JP2021163565A - 色変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】変換効率を向上可能な色変換素子を提供する。【解決手段】色変換素子１は、基板２と、記基板２上に配置された蛍光部３であって、外部からのレーザー光Ｌを受光して、当該レーザー光Ｌとは異なる色の光を放出する蛍光部３と、蛍光部３における基板２側の主面に積層され、誘電体多層膜からなる反射層４と、反射層４と基板２との間に介在して、反射層４と基板２とを接合する接合部５とを備え、接合部５は、蛍光部３におけるレーザー光Ｌが照射される照射領域Ｒの少なくとも一部に平面視で重なる位置に、反射層４を露出させる空気層５３を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に蛍光部が積層された色変換素子に関する。

例えば、プロジェクタなどの投影装置に用いられる蛍光体ホイール（色変換素子）においては、放熱性を高めるべく、蛍光部と基板とを熱伝導性接着剤で接合した技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１６−９９５６６号公報

近年においては、色変換素子における発光強度を高めることが望まれている。

そこで本発明は、発光強度を向上可能な色変換素子を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る色変換素子は、回転自在な色変換素子であって、基板と、基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する環状の蛍光部と、を備え、基板には、平面視で蛍光部に重なる位置及び蛍光部の近傍の少なくとも一方に複数の開口部が形成されている。

本発明に係る色変換素子によれば、発光強度を高めることができる。

実施の形態に係る色変換素子の概略構成を示す模式図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。 実施の形態に係る複数の開口部を示す断面図である。 実施の形態に係る複数の重畳開口部のうち、隣り合う重畳開口部を示す断面図である。 実施の形態に係る複数の外周開口部のうち、隣り合う外周開口部を示す断面図である。 実施の形態に係る製造方法の一工程を示す説明図である。 実施の形態に係る製造方法の一工程を示す説明図である。 実施の形態に係る製造方法の一工程を示す説明図である。 変形例に係る色変換素子の概略構成を示す平面図である。 変形例に係る第一開口部及び第二開口部を示す断面図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る色変換素子について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の一形態に係る実現形態を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。本開示の実現形態は、現行の独立請求項に限定されるものではなく、他の独立請求項によっても表現され得る。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図においては、同じ構成部材に対して同じ符号を付している。

以下、実施の形態について説明する。

図１は、実施の形態に係る色変換素子の概略構成を示す模式図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。

色変換素子１は、プロジェクタ等の投影装置に用いられる蛍光体ホイールである。投影装置には、光源部として、青紫〜青色（４３０〜４９０ｎｍ）の波長のレーザー光Ｌを色変換素子１に対して放射する半導体レーザー素子が設けられている。色変換素子１は、光源部から照射されたレーザー光Ｌを励起光として、レーザ光Ｌとは異なる色の光を放射する。以下、色変換素子１について具体的に説明する。

図１及び図２に示すように、色変換素子１は、基板２と、蛍光部３と、接合部５と、伝熱部材６とを備えている。なお、図１及び図２においては、レーザー光Ｌをドットハッチングで図示している。色変換素子１において、レーザー光Ｌが照射される領域を照射領域Ｒと称す。照射領域Ｒは固定されているが、色変換素子１が回転するために、照射領域Ｒは相対的に色変換素子１上を周方向に移動することになる。

基板２は、平面視形状が例えば円形状の基板であり、その中央部に貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１に対して、投影装置内にある回転軸が取り付けられることで、基板２が回転駆動するようになっている。

基板２は、蛍光部３よりも熱伝導率の高い基板である。これにより、蛍光部３から伝導した熱を基板２から効率的に放熱できるようになっている。具体的には、基板２は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉなどの金属やステンレス、ジュラルミン、インバーなどの合金材料から形成されている。なお、基板２は、蛍光部３よりも熱伝導率が高いのであれば、金属材料以外から形成されていてもよい。金属材料以外の材料としては、Ｓｉ、セラミック、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイアを含む）、ＡｌＮ、グラファイトなどが挙げられる。基板２の１つの主面２２には、段差２３が形成されている。段差２３は、基板２の全周にわたって連続的に設けられている（図６参照）。主面２２は、段差２３を除いて平面状に形成されている。基板２は、段差２３よりも内方側が外方側よりも厚く形成されている。基板２の主面２２側には蛍光部３が配置されている。また、基板２には、蛍光部３を効率的に冷却するための複数の開口部１０が設けられている。この複数の開口部１０の詳細については、後述する。

蛍光部３は、全体として肉厚が均一である。蛍光部３は、例えば、レーザー光Ｌによって励起されて蛍光を発する蛍光体の粒子（蛍光体粒子３４）を分散状態で備えており、レーザー光Ｌの照射により蛍光体粒子３４が蛍光を発する。このため、蛍光部３における基板２とは反対側の第一主面３１が発光面となる。また、本実施の形態では、蛍光部３における基板２側の第二主面３２の法線方向と、蛍光部３に対するレーザー光Ｌの入射方向とが略一致しているものとする。「略一致」とは、完全に一致しているだけでなく、数％程度の誤差を許容する表現である。また、蛍光部３における第一主面３１は、微小な凹凸形状が全体的に形成されていてもよい。具体的には、第一主面３１の表面粗さを所定値よりも大きくてもよい。これにより、蛍光部３では第一主面３１が低反射率となるので、光の取り出し効率及び取り込み効率を高めることができる。

蛍光部３は、全体として平面視形状が環状に形成されている。この蛍光部３は、肉厚が均一なシート状の個片３３が複数、環状に配列されることにより形成されている。複数の個片３３は、同一形状であり、同一種類である。具体的には、個片３３は平面視台形状に形成されている。なお、個片３３はシート状であればその形状は如何様でもよい。個片３３のその他の平面視形状としては、矩形状、三角形状、その他の多角形状などが挙げられる。

隣り合う個片３３同士は、互いの隣り合う辺がほぼ一致している。個片３３には、少なくとも一種類の蛍光体粒子３４が含まれている。本実施の形態の場合、個片３３は、レーザー光Ｌとは異なる色の光を放射するものであり、レーザー光Ｌの照射によって赤色を発光する赤色蛍光体、黄色を発光する黄色蛍光体、緑色を発光する緑色蛍光体の３種類の蛍光体粒子３４が適切な割合で含まれている。なお、蛍光体粒子は１種類もしくは２種類の蛍光体でもよい。 蛍光体粒子３４の種類及び特性は特に限定されるものではないが、比較的高い出力のレーザー光Ｌが励起光となるため、熱耐性が高いものが望ましい。また、蛍光体粒子３４を分散状態で保持する基材３５の種類は特に限定されるものではないが、励起光の波長及び蛍光体粒子３４から発光する光の波長に対して透明性の高い基材３５であることが望ましい。具体的には、ガラス又はセラミックなどからなる基材３５が挙げられる。なお、蛍光部３は、蛍光体による多結晶体又は単結晶体であってもよい。

また、各個片３３における背面（接合部５に対向する主面）の全体には、レーザー光Ｌと、蛍光体粒子３４から放射された光とを反射する反射層４が均一な肉厚で積層されている。

反射層４は、前述した通り、各個片３３における背面に積層されている。つまり、反射層４は、蛍光部３における基板２側の主面に積層されている。反射層４は全体として均一な肉厚である。反射層４は、誘電体多層膜である。誘電体多層膜は、高屈折率（ｎ＝２．０〜３．０）の透明誘電体材料と低屈折率（ｎ＝１．０〜１．９）の透明誘電体材料とを交互に複数層積層したものである。誘電体多層膜は、材料の屈折率や誘電体多層膜の厚みを調整することで所望の反射特性を実現することができる。具体的には、反射層４をなす誘電体多層膜は、レーザー光Ｌと、蛍光体粒子３４から放射された光とに対して反射率が高くなるように、材料の屈折率や誘電体多層膜の厚みが調整されている。反射層４は、例えばスパッタリングまたは蒸着などによって各個片３３の背面に積層されている。

接合部５は、反射層４と基板２との間に介在して、反射層４と基板２とを接合している。具体的には、接合部５は、例えば、熱伝導性を有する接着剤により形成されている。熱伝導性を有する接着剤としては、金属酸化物を含有する接着剤、無機酸化物からなる接着剤、金属製の接着剤等が挙げられる。熱伝導性を有する接着剤は、例えば、酸化物フィラー入りの接着剤などである。無機酸化物からなる接着剤は、例えばガラスなどである。金属製の接着剤は、ロウ付け、半田付けに用いられる金属などである。このような接着剤であるために、接合部５の熱伝導性を高めることが可能である。

接合部５が基板２の主面２２に塗布された後に、各個片３３の反射層４が接合部５に貼り付けられることで、各個片３３が基板２上で平面視環状の蛍光部３をなす。この状態では、各個片３３の反射層４も蛍光部３に倣って平面視環状をなしている。

接合部５は、第一接合部５１及び第二接合部５２を備えている。第一接合部５１及び第二接合部５２は、径方向に所定の間隔をあけて配置された同心円環状に形成されている。第一接合部５１は、第二接合部５２よりも小径であり、当該第二接合部５２の内方に配置されている。第一接合部５１は、照射領域Ｒよりも内方に位置する反射層４の内周部と基板２とを接合している。第一接合部５１は、蛍光部３の内周面と、伝熱部材６との間に充填されている。つまり、第一接合部５１をなす接着剤は、伝熱部材６と蛍光部３との間に充填された充填剤とも言える。

一方、第二接合部５２は、第一接合部５１よりも大径であり、当該第一接合部５１の外方に配置されている。第二接合部５２は、照射領域Ｒよりも外方に位置する反射層４の外周部と基板２とを接合している。図１に示すように、第二接合部５２は、複数の間隔５２１をあけて断続的に形成されている。各間隔５２１は、各個片３３に対応する位置に設けられている。

第一接合部５１と第二接合部５２との間には、これら第一接合部５１と第二接合部５２とに対して同心円環状の空気層５３が形成されている。つまり、第一接合部５１は空気層５３よりも内方に位置する内方部であり、第二接合部５２は空気層５３よりも外方に位置する外方部である。第一接合部５１と第二接合部５２と空気層５３との中心は、色変換素子１の回転中心である。空気層５３は、反射層４及び基板２を露出させている。つまり、反射層４及び基板２は、空気層５３によって空気に触れた状態となっている。

空気層５３は、照射領域Ｒの少なくとも一部に平面視で重なる位置に配置されている。本実施の形態では、空気層５３は、平面視で照射領域Ｒの全体が収まる位置及び大きさに形成されている。上述したように空気層５３は、色変換素子１の回転中心を中心とした円環状であるので、色変換素子１が回転した場合には、常に空気層５３が照射領域Ｒに対して平面視で重なることとなる。

伝熱部材６は、蛍光部３の内周縁を覆う環状の部材である。伝熱部材６は、図２に示すように、壁部６１と、天板部６２とを有しており、全周にわたって同一の形状となっている。壁部６１は、基板２の主面２２において段差２３よりも内方部分から立設した円筒状の部位である。壁部６１の基端は、主面２２に対して面接触した状態で固定されている。天板部６２は、壁部６１の先端から外方に向けて延設された円環板状の部位である。天板部６２の先端部は、照射領域Ｒに重ならない位置に配置されている。天板部６２の背面は、蛍光部３の内周縁に対して面接触している。これにより、蛍光部３からの熱が天板部６２の背面から伝熱部材６に伝わり、伝熱部材６の全体から放熱される。

具体的には、伝熱部材６は、蛍光部３よりも熱伝導率の高い部材である。これにより、蛍光部３から伝導した熱を伝熱部材６から効率的に放熱できるようになっている。具体的には、伝熱部材６は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉなどの金属材料やステンレス、ジュラルミン、インバーなどの合金材料から形成されている。伝熱部材６は、蛍光部３よりも熱伝導率が高いのであれば、金属材料以外から形成されていてもよい。金属材料以外の材料としては、Ｓｉ、セラミック、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイアを含む）、ＡｌＮ、グラファイトなどが挙げられる。例えば、伝熱部材６は、基板２と同じ材料から形成されている。これにより、伝熱部材６と基板２との熱膨張率を同等にすることができ、熱変形を起因とした相互間の剥離を抑制することが可能である。

ここで、照射領域Ｒから段差２３までの間隔を第一間隔Ｈ１とし、蛍光部３における基板２とは反対側の主面から段差２３の底面までの間隔を第二間隔Ｈ２とする。第一間隔Ｈ１は、第二間隔Ｈ２の６倍よりも小さい。この関係であるので、蛍光部３からの熱が第一接合部５１や伝熱部材６に伝わりやすい。

［基板の開口部］
以下、基板２に備わる複数の開口部１０について詳細に説明する。図３は、実施の形態に係る複数の開口部１０を示す断面図である。具体的には、図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。

図１及び図３に示すように、複数の開口部１０は、基板２を貫通するように形成されている。具体的には、基板２は、蛍光部３よりも外方の外周部２４と、蛍光部３に重なる重畳部２５と、蛍光部３よりも内方の内周部２６とを備えている。複数の開口部１０は、外周部２４に形成された複数の外周開口部１１と、重畳部２５に形成された複数の重畳開口部１２とを有している。複数の外周開口部１１は周方向に沿って所定の間隔をあけて均等に配列されている。複数の外周開口部１１は、外周部２４に配置されているために、蛍光部３の近傍に配置されていると言える。ここで蛍光部３の近傍とは、蛍光部３の端部から蛍光部３の外方であって、蛍光部３の径方向の長さＬ１０内に収まる範囲であり、好ましくは長さＬ１０の半分内に収まる範囲である。

複数の重畳開口部１２は、それぞれが各外周開口部１１に対応するように、周方向に沿って所定の間隔をあけて均等に配列されている。つまり、外周開口部１１と重畳開口部１２とは一対一の関係で配置されている。一対の外周開口部１１及び重畳開口部１２は、各個片３３に対応して配置されている。具体的には、１つの個片３３に対応する一対の外周開口部１１及び重畳開口部１２は、当該個片３３に対応する間隔５２１よりも、色変換素子１の回転方向Ｙ１の上流側に配置されている。

図４は、実施の形態に係る複数の重畳開口部１２のうち、隣り合う重畳開口部１２を示す断面図である。具体的には、図４は、図１におけるＩＶ−ＩＶ線を含む切断面を見た断面図である。図４では、空気の流れを矢印ＹＡ１で示している。

図４に示すように、各重畳開口部１２は、いずれも同形状である。このため、ここでは、１つの重畳開口部１２の形状について説明する。重畳開口部１２は、回転方向Ｙ１に沿って徐々に蛍光部３から遠ざかる傾きで、基板２の法線方向に対して傾斜している。色変換素子１が回転した場合には、重畳開口部１２における基板２の背面側の一端部が、回転方向Ｙ１の下流側を向くので、当該一端部から重畳開口部１２内に空気が取り込まれやすい。重畳開口部１２内に取り込まれた空気の大部分は、空気層５３を介して回転方向Ｙ１の上流側で直近の間隔５２１から外方へと排出される。また、残りの空気は、空気層５３内を通過し、それ以降の間隔５２１から外方へと排出される。この気流ＹＡ１によって、基板２、蛍光部３、接合部５及び伝熱部材６が冷却される。

図５は、実施の形態に係る複数の外周開口部１１のうち、隣り合う外周開口部１１を示す断面図である。具体的には、図５は、図１におけるＶ−Ｖ線を含む切断面を見た断面図である。図５では、空気の流れを矢印ＹＡ２で示している。

図５に示すように、外周開口部１１は、いずれも同形状である。このため、ここでは、１つの外周開口部１１の形状について説明する。外周開口部１１は、回転方向Ｙ１に沿って徐々に蛍光部３から遠ざかる傾きで、基板２の法線方向に対して傾斜している。色変換素子１が回転した場合には、外周開口部１１における基板２の背面側の一端部が、回転方向Ｙ１の下流側を向くので、当該一端部から外周開口部１１内に空気が取り込まれやすい。外周開口部１１内に取り込まれた空気は、他端部から外方へと排出される。この気流ＹＡ２によって、基板２における蛍光部３の近傍部分が冷却される。

［色変換素子の製造方法］
次に、色変換素子１の製造方法について説明する。図６〜図８は、実施の形態に係る製造方法の各工程を示す説明図である。

まず、図６に示すように、貫通孔２１、段差２３及び複数の開口部１０を有する基板２が準備される。この基板２に対して、図７に示すように、第一接合部５１及び第二接合部５２が塗布されることで接合部５が形成される。第二接合部５２においては、複数の間隔５２１が所定の間隔をあけて均等に形成されている。次いで、図８に示すように、接合部５上に各個片３３が貼り付けられることで、環状の蛍光部３が形成される。その後、第二接合部５２の内周縁に対して、伝熱部材６が取り付けられることで、図１に示す色変換素子１が完成する。

［投影装置の動作］
次に、投影装置の動作について説明する。

投影装置の光源からレーザー光Ｌが照射される際には、色変換素子１は回転駆動しながら蛍光部３でレーザー光Ｌを受光する。蛍光部３では、一部のレーザー光Ｌが直接蛍光体粒子３４に当たる。また、蛍光体粒子３４に直接当たらなかった一部のレーザー光Ｌは、反射層４で反射され、蛍光体粒子３４に当たる。蛍光体粒子３４に到達したレーザー光Ｌは、蛍光体粒子３４によってレーザー光とは異なる色に変換されて、放射される。蛍光体粒子３４から放射された光の一部は、蛍光部３から直接外方に放出される。また、蛍光体粒子３４から放射された光のその他の一部は、反射層４で反射されることで、蛍光部３から外方へ放出される。

ここで、誘電体多層膜からなる反射層４では、僅かではあるが当該反射層４を透過する光がある。この対策のために、接合部５には空気層５３が設けられている。詳細に説明すると、上述したように照射領域Ｒでは、反射層４の直下に空気層５３が配置されている。この場合の臨界角θｃは、スネルの法則により以下の式（１）で表される。

θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）・・・（１）

ここで、入射元である蛍光部３の屈折率ｎ１を１．８とし、進行先である空気層５３の屈折率ｎ２を１．０とすると、臨界角θｃは３３．８度となる。なお、反射層４の厚さは、蛍光部３の厚さまたは空気層５３の厚さと比べると非常に薄く影響がわずかであるため、臨界角θｃの算出では無視している。

一方、接合部５に空気層５３が設けられていない場合を想定する。つまり、照射領域Ｒでは、反射層４の直下に接合部５がシリコーン樹脂などを介して配置されて、反射層４が露出していない場合である。この場合には、入射元である蛍光部３の屈折率ｎ１を１．８とし、進行先である接合部５の屈折率ｎ２を１．４（接合部５がシリコン樹脂であるときの屈折率）とすると、臨界角θｃは５１．１度となる。このように、本実施の形態では、接合部５に空気層５３が設けられていない場合と比べても、臨界角θｃを小さくすることができる。換言すると全反射する入射角度の範囲（９０度−θｃ）を大きくすることができる。上述したように、反射層４へは、レーザー光Ｌが直接入射するだけでなく、各蛍光体粒子３４からの放出光も入射する。この放出光における反射層４への入射角度は多様であるが、全反射する入射角度の範囲が大きくなっていれば、より多くの放出光を全反射することができる。したがって、誘電体多層膜である反射層４での反射率を高めることができる。

なお、蛍光部３は反射層４を有していなくてもよい。この場合においても、空気層５３があることにより臨界角θｃを小さくすることができるので、蛍光部３における空気層５３側の主面での反射率を高めることができる。

また、色変換素子１の回転駆動時には、図４及び図５に示すように各開口部１０では空気が取り込まれている。これにより、空気層５３内に気流ＹＡ１、蛍光部３に近い基板２断面に気流ＹＡ２が発生し、基板２、蛍光部３、接合部５及び伝熱部材６が冷却される。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る色変換素子は、回転自在な色変換素子１であって、基板２と、基板２上に配置された蛍光部３であって、外部からのレーザー光Ｌを受光して、当該レーザー光Ｌとは異なる色の光を放出する環状の蛍光部３と、を備え、基板２には、平面視で蛍光部３に重なる位置及び蛍光部３の近傍の少なくとも一方に複数の開口部１０が形成されている。

これによれば、基板２には、平面視で蛍光部３に重なる位置及び蛍光部３の近傍の少なくとも一方に複数の開口部１０が形成されているので、色変換素子１が回転されると開口部１０内に気流ＹＡ１、ＹＡ２が発生する。この気流ＹＡ１、ＹＡ２により、蛍光部３及び基板２を効率的に冷却することができる。また、開口部１０を設けることにより、基板２の表面積も大きくすることができるので、基板２の放熱性も高められている。これらのことにより、蛍光部３に対する冷却性が高められるので、蛍光部３の発光強度を高めることができる。

また、色変換素子１は、蛍光部３と基板２との間に介在して、蛍光部３と基板２とを接合する接合部５を備え、接合部５は、蛍光部３におけるレーザー光Ｌが照射される照射領域Ｒの少なくとも一部に平面視で重なる位置に、蛍光部３を露出させる空気層５３を有する。

これによれば、照射領域Ｒの少なくとも一部に平面視で重なる空気層５３が蛍光部３を露出させているので、蛍光部３の反射率を高めることができる。ここで、空気層５３は断熱層としても機能し得るが、開口部１０によって蛍光部３に対する冷却性が高められているので、空気層５３を起因とした放熱性の低下を抑制することができる。したがって、空気層５３を有する色変換素子１においても、蛍光部３の発光強度を高めることができる。

また、複数の開口部１０のうち少なくとも１つは、平面視で空気層５３に重なる位置に配置されている。

これによれば、開口部１０の一例である複数の重畳開口部１２は、平面視で空気層５３に重なる位置に配置されているので、空気層５３内に気流ＹＡ１を発生させることができる。したがって、空気層５３内が換気されるので、空気層５３の断熱性能を低下させることができる。また、空気層５３を通過する気流ＹＡ１によって蛍光部３を直接的に空冷することも可能である。これらのことにより、蛍光部３に対する冷却性をより高めることができる。

また、接合部５において、平面視で空気層５３よりも外方に位置する外方部（第二接合部５２）及び内方に位置する内方部（第一接合部５１）の少なくとも一方は、所定の間隔をあけて断続的に形成されている。

これによれば、第一接合部５１及び第二接合部５２の少なくとも一方（本実施の形態では第二接合部５２のみ）が所定の間隔５２１をあけて断続的に形成されているので、その間隔５２１から気流ＹＡ１を排出することができる。したがって、重畳開口部１２及び空気層５３で気流ＹＡ１をスムーズに流すことができ、蛍光部３に対する冷却性をより高めることが可能である。

また、開口部１０は、基板２の法線方向に対して傾斜している。

これによれば、開口部１０が基板２の法線方向に対して傾斜しているので、気流ＹＡ１、ＹＡ２の流れやすい方向に開口部１０を形成することができる。したがって、気流ＹＡ１、ＹＡ２をスムーズに流すことができ、蛍光部３に対する冷却性をより高めることができる。

また、色変換素子１は、基板２に取り付けられて、蛍光部３の周縁を覆う伝熱部材６と、伝熱部材６と蛍光部３との間に充填された熱伝導性の充填剤（第一接合部５１）とを備える。

これによれば、伝熱部材６が第一接合部５１を介して蛍光部３に取り付けられているので、蛍光部３からの熱を第一接合部５１から伝熱部材６へと効率的に伝導することができる。したがって、蛍光部３に対する冷却性をより高めることができる。

また、基板２には、平面視において伝熱部材６に重なる位置に段差２３が形成されており、蛍光部３におけるレーザー光Ｌが照射される照射領域Ｒから段差２３までの第一間隔Ｈ１は、蛍光部３における基板２とは反対側の主面から段差２３の底面までの第二間隔Ｈ２の６倍よりも小さい。

これによれば、第一間隔Ｈ１が第二間隔Ｈ２の６倍よりも小さいので、蛍光部３からの熱が第一接合部５１や伝熱部材６に伝わりやすい。したがって、蛍光部３に対する冷却性をより高めることができる。

また、蛍光部３は、少なくとも一種類の蛍光体（蛍光体粒子３４）を含むシート状の複数の個片３３が面状に配列されることにより形成されている。

これによれば、蛍光部３が、面状に配列された複数の個片３３によって形成されているので、加熱時に作用する応力を分散させることができる。これにより、レーザー光Ｌの受光時における蛍光部３の変形を抑制することができる。したがって、蛍光部３と空気層５３との位置関係を安定化することができ、安定した反射特性を維持することができる。

ここで、全体として一体的に形成された蛍光部の場合、その平面視形状が環状であると、応力集中に弱く、上記した不具合が生じやすい。しかしながら、本実施の形態のように、複数の個片３３が環状に配置されることで形成された蛍光部３であれば、応力を分散させることができるので、高い応力緩和効果を得ることができる。

特に、本実施の形態では、各個片３３に対して、重畳開口部１２及び間隔５２１が一組設けられているので、各重畳開口部１２から空気層５３を介して各間隔５２１に流れる各気流ＹＡ１を、各個片３３で均等にすることができる。つまり、各個片３３を均等に冷却することができる。したがって、各個片３３の熱変形のばらつきを抑制することができる。各個片３３の熱変形のばらつきを抑制できれば、当該ばらつきを起因とした個片３３の損傷、剥離などを抑制できる。

なお、上記実施の形態では、蛍光部３が複数の個片３３から形成されている場合を例示した。しかし、蛍光部は全体として一体成型された一体物であってもよい。

［変形例］
次に、変形例について説明する。図９は、変形例に係る色変換素子１Ａの概略構成を示す平面図である。具体的には図９は、図１に対応した図である。なお、以降の説明においては、実施の形態に係る色変換素子１と同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記実施の形態では、第一接合部５１が連続的に形成され、第二接合部５２が断続的に形成されている場合を例示した。この変形例では、第二接合部５２ａも連続的に形成されている場合を例示する。また、変形例では、基板２ａに外周開口部１１が設けられていないものとするが、外周開口部１１が設けられていてもよい。さらに、変形例では、伝熱部材６が設けられていない場合を例示するが、伝熱部材６が設けられていてもよい。

図９に示すように、変形例に係る色変換素子１Ａでは、第一接合部５１と第二接合部５２ａとがそれぞれ連続的な環状形状に形成されている。基板２ａには、複数の重畳開口部１２ａが形成されている。複数の重畳開口部１２ａは、周方向に沿って所定の間隔をあけて均等に配列されている。ここで、複数の重畳開口部１２ａは、複数の第一開口部１２１ａと、複数の第二開口部１２２ａとに分類できる。第一開口部１２１ａと第二開口部１２２ａとは、交互に繰り返し配列されている。つまり、隣り合う一対の重畳開口部１２ａのうち、一方が第一開口部１２１ａであり、他方が第二開口部１２２ａである。

図１０は、変形例に係る第一開口部１２１ａ及び第二開口部１２２ａを示す断面図である。具体的には、図１０は、図９におけるＸ−Ｘ線を含む切断面を見た断面図である。図１０では、空気の流れを矢印ＹＡ３で示している。

第一開口部１２１ａは、色変換素子１Ａの回転方向Ｙ１に沿って徐々に蛍光部３に近づく傾きで傾斜している。一方、第二開口部１２２ａは、回転方向Ｙ１に沿って徐々に蛍光部３から遠ざかる傾きで傾斜している。

色変換素子１が回転した場合には、第一開口部１２１ａにおける基板２の背面側の一端部が、回転方向Ｙ１の下流側を向くので、当該一端部から第一開口部１２１ａ内に空気が取り込まれやすい。また、第二開口部１２２ａにおける基板２の蛍光部３側の他端部は、回転方向Ｙ１の下流側を向いているので、当該他端部から第二開口部１２２ａ内に空気が取り込まれやすい。このため、第一開口部１２１ａから空気層５３を通過して第二開口部１２２ａで排出される気流ＹＡ３をスムーズに流すことができる。これにより、蛍光部３に対する冷却性をより高めることが可能である。

なお、ここでは、第一開口部１２１ａと第二開口部１２２ａとが、一つずつ交互に配列されている場合を例示した。第一開口部１２１ａと第二開口部１２２ａとは、複数ごと交互に並んでいても良いし、異なる設置個数毎に交互に並んでいてもよい。

［その他の実施の形態］
以上、本発明に係る照明装置について、上記実施の形態及び各変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び各変形例に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、外周開口部１１及び重畳開口部１２を備えた基板２を例示した。しかしながら、基板２は、外周開口部１１及び重畳開口部１２の一方を備えていればよい。基板２の内周部２６に対して複数の開口部を形成してもよい。

また、上記実施の形態では、空気層５３を備えた色変換素子１を例示した。しかしながら、空気層を有さない色変換素子であってもよい。この場合、実施の形態に係る空気層５３が接合部５で充填されることとなる。重畳開口部１２内に流入した気流は、接合部５を介して蛍光部３を冷却することとなる。

また、上記実施の形態では、第一接合部５１が連続的に形成され、第二接合部５２が断続的に形成されている場合を例示した。しかしながら、第一接合部５１が断続的に形成され、第二接合部５２が連続的に形成されていてもよい。この場合には、第一接合部５１に形成された間隔から気流が排出されることとなる。また、第一接合部５１及び第二接合部５２の両方が断続的に形成されていてもよい。

また、上記実施の形態では、蛍光部３の内周縁を覆う伝熱部材６を例示した。しかしながら、蛍光部３の外周縁を覆う伝熱部材であってもよい。

また、上記実施の形態では、基板２の法線方向に対して傾いた開口部１０を例示した。しかしながら、基板２の法線方向に対して平行な開口部であってもよい。

また、蛍光部３における光出射側の第一主面３１に対して、例えばＡＲコート層などの反射抑制層を積層してもよい。これにより、光取り出し効率を高めることが可能である。

また、上記実施の形態では、蛍光部３が全体として同一色光を放射する個片３３から形成されている場合を例示した。しかしながら、蛍光部が複数色の光を発する場合においては、蛍光部３における各色を放射する部位が、同一種類の個片によって形成されていればよい。例えば、赤色蛍光部、緑色蛍光部及び青色蛍光部の３層が面状に配列された蛍光部の場合を想定する。赤色蛍光部は、赤色蛍光体を含む同一種類の複数の個片によって形成される。青色蛍光部は、青色蛍光体を含む同一種類の複数の個片によって形成される。緑色蛍光部は、緑色蛍光体を含む同一種類の複数の個片によって形成される。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１、１Ａ 色変換素子
２、２ａ 基板
３ 蛍光部
６ 伝熱部材
１０ 開口部
１１ 外周開口部
１２、１２ａ 重畳開口部
２３ 段差
３５ 基材
５１ 第一接合部（内方部）
５２、５２ａ 第二接合部（外方部）
５３ 空気層
１２１ａ 第一開口部
１２２ａ 第二開口部
５２１ 間隔
Ｈ１ 第一間隔
Ｈ２ 第二間隔
Ｌ レーザー光
Ｒ 照射領域
Ｙ１ 回転方向

Claims (8)

1. 回転自在な色変換素子であって、
   基板と、
   前記基板上に配置された蛍光部であって、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を放出する環状の蛍光部と、を備え、
   前記基板には、平面視で前記蛍光部に重なる位置及び前記蛍光部の近傍の少なくとも一方に複数の開口部が形成されている
   色変換素子。
2. 前記蛍光部と前記基板との間に介在して、前記蛍光部と前記基板とを接合する接合部を備え、
   前記接合部は、前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域の少なくとも一部に平面視で重なる位置に、前記蛍光部を露出させる空気層を有する
   請求項１に記載の色変換素子。
3. 前記複数の開口部のうち少なくとも１つは、前記平面視で前記空気層に重なる位置に配置されている
   請求項２に記載の色変換素子。
4. 前記接合部において、前記平面視で前記空気層よりも外方に位置する外方部及び内方に位置する内方部の少なくとも一方は、所定の間隔をあけて断続的に形成されている
   請求項２または３に記載の色変換素子。
5. 前記開口部は、前記基板の法線方向に対して傾斜している
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の色変換素子。
6. 前記複数の開口部は、前記色変換素子の回転方向に沿って徐々に前記蛍光部に近づく傾きで傾斜した第一開口部と、前記色変換素子の回転方向に沿って徐々に前記蛍光部から遠ざかる傾きで傾斜した第二開口部と、を含む
   請求項５に記載の色変換素子。
7. 前記基板に取り付けられて、前記蛍光部の周縁を覆う伝熱部材と、
   前記伝熱部材と前記蛍光部との間に充填された熱伝導性の充填剤とを備える
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の色変換素子。
8. 前記基板には、前記平面視において前記伝熱部材に重なる位置に段差が形成されており、
   前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域から前記段差までの第一間隔は、前記蛍光部における前記基板とは反対側の主面から前記段差の底面までの第二間隔の６倍よりも小さい
   請求項７に記載の色変換素子。

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