JPWO2014174618A1 - 光源装置および車両用灯具 - Google Patents
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Abstract
励起光を発する光源と、光源からの励起光により蛍光を発する蛍光層とを備え、蛍光体層から発せられた蛍光と、蛍光体層で拡散反射された励起光とを混色して照明光を出射する光源装置である。蛍光体層は励起光により蛍光を発する複数の蛍光体粒子と、励起光を拡散反射する複数の拡散反射粒子とを含み、蛍光体層に複数の蛍光体粒子と複数の拡散反射粒子が分散されている。正反射量を低減することができ、また、拡散反射粒子の混合量によって蛍光体層からの蛍光と拡散反射された励起光との混色比率を調整することができる。
Description
本発明は、蛍光体と励起光源を用いた光源装置に関する。特に、励起光源としてレーザー発光素子を用いた車両用灯具に関する。
近年の自動車用ヘッドライトなどの車両用灯具では、光源の消費エネルギー低減のため、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）を用いた製品が提案され、一部実用化されている。特にＬＤ光源の場合、光変換効率が高く、また発光面積が小さいので、灯具の小型化のため有利となる。ＬＤ光源を用いる車両用灯具では、ＬＤ素子から蛍光体へ励起光（例えば青色レーザー光）を照射し、蛍光体が励起されて発する光（例えば黄色光）と励起光とを混色させて可視光（例えば白色光）を出射させる構成となっている。
例えば、特開２０１２−１０４２６７号公報（特許文献１）には、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する固体光源と、固体光源からの励起光により励起され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、を備えた光源装置が記載されている。この光源装置は、固体光源と蛍光体層とが空間的に離れて配置されており、蛍光体層の励起光が入射する側の面から反射方式で少なくとも蛍光を取り出し、蛍光体層の励起光が入射する側の面には、固体光源からの励起光を光拡散させるための光拡散手段が設けられていることを特徴とする。
ＬＤ素子から蛍光体へ励起光を照射し、蛍光体が励起されて発する光と励起光とを混色させて可視光を出射させる場合、蛍光体で反射される励起光は、角度依存性を持たない拡散反射成分と反射角の方向に強い指向性を持つ正反射成分に分かれる。このうち角度依存性を持たない拡散反射成分は、同じく角度依存性を持たない蛍光体が発する光と混色して照明光として利用できる。一方、強い指向性を持つ正反射成分は、出射光の色ムラの原因となったり、強い指向性を持ったまま外部に出射した場合に人間の目に損傷を与える恐れがあるために、利用できずエネルギー損失の要因となっている。
これに対して特許文献１に記載されている光源装置では、蛍光体層の励起光が入射する側の表面に光拡散機能を有する凹凸構造を設けることで、正反射成分を低減している。凹凸構造は、蛍光体層の表面加工や蛍光体層の表面に粒子状物質を並べることによって形成される。
しかし、蛍光体層の表面加工によって凹凸を形成する場合、加工時に蛍光体粒子に損傷を与えて蛍光体の発光効率を低下させる恐れがある。また、励起光吸収効率の高い蛍光体を用いた場合、励起光の多くが蛍光体に吸収されてしまい、拡散反射される励起光量が不十分となって、光源装置として必要な色度を実現することが困難となる場合がある。
また、蛍光体層の表面に粒子状物質を並べて表面に凹凸を形成する場合、粒子状物質が蛍光体層と同じ材料の場合は上述の表面加工の場合と同様の問題がある。粒子状物質が蛍光体層と異なる材料の場合は蛍光体層から発せられる蛍光が表面の粒子状物質によって後方に散乱されて外部に取り出されずにエネルギー損失となる恐れがある。
そこで、本発明は、エネルギー損失が少なく、出射光を所望の色度に設計可能な光源装置および車両用灯具を提供する。
上記課題を解決するために、本発明は、励起光を発する光源と、光源からの励起光により蛍光を発する蛍光層とを備え、蛍光体層から発せられた蛍光と、蛍光体層で拡散反射された励起光とを混色して照明光を出射する光源装置において、蛍光体層は励起光により蛍光を発する複数の蛍光体粒子と、励起光を拡散反射する複数の拡散反射粒子とを含む。そして、蛍光体層において複数の蛍光体粒子と複数の拡散反射粒子を分散させる。
本発明によれば、エネルギー損失が少なく、出射光を所望の色度に設計可能な光源装置および車両用灯具を提供することができる。
例えば、蛍光体層中に含まれる拡散反射粒子が励起光を拡散反射し、正反射量を低減できるので、エネルギー損失を低減できる。拡散反射粒子の混合量によって蛍光体層からの蛍光と拡散反射された励起光との混色比率を調整できるので、出射光を所望の色度に設計できる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
また、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、説明に当たっては、車両用灯具を例に説明するが、車両用灯具に限らず、励起光源から蛍光体へ励起光を照射し、蛍光体が励起されて発する光と励起光とを混色させて可視光を出射させる光源装置でありさえすればよい。
図１は、実施例１における車両用灯具の構成を示す斜視図である。
実施例１における車両用灯具は、いわゆるプロジェクタ型の灯具であり、半導体発光素子１と、集光レンズ２と、蛍光体層３と、金属プレート４と、リフレクタ５とを備えている。光源となる半導体発光素子１にはレーザーダイオード（ＬＤ）を用いており、蛍光体層３の励起光としての青色レーザー光を出射する。集光レンズ２は、半導体発光素子１の出射側に配置され、半導体発光素子１から出射された励起光（青色レーザー光）を、上方に配置された蛍光体層３の表面に集光させる。
リフレクタ５は、上方斜め前方に開口する湾曲板状に形成されて、蛍光体層３の下方を臨むように配設されている。このリフレクタ５の上面は、蛍光体層３から出射された蛍光および拡散反射された励起光を前方へ反射させる反射面５ａとなっている。反射面５ａは、所望の配光分布を得られるよう自由曲面状に、例えば、放物面が基調とされた形状に形成されている。この反射面５ａは、蛍光体層３の後方から下方にかけて蛍光体層３を臨むように配設されており、この蛍光体層３から出射された蛍光および拡散反射された励起光を、車両前方に照射させる。
図２は、実施例１における蛍光体層の要部断面図である。
実施例１における蛍光体層３は、複数の蛍光体粒子６と複数の拡散反射粒子７で構成される。蛍光体粒子６は、青色光の励起によって蛍光を発する蛍光材料であり、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｌｕ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、Ｃａ８ＭｇＳｉ４Ｏ１６Ｃ１２：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ等を用いることができる。
拡散反射粒子７は、励起光を拡散反射し、且つ励起光および蛍光体粒子６からの蛍光に対して吸収の少ない材料である。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４、ＳｒＴｉＯ４、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ダイヤモンド、各種透明ガラス等の励起光および蛍光に対して透光性を有する材料を用いることができる。
拡散反射粒子７へ入射した励起光の一部は、拡散反射粒子７の表面と空気との屈折率差によって反射する。粒子状とすることで、励起光の入射方向に対する反射面は粒子毎にランダムであるので、反射方向もランダムとなり、均一な拡散反射を実現できる。一部の励起光および蛍光は、蛍光体層３の表面から内部へ向かって進行するが、蛍光体層３内部の拡散反射粒子７によって、蛍光体層３の表面へ反射されるので、効率良く励起光および蛍光を取り出すことができてエネルギー損失を低減することができる。拡散反射された励起光の蛍光に対する比率は拡散反射粒子７の混合量によって調整できる。
なお、実施例１では、拡散反射粒子７として励起光および蛍光に対して透光性を有する材料を用いたが、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ等の励起光および蛍光に対して反射性を有する材料を用いることもできる。
蛍光体層３の形成方法の一例について説明する。蛍光体粒子６と拡散反射粒子７を所定の比率で混合し、プレス機で圧粉してペレット状にする。続いて、ペレットを加熱炉で加熱し、焼結させる。焼結したペレットを接着剤、両面テープ、金属ハンダ接合等を用いて金属プレート４に固定する。
このように実施例１の車両用灯具によれば、励起光の正反射量を低減してエネルギー損失を低減することができる。また、拡散反射粒子７の混合量によって蛍光体層３からの蛍光と拡散反射された励起光との混色比率を調整できるので、出射光を所望の色度に設計することができる。
実施例２では、実施例１で説明した車両用灯具において、高出力に対応できる車両用灯具の一例を説明する。
図３は、実施例２における蛍光体層の要部断面図である。なお、実施例２における車両用灯具において、その構成は前述の図１に示した実施例１のものと同一であるので、説明は省略する。
実施例１における蛍光体層３は、複数の蛍光体粒子６と、複数の拡散反射粒子７と、複数の表面熱伝導材料８とで構成される。蛍光体粒子６は、青色光の励起によって蛍光を発する蛍光材料であり、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｌｕ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、Ｃａ８ＭｇＳｉ４Ｏ１６Ｃ１２：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ等を用いることができる。
拡散反射粒子７は、励起光を拡散反射し、且つ励起光および蛍光体粒子６からの蛍光に対して吸収の少ない材料である。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４、ＳｒＴｉＯ４、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ダイヤモンド、各種透明ガラス等の励起光および蛍光に対して透光性を有する材料を用いることができる。
拡散反射粒子７へ入射した励起光の一部は、拡散反射粒子７の表面と空気との屈折率差によって反射する。粒子状とすることで、励起光の入射方向に対する反射面は粒子毎にランダムであるので、反射方向もランダムとなり、均一な拡散反射を実現できる。一部の励起光および蛍光は、蛍光体層３の表面から内部へ向かって進行するが、蛍光体層３内部の拡散反射粒子７によって、蛍光体層３の表面へ反射されるので、効率良く励起光および蛍光を取り出すことができてエネルギー損失を低減することができる。拡散反射された励起光の蛍光に対する比率は拡散反射粒子７の混合量によって調整できる。
なお、実施例２では、拡散反射粒子７として励起光および蛍光に対して透光性を有する材料を用いたが、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ等の励起光および蛍光に対して反射性を有する材料を用いることもできる。
表面熱伝導材料８は、蛍光体層３の表面に形成されており、特に蛍光体粒子６の表面を被覆するように形成されている。表面熱伝導材料８は、高い熱伝導性を有し、且つ励起光および蛍光体粒子６からの蛍光に対して透光性を有する材料である。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４、ＳｒＴｉＯ４、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ダイヤモンド、各種透明ガラス等を用いることができる。拡散反射粒子７と同じものを含んでいてもよい。また、表面熱伝導材料８は、粒子状であっても膜状であってもよい。
蛍光体粒子６に吸収された励起光のエネルギーの一部は蛍光として放出される。しかし、残りの励起光のエネルギーは主に熱となり、蛍光体粒子６の温度を上昇させて、温度消光による蛍光効率の低下要因となる。蛍光体粒子６の熱は、蛍光体粒子６の表面に接触する空気および隣接粒子に放熱されるが、空気の熱伝導率が悪く、また隣接粒子間の接触面積が小さい場合は、放熱量が少なく投入できる励起光のエネルギーが制限されて、照明出力が制限される。表面熱伝導材料８は、蛍光体粒子６において照射される励起光の密度が高い側の表面を被覆している。表面熱伝導材料８は高い熱伝導性を有しているので、蛍光体粒子６の表面で生じた熱を分散、放熱させて蛍光体粒子６の温度上昇を抑えることができる。
蛍光体層３の形成方法の一例について説明する。蛍光体粒子６と拡散反射粒子７を所定の比率で混合し、プレス機で圧粉してペレット状にする。その後、印刷、塗布、ディッピング、蒸着等の方法を用いてペレットの表面に表面熱伝導材料８を形成する。表面に表面熱伝導材料８を形成したペレットを加熱炉で加熱し、焼結させる。焼結したペレットを接着剤、両面テープ、金属ハンダ接合等を用いて金属プレート４に固定する。
なお、実施例２では、表面熱伝導材料８は蛍光体層３の表面にのみ形成される構成としたが、蛍光体層３の表面に位置する蛍光体粒子６の表面が表面熱伝導材料８で被覆されていれば、蛍光体層３の内部に表面熱伝導材料８が分散していてもよい。
実施例３では、実施例１で説明した車両用灯具において、耐湿性が弱い蛍光体材料あるいは拡散反射材料を利用することができる車両用灯具の一例を説明する。
図４は、実施例３における蛍光体層の要部断面図である。なお、実施例３における車両用灯具において、その構成は前述の図１に示した実施例１のものと同一であるので、説明は省略する。
実施例３における蛍光体層３は、複数の蛍光体粒子６と、複数の拡散反射粒子７と、空隙充填材料９とで構成される。蛍光体粒子６は、青色光の励起によって蛍光を発する蛍光材料であり、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｌｕ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、Ｃａ８ＭｇＳｉ４Ｏ１６Ｃ１２：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ等を用いることができる。
拡散反射粒子７は、励起光を拡散反射し、且つ励起光および蛍光体粒子６からの蛍光に対して吸収の少ない材料である。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４、ＳｒＴｉＯ４、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ダイヤモンド、各種透明ガラス等の励起光および蛍光に対して透光性を有する材料のうち、空間充填材料９と屈折率が互いに異なる材料を用いることができる。
拡散反射粒子７へ入射した励起光の一部は、拡散反射粒子７の表面と空間充填材料９との屈折率差によって反射する。粒子状とすることで、励起光の入射方向に対する反射面は粒子毎にランダムであるので、反射方向もランダムとなり、均一な拡散反射を実現できる。一部の励起光および蛍光は、蛍光体層３の表面から内部へ向かって進行するが、蛍光体層３内部の拡散反射粒子７によって、蛍光体層３の表面へ反射されるので、効率良く励起光および蛍光を取り出すことができてエネルギー損失を低減することができる。拡散反射された励起光の蛍光に対する比率は拡散反射粒子７の混合量によって調整できる。
なお、実施例３では、拡散反射粒子７として励起光および蛍光に対して透光性を有する材料を用いたが、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ等の励起光および蛍光に対して反射性を有する材料を用いることもできる。
空間充填材料９は、蛍光体層３において蛍光体粒子６および拡散反射粒子７の粒子間の空隙を充填するように形成されており、蛍光体粒子６および拡散反射粒子７が空気に触れないように形成されている。空間充填材料９は、湿度透過率が低く、且つ励起光および蛍光体粒子６からの蛍光に対して透光性を有する材料である。例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。
蛍光体材料の中には、湿度によって発光特性が劣化するものがある。また、拡散反射材料においても湿度によって変質し、励起光あるいは蛍光に対して吸収性を発現するものがある。そこで、蛍光体粒子６および拡散反射材料７の表面を湿度透過率が低い空間充填材料９によって被覆することで、上記蛍光体材料の劣化や拡散反射材料の変質を抑制する。
蛍光体層３の形成方法の一例について説明する。蛍光体粒子６と拡散反射粒子７を所定の比率で混合し、プレス機で圧粉してペレット状にする。続いて、ペレットを加熱炉で加熱し、焼結させる。焼結したペレットを、硬化前の空間充填材料９に浸漬させたのち、真空脱泡を行ってペレット内の空隙に空間充填材料９を充填する。空間充填材料９が充填されたペレットを加熱等して空間充填材料９を硬化させる。その後、ペレットを接着剤、両面テープ、金属ハンダ接合等を用いて金属プレート４に固定する。
実施例４では、実施例１で説明した車両用灯具において、焼結プロセスによって変質する蛍光体材料あるいは拡散反射材料を利用することができる車両用灯具の一例を説明する。
図５は、実施例４における蛍光体層の要部断面図である。なお、実施例４における車両用灯具において、その構成は前述の図１に示した実施例１のものと同一であるので、説明は省略する。
実施例４における蛍光体層３は、複数の蛍光体粒子６と、複数の拡散反射粒子７と、バインダ１０とで構成される。蛍光体粒子６は、青色光の励起によって蛍光を発する蛍光材料であり、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｌｕ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、Ｃａ８ＭｇＳｉ４Ｏ１６Ｃ１２：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ等を用いることができる。
拡散反射粒子７は、励起光を拡散反射し、且つ励起光および蛍光体粒子６からの蛍光に対して吸収の少ない材料である。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４、ＳｒＴｉＯ４、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ダイヤモンド、各種透明ガラス等の励起光および蛍光に対して透光性を有する材料のうち、バインダ１０と屈折率が互いに異なる材料を用いることができる。
拡散反射粒子７へ入射した励起光の一部は、拡散反射粒子７の表面とバインダ１０との屈折率差によって反射する。粒子状とすることで、励起光の入射方向に対する反射面は粒子毎にランダムであるので、反射方向もランダムとなり、均一な拡散反射を実現できる。一部の励起光および蛍光は、蛍光体層３の表面から内部へ向かって進行するが、蛍光体層３内部の拡散反射粒子７によって、蛍光体層３の表面へ反射されるので、効率良く励起光および蛍光を取り出すことができてエネルギー損失を低減することができる。拡散反射された励起光の蛍光に対する比率は拡散反射粒子７の混合量によって調整できる。
なお、実施例４では、拡散反射粒子７として励起光および蛍光に対して透光性を有する材料を用いたが、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ等の励起光および蛍光に対して反射性を有する材料を用いることもできる。
蛍光体粒子６および拡散反射粒子７は、バインダ１０によって金属プレート４上に保持されている。バインダ１０は、励起光および蛍光に対して透光性を有し、比較的低温プロセスで蛍光体粒子６と拡散反射粒子７を金属プレート４上に保持できる材料であり、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、低融点ガラス等を用いることができる。
蛍光体層３の形成方法の一例について説明する。ここでは、バインダ１０として、熱硬化性のシリコーン樹脂を用いた場合の例について説明する。蛍光体粒子６と、拡散反射粒子７と、バインダ１０とを所定の比率で混合し、ペースト状にする。ペーストを金属プレート４上に塗布した後、加熱によりバインダ１０を硬化させる。
蛍光体材料の中には、ある温度以上の加熱プロセスによって発光特性が劣化するものがある。また、拡散反射材料においてもある温度以上の加熱によって変質し、励起光あるいは蛍光に対して吸収性を発現するものがある。そのため、実施例１のように蛍光体粒子６と拡散反射粒子７を混合したペレットを焼結する際に、焼結時の温度によって蛍光体材料あるいは拡散反射材料が変質する場合がある。そこで、バインダ１０を用いて比較的低温プロセスで蛍光体粒子６と拡散反射粒子７を保持することで、上記蛍光体材料や拡散反射材料の変質を抑制する。
実施例５では、実施例３で説明した車両用灯具において、蛍光体層表面における励起光の正反射をさらに低減することができる車両用灯具の一例を説明する。
図６は、実施例５における蛍光体層の要部断面図である。なお、実施例５における車両用灯具において、その構成は前述の図１に示した実施例１のものと同一であるので、説明は省略する。また、蛍光体層の構成は前述の図４に示した実施例３のものと同一であるので、説明は省略する。
実施例５では、蛍光体層３の表面に反射防止膜１１が形成されている。反射防止膜１１は、蛍光体層３に入射する励起光に対して表面反射を抑制するものであり、例えば、透明酸化物、ＡＲ（Anti Reflection）フィルム等を用いた反射防止膜である。反射防止膜１１は、蛍光体層３の表面に、例えば、蒸着、塗布、フィルム貼り付け等によって形成される。
実施例３のように、蛍光体粒子６と拡散反射粒子７からなるペレットを空間充填材料９で被覆した場合、ペレットの表面が平坦になり、空間充填材料９と空気との境界で励起光の正反射が増大する恐れがある。そこで、蛍光体層３の表面に反射防止膜１１を設けることにより励起光の正反射を抑制する。
ここでは、実施例３に説明した蛍光体層３の表面に反射防止膜１１を形成したが、実施例１、２、および４に説明した蛍光体３の表面にも煩瑣防止膜１１を形成することもできる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
１ 半導体発光素子
２ 集光レンズ
３ 蛍光体層
４ 金属プレート
５ リフレクタ
５ａ 反射面
６ 蛍光体粒子
７ 拡散反射粒子
８ 表面熱伝導材料
９ 空間充填材料
１０ バインダ
１１ 反射防止膜
２ 集光レンズ
３ 蛍光体層
４ 金属プレート
５ リフレクタ
５ａ 反射面
６ 蛍光体粒子
７ 拡散反射粒子
８ 表面熱伝導材料
９ 空間充填材料
１０ バインダ
１１ 反射防止膜
Claims (13)
- 励起光を発する光源と、
前記励起光により蛍光を発する蛍光体層と、を備え、
前記蛍光体層から発せられた前記蛍光と、前記蛍光体層で拡散反射された前記励起光とを混色して照明光を出射する光源装置であって、
前記蛍光体層は、
前記励起光により前記蛍光を発する複数の蛍光体粒子と、
前記励起光を拡散反射する複数の拡散反射粒子と、を含み、
前記蛍光体層に前記複数の蛍光体粒子と前記複数の拡散反射粒子が分散されている、光源装置。 - 請求項１記載の光源装置において、
前記蛍光体層は、前記複数の蛍光体粒子と前記複数の拡散反射粒子とを混合し、焼結することにより形成される、光源装置。 - 請求項２記載の光源装置において、
前記複数の拡散反射粒子は、前記励起光および前記蛍光に対して透光性の材料である、光源装置。 - 請求項２記載の光源装置において、
前記複数の拡散反射粒子は、前記励起光および前記蛍光に対して反射性の材料である、光源装置。 - 請求項２記載の光源装置において、
前記蛍光体層の表面が、前記励起光および前記蛍光に対して透光性を有し、且つ熱伝導性を有する材料によって被覆され、
前記複数の蛍光体粒子が、前記蛍光層の表面に露出していない、光源装置。 - 請求項１記載の光源装置において、
前記蛍光体層は、前記複数の蛍光体粒子と前記複数の拡散反射粒子とを混合し、焼結することにより形成され、
前記複数の蛍光体粒子と前記複数の拡散反射粒子との空隙が、前記励起光および前記蛍光に対して透光性の充填材料で充填されている、光源装置。 - 請求項６記載の光源装置において、
前記複数の拡散反射粒子は、前記励起光および前記蛍光に対して透光性であり、且つ前記充填材料よりも屈折率が高い材料である、光源装置。 - 請求項６記載の光源装置において、
前記複数の拡散反射粒子は、前記励起光および前記蛍光に対して反射性の材料である、光源装置。 - 請求項１記載の光源装置において、
前記複数の蛍光体粒子と前記複数の拡散反射粒子が、前記励起光および前記蛍光に対して透光性の充填材料中に分散している、光源装置。 - 請求項９記載の光源装置において、
前記複数の拡散反射粒子は、前記励起光および前記蛍光に対して透光性であり、且つ前記充填材料よりも屈折率が高い材料である、光源装置。 - 請求項９記載の光源装置において、
前記複数の拡散反射粒子は、前記励起光および前記蛍光に対して反射性の材料である、光源装置。 - 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光源装置において、
前記蛍光体層の表面に前記励起光に対する反射防止膜が形成されている、光源装置。 - 光源装置を用いた車両用灯具であって、
前記光源装置は、
励起光を発する光源と、
前記励起光により蛍光を発する蛍光体層と、を備え、
前記蛍光体層から発せられた前記蛍光と、前記蛍光体層で拡散反射された前記励起光とが混色した照明光を出射し、
前記蛍光体層は、
前記励起光により前記蛍光を発する複数の蛍光体粒子と、
前記励起光を拡散反射する複数の拡散反射粒子と、を含み、
前記蛍光体層に前記複数の蛍光体粒子と前記複数の拡散反射粒子が分散されている、車両用灯具。
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