JP6697225B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を波長変換して出力する波長変換部材とそれを用いた照明装置に係り、特に、波長変換部材に入射した光を反射して出射する反射型の波長変換部材に関する。

半導体発光素子を利用した発光装置として、ＬＤ素子などの固体光源からの励起光を、蛍光体等の波長変換材料を含む部材（波長変換部材）に照射し、波長が変換された光を取り出すように構成された発光装置が知られている（特許文献１）。

このような発光装置は、蛍光体の選択により所望の発光色が得られる、消費電力が少ないなどの利点があり、各種照明装置として実用化が進んでいる。所定の配光パターンで照明する照明装置への適用においては、発光装置からの光を所望の向き且つ形状となるように出射するために、光源からの励起光は波長変換部材の所定の選択された領域に照射される。

その際、励起光や励起光によって生じた光（蛍光）が波長変換材料の層を進む際に拡散し、本来出射すべきスポット状の形状の周囲からも光が出射し、それが照明装置で照らされた位置では「にじみ」となるという問題があった。

特許文献１には、この「にじみ」を解消するために、波長変換材料の層に、層をその厚みと直交する方向に区切る格子状の仕切を設けることが提案されている。仕切が存在することにより、光は波長変換材料の層における進路が所定の範囲に限定されて出射されるため、「にじみ」が抑制される。

特開２０１３−１０２０７８号公報

波長変換材料の層に格子状仕切を設けることで、照明光の周りに生じる「にじみ」を解消することができるが、新たな問題が生じている。それは、励起光が仕切の上面にも照射される結果、仕切上面からの反射光が波長変換材料の層からの光と混色され、色むらの原因となるという問題である。具体的には仕切上面からの光は、励起光の反射光であるが、波長変換材料の層から出射される光は励起光とは波長が異なる、即ち色が異なる光である。この場合、照明光は格子状の色むらを持つことになる。

本発明は、このような格子状仕切を持つ波長変換部材において、仕切の効果を維持しつつ色むらの問題を解決することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の波長変換部材は、基板と基板の上に形成された波長変換材料層とを有し、光源からの光の照射を受けて、受光面を出射面として、波長変換された光を出射する反射型の波長変換部材であって、基板には波長変換材料層を複数のブロックに仕切る仕切部材が配置されている。仕切部材の高さは、隣接する仕切部材と仕切部材との間に存在する波長変換材料層の厚みより高く、仕切部材の上面に、波長変換材料の層が形成されている。

また本発明の照明装置は、光源と上記波長変換部材とを用いたものである。

本発明によれば、励起光の入射方向も考慮して仕切上面に適切に波長変換材料を配置することによって、仕切で区切られた波長変換層間の光の拡散を効果的に抑制し、且つ出射光の色むらを抑制することができる。

本発明が適用される照明装置の全体概要を示す図 第一実施形態の波長変換部材を示す部分上面図 第一実施形態の波長変換部材を示す部分側断面図 第一実施形態の仕切のサイズを説明する図 （ａ）、（ｂ）は、第一実施形態及び比較例の波長変換部材における光の経路を説明する図 蛍光体層の塗布に用いるスプレー装置の一例を示す図 （ａ）は、第一実施形態の仕切の側面図で、（ｂ）〜（ｄ）は、第一実施形態の変更例を示す図 第二実施形態の波長変換部材を示す部分側断面図 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第二実施形態の波長変換部材を示す部分上面図 第三実施形態の波長変換部材（一部）を示す図 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第四実施形態の波長変換部材（一部）を示す図 第四実施形態の波長変換部材の変更例を示す図

以下、図面を参照して、本発明の波長変換部材と照明装置の実施形態を説明する。
＜照明装置の実施形態＞
本実施形態の照明装置は、光源と、光源からの光を受けて、波長変換された光を出射する反射型の波長変換部材と、を備え、波長変換部材として本発明の波長変換部材を採用する。

照明装置の態様には、光源と波長変換部材とが、光源から照射され波長変換部材に入射する光の入射角が０度を超える所定の角度となるように配置されているもの（態様１）、光源と波長変換部材との間に、光源からの光を波長変換部材に向けて反射する振動ミラーをさらに備え、波長変換部材における光の入射位置が変更可能なもの（態様２）を含む。本実施形態の照明装置は、一般照明、街路灯、ヘッドランプ等の車両用照明などに適用される。

以下、図１を参照して、本実施形態の照明装置の全体構成を説明する。
照明装置１００は、図１に示すように、基本的な要素として、レーザー光を発する光源２０と、光源２０からにより励起されて蛍光を発する波長変換部材１０と、を備え、これら光源２０及び波長変換部材１０を互いに離間した適切な配置となるように支持する支持部材（不図示）や、光源２０と波長変換部材１０との配置に応じて適宜配置される光学要素３０を備えている。

図１に示す配置では、光源２０は、反射型の波長変換部材１０に光を照射し且つ波長変換部材１０から出射した光の進路の妨げないために、波長変換部材１０の後方に配置され、光学要素３０であるミラーによって励起光を屈折させて波長変換部材１０に照射するようにしている。波長変換部材１０から出た光は、光学要素例えばレンズ４０を介して、照明対象５０を照明する。なお、図１に示す配置は発光装置の配置の一例であって、例えば、波長変換部材１０の光入射面即ち出射面の法線に対し、入射光と出射光が対称となるように光源２０を配置する構成などもあり得る。

光源２０は、波長変換部材１０に含まれる波長変換材料を励起し、蛍光を生じさせる光を発するものであれば特に限定されず、高い発光効率を得るために、紫外光から青色光領域に発光波長をもつ発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）などが使用可能である。例えば、ＧａＮ系の材料を用いた約４５０ｎｍの青色光を発するＬＤを用いることができる。出射光の強度は、光源に必要とされる強度であればよく、具体的には数Ｗ〜数百Ｗ程度のものを用いる。

ミラー３０は、励起光を反射する一般的なミラーでもよいが、この実施形態ではミラー３０は、光源２０からの励起光の波長変換部材１０に対する照射範囲を移動制御する。具体的には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを使用しており、機械的に微小な振動をすることによって、励起光の、波長変換部材１０への照射位置を微小な範囲内で変化させることができる。これにより照明対象５０に対し、所望の配光パターンで照明することができる。ここでは照明対象５０はスクリーンであるが、照明装置の用途によって照明対象は異なるし、具体的な対象物がない場合もあり得る。光源２０およびミラー３０は、点灯制御装置６０により、波長変換部材１０の光照射範囲を制御することができるため、本実施形態の照明装置は所望の配向パターンを形成することができ、さらに配光パターンを可変とすることができる。尚、点灯制御装置６０は、少なくとも光源２０の点灯状態と、ミラー３０の傾斜状態を制御する。

波長変換部材１０は、励起光の入射面と光が取り出される出射面とが同一面となる反射型の波長変換部材であり、反射性を持つ基板１１と、基板１１の反射性を持つ面に形成された蛍光を発する層１５とを備える。本実施形態では、層１５は蛍光体を含む層であり、以下、蛍光体層１５という。蛍光体層１５に含まれる蛍光体は、光源２０が発する光により励起されて光源２０からの光とは異なる波長の光（蛍光）を発するものであれば、特に限定されず、ＹＡＧ系、ＳｉＡｌＯＮ系等公知の蛍光体を用いることができる。

蛍光体層１５には、入射した光やそれにより蛍光体が発する光の進路を、目的とする配光パターンの形状内に制限するために、格子状の仕切部材（図１では不図示）が設けられている。仕切部材は、蛍光体層１５をその出射面と直交する方向に多数の区画に区切るように基板１１の上に設けられている。基板１１、蛍光体層１５及び仕切の詳細は、波長変換部材の実施形態において詳述する。

このような照明装置において、光源２０から直接或いはミラー等を介して波長変換部材１０に照射された光は、波長変換部材１０の蛍光体層１５に入射し、ここで蛍光体層１５に含まれる蛍光体を励起する。これにより蛍光体から発せられる蛍光及び光源からの光は、一部は散乱して波長変換部材１０の光出射面から出射し、一部は基板１１の反射面や仕切部材の側面で反射されて光出射面から出射する。光源２０からスポット状に照射された光の束を考えた場合、巨視的には、光は幾何光学に従った角度で出射される。即ち入射角（法線に対する入射光の角度）と出射角（法線に対する出射光の角度）は同じである。

従来の照明装置のように仕切部材が存在する場合、光源２０からの光は蛍光体層１５だけでなく、蛍光体層１５から露出した仕切部材の上面にも照射される。仕切部材の材質にもよるが、仕切部材の上面で光はある程度反射される。この反射光は光源２０からの光であり、蛍光体層１３から出射される光とは波長（色）が異なるため、出射光には仕切部材に起因する色むらを生じる。本実施形態の照明装置は、仕切部材の形状や上面材質を工夫した波長変換部材を用いることで、この色むらの問題を解決している。波長変換部材の詳細は後述する。

本発明の照明装置は、適宜なプロジェクタレンズ等の光学系と組み合わせて配光パターンを可変とした車両用灯具を構成することができる。例えば、ロービーム配光とハイビーム配光を切り替え可能とした車両用灯具を構成することができる。さらに、例えば、ハイビーム配光の一部を非照射とする配光を形成することもできる。例えば、自車両に搭載されたカメラにより前方車両を撮影して得られる画像を用いて前方車両のランプ（テールランプまたはヘッドランプ）の位置を検出し、前方車両の位置を非照射範囲とした配光パターンを形成することができる。これにより前方車両へのグレアを抑制するとともに歩行者の早期発見や遠方視認性の向上を図ることのできる車両用灯具を提供することができる。

次に本発明の波長変換部材の各実施形態を説明する。

＜第一実施形態＞
本実施形態の波長変換部材は、図２及び図３に示すように、基板１１と、基板１１の主平面に対し垂直に立設された仕切１７と、基板１１の上に形成された蛍光体層１５とを備える。なお図２及び図３は、説明のために波長変換部材の一部のみを示している。また図２において蛍光体層１５は省略している。

基板１１は、Ａｌ、Ｃｕ等の金属、シリコン、サファイア、炭素等の非金属などからなり、特に放熱性のよい材料が好ましい。また基板１１の、蛍光体層１５が形成される面に光を反射する反射面が形成されている。反射面は基板１１の表面を鏡面加工することによっても形成してもよいし、Ａｌ、Ａｇ等の金属の薄膜で反射層（図２、３では不図示）を形成してもよい。Ａｇ等の酸化されやすい反射膜を採用する場合には、さらにその上に保護膜（不図示）を設けてもよい。保護膜としては、酸化されにくく且つ反射膜の反射性を阻害しない材料、例えば、Ｔｉ、Ｐｔなどの金属膜やＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２などの金属酸化膜を用いることができる。

仕切１７は、基板１１上の空間を複数の区画（キャビティ）に区切るもので、典型的には、図２に示すような格子構造を持つ。但し所定のキャビティが形成されるものであれば、直交格子のほか、ハニカム構造などでもよい。本実施形態の波長変換部材においては、仕切１７の断面は概ね長方形であり（図７（ａ）参照）、側面は基板１１の主平面と直交し、上面は基板１１の主平面と平行である。なお側面と上面との交差する角は、丸みを持たせたり、切欠きにしてもよい。

このような格子構造の仕切１７は、基板１１をエッチングすることにより形成することができ、これにより基板１１と一体であるため構造が堅固で所望の形状の格子構造を容易に製造することができる。上述した反射膜及び必要に応じて保護膜は、基板１１に仕切１７を形成した後、形成することができ、この場合、仕切１７の側面や上面にも反射膜を形成することができる。なお、仕切１７の形成方法としては、別途作成した格子構造を基板１１に接着する方法もあり得る。

仕切１７のサイズは、波長変化部材１０自体の大きさや波長変換部材１０が適用される照明の種類などによって適宜設計されるものであって特に限定されるものではないが、一例として、基板のサイズが、２０ｍｍ×２０ｍｍ程度の波長変換部材の場合、図４に示すように、高さＨが５μｍ〜５０μｍ、仕切で区切られた区画（キャビティ）の大きさが１００μｍ×１００μｍ程度である。仕切の幅Ｄは、加工性やキャビティの大きさを確保するため、通常、１μｍ〜２０μｍであることが好ましいが、本実施形態の波長変換部材１０は、後述するように、仕切１７の上面に蛍光体１３を含む蛍光体層１５が形成されるために、蛍光体層１５に含有される蛍光体１３の粒子径と同程度かそれ以上であることが好ましく、２倍以上であることがより好ましい。具体的には、仕切１７の幅Ｄは、平均粒径以上、平均粒径の２倍以上であることがより好ましい。この場合において、平均粒径は、蛍光体粒子を分散した蛍光体層用塗料（後述）を調整する前の、レーザー回折・散乱法により求めた粒度分布から算出した体積平均である。なお仕切のピッチは、キャビティの一辺の幅Ｓ＋仕切の幅Ｄで規定される。

蛍光体層１５は、基板１１の、仕切１７が形成されていない部分１１ａだけでなく、仕切１７の側面１７ｂと上面１７ａを覆うように設けられる。但し、図３及び図４に示すように、基板１１の部分１１ａにおける蛍光体層１５の厚みＴは、仕切１７の高さＨより低くする。これにより仕切１７で区切られるキャビティに照射された光及びそのキャビティ内で発する蛍光が、それに隣接するキャビティに拡散するのを防止することができる。その理由を、図５を用いて詳述する。

図５（ｂ）に示すように、例えば、蛍光体層１５の厚みが仕切１７の高さより高く、仕切１７を覆うように蛍光体層１５が形成されている場合（比較例）、仕切１７の上側に位置する蛍光体層１５の部分１５ｃは、仕切１７で区切られる２つのキャビティＣ１、Ｃ２に跨って存在するため、キャビティＣ１の上の方で発生或いは散乱した蛍光や光源光（点線矢印）が隣のキャビティＣ２に拡散し、キャビティＣ２でも蛍光が発生する。従って仕切１７によって蛍光体層１５を区切った効果が損なわれる。

これに対し図５（ａ）に示すように、蛍光体層１５の厚み（仕切の表面に存在する蛍光体層を除く）が仕切の高さより小さい（薄い）場合には、蛍光体層で発生或いは散乱する光（点線矢印）は、拡散しても仕切１７で遮られ、隣の区画に入り込む光を大幅に低減される。即ち仕切１７の効果が維持される。また、仕切１７の上面に形成された蛍光体層１５の厚みは、仕切のない部分１１ａにおける蛍光体層１５の厚みより小さいことから、仕切１７の上面に形成された蛍光体層１５を経由しての伝搬光は小さいため、仕切１７の効果が維持される。

また仕切１７の上面に照射された光は、上面に形成された蛍光体層１５に入射し、そこで蛍光に変換されて出射される。即ち波長変換部材１０から出射される光は、仕切１７のない部分１１ａからの光も仕切１７上面からの光も、ともに蛍光体層１５からの蛍光を含む光であるため、色むらの無い光となる。

次に蛍光体層１５を構成する各材料と製造方法について説明する。

蛍光体層１５は、蛍光体単独の層であってもよいが、製造しやすさ等の観点から蛍光体粒子１３とバインダーとを含む層が好ましい。蛍光体粒子１３は、光源２０からの光によって励起されて蛍光を発するものであり、励起光の波長及び波長変換部材１０の目的とする発光色に応じて種々の公知の蛍光体から選択して用いられる。一例として、波長約４５０ｎｍの青色の励起光と波長５５０〜５８０ｎｍの黄色蛍光を発するＹＡＧを組み合わせた場合、励起光と蛍光とが混合した白色光が得られる。

蛍光体１３は、通常、粉末或いは粒状体の形態で用いられる。一般に入手可能な粉末或いは粒状体の平均粒子径は５μｍ〜３０μｍ程度であり、本発明においても、この入手可能な平均粒子径の蛍光体を用いることができるが、特に仕切１７の上面に形成される蛍光体層１５については、蛍光体の粒子径が仕切１７の幅より小さいことが望ましく、必要に応じて分級などを行い小さい粒子径の蛍光体を用いる。また蛍光体は、その粒子径分布の変動係数が小さい方が好ましい。これにより平均粒子径よりも大きな粒子が含まれる割合が少なくなるため、確実に仕切１７の上面に蛍光体（層）を載せることができる。

蛍光体１３の含有量は、蛍光体層１５が蛍光体とバインダーを含む層である場合、蛍光体層を構成する材料（固形分）に対し１０〜８０重量％であることが好ましい。なお蛍光体層１５は、その厚み方向において蛍光体の含有量が均一でない場合を含み、例えば、蛍光体を含む層の上に蛍光体を含まない樹脂層が積層されて蛍光体層１５を構成する場合もあり得る。上記蛍光体の含有量は、このような積層体である蛍光体層の全体に対する蛍光体の含有量を意味する。

バインダーとしては、光の吸収が少ない、即ち透光性の良好で且つ耐熱性の優れる材料が用いられる。具体的にはガラスバインダーや、エチルシリコーン、ジメチルシリコーン、フェニルシリコーン等のシリコーン樹脂などの樹脂系バインダーを用いることができる。上述した複数の層を積層して蛍光体層１５を形成する場合、異なる種類のバインダーを用いることも可能である。

蛍光体層１５は、上述した蛍光体及びバインダーの他に、光の拡散性を高めるためや仕切１７に対する蛍光体層１５の被膜性を高めるために、散乱剤を加えてもよい。散乱剤としては耐熱性のある樹脂からなる樹脂ビーズやガラスビーズなどを用いることができる。添加量は、蛍光体層１５を構成する材料（固形分）の９０％以下であることが好ましく、１〜５０％がより好ましい。

なお蛍光体層１５は、上述の通り蛍光体とバインダーを含む層であることが好ましいが、その一部に蛍光体板を用いることも可能である。蛍光体板は、蛍光体粉末を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、蛍光体セラミックス等を用いることができる。

蛍光体層１５は、上述した材料と粘度調整のために加えられる溶剤を含む蛍光体層用塗料を用意し、塗工或いは噴霧塗布など公知の方法を用いて、キャビティ内及び仕切の側面及び上面に層及び被膜を形成することで形成することができる。噴霧塗布に用いるスプレー装置としては、例えば、図６に示すようなスプレー装置７０を用いることができる。このスプレー装置の吐出部は、スプレー液を出すニードル７１と霧化用ノズル７２とを備えており、ニードル７１がノズル７２の開口のほぼ中心に位置する。ノズル７２からは、霧化のためのガスが噴出される。このとき、ノズル７２は、ニードル７１から出る液に向かってガスを噴出するように構成されている。これにより、スプレー液が霧化されたガスは、図６のように一度絞られ、一般的なスプレー装置に比べて微小サイズでかつ微量のスプレーが可能になる。なおスプレー装置としては蛍光体粒子を均一な分布で塗布できるスプレー装置であれば他の方式でも可能である。

塗工或いは噴霧塗布の際に用いる溶剤は、特に限定されないが、キシレン、アルコール系溶剤などの有機溶剤を用いることができる。蛍光体層を噴霧塗布によって形成する場合、蛍光体層用塗料（スプレー）の粘度が２０〜５００ｍＰａであることが好ましい。塗料の粘度は、蛍光体の含有量、添加する溶剤、塗料の温度などを調整することにより、所望の成膜に好適な粘度に調整することができる。

また、蛍光体層１５を形成する際に、キャビティ内の層と仕切の側面及び上面とでは成膜手法やステップを異ならせてもよい。例えば、まずキャビティ内に所定の層厚の蛍光体層１５を形成した後、噴霧塗布によって仕切１７の表面全体を覆うように蛍光体層１５を形成する。キャビティ内の蛍光体層については、所定の厚みの蛍光体板を配置してもよいし、蛍光体の含有量の異なる塗料を複数段階に分けて形成してもよい。仕切１７表面については、噴霧塗布法を用いることで、任意の方向から噴霧塗布できるので、その吹付条件を制御することによって、側面及び上面について蛍光体層１５の厚みを制御しやすく、任意の厚み且つ均一な層厚の蛍光体層を形成することができる。

塗工或いは噴霧塗布後に、所定の温度に所定時間保ち、バインダーを硬化させる。蛍光体層１５の厚みは、キャビティ内については、１〜５０μｍ程度が好ましく、また全体として最も薄い領域で１μｍ〜２０μｍの範囲であることが好ましい。

本実施形態によれば、光のにじみを防止するための仕切を有する波長変換部材において、仕切で区切られるキャビティにおける蛍光体層の厚みを仕切部材の高さより低くするとともに蛍光体層から露出する仕切の部分、側面と上面、を蛍光体層で覆った構造とすることにより、キャビティ間の光の拡散を効果的に遮断して「にじみ」防止効果を確保しながら、仕切の上面における励起光の反射による色むら発生の問題を解消することができる。

本実施形態の波長変換部材を、光源と波長変換部材とを組み合わせた照明装置に用いることにより、にじみと色むらの低減された照明装置が提供される。これにより明瞭な配光パターンを持ち、均一な色味の照明が得られる。

＜第一実施形態の変更例＞
本変更例は、仕切１７の断面形状が図５に示す仕切と異なる。それ以外の構成は、第一実施形態で説明した波長変換部材と同じである。

仕切１７の断面形状が異なる変更例を図７（ｂ）〜（ｄ）に示す。図７（ａ）は第一実施形態の仕切１７である。図７（ｂ）、（ｃ）に示す仕切１７は、上面が周囲から内側に向かって凹んだ形状になっている。上面を凹んだ形状とすることにより、上面の上に蛍光体層１５を形成しやすくでき、また上面の上に所定の蛍光体層１５の厚みを確保することができ、色むら解消の実効性を高めることができる。例えば円弧状の場合（ｂ）、仕切１７の幅を蛍光体１３の直径とほぼ同等（例えば１５μｍ程度）にすることにより、蛍光体粒子１３が凹部に収まり上面から滑り落ちるのを防止できる。またＶ字状の場合（ｃ）にもＶ字状の溝に蛍光体粒子が収まりやすく、円弧状の場合よりも幅が狭くても（例えば１０μｍ）、円弧上の場合と同様に、蛍光体粒子が滑り落ちるのを防止できる。

図７（ｄ）に示す仕切１７は、上面に凹凸が形成されている。上面に凹凸を設けることにより、上面に形成される蛍光体層或いは上面に載る蛍光体と上面との密着性を高め、蛍光体が上面から滑り落ちるのを防止できる。具体的には、仕切上面に蛍光体層１５を形成する際に、上面に塗布された蛍光体層用塗料のうち、溶剤が凹凸の溝に入り込むことによって蛍光体層用塗料を仕切上面に保持し、蛍光体を仕切上面に留めことができる。溝に入り込んだ溶剤は溝から仕切側面に流れるが最終的には揮発する。

＜第二実施形態＞
本実施形態は、仕切の断面形状は第一実施形態と同様であるが、光源からの光の入射角を考慮して、蛍光体層１５を形成しない領域を設けた点が異なる。本実施形態は、波長変換部材に対する光源からの光の入射角が一定であって且つ０度より大きい場合に適用される。それ以外の構成は第一実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。

本実施形態の波長変換部材は、図８に示すように、仕切１７で区切られるキャビティ底面（基板１１の部分１１ａ）の全面に蛍光体層１５を設けるのではなく、光の入射する側と反対側の光が照射されない領域に、蛍光体層１５が形成されない領域Ｃ１が設けられる。図示する例では、光源からの光は、仕切１７の左側から照射されており、仕切１７が存在することによって仕切１７の右側には光が照射されない領域Ｃ１が存在する。この領域Ｃ１の幅Ｗは、仕切１７の高さをＨ、光の入射角をθとすると
Ｗ≦Ｈ×ｔａｎθ
である。

本実施形態では、例えば、この領域Ｃ１を所定のマスク材料或いはマスク部材で覆った状態で蛍光体層１５を形成する。蛍光体層１５の形成方法は、第一実施形態と同様に、キャビティ内に形成した後に、仕切の一方の側面（図８では左側の側面）と上面に蛍光体層用塗料を噴霧塗布してもよいし、全体に光の照射方向と同様の斜め方向からノズルを向けて噴霧塗布し、キャビティ内と仕切の側面及び上面とに同時に蛍光体層１５を形成することも可能である。

なお図８では、例えば、Ｘ方向とＹ方向の二方向に延びる仕切のうち、一方の仕切についてその片側から光が照射される場合を示したが、他方の仕切（一方と直交する仕切）については、第一実施形態と同様に図３に示したように、仕切の両側面に蛍光体層１５を設けてもよい。図９（ａ）は、本実施例の波長変換部材の一部を上から見た図であり、ここでは、光源２０からの光は、Ｙ方向の仕切１７Ｙに平行に入射されており、Ｘ方向の仕切１７Ｘについて、図８で示したように、蛍光体層１５が形成されない領域Ｃ１（図中、斜線で表した領域）が設けられている。

また光の進行方向が、Ｘ方向及びＹ方向のいずれに対しても角度を持つ場合には、図９（ｂ）に示すように、仕切１７Ｘ及び仕切１７Ｙの両方について、光が照射されない側に、蛍光体層１５が形成されない領域Ｃ１を設けてもよい。

本実施形態によれば、照明装置への適用に際して、光の入射方向に対する制限があるが、キャビティごとに設けられる蛍光体層１５が領域Ｃ１によって隔てられ、キャビティごとの蛍光体層１５間に導光手段がないので、キャビティ間の光の拡散を確実に防止して「にじみ」の問題をなくすことができる。また光の照射側から見たとき、蛍光体層１５が途切れることなく存在し、照射された光は確実に蛍光体層１５に入射し、蛍光体層１５から出射するので、蛍光体層１５以外の部材で光が反射することに起因する色むらをなくすことができる。さらに、蛍光体層１５を斜めからの噴霧塗布によって形成した場合には、一度の工程でキャビティと仕切１７の側面及び上面に蛍光体層１５を形成することができ、製造も容易である。

＜第三実施形態＞
本実施形態は、仕切の側面形状を、基板１１の主平面に対し内側に傾斜させた（逆テーパ状にした）ことが特徴である。その他の構成は第一実施形態と同様であり、以下、異なる点を中心に説明する。

本実施形態の波長変換部材も、反射面を持つ基板の上に、格子構造の仕切が形成されていること、仕切によって形成されるキャビティ内に、仕切の高さより厚みの小さい蛍光体層が形成されていることは第一実施形態と同様である。しかし、本実施形態の波長変換部材１０は、図１０に示すように、仕切１７の断面が逆テーパ形状であり、この傾斜した側面には蛍光体層１５が設けられていない。蛍光体層１５は、キャビティの底面と仕切１７の上面のみに形成されている。

仕切の側面の傾斜角度（基板の法線と側面とがなす角度φ）は、予定される励起光の入射角より大きいことが好ましく、例えば励起光の入射角＋５度以上である。仕切の高さは、それより厚みが小さい蛍光体層１５の厚みとして波長変換に必要な厚みが確保できる高さであればよく、第一実施形態と同様で、５μｍ〜５０μｍである。上面の大きさは、キャビティの大きさと同程度以下であることが好ましい。このようなサイズとすることにより、比較的大きな蛍光体の粒子であっても仕切上面に配置することができ、色むらを改善できる。

このような形状の仕切１７も、基板１１をエッチングすることにより形成することができ、例えば、仕切１７の上面のサイズで決まる大きさの直方体キャビティをまずエッチングにより作成し、その後、下から順にエッチング量を制御したエッチングを段階的に行うことにより、テーパ形状を形成することができる。また別の方法として、断面形状が三角形の仕切を別途作製するとともに、基板１０に仕切１７の三角形の先端部分と同形の溝を形成しておく。この断面三角形の溝に、仕切を断面が逆三角形となるように配置し、固定する。

蛍光体層１５については、例えば、基板及び仕切の上面に噴霧用ノズルをある程度近接した状態で噴霧塗布することにより、仕切の側面には蛍光体層１５が形成されず、仕切上面及びキャビティ内に均一な厚みの蛍光体層１５を形成することができる。

本実施形態によれば、仕切の側面をテーパ状とし、この部分には蛍光体層１５がない構造とすることにより、キャビティ内の蛍光体層１５を仕切によって確実に区切ることができ、確実なにじみ防止効果が得られる。また逆テーパ状であることから、そのテーパ角度以内の入射角であれば、どの方から励起光が照射された場合にも、仕切の側面に励起光が直接照射され且つ反射されるおそれがない。さらに仕切上面に蛍光体層１５が存在することにより、出射光の色むらをなくすことができ、特に光の入射角が±φ度の範囲において、光の照射側から見たときにほぼ均一な厚みの蛍光体層１５が連続しているので、厚みの不均一に伴う色むらも低減される。

なお本実施形態において、Ｘ方向の仕切とＹ方向の仕切の両方において、それぞれ側面を逆テーパ状としておくことにより、側面には蛍光体層１５が形成されず、仕切上面とキャビティ内に蛍光体層１５が形成された波長変換部材が得られ、上述の効果が得られるが、本実施形態の波長変換部材は、Ｘ方向とＹ方向の一方のみの側面を逆テーパ状にした波長変換部材も含む。このような波長変換部材についても、照明装置に適用したときの光源光の入射方向との対応を適切にする、即ち逆テーパ状の側面を持つ仕切の方向と入射側とが一致するようにすれば、同様の効果が得られる。

また本実施形態についても、第一実施形態の変更例と同様の変更、すなわち上面に凹みや凹凸を設ける構成を採用することも可能である。

＜第四実施形態＞
第三実施形態は、蛍光体層１５を区切る仕切１７の両側面を逆テーパ状にしたものであるが、本実施形態の波長変換部材では、光源光の入射方向に合わせて、仕切１７の両側面を同じ向きの傾斜にしたことが特徴である。

本実施形態の波長変換部材は、図１１に示すように、基板１１の上に形成された仕切が全体として傾斜した形状を有している。即ち仕切１７の上面は基板１１の主平面と平行であるが、両側面が同じ方向に傾斜し、仕切１７の断面形状が平行四辺形である。図１１（ａ）に示す例では、図中、左側から光が入射し、（ｂ）に示す例では、図中、右側から光が入射する構成である。側面の傾きの方向は、光の入射方向と同じ、即ち法線に対する側面の傾斜角度は光の入射角と同程度である。仕切１７の高さや幅は、第三実施形態と同様であるが、第三実施形態は上面から下に向かって幅が狭くなっているのに対し、本実施形態の仕切１７は幅が上面から下まで一定なので、製法及び構造の観点で、上面の幅の下限は第三実施形態よりも小さくすることができる。

製造は第三実施形態の波長変換部材と同様であるが、上面から噴霧塗布する場合には、仕切１７の片側又は両側の側面をマスクして蛍光体層用塗料を塗布することにより、側面を避けて蛍光体層を形成することができる。

蛍光体層１５は、第二実施形態と同様に、仕切１７によって形成されるキャビティＣの底面と仕切１７の上面に形成され、仕切１７の側面には形成されていない。このような蛍光体層１５がキャビティごとに独立し、隣接するキャビティの蛍光体層１５間をつなぐ導光手段がないので、光の拡散によるにじみが確実に防止される。また照射された光は全て蛍光体層１５に入射し、そこから出射するので、色むらの発生も防止できる。

なお図１１では、仕切の両側面に蛍光体層１５が形成されていない場合を示したが、図１２に示すように、例えば光照射側と反対側に位置する側面１７ｂだけに蛍光体層１５を形成しない構成も採りえる。この場合も、図３に示す波長変換部材と同様に、「にじみ」と「色むら」のない出射光を実現できる。

以上、本発明の波長変換部材の各実施形態を説明したが、これら実施形態の波長変換部材は、いずれも図１に示すような、光源と組み合わせた照明装置に適用することができる。

以下、本発明の実施例を説明する。なお以下の実施例において、「％」「部」は特に断らない限り重量基準である。

＜実施例１＞
シリコン基板（大きさ：２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚み：０．５ｍｍ）の一方の面にドライエッチング法により格子状の仕切を形成した。仕切のサイズは、幅：１０μｍ、高さ：５０μｍ、ピッチ：１１０μｍとした。これにより仕切によって区切られたキャビティサイズは１００μｍ×１００μｍである。

次いで仕切が形成された基板の片面に蒸着法によりアルミニウムの反射膜（１００ｎｍ）を形成した。

下記処方の蛍光体層用塗料、［蛍光体塗料Ａ］及び［バインダー塗料Ｂ］を用意した。蛍光体塗料Ａのスプレー液粘度は、１００ｍＰａ・ｓであった。バインダー塗料Ｂは粘度調整することなく用いた。
［蛍光体塗料Ａ］
ＹＡＧ系蛍光体（平均粒子径：１５μｍ） ５０％
エチルシリケート化合物 ３％
有機溶剤 残部
［バインダー塗料Ｂ］
エチルシリケート化合物 １０％
有機溶剤 残部

上述のように片面に仕切を作成した基板の表面（仕切を形成した面）に、蛍光体塗料Ａを図６に示すスプレー装置を用いてスプレー塗布し、キャビティ内及び仕切の側面及び上面に蛍光体層の第一層を形成し、第一層を１５０℃で4時間加熱し、乾燥、硬化した。次いで第一層の上に、バインダー塗料Ｂをディスペンサーで適量吐出し、低粘度化する温度で蛍光体粒子間に含浸させて、その後本硬化を経て、第一層及びバインダー層からなる平均厚み２０μｍの蛍光体層を形成した。これにより図３に示すような波長変換部材を作製した。

＜実施例２＞
実施例1と同様に、シリコン基板の一方の面に、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８を用いたＤｅｅｐ ＲＩＥエッチング法により格子状の仕切を形成した。仕切のサイズは、上面の幅：３０μｍ、高さ：１７μｍ、傾斜角度（法線に対するテーパの角度）φ：３０度とした。仕切によって区切られたキャビティサイズは１００μｍ×１００μｍである。

次いで蒸着法による仕切が形成された基板の片面にアルミニウムの反射膜（１００ｎｍ）を形成した後、実施例１と同様に、基板の上面からスプレー装置を用いて蛍光体塗料Ａをスプレー塗布し、乾燥硬化後、さらにバインダー塗料Ｂを塗布し、平均厚み２０μｍの蛍光体層をキャビティの底部及び仕切の上面のみに形成した。これにより図１０に示すような波長変換部材を作製した。

実施例１及び実施例２で得た波長変換部材に対し、波長４５０ｎｍのレーザー光（励起光エネルギー：３Ｗ）を入射角０度で照射し、波長変換部材から出射される光について「色むら」を観察した。「色むら」の観察は、ＣＣＤカメラを有する輝度及び色度の空間分布の測定器（Ｐｒｏｍｅｔｒｉｃ：Ｒａｄｉａｎｔ Ｚｅｍａｘ社製）により行った。参考例として、仕切の上に蛍光体層を設けないものについても同様の観察を行った。
その結果、参考例の波長変換部材を用いた場合には、格子に対応する格子状の色むら（青い部分）が観察されたが、実施例１及び実施例２のいずれの波長変換部材においても、格子状の色むらが殆ど見られなかった。

１００・・・照明装置、１０・・・波長変換部材、１１・・・基板、１３・・・蛍光体（粒子）、１５・・・蛍光体層、１７・・・仕切、２０・・・光源、３０・・・光学要素（ミラー）、Ｃ・・・区画（キャビティ）。

Claims (4)

1. 光源と、前記光源からの光を受けて、波長変換された光を出射する反射型の波長変換部材と、を備えた照明装置であって、
   前記波長変換部材が、
   基板と基板の上に形成された波長変換材料層とを有し、光源からの光の照射を受けて、受光面を出射面として、波長変換された光を出射する反射型の波長変換部材であって、
   基板には波長変換材料層を複数の区画に仕切る仕切部材が配置されており、前記仕切部材の高さは、隣接する仕切部材と仕切部材との間に存在する波長変換材料層の厚みより高く、仕切部材の上面に、波長変換材料層が形成されており、
   前記仕切部材の上面に形成された前記波長変換材料層の厚みは、前記隣接する仕切部材と仕切部材との間に存在する波長変換材料層の厚みより小さく、
   前記基板は、その主平面と前記光源からの光の照射方向とのなす角度が９０度未満又は９０度以上であって、前記光源からの光が直接照射されない前記仕切部材の側面及び基板表面は、前記波長変換材料層で覆われていない波長変換部材である照明装置。
2. 光源と、前記光源からの光を受けて、波長変換された光を出射する反射型の波長変換部材と、を備えた照明装置であって、
   前記波長変換部材が、
   基板と基板の上に形成された波長変換材料層とを有し、光源からの光の照射を受けて、受光面を出射面として、波長変換された光を出射する反射型の波長変換部材であって、
   基板には波長変換材料層を複数の区画に仕切る仕切部材が配置されており、前記仕切部材の高さは、隣接する仕切部材と仕切部材との間に存在する波長変換材料層の厚みより高く、仕切部材の上面に、波長変換材料層が形成されており、
   前記仕切部材は、少なくとも一つの側面が、前記基板の主平面に対し傾斜し、前記傾斜した側面の一部の傾斜角は前記光の入射角より大きく、前記傾斜した側面の一部は、前記波長変換材料層で覆われていない波長変換部材である照明装置。
3. 光源と、前記光源からの光を受けて、波長変換された光を出射する反射型の波長変換部材と、を備えた照明装置であって、
   前記光源と前記波長変換部材とは、前記光源の光の出射方向が、前記基板の主平面と垂直な方向に対し角度を有する位置で配置されており、
   前記波長変換部材が
   基板と基板の上に形成された波長変換材料層とを有し、光源からの光の照射を受けて、受光面を出射面として、波長変換された光を出射する反射型の波長変換部材であって、
   基板には波長変換材料層を複数の区画に仕切る仕切部材が配置されており、前記仕切部材の高さは、隣接する仕切部材と仕切部材との間に存在する波長変換材料層の厚みより高く、仕切部材の上面に、波長変換材料層が形成されており、
   前記仕切部材の上面に形成された前記波長変換材料層の厚みは、前記隣接する仕切部材と仕切部材との間に存在する波長変換材料層の厚みより小さく、
   前記基板は、その主平面と前記光源からの光の照射方向とのなす角度が９０度未満又は９０度以上であって、前記光源からの光が直接照射されない前記仕切部材の側面及び基板表面は、前記波長変換材料層で覆われていない波長変換部材であることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１ないし３いずれか一項に記載の照明装置であって、
   前記光源と前記波長変換部材との間に、前記光源からの光を前記波長変換部材に向けて反射し、前記光源からの光の前記波長変換部材に対する照射範囲を移動制御するミラーをさらに備えたことを特徴とする照明装置。

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