JP2018077286A - 蛍光体パネル、光源装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダークラインの発生を抑制して、鮮明な配光パターンを生成することができる蛍光体パネルを提供する。【解決手段】蛍光体パネル３０は、複数の孔部３２をマトリクス状に形成した枠体３１と、各孔部３２に配置され、励起光が入射面から入射されたときに出射面から蛍光を出射する蛍光体３３とを備え、各孔部３２を形成する枠体の桟部３１ａの幅は、蛍光体パネル３０の入射面側から出射面側に向かって次第に狭くなるように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、励起光の入射に応じて蛍光を発光する蛍光体パネル、光源装置及び照明装置に関する。

近年、レーザー装置から出射される光を、蛍光体を含む発光部に照射し、さらに発光部で励起された蛍光をレンズを透過させて前方に出射する照明装置が普及し、車両用ヘッドライト等に利用されている。

例えば、下記の特許文献１の車両用前照灯は、筐体内に２つのレーザー装置と、２つのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーとが収容され、蛍光体パネルが車両用前照灯の前面の一部を構成している。特に、蛍光体パネルの枠体には、厚さ方向に貫通する複数の孔部がマトリクス状に形成され、この孔部に蛍光体が充填されている（段落００１８，００２１）。

また、下記の特許文献２に示されているように、蛍光体が充填された孔部間の仕切部材を設けた場合、仕切部材により蛍光体プレートの内部での光伝搬が抑制され、解像度を高くすることができる。

特開２０１１−２２２２３８号公報 特開２０１３−１０２０７８号公報

しかしながら、特許文献２の蛍光体プレートは、固体光源からの光の入射側に対して出射側の仕切部材の幅が広くなっているため（図８）、仕切部材に対応した領域がダークライン（周囲よりも照度が低い直線状の領域）となって出射光に現れるという弊害が生じる。このような弊害は、車両用前照灯のように光源の光を配光パターンとして投影する光学系を備えた装置において、特に問題となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ダークラインの影響を低減して、鮮明な配光パターンを生成することができる蛍光体パネル、光源装置及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明の蛍光体パネルは、複数の孔部をマトリクス状に形成した枠体と、前記各孔部に配置され、励起光が入射面から入射されたときに、該入射面と反対側の面である出射面から蛍光を出射する蛍光体と、を備えた蛍光体パネルであって、前記各孔部を形成する前記枠体の桟部の幅が、前記蛍光体パネルの前記入射面側から前記出射面側に向かって次第に狭くなっていることを特徴とする。

本発明では、蛍光体パネルの孔部に配置された蛍光体に励起光を入射させることで、出射面から蛍光が出射される。また、各孔部を形成する枠体の桟部の幅は、蛍光体の入射面から出射面に向かって次第に狭くなっているので、出射面における桟部の幅は非常に狭くなる。これにより、蛍光体パネルから発光する際に、桟部によって生じ得るダークラインの影響を低減することができる。

本発明の蛍光体パネルにおいて、前記桟部は、前記励起光を反射又は吸収する遮光性材料で形成されていることが好ましい。

この構成によれば、枠体の桟部が遮光性材料でできているため、蛍光体に入射した励起光及び蛍光が、蛍光体パネルの内部において、隣接する孔部内の蛍光体間で横方向に伝搬することを防止する効果を高めて、投影像の滲みを抑制することができる。

また、本発明の蛍光体パネルにおいて、前記蛍光体の入射面側を覆うように配置され、前記励起光を透過させると共に、前記蛍光を反射させる反射選択層を備え、前記励起光は、前記反射選択層を介して前記蛍光体に入射させることが好ましい。

この構成によれば、蛍光体パネルの入射面側を覆うように反射選択層を形成することで、励起光の蛍光体への入射を確保しつつ、蛍光体で生じて入射面側に進む蛍光を出射面側に反射させることができる。

また、本発明の蛍光体パネルにおいて、前記桟部は、前記入射面側から前記出射面側に向かって曲線状に狭くなっていることが好ましい。

この構成によれば、枠体の桟部が出射面に向かって急激に狭くなるので、桟部によって投影像に生じるダークラインの幅をより狭くすることができる。

また、本発明の蛍光体パネルにおいて、前記各孔部に配置された各蛍光体は、前記蛍光体の出射面側において、隣接する他の孔部に配置された蛍光体と前記桟部を覆って繋がっていてもよい。

この構成によれば、蛍光体の出射面側において、蛍光体が枠体の桟部を覆うように厚く形成されているので、桟部によって投影像に生じるダークラインをぼかす効果が生じる。

また、本発明の蛍光体パネルにおいて、前記蛍光体の出射面側において、前記各孔部に配置された蛍光体の出射面に対して前記桟部が突出していてもよい。

この構成によれば、蛍光体の出射面側において、蛍光体が枠体の桟部の高さよりも薄く、出射面に対して前記桟部が突出しているので、桟部は蛍光体を確実に区画する。これにより、励起光及び蛍光が蛍光体パネルの内部で横方向に伝搬することを防止して、投影像の滲みを抑制することができる。

また、本発明の蛍光体パネルにおいて、前記蛍光体の入射面側に透明基板をさらに備えていることが好ましい。

この構成によれば、透明基板を介する熱伝導により、蛍光体パネルの放熱性が向上する。

本発明の光源装置は、上述した蛍光体パネルを用いて構成され、光源と、二次元的に傾倒して、前記光源から出射された光を前記蛍光体パネルに向けて反射させるミラー部と、を備えていることを特徴とする。

本発明の光源装置は、光源からの光がミラー部で二次元方向に反射された後、蛍光体の入射面側に入射する。そして、光源からの光により蛍光体から蛍光が励起され、この蛍光から光源像が生成される。これにより、分解能が高く、かつダークラインの影響を低減した光源像を生成する光源装置を実現することができる。

本発明の照明装置は、前記蛍光体パネルから出射された出射光を投影する光学系を備えていることを特徴とする。

本発明の照明装置は、光源装置の蛍光体パネルから出射された出射光を、光学系により投射することで投影像が生成される。これにより、分解能が高く、かつダークラインの影響を低減した投影像を生成することができる。光学系としては、レンズ、反射鏡及びこれらの組み合せが使用可能である。

実施形態の照明装置の全体構成を示す断面図。 蛍光体パネルの正面図。 図２の蛍光体パネルのIII-III線の断面図。 別実施形態の蛍光体パネルの（１）。 別実施形態の蛍光体パネルの（２）。 別実施形態の蛍光体パネルの（３）。

以下、本発明の実施形態に係る照明装置１について、図１〜図４を参照して説明する。

図１は、照明装置１の全体構成を示す断面図である。照明装置１は、主に車両の前方に配光パターンを形成する車両用前照灯として用いられ、光源装置１０と投影レンズ２０とが互いに隣接して設けられた可変配光ユニット２を備えている。投影レンズ２０の代わりに反射鏡を使用したり、これらを組み合せた光学系を使用してもよい。

光源装置１０は、金属製の筐体１１によって内部が密封された状態となっている。筐体１１内には、２つの光源１２ａ，１２ｂと、２つのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー１３ａ，１３ｂとが収容されると共に、蛍光体パネル３０が筐体１１の前面の一部を構成して配設されている。

光源１２ａ，１２ｂは、配光パターンの元となる光を出射する発光部であり、筐体１１内の後方に設けられ、筐体１１の両側面へ向けて個別に光を出射するように構成されている。

本実施形態の光源１２ａ，１２ｂは、ＩｎＧａＮ系やＧａＮ系のレーザーダイオードである。光源１２ａ，１２ｂは、図示しない電源から所定の電圧を印加することにより、青紫色から青色（波長４００〜４９０ｎｍ）のレーザー光を出力する。

光源１２ａ，１２ｂは、青紫色から青色の発光ダイオードでもよい。また、光源１２ａ，１２ｂから出射された光を蛍光体パネル３０上でスポット光として集光させるため、集光レンズと組み合せてもよい。

筐体１１の後面（光源１２ａ，１２ｂの後方）には、冷却フィン１１ａが形成され、主に光源１２ａ，１２ｂによる発熱が冷却されるようになっている。

ＭＥＭＳミラー１３ａ，１３ｂは本発明のミラー部であり、光源１２ａ，１２ｂから出射された光を蛍光体パネル３０の方向に反射させる。ＭＥＭＳミラー１３ａ，１３ｂは光源１２ａ，１２ｂの光軸上の筐体１１の両側面に配設され、光源１２ａ，１２ｂとそれぞれ対応するように個別に対をなしている。また、ＭＥＭＳミラー１３ａ，１３ｂは二次元的に傾倒可能に構成され、光源１２ａ，１２ｂから出射された光の反射方向を自在に変えられるようになっている。

このようなＭＥＭＳミラー１３ａ，１３ｂとしては、例えば、特開２００５−１２８１４７号公報や特許第４０９２２８３号公報に記載された公知の構成のミラーを適用することができる。

照明装置は、少なくとも１組の光源とＭＥＭＳミラーとがあれば、配光パターンを形成することができる。実施形態の照明装置１は、２組の光源及びＭＥＭＳミラーで構成されているので、形成可能な配光パターンの自由度が増すとともに、何れか１組に異常が発生した場合でも、残りの１組により配光パターンを形成することができる。

また、照明装置１は、ＭＥＭＳミラー１３ａ，１３ｂ以外には可動部分を持たないので、遮光板を切替えて使用する可変配光型の装置と比較して耐久性に優れる。

照明装置１では、必要な照明領域にのみ光を照射させて配光パターンを形成する。従って、全照明領域に光を照射しつつ配光パターンに応じて遮光板で部分的に遮光する装置と比較して、光源１２ａ，１２ｂの電力消費を抑えることができる。

また、筐体１１内で光源１２ａ，１２ｂと蛍光体パネル３０とを離して配置していることにより、従来と比較して十分高い輝度を得ることができる。なお、光源１２ａ，１２ｂから出射された光を蛍光体パネル３０の入射面に入射させて、入射面とは反対側の出射面から蛍光を取り出す方式は、透過方式又は透過型と呼ばれる。

次に、図２に蛍光体パネル３０の正面図、図３に蛍光体パネル３０のIII-III線の断面図を示す。

まず、図２に示されるように、蛍光体パネル３０は、ニッケルの枠体３１により、厚さ方向に貫通する複数の孔部３２がマトリクス状に形成されており、この孔部３２には蛍光体３３が充填されている。なお、隣接する孔部３２間は仕切り部３１ａとなっているが、詳細は後述する。

蛍光体３３は、光源１２ａ，１２ｂから出射された光（青色の励起光）が照射されることで励起され、この青色光と補色の関係にある黄色光を発する蛍光材料である。このため、この蛍光体３３からは青色光と黄色光とが混色した白色光が出射される。

蛍光体３３には、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋の黄色蛍光体を用いた。黄色蛍光体の他にも青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体等の任意の蛍光体を用いることができる。

また、図３に示されるように、蛍光体３３は、透明基板３４の上面に配設されている。光源１２ａ，１２ｂから出射された光は、ＭＥＭＳミラー１３ａ，１３ｂで反射され、透明基板３４から入射して蛍光体３３に到達する。

蛍光体パネル３０の全体の大きさは、光源１２ａ，１２ｂから出射された光のビームスポット径よりも大きくなっている。仕切り部３１ａを設けていない場合、蛍光体パネル３０から出射される光（照明光）はビームスポット径より大きくなり、滲みが生じる。このため、投影像の解像度が低下することがある。

本実施形態の蛍光体パネル３０では、励起光を反射又は吸収する遮光性材料（クロム、ニッケル等）からなる仕切り部３１ａ（本発明の桟部）が、複数の蛍光体３３の領域（孔部３２）を区画している。これにより、蛍光体パネル３０内において、隣接する孔部３２内の蛍光体３３間における励起光及び蛍光の伝搬が仕切り部３１ａによって妨げられるため、滲みを低減して投影像の解像度を高めることができる。

さらに、蛍光体３３の入射面側では仕切り部３１ａの幅が広く、蛍光体３３の出射面側では幅が狭いテーパー形状となっている。これにより、所定配光パターンの投影像を出射する際、周囲よりも照度が低い直線状の領域であるダークラインの幅を狭くすることができる。

仕切り部３１ａの下面（蛍光体３３の入射面）側は、３〜２０μｍ程度の幅が好ましい。幅が３μｍより小さい場合、機械的な強度が低くなってしまう。一方、幅が２０μｍより大きい場合、仕切り部３１ａで吸収又は反射される励起光の割合が大きくなり、照明光として利用できる光が少なくなる。

仕切り部３１ａの上面（蛍光体３３の出射面）側は、幅を５μｍ以下とすることが好ましく、さらに幅を３μｍ以下とすることがより好ましい。幅が５μｍより大きい場合、ダークラインが配光パターンに顕著に現れてしまう。

また、蛍光体３３と透明基板３４との間に、光源１２ａ，１２ｂからの光（青色光）を透過し、蛍光体３３からの蛍光（黄色光）を反射する反射選択性薄膜３５（本発明の反射選択層）を設けている。これにより、蛍光体３３で生じて蛍光体パネル３０の入射面側に進む蛍光を出射面側に反射させて、光の利用効率を高めることができる。

透明基板３４は任意の透明部材を用いることができる。蛍光体３３で蛍光が生じる際の熱を透明基板３４に逃がすことで、放熱性が向上する。透明基板３４の枠体３１と接する面を鏡面としてもよい。この場合、蛍光の反射率が向上するため、光の利用効率を高めることができる。

別実施形態として、図４Ａ〜４Ｃに示す蛍光体パネルを用いることもできる。

図４Ａに示されるように、蛍光体パネル４０の仕切り部（一部、枠体）は、蛍光体３３の入射面側から出射面側に向かって曲線状に狭くなる形状でもよい（枠体４１、仕切り部４１ａ、孔部４２）。仕切り部４１ａは、光源１２ａ，１２ｂからの光及び蛍光が蛍光体パネル４０内で横方向に伝搬することを防止する。

また、仕切り部４１ａは出射面に向かって急激に狭くなるので、投影像におけるダークラインの幅を狭くすることができる。なお、蛍光体４３の入射面と透明基板３４との間に反射選択性薄膜３５を設けることで、蛍光体４３で生じて蛍光体パネル４０の入射面側に進む蛍光を出射面側に反射させて、光の利用効率を高めることができる。

図４Ｂに示されるように、蛍光体が仕切り部３１ａを被覆して繋がっている構造（蛍光体５３）の蛍光体パネル５０を用いてもよい。蛍光体パネル５０を用いた場合、配光パターン中のダークラインは蛍光体５３によりぼやけて、目立たなくなる。一方、光源１２ａ，１２ｂからの光及び蛍光が蛍光体パネル５０内で横方向に伝搬して滲みの原因となるが、仕切り部３１ａを全く設けない場合と比較すれば、遥かに滲みを抑えることができる。

蛍光体５３の入射面と透明基板３４との間に反射選択性薄膜３５を設けることで、蛍光体５３で生じて蛍光体パネル５０の入射面側に進む蛍光を出射面側に反射させて、光の利用効率を高めることができる。また、図４Ａの枠体４１、仕切り部４１ａ、孔部４２を蛍光体５３と組み合せてもよい。

図４Ｃに示されるように、仕切り部３１ａが蛍光体６３の出射面に対して突出している構造の蛍光体パネル６０を用いてもよい。蛍光体パネル６０を用いた場合、光源１２ａ，１２ｂからの光及び蛍光が蛍光体パネル６０内で横方向に伝搬することがなくなる。一方、配光パターン中にダークラインが生じることがあるが、仕切り部３１ａがテーパー形状となっていない場合（入射面側から出射面側までの幅が同一）と比較すれば、遥かにダークラインを抑えることができる。

蛍光体６３の入射面と透明基板３４との間に反射選択性薄膜３５を設けることで、蛍光体６３で生じて蛍光体パネル６０の入射面側に進む蛍光を出射面側に反射させて、光の利用効率を高めることができる。また、図４Ａの枠体４１、仕切り部４１ａ、孔部４２を蛍光体６３と組み合せてもよい。

ここで、本実施形態の蛍光体パネルの作製方法を簡潔に説明する。

基板上の格子構造（孔部及び仕切り部）の電鋳めっき法による作製について説明すると、まず、ウエハ状のサファイア基板を用意し、基板片側に金属の導電膜層を形成する。

次に、ネガ型高解像度レジストを導電膜層上に塗布し、露光、現像を行って格子状の逆のレジストパターン(柱状)を形成する。露光には、超高圧水銀ランプのi線を用いる。この際、露光条件を調整することで、所望の逆テーパー形状のレジストパターンが得られる。

次に、電鋳めっきによりレジストパターンの間に金属膜層を形成する。このとき、レジストが逆テーパー形状となっているため、最終的に形成される金属膜層はテーパー形状となる。

最後に、レジストを除去液にて除去し、さらに導電膜層をエッチングにて除去する。

その他、化合物半導体、金属酸化物、金属窒化物等の材料で成膜した後、エッチング法、レーザー加工法等により格子構造を作製してもよい。仕切り部には反射率の高い金属材料を用いるのが望ましい。また、反射率を高くするコーティングを施してもよい。

次に、孔部へ蛍光体を充填する沈殿法について説明すると、まず、孔部が形成された基板を水の入ったビーカー容器内に固定、配置する。

その後、蛍光体、酢酸バリウム、珪酸カリウム(水ガラス)を水に適量分散させ、この液体を、基板を固定した容器に流し込む。なお、水ガラス以外にも有機バインダー、無機バインダー、有機無機ハイブリッドバインダー等の任意のバインダーを用いることができる。

蛍光体が沈殿していくまで１時間程度待機した後、容器内の水を抜き、さらに、自然乾燥、加熱乾燥を行って、水分を完全に除去する。

沈殿法以外にも、塗布法、印刷法、スプレー法等を用いて、蛍光体を孔部に充填させることができる。また、蛍光体の種類は、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、ケイ酸塩、フッ化物等任意の材料を用いることができる。

１…照明装置、２…可変配光ユニット、１０…光源装置、１１…筐体、１１ａ…冷却フィン、１２ａ，１２ｂ…光源、１３ａ，１３ｂ…ＭＥＭＳミラー、２０…投影レンズ、３０，４０，５０，６０…蛍光体パネル、３１，４１…枠体、３１ａ，４１ａ…仕切り部、３２，４２…孔部、３３，４３，５３，６３…蛍光体、３４…透明基板、３５…反射選択性薄膜。

Claims (9)

1. 複数の孔部をマトリクス状に形成した枠体と、
   前記各孔部に配置され、励起光が入射面から入射されたときに、該入射面と反対側の面である出射面から蛍光を出射する蛍光体と、を備えた蛍光体パネルであって、
   前記各孔部を形成する前記枠体の桟部の幅が、前記蛍光体パネルの前記入射面側から前記出射面側に向かって次第に狭くなっていることを特徴とする蛍光体パネル。
2. 請求項１に記載の蛍光体パネルにおいて、
   前記桟部は、前記励起光を反射又は吸収する遮光性材料で形成されていることを特徴とする蛍光体パネル。
3. 請求項１又は２に記載の蛍光体パネルにおいて、
   前記蛍光体の入射面側を覆うように配置され、前記励起光を透過させると共に、前記蛍光を反射させる反射選択層を備え、
   前記励起光は、前記反射選択層を介して前記蛍光体に入射させることを特徴とする蛍光体パネル。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の蛍光体パネルにおいて、
   前記桟部は、前記入射面側から前記出射面側に向かって曲線状に狭くなっていることを特徴とする蛍光体パネル。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の蛍光体パネルにおいて、
   前記各孔部に配置された各蛍光体は、前記蛍光体の出射面側において、隣接する他の孔部に配置された蛍光体と前記桟部を覆うことでつながっていることを特徴とする蛍光体パネル。
6. 請求項１〜４の何れか１項に記載の蛍光体パネルにおいて、
   前記蛍光体の出射面側において、前記各孔部に配置された蛍光体の出射面に対して前記桟部が突出していることを特徴とする蛍光体パネル。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の蛍光体パネルにおいて、
   前記蛍光体の入射面側に透明基板をさらに備えていることを特徴とする蛍光体パネル。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の蛍光体パネルを備えた光源装置であって、
   光源と、
   二次元的に傾倒して、前記光源から出射された光を前記蛍光体パネルに向けて反射させるミラー部と、を備えていることを特徴とする光源装置。
9. 請求項８に記載の光源装置を備えた照明装置であって、
   前記蛍光体パネルから出射された出射光を投影する光学系を備えていることを特徴とする照明装置。