JP5550368B2

JP5550368B2 - 光源装置および照明装置

Info

Publication number: JP5550368B2
Application number: JP2010021839A
Authority: JP
Inventors: 康之三宅
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: JP2011159555A

Description

本発明は、光源装置および照明装置に関する。

ＬＥＤ等の光半導体と蛍光体層を組み合わせた光源装置は広く普及しているが、近年では高輝度化が進み、一般照明や自動車のヘッドランプなどその応用範囲が広がってきている。このような光源装置は、今後も高輝度化することで、さらに多様な用途での普及が進むと考えられている。

このような光半導体と蛍光体層を組み合わせた光源装置を高輝度化するための手段として、光半導体に大電流を投入し光半導体からの励起光強度を強めることが考えられるが、実際には蛍光体層で熱が発生し、蛍光体層において樹脂成分の変色や蛍光体の温度消光による蛍光強度の低下が生じてしまう。このため、結果として、発光強度は飽和、減少し、光半導体と蛍光体層を組み合わせた光源装置の高輝度化は困難であった。

ここで、蛍光体層内の樹脂成分の変色とは、通常、蛍光体層は一定の形状に再現性良く形成するため、蛍光体粉末を樹脂成分と混練してペースト状に調製し、印刷法等を用いて塗布形成しており、この樹脂成分が加熱され２００℃程度以上になると変色してしまう現象のことである。樹脂成分は本来透明であるため、熱により樹脂成分に変色が起きると、光半導体からの励起光や蛍光体層からの蛍光の一部を吸収してしまい、高輝度化を妨げる要因となっていた。

また、蛍光体の温度消光とは、蛍光体を加熱すると蛍光強度が低下する現象のことである。温度消光により蛍光強度が低下すると、蛍光に変換されなかったエネルギーが熱となるため蛍光体の発熱量が増加し、さらに蛍光体の温度が上昇して温度消光が進み、蛍光強度もさらに低下するという現象が起きる。このため、熱により発生する蛍光体の温度消光も、高輝度化を妨げる要因となっていた。

これらの問題を解決するために、特許文献１には、樹脂を含まない蛍光体層を用いた光源装置が提案されている。この場合、蛍光体層は、樹脂成分を含まないため変色は起こらず、さらに蛍光体層を温度感受性の低い蛍光体のセラミックス層とするために温度消光が起きないので、高輝度化が可能である。また、図１のように蛍光体層９２を光半導体（固体光源）９５と直接接合することで、蛍光体層９２で発生した熱を光半導体（固体光源）９５側に放散することを意図していた。

特開２００６−００５３６７号公報

ところで、従来の図１に示すような光半導体（固体光源）９５と蛍光体層９２とが直接接合された光源装置では、光半導体（固体光源）９５からの励起光によって励起された蛍光体層９２からの発光（蛍光）のうち光半導体（固体光源）９５側とは反対側に出射する蛍光と、蛍光体層９２で吸収されずに蛍光体層９２を透過する光半導体（固体光源）９５からの励起光とを用いている。つまり、図１の光源装置は、蛍光体層９２を透過する光を利用する透過方式のものとなっている。

ここで、蛍光体層９２からの出射光を考えると、上記透過光とともに蛍光体層９２との界面で反射されて光半導体（固体光源）９５側へ戻って行く光、つまり反射光も存在しており、この光（反射光）は、光半導体（固体光源）９５に再吸収されるため、照明光として利用できない光となってしまうという問題があった。

また、図１の光源装置では、蛍光体層９２の熱を光半導体（固体光源）９５側に放散することを意図しているが、光半導体（固体光源）９５の励起光強度を高めた場合、蛍光体層９２のみならず光半導体（固体光源）９５でも発熱が起きるため、蛍光体層９２の発熱を同じく発熱している光半導体（固体光源）９５の側から放散させることとなり、熱放散の効率が良くないという問題があった。

このように、図１の光源装置では、透過方式のものとなっていることと、蛍光体層９２の発熱に対する熱放散の効率が良くないということとから、高輝度化に限界があった。

本発明は、従来に比べて十分な高輝度化を図ることの可能な光源装置および照明装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な反射型の蛍光回転体とを有し、該反射型の蛍光回転体は、前記固体光源からの励起光により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層と、光反射性を有する基板と、によって構成され、前記基板の前記固体光源側の面には複数の凹部が形成され、前記複数の凹部の側壁および底面によって、前記蛍光体層の側面と底面を囲み、前記蛍光体層は、前記複数の凹部によって複数のセクションに分割されていることを特徴とする光源装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光源装置において、前記凹部の側壁の高さは、前記蛍光体層の高さよりも高いことを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光源装置において、前記蛍光回転体を該蛍光回転体の回転軸と直交する方向に移動させる可変手段を有していることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光源装置と、該光源装置の蛍光回転体の蛍光体層からの発光が入射するレンズとを備えていることを特徴とする照明装置である。

また、請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２記載の光源装置と、該光源装置の蛍光回転体の蛍光体層からの発光が入射するレンズとを備えており、該レンズの面積が前記蛍光体層の１つのセクションの面積よりも大きいことを特徴とする照明装置である。

請求項１記載の発明によれば、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な反射型の蛍光回転体とを有し、該反射型の蛍光回転体は、前記固体光源からの励起光により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層と、光反射性を有する基板とを備え、前記蛍光体層は、複数のセクションに分割されており、前記分割されている前記蛍光体層の各セクションは、光反射性の凹部の側壁によって囲まれているので、励起光、蛍光の発散を抑えることができ、従来に比べて高輝度化を図ることができる。

また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の光源装置において、前記蛍光体層は、複数のセクションに分割されており、前記分割されている前記蛍光体層の各セクションは、該各セクションよりも高い高さの光反射性の凹部の側壁によって囲まれているので、励起光、蛍光の発散をより一層抑えることができ、より一層の高輝度化を図ることができる。

また、請求項４記載の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光源装置において、前記蛍光回転体を該蛍光回転体の回転軸と直交する方向に移動させる可変手段を有しているので、固体光源の位置を固定し、蛍光回転体のみを動かすことにより、照明光強度の調整が可能となる。

また、請求項６記載の発明によれば、請求項１または請求項３記載の光源装置と、該光源装置の蛍光回転体の蛍光体層からの発光が入射するレンズとを備えており、該レンズの面積が前記蛍光体層の１つのセクションの面積よりも大きいので、励起光、蛍光の発散を抑えることができ、レンズへの励起光、蛍光の入射効率を著しく向上させることができる。

従来の光源装置を示す図である。本願の発明者により案出された光源装置の一構成例を示す図である。本発明の光源装置の一構成例を示す図である。本発明の光源装置の他の構成例を示す図である。図２（ａ），（ｂ）の構成と図４（ａ），（ｂ）の構成とにおける励起光、蛍光の発散範囲を示す図である。本発明の光源装置の他の構成例を示す図である。図３（ａ），（ｂ）の光源装置、あるいは、図６（ａ），（ｂ）の光源装置と、レンズとを組み合わせた照明装置を示す図である。セクションの面積とレンズの面積の大きさの比較を示す図である。図３（ａ），（ｂ）の光源装置、図４（ａ），（ｂ）の光源装置、図６（ａ），（ｂ）の光源装置において、固体光源と蛍光回転体の回転軸との距離を可変にする可変手段が設けられた構成を示す図である。移動手段の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２（ａ），（ｂ）は、本願の発明者により案出された光源装置の一構成例を示す図である。なお、図２（ａ）は全体の正面図、図２（ｂ）は蛍光回転体の平面図であり、この光源装置は、本願の先願である特願２００９−２８７５５９号に記載されているものである。図２（ａ），（ｂ）を参照すると、この光源装置２０は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する固体光源５と、モーターなどの駆動部（図示せず）による駆動によって回転軸Ｘの周りに回転可能な反射型の蛍光回転体１１とを有し、該反射型の蛍光回転体１１は、固体光源５からの励起光により励起され固体光源５の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層１２と、光反射性を有する基板１６とを備えている。

ここで、蛍光体層１２は、回転軸Ｘの周りに回転可能な反射型の蛍光回転体１１に設けられており、固体光源５とは空間的に離れて配置されている。

また、基板１６は固体光源５側の面に凹部１７を有し、基板１６の凹部１７に蛍光体層１２が設けられている。すなわち、この構成では、蛍光体層１２の側面（端面）を光反射性の側壁（凹部１７の側壁）で囲む構造となっている。換言すれば、基板１６には、蛍光体層１２を囲む光反射性の壁１６ａが設けられている。

なお、蛍光体層１２は、固体光源５からの励起光により励起され固体光源５の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含んでいる。具体的には、固体光源５が紫外光を発光するものである場合、蛍光体層１２は、例えば、青、緑、赤色などの蛍光体のうち、少なくとも１種類の蛍光体を含んでいる。固体光源５が紫外光を発光するものである場合、蛍光体層１２が、例えば、青、緑、赤色の蛍光体を含んでいるときには（青、緑、赤色の蛍光体のそれぞれが例えば均一に分散されて混合されたものとなっているときには）、固体光源５からの紫外光を蛍光体層１２に照射するとき、反射光として白色の照明光を得ることができる。また、固体光源５が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層１２は、例えば、緑、赤、黄色などの蛍光体のうち、少なくとも１種類の蛍光体を含んでいる。固体光源５が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層１２が、例えば、緑、赤色の蛍光体を含んでいるときには（緑、赤色の蛍光体のそれぞれが例えば均一に分散されて混合されたものとなっているときには）、固体光源５からの青色光を蛍光体層１２に照射するとき、反射光として白色などの照明光を得ることができる。また、固体光源５が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層１２が、例えば、黄色の蛍光体だけを含んでいるときには、固体光源５からの青色光を蛍光体層１２に照射するとき、反射光として白色などの照明光を得ることができる。

また、基板１６は、光反射性を有する材料（例えば金属など）で形成されている。

また、この光源装置２０では、蛍光回転体１１が反射型の蛍光回転体として構成されており、蛍光体層１２の面のうち固体光源５からの励起光が入射する側の面とは反対側に設けられた反射面（基板１６の反射面）による反射を用いて蛍光などの光を取り出す方式（以下、反射方式と称す）が採用されている。

このように、この光源装置２０は、基本的には、固体光源５と蛍光体層１２とを空間的に離して配置し、発光を反射方式で利用することを特徴としている。

すなわち、図１に示した従来の光源装置のように、蛍光体層９２が固体光源９５と接している場合には、高輝度化をしようとしても、蛍光体層９２と固体光源９５との両方とも加熱されてしまうため、蛍光体層９２からの熱放散の効率が悪かったが、図２（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、蛍光体層１２を固体光源５から離して配置することで、高輝度化をする場合にも、蛍光体層１２からの熱を、低温の基板１６へ放散させることが可能となり、蛍光体層１２からの熱放散の効率を、図１に示した従来の光源装置に比べて、著しく高めることができる。

また、図１に示した従来の光源装置では、固体光源９５からの励起光と蛍光体層９２からの蛍光のうち、固体光源９５とは反対の側に出射する蛍光と、蛍光体層９２で吸収されずに透過する固体光源９５からの励起光とを用いている。つまり透過方式を使用している。ここで、透過方式では、蛍光体層９２からの出射光を考えると、励起光については上記透過光とともに蛍光体層９２との界面で反射されて固体光源９５側へ戻って行く発光、つまり反射光も存在しており、この反射光は固体光源９５に再吸収されるため照明光として利用できない光となってしまう。また、蛍光体層９２からの蛍光は、蛍光体層９２の両面から出射するため、やはり固体光源９５側に出射する光は利用できない。このように、透過方式では、光の利用効率が低下してしまう。また、透過方式では、目的の色度の照明光を得るためには蛍光体層９２の厚みを厚くする必要があり、蛍光体層９２から固体光源９５までの距離が長くなるため、蛍光体層９２からの熱を固体光源９５に放散する上で不利であった。

これに対し、図２（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、反射型の蛍光回転体１１を用い、固体光源５とは反対の側に出射する光（励起光、蛍光）を反射面（具体的には、基板１６の反射面）で固体光源５側に反射する反射方式を採用しているので、固体光源５からの励起光によって励起された蛍光体層１２からの発光（蛍光）の全て（すなわち、固体光源５側に出射する蛍光）と、蛍光体層１２で吸収されなかった固体光源５からの励起光の全て（すなわち、蛍光体層１２で吸収されなかった固体光源５からの光の反射光）とを照明光として利用できるため（すなわち、励起光、蛍光とも効率よく照明光として利用できるため）、光の利用効率を著しく高めることができ、高輝度化が可能となる。また、透過型に対し、反射型では、蛍光体層１２の厚みが半分以下でも蛍光体層１２内の光路長が等しくなり、同じ色度の光が得られるため、蛍光体層１２を薄くすることができ、蛍光体層１２から基板１６までの距離が短くなるので、熱放散の面でも有利である。

このように、図２（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、基本的には、固体光源５と蛍光体層１２とを空間的に離して配置し、発光を反射方式で利用するので、従来に比べて十分な高輝度化を図ることができる。

さらに、図２（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、蛍光体層１２は、回転軸Ｘの周りに回転可能な反射型の蛍光回転体１１に設けられているので、固体光源５に対して蛍光体層１２を回転させることにより、固体光源５からの励起光が当たる場所を分散させ、光照射部での発熱を抑えることができ、これにより、より一層の高輝度化が可能となる。

さらに、図２（ａ），（ｂ）の構成では、基板１６には、蛍光体層１２を囲む光反射性の凹部の側壁１６ａが設けられているので、蛍光体層１２内を側面（端面）へ導波する光も、光反射性の凹部の側壁１６ａで反射されて再度蛍光体層１２内に戻り、効率的に（すなわち、光損失を少なく）蛍光体層１２から取り出すことができる。

このように、図２（ａ），（ｂ）の構成では、基板１６には、蛍光体層１２を囲む光反射性の凹部の側壁１６ａが設けられていることによって、光反射性の凹部の側壁１６ａの光反射性を利用して、蛍光体層１２からの光（励起光、蛍光）を反射させて利用できるので（光の利用効率を向上させることができるので）、より一層の高輝度化が可能となる。

さらに、図２（ａ），（ｂ）の構成では、蛍光体層１２を基板１６の光反射性の凹部の側壁１６ａで囲む構造となっていることにより、蛍光回転体１１の回転時に蛍光体層１２へ回転軸Ｘに対して垂直面内方向、いいかえれば蛍光体層１２の面内方向に応力が発生しても、蛍光体層１２の剥離が起きなくなり、高輝度化とともに、信頼性を高めることができる。

このように、図２（ａ），（ｂ）の構成によれば、高輝度化が可能となるが、より一層の高輝度化が求められることもある。

本発明は、図２（ａ），（ｂ）の構成よりも、さらにより一層の高輝度化を図ることの可能な光源装置および照明装置を提供することを意図している。

図３（ａ），（ｂ）は、本発明の光源装置の一構成例を示す図である。なお、図３（ａ）は全体の正面図、図３（ｂ）は蛍光回転体の平面図である。また、図３（ａ），（ｂ）において、図２（ａ），（ｂ）と同様の箇所あるいは対応する箇所には同じ符号を付している。

図３（ａ），（ｂ）の光源装置２５も、図２（ａ），（ｂ）の光源装置２０と同様に、基本的には、固体光源５と蛍光体層１２とを空間的に離して配置し、発光を反射方式で利用することを特徴としている。ただ、前述した図２（ａ），（ｂ）の構成では、光反射性の凹部の側壁１６ａは蛍光回転体１１の円周部にのみ設けられているが、図３（ａ），（ｂ）の構成では、光反射性の凹部の側壁１６ａは円周部のみならず中心から放射状にも設けられている。この場合、中心から放射状に設けられる光反射性の凹部の側壁１６ａの高さも、蛍光体層１２の高さと同じになっている。すなわち、図３（ａ），（ｂ）の光源装置２５では、蛍光体層１２は、複数のセクション１２ａに分割されており、分割されている蛍光体層の各セクション１２ａは、該各セクション１２ａと同じ高さの光反射性の凹部の側壁１６ａによって囲まれている。

このように、蛍光体層１２が複数のセクション１２ａに分割されており、分割されている蛍光体層の各セクション１２ａが、光反射性の凹部の側壁１６ａによって囲まれている図３（ａ），（ｂ）に示すような光源装置２５では、図２（ａ），（ｂ）の光源装置２０の上述した利点に加えて、さらに、励起光、蛍光の発散を抑えることができ、レンズへの励起光、蛍光の入射効率を向上させることができる。このように、光反射性の凹部の側壁１６ａで蛍光体層の各セクション１２ａを囲むことにより、蛍光体層の各セクション１２ａ内を端面へ導波し出射していた光も再度蛍光体層の各セクション１２ａ内へ戻るため、効率的に蛍光体層の各セクション１２ａから取り出すことが可能となる。

図４（ａ），（ｂ）は、本発明の光源装置の他の構成例を示す図である。なお、図４（ａ）は全体の正面図、図４（ｂ）は蛍光回転体の平面図である。また、図４（ａ），（ｂ）において、図２（ａ），（ｂ）と同様の箇所には同じ符号を付している。

図４（ａ），（ｂ）を参照すると、この光源装置３０は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する固体光源５と、モーターなどの駆動部（図示せず）による駆動によって回転軸Ｘの周りに回転可能な反射型の蛍光回転体３１とを有し、該反射型の蛍光回転体３１は、固体光源５からの励起光により励起され固体光源５の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層３２と、光反射性を有する基板３６とを備えている。

ここで、蛍光体層３２は、回転軸Ｘの周りに回転可能な反射型の蛍光回転体３１に設けられており、固体光源５とは空間的に離れて配置されている。

すなわち、図４（ａ），（ｂ）の光源装置３０も、図２（ａ），（ｂ）の光源装置２０と同様に、基本的には、固体光源５と蛍光体層３２とを空間的に離して配置し、発光を反射方式で利用することを特徴としている。また、図４（ａ），（ｂ）の構成では、図２（ａ），（ｂ）の構成と同様に、基板３６には、蛍光体層３２を囲む光反射性の凹部の側壁３６ａが設けられている。ただ、図４（ａ），（ｂ）の光源装置３０では、光反射性の凹部の側壁３６ａの高さが蛍光体層３２の高さよりも高くなっている点で、図２（ａ），（ｂ）の構成（すなわち、光反射性の凹部の側壁１６ａの高さが蛍光体層１２の高さと同じになっている図２（ａ），（ｂ）の構成）と相違している。

なお、蛍光体層３２も、固体光源５からの励起光により励起され固体光源５の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含んでいる。具体的には、固体光源５が紫外光を発光するものである場合、蛍光体層３２は、例えば、青、緑、赤色などの蛍光体のうち、少なくとも１種類の蛍光体を含んでいる。固体光源５が紫外光を発光するものである場合、蛍光体層３２が、例えば、青、緑、赤色の蛍光体を含んでいるときには（青、緑、赤色の蛍光体のそれぞれが例えば均一に分散されて混合されたものとなっているときには）、固体光源５からの紫外光を蛍光体層３２に照射するとき、反射光として白色の照明光を得ることができる。また、固体光源５が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層３２は、例えば、緑、赤、黄色などの蛍光体のうち、少なくとも１種類の蛍光体を含んでいる。固体光源５が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層３２が、例えば、緑、赤色の蛍光体を含んでいるときには（緑、赤色の蛍光体のそれぞれが例えば均一に分散されて混合されたものとなっているときには）、固体光源５からの青色光を蛍光体層３２に照射するとき、反射光として白色などの照明光を得ることができる。また、固体光源５が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層３２が、例えば、黄色の蛍光体だけを含んでいるときには、固体光源５からの青色光を蛍光体層３２に照射するとき、反射光として白色などの照明光を得ることができる。

また、基板３６は、光反射性を有する材料（例えば金属など）で形成されている。

図４（ａ），（ｂ）の構成では、蛍光体層３２を囲む光反射性の凹部の側壁３６ａの高さが蛍光体層３２の高さよりも高くなっているので、図２（ａ），（ｂ）の構成における上述した効果を有するとともに、さらに、図２（ａ），（ｂ）の構成に比べて、励起光、蛍光の発散を抑えることができ、レンズへの励起光、蛍光の入射効率を上げることができる。

図５（ａ），（ｂ）には、図２（ａ），（ｂ）の構成と図４（ａ），（ｂ）の構成とにおける励起光、蛍光の発散範囲が示されている。ここで、図５（ａ）は図２（ａ），（ｂ）の構成における励起光、蛍光の発散範囲を示す図であり、図５（ｂ）は図４（ａ），（ｂ）の構成における励起光、蛍光の発散範囲を示す図である。図５（ａ）と図５（ｂ）とを比べればわかるように、図４（ａ），（ｂ）の構成は、図２（ａ），（ｂ）の構成に比べて、励起光、蛍光の発散を抑えることができる。

このように、図４（ａ），（ｂ）の構成では、光反射性の凹部の側壁で蛍光体層を囲むことにより、蛍光体層内を端面へ導波し出射していた光も再度蛍光体層内へ戻るため、効率的に蛍光体層から取り出すことが可能となる。また、光反射性の凹部の側壁の高さを蛍光体層よりも高くすることによって、発光（励起光、蛍光）の発散を抑えることができ、レンズへの発光（励起光、蛍光）の入射効率を上げることが可能となる。

なお、図４（ａ），（ｂ）の構成では、光反射性の凹部の側壁３６ａは蛍光回転体３１の円周部にのみ設けられているが、図６（ａ），（ｂ）に示すように円周部のみならず中心から放射状に設けられても良い。この場合、中心から放射状に設けられる光反射性の凹部の側壁３６ａの高さも、蛍光体層３２の高さよりも高くなっているのが好ましい。すなわち、図６（ａ），（ｂ）の光源装置４０では、蛍光体層３２は、複数のセクション３２ａに分割されており、分割されている蛍光体層の各セクション３２ａは、該各セクション３２ａよりも高い高さの光反射性の凹部の側壁３６ａによって囲まれている。なお、図６（ａ）は全体の正面図、図６（ｂ）は蛍光回転体の平面図である。また、図６（ａ），（ｂ）において、図４（ａ），（ｂ）と同様の箇所あるいは対応する箇所には同じ符号を付しており、光反射性の凹部の側壁３６ａが蛍光回転体３１の円周部のみならず中心から放射状に設けられ、蛍光体層３２が複数のセクション３２ａに分割されている点においてのみ、図４（ａ），（ｂ）の構成と相違している。

このように、蛍光体層３２が複数のセクション３２ａに分割されており、分割されている蛍光体層の各セクション３２ａが、該各セクション３２ａよりも高い高さの光反射性の凹部の側壁３６ａによって囲まれている図６（ａ），（ｂ）に示すような光源装置４０では、図３（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図４（ａ），（ｂ）の光源装置３０に比べて、励起光、蛍光の発散をより一層抑えることができ、後述のように、レンズへの励起光、蛍光の入射効率をより一層向上させることができる。

図３（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図４（ａ），（ｂ）の光源装置３０、図６（ａ），（ｂ）の光源装置４０において、固体光源５には、紫外光から可視光領域に発光波長をもつ発光ダイオードや半導体レーザーなどが使用可能である。

より具体的に、固体光源５には、例えば、ＩｎＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約３８０ｎｍの近紫外光を発光する発光ダイオードや半導体レーザーなどを用いることができる。この場合、蛍光体層１２、３２の蛍光体としては、波長が約３８０ｎｍないし約４００ｎｍの紫外光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体には、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、ＫＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、ＫＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋等を用いることができ、緑色蛍光体には、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋等を用いることができ、青色蛍光体には、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃ_ｌ２：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、ＬａＡｌ（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｎ，Ｏ）_１０：Ｃｅ^３＋等を用いることができる。

また、固体光源５には、例えば、ＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約４６０ｎｍの青色光を発光する発光ダイオードや半導体レーザーなどを用いることができる。この場合、蛍光体層１２、３２の蛍光体としては、波長が約４４０ｎｍないし約４７０ｎｍの青色光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体には、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、ＫＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、ＫＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋等を用いることができ、緑色蛍光体には、Ｙ_３（Ｇａ，Ａｌ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ^２＋等を用いることができる。また、波長が約４４０ｎｍないし約４７０ｎｍの青色光により励起されるものとして、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、（Ｓｒ，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。

そして、前述のように、蛍光体層１２、３２は、固体光源５が例えば紫外光を出射するものであるか青色光を出射するものであるかに応じて、あるいは、何色の照明光を得たいかなどに応じて、これらの蛍光体を１種類だけ用いたものでも良いし、複数種類を組み合わせて（複数種類を均一に分散混合させて）用いたものでも良い。また、蛍光体の粒径は、１μｍ〜３０μｍの範囲が望ましい。これは、蛍光体の粒径が１μｍ以下では蛍光体の発光効率が低下し、蛍光体の粒径が３０μｍ以上では封止母材中の蛍光体の分散具合が不均一になるためである。

また、蛍光体層１２、３２としては、樹脂中に蛍光体粉末をガラス中に分散させたもの、蛍光体粉末をガラス中に分散させたもの、蛍光体の単結晶や多結晶のセラミックスを用いることが出来る。

樹脂としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂、シリコーンエポキシ樹脂、フッ素樹脂などが使用可能である。この中でも、透明で且つ熱や光に対する信頼性が高く、基板との接着性も良いシリコーン樹脂の使用が望ましい。樹脂を使用した蛍光体層を形成する方法には、平板を作製してから基板に貼り付ける方法と、基板上に直接蛍光体層を形成する方法の２種類がある。平板の製造方法は、まず樹脂中に１種類以上の蛍光体粉末を５〜８０重量％の比率で攪拌脱法機や三本ロール機を使用して混合し、ペーストを作成する。次に平板状の凹部を備える型にペーストを注入や印刷機による印刷により充填し、加熱硬化させる。硬化後型から取出し、任意の形状に切断することにより、平板状の蛍光体層を形成することが可能である。この平板状蛍光体層を基板上の壁で分離されたセクションへ樹脂自身のタック性を利用して、もしくは別途接着用の樹脂を使用して張り付けることにより、基板状に蛍光体層を作製することができる。基板上へ直接蛍光体層を形成する場合には、先に述べたのと同じ方法で作製したペーストを壁で区切られたセクションに直接注入し、基板ごと加熱硬化させることで作製することが可能である。

また、ガラスとしては、低融点ガラスと呼ばれる融点が６００℃以下のものが望ましい。これは、溶融したガラス中に蛍光体粉末を分散させて使用するため、融点が高いものでは蛍光体が劣化してしまうためである。このようなガラスの組成としては、主成分としてＰ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３などの成分とアルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物の成分を含むガラスが挙げられる。さらにＢｉ_２Ｏ_３やＴａ_２Ｏ_５などの重金属の成分を含んでいても良い。また窒素を組成に含むガラスも使用可能である。

ガラスを使用した蛍光体層を形成する方法にも、ガラスの平板を作成してから基板に貼り付ける方法と、基板上に直接蛍光体層を形成する方法の２種類がある。まず、蛍光体層と基板を貼り付ける場合について説明する。はじめにガラス板の作製方法であるが、封止母材であるガラスの原料粉末を目的の組成比となるように秤量する。次に、１種類以上の蛍光体、例えば緑色と赤色の２種類の蛍光体粉末を秤量し、先ほどのガラス原料と十分に混合する。次に、この原料をるつぼに投入し、ガラスの融点以上で過熱し、溶融させる。この溶融したガラスを板状に拡げつつ冷却することで、ガラス板を作成することができる。作成されたガラスは、目的の形状に切断し、平板状の基板と接着する。ガラスと基板の接着部材としては、有機樹脂や有機接着剤、無機接着剤、ガラス、コバールなどの金属が使用可能である。次に、基板に直接蛍光体層を形成する場合について説明する。溶融したガラスを作製する工程までは先ほどと同じであるが、その溶融したガラスを基板の壁で区切られたセクションに注ぎ込み、冷却硬化させることで作製が可能である。

また、セラミックスとしては、半透明や透明の樹脂成分を実質的に含まない焼結体が使用可能である。これらの中でも、透明な蛍光体セラミックスを使用することが望ましい。これは、焼結体中に光の散乱の原因となるポアや粒界の不純物がほとんど存在しないために透明になった蛍光体セラミックスである。ポアや不純物は熱拡散を妨げる原因にもなるため、透明セラミックスは高い熱伝導率を示す。このため、蛍光体層として利用した場合には励起光や蛍光を拡散により失うことなく蛍光体層から取り出して利用でき、さらに蛍光体層で発生した熱を効率良く放散することができる。半透明のセラミックスでも、できるだけポアや不純物の少ないものが望ましい。ポアの残存量を評価する指標としては蛍光体セラミックスの比重の値を用いることができ、その値が計算される理論値に対して９５％以上のものが望ましい。このセラミックスを平板状へ加工し、基板へ樹脂、ガラス、金属などを使用して接合することで、基板上へ蛍光体層を形成することができる。

また、基板１６、３６には、金属や酸化物セラミックス、非酸化セラミックスなどが使用可能であるが、光反射率が高く、加工の容易な金属基板が望ましい。使用可能な材質は、金属基板としてはＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの単体や合金が挙げられ、セラミックスとしてはＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３などが挙げられる。また、セラミックスの基板表面に金属膜を形成してもよい。また、基板１６、３６の形状は、好ましくは図３（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）のような光反射性の凹部の側壁１６ａ、３６ａを備えるものであり、その光反射性の凹部の側壁１６ａ、３６ａは円周部のみならず中心から放射状に設けられ、光反射性の凹部の側壁１６ａ、３６ａによって複数の分離されたセクションが形成されている。図６（ａ），（ｂ）の場合には、後にこのセクションに高さが光反射性の凹部の側壁よりも低くなるように蛍光体層を形成する。このような基板１６、３６は、金属基板であれば、平板の切削やエッチング、冷間鍛造などにより製造可能であり、セラミックス基板であれば、平板の切削や、焼成前の材料を目的の形状に成形し、その後に焼成することで製造可能である。

また、図３（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）の構成において、上述の例では、蛍光体層１２、３２の各セクション１２ａ、３２ａはすべて同じ組成のものであるとしたが（すなわち、すべて同じ発光色を示すものであるとしたが）、セクションごとに例えばＲＧＢのように異なる組成のものにしても良い（すなわち、セクションごとに異なる発光色を示すものでも良い）。また、蛍光体層１２、３２の厚みは各セクション１２ａ、３２ａで異なっていても良い。蛍光体層１２、３２の厚みを各セクション１２ａ、３２ａで異なるものにすることで、同じ組成の蛍光体層であっても照明光の色を変化させることが可能となる。

また、図３（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図４（ａ），（ｂ）の光源装置３０、または、図６（ａ），（ｂ）の光源装置４０と、レンズとを組み合わせて、照明装置を構成することができる。

図７には、一例として、図３（ａ），（ｂ）の光源装置２５、あるいは、図６（ａ），（ｂ）の光源装置４０と、レンズとを組み合わせた照明装置が斜視図で示されている。すなわち、図７の照明装置５０は、図３（ａ），（ｂ）の光源装置２５、あるいは、図６（ａ），（ｂ）の光源装置４０と、該光源装置２５あるいは４０の蛍光回転体１１あるいは３１の蛍光体層１２（１２ａ）あるいは３２（３２ａ）からの発光が入射するレンズ４５とを備えている。

ここで、レンズ４５の面積は、蛍光体層１２あるいは３２の１つのセクション１２ａあるいは３２ａの面積よりも大きいものとなっている。換言すれば、蛍光体層１２あるいは３２の１つのセクション１２ａあるいは３２ａの面積は、レンズ４５の面積よりも小さいものとなっている。このように、各セクション１２ａあるいは３２ａの面積は、レンズ４５の面積よりも小さい方が、レンズ４５への発光の入射効率を上がるため望ましい。これは、励起時に蛍光体層内を光が導波しセクション全体が発光するので、そのセクションの面積がレンズの面積よりも大きい場合と小さい場合を比べれば、小さい方が有利であるという理屈である。図８（ａ），（ｂ）には、セクション１２ａあるいは３２ａの面積とレンズ４５の面積の大きさの比較が示されている。図８（ａ）は、セクション１２ａあるいは３２ａの面積がレンズ４５の面積よりも大きい場合を示しており、図８（ｂ）は、セクション１２ａあるいは３２ａの面積がレンズ４５の面積よりも小さい場合を示している。図８（ａ），（ｂ）を比べればわかるように、各セクション１２ａあるいは３２ａの面積がレンズ４５の面積よりも小さい方が、レンズ４５への発光の入射効率を上げることができる。すなわち、各セクション１２ａあるいは３２ａの面積をレンズ４５の面積よりも小さくすると、レンズ４５越しに蛍光回転体を見たときにセクション１２ａあるいは３２ａ全体がレンズ４５内に入るため、セクション１２ａあるいは３２ａ全体からの発光もレンズ４５に入光できるため、光を効率的にレンズ４５へ入射させることが可能となる。

また、上述の各蛍光回転体１１、３１において、蛍光体層と壁は密着している必要はなく、蛍光体層と壁との間に隙間が空いていても良い。これは、蛍光体層の端面から出射される光があっても、壁で反射しレンズ４５側へ取り出すことが可能なためである。

また、図３（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図４（ａ），（ｂ）の光源装置３０、図６（ａ），（ｂ）の光源装置４０において、固体光源５と蛍光回転体１１、３１の回転軸Ｘとの距離を可変にする可変手段が設けられていても良い。

図９は、図３（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図４（ａ），（ｂ）の光源装置３０、図６（ａ），（ｂ）の光源装置４０において、固体光源５と蛍光回転体１１、３１の回転軸Ｘとの距離を可変にする可変手段４７が設けられた構成を示す図である。

固体光源５と蛍光回転体１１、３１の回転軸Ｘとの距離を可変にする（変化させる）可変手段４７としては、固体光源５が固定されている場合、蛍光回転体１１、３１を蛍光回転体１１、３１の回転軸Ｘと直交する方向に移動させる移動手段を利用することができる。ここで、移動手段としては、図１０に示すように、例えばモーター４８の回転を直線運動に変えるラックアンドピニオン機構４９を用いた一般的なものが使用可能である。なお、モーター４８を用いずに、手動でダイヤルを操作し、ダイヤルの回転を直線運動に変えるものを用いることも可能である。

このように、蛍光回転体１１、３１を蛍光回転体１１、３１の回転軸Ｘと直交する方向に移動させる機構を有していることにより、照明装置の製造時に、固体光源、レンズの位置を固定し、蛍光回転体のみを動かすことにより、照明光強度の調整が可能となる。

本発明は、照明一般などに利用可能である。

５固体光源
１１、３１蛍光回転体
１２、３２蛍光体層（蛍光体領域）
１２ａ、３２ａセクション
１６、３６基板
１６ａ、３６ａ壁
２５、３０、４０光源装置
４５レンズ
４７可変手段
４８モーター
４９ラックアンドピニオン機構

Claims

紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する固体光源と、
回転軸の周りに回転可能な反射型の蛍光回転体とを有し、
該反射型の蛍光回転体は、
前記固体光源からの励起光により励起され前記固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層と、
光反射性を有する基板と、によって構成され、
前記基板の前記固体光源側の面には複数の凹部が形成され、
前記複数の凹部の側壁および底面によって、前記蛍光体層の側面と底面を囲み、
前記蛍光体層は、前記複数の凹部によって複数のセクションに分割されていることを特徴とする光源装置。
請求項１記載の光源装置において、
前記凹部の側壁の高さは、前記蛍光体層の高さよりも高いことを特徴とする光源装置。
請求項１または請求項２に記載の光源装置において、
前記蛍光回転体を該蛍光回転体の回転軸と直交する方向に移動させる可変手段を有していることを特徴とする光源装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光源装置と、
該光源装置の蛍光回転体の蛍光体層からの発光が入射するレンズとを備えていることを特徴とする照明装置。
請求項１または請求項２記載の光源装置と、
該光源装置の蛍光回転体の蛍光体層からの発光が入射するレンズとを備えており、
該レンズの面積が前記蛍光体層の１つのセクションの面積よりも大きいことを特徴とする照明装置。