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公開番号2019161127
公報種別公開特許公報(A)
公開日20190919
出願番号2018048622
出願日20180315
発明の名称発光装置
出願人豊田合成株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01S 5/022 20060101AFI20190823BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】 広角な配光分布を実現するとともに色度の角度依存性が小さい発光装置を提供することである。
【解決手段】 発光装置100は、半導体レーザー素子130と、第1のレンズ140と、第2のレンズ150と、半導体レーザー素子130が発するレーザーの波長を変換する波長変換部160と、を有する。第1のレンズ140は、第1の広がり角θ1を有するとともに半導体レーザー素子130から発せられるレーザーを屈折させるものである。第2のレンズ150は、第2の広がり角θ2を有するとともに第1のレンズ140により屈折されたレーザーを屈折させるものである。第2の広がり角θ2は、第1の広がり角θ1よりも大きい。
【選択図】図1
特許請求の範囲約 660 文字を表示【請求項1】
半導体レーザー素子と、
第1のレンズと、
第2のレンズと、
前記半導体レーザー素子が発するレーザーの波長を変換する波長変換部と、
を有する発光装置において、
前記第1のレンズは、
第1の広がり角θ1を有するとともに前記半導体レーザー素子から発せられるレーザーを屈折させるものであり、
前記第2のレンズは、
第2の広がり角θ2を有するとともに前記第1のレンズにより屈折されたレーザーを屈折させるものであり、
前記第2の広がり角θ2は、
前記第1の広がり角θ1よりも大きいこと
を特徴とする発光装置。
【請求項2】
請求項1に記載の発光装置において、
前記第1の広がり角θ1および前記第2の広がり角θ2は、次式
1°≦θ2−θ1≦15°
を満たすこと
を特徴とする発光装置。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の発光装置において、
ミラーを有し、
前記ミラーは、
前記第1のレンズにより屈折されたレーザーを反射させるとともに、その反射されたレーザーを前記第2のレンズに入射させること
を特徴とする発光装置。
【請求項4】
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の発光装置において、
前記第2のレンズと前記波長変換部との間に波長選択部材を有すること
を特徴とする発光装置。

発明の詳細な説明約 7,400 文字を表示【技術分野】
【0001】
本明細書の技術分野は、発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
発光装置に、半導体レーザー素子が用いられることがある。半導体レーザー素子は高い指向性を有するため、光源として用いる場合に、レーザー光を拡散して用いられることがある。
【0003】
例えば、特許文献1には、赤色レーザー、緑色レーザー、青色レーザーを発する半導体レーザー素子と、それぞれのレーザー光を拡散するための拡散レンズ3と、を有する発光装置が開示されている。この発光装置は、その他に、拡散された赤色レーザー、緑色レーザー、青色レーザーを重ね合わせる集合拡散レンズ9を有する。この発光装置は、集合拡散レンズ9により各色のレーザーを重ね合わせて白色光を照射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開平7−282609号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
一般に、レーザーの広がり角は狭い。発光装置においては、広がり角が狭いレーザーは波長変換部または散乱部で散乱される。しかし、波長変換部または散乱部を透過するレーザー光の配光分布はそれほど広くならない。一方、蛍光体等により波長変換されたレーザー光はランバートな配光となる。このように透過するレーザー光と波長変換されるレーザー光とは、異なる配光分布を有する。透過するレーザー光と波長変換されるレーザー光とを重ね合わせると、光取り出し方向に対する角度によって色度が異なっている。つまり、色度の角度依存性が大きくなってしまう。
【0006】
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。本明細書の技術が解決しようとする課題は、広角な配光分布を実現するとともに色度の角度依存性が小さい発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第1の態様における発光装置は、半導体レーザー素子と、第1のレンズと、第2のレンズと、半導体レーザー素子が発するレーザーの波長を変換する波長変換部と、を有する。第1のレンズは、第1の広がり角θ1を有するとともに半導体レーザー素子から発せられるレーザーを屈折させるものである。第2のレンズは、第2の広がり角θ2を有するとともに第1のレンズにより屈折されたレーザーを屈折させるものである。第2の広がり角θ2は、第1の広がり角θ1よりも大きい。
【0008】
この発光装置は、第1の広がり角θ1をもつ第1のレンズと、第2の広がり角θ2をもつ第2のレンズと、を有する。第2の広がり角θ2は、第1の広がり角θ1よりも大きい。そのため、波長変換部に入射する前のレーザーをより拡散させることができる。透過するレーザー光が大きい広がり角を有するからである。これにより、発光装置における色度の角度依存性が向上している。
【発明の効果】
【0009】
本明細書では、広角な配光分布を実現するとともに色度の角度依存性が小さい発光装置が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【0010】
第1の実施形態における発光装置の概略構成を示す図である。
第1の実施形態におけるシミュレーションのモデルを説明するための図である。
シミュレーションの長手方向における角度に対する色度差ΔCxを示すグラフである。
シミュレーションの長手方向における角度に対する色度差ΔCyを示すグラフである。
シミュレーションの短手方向における角度に対する色度差ΔCxを示すグラフである。
シミュレーションの短手方向における角度に対する色度差ΔCyを示すグラフである。
第2の実施形態における発光装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、具体的な実施形態について、発光装置を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本明細書の技術はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【0012】
(第1の実施形態)
1.発光装置
図1は、第1の実施形態の発光装置100の概略構成図である。図1に示すように、発光装置100は、筐体110と、実装基板120と、半導体レーザー素子130と、第1のレンズ140と、第2のレンズ150と、波長変換部160と、散乱部170と、を有する。また、発光装置100は、出光面S1を有する。出光面S1は、発光装置100からの光を外部に取り出すための面である。出光面S1は、半導体レーザー素子130から発せられるレーザーを出射する。光取り出し方向K1は、出光面S1に垂直である。光取り出し方向K1は、半導体レーザー素子130が発するレーザーの出射方向に対して平行である。
【0013】
筐体110は、実装基板120と、半導体レーザー素子130と、第1のレンズ140と、第2のレンズ150と、波長変換部160と、散乱部170と、を収容している。
【0014】
実装基板120は、半導体レーザー素子130を実装するための基板である。実装基板120は、半導体レーザー素子130を有する。
【0015】
半導体レーザー素子130は、第1のレンズ140および第2のレンズ150を通過して波長変換部160に入射するレーザーを照射する。半導体レーザー素子130が発するレーザーは青色レーザーである。
【0016】
第1のレンズ140は、半導体レーザー素子130から発せられるレーザーを屈折させるためのものである。第1のレンズ140は、半導体レーザー素子130からのレーザーをコリメート光に変えるコリメーターである。
【0017】
第2のレンズ150は、半導体レーザー素子130から発せられるレーザーを屈折させるためのものである。第2のレンズ150は、第1のレンズ150によりコリメート光にされたレーザーを屈折させて波長変換部160に入射させる。
【0018】
波長変換部160は、半導体レーザー素子130から発せられたレーザーの波長を変換するためのものである。実際には、第2のレンズ150により集光されたレーザーが波長変換部160に入射する。波長変換部160は、例えば、蛍光体と樹脂とを有する。波長変換部160は、半導体レーザー素子130から発せられたレーザーを散乱させる役割も担う。波長変換部160は、出光面S1からみて散乱部170より遠い位置に配置されている。
【0019】
散乱部170は、半導体レーザー素子130から発せられたレーザーを散乱させるためのものである。実際には、波長変換部160を通過してきたレーザーを散乱させる。
【0020】
2.第1のレンズおよび第2のレンズ
図1に示すように、半導体レーザー素子130の側から、第1のレンズ140、第2のレンズ150、波長変換部160、散乱部170の順で配置されている。第1のレンズ140は、半導体レーザー素子130と第2のレンズ150との間の位置に配置されている。第2のレンズ150は、第1のレンズ140と波長変換部160との間の位置に配置されている。このように、第1のレンズ140は、第2のレンズ150よりも光の経路の上流側の位置に配置されている。
【0021】
第1のレンズ140は、第1の広がり角θ1を有する。第2のレンズ150は、第2の広がり角θ2を有する。第2のレンズ150の第2の広がり角θ2は、第1のレンズ140の第1の広がり角θ1よりも大きい。すなわち、次式を満たす。
θ2 > θ1 ………(1)
θ1:第1のレンズの第1の広がり角
θ2:第2のレンズの第2の広がり角
【0022】
第1のレンズ140の第1の広がり角θ1と、第2のレンズ150の第2の広がり角θ2とは、次式を満たすとなおよい。
1°≦θ2−θ1≦15° ………(2)
【0023】
第2のレンズ150は、波長変換部160と対面している。第2のレンズ150の焦点F1は、第2のレンズ150と波長変換部160との間の位置にある。焦点F1は、波長変換部160よりも第2のレンズ150に近い位置にあるとよい。波長変換部160に入射するレーザーの広がり角は同じであるが、波長変換部160に入射するレーザーがすでにある程度広がっているからである。
【0024】
3.半導体レーザー素子からの光
半導体レーザー素子130から発せられたレーザーは、第1のレンズ140に入射してコリメート光に変換される。コリメート光になったレーザーは、第2のレンズ150に入射して屈折される。第2のレンズ150の第2の広がり角θ2は十分に広いので、レーザーは十分な広がり角θ2で波長変換部160に入射する。
【0025】
波長変換部160に入射するレーザーのうち一部は透過する。波長変換部160に入射するレーザーのうち残部は波長を変換されるとともに散乱される。透過光と波長変換された波長変換光とは、重なり合って白色光となる。ここで、透過光の広がり角は十分に広い。波長変換光はランバートな配光分布である。そのため、これら透過光と波長変換光とが重なり合った光は、小さい角度依存性を有する。
【0026】
また、透過光の広がり角が十分に大きいので、広角な配光分布の出射光が得られる。つまり、発光装置100は、広角な配光分布を備えるとともに色度の角度依存性が小さい光を出射することができる。
【0027】
4.シミュレーション
図2は本実施形態のシミュレーションのモデルを説明するための図である。図2に示すように、波長変換部160は、長方形形状である。そのため、シミュレーションに際して、波長変換部160の長手方向と、波長変換部160の短手方向と、を設定する。
【0028】
図3から図6は、シミュレーションの結果を示すグラフである。図3は、シミュレーションの長手方向における角度に対する色度差ΔCxを示すグラフである。図4は、シミュレーションの長手方向における角度に対する色度差ΔCyを示すグラフである。図5は、シミュレーションの短手方向における角度に対する色度差ΔCxを示すグラフである。図6は、シミュレーションの短手方向における角度に対する色度差ΔCyを示すグラフである。
【0029】
図3から図6の横軸は光取り出し方向K1に対する角度である。図3および図5の縦軸は、色度差ΔCxである。図4および図6の縦軸は、色度差ΔCyである。図3から図6において、一点鎖線、点線、破線、実線が描かれている。一点鎖線は、θ2−θ1=0°の場合を示している。点線は、θ2−θ1=2.5°の場合を示している。破線は、θ2−θ1=5.0°の場合を示している。実線は、θ2−θ1=10°の場合を示している。
【0030】
図3から図6は、光取り出し方向K1に対して、色度がどの程度変化しているかを表している。仮に、ある角度θaでの色度が光取り出し方向K1での色度と等しい場合には、角度θaにおける色度差ΔCxおよび色度差ΔCyは0(ゼロ)である。ある角度θaでの色度と光取り出し方向K1での色度との差が大きいほど、色度差ΔCxおよび色度差ΔCyは大きい。したがって、色度差ΔCxおよび色度差ΔCyはゼロに近いほうが好ましい。あらゆる方向に対して近い色度の光が放射されていることになるからである。
【0031】
図3から図6までに示すように、光取り出し方向K1に対する角度が大きいほど、色度差ΔCxおよび色度差ΔCyは大きい傾向にある。
【0032】
第1の広がり角θ1と第2の広がり角θ2との間には次の関係がある。θ2−θ1が2.5°の場合、5.0°の場合、10°の場合のいずれの場合も、θ2−θ1が0°の場合に比べて、色度差ΔCxおよびΔCyが小さい。つまり、式(2)を満たす場合に、色度差ΔCxおよび色度差ΔCyは小さい。式(2)を満たす場合に、色度の角度依存性は向上する。
【0033】
5.本実施形態の効果
本実施形態の発光装置100は、第1の広がり角θ1をもつ第1のレンズ140と、第2の広がり角θ2をもつ第2のレンズ150と、を有する。第2の広がり角θ2は、第1の広がり角θ1よりも大きい。そのため、波長変換部160に入射する前のレーザーをより拡散させることができる。透過するレーザー光が大きい広がり角を有するからである。これにより、発光装置100における色度の角度依存性が向上している。
【0034】
6.変形例
6−1.散乱部
散乱部170は、出光面S1からみて波長変換部160より遠い位置にあってもよい。この場合、散乱部170は、第2のレンズ150と波長変換部160との間にある。そして、半導体レーザー素子130から発せられたレーザーは、第1のレンズ140、第2のレンズ150を透過し、散乱部170で散乱された後に波長変換部160に入射することとなる。
【0035】
6−2.波長選択部材
第2のレンズ150と波長変換部160との間に波長選択部材を設けてもよい。波長選択部材は、青色レーザーを透過するとともにそれより波長の長いレーザーを反射するものであるとよい。波長変換部160および散乱部170で散乱された波長の長いレーザーが第2のレンズ150に向かうのを防止できるからである。
【0036】
6−3.第1のレンズ
第1のレンズ140は、必ずしもコリメーターでなくともよい。
【0037】
6−4.組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
【0038】
7.本実施形態のまとめ
本実施形態の発光装置100は、第1の広がり角θ1をもつ第1のレンズ140と、第2の広がり角θ2をもつ第2のレンズ150と、を有する。第2の広がり角θ2は、第1の広がり角θ1よりも大きい。そのため、波長変換部160に入射する前のレーザーをより拡散させることができる。透過するレーザー光が大きい広がり角を有するからである。これにより、発光装置100における色度の角度依存性が向上している。
【0039】
(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。
【0040】
図7は、第2の実施形態の発光装置200の概略構成図である。図7に示すように、発光装置200は、筐体110と、実装基板120と、半導体レーザー素子130と、第1のレンズ140と、第2のレンズ150と、波長変換部260と、散乱部270と、ミラー280と、を有する。また、発光装置200は、出光面S2を有する。出光面S2は、発光装置200からの光を外部に取り出すための面である。出光面S2は、半導体レーザー素子130から発せられるレーザーを出射する。光取り出し方向K2は、出光面S2に垂直である。光取り出し方向K2は、半導体レーザー素子130が発するレーザーの出射方向に対して垂直である。
【0041】
ミラー280は、第1のレンズ140により屈折されたレーザーを反射させるとともに、その反射されたレーザーを第2のレンズ150に入射させる。具体的には、ミラー280は、第1のレンズ140によりコリメート光にされたレーザーを90°の角度で反射させる。そのため、出光面S2は、半導体レーザー素子130の出射部と対向していない。
【0042】
光取り出し方向K2の向きに出光するレーザーは、半導体レーザー素子130から直接照射される直接光ではない。そのため、人にとって安全である。
【0043】
A.付記
第1の態様における発光装置は、半導体レーザー素子と、第1のレンズと、第2のレンズと、半導体レーザー素子が発するレーザーの波長を変換する波長変換部と、を有する。第1のレンズは、第1の広がり角θ1を有するとともに半導体レーザー素子から発せられるレーザーを屈折させるものである。第2のレンズは、第2の広がり角θ2を有するとともに第1のレンズにより屈折されたレーザーを屈折させるものである。第2の広がり角θ2は、第1の広がり角θ1よりも大きい。
【0044】
第2の態様における発光装置においては、第1の広がり角θ1および第2の広がり角θ2は、次式
1°≦θ2−θ1≦15°
を満たす。
【0045】
第3の態様における発光装置は、ミラーを有する。ミラーは、第1のレンズにより屈折されたレーザーを反射させるとともに、その反射されたレーザーを第2のレンズに入射させる。
【0046】
第4の態様における発光装置は、第2のレンズと波長変換部との間に波長選択部材を有する。
【符号の説明】
【0047】
100…発光装置
110…筐体
120…実装基板
130…半導体レーザー素子
140…第1のレンズ
150…第2のレンズ
160…波長変換部
170…散乱部
S1…出光面

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