JP2014157698A

JP2014157698A - 蛍光光源装置

Info

Publication number: JP2014157698A
Application number: JP2013027305A
Authority: JP
Inventors: Masaki Inoue; 正樹井上; Akihiko Sugitani; 晃彦杉谷; Masaharu Kitamura; 政治北村; Kiyoyuki Kaburagi; 清幸蕪木
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: JP5971148B2

Abstract

【課題】波長変換部材に励起光が照射されたときに、当該励起光の後方散乱が抑制されると共に、波長変換部材の内部からの蛍光の取り出し効率に優れ、その結果、高い発光効率が得られる蛍光光源装置の提供。
【解決手段】本発明の蛍光光源装置は、励起光により励起される蛍光体による波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置であって、前記波長変換部材における励起光受光面に、略錐状の凸部が周期的に配列されてなる周期構造が形成されており、当該周期構造の周期が前記蛍光体から放射される蛍光の回折が発生する範囲の大きさであり、前記波長変換部材の裏面には、誘電体多層膜からなる光反射膜が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、蛍光光源装置に関し、更に詳しくは、例えば、レーザ光等の励起光で励起される蛍光体による波長変換部材を備えた蛍光光源装置に関する。

従来、プロジェクター装置に用いられる緑色光源として、レーザ光源と、当該レーザ光源からのレーザ光で励起される蛍光体よりなる波長変換部材とを備えてなる蛍光光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
具体的に、特許文献１には、図７に示すように、プロジェクター装置の緑色光源として、青色領域で発振するレーザ光を放射するレーザ光源５１と、蛍光ホイール５２と、当該蛍光ホイール５２を回転させるためのホイールモーター５３とを備えてなる蛍光光源装置が用いられている。この蛍光光源装置の蛍光ホイール５２は、レーザ光源５１からのレーザ光を透過する基材に、当該レーザ光で励起される蛍光体よりなる波長変換部材の層が形成されてなるものである。
図７において、６１は、コリメートレンズであり、６２は、赤色発光ダイオードよりなる赤色光源である。また、６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃは、集光レンズである。また、６５は、緑色光源からの光を透過し、赤色光源からの光を反射するダイクロイックミラーであり、６６は、導光装置入射レンズである。また、６７は、反射ミラーであり、６８は、導光装置である。

しかしながら、ホイールモーター５３を含む蛍光ホイール５２の駆動系の構成が煩雑であり、しかも、構成部材の劣化に起因してホイールモーター５３に長い使用寿命が得られない、という問題がある。

一方、蛍光光源装置としては、回転機構を有さない固定型のものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
具体的に、特許文献２には、図８に示すように、レーザ光源からのレーザ光で励起される蛍光体（ＹＡＧ焼結体）よりなる波長変換部材７１が基板７２上に硫酸バリウムよりなる熱膨張吸収層７３を介して接合され、この接合体がレーザ光源に対して固定的に設けられた蛍光光源装置が開示されている。
図８において、７４は金属よりなる放熱プレートであり、７５は放熱用ヒートシンクである。

しかしながら、このような蛍光光源装置においては、レーザ光がＹＡＧ焼結体よりなる波長変換部材７１に照射されたときに、当該波長変換部材７１の表面においてレーザ光が後方散乱されるため、レーザ光が波長変換部材７１の内部に十分に取り込まれず、その結果、高い発光効率が得られない、という問題がある。

特開２０１１−１３３１６号公報特開２０１１−１９８５６０号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、波長変換部材に励起光が照射されたときに、当該励起光の後方散乱が抑制されると共に、波長変換部材の内部からの蛍光の取り出し効率に優れ、その結果、高い発光効率が得られる蛍光光源装置を提供することにある。

本発明の蛍光光源装置は、励起光により励起される蛍光体による波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置であって、
前記波長変換部材における励起光受光面に、略錐状の凸部が周期的に配列されてなる周期構造が形成されており、当該周期構造の周期が前記蛍光体から放射される蛍光の回折が発生する範囲の大きさであり、
前記波長変換部材の裏面には、誘電体多層膜からなる光反射膜が形成されていることを特徴とする。

本発明の蛍光光源装置においては、前記波長変換部材は、その周側面が反射面に囲まれていることが好ましい。

本発明の蛍光光源装置においては、前記波長変換部材の周側面を囲む反射面が、拡散反射面であることが好ましい。

本発明の蛍光光源装置によれば、基本的に、波長変換部材における励起光受光面に、略錐状の凸部が周期的に配列されてなる周期構造が形成されているため、波長変換部材に励起光が照射されたときに、当該励起光の後方散乱が抑制され、その結果、高い発光効率が得られる。
また、波長変換部材における励起光受光面に形成された周期構造の周期が、蛍光体から放射される蛍光の回折が発生する範囲の大きさであることにより、当該蛍光体から放射される蛍光を高い効率で外部に放射することができ、その結果、一層高い発光効率が得られる。
そして、波長変換部材の裏面に誘電体多層膜よりなる光反射膜が形成されていることにより、当該波長変換部材の内部において発生された蛍光を高効率で取り出すことができ、その結果、より一層高い発光効率が得られる。

また、波長変換部材の周側面が反射面に囲まれた構成の蛍光光源装置によれば、波長変換部材の周側面から出射されてしまった蛍光を当該反射面で反射して波長変換部材の内部に戻すことができるので、当該波長変換部材の内部において発生された蛍光をより一層高効率で取り出すことができる。

また、波長変換部材の周側面を囲む反射面が拡散反射面である構成の蛍光光源装置によれば、波長変換部材の周側面から出射された蛍光が、波長変換部材の内部に戻されるときに拡散反射によってその方向が変化されて波長変換部材の正面方向（励起光受光面方向）に取り出されやすくなるので、当該波長変換部材の内部において発生された蛍光をさらに高効率で取り出すことができる。

本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。図１に示す蛍光光源装置における蛍光発光部材の構成を示す説明用断面図である。励起光が蛍光部材の表面に垂直な方向に入射した場合において、当該励起光が伝播する媒体の屈折率の変化をマクロ的に示した図であり、（ａ）は蛍光部材の一部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は蛍光部材の表面に対して垂直な方向における位置と屈折率とのマクロ的な関係を示すグラフである。蛍光部材の表面において蛍光に生ずる反射および回折を模式的に示す説明図である。本発明の蛍光光源装置の他の例における蛍光発光部材の構成を示す説明用断面図である。本発明の蛍光光源装置のさらに他の例における蛍光発光部材の構成を示す説明用断面図である。従来の蛍光光源装置の構成の一例を示す説明図である。従来の蛍光光源装置の構成の他の例を示す説明図である。

以下、本発明の蛍光光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図であり、図２は、図１に示す蛍光光源装置における蛍光発光部材の構成を示す説明用断面図である。
この蛍光光源装置は、図１に示すように、青色領域の光を放射するレーザダイオード１０と、このレーザダイオード１０に対向して配置された、当該レーザダイオード１０から放射されるレーザ光である励起光Ｌによって励起されて緑色領域の蛍光Ｌ１を放射する蛍光体から形成された蛍光部材２２よりなる波長変換部材を有する蛍光発光部材２０とを備えてなる。
レーザダイオード１０と蛍光発光部材２０との間における当該レーザダイオード１０に接近した位置には、レーザダイオード１０から入射された励起光Ｌを平行光線として出射するコリメータレンズ１５が配置されている。また、コリメータレンズ１５と蛍光発光部材２０との間には、レーザダイオード１０からの励起光Ｌを透過すると共に蛍光発光部材２０からの蛍光Ｌ１を反射するダイクロイックミラー１６が、コリメータレンズ１５の光軸に対して例えば４５°の角度で傾斜した姿勢で配置されている。
図１では、１つのレーザダイオード１０の光を用いているが、レーザダイオード１０が複数あり、蛍光発光部材２０の前に集光レンズを配置させ、集光光を蛍光発光部材２０に照射する形態であってもよい。また、励起光はレーザダイオード１０による光に限るものではなく、蛍光発光部材２０における蛍光体を励起することができるものであれば、ＬＥＤによる光を集光したものでもよく、更には、水銀、キセノン等が封入されたランプからの光であってもよい。尚、ランプやＬＥＤのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合には、励起光の波長は主たる放射波長の領域である。ただし、本発明においては、これに限定されるものではない。

蛍光発光部材２０は、図２に示すように、矩形の基板２１と、この基板２１の表面上に設けられた例えば矩形の板状の蛍光部材２２よりなる波長変換部材とを有する。この例の蛍光発光部材２０においては、波長変換部材の表面（図２において上面）が励起光受光面とされている。波長変換部材の表面は、励起光受光面として機能すると共に、光出射面としても機能する。そして、波長変換部材の励起光受光面、すなわちこの例においては蛍光部材２２の表面には、裏面から表面に向かう方向に従って小径となる錐状の凸部２３ａ（図３参照）が周期的に配列されてなる周期構造２３（図３参照）が形成されている。また、波長変換部材の周側面には、その反射面が当該周側面と対向するよう反射部材２８が形成されている。さらに、基板２１の裏面には、例えば放熱用フィン（図示省略）が配置されている。
そして、波長変換部材（この例においてはすなわち蛍光部材２２）の裏面（図２において下面）には、誘電体多層膜よりなる光反射膜２４が形成されている。

基板２１を構成する材料としては、樹脂に金属微粉末を混入させた放熱接着剤を介したアルミ基板などを用いることができる。また、基板２１の厚みは、例えば０．５〜１．０ｍｍである。また、このアルミ基板は、放熱フィンの機能を兼ね備えたものであってもよい。

蛍光部材２２は、単結晶または多結晶の蛍光体によって構成されている。蛍光部材２２の厚みは、例えば０．０５〜２．０ｍｍである。

蛍光部材２２を構成する単結晶の蛍光体は、例えば、チョクラルスキー法によって得ることができる。具体的には、坩堝内において種子結晶を溶融された原料に接触させ、この状態で、種子結晶を回転させながら鉛直方向に引き上げて当該種子結晶に単結晶を成長させることにより、単結晶の蛍光体が得られる。
また、蛍光部材２２を構成する多結晶の蛍光体は、例えば以下のようにして得ることができる。先ず、母材、賦活材および焼成助剤などの原材料をボールミルなどによって粉砕処理することによって、サブミクロン以下の原材料微粒子を得る。次いで、この原材料微粒子を例えばスリップキャスト法によって焼結する。その後、得られた焼結体に対して熱間等方圧加圧加工を施すことによって、気孔率が例えば０．５％以下の多結晶の蛍光体が得られる。

蛍光部材２２を構成する蛍光体の具体例としては、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＹＡＧ：Ｐｒ、ＹＡＧ：Ｓｍ、ＬｕＡＧ：Ｃｅなどが挙げられる。このような蛍光体において、希土類元素のドープ量は、０．５ｍｏｌ％程度である。

蛍光部材２２の表面に形成された周期構造２３は、裏面から表面に向かう方向に従って小径となる略錐状の凸部２３ａ（図３参照）が周期的に配列されてなる構成を有する。
本発明において、周期構造の周期とは、周期構造において互いに隣接する凸部間の距離（ｎｍ）を意味する。
このように、波長変換部材の励起光受光面（この例においては蛍光部材２２の表面）に周期構造２３が形成されていることによって、蛍光部材２２の表面において励起光Ｌが反射することを防止または抑制することができる。このような作用が生じるのは、以下の理由による。
図３は、励起光Ｌが蛍光部材２２の表面に垂直な方向に入射した場合において、当該励起光Ｌが伝播する媒体の屈折率の変化をマクロ的に示した図であり、（ａ）は蛍光部材２２の一部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は蛍光部材２２の表面に対して垂直な方向における位置と屈折率とのマクロ的な関係を示すグラフである。この図３に示すように、励起光Ｌが、空気（屈折率が１）中から蛍光部材２２（屈折率がＮ₁）の表面に照射されたときに、周期構造２３を構成する錐状の凸部２３ａのテーパ面に対して傾斜した方向から入射されるので、マクロ的に見ると、励起光Ｌが伝播する媒体の屈折率は、蛍光部材２２の表面に垂直な方向に向かって１からＮ₁に緩やかに変化することとなる。従って、蛍光部材２２の表面に、屈折率が急激に変化する界面が実質的にないため、蛍光部材２２の表面において励起光Ｌが反射することを防止または抑制することができる。
一方、周期構造２３が形成されていない場合には、傾斜面を屈折率の異なる２つの媒体の境界面とみなすようになるため、その屈折率差に従った反射光が生じてしまう。

そして、周期構造２３の周期ｄは、蛍光部材２２を構成する蛍光体から放射される蛍光Ｌ１の回折が発生する範囲（ブラッグの条件）の大きさとされている。具体的には、周期構造２３の周期ｄは、蛍光体から放射される蛍光Ｌ１のピーク波長を、周期構造２３を構成する材料（図示の例では蛍光部材２２を構成する蛍光体）の屈折率で割った値（以下、「光学長さ」という。）または光学長さの近傍の値とされている。
この条件を満足することにより、蛍光部材２２を構成する蛍光体から放射される蛍光Ｌ１を高い効率で当該蛍光部材２２の表面から外部に放射することができる。具体的に説明すると、図４に示すように、蛍光部材２２内で生じた蛍光Ｌ１の蛍光部材２２の表面（蛍光部材２２と空気との界面）に対する入射角θＩが臨界角未満である場合には、蛍光部材２２の表面を透過する透過光Ｌ２として無反射で蛍光部材２２の表面から外部に取り出される。また、蛍光Ｌ１の蛍光部材２２の表面に対する入射角θＩが臨界角以上である場合には、例えば蛍光部材２２の表面が平坦面であるときには、蛍光Ｌ１は、蛍光部材２２の表面において全反射して反射光Ｌ３として蛍光部材２２の内部に向かうため、蛍光部材２２の表面から外部に取り出すことができない。しかしながら、蛍光部材２２の表面に上記の条件を満足する周期ｄを有する周期構造２３が形成されることにより、蛍光Ｌ１は、蛍光部材２２の表面において周期構造２３によって回折が生じることとなる。その結果、−１次回折光Ｌ４として蛍光部材２２の表面から出射角θｍ（θｍ＜θＩ）で出射されて外部に取り出される。

また、周期構造２３における周期ｄに対する凸部２３ａの高さｈの比〔ｈ／ｄ〕（アスペクト比）は、０．２以上とされ、好ましくは０．２〜１．５であり、特に好ましくは０．５〜１．０である。このアスペクト比〔ｈ／ｄ〕が０．２未満である場合には、高さ方向における回折の領域が狭くなるため、回折による十分な光の取り出し効率が得られない。

このような周期構造２３は、ナノインプリント法とドライエッチング処理とによって形成することができる。具体的には、蛍光部材２２の表面に、例えばスピンコート法によってレジストを塗布し、次いで、レジストの塗布膜を例えばナノインプリント法によりパターニングする。その後、蛍光部材２２の表面における露出した領域に、ドライエッチング処理を施すことにより、周期構造２３が形成される。

蛍光部材２２の裏面に形成された光反射膜２４は、誘電体多層膜よりなるものである。
具体的には、Ａｇ＋増反射保護膜（ＳｉＯ₂又はＡｌ₂Ｏ₃）の２層構造のものや、シリカ（ＳｉＯ₂）層およびチタニア（ＴｉＯ₂）層が交互に積層されてなるもの、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層および酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層が交互に積層されてなるものなどが挙げられ、誘電体多層膜を構成する層の材料としては、ＡｌＮ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅等から選択することができる。
例えば、ＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂／Ｎｂ₂Ｏ₅、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の組み合わせの誘電体多層膜の中では、ＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅およびＴａ₂Ｏ₃の屈折率が、ＴｉＯ₂＞Ｎｂ₂Ｏ₅＞Ｔａ₂Ｏ₃の順であり、ＳｉＯ₂の総膜厚はＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の組み合わせの誘電体多層膜のときに薄くなる。このため、誘電体多層膜の熱抵抗が低くなり、熱伝導が良好なものとなる。
このため、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層および酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層が交互に積層されてなるものを用いることが好ましい。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層および酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層が交互に積層されてなる誘電体多層膜を用いた場合には、当該誘電体多層膜の熱伝導率が更に良好なものであるために、波長変換部材の温度上昇を抑制することができ、従って、温度消光による光量低下を抑止することができる。

波長変換部材の裏面に誘電体多層膜よりなる光反射膜２４が形成されていることにより、誘電体多層膜は銀の単層膜に比して反射率が高いので、波長変換部材の裏面に銀の単層膜からなる場合と比較して、当該波長変換部材の内部において発生された蛍光を高効率で取り出すことができる。
また、誘電体多層膜は、銀の単層膜に比べて硫化、酸化の影響がないため、ＳｉＯ₂等からなる保護膜を必要としない。このため、簡便な構造をとることが可能となり、また、高い耐候性が得られる。従って、波長変換部材の内部において発生された蛍光の取り出し効率が低下することを抑止することができる。

光反射膜２４の厚みおよび反射率は、例えば当該光反射膜２４がＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の組み合わせの誘電体多層膜からなるものである場合、総数は６９層となり、ＳｉＯ₂による層の総厚が３．３μｍ、ＴｉＯ₂による層の総厚が１．８μｍ、誘電体多層膜の厚さが５μｍであり、４２５ｎｍから６００ｎｍの波長範囲において、反射率が９８％以上とすることが可能となる。

また、蛍光発光部材２０には、基板２１との接合性等の観点から、光反射膜２４の裏面（図２における下面）の全面に、蒸着により成膜された、例えばＣｒ／Ｎｉ／Ａｕ＝３０ｎｍ／５００ｎｍ／５００ｎｍ、又はＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ＝３０ｎｍ／５００ｎｍ／５００ｎｍ等の蒸着膜（図示せず）を介して、接合部材層２５が形成されていることが好ましい。このとき、光反射膜２４（誘電体多層膜）との密着膜としてＣｒよりもＴｉを用いるほうが、より誘電体多層膜との密着性が向上する。
接合部材層２５は、半田、銀（Ａｇ）焼結材、銀（Ａｇ）エポキシ接着材等から形成されたものとすることができる。このとき、接合部材層２５を半田から形成されたものとする場合は、蒸着膜中の接合部材層２５に接触する膜としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ=３０ｎｍ／５００ｎｍ／５００ｎｍの膜を形成することによって、Ｐｔによって更に半田のＳｎの拡散を抑制することができ、その結果、接合部材層２５の長期信頼性を確保することができる。更には、より高い融点の半田を使用する場合は、Ｔｉ／Ｐｔを積層し、最終膜としてＡｕを積層する構成にしてもよい。

蛍光発光部材２０において、波長変換部材の周側面には、その反射面２８ａが当該周側面と対向するよう反射部材２８が形成されており、特に、当該反射面２８ａが拡散反射面とされていることが好ましい。

本発明において、反射部材は、波長変換部材に接触した状態に形成されていてもよく、図５に示されるように、波長変換部材の周側面と離間した状態に形成されていてもよい。図５において、反射部材を符号３８で示す。
また、反射部材は、少なくとも波長変換部材と同等の高さを有することが好ましいが（図５参照）、図６に示されるように、波長変換部材よりも高い構成とされていてもよい。このような構成とすることにより、レーザ光を確実に波長変換部材の励起光受光面に照射することができる。図６において、反射部材を符号４８で示す。

反射面２８ａが鏡面反射面である場合の反射部材としては、例えば筒状鏡面反射部材を用いることができる。筒状鏡面反射部材としては、筒状のガラスの内周面に銀による薄膜が形成されてなるもの、高輝アルミ板、Ａｇ＋増反射保護膜（ＳｉＯ₂又はＡｌ₂Ｏ₃）、アルミニウム板の表面上に誘電体多層膜を形成させたもの等の反射板の複数枚を角筒状になるよう組み合わせてエポキシ樹脂等の接着剤によって接合したもの等が挙げられる。
これらの筒状鏡面反射部材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、セラミック等からなる接着剤層２６によって基板２１上に固定することができる。
筒状鏡面反射部材を固定するための接着剤層２６は、下記の反射部材２８の材料から形成されていてもよい。このような反射材料によって筒状鏡面反射部材を固定した場合、接着剤層２６に入射した蛍光も拡散反射され、蛍光を高効率で取り出すことができる。また、波長変換部材に再入射した場合にも光の向きが変わっているため、蛍光を高効率で取り出すことができる。

反射面２８ａが拡散反射面である場合の反射部材は、シリコーンやガラスペースト中に数ミクロンからナノオーダーの酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、チタニア（ＴｉＯ₂）または硫酸バリウムを分散させたものの硬化物または焼成物とすることができる。
反射部材を波長変換部材に接触した状態のものとする場合には、上記の材料を波長変換部材の周側面に接触する状態に塗布後、硬化または焼成することにより形成することができる。
また、反射部材を波長変換部材と離間した状態のものとする場合には、上記の材料を別個に適宜の形状に形成した状態で硬化または焼成し、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、セラミック、低融点硝子、ゾルゲル等からなる接着剤層２６によって基板２１上に固定することにより、形成することができる。

反射面２８ａの反射率は、９８％以上であることが好ましい。

波長変換部材の周側面を取り囲むよう反射部材２８が設けられていることにより、波長変換部材の周側面から出射してしまった蛍光を当該反射面２８ａで反射して、波長変換部材の内部に戻すことができるので、当該波長変換部材の内部において発生された蛍光をより一層高効率で取り出すことができる。
また、当該反射面２８ａが拡散反射面であることにより、波長変換部材の周側面から出射された蛍光が、波長変換部材の内部に戻されるときに拡散反射によってその方向が変化されて波長変換部材の正面方向（励起光受光面方向）に取り出されやすくなるので、当該波長変換部材の内部において発生された蛍光をさらに高効率で取り出すことができる。

上記の蛍光光源装置においては、レーザダイオード１０から出射された青色領域のレーザ光である励起光Ｌは、コリメータレンズ１５によって平行光線とされる。その後、この励起光Ｌは、ダイクロイックミラー１６を透過して波長変換部材の励起光受光面すなわち蛍光部材２２の表面に対して略垂直に照射される。そして、蛍光部材２２においては、当該蛍光部材２２を構成する蛍光体が励起され、蛍光Ｌ１が放射される。この蛍光Ｌ１は、蛍光部材２２の表面から出射され、ダイクロイックミラー１６によって垂直方向に反射された後、蛍光光源装置の外部に出射される。
尚、本実施形態の励起光としてはレーザダイオード１０から放射されるレーザ光を用いたが、励起光はレーザダイオード１０の光に限るものではなく、蛍光体を励起できるものであればよい。例えば、ＬＥＤの光を集光したものでもよく、更には、水銀や、キセノンガス等が封入された放電ランプ等からの光であってもよい。

このような蛍光光源装置においては、基本的に、波長変換部材における励起光受光面である蛍光部材２２の表面に、周期構造２３が形成されている。このため、波長変換部材の励起光受光面に励起光Ｌが照射されたときに、当該励起光Ｌの後方散乱が抑制され、その結果、高い発光効率が得られる。
また、当該周期構造２３の周期ｄが、蛍光部材２２を構成する蛍光体Ｌ１から放射される蛍光Ｌ１の回折が発生する範囲の大きさとされる。これにより、当該蛍光体から放射される蛍光Ｌ１を高い効率で外部に取り出すことができ、その結果として、一層高い発光効率が得られる。
そして、蛍光部材２２の裏面に誘電体多層膜よりなる光反射膜２４が形成されていることにより、当該蛍光体の内部において発生された蛍光を高効率で取り出すことができ、その結果、より一層高い発光効率が得られる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、波長変換部材が蛍光部材のみから形成されたものであることに限定されず、波長変換部材が、周期構造が形成されていない板状の蛍光部材の表面上に、表面に周期構造が形成された周期構造体層が積層されてなるものであってもよい。このような例の蛍光発光部材においては、周期構造体層の表面が励起光受光面とされる。
周期構造体層の表面に形成された周期構造は、図１に示す蛍光光源装置において蛍光部材２２の表面に形成された周期構造２３と同様の形状を有するものとすることができる。
周期構造体層を構成する材料としては、屈折率が蛍光部材の屈折率以上のものを用いることが好ましい。このような材料によって周期構造体層を構成することにより、蛍光が蛍光部材から周期構造体層に入射されたとき、周期構造体層内の蛍光の角度は入射角度よりも小さくなり、出射面の法線方向に近づくため、より蛍光が取り出されやすくなる。
基板、蛍光部材、光反射膜、接合部材層および反射部材の構成は、当該蛍光部材の表面に周期構造が直接形成されていないことを除き、図１に示す蛍光光源装置と同様である。

また、蛍光光源装置全体の構造は、図１に示すものに限定されず、種々の構成を採用することができる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〔実施例１〕
図２に示す構成に従い、下記の仕様の蛍光発光部材〔Ａ１〕を作製した。
［基板（２１）］
材質：アルミ基板，寸法：２５ｍｍ（縦）×２５ｍｍ（横）×１ｍｍ（厚み）
［蛍光部材（２２）］
材質：ＬｕＡＧ屈折率＝１．８３，励起波長＝４４５ｎｍ、蛍光波長＝５３５ｎｍ），寸法：１．７ｍｍ（縦）×３．０ｍｍ（横）×１３０μｍ（厚み）
［周期構造（２３）］
凸部（２３ａ）の形状：円錐状，周期（ｄ）＝６００ｎｍ，凸部（２６ａ）の高さ（ｈ）＝６００ｎｍ（アスペクト比〔ｈ／ｄ〕＝１．０）
［光反射膜（２４）］
材質：ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の組み合わせの誘電体多層膜、総数６９層（ＳｉＯ₂による層の総厚３．３μｍ、ＴｉＯ₂による層の総厚１．８μｍ）４２５ｎｍから６００ｎｍの波長範囲における反射率９９％以上。

〔実施例２〕
実施例１において、誘電体多層膜の反射率を９８％としたこと以外は、蛍光発光部材〔Ａ１〕と同様の構成および仕様の蛍光発光部材〔Ａ２〕を作製した。

〔比較例１〕
実施例１において、裏面の光反射膜を、反射率が９６％の銀の単層膜としたこと以外は、蛍光発光部材〔Ａ１〕と同様の構成および仕様の蛍光発光部材〔Ｂ１〕を作製した。

〔比較例２〕
比較例１において、裏面の光反射膜を、反射率が９４％のＡｇ／Ｐｄ／Ｃｕ合金の単層膜としたこと以外は、蛍光発光部材〔Ｂ１〕と同様の構成および仕様の蛍光発光部材〔Ｂ２〕を作製した。

蛍光発光部材〔Ａ１〕、〔Ａ２〕、〔Ｂ１〕、〔Ｂ２〕の励起光受光面（蛍光部材の表面）の各々に、ピーク波長が４４５ｎｍの励起光を照射し、当該蛍光部材の裏面における反射率および蛍光部材からの蛍光の取り出し効率を測定した。結果を表１に示す。

以上の結果から、蛍光部材の裏面に形成された光反射膜が誘電体多層膜からなるものである場合には、銀よりなる光反射膜を形成する場合に比して蛍光部材からの光の取り出し効率を高くすることができることが確認された。

１０レーザダイオード
１５コリメータレンズ
１６ダイクロイックミラー
２０蛍光発光部材
２１基板
２２蛍光部材
２３周期構造
２３ａ凸部
２４光反射膜
２５接合部材層
２６接着剤層
２８，３８，４８反射部材
２８ａ反射面
Ｌ励起光
Ｌ１蛍光
Ｌ２透過光
Ｌ３反射光
Ｌ４ −１次回折光
５１レーザ光源
５２蛍光ホイール
５３ホイールモーター
６１コリメートレンズ
６２赤色光源
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ集光レンズ
６５ダイクロイックミラー
６６導光装置入射レンズ
６７反射ミラー
６８導光装置
７１波長変換部材
７２基板
７３熱膨張吸収層
７４放熱プレート
７５放熱用ヒートシンク

Claims

励起光により励起される蛍光体による波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置であって、
前記波長変換部材における励起光受光面に、略錐状の凸部が周期的に配列されてなる周期構造が形成されており、当該周期構造の周期が前記蛍光体から放射される蛍光の回折が発生する範囲の大きさであり、
前記波長変換部材の裏面には、誘電体多層膜からなる光反射膜が形成されていることを特徴とする蛍光光源装置。
前記波長変換部材は、その周側面が反射面に囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
前記波長変換部材の周側面を囲む反射面が、拡散反射面であることを特徴とする請求項２に記載の蛍光光源装置。