JP2017139072A - 発光部および照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の実施の形態について、図1から図3に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
図1は、本実施の形態に係る蛍光体発光部10(発光部)を示す図であって、(a)は断面図、(b)は俯瞰図である。図1の(a)に示すように蛍光体発光部10は、基板13および蛍光体部14を備えている。蛍光体部14は、励起光源から出射された励起光を受けて蛍光を発する部材であり、蛍光体粒子11および熱伝導部材12を備えている。以下の説明では、蛍光体発光部10の基板13から蛍光体部14に向かう方向を上方とみなす。
基板13は、図1に示すように、蛍光体部14を支持するための板状の支持部材である。蛍光体部14において発生した熱を基板13を介して効率よく放熱するため、基板13の材料として、熱伝導率の高い金属(例えば、鉄、銅、アルミニウムなど)を用いることが好ましい。また、蛍光体粒子11から基板13の方向に放出される蛍光、および蛍光体粒子11に吸収されなかった励起光の取り出し効率向上のために、基板13の表面における可視光の反射率は高いことが好ましい。
蛍光体部14は、上述した通り、蛍光体粒子11と熱伝導部材12とを備える。蛍光体部14は、図1の(a)に示すように基板13上に設けられている。
蛍光体粒子11は、励起光を吸収して、当該励起光より長波長の光へと波長変換するものである。蛍光体粒子11は無機材料で形成され、粒子形状を有することが好ましい。蛍光体粒子11の材料として、YAG(Y3Al5O12:Ce)、LuAG(Lu3Al5O12:Ce)、BSON(Ba3Si6O12N2:Eu)、またはCASN(CaAlSiN3:Eu)等を挙げることができる。なお、上記材料は一例であって、蛍光体粒子11の材料については、蛍光体粒子11に入射させる励起光の波長または取り出したい蛍光の波長によって適宜選択することが可能である。
熱伝導部材12は、(i)蛍光体粒子11において発生した熱を基板13へ逃がす経路の役割と、(ii)励起光および蛍光を反射する役割とを有している。この熱伝導部材12は、蛍光体粒子11の集合体に形成される間隙の少なくとも一部に充填される。
熱伝導部材12の厚みは蛍光体粒子11の集合体の厚みと比較して同等または小さく、複数の第1蛍光体粒子11aの少なくとも一部に関して、当該第1蛍光体粒子11aの表面の少なくとも一部が熱伝導部材12から露出している。このため、熱伝導部材12に阻害されることなく励起光を第1蛍光体粒子11aに入射させることができる。ここで、「蛍光体粒子11の集合体の厚み」とは、蛍光体粒子11の最上面と基板13の表面との間の距離を示すものとする。なお、本明細書では「蛍光体粒子11の集合体の厚み」は均一であるという前提に基づいて説明を行っている。
(第1の製造方法)
蛍光体発光部10の第1の製造方法を以下に説明する。まず、基板13上に複数の蛍光体粒子11を堆積させる。基板13上に蛍光体粒子11を堆積させる方法としては、蛍光体粒子11を分散させた蛍光体分散液を基板13上に塗布した後に焼成する方法が挙げられる。蛍光体分散液を塗布する具体的な方法については、インクジェット法、ディスペンス法、印刷法、またはスプレー塗布法等が挙げられる。
蛍光体発光部10の第2の製造方法を以下に説明する。まず、基板13とは別の仮基板上に複数の蛍光体粒子11を配置し、当該蛍光体粒子11を完全に包埋する厚みに熱伝導部材12を充填することで、蛍光体部14を作製する。これらの過程については、基板13が仮基板に代わることを除けば第1の製造方法における配置工程および充填工程と同じであるので説明を省略する。
蛍光体発光部10の第3の製造方法を以下に説明する。まず、熱伝導部材12を基板13上に設ける。具体的な方法については、基板13上に蛍光体粒子11が堆積していない点を除いては第1の製造方法における充填工程と同じであるため説明を省略する。
上述した通り、従来の発光部においては、蛍光体粒子から基板への放熱効率が悪く、蛍光体粒子の吸光による発熱を効率的に除去できない。蛍光体粒子間にガラスまたは樹脂などを充填する方法によっては、十分な熱伝導率の向上効果を得ることはできない。
本発明の他の実施形態について、図4の(a)および(b)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図4は、本実施の形態に係る蛍光体発光部20を示す図であって、(a)は断面図、(b)は俯瞰図である。本実施形態に係る蛍光体発光部20は、図4の(a)および(b)に示すように、基板13と、蛍光体粒子11および熱伝導部材12を有する蛍光体部14とを備える。ただし、本実施形態において、蛍光体粒子11は複数段積層されている。
複数の第1蛍光体粒子11aの間には間隙が存在し、この間隙に入射した励起光は、第1蛍光体粒子11aによっては波長変換されない。
本発明の他の実施形態について、図5の(a)および(b)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1および2と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図5は、本実施の形態に係る蛍光体発光部30を示す図であって、(a)は断面図、(b)は俯瞰図である。本実施形態に係る蛍光体発光部30は、図5の(a)および(b)に示すように、基板13および蛍光体部14を備える。
発光領域31は、図5の(b)に示されるように、励起光の入射側から俯瞰すると、第1蛍光体粒子11aの間から第2蛍光体粒子11bが露出する構造を有している。図5の(b)における発光領域31の形状は一例であって、発光領域31の形状は適宜選択可能である。発光領域31の形状は、長方形に限定されず、例えば台形などの他の矩形または円、楕円等の形状であってもよい。
蛍光体発光部30においては、発光領域31以外の領域では蛍光体粒子11が熱伝導部材12により最上層まで覆われ、熱伝導部材12から露出しない。このため、発光領域31以外の領域に存在する蛍光体粒子11には励起光が入射しない。したがって、発光領域31の周縁部における蛍光の明暗コントラストを高めることができる。
本発明の他の実施形態について、図6の(a)および(b)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1〜3と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施形態に係る蛍光体発光部40は、蛍光体粒子11同士が直接的に接触していない点で、蛍光体発光部10と相違する。
図6は、本実施の形態に係る蛍光体発光部40を示す図であって、(a)は断面図、(b)は俯瞰図である。本実施形態に係る蛍光体発光部40は、図6の(a)および(b)に示すように、基板13および蛍光体部14を備える。
本実施形態の蛍光体発光部40の製造方法として、実施形態1において説明した第3の製造方法を好適に用いることができる。この方法では、先に形成された熱伝導部材12に蛍光体粒子11を塗布、または埋め込むため、複数の蛍光体粒子11を直接的に接触させることがないように位置決めすることができる。一方、第1および第2の製造方法によっても、配置工程において複数の蛍光体粒子11同士が直接的に接触しないよう配置することで、蛍光体発光部40を製造することができる。
蛍光体発光部40においては、熱伝導部材12から露出しているそれぞれの蛍光体粒子11同士は直接的に接触せず、その間に熱伝導部材12が充填されている。このため、最も発熱量の大きい最上層の蛍光体粒子11で発生した熱を、熱伝導部材12を介して、より効率良く放熱することができる。
本発明の他の実施形態について、図7の(a)および(b)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1〜4と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図7は、本実施の形態に係る蛍光体発光部50を示す図であって、(a)は断面図、(b)は俯瞰図である。本実施形態に係る蛍光体発光部50は、図7の(a)および(b)に示すように、基板13および蛍光体部14を備える。蛍光体部14は、蛍光体粒子11および熱伝導部材12を有する。また、蛍光体発光部50は、透明部材15をさらに備える。
実施形態1〜4で説明した蛍光体発光部10〜40においては、熱伝導部材12から露出している蛍光体粒子11の周囲には空気が存在している。空気の熱伝導率は極めて低いため、蛍光体粒子11において発生した熱は、空気中へはほとんど放熱されず、ほぼ熱伝導部材12のみを介して放熱される。
本発明の他の実施形態について、図8の(a)および(b)に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1〜5と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施形態に係る蛍光体発光部60は、異なる色の蛍光を発する複数種類の蛍光体粒子を含む点で、蛍光体発光部10と相違する。
図8は、本実施の形態に係る蛍光体発光部60を示す図であって、(a)は断面図、(b)は俯瞰図である。本実施形態に係る蛍光体発光部60は、図8の(a)および(b)に示すように、基板13および蛍光体部14を備える。蛍光体部14は、第1種蛍光体粒子11A、第2種蛍光体粒子11B、および熱伝導部材12を有する。
本実施形態の蛍光体発光部60においては、互いに異なるピーク波長を有する蛍光を発する第1種蛍光体粒子11Aおよび第2種蛍光体粒子11Bを用いることで、色再現性を向上させることができる。また、蛍光体発光部60においては第2種蛍光体粒子11Bの間隙に熱伝導部材12が充填されているため、強励起時の効率低下が抑制される。
本発明の他の実施形態について、図9および図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態に係る灯具(照明装置)100は、上述の蛍光体発光部10を、励起光を出射する励起光源としての半導体レーザ105、および蛍光体発光部10からの光を所望の位置に投光する投光部と組み合わせた灯具である。
図9は、本実施形態に係る灯具100の構成を示す断面図である。灯具100は、図9に示すように、蛍光体発光部10と、半導体レーザ105と、集光レンズ106と、光ファイバ107と、レンズ110と、ミラー120と、筐体130と、投光レンズ140(投光部)とを備える。
灯具100は、光源としての蛍光体発光部10を励起光源および投光系と組み合わせた構成を有する。上述した通り、蛍光体発光部10は励起光の出力密度を高めた場合においても量子効率を高く保つことができる。したがって、灯具100は、光源の輝度の高い照明となる。灯具100においては、光源の輝度が高いことで、蛍光体発光部10の発光面積を小さくすることができ、それにより光源のエタンデュが小さくなる。そのため、小型の投光系においても効率の良い集光が可能となり、小型で遠方を照らすことが可能な灯具を実現できる。
本発明の他の実施形態について、図11および図12に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態に係る車両用前照灯200は、光源として上述の蛍光体発光部30を備えるヘッドライトユニットである。
図11は、本実施形態に係る車両用前照灯200の構成を示す断面図である。車両用前照灯200は、図11に示すように、蛍光体発光部30と、半導体レーザ105と、集光レンズ106と、光ファイバ107と、レンズ110と、ミラー120と、筐体130と、投光レンズ140とを備える。車両用前照灯200から出射される光は、配光パターン500を有する。
車両用前照灯のロービームでは、その配光パターンが規定されている。車両用前照灯200は、光源として実施形態3の蛍光体発光部30を備える。蛍光体発光部30の発光領域31は、ロービームの配光パターンに相似の形状を有する。蛍光体発光部30は蛍光体粒子11からの放熱性が高く、かつ発光領域31の周縁部における蛍光の明暗コントラストを高めることができる。このとき、車両用前照灯200から出射される配光パターンの明暗境界線が明瞭かつ光源輝度の高い車両用前照灯を実現することができる。
本発明の態様1に係る発光部(蛍光体発光部10)は、基板(13)と、前記基板上に配された複数の蛍光体粒子(11)と、前記蛍光体粒子の間に充填され、前記蛍光体粒子よりも高い熱伝導率を有するとともに、可視光の反射率が70%以上である熱伝導部材(12)とを備え、前記蛍光体粒子の表面の少なくとも一部が前記熱伝導部材から露出している。
なお、本発明は以下のようにも表現できる。
11 蛍光体粒子
11a 第1蛍光体粒子
11b 第2蛍光体粒子
12 熱伝導部材
13 基板
15 透明部材
100 灯具(照明装置)
105 半導体レーザ(励起光源)
140 投光レンズ(投光部)
150 リフレクタ(投光部)
200 車両用前照灯
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に配された複数の蛍光体粒子と、
前記蛍光体粒子の間に充填され、前記蛍光体粒子よりも高い熱伝導率を有するとともに、可視光の反射率が70%以上である熱伝導部材とを備え、
前記蛍光体粒子の表面の少なくとも一部が前記熱伝導部材から露出していることを特徴とする発光部。 - 前記熱伝導部材は、少なくとも一部に金属を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光部。
- 前記複数の蛍光体粒子は、表層に位置する第1蛍光体粒子を含み、
前記第1蛍光体粒子の表面の一部のみが前記熱伝導部材から露出していることを特徴とする請求項1または2に記載の発光部。 - 前記複数の蛍光体粒子は、表層に位置する第1蛍光体粒子と、前記第1蛍光体粒子に隣接し、当該第1蛍光体粒子よりも前記基板に近い位置にある第2蛍光体粒子とを含み、
前記第2蛍光体粒子の表面の少なくとも一部は、前記熱伝導部材から露出していることを特徴とする請求項1または2に記載の発光部。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の発光部と、
前記蛍光体粒子を励起させる励起光を出射する励起光源と、
前記蛍光体粒子が発した蛍光を投光する投光部とを含むことを特徴とする照明装置。
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