JP5585421B2 - Wavelength conversion element and light source including the same - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換素子及びそれを備える光源に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion element and a light source including the same.
近年、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)やレーザーダイオード(LD:Laser Diode)を用いた光源などの、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の光源に対する注目が高まってきている。そのような次世代光源の一例として、例えば下記の特許文献1には、青色光を出射するLEDの光出射側にLEDからの光の一部を吸収し、黄色の光を出射する波長変換部材が配置された光源が開示されている。この光源は、LEDから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。
In recent years, attention has been paid to next-generation light sources such as light sources using light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs), such as fluorescent lamps and incandescent lamps. As an example of such a next-generation light source, for example, in
近年、上記のような波長変換部材を用いた光源の輝度をさらに高めたいという要望が高まってきている。 In recent years, there has been an increasing demand for further increasing the luminance of a light source using such a wavelength conversion member.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、波長変換部材を用いた光源の高輝度化を図ることにある。 This invention is made | formed in view of this point, The objective is to aim at the high brightness improvement of the light source using a wavelength conversion member.
本発明に係る波長変換素子は、波長変換部材と、少なくとも2層の第1の反射層とを備えている。波長変換部材は、蛍光体粉末が分散媒中に分散してなる。波長変換部材は、光軸方向において対向する光入射面及び光出射面を有する。少なくとも2層の第1の反射層は、波長変換部材の内部において、それぞれ光軸方向と平行な平面に沿って形成されている。少なくとも2層の第1の反射層は、波長変換部材を複数の部分に区画している。 The wavelength conversion element according to the present invention includes a wavelength conversion member and at least two first reflective layers. The wavelength conversion member is formed by dispersing phosphor powder in a dispersion medium. The wavelength conversion member has a light incident surface and a light output surface that face each other in the optical axis direction. The at least two first reflective layers are each formed along a plane parallel to the optical axis direction inside the wavelength conversion member. The at least two first reflective layers divide the wavelength conversion member into a plurality of portions.
波長変換部材が、分散媒中に蛍光体粉末が分散しているものである場合は、例えば、ガラスのみからなる光学部材とは異なり、波長変換部材に入射した光が波長変換部材中において大きく散乱する傾向にある。このため、例えば、波長変換部材単体では、光入射面から光出射面に向かって入射した光が散乱により側面から出射しやすい。このため、波長変換部材の光出射面から出射される合成光の強度が低くなってしまう。 When the wavelength conversion member is one in which the phosphor powder is dispersed in the dispersion medium, for example, unlike an optical member made only of glass, light incident on the wavelength conversion member is greatly scattered in the wavelength conversion member. Tend to. For this reason, for example, in the single wavelength conversion member, light incident from the light incident surface toward the light emission surface is likely to be emitted from the side surface due to scattering. For this reason, the intensity | strength of the synthetic | combination light radiate | emitted from the light-projection surface of a wavelength conversion member will become low.
それに対して本発明に係る波長変換素子には、波長変換部材の内部において、それぞれ光軸方向と平行な平面に沿って形成されており、波長変換部材を複数の部分に区画する少なくとも2層の第1の反射層が設けられている。このため、側面に向かって散乱した光の一部は、反射層により反射され、側面から出射することが効果的に抑制される。よって、本発明に係る波長変換素子では、光出射面から出射する光の強度を高めることができる。従って、本発明に係る波長変換素子を用いることによって、光源の高輝度化を図ることができる。 On the other hand, the wavelength conversion element according to the present invention is formed along a plane parallel to the optical axis direction inside the wavelength conversion member, and has at least two layers dividing the wavelength conversion member into a plurality of portions. A first reflective layer is provided. For this reason, a part of the light scattered toward the side surface is reflected by the reflection layer, and is effectively suppressed from being emitted from the side surface. Therefore, in the wavelength conversion element according to the present invention, the intensity of light emitted from the light exit surface can be increased. Therefore, by using the wavelength conversion element according to the present invention, the brightness of the light source can be increased.
少なくとも2層の第1の反射層は、互いに平行に形成されていることが好ましい。この構成では、波長変換素子から出射される光の直進性を向上することができる。 The at least two first reflective layers are preferably formed in parallel to each other. With this configuration, it is possible to improve the straightness of the light emitted from the wavelength conversion element.
また、第1の反射層は、3層以上積層されていることが好ましい。この構成では、波長変換素子から出射される光の直進性を向上することができる。 Moreover, it is preferable that the 1st reflection layer is laminated | stacked 3 or more layers. With this configuration, it is possible to improve the straightness of the light emitted from the wavelength conversion element.
本発明に係る波長変換素子は、波長変換部材の内部において、光軸方向と平行で、且つ、第1の反射層と交差する平面に沿って形成される少なくとも2層の第2の反射層をさらに備えていることが好ましい。そして、波長変換部材内に、第1の反射層と第2の反射層とによって光軸方向に沿って延びる波長変換部が区画形成されていることが好ましい。この構成では、光出射面から出射する光の強度をさらに高めることができる。また、光出射面から出射する光の直進性をさらに向上することができる。 The wavelength conversion element according to the present invention includes at least two second reflection layers formed along a plane parallel to the optical axis direction and intersecting the first reflection layer inside the wavelength conversion member. Furthermore, it is preferable to provide. And it is preferable that the wavelength conversion part which extends along an optical axis direction by the 1st reflection layer and the 2nd reflection layer is partitioned and formed in the wavelength conversion member. In this configuration, the intensity of light emitted from the light exit surface can be further increased. Further, it is possible to further improve the straightness of the light emitted from the light emitting surface.
少なくとも2層の第2の反射層は、互いに平行に形成されていることが好ましい。この構成では、波長変換素子から出射される光の直進性をさらに向上することができる。 The at least two second reflective layers are preferably formed in parallel to each other. In this configuration, the straightness of the light emitted from the wavelength conversion element can be further improved.
また、少なくとも2層の第2の反射層と、少なくとも2層の第1の反射層とが直交していることが好ましい。この構成では、光出射面から出射する光の直進性をさらに向上することができる。 Further, it is preferable that at least two second reflective layers and at least two first reflective layers are orthogonal to each other. With this configuration, it is possible to further improve the straightness of the light emitted from the light emitting surface.
第2の反射層は、3層以上積層されており、波長変換部がマトリクス状に設けられていることがより好ましい。この構成では、光出射面から出射する光の直進性をさらに向上することができる。 More preferably, the second reflective layer is laminated in three or more layers, and the wavelength conversion units are provided in a matrix. With this configuration, it is possible to further improve the straightness of the light emitted from the light emitting surface.
第1の反射層は、例えば誘電体多層膜からなるものであってもよいが、金属、合金または白色塗料からなるものであることが好ましい。金属、合金または白色塗料からなる第1の反射層は、反射率の波長依存性が低く、かつ容易に形成できるためである。同様に、第2の反射層も、例えば誘電体多層膜からなるものであってもよいが、金属、合金または白色塗料からなるものであることが好ましい。好ましく用いられる金属の具体例としては、例えば、Ag,Al,Au,Pd,Pt,Cu,Ti,Ni,Crなどが挙げられる。好ましく用いられる合金の具体例としては、例えば、Ag,Al,Au,Pd,Pt,Cu,Ti,Ni及びCrからなる群から選ばれた1種以上の金属を含む合金などが挙げられる。好ましく用いられる白色塗料の具体例としては、例えば、Ag,Al,Au,Pd,Pt,Cu,Ti,Ni及びCrからなる群から選ばれた1種以上の金属、合金からなる粒子を含む白色塗料などが挙げられる。 The first reflective layer may be made of, for example, a dielectric multilayer film, but is preferably made of a metal, an alloy, or a white paint. This is because the first reflective layer made of a metal, an alloy, or a white paint has low wavelength dependency of reflectance and can be easily formed. Similarly, the second reflective layer may be made of, for example, a dielectric multilayer film, but is preferably made of a metal, an alloy, or a white paint. Specific examples of metals that are preferably used include Ag, Al, Au, Pd, Pt, Cu, Ti, Ni, and Cr. Specific examples of the alloy preferably used include an alloy containing one or more metals selected from the group consisting of Ag, Al, Au, Pd, Pt, Cu, Ti, Ni, and Cr. Specific examples of the white paint preferably used include, for example, a white color containing particles made of one or more metals and alloys selected from the group consisting of Ag, Al, Au, Pd, Pt, Cu, Ti, Ni, and Cr. Examples include paints.
蛍光体粉末は、無機蛍光体粉末であることが好ましい。また、分散媒は、ガラスまたはセラミックスからなることが好ましい。このように、蛍光体粉末及び分散媒を無機材料からなるものとすることにより、波長変換素子の耐熱性を向上することができる。 The phosphor powder is preferably an inorganic phosphor powder. The dispersion medium is preferably made of glass or ceramics. Thus, the heat resistance of a wavelength conversion element can be improved by making fluorescent substance powder and a dispersion medium into an inorganic material.
本発明に係る光源は、上記本発明に係る波長変換素子と、波長変換素子の光入射面に向けて蛍光体粉末の励起光を出射する発光素子とを備える。 The light source which concerns on this invention is equipped with the wavelength conversion element which concerns on the said invention, and the light emitting element which radiate | emits the excitation light of fluorescent substance powder toward the light-incidence surface of a wavelength conversion element.
上述の通り、上記本発明に係る波長変換素子では、光出射面から出射する光の強度を高めることができる。従って、本発明に係る光源は、高輝度である。 As described above, the wavelength conversion element according to the present invention can increase the intensity of light emitted from the light exit surface. Therefore, the light source according to the present invention has high luminance.
本発明によれば、波長変換部材を用いた光源の高輝度化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to increase the brightness of a light source using a wavelength conversion member.
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。 Hereinafter, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiments.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る光源の模式図である。図1に示すように、光源1は、波長変換素子11と、発光素子10とを備えている。波長変換素子11は、発光素子10から出射された光L0が照射された際に、光L0よりも波長の長い光L2を出射する。また、光L0の一部は、波長変換素子11を透過する。このため、波長変換素子11からは、透過光L1と光L2との合成光である光L3が出射する。このため、光源1から出射する光L3は、発光素子10から出射する光L0の波長及び強度と、波長変換素子11から出射する光L2の波長及び強度とによって決まる。例えば、光L0が青色光であり、光L2が黄色光である場合は、白色の光L3を得ることができる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a light source according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
発光素子10は、波長変換素子11に対して後述する蛍光体粉末の励起光を出射する素子である。発光素子10の種類は特に限定されない。発光素子10は、例えば、LED、LD、エレクトロルミネッセンス発光素子、プラズマ発光素子により構成することができる。光源1の輝度を高める観点からは、発光素子10は、高強度の光を出射するものであることが好ましい。この観点からは、発光素子10は、LEDやLDにより構成されていることが好ましい。
The
本実施形態においては、波長変換素子11は、素子本体11aと、波長選択フィルタ層11bと、反射抑制層11cとを有する。もっとも、本発明においては、波長選択フィルタ層11b及び反射抑制層11cは、必須ではない。波長変換素子は、例えば、素子本体のみにより構成されていてもよい。また、素子本体の光出射面と光入射面との両方の上に波長選択フィルタ層または反射抑制層のいずれかが形成されていてもよい。
In the present embodiment, the
波長選択フィルタ層11bは、素子本体11aの光入射面の上に形成されている。この波長選択フィルタ層11bは、発光素子10から出射される光L0の内、特定の波長域の光のみを素子本体11aへ透過させ、それ以外の波長域の光の透過を抑制すると共に、素子本体11aで変換された光L2が光入射面(発光素子10)側から出射することを防止する層である。波長選択フィルタ層11bは、例えば、誘電体多層膜により形成することができる。
The wavelength
一方、反射抑制層11cは、素子本体11aの光出射面の上に形成されている。この反射抑制層11cは、素子本体11aから出射する光が光出射面で反射することを抑制して、素子本体11aから出射する光の出射率を高める層である。反射抑制層11cは、例えば、誘電体多層膜により形成することができる。
On the other hand, the
図2は、素子本体11aの略図的斜視図である。図2に示すように、素子本体11aは、波長変換部材12と、複数の反射層13とを有する。本実施形態では、波長変換部材12は、角柱状に形成されている。波長変換部材12は、光入射面12aと、光出射面12bと、4つの側面12c〜12fとを有する。光入射面12aと光出射面12bとは光軸方向(x方向)に対向している。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the
波長変換部材12は、分散媒と、分散媒中に分散している蛍光体粉末とを有する。
The
蛍光体粉末は、発光素子10からの光L0を吸収し、光L0よりも波長が長い光L2を出射するものである。蛍光体粉末は、無機蛍光体粉末であることが好ましい。無機蛍光体粉末を用いることにより、波長変換部材12の耐熱性を向上することができる。
The phosphor powder absorbs light L0 from the
波長300〜440nmの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の光を発する無機蛍光体の具体例としては、Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、(Sr,Ba)MgAl10O17:Eu2+などが挙げられる。 Specific examples of inorganic phosphors that emit blue light when irradiated with ultraviolet to near-ultraviolet excitation light having a wavelength of 300 to 440 nm include Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu 2+ , (Sr, Ba) MgAl 10 O 17. : Eu 2+ and the like.
波長300〜440nmの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色の蛍光(波長が500nm〜540nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、SrAl2O4:Eu2+、SrGa2S4:Eu2+などが挙げられる。 Specific examples of the inorganic phosphor that emits green fluorescence (fluorescence having a wavelength of 500 nm to 540 nm) when irradiated with excitation light having a wavelength of 300 to 440 nm are SrAl 2 O 4 : Eu 2+ , SrGa 2 S 4. : Eu 2+ and the like.
波長440〜480nmの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光(波長が500nm〜540nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、SrAl2O4:Eu2+、SrGa2S4:Eu2+などが挙げられる。 Specific examples of inorganic phosphors that emit green fluorescence (fluorescence having a wavelength of 500 nm to 540 nm) when irradiated with blue excitation light having a wavelength of 440 to 480 nm include SrAl 2 O 4 : Eu 2+ and SrGa 2 S 4 : Eu 2+. Etc.
波長300〜440nmの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色の蛍光(波長が540nm〜595nmの蛍光)を発する無蛍光体の具体例としては、ZnS:Eu2+などが挙げられる。 A specific example of a non-fluorescent material that emits yellow fluorescence (fluorescence having a wavelength of 540 nm to 595 nm) when irradiated with excitation light having a wavelength of 300 to 440 nm is ZnS: Eu 2+ .
波長440〜480nmの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光(波長が540nm〜595nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、Y3(Al,Gd)5O12:Ce2+などが挙げられる。 Specific examples of the inorganic phosphor that emits yellow fluorescence (fluorescence having a wavelength of 540 nm to 595 nm) when irradiated with blue excitation light having a wavelength of 440 to 480 nm include Y 3 (Al, Gd) 5 O 12 : Ce 2+ and the like. Can be mentioned.
波長300〜440nmの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色の蛍光(波長が600nm〜700nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、Gd3Ga4O12:Cr3+、CaGa2S4:Mn2+などが挙げられる。 Specific examples of the inorganic phosphor that emits red fluorescence (fluorescence having a wavelength of 600 nm to 700 nm) when irradiated with excitation light of ultraviolet to near ultraviolet with a wavelength of 300 to 440 nm include Gd 3 Ga 4 O 12 : Cr 3+ , CaGa 2. S 4 : Mn 2+ and the like can be mentioned.
波長440〜480nmの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光(波長が600nm〜700nmの蛍光)を発する無機蛍光体の具体例としては、Mg2TiO4:Mn4+、K2SiF6:Mn4+などが挙げられる。 Specific examples of inorganic phosphors that emit red fluorescence (fluorescence having a wavelength of 600 nm to 700 nm) when irradiated with blue excitation light having a wavelength of 440 to 480 nm include Mg 2 TiO 4 : Mn 4+ and K 2 SiF 6 : Mn 4+. Etc.
蛍光体粉末の平均粒子径(D50)は、特に限定されない。蛍光体粉末の平均粒子径(D50)は、例えば、1μm〜50μm程度であることが好ましく、5μm〜25μm程度であることがより好ましい。蛍光体粉末の平均粒子径(D50)が大きすぎると、発光色が不均一になる場合がある。一方、蛍光体粉末の平均粒子径(D50)が小さすぎると、発光強度が低下する場合がある。 The average particle diameter (D 50 ) of the phosphor powder is not particularly limited. The average particle size (D 50 ) of the phosphor powder is, for example, preferably about 1 μm to 50 μm, and more preferably about 5 μm to 25 μm. If the average particle size (D 50 ) of the phosphor powder is too large, the emission color may be non-uniform. On the other hand, if the average particle diameter (D 50 ) of the phosphor powder is too small, the emission intensity may be reduced.
波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量は、特に限定されない。波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量は、発光素子10から出射される光の強度、蛍光体粉末の発光特性、得ようとする光の色度などに応じて適宜設定することができる。波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量は、一般的には、例えば、0.01質量%〜30重量%程度とすることができ、0.05質量%〜20質量%であることが好ましく、0.08質量%〜15質量%であることがさらに好ましい。波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量が多すぎると、波長変換部材12における気孔率が高くなり、光源1の発光強度が低下してしまう場合がある。一方、波長変換部材12における蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、十分に強い蛍光が得られなくなる場合がある。
The content of the phosphor powder in the
分散媒は、例えば、耐熱樹脂やガラスやセラミックスであることが好ましい。なかでも、耐熱性が特に高く、発光素子10からの光L0により劣化し難いガラスやセラミックスなどの無機分散媒がより好ましく用いられる。
The dispersion medium is preferably, for example, a heat resistant resin, glass, or ceramic. Among them, an inorganic dispersion medium such as glass or ceramics that has particularly high heat resistance and hardly deteriorates due to the light L0 from the
耐熱樹脂の具体例としては、例えばポリイミドなどが挙げられる。ガラスの具体例としては、例えば、珪酸塩系ガラス、硼珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、硼リン酸塩系ガラスなどが挙げられる。セラミックスの具体例としては、例えば、ジルコニア、アルミナ、チタン酸バリウム、窒化ケイ素、窒化チタン等の金属窒化物などが挙げられる。 Specific examples of the heat resistant resin include polyimide and the like. Specific examples of the glass include silicate glass, borosilicate glass, phosphate glass, and borophosphate glass. Specific examples of ceramics include metal nitrides such as zirconia, alumina, barium titanate, silicon nitride, and titanium nitride.
波長変換部材12の内部には、複数の第1の反射層13が形成されている。本実施形態では、第1の反射層13が3層以上形成されている。複数の第1の反射層13のそれぞれは平板状に形成されている。複数の第1の反射層13のそれぞれは、x方向(光軸方向)と、x方向に垂直なy方向とに沿って延びるように形成されている。すなわち、複数の第1の反射層13のそれぞれは、x方向(光軸方向)と並行な平面に沿って形成されている。複数の第1の反射層13は、x方向及びy方向のそれぞれに対して垂直なz方向に沿って相互に間隔をおいて配列されている。すなわち、複数の第1の反射層13は、z方向において対向している。複数の第1の反射層13のそれぞれは、光入射面12a、光出射面12b及び側面12e、12fに露出している。このため、波長変換部材12は、z方向に配列された複数の波長変換部14に区画されている。
A plurality of first
なお、本実施形態では、複数の第1の反射層13は、互いに平行に設けられているが、本発明においては、少なくとも2層の反射層は、互いに平行に配置されていなくてもよい。
In the present embodiment, the plurality of first
第1の反射層13は、発光素子10からの光L0、すなわち、蛍光体粉末の励起光、及び蛍光体粉末から出射される光(変換光)の反射率が高いものであることが好ましい。具体的には、蛍光体粉末の励起波長及び蛍光体粉末に励起波長の光が照射された際に蛍光体粉末から出射される光の波長のそれぞれにおける反射層13の反射率は、60%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。
The first
このような反射率を実現する観点からは、反射層13は、例えば、金属または合金からなることが好ましい。具体的には、反射層13は、例えば、Ag,Al,Au,Pd,Pt,Cu,Ti,Ni,Crなどの金属、これらの金属の少なくともひとつを含む合金または白色塗料により形成されていることが好ましい。
From the viewpoint of realizing such reflectance, the
なお、反射層13の材質によっては、反射層13と波長変換部材12とを直接密着させると、反射層13の密着強度を十分に高くできない場合がある。このため、反射層13と波長変換部材12との間に密着層を形成してもよい。密着層は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化クロム、酸化銅などにより形成することができる。
Depending on the material of the
以上説明したように、本実施形態では、波長変換部材12の内部に複数の反射層13が形成されている。このため、波長変換部材12中において散乱し、側面12c、12dに向かう光が、側面12c、12dから出射することを抑制することができる。より具体的には、複数の波長変換部14のうち、z方向において反射層13により挟まれた波長変換部14aの光は、反射層13により反射され、側面12c、12dから出射することが抑制されており、光出射面12bから出射する。よって、波長変換部材12の光出射面12bから出射する光L3の強度を高めることができる。従って、光源1の輝度を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the plurality of
また、反射層13を複数設けることにより、波長変換部材12から出射される光L3の直進性を高めることができる。光L3の直進性をさらに高める観点からは、反射層13を3層以上設けることが好ましい。
In addition, by providing a plurality of reflection layers 13, the straightness of the light L <b> 3 emitted from the
また、反射層13を設けることにより、波長変換部材12に入射した光が波長変換部材12から出射するまでの平均光路長を長くすることができる。従って、波長変換部材12における波長変換効率を高めることができる。
Further, by providing the
なお、波長変換素子11の製造方法は特に限定されない。波長変換素子11は、例えば以下のような方法で製造することができる。
In addition, the manufacturing method of the
まず、素子本体11aを作製する。具体的には、波長変換部を構成するための、蛍光体粉末が分散した分散媒からなる板状部材を作製する。この板状部材は、例えば、蛍光体粉末と、ガラス粉末やセラミック粉末との混合粉末をプレス成形した後に、焼成することにより作製することができる。
First, the
次に、板状部材の一方の面の上に反射層を形成する。反射層の形成は、例えば、CVD法、スパッタリング法、メッキ法などにより行うことができる。また、反射膜を接着剤等を用いて接着することにより形成してもよい。 Next, a reflective layer is formed on one surface of the plate-like member. The reflective layer can be formed by, for example, a CVD method, a sputtering method, a plating method, or the like. Alternatively, the reflective film may be formed by bonding using an adhesive or the like.
次に、片面に反射層が形成された板状部材を複数積層し、接着することにより素子本体11aを形成することができる。
Next, the
また、例えば、蛍光体粉末と、ガラス粉末やセラミック粉末との混合粉末を板状にプレス成形し、得られた成形体の片面に金属微粒子を含むペーストを塗布したものを複数積層し、その後焼成することによっても素子本体11aを作製することができる。
Also, for example, a mixed powder of phosphor powder and glass powder or ceramic powder is press-molded into a plate shape, and a plurality of layers obtained by applying a paste containing metal fine particles to one side of the obtained molded body are laminated, and then fired By doing so, the
最後に、スパッタリング法やCVD法などにより波長選択フィルタ層11b及び反射抑制層11cを形成することにより、波長変換素子11を完成させることができる。
Finally, the
以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例及び変形例について説明する。以下の説明において、上記第1の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。 Hereinafter, other examples and modifications of the preferred embodiment in which the present invention is implemented will be described. In the following description, members having substantially the same functions as those of the first embodiment are referred to by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(第2の実施形態)
図3は、第2の実施形態における波長変換素子の素子本体の略図的斜視図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic perspective view of the element body of the wavelength conversion element according to the second embodiment.
図3に示すように、本実施形態では、波長変換部材12の内部に、複数の第1の反射層13に加えて、複数の第2の反射層15が形成されている。具体的には、本実施形態では、3層以上の第2の反射層15が設けられている。複数の第2の反射層15のそれぞれは、x方向(光軸方向)に平行で、しかも、x方向と、x方向に傾斜した方向(第一の反射層13と交差する方向)とに沿って延びるように形成されている。本実施形態では、具体的には、複数の第2の反射層15のそれぞれは、x方向とz方向(第一の反射層13と直行する方向)とに沿って延びるように形成されている。複数の第2の反射層15は、y方向に相互に間隔をおいて配列されている。すなわち、複数の第2の反射層15は、y方向に対向している。複数の第2の反射層15のそれぞれは、光入射面12a、光出射面12b及び側面12c、12dに至っている。この複数の第2の反射層15と複数の第1の反射層13とによって、マトリクス状に配置された複数の角柱状の波長変換部16が区画形成されている。従って、本実施形態においては、側面12c、12dからの光の漏れのみならず、側面12e、12fからの光の漏れも抑制することができる。よって、光出射面12bから出射する光L3の強度をより高めることができる。従って、光源1の輝度をより高めることができる。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, a plurality of second reflection layers 15 are formed in the
なお、本実施形態では、複数の反射層15は、互いに平行に設けられているが、本発明において少なくとも2層の第2の反射層は、互いに平行に設けられていなくてもよい。
In the present embodiment, the plurality of
本実施形態における素子本体11aの作製方法は、特に限定されない。素子本体11aは、例えば、隣り合う2側面の上に反射層が形成された四角柱状の波長変換部材をマトリクス状に貼り合わせて行くことにより素子本体11aを作製してもよい。また、格子状に形成された金属製のフォルダに四角柱状の波長変換部材を複数挿入していくことにより素子本体11aを作製してもよい。
The manufacturing method of the
(第3及び第4の実施形態)
図4は、第3の実施形態における波長変換素子の素子本体の略図的斜視図である。図5は、第4の実施形態における波長変換素子の素子本体の略図的斜視図である。
(Third and fourth embodiments)
FIG. 4 is a schematic perspective view of the element body of the wavelength conversion element according to the third embodiment. FIG. 5 is a schematic perspective view of the element body of the wavelength conversion element according to the fourth embodiment.
上記第1及び第2の実施形態では、波長変換部材12の側面12c〜12fの上には反射層が設けられていない例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図4や図5に示すように、側面12c〜12fの上に反射層17を形成してもよい。そうすることにより、側面12c〜12fから光が漏れることをより効果的に抑制することができる。よって、光出射面12bから出射する光L3の強度をさらに高めることができる。従って、光源1の輝度をさらに高めることができる。
In the first and second embodiments, the example in which the reflective layer is not provided on the side surfaces 12c to 12f of the
(第5の実施形態)
図6は、第5の実施形態に係る光源の模式図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a schematic diagram of a light source according to the fifth embodiment.
図6に示すように、本実施形態の光源2には、ビームスプリッタ18が設けられている。発光素子10からの光L0は、ビームスプリッタ18により波長変換素子11側に導かれる。波長変換素子11の光入射面側には反射抑制層11cが形成されており、反対側の面の上には、反射層11dが形成されている。さらに、反射層11dの上には樹脂や半田からなる接着層(図示せず)が形成されており、接着層を介してガラス、セラミックス、金属等からなる基板19と波長変換素子11が固定されている。この反射層11dにより、光L0の一部及び波長変換部材12の発光は、ビームスプリッタ18側に反射される。このため、光L3は、ビームスプリッタ18に向けて発せられ、ビームスプリッタ18を透過して出射される。
As shown in FIG. 6, the
尚、図6に示すように、接着層を介して基板19と波長変換素子11を固定した光源2とする場合、図2、3に示すような波長変換部が層状またはマトリクス状に形成された波長変換素子11を用いることによって、発光素子10から出射される光L0を光L3に変換する際に発生する熱による基板19と波長変換素子11との剥離を効果的に抑えることができる。
As shown in FIG. 6, when the
以下、本発明について、実施例及び比較例に基づいて具体的に説明する。但し、以下の実施例は単なる例示である。本発明は以下の実施例に何ら限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on Examples and Comparative Examples. However, the following examples are merely illustrative. The present invention is not limited to the following examples.
(実施例)
本実施例では、下記の要領で上記第2の実施形態における波長変換素子11と実質的に同様の構成を有する波長変換素子を作製した。
(Example)
In this example, a wavelength conversion element having a configuration substantially similar to that of the
具体的には、まず、硼珪酸塩系ガラス粉末85質量%と、硫化物蛍光体粉末(CaGa2S4、蛍光波長:561nm)15質量%とを混合し、プレス成形した後に、焼成、切断することにより、厚み0.3mm、幅0.3mm、奥行き20mmの波長変換部材を作製した。波長変換部材の全面に、密着層として、酸化アルミニウムからなる厚み134nmの層を真空蒸着法により形成した。次に、密着層の上に、Agからなる厚み150nmの反射層をスパッタ法により形成した。次に、密着層及び反射層が形成された波長変換部材を積層し、エポキシ樹脂接着剤を用いて接着、切断、研磨することにより幅2.1mm角、奥行き0.5mmのマトリクス状の素子本体を作製した。 Specifically, first, 85% by mass of borosilicate glass powder and 15% by mass of sulfide phosphor powder (CaGa 2 S 4 , fluorescence wavelength: 561 nm) are mixed, press-molded, and then fired and cut. Thus, a wavelength conversion member having a thickness of 0.3 mm, a width of 0.3 mm, and a depth of 20 mm was produced. A 134 nm thick layer made of aluminum oxide was formed as an adhesion layer on the entire surface of the wavelength conversion member by a vacuum deposition method. Next, a reflective layer made of Ag having a thickness of 150 nm was formed on the adhesion layer by sputtering. Next, the wavelength conversion member on which the adhesion layer and the reflection layer are formed is laminated, and bonded, cut, and polished using an epoxy resin adhesive to form a matrix element body having a width of 2.1 mm square and a depth of 0.5 mm. Was made.
次に、真空蒸着法により、素子本体の光入射面の上に、酸化ケイ素層と酸化タンタル層とを交互に合計39層形成することにより波長選択フィルタ層を形成した。一方、素子本体の光出射面の上には、真空蒸着法により、酸化ケイ素層と酸化タンタル層とを交互に合計4層形成することにより反射抑制層を形成した。以上の工程により、波長変換素子を完成させた。 Next, a total of 39 layers of silicon oxide layers and tantalum oxide layers were alternately formed on the light incident surface of the element body by vacuum vapor deposition to form a wavelength selection filter layer. On the other hand, a reflection suppressing layer was formed on the light emitting surface of the element body by alternately forming a total of four silicon oxide layers and tantalum oxide layers by vacuum deposition. The wavelength conversion element was completed through the above steps.
作製した波長変換素子の光入射面に、LDを用いて波長460nmの光を照射し、光出射面側から出射された光を1mm角のスリットを介して強度を測定した。その結果、本実施例の波長変換素子から出射された光の強度は、102lmであった。 The light incident surface of the produced wavelength conversion element was irradiated with light having a wavelength of 460 nm using an LD, and the intensity of the light emitted from the light emitting surface side was measured through a 1 mm square slit. As a result, the intensity of the light emitted from the wavelength conversion element of this example was 102 lm.
(比較例)
上記実施例と同様にして幅2.1mm角、奥行き0.5mmの波長変換部材を作製し、波長変換部材の表面に密着層及び反射層を形成せずに、波長変換素子として用い、実施例と同様の評価を行った。その結果、本比較例の波長変換素子から出射された光の強度は、83lmであった。
(Comparative example)
A wavelength conversion member having a width of 2.1 mm square and a depth of 0.5 mm was prepared in the same manner as in the above example, and the wavelength conversion member was used as a wavelength conversion element without forming an adhesion layer and a reflection layer on the surface of the wavelength conversion member. The same evaluation was performed. As a result, the intensity of the light emitted from the wavelength conversion element of this comparative example was 83 lm.
これらの結果から、波長変換部材の内部に対向する少なくとも2層の反射層を設けることにより、波長変換素子の光出射面から出射される光の強度を高めることができることが分かる。 From these results, it is understood that the intensity of light emitted from the light exit surface of the wavelength conversion element can be increased by providing at least two reflective layers facing the inside of the wavelength conversion member.
1,2…光源
10…発光素子
11…波長変換素子
11a…素子本体
11b…波長選択フィルタ層
11c…反射抑制層
11d…反射層
12…波長変換部材
12a…光入射面
12b…光出射面
12c〜12f…側面
13,15,17…反射層
14…波長変換部
16…波長変換部
18…ビームスプリッタ
19…基板
DESCRIPTION OF
Claims (11)
蛍光体粉末が分散媒中に分散してなり、光軸方向において対向する光入射面及び光出射面を有する波長変換部材と、
前記波長変換部材の内部において、前記光軸方向と平行な平面に沿って形成され、波長変換部材を複数の部分に区画する少なくとも2層の第1の反射層と、
を備える波長変換素子。 A wavelength conversion element used for converting the wavelength of irradiation light of an LED or LD,
A wavelength conversion member having a light incident surface and a light output surface facing each other in the optical axis direction, the phosphor powder being dispersed in a dispersion medium;
Inside the wavelength conversion member, formed along a plane parallel to the optical axis direction, and at least two first reflective layers that divide the wavelength conversion member into a plurality of portions, and
A wavelength conversion element comprising:
前記波長変換部材内に、前記第1の反射層と前記第2の反射層とによって前記光軸方向に沿って延びる波長変換部が区画形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の波長変換素子。 In the wavelength conversion member, further comprising at least two second reflective layers formed along a plane parallel to the optical axis direction and intersecting the first reflective layer,
The wavelength conversion part which extends along the said optical axis direction by the said 1st reflection layer and the said 2nd reflection layer is divided and formed in the said wavelength conversion member, The any one of Claims 1-4. The wavelength conversion element as described in 2.
前記波長変換素子の前記光入射面に向けて前記蛍光体粉末の励起光を出射する発光素子と、
を備える光源。 The wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 10 ,
A light emitting element that emits excitation light of the phosphor powder toward the light incident surface of the wavelength conversion element;
A light source comprising
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