JP2015041475A - 光源装置、照明装置、および、車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーダイオードと蛍光体とを組み合わせた光源装置において、色ムラや輝度ムラの低減、光源の小型化、設計自由度の向上を図る。
【解決手段】レーザーダイオードと、当該レーザーダイオードが発するレーザー光を吸収し、レーザー光と異なる波長の光を発生する蛍光体を含む発光部とを有し、レーザーダイオードと発光部とが空間的に離間して配置され、発光部は、レーザー光が照射される面に、レーザー光の偏光面と直交する方向に沿って複数の斜面構造が形成されている。この斜面構造を構成する斜面は、その法線方向とレーザー光の入射方向となす角度がブリュースター角±１０度となるように傾斜角度が設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザーダイオードと蛍光体とを組み合わせた光源装置に関する。

近年、半導体発光素子の上に蛍光層を配置した構造の発光装置とは別に、光半導体等の固体光源と蛍光層とを空間的に離して配置するとともに、蛍光層の、固体光源からの励起光が入射する面とは反対側に光反射性と熱電導性を有する基板を設け、蛍光層表面で反射する励起光と、励起光によって蛍光層が発する光との混合した光を取り出す反射方式の発光装置が開発されている（特許文献１、特許文献２）。

固体光源としては、発光ダイオードや半導体レーザーが用いられる。半導体レーザーを用いた場合には、光源サイズを小さくすることで高輝度の光源とすることができる。

特許文献２では、蛍光体を含む発光部の上面に固体光源から入射されるレーザー光の入射角度を適切な範囲とすることによって、発光部上面で反射されるレーザー光の正反射成分を低減し、蛍光の利用効率を高めることが提案されている。特にレーザー光の入射角をブリュースター角にすることによって正反射成分を大幅に低減できる。

特開２０１１−１２９３５４号公報 特開２０１２−９９２８０号公報

上述した固体光源と蛍光体を含む発光部とを組み合わせた光源装置は、高輝度化を図ることができるが、次のような問題がある。

特許文献１に記載された技術は、レーザー光が蛍光層表面で反射する正反射成分と一旦蛍光層に入射したのち拡散されて放出される拡散成分との合成であるため、色ムラや輝度ムラを生じる。すなわちレーザー光の正反射成分は、指向性の高い光であるのに対し蛍光層からの光は拡散光であるため、光源を見る方向によってレーザー光の色（例えば青色）が強い部分と蛍光（例えば黄色）が強い部分とが存在する。またレーザー光が割合が多い部分では輝度が高くなる。またコヒーレントな光が直接外部に照射されることはアイセーフティの観点から好ましくない。

特許文献２に記載された技術は、正反射成分を低減するので、色ムラ等の問題は低減されるが、発光部の上面すなわち発光面に対するレーザー光の入射角を所定の範囲とするために、発光部と固体光源との位置がレーザー光の入射角による制限を受ける。特に入射角をブリュースター角に設定した場合には、発光部に対し固体光源の位置は一義的に固定される。つまり特許文献２に記載された技術では、この光源装置を用いる場合の設計の自由度が大幅に制限される。また発光部に対し固体光源を斜めに配置する必要があり装置の小型化を図ることが難しい。

本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、色ムラや輝度ムラの低減を図るとともに、光源の小型化、設計自由度の向上を図ることを課題とする。

上記課題を解決する本発明の光源装置は、レーザーダイオードと、当該レーザーダイオードが発するレーザー光を吸収し、レーザー光と異なる波長の光を発生する蛍光体を含む発光部とを有し、前記レーザーダイオードと前記発光部とが空間的に離間して配置され、前記発光部は、前記レーザー光が照射される面に、前記レーザー光の偏光面と直交する方向に沿って複数の斜面構造が形成され、当該斜面構造を構成する斜面の法線と前記レーザー光の入射方向となす角度がブリュースター角±１０度であることを特徴とする。

また本発明の光源装置は、レーザーダイオードと、当該レーザーダイオードが発するレーザー光を吸収し、レーザー光と異なる波長の光を発生する蛍光体を含む発光部と、を有し、前記レーザーダイオードと前記発光部とが空間的に離間して配置され、前記発光部の主平面は前記レーザー光の入射方向と直交しており、前記レーザー光が照射される面に、前記レーザー光の偏光面と直交する方向に沿って複数の三角柱プリズム状の条が形成され、当該条の傾斜面の法線と前記レーザー光の入射方向となす角度がブリュースター角±１０度であることを特徴とする。

本発明によれば、レーザー光が入射する発光部の表面に、レーザー光の偏光面と直交する方向に複数の斜面が形成され、且つ複数の斜面の傾きが、レーザー光の入射角が概ねブリュースター角となるように設定されているので、レーザー光のｐ偏光の正反射を低減し、レーザー光の利用効率を高めることができるとともに、色ムラや輝度ムラを低減することができる。また発光部の表面が複数の斜面で構成されているので、レーザー光の入射角をブリュースター角とするために、発光部の主平面に対しレーザーダイオードの照射方向を傾ける必要がなく、発光部とレーザーダイオードとの位置関係の自由度が高い。

本発明の光源装置の全体概要を示す図 第一実施形態の光源装置の発光部を示す斜視図 図１の発光部の断面を模式的に示す図 発光部の斜面構造の角度とレーザー光との関係を説明する図 発光部の斜面構造の角度とレーザー光との関係を説明する図 発光部の斜面構造の形状の変更例を示す図 第二実施形態の発光部の断面を模式的に示す図 本発明の車両用灯具の一例を示す図

以下、本発明の光源装置の実施形態を説明する。
実施形態の光源装置は、基本的な構成として、レーザーダイオードと、レーザーダイオードが発するレーザー光を吸収し、レーザー光と異なる波長の光を発生する蛍光体を含む発光部とを有し、レーザーダイオードと発光部とは空間的に離間して配置されている。発光部は、レーザー光が照射される面に、レーザー光の偏光面と直交する方向に沿って複数の傾斜面が形成されており、傾斜面の法線とレーザー光の入射方向となす角度がブリュースター角±１０度である。

また本発明の光源装置の一実施形態では、発光部の、レーザー光が入射する側と反対側に、反射性基板が配置されている。反射性基板を配置することにより、発光部を透過した光は発光部の光出射側に反射され、反射方式の光源装置となる。

また本発明の光源装置の好適な実施形態では、発光部の、レーザー光が照射される面の側面に、白色樹脂からなる壁材が配置されている。これにより側面からの光の漏れによる損失を防止し、輝度を高めることができる。

実施形態の光源装置には、発光部が、蛍光体を含む蛍光層と、蛍光体を含まず、レーザー光の少なくとも一部を透過する材料からなる光透過層とから構成される態様と、発光部が蛍光体を含む蛍光層から構成される態様とがある。以下、発光部の態様が異なる２つの実施形態を中心に説明する。

＜第一実施形態＞
本実施形態の光源装置１は、反射方式の光源装置であって、図１に示すように、レーザーダイオード２０と、レーザーダイオード２０に対し空間的に離間して配置された発光部１０とを組み合わせたものであり、レーザーダイオード２０と発光部１０とは図示しない構造体によって所定の距離を維持するように支持されている。図１では、レーザーダイオード２０が発光部１０の主平面に対し垂直な方向に配置されている例を示しているが、レーザーダイオード２０の位置は、図示する位置に限定されず、任意の位置が可能である。

発光部１０の、レーザーダイオード２０からのレーザー光が入射する面と反対側には光を反射する反射性基板３０が配置されている。反射性基板３０は、発光部１０の支持基板としても機能する。また発光部１０の周囲には、発光部１０側面からの光の漏れを防止する壁材４０が配置されている。

レーザーダイオード２０は、ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系の半導体から構成され、図示しない電源から所定の電圧を印加することにより、紫外から青紫色の所定波長のレーザー光を発光する。発光部１０は、レーザーダイオード２０から照射されるレーザー光を吸収し、レーザー光と異なる波長の蛍光を発生する蛍光体の層を含み、レーザー光と蛍光との混合光を発生する。

本実施形態の発光部１０は、図２および図３に示すように、蛍光層１１と、表面に特定の斜面構造１２０が形成された光透過層１２とから構成されている。光透過層１２の斜面構造１２０が形成された側が、レーザーダイオード２０からのレーザー光が入射する面であり、この斜面構造を構成する各斜面がレーザー光の入射角との関係で特定の角度となるように作成されている。光透過層１２の斜面構造については後に詳述する。

発光部１０の蛍光層１１側に配置された反射性基板３０は、蛍光層１１の支持基板として機能するとともに、蛍光層１１で発光する光や蛍光層１１で吸収されなかったレーザー光を光透過層１２側に反射する。また反射性基板３０は、蛍光層１１で発生する熱を外に放散させる機能を持つ。これら機能を持つ反射性基板３０には、光反射特性がよく熱伝導性の良好な材料が用いられる。具体的には、アルミニウムや銀、銀合金等の金属基板が好適である。発光部１０（蛍光体）は、反射性基板３０に、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、金属ろうなどで接合されている。これら接合剤のうち、特に高い光反射特性と伝熱特性を併せ持つ金属ろうが好適である。

発光部１０の側面に配置された壁材４０は、発光部１０側面からの光の損失を防止するためのものであり、高反射性の材料からなる。高反射性の材料として、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂に散乱材を分散させた所謂白樹脂と呼ばれる材料を用いることができる。散乱材としては、ＴｉＯ_２、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＢａＳＯ_４、ＳｉＯ_２などの白色顔料を用いることができる。なお図２では発光部１０の斜面構造の方向に沿った２つの側面に壁材４０が配置された構成が示されているが、壁材４０は、他の２つの側面に配置されていてもよい。壁材４０は、未硬化の状態で発光部１０の周りにポッティング等によって配置した後、硬化することにより形成することができる。

次に発光部１０を構成する各要素について詳述する。

蛍光層１１は、レーザーダイオード２０が発する光を励起光として吸収し発光する蛍光体を含む層であり、蛍光体として、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、（Ｓｉ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕ^２＋等の黄色蛍光体を用いることができる。レーザーの青色光と上記黄色蛍光体を組み合わせた場合には、光源装置１からの発光は白色光となる。光源装置１に求められる発光色が白色以外の色の場合には黄色蛍光体の他に、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋などの赤色系蛍光体や、Ｙ_３（Ｇａ，Ａｌ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１３：Ｃｅ^３＋などの緑色系蛍光体などを用いることも可能である。

蛍光層１１の形態は、上述した蛍光体粉末をガラスや樹脂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、樹脂などの結合剤を含まない蛍光体セラミックスなどを用いることができる。これらの中でも蛍光体粉末の焼結体である蛍光体セラミックスが好ましい。蛍光体セラミックスは熱伝導性が高いため、蛍光体の発光が熱によって弱まる現象（温度消光）を低減することができる。また蛍光体セラミックスのなかでも、焼結体中に光の散乱の原因となるポアや粒界の不純物を殆ど含まない透光性の高いものが特に好ましい。透光性の高い蛍光体セラミックスを用いることにより、励起光や蛍光を拡散により失うことなく蛍光層から有効に取り出すことができる。焼結体のポアは、焼結体を製造する際に用いる融剤の選択や焼結時の圧力や温度を調整することにより低減することができる。

光透過層１２は、レーザー光が照射される面に形成された斜面構造によってレーザー光の正反射を低減させて蛍光層１１に入射させるとともに、入射したレーザー光を拡散して蛍光層１１に到達させる機能を持つ。このような機能を持つ光透過層１２は、レーザー光を透過しつつ拡散する機能を持つ材料からなることが望ましく、具体的には、ガラスやセラミックスなどを用いることができる。特に、光透過層１２に光拡散機能を持たせるために、酸化物セラミックスや窒化物セラミックスが好ましい。セラミックスとして、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＹＡＧ、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２、ＢＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ等が挙げられる。前述の蛍光層を構成するセラミックスでＣｅ、Ｅｕ等の発光元素を含まないものを光透過層１２に用いることも可能である。これらセラミックスは、粉末の焼結体として得られ、焼結時の条件を適切に選択することにより、焼結体中に小径のポア（空隙）を有するものとすることができる。焼結体中を進む光はポアのない部分では直進するが、ポアによって拡散される。このようにポアが存在することにより焼結体に光拡散性が付与される。ポア径は、限定されるものではないが、１〜５μｍの範囲であることが特に好ましい。このような範囲のポア径はミー散乱をもたらす径であり、光透過層１２に前方散乱性を付与することができる。これにより発光部１０からの光取り出し効率を向上することができる。ただし、光透過層１２によるレーザー光の正反射低減機能は、光透過層１２が透明であって殆ど拡散性がない場合にも得られるので、透光性の高いガラスやセラミックスであっても本実施形態の光透過層１２として用いることは可能である。

蛍光層１１と光透過層１２とは、シリコーン樹脂のような接着剤で接合されていてもよいし、蛍光層１１を構成するセラミック材料と光透過層１２を構成するセラミック材料が発光元素の有無を除き共通する場合には、焼成後に両者を一体成形して製造することも可能である。

蛍光層１１及び光透過層１２の厚みは、光源装置１の規模や用いる用途によって異なり、特に限定されるものではないが、例えば、発光部の外形が２ｍｍ×２ｍｍ程度の場合、蛍光層１１は数１０μｍ〜５００μｍ程度である。光透過層１２の厚みは、蛍光層１１に接合される面から光出射面の斜面構造の最も高い位置までの厚みとして、１００μｍ〜１ｍｍ程度である。

次に光透過層１２の斜面構造について説明する。図２及び図３に示すように、光透過層１２の、光出射面には、断面が三角形の斜面構造（三角柱プリズム状の条）１２０が発光部１０の一辺に沿って平行に複数形成されている。斜面構造の延びる方向（図２中、矢印で示す方向）は、レーザーダイオード２０から照射されるレーザー光の主偏光面と直交する方向である。すなわちレーザーダイオード２０は、レーザー光の主偏光面が斜面構造の延びる方向と交差するように、発光部１０に対し配置される。

断面三角形の斜面構造を構成する２つの斜面は、少なくとも一方の斜面がレーザーダイオード２０から発光部１０に照射されるレーザー光の照射方向に対し所定の角度を有する。斜面の法線方向に対するレーザー光の入射角度をθとするとき、角度θがブリュースター角θ_Ｂ±１０度となるように設定されている（θ＝θ_Ｂ±１０度）。例えば、図４に示すように、発光部１０の主平面に垂直にレーザー光が照射される場合は、斜面１２ａ、１２ｂの発光部１０の主平面（反射性基板と平行な面））に対する角度α１、α２を、ブリュースター角θ_Ｂを中心に±１０度の範囲内となるようにする。斜面の角度α１（α２）をブリュースター角θ_Ｂを中心に±１０度の範囲内とすることにより、レーザー光の入射角度θはθ_Ｂ±１０度となる。

一般に光が透光性物質に入射する場合、界面の法線と入射方向で決まる入射面に平行な偏光成分すなわちｐ偏光は、界面の法線と入射方向とがなす角度（入射角度）がブリュースター角のときに、正反射成分がゼロとなる。本実施形態の光源装置では、レーザー光の主偏光面と斜面構造の延びる方向が直交しているので、レーザー光は斜面に対しブリュースター角（±１０度）で入射することとなり、そのｐ偏光成分は殆ど正反射することなく、光透過層１２の屈折率で決まる角度で光透過層１２内に入射する。

ブリュースター角θ_Ｂは、光の入射側の物質の屈折率ｎ１と透過側の屈折率ｎ２とから式（１）により一義的に決まる角度であり、
θ_Ｂ＝arctan（ｎ１／ｎ２） （１）
入射側が空気、透過側が例えば屈折率１．８２のＹＡＧセラミックスの場合、約６０度である。

このようにｐ偏光の正反射成分がゼロとなるブリュースター角は、光の入射方向と界面（の法線）との角度で一義的に決まる角度であるため、従来技術のように表面が平坦な発光部にブリュースター角で光を照射するためには、発光部に対するレーザーダイオードの配置は所定の関係を維持していなければならない。これに対し、本実施形態では、発光面に複数の斜面構造を配列したことにより、斜面構造を構成する個々の斜面の角度を調整することによって、発光面に対するレーザーダイオードとの配置については任意の配置を可能にしている。すなわち、発光部１０の発光面に対しレーザー光をブリュースター角で照射するのではなく、図１や図４に示したように、発光面に対し垂直に照射した場合にも、各斜面構造を構成する斜面へのレーザー光の入射角がブリュースター角を満たすようにすることによって、ｐ偏光の正反射をなくす、或いは低減し、蛍光体による利用効率を高めるとともにコヒーレントなレーザー光が直接外部に照射されることを防止できる。

なお斜面に入射する光の入射角は、ブリュースター角の前後であればｐ偏光成分の正反射を数％程度に低減できるので、斜面の法線とレーザー光の入射方向とがなす角度は、ブリュースター角θ_Ｂ±１０度であればよい。

図４に示した例は、レーザー光を発光部１０の主平面（発光面）に対し垂直に照射した場合であり、この場合、レーザー光は斜面構造を構成する２つの斜面１２ａ、１２ｂのいずれにも入射するので、各斜面の主平面に対する角度α１、α２は、それぞれ、ブリュースター角θ_Ｂを中心に±１０度の範囲内となるように設定する（ここでα１、α２は正負は考慮していない）。光透過層１２の材料が前掲した屈折率１．８２のＹＡＧの場合、ブリュースター角は６０度であり、斜面１２ａ、１２ｂの発光部１０の主平面に対する角度α１、α２を５０度〜７０度とする。斜面１２ａ、１２ｂにおける入射角は、それぞれ、この範囲であれば同じでなくてもよい。

一方、図５に示すように、レーザー光が発光部１０の主平面に対し斜めから照射される場合、発光部１０の主平面の法線に対する入射角度をβとすると、２つの斜面１２ａ、１２ｂのうちレーザーダイオード側に位置する斜面（図５では斜面１２ａ）については、発光部１０の主平面（水平面）に対する角度α１を、α１＝（θ_Ｂ＋β）±１０度（式（２））とする。他方の斜面については、発光部１０の主平面（水平面）に対する角度α２を、α２＝（θ_Ｂ−β）±１０度（式（３））とする。これによりいずれの斜面１２ａ、１２ｂについても、レーザー光の入射角度をブリュースター角±１０度とすることができる。なお斜面の角度（α１、α２）は９０度以下が現実的であるので、レーザー光の主平面の法線に対する入射角度βはブリュースター角以下であることが好ましい。ただし２つの斜面のうち一方のみが、上記式（２）又は式（３）を満たす場合にも正反射の低減効果を得ることは可能であり、その場合には、入射角度βの範囲を広げることが可能である。

斜面構造１２０のピッチＰ（頂点と頂点との間の間隔）は、図６（ａ）に示すように、光透過層１２の厚みｈを考慮して適切に決められる。具体的にはピッチｐは、厚みの１／２（ｈ／２）以下が好ましい。ピッチを小さくすることにより、実質的に発光部１０の発光面を平面とみなすことができ、配光などの設計が容易となる。またピッチの下限は、レーザー光の波長よりも大きい必要がある。具体的には、１μｍ以上であることが好ましい。なお上述した通り、ピッチＰはある程度小さいほうが望ましいが、例えば、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、斜面構造が一列（斜面は２つ）の場合も本発明に包含される。

斜面構造の作成方法は、斜面構造の大きさによっても異なるが、比較的細かい斜面構造の場合、マイクロリソグラフィー等の微細加工技術を用いることができる。

次に発光部１０に入射した光の挙動について説明する。
光透過層１２内に入射した光は、光透過層１２の拡散効果によって拡散され、一部は拡散された状態で光透過層１２から外側に出射される。蛍光層１１に到達した光の一部は、蛍光層１１との界面で反射されて外側から出射される。このように光透過層１２が存在することによりコヒーレントなレーザー光が直接外部に照射されることを防止できる。

蛍光層１１に入射した光の一部は、蛍光体を励起する。これによって蛍光体が発した光は、光透過層１２を経て外部に取り出される。蛍光体に吸収されず蛍光層１１の下部に達したレーザー光は、反射性基板３０で反射され、その一部は蛍光体を励起するのに使用され、一部は蛍光層１１を透過して光透過層１２内に入射する。ここで再度拡散されて光透過層１２から外側に出射される。このように蛍光及びレーザー光はそれぞれ拡散により混合された光となって発光部１０上面（発光面）から取り出されるので、色ムラや輝度ムラが大幅に向上する。

蛍光層１１と光透過層１２の側面から外に向かう光は、側面に配置された壁材４０に反射されて蛍光層１１及び光透過層１２に再度入射し、上記のような拡散と蛍光体による吸収とを繰り返し、最終的に発光部１０の発光面から取り出される。取り出される光は、光透過層１２の拡散効果によって混合された光であるとともに、前方散乱性セラミックスから構成される光透過層１２により、高い光取り出し効率が得られる。

以上、説明したように本実施形態の光源装置によれば、レーザー光の正反射を抑制し、光の利用効果を高め輝度の高い光源装置が得られる。また本実施形態によれば、発光部とレーザーダイオードとの配置の自由度を高めながら、光の入射角を概ねブリュースター角に設定することができる。さらに本実施形態によれば、蛍光層の上に光拡散性を持つセラミックスの光透過層を設けたことにより、レーザー光の拡散効果及びレーザー光と蛍光との混合効果を高めることができ、色ムラや輝度ムラを大幅に低減することができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態も、レーザーダイオード２０と、レーザーダイオード２０に対し所定の距離を置いて配置された発光部１０とを組み合わせた反射方式の光源装置であって、発光部１０の、レーザーダイオード２０からのレーザー光が入射する面と反対側には光を反射する反射性基板３０が配置されていること、発光部１０の側面に壁材４０が配置されていること、は図１に示す第一実施形態の光源装置１と同様である。本実施形態の光源装置では、発光部１０は蛍光層の上に光透過層を備えておらず、蛍光層の上面が発光面であり、且つ蛍光層の上面に特定の斜面構造が形成されていることが特徴である。

本実施形態においても、光透過層を除く各要素の材料は第一実施形態と同様であり、説明を省略し、以下、図７を参照して、発光部１０となる蛍光層１１の構造について詳述する。

蛍光層１１は、第一実施形態で説明した蛍光体粉末を含むものであり、蛍光体粉末をガラスや樹脂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、樹脂などの結合剤を含まない蛍光体セラミックスなどを用いることができる。蛍光層１１の厚みは、上面に設ける斜面構造を除く部分の厚みが、レーザー光によって十分な蛍光が得られる厚みであることが好ましい。具体的には、発光部の外形が２ｍｍ×２ｍｍ程度の場合、蛍光層１１は数１０μｍ〜５００μｍ程度である。

斜面構造は、第一実施形態と同様に、断面が三角形であり、発光部１０の一辺に沿って平行に複数形成されている。また斜面構造の延びる方向（図７の紙面に垂直な方向）は、レーザーダイオード２０から照射されるレーザー光の主偏光面と直交する方向である。蛍光層１１の主平面（反射性基板と平行な面）に対する斜面の傾きは、斜面の法線に対するレーザー光の入射角度がブリュースター角θ_Ｂ±１０度となる傾きである。レーザー光が蛍光層１１の主平面に対し垂直に入射する場合には、蛍光層１１の主平面に対する斜面の傾斜角度を、ブリュースター角θ_Ｂを中心に±１０度の範囲内とすることにより、レーザー光の入射角度がブリュースター角±１０度となる。

またレーザー光が蛍光層１１の主平面に対し垂直ではなく、入射角度βで斜めから入射される場合には、図５で説明したように、蛍光層１１の主平面に対する斜面の傾斜角度αは、α＝（θ_Ｂ＋β）±１０度、又はα＝（θ_Ｂ−β）±１０度である。

斜面構造の条数やピッチは第一実施形態と同様である。

本実施形態の光源装置では、蛍光層からなる発光部１０の上面に複数の特定の傾斜を持つ斜面構造が形成されているので、発光部１０に照射されたレーザー光は、ｐ偏光の正反射が低減され、ほとんどが蛍光層に入射し、有効に蛍光層の励起光として利用される。これにより高輝度の発光が得られる。また発光部１０の上面から垂直にレーザー光を入射した場合にも、レーザー光が界面となる複数の傾斜面で屈折して蛍光層に入射するので、光拡散性の層を設けなくても光の拡散効果が得られ、輝度ムラや色ムラが低減される。

以上の本発明の光源装置の二つの実施形態について説明したが、本発明の光源装置はこれら実施形態に限定されず種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、発光部１０の光取り出し側と反対側に反射性基材を配置した反射方式の光源装置を説明したが、反射性基材を配置しない透過方式の光源装置についても本発明を適用することができる。この場合にも、レーザー光の利用効率を向上でき、色ムラや輝度ムラの低減を図ることができる。

また上述した実施形態では、発光部１０或いは蛍光層１１の形状が直方体である場合を説明したが、発光部や蛍光層の形状は、上面から見た形状が円形や多角形など種々の形状が取りえる。

本発明の光源装置は、自動車用灯具、プロジェクタ用光源、一般照明など種々の用途に用いることができる。その際、用途に応じて、発光部の光の取り出し側に適宜レンズ、反射鏡などの光学部材を配置することができる。一例として車両用灯具（ヘッドランプ）の構造を説明する。

図８は、上述した第一実施形態の光源装置を利用した車両用灯具の一例を示す図である。図８において、図１と同じ要素は同じ符号で示し、重複する説明は省略する。

この車両用灯具は、レーザーダイオード２０及び発光部１０を組み合わせた光源装置を用いたものであり、蛍光層１１及び光透過層１２を備えた発光部１０は、内面に反射面が形成されたリフレクタ５０の内側に設置され、レーザーダイオード２０は発光部１０の主平面と対向して、リフレクタ５０の外側に配置されている。レーザーダイオード２０の近傍にはレンズ６０が配置されており、レーザーダイオード２０からのレーザー光はレンズ６０を通して発光部１０に照射される。

リフレクタ５０は、内面が概ね発光部１０が配置された位置を焦点位置とする回転楕円体形状であり、発光部１０から出た光、すなわち蛍光および反射性基板３０からの反射光は、リフレクタ５０の内面で反射されてリフレクタ５０の前方に向けられる。リフレクタ５０の前方には、さらに図示しないレンズ等の光学部材を配置することができ、これら光学部材を通じて光が照射される。

本実施形態の車両用灯具によれば、発光部１０の主平面に対向してレーザーダイオード２０を配置することができるので、配光特性を考慮した任意の形状のリフレクタ５０を採用することが可能となる。また高い輝度が得られる。

本発明によれば、輝度が高くアイセーフティな光源であって設計の自由度が高い光源を提供することができる。

１・・・光源装置、１０・・・発光部、１１・・・蛍光層、１２・・・光透過層、１２ａ、１２ｂ・・・斜面、２０・・・レーザーダイオード、３０・・・反射性基板、４０・・・壁材、１２０・・・斜面構造。

Claims (9)

1. レーザーダイオードと、当該レーザーダイオードが発するレーザー光を吸収し、レーザー光と異なる波長の光を発生する蛍光体を含む発光部とを有し、前記レーザーダイオードと前記発光部とが空間的に離間して配置された光源装置において、
   前記発光部は、前記レーザー光が照射される面に、前記レーザー光の偏光面と直交する方向に沿って複数の斜面構造が形成され、当該斜面構造を構成する斜面の法線と前記レーザー光の入射方向となす角度がブリュースター角±１０度であることを特徴とする光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置であって、
   前記発光部は、蛍光体を含む蛍光層と、前記蛍光層の上に配置され、前記レーザー光の少なくとも一部を透過する材料からなる光透過層とを備え、前記光透過層は前記発光部の光出射側に配置されていることを特徴とする光源装置。
3. 請求項１に記載の光源装置であって、
   前記発光部は、蛍光体を含む蛍光層であることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光源装置であって、
   前記発光部の、前記レーザー光が入射する側と反対側に、反射性基板が配置されていることを特徴とする光源装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光源装置であって、
   前記発光部の、前記レーザー光が照射される面の側面に、白色樹脂からなる壁材が配置されていることを特徴とする光源装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光源装置であって、
   前記レーザーダイオードは、前記発光部の主平面の法線に対する前記レーザー光の入射角がブリュースター角以下となるように前記発光部に対し配置されていることを特徴とする光源装置。
7. レーザーダイオードと、当該レーザーダイオードが発するレーザー光を吸収し、レーザー光と異なる波長の光を発生する蛍光体を含む発光部と、を有し、前記レーザーダイオードと前記発光部とが空間的に離間して配置された光源装置において、
   前記発光部の主平面は前記レーザー光の入射方向と直交しており、前記レーザー光が照射される面に、前記レーザー光の偏光面と直交する方向に沿って複数の三角柱プリズム状の条が形成され、当該条の傾斜面の法線と前記レーザー光の入射方向となす角度がブリュースター角±１０度であることを特徴とする光源装置。
8. 光源として請求項１ないし７いずれか一項に記載の光源装置を用いた照明装置。
9. 光源として請求項１ないし７いずれか一項に記載の光源装置を用いた車両用灯具。
   
   

Images