線状光源装置
【課題】少ない発光素子数で均一な輝度分布を有する線状光源装置を提供する。
【解決手段】線状光源装置は、光ビーム１６を放出可能な発光点９６であって、光ビームの断面は、長軸９２と、長軸に対して垂直であり長軸の長さ以下の長さを有する短軸９４と、を有する発光点と、光ビームを導光可能な導光体２０であって、光ビームの入射面２０ａと、入射面の反対の側に設けられた導光体の端面２０ｄと、導光方向に延在した第１の面２０ｂと、第１の面とは反対の側に設けられ導光方向に延在した出射面２０ｃと、を有する導光体と、導光体の第１の面を透過した光ビームを吸収し光ビームの波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能な蛍光体層３０であって、光ビームの断面において長軸を含む直線と交差しない蛍光体層と、を備える。光ビームおよび波長変換光は、出射面から出射可能である。
【解決手段】線状光源装置は、光ビーム１６を放出可能な発光点９６であって、光ビームの断面は、長軸９２と、長軸に対して垂直であり長軸の長さ以下の長さを有する短軸９４と、を有する発光点と、光ビームを導光可能な導光体２０であって、光ビームの入射面２０ａと、入射面の反対の側に設けられた導光体の端面２０ｄと、導光方向に延在した第１の面２０ｂと、第１の面とは反対の側に設けられ導光方向に延在した出射面２０ｃと、を有する導光体と、導光体の第１の面を透過した光ビームを吸収し光ビームの波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能な蛍光体層３０であって、光ビームの断面において長軸を含む直線と交差しない蛍光体層と、を備える。光ビームおよび波長変換光は、出射面から出射可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、線状光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外光〜可視光の波長範囲の放出光と、この放出光を吸収した蛍光体が放出する波長変換光と、を混合すると、例えば白色光や電球色を得ることができる。
【０００３】
このような発光装置として、例えば、蛍光体粒子が混合され透明樹脂を含む封止層で面発光型の窒化物系発光素子のチップを覆うＳＭＤ（Surface Mounted Device:表面実装デバイス）型装置がある。面発光素子を用いると遠視野像の広がり角が大きい。このため、線状導光体などに効率良く入光できない。したがって、この導光体方式では高輝度線状光源装置の実現は困難である。この面発光素子で高輝度線状光源を実現するには、面発光素子を高密度で多数配列する必要が生じる。しかし、この方式ではツブツブの発光を完全に解消して連続な線状発光を実現することが困難である。
【０００４】
これに対して、半導体レーザ素子の光ビームの広がり角は小さい。このため、線状導光体の一方の端部に効率よく光ビームを導入することができる。このとき、導光体に沿って連続的に蛍光体層を細線状に設けて、導光している半導体レーザ光で励起する。したがって、この方式では、ツブツブではない連続な線状発光を実現できる。また、素子数も少なくできる優位点もある。しかしながら、入射側である一方の端部側で光ビームが蛍光体層に多く吸収されやすく、導光体の他方の端部へ到達する光ビーム強度が低下し、導光方向に沿って均一な輝度分布とすることが困難となる問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４３４７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
少ない発光素子数で、均一な輝度分布を有する線状光源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態にかかる線状光源装置は、光ビームを放出可能な発光点であって、前記光ビームの断面は、長軸と、前記長軸に対して垂直であり前記長軸の長さ以下の長さを有する短軸と、を有する発光点と、前記光ビームを導光可能な導光体であって、前記光ビームの入射面と、前記入射面の反対の側に設けられた前記導光体の端面と、導光方向に延在した第１の面と、前記第１の面とは反対の側に設けられ前記導光方向に延在した出射面と、を有する導光体と、前記導光体の前記第１の面を透過した前記光ビームを吸収し前記光ビームの波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能な蛍光体層であって、前記光ビームの前記断面において前記長軸を含む直線と交差しない蛍光体層と、を備え、前記光ビームおよび前記波長変換光は、前記出射面から出射可能である。
【発明の効果】
【０００８】
少ない発光素子数で、均一な輝度分布を有する線状光源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図１（ｂ）はＦ−Ｆ線に沿った光ファイバーの断面図、図１（ｃ）はＡ−Ａ線に沿った導光体の模式断面図、図１（ｄ）はＢ−Ｂ線に沿った導光体端部の模式断面図、である。
【図２】図２（ａ）は第２の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った導光体の模式断面図、図２（ｃ）は光ビームの遠視野像を説明する模式図、図２（ｄ）はＣＡＮ型パッケージのレーザ装置を部分切断した模式斜視図、である。
【図３】第１および第２の実施形態にかかる線状光源装置の輝度分布を示すグラフ図である。
【図４】図４（ａ）は比較例にかかる線状光源装置の光ビームの広がりを示す模式図、図４（ｂ）はその模式断面図、図４（ｃ）は比較例にかかる線状光源装置の輝度分布を示すグラフ図、である。
【図５】図５（ａ）は第２の実施形態の第１変形例の線状光源装置の模式断面図、図５（ｂ）は第２変形例の模式断面図、図５（ｃ）は第３変形例の模式断面図、である。
【図６】図６（ａ）は第３の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った部分模式断面図、である。
【図７】図７（ａ）は垂直方向半値半角が１５度、図７（ｂ）は半値半角が１０度、図７（ｃ）は半値半角が５度、図７（ｄ）は半値半角が２度、の光ビームのＦＦＰを示す。
【図８】図８（ａ）はｚ方向の位置を規格化するための矩形断面導光体の単位長、図８（ｂ）は円形出射面の導光体の単位長、を説明する模式断面図である。
【図９】図９は、ｚ方向位置に対する励起光の輝度依存性を示すグラフ図であり、図９（ａ）は垂直方向半値半角が１５度、図９（ｂ）は半値半角が１０度、図９（ｃ）は半値半角が５度、図９（ｄ）は半値半角が２度、における相対輝度を示すグラフ図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施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線状光源装置の模式斜視図、図１（ｂ）はＦ−Ｆ線に沿った光ファイバーの断面図、図１（ｃ）はＡ−Ａ線に沿った導光体の模式断面図、図１（ｄ）はＢ−Ｂ線に沿った端部の模式断面図、である。
線状光源装置は、光ファイバー９０の出射端面に設けられた発光点９６と、導光体２０と、蛍光体層３０と、を少なくとも有している。
【００１１】
導光体２０は、発光点９６からの光ビーム１６の入射面２０ａと、導光方向２２に延在した第１の面２０ｂと、第１の面２０ｂとは反対の側に設けられ導光方向２２に延在した出射面２０ｃと、入射面２０ａとは反対の側となる導光体２０の端面２０ｄと、側面２０ｅと、側面２０ｆと、を有する。導光体２０は、光ビーム１６を反射しつつ、その延在する方向に導光可能である。導光体２０を、例えば、透明樹脂（屈折率：１．４〜１．８）やガラスなどの透光性材料からなるものとすると、空気などとの界面で全反射により光ビーム１６を導光できる。
【００１２】
図１（ｂ）のように、光ファイバー９０は、コア９０ａと、クラッド９０ｂと、を有する。例えば発光素子１０からの放出光は、光ファイバー９０の一方の端面から入射し、他方の端面（出射端面）から出射する。すなわち、出射端面のうちコア９０ａの近傍が発光点９６となる。第１の実施形態において、発光点９６から放出される光ビーム１６の断面は、長軸９２と、長軸９２に対して垂直であり長軸９２の長さ以下の長さを有する短軸９４と、を有するものとする。
【００１３】
蛍光体層３０は、導光体２０の第１の面２０ｂを透過した光ビーム１６を吸収し光ビーム１６の波長よりも長い波長を有する波長変換光ｇ２を放出可能である。光ビーム１６がＩｎＧａＡｌＮ系材料を含むものとすると、光ビーム１６の波長を紫外〜青色光波長範囲とできる。この場合、蛍光体層３０が黄色蛍光体を含むものとすると、混合色として擬似白色光である出射光Ｇ１を得ることができる。また、蛍光体層３０が赤色蛍光体および緑色蛍光体を含むものとしても、白色光を得ることができる。なお、蛍光体層３０を導光体２０にあらかじめ塗布する、あるいは、両者を透明両面テープなどを用いて接着すると線状光源装置の組立工程を簡素にすることができる。
【００１４】
線状光源装置は、導光体２０の反対の側となる蛍光体層３０の面にアルミニウムなどの金属からなる反射材４０を有してもよい。反射材４０は、蛍光体層３０を透過した光ビーム１６の一部ｇ１および波長変換光ｇ２を出射面２０ｃに向けて反射可能である。もし、反射材４０と蛍光体層３０との隙間を小さくできると、反射率をより高めることが容易となる。また、反射材４０は、例えば、蛍光体層３０の外側に反射率の高い硫酸バリウムなどを塗布した層とすることができる。
【００１５】
反射材４０は、図１（ｃ）のように、蛍光体層が設けられていない導光体２０の側面２０ｅ、２０ｆを覆うように設けられてもよい。このようにすると、光ビーム１６の一部を吸収して蛍光体層３０に生じた熱を、反射材４０を介して外部に放熱することが容易となる。なお、側面２０ｅ、２０ｆと、反射材４０との間に隙間を設けない場合、光ビーム１６は主として反射材４０の表面で反射され導光方向２２に沿って進む。
【００１６】
また、図１（ｃ）のように、導光方向２２に対して垂直な断面において、導光体２０は、矩形であるものとする。なお断面形状はこれに限定されるものではない。また、蛍光体層３０は、反射材４０と、矩形の導光体２０の第１の面２０ｂとの間に設けられるものとする。第１の実施形態において、蛍光体層３０は、光ビーム１６の長軸９２を含む直線と図１（ｃ）の断面において交差しないように設けられることを特徴とする。また、光ビーム１６の一部ｇ１および波長変換光ｇ２は、出射面２０ｃから出射し、混合色Ｇ１を生成可能である。
【００１７】
図１（ｄ）のように、入射面２０ａの反対の側の端面２０ｄに銀反射シートなどの反射層５０を設けると、光ビーム１６を導光方向２２とは反対の方向に向けて反射し端面２０ｄ近傍における輝度を高めることができる。また、光ビーム１６が外部に漏れることを抑制でき、安全性が高められる。
【００１８】
図２（ａ）は第２の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った導光体の模式断面図、図２（ｃ）は光ビームの遠視野像を説明する模式図、図２（ｄ）はＣＡＮ型パッケージのレーザ装置を部分切断した模式斜視図、である。
第２の実施形態では、発光装置１０から放出された光ビーム１６は、導光体２０へ入射する。発光素子１１は、基板１５の上に設けられた半導体積層体１２を含む。半導体積層体１２は、第１導電形からなる第１の層と、第２導電形からなる第２の層と、第１の層と第２の層との間に設けられた発光層１４と、を含む。すなわち、発光点９６は、発光装置１０内の発光素子１１を構成する発光層１４の側面のうちの一部の領域である。
【００１９】
発光層１４は、井戸層と障壁層とを含む多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）構造とすることができる。ＭＱＷ構造とすると、発光波長の制御や発光効率の改善が容易となる。
【００２０】
また、半導体積層体１２は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）からなるＩｎＧａＡｌＮ系材料、Ｉｎｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるＩｎＧａＡｌＰ系材料、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなるＡｌＧａＡｓ系材料などとすることができる。なお、これらの材料は、アクセプタやドナーとなる元素をさらに含んでいてもよいものとする。半導体積層体１２は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy)法などを用いて形成することができる。
【００２１】
蛍光体層３０は、発光装置１０から離れて設けられ、導光体２０の第１の面２０ｂを透過した光ビーム１６を吸収し光ビーム１６の波長よりも長い波長を有する波長変換光ｇ２を放出可能である。
【００２２】
さらに、発光素子１１がＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるものとすると、波長変換を行なうことなく、発光層のバンドギャップ波長である緑色〜赤色光の波長範囲の線状光源装置とすることができる。
【００２３】
発光素子１１は、光ビーム１６を透過可能なガラス窓を有するＣＡＮ型パッケージからなる実装部材に接着される。発光素子１１の電極と、ＣＡＮ型パッケージのリードとが、ボンディングワイヤなどで接続される。なお、実装部材は、リードフレームと一体となった樹脂成形体などであってもよい。
【００２４】
第２の実施形態の線状光源装置に用いる発光素子１１は、広がり角が小さい光ビーム１６を放出可能である。例えば、発光層１４の側面１４ｂから光ビーム１６を放出可能な半導体ＬＤ（Laser Diode)や端面発光型ＬＥＤ（Light Emitting Diode)などとすることができる。
【００２５】
図２（ａ）の発光素子１１をＬＤとすると、発光層１４の側面１４ｂは、光共振器のミラー面とすることが好ましい。光ビーム１６は、側面１４ｂに垂直な光軸１８に沿って広がりつつ放出される。光ビーム１６の断面内の光強度分布は遠視野像（Far Field Pattern)で表す。遠視野像の半値全角を広がり角と呼ぶ。このうち、発光層１４の表面１４ａに対して平行（または水平）方向の広がり角をθｈ、垂直方向の広がり角をθｖで表すものとする。
【００２６】
ＬＤの場合、垂直（長軸）方向では発光層１４とクラッド層との間で屈折率を制御して光を閉じ込める。また、水平（短軸）方向では、リッジ導波路などを設け横方向のモードを制御する。このように、垂直方向と、水平方向では、光閉じ込め構造が異なる。一般に、発光層１４は約０．１μｍと薄い。一方で、リッジ導波路の幅は１μｍ以上である。このため、垂直方向広がり角θｖは、フラウンホーファー回折の影響が大きく、通常、水平方向広がり角θｈよりも大きくなる。例えば、垂直方向広がりは半値半角（θｖ／２）で１５〜２０度、水平方向広がりは半値半角（θｈ／２）で略５度などとなる。このように絞られた光ビーム１６は、導光体２０の入射面２０ａに効率よく入射させることができる。このため、少ない発光素子でも高い輝度を有する線状光源装置とすることができる。また、光ビーム１６は、通常、側面１４ｂにおいて、表面１４ａに平行な方向にＴＥ波（Transverse Electric Wave)の電界成分を有しており、導光方向２２に沿って進む。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、本明細書において、垂直面ＳＶは、光ビーム１６の光軸１８を含み、発光層１４の表面１４ａに対して垂直に交差する面と定義する。なお、ＬＤの場合、垂直方向広がり方向は、光ファイバー９０の発光点９６において、長軸９２の方向とすることができる。
【００２８】
なお、図１（ｃ）では、長軸９２を含む直線は、蛍光体層３０の表面３０ａと略平行であるが、蛍光体層３０と交差しなければ平行でなくともよい。発光層１４の表面１４ａに水平な光ビーム成分１６ｈ（図２（ａ）の鎖線）は広がり角が垂直な光ビーム成分１６ｖ（破線）よりも小さいので、第１の面２０ｂに設けられた蛍光体層３０に入射する回数が少ない。このため、光ビーム成分１６ｈは、入射面２０ａとは反対の側の端面２０ｄに至るまで光強度を高く保つことが容易であり、蛍光体層３０を励起することができる。
【００２９】
他方、発光層１４の表面１４ａに垂直な光ビーム成分１６ｖ（破線）の広がり角は大きいので、導光体２０の側面２０ｅ、２０ｆにより全反射される回数が多くなる。しかし、側面２０ｅ、２０ｆには蛍光体層が設けられていないため、端面２０ｄ近傍まで光ビーム１６ｖが到達可能である。すなわち、導光体２０の入射面２０ａの近傍で蛍光体層３０に過剰に吸収されることが抑制でき、導光方向２２に沿ってバランスよく蛍光体層３０を励起できる。
【００３０】
図３は、第１および第２の実施形態にかかる線状光源装置の輝度分布を示すグラフ図である。
縦軸は相対輝度、横軸は入射面２０ａからの導光方向位置（ｍｍ）、である。なお、蛍光体層３０の外側には白反射シートなどの反射材４０、出射面２０ｃには光拡散シートなどをそれぞれ設けている。このようにすると、光ビーム１６が出射面２０ｃ以外から漏れることが抑制され、安全性を高めることが容易となる。なお、導光体２０の断面サイズは２ｍｍ×２ｍｍの矩形、導光方向２２に沿った長さは１００ｍｍとした。
【００３１】
第１およびの実施形態では、入射面２０ａの近傍と、導光体２０の端面２０ｄの近傍と、において輝度が極大となる。輝度極小値は、輝度最大値よりも２５％小さかった。輝度を極小値と、端面２０ｄ側に生じた最大値と、の間に保てる導光方向２２に沿った長さは、導光体２０の長さの約８８％であった。すなわち、輝度が均一であると言える。なお、図３は、蛍光体層３０が黄色蛍光体の場合であるが、赤・緑色蛍光体であっても輝度を均一に保つことが容易である。
【００３２】
図４（ａ）は比較例にかかる線状光源装置の光ビームの広がりを示す模式図、図４（ｂ）はその模式断面図、図４（ｃ）は比較例にかかる線状光源装置の輝度分布を示すグラフ図、である。
導光体２０の断面サイズは２ｍｍ×２ｍｍの矩形、導光方向に沿った長さは１００ｍｍとした。光ビーム１１６の光軸を含み、発光層の表面に対する垂直面ＳＳＶは、蛍光体層３０の表面３０ａに対して略垂直に交差する。すなわち、図２（ｂ）の発光素子を９０度回転して配置する。光ビーム１１６の垂直方向広がり角は、水平方向広がり角よりも大きいので、図４（ｂ）のように、導光体２０の入射面２０ａに近い領域で蛍光体層３０に過剰に吸収されやすい。このため、光ビーム１１６は、導光体２０の入射面２０ａに近い領域で多く吸収され、反対の側の端面２０ｄに近い領域では蛍光体層を励起するのに十分な光強度を保つことができない。
【００３３】
このため、輝度最大値ＢＢＭは入射面２０ａの側に生じ、入射面２０ａから離れるにしたがって徐々に低下した。すなわち、図４（ｃ）のように、最大値ＢＢＭと最大値の７５％との間の輝度を保つことができる導光方向の長さは、導光体２０の長さの約２４％と短く均一性の高い線状光源装置とすることが困難であった。
【００３４】
図５（ａ）は第２の実施形態の第１変形例の線状光源装置の模式断面図、図５（ｂ）は第２変形例の模式断面図、図５（ｃ）は第３変形例の模式断面図、である。
導光体２０の断面は、矩形でなくともよい。いずれの場合においても、蛍光体層３０は、垂直面ＳＶとは交差しないように設けられる。
【００３５】
図５（ａ）において、出射面２０ｃは、垂直面ＳＶよりも上方の上方に向かって凸となる曲面とする。この場合、導光体２０は、上方への出射光Ｇ２を集光可能な集光レンズとして作用し、輝度を高めることが容易となる。
【００３６】
図５（ｂ）では、反射材４０は、導光方向２２に対して垂直な断面において、第１屈曲部４０ａおよび第２屈曲部４０ｂを有する。蛍光体層３０は、導光体２０と第１屈曲部４０ａとの間に設けられた第１領域３０ｂと、導光体２０と第２屈曲部４０ｂとの間に設けられ、第１領域３０ｂと離間した第２領域３０ｃと、を有する。光ビーム１６および波長変換光３２の反射方向は、第１屈曲部４０ａと第２屈曲部４０ｂとにおいて異なる。すなわち、出射光Ｇ３は、配光方向の中心を２つ有する。この場合、出射面２０ｃは、垂直面ＳＶよりも上方の上方に向かって凸となる曲面とする。また、第１の面２０ｂは、垂直面ＳＶよりも下方の曲面とする。さらに、第１屈曲部４０ｂと、第２屈折部４０ｂと、の傾斜を変えると、配光方向を制御することができる。
【００３７】
図５（ｃ）では、導光体２０の断面を三角形とする。出射光Ｇ４は、三角形の２つの辺の傾きに応じて配光特性の中心を２つ有する。なお、断面形状は三角形に限らず、多角形とすることができる。この場合、第１の面２０ｂは三角形の底辺の側の面、出射面２０ｃは底辺以外の２つの辺の側の面とする。
【００３８】
図６（ａ）は第３の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った部分模式断面図、である。
線状光源装置は、発光装置１０ａ、１０ｂと、導光体２０と、蛍光体層と、を少なくとも有している。
【００３９】
図６（ａ）のように、導光体２０は、発光装置１０ａからの光ビーム１６が入射する入射面２０ａと、導光方向２２に延在した第１の面２０ｂと、第１の面２０ｂとは反対の側に設けられ導光方向２２に延在した出射面２０ｃと、入射面２０ａとは反対の側となり、発光装置１０ｂからの光ビーム１７が入射する端面２０ｇと、を有する。導光体２０は、光ビーム１６および光ビーム１７を反射しつつ、互いに反対方向に導光する。例えば発光層の表面に対して垂直方向に広がる光ビームは、１６ｖ、１７ｖで示される。また、発光層の表面に対して平行方向に広がるビームは１６ｈ、１７ｈで示される。
【００４０】
第３の実施形態では、導光体２０の入射面２０ａに反射層が設けられず、端面２０ｇにも反射層が設けられない。
【００４１】
蛍光体層は、導光体２０の第１の面２０ｂに接するように設けられ、第１の面２０ｂを透過した光ビーム１６、１７を吸収し光ビーム１６、１７の波長よりも長い波長を有する波長変換光ｇ２を放出可能である。光ビーム１６の波長と、光ビーム１７の波長と、は、実質的に同じであるものとする。
【００４２】
光ビーム１６および光ビーム１７は、例えばＬＤ光であり、図２（ｃ）のようなＦＦＰをそれぞれ有するものとする。図６（ｂ）のように、光ビーム１６は、ガウス分布を示し、強度分布Ｉ（θ）の広がり角度は、ランバート分布となる面発光素子の広がり角度よりも狭くできる。しかしながら、導光方向２２に沿って進むにつれて、導光体２０で反射される領域Ｓｊ（ｊ＝１、２、３・・・）が広がる。領域Ｓｊにおける輝度は、領域Ｓｊ面積に反比例して低下する。すなわち、入射面２０ａからの距離ｚと共に輝度が低下する。
【００４３】
図７（ａ）は垂直方向半値半角が１５度、図７（ｂ）は垂直方向半値半角が１０度、図７（ｃ）は垂直方向半値半角が５度、図７（ｄ）は垂直方向半値半角が２度、の光ビームのＦＦＰを示す。発光装置１０ａ、１０ｂがＬＤの場合、半値半角（θｖ／２）を１５度以下とすることは容易である。このため、導光体２０へ高い効率で入射可能である。
【００４４】
図８（ａ）はｚ方向の位置を正規化するための矩形断面導光体の単位長、図８（ｂ）は円形出射面の導光体に単位長、を説明する模式断面図である。
蛍光体層３０は、発光層の表面に対して垂直であり光ビームの光軸１８を含む垂直面と交差しないように設けられる。例えば、図８（ａ）のように、垂直面は、蛍光体層３０に対して略平行に設けることができる。また、図６（ａ）において、蛍光体層３０は、導光体２０の面２０ｂに接しつつ、導光方向２２に沿って均一に設けることができる。このようにすると、ＬＤの光強度の略５％以上が波長変換光となるか、または、散乱光として出射面２０ｃから放出され、線状光源装置としての要求輝度を満たすことができる。
【００４５】
図８（ａ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。矩形断面導光体２０の場合、入射面２０ａからの位置ｚは、導光体２０の厚さＴＳの２分の１の長さをを用いて正規化する。また図８（ｂ）の円形出射面の場合、入射面２０ａからの位置ｚは、出射面３０ｃの円の直径であるＴＣの２分の１を用いて正規化する。
【００４６】
図９は、正規化位置ｚに対する励起光の輝度依存性を示すグラフ図である。すなわち、図９（ａ）は垂直方向半値半角（θｖ／２）が１５度、図９（ｂ）は垂直方向半値半角が１０度、図９（ｃ）は垂直方向半値半角が５度、図９（ｄ）は垂直方向半値半角が２度、における相対輝度を示すグラフ図、である。
縦軸はシミュレーションにより求められた相対輝度、横軸は正規化位置ｚである。すなわち、位置ｚ＝０は入射面２０ａ、位置ｚ＝５００は端面２０ｇ、を示す。
【００４７】
光ビーム１６はｚ＝０から入射し、光ビーム１７はｚ＝５００から入射する。光ビーム１６による励起光の輝度を破線、光ビーム１７による励起光の輝度を鎖線で示す。また。全体の輝度は、実線で示す。また、励起光の５％が蛍光体層３０に吸収され、波長変換光を放出するものとする。
【００４８】
半値半角が１５度である図９（ａ）の場合、入射面２０ａ近傍および端面２０ｄの近傍に輝度の最大値を生じる。また、中央部近傍に輝度の極小値を生じる。輝度の極小値は、最大値の略４８％と低いので、線状光源として十分とは言えない。
【００４９】
他方、半値半角が１０度である図９（ｂ）の場合、輝度極小値は、最大値の略７０％であり、均一となる。また、半値半角が５度である図９（ｃ）の場合、輝度極小値は最大値の略９３％とより均一とできる。すなわち、半値半角が５度近傍がより好ましい。
【００５０】
半値半角が２度と狭い図９（ｄ）の場合、輝度の最大値は、導光体２０の中央近傍となる。入射面２０ａの近傍、および端面２０ｇの近傍にそれぞれ僅かな極小を生じる。半値半角を２度よりも小さくすると、導光体２０への入射角度精度を高めることが必要となる。また、光ビーム１６、１７が入射してから導光体２０の面へ到達するまでの距離が長くなり、入射面２０ａおよび端面２０ｄの近傍で輝度がさらに低下し始め、輝度が均一な位置ｚの範囲が狭くなる。このように、半値半角は、２度以上、１０度以下、とすることが好ましい。
【００５１】
なお、半値半角を小さくすれば輝度を均一とする位置ｚの範囲を広くできるので、発光装置１０を一方の側のみに設けてもよい。例えば、図９（ｄ）において、光ビーム１６による励起光輝度（破線）が最大値の７０％以上となる位置ｚの範囲は、２０〜５００と広いので線状光源装置として用いることができる。
【００５２】
また、図９（ｃ）において、励起光輝度が最大値の７０％以上となる位置ｚの範囲は、１０〜２６０であり、この範囲で均一な輝度の線状光源装置として用いることができる。さらに図９（ｂ）において、励起光輝度が最大値の７０％以上となる位置ｚの範囲は、０〜１３０であり、この範囲で均一な輝度の線状光源装置として用いることができる。
【００５３】
第１〜第３の実施形態およびこれらに付随した変形例にかかる線状光源装置を用いると、発光素子の光ビームを効率よく導光体へ入射可能であり、かつ輝度分布が均一な面線状状光源装置を得ることができる。また、発光素子としてＬＤを用いると、光ビームを効率よく導光体に導入できるので、発光素子の数が低減され線状光源装置の消費電力の低減が容易である。
【００５４】
またこのような線状光源装置からの出射光Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を面状の導光板の側面に沿って入射すると、面状光源装置とすることが容易である。このような面状光源装置は、画像表示装置のバックライト、高輝度照明装置、高輝度表示装置などに広く用いることができる。
【００５５】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明を構成する導光体、蛍光体層、発光素子、反射材、などの材質、形状、サイズ、配置などに関して、当業者が各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 発光装置、１１ 発光素子、１２ 半導体積層体、１４ 発光層、１４ａ 発光層の表面、１４ｂ 発光層の側面、１６、１６ｖ、１６ｈ 光ビーム、１７、１７ｖ、１７ｈ 光ビーム、１８ 光軸、２０ 導光体、２０ａ 入射面、２０ｂ 第１の面、２０ｃ 出射面、２０ｄ、２０ｇ、 端面、２０ｅ 側面、２０ｆ 側面、２２ 導光方向、３０ 蛍光体層、３０ｂ 第１領域、３０ｃ 第２領域、４０ 反射材、４０ａ 第１屈曲部、４０ｂ 第２屈曲部、５０ 反射層、９０ 光ファイバー、９２ 長軸、９４ 短軸、９６ 発光点、ｇ１ 光ビーム、ｇ２ 波長変換光、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４ 出射光、θｖ 垂直方向広がり角、θｈ 水平（または平行）方向広がり角、ＳＶ 光軸を含み発光層の表面に対する垂直面
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、線状光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外光〜可視光の波長範囲の放出光と、この放出光を吸収した蛍光体が放出する波長変換光と、を混合すると、例えば白色光や電球色を得ることができる。
【０００３】
このような発光装置として、例えば、蛍光体粒子が混合され透明樹脂を含む封止層で面発光型の窒化物系発光素子のチップを覆うＳＭＤ（Surface Mounted Device:表面実装デバイス）型装置がある。面発光素子を用いると遠視野像の広がり角が大きい。このため、線状導光体などに効率良く入光できない。したがって、この導光体方式では高輝度線状光源装置の実現は困難である。この面発光素子で高輝度線状光源を実現するには、面発光素子を高密度で多数配列する必要が生じる。しかし、この方式ではツブツブの発光を完全に解消して連続な線状発光を実現することが困難である。
【０００４】
これに対して、半導体レーザ素子の光ビームの広がり角は小さい。このため、線状導光体の一方の端部に効率よく光ビームを導入することができる。このとき、導光体に沿って連続的に蛍光体層を細線状に設けて、導光している半導体レーザ光で励起する。したがって、この方式では、ツブツブではない連続な線状発光を実現できる。また、素子数も少なくできる優位点もある。しかしながら、入射側である一方の端部側で光ビームが蛍光体層に多く吸収されやすく、導光体の他方の端部へ到達する光ビーム強度が低下し、導光方向に沿って均一な輝度分布とすることが困難となる問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４３４７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
少ない発光素子数で、均一な輝度分布を有する線状光源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態にかかる線状光源装置は、光ビームを放出可能な発光点であって、前記光ビームの断面は、長軸と、前記長軸に対して垂直であり前記長軸の長さ以下の長さを有する短軸と、を有する発光点と、前記光ビームを導光可能な導光体であって、前記光ビームの入射面と、前記入射面の反対の側に設けられた前記導光体の端面と、導光方向に延在した第１の面と、前記第１の面とは反対の側に設けられ前記導光方向に延在した出射面と、を有する導光体と、前記導光体の前記第１の面を透過した前記光ビームを吸収し前記光ビームの波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能な蛍光体層であって、前記光ビームの前記断面において前記長軸を含む直線と交差しない蛍光体層と、を備え、前記光ビームおよび前記波長変換光は、前記出射面から出射可能である。
【発明の効果】
【０００８】
少ない発光素子数で、均一な輝度分布を有する線状光源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図１（ｂ）はＦ−Ｆ線に沿った光ファイバーの断面図、図１（ｃ）はＡ−Ａ線に沿った導光体の模式断面図、図１（ｄ）はＢ−Ｂ線に沿った導光体端部の模式断面図、である。
【図２】図２（ａ）は第２の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った導光体の模式断面図、図２（ｃ）は光ビームの遠視野像を説明する模式図、図２（ｄ）はＣＡＮ型パッケージのレーザ装置を部分切断した模式斜視図、である。
【図３】第１および第２の実施形態にかかる線状光源装置の輝度分布を示すグラフ図である。
【図４】図４（ａ）は比較例にかかる線状光源装置の光ビームの広がりを示す模式図、図４（ｂ）はその模式断面図、図４（ｃ）は比較例にかかる線状光源装置の輝度分布を示すグラフ図、である。
【図５】図５（ａ）は第２の実施形態の第１変形例の線状光源装置の模式断面図、図５（ｂ）は第２変形例の模式断面図、図５（ｃ）は第３変形例の模式断面図、である。
【図６】図６（ａ）は第３の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った部分模式断面図、である。
【図７】図７（ａ）は垂直方向半値半角が１５度、図７（ｂ）は半値半角が１０度、図７（ｃ）は半値半角が５度、図７（ｄ）は半値半角が２度、の光ビームのＦＦＰを示す。
【図８】図８（ａ）はｚ方向の位置を規格化するための矩形断面導光体の単位長、図８（ｂ）は円形出射面の導光体の単位長、を説明する模式断面図である。
【図９】図９は、ｚ方向位置に対する励起光の輝度依存性を示すグラフ図であり、図９（ａ）は垂直方向半値半角が１５度、図９（ｂ）は半値半角が１０度、図９（ｃ）は半値半角が５度、図９（ｄ）は半値半角が２度、における相対輝度を示すグラフ図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施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線状光源装置の模式斜視図、図１（ｂ）はＦ−Ｆ線に沿った光ファイバーの断面図、図１（ｃ）はＡ−Ａ線に沿った導光体の模式断面図、図１（ｄ）はＢ−Ｂ線に沿った端部の模式断面図、である。
線状光源装置は、光ファイバー９０の出射端面に設けられた発光点９６と、導光体２０と、蛍光体層３０と、を少なくとも有している。
【００１１】
導光体２０は、発光点９６からの光ビーム１６の入射面２０ａと、導光方向２２に延在した第１の面２０ｂと、第１の面２０ｂとは反対の側に設けられ導光方向２２に延在した出射面２０ｃと、入射面２０ａとは反対の側となる導光体２０の端面２０ｄと、側面２０ｅと、側面２０ｆと、を有する。導光体２０は、光ビーム１６を反射しつつ、その延在する方向に導光可能である。導光体２０を、例えば、透明樹脂（屈折率：１．４〜１．８）やガラスなどの透光性材料からなるものとすると、空気などとの界面で全反射により光ビーム１６を導光できる。
【００１２】
図１（ｂ）のように、光ファイバー９０は、コア９０ａと、クラッド９０ｂと、を有する。例えば発光素子１０からの放出光は、光ファイバー９０の一方の端面から入射し、他方の端面（出射端面）から出射する。すなわち、出射端面のうちコア９０ａの近傍が発光点９６となる。第１の実施形態において、発光点９６から放出される光ビーム１６の断面は、長軸９２と、長軸９２に対して垂直であり長軸９２の長さ以下の長さを有する短軸９４と、を有するものとする。
【００１３】
蛍光体層３０は、導光体２０の第１の面２０ｂを透過した光ビーム１６を吸収し光ビーム１６の波長よりも長い波長を有する波長変換光ｇ２を放出可能である。光ビーム１６がＩｎＧａＡｌＮ系材料を含むものとすると、光ビーム１６の波長を紫外〜青色光波長範囲とできる。この場合、蛍光体層３０が黄色蛍光体を含むものとすると、混合色として擬似白色光である出射光Ｇ１を得ることができる。また、蛍光体層３０が赤色蛍光体および緑色蛍光体を含むものとしても、白色光を得ることができる。なお、蛍光体層３０を導光体２０にあらかじめ塗布する、あるいは、両者を透明両面テープなどを用いて接着すると線状光源装置の組立工程を簡素にすることができる。
【００１４】
線状光源装置は、導光体２０の反対の側となる蛍光体層３０の面にアルミニウムなどの金属からなる反射材４０を有してもよい。反射材４０は、蛍光体層３０を透過した光ビーム１６の一部ｇ１および波長変換光ｇ２を出射面２０ｃに向けて反射可能である。もし、反射材４０と蛍光体層３０との隙間を小さくできると、反射率をより高めることが容易となる。また、反射材４０は、例えば、蛍光体層３０の外側に反射率の高い硫酸バリウムなどを塗布した層とすることができる。
【００１５】
反射材４０は、図１（ｃ）のように、蛍光体層が設けられていない導光体２０の側面２０ｅ、２０ｆを覆うように設けられてもよい。このようにすると、光ビーム１６の一部を吸収して蛍光体層３０に生じた熱を、反射材４０を介して外部に放熱することが容易となる。なお、側面２０ｅ、２０ｆと、反射材４０との間に隙間を設けない場合、光ビーム１６は主として反射材４０の表面で反射され導光方向２２に沿って進む。
【００１６】
また、図１（ｃ）のように、導光方向２２に対して垂直な断面において、導光体２０は、矩形であるものとする。なお断面形状はこれに限定されるものではない。また、蛍光体層３０は、反射材４０と、矩形の導光体２０の第１の面２０ｂとの間に設けられるものとする。第１の実施形態において、蛍光体層３０は、光ビーム１６の長軸９２を含む直線と図１（ｃ）の断面において交差しないように設けられることを特徴とする。また、光ビーム１６の一部ｇ１および波長変換光ｇ２は、出射面２０ｃから出射し、混合色Ｇ１を生成可能である。
【００１７】
図１（ｄ）のように、入射面２０ａの反対の側の端面２０ｄに銀反射シートなどの反射層５０を設けると、光ビーム１６を導光方向２２とは反対の方向に向けて反射し端面２０ｄ近傍における輝度を高めることができる。また、光ビーム１６が外部に漏れることを抑制でき、安全性が高められる。
【００１８】
図２（ａ）は第２の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った導光体の模式断面図、図２（ｃ）は光ビームの遠視野像を説明する模式図、図２（ｄ）はＣＡＮ型パッケージのレーザ装置を部分切断した模式斜視図、である。
第２の実施形態では、発光装置１０から放出された光ビーム１６は、導光体２０へ入射する。発光素子１１は、基板１５の上に設けられた半導体積層体１２を含む。半導体積層体１２は、第１導電形からなる第１の層と、第２導電形からなる第２の層と、第１の層と第２の層との間に設けられた発光層１４と、を含む。すなわち、発光点９６は、発光装置１０内の発光素子１１を構成する発光層１４の側面のうちの一部の領域である。
【００１９】
発光層１４は、井戸層と障壁層とを含む多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）構造とすることができる。ＭＱＷ構造とすると、発光波長の制御や発光効率の改善が容易となる。
【００２０】
また、半導体積層体１２は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）からなるＩｎＧａＡｌＮ系材料、Ｉｎｘ（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなるＩｎＧａＡｌＰ系材料、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなるＡｌＧａＡｓ系材料などとすることができる。なお、これらの材料は、アクセプタやドナーとなる元素をさらに含んでいてもよいものとする。半導体積層体１２は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy)法などを用いて形成することができる。
【００２１】
蛍光体層３０は、発光装置１０から離れて設けられ、導光体２０の第１の面２０ｂを透過した光ビーム１６を吸収し光ビーム１６の波長よりも長い波長を有する波長変換光ｇ２を放出可能である。
【００２２】
さらに、発光素子１１がＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるものとすると、波長変換を行なうことなく、発光層のバンドギャップ波長である緑色〜赤色光の波長範囲の線状光源装置とすることができる。
【００２３】
発光素子１１は、光ビーム１６を透過可能なガラス窓を有するＣＡＮ型パッケージからなる実装部材に接着される。発光素子１１の電極と、ＣＡＮ型パッケージのリードとが、ボンディングワイヤなどで接続される。なお、実装部材は、リードフレームと一体となった樹脂成形体などであってもよい。
【００２４】
第２の実施形態の線状光源装置に用いる発光素子１１は、広がり角が小さい光ビーム１６を放出可能である。例えば、発光層１４の側面１４ｂから光ビーム１６を放出可能な半導体ＬＤ（Laser Diode)や端面発光型ＬＥＤ（Light Emitting Diode)などとすることができる。
【００２５】
図２（ａ）の発光素子１１をＬＤとすると、発光層１４の側面１４ｂは、光共振器のミラー面とすることが好ましい。光ビーム１６は、側面１４ｂに垂直な光軸１８に沿って広がりつつ放出される。光ビーム１６の断面内の光強度分布は遠視野像（Far Field Pattern)で表す。遠視野像の半値全角を広がり角と呼ぶ。このうち、発光層１４の表面１４ａに対して平行（または水平）方向の広がり角をθｈ、垂直方向の広がり角をθｖで表すものとする。
【００２６】
ＬＤの場合、垂直（長軸）方向では発光層１４とクラッド層との間で屈折率を制御して光を閉じ込める。また、水平（短軸）方向では、リッジ導波路などを設け横方向のモードを制御する。このように、垂直方向と、水平方向では、光閉じ込め構造が異なる。一般に、発光層１４は約０．１μｍと薄い。一方で、リッジ導波路の幅は１μｍ以上である。このため、垂直方向広がり角θｖは、フラウンホーファー回折の影響が大きく、通常、水平方向広がり角θｈよりも大きくなる。例えば、垂直方向広がりは半値半角（θｖ／２）で１５〜２０度、水平方向広がりは半値半角（θｈ／２）で略５度などとなる。このように絞られた光ビーム１６は、導光体２０の入射面２０ａに効率よく入射させることができる。このため、少ない発光素子でも高い輝度を有する線状光源装置とすることができる。また、光ビーム１６は、通常、側面１４ｂにおいて、表面１４ａに平行な方向にＴＥ波（Transverse Electric Wave)の電界成分を有しており、導光方向２２に沿って進む。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、本明細書において、垂直面ＳＶは、光ビーム１６の光軸１８を含み、発光層１４の表面１４ａに対して垂直に交差する面と定義する。なお、ＬＤの場合、垂直方向広がり方向は、光ファイバー９０の発光点９６において、長軸９２の方向とすることができる。
【００２８】
なお、図１（ｃ）では、長軸９２を含む直線は、蛍光体層３０の表面３０ａと略平行であるが、蛍光体層３０と交差しなければ平行でなくともよい。発光層１４の表面１４ａに水平な光ビーム成分１６ｈ（図２（ａ）の鎖線）は広がり角が垂直な光ビーム成分１６ｖ（破線）よりも小さいので、第１の面２０ｂに設けられた蛍光体層３０に入射する回数が少ない。このため、光ビーム成分１６ｈは、入射面２０ａとは反対の側の端面２０ｄに至るまで光強度を高く保つことが容易であり、蛍光体層３０を励起することができる。
【００２９】
他方、発光層１４の表面１４ａに垂直な光ビーム成分１６ｖ（破線）の広がり角は大きいので、導光体２０の側面２０ｅ、２０ｆにより全反射される回数が多くなる。しかし、側面２０ｅ、２０ｆには蛍光体層が設けられていないため、端面２０ｄ近傍まで光ビーム１６ｖが到達可能である。すなわち、導光体２０の入射面２０ａの近傍で蛍光体層３０に過剰に吸収されることが抑制でき、導光方向２２に沿ってバランスよく蛍光体層３０を励起できる。
【００３０】
図３は、第１および第２の実施形態にかかる線状光源装置の輝度分布を示すグラフ図である。
縦軸は相対輝度、横軸は入射面２０ａからの導光方向位置（ｍｍ）、である。なお、蛍光体層３０の外側には白反射シートなどの反射材４０、出射面２０ｃには光拡散シートなどをそれぞれ設けている。このようにすると、光ビーム１６が出射面２０ｃ以外から漏れることが抑制され、安全性を高めることが容易となる。なお、導光体２０の断面サイズは２ｍｍ×２ｍｍの矩形、導光方向２２に沿った長さは１００ｍｍとした。
【００３１】
第１およびの実施形態では、入射面２０ａの近傍と、導光体２０の端面２０ｄの近傍と、において輝度が極大となる。輝度極小値は、輝度最大値よりも２５％小さかった。輝度を極小値と、端面２０ｄ側に生じた最大値と、の間に保てる導光方向２２に沿った長さは、導光体２０の長さの約８８％であった。すなわち、輝度が均一であると言える。なお、図３は、蛍光体層３０が黄色蛍光体の場合であるが、赤・緑色蛍光体であっても輝度を均一に保つことが容易である。
【００３２】
図４（ａ）は比較例にかかる線状光源装置の光ビームの広がりを示す模式図、図４（ｂ）はその模式断面図、図４（ｃ）は比較例にかかる線状光源装置の輝度分布を示すグラフ図、である。
導光体２０の断面サイズは２ｍｍ×２ｍｍの矩形、導光方向に沿った長さは１００ｍｍとした。光ビーム１１６の光軸を含み、発光層の表面に対する垂直面ＳＳＶは、蛍光体層３０の表面３０ａに対して略垂直に交差する。すなわち、図２（ｂ）の発光素子を９０度回転して配置する。光ビーム１１６の垂直方向広がり角は、水平方向広がり角よりも大きいので、図４（ｂ）のように、導光体２０の入射面２０ａに近い領域で蛍光体層３０に過剰に吸収されやすい。このため、光ビーム１１６は、導光体２０の入射面２０ａに近い領域で多く吸収され、反対の側の端面２０ｄに近い領域では蛍光体層を励起するのに十分な光強度を保つことができない。
【００３３】
このため、輝度最大値ＢＢＭは入射面２０ａの側に生じ、入射面２０ａから離れるにしたがって徐々に低下した。すなわち、図４（ｃ）のように、最大値ＢＢＭと最大値の７５％との間の輝度を保つことができる導光方向の長さは、導光体２０の長さの約２４％と短く均一性の高い線状光源装置とすることが困難であった。
【００３４】
図５（ａ）は第２の実施形態の第１変形例の線状光源装置の模式断面図、図５（ｂ）は第２変形例の模式断面図、図５（ｃ）は第３変形例の模式断面図、である。
導光体２０の断面は、矩形でなくともよい。いずれの場合においても、蛍光体層３０は、垂直面ＳＶとは交差しないように設けられる。
【００３５】
図５（ａ）において、出射面２０ｃは、垂直面ＳＶよりも上方の上方に向かって凸となる曲面とする。この場合、導光体２０は、上方への出射光Ｇ２を集光可能な集光レンズとして作用し、輝度を高めることが容易となる。
【００３６】
図５（ｂ）では、反射材４０は、導光方向２２に対して垂直な断面において、第１屈曲部４０ａおよび第２屈曲部４０ｂを有する。蛍光体層３０は、導光体２０と第１屈曲部４０ａとの間に設けられた第１領域３０ｂと、導光体２０と第２屈曲部４０ｂとの間に設けられ、第１領域３０ｂと離間した第２領域３０ｃと、を有する。光ビーム１６および波長変換光３２の反射方向は、第１屈曲部４０ａと第２屈曲部４０ｂとにおいて異なる。すなわち、出射光Ｇ３は、配光方向の中心を２つ有する。この場合、出射面２０ｃは、垂直面ＳＶよりも上方の上方に向かって凸となる曲面とする。また、第１の面２０ｂは、垂直面ＳＶよりも下方の曲面とする。さらに、第１屈曲部４０ｂと、第２屈折部４０ｂと、の傾斜を変えると、配光方向を制御することができる。
【００３７】
図５（ｃ）では、導光体２０の断面を三角形とする。出射光Ｇ４は、三角形の２つの辺の傾きに応じて配光特性の中心を２つ有する。なお、断面形状は三角形に限らず、多角形とすることができる。この場合、第１の面２０ｂは三角形の底辺の側の面、出射面２０ｃは底辺以外の２つの辺の側の面とする。
【００３８】
図６（ａ）は第３の実施形態にかかる線状光源装置の模式斜視図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った部分模式断面図、である。
線状光源装置は、発光装置１０ａ、１０ｂと、導光体２０と、蛍光体層と、を少なくとも有している。
【００３９】
図６（ａ）のように、導光体２０は、発光装置１０ａからの光ビーム１６が入射する入射面２０ａと、導光方向２２に延在した第１の面２０ｂと、第１の面２０ｂとは反対の側に設けられ導光方向２２に延在した出射面２０ｃと、入射面２０ａとは反対の側となり、発光装置１０ｂからの光ビーム１７が入射する端面２０ｇと、を有する。導光体２０は、光ビーム１６および光ビーム１７を反射しつつ、互いに反対方向に導光する。例えば発光層の表面に対して垂直方向に広がる光ビームは、１６ｖ、１７ｖで示される。また、発光層の表面に対して平行方向に広がるビームは１６ｈ、１７ｈで示される。
【００４０】
第３の実施形態では、導光体２０の入射面２０ａに反射層が設けられず、端面２０ｇにも反射層が設けられない。
【００４１】
蛍光体層は、導光体２０の第１の面２０ｂに接するように設けられ、第１の面２０ｂを透過した光ビーム１６、１７を吸収し光ビーム１６、１７の波長よりも長い波長を有する波長変換光ｇ２を放出可能である。光ビーム１６の波長と、光ビーム１７の波長と、は、実質的に同じであるものとする。
【００４２】
光ビーム１６および光ビーム１７は、例えばＬＤ光であり、図２（ｃ）のようなＦＦＰをそれぞれ有するものとする。図６（ｂ）のように、光ビーム１６は、ガウス分布を示し、強度分布Ｉ（θ）の広がり角度は、ランバート分布となる面発光素子の広がり角度よりも狭くできる。しかしながら、導光方向２２に沿って進むにつれて、導光体２０で反射される領域Ｓｊ（ｊ＝１、２、３・・・）が広がる。領域Ｓｊにおける輝度は、領域Ｓｊ面積に反比例して低下する。すなわち、入射面２０ａからの距離ｚと共に輝度が低下する。
【００４３】
図７（ａ）は垂直方向半値半角が１５度、図７（ｂ）は垂直方向半値半角が１０度、図７（ｃ）は垂直方向半値半角が５度、図７（ｄ）は垂直方向半値半角が２度、の光ビームのＦＦＰを示す。発光装置１０ａ、１０ｂがＬＤの場合、半値半角（θｖ／２）を１５度以下とすることは容易である。このため、導光体２０へ高い効率で入射可能である。
【００４４】
図８（ａ）はｚ方向の位置を正規化するための矩形断面導光体の単位長、図８（ｂ）は円形出射面の導光体に単位長、を説明する模式断面図である。
蛍光体層３０は、発光層の表面に対して垂直であり光ビームの光軸１８を含む垂直面と交差しないように設けられる。例えば、図８（ａ）のように、垂直面は、蛍光体層３０に対して略平行に設けることができる。また、図６（ａ）において、蛍光体層３０は、導光体２０の面２０ｂに接しつつ、導光方向２２に沿って均一に設けることができる。このようにすると、ＬＤの光強度の略５％以上が波長変換光となるか、または、散乱光として出射面２０ｃから放出され、線状光源装置としての要求輝度を満たすことができる。
【００４５】
図８（ａ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。矩形断面導光体２０の場合、入射面２０ａからの位置ｚは、導光体２０の厚さＴＳの２分の１の長さをを用いて正規化する。また図８（ｂ）の円形出射面の場合、入射面２０ａからの位置ｚは、出射面３０ｃの円の直径であるＴＣの２分の１を用いて正規化する。
【００４６】
図９は、正規化位置ｚに対する励起光の輝度依存性を示すグラフ図である。すなわち、図９（ａ）は垂直方向半値半角（θｖ／２）が１５度、図９（ｂ）は垂直方向半値半角が１０度、図９（ｃ）は垂直方向半値半角が５度、図９（ｄ）は垂直方向半値半角が２度、における相対輝度を示すグラフ図、である。
縦軸はシミュレーションにより求められた相対輝度、横軸は正規化位置ｚである。すなわち、位置ｚ＝０は入射面２０ａ、位置ｚ＝５００は端面２０ｇ、を示す。
【００４７】
光ビーム１６はｚ＝０から入射し、光ビーム１７はｚ＝５００から入射する。光ビーム１６による励起光の輝度を破線、光ビーム１７による励起光の輝度を鎖線で示す。また。全体の輝度は、実線で示す。また、励起光の５％が蛍光体層３０に吸収され、波長変換光を放出するものとする。
【００４８】
半値半角が１５度である図９（ａ）の場合、入射面２０ａ近傍および端面２０ｄの近傍に輝度の最大値を生じる。また、中央部近傍に輝度の極小値を生じる。輝度の極小値は、最大値の略４８％と低いので、線状光源として十分とは言えない。
【００４９】
他方、半値半角が１０度である図９（ｂ）の場合、輝度極小値は、最大値の略７０％であり、均一となる。また、半値半角が５度である図９（ｃ）の場合、輝度極小値は最大値の略９３％とより均一とできる。すなわち、半値半角が５度近傍がより好ましい。
【００５０】
半値半角が２度と狭い図９（ｄ）の場合、輝度の最大値は、導光体２０の中央近傍となる。入射面２０ａの近傍、および端面２０ｇの近傍にそれぞれ僅かな極小を生じる。半値半角を２度よりも小さくすると、導光体２０への入射角度精度を高めることが必要となる。また、光ビーム１６、１７が入射してから導光体２０の面へ到達するまでの距離が長くなり、入射面２０ａおよび端面２０ｄの近傍で輝度がさらに低下し始め、輝度が均一な位置ｚの範囲が狭くなる。このように、半値半角は、２度以上、１０度以下、とすることが好ましい。
【００５１】
なお、半値半角を小さくすれば輝度を均一とする位置ｚの範囲を広くできるので、発光装置１０を一方の側のみに設けてもよい。例えば、図９（ｄ）において、光ビーム１６による励起光輝度（破線）が最大値の７０％以上となる位置ｚの範囲は、２０〜５００と広いので線状光源装置として用いることができる。
【００５２】
また、図９（ｃ）において、励起光輝度が最大値の７０％以上となる位置ｚの範囲は、１０〜２６０であり、この範囲で均一な輝度の線状光源装置として用いることができる。さらに図９（ｂ）において、励起光輝度が最大値の７０％以上となる位置ｚの範囲は、０〜１３０であり、この範囲で均一な輝度の線状光源装置として用いることができる。
【００５３】
第１〜第３の実施形態およびこれらに付随した変形例にかかる線状光源装置を用いると、発光素子の光ビームを効率よく導光体へ入射可能であり、かつ輝度分布が均一な面線状状光源装置を得ることができる。また、発光素子としてＬＤを用いると、光ビームを効率よく導光体に導入できるので、発光素子の数が低減され線状光源装置の消費電力の低減が容易である。
【００５４】
またこのような線状光源装置からの出射光Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を面状の導光板の側面に沿って入射すると、面状光源装置とすることが容易である。このような面状光源装置は、画像表示装置のバックライト、高輝度照明装置、高輝度表示装置などに広く用いることができる。
【００５５】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら、本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明を構成する導光体、蛍光体層、発光素子、反射材、などの材質、形状、サイズ、配置などに関して、当業者が各種設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 発光装置、１１ 発光素子、１２ 半導体積層体、１４ 発光層、１４ａ 発光層の表面、１４ｂ 発光層の側面、１６、１６ｖ、１６ｈ 光ビーム、１７、１７ｖ、１７ｈ 光ビーム、１８ 光軸、２０ 導光体、２０ａ 入射面、２０ｂ 第１の面、２０ｃ 出射面、２０ｄ、２０ｇ、 端面、２０ｅ 側面、２０ｆ 側面、２２ 導光方向、３０ 蛍光体層、３０ｂ 第１領域、３０ｃ 第２領域、４０ 反射材、４０ａ 第１屈曲部、４０ｂ 第２屈曲部、５０ 反射層、９０ 光ファイバー、９２ 長軸、９４ 短軸、９６ 発光点、ｇ１ 光ビーム、ｇ２ 波長変換光、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４ 出射光、θｖ 垂直方向広がり角、θｈ 水平（または平行）方向広がり角、ＳＶ 光軸を含み発光層の表面に対する垂直面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを放出可能な発光点であって、前記光ビームの断面は、長軸と、前記長軸に対して垂直であり前記長軸の長さ以下の長さを有する短軸と、を有する発光点と、
前記光ビームを導光可能な導光体であって、前記光ビームの入射面と、前記入射面の反対の側に設けられた前記導光体の端面と、導光方向に延在した第１の面と、前記第１の面とは反対の側に設けられ前記導光方向に延在した出射面と、を有する導光体と、
前記導光体の前記第１の面を透過した前記光ビームを吸収し前記光ビームの波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能な蛍光体層であって、前記光ビームの前記断面において前記長軸を含む直線と交差しない蛍光体層と、
を備え、
前記光ビームおよび前記波長変換光は、前記出射面から出射可能であることを特徴とする線状光源装置。
【請求項２】
前記発光点は、発光素子からの放出光を導光した光ファイバーの出射端面の領域の一部とされ、
前記放出光は前記発光層の表面に対して垂直な方向が前記長軸の延在する方向であることを特徴とする請求項１記載の線状光源装置。
【請求項３】
前記発光点は、発光素子の発光層の側面の領域の一部とされ、
前記光ビームは、前記発光層の表面に対して垂直な方向が前記長軸の延在する方向であることを特徴とする請求項１記載の線状光源装置。
【請求項４】
前記導光体の前記端面に設けられた反射層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の線状光源装置。
【請求項５】
前記導光体とは反対の側となる前記蛍光体層の面を覆うように設けられ、前記光ビームと前記波長変換光とを前記出射面に向けて反射可能な反射材をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の線状光源装置。
【請求項６】
前記反射材は、前記導光方向に対して垂直な断面において、第１屈曲部および第２屈曲部を有し、
前記蛍光体層は、前記導光体と前記第１屈曲部との間に設けられた第１領域と、前記導光体と前記第２屈曲部との間に設けられ、前記第１領域と離間した第２領域と、を有し、
前記光ビームおよび前記波長変換光の反射方向は、前記第１屈曲部と前記第２屈曲部において異なることを特徴とする請求項５記載の線状光源装置。
【請求項７】
前記導光体は、前記導光方向に対して垂直な断面において、矩形、多角形、前記出射面が凸となる形状、のいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の線状光源装置。
【請求項８】
前記発光素子の前記垂直な方向への広がりは、半値半角において２度以上、１０度以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の線状光源装置。
【請求項９】
前記発光素子は、第１の発光素子と、第２の発光素子と、を含み、
前記第１の発光素子の光ビームは、前記入射面から前記導光体へ導入され、
前記第２の発光素子の光ビームは、前記端面から前記導光体へ導入されることを特徴とする請求項８記載の線状光源装置。
【請求項１】
光ビームを放出可能な発光点であって、前記光ビームの断面は、長軸と、前記長軸に対して垂直であり前記長軸の長さ以下の長さを有する短軸と、を有する発光点と、
前記光ビームを導光可能な導光体であって、前記光ビームの入射面と、前記入射面の反対の側に設けられた前記導光体の端面と、導光方向に延在した第１の面と、前記第１の面とは反対の側に設けられ前記導光方向に延在した出射面と、を有する導光体と、
前記導光体の前記第１の面を透過した前記光ビームを吸収し前記光ビームの波長よりも長い波長を有する波長変換光を放出可能な蛍光体層であって、前記光ビームの前記断面において前記長軸を含む直線と交差しない蛍光体層と、
を備え、
前記光ビームおよび前記波長変換光は、前記出射面から出射可能であることを特徴とする線状光源装置。
【請求項２】
前記発光点は、発光素子からの放出光を導光した光ファイバーの出射端面の領域の一部とされ、
前記放出光は前記発光層の表面に対して垂直な方向が前記長軸の延在する方向であることを特徴とする請求項１記載の線状光源装置。
【請求項３】
前記発光点は、発光素子の発光層の側面の領域の一部とされ、
前記光ビームは、前記発光層の表面に対して垂直な方向が前記長軸の延在する方向であることを特徴とする請求項１記載の線状光源装置。
【請求項４】
前記導光体の前記端面に設けられた反射層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の線状光源装置。
【請求項５】
前記導光体とは反対の側となる前記蛍光体層の面を覆うように設けられ、前記光ビームと前記波長変換光とを前記出射面に向けて反射可能な反射材をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の線状光源装置。
【請求項６】
前記反射材は、前記導光方向に対して垂直な断面において、第１屈曲部および第２屈曲部を有し、
前記蛍光体層は、前記導光体と前記第１屈曲部との間に設けられた第１領域と、前記導光体と前記第２屈曲部との間に設けられ、前記第１領域と離間した第２領域と、を有し、
前記光ビームおよび前記波長変換光の反射方向は、前記第１屈曲部と前記第２屈曲部において異なることを特徴とする請求項５記載の線状光源装置。
【請求項７】
前記導光体は、前記導光方向に対して垂直な断面において、矩形、多角形、前記出射面が凸となる形状、のいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の線状光源装置。
【請求項８】
前記発光素子の前記垂直な方向への広がりは、半値半角において２度以上、１０度以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の線状光源装置。
【請求項９】
前記発光素子は、第１の発光素子と、第２の発光素子と、を含み、
前記第１の発光素子の光ビームは、前記入射面から前記導光体へ導入され、
前記第２の発光素子の光ビームは、前記端面から前記導光体へ導入されることを特徴とする請求項８記載の線状光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２９７９４（Ｐ２０１３−２９７９４Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８１９８（Ｐ２０１１−２０８１９８）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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