発光装置
【課題】蛍光ガラスの光学的挙動を活かした発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置１において、光源３と、母体に発光中心をなす希土類イオンが含まれ、光源３から発せられる光が入射する入射面７ａと、波長変換された光を出射する出射面７ｂと、を有するガラス蛍光体７と、を備え、ガラス蛍光体７は、側面７ｃの少なくとも一部が、入射側から出射側へ向かって拡がるよう光軸７ｄに対して傾斜する傾斜面をなしている。
【解決手段】発光装置１において、光源３と、母体に発光中心をなす希土類イオンが含まれ、光源３から発せられる光が入射する入射面７ａと、波長変換された光を出射する出射面７ｂと、を有するガラス蛍光体７と、を備え、ガラス蛍光体７は、側面７ｃの少なくとも一部が、入射側から出射側へ向かって拡がるよう光軸７ｄに対して傾斜する傾斜面をなしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ素子等の発光素子を用いた発光装置として、蛍光体粒子を発光素子の封止材等のような透明材に含有させるものが知られている。しかし、樹脂、ガラス等に蛍光体粒子を含有させると、透明材と蛍光体粒子の比重が異なることから、蛍光体粒子を透明材に均一に分散させることは困難である。これにより、透明材から取り出される光に色むらが生じるという問題点があった。
【０００３】
この問題を解消するため、蛍光体粒子を用いることなく、発光中心として希土類イオンを含む蛍光ガラスを用いることが、本願発明者らにより提案されている（例えば、特許文献１参照）。この蛍光ガラスによれば、光の色むらを低減することができるし、蛍光体粒子と透明材の混合工程等が不要となることから製造コストを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０５５８３１号のパンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のような希土類イオンを発光中心とする蛍光ガラスについては、蛍光体粒子が分散された状態のガラスや、希土類イオンが含まれない透明なガラスとは光学的挙動が異なる。蛍光体粒子が分散された状態のガラスでは、蛍光体粒子とガラスとの界面で反射及び屈折するために、希土類イオンとガラス母体との間で反射及び屈折しない蛍光ガラスとは光学的挙動が全く異なる。また、希土類イオンが含まれない透明なガラスも、ガラス内の光は基本的に直進するために、ガラス内で希土類イオンにおける励起光の吸収及び波長変換光の等方的な放射が存在する蛍光ガラスとは光学的挙動が全く異なる。しかしながら、希土類イオンを含む蛍光ガラスの光学的挙動については明らかになっていない。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蛍光ガラスの光学的挙動を活かした発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明では、光源と、母体に発光中心をなす希土類イオンが含まれ、前記光源から発せられる光が入射する入射面と、波長変換された光を出射する出射面と、を有するガラス蛍光体と、を備え、前記ガラス蛍光体は、側面の少なくとも一部が、入射側から出射側へ向かって拡がるよう光軸に対して傾斜する傾斜面をなす発光装置が提供される。
【０００８】
上記発光装置において、前記傾斜面の外側に隣接し、前記波長変換された光に対して透明な透明媒質が配置され、前記ガラス蛍光体内にて前記傾斜面へ入射する光は、前記ガラス蛍光体と前記透光材の屈折率の差により全反射してもよい。
【０００９】
上記発光装置において、前記傾斜面の傾斜角を光軸と平行な状態から増大させていくと、傾斜角が所定の臨界角度以下では光軸上の発光強度が最も高くなり、傾斜角が所定の臨界角度を超えると発光強度の最も高い位置が光軸から離れていってもよい。
【００１０】
上記発光装置において、前記傾斜面の傾斜角が、前記所定の臨界角度以下であってもよい。
【００１１】
上記発光装置において、前記傾斜面の傾斜角が、前記所定の臨界角度を超えていてもよい。
【００１２】
上記発光装置において、前記光源は、半導体発光素子であり、前記ガラス蛍光体は、前記半導体発光素子を封止してもよい。
【００１３】
上記発光装置において、前記ガラス蛍光体の発光中心は、Ｙｂイオン及びＮｄイオンであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蛍光ガラスの光学的挙動を活かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態を示す発光装置の模式断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図２】図２は、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図３】図３は、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図４】図４は、実施例を示す発光装置の模式断面図である。
【図５】図５は、比較例を示す発光装置の模式断面図である。
【図６】図６は、横軸をＬＥＤ素子の電流とし、縦軸を発光装置から発せられた光の出力とした、実施例及び比較例の発光装置に関するグラフである。
【図７】図７は、横軸を光軸からの水平距離とし、縦軸を発光強度とした比較例及び実施例１〜３の発光装置に関するグラフである。
【図８】図８は、横軸を傾斜角とし、縦軸を発光強度とした発光装置に関するグラフである。
【図９】図９は、実施例を示す発光装置の模式断面図である。
【図１０】図１０は、横軸を光軸からの水平距離とし、縦軸を発光強度とし、側面に金属膜を形成した実施例１〜３の発光装置に関するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１Ａは本発明の一実施形態を示す発光装置の模式断面図である。
【００１７】
図１Ａに示すように、この発光装置１は、上方を開口した凹部２ａが形成されたケース２を有し、当該凹部２ａ内にＬＥＤ素子３がフリップチップ実装されている。凹部２ａはＬＥＤ素子３を包囲するリフレクタ部２ｂにより形成され、凹部２ａの底部にはＬＥＤ素子３への電力供給のための金属からなる第１リード４及び第２リード５が配置されている。また、凹部２ａの下部には、ＬＥＤ素子３を封止する封止樹脂６が充填されている。さらに、凹部２ａ内の封止樹脂６の上側には、蛍光ガラス７が配置されている。
【００１８】
この発光装置１は、８５０ｎｍ〜１２２０ｎｍ程度の赤外光を発することができる。この波長領域は、生体の透過性が高いので、例えば、医療分野、生体観察分野等の光源として用いると好適である。特に、９００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域がカバーされるので、脂肪、水分等に起因する吸収スペクトルが存在し、農業・食品分野における光源として有用である。
【００１９】
ケース２は樹脂からなり、全体として略直方体状を呈し、各リード４，５が凹部２ａの底面の一部をなすとともに、ケース２の樹脂が凹部２ａの底面の他部をなしている。リフレクタ部２ｂの内周面は、上方へ向かって拡がるよう形成され、滑らかな曲面状となっている。本実施形態においては、リフレクタ部２ｂは、平面視にて円形に形成されている。
【００２０】
また、リフレクタ部２ｂの内周面には、金属膜８が形成されている。金属膜８は、例えばアルミニウムのような反射率が比較的高い金属からなる。金属膜８は、例えば蒸着等により形成されている。
【００２１】
第１リード４と第２リード５は、例えば、銀メッキが施された導電性の金属からなる。第１リード４及び第２リード５は、所定の厚さ寸法及び幅寸法で形成されており、長手方向端部がケース２の凹部２ａ内に位置している。また、第１リード４及び第２リード５は、ケース２の外側まで延び、図示しない外部接続端子と電気的に接続される。
【００２２】
ＬＥＤ素子３は、基板と、半導体層と、半導体層に接続されたｐ電極及びｎ電極とから構成される。ｐ電極及びｎ電極は、各リード４，５にそれぞれ電気的に接続される。本実施形態においては、ＬＥＤ素子３はフリップチップ型であり、ｐ電極が第１リード４に、ｎ電極が第２リード５に接続される。
【００２３】
本実施形態においては、基板はサファイアからなり、半導体層はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の式で表される半導体からなる。ＬＥＤ素子３は、例えばピーク波長が５８５ｎｍで、半値幅が５０ｎｍの光を発する。
【００２４】
封止樹脂６は、各リード４，５にＬＥＤ素子３を実装した後、凹部２ｂ内に充填される。封止樹脂６の材質は任意であり、例えば、シリコーン系の樹脂や、エポキシ系の樹脂が用いられる。
【００２５】
蛍光ガラス７は、封止樹脂６の上側に配置され、封止樹脂６を介してＬＥＤ素子３の光が入射する入射面７ａと、波長変換された光を出射する出射面７ｂと、を有している。本実施形態においては、入射面７ａは平坦な円形に形成され、封止樹脂６の上面と接触している。また、出射面７ｂは平坦な円形に形成され、ケース２の上面と高さが合わせられている。入射面７ａ及び出射面７ｂは、平面視にて同心円をなし、蛍光ガラス７の光軸７ｄは、入射面７ａ及び出射面７ｂの中心をそれぞれ通る法線である。ここで、光軸７ｄとは、光学系において系全体を通過する光束の代表となる仮想的な光線を指す。多くの場合はレンズ、光学素子等の回転対称軸と一致し、例えば１枚のレンズでは前後２面の曲率中心を結ぶ直線となる。
【００２６】
また、蛍光ガラス７は、側面７ｃが入射側から出射側へ向かって拡がるように、光軸７ｄに対して傾斜する傾斜面をなしている。希土類イオンが発光中心の蛍光ガラス７では、傾斜面の傾斜角を光軸７ｄと平行な状態から増大させていくと、傾斜角が所定の臨界角度以下では光軸７ｄ上の発光強度が最も高くなり、傾斜角が所定の臨界角度を超えると発光強度の最も高い位置が光軸７ｄから離れていく。本実施形態においては、側面７ｃの傾斜角は臨界角度以下に設定されている。尚、臨界角度は蛍光ガラス７の屈折率等の条件によって変化する。本実施形態においては、臨界角度を考慮して側面７ｃの傾斜角が３０度とされている。
【００２７】
また、側面７ｃは、リフレクタ部２ｂ表面の金属膜８と、上下にわたって一定の間隔で離隔するよう形成されている。すなわち、蛍光体ガラス７の側面７ｃと、リフレクタ部２ｂの間には、空隙９が形成されている。空隙９には、透明媒質としての空気が充填されている。空気の屈折率は、蛍光ガラス７の屈折率よりも低い。
【００２８】
蛍光ガラス７は、ガラスからなる母体と、この母体に含まれる発光中心を有している。ここでいう「発光中心」とは、母体材料中に存在し発光を示す構造であるが、母体材料とは実質的に１つの材料を構成しているものをいい、樹脂、ガラス等からなる透明材中に含有された蛍光体粒子とは異なるものである。すなわち、樹脂、ガラス等からなる透明材中に蛍光体粒子を含有させた場合、樹脂、ガラス等からなる透明材と蛍光体粒子とは、材料として別個のものであり、１つの材料を構成しているとはいえない。
【００２９】
具体的に、蛍光ガラス７の母体はＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなり、発光中心はＹｂ３＋及びＮｄ３＋となっている。蛍光ガラス７は、ＬＥＤ素子３から発せられた光により励起されると、９００ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外光を発する。蛍光ガラス７は、Ｙｂ２Ｏ３粉末と、Ｎｄ２Ｏ３粉末と、Ｂｉ２Ｏ３粉末と、Ｈ３ＢＯ３粉末と、を混合して溶融した後、冷却することにより作製される。ここで、１０００℃を超えるとＢｉ３＋が還元されるため、１０００℃超に加熱して溶融する場合は、さらにＳｂ２Ｏ３粉末を添加して、Ｂｉ３＋の還元作用を抑制してもよい。尚、Ｙｂ２Ｏ３の濃度が４．０ｍｏｌ％以下、かつ、Ｎｄ２Ｏ３の濃度が５．０ｍｏｌ％以下であれば、１０００℃で蛍光ガラス７が溶融することが確認されている。
【００３０】
この蛍光ガラス７は、４５０ｎｍから８００ｎｍにわたって励起される。従って、ＬＥＤ素子３は、４５０ｎｍから８００ｎｍの波長域で発光するものであれば、蛍光ガラス７を励起することができる。また、この蛍光ガラス７の励起スペクトルは、複数のピークを有しており、特に５３０ｎｍ付近、５８５ｎｍ付近、６８５ｎｍ付近、７５０ｎｍ付近の励起効率が優れている。この中でも、５８５ｎｍ付近の励起効率が最も優れており、本実施形態のＬＥＤ素子３のピーク波長が５８５ｎｍであることから、励起効率の良いＬＥＤ素子３と蛍光ガラス７の組合せとなっている。
【００３１】
以上のように構成された発光装置１は、各リード４，５に電圧を印加すると、ＬＥＤ素子３からピーク波長が５８５ｎｍで半値幅が５０ｎｍの黄色光が発せられる。ＬＥＤ素子３から発せられた光は、封止樹脂６を介して入射面７ａから蛍光ガラス７へ入射する。蛍光ガラス７へ入射した黄色光は、蛍光ガラス７内で赤外光に波長変換された後、出射面７ｂから出射される。赤外光は、例えばピーク波長が１０２０ｎｍで半値幅が１００ｎｍである。
【００３２】
ここで、蛍光ガラス７の内部では発光中心をなす希土類イオンが母体のガラス中に均一に含まれており、蛍光体のみからなるガラス内部の全領域で同様に波長変換が行われる。すなわち、蛍光体を粒子とし透明材に含有させた従来の発光装置のように、粒子の分布状態に応じて色むらが生じるようなことはない。
【００３３】
また、蛍光ガラス７内で希土類イオンへ励起光が入射すると、励起光が希土類イオンに吸収されて、希土類イオンから放射状に波長変換光が放射される。これは、従来のように蛍光体を粒子として透明材に含有させたものや、希土類イオンが含まれない透明なガラスと全く異質な光学的挙動である。すなわち、蛍光体粒子が分散していると、蛍光体粒子と透明材との界面で反射及び屈折するため、波長変換作用の他に光の拡散作用が生じてしまう。また、希土類イオンが含まれない場合は、ガラス内の光は基本的には直進する。
【００３４】
そして、蛍光ガラス７の側面７ｃを光軸７ｄに対して傾斜させたので、蛍光ガラス７の出射面７ｂから発せられる出射光の強度を向上させることができる。これは、希土類イオンを発光中心とする蛍光ガラス７の特有の光学的挙動に基づいており、光学的挙動を活かした発光装置１となっている。
【００３５】
尚、側面７ｃが臨界角度までであれば光軸７ｄ上の発光強度が最も大きくなるが、側面７ｃを光軸７ｄに対して臨界角度を超えて傾斜させると、発光強度のピークは光軸７ｄから離隔していく。従って、光軸７ｄの直上の発光強度の大きさを重視するなら臨界角度以下が好適であるが、光軸７ｄから離隔した位置においても十分な強度が得られるような、より均一な配光特性を得るならば臨界角度を超えた方が好適である。従って、側面７ｄを光軸７ｄに対して臨界角度を超えるよう傾斜させても、蛍光ガラス７の光学的挙動を活かすことができる。
【００３６】
また、本実施形態の発光装置１によれば、側面７ｃの傾斜角によって、簡単容易に光学的な設計を行うことができる。従来のように、蛍光体粒子を透明材に分散させた場合は、透明材の形状に加えて、蛍光体粒子の分散状態によっても光学的挙動が変化するため、設計が容易でないし、製造される発光装置のよって光学特性がばらついてしまう。
【００３７】
さらに、側面７ｃの外側に空隙９を設け、傾斜面の外側に隣接して屈折率の低い透明媒質としての空気が配置されるようにしたので、ガラス蛍光体７内にて側面７ｃへ入射する光は、ガラス蛍光体７と空気の屈折率の差により全反射する。これにより、例えば側面７ｃに直接的に金属膜を形成する場合と比べて、光の取り出し効率を高くすることができる。
【００３８】
さらにまた、リフレクタ部２ｂの表面に金属膜８を形成したので、ガラス蛍光体７から空隙９へ漏れた光については、金属膜８を利用して反射してガラス蛍光体７へ再入射させることができる。これにより、光の取り出し効率をさらに高くすることができる。
【００３９】
尚、前記実施形態においては、側面７ｃの全てを傾斜面としたものを示したが、少なくとも一部が傾斜面であれば光の取り出し効率を向上させることができる。また、側面７ｃの傾斜を光軸７ｄに対して３０度としたものを示したが、傾斜角は任意である。尚、傾斜による光の取り出し効率の向上は、前記の各材料の組み合わせであれば、１５度以上で顕著となる。
また、前記実施形態においては、蛍光ガラス７の側面７ｃと、ケース２のリフレクタ部２ｂの表面とが同じ角度に傾斜しているものを図示しているが、側面７ｃとリフレクタ部２ｂの表面の傾斜角度は任意である。また、リフレクタ部２ｂは光軸に対して傾斜せずに平行であってもよい。
さらに、前記実施形態においては、蛍光ガラス７の側面７ｃと、ケース２のリフレクタ部２ｂとが比較的近接している状態を図示しているが、両者が大きく離隔した状態であっても差し支えない。両者の距離を十分に確保することで、空隙９へ漏れた光につき、発光装置１から取り出されるまでのリフレクタ部２ｂの表面での反射回数を減らすことができる。
【００４０】
また、前記実施形態においては、入射面７ａが平坦なものを示したが、例えば図１Ｂに示すように湾曲していてもよい。図１Ｂにおいては、ＬＥＤ素子３を包囲する半楕円状に形成されている。
さらに、例えば図１Ｃに示すように、入射面７ａが複数の平坦面からなっていてもよい。図１Ｃにおいては、入射面７ａは下方を開口し、ケース２の凹部２ａの底部とともに正六面体をなしている。
さらにまた、例えば図１Ｄに示すように、ＬＥＤ素子３が蛍光ガラス７により直接的に封止されていてもよい。この場合、入射面７ａは、蛍光ガラス７におけるＬＥＤ素子３との接触面となる。
また、前記実施形態においては、ガラス蛍光体７の出射面７ｂが平坦面であるものを示したが、湾曲面としてもよいことは勿論である。例えば、ガラス蛍光体７は、入射面７ａ及び出射面７ｂが共に湾曲形成されたレンズであってもよい。
【００４１】
また、リフレクタ部２ｂの表面に金属膜８を形成したものを示したが、例えば図２に示すように金属膜８を形成せずともよい。この場合は、リフレクタ部２ｂの表面にて光を反射させることとなる。
【００４２】
また、前記実施形態においては、蛍光ガラス７の側面７に隣接する透明媒質が空気であるものを示したが、気体以外の透明媒質が隣接するものであってもよい。例えば図３に示すように、透明樹脂９ａが側面７に隣接していてもよい。要は、ガラス蛍光体７よりも低い屈折率の透明媒質が配置されていればよいのである。
【００４３】
また、前記実施形態においては、蛍光ガラス７の母体として、Ｓｂ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系の硼酸系ガラスを用いたものを示したが、リン酸系ガラスやフッ化物ガラスを用いてもよい。具体的には、Ｂｉ２Ｏ３−ＧｅＯ２系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＣａＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス等の低融点ガラスを例示することができる。
【００４４】
さらに、前記実施形態の蛍光ガラス７の発光中心として、Ｙｂイオン及びＮｄイオンを例示したが、例えばＴｍイオン、Ｅｒイオン、Ｄｙイオン、Ｐｒイオン等の希土類イオンを用いることができる。希土類イオンはそれぞれ発光波長が異なることから、発光装置１の用途に応じて希土類イオンを選択すればよい。
【００４５】
さらに、ＬＥＤ素子３の配光特性を勘案し、発光装置１における所望の配光特性が実現できるように、希土類イオン濃度や母体ガラスの組成を適宜変化させることが可能である。
【００４６】
また、前記実施形態では、光源としてＬＥＤ素子を用いたものを示したが、例えばＬＤ素子のような他の発光素子を用いてもよいし、例えば蛍光体とＬＥＤ素子が一体化した白色ＬＥＤを用いてもよく、その他、具体的な細部構成は適宜に変更可能である。
【００４７】
以下、図４から図１０を参照して本発明の実施例及び比較例を説明する。図４は実施例を示す発光装置の模式断面図であり、図５は比較例を示す発光装置の模式断面図である。
【００４８】
図４に示すように、実施例１の発光装置１０１として、光源としての白色ＬＥＤ１０３と、白色ＬＥＤ１０３から発せられる光が入射する入射面１０７ａ及び波長変換された光を出射する出射面１０７ｂを有するガラス蛍光体１０７と、を備えたものを作製した。入射面１０７ａ及び出射面１０７ｂは、それぞれ平坦な円形であり、互いに平行である。すなわち、この蛍光ガラス１０７の光軸１０７ｄは、入射面１０７ａ及び出射面１０７ｂの円の中心を通る法線である。また、ガラス蛍光体１０７の側面１０７ｃは、全面にわたって光軸に対して３０度傾斜している。蛍光ガラス１０７の母体はＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなり、発光中心はＹｂ３＋及びＮｄ３＋となっている。尚、白色ＬＥＤ１０３と蛍光ガラス１０７との間には、透明樹脂１０６を充填した。
【００４９】
また、図５に示すように、比較例の発光装置２０１として、実施例１の発光装置１０１と形状が異なる蛍光ガラス２０７を備えたものを作製した。この蛍光ガラス２０７は、出射面２０７ｂの形状は実施例１と同じだが、入射面２０７ａが出射面２０７ｂと同形状に形成され、側面２０７ｃは光軸２０７ｄに対して傾斜していない。その他の構成は実施例１と同様である。
【００５０】
ここで、実施例１の発光装置１０１も比較例の発光装置２０１も、蛍光体ガラス１０７は、Ｙｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％、Ｎｄ２Ｏ３を４．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４７．０ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４７．０ｍｏｌ％、Ｓｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％として作製した。
【００５１】
図６は、横軸をＬＥＤ素子の電流とし、縦軸を発光装置から発せられた光の出力とした、実施例及び比較例の発光装置に関するグラフである。当該光の出力は、１０２０ｎｍの波長で測定した。尚、測定にあたり、実施例１及び比較例の発光装置を開口を有する金属ケース内に固定し、光が金属ケースから外部へ漏れないようにして光量を測定した。尚、光量の測定は、光軸を中心とした所定範囲で行った。
【００５２】
図６に示すように、実施例１の発光装置１０１は、比較例の発光装置２０１よりも発光強度が大きくなった。具体的には、電流の大きさによらず、発光強度が約１．８倍となっている。これにより、蛍光ガラスの側面は光軸に対して傾斜させると発光強度が向上することが理解される。
【００５３】
さらに、実施例１の蛍光ガラス１０７及び比較例の蛍光ガラス２０７に加え、側面の傾斜角を１５度とした実施例２の蛍光ガラスと、４５度とした実施例３の蛍光ガラスを作成した。そして、蛍光ガラス単体で、実施例１〜３及び比較例の蛍光ガラスの入射面に光を入射して発光強度の測定を行った。入射面には、蛍光ガラスと十分に離隔させたＬＥＤ素子から発せられる光を、蛍光ガラスの直前に配置された金属製の板状部材に形成された円形孔を通じて入射させた。
【００５４】
図７は、横軸を光軸からの水平距離とし、縦軸を発光強度とした比較例及び実施例１〜３の発光装置に関するグラフである。図７に示すように、蛍光ガラスの側面の傾斜角が０度（比較例）、１５度（実施例２）及び３０度（実施例１）の場合、光軸上に発光強度のピークがある。しかし、４５度（実施例３）の場合、光軸上が最大強度とはならず、光軸から離れた位置に発光強度のピークが現れた。
【００５５】
図８は、横軸を傾斜角とし、縦軸を発光強度とした発光装置に関するグラフである。前述の実施例１〜３（３０度、１５度、４５度）及び比較例（０度）を含んで、０度から４５度まで５度刻みで発光強度を調べた。尚、光量の測定は、光軸を中心とした所定範囲で行った。
【００５６】
図８に示すように、この蛍光ガラスでは、傾斜角が１５度以上で発光強度の向上が顕著であり、特に３０度以上３５度以下で発光強度が極めて大きくなることが判明した。また、５度刻みのデータなので正確な臨界角度は不明であるが、３０度を超えて３５度からは発光強度が低下しており、３０度と３５度の間に臨界角度が存在するものと推察される。そして、臨界角度を超えた領域では、図７に示すように発光強度のピークが光軸上から離隔していくものと推察される。
【００５７】
次に、図９に示すように、実施例１〜３の発光装置１０１における蛍光ガラス１０７の側面１０７ｃに金属膜１０９を蒸着に形成し、金属膜１０９の有無で光強度がどの程度変化するのか調べた。ここで、金属膜１０９の材質はアルミニウムとした。図１０は、実施例１と実施例４の発光装置で測定されたＬＥＤ素子の電流と発光装置から発せられた光の出力のグラフである。光の出力は、１０２０ｎｍの波長で測定した。
【００５８】
図１０に示すように、金属１０９を形成すると、形成しない場合と比べて発光強度が低下することが判明した。これは、金属膜１０９の表面を利用した反射であると、屈折率差を利用した全反射と比較して損失が大きいためである。従って、傾斜面が形成された蛍光ガラスでは、屈折率差を利用した全反射の方が好ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 発光装置
２ ケース
２ａ 凹部
２ｂ リフレクタ部
３ ＬＥＤ素子
４ 第１リード
５ 第２リード
６ 封止樹脂
７ 蛍光ガラス
７ａ 入射面
７ｂ 出射面
７ｃ 側面
７ｄ 光軸
８ 金属膜
９ 空隙
９ａ 透明樹脂
１０１ 発光装置
１０３ ＬＥＤ素子
１０６ 封止樹脂
１０７ 蛍光ガラス
１０７ａ 入射面
１０７ｂ 出射面
１０７ｃ 側面
１０７ｄ 光軸
２０１ 発光装置
１０３ ＬＥＤ素子
１０６ 封止樹脂
１０９ 金属膜
２０７ 蛍光ガラス
２０７ａ 入射面
２０７ｂ 出射面
２０７ｃ 側面
２０７ｄ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ素子等の発光素子を用いた発光装置として、蛍光体粒子を発光素子の封止材等のような透明材に含有させるものが知られている。しかし、樹脂、ガラス等に蛍光体粒子を含有させると、透明材と蛍光体粒子の比重が異なることから、蛍光体粒子を透明材に均一に分散させることは困難である。これにより、透明材から取り出される光に色むらが生じるという問題点があった。
【０００３】
この問題を解消するため、蛍光体粒子を用いることなく、発光中心として希土類イオンを含む蛍光ガラスを用いることが、本願発明者らにより提案されている（例えば、特許文献１参照）。この蛍光ガラスによれば、光の色むらを低減することができるし、蛍光体粒子と透明材の混合工程等が不要となることから製造コストを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０５５８３１号のパンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のような希土類イオンを発光中心とする蛍光ガラスについては、蛍光体粒子が分散された状態のガラスや、希土類イオンが含まれない透明なガラスとは光学的挙動が異なる。蛍光体粒子が分散された状態のガラスでは、蛍光体粒子とガラスとの界面で反射及び屈折するために、希土類イオンとガラス母体との間で反射及び屈折しない蛍光ガラスとは光学的挙動が全く異なる。また、希土類イオンが含まれない透明なガラスも、ガラス内の光は基本的に直進するために、ガラス内で希土類イオンにおける励起光の吸収及び波長変換光の等方的な放射が存在する蛍光ガラスとは光学的挙動が全く異なる。しかしながら、希土類イオンを含む蛍光ガラスの光学的挙動については明らかになっていない。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蛍光ガラスの光学的挙動を活かした発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明では、光源と、母体に発光中心をなす希土類イオンが含まれ、前記光源から発せられる光が入射する入射面と、波長変換された光を出射する出射面と、を有するガラス蛍光体と、を備え、前記ガラス蛍光体は、側面の少なくとも一部が、入射側から出射側へ向かって拡がるよう光軸に対して傾斜する傾斜面をなす発光装置が提供される。
【０００８】
上記発光装置において、前記傾斜面の外側に隣接し、前記波長変換された光に対して透明な透明媒質が配置され、前記ガラス蛍光体内にて前記傾斜面へ入射する光は、前記ガラス蛍光体と前記透光材の屈折率の差により全反射してもよい。
【０００９】
上記発光装置において、前記傾斜面の傾斜角を光軸と平行な状態から増大させていくと、傾斜角が所定の臨界角度以下では光軸上の発光強度が最も高くなり、傾斜角が所定の臨界角度を超えると発光強度の最も高い位置が光軸から離れていってもよい。
【００１０】
上記発光装置において、前記傾斜面の傾斜角が、前記所定の臨界角度以下であってもよい。
【００１１】
上記発光装置において、前記傾斜面の傾斜角が、前記所定の臨界角度を超えていてもよい。
【００１２】
上記発光装置において、前記光源は、半導体発光素子であり、前記ガラス蛍光体は、前記半導体発光素子を封止してもよい。
【００１３】
上記発光装置において、前記ガラス蛍光体の発光中心は、Ｙｂイオン及びＮｄイオンであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蛍光ガラスの光学的挙動を活かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態を示す発光装置の模式断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図２】図２は、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図３】図３は、変形例を示す発光装置の模式断面図である。
【図４】図４は、実施例を示す発光装置の模式断面図である。
【図５】図５は、比較例を示す発光装置の模式断面図である。
【図６】図６は、横軸をＬＥＤ素子の電流とし、縦軸を発光装置から発せられた光の出力とした、実施例及び比較例の発光装置に関するグラフである。
【図７】図７は、横軸を光軸からの水平距離とし、縦軸を発光強度とした比較例及び実施例１〜３の発光装置に関するグラフである。
【図８】図８は、横軸を傾斜角とし、縦軸を発光強度とした発光装置に関するグラフである。
【図９】図９は、実施例を示す発光装置の模式断面図である。
【図１０】図１０は、横軸を光軸からの水平距離とし、縦軸を発光強度とし、側面に金属膜を形成した実施例１〜３の発光装置に関するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１Ａは本発明の一実施形態を示す発光装置の模式断面図である。
【００１７】
図１Ａに示すように、この発光装置１は、上方を開口した凹部２ａが形成されたケース２を有し、当該凹部２ａ内にＬＥＤ素子３がフリップチップ実装されている。凹部２ａはＬＥＤ素子３を包囲するリフレクタ部２ｂにより形成され、凹部２ａの底部にはＬＥＤ素子３への電力供給のための金属からなる第１リード４及び第２リード５が配置されている。また、凹部２ａの下部には、ＬＥＤ素子３を封止する封止樹脂６が充填されている。さらに、凹部２ａ内の封止樹脂６の上側には、蛍光ガラス７が配置されている。
【００１８】
この発光装置１は、８５０ｎｍ〜１２２０ｎｍ程度の赤外光を発することができる。この波長領域は、生体の透過性が高いので、例えば、医療分野、生体観察分野等の光源として用いると好適である。特に、９００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域がカバーされるので、脂肪、水分等に起因する吸収スペクトルが存在し、農業・食品分野における光源として有用である。
【００１９】
ケース２は樹脂からなり、全体として略直方体状を呈し、各リード４，５が凹部２ａの底面の一部をなすとともに、ケース２の樹脂が凹部２ａの底面の他部をなしている。リフレクタ部２ｂの内周面は、上方へ向かって拡がるよう形成され、滑らかな曲面状となっている。本実施形態においては、リフレクタ部２ｂは、平面視にて円形に形成されている。
【００２０】
また、リフレクタ部２ｂの内周面には、金属膜８が形成されている。金属膜８は、例えばアルミニウムのような反射率が比較的高い金属からなる。金属膜８は、例えば蒸着等により形成されている。
【００２１】
第１リード４と第２リード５は、例えば、銀メッキが施された導電性の金属からなる。第１リード４及び第２リード５は、所定の厚さ寸法及び幅寸法で形成されており、長手方向端部がケース２の凹部２ａ内に位置している。また、第１リード４及び第２リード５は、ケース２の外側まで延び、図示しない外部接続端子と電気的に接続される。
【００２２】
ＬＥＤ素子３は、基板と、半導体層と、半導体層に接続されたｐ電極及びｎ電極とから構成される。ｐ電極及びｎ電極は、各リード４，５にそれぞれ電気的に接続される。本実施形態においては、ＬＥＤ素子３はフリップチップ型であり、ｐ電極が第１リード４に、ｎ電極が第２リード５に接続される。
【００２３】
本実施形態においては、基板はサファイアからなり、半導体層はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の式で表される半導体からなる。ＬＥＤ素子３は、例えばピーク波長が５８５ｎｍで、半値幅が５０ｎｍの光を発する。
【００２４】
封止樹脂６は、各リード４，５にＬＥＤ素子３を実装した後、凹部２ｂ内に充填される。封止樹脂６の材質は任意であり、例えば、シリコーン系の樹脂や、エポキシ系の樹脂が用いられる。
【００２５】
蛍光ガラス７は、封止樹脂６の上側に配置され、封止樹脂６を介してＬＥＤ素子３の光が入射する入射面７ａと、波長変換された光を出射する出射面７ｂと、を有している。本実施形態においては、入射面７ａは平坦な円形に形成され、封止樹脂６の上面と接触している。また、出射面７ｂは平坦な円形に形成され、ケース２の上面と高さが合わせられている。入射面７ａ及び出射面７ｂは、平面視にて同心円をなし、蛍光ガラス７の光軸７ｄは、入射面７ａ及び出射面７ｂの中心をそれぞれ通る法線である。ここで、光軸７ｄとは、光学系において系全体を通過する光束の代表となる仮想的な光線を指す。多くの場合はレンズ、光学素子等の回転対称軸と一致し、例えば１枚のレンズでは前後２面の曲率中心を結ぶ直線となる。
【００２６】
また、蛍光ガラス７は、側面７ｃが入射側から出射側へ向かって拡がるように、光軸７ｄに対して傾斜する傾斜面をなしている。希土類イオンが発光中心の蛍光ガラス７では、傾斜面の傾斜角を光軸７ｄと平行な状態から増大させていくと、傾斜角が所定の臨界角度以下では光軸７ｄ上の発光強度が最も高くなり、傾斜角が所定の臨界角度を超えると発光強度の最も高い位置が光軸７ｄから離れていく。本実施形態においては、側面７ｃの傾斜角は臨界角度以下に設定されている。尚、臨界角度は蛍光ガラス７の屈折率等の条件によって変化する。本実施形態においては、臨界角度を考慮して側面７ｃの傾斜角が３０度とされている。
【００２７】
また、側面７ｃは、リフレクタ部２ｂ表面の金属膜８と、上下にわたって一定の間隔で離隔するよう形成されている。すなわち、蛍光体ガラス７の側面７ｃと、リフレクタ部２ｂの間には、空隙９が形成されている。空隙９には、透明媒質としての空気が充填されている。空気の屈折率は、蛍光ガラス７の屈折率よりも低い。
【００２８】
蛍光ガラス７は、ガラスからなる母体と、この母体に含まれる発光中心を有している。ここでいう「発光中心」とは、母体材料中に存在し発光を示す構造であるが、母体材料とは実質的に１つの材料を構成しているものをいい、樹脂、ガラス等からなる透明材中に含有された蛍光体粒子とは異なるものである。すなわち、樹脂、ガラス等からなる透明材中に蛍光体粒子を含有させた場合、樹脂、ガラス等からなる透明材と蛍光体粒子とは、材料として別個のものであり、１つの材料を構成しているとはいえない。
【００２９】
具体的に、蛍光ガラス７の母体はＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなり、発光中心はＹｂ３＋及びＮｄ３＋となっている。蛍光ガラス７は、ＬＥＤ素子３から発せられた光により励起されると、９００ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外光を発する。蛍光ガラス７は、Ｙｂ２Ｏ３粉末と、Ｎｄ２Ｏ３粉末と、Ｂｉ２Ｏ３粉末と、Ｈ３ＢＯ３粉末と、を混合して溶融した後、冷却することにより作製される。ここで、１０００℃を超えるとＢｉ３＋が還元されるため、１０００℃超に加熱して溶融する場合は、さらにＳｂ２Ｏ３粉末を添加して、Ｂｉ３＋の還元作用を抑制してもよい。尚、Ｙｂ２Ｏ３の濃度が４．０ｍｏｌ％以下、かつ、Ｎｄ２Ｏ３の濃度が５．０ｍｏｌ％以下であれば、１０００℃で蛍光ガラス７が溶融することが確認されている。
【００３０】
この蛍光ガラス７は、４５０ｎｍから８００ｎｍにわたって励起される。従って、ＬＥＤ素子３は、４５０ｎｍから８００ｎｍの波長域で発光するものであれば、蛍光ガラス７を励起することができる。また、この蛍光ガラス７の励起スペクトルは、複数のピークを有しており、特に５３０ｎｍ付近、５８５ｎｍ付近、６８５ｎｍ付近、７５０ｎｍ付近の励起効率が優れている。この中でも、５８５ｎｍ付近の励起効率が最も優れており、本実施形態のＬＥＤ素子３のピーク波長が５８５ｎｍであることから、励起効率の良いＬＥＤ素子３と蛍光ガラス７の組合せとなっている。
【００３１】
以上のように構成された発光装置１は、各リード４，５に電圧を印加すると、ＬＥＤ素子３からピーク波長が５８５ｎｍで半値幅が５０ｎｍの黄色光が発せられる。ＬＥＤ素子３から発せられた光は、封止樹脂６を介して入射面７ａから蛍光ガラス７へ入射する。蛍光ガラス７へ入射した黄色光は、蛍光ガラス７内で赤外光に波長変換された後、出射面７ｂから出射される。赤外光は、例えばピーク波長が１０２０ｎｍで半値幅が１００ｎｍである。
【００３２】
ここで、蛍光ガラス７の内部では発光中心をなす希土類イオンが母体のガラス中に均一に含まれており、蛍光体のみからなるガラス内部の全領域で同様に波長変換が行われる。すなわち、蛍光体を粒子とし透明材に含有させた従来の発光装置のように、粒子の分布状態に応じて色むらが生じるようなことはない。
【００３３】
また、蛍光ガラス７内で希土類イオンへ励起光が入射すると、励起光が希土類イオンに吸収されて、希土類イオンから放射状に波長変換光が放射される。これは、従来のように蛍光体を粒子として透明材に含有させたものや、希土類イオンが含まれない透明なガラスと全く異質な光学的挙動である。すなわち、蛍光体粒子が分散していると、蛍光体粒子と透明材との界面で反射及び屈折するため、波長変換作用の他に光の拡散作用が生じてしまう。また、希土類イオンが含まれない場合は、ガラス内の光は基本的には直進する。
【００３４】
そして、蛍光ガラス７の側面７ｃを光軸７ｄに対して傾斜させたので、蛍光ガラス７の出射面７ｂから発せられる出射光の強度を向上させることができる。これは、希土類イオンを発光中心とする蛍光ガラス７の特有の光学的挙動に基づいており、光学的挙動を活かした発光装置１となっている。
【００３５】
尚、側面７ｃが臨界角度までであれば光軸７ｄ上の発光強度が最も大きくなるが、側面７ｃを光軸７ｄに対して臨界角度を超えて傾斜させると、発光強度のピークは光軸７ｄから離隔していく。従って、光軸７ｄの直上の発光強度の大きさを重視するなら臨界角度以下が好適であるが、光軸７ｄから離隔した位置においても十分な強度が得られるような、より均一な配光特性を得るならば臨界角度を超えた方が好適である。従って、側面７ｄを光軸７ｄに対して臨界角度を超えるよう傾斜させても、蛍光ガラス７の光学的挙動を活かすことができる。
【００３６】
また、本実施形態の発光装置１によれば、側面７ｃの傾斜角によって、簡単容易に光学的な設計を行うことができる。従来のように、蛍光体粒子を透明材に分散させた場合は、透明材の形状に加えて、蛍光体粒子の分散状態によっても光学的挙動が変化するため、設計が容易でないし、製造される発光装置のよって光学特性がばらついてしまう。
【００３７】
さらに、側面７ｃの外側に空隙９を設け、傾斜面の外側に隣接して屈折率の低い透明媒質としての空気が配置されるようにしたので、ガラス蛍光体７内にて側面７ｃへ入射する光は、ガラス蛍光体７と空気の屈折率の差により全反射する。これにより、例えば側面７ｃに直接的に金属膜を形成する場合と比べて、光の取り出し効率を高くすることができる。
【００３８】
さらにまた、リフレクタ部２ｂの表面に金属膜８を形成したので、ガラス蛍光体７から空隙９へ漏れた光については、金属膜８を利用して反射してガラス蛍光体７へ再入射させることができる。これにより、光の取り出し効率をさらに高くすることができる。
【００３９】
尚、前記実施形態においては、側面７ｃの全てを傾斜面としたものを示したが、少なくとも一部が傾斜面であれば光の取り出し効率を向上させることができる。また、側面７ｃの傾斜を光軸７ｄに対して３０度としたものを示したが、傾斜角は任意である。尚、傾斜による光の取り出し効率の向上は、前記の各材料の組み合わせであれば、１５度以上で顕著となる。
また、前記実施形態においては、蛍光ガラス７の側面７ｃと、ケース２のリフレクタ部２ｂの表面とが同じ角度に傾斜しているものを図示しているが、側面７ｃとリフレクタ部２ｂの表面の傾斜角度は任意である。また、リフレクタ部２ｂは光軸に対して傾斜せずに平行であってもよい。
さらに、前記実施形態においては、蛍光ガラス７の側面７ｃと、ケース２のリフレクタ部２ｂとが比較的近接している状態を図示しているが、両者が大きく離隔した状態であっても差し支えない。両者の距離を十分に確保することで、空隙９へ漏れた光につき、発光装置１から取り出されるまでのリフレクタ部２ｂの表面での反射回数を減らすことができる。
【００４０】
また、前記実施形態においては、入射面７ａが平坦なものを示したが、例えば図１Ｂに示すように湾曲していてもよい。図１Ｂにおいては、ＬＥＤ素子３を包囲する半楕円状に形成されている。
さらに、例えば図１Ｃに示すように、入射面７ａが複数の平坦面からなっていてもよい。図１Ｃにおいては、入射面７ａは下方を開口し、ケース２の凹部２ａの底部とともに正六面体をなしている。
さらにまた、例えば図１Ｄに示すように、ＬＥＤ素子３が蛍光ガラス７により直接的に封止されていてもよい。この場合、入射面７ａは、蛍光ガラス７におけるＬＥＤ素子３との接触面となる。
また、前記実施形態においては、ガラス蛍光体７の出射面７ｂが平坦面であるものを示したが、湾曲面としてもよいことは勿論である。例えば、ガラス蛍光体７は、入射面７ａ及び出射面７ｂが共に湾曲形成されたレンズであってもよい。
【００４１】
また、リフレクタ部２ｂの表面に金属膜８を形成したものを示したが、例えば図２に示すように金属膜８を形成せずともよい。この場合は、リフレクタ部２ｂの表面にて光を反射させることとなる。
【００４２】
また、前記実施形態においては、蛍光ガラス７の側面７に隣接する透明媒質が空気であるものを示したが、気体以外の透明媒質が隣接するものであってもよい。例えば図３に示すように、透明樹脂９ａが側面７に隣接していてもよい。要は、ガラス蛍光体７よりも低い屈折率の透明媒質が配置されていればよいのである。
【００４３】
また、前記実施形態においては、蛍光ガラス７の母体として、Ｓｂ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系の硼酸系ガラスを用いたものを示したが、リン酸系ガラスやフッ化物ガラスを用いてもよい。具体的には、Ｂｉ２Ｏ３−ＧｅＯ２系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＣａＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス等の低融点ガラスを例示することができる。
【００４４】
さらに、前記実施形態の蛍光ガラス７の発光中心として、Ｙｂイオン及びＮｄイオンを例示したが、例えばＴｍイオン、Ｅｒイオン、Ｄｙイオン、Ｐｒイオン等の希土類イオンを用いることができる。希土類イオンはそれぞれ発光波長が異なることから、発光装置１の用途に応じて希土類イオンを選択すればよい。
【００４５】
さらに、ＬＥＤ素子３の配光特性を勘案し、発光装置１における所望の配光特性が実現できるように、希土類イオン濃度や母体ガラスの組成を適宜変化させることが可能である。
【００４６】
また、前記実施形態では、光源としてＬＥＤ素子を用いたものを示したが、例えばＬＤ素子のような他の発光素子を用いてもよいし、例えば蛍光体とＬＥＤ素子が一体化した白色ＬＥＤを用いてもよく、その他、具体的な細部構成は適宜に変更可能である。
【００４７】
以下、図４から図１０を参照して本発明の実施例及び比較例を説明する。図４は実施例を示す発光装置の模式断面図であり、図５は比較例を示す発光装置の模式断面図である。
【００４８】
図４に示すように、実施例１の発光装置１０１として、光源としての白色ＬＥＤ１０３と、白色ＬＥＤ１０３から発せられる光が入射する入射面１０７ａ及び波長変換された光を出射する出射面１０７ｂを有するガラス蛍光体１０７と、を備えたものを作製した。入射面１０７ａ及び出射面１０７ｂは、それぞれ平坦な円形であり、互いに平行である。すなわち、この蛍光ガラス１０７の光軸１０７ｄは、入射面１０７ａ及び出射面１０７ｂの円の中心を通る法線である。また、ガラス蛍光体１０７の側面１０７ｃは、全面にわたって光軸に対して３０度傾斜している。蛍光ガラス１０７の母体はＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスからなり、発光中心はＹｂ３＋及びＮｄ３＋となっている。尚、白色ＬＥＤ１０３と蛍光ガラス１０７との間には、透明樹脂１０６を充填した。
【００４９】
また、図５に示すように、比較例の発光装置２０１として、実施例１の発光装置１０１と形状が異なる蛍光ガラス２０７を備えたものを作製した。この蛍光ガラス２０７は、出射面２０７ｂの形状は実施例１と同じだが、入射面２０７ａが出射面２０７ｂと同形状に形成され、側面２０７ｃは光軸２０７ｄに対して傾斜していない。その他の構成は実施例１と同様である。
【００５０】
ここで、実施例１の発光装置１０１も比較例の発光装置２０１も、蛍光体ガラス１０７は、Ｙｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％、Ｎｄ２Ｏ３を４．０ｍｏｌ％、Ｂｉ２Ｏ３を４７．０ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３を４７．０ｍｏｌ％、Ｓｂ２Ｏ３を１．０ｍｏｌ％として作製した。
【００５１】
図６は、横軸をＬＥＤ素子の電流とし、縦軸を発光装置から発せられた光の出力とした、実施例及び比較例の発光装置に関するグラフである。当該光の出力は、１０２０ｎｍの波長で測定した。尚、測定にあたり、実施例１及び比較例の発光装置を開口を有する金属ケース内に固定し、光が金属ケースから外部へ漏れないようにして光量を測定した。尚、光量の測定は、光軸を中心とした所定範囲で行った。
【００５２】
図６に示すように、実施例１の発光装置１０１は、比較例の発光装置２０１よりも発光強度が大きくなった。具体的には、電流の大きさによらず、発光強度が約１．８倍となっている。これにより、蛍光ガラスの側面は光軸に対して傾斜させると発光強度が向上することが理解される。
【００５３】
さらに、実施例１の蛍光ガラス１０７及び比較例の蛍光ガラス２０７に加え、側面の傾斜角を１５度とした実施例２の蛍光ガラスと、４５度とした実施例３の蛍光ガラスを作成した。そして、蛍光ガラス単体で、実施例１〜３及び比較例の蛍光ガラスの入射面に光を入射して発光強度の測定を行った。入射面には、蛍光ガラスと十分に離隔させたＬＥＤ素子から発せられる光を、蛍光ガラスの直前に配置された金属製の板状部材に形成された円形孔を通じて入射させた。
【００５４】
図７は、横軸を光軸からの水平距離とし、縦軸を発光強度とした比較例及び実施例１〜３の発光装置に関するグラフである。図７に示すように、蛍光ガラスの側面の傾斜角が０度（比較例）、１５度（実施例２）及び３０度（実施例１）の場合、光軸上に発光強度のピークがある。しかし、４５度（実施例３）の場合、光軸上が最大強度とはならず、光軸から離れた位置に発光強度のピークが現れた。
【００５５】
図８は、横軸を傾斜角とし、縦軸を発光強度とした発光装置に関するグラフである。前述の実施例１〜３（３０度、１５度、４５度）及び比較例（０度）を含んで、０度から４５度まで５度刻みで発光強度を調べた。尚、光量の測定は、光軸を中心とした所定範囲で行った。
【００５６】
図８に示すように、この蛍光ガラスでは、傾斜角が１５度以上で発光強度の向上が顕著であり、特に３０度以上３５度以下で発光強度が極めて大きくなることが判明した。また、５度刻みのデータなので正確な臨界角度は不明であるが、３０度を超えて３５度からは発光強度が低下しており、３０度と３５度の間に臨界角度が存在するものと推察される。そして、臨界角度を超えた領域では、図７に示すように発光強度のピークが光軸上から離隔していくものと推察される。
【００５７】
次に、図９に示すように、実施例１〜３の発光装置１０１における蛍光ガラス１０７の側面１０７ｃに金属膜１０９を蒸着に形成し、金属膜１０９の有無で光強度がどの程度変化するのか調べた。ここで、金属膜１０９の材質はアルミニウムとした。図１０は、実施例１と実施例４の発光装置で測定されたＬＥＤ素子の電流と発光装置から発せられた光の出力のグラフである。光の出力は、１０２０ｎｍの波長で測定した。
【００５８】
図１０に示すように、金属１０９を形成すると、形成しない場合と比べて発光強度が低下することが判明した。これは、金属膜１０９の表面を利用した反射であると、屈折率差を利用した全反射と比較して損失が大きいためである。従って、傾斜面が形成された蛍光ガラスでは、屈折率差を利用した全反射の方が好ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 発光装置
２ ケース
２ａ 凹部
２ｂ リフレクタ部
３ ＬＥＤ素子
４ 第１リード
５ 第２リード
６ 封止樹脂
７ 蛍光ガラス
７ａ 入射面
７ｂ 出射面
７ｃ 側面
７ｄ 光軸
８ 金属膜
９ 空隙
９ａ 透明樹脂
１０１ 発光装置
１０３ ＬＥＤ素子
１０６ 封止樹脂
１０７ 蛍光ガラス
１０７ａ 入射面
１０７ｂ 出射面
１０７ｃ 側面
１０７ｄ 光軸
２０１ 発光装置
１０３ ＬＥＤ素子
１０６ 封止樹脂
１０９ 金属膜
２０７ 蛍光ガラス
２０７ａ 入射面
２０７ｂ 出射面
２０７ｃ 側面
２０７ｄ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
母体に発光中心をなす希土類イオンが含まれ、前記光源から発せられる光が入射する入射面と、波長変換された光を出射する出射面と、を有するガラス蛍光体と、を備え、
前記ガラス蛍光体は、側面の少なくとも一部が、入射側から出射側へ向かって拡がるよう光軸に対して傾斜する傾斜面をなす発光装置。
【請求項２】
前記傾斜面の外側に隣接し、前記波長変換された光に対して透明な透明媒質が配置され、
前記ガラス蛍光体内にて前記傾斜面へ入射する光は、前記ガラス蛍光体と前記透光材の屈折率の差により全反射する請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記傾斜面の傾斜角を光軸と平行な状態から増大させていくと、傾斜角が所定の臨界角度以下では光軸上の発光強度が最も高くなり、傾斜角が所定の臨界角度を超えると発光強度の最も高い位置が光軸から離れていく請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記傾斜面の傾斜角が、前記所定の臨界角度以下である請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記傾斜面の傾斜角が、前記所定の臨界角度を超えている請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記光源は、半導体発光素子であり、
前記ガラス蛍光体は、前記半導体発光素子を封止する請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記ガラス蛍光体の発光中心は、Ｙｂイオン及びＮｄイオンである請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１】
光源と、
母体に発光中心をなす希土類イオンが含まれ、前記光源から発せられる光が入射する入射面と、波長変換された光を出射する出射面と、を有するガラス蛍光体と、を備え、
前記ガラス蛍光体は、側面の少なくとも一部が、入射側から出射側へ向かって拡がるよう光軸に対して傾斜する傾斜面をなす発光装置。
【請求項２】
前記傾斜面の外側に隣接し、前記波長変換された光に対して透明な透明媒質が配置され、
前記ガラス蛍光体内にて前記傾斜面へ入射する光は、前記ガラス蛍光体と前記透光材の屈折率の差により全反射する請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記傾斜面の傾斜角を光軸と平行な状態から増大させていくと、傾斜角が所定の臨界角度以下では光軸上の発光強度が最も高くなり、傾斜角が所定の臨界角度を超えると発光強度の最も高い位置が光軸から離れていく請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記傾斜面の傾斜角が、前記所定の臨界角度以下である請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記傾斜面の傾斜角が、前記所定の臨界角度を超えている請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記光源は、半導体発光素子であり、
前記ガラス蛍光体は、前記半導体発光素子を封止する請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記ガラス蛍光体の発光中心は、Ｙｂイオン及びＮｄイオンである請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１７８３９５（Ｐ２０１２−１７８３９５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９４７０（Ｐ２０１１−３９４７０）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（５０７１３４７１４）エルシード株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（５０７１３４７１４）エルシード株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]