(57)【要約】  発光装置（Ａ）は、レーザー光（１００）を放つレーザー光源（１）と、底壁部（３）と側壁部とを有する筐体（２Ａ）と、側壁部に設けられ、第一の蛍光体を含む第一の波長変換体（２０）と、を備える。そして、レーザー光源から筐体の底壁部にレーザー光が照射され、第一の蛍光体は底壁部で拡散したレーザー光の拡散光で励起される。このような構成により、出力光のパワー密度を高めつつ、色均一性及び色度の自在性を向上させることが可能な発光装置（Ａ）を得ることができる。
2019203079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を放つレーザー光源と、
底壁部と側壁部とを有する筐体と、
前記側壁部に設けられ、第一の蛍光体を含む第一の波長変換体と、
を備え、
前記レーザー光源から前記筐体の底壁部に、前記レーザー光が照射され、
前記第一の蛍光体は、前記底壁部で拡散した前記レーザー光の拡散光で励起される、発光装置。
【請求項２】
前記底壁部は、前記レーザー光を拡散する光拡散層を備える、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記光拡散層は、非発光性の無機粒子を含む光拡散体であり、
前記第一の波長変換体は、前記レーザー光を前記光拡散層へ照射することによって拡散された拡散光によって励起される、請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記光拡散層は、第二の蛍光体を含む第二の波長変換体であり、
前記第一の波長変換体は、前記レーザー光を前記光拡散層へ照射することによって拡散された拡散光によって励起される、請求項２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記光拡散層は無機物のみからなる、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記レーザー光を、前記第一の波長変換体に直接照射することなく、前記筐体の底壁部に直接照射する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記筐体の底壁部は、前記レーザー光を反射する反射部材からなり、
前記レーザー光は、前記筐体の開口部から内部空間に入射する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記筐体の底壁部は、前記レーザー光を透過する透光性部材からなり、
前記レーザー光は、前記筐体の底壁部から内部空間に入射する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記レーザー光源から前記底壁部に向かって放出される前記レーザー光の光軸に沿って見た場合、前記筐体の内部空間に通じる開口部の面積は、前記光拡散層の面積よりも小さい、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記レーザー光源から前記底壁部に向かって放出される前記レーザー光の光軸に沿って見た場合、前記筐体の内部空間に通じる開口部の面積は、前記光拡散層の面積よりも大きい、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記レーザー光源と前記筐体との間に介在し、かつ、前記レーザー光源から放射された前記レーザー光を前記底壁部に導光するための導光機構をさらに備え、
前記導光機構は、脱着可能な接続部を備える、請求項８に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記接続部は、前記レーザー光源側の接続部材及び前記筐体側の接続部材の少なくとも一方を回転させることによって、前記レーザー光源側の接続部材と前記筐体の接続部材とを接続する接続構造を持つ、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記導光機構は、前記レーザー光源が放つ前記レーザー光を導光して出射する光ファイバーの光出射部を支持する光ファイバー支持体と、前記筐体を支持し、かつ、前記レーザー光を前記筐体の底壁部に導光する筐体支持体と、を備え、
前記光ファイバー支持体と前記筐体支持体との間には、前記光ファイバー支持体と前記筐体支持体とを接続するためのねじ構造を有する、請求項１１又は１２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、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザー光を励起光とした蛍光体のフォトルミネッセンスを利用し、レーザー光の一部と蛍光体から放出される蛍光との混合によって白色光を得る発光装置が知られている。【０００３】
近年、発光装置の光出力を向上させるために、パワー密度の高い励起光を蛍光体に照射することが望まれている。ただ、励起光のハイパワー化に伴い、蛍光体の蛍光出力飽和が発生することが知られており、結果として、レーザー光から白色光への変換効率が低下する場合がある。また、蛍光は等方的に拡散する配向分布（無指向性）を有する一方、レーザー光は直進性（指向性）が高い特性を有する。このような蛍光とレーザー光の特性に起因し、出力光の照射スポットに色ムラが生じ、色均一性が低下する場合がある。【０００４】
そこで、特許文献１では、レーザー光を出射する励起光源と、セラミックス材料と励起光源から出射された励起光により発光する蛍光体とをバインダを用いて焼結させ、内部に粒界を有する焼結発光体と、を備える発光装置が開示されている。このように、蛍光体内部の粒界でレーザー光を散乱させることで、レーザー光の配向分布を等方的に変換し、白色光の色均一性を改善することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５０９０５４９号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の発光装置では、蛍光体内部の光散乱が過剰となることで、出射部からの光の取り出し効率が低下する場合があった。また、光の取り出し効率の低下と共に蛍光体の光吸収率も低下するため、例えば励起光が波長４４０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色である場合、低色温度帯の色調が得難く、色度の自在性に乏しい発光装置になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、出力光のパワー密度を高めつつ、色均一性及び色度の自在性を向上させることが可能な発光装置を提供することにある。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の態様に係る発光装置は、レーザー光を放つレーザー光源と、底壁部と側壁部とを有する筐体と、側壁部に設けられ、第一の蛍光体を含む第一の波長変換体と、を備える。そして、レーザー光源から筐体の底壁部にレーザー光が照射され、第一の蛍光体は底壁部で拡散したレーザー光の拡散光で励起される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第一実施形態に係る発光装置の例を示す概略図である。図１（ａ）は発光装置の斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２】図２は、第二実施形態に係る発光装置の例を示す概略図である。図２（ａ）は発光装置の斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、第二実施形態に係る発光装置の他の例を示す断面図である。
【図４】図４は、第三実施形態に係る発光装置の一例を示す概略図である。図４（ａ）は発光装置の斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図５は、第三実施形態に係る発光装置の他の例を示す概略図である。図５（ａ）は発光装置の斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、第三実施形態に係る発光装置の他の例を示す概略図である。図６（ａ）は発光装置の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】図７は、第三実施形態に係る発光装置の他の例を示す概略図である。図７（ａ）は発光装置の斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】図８は、第四実施形態に係る発光装置の例を示す概略断面図である。
【図９】図９は、第四実施形態に係る発光装置の他の例を示す概略図である。
【図１０】図１０は、実施例に係る発光装置を組み立てる工程を説明するための概略斜視図である。
【図１１】図１１は、実施例及び比較例に係る発光装置の評価方法を説明するための断面図である。
【図１２】図１２は、実施例及び比較例に係る発光装置における入射レーザー光のパワー密度と出力光のパワーとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、いずれも本実施形態の好ましい具体例を示すものである。したがって、以下の実施形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、あくまで一例であって、本実施形態を限定する趣旨ではない。なお、図１乃至図１１は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、図１乃至図１１において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１１】
［第一実施形態］
本実施形態の発光装置Ａは、図１に示すように、レーザー光を放つレーザー光源１と、底壁部３と側壁部とを有する筐体２Ａとを備えている。さらに、筐体２Ａには、側壁部に設けられ、第一の蛍光体を含む第一の波長変換体２０が設けられている。
【００１２】
（レーザー光源）
レーザー光源１は、レーザー光１００を放射する発光素子である。このようなレーザー光源１は特に限定されないが、例えば、面発光レーザーダイオード等のレーザーダイオードを用いることができる。また、レーザー光源１としては、無機又は有機のエレクトロルミネッセンス素子を用いることもできる。
【００１３】
レーザー光源１が発するレーザー光１００は、後述するように、第一の波長変換体に含まれる第一の蛍光体により吸収され得る任意の波長を持つ光である。レーザー光は、パワー密度が一般的な拡散光に比べて高く、直進性及び指向性が高いことを特徴とする。
【００１４】
レーザー光源１が発するレーザー光１００としては、紫外線を放射する紫外線レーザー光及び可視光線を放射する可視レーザー光の少なくとも一方を用いることができる。また、レーザー光１００は、４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ未満、好ましくは４４５ｎｍ以上４６０ｎｍ未満の波長領域内に強度最大値を有することが好ましい。これにより、第一の蛍光体を効率よく励起することが可能となる。また、レーザー光が上記波長領域内に強度最大値を有する場合には、レーザー光が視認性のよい青色光になり、蛍光体の励起光としてだけでなく、発光装置の出力光としても無駄なく利用することができる。また、このようなレーザー光を利用する構成にすると、比較的安価で、かつ、高い実用実績を持つ青色半導体レーザー素子をレーザー光源として利用できるので、工業生産に適する発光装置となる。
【００１５】
レーザー光１００における光密度の具体的な数値は特に限定されないが、例えば３Ｗ／ｍｍ２以上１００Ｗ／ｍｍ２未満であることが好ましい。レーザー光１００の光密度が３Ｗ／ｍｍ２以上の場合には、ＬＥＤ照明との違いが明確となるため、差別化商品としての価値が高い発光装置を得ることができる。レーザー光１００における光密度が１００Ｗ／ｍｍ２未満の場合には、波長変換体のエネルギー損失に起因する発熱が低い発光装置を得ることができる。
【００１６】
なお、一般照明用として好ましいレーザー光１００の光密度の最大値は、３Ｗ／ｍｍ２以上２０Ｗ／ｍｍ２未満である。内視鏡用として好ましいレーザー光１００の光密度の最大値は、１０Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２未満である。プロジェクタ用として好ましいレーザー光１００の光密度の最大値は、４０Ｗ／ｍｍ２以上１００Ｗ／ｍｍ２未満である。
【００１７】
（筐体）
図１に示す発光装置Ａは、第一の蛍光体を含む第一の波長変換体２０を内部に保持する筐体２Ａを備えている。具体的には、筐体２Ａは、底壁部３と、側壁部である右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７とを備え、外観視した場合に略直方体の形状を有している。また、筐体２Ａは、底壁部３、右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７により仕切られてなる内部空間を有している。筐体２Ａは上面に開口部８を備え、開口部８は内部空間と連通していることから、開口部８を通じて当該内部空間にレーザー光１００が照射される。
【００１８】
筐体２Ａの内部空間における底壁部３の上面３ａには、無機粒子を含有する光拡散層１０が保持されている。さらに、右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７の内面には、第一の蛍光体を含有する第一の波長変換体２０が保持されている。そして、図１に示すように、無機粒子を含有する光拡散層１０は、形状が板状又はフィルム状であり、底壁部３に固定されていることが好ましい。同様に、第一の蛍光体を含有する第一の波長変換体２０も、形状が板状又はフィルム状であり、右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７に固定されていることが好ましい。これにより、光拡散層１０及び第一の波長変換体２０の形状が安定化し、効率的にレーザー光１００を拡散して波長変換することが可能となる。
【００１９】
このような筐体２Ａを用いた発光装置Ａは、反射型と呼ばれる構造を持つ発光装置である。反射型の発光装置Ａは、レーザー光１００が、光拡散層１０によって反射される方向に出力光を放つ。
【００２０】
反射型の発光装置Ａでは、筐体２Ａの底壁部３は、レーザー光１００を反射する反射部材からなり、レーザー光１００は、筐体２Ａの開口部８から内部空間に入射することが好ましい。底壁部３として反射部材を用いることにより、後述するように、レーザー光１００が光拡散層１０及び／又は底壁部３により反射し、反射光により第一の波長変換体２０中の第一の蛍光体を効率的に励起することが可能となる。
【００２１】
反射部材はレーザー光１００を反射できるならば特に限定されず、任意の固体物質からなる部材を用いることができる。反射部材としては、金属又は金属酸化物を少なくとも表面に備えた部材を用いることができる。反射部材の金属としてはアルミニウムを挙げることができ、金属酸化物としてはアルミナを挙げることができる。また、このような材料からなる反射部材は、レーザー光１００の照射により発生した熱を効率よく排熱できるため好ましい。
【００２２】
側壁部を構成する部材は特に限定されず、任意の固体物質からなる部材を用いることができる。側壁部を構成する部材としては、底壁部３と同様に、金属又は金属酸化物を含有する部材を用いることができる。このような材料を含有する側壁部は、レーザー光１００の散乱光が照射されることにより発生した熱を効率よく排熱できるため好ましい。
【００２３】
（第一の波長変換体）
本実施形態において、第一の波長変換体２０は、少なくとも第一の蛍光体を含有している。第一の蛍光体としては、レーザー光１００が拡散してなる光の一部のエネルギーを吸収し、レーザー光１００とは異なる波長の蛍光を等方的な配向分布で放出する蛍光体を用いることができる。このような蛍光体としては、例えばＣｅ３＋を発光中心として含有するＣｅ３＋付活蛍光体を用いることができる。
【００２４】
Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、ガーネットの結晶構造を持つ化合物、例えばアルミン酸塩、珪酸塩、アルミノ珪酸塩などを母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、例えば、Ｌｕ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｙ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋、（Ｌｕ，Ｃａ）３（Ａｌ，Ｍｇ）２（（Ａｌ，Ｓｉ）Ｏ４）３：Ｃｅ３＋からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。
【００２５】
Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、希土類元素又はアルカリ土類金属を含む複合酸化物、例えばリン酸塩、珪酸塩、アルミン酸塩を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、例えば、ＬａＰＯ４：Ｃｅ３＋、ＹＰＯ４：Ｃｅ３＋、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ３＋、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｃｅ３＋、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ３＋、ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。
【００２６】
Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、希土類元素又はアルカリ土類金属を含む窒化物又は酸窒化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、例えば、Ｙ２Ｓｉ３Ｏ３Ｎ４：Ｃｅ３＋、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ３＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋、Ｃａ（Ａｌ，Ｓｉ）２（Ｎ，Ｏ）３：Ｃｅ３＋からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。
【００２７】
第一の蛍光体としては、残光が比較的長く、レーザー光１００を直接照射した場合に蛍光出力飽和しやすい蛍光体を用いることもできる。このような蛍光体としては、パリティー禁制型及びスピン禁制型の少なくとも一方の電子エネルギー遷移によって蛍光を放つイオンを含む蛍光体を挙げることができる。本実施形態の発光装置は、蛍光体の励起にエネルギーの低い散乱レーザー光を用いるため、レーザー光による励起条件下で高い蛍光出力を期待できなかった蛍光体も積極的に利用することができる。
【００２８】
パリティー禁制型及びスピン禁制型の少なくとも一方の電子エネルギー遷移によって蛍光を放つイオンとしては、例えば、希土類元素のｆ電子準位間の遷移や遷移金属元素のｄ電子準位間の遷移による蛍光を放つイオンが挙げられる。このようなイオンとしては、Ｃｅ３＋を除く三価の希土類イオン（Ｐｒ３＋、Ｅｕ３＋、Ｇｄ３＋、Ｔｂ３＋）や、３ｄｎの電子配置を持つ一価から四価の遷移金属イオン（Ｃｒ３＋（３ｄ３）、Ｍｎ２＋（３ｄ５）、Ｍｎ４＋（３ｄ３）、Ｆｅ３＋（３ｄ５））を挙げることができる。
【００２９】
第一の蛍光体は、発光中心として、Ｅｕ２＋、Ｅｕ３＋、Ｔｂ３＋及びＭｎ４＋からなる群より選ばれる一つのイオンを含むことが好ましい。このような蛍光体は、照明用途に好適な可視光を放つため、照明光を設計しやすい発光装置を得ることができる。
【００３０】
Ｅｕ２＋付活蛍光体としては、アルカリ土類金属の複合酸化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋などのアルカリ土類金属珪酸塩、ＡＥＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋などのアルカリ土類金属アルミン酸塩、ＡＥ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋などのアルカリ土類金属ハロリン酸塩、ＡＥ２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋などのアルカリ土類金属リン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。なお、ＡＥは、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一つを示す。
【００３１】
Ｅｕ２＋付活蛍光体としては、アルカリ土類金属（ＡＥ）の複合窒化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＡＥ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＡＥＡｌＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ２＋、ＡＥＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。また、Ｅｕ２＋付活蛍光体としては、アルカリ土類金属（ＡＥ）の複合酸窒化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＡＥＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋、ＡＥ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。
【００３２】
また、Ｅｕ３＋付活蛍光体としては、希土類元素の酸化物又は複合酸化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＲＥ２Ｏ３：Ｅｕ３＋などの希土類酸化物、ＲＥＶＯ４：Ｅｕ３＋やＲＥ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋などの希土類バナジン酸塩、ＲＥＰＯ４：Ｅｕ３＋などの希土類リン酸塩、ＲＥ２ＳｉＯ５：Ｅｕ３＋などの希土類珪酸塩、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｅｕ３＋などの希土類アルミン酸塩、ＲＥＢＯ３：Ｅｕ３＋などの希土類硼酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。なお、ＲＥは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄからなる群より選ばれる少なくとも一つを示す。
【００３３】
Ｅｕ３＋付活蛍光体としては、希土類元素（ＲＥ）の酸硫化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＲＥ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋を挙げることができる。
【００３４】
また、Ｔｂ３＋付活蛍光体としては、希土類元素の酸化物あるいは複合酸化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＲＥ２Ｏ３：Ｔｂ３＋などの希土類酸化物、ＲＥＶＯ４：Ｔｂ３＋やＲＥ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｔｂ３＋などの希土類バナジン酸塩、ＲＥＰＯ４：Ｔｂ３＋などの希土類リン酸塩、ＲＥ２ＳｉＯ５：Ｔｂ３＋などの希土類珪酸塩、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ３＋などの希土類アルミン酸塩、例えばＲＥＢＯ３：Ｔｂ３＋などの希土類硼酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。なお、ＲＥは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄからなる群より選ばれる少なくとも一つを示す。
【００３５】
Ｔｂ３＋付活蛍光体としては、希土類元素（ＲＥ）の複合窒化物、複合酸窒化物、複合炭窒化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、Ｙ２Ｓｉ４Ｎ６Ｃ：Ｔｂ３＋を用いることができる。また、Ｔｂ３＋付活蛍光体としては、希土類元素（ＲＥ）の酸硫化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＲＥ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ３＋を用いることができる。
【００３６】
また、Ｍｎ４＋付活蛍光体としては、マグネシウムを含むゲルマン酸塩を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋を用いることができる。また、Ｍｎ４＋付活蛍光体としては、アルカリ金属複合フッ化物を挙げることができる。このような蛍光体としては、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋を用いることができる。
【００３７】
なお、第一の波長変換体２０に含まれる第一の蛍光体は、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満、特に６１０ｎｍ以上６４０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを持つ赤色系の蛍光を放つ赤色蛍光体であることが好ましい。これにより、発光装置の出力光に赤色系の蛍光成分が含まれるようになるため、高い演色性、特に平均演色評価数Ｒａや特殊演色評価数Ｒ９が求められる照明用途向けに有利な発光装置となる。
【００３８】
このような赤色蛍光体としては、例えば、Ｅｕ２＋で付活された窒化物系の蛍光体やＭｎ４＋で付活されたフッ化物蛍光体などがあり、特に窒化物系の蛍光体が好ましい。このような赤色蛍光体は、ＬＥＤ照明用としての研究が進み、高い実用実績を持つので、信頼性に優れる発光装置を得ることができる。
【００３９】
ここで、第一の蛍光体は、粉末状の蛍光体であることが好ましい。このような粉末状の蛍光体は、入手が容易なだけでなく、これまでの光源技術やディスプレイ装置技術で培われたオーソドックスな成膜技術を利用して波長変換体を製造できる。そのため、工業生産の面で有利な発光装置になる。
【００４０】
第一の波長変換体２０に含まれる第一の蛍光体は粒子群であり、第一の蛍光体の平均粒子径は１５μｍ以上５０μｍ未満であることが好ましい。また、第一の蛍光体の平均粒子径は、２０μｍ以上４０μｍ未満であることがより好ましく、２５μｍ以上３５μｍ未満であることがさらに好ましい。第一の蛍光体が、複数の粒子からなる粒子群であり、当該蛍光体の平均粒子径が上記範囲内であることにより、第一の波長変換体２０中の第一の蛍光体が、散乱したレーザー光１００を効率よく吸収し、高強度の蛍光を発することが可能となる。
【００４１】
なお、本明細書において、蛍光体の平均粒子径は、波長変換体を走査型電子顕微鏡で観察し、複数の蛍光体の粒子径を測定することにより、求めることができる。
【００４２】
また、第一の波長変換体２０は、特許文献１に示されるような焼結体であってもよく、蛍光体の多結晶体であってもよく、さらに蛍光体の単結晶体であってもよい。
【００４３】
本実施形態において、第一の波長変換体２０は、無機化合物のみからなる波長変換体であることが好ましい。これにより、第一の波長変換体２０は、蛍光体の放熱に有利な熱伝導性に優れるものになる。その結果、高出力のレーザー光１００を利用して蛍光体を励起できるようになることから、高出力化しやすい発光装置を得ることができる。また、第一の波長変換体２０が焦げる恐れが無くなるので、比較的高いエネルギー密度のレーザー光を照射できるようにもなり、発光装置の高出力化を図ることが可能となる。
【００４４】
ここで、無機化合物からなる波長変換体としては、蛍光体の単結晶、蛍光体の焼結体、蛍光体の圧粉体、蛍光体粒子をガラス封止した構造物、無機化合物からなる結着剤及び／又は微粒子で蛍光体粒子を接合した構造物、蛍光体と化合物を融着させてなる複合体からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。また、波長変換体としては、これらと他の蛍光体粒子とを組み合わせてなる複合体を用いることができる。なお、蛍光体と化合物を融着させてなる複合体としては、蛍光体とアルミナを融着させてなる複合体を挙げることができる。
【００４５】
第一の波長変換体２０は、第一の蛍光体を樹脂材料で封止してなる波長変換体であることが好ましい。樹脂材料で封止することにより得られる波長変換体は製造が比較的容易であるため、所望の波長変換体を安価に製造することができる。なお、樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂などの透明有機材料を用いることができる。
【００４６】
第一の波長変換体２０は、側壁部である右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７の内面全体に設けられる必要はない。また、本実施形態の発光装置は、側壁部の内面に設けられる第一の波長変換体２０の面積により、発光装置の出力や色度を調整することが可能となる。
【００４７】
図１に示すように、発光装置Ａにおいて、第一の波長変換体２０は、光拡散層１０を直接照射するレーザー光１００の光軸上に配置されていないことが好ましい。つまり、レーザー光源１の中心を連ねる直線上に光拡散層１０は配置されているが、第一の波長変換体２０は配置されていないことが好ましい。これにより、第一の蛍光体に、高光密度のレーザー光１００が照射される恐れが少なくなる。さらに、十分に散乱された低密度のレーザー光１００により、第一の蛍光体を励起することができる。そのため、第一の蛍光体に対する蛍光出力飽和の軽減と、第一の蛍光体から放出される光成分の増強を容易にすることが可能となる。
【００４８】
（光拡散層）
上述のように、本実施形態における筐体２Ａの底壁部３は、レーザー光１００を拡散する光拡散層１０を備える。光拡散層１０は、筐体２Ａの内部でレーザー光１００を拡散できればよく、その構成は特に限定されない。また、光拡散層１０は、レーザー光１００を反射させることが可能な層であってもよく、またレーザー光１００を透過させることが可能な層であってもよい。
【００４９】
光拡散層１０は、光を拡散反射させる物質を含むことが好ましく、無機物からなる無機粒子群を含むことが好ましい。このような無機粒子群を用いることで、レーザー光１００を反射して散乱させることが可能となる。
【００５０】
無機粒子の平均粒子径は、１μｍ以上１００μｍ未満であることがより好ましい。無機粒子が、複数の粒子からなる粒子群であり、当該無機粒子の平均粒子径が上記範囲内であることにより、光拡散層１０におけるレーザー光１００の照射面（表面１０ａ）の単位面積当たりの凹凸数が増加する。また、光拡散層１０における単位深さあたりの無機粒子の数も増加する。そのため、光拡散層１０によりレーザー光１００が散乱しやすくなり、レーザー光１００の散乱の度合いが大きくなる。その結果、光拡散層１０によって、第一の波長変換体２０に対するパワー密度が小さな散乱レーザー光を生成することができる。そのため、強いレーザー光１００を光拡散層１０に照射した場合であっても、第一の蛍光体が蛍光出力飽和を引き起こすまでに至り難い構成となることから、発光装置の高出力化を図ることが可能となる。
【００５１】
なお、本明細書において、無機粒子の平均粒子径は、光拡散層１０を走査型電子顕微鏡で観察し、複数の無機粒子の粒子径を測定することにより、求めることができる。
【００５２】
本実施形態において、光拡散層１０がレーザー光１００及び第一の蛍光体から発せられる蛍光に対して、反射率が高いことが望ましい。また、レーザー光１００及び第一の蛍光体から発せられる蛍光の反射率が９０％以上であることが好ましい。これらの反射率が極力高い場合には、発光装置の発光効率が高まるため、好ましい。
【００５３】
光拡散層１０は、底壁部３の内面全体に設けられる必要はない。また、本実施形態の発光装置は、底壁部３の内面に設けられる光拡散層１０の面積により、発光装置の出力や色度を調整することが可能となる。
【００５４】
本実施形態において、光拡散層１０は無機物のみからなることが好ましい。この場合には、高いエネルギー強度のレーザー光１００を照射しても、光拡散層１０は変質し難いものになるため、高出力化に適する発光装置を得ることができる。ここで、無機物のみからなる光拡散体としては、無機化合物の単結晶、無機化合物の焼結体、無機化合物の圧粉体、無機化合物粒子をガラス封止した構造物、無機化合物粒子を結着剤や微粒子で接合した構造物、複数種類の無機化合物を融着させてなる複合体を挙げることができる。
【００５５】
光拡散層１０は、透光性を持つ無機粉末を少なくとも一部に含んでなることが好ましい。このような光拡散層１０は、オーソドックスな無機粉末を利用して比較的容易に製造できるので、工業生産に有利である。また、透光性を持つ無機粉末を用いることで、比較的高い拡散性と反射率を備えた光拡散層を得ることができる。
【００５６】
本実施形態において、光拡散層１０は、非発光性の無機粒子を含む光拡散体であり、第一の波長変換体２０は、レーザー光を光拡散層１０へ照射することによって拡散された拡散光によって励起されることが好ましい。上述のように、光拡散層１０は、レーザー光１００を筐体２Ａの内部で拡散できればよいため、無機粒子として非発光性の粒子を好適に使用することができる。
【００５７】
言い換えれば、光拡散層１０は、蛍光体を含まない光拡散体であることが好ましい。この場合、光拡散層１０は、蛍光体による波長変換が生じない光拡散体になるため、波長変換によるエネルギー損失によって生じる発熱が発生し難くなる。そのため、高エネルギー強度のレーザー光１００を光拡散層１０に照射しても、光拡散層１０が温度上昇し難い、高出力用として適する発光装置を得ることができる。
【００５８】
非発光性の無機粒子としては金属酸化物を使用することが好ましく、例えばアルミナ及びジルコニアの少なくとも一方を使用することが好ましい。また、光拡散層１０として、金属酸化物の粒子の凝集体を用いることが好ましい。金属酸化物の粒子の凝集体を光拡散層１０として用いることにより、比較的高い拡散性と反射率が得られるため、好ましい。
さらに、非発光性の無機粒子としては、硫酸バリウム及び金属粒子の少なくとも一方を使用することもできる。当該金属粒子は板状及び薄膜状など、様々な形態のものが利用可能である。
【００５９】
また、光拡散層１０は、少なくとも一部に有機粒子を含んでいてもよい。
【００６０】
本実施形態において、光拡散層１０は、第二の蛍光体を含む第二の波長変換体であり、第一の波長変換体２０は、レーザー光１００を光拡散層１０へ照射することによって拡散された拡散光によって励起されることが好ましい。光拡散層１０が第二の蛍光体を含むことにより、第二の蛍光体がレーザー光１００を吸収して蛍光を発するため、レーザー光１００と、第一の蛍光体及び第二の蛍光体から発せられた蛍光とが加法混色された出力光を放つことが可能となる。
【００６１】
ここで、第二の蛍光体としては、Ｃｅ３＋付活蛍光体を用いることが好ましい。Ｃｅ３＋は希土類イオンの中で最も短い発光寿命（１０−８〜１０−７ｓ）を持つ発光中心であるため、Ｃｅ３＋付活蛍光体では、励起状態にある蛍光体の電子エネルギーが極短時間で緩和される。このため、Ｃｅ３＋付活蛍光体では、レーザー光照射による高密度励起下でも、励起状態にある蛍光体の電子エネルギーを極短時間で緩和することができる。したがって、光拡散層１０に含まれる蛍光体としてＣｅ３＋付活蛍光体を用いることにより、発光飽和を抑制することができる。なお、発光飽和は、電子励起状態の数の増大による光出力の飽和現象である。
【００６２】
また、希土類イオンの安定な価数は三価であり、Ｃｅ３＋は安定な三価の価数を持つ発光中心である。このため、Ｃｅ３＋付活蛍光体は、レーザー光照射による高密度励起によって蛍光体が発熱したとしても、酸化による蛍光体結晶の変質が生じ難く、長期信頼性を高めることが可能となる。なお、Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、上述のものを使用することができる。
【００６３】
上述のような構成を備える発光装置Ａでは、レーザー光源１から放出されたレーザー光１００は、筐体２Ａの開口部８を通過して内部空間に入射した後、光拡散層１０に到達する。この際、レーザー光１００は光拡散層１０の表面１０ａ及び／又は底壁部３の上面３ａにより反射する。反射したレーザー光１００は、右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７により保持されている第一の波長変換体２０に到達する。この際、レーザー光１００の一部は第一の波長変換体２０に含まれる第一の蛍光体に吸収され、光成分１００Ａに変換される。
【００６４】
なお、光拡散層１０及び／又は底壁部３で反射したレーザー光１００の一部は第一の蛍光体に吸収されるが、レーザー光１００の一部は第一の波長変換体２０並びに／又は右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７で反射する。そして、レーザー光１００と、第一の蛍光体から発せられた光成分１００Ａとが加法混色された出力光が、筐体２Ａの開口部８から放出される。
【００６５】
このように、発光装置Ａでは、レーザー光１００を第一の蛍光体に直接照射することなく、光拡散層１０に直接照射し、レーザー光１００の散乱光を第一の蛍光体に照射している。レーザー光１００は光拡散層１０により一度拡散されることから、レーザー光１００のパワー密度は極端に低下する。そして、拡散したレーザー光１００は、複数箇所に存在する第一の波長変換体２０に分割して照射されるため、第一の波長変換体２０への照射パワー密度はさらに低下する。その結果、第一の波長変換体２０に含まれる第一の蛍光体の蛍光出力飽和を抑制しやすくなり、レーザー光１００の変換効率を高い状態に維持することが可能となる。
【００６６】
併せて、第一の波長変換体２０がレーザー光１００を蛍光に変換する過程において、レーザー光１００のエネルギーの一部は熱となる場合がある。ただ、第一の波長変換体２０に照射されるレーザー光１００は、パワー密度が低下しているため、蛍光に変換する際の発熱が抑制され、第一の蛍光体の温度消光による光出力の飽和現象を低減することが可能となる。また、レーザー光１００が光拡散層１０により拡散される際、レーザー光１００は、直進性や指向性を失い、蛍光と同じく等方的な配向分布となる。そのため、レーザー光１００と、第一の蛍光体から発せられた光成分１００Ａとが加法混色された出力光の色均一性を高めやすくなる。
【００６７】
なお、上述の「レーザー光１００を第一の蛍光体に直接照射することなく、光拡散層１０を直接照射する」とは、レーザー光１００が、第一の蛍光体よりも先に光拡散層１０に照射されることを意味する。
【００６８】
上述のように、筐体２Ａの開口部８は、レーザー光１００が入射する箇所であり、さらに、拡散したレーザー光１００と第一の蛍光体から発せられた光成分１００Ａとを含む出力光を放出する箇所でもある。そして、出力光は、レーザー光１００及び光成分１００Ａの波長や強度比率を調整することで、任意の色調を呈する光となる。また、開口部８の面積を任意に調整することにより、出力光のスポット径を任意に変更することができる。例えば、開口部８の面積が大きい場合、ぎらつきの少ない照明器具向けの発光装置として好適に利用することができる。また、開口部８の面積が小さい場合、高い輝度を有するプロジェクタやディスプレイ向けの発光装置として好適に利用することができる。
【００６９】
また、出力光の色度は、第一の波長変換体２０の材料や面積、厚さなどで自在に調整可能である。さらに、拡散したレーザー光１００と光成分１００Ａの比率も、開口部８の面積や第一の波長変換体２０の高さで調整可能である。そのため、発光装置Ａの光出力は、高い色均一性を持ちながら高い色度の自在性を併せ持つ。
【００７０】
さらに、筐体２Ａでは、底壁部３に光拡散層１０が保持され、側壁部に第一の波長変換体２０が保持されている。そのため、波長変換に伴い発熱する性質を持つ第一の波長変換体２０の放熱設計も容易な構造になる。このため、第一の蛍光体の温度消光による効率低下の抑制も容易な、高出力化に適する発光装置を得ることができる。また、高出力化を実現するために利用可能になる第一の蛍光体の選択肢が増し、ＬＥＤ照明用などとして高い実績を持つ蛍光体を難なく利用できるようになるので、出力光の色調の調整を容易にすることが可能となる。
【００７１】
このように、本実施形態の発光装置Ａは、レーザー光１００を放つレーザー光源１と、底壁部３と側壁部とを有する筐体２Ａと、側壁部に設けられ、第一の蛍光体を含む第一の波長変換体２０とを備える。そして、レーザー光源１から筐体２Ａの底壁部３に、レーザー光１００が照射される。また、第一の蛍光体は、底壁部３で拡散したレーザー光１００の拡散光で励起される。さらに、発光装置Ａにおいて、レーザー光１００を、第一の波長変換体２０に直接照射することなく、筐体２Ａの底壁部３に直接照射することが好ましい。これにより、レーザー光１００のパワー密度を高めつつ、レーザー光１００の変換効率を向上させ、さらに、出力光の色均一性と色度の自在性を高めることが可能となる。
【００７２】
なお、発光装置Ａにおいて、底壁部３がレーザー光１００を拡散することが可能な構成を有している場合には、光拡散層１０は必須の構成要素ではない。ただ、レーザー光１００を効率的に拡散してパワー密度を低下させる観点から、底壁部３は光拡散層１０を備えることが好ましい。
【００７３】
発光装置Ａにおいて、第一の波長変換体２０と側壁部の間には、光反射膜を介在させてもよい。光反射膜は、拡散したレーザー光１００及び第一の蛍光体から発せられる蛍光を反射するものである。光反射膜としては金属膜を用いることが好ましく、銀又はアルミニウムからなる膜を用いることがより好ましい。このような光反射膜を設けることにより、レーザー光１００の変換効率及び出力光の取り出し効率をより向上させることが可能となる。
【００７４】
発光装置Ａにおいて、レーザー光源１と筐体２Ａとの間には、レーザー光源１から放射されたレーザー光１００を光拡散層１０に集光するためのレンズを介在させてもよい。また、レーザー光源１と筐体２Ａとの間には、レーザー光源１から放射されたレーザー光１００を光拡散層１０に伝送して集光するための導光機構を介在させてもよい。導光機構としては、例えば光ファイバーを用いることができる。
【００７５】
図１に示す発光装置Ａにおいて、レーザー光源１は筐体２Ａの直上に位置しているが、発光装置Ａはこのような態様に限定されない。例えば、レーザー光源１を発光装置Ａの直上以外に位置させ、ミラーなどでレーザー光１００の光路を変更してもよい。この場合、上述のように、レーザー光１００は必ずしも空間を伝搬する必要はなく、レーザー光源１から筐体２Ａへ入射する過程の一部に、光ファイバーなど任意の導光機構を備えてもよい。
【００７６】
発光装置Ａにおいて、出力光は、照明光として利用されることが好ましい。これにより、産業上の利用価値が高く需要が多い発光装置となる。なお、発光装置Ａは、屋外照明、店舗照明、調光システム、施設照明、海洋照明、及び内視鏡のいずれかの用途向けの装置であることが好ましい。また、当然のことながら、近年、技術の進展が目覚しいＩｏＴ又はＡＩを利用した発光装置とすることもできる。
【００７７】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る発光装置について、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態の発光装置と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７８】
本実施形態の発光装置Ｂは、図２に示すように、レーザー光を放つレーザー光源１と、底壁部３Ａと側壁部とを有する筐体２Ｂとを備えている。さらに、筐体２Ｂには、側壁部に設けられ、第一の蛍光体を含む第一の波長変換体２０が設けられている。筐体２Ｂは、底壁部３Ａと、側壁部である右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７とを備え、外観視した場合に略直方体の形状を有している。また、筐体２Ｂは、底壁部３Ａ、右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７により仕切られてなる内部空間を有している。筐体２Ｂは上面に開口部８を備え、開口部８は内部空間と連通している。
【００７９】
第一実施形態に係る発光装置Ａは、反射型と呼ばれる構造を持つ発光装置である。つまり、発光装置Ａは、レーザー光１００が光拡散層１０及び／又は底壁部３Ａによって反射される方向に出力光を放つ装置である。これに対して、本実施形態に係る発光装置Ｂは、透過型と呼ばれる構造を持つ発光装置である。つまり、発光装置Ｂは、レーザー光１００が光拡散層１０及び底壁部３Ａを透過する方向に出力光を放つ装置である。
【００８０】
図２に示すように、発光装置Ｂでは、レーザー光源１から放出されたレーザー光１００は、筐体２Ｂの底壁部３Ａを透過し、光拡散層１０に到達する。この際、レーザー光１００は光拡散層１０を透過しつつ、無機粒子により散乱する。散乱したレーザー光１００は、右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７により保持されている第一の波長変換体２０に到達する。この際、レーザー光１００の一部は第一の波長変換体２０に含まれる第一の蛍光体に吸収され、光成分１００Ａに変換される。
【００８１】
なお、光拡散層１０で散乱したレーザー光１００の一部は第一の蛍光体に吸収されるが、レーザー光１００の一部は第一の波長変換体２０並びに／又は右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７で反射する。そして、レーザー光１００と、第一の蛍光体から発せられた光成分１００Ａとが加法混色された出力光が、筐体２Ｂの開口部８から放出される。
【００８２】
ここで、透過型の発光装置Ｂでは、筐体２Ｂの底壁部３Ａは、レーザー光１００を透過する透光性部材からなり、レーザー光１００は、筐体２Ｂの底壁部３Ａから内部空間に入射することが好ましい。底壁部３Ａとして透光性部材を用いることにより、レーザー光１００が光拡散層１０により散乱し、散乱光により第一の波長変換体２０を効率的に励起することが可能となる。
【００８３】
透光性部材は、少なくともレーザー光１００を透光できる基板であることが好ましく、例えばサファイアからなる基板を用いることが好ましい。サファイアは、可視光域の透過率が高く、放熱性が比較的高いため、レーザー光１００の変換効率や発光装置の放熱性を効率的に高めることが可能となる。
【００８４】
図３に示すように、発光装置Ｂにおいて、光拡散層１０と底壁部３Ａとの間に波長選択性反射体３０が設けられてもよい。波長選択性反射体３０は、特定の波長帯の光に対しては透過性を有するが、他の波長帯の光に対しては反射性を有する膜である。波長選択性反射体３０としては、例えば、青色の波長帯に対して透過性を有するが、それ以外の可視光波長帯に対して反射性を有する膜が挙げられる。このような波長選択性反射体３０を使用することにより、第一の波長変換体２０に吸収され易い特定の波長の光を、光拡散層１０に優先的に入射させて拡散させることができる。そのため、発光装置の出力や入射光の変換効率をより高めることが可能となる。波長選択性反射体３０は、例えばダイクロイックミラーを使用することができる。ダイクロイックミラーは、屈折率の異なる薄膜の積層体であり、所望の透過及び反射特性を得ることができる。
【００８５】
また、図３に示すように、発光装置Ｂにおいて、第一の波長変換体２０と側壁部の間には、光反射膜４０を介在させてもよい。光反射膜４０は、拡散したレーザー光１００及び第一の蛍光体から発せられる蛍光を反射するものである。光反射膜４０としては金属膜を用いることが好ましく、銀又はアルミニウムからなる膜を用いることがより好ましい。このような光反射膜４０を設けることにより、レーザー光１００の変換効率及び出力光の取り出し効率をより向上させることが可能となる。
【００８６】
このように、本実施形態の発光装置Ｂは、レーザー光１００を放つレーザー光源１と、底壁部３Ａと側壁部とを有する筐体２Ｂと、側壁部に設けられ、第一の蛍光体を含む第一の波長変換体２０とを備える。そして、レーザー光源１から筐体２Ｂの底壁部３Ａに、レーザー光１００が照射される。また、レーザー光１００は、筐体２Ｂの底壁部３Ａから内部空間に向けて入射し、光拡散層１０により散乱する。そして、第一の蛍光体は、底壁部３Ａで拡散したレーザー光１００の拡散光で励起される。これにより、レーザー光１００のパワー密度を高めつつ、レーザー光１００の変換効率を向上させ、さらに、出力光の色均一性と色度の自在性を高めることが可能となる。
【００８７】
なお、図１乃至図３において、発光装置Ａ及び発光装置Ｂの筐体２Ａ，２Ｂは、開口を有する略直方体、いわゆる桝形の構造体として図示されている。しかしながら、筐体２Ａ，２Ｂはこのような形状に限定されず、後述するように、円筒形や多角形であっても、上述の効果を発揮することができる。
【００８８】
［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る発光装置について、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一及び第二実施形態の発光装置と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８９】
上述のように、第一及び第二実施形態の発光装置Ａ，Ｂは、底壁部３，３Ａと、側壁部である右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７とを備え、外観視した場合に略直方体状の筐体２Ａ，２Ｂを有している。しかしながら、本実施形態の発光装置に用いられる筐体の形状は、このような略直方体状に限定されず、図４乃至図７に示す形状であってもよい。なお、図４乃至図７では、レーザー光源１の記載は省略している。
【００９０】
図４では、反射型の発光装置の変形例を示している。図４に示す発光装置Ｃは、底壁部３と、側壁部である右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７とからなる筐体２Ｃを備えている。筐体２Ｃは、外観視した場合に略四角錐台状であり、上面が開口している。そして、筐体２Ｃにおいて、底壁部３には光拡散層１０が保持され、右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７には第一の波長変換体２０が保持されている。
【００９１】
発光装置Ｃにおいて、レーザー光源１から放出されたレーザー光１００は、筐体２Ｃの開口部８を通過して内部空間に入射した後、光拡散層１０に到達して反射する。反射したレーザー光１００は、第一の波長変換体２０に到達して、光成分１００Ａに変換される。そして、レーザー光１００と、第一の蛍光体から発せられた光成分１００Ａとが加法混色された出力光が、筐体２Ｃの開口部８から放出される。
【００９２】
ここで、図４に示すように、レーザー光源１から底壁部３に向かって放出されるレーザー光１００の光軸に沿って見た場合、筐体２Ｃの内部空間に通じる開口部８の面積は、光拡散層１０の面積よりも小さいことが好ましい。光拡散層１０よりも開口部８の面積が小さい場合には、第一の波長変換体２０が目立つ体色を有しているときでも、第一の波長変換体２０が筐体２Ｃの外部から実質的に見えないようになる。これにより、外観上の不快感を解消することができることから、意匠性に優れる発光装置を得ることができる。また、光拡散層１０よりも開口部８の面積が小さい場合には、レーザー光１００が筐体２Ｃの内部空間で散乱し、第一の波長変換体２０に吸収され易くなる。そのため、発光装置は、第一の波長変換体２０が放つ蛍光成分を比較的多く含む出力光を放出することが可能となる。
【００９３】
図５に示す発光装置Ｄは、図１に示す発光装置Ａと同様に、底壁部３と、底壁部３を囲むように設けられた右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７とを備えた略直方体状の筐体２Ｄを有している。さらに筐体２Ｄは、上面の一部を覆うように上壁部９を備えており、上壁部９には内部空間と連通する開口部８が形成されている。そして、筐体２Ｄの内部空間において、底壁部３には光拡散層１０が保持され、右側壁４、左側壁５、前側壁６及び後側壁７には第一の波長変換体２０が保持され、上壁部９にも第一の波長変換体２０が保持されている。
【００９４】
発光装置Ｄも発光装置Ｃと同様に、レーザー光源１から放出されたレーザー光１００は、筐体２Ｃの開口部８を通過して内部空間に入射した後、光拡散層１０に到達して反射する。反射したレーザー光１００は、第一の波長変換体２０に到達して、光成分１００Ａに変換される。そして、レーザー光１００と、第一の蛍光体から発せられた光成分１００Ａとが加法混色された出力光が開口部８から放出される。
【００９５】
そして、図５に示すように、レーザー光源１から底壁部３に向かって放出されるレーザー光１００の光軸に沿って見た場合、筐体２Ｄの内部空間に通じる開口部８の面積は、光拡散層１０の面積よりも小さくなっている。そのため、図４の発光装置Ｃと同様に、意匠性に優れ、かつ、第一の波長変換体２０が放つ蛍光成分を比較的多く含む出力光を放出することが可能な発光装置とすることができる。
【００９６】
図６に示す発光装置Ｅは、底壁部３と、底壁部３を囲むように設けられた側壁部４Ａとを備えた略半球状の筐体２Ｅを有している。そして、筐体２Ｅの内部空間において、底壁部３には光拡散層１０が保持され、側壁部４Ａには第一の波長変換体２０が保持されている。なお、筐体２Ｅでは、底壁部３と側壁部４Ａの境界が明確ではなく、底壁部３と側壁部４Ａが一体化した構成を有している。
【００９７】
発光装置Ｅも発光装置Ｃと同様に、レーザー光源１から放出されたレーザー光１００は、筐体２Ｅの開口部８を通過して内部空間に入射した後、光拡散層１０に到達して反射する。反射したレーザー光１００は、第一の波長変換体２０に到達して、光成分１００Ａに変換される。そして、レーザー光１００と、第一の蛍光体から発せられた光成分１００Ａとが加法混色された出力光が開口部８から放出される。
【００９８】
ここで、図６に示すように、レーザー光源１から底壁部３に向かって放出されるレーザー光１００の光軸に沿って見た場合、筐体２Ｅの内部空間に通じる開口部８の面積は、光拡散層１０の面積よりも大きいことが好ましい。光拡散層１０よりも開口部８の面積が大きい場合には、光拡散層１０で拡散したレーザー光１００が、第一の波長変換体２０に略均一に照射されて光成分１００Ａに変換される。そのため、色斑の少ない出力光を放つ発光装置Ｅとすることができる。
【００９９】
図７に示す発光装置Ｆは、底壁部３と、底壁部３を囲むように設けられた側壁部４Ａとを備えた略多角錐台状の筐体２Ｆを有している。そして、筐体２Ｆの内部空間において、底壁部３には光拡散層１０が保持され、側壁部４Ａには第一の波長変換体２０が保持されている。
【０１００】
発光装置Ｆも発光装置Ｃと同様に、レーザー光源１から放出されたレーザー光１００は、筐体２Ｆの開口部８を通過して内部空間に入射した後、光拡散層１０に到達して反射する。反射したレーザー光１００は、第一の波長変換体２０に到達して、光成分１００Ａに変換される。そして、レーザー光１００と、第一の蛍光体から発せられた光成分１００Ａとが加法混色された出力光が開口部８から放出される。
【０１０１】
そして、図７に示すように、レーザー光源１から底壁部３に向かって放出されるレーザー光１００の光軸に沿って見た場合、筐体２Ｆの内部空間に通じる開口部８の面積は、光拡散層１０の面積よりも大きくなっている。そのため、色斑の少ない出力光を放つ発光装置Ｆとすることができる。さらに、筐体２Ｆの側壁部４Ａは、ひだ折り状となっているため、側壁部４Ａに保持されている第一の波長変換体２０の表面積が大きくなっている。そのため、筐体２Ｆのサイズを小さくしつつも、高出力の出力光を放つ発光装置Ｆを得ることができる。
【０１０２】
なお、図４乃至図７に示す発光装置は反射型となっているが、このような態様に限定されず、第二実施形態で説明した透過型であってもよい。また、図４及び図７に示す発光装置の筐体は多角錐台状であるが、このような態様に限定されず、筐体は円錐台状であってもよい。さらに、図１、図２、図３及び図５に示す発光装置の筐体は略直方体状であるが、このような態様に限定されず、筐体は略円柱状であってもよい。
【０１０３】
［第四実施形態］
次に、第四実施形態に係る発光装置について、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一乃至第三実施形態の発光装置と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０４】
第二実施形態で説明したように、透過型の発光装置Ｂでは、レーザー光源１から放出されたレーザー光１００は、筐体２Ｂの底壁部３Ａを透過し、光拡散層１０に到達して散乱する。そして、散乱したレーザー光１００の一部は第一の波長変換体２０に含まれる第一の蛍光体に吸収され、光成分１００Ａに変換される。その結果、発光装置Ｂでは、レーザー光１００と、第一の蛍光体から発せられた光成分１００Ａとが加法混色された出力光が、筐体２Ｂの開口部８から放出される。このような発光装置Ｂにおいて、例えば、第一の波長変換体２０の材料や面積、厚さなどを変えることにより、所望の光色を持つ出力光を得ることができる。
【０１０５】
そして、本実施形態の発光装置は、レーザー光源１と筐体２Ｂとの間に介在し、かつ、レーザー光源１から放射されたレーザー光１００を底壁部３Ａに導光するための導光機構を備えることが好ましい。さらに、導光機構は、脱着可能な接続部を備えることが好ましい。これにより、筐体２Ｂのみ、又は筐体２Ｂと導光機構の一部を、レーザー光源１から脱着できる構造になる。そのため、筐体２Ｂのみ、又は筐体２Ｂと導光機構の一部を別のものと交換することができることから、用途や好みに応じた出力光の光色が得られるように、筐体２Ｂに変更することが可能となる。また、比較的高価な部材を多用して構成することが多いレーザー光源１及び／又は導光機構を再利用することも容易になるため、環境に優しく経済性にも優れる発光装置とすることができる。
【０１０６】
具体的には、図８に示すように、発光装置Ｇは、レーザー光源１と筐体２Ｂとの間に設けられた導光機構を備えている。導光機構は、筐体２Ｂの底壁部３Ａに向かってレーザー光１００を出射する光ファイバー１１０と、光ファイバー１１０の先端である光出射部１１１の周囲を支持する光ファイバー支持体１２０とを備えている。光ファイバー支持体１２０の中心には、光ファイバー１１０の外周を保持する長孔状の支持部１２１が形成されている。光ファイバー支持体１２０は、後述する筐体支持体１３０に設けられた係合凸部１３１と係合する被係合凹部１２２を備えている。
【０１０７】
導光機構は、さらに、筐体２Ｂを支持する筐体支持体１３０を備えている。筐体支持体１３０は、筐体２Ｂを埋め込むための凹部１３２と、光ファイバー１１０の光出射部１１１から出射されたレーザー光１００を、筐体２Ｂの底壁部３Ａに導光するための中空部１３３とを有している。さらに、筐体支持体１３０は、光ファイバー支持体１２０の被係合凹部１２２と係合する係合凸部１３１を有しており、係合凸部１３１の中心には中空部１３３が形成されている。なお、筐体支持体１３０において、筐体２Ｂから出力光が放出される側の面１３４には、保護膜１４０が設けられている。保護膜１４０は、筐体２Ｂからの出力光を透光することが可能ならば、その構成は特に限定されない。
【０１０８】
発光装置Ｇにおいて、導光機構は、接続部である光ファイバー支持体１２０と筐体支持体１３０とを備えており、光ファイバー支持体１２０と筐体支持体１３０は、被係合凹部１２２及び係合凸部１３１を介して脱着可能な構成となっている。そのため、発光装置Ｇでは、筐体２Ｂ及び筐体支持体１３０を光ファイバー支持体１２０から取り外し、別の筐体及び筐体支持体と交換することができる。その結果、用途や好みに応じた出力光の光色を得ることができると共に、レーザー光源１、光ファイバー１１０及び光ファイバー支持体１２０を再利用することが可能となる。
【０１０９】
ここで、本実施形態の発光装置において、接続部は、レーザー光源１側の接続部材及び筐体２Ｂ側の接続部材の少なくとも一方を回転させることによって、レーザー光源１側の接続部材と筐体２Ｂ側の接続部材とを接続する接続構造を持つことが好ましい。具体的には、発光装置Ｇにおいて、レーザー光源１側の接続部材は光ファイバー支持体１２０であり、筐体２Ｂ側の接続部材は筐体支持体１３０である。そして、上述のように、筐体支持体１３０は係合凸部１３１を備えており、光ファイバー支持体１２０は係合凸部１３１と係合する被係合凹部１２２を備えている。光ファイバー支持体１２０の被係合凹部１２２の内面及び筐体支持体１３０の係合凸部１３１の外周には、対応するようにねじ切りが施されている。そのため、光ファイバー支持体１２０の被係合凹部１２２はソケット形状となっており、筐体支持体１３０の係合凸部１３１は口金形状となっている。
【０１１０】
このような構成では、光ファイバー支持体１２０及び筐体支持体１３０の少なくとも一方を回転させることによって、光ファイバー支持体１２０の被係合凹部１２２と筐体支持体１３０の係合凸部１３１が互いに係合する。そのため、摩擦力により、光ファイバー支持体１２０に対して筐体支持体１３０を接続して、固定することが可能となる。
【０１１１】
このように、導光機構における接続部は、ねじ構造又は引っ掛け構造のように、レーザー光源１側の接続部材及び筐体２Ｂ側の接続部材の少なくとも一方を回転させることによって、両者を接続する接続構造とすることが好ましい。このような構成により、筐体２Ｂの脱着を円滑に行うことが可能となる。また、導光機構における接続部は嵌め合い構造であってもよく、この場合には市販の光コネクタを利用することもできる。このような嵌め合い構造であっても、筐体２Ｂの脱落を抑制することができる。
【０１１２】
上述のように、発光装置Ｇにおいて、導光機構は、レーザー光源１が放つレーザー光１００を導光して出射する光ファイバー１１０の光出射部１１１を支持する光ファイバー支持体１２０を備えることが好ましい。導光機構は、さらに、筐体２Ｂを支持し、かつ、レーザー光１００を筐体２Ｂの底壁部３Ａに導光する筐体支持体１３０を備えることが好ましい。そして、光ファイバー支持体１２０と筐体支持体１３０との間には、光ファイバー支持体１２０と筐体支持体１３０とを接続するためのねじ構造を有することが好ましい。このようなねじ構造を設けることにより、レーザー光１００を出射する光ファイバー１１０の光出射部１１１と、レーザー光１００が照射される底壁部３Ａとの距離を微調整することができる。そして、底壁部３Ａに照射するレーザー光１００の焦点を変えることによって、筐体２Ｂからの出力光の配光特性や色調などを容易に調整することが可能となる。
【０１１３】
発光装置Ｇの導光機構において、接続部は、光ファイバー支持体１２０と筐体支持体１３０とにより構成されている。ただ、本実施形態はこのような構成に限定されず、例えば光ファイバー１１０に接続部を設けてもよい。具体的には、図９に示すように、光ファイバー１１０は、接続部１５０を介して二分割できるような構成であってもよい。図９の発光装置Ｈでは、レーザー光源１に第一の光ファイバー１１０Ａの一端が接続され、光ファイバー支持体１２０に第二の光ファイバー１１０Ｂの一端が接続されている。そして、第一の光ファイバー１１０Ａの他端には第一のコネクタ１５１が接続され、第二の光ファイバー１１０Ｂの他端には第二のコネクタ１５２が接続されている。第一のコネクタ１５１及び第二のコネクタ１５２は、例えばフェルール同士をスリーブで軸合わせすることで、これらを接続することができる。
【０１１４】
このような構成の発光装置Ｈでは、レーザー光源１から射出されたレーザー光１００が、第一の光ファイバー１１０Ａのコアに入射して第一の光ファイバー１１０Ａ内を導光する。そして、レーザー光１００は、接続部１５０の第一のコネクタ１５１から第二のコネクタ１５２に向けて射出される。第二のコネクタ１５２に照射されたレーザー光１００は、第二の光ファイバー１１０Ｂのコアに入射して第二の光ファイバー１１０Ｂ内を導光する。そして、第二の光ファイバー１１０Ｂの光出射部１１１から出射したレーザー光１００は、筐体２Ｂの底壁部３Ａに照射される。
【０１１５】
このように、発光装置Ｈでは、接続部１５０を分離することで、光ファイバー支持体１２０、筐体支持体１３０及び第二の光ファイバー１１０Ｂを取り外し、別のものと交換することができる。その結果、用途や好みに応じた出力光の光色を得ることができると共に、レーザー光源１及び第一の光ファイバー１１０Ａを再利用することが可能となる。なお、発光装置Ｈにおいて、光ファイバー支持体１２０及び筐体支持体１３０は脱着可能な構成である必要はないことから、光ファイバー支持体１２０及び筐体支持体１３０は一体化していてもよい。
【０１１６】
なお、図８に示す発光装置Ｇ及び図９に示す発光装置Ｈでは、筐体として第二実施形態の筐体２Ｂを用いて説明したが、これらの発光装置は筐体２Ｂに限定されず、他の透過型の筐体を用いてもよい。
【実施例】
【０１１７】
以下、本実施形態を実施例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。【０１１８】
［実施例］
（波長変換部材の作製）
縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み０．８ｍｍのシリコン小片に、スパッタリング法により銀を１３０ｎｍの厚さで成膜した。これにより、シリコン小片の表面に光反射膜を備えた基板Ａを得た。【０１１９】
次に、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）粒子、ペルヒドロポリシラザン、及びフッ化マグネシウム粒子を質量比で５：１：０．０５となるように秤量した後、混練した。イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）粒子は、株式会社ネモト・ルミマテリアル社製で平均粒子径が２０μｍのものを使用した。ペルヒドロポリシラザンは、メルクパフォーマンスマテリアル株式会社製の品番ＮＡ−１２０ＮＬを使用した。フッ化マグネシウム粒子は、平均粒子径４０ｎｍのものを使用した。そして、得られた混練物を、バーコーターを用いて基板Ａに塗布した。【０１２０】
混練物を塗布した基板Ａを１５０℃のホットプレートで乾燥させた後、４００℃の電気炉により焼成した。これにより、ＹＡＧ粒子を含む波長変換体と基板Ａとが一体化した波長変換部材を得た。【０１２１】
波長変換部材を目視で観察した結果、基板Ａ上の波長変換体は黄色を呈する膜であった。また、触針式段差計（ブルカー社製、触針式プロファイリングシステムDektak）を用いて、基板Ａの表面と波長変換体の表面との段差を測定した結果、波長変換体は厚さが１００μｍの膜であった。【０１２２】
（光拡散部材の作製）
アルミナ粒子、ペルヒドロポリシラザン、及びフッ化マグネシウム粒子を質量比で５：１：０．０５となるように秤量した後、混練した。アルミナ粒子は、平均粒子径が２０μｍのものを使用し、ペルヒドロポリシラザンは、メルクパフォーマンスマテリアル株式会社製の品番ＮＡ−１２０ＮＬを使用した。フッ化マグネシウム粒子は、平均粒子径４０ｎｍのものを使用した。そして、得られた混練物を、バーコーターを用いて、実施例１で作製した基板Ａに塗布した。【０１２３】
混練物を塗布した基板Ａを１５０℃のホットプレートで乾燥させた後、２５０℃の電気炉により焼成した。これにより、アルミナ粒子を含む光拡散層と基板Ａとが一体化した光拡散部材を得た。【０１２４】
光拡散部材を目視で観察した結果、基板Ａ上の光拡散層は白色を呈する膜であった。また、触針式段差計（ブルカー社製、触針式プロファイリングシステムDektak）を用いて、基板Ａの表面と光拡散層の表面との段差を測定した結果、光拡散層は厚さが１５０μｍの膜であった。【０１２５】
（筐体の作製）
図１０に示すように、１枚の光拡散部材の周囲を、４枚の波長変換部材で取り囲むことにより、本例の試験サンプルである略矩形状の筐体を得た。【０１２６】
［比較例］
実施例で作製した波長変換部材を、本例の試験サンプルとして使用した。【０１２７】
［評価］
図１１の評価装置を用いて、実施例及び比較例の試験サンプルから発せられる出力光の強度を測定した。【０１２８】
図１１に示すように、まず、半球型の積分球２００に、レーザー光の光源２１０を、導光ファイバー２１１を用いて接続した。レーザー光の光源２１０としては、波長４４４ｎｍの青色レーザー光源を使用し、青色レーザー光源としては、株式会社島津製作所製、ファイバ結合型高輝度青色ダイレクトダイオードレーザーＢＬＵＥ  ＩＭＰＡＣＴ（登録商標）を使用した。そして、積分球２００に対して、光源２１０を、積分球２００の内部に向けてレーザー光１００が出射するように設置した。この際、レーザー光１００は、試験サンプル２３０に対して垂直方向から入射するように調整した。【０１２９】
さらに、積分球２００の側面には、分光光度計２２０を、導光ファイバー２２１を用いて接続した。分光光度計は、大塚電子株式会社製、マルチチャンネル分光器ＭＣＰＤ−９８００を使用した。【０１３０】
次に、図１１に示すように、試験サンプル２３０に対してレーザー光１００を垂直方向から入射させた。つまり、実施例の試験サンプルでは、光拡散部材に対して垂直方向からレーザー光１００を照射した。また、比較例の試験サンプルでは、波長変換部材に対して垂直方向からレーザー光１００を照射した。【０１３１】
そして、積分球２００の内部で拡散するレーザー光１００の拡散光と試験サンプルから放出された蛍光との混合光の一部を取り出し、分光光度計により出力光のパワー（放射束量）及び色度を測定した。なお、試験サンプルに照射するレーザー光１００のスポット径は約１ｍｍΦとし、そのパワー密度は３．８Ｗ／ｍｍ２〜１００Ｗ／ｍｍ２の間で調整した。このようにして、試験サンプルから発せられる出力光のパワー及び色温度を測定した。【０１３２】
図１２では、入射レーザー光のパワー密度と、実施例及び比較例の試験サンプルから発せられる出力光のパワーとの関係を示している。図１２では、さらに、各測定点における色温度も示している。【０１３３】
図１２に示すように、比較例の試験サンプルは、入射したレーザー光１００のパワー密度が増加するにつれて出力が飽和している。これは、レーザー光１００のパワー密度が大きくなることによる、波長変換体の出力飽和が発現していることを示唆している。これに対して、実施例の試験サンプルは、比較例で見られた出力飽和の挙動がなく、比較的線形的に出力が向上していることが分かる。【０１３４】
また、比較例の試験サンプルでは、レーザー光１００のパワー密度が大きくなるにつれて色温度が高まり、黄色成分が放出され難くなることが分かる。これに対して、実施例の試験サンプルでは、レーザー光１００のパワー密度が大きくなっても、色温度が変化し難いことが分かる。【０１３５】
以上、本実施形態を実施例によって説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。【０１３６】
特願２０１８−０８０４６７号（出願日：２０１８年４月１９日）及び特願２０１８−２０９００７号（出願日：２０１８年１１月６日）の全内容は、ここに援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本開示によれば、出力光のパワー密度を高めつつ、色均一性及び色度の自在性を向上させることが可能な発光装置を得ることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  レーザー光源
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ  筐体
３，３Ａ  底壁部
４Ａ  側壁部
８  開口部
１０  光拡散層
２０  第一の波長変換体
１００  レーザー光
１１０  光ファイバー
１１１  光出射部
１２０  光ファイバー支持体
１３０  筐体支持体
１５０  接続部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ  発光装置
【図１】
2019203079.tif 000003
【図２】
2019203079.tif 000004
【図３】
2019203079.tif 000005
【図４】
2019203079.tif 000006
【図５】
2019203079.tif 000007
【図６】
2019203079.tif 000008
【図７】
2019203079.tif 000009
【図８】
2019203079.tif 000010
【図９】
2019203079.tif 000011
【図１０】
2019203079.tif 000012
【図１１】
2019203079.tif 000013
【図１２】
2019203079.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月5日(2020.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
前記接続部は、前記レーザー光源側の接続部材及び前記筐体側の接続部材の少なくとも一方を回転させることによって、前記レーザー光源側の接続部材と前記筐体側の接続部材とを接続する接続構造を持つ、請求項１１に記載の発光装置。
【国際調査報告】
2019203079.tif 000015
2019203079.tif 000016