JP5975692B2 - 光源装置および照明装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光源装置および照明装置に関する。
従来、例えば特許文献１に示されているような光源装置が知られている。図１は特許文献１の光源装置を示す図である。図１を参照すると、この光源装置１００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１０５と、該固体光源１０５からの励起光により励起され該固体光源１０５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１０２と、該蛍光体層１０２の前記励起光が入射する側の面とは反対の面側に設けられる放熱基板１０６とを備え、前記蛍光体層１０２は実質的に樹脂成分を含まず、前記固体光源１０５と前記蛍光体層１０２とが空間的に離れて配置されており、前記蛍光体層１０２の面のうち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による反射を用いて蛍光を取り出すようになっている。
しかしながら、図１に示すような光源装置１００では、蛍光体層１０２からの発光は、図２（ａ）に示すように、１８０°の範囲にわたる。すなわち、蛍光体層１０２からの発光の配光特性（指向性）は、図２（ｂ）に示すように１８０°の範囲にわたる。このため、蛍光体層１０２からの発光を一方向に出射させるように制御するのにリフレクタなどの集光手段を用いる場合、リフレクタなどの集光手段を小型化することが難しいという問題があった。
また、図１に示すような光源装置１００では、蛍光体層１０２の１つの面だけしか放熱基板１０６に接していないことから、蛍光体層１０２の放熱を十分に行うことができず、蛍光体層１０２の温度が上昇したときに蛍光体層１０２の蛍光強度が低下する温度消光によって、蛍光体層１０２からの発光色度が変化してしまうという問題もあった。
本発明は、蛍光体層（蛍光部材）からの発光の配光特性（指向性）を従来に比べて約半分に狭めることができて、リフレクタなどの集光手段を小型化することが可能であり、かつ、蛍光体層（蛍光部材）の放熱を十分に行うことができて、蛍光体層（蛍光部材）の温度消光をも防止す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励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該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部材と、該蛍光部材が搭載されるＬ字型の放熱部材と、前記固体光源から前記放熱部材中を貫通して前記蛍光部材まで延び、前記固体光源からの励起光を前記蛍光部材まで導光する導光手段とを備え、
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記導光手段の端面は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚにおける前記蛍光部材の中央位置であって、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交する内壁面が交わる交線部分の近傍に設けられていることを特徴としている。
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記導光手段の端面は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚにおける前記蛍光部材の中央位置であって、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交する内壁面が交わる交線部分の近傍に設けられていることを特徴としている。
また、請求項２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励起光として発光する少なくとも１つの固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該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部材と、該蛍光部材が搭載されるＬ字型の放熱部材と、前記少なくとも１つの固体光源から前記放熱部材中を貫通して前記蛍光部材まで延び、前記固体光源からの励起光を前記蛍光部材まで導光する複数の導光手段とを備え、
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記複数の導光手段の端面は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚに均等な間隔で少なくとも一列に配置されたものとなっていることを特徴としている。
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記複数の導光手段の端面は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚに均等な間隔で少なくとも一列に配置されたものとなっている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記載の光源装置において、前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記導光手段の端面と前記蛍光部材との間には、空洞部が設けられ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において、前記固体光源は、半導体レーザーであることを特徴としている。
また、請求項５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において、前記蛍光部材は、直方体形状、または、１／４球体形状のものであることを特徴としている。
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光源装置が用いられていることを特徴とする照明装置である。
請求項１、請求項３乃至請求項６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励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該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部材と、該蛍光部材が搭載されるＬ字型の放熱部材と、前記固体光源から前記放熱部材中を貫通して前記蛍光部材まで延び、前記固体光源からの励起光を前記蛍光部材まで導光する導光手段とを備え、
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記導光手段の端面の位置は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚにおける前記蛍光部材の中央位置であって、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交する内壁面が交わる交線部分の近傍に設けられるので、
蛍光部材からの発光の配光特性（指向性）を従来に比べて約半分に狭めることができて、リフレクタなどの集光手段を小型化することができ、かつ、蛍光部材の放熱を十分に行うことができて、蛍光部材の温度消光をも防止することができる。
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記導光手段の端面の位置は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚにおける前記蛍光部材の中央位置であって、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交する内壁面が交わる交線部分の近傍に設けられるので、
蛍光部材からの発光の配光特性（指向性）を従来に比べて約半分に狭めることができて、リフレクタなどの集光手段を小型化することができ、かつ、蛍光部材の放熱を十分に行うことができて、蛍光部材の温度消光をも防止することができる。
また、請求項２乃至請求項６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励起光として発光する少なくとも１つの固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該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部材と、該蛍光部材が搭載されるＬ字型の放熱部材と、前記少なくとも１つの固体光源から前記放熱部材中を貫通して前記蛍光部材まで延び、前記固体光源からの励起光を前記蛍光部材まで導光する複数の導光手段とを備え、
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記複数の導光手段の端面の位置は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚに均等な間隔で少なくとも一列に配置されたものとなっているので、
蛍光部材からの発光の配光特性（指向性）を従来に比べて約半分に狭めることができて、リフレクタなどの集光手段を小型化することができ、かつ、蛍光部材の放熱を十分に行うことができて、蛍光部材の温度消光をも防止することができる。
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記複数の導光手段の端面の位置は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚに均等な間隔で少なくとも一列に配置されたものとなっているので、
蛍光部材からの発光の配光特性（指向性）を従来に比べて約半分に狭めることができて、リフレクタなどの集光手段を小型化することができ、かつ、蛍光部材の放熱を十分に行うことができて、蛍光部材の温度消光をも防止することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は、本発明の第１の形態の光源装置の一構成例を示す斜視図である。また、図４は、図３において蛍光部材を取り外した状態を示す斜視図である。また、図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線における断面図である。
図３、図４、図５（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励起光として発光する固体光源５と、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部材２と、蛍光部材２が搭載される断面がＬ字型の放熱部材６と、固体光源５から放熱部材６中を貫通して蛍光部材２まで延び、固体光源５からの励起光を蛍光部材２まで導光する導光手段（例えば光ファイバ）９とを備えている。
より詳細に、Ｌ字型の放熱部材６は、互いに直交する内壁面６ａ、６ｂを光反射面として有し、Ｌ字型の放熱部材６の互いに直交する内壁面６ａ、６ｂに接するように蛍光部材２が搭載されており、Ｌ字型の放熱部材６の内壁面６ａ、６ｂにおける導光手段９の端面９ｅは、Ｌ字型の放熱部材６の奥行方向Ｚにおける蛍光部材２の中央位置であって（蛍光部材２の奥行方向Ｚの幅をｗとするとき、蛍光部材２の奥行方向Ｚの両端からそれぞれｗ／２の位置であって）、Ｌ字型の放熱部材６の互いに直交する内壁面６ａ、６ｂが交わる交線部分ＫＲの近傍に設けられている。
また、図３の光源装置２０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、蛍光部材２の蛍光体としては、波長が約３８０ｎｍないし約４０５ｎｍ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、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、 ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等を用いることができ、緑色蛍光体には、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋等を用いることができ、青色蛍光体には、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、ＬａＡｌ（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｎ，Ｏ）１０：Ｃｅ３＋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、蛍光部材２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、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等を用いることができ、緑色蛍光体には、Ｙ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）：Ｅｕ２＋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、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋ （ＹＡＧ）、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋等の黄色蛍光体を用いることができる。
蛍光部材２としては、これらの蛍光体粉末を樹脂（例えばシリコーン樹脂）やガラス中に分散させたものや、ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体、樹脂などの結合部材を含まない蛍光体セラミックス等を用いることができる。蛍光体粉末をガラス中に分散させたものの具体例としては、上に列挙した組成の蛍光体粉末をＰ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３などの成分を含むガラス中に分散したものが挙げられる。ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体としては、Ｃｅ３＋やＥｕ２＋を付活剤として添加したＣａ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系やＹ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系などの酸窒化物系ガラス蛍光体が挙げられる。蛍光体セラミックスとしては、上に列挙した組成の蛍光体組成からなり、樹脂成分を実質的に含まない焼結体が挙げられる。これらの中でも透光性を有する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光性を有するに至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、透光性セラミックスは高い熱伝導率を示す。このため蛍光部材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部材から取り出して利用でき、さらに蛍光部材で発生した熱を効率良く放散することができる。透光性を示さない焼結体でも出来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。
ここで、青色励起の黄色発光蛍光体であるＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体を例に、透光性を有する蛍光体セラミックスの製造方法を説明する。蛍光体セラミックスは出発原料の混合工程、成形工程、焼成工程、加工工程を経て製造される。出発原料には、酸化イットリウムや酸化セリウムやアルミナ等、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体の構成元素の酸化物や、焼成後に酸化物となる炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等を用いる。出発原料の粒径はサブミクロンサイズのものが望ましい。これらの原料を化学量論比となるように秤量する。このとき焼成後のセラミックスの透過率向上を目的として、カルシウムやシリコンなどの化合物を添加することも可能である。秤量した原料は、水もしくは有機溶剤を用い、湿式ボールミルにより十分に分散、混合を行う。次に混合物を所定の形状に成形する。成形方法としては、一軸加圧法、冷間静水圧法、スリップキャスティング法や射出成形法等を用いることができる。得られた成形体を１６００〜１８００℃で焼成する。これにより、透光性のＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体セラミックスを得ることができる。
以上のようにして作製した蛍光体セラミックスは、自動研磨装置などを用いて、厚さ数十〜数百μｍの厚みに研磨し、さらに、ダイアモンドカッターやレーザーを用いたダイシングやスクライブにより、所定の形状に切り出して使用することができる。
また、図３の光源装置２０において、放熱基板６は、光（固体光源５からの励起光によって励起された蛍光部材２からの発光（蛍光））に対する反射面の役割と、蛍光部材２から放散してきた熱を外部へ放散させる役割と、蛍光部材２の支持基板の役割も担うものである。このため、高い光反射特性、伝熱特性、加工性が求められる。この放熱基板６には、金属基板やアルミナなどの酸化物セラミックス、窒化アルミニウムなどの非酸化セラミックスなどが使用可能であるが、特に高い光反射特性、伝熱特性、加工性を併せ持つ金属基板が使用されるのが望ましい。金属としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｐｄなどの単体や、それらを含む合金が使用可能である。また、放熱基板６の表面に増反射や腐食防止を目的としたコーティングを施しても良い。また、放熱基板６には、放熱性を高めるために、フィンなどの構造を設けても良い。
また、図３の光源装置２０において、蛍光部材２は、放熱基板６に例えば透明接着剤で接着されて固定される。
このような構成の光源装置２０では、蛍光部材２から、蛍光（例えば黄色光）と蛍光部材２に吸収されなかった励起光（例えば青色光）との混色光（例えば白色光）を出射光として出射させることができる。
この際、図３の光源装置２０では、蛍光部材２からの発光（蛍光、および、蛍光部材２に吸収されなかった励起光）は、図６（ａ）に示すように、９０°の範囲に狭められる。すなわち、蛍光部材２からの発光の配光特性（指向性）は、図６（ｂ）に示すように９０°の範囲に狭められる。このため、蛍光部材２からの発光を一方向に出射させるように制御するのにリフレクターなどの集光手段を用いる場合、リフレクターなどの集光手段を小型化することが可能となる。
また、図３の光源装置２０では、蛍光部材２の２つの面が放熱基板６に接しているので、蛍光部材２の放熱を十分に行うことができ、これにより、蛍光部材２の温度の上昇を抑え、蛍光部材２の温度消光をも防止できる。
また、図３の光源装置２０では、Ｌ字型の放熱部材６を用いているので、後述のように、天井と壁など、直角のところに配置すれば、コーナー照明にも応用できる。
図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図３の光源装置２０の製造工程例を示す図である。図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の製造工程例では、アルミニウム、セラミックなどの熱伝導性の高い部材で断面がＬ字型になるように切削または金型加工されたものをＬ字型の放熱部材６とする（図７（ａ））。なお、Ｌ字型の放熱部材６の内壁面６ａ、６ｂは、光反射性を高めるために研磨(機械加工、電解加工)されている。次に、Ｌ字型の放熱部材６の所定の位置に導光手段（例えば光ファイバ）９を導入する穴を形成し、この穴に導光手段（例えば光ファイバ）９を固定する（図７（ｂ））。なお、導光手段（例えば光ファイバ）９の端面９ｅは、予め鏡面に加工することもできるし、Ｌ字型の放熱部材６の内壁面６ａ、６ｂの研磨加工と同時に鏡面加工することもできる。次いで、蛍光部材２（例えば、予め断面がＬ字型の形状に加工された蛍光体セラミックスなど）を透明接着剤でＬ字型の放熱部材６の内壁面６ａ、６ｂに固定する（図７（ｃ））。最後に、ダイシング装置にて所定間隔にカットして、図３に示す個々の光源装置２０のユニットを作製することができる（図７（ｄ））。なお、図７（ｃ）の状態で複数の固体光源５と組み合わせることで、バー状の発光装置とすることも可能である。
なお、図３の例では、蛍光部材２は、直方体形状（立方体形状も含む）のものであって、Ｌ字型の放熱部材６の互いに直交する内壁面６ａ、６ｂの導光手段９の端面９ｅにも接するようになっているが、蛍光部材２が導光手段９の端面９ｅに接するように設けられる場合には、導光手段９の端面９ｅからの励起光の一部が蛍光部材２によって反射された背面反射光を光取り出し方向に導くことができないという問題がある。
このような問題を解決するため、図８、図９（ａ），（ｂ）に示すように、Ｌ字型の放熱部材６の内壁面６ａ、６ｂにおける導光手段９の端面９ｅと蛍光部材２との間には、空洞部１２が設けられているのが好ましい。なお、図８は斜視図、図９（ａ），（ｂ）は、それぞれ図８のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線における断面図である。
Ｌ字型の放熱部材６の内壁面６ａ、６ｂにおける導光手段９の端面９ｅと蛍光部材２との間に、空洞部１２が設けられていることによって、導光手段９の端面９ｅからの励起光の一部が蛍光部材２によって反射された背面反射光を、Ｌ字型の放熱部材６の内壁面（光反射面）６ａによって反射して光取り出し方向に導くことができ、励起光による励起効率を向上させることができる。さらに、導光手段９の端面９ｅと蛍光部材２との間に空洞部１２が設けられていることによって、蛍光部材２の励起光入射部の発熱を導光手段（例えば光ファイバ）９側に伝えない断熱効果をもたらすことができ、これにより、導光手段（例えば光ファイバ）９の熱劣化を防止できるという効果もある。
また、上述の各例では、蛍光部材２は、直方体形状（立方体形状も含む）のものとなっているが、図１０、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、球体を１／４にカットした形状（１／４球体形状）のものにすることもできる。なお、図１０は斜視図、図１１（ａ），（ｂ）は、それぞれ図１０のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線における断面図である。
また、蛍光部材２を図１０、図１１（ａ），（ｂ）のように１／４球体形状のものにする場合にも、図８、図９（ａ），（ｂ）において説明したと同様の理由で、図１２、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、Ｌ字型の放熱部材６の内壁面６ａ、６ｂにおける導光手段９の端面９ｅと蛍光部材２との間には、空洞部１２が設けられているのが好ましい。なお、図１２は斜視図、図１３（ａ），（ｂ）は、それぞれ図１２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線における断面図である。
なお、図１０、図１１（ａ），（ｂ）、あるいは、図１２、図１３（ａ），（ｂ）に示す１／４球体形状の蛍光部材２は、球体状の焼結体をダイシング装置などで切断するか、または、研磨装置なので研磨加工することで、作製することができる。
また、上述の各例では、導光手段９の端面９ｅは、Ｌ字型の放熱部材６の内壁面６ａ、すなわちＬ字型の放熱部材６の水平壁面に設けられているが、図１４に示すように、導光手段９の端面９ｅを、Ｌ字型の放熱部材６の内壁面６ｂ、すなわちＬ字型の放熱部材６の垂直壁面に設けても良い。あるいは、導光手段９の端面９ｅを、Ｌ字型の放熱部材６の内壁面６ａ、６ｂの両方に、すなわちＬ字型の放熱部材６の水平壁面、垂直壁面の両方に設けても良い。
また、図１５に示すように、蛍光部材２に対して、Ｌ字型の放熱部材６の水平壁面および垂直壁面の長さ（高さ）を延ばすこともでき、この場合には、蛍光部材２からの発光の配光特性（指向性）をより一層確実に狭めることができる。
本願の発明者は、実際に、図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、１ｍｍ３の立方体形状の蛍光部材２に対して、Ｌ字型の放熱部材６の垂直壁面の高さを変えて、蛍光部材２からの発光の配光特性（指向性）を調べた。図１７は、その結果を示す図であり、図１７から、Ｌ字型の放熱部材６の垂直壁面の高さを高くすることで、蛍光部材２からの発光の配光特性（指向性）を片側に制御できることを確認できた。
また、図１８は、本発明の第２の形態の光源装置の一構成例を示す斜視図である。また、図１９は、図１８において蛍光部材を取り外した状態を示す斜視図である。また、図２０（ａ），（ｂ）は、それぞれ図１８のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線における断面図である。なお、図１８、図１９、図２０（ａ），（ｂ）において、図３、図４、図５（ａ），（ｂ）と同様の箇所または対応する箇所には同じ符号を付している。
図１８、図１９、図２０（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励起光として発光する少なくとも１つの固体光源５と、該固体光源５からの励起光により励起され該固体光源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部材２と、該蛍光部材２が搭載されるＬ字型の放熱部材３６と、前記少なくとも１つの固体光源５から前記放熱部材３２中を貫通して前記蛍光部材２まで延び、前記固体光源５からの励起光を前記蛍光部材２まで導光する複数の導光手段（例えば複数の光ファイバ）９とを備えている。
より詳細に、Ｌ字型の放熱部材３６は、互いに直交する内壁面３６ａ、３６ｂを光反射面として有し、Ｌ字型の放熱部材３６の互いに直交する内壁面３６ａ、３６ｂに接するように蛍光部材２が搭載されており、Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面３６ａ、３６ｂにおける複数の導光手段９の端面９ｅは、Ｌ字型の放熱部材３６の奥行方向Ｚに均等な間隔で少なくとも一列に配置されたものとなっている。
具体的に、図１８、図１９、図２０（ａ），（ｂ）の例では、複数の導光手段９の端面９ｅは、Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面３６ａ、すなわちＬ字型の放熱部材３６の水平壁面に設けられており、蛍光部材２の奥行方向Ｚの幅をｗとするとき、蛍光部材２の奥行方向Ｚに例えばｗ／４の間隔で一列に３つ配置され、蛍光部材２の横方向Ｘの幅をｕとするとき、蛍光部材２の横方向Ｘに例えばｕ／３の間隔で２列に配置されている。なお、図２０（ａ），（ｂ）の例では、複数の導光手段９に対して１つの固体光源５だけが設けられている場合が示されているが（１つの固体光源５からの励起光を分岐によって複数の導光手段９に導光させるようになっているが）、複数の導光手段９のそれぞれに対応させて固体光源５を設けることもできる。すなわち、複数の固体光源５を設けることもでき、この場合には、後述のように、光量を増加させることができる。
このように、Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面３６ａに、複数の導光手段９の端面９ｅを、蛍光部材２の奥行方向Ｚに均等な間隔で少なくとも一列に配置することで、励起光を蛍光部材２に均等な間隔で照射することができ、蛍光部材２が導光手段９の１つの端面９ｅに比べて非常に大きいときなどの場合に、第１の形態に比べて、色ムラなどを低減でき、さらには光量を増加させることもできる。ここで、色ムラ低減および光量増加の度合いは、固体光源５の個数、導光手段（例えば光ファイバ）９の分岐数およびバンドル数、複数の導光手段９の端面９ｅの配置位置などで、制御することができる。具体的には、蛍光部材２の蛍光強度に応じて励起位置を特定して複数の導光手段９の端面９ｅの位置を決め、それぞれの導光手段９の励起光光量は、固体光源５の数量と、例えば光ファイバー素線のバンドル数(束ねる数量)で決める。このようにすることで、蛍光部材２全体の色混合割合を均一にすることができ、かつ、複数の固体光源５を用いることにより光量を増加させることができる。
なお、この第２の形態の光源装置３０においても、第１の形態の光源装置２０と同様に、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半導体レーザーなどが使用可能である。
また、この第２の形態の光源装置３０においても、第１の形態の光源装置２０と同様に、放熱基板３６は、光（固体光源５からの励起光によって励起された蛍光部材２からの発光（蛍光））に対する反射面の役割と、蛍光部材２から放散してきた熱を外部へ放散させる役割と、蛍光部材２の支持基板の役割も担うものである。このため、高い光反射特性、伝熱特性、加工性が求められる。この放熱基板３６には、金属基板やアルミナなどの酸化物セラミックス、窒化アルミニウムなどの非酸化セラミックスなどが使用可能であるが、特に高い光反射特性、伝熱特性、加工性を併せ持つ金属基板が使用されるのが望ましい。金属としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｐｄなどの単体や、それらを含む合金が使用可能である。また、放熱基板３６の表面に増反射や腐食防止を目的としたコーティングを施しても良い。また、放熱基板３６には、放熱性を高めるために、フィンなどの構造を設けても良い。
また、この第２の形態の光源装置３０においても、Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面３６ａ、３６ｂにおける複数の導光手段９の端面９ｅと蛍光部材２との間に、空洞部を設けることができる。
Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面３６ａ、３６ｂにおける複数の導光手段９の端面９ｅと蛍光部材２との間に空洞部が設けられていることによって、導光手段９の端面９ｅからの励起光の一部が蛍光部材２によって反射された背面反射光を、Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面（光反射面）３６ａによって反射して光取り出し方向に導くことができ、励起光による励起効率を向上させることができる。さらに、導光手段９の端面９ｅと蛍光部材２との間に空洞部が設けられていることによって、蛍光部材２の励起光入射部の発熱を導光手段（例えば光ファイバ）９側に伝えない断熱効果をもたらすことができ、これにより、導光手段（例えば光ファイバ）９の熱劣化を防止できるという効果もある。
また、上述の例では、蛍光部材２は、直方体形状（立方体形状も含む）のものとなっているが、球体を１／４にカットした形状（１／４球体形状）のものにすることもできる。
また、蛍光部材２を１／４球体形状のものにする場合にも、Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面３６ａ、３６ｂにおける複数の導光手段９の端面９ｅと蛍光部材２との間に空洞部１２を設けることができる。
また、上述の例では、複数の導光手段９の端面９ｅは、Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面３６ａ、すなわちＬ字型の放熱部材３６の水平壁面に設けられているが、複数の導光手段９の端面９ｅを、Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面３６ｂ、すなわちＬ字型の放熱部材３６の垂直壁面に設けても良い。あるいは、複数の導光手段９の端面９ｅを、Ｌ字型の放熱部材３６の内壁面３６ａ、３６ｂの両方に、すなわちＬ字型の放熱部材３６の水平壁面、垂直壁面の両方に設けても良い。
また、この第２の形態の光源装置３０においても、蛍光部材２に対して、Ｌ字型の放熱部材３６の水平壁面および垂直壁面の長さ（高さ）を延ばすことができ、この場合には、蛍光部材２からの発光の配光特性（指向性）をより一層確実に狭めることができる。
図２１（ａ）は本発明の光源装置を用いた照明装置の一例を示す図である。なお、図２１（ａ）の例では、光源装置には、第１の形態の光源装置２０を用いた場合が示されており、また、光学系（集光部）として、リフレクタ４１と、レンズ４２とが用いられている。また、図２１（ｂ）には、第１の形態の光源装置２０の蛍光部材２からの発光の配光特性（指向性）が示されている。
また、比較のため、図２２（ａ）には、放熱部材２０６に垂直壁面のない光源装置２００を用いた照明装置の一例が示されている。なお、図２２（ａ）の例では、光学系（集光部）として、リフレクタ２２１と、レンズ２２２とが用いられている。また、図２２（ｂ）には、放熱部材２０６に垂直壁面のない光源装置２００の蛍光体層２０２からの発光の配光特性（指向性）が示されている。
図２１（ｂ）を図２２（ｂ）と比べればわかるように、本発明の光源装置では、放熱部材２０６に垂直壁面のない光源装置２００に比べて、発光の配光特性（指向性）を約半分に狭めることができるので、リフレクタ４１などの大きさをリフレクタ２２１などに比べて小さくでき、これにより、照明装置の小型化を図ることができる。
また、図２３は本発明の光源装置を用いた照明装置の他の例を示す図である。なお、図２３の例では、光源装置には、第１の形態の光源装置２０を用いた場合が示されており、第１の形態の光源装置２０を、天井５１と壁５２などの、直角のところに配置して、コーナー照明とした状態が示されている。
このように、本発明の光源装置は、特別な用途などにも適用できる。
本発明は、車両用灯具（自動車前照灯など）、室内照明、一般照明などに利用可能である。
２ 蛍光部材
５ 固体光源
６、３６ 放熱基板
９ 導光手段（例えば光ファイバ）
９ｅ 導光手段の端面
１２ 空洞部
２０、３０ 光源装置
４１ リフレクタ
４２ レンズ
５１ 天井
５２ 壁
５ 固体光源
６、３６ 放熱基板
９ 導光手段（例えば光ファイバ）
９ｅ 導光手段の端面
１２ 空洞部
２０、３０ 光源装置
４１ リフレクタ
４２ レンズ
５１ 天井
５２ 壁
Claims (6)
- 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励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該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部材と、該蛍光部材が搭載されるＬ字型の放熱部材と、前記固体光源から前記放熱部材中を貫通して前記蛍光部材まで延び、前記固体光源からの励起光を前記蛍光部材まで導光する導光手段とを備え、
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記導光手段の端面は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚにおける前記蛍光部材の中央位置であって、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交する内壁面が交わる交線部分の近傍に設けられていることを特徴とする光源装置。 - 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励起光として発光する少なくとも１つの固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該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部材と、該蛍光部材が搭載されるＬ字型の放熱部材と、前記少なくとも１つの固体光源から前記放熱部材中を貫通して前記蛍光部材まで延び、前記固体光源からの励起光を前記蛍光部材まで導光する複数の導光手段とを備え、
前記Ｌ字型の放熱部材は、互いに直交する内壁面を光反射面として有し、前記Ｌ字型の放熱部材の互いに直交するそれぞれの内壁面に接するように前記蛍光部材が搭載されており、
前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記複数の導光手段の端面は、前記Ｌ字型の放熱部材の奥行方向Ｚに均等な間隔で少なくとも一列に配置されたものとなっていることを特徴とする光源装置。 - 請求項１または請求項２記載の光源装置において、前記Ｌ字型の放熱部材の前記内壁面における前記導光手段の端面と前記蛍光部材との間には、空洞部が設けられ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において、前記固体光源は、半導体レーザーであ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において、前記蛍光部材は、直方体形状、または、１／４球体形状のものであることを特徴とする光源装置。
- 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光源装置が用いられていることを特徴とする照明装置。
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