JP2016119139A - Linear luminous body and solid light-emitting device - Google Patents
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Abstract
【課題】石英光ファイバーの径方向に光を放出可能な線状発光体および固体発光装置を提供する。【解決手段】線状発光体は、石英光ファイバーと、透光性の被覆層と、蛍光体層と、透光性の保護チューブと、を有する。前記光ファイバーは、コアと前記コアの周囲に設けられたクラッドとを有し、一方の端部のコア端面に導入された紫外光〜青色光の波長のレーザー光を前記コアと前記クラッドとの界面において反射させ他方の端部に向けて導光するとともに、前記界面における散乱光を前記クラッドを通過させ外方に向かって放出する。前記被覆層は、前記クラッドの周囲に設けられる。前記蛍光体層は、前記被覆層の周囲に設けられる。前記保護チューブは、内縁が前記蛍光体層の外縁と離間するように、前記石英光ファイバーと前記蛍光体層とを保護する。【選択図】図1A linear light emitter capable of emitting light in the radial direction of a quartz optical fiber and a solid state light emitting device are provided. A linear light emitter includes a quartz optical fiber, a translucent coating layer, a phosphor layer, and a translucent protective tube. The optical fiber has a core and a clad provided around the core, and laser light having a wavelength of ultraviolet light to blue light introduced into the core end surface of one end is an interface between the core and the clad. Is reflected and guided toward the other end, and scattered light at the interface passes through the cladding and is emitted outward. The coating layer is provided around the cladding. The phosphor layer is provided around the coating layer. The protective tube protects the quartz optical fiber and the phosphor layer so that the inner edge is separated from the outer edge of the phosphor layer. [Selection] Figure 1
Description
本発明の実施形態は、線状発光体および固体発光装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a linear light emitter and a solid state light emitting device.
紫外光〜青色光の光を、樹脂やガラスからなる細長い導光体内を導きつつ、蛍光体層などに照射すると、白色光を放出可能な線状発光体とすることができる。 When a phosphor layer or the like is irradiated with ultraviolet light to blue light through a narrow light guide made of resin or glass, a linear light emitter capable of emitting white light can be obtained.
しかしながら、樹脂やガラス導光体を長くすることは困難であり、発光装置の形状が制限される。 However, it is difficult to lengthen the resin and the glass light guide, and the shape of the light emitting device is limited.
これに対して、光ファイバーは、導光路が細くかつフレキシブルである。しかし、長距離光伝送を行うために、コアとクラッドとの界面で入射光を全反射し、クラッドから径方向に放出される量は極力抑制される。このため、線状導光体として使用することは困難であった。 On the other hand, the optical fiber has a thin light guide path and is flexible. However, in order to perform long-distance optical transmission, the amount of incident light that is totally reflected at the interface between the core and the clad and emitted from the clad in the radial direction is suppressed as much as possible. For this reason, it was difficult to use as a linear light guide.
石英光ファイバーの径方向に光を放出可能な線状発光体および固体発光装置を提供する。 Provided are a linear light emitter and a solid state light emitting device capable of emitting light in a radial direction of a quartz optical fiber.
実施形態の線状発光体は、石英光ファイバーと、透光性の被覆層と、蛍光体層と、透光性の保護チューブと、を有する。前記光ファイバーは、コアと前記コアの周囲に設けられたクラッドとを有し、一方の端部のコア端面に導入された紫外光〜青色光の波長のレーザー光を前記コアと前記クラッドとの界面において反射させ他方の端部に向けて導光するとともに、前記界面における散乱光を前記クラッドを通過させ外方に向かって放出する。前記被覆層は、前記クラッドの周囲に設けられる。前記蛍光体層は、前記被覆層の周囲に設けられる。前記保護チューブは、内縁が前記蛍光体層の外縁と離間するように、前記石英光ファイバーと前記蛍光体層とを保護する。 The linear light emitter of the embodiment includes a quartz optical fiber, a translucent coating layer, a phosphor layer, and a translucent protective tube. The optical fiber has a core and a clad provided around the core, and laser light having a wavelength of ultraviolet light to blue light introduced into the core end surface of one end is an interface between the core and the clad. Is reflected and guided toward the other end, and scattered light at the interface passes through the cladding and is emitted outward. The coating layer is provided around the cladding. The phosphor layer is provided around the coating layer. The protective tube protects the quartz optical fiber and the phosphor layer so that the inner edge is separated from the outer edge of the phosphor layer.
本発明によれば、石英光ファイバーの径方向に光を放出可能な線状発光体および固体発光装置が可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the linear light-emitting body and solid-state light-emitting device which can discharge | release light to the radial direction of a quartz optical fiber are attained.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図1(a)は第1の実施形態にかかる線状発光体の模式断面図、図1(b)は線状発光体の模式断面図、である。
線状発光体20は、石英光ファイバー30と、透光性の被覆層31と、蛍光体層40と、透光性の保護チューブ50と、を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the linear light emitter according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the linear light emitter.
The
石英光ファイバー30は、コア30aとコアの周囲に設けられたクラッド30bとを有する。石英光ファイバー30は、石英光ファイバー30の一方の端部のコア端面に導入されたレーザー光G1をコア30aとクラッド30bとの界面30cにおいて反射させ他方の端部に向けて導光する。被覆層31はクラッド30bの周囲に設けられる。被覆層31は、少なくともレーザー光G1の波長帯を透過する材料で、たとえば、透過率は50%以上が好ましい。また、被覆層31は、光拡散機能を有していてもよい。また、石英光ファイバー30は、界面30cにおける散乱光G2をクラッド30bおよび被覆層31を通して外方に向かって放出する。
The quartz
蛍光体層40は、被覆層31の周囲に設けられる。透光性の保護チューブ50には、石英光ファイバー30と被覆層31と蛍光体層40とが挿入される。保護チューブ50は、少なくとも可視光を透過する材料で、たとえば、透過率は60%以上が好ましい。また、保護チューブ50は、光拡散機能を有していてもよい。
The
石英光ファイバー30のコア30aの直径D1は100μm、クラッド30bの外径D2は150μm、などとすることができる。また、被覆層31は、アクリル樹脂などからなるものとし、その外径を250μmなどとすることができる。蛍光体層40の厚さは50μmなどとすることができる。保護チューブ50はテフロンなどからなるものとすることができる。
The diameter D1 of the
保護チューブ50の内縁50aと、蛍光体層40の外縁40aと、は互いに離間する。線状発光体20の長さが短い場合、離間距離Kが短くてよい。なお、保護チューブ50の中心とコア30aの中心とは、一致しなくてもよい。線状発光体20が、たとえば、100mのように長い場合、離間距離Kを長くしたほうが組立が容易である。線状発光体20の外径は、たとえば、1〜3mmなどとすることができる。
The
発明者らは、レーザー光の波長が490nm以下の場合、ステップインデックス型マルチモードファイバーのコアに閉じ込められずクラッドの径方向に漏れ出る光量が大きいことを見出した。このため、石英光ファイバー30から径方向に放出される光を利用する発光装置が可能であることが判明した。
The inventors have found that when the wavelength of the laser beam is 490 nm or less, the amount of light leaking in the radial direction of the cladding is not confined in the core of the step index type multimode fiber. For this reason, it turned out that the light-emitting device using the light emitted from the quartz
もし、伝搬光の波長が800nm以上であれば、石英光ファイバー30は、コア30aとクラッド30bとの間の屈折率差により、入射したレーザー光G1を閉じ込めてクラッド30bから外側に放出する量を十分に小さくできる。この場合、石英光ファイバーのクラッドから径方向に放出される光を用いる発光装置を構成することは困難である。
If the wavelength of the propagating light is 800 nm or more, the quartz
490nm以下の波長の光が漏れるのはレイリー散乱が増えることなどが関係している。すなわち、光の波長よりも小さいサイズの粒子による光の散乱は、レイリー散乱と言い、透明液体や固体内でも起こる。光の波長に対するレイリー散乱の散乱係数ksは、式(1)で表すことができる。 Leakage of light with a wavelength of 490 nm or less is related to an increase in Rayleigh scattering. That is, light scattering by particles having a size smaller than the wavelength of light is called Rayleigh scattering, and also occurs in a transparent liquid or solid. The scattering coefficient ks of Rayleigh scattering with respect to the wavelength of light can be expressed by equation (1).
式(1)に表すように、散乱される光量は、粒子径dと波長λとに依存する。散乱係数ksは、波長λの4乗に反比例する。たとえば、波長が2分に1になると、散乱係数ksが16倍となる。すなわち、青色レーザー光などの短波長光は、コア30aとクラッド30bの界面30cの微小凹凸などによりレイリー散乱を生じる。このため、青色レーザー光は青色散乱光G2に転じクラッド30bから、被覆層31を通過して、蛍光体層40に入射する。
As expressed in Expression (1), the amount of scattered light depends on the particle diameter d and the wavelength λ. The scattering coefficient ks is inversely proportional to the fourth power of the wavelength λ. For example, when the wavelength is 1 in 2 minutes, the scattering coefficient ks becomes 16 times. That is, short wavelength light such as blue laser light causes Rayleigh scattering due to minute irregularities at the
石英光ファイバー30にレーザー光G1を導入する場合、吸収などによる損失は少ない。このため、石英光ファイバー30の伝送損失は、20〜30dB/km程度である。従って、プラスチップ光ファイバー(伝送損失・略100dB/km)よりも高効率かつ長い導光距離において発光させることができる。また、蛍光体層40の外縁40aにおける外径は、0.35〜0.5mmなどの範囲であるので、非常に細い線状発光が可能である。
When laser light G1 is introduced into the quartz
図2は、第1の実施形態にかかる線状発光体を用いた固体発光装置の模式斜視図である。
固体発光装置5は、光源10と、第1の実施形態にかかる線状発光体20と、骨組み60と、を有する。光源10は、紫外光(380nm)〜青色光(490nm)の波長のレーザー光を放出可能である窒化物系半導体レーザーなどとする。ビーム広がり角の小さい半導体レーザーを用いることにより、石英光ファイバーのコアに効率よくレーザービームを入射できる。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the solid-state light emitting device using the linear light emitter according to the first embodiment.
The solid state light emitting
骨組み60は、金属、絶縁体、樹脂などからなる線状体を組み合わせて構成することができる。この場合、線状体の間は隙間となり、光を自由に通過させる。または、骨組み60は、透明体などとしてもよい。光は、透明体内を自由に通過する。さらに、骨組み60の外枠は、球体、楕円体、直方体、立方体、円柱、および錐体などと自由に選択することができる。
The
骨組み60の外枠には、線状発光体20が立体的に巻回される。骨組み60の内部は光が通過できるので、線状発光体20から放出された混合光GTを、骨組み60の内部や反対に側などの広い角度範囲に広げることができる。
The
蛍光体層40がYAG(Yttrium-Aluminum-Garnet)などからなる黄色蛍光体を含むと、石英光ファイバー30は白色光を放出する。石英光ファイバー30を長くし、骨組み60の表面に密に巻回すると、線状発光体20を均一な発光とすることができる。また、骨組み60の表面を疎に巻回することもできる。また、たとえば、骨組み60の上面側には線状発光体20を巻回せずに、骨組み60の内部に被照射体を設けることもできる。
When the
骨組み60を球体とする場合、球径が50cmのとき、線状発光体20の長さは、20〜100mなどとすることができる。この場合、巻き数は、7〜30回などとなる。球径を小さくしすぎると、石英光ファイバー30の曲げ半径が小さくなり、部分的に色度が変化する。たとえば、曲がり部の発光が黄色味を帯びることがある。このため、曲げ半径が、石英光ファイバーの最小屈曲半径よりも大きくなるように、石英光ファイバー20を巻回することが好ましい。
When the
コアをプラスチックとすると伝送損失が大きすぎて、100mの長さを導光することは困難である。また、プラスチックは、紫外光〜青色光の波長の光により劣化する。これに対して、本実施形態の固体照明装置は、簡素な構造でありながら、たとえば、1つの半導体レーザーから放出される1Wのレーザー光を、たとえば、100mの長さの石英光ファイバー30内で導光しつつ、白色光を放出させることができる。また、石英ガラスは、紫外光〜青色光の波長の光による劣化は少ない。
If the core is made of plastic, the transmission loss is too large, and it is difficult to guide the length of 100 m. Plastics are deteriorated by light having a wavelength of ultraviolet light to blue light. On the other hand, the solid-state lighting device of the present embodiment has a simple structure, for example, guides 1 W laser light emitted from one semiconductor laser in a quartz
図3(a)は第2の実施形態にかかる線状発光体の模式断面図、図3(b)は線状発光体の模式断面図、である。
石英光ファイバー30のクラッド30bと、被覆層31と、間に、散乱剤が分散して配置された光散乱層36をさらに設けることができる。このようにすると、コア30aとクラッド30bとの界面30cにより生じた散乱光G2が、光散乱層36によりさらに散乱され散乱光G5となり、コヒーレンスを低減させるとともに均一発光とすることができる。コヒーレンスの低減により、安全性をより高めることができる。
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of the linear light emitter according to the second embodiment, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the linear light emitter.
A
図4は、線状発光体の変形例の模式断面図である。
変形例では、蛍光体層40の外縁40aと距離K1離間した保護チューブ50の内縁50aと、蛍光体層40の外縁40aと、が当設するガイド部50cが石英光ファイバー30の長さ方向に沿って複数設けられる。たとえば、本図のように、保護チューブ50を外側から蛍光体層40の外縁40aに固定する。このようにすると、蛍光体層40、石英光ファイバー30などを確実に固定できる。なお、線状発光体20を骨組み60に固定するとき、保護チューブ50は蛍光体層40などを保護する。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a modification of the linear light emitter.
In the modified example, the
図5は、固体発光装置を用いた照明装置の一例を表す模式斜視図である。
本実施形態の固体発光装置5を、外部からプロジェクタ70などを用いて照射する。たとえば、骨組み60に巻回された線状発光体20は、繭状の発光体となる。すなわち、繭状の発光体をプロジェクションマッピングのスクリーンとして用いることができ、照明光と投写光RLとを重ねることが可能となる。また、線状発光体20に、赤、緑、黄色、青などの複数の種類の蛍光体層40を設けると、照明光の色調をより豊かにできる。
FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating an example of a lighting device using a solid-state light emitting device.
The solid state light emitting
第1の実施形態では、石英光ファイバー30を被覆する透光性の被覆層31を設けた構成を示したが、被覆層31を省略し、石英光ファイバー30の周囲に蛍光体層40を設けた構成でもよい。この場合、蛍光体層40は、たとえば、被覆層31を構成する材料中に蛍光体粒子を混合させて、被覆層31と蛍光体層40とを一体的に形成した構成などとすることもできる。
In the first embodiment, the configuration in which the
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、20 線状発光体、30 石英光ファイバー、30a コア、30b クラッド、30c 界面、31 被覆層、40 蛍光体層、50 保護チューブ、60 骨組み、G1 レーザー光、G2 散乱光、G3 波長変換光、GT 混合光 10 light source, 20 linear light emitter, 30 quartz optical fiber, 30a core, 30b cladding, 30c interface, 31 coating layer, 40 phosphor layer, 50 protective tube, 60 framework, G1 laser light, G2 scattered light, G3 wavelength converted light , GT mixed light
Claims (6)
前記クラッドの周囲に設けられた透光性の被覆層と、
前記被覆層の周囲に設けられた蛍光体層と、
内縁が前記蛍光体層の外縁と離間するように、前記石英光ファイバーと前記蛍光体層とを保護する透光性の保護チューブと、
を備えた線状発光体。 A core and a clad provided around the core, and reflects laser light having a wavelength of ultraviolet light to blue light introduced at one end of the core at an interface between the core and the clad. A silica optical fiber that guides light toward the end of the optical fiber and emits scattered light at the interface through the cladding and outwards;
A light-transmitting coating layer provided around the cladding;
A phosphor layer provided around the coating layer;
A translucent protective tube that protects the quartz optical fiber and the phosphor layer so that the inner edge is separated from the outer edge of the phosphor layer;
A linear light emitter comprising:
前記石英光ファイバーの周囲に設けられた蛍光体層と、
内縁が前記蛍光体層の外縁と離間するように、前記石英光ファイバーと前記蛍光体層とを保護する透光性の保護チューブと、
を備えた線状発光体。 A core and a clad provided around the core, and reflects laser light having a wavelength of ultraviolet light to blue light introduced at one end of the core at an interface between the core and the clad. A silica optical fiber that guides light toward the end of the optical fiber and emits scattered light at the interface through the cladding and outwards;
A phosphor layer provided around the quartz optical fiber;
A translucent protective tube that protects the quartz optical fiber and the phosphor layer so that the inner edge is separated from the outer edge of the phosphor layer;
A linear light emitter comprising:
前記レーザー光を放出する光源と、
前記線状発光体が巻回される骨組みと、
を備え、
照射された前記散乱光を吸収した前記蛍光体層が波長変換光を放出し、
前記蛍光体層に吸収されず外方へ放出された散乱光と前記波長変換光との混合光を、前記線状発光体の外縁から放出する固体発光装置。 The linear light emitter according to claim 1 or 2,
A light source that emits the laser light;
A framework around which the linear light emitter is wound;
With
The phosphor layer that has absorbed the irradiated scattered light emits wavelength-converted light,
A solid-state light emitting device that emits mixed light of scattered light that has not been absorbed by the phosphor layer and is emitted outward and the wavelength-converted light from an outer edge of the linear light emitter.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| DE202016009156U1 (en) | 2015-10-07 | 2023-03-28 | Zkw Group Gmbh | Strip-shaped, flat lighting device for a motor vehicle |
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2013
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