JP2013004220A

JP2013004220A - 照明装置

Info

Publication number: JP2013004220A
Application number: JP2011132057A
Authority: JP
Inventors: Teiichiro Takano; 貞一郎高野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2013-01-07
Anticipated expiration: 2031-06-14
Also published as: JP5766521B2

Abstract

【課題】ランプと電源を高所に設置することなく高天井照明を実現することの可能な照明装置を提供する。
【解決手段】拡散反射手段７は、固体光源５からの励起光を波長選択手段８の側に拡散反射させ、波長選択手段８は、拡散反射手段７によって拡散反射された励起光を蛍光体層２に向けて反射する一方で、蛍光体層２で発光された蛍光を透過するようになっており、蛍光体層２は、蛍光を反射方式で波長選択手段８に向けて反射させ波長選択手段８を透過させて取り出すように構成されており、波長選択手段８は、拡散反射手段７上に焦点をもつ放物曲線形状を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、照明装置に関する。

高天井照明は、高い場所に設置することを目的としていて、高出力を有する照明である。

図１には、特許文献１に記載されている高天井照明の構成が示されている。図１を参照すると、特許文献１の構成では、ランプホルダ１２１にランプ点灯用の安定器が挿入されており、取り付け具１１１から安定器に入力電流と入力電圧が供給され、安定器にて、ランプ１２２が点灯可能な電流と電圧に変換して、ランプ１２２を点灯し、点灯した光は反射笠１２３によって集光され必要なエリアに照射されるようになっている。

また、特許文献２にも、特許文献１と同様な高天井照明の構成が示されており、特許文献２の構成では、さらに、高所でのＨＩＤ光源（ランプ）の取替えが容易になるようにモータによる昇降装置を備えている。

特開２００７−３３５２０７号公報特開２００６−０８９２３８号公報

しかしながら、上述のような従来の高天井照明は、ＨＩＤ光源（ランプ）と電源を高所に設置して使用する必要がある。高天井照明が設置される場所の温度は、空調が効いている空間でも冷たい空気が下に滞留して暖かい空気が上に滞留することから、夏場においてはかなりの高温になることがわかっている。ＨＩＤ光源（ランプ）については影響が少ないが、電源は高温雰囲気で使用する場合には信頼性を損ねる恐れがある。また、ＨＩＤ光源（ランプ）は寿命が１０，０００時間前後であるため、２４時間使用する場所では１年弱で交換しなくてならず、特許文献１の構成では、高所での光源の交換作業を必要とし、特許文献２の構成では、昇降装置を備えて取替えが容易になるものの、昇降装置を備えるため高コストになるという問題があった。

本発明は、ランプと電源を高所に設置することなく高天井照明を実現することの可能な照明装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を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蛍光体層と、拡散反射手段と、波長選択手段とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れた位置にあり、
前記固体光源および前記拡散反射手段は、前記固体光源からの励起光を前記波長選択手段の側に拡散反射させ、前記波長選択手段は、前記拡散反射手段によって拡散反射された励起光を前記蛍光体層に向けて反射する一方で、前記蛍光体層で発光された蛍光を透過するようになっており、
前記蛍光体層は、前記蛍光体層の面のうち前記波長選択手段からの励起光が入射した側の面から蛍光を反射方式で前記波長選択手段に向けて反射させ前記波長選択手段を透過させて取り出すように構成されており、
前記波長選択手段は、前記拡散反射手段上に焦点をもつ放物曲線形状を有していることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、前記波長選択手段は、前記拡散反射手段から前記波長選択手段を介して前記蛍光体層に至る励起光の光路長が、前記拡散反射手段からの励起光の拡散角度に依らずに、略一定のものとなるように、かつ、前記拡散反射手段からの拡散された励起光を前記蛍光体層に平行光として入射させるように構成されていることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の照明装置において、前記蛍光体層は、水平面上に配置され、前記波長選択手段からの励起光としての平行光は、前記水平面と垂直な方向に前記蛍光体層に入射し、前記蛍光体層からは、前記水平面と垂直な方向に前記波長選択手段に向けて蛍光が出射されるようになっていることを特徴としている。

請求項１乃至請求項３記載の発明によれば、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を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蛍光体層と、拡散反射手段と、波長選択手段とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れた位置にあり、
前記固体光源および前記拡散反射手段は、前記固体光源からの励起光を前記波長選択手段の側に拡散反射させ、前記波長選択手段は、前記拡散反射手段によって拡散反射された励起光を前記蛍光体層に向けて反射する一方で、前記蛍光体層で発光された蛍光を透過するようになっており、
前記蛍光体層は、前記蛍光体層の面のうち前記波長選択手段からの励起光が入射した側の面から蛍光を反射方式で前記波長選択手段に向けて反射させ前記波長選択手段を透過させて取り出すように構成されており、
前記波長選択手段は、前記拡散反射手段上に焦点をもつ放物曲線形状を有しているので、従来のようにランプと電源を高所に設置することなく高天井照明を実現することが可能であって、その際に、輝度ムラなどが生じるのを防止することができる。

特許文献１に記載されている高天井照明の構成を示す図である。本願の発明者が当初案出した照明装置を示す図である。本発明の照明装置の一構成例を示す図である。拡散反射手段の具体例を示す図である。ダイクロイックミラー膜の光学特性を示す図である。図５に示すダイクロイックミラー膜の光学特性に対して、４０５ｎｍに中心励起波長をもつ紫外光レーザー光の発光スペクトルを示す図である。蛍光体層が青、緑、赤、黄色の蛍光体を含んでいるときに、４０５ｎｍに中心励起波長をもつ紫外光レーザー光によって励起された青、緑、赤、黄色の蛍光体の発光スペクトルを、図５に示すダイクロイックミラー膜の光学特性に対して示す図である。固体光源からの励起光の光軸中心（ビームの中心）が放物曲線形状を有している波長選択手段の拡散反射手段上の焦点に合致するように調整された状態を示す図である。拡散反射手段から波長選択手段を介して蛍光体層に至る励起光の光路長を示す図である。水平面と垂直な方向に波長選択手段に向けて出射された蛍光が、波長選択手段を透過して、地上に照明光として達する様子を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

ランプと電源を高所に設置することなく高天井照明を実現するため、本願の発明者は、当初、図２に示すような照明装置１０を案出した。

図２の照明装置１０は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の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蛍光体層２とを備え、固体光源５と蛍光体層２とが空間的に離れて配置されている。

ここで、蛍光体層２には、樹脂成分を含んでいるもの（例えば、シリコーン樹脂などの高い透明樹脂中に蛍光体を分散、塗布したもの）や、ガラス封止のものを用いることもできるが、実質的に樹脂成分を含んでいないもの（蛍光体セラミックスなど）を用いることもできる。

また、蛍光体層２の前記励起光が入射する側の面とは反対の面側には光反射性と熱伝導性を有する基板（放熱基板）６が設けられており、蛍光体層２は、放熱基板６に接合されている。すなわち、図２の照明装置１０では、蛍光体層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（放熱基板６）によって蛍光などの光（励起光、蛍光）を反射方式で地上に向けて反射するように構成されている。なお、放熱基板６は、光（固体光源５からの励起光によって励起された蛍光体層２からの発光（蛍光）と、蛍光体層２で吸収されなかった固体光源５からの光）に対する反射面の役割と、蛍光体層２から放散してきた熱を外部へ放散させる役割と、蛍光体層２の支持基板の役割も担うものである。このため、高い光反射特性、伝熱特性、加工性が求められる。この放熱基板６には、金属基板やアルミナなどの酸化物セラミックス、窒化アルミニウムなどの非酸化セラミックスなどが使用可能であるが、特に高い光反射特性、伝熱特性、加工性を併せ持つ金属基板が使用されるのが望ましい。

また、蛍光体層２および放熱基板６は、例えば高い天井の水平面上に配置され、固体光源５は、地上付近に設置されて、蛍光体層２の面に向けて斜め下方から（水平面に対して２０〜６０°程度の角度で）励起光を照射することで、蛍光体層２を励起発光させるようになっている。

具体的には、固体光源５が紫外光を励起光として発光するものである場合、蛍光体層２が、例えば、青、緑、赤、黄色の蛍光体を含んでいるときには（青、緑、赤、黄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からの紫外光を蛍光体層２に照射するとき、反射光として白色の照明光を得ることができる。また、固体光源５が紫外光を励起光として発光するものである場合、蛍光体層２が、例えば、青色、または、緑色、または、赤色、または、黄色の蛍光体を含んでいるときには、固体光源５からの紫外光を蛍光体層２に照射するとき、反射光として青色、または、緑色、または、赤色、または、黄色の照明光（単色光）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励起光として発光するものである場合、蛍光体層２が、例えば、緑、赤、黄色の蛍光体を含んでいるときには（緑、赤、黄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層２に照射するとき、固体光源５からの青色光と緑、赤、黄色の蛍光との混色により、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、蛍光体層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層２に照射するとき、固体光源５からの青色光と黄色の蛍光との混色により、反射光として白色などの照明光を得ることができる。このように、固体光源５と蛍光体層２とを適宜組み合わせることにより、単色光または白色光を得ることができる。

このように、図２の照明装置１０は、蛍光体層２および放熱基板６を高い天井の水平面上に配置し、固体光源５を地上付近に設置して、蛍光体層２の面に向けて斜め下方から励起光を照射することで、蛍光体層２を励起発光させるようになっているので、従来のようにランプと電源を高所に設置することなく、高天井照明を実現することが可能となる。

しかしながら、図２の照明装置１０では、地上付近から角度αの範囲で下方向から固体光源５からの励起光を蛍光体層２に照射するとき、蛍光体層２に照射される励起光の単位面積当たりの照射エネルギーは、図２において蛍光体層２の右端側Ｒと左端側Ｌとで、相違してしまう。すなわち、図２の例では、蛍光体層２の右端側Ｒは、左端側Ｌと比べて、固体光源５からの照射距離がより短く、固体光源５からの励起光は蛍光体層２に垂直により近い角度で入射するので、照射エネルギーがより大きなものとなる。このように、蛍光体層２に照射される励起光の単位面積当たりの照射エネルギーが、図２において蛍光体層２の右端側Ｒと左端側Ｌとで相違してしまうことから、蛍光体層２の発光面には、輝度ムラなどが発生してしまい、均一な発光（照明）を実現することが難しいという欠点がある。

本発明は、従来のようにランプと電源を高所に設置することなく、高天井照明を実現することを可能にするとともに、図２の照明装置１０における上記問題点を解決することを意図している。

図３は本発明の照明装置の一構成例を示す図である。なお、図３において図２と同様の箇所には同じ符号を付している。図３を参照すると、この照明装置２０は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の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蛍光体層２と、拡散反射手段７と、波長選択手段８とを備え、固体光源５と蛍光体層２とが空間的に離れて配置されている。

ここで、拡散反射手段７は、例えば拡散反射ミラーであり、固体光源５からの励起光を波長選択手段８の側に拡散反射させるようになっている。拡散反射手段７としては、具体的には、図４（ａ）に示すような凸状ミラー、あるいは、図４（ｂ）に示すような凹状ミラーを用いることができる。

また、波長選択手段８は、拡散反射手段７によって拡散反射された励起光を蛍光体層２に向けて反射する一方で、蛍光体層２で発光された蛍光を透過するようになっている。すなわち、波長選択手段８は、具体的にはダイクロイックミラー膜などであり、所定の波長の励起光を反射する一方で、該励起光よりも長波長の蛍光を透過するように構成されている。

また、波長選択手段８は、拡散反射手段７上に焦点をもつ（例えば拡散反射手段（拡散反射ミラー）７の中心点を焦点とした）放物曲線形状を有しているのが好ましい。なお、図３の例では、波長選択手段８は、放物曲線形状の透明部材９上に形成された放物曲線形状のダイクロイックミラー膜として構成されている。

すなわち、波長選択手段８は、拡散反射手段７から波長選択手段８を介して蛍光体層２に至る励起光の光路長が、拡散反射手段７からの励起光の拡散角度φに依らずに、略一定のものとなるように、かつ、拡散反射手段７からの拡散された励起光を蛍光体層２に平行光として（最適には、蛍光体層２に垂直な平行光として）入射させるように構成されている。なお、図３の例では、拡散反射手段７からの拡散された励起光を蛍光体層２に垂直な平行光として入射させるように波長選択手段８が構成されている場合が示されている。

また、蛍光体層２は、例えば高い天井の水平面上に配置され、蛍光体層２の面のうち波長選択手段８からの励起光が入射した側の面から蛍光を反射方式で波長選択手段８に向けて反射させ波長選択手段８を透過させて取り出すように（地上を照射するように）構成されている。

より詳細に、蛍光体層２の前記励起光が入射する側の面とは反対の面側には光反射性と熱伝導性を有する基板（放熱基板）６が設けられており、蛍光体層２は、放熱基板６に接合されている。すなわち、図３の照明装置２０では、蛍光体層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（放熱基板６）によって蛍光などの光（励起光、蛍光）を反射方式で地上に向けて反射するように構成されている。なお、この際、反射面（放熱基板６）によって反射された励起光は波長選択手段８によって反射され、蛍光のみが波長選択手段８を透過して地上に達するようになっている。また、放熱基板６は、光（固体光源５からの励起光によって励起された蛍光体層２からの発光（蛍光）と、蛍光体層２で吸収されなかった固体光源５からの励起光）に対する反射面の役割と、蛍光体層２から放散してきた熱を外部へ放散させる役割と、蛍光体層２の支持基板の役割も担うものである。このため、高い光反射特性、伝熱特性、加工性が求められる。この放熱基板６には、金属基板やアルミナなどの酸化物セラミックス、窒化アルミニウムなどの非酸化セラミックスなどが使用可能であるが、特に高い光反射特性、伝熱特性、加工性を併せ持つ金属基板が使用されるのが望ましい。

また、蛍光体層２には、樹脂成分を含んでいるもの（例えば、シリコーン樹脂などの高い透明樹脂中に蛍光体を分散、塗布したもの）や、ガラス封止のものを用いることもできるが、実質的に樹脂成分を含んでいないもの（蛍光体セラミックスなど）を用いることもできる。

蛍光体層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。

ここで、樹脂成分を実質的に含まない蛍光体層２とは、蛍光体層の形成に通常使用される樹脂成分が蛍光体層の５ｗｔ％以下であるものを意味する。このような蛍光体層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層は、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、蛍光体層２から基板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、これを蛍光体層２に用いるのが好適である。

また、蛍光体層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が紫外光を励起光として発光するものである場合、蛍光体層２は、例えば、青、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が紫外光を励起光として発光するものである場合（なお、このとき、波長選択手段８は、蛍光体層２で発光された蛍光を透過する一方、励起光は反射するようになっているとする）、蛍光体層２が、例えば、青、緑、赤、黄色の蛍光体を含んでいるときには（青、緑、赤、黄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からの紫外光を蛍光体層２に照射するとき、反射光として青、緑、赤、黄色の蛍光の混色により白色の照明光を得ることができる。また、固体光源５が紫外光を発光するものである場合（なお、このとき、波長選択手段８は、蛍光体層２で発光された蛍光を透過する一方、励起光は反射するようになっているとする）、蛍光体層２が、例えば、青色、または、緑色、または、赤色、または、黄色の蛍光体を含んでいるときには、固体光源５からの紫外光を蛍光体層２に照射するとき、反射光として青色、または、緑色、または、赤色、または、黄色の蛍光に対応した、青色、または、緑色、または、赤色、または、黄色の照明光（単色光）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励起光として発光するものである場合、蛍光体層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励起光として発光するものである場合（なお、このとき、波長選択手段８は、蛍光体層２で発光された蛍光を透過する一方、励起光（青色光）は反射するようになっているとする）、蛍光体層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（励起光）を蛍光体層２に照射するとき、反射光として黄色の照明光を得ることができる。すなわち、図２の照明装置１０では、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、固体光源５からの青色光を蛍光体層２に照射するとき、固体光源５からの青色光と蛍光体層２からの蛍光との混色により、白色などの照明光が得られるが、図３の照明装置２０では、固体光源５が可視光として青色光を励起光として発光するものである場合、励起光（青色光）は波長選択手段８によって反射されるので、蛍光体層２が、固体光源５からの青色光（励起光）を蛍光体層２に照射するとき、照明光は、固体光源５からの青色光と蛍光体層２からの蛍光との混色とはならず、蛍光体層２からの蛍光のみの照明光となる。このように、図３の照明装置２０においても、固体光源５と蛍光体層２とを適宜組み合わせることにより、単色光または白色光を得ることができる。

次に、このような構成の本発明の照明装置２０について詳細に説明する。

上述した本発明の照明装置２０において、固体光源５には、紫外光から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。

より具体的に、固体光源５には、例えば、ＩｎＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約３８０ｎｍの近紫外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、蛍光体層２の蛍光体としては、波長が約３８０ｎｍないし約４２０ｎｍの紫外光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体には、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、ＫＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、ＫＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋等を用いることができ、緑色蛍光体には、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋等を用いることができ、青色蛍光体には、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃ_ｌ２：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、ＬａＡｌ（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｎ，Ｏ）_１０：Ｃｅ^３＋等を用いることができ、黄色蛍光体には、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕ^２＋等を用いることができる。

また、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、蛍光体層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、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、ＫＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、ＫＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋等を用いることができ、緑色蛍光体には、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３（Ｇａ，Ａｌ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ^２＋等を用いることができ、黄色蛍光体には、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕ^２＋等を用いることができる。

蛍光体層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Ｐ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３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、Ｃｅ^３＋やＥｕ^２＋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。このため蛍光体層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層から取り出して利用でき、さらに蛍光体層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。

ここで、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋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、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋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Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋蛍光体セラミックスを得ることができる。

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、所定の形状に加工して使用する。

また、放熱基板６には、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、高い光反射特性、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、放熱基板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、放熱基板６には、放熱性を高めるために、フィンなどの構造を設けても良い。

また、波長選択手段８には、例えば図５に示すような光学特性を持つダイクロイックミラー膜を用いることができる。図５に示す光学特性を持つダイクロイックミラー膜は、波長４２０ｎｍ以下の光は反射し、波長４２０ｎｍ以上の光は９８％以上透過する特性を有する。一般にこのような光学特性を持つダイクロイックミラー膜は、屈折率の異なる誘電体物質を交互に多層に積層して構成され、図５に示す光学特性を持つダイクロイックミラー膜は、具体的には、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２とを交互に多層に積層することで実現できる。

図６には、図５に示すダイクロイックミラー膜の光学特性に対して、４０５ｎｍに中心励起波長（ピーク波長）をもつ紫外光レーザー光の発光スペクトルが示されている。図６から、４０５ｎｍに中心励起波長（ピーク波長）をもつ紫外光レーザー光は、図５に示すダイクロイックミラー膜を透過することができず、反射されることがわかる。

また、図７には、蛍光体層２が青、緑、赤、黄色の蛍光体を含んでいるときに、４０５ｎｍに中心励起波長（ピーク波長）をもつ紫外光レーザー光によって励起された青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、黄（Ｙ）色の蛍光体の発光スペクトルが、図５に示すダイクロイックミラー膜の光学特性に対して示されている。図７から、励起された青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、黄（Ｙ）色の蛍光は、図５に示すダイクロイックミラー膜を透過することがわかる。

本発明の照明装置２０の実際の設置は、例えば次のようになされる。すなわち、蛍光体層２および放熱基板６は、図３に示すように、例えば高い天井の水平面上に配置される。そして、波長選択手段８は、該波長選択手段８からの励起光としての平行光が、上記水平面と最適には垂直な方向に蛍光体層２に入射するように設計、配置される。なお、この場合、蛍光体層２からの蛍光は、後述の図１０に示すように、蛍光の中心（蛍光の強度分布がランバーシアンであるとき、ランバーシアンの中心）が前記水平面と垂直な方向に波長選択手段８に向けて出射されるようになっている。

また、拡散反射手段７は、固体光源５からの励起光を波長選択手段８の側に拡散反射させるようになっている。ここで、拡散反射手段７（例えば図４（ａ）に示す凸状ミラーあるいは図４（ｂ）に示す凹状ミラー）は、例えば天井の水平面上に配置される。すなわち、図３の例では、拡散反射手段７は、放熱基板６上に配置されている。このとき、固体光源５は、地上付近（地上の人間の高さよりも高いところ）に設置され、固体光源５の拡散反射手段７への入射角度θが水平面に対して所定の角度（例えば３０°〜６０°程度の範囲の角度）に設定され、また、図８に示すように固体光源５からの励起光の光軸中心（ビームの中心）ＢＣが放物曲線形状を有している波長選択手段８の拡散反射手段７上の焦点（例えば拡散反射手段（図８の例では、凸状ミラー）７の中心点）Ｆに合致するように調整される。なお、固体光源５からの励起光の拡散反射手段７への上記入射角度θ（すなわち、水平面に対して所定の角度（例えば３０°〜６０°程度の範囲の角度））は、拡散反射手段７としての凸状ミラーあるいは凹状ミラーの曲率に応じて、固体光源５からの励起光の全てが拡散反射手段７としての凸状ミラーあるいは凹状ミラーによって放物曲線形状を有している波長選択手段８側に拡散反射されるように設定される。

いま、固体光源５として４０５ｎｍに中心励起波長をもつ紫外光レーザー光を励起光として用い、蛍光体層２として青、緑、赤、黄色の蛍光体を含んでいるものを用い、波長選択手段８として図５に示すような光学特性を持つダイクロイックミラー膜を用いる場合の動作について説明する。

固体光源５からの励起光（４０５ｎｍに中心励起波長をもつ紫外光レーザー光）は、拡散反射手段７に入射角度θで入射し、拡散反射手段７により拡散反射されて波長選択手段８に向かい、波長選択手段８で反射されて蛍光体層２に向かう。

ところで、本発明では、波長選択手段８は、拡散反射手段７上に焦点をもつ（例えば拡散反射手段（拡散反射ミラー）７の中心点を焦点とした）放物曲線形状を有しており、拡散反射手段７から波長選択手段８を介して蛍光体層２に至る励起光の光路長が、拡散反射手段７からの励起光の拡散角度φに依らずに、略一定のものとなるように、かつ、拡散反射手段７からの拡散された励起光を蛍光体層２に平行光として（最適には、蛍光体層２に垂直な平行光として）入射させるように構成されている。

図９には、拡散反射手段７から波長選択手段８を介して蛍光体層２の右端部に至る励起光の光路長Ａ、拡散反射手段７から波長選択手段８を介して蛍光体層２の中央部に至る励起光の光路長Ｂ、拡散反射手段７から波長選択手段８を介して蛍光体層２の左端部に至る励起光の光路長Ｃが示されている。図９において、光路長Ａと光路長Ｂと光路長Ｃとは、ほぼ同じであり、また、蛍光体層２の右端部に至る励起光と、蛍光体層２の中央部に至る励起光と、蛍光体層２の左端部に至る励起光とは、蛍光体層２に垂直な平行光として入射する。これにより、蛍光体層２の右端部、蛍光体層２の中央部、蛍光体層２の左端部を照射する励起光の照射エネルギーは、同じとなる。すなわち、蛍光体層２を照射する励起光の照射エネルギーは、蛍光体層２のどの部分でも同じとなり、蛍光体層２で励起発光される蛍光（青、緑、赤、黄色の混色による白色光）の輝度は、蛍光体層２のどの部分でも同じとなって、輝度ムラなどは生じない。

上記のようにして蛍光体層２で励起発光された蛍光（青、緑、赤、黄色の混色による白色光）は、反射面（放熱基板６）によって水平面と垂直な方向に波長選択手段８に向けて出射される。同様に、蛍光への波長変換に用いられなかった励起光（４０５ｎｍに中心励起波長をもつ紫外光レーザー光）も、反射面（放熱基板６）によって水平面と垂直な方向に波長選択手段８に向けて反射される。この際、波長選択手段８には図５に示すような光学特性を持つダイクロイックミラー膜が用いられているので、水平面と垂直な方向に波長選択手段８に向けて出射された蛍光（青、緑、赤、黄色の混色による白色光）は、図１０に示すように、波長選択手段８を透過して、地上に照明光Ａ、Ｂ、Ｃとして達する。ここで、蛍光体層２で励起発光される蛍光（青、緑、赤、黄色の混色による白色光）の輝度は、蛍光体層２のどの部分でも同じとなって、輝度ムラなどは生じないので、照明光Ａ、Ｂ、Ｃもほぼ同じ輝度となって、照明光にも輝度ムラなどは生じない。一方、水平面と垂直な方向に波長選択手段８に向けて反射された励起光（４０５ｎｍに中心励起波長をもつ紫外光レーザー光）は、波長選択手段８で反射され、波長選択手段８を透過しない。

このようにして、蛍光体層２で励起発光される蛍光（青、緑、赤、黄色の混色による白色光）の輝度は、蛍光体層２のどの部分でも同じとなって、輝度ムラなどを生じさせずに、青、緑、赤、黄色の混色による白色光を照明光として波長選択手段８から透過により取り出し、地上を照射することができる。

換言すれば、本発明では、従来のようにランプと電源を高所に設置することなく高天井照明を実現することが可能であって、その際に、輝度ムラなどが生じるのを防止することができる。

上述の例では、固体光源５として４０５ｎｍに中心励起波長をもつ紫外光レーザー光を励起光として用い、蛍光体層２として青、緑、赤、黄色の蛍光体を含んでいるものを用い、波長選択手段８として図５に示すような光学特性を持つダイクロイックミラー膜を用いる場合の動作について説明したが、固体光源５として４６０ｎｍ付近に中心励起波長をもつ青色光レーザー光を励起光として用い、蛍光体層２として黄色の蛍光体を含んでいるものを用い、波長選択手段８として例えば波長５００ｎｍ以下の光を反射し波長５００ｎｍ以上の光を透過するような光学特性を持つダイクロイックミラー膜を用いる場合には、波長選択手段８による反射によって拡散反射手段７からの拡散された励起光（青色光）を蛍光体層２に平行光として（最適には、蛍光体層２に垂直な平行光として）入射させ、この際、拡散反射手段７から波長選択手段８を介して蛍光体層２に至る励起光（青色光）の光路長は、拡散反射手段７からの励起光（青色光）の拡散角度φに依らずに、略一定のものとなっているので、蛍光体層２で励起発光される蛍光（黄色の単色光）の輝度は、蛍光体層２のどの部分でも同じとなって、輝度ムラなどを生じさせずに、黄色の単色光のみを照明光として波長選択手段８から透過により取り出し、地上を照射することができる。なお、波長５００ｎｍ以下の光を反射し波長５００ｎｍ以上の光を透過するような光学特性を持つダイクロイックミラー膜などは、例えば特開平１０−３３２９３１号や特開２００６−２８５１９６号に記載されているように、屈折率の異なる所定の誘電体物質を交互に多層に積層して構成することができる。

本発明は、高天井照明などに利用可能である。

２蛍光体層
５固体光源
６放熱基板
７拡散反射手段
８波長選択手段
２０照明装置

Claims

紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を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蛍光体層と、拡散反射手段と、波長選択手段とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れた位置にあり、
前記固体光源および前記拡散反射手段は、前記固体光源からの励起光を前記波長選択手段の側に拡散反射させ、前記波長選択手段は、前記拡散反射手段によって拡散反射された励起光を前記蛍光体層に向けて反射する一方で、前記蛍光体層で発光された蛍光を透過するようになっており、
前記蛍光体層は、前記蛍光体層の面のうち前記波長選択手段からの励起光が入射した側の面から蛍光を反射方式で前記波長選択手段に向けて反射させ前記波長選択手段を透過させて取り出すように構成されており、
前記波長選択手段は、前記拡散反射手段上に焦点をもつ放物曲線形状を有していることを特徴とする照明装置。
請求項１記載の照明装置において、前記波長選択手段は、前記拡散反射手段から前記波長選択手段を介して前記蛍光体層に至る励起光の光路長が、前記拡散反射手段からの励起光の拡散角度に依らずに、略一定のものとなるように、かつ、前記拡散反射手段からの拡散された励起光を前記蛍光体層に平行光として入射させるように構成されていることを特徴とする照明装置。
請求項１または請求項２記載の照明装置において、前記蛍光体層は、水平面上に配置され、前記波長選択手段からの励起光としての平行光は、前記水平面と垂直な方向に前記蛍光体層に入射し、前記蛍光体層からは、前記水平面と垂直な方向に前記波長選択手段に向けて蛍光が出射されるようになっていることを特徴とする照明装置。