JP2016028370A - Solid state lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、固体照明装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a solid-state lighting device.
固体発光素子を用いた白色固体照明(SSL:Solid State lighting)装置は、LED(Light Emitting Diode)が主流である。 The LED (Light Emitting Diode) is the mainstream of white solid state lighting (SSL) devices using solid light emitting elements.
この場合、蛍光体を有する白色発光部がLED(Light Emitting Diode)チップを覆うように設けられると、LEDチップの放熱と給電のための基板が必要である。もし、白色発光部が光学系のみで構成されれば、発熱も少なく、小型軽量化され、照明装置のデザインの自由度を高めることができる。 In this case, if a white light emitting unit having a phosphor is provided to cover an LED (Light Emitting Diode) chip, a substrate for heat dissipation and power supply of the LED chip is required. If the white light emitting unit is composed only of an optical system, heat generation is small, the size and weight are reduced, and the design flexibility of the lighting device can be increased.
そのためには、たとえば、青紫色〜青色の波長範囲の高輝度固体発光素子からの出力を導光体などに効率よく結合させ、固体発光素子から離間した蛍光体などの波長変換層に照射して白色発光を得る構造とすればよい。 For this purpose, for example, the output from a high-intensity solid-state light emitting device in the blue-violet to blue wavelength range is efficiently coupled to a light guide or the like, and irradiated to a wavelength conversion layer such as a phosphor separated from the solid light-emitting device. A structure that obtains white light emission may be used.
発光色の色温度を調整するには、色温度の異なる複数の白色LEDを発光強度比を変えればよい。しかし、白色LEDの数を増やす必要がある。また、RGB各色のLEDを混色して所望の色温度を得ようとすると、白色LEDよりも発光効率が低いため消費電力が増加する。 In order to adjust the color temperature of the emission color, the emission intensity ratio of a plurality of white LEDs having different color temperatures may be changed. However, it is necessary to increase the number of white LEDs. In addition, when trying to obtain a desired color temperature by mixing LEDs of RGB colors, the power consumption increases because the light emission efficiency is lower than that of the white LED.
放熱が容易で、色度の調整が容易な固体照明装置を提供する。 Provided is a solid-state lighting device that can easily dissipate heat and easily adjust chromaticity.
実施形態の固体照明装置は、半導体発光素子を有し、励起光を放出する光源部と、前記励起光が導入される入射部と、前記入射部に導入された前記励起光を放出する照射部と、を有する導光部と、前記照射部から放出された前記励起光が照射される波長変換層であって、前記励起光を吸収し前記励起光の波長よりも長い波長を有する第1波長変換光を放出する第1領域と、前記励起光を吸収し前記励起光の波長よりも長い波長を有する第2波長変換光を放出する第2領域と、を有し、前記第1波長変換光と前記第2波長変換光とは発光スペクトルが異なるか、または前記第1領域を介して放出される前記励起光の光出力に対する前記第1波長変換光の光出力の比率と前記第2領域を介して放出される前記励起光の光出力に対する前記第2波長変換光の光出力の比率とが異なる、波長変換層と、前記照射部から放出される前記励起光の前記波長変換層の表面における照射位置を変化させる照射領域移動手段と、を備える。 The solid-state lighting device of the embodiment includes a semiconductor light emitting element, a light source unit that emits excitation light, an incident unit that introduces the excitation light, and an irradiation unit that emits the excitation light introduced into the incident unit A first wavelength having a wavelength that is longer than the wavelength of the excitation light by absorbing the excitation light. A first region that emits converted light; and a second region that absorbs the excitation light and emits second wavelength converted light having a wavelength longer than the wavelength of the excitation light, and the first wavelength converted light. And the second wavelength converted light have different emission spectra, or the ratio of the optical output of the first wavelength converted light to the optical output of the excitation light emitted through the first region and the second region The second wavelength with respect to the optical output of the excitation light emitted through The ratio of the light output of 換光 differ comprises a wavelength conversion layer, and a irradiation area moving means for changing an irradiation position on the surface of the wavelength conversion layer of the excitation light emitted from the irradiation unit.
放熱が容易で、色度の調整が容易な固体照明装置が提供される。 A solid-state lighting device that can easily dissipate heat and easily adjust chromaticity is provided.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1(a)は第1の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、である。
固体照明装置は、光源部10と、波長変換層54と、導光部20と、照射領域移動手段24と、を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic perspective view of the solid-state lighting device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
The solid-state lighting device includes the light source unit 10, the wavelength conversion layer 54, the light guide unit 20, and the irradiation region moving unit 24.
光源部10は、励起光G1を放出する構成で、励起光G1の発生手段として、半導体発光素子などを少なくとも有している。半導体発光素子は、たとえば、400〜490nm波長範囲の励起光(光ビーム)G1を放出するレーザー素子や発光ダイオードなどとすることができる。励起光G1の波長範囲は、後述する波長変換層54に吸収され波長変換光を放出できればよく、波長変換層54との組み合わせにより、波長400nm以下の紫外線や、波長500nm以上とすることもできる。 The light source unit 10 emits excitation light G1, and has at least a semiconductor light emitting element or the like as a means for generating the excitation light G1. The semiconductor light emitting element can be, for example, a laser element or a light emitting diode that emits excitation light (light beam) G1 having a wavelength range of 400 to 490 nm. The wavelength range of the excitation light G <b> 1 only needs to be absorbed by the wavelength conversion layer 54 described later and emit wavelength conversion light, and can be set to ultraviolet light with a wavelength of 400 nm or less, or with a wavelength of 500 nm or more, in combination with the wavelength conversion layer 54.
また、光源部10は、半導体発光素子からの光を直接励起光として照射する構成でも良いし、また、光ファイバー、光学レンズ、反射部材等を介して間接的に照射する構成でも良い。また、半導体発光素子を複数個とし、光源部10からの励起光G1の出力を高める構成でも良い。また、後述する導光部20が複数導光体からなる場合は、半導体発光素子からの励起光G1を、複数導光体に分岐して励起光G1を導く構成でも良い。半導体発光素子をレーザー素子とするとビーム広がり角を狭くできるので、励起光を効率よく導光部20の入射部20aに導入し、効率よく照射部20bまで導光することができる。 The light source unit 10 may be configured to directly irradiate light from the semiconductor light emitting element as excitation light, or may be configured to indirectly irradiate via an optical fiber, an optical lens, a reflecting member, or the like. Further, a configuration in which a plurality of semiconductor light emitting elements are provided to increase the output of the excitation light G1 from the light source unit 10 may be used. Moreover, when the light guide part 20 mentioned later consists of two or more light guides, the structure which branches the excitation light G1 from a semiconductor light-emitting element to a plurality of light guides, and guides the excitation light G1 may be sufficient. If the semiconductor light emitting element is a laser element, the beam divergence angle can be narrowed, so that the excitation light can be efficiently introduced into the incident part 20a of the light guide part 20 and efficiently guided to the irradiation part 20b.
導光部20は、光源部10からの励起光G1を、後述する波長変換層54に導き、たとえば、光ファイバーや導光体などで構成される。導光部20は、一方の端部が励起光を入射する入射部20aと、他方の端部が励起光G1を波長変換層に向かって照射する照射部20bを備えている。照射部20bは、例えば、光ファイバーや導光体の先端部をテーパー状に加工した形状であり、導光部20内を導光した励起光G1の反射方向を制御して、任意の照射方向に励起光G1を照射させている。図1(b)の構成では、後述する光ファイバーアレイを用いて4つの照射領域を有する。2つの照射領域は第1の方向へ励起光を照射し、また、残りの2つの照射領域は第1の方向と180度異なる第2の方向へ励起光を照射する構成である。導光部20は、ミラーやレンズなどにより構成される空間伝搬光路などとすることもできる。 The light guide unit 20 guides the excitation light G1 from the light source unit 10 to a wavelength conversion layer 54 described later, and is configured by, for example, an optical fiber or a light guide. The light guide unit 20 includes an incident unit 20a on which one end is incident with excitation light, and an irradiation unit 20b on which the other end irradiates the excitation light G1 toward the wavelength conversion layer. The irradiation unit 20b has, for example, a shape obtained by processing the tip of an optical fiber or a light guide into a taper shape, and controls the reflection direction of the excitation light G1 guided through the light guide unit 20 so as to be in an arbitrary irradiation direction. Excitation light G1 is irradiated. In the configuration of FIG. 1B, there are four irradiation areas using an optical fiber array described later. The two irradiation regions irradiate the excitation light in the first direction, and the remaining two irradiation regions irradiate the excitation light in a second direction 180 degrees different from the first direction. The light guide unit 20 may be a spatial propagation optical path configured by a mirror, a lens, or the like.
波長変換層54は、励起光G1を吸収し励起光G1の波長よりも長い波長を含む発光スペクトルを有する波長変換光を放出する。波長変換層54は、たとえば、(Ca、Sr)2Si5N8:Eu、(Ca、Sr)AlSiN3:Euなどの窒化物系蛍光体や、Cax(Si、Al)12(O,N)16:Eu、(Si、Al)6(O、N)8:Eu、BaSi2O2N2:Eu、BaSi2O2N2:Euなどの酸窒化物系蛍光体や、Lu3Al5O12:Ce、(Y、Gd)3(Al、Ga)5O12:Ce、(Sr、Ba)2SiO4:Eu、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Sr4Al14O25:Euなどの酸化物系蛍光体や、(Ca、Sr)S:Eu、CaGa2S4:Eu、ZnS:Cu、Al等の硫化物系蛍光体などの中から、単体または少なくとも1種類以上混合させた蛍光体を用いることができる。 The wavelength conversion layer 54 absorbs the excitation light G1 and emits wavelength conversion light having an emission spectrum including a wavelength longer than the wavelength of the excitation light G1. The wavelength conversion layer 54 is made of, for example, a nitride-based phosphor such as (Ca, Sr) 2 Si 5 N 8 : Eu, (Ca, Sr) AlSiN 3 : Eu, or Cax (Si, Al) 12 (O, N ) 16 : Eu, (Si, Al) 6 (O, N) 8 : Eu, BaSi 2 O 2 N 2 : Eu, BaSi 2 O 2 N 2 : Eu and other oxynitride phosphors, Lu 3 Al 5 O 12 : Ce, (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce, (Sr, Ba) 2 SiO 4 : Eu, Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce, Sr 4 Al 14 O 25 : Eu or other oxide-based phosphors, (Ca, Sr) S: Eu, CaGa 2 S 4 : Eu, ZnS: Cu, Al or other sulfide-based phosphors, etc., or at least one kind A phosphor mixed as described above can be used.
また、波長変換層54は、たとえば、波長変換光の発光スペクトルが異なる少なくとも2つの波長変換光を放出する少なくとも2つの領域を有する。図1において、波長変換層54は、第1領域54a、第2領域54b、第3領域54c、第4領域54d、第5領域54e、および第6領域54fを有するものとする。 The wavelength conversion layer 54 has at least two regions that emit at least two wavelength-converted lights having different emission spectra of the wavelength-converted light, for example. In FIG. 1, the wavelength conversion layer 54 includes a first region 54a, a second region 54b, a third region 54c, a fourth region 54d, a fifth region 54e, and a sixth region 54f.
導光部20の入射部20aは、波長変換層54a〜54fで囲まれる領域の外部に設けられる。また、照射部20bは、波長変換層54a〜54fに囲まれるように設けられ、導光された光源部10からの励起光G1を放出する。照射領域移動手段22は、照射部20bから波長変換層54に向けて放出される励起光G1の照射領域の位置を移動させる。このようにして、波長変換層54の上方では、励起光G1が照射された領域の波長変換層54からの波長変換光と、波長変換層54により反射された励起光G1の一部とが混合された放出光GTを得ることができる。 The incident portion 20a of the light guide portion 20 is provided outside the region surrounded by the wavelength conversion layers 54a to 54f. Moreover, the irradiation part 20b is provided so that it may be enclosed by the wavelength conversion layers 54a-54f, and discharge | releases the excitation light G1 from the light source part 10 light-guided. The irradiation region moving means 22 moves the position of the irradiation region of the excitation light G1 emitted from the irradiation unit 20b toward the wavelength conversion layer 54. Thus, above the wavelength conversion layer 54, the wavelength conversion light from the wavelength conversion layer 54 in the region irradiated with the excitation light G1 and a part of the excitation light G1 reflected by the wavelength conversion layer 54 are mixed. The emitted light GT thus obtained can be obtained.
たとえば、第1領域54aとその反対の側の第4領域54dとは、略同一となる第1の発光スペクトルを有する波長変換光を放出するものとする。また、第2領域54bとその反対の側の第5領域54eとは第1の発光スペクトルとは異なる第2の発光スペクトルを有する波長変換光を放出するものとする。さらに、第3領域54cとその反対の側の第6領域54fとは、第1および第2の発光スペクトルとは異なる第3の発光スペクトルを有する波長変換光を放出するものとする。 For example, it is assumed that the first region 54a and the fourth region 54d on the opposite side emit wavelength-converted light having a first emission spectrum that is substantially the same. In addition, the second region 54b and the fifth region 54e on the opposite side emit wavelength converted light having a second emission spectrum different from the first emission spectrum. Furthermore, it is assumed that the third region 54c and the sixth region 54f on the opposite side emit wavelength converted light having a third emission spectrum different from the first and second emission spectra.
導光部20を、導光部20の軸方向を中心軸30cとして回転させて、照射部20bからの励起光G1の照射位置を、第1領域54aと第4領域54dとの位置、または第2領域54bと第4領域54eとの位置、または第3領域54cと第6領域54eとの位置に切り替えることで、放出光GTの色度を変えることができる。 The light guide unit 20 is rotated with the axial direction of the light guide unit 20 as the central axis 30c, and the irradiation position of the excitation light G1 from the irradiation unit 20b is set to the position of the first region 54a and the fourth region 54d, or the first The chromaticity of the emitted light GT can be changed by switching the position between the second region 54b and the fourth region 54e or the position between the third region 54c and the sixth region 54e.
たとえば、光源部10の励起光G1に、青紫色〜青色のレーザー光を用い、また、第1の発光スペクトルが青色の波長変換層、第2の発光スペクトルが緑色の波長変換層、および第3の発光スペクトルが赤色の波長変換層に選定することにより、青、緑、赤色に可変色できる。また、青色の波長変換層の代わりに、青紫色〜青色のレーザー光を反射・反射させる散乱層を設けることでも、散乱層により青色光を発生できるので、同様に可変色できる。 For example, blue-violet to blue laser light is used as the excitation light G1 of the light source unit 10, the first emission spectrum is a blue wavelength conversion layer, the second emission spectrum is a green wavelength conversion layer, and a third wavelength conversion layer. By selecting the wavelength conversion layer whose red light emission spectrum is red, the color can be changed to blue, green, and red. Also, by providing a scattering layer that reflects / reflects blue-violet to blue laser light instead of the blue wavelength conversion layer, blue light can be generated by the scattering layer, so that a variable color can be obtained.
波長変換層の配置に関する他の変形例としては、発光色が異なる複数の蛍光体を混合させた波長変換層を用い、その混合比を変化させて各領域に配置した構成でも良い。たとえば、光源部10の励起光G1に、青紫色〜青色のレーザー光を用い、また、第1の発光スペクトルが第1の色温度となる配合比に調整された波長変換層、第2の発光スペクトルが第2の色温度なる配合比に調整された波長変換層、および第3の発光スペクトルが第3の色温度となる配合比に調整された波長変換層に選定することにより、放出光GTの色温度を可変できる。 As another modification example regarding the arrangement of the wavelength conversion layer, a configuration in which a wavelength conversion layer in which a plurality of phosphors having different emission colors are mixed is used and the mixture ratio is changed and arranged in each region may be used. For example, a blue-violet to blue laser beam is used as the excitation light G1 of the light source unit 10, and the wavelength conversion layer and the second light emission whose first emission spectrum is adjusted to the blending ratio at which the first color temperature is obtained. By selecting the wavelength conversion layer whose spectrum is adjusted to the mixing ratio of the second color temperature and the wavelength conversion layer whose third emission spectrum is adjusted to the mixing ratio of the third color temperature, the emitted light GT is selected. The color temperature can be varied.
また、たとえば、第1領域54aが赤色波長変換層を含み、その反対の側の第4領域54dが緑色波長変換層を含むこともできる。照射領域の位置を60度、120度とそれぞれ移動すると、発光スペクトルの異なる赤色及び緑色波長変換光をそれぞれ放出し、色度や色温度を調整できる。同様に、色温度の異なる電球色や白色光を得ることができる。 Further, for example, the first region 54a may include a red wavelength conversion layer, and the fourth region 54d on the opposite side thereof may include a green wavelength conversion layer. When the position of the irradiation region is moved to 60 degrees and 120 degrees, respectively, red and green wavelength converted lights having different emission spectra are emitted, and chromaticity and color temperature can be adjusted. Similarly, light bulb colors and white light having different color temperatures can be obtained.
また、波長変換層54に照射された励起光G1のうち、波長変換層54に吸収されずに、波長変換層54より反射された励起光G1の光出力に対する、波長変換光の光出力の比率を変えせることでも可変色が可能である。 The ratio of the light output of the wavelength converted light to the light output of the excitation light G1 reflected from the wavelength conversion layer 54 without being absorbed by the wavelength conversion layer 54 in the excitation light G1 irradiated to the wavelength conversion layer 54. Variable colors are possible by changing the color.
たとえば、光源部10の励起光G1に、青紫色〜青色のレーザー光を用い、各領域54a〜54fに同一スペクトルの黄色蛍光体を波長変換層54として塗布し、各領域の波長変換層54の膜厚を異なるように配置する構成とすることができる。波長変換層54の膜厚が厚く塗布される領域では、励起光の吸収が大きくすることができ、黄色の波長変換光を増加することができる。その結果、波長変換層54により吸収されない励起光は減少するので、波長変換層54で反射される青色の励起光の光出力は減少する。その結果、放出光GTは、比較的、黄色の発光が支配的な発光色とすることができる。 For example, blue-violet to blue laser light is used as the excitation light G1 of the light source unit 10, and a yellow phosphor having the same spectrum is applied to each of the regions 54a to 54f as the wavelength conversion layer 54. It can be set as the structure arrange | positioned so that a film thickness may differ. In the region where the wavelength conversion layer 54 is thickly applied, the absorption of excitation light can be increased, and yellow wavelength conversion light can be increased. As a result, since the excitation light that is not absorbed by the wavelength conversion layer 54 decreases, the light output of the blue excitation light reflected by the wavelength conversion layer 54 decreases. As a result, the emitted light GT can be a light emission color in which yellow light emission is dominant.
一方、波長変換層54の膜厚が薄く塗布される領域では、励起光の吸収が小さくなり、黄色の波長変換光は減少する。その結果、波長変換層54により吸収されない励起光は増加するので、波長変換層54で反射される青色の励起光の光出力は増加する。その結果、放出光GTは、膜厚が厚い領域に比べて、青色が支配的な発光色とすることができる。このようにして、たとえば、色が異なる放出光を得ることが出来る。波長変換層54の第1領域〜第6領域とは、平面視にて、たとえば、それぞれ60度で分割されたものとすることができる。なお、分割数は、6つに限定されない。 On the other hand, in the region where the film thickness of the wavelength conversion layer 54 is thinly applied, the absorption of the excitation light becomes small and the yellow wavelength conversion light decreases. As a result, since the excitation light that is not absorbed by the wavelength conversion layer 54 increases, the light output of the blue excitation light reflected by the wavelength conversion layer 54 increases. As a result, the emitted light GT can be a light emission color in which blue is dominant as compared with a region where the film thickness is thick. In this way, for example, emitted light with different colors can be obtained. The first region to the sixth region of the wavelength conversion layer 54 can be divided, for example, by 60 degrees in plan view. Note that the number of divisions is not limited to six.
固体照明装置は、金属やセラミックなどの高熱伝導材を有する熱伝導部30をさらに有することができる。熱伝導部30は、第1の面30aから後退した凹部30bを有する。凹部30bは、その中心軸30cの周囲に設けられ第1の面30aに向かって拡幅する内壁30dを有する。波長変換層54は、その複数の領域(54a、54bなど)が中心軸30cの円周方向に沿った異なる位置に並置されるように、設けられている。 The solid-state lighting device can further include a heat conducting unit 30 having a high heat conducting material such as metal or ceramic. The heat conducting unit 30 has a recess 30b that is recessed from the first surface 30a. The recess 30b has an inner wall 30d that is provided around the central axis 30c and widens toward the first surface 30a. The wavelength conversion layer 54 is provided such that the plurality of regions (54a, 54b, etc.) are juxtaposed at different positions along the circumferential direction of the central axis 30c.
熱伝導部30および照射部20bのうちの少なくともいずれかを回転することにより、励起光は、波長変換層54の異なる領域を照射することができる。 Excitation light can irradiate different regions of the wavelength conversion layer 54 by rotating at least one of the heat conducting unit 30 and the irradiation unit 20b.
また、凹部30bの上部にカバー部57を設けることができる。カバー部57は光拡散層を含むことができる。カバー部57が光拡散層を含むと、凹部30bの内壁30dに設けられた波長変換層に吸収されずに多重反射された励起光を多重散乱して放出することができる。励起光がレーザー光である場合、レーザー光をインコーヒーレント光に変換し人間の目に対する安全性を高めることができる。なお、図1(a)は、カバー部57を図示していない。 Moreover, the cover part 57 can be provided in the upper part of the recessed part 30b. The cover part 57 can include a light diffusion layer. When the cover portion 57 includes a light diffusion layer, the excitation light that is multiply reflected without being absorbed by the wavelength conversion layer provided on the inner wall 30d of the recess 30b can be scattered and emitted. In the case where the excitation light is laser light, the laser light can be converted into incoherent light to improve safety for human eyes. Note that FIG. 1A does not illustrate the cover portion 57.
また、カバー57部は、波長変換層を含むことができる。たとえば、カバー部57が緑色波長変換層を含むものとし、凹部30bの内壁30dには、赤色波長変換層、および緑色波長変換層がそれぞれ設けられているものとする。カバー部57の緑色波長変換層は、緑色光よりも波長が長い赤色光を殆ど吸収しないで透過する。波長変換層の温度が上昇するなどにより、励起光の吸収が減少すると反射光の青色成分が増加し、放出光GTが青みを帯びる。この場合、励起光の照射領域を移動して発光スペクトルを変化して青色成分を低減し所望の色温度に近づけることができる。また、カバー部57を設けることにより、波長変換層の発熱領域が分散できる。 Further, the cover 57 part may include a wavelength conversion layer. For example, it is assumed that the cover portion 57 includes a green wavelength conversion layer, and a red wavelength conversion layer and a green wavelength conversion layer are provided on the inner wall 30d of the recess 30b. The green wavelength conversion layer of the cover part 57 transmits red light having a wavelength longer than that of green light with little absorption. When absorption of excitation light decreases due to an increase in the temperature of the wavelength conversion layer, the blue component of reflected light increases, and the emitted light GT becomes bluish. In this case, the emission spectrum can be changed by moving the excitation light irradiation region to reduce the blue component and bring it closer to the desired color temperature. Further, by providing the cover portion 57, the heat generation region of the wavelength conversion layer can be dispersed.
照射領域移動手段24は、照射部20bと波長変換層54との相対位置を可変させる手段で、モーター、ギアなどを有し、電磁方式や電子方式などで機械的に移動させる自動移動手段や、または。これらを簡略化し、操作者により手動で移動させる手動移動装置などとすることができる。 The irradiation region moving unit 24 is a unit that changes the relative position between the irradiation unit 20b and the wavelength conversion layer 54, has a motor, a gear, and the like, and is an automatic moving unit that moves mechanically by an electromagnetic method or an electronic method, Or. These can be simplified, and it can be set as the manual movement apparatus etc. which are moved manually by the operator.
図2(a)は波長変換層の構造を表す模式平面図、図2(b)は図2(a)のB−B線に沿ったその模式断面図、図2(c)は波長変換層の変形構造を表す模式平面図、図2(d)は図2(c)のB−B線に沿ったその模式断面図、である。
図2(a)、(b)において、波長変換層54は、波長変換層54を保持または固定する保持板50の一方の面に塗布することができる。保持板50は、YAGやアルミナなどのセラミックスなどの絶縁板を使用できる。セラミックスは、励起光や波長変換層54からの光を透過する透明セラミックスや、これらの光を反射させる反射性のセラミックスなどを用いることができる。また、保持板50は、放熱性を高めるため、アルミニウムや銅などの金属板も用いることができる。保持板50の厚みは、例えば、0.05〜3.0mmであり、放熱性や光利用効率に応じて設定される。この場合、蛍光体粒子などの波長変換材は、たとえば、アモルファス状のシリカ混合液に混合されて塗布できる。Agなどを含む反射層52は、保持板50の他方の面にスパッタリング法や蒸着法などを用いて設けることができる。
2A is a schematic plan view showing the structure of the wavelength conversion layer, FIG. 2B is a schematic sectional view taken along line BB in FIG. 2A, and FIG. 2C is the wavelength conversion layer. FIG. 2D is a schematic cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2C.
2A and 2B, the wavelength conversion layer 54 can be applied to one surface of a holding plate 50 that holds or fixes the wavelength conversion layer 54. The holding plate 50 can be an insulating plate such as ceramics such as YAG or alumina. As the ceramics, transparent ceramics that transmit excitation light and light from the wavelength conversion layer 54, reflective ceramics that reflect these lights, and the like can be used. The holding plate 50 can also be a metal plate such as aluminum or copper in order to improve heat dissipation. The thickness of the holding plate 50 is, for example, 0.05 to 3.0 mm, and is set according to heat dissipation and light utilization efficiency. In this case, a wavelength conversion material such as phosphor particles can be applied by being mixed in an amorphous silica mixed solution, for example. The reflective layer 52 containing Ag or the like can be provided on the other surface of the holding plate 50 using a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
または、図2(c)、(d)に表すように、保持板50の一方の面に、反射層52、波長変換層54の順序で設けることができる。このようにすると、熱伝導部30の内壁30dへ確実かつ容易に波長変換層54および反射層52を接着できる。このため、放熱性を高めた反射型構造とすることができる。また、反射層52と熱伝導部30との間に、シリコーンなどの放熱性の良い接着層(図示せず)を介して接合しても良い。また、反射層52は、例えば半田などを用いて、反射層52と接着層とを兼用する構成でも良い。 Alternatively, as shown in FIGS. 2C and 2D, the reflective layer 52 and the wavelength conversion layer 54 can be provided on one surface of the holding plate 50 in this order. In this way, the wavelength conversion layer 54 and the reflection layer 52 can be reliably and easily bonded to the inner wall 30d of the heat conducting unit 30. For this reason, it can be set as the reflection type structure which improved heat dissipation. Moreover, you may join between the reflection layer 52 and the heat conductive part 30 through the adhesive layer (not shown) with good heat dissipation, such as silicone. Further, the reflective layer 52 may be configured to use both the reflective layer 52 and the adhesive layer by using, for example, solder.
図3(a)は第2の実施形態の第1照射位置の模式平面図、図3(b)はC−C線に沿ったその模式断面図、図3(c)は第2照射位置の模式平面図、図3(d)はC−C線に沿ったその模式断面図、図3(e)は第3照射位置の模式平面図、図3(f)はC−C線に沿ったその模式断面図、である。 FIG. 3A is a schematic plan view of the first irradiation position of the second embodiment, FIG. 3B is a schematic cross-sectional view along the line CC, and FIG. 3C is the second irradiation position. 3D is a schematic sectional view taken along the line CC, FIG. 3E is a schematic plan view of the third irradiation position, and FIG. 3F is a line taken along the line CC. It is the model sectional drawing.
第2の実施形態では、照射領域移動手段24により、凹部30bの中心軸30cに沿って照射部20bを異なる位置に移動する。すなわち、図3(a)、(b)は、第1の面から最も離間した第1照射位置を表す。図3(c)、(d)は、第1照射位置よりも第1の面に近い第2照射位置を表す。図3(e)、(f)は、第1の面に最も近い第3照射位置を表す。波長変換層54は、中心軸30cの方向に沿った異なる位置に、波長変換光の発光スペクトルまたは波長変換層54を介して放出される励起光の光出力に対する波長変換光の光出力の比率のうち少なくともいずれかが異なる領域が設けられている。波長変換層54を介して放出される励起光とは、波長変換層54に照射される励起光のうち、波長変換層54に吸収されず、波長変換層54により反射または散乱される励起光を意味する。波長変換層54の異なる領域の境界は連続的に変化していてもよい。このため、波長変換光と波長変換層54を介して放出された励起光とが混合された放出光GTの色度や色温度を変化させることができる。 In the second embodiment, the irradiation region moving means 24 moves the irradiation unit 20b to a different position along the central axis 30c of the recess 30b. That is, FIGS. 3A and 3B show the first irradiation position that is the farthest from the first surface. 3C and 3D show the second irradiation position closer to the first surface than the first irradiation position. FIGS. 3E and 3F show the third irradiation position closest to the first surface. The wavelength conversion layer 54 has an emission spectrum of the wavelength conversion light or a ratio of the optical output of the wavelength conversion light to the optical output of the excitation light emitted through the wavelength conversion layer 54 at different positions along the direction of the central axis 30c. A region where at least one of them is different is provided. The excitation light emitted through the wavelength conversion layer 54 refers to the excitation light that is not absorbed by the wavelength conversion layer 54 and is reflected or scattered by the wavelength conversion layer 54 among the excitation light irradiated to the wavelength conversion layer 54. means. The boundary between different regions of the wavelength conversion layer 54 may change continuously. For this reason, it is possible to change the chromaticity and the color temperature of the emitted light GT in which the wavelength converted light and the excitation light emitted through the wavelength converting layer 54 are mixed.
また、照射領域移動手段24により、熱伝導部30の位置を、中心軸30cに沿って移動してもよい。なお、照射領域移動手段24は、たとえば、モーターやギアなどを有し、電磁方式や電子方式などで機械的に移動させる自動移動手段装置や、または、これらを簡略化し、操作者により手動で移動させる手動移動装置とすることができる。 Further, the position of the heat conducting unit 30 may be moved along the central axis 30c by the irradiation region moving means 24. The irradiation area moving means 24 has, for example, a motor, a gear, etc., and an automatic moving means device that moves mechanically by an electromagnetic method or an electronic method, or these are simplified and moved manually by an operator. It can be a manual moving device.
図4(a)は第3の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図4(b)はC−C線に沿った模式断面図、である。
導光部20は、空間伝搬光路でもよい。本図において、半導体発光素子から放出された励起光G1は、たとえば、レーザー光であり、空間を伝搬し、ミラー23により折り曲げられ、さらに空間を伝搬したのち、照射部20bから放出される。照射領域移動手段24は、照射部20bおよび熱伝導部30のうちの少なくともいずれかを、中心軸30cの周りに回転すると波長変換層54への照射領域の位置を移動することができる。なお、光路中のいずれかの領域に、導光体または光拡散層を設けて、励起光を散乱光とすることができる。なお、照射部20bおよび熱伝導部30のうちの少なくともいずれかを、中心軸30cに沿って相対的に移動し照射位置を変えることもできる。
FIG. 4A is a schematic perspective view of the solid state lighting device according to the third embodiment, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along the line CC.
The light guide 20 may be a spatial propagation optical path. In this figure, the excitation light G1 emitted from the semiconductor light emitting element is, for example, laser light, propagates through the space, is bent by the mirror 23, further propagates through the space, and is then emitted from the irradiation unit 20b. The irradiation region moving means 24 can move the position of the irradiation region on the wavelength conversion layer 54 when at least one of the irradiation unit 20b and the heat conducting unit 30 is rotated around the central axis 30c. In addition, a light guide or a light diffusing layer may be provided in any region in the optical path so that the excitation light can be scattered light. Note that at least one of the irradiation unit 20b and the heat conduction unit 30 can be moved relatively along the central axis 30c to change the irradiation position.
図5(a)は円錐形照射部、図5(b)は四角錐形照射部、図5(c)は三角錐形照射部、図5(d)は端面研磨ファイバー照射部、図6(e)はファイバーアレイの照射部、図6(f)は複層ファイバーアレイの照射部、の模式斜視図である。
照射部20bは、導光部20の先端部を所望の形状に加工したものとすることができる。先端形状は、図5(a)では円錐、図5(b)では四角錐、図5(c)では三角錐などとする。たとえば、先端部の傾斜面により、導光部20の内部を導光された励起光G1が全反射し波長変換層54を効率よく照射することできる。
5A is a conical irradiation unit, FIG. 5B is a quadrangular pyramid irradiation unit, FIG. 5C is a triangular pyramid irradiation unit, FIG. 5D is an end polishing fiber irradiation unit, and FIG. FIG. 6E is a schematic perspective view of the irradiation section of the fiber array and FIG. 6F is an irradiation section of the multilayer fiber array.
The irradiation part 20b can be obtained by processing the tip part of the light guide part 20 into a desired shape. The tip shape is a cone in FIG. 5A, a quadrangular pyramid in FIG. 5B, a triangular pyramid in FIG. For example, the excitation light G1 guided inside the light guide 20 can be totally reflected by the inclined surface of the tip, and the wavelength conversion layer 54 can be efficiently irradiated.
また、図5(d)では、光ファイバー21の先端部を斜め研磨した端面を照射部20bとする。端面の傾斜角度は、波長変換層54の表面を効率よく照射するように、たとえば、45度とすることができる。図5(e)、(f)のように、ファイバーアレイの先端部を斜め研磨した照射部20bとすると、励起光の出力を高め、大光量照明装置とすることができる。 In FIG. 5D, an end face obtained by obliquely polishing the tip of the optical fiber 21 is referred to as an irradiation part 20b. The inclination angle of the end face can be set to, for example, 45 degrees so that the surface of the wavelength conversion layer 54 is efficiently irradiated. As shown in FIGS. 5 (e) and 5 (f), when the irradiation section 20b is formed by obliquely polishing the tip of the fiber array, the output of the excitation light can be increased and a large light quantity illumination device can be obtained.
ファイバーアレイは、例えば、基板、カバー、接着部材と複数の光ファイバーにより構成される。基板は、その一面に光ファイバー本数に対応する本数のV溝が形成される。カバーは、基板に形成されたV溝のそれぞれに1本ずつ配列された光ファイバーを覆うように設けられる。接着部材は、液状の接着剤が固化したものであり、基板とカバーとの間に設けられて、光ファイバーを固定する。基板、カバーの材料は、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア等の透明部材である。接着部材は、例えば、半導体レーザーの高出力に耐えられる無機バインダやシリコーン樹脂などが用いることができる。本図では、基板とカバーで光ファイバーを挟み込んで固定するファイバーアレイを示しているが、基板の入射側側面に光ファイバーの出射端を融着して接続した構成とすることも出来る。 The fiber array is composed of, for example, a substrate, a cover, an adhesive member, and a plurality of optical fibers. The number of V-grooves corresponding to the number of optical fibers is formed on one surface of the substrate. The cover is provided so as to cover the optical fibers arranged one by one in each V-groove formed in the substrate. The adhesive member is a solidified liquid adhesive and is provided between the substrate and the cover to fix the optical fiber. The material of the substrate and cover is a transparent member such as quartz glass, borosilicate glass, or sapphire. As the adhesive member, for example, an inorganic binder or a silicone resin that can withstand the high output of the semiconductor laser can be used. In this figure, a fiber array is shown in which an optical fiber is sandwiched and fixed between a substrate and a cover. However, a configuration in which the exit end of the optical fiber is fused and connected to the incident side surface of the substrate can also be used.
図6(a)は発光部の模式斜視図、図6(b)はその応用例であるスポットライトの模式斜視図、である。
スポットライトは、たとえば、舞台照明などに用いることができる。この場合、照明光の色度や色温度は、要求により多様に変化する。図6(a)に表すように、第1〜第3の固体照明装置において、波長変換層54と熱伝導部30とを含む発光部35のみを交換することにより、これらの要求に応じることが容易となる。
FIG. 6A is a schematic perspective view of a light emitting unit, and FIG. 6B is a schematic perspective view of a spotlight which is an application example thereof.
The spotlight can be used for stage lighting, for example. In this case, the chromaticity and color temperature of the illumination light change variously depending on requirements. As shown in FIG. 6A, in the first to third solid-state lighting devices, it is possible to meet these requirements by exchanging only the light emitting unit 35 including the wavelength conversion layer 54 and the heat conducting unit 30. It becomes easy.
図7(a)は第4の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図7(b)はD−D線に沿った模式断面図、である。
第4の実施形態は、透明管60の外縁から外側に向かって放出光GTを照射する透過型の固体照明装置である。固体照明装置は、光源部10と、透明管60と、波長変換層54と、照射部20bと、照射領域移動手段24と、を有する。
FIG. 7A is a schematic perspective view of a solid-state lighting device according to the fourth embodiment, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line DD.
The fourth embodiment is a transmissive solid-state lighting device that emits emitted light GT from the outer edge of the transparent tube 60 toward the outside. The solid state lighting device includes the light source unit 10, the transparent tube 60, the wavelength conversion layer 54, the irradiation unit 20 b, and the irradiation region moving unit 24.
光源部10は、励起光G1を放出する構成で、励起光G1の発生手段として、半導体発光素子などを少なくとも有している。半導体発光素子は、青紫色〜青色の波長範囲の励起光G1を放出するレーザー素子や発光ダイオードなどとすることができる。 The light source unit 10 emits excitation light G1, and has at least a semiconductor light emitting element or the like as a means for generating the excitation light G1. The semiconductor light emitting device may be a laser device or a light emitting diode that emits excitation light G1 in the blue-violet to blue wavelength range.
波長変換層54は、透明管60の内壁60aに設けられ、励起光G1を吸収し励起光G1の波長よりも長い波長である波長変換光を放出する。また、波長変換層54は、発光スペクトルまたは、波長変換層54を介して放出される励起光の光出力に対する波長変換光の光出力の比率のうち少なくともいずれかが異なる少なくとも2つの領域を有する。波長変換層54を介して放出される励起光とは、波長変換層54に照射される励起機構のうち、波長変換層54に吸収されず、波長変換層54により透過、または、散乱される励起光を意味する。図7において、波長変換層54は第1領域54aと第2領域54bとを、透明管60の中心軸60cに沿った異なる位置に設けられるものとする。 The wavelength conversion layer 54 is provided on the inner wall 60a of the transparent tube 60, absorbs the excitation light G1, and emits wavelength conversion light having a longer wavelength than the wavelength of the excitation light G1. The wavelength conversion layer 54 has at least two regions in which at least one of the emission spectrum or the ratio of the light output of the wavelength converted light to the light output of the excitation light emitted through the wavelength conversion layer 54 is different. The excitation light emitted through the wavelength conversion layer 54 is excitation that is not absorbed by the wavelength conversion layer 54 but transmitted or scattered by the wavelength conversion layer 54 in the excitation mechanism irradiated to the wavelength conversion layer 54. Means light. In FIG. 7, the wavelength conversion layer 54 is provided with a first region 54 a and a second region 54 b at different positions along the central axis 60 c of the transparent tube 60.
照射部20bは、波長変換層54に囲まれるように透明管60の内部空間に設けられ、放出光GTを外壁60bから透明管60の径方向へ放出する。照射領域移動手段24は、照射部20bから波長変換層54に向けて放出される励起光の照射領域の位置を移動する。照射部20bは、中心軸60cと平行方向に移動することにより、励起光は波長変換層54の異なる領域を照射する。または、透明管60を移動しても、波長変換層54への照射位置を移動することができるが、照射部20bを移動する方が構造が容易である。 The irradiation unit 20b is provided in the internal space of the transparent tube 60 so as to be surrounded by the wavelength conversion layer 54, and emits the emitted light GT from the outer wall 60b in the radial direction of the transparent tube 60. The irradiation region moving means 24 moves the position of the irradiation region of the excitation light emitted from the irradiation unit 20b toward the wavelength conversion layer 54. The irradiation unit 20b moves in a direction parallel to the central axis 60c, so that the excitation light irradiates different regions of the wavelength conversion layer 54. Alternatively, even if the transparent tube 60 is moved, the irradiation position on the wavelength conversion layer 54 can be moved, but the structure is easier if the irradiation unit 20b is moved.
透明管60は、外径が9mm、内径が4.5mm、材質がYAGセラミックス、アルミナセラミックス、石英ガラスなどとすることができる。 The transparent tube 60 may have an outer diameter of 9 mm, an inner diameter of 4.5 mm, and a material made of YAG ceramics, alumina ceramics, quartz glass, or the like.
波長変換層54は、複数の波長変換材料が混合されていてもよい。たとえば、第1領域54aは、波長変換光の色温度が5000Kとなるように蛍光体などからなる波長変換材料配合されていてもよい。また、第2領域54bは、波長変換光の色温度が3000Kとなるように配合されていてもよい。 The wavelength conversion layer 54 may be a mixture of a plurality of wavelength conversion materials. For example, the first region 54a may be blended with a wavelength conversion material made of a phosphor or the like so that the color temperature of the wavelength converted light is 5000K. Moreover, the 2nd area | region 54b may be mix | blended so that the color temperature of wavelength conversion light may be 3000K.
照射領域移動手段24により照射部20bの位置を移動すると、混合された放出光の色温度を3000〜5000Kの範囲で変化させることができる。なお、第1領域54aと第2領域54bとを近づけて配置すると、移動距離を短くできるのでより好ましい。 When the position of the irradiation unit 20b is moved by the irradiation region moving unit 24, the color temperature of the mixed emission light can be changed in the range of 3000 to 5000K. Note that it is more preferable to dispose the first region 54a and the second region 54b close to each other because the movement distance can be shortened.
図8(a)は第5の実施形態にかかる透過型の固体照明装置の模式斜視図、図8(b)はD−D線に沿った模式断面図、である。
第5の実施形態において、照射部20b、20cが2つ設けられ、励起光はそれぞれから放出される。
FIG. 8A is a schematic perspective view of a transmissive solid-state lighting device according to the fifth embodiment, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line DD.
In the fifth embodiment, two irradiation units 20b and 20c are provided, and excitation light is emitted from each.
第1領域54aは、たとえば、緑色波長変換層を含む。また、第2領域54bは、赤色波長変換層を含む。照射部20aは、第1領域54aを主に照射する。照射部20bは、第2領域54bを主に照射する。第1領域54aに対する照射量と第2領域に対する照射量とは、それぞれ独立に決定することができる。このため、励起光の散乱光と、赤色光と、緑色光と、が混合された放出光GTの色温度を所望の範囲内とすることができる。この場合、発熱量の大きい、たとえば、赤色蛍光体層は、放熱板に近い側に設けるとよい。また、照射部20bからの励起光G1の光出力と、照射部20cからの励起光の光出力をそれぞれ調整することでも、放出光GTの色を可変することもできる。 The first region 54a includes, for example, a green wavelength conversion layer. The second region 54b includes a red wavelength conversion layer. The irradiation unit 20a mainly irradiates the first region 54a. The irradiation unit 20b mainly irradiates the second region 54b. The dose for the first region 54a and the dose for the second region can be determined independently. For this reason, the color temperature of the emitted light GT in which the scattered light of excitation light, red light, and green light is mixed can be set within a desired range. In this case, the red phosphor layer having a large calorific value, for example, may be provided on the side close to the heat sink. The color of the emitted light GT can also be varied by adjusting the light output of the excitation light G1 from the irradiation unit 20b and the light output of the excitation light from the irradiation unit 20c.
図9(a)は第6の実施形態にかかる透過型の固体照明装置の部分切断模式斜視図、図9(b)は部分切断模式断面図、である。
本実施形態において、波長変換層54は、半導体発光素子10の側に近づくにしたがって単色光を放出する波長変換層54の厚さを大きくする。波長変換層54が厚くなるにしたがって、波長変換層54から放出される波長変換光の光出力が高くなる。
FIG. 9A is a partially cut schematic perspective view of a transmissive solid-state lighting device according to the sixth embodiment, and FIG. 9B is a partially cut schematic sectional view.
In the present embodiment, the wavelength conversion layer 54 increases the thickness of the wavelength conversion layer 54 that emits monochromatic light as it approaches the semiconductor light emitting element 10 side. As the wavelength conversion layer 54 becomes thicker, the optical output of the wavelength converted light emitted from the wavelength conversion layer 54 increases.
一方で、波長変換層54により吸収される励起光が増加して、波長変換層54を透過する励起光は減少するので、放出光GTは、波長変換層54の発光スペクトルが支配的な発光色となる。このため、照射領域移動手段24により照射部20bの位置を波長変換層54が厚くなる方向に移動すると、放出光GTの発光色は、励起光の発光色が支配的な発光色から、波長変換層の発光色が支配的な発光色に可変することが出来る。 On the other hand, since the excitation light absorbed by the wavelength conversion layer 54 increases and the excitation light transmitted through the wavelength conversion layer 54 decreases, the emission light GT has an emission color in which the emission spectrum of the wavelength conversion layer 54 is dominant. It becomes. For this reason, when the irradiation region moving means 24 moves the position of the irradiation unit 20b in the direction in which the wavelength conversion layer 54 becomes thicker, the emission color of the emission light GT is changed from the emission color in which the emission color of the excitation light is dominant. The emission color of the layer can be changed to the dominant emission color.
図10(a)は第7の実施形態にかかる固体照明装置の部分切断模式斜視図、図10(b)は部分切断模式断面図、図10(c)は変形例の模式断面図、である。
透明管60の内壁60aには、中心軸60cに沿って厚さが一定である第1領域54cと、光源に向かって厚さが増加する第2領域54dとがこの順序で積層されている。第2領域54dからの第2波長変換光は、第1領域54cを透過しなければならない。このため、第2波長変換光の波長は、第1波長変換層54cから放出される第1波長変換光の波長よりも長いことが好ましい。たとえば、第2波長変換光は赤色光、第1波長変換光は緑色光とすることができる。照射領域移動手段24により、照射部20bが第2波長変換光54dの厚さが増加する方向に移動する場合、放出光GTの色を、第1波長変換光が支配的な色から、第2波長変換光が支配的な色に変化できる。なお、波長変換層54dの厚さは、連続的でなく階段状に変化してもよい。
FIG. 10A is a partially cut schematic perspective view of the solid state lighting device according to the seventh embodiment, FIG. 10B is a partially cut schematic cross sectional view, and FIG. 10C is a schematic cross sectional view of a modification. .
On the inner wall 60a of the transparent tube 60, a first region 54c whose thickness is constant along the central axis 60c and a second region 54d whose thickness increases toward the light source are stacked in this order. The second wavelength converted light from the second region 54d must pass through the first region 54c. For this reason, it is preferable that the wavelength of the second wavelength converted light is longer than the wavelength of the first wavelength converted light emitted from the first wavelength conversion layer 54c. For example, the second wavelength converted light can be red light and the first wavelength converted light can be green light. When the irradiation unit 20b is moved in the direction in which the thickness of the second wavelength converted light 54d is increased by the irradiation region moving unit 24, the color of the emitted light GT is changed from the color in which the first wavelength converted light is dominant to the second. The wavelength-converted light can change to a dominant color. Note that the thickness of the wavelength conversion layer 54d may change stepwise instead of continuously.
また、図10(c)に表すように、第1領域54aと、第2領域54bと、の境界をV溝断面状にしてもよい。波長変換層の断面積が変化するので、放出色GTの色度を変えることができる。 Further, as shown in FIG. 10C, the boundary between the first region 54a and the second region 54b may have a V-groove cross section. Since the cross-sectional area of the wavelength conversion layer changes, the chromaticity of the emission color GT can be changed.
図11(a)は第8の実施形態にかかる固体照明装置を構成する光変換部の模式斜視図、図11(b)は固体照明装置の構成を表す模式図、図11(c)は導光体の模式斜視図、である。
固体照明装置は、光源部10と、発光部92と、照射領域移動手段24と、を有している。
FIG. 11A is a schematic perspective view of a light conversion unit constituting the solid-state lighting device according to the eighth embodiment, FIG. 11B is a schematic view showing the configuration of the solid-state lighting device, and FIG. It is a model perspective view of a light body.
The solid state lighting device includes a light source unit 10, a light emitting unit 92, and an irradiation region moving unit 24.
発光部92は、透明管60と、複数(たとえば20)の光ファイバー80と、光ファイバーを束ねて固定する固定部材81と、先端部に照射部20bが設けられガラスなどからなる棒状の導光部20と、導光部20の保持部材82と、硫酸バリウムなどが塗布された反射ピン84と、上側固定キャップ86と、ヒートシンク88と、ストッパー88と、を有する。発光部92は、たとえば、長さが略110mm、ヒートシンク88の直径が50mm、などとすることができる。また、導光部20は、たとえば、長さが略24mm、直径が2.5mm、などとする。導光部20の先端部は、たとえば、高さが1〜2mmの円錐形状の照射部20bとなって設けられている。波長変換層54の長さは、6mmなどとする。 The light emitting unit 92 includes a transparent tube 60, a plurality of (for example, 20) optical fibers 80, a fixing member 81 that bundles and fixes the optical fibers, and a rod-shaped light guide unit 20 that is provided with an irradiation unit 20b at the tip and is made of glass or the like. And a holding member 82 of the light guide 20, a reflection pin 84 coated with barium sulfate or the like, an upper fixing cap 86, a heat sink 88, and a stopper 88. For example, the light emitting unit 92 may have a length of approximately 110 mm and a heat sink 88 having a diameter of 50 mm. Moreover, the light guide part 20 shall be about 24 mm in length, 2.5 mm in diameter, etc., for example. For example, the tip of the light guide 20 is provided as a cone-shaped irradiation part 20b having a height of 1 to 2 mm. The length of the wavelength conversion layer 54 is 6 mm or the like.
透明管60は、たとえば、YAGセラミックス(熱伝導率:11.7W/m・K)、アルミナセラミックス(熱伝導率:33.5W/m・K)、石英ガラス(熱伝導率:1.4W/m・K)などのうちから、波長変換層の発熱量に応じて適正に選択する。 The transparent tube 60 includes, for example, YAG ceramics (thermal conductivity: 11.7 W / m · K), alumina ceramics (thermal conductivity: 33.5 W / m · K), quartz glass (thermal conductivity: 1.4 W / m). m · K) and the like are appropriately selected according to the heat generation amount of the wavelength conversion layer.
また、光ファイバー80と導光部20とが接触しない場合、光ファイバー80の出射面と導光部20の入射部との間でフレネルロスを生じる。これらの端面に反射防止処理を行うと、フレネルロスを低減できる。または、融着などにより、光ファイバー80と導光部20とを一体化してもよい。 Further, when the optical fiber 80 and the light guide unit 20 do not contact each other, a Fresnel loss occurs between the exit surface of the optical fiber 80 and the incident unit of the light guide unit 20. When antireflection treatment is performed on these end faces, Fresnel loss can be reduced. Alternatively, the optical fiber 80 and the light guide unit 20 may be integrated by fusion or the like.
図12(a)は第8の実施形態の固体照明装置の光変換部の模式断面図、図12(b)は透明管近傍の模式断面図、図12(c)はその応用例の模式斜視図、である。
光ファイバーから放出された励起光は、導光部20内に導入され、実線の経路のように導光されたのち、円錐面により全反射され、破線のように照射部20bの周囲に設けられた波長変換層54を効率よく照射する。この場合、照射領域移動手段24は、照射部20bの位置を、たとえば導光部20の延在する方向に変えて放出光GTの色度を変化させることができる。円錐形状の照射部20bから反射ピン84への励起光の抜けは僅かであり、発光部92に発熱は、ほぼ波長変換層54内に限定される。半導体発光素子10は、発光部92とは離間して設けられている。このため、ヒートシンク88は発光部92の熱を放熱可能なサイズでよく小型にできる。
12A is a schematic cross-sectional view of the light conversion unit of the solid state lighting device of the eighth embodiment, FIG. 12B is a schematic cross-sectional view in the vicinity of the transparent tube, and FIG. 12C is a schematic perspective view of the application example. Figure.
The excitation light emitted from the optical fiber is introduced into the light guide 20 and guided as shown by a solid line, then totally reflected by the conical surface, and provided around the irradiation part 20b as shown by a broken line. The wavelength conversion layer 54 is efficiently irradiated. In this case, the irradiation region moving unit 24 can change the chromaticity of the emitted light GT by changing the position of the irradiation unit 20b in a direction in which the light guide unit 20 extends, for example. Excitation light from the cone-shaped irradiation part 20b to the reflection pin 84 is slight, and heat generation in the light-emitting part 92 is substantially limited to the wavelength conversion layer 54. The semiconductor light emitting element 10 is provided apart from the light emitting unit 92. For this reason, the heat sink 88 may be small enough to have a size capable of radiating the heat of the light emitting portion 92.
図12(c)は、第8の実施形態の固体照明装置の応用例であり、リフレクタ94をさらに設け集光することにより、車両用前照灯や街路灯などに用いることができる。 FIG. 12C is an application example of the solid-state lighting device of the eighth embodiment, and can be used for a vehicle headlamp, a street lamp, and the like by further providing and condensing a reflector 94.
第1〜第8の実施形態によれば、放熱が容易で、色度や色温度の調整が容易な固体照明装置が提供される。このような固体照明装置は、舞台照明、スポット照明、車両用前照灯などに広く用いることができる。 According to the first to eighth embodiments, there is provided a solid-state lighting device that can easily dissipate heat and can easily adjust chromaticity and color temperature. Such a solid state lighting device can be widely used for stage lighting, spot lighting, vehicle headlamps, and the like.
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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10 光源部、20 導光部、20a 入射部、20b 照射部、24 照射領域移動手段、30 熱伝導部、30a 第1の面、30b 凹部、30c 中心軸、30d 内壁、50 保持板、52 反射層、54 波長変換層、54a 第1領域、54b 第2領域、60 透明管、60a 内壁、60b 外壁、G1 励起光、GT 放出光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source part, 20 Light guide part, 20a Incident part, 20b Irradiation part, 24 Irradiation area moving means, 30 Thermal conduction part, 30a 1st surface, 30b Recessed part, 30c Central axis, 30d Inner wall, 50 Holding plate, 52 Reflection Layer, 54 wavelength conversion layer, 54a first region, 54b second region, 60 transparent tube, 60a inner wall, 60b outer wall, G1 excitation light, GT emission light
Claims (11)
前記励起光が導入される入射部と、前記入射部に導入された前記励起光を放出する照射部と、を有する導光部と、
前記照射部から放出された前記励起光が照射される波長変換層であって、前記励起光を吸収し前記励起光の波長よりも長い波長を有する第1波長変換光を放出する第1領域と、前記励起光を吸収し前記励起光の波長よりも長い波長を有する第2波長変換光を放出する第2領域と、を有し、前記第1波長変換光と前記第2波長変換光とは発光スペクトルが異なるか、または前記第1領域を介して放出される前記励起光の光出力に対する前記第1波長変換光の光出力の比率と前記第2領域を介して放出される前記励起光の光出力に対する前記第2波長変換光の光出力の比率とが異なる、波長変換層と、
前記照射部から放出される前記励起光の前記波長変換層の表面における照射位置を変化させる照射領域移動手段と、
を備えた固体照明装置。 A light source unit having a semiconductor light emitting element and emitting excitation light;
A light guide unit having an incident part into which the excitation light is introduced, and an irradiation part that emits the excitation light introduced into the incident part;
A wavelength conversion layer to which the excitation light emitted from the irradiation unit is irradiated, wherein the first region absorbs the excitation light and emits first wavelength conversion light having a wavelength longer than the wavelength of the excitation light; A second region that absorbs the excitation light and emits second wavelength converted light having a wavelength longer than the wavelength of the excitation light, wherein the first wavelength converted light and the second wavelength converted light are The emission spectrum is different or the ratio of the optical output of the first wavelength converted light to the optical output of the excitation light emitted through the first region and the excitation light emitted through the second region A wavelength conversion layer having a different ratio of the light output of the second wavelength converted light to the light output;
An irradiation region moving means for changing an irradiation position on the surface of the wavelength conversion layer of the excitation light emitted from the irradiation unit;
A solid state lighting device.
前記第1領域および前記第2領域は、前記中心軸の周りの円周方向に沿った前記内壁上の異なる位置にそれぞれ配置され、
前記熱伝導部および前記照射部のうちの少なくともいずれかは、前記中心軸の周りに回転する請求項1記載の固体照明装置。 A heat conduction portion having a recess recessed from the first surface, and having an inner wall provided around the central axis of the recess and widened toward the first surface;
The first region and the second region are respectively disposed at different positions on the inner wall along a circumferential direction around the central axis;
The solid-state lighting device according to claim 1, wherein at least one of the heat conducting unit and the irradiation unit rotates around the central axis.
前記第1領域および前記第2領域は、前記中心軸に沿った異なる位置において前記内壁上にそれぞれ配置され、
前記熱伝導部および前記照射部のうちの少なくともいずれかは、前記中心軸に沿って移動する請求項1記載の固体照明装置。 A heat conduction portion having a recess recessed from the first surface, and having an inner wall provided around the central axis of the recess and widened toward the first surface;
The first region and the second region are respectively disposed on the inner wall at different positions along the central axis;
The solid-state lighting device according to claim 1, wherein at least one of the heat conducting unit and the irradiation unit moves along the central axis.
前記波長変換層は、前記反射層を覆うように前記第1の面の側に設けられるか、または前記反射層とは反対の側の前記保持板の側かつ前記第1の面の側に設けられた請求項2〜5のいずれか1つに記載の固体照明装置。 A substrate provided on the inner wall, further comprising a holding plate and a reflective layer provided on a surface of the holding plate;
The wavelength conversion layer is provided on the first surface side so as to cover the reflective layer, or provided on the holding plate side opposite to the reflective layer and on the first surface side. The solid-state lighting device according to any one of claims 2 to 5.
前記第1領域と前記第2領域とは、透明管の内壁を覆うようにかつ前記中心軸に沿ってそれぞれ設けられ、
前記透明管および前記照射部のうちの少なくともいずれかは、前記中心軸に平行方向に移動する請求項1記載の固体照明装置。 Further comprising a transparent tube having a central axis;
The first region and the second region are respectively provided so as to cover the inner wall of the transparent tube and along the central axis,
The solid state lighting device according to claim 1, wherein at least one of the transparent tube and the irradiation unit moves in a direction parallel to the central axis.
前記第2領域は、前記第1領域を覆う請求項7記載の固体照明装置。 The first region covers the inner wall,
The solid state lighting device according to claim 7, wherein the second region covers the first region.
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| JP2012244911A JP2016028370A (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Solid state lighting device |
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| JP2012244911A JP2016028370A (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Solid state lighting device |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US12191429B2 (en) | 2021-04-08 | 2025-01-07 | Nichia Corporation | Light emitting device |
| US12410904B2 (en) | 2022-03-29 | 2025-09-09 | Nichia Corporation | Light emitting module |
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2012
- 2012-11-06 JP JP2012244911A patent/JP2016028370A/en active Pending
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