状発光体２０を骨組み６０に固定するとき、保護チューブ５０は蛍光体層４０などを保護する。
【００２９】
図５は、固体発光装置を用いた照明装置の一例を表す模式斜視図である。
本実施形態の固体発光装置５を、外部からプロジェクタ７０などを用いて照射する。たとえば、骨組み６０に巻回された線状発光体２０は、繭状の発光体となる。すなわち、繭状の発光体をプロジェクションマッピングのスクリーンとして用いることができ、照明光と投写光ＲＬとを重ねることが可能となる。また、線状発光体２０に、赤、緑、黄色、青などの複数の種類の蛍光体層４０を設けると、照明光の色調をより豊かにできる。
【００３０】
第１の実施形態では、石英光ファイバー３０を被覆する透光性の被覆層３１を設けた構成を示したが、被覆層３１を省略し、石英光ファイバー３０の周囲に蛍光体層４０を設けた構成でもよい。この場合、蛍光体層４０は、たとえば、被覆層３１を構成する材料中に蛍光体粒子を混合させて、被覆層３１と蛍光体層４０とを一体的に形成した構成などとすることもできる。
【００３１】
本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】
【００３２】
１０  光源、２０  線状発光体、３０  石英光ファイバー、３０ａ  コア、３０ｂ  クラッド、３０ｃ  界面、３１  被覆層、４０  蛍光体層、５０  保護チューブ、６０  骨組み、Ｇ１  レーザー光、Ｇ２  散乱光、Ｇ３  波長変換光、ＧＴ  混合光
【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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