JP2012199061A - Light source device and lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置および照明装置に関する。 The present invention relates to a light source device and an illumination device.
例えば特許文献1には、固体光源と蛍光体を組合せて白色光を実現した光源装置が提案されている。図1は特許文献1の光源装置を示す図である。図1を参照すると、この光源装置は、蛍光体104を励起する励起光110を放射する発光素子101と、励起光110と異なる波長の蛍光120を放射する蛍光体104が分散された分散体105と、発光素子101および分散体105を保持するリードフレーム106とを含み、分散体105中の蛍光体104より放射される蛍光の少なくとも一部が、分散体105における励起光110の入射側105aより外部に取り出されるようになっている。
For example,
このような光源装置は、発光効率および演色性が良好であり、車両用ヘッドランプなどの光源としても有用である。 Such a light source device has good luminous efficiency and color rendering, and is also useful as a light source for a vehicle headlamp or the like.
特に、固体光源として青色の励起光を出射する半導体発光素子を用い、これを黄色蛍光体プレートと組み合わせたものは、次世代の車両用ヘッドランプなどの光源として注目されている。 In particular, a semiconductor light emitting element that emits blue excitation light as a solid light source and combined with a yellow phosphor plate has attracted attention as a light source for a next-generation vehicle headlamp or the like.
しかしながら、上述の光源装置のように、蛍光体プレートを反射型として使用する場合(蛍光体プレートの面のうち固体光源からの励起光が入射する側の面とは反対側に設けられた反射面による反射を用いて反射光(具体的には、蛍光および励起光)を取り出す方式(反射方式)を用いる場合)、後述のように、反射型の蛍光体プレートによる固体光源からの励起光の正反射方向への反射光成分(正反射成分)が、投射面において部分的に強く出てしまい、色ムラが生じてしまう。この現象は、蛍光体プレートの背面(固体光源からの励起光が入射する側の面とは反対側の面)に反射部材を設ける場合に、さらに顕著になる。 However, when the phosphor plate is used as a reflection type as in the light source device described above (the reflecting surface provided on the opposite side of the surface of the phosphor plate from which the excitation light from the solid light source is incident) The reflection light (specifically, fluorescence and excitation light) is extracted by using the reflection of light (in the case of using a reflection method), and, as will be described later, the excitation light from the solid light source is reflected by the reflective phosphor plate. The reflected light component (regular reflection component) in the reflection direction is partially intense on the projection surface, resulting in color unevenness. This phenomenon becomes more prominent when a reflecting member is provided on the back surface of the phosphor plate (the surface on the side opposite to the surface on which the excitation light from the solid light source is incident).
本発明は、蛍光体プレートを反射型として使用した場合でも、人間の視覚に励起光の正反射成分による色ムラを感じさせない光源装置および照明装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a light source device and an illuminating device that do not cause color unevenness due to a regular reflection component of excitation light to human vision even when a phosphor plate is used as a reflection type.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1種類の蛍光体を含む反射型の蛍光体プレートとを備えている光源装置であって、前記反射型の蛍光体プレートを、前記反射型の蛍光体プレートの平面と平行で前記反射型の蛍光体プレート内または平面上に存在し、かつ、前記固体光源の光軸と直交する回転軸を中心として、所定の回転速度で回転させる回転制御手段が設けられていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention described in
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の光源装置において、前記反射型の蛍光体プレートは、反射部材を挟んで、該反射部材の両側の面に蛍光体プレートが配置されていることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the light source device according to the first aspect, the reflection-type phosphor plate is arranged on both sides of the reflection member with the reflection member interposed therebetween. It is characterized by that.
また、請求項3記載の発明は、可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1種類の蛍光体を含む反射型の蛍光体プレートとを備えている光源装置であって、前記固体光源からの励起光が蛍光体プレートのみに入射するように、前記反射型の蛍光体プレートを、前記反射型の蛍光体プレートの平面と平行で前記反射型の蛍光体プレート内または平面上に存在し、かつ、前記固体光源の光軸と直交する回転軸を中心として、所定の速度で回転往復運動させる回転往復運動制御手段が設けられていることを特徴としている。 The invention described in claim 3 is a solid light source that emits visible light as excitation light, and at least one type that emits fluorescence having a wavelength longer than the emission wavelength of the solid light source when excited by excitation light from the solid light source. A reflection-type phosphor plate including the phosphor, and the reflection-type phosphor plate is used so that excitation light from the solid-state light source is incident only on the phosphor plate. Reciprocating rotation at a predetermined speed around a rotation axis that exists in or on the reflection type phosphor plate parallel to the plane of the reflection type phosphor plate and is orthogonal to the optical axis of the solid state light source The rotary reciprocating motion control means is provided.
また、請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光源装置が用いられていることを特徴とする照明装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an illuminating device in which the light source device according to any one of the first to third aspects is used.
請求項1、請求項2、請求項4記載の発明によれば、可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1種類の蛍光体を含む反射型の蛍光体プレートとを備えている光源装置であって、前記反射型の蛍光体プレートを、前記反射型の蛍光体プレートの平面と平行で前記反射型の蛍光体プレート内または平面上に存在し、かつ、前記固体光源の光軸と直交する回転軸を中心として、所定の回転速度で回転させる回転制御手段が設けられているので、蛍光体プレートを反射型として使用した場合でも、人間の視覚に励起光の正反射成分による色ムラを感じさせないようにすることができる。 According to the first, second, and fourth aspects of the present invention, a solid-state light source that emits visible light as excitation light, and a wavelength longer than the emission wavelength of the solid-state light source that is excited by excitation light from the solid-state light source. And a reflection type phosphor plate including at least one kind of phosphor that emits the fluorescence of the reflection type phosphor plate, the reflection type phosphor plate being parallel to a plane of the reflection type phosphor plate Therefore, there is provided a rotation control means for rotating at a predetermined rotation speed around a rotation axis that is present in the reflection type phosphor plate or on a plane and orthogonal to the optical axis of the solid state light source. Even when the phosphor plate is used as a reflection type, it is possible to prevent the human eye from feeling color unevenness due to the regular reflection component of the excitation light.
また、請求項3、請求項4記載の発明によれば、可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1種類の蛍光体を含む反射型の蛍光体プレートとを備えている光源装置であって、前記固体光源からの励起光が蛍光体プレートのみに入射するように、前記反射型の蛍光体プレートを、前記反射型の蛍光体プレートの平面と平行で前記反射型の蛍光体プレート内または平面上に存在し、かつ、前記固体光源の光軸と直交する回転軸を中心として、所定の速度で回転往復運動させる回転往復運動制御手段が設けられているので、蛍光体プレートを反射型として使用した場合でも、人間の視覚に励起光の正反射成分による色ムラを感じさせないようにすることができ、かつ、蛍光体プレートからの反射光の取り出し効率(利用効率)を低下させないようにすることができる。 According to the third and fourth aspects of the invention, the solid-state light source that emits visible light as excitation light, and the fluorescence that is excited by the excitation light from the solid-state light source and has a longer wavelength than the emission wavelength of the solid-state light source. A reflection type phosphor plate containing at least one type of phosphor that emits light, wherein the reflection type of the excitation light from the solid light source is incident only on the phosphor plate. The phosphor plate is parallel to the plane of the reflection type phosphor plate and exists in or on the reflection type phosphor plate and is centered on a rotation axis perpendicular to the optical axis of the solid light source. Rotation and reciprocation control means for rotating and reciprocating at a speed of 5 mm is provided, so that even when the phosphor plate is used as a reflection type, human eyes do not feel uneven color due to the regular reflection component of excitation light. It can be, and can be prevented to reduce the extraction efficiency of the reflected light (efficiency) of the phosphor plate.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2(a)、(b)は本発明の光源装置の一構成例を示す図である。なお、図2(a)は正面図、図2(b)は平面図である。 FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a configuration example of the light source device of the present invention. 2A is a front view, and FIG. 2B is a plan view.
図2(a)、(b)を参照すると、この光源装置20は、可視光を励起光として発光する固体光源5と、該固体光源5からの励起光により励起され該固体光源5の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1種類の蛍光体を含む反射型の蛍光体プレート12とを備えている。
Referring to FIGS. 2A and 2B, the
ここで、反射型の蛍光体プレート12とは、蛍光体プレート2の面のうち固体光源5からの励起光が入射する側の面とは反対側に設けられた反射面による反射を用いて反射光(具体的には、蛍光および励起光)を取り出すように構成された蛍光体プレートであり、図2(a)、(b)の例では、図2(b)に示すように、蛍光体プレート2の背面(反射面として機能する面)に反射部材6が設けられて反射型の蛍光体プレート12となっている。換言すれば、図2(a)、(b)の例では、反射型の蛍光体プレート12は、蛍光体プレート2の背面(反射面として機能する面)に反射部材6が設けられたものとなっている。
Here, the reflection
また、蛍光体プレート2には、実質的に樹脂成分を含んでいないものが用いられるのが好ましい。すなわち、蛍光体プレート2に実質的に樹脂成分を含んでいないものが用いられる場合には、熱による変色がなく、光の吸収が少ないことから、より一層の高輝度化を図ることができる。 Moreover, it is preferable to use the phosphor plate 2 that does not substantially contain a resin component. That is, when a phosphor plate 2 that does not substantially contain a resin component is used, there is no discoloration due to heat and light absorption is small, so that it is possible to further increase the brightness.
なお、樹脂成分を実質的に含まない蛍光体プレート2とは、蛍光体プレートの形成に通常使用される樹脂成分が蛍光体プレートの5wt%以下であるものを意味する。このような蛍光体プレートを実現するものとして蛍光体粉末をガラス中に分散させたもの、ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体、蛍光体の単結晶や蛍光体の多結晶体(以下、蛍光体セラミックスと称す)などが挙げられる。蛍光体セラミックスは、蛍光体の製造過程において、焼成前に材料を任意の形状に成形し、焼成した蛍光体の塊である。蛍光体セラミックスは、その製造工程のうち、成形工程においてバインダーとして有機物を使用する場合があるが、成形後に脱脂工程を設けて有機成分を焼き飛ばすため、焼成後の蛍光体セラミックスには有機樹脂成分は5wt%以下しか残留しない。したがって、ここに挙げた蛍光体プレートは、実質的に樹脂成分を含まず、無機物質のみから構成されているため、熱による変色が発生することがない。また、無機物質のみからなるガラスやセラミックスは、一般に、樹脂よりも熱伝導率が高いため、蛍光体プレート2から反射部材6への熱放散においても有利である。特に蛍光体セラミックスは、一般的に、ガラスよりもさらに熱伝導率が高く、単結晶より製造コストが安いため、これを蛍光体プレート2に用いるのが好適である。
The phosphor plate 2 substantially free of a resin component means that the resin component normally used for forming the phosphor plate is 5 wt% or less of the phosphor plate. As a material for realizing such a phosphor plate, a phosphor powder dispersed in glass, a glass phosphor in which a luminescent center ion is added to a glass matrix, a phosphor single crystal, and a phosphor polycrystalline (hereinafter referred to as a phosphor) And phosphor ceramics). The phosphor ceramic is a lump of phosphor that is formed by firing a material into an arbitrary shape before firing in the phosphor manufacturing process. Phosphor ceramics may use an organic substance as a binder in the molding process during the manufacturing process. However, an organic resin component is included in the fired phosphor ceramic because a degreasing process is provided after molding to burn off the organic components. Remains only 5 wt% or less. Therefore, since the phosphor plate mentioned here does not substantially contain a resin component and is composed only of an inorganic substance, it does not cause discoloration due to heat. In addition, glass or ceramics made of only an inorganic substance generally has a higher thermal conductivity than a resin, and is therefore advantageous in heat dissipation from the phosphor plate 2 to the reflecting
また、蛍光体プレート2は、固体光源5からの励起光により励起され固体光源5の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも1種類の蛍光体を含んでいる。具体的には、固体光源5が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体プレート2は、例えば、緑、赤、黄色などの蛍光体のうち、少なくとも1種類の蛍光体を含んでいる。固体光源5が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体プレート2が、例えば、緑、赤色の蛍光体を含んでいるときには(緑、赤色の蛍光体のそれぞれが例えば均一に分散されて混合されたものとなっているときには)、固体光源5からの青色光を蛍光体プレート2に照射するとき、反射光として白色などの照明光を得ることができる。また、固体光源5が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体プレート2が、例えば、黄色の蛍光体だけを含んでいるときには、固体光源5からの青色光を蛍光体プレート2に照射するとき、反射光として白色などの照明光を得ることができる。
The phosphor plate 2 includes at least one kind of phosphor that is excited by excitation light from the solid
ところで、前述したように、蛍光体プレート2を反射型として使用する場合(蛍光体プレート2の面のうち固体光源5からの励起光が入射する側の面とは反対側に設けられた反射面による反射を用いて反射光(具体的には、蛍光および励起光)を取り出す方式(反射方式)を用いる場合)、後で詳述するように、蛍光体プレート2による固体光源5からの励起光の正反射方向への反射光成分(正反射成分)が、投射面において部分的に強く出てしまい、色ムラ(例えば青色が強い色ムラ)が生じてしまう。この現象は、蛍光体プレート2の背面(固体光源5からの励起光が入射する側の面とは反対側の面)に反射部材6を設ける場合に、さらに顕著になる。
Incidentally, as described above, when the phosphor plate 2 is used as a reflection type (the reflecting surface provided on the opposite side of the surface of the phosphor plate 2 from the surface on which the excitation light from the solid
図2(a),(b)の光源装置20では、蛍光体プレート2を反射型として使用する場合でも、人間の視覚に励起光の正反射成分による色ムラを感じさせないようにするために、反射型の蛍光体プレート12を、回転軸4(反射型の蛍光体プレート12の平面と平行で反射型の蛍光体プレート12内または平面上(反射型の蛍光体プレート12の平面上)に存在し、かつ、固体光源5の光軸と直交する回転軸4)を中心として、所定の回転速度で回転させる(例えば矢印Rの方向に回転させる)回転制御手段3が設けられている。また、図2(a)、(b)の例では、回転制御手段3にはモーターが用いられ、回転軸4が回転制御手段(モーター)3に繋がれて、反射型の蛍光体プレート12は、回転制御手段(モーター)3により回転軸4を中心として回転するようになっている(なお、図2(b)では、回転制御手段(モーター)3の図示は省略されている)。
In the
なお、反射部材6、回転軸4は例えば金属で形成され、反射部材6、回転軸4が金属で形成されているときには、回転軸4を反射部材6と一体に形成することで、蛍光体プレート2に固体光源5からの励起光を照射したときに発生する熱(蛍光体プレート2の励起時に発生する熱)を効率良く伝導放熱することができる。
The reflecting
また、図2(a),(b)の光源装置20において、蛍光体プレート2からの反射光(具体的には、蛍光および励起光)を取り出して利用するタイミングは、固体光源5に対して、蛍光体プレート2が例えば図3(a)に示すような90°の位置範囲(第1象限)、すなわちP1〜P2の位置範囲にあるときに限られ、蛍光体プレート2に固体光源5からの励起光が照射しているときであっても、固体光源5に対して、蛍光体プレート2が例えば図3(b)に示すような90°の位置範囲(第2象限)、すなわちP2〜P3の位置範囲にあるときには、蛍光体プレート2からの反射光(具体的には、蛍光および励起光)の取り出し、利用はなされない。
Further, in the
また、反射型の蛍光体プレート12の所定の回転速度は一定である必要はなく、固体光源5に対して、蛍光体プレート2が例えば図3(a)に示すような90°の位置範囲(第1象限)にあるときには、所定の回転速度として、人間の目の時間分解能が追従できない速度、例えば1回転当たり30Hz以上の速度であるのが好ましく、また、蛍光体プレート2に固体光源5からの励起光が照射しているときであっても、固体光源5に対して、蛍光体プレート2が例えば図3(b)に示すような90°の位置範囲(第2象限)にあるとき、あるいは、図4のように反射型の蛍光体プレート12の背面(反射部材6の面)、もしくは、反射型の蛍光体プレート12の側面に固体光源5からの励起光が照射しているときは、蛍光体の励起には関係ないので、その時の回転速度を蛍光体プレート2が図3(a)に示すような90°の位置範囲(第1象限)にあるときよりも早くすることにより、蛍光体プレート2での励起を効率良く行うことができる。また、図2(a)、(b)の例において、反射型の蛍光体プレート12の背面(反射部材6の面)側は、背面(反射部材6の面)側での反射光(青色)による色ムラの発生を防止するために、固体光源5からの光を反射しないような処理をしておくことが望ましい。
Further, the predetermined rotational speed of the reflection
図2(a)、(b)の光源装置20について、より詳細に説明する。
The
図2(a),(b)の光源装置20において、固体光源5には、可視光領域に発光波長をもつ発光ダイオードや半導体レーザーなどが使用可能である。
In the
より具体的に、図2(a),(b)の光源装置20において、固体光源5には、例えば、GaN系の材料を用いた発光波長が約460nmの青色光を発光する発光ダイオードや半導体レーザーなどを用いることができる。この場合、蛍光体プレート2の蛍光体としては、波長が約440nmないし約470nmの青色光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体には、CaAlSiN3:Eu2+、Ca2Si5N8:Eu2+、KSiF6:Mn4+、KTiF6:Mn4+等を用いることができ、緑色蛍光体には、Y3(Ga,Al)5O12:Ce3+、Ca3Sc2Si3O12:Ce3+、CaSc2O4:Eu2+、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+、Ba3Si6O12N2:Eu2+、(Si,Al)6(O,N)8:Eu2+等を用いることができ、黄色蛍光体には、Y3Al5O12:Ce3+ (YAG)、(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、Cax(Si,Al)12(O,N)16:Eu2+等を用いることができる。
More specifically, in the
蛍光体プレート2としては、これらの蛍光体粉末をガラス中に分散させたものや、ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体、樹脂などの結合部材を含まない蛍光体セラミックス等を用いることができる。蛍光体粉末をガラス中に分散させたものの具体例としては、上に列挙した組成の蛍光体粉末をP2O3、SiO2、B2O3、Al2O3などの成分を含むガラス中に分散したものが挙げられる。ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体としては、Ce3+やEu2+を付活剤として添加したCa−Si−Al−O−N系やY−Si−Al−O−N系などの酸窒化物系ガラス蛍光体が挙げられる。蛍光体セラミックスとしては、上に列挙した組成の蛍光体組成からなり、樹脂成分を実質的に含まない焼結体が挙げられる。これらの中でも透光性を有する蛍光体セラミックスを使用することが望ましい。これは、焼結体中に光の散乱の原因となるポアや粒界の不純物がほとんど存在しないために透光性を有するに至った蛍光体セラミックスである。ポアや不純物は熱拡散を妨げる原因にもなるため、透光性セラミックスは高い熱伝導率を示す。このため蛍光体プレート2として利用した場合には励起光や蛍光を拡散により失うことなく蛍光体プレート2から取り出して利用でき、さらに蛍光体プレート2で発生した熱を効率良く放散することができる。透光性を示さない焼結体でも出来るだけポアや不純物の少ないものが望ましい。ポアの残存量を評価する指標としては蛍光体セラミックスの比重の値を用いることができ、その値が計算される理論値に対して95%以上のものが望ましい。 As the phosphor plate 2, a phosphor in which these phosphor powders are dispersed in glass, a glass phosphor in which a luminescent center ion is added to a glass matrix, a phosphor ceramic not including a binding member such as a resin, or the like is used. Can do. As a specific example of the phosphor powder dispersed in glass, the phosphor powder having the composition listed above is contained in a glass containing components such as P 2 O 3 , SiO 2 , B 2 O 3 , and Al 2 O 3. Are dispersed. Examples of glass phosphors in which a luminescent center ion is added to a glass matrix include Ca—Si—Al—O—N and Y—Si—Al—O—N systems in which Ce 3+ or Eu 2+ is added as an activator. Examples thereof include oxynitride glass phosphors. Examples of the phosphor ceramic include a sintered body having a phosphor composition having the composition listed above and substantially not including a resin component. Among these, it is desirable to use a phosphor ceramic having translucency. This is a phosphor ceramic that has translucency because there are almost no pores or impurities at grain boundaries that cause light scattering in the sintered body. Since pores and impurities can also prevent thermal diffusion, translucent ceramics exhibit high thermal conductivity. For this reason, when used as the phosphor plate 2, the excitation light and fluorescence can be taken out from the phosphor plate 2 without being lost by diffusion, and the heat generated in the phosphor plate 2 can be efficiently dissipated. Even a sintered body that does not show translucency is desirable to have as few pores and impurities as possible. As an index for evaluating the remaining amount of pores, the value of specific gravity of the phosphor ceramic can be used, and it is desirable that the value is 95% or more with respect to the theoretical value by which the value is calculated.
ここで、青色励起の黄色発光蛍光体であるY3Al5O12:Ce3+蛍光体を例に、透光性を有する蛍光体セラミックスの製造方法を説明する。蛍光体セラミックスは出発原料の混合工程、成形工程、焼成工程、加工工程を経て製造される。出発原料には、酸化イットリウムや酸化セリウムやアルミナ等、Y3Al5O12:Ce3+蛍光体の構成元素の酸化物や、焼成後に酸化物となる炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等を用いる。出発原料の粒径はサブミクロンサイズのものが望ましい。これらの原料を化学量論比となるように秤量する。このとき焼成後のセラミックスの透過率向上を目的として、カルシウムやシリコンなどの化合物を添加することも可能である。秤量した原料は、水もしくは有機溶剤を用い、湿式ボールミルにより十分に分散、混合を行う。次に混合物を所定の形状に成形する。成形方法としては、一軸加圧法、冷間静水圧法、スリップキャスティング法や射出成形法等を用いることができる。得られた成形体を1600〜1800℃で焼成する。これにより、透光性のY3Al5O12:Ce3+蛍光体セラミックスを得ることができる。 Here, a method of manufacturing a phosphor ceramic having translucency will be described by taking as an example a Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ phosphor which is a blue-excited yellow light-emitting phosphor. The phosphor ceramic is manufactured through a starting material mixing step, a forming step, a firing step, and a processing step. As starting materials, yttrium oxide, cerium oxide, alumina, and the like, oxides of constituent elements of Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ phosphor, carbonates, nitrates, sulfates and the like that become oxides after firing are used. The particle size of the starting material is preferably a submicron size. These raw materials are weighed so as to have a stoichiometric ratio. At this time, for the purpose of improving the transmittance of the ceramic after firing, it is also possible to add a compound such as calcium or silicon. The weighed raw materials are sufficiently dispersed and mixed by a wet ball mill using water or an organic solvent. Next, the mixture is formed into a predetermined shape. As the molding method, a uniaxial pressing method, a cold isostatic pressing method, a slip casting method, an injection molding method, or the like can be used. The obtained molded body is fired at 1600 to 1800 ° C. Thus, translucent Y 3 Al 5 O 12: Ce 3+ phosphor ceramic can be obtained.
以上のようにして作製した蛍光体セラミックスは、自動研磨装置などを用いて、厚さ数十〜数百μmの厚みに研磨し、さらに、ダイアモンドカッターやレーザーを用いたダイシングやスクライブにより、円形や四角形や扇形、リング形など任意の形状の板に切り出して使用する。 The phosphor ceramic produced as described above is polished to a thickness of several tens to several hundreds of μm using an automatic polishing apparatus and the like, and is further rounded by dicing or scribing using a diamond cutter or laser. Cut out to a board of any shape such as a square, fan or ring.
また、反射部材6としては、金属基板や酸化物セラミックス、非酸化セラミックスなどを使用可能であるが、特に高い伝熱特性、加工性を併せ持つ金属基板を使用するのが望ましい。金属としては、Al、Cu、Ti、Si、Ag、Au、Ni、Mo、W、Fe、Pdなどの単体や、それらを含む合金が使用可能である。また、反射部材6の表面に増反射や腐食防止を目的としたコーティングを施しても良い。また、蛍光体プレート2の背面に直に金属膜を付けただけの構造でも良いが、熱引きの問題などを考慮すると、ある程度の厚さを持った金属基板の方が適している。
Further, as the reflecting
また、蛍光体プレート2と反射部材6との接合には、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、ろう付けなどを用いることができる。これらの中でも、高い反射率と伝熱特性を両立可能なろう付けを用いるのが望ましい。セラミックス(蛍光体プレート2)と金属基板(反射部材6)との接合は、まず、セラミックス側に金属膜を形成し、その金属膜と金属基板をろう付けすることで可能である。セラミックスへの金属膜の形成は、真空中での蒸着法やスパッタ法、もしくは高融点金属法などが使用可能である。なお、高融点金属法とは、セラミックスの表面に金属微粒子を含む有機バインダーを塗布し、水蒸気と水素を含む還元雰囲気下で1000〜1700℃に加熱する方法である。このとき形成される金属膜には、Si、Nb、Ti、Zr、Mo、Ni、Mn、W、Fe、Pt、Al、Au、Pd、Ta、Cuなどを含む単体や合金が用いられる。また、ろう材には、Ag、Cu、Zn、Ni、Sn、Ti、Mn、In、Biなどを含むろう材が使用可能である。必要であれば金属膜と金属の接合面の酸化被膜をフラックスで除去し、接合面にろう材を配置し、200〜800℃に加熱し、冷却することで、接合することができる。また、接合後にセラミックスと金属の膨張係数の差による接合面の破壊を防ぐために、セラミックスと金属の中間の膨張係数を有する物質を介在させて接合を行っても良い。
Moreover, an organic adhesive, an inorganic adhesive, low melting glass, brazing, etc. can be used for joining the phosphor plate 2 and the reflecting
ここで、図2(a),(b)の光源装置20において、人間の視覚に励起光の正反射成分による色ムラを感じさせない原理を説明する。なお、以下では、固体光源5としては励起光として青色の光を出射する半導体レーザーを用い、蛍光体プレート2としては青色の光で励起され黄色の蛍光を発する蛍光体を用いた場合を例として説明する。
Here, in the
図2(a),(b)の光源装置20のように反射型の蛍光体プレート12を用いる場合、反射型の蛍光体プレート12が固定されていると、図5に模式的に示すように、蛍光体プレート2の法線方向zを中心に固体光源5からの励起光の蛍光体プレート2への入射角と出射角が等しくなる方向(すなわち、固体光源5からの励起光の正反射方向)に出射する固体光源5からの光(励起光(青色))が強くなってしまう。これは、固体光源5からの光(励起光(青色))が蛍光体プレート2の表面で正反射を起こしたり、蛍光体を励起しない固体光源5からの光(励起光(青色))が蛍光体プレート2の背面に配置された反射部材6で正反射を起こしたりするためである。これに対して、固体光源5からの光(励起光)によって励起された蛍光体からの蛍光は、蛍光体プレート2の法線方向zを中心とするランバーシアン配光となり、様々な方向から見た時の明るさがほぼ等しくなる。従って、これら二つの光(蛍光体プレート2での励起光の反射光(青色)と蛍光体の蛍光(黄色))の加法混色で白色を得ようとした場合、方向によって青色光と黄色光のバランスが変わってしまい色ムラとなる。特に固体光源5からの入射光(励起光)の蛍光体プレート2での正反射方向は、固体光源5からの励起光の青色が強く出てしまい、激しい色ムラとなってしまう。
When the
図6には、反射型の蛍光体プレート12を図5に示すように固定した場合の配光が示されている。図6から、蛍光体プレート2からの反射光を投射面70に照射した場合には、ある帯状の部分71に励起光(青色光)の正反射成分がまとまって照射されてしまい、この部分71で励起光(青色光)の正反射成分による色ムラ(青色が強い色ムラ)が生じてしまう。なお、投射面70の帯状の部分71以外の部分は、励起光(青色光)と蛍光体プレート(黄色蛍光体プレート)2からの蛍光(黄色光)との混色により、普通の(色ムラのない)白色となっている。
FIG. 6 shows the light distribution when the
本発明では、固体光源5からの入射光(励起光)の蛍光体プレート2での正反射方向の反射光成分(すなわち、青色の正反射成分)による色ムラの出現位置を、反射型の蛍光体プレート12を回転軸4を中心として回転させることにより、時間的に変化させる(異ならせる)ようにしている。図7(a)、(b)、(c)には、反射型の蛍光体プレート12を回転軸4を中心として回転させることにより変化する青色の正反射成分の色ムラ71の出現位置の例が示されている。このように、反射型の蛍光体プレート12を回転軸4を中心として回転させることにより、青色の正反射成分の色ムラ71の出現位置を時間的に変化させ(異ならせ)、青色の正反射成分の色ムラ71の出現位置が散らばるようにすることで(すなわち、青色の正反射成分による色ムラ71が散らばるようにすることで)、人間の視覚に励起光の正反射成分による色ムラ71を感じさせないようにすることができる。反射型の蛍光体プレート12の回転が遅い場合は、青色光の時間的な場所変化(すなわち、青色の正反射成分の色ムラ71)が視認されてしまうが、反射型の蛍光体プレート12の回転軸4を中心とした回転速度が速くなり、人の目の時間分解能が追従できない回転速度になると(具体的には、1回転当たり30Hz以上の速度になると)、色ムラ71はもはや視認できなくなり、本発明の目的を達成することができる。
In the present invention, the appearance position of color unevenness due to the reflected light component (that is, the blue regular reflection component) in the regular reflection direction of the incident light (excitation light) from the solid-
また、図8(a),(b)は、本発明の光源装置の他の構成例を示す図である。なお、図8(a),(b)において図2(a),(b)と同様の箇所には同じ符号を付している。図2(a),(b)の光源装置20では、反射部材6の一方の面に蛍光体プレート2が設けられて反射型の蛍光体プレート12が構成されているが、図8(a),(b)の光源装置30では、反射部材6の両面にそれぞれ蛍光体プレート2a、2bが設けられて反射型の蛍光体プレート22が構成されている(なお、蛍光体プレート2a、2bの組成等や、蛍光体プレート2a、2bと反射部材6との接合等は、図2(a),(b)の蛍光体プレート2の組成等や、蛍光体プレート2と反射部材6との接合等と同様である)。また、図8(a),(b)の光源装置30の場合には、回転制御手段3は、反射型の蛍光体プレート22を、回転軸4(反射型の蛍光体プレート22の平面と平行で反射型の蛍光体プレート22内または平面上(反射型の蛍光体プレート22の平面上)に存在し、かつ、固体光源5の光軸と直交する回転軸4)を中心として、所定の回転速度で回転させるようになっている。より具体的に、図8(a),(b)の光源装置30の場合には、固体光源5に対して、蛍光体プレート2aが例えば図9(a)に示すような90°の位置範囲(第1象限)、すなわちP1〜P2の位置範囲にあるときと、蛍光体プレート2bが例えば図9(b)に示すような90°の位置範囲(第1象限)、すなわちP1〜P2の位置範囲にあるときとに、所定の回転速度として、人間の目の時間分解能が追従できない速度、例えば1回転当たり30Hz以上の速度にし、それ以外の状態のときには、回転速度をより早くすることにより、蛍光体プレート2a、2bでの励起を効率良く行うことができる。また、図8(a),(b)の光源装置30では、反射部材6の両面にそれぞれ蛍光体プレート2a、2bを設けていることで、図2(a),(b)の光源装置20に比べて、蛍光体プレートの利用頻度を約2倍にすることができ、固体光源5からの照射光による蛍光体プレートからの反射光の取り出し効率を約2倍にすることができる。さらに、反射部材6を金属板で作製し、回転軸4をこの金属板と一体に設けることで、蛍光体プレートの励起時に発生する熱を効率よく伝導放熱することができる。
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing another configuration example of the light source device of the present invention. In FIGS. 8 (a) and 8 (b), the same parts as those in FIGS. 2 (a) and 2 (b) are denoted by the same reference numerals. In the
また、図10(a),(b)は、本発明の光源装置の他の構成例を示す図である。なお、図10(a),(b)において図2(a),(b)と同様の箇所には同じ符号を付している。図2(a),(b)の光源装置20では、回転制御手段3は、反射型の蛍光体プレート12を例えば矢印Rの方向に(一方向に)回転させるようにしているが、図10(a),(b)の光源装置40では、回転制御手段3のかわりに、固体光源5からの励起光が蛍光体プレート2のみに入射するように、反射型の蛍光体プレート12を、回転軸4(反射型の蛍光体プレート12の平面と平行で反射型の蛍光体プレート12内または平面上(反射型の蛍光体プレート12の平面上)に存在し、かつ、固体光源5の光軸と直交する回転軸4)を中心として、所定の速度で回転往復運動させる回転往復運動制御手段7が設けられている(なお、図10(b)では、回転往復運動制御手段7の図示は省略されている)。ここで、回転往復運動制御手段7としては、モーターなどが用いられ、回転往復運動制御手段7による回転往復運動速度としては、人間の目の時間分解能が追従できない速度、例えば1回転往復当たり30Hz以上の速度であるのが好ましい。図10(a),(b)の光源装置40では、固体光源5に対して、蛍光体プレート2を例えば図11に示すような90°の位置範囲(第1象限)、すなわち主にP1〜P2の位置範囲内で回転往復運動させることで、蛍光体プレート2からの反射光の取り出し効率(利用効率)を図2(a),(b)の場合に比べて著しく高めることができる。換言すれば、図10(a),(b)の光源装置40では、蛍光体プレート2を反射型として使用した場合でも、人間の視覚に励起光の正反射成分による色ムラを感じさせないようにすることができ、かつ、蛍光体プレート2からの反射光の取り出し効率(利用効率)を低下させないようにすることができる。
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing another configuration example of the light source device of the present invention. In FIGS. 10A and 10B, the same parts as those in FIGS. 2A and 2B are denoted by the same reference numerals. In the
なお、上述の各構成例では、固体光源5に対して、蛍光体プレート2が図3(a)に示すような90°の位置範囲(第1象限)、すなわちP1〜P2の位置範囲にあるときに蛍光体プレート2からの反射光(具体的には、蛍光および励起光)を取り出して利用するとしたが、蛍光体プレート2が図3(a)に示すような90°の位置範囲(第1象限)、すなわちP1〜P2の位置範囲にあるときには、蛍光体プレート2からの反射光(具体的には、蛍光および励起光)の取り出し、利用を行わず、固体光源5に対して、蛍光体プレート2が図3(b)に示すような90°の位置範囲(第2象限)、すなわちP2〜P3の位置範囲にあるときに、蛍光体プレート2からの反射光(具体的には、蛍光および励起光)の取り出し、利用を行うようにすることもできる。この場合、図10(a),(b)の光源装置40では、固体光源5に対して、蛍光体プレート2を例えば図3(b)に示すような90°の位置範囲(第2象限)、すなわち主にP2〜P3の位置範囲内で回転往復運動させることもできる。
In each configuration example described above, the phosphor plate 2 is in a 90 ° position range (first quadrant) as shown in FIG. 3A with respect to the solid-
また、本発明の上述した光源装置20、30、40は、レンズ系や反射板と組み合わせることにより、照明装置を実現することができる。
In addition, the above-described
図12には、本発明の光源装置を用いた照明装置の一例が示されている。図12を参照すると、この照明装置50は、ケース51と、ケース51内に収納された光源装置(例えば、20、30、または、40など)と、光源装置(例えば、20、30、または、40など)からの出射光を前方に所定の配光特性を持って照射するレンズ系52とにより構成されている。
FIG. 12 shows an example of a lighting device using the light source device of the present invention. Referring to FIG. 12, the
図12の照明装置50では、光源装置(例えば、20、30、または、40など)を用いているので、人間の視覚に励起光の正反射成分による色ムラを感じさせない照明光を得ることができる。
In the
本発明は、ヘッドランプなどの車両用照明、プロジェクタ、一般照明などに利用可能である。 The present invention can be used for vehicle lighting such as headlamps, projectors, and general lighting.
2、2a、2b 蛍光体プレート
3 回転制御手段
4 回転軸
5 固体光源
6 反射部材
7 回転往復運動制御手段
12、22 反射型の蛍光体プレート
20、30、40 光源装置
50 照明装置
51 ケース
52 レンズ系
2, 2a, 2b Phosphor plate 3 Rotation control means 4
Claims (4)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011062237A JP2012199061A (en) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | Light source device and lighting device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103316850A (en) * | 2013-05-10 | 2013-09-25 | 安徽捷迅光电技术有限公司 | Novel color sorter reflector |
-
2011
- 2011-03-22 JP JP2011062237A patent/JP2012199061A/en not_active Withdrawn
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