JPWO2018163830A1 - 光源装置 - Google Patents
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Abstract
光源装置は、励起光源と、励起光源からの励起光を受けて蛍光を発する蛍光体層とを備える。蛍光体層は、励起光によって発する蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５１０ｎｍ以下である第１蛍光体、及び、励起光によって発する蛍光のピーク波長が５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である第２蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第１蛍光体及び第２蛍光体のそれぞれの蛍光寿命は、０．１ナノ秒以上２５０ナノ秒以下である。励起光のエネルギー密度は、１０Ｗ／ｍｍ２以上である。
Description
本開示は、光源装置に関する。
白色の光を発する光源装置として、励起光源と蛍光体とを備えた光源装置が知られている。励起光源は、例えば、青色の光を発する。蛍光体は、励起光源から発せられた青色の光を吸収し、黄色の蛍光を発する。青色の光と黄色の光とが混ざり、光源装置から白色の光が出射される。
特許文献１及び２には、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップと蛍光体とを備えた発光ダイオード装置が開示されている。特許文献１に記載された蛍光体は、黄色の蛍光を発する。蛍光体は、セリウムを有するイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体である。特許文献２に記載された蛍光体は、赤色の蛍光を発する。蛍光体の母体結晶は、ＣａＳｉＡｌＮ３と同一の結晶構造を有する無機化合物である。蛍光体の発光中心は、例えば、Ｅｕである。
本開示に係る光源装置は、励起光源と、励起光源からの励起光を受けて蛍光を発する蛍光体層と、を備える。蛍光体層は、励起光によって発する蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５１０ｎｍ以下である第１蛍光体、及び、励起光によって発する蛍光のピーク波長が５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である第２蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第１蛍光体及び第２蛍光体のそれぞれの蛍光寿命は、０．１ナノ秒以上２５０ナノ秒以下である。励起光のエネルギー密度は、１０Ｗ／ｍｍ2以上である。
本開示の光源装置によれば、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を得ることができる。
特許文献１及び２に記載された発光ダイオードは、発する光の輝度及び演色性の観点から改良の余地を有する。
本開示は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を得るための技術を提供する。
（本開示の基礎となった知見）
励起光源からの励起光のエネルギー密度が増加するにつれて、蛍光体から発せられた光の強度（輝度）が増加する。励起光のエネルギー密度が特定の値を上回ったとき、蛍光体から発せられた光の強度の増加が止まる。すなわち、蛍光体から発せられた光の強度が飽和する。蛍光体から発せられた光の強度の飽和は、蛍光体の蛍光寿命に依存する。蛍光体の蛍光寿命が長ければ長いほど、蛍光体から発せられた光の強度を増加させることが難しい。そのため、比較的長い蛍光寿命を有する蛍光体は、短い蛍光寿命を有する蛍光体に比べて、高い強度の光を発することが難しい。比較的長い蛍光寿命を有する蛍光体と、短い蛍光寿命を有する蛍光体とを組み合わせたとき、光源装置から発せられた光は、演色性に劣るという問題もある。
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本開示の第１態様にかかる光源装置は、励起光源と、励起光源からの励起光を受けて蛍光を発する蛍光体層と、を備える。蛍光体層は、励起光によって発する蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５１０ｎｍ以下である第１蛍光体、及び、励起光によって発する蛍光のピーク波長が５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である第２蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第１蛍光体及び第２蛍光体のそれぞれの蛍光寿命は、０．１ナノ秒以上２５０ナノ秒以下である。励起光のエネルギー密度は、１０Ｗ／ｍｍ2以上である。
第１態様によれば、励起光源は、大きいエネルギー密度を有する励起光を発する。第１蛍光体又は第２蛍光体は、励起光を受けて蛍光を発する。第１蛍光体及び第２蛍光体のそれぞれの蛍光寿命が短いため、第１蛍光体及び第２蛍光体のそれぞれは、高い強度の光を発することができる。すなわち、光源装置は、高い輝度を有する光を出射できる。光源装置が他の蛍光体層を備えるとき、光源装置は、演色性に優れた光を出射できる。すなわち、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の第２態様にかかる光源装置は、励起光源と、励起光源からの励起光を受けて蛍光を発する蛍光体層と、を備える。蛍光体層は、励起光によって発する蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５１０ｎｍ以下である第１蛍光体、及び、励起光によって発する蛍光のピーク波長が５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である第２蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第１蛍光体及び第２蛍光体のそれぞれの蛍光寿命は、０．１ナノ秒以上２５０ナノ秒以下である。第１蛍光体が発する蛍光のピーク波長と励起光のピーク波長との差が２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にある。第２蛍光体が発する蛍光のピーク波長と励起光のピーク波長との差が２０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲にある。
第２態様によれば、第１蛍光体及び第２蛍光体のそれぞれの蛍光寿命が短い。そのため、励起光源からの励起光のエネルギー密度が大きいとき、第１蛍光体及び第２蛍光体のそれぞれは、高い強度の光を発することができる。すなわち、光源装置は、高い輝度を有する光を出射できる。光源装置が他の蛍光体層を備えるとき、光源装置は、演色性に優れた光を出射できる。すなわち、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の光源装置の第１蛍光体は、Ｌｕ３（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（０≦ｘ≦１）で表される化合物を含んでもよい。これにより、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の光源装置の第１蛍光体は、Ｙ３Ｓｃ２（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）３Ｏ１２：Ｃｅ３＋（０≦ｙ≦１）で表される化合物、及び、（Ｃａ１−ｚＲＥｚ）３（Ｚｒ１−ｗＳｃｗ）２Ｓｃ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋（０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１、ＲＥは、Ｌｕ、Ｙ及びＧｄからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む）で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでもよい。これにより、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の光源装置の第２蛍光体は、Ｌａ３（Ｓｉ６−ｓ，Ａｌｓ）Ｎ１１−(１/３)ｓ：Ｃｅ３＋（０≦ｓ≦１）で表される化合物を含んでもよい。これにより、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の光源装置の第２蛍光体は、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物を含んでもよい。これにより、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の光源装置の第２蛍光体は、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋で表される化合物を含んでもよい。これにより、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の光源装置の第２蛍光体は、ＣａＳｉＮ２：Ｃｅ３＋で表される化合物、Ｓｒ３Ｓｃ４Ｏ９：Ｃｅ３＋で表される化合物、及び、ＧｄＳｒ２ＡｌＯ５：Ｃｅ３＋で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでもよい。これにより、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の光源装置の蛍光体層は、第１蛍光体を囲んでいる第１マトリクスをさらに含んでもよい。これにより、第１蛍光体は、集合体として安定な形状を有する。蛍光体層は、耐熱性に優れる。
本開示の光源装置の第１マトリクスがＺｎＯを含んでもよい。これにより、第１蛍光体は、集合体として安定な形状を有する。蛍光体層は、耐熱性に優れる。
本開示の光源装置の蛍光体層は、第２蛍光体を囲んでいる第２マトリクスをさらに含んでもよい。これにより、第２蛍光体は、集合体として安定な形状を有する。蛍光体層は、耐熱性に優れる。
本開示の光源装置の第２マトリクスがＺｎＯを含んでもよい。これにより、第２蛍光体は、集合体として安定な形状を有する。蛍光体層は、耐熱性に優れる。
本開示の光源装置の第１蛍光体は、第１蛍光体の原料の粉末の焼結体であってもよい。これにより、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の光源装置の第２蛍光体は、第２蛍光体の原料の粉末の焼結体であってもよい。これにより、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
本開示の光源装置の蛍光体層は、第１蛍光体を含む第１蛍光体層と、第２蛍光体を含む第２蛍光体層とを有してもよい。これにより、光源装置は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
（第１の実施形態）
図１に示すように、本実施形態にかかる光源装置１００は、励起光源１０と波長変換部材２０とを備えている。励起光源１０は、励起光を出射する。励起光源１０は、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。励起光源１０は、典型的には、ＬＤである。励起光源１０は、１つのＬＤによって構成されていてもよく、複数のＬＤによって構成されていてもよい。複数のＬＤは、光学的に結合されていてもよい。
図１に示すように、本実施形態にかかる光源装置１００は、励起光源１０と波長変換部材２０とを備えている。励起光源１０は、励起光を出射する。励起光源１０は、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。励起光源１０は、典型的には、ＬＤである。励起光源１０は、１つのＬＤによって構成されていてもよく、複数のＬＤによって構成されていてもよい。複数のＬＤは、光学的に結合されていてもよい。
励起光源１０からの励起光のエネルギー密度は、１０Ｗ／ｍｍ２以上である。励起光のエネルギー密度は、１００Ｗ／ｍｍ２以上であればさらによい。励起光のエネルギー密度の上限値は、特に限定されない。励起光のエネルギー密度は、１０００Ｗ／ｍｍ２以下であってもよく、４００Ｗ／ｍｍ２以下であればさらによい。「エネルギー密度」とは、特定の範囲に照射された励起光の照射エネルギーを当該範囲の面積で除した値を意味する。エネルギー密度は、例えば、次の方法によって測定できる。励起光を対象物に照射する。励起光の照射強度がガウス分布であるとき、照射強度がピーク強度の１／ｅ以上である範囲を特定する。ここで、「ｅ」は自然対数を示す。特定された範囲に照射された励起光の照射エネルギーを測定する。特定された範囲の面積を算出する。励起光の照射エネルギーを特定された範囲の面積で除することによって、エネルギー密度が定められる。
励起光源１０からの励起光のピーク波長は、３１０ｎｍ以上であればよく、３５０ｎｍ以上であればさらによい。励起光のピーク波長は、５６０ｎｍ以下であればよく、５００ｎｍ以下であればさらによい。
波長変換部材２０は、励起光源１０からの励起光の波長を変換するための部材である。波長変換部材２０は、基板２５と蛍光体層３０とを有する。図１は、波長変換部材２０の断面図を示している。基板２５は、例えば、板状である。蛍光体層３０は、第１蛍光体層３１又は第２蛍光体層３２を含む。
蛍光体層３０は、基板２５によって支持されている。蛍光体層３０は、基板２５の表面全体を被覆している。蛍光体層３０は、基板２５の表面を部分的に被覆しているだけでもよい。蛍光体層３０は、基板２５の表面に接していてもよい。
光源装置１００は、さらに、入射光学系１５を備えている。入射光学系１５は、励起光源１０と波長変換部材２０との間に配置されている。入射光学系１５は、励起光源１０の光を蛍光体層３０に導く。入射光学系１５は、レンズ、ミラー、光ファイバなどを備えている。
基板２５の材料は、特に限定されない。基板２５の材料は、例えば、ガラス、シリコン、石英、酸化ケイ素、アルミニウム、サファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム及び酸化亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
基板２５の表面は、誘電体多層膜、反射膜、反射防止膜などで被覆されていてもよい。誘電体多層膜及び反射膜は、例えば、特定の波長の光を反射する。反射防止膜は、例えば、励起光の反射を防止する。誘電体多層膜の材料は、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化セリウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ケイ素、フッ化セシウム、フッ化カルシウム及びフッ化マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。反射膜の材料は、例えば、金属材料を含む。金属材料は、例えば、銀及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。反射防止膜の材料は、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化セリウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ケイ素、フッ化セシウム、フッ化カルシウム及びフッ化マグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
第１蛍光体層３１は、第１蛍光体４１と第１マトリクス５１とを含む。第１蛍光体４１は、励起光源１０からの励起光を受けて蛍光を発する。これにより、励起光源１０からの励起光の波長が変換される。第１蛍光体４１が発する蛍光のピーク波長は、４００ｎｍ以上５１０ｎｍ以下である。第１蛍光体４１が発する蛍光のピーク波長は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の範囲にあればさらによい。第１蛍光体４１は、典型的には、青色の光を発する。第１蛍光体４１が発する蛍光のピーク波長から、励起光源１０からの励起光のピーク波長を引いた値は、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にあればよい。
第１蛍光体４１の蛍光寿命は、０．１ナノ秒（ｎｓ）以上２５０ｎｓ以下である。第１蛍光体４１の蛍光寿命は、１．０ｎｓ以上であればよく、１０．０ｎｓ以上であってもよい。第１蛍光体４１の蛍光寿命は、１００ｎｓ以下であればよい。「蛍光寿命」は、励起光を吸収することによって励起された第１蛍光体４１が基底状態に戻るために必要な時間を意味する。言い換えると、第１蛍光体４１から発せられた蛍光の光の強度が、最大値の１／ｅまで低下するために必要な時間を意味する。蛍光寿命は、市販の蛍光寿命測定装置によって測定することができる。
図２に示すとおり、第１蛍光体４１は、範囲Ａに属する。図２のグラフの横軸は、蛍光体から発せられた蛍光のピーク波長を示している。図２のグラフの縦軸は、蛍光体の蛍光寿命を示している。図２のグラフにおいて、丸印は、発光中心として３価のセリウムを有する蛍光体であることを示している。四角の印は、発光中心として２価のユーロピウムを有する蛍光体であることを示している。第１蛍光体４１は、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋（ＢＡＭ：Ｅｕ）、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋（ＳＣＡ：Ｅｕ）及びＳｒ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋（ＳＭＳ：Ｅｕ）のそれぞれよりも短い蛍光寿命を有する。ＢＡＭ：Ｅｕ、ＳＣＡ：Ｅｕ及びＳＭＳ：Ｅｕのそれぞれは、青色の光を発する。
第１蛍光体４１は、例えば、発光中心として３価のセリウムを有する蛍光体を含む。３価のセリウムを有する蛍光体は、例えば、Ｌｕ3（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（０≦ｘ≦１）で表される化合物、Ｙ３Ｓｃ２（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）３Ｏ１２：Ｃｅ３＋（０≦ｙ≦１）で表される化合物及び（Ｃａ１−ｚＲＥｚ）３（Ｚｒ１−ｗＳｃｗ）２Ｓｃ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋（０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１）で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。ＲＥは、Ｌｕ、Ｙ及びＧｄからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。Ｌｕ３（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物は、４８０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発し、かつ、６０ｎｓの蛍光寿命を有する。Ｙ３Ｓｃ２（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物は、５００ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発し、かつ、５０ｎｓ以上９０ｎｓ以下の蛍光寿命を有する。（Ｃａ１−ｚＲＥｚ）３（Ｚｒ１−ｗＳｃｗ）２Ｓｃ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物は、４７０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲にピーク波長を有する光を発し、かつ、３ｎｓ以上１０ｎｓ以下の蛍光寿命を有する。図２のグラフにおいて、ａは、Ｌｕ３（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物を示す。ｂは、Ｙ３Ｓｃ２（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物を示す。ｃは、（Ｃａ１−ｚＲＥｚ）３（Ｚｒ１−ｗＳｃｗ）２Ｓｃ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物を示す。第１蛍光体４１は、実質的にＬｕ３（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物からなっていてもよい。第１蛍光体４１は、実質的にＹ３Ｓｃ２（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物からなっていてもよい。第１蛍光体４１は、実質的に（Ｃａ１−ｚＲＥｚ）３（Ｚｒ１−ｗＳｃｗ）２Ｓｃ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物からなっていてもよい。本明細書において「実質的に〜からなる」は、言及された化合物の本質的特徴を変更する他の成分を排除することを意味する。
第１蛍光体４１の形状は、特に限定されない。第１蛍光体４１は、例えば、粒子の形状を有する。第１蛍光体４１の平均粒径は、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲にあればよい。「平均粒径」は、次の方法で測定することができる。第１蛍光体層３１の表面又は断面を電子顕微鏡で観察し、第１蛍光体層３１に含まれた任意の数の粒子（例えば５０個）の直径を測定する。得られた測定値を用いて算出された平均値により、平均粒径が定められる。電子顕微鏡で観察された粒子の面積と等しい面積を有する円の直径を粒径とみなすことができる。粒子の形状は特に限定されない。粒子の形状には、球状、鱗片状、繊維状などの様々な形状が含まれる。
第１マトリクス５１は、第１蛍光体４１を囲んでいる。第１マトリクス５１は、第１蛍光体４１の粒子の表面全体を被覆していてもよく、粒子の表面を部分的に被覆していてもよい。第１マトリクス５１は、例えば、樹脂、ガラス、透明結晶、無機材料からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。無機材料は、例えば、ＺｎＯ、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第１マトリクス５１は、実質的にＺｎＯからなっていてもよい。第１蛍光体層３１は、第１マトリクス５１を有していなくてもよい。第１マトリクス５１の重量に対する第１蛍光体４１の重量の比率は、０．０３以上０．７以下の範囲にあればよい。第１マトリクス５１が第１蛍光体４１を囲んでいることによって、第１蛍光体４１は、集合体として安定な形状を有する。第１マトリクス５１の材料が耐熱性に優れるとき、蛍光体層３０は、耐熱性に優れる。
第１蛍光体層３１は、さらに、フィラーを有していてもよい。フィラーは、例えば、高い熱伝導性を有する。第１蛍光体層３１がフィラーを含むとき、第１蛍光体層３１は、耐熱性に優れる。フィラーの材料は、例えば、無機材料を含む。無機材料としては、上述したものを使用できる。フィラーは、例えば、粒子の形状を有する。フィラーの平均粒径は、例えば、第１蛍光体４１の平均粒径よりも小さい。フィラーの平均粒径は、０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあればよい。
第２蛍光体層３２は、第２蛍光体４２と第２マトリクス５２とを含む。第２蛍光体４２は、励起光源１０からの励起光を受けて蛍光を発する。これにより、励起光源１０からの励起光の波長が変換される。第２蛍光体４２が発する蛍光のピーク波長は、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。第２蛍光体４２が発する蛍光のピーク波長は、５９０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲にあればさらによい。第２蛍光体４２は、典型的には、赤色の光を発する。第２蛍光体４２が発する蛍光のピーク波長から、励起光源１０からの励起光のピーク波長を引いた値は、２０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の範囲にあればよい。
第２蛍光体４２の蛍光寿命は、０．１ｎｓ以上２５０ｎｓ以下である。第２蛍光体４２の蛍光寿命は、１．０ｎｓ以上であればよく、１０．０ｎｓ以上であってもよい。第２蛍光体４２の蛍光寿命は、１００ｎｓ以下であればよい。
図２に示すとおり、第２蛍光体４２は、範囲Ｂに属する。第２蛍光体４２は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋（ＣＡＳＮ：Ｅｕ）及び（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋（ＳＣＡＳＮ：Ｅｕ）のそれぞれよりも短い蛍光寿命を有する。ＣＡＳＮ：Ｅｕ及びＳＣＡＳＮ：Ｅｕのそれぞれは、赤色の光を発する。
第２蛍光体４２は、例えば、発光中心として３価のセリウムを有する蛍光体を含む。３価のセリウムを有する蛍光体は、例えば、Ｌａ３（Ｓｉ６−ｓ，Ａｌｓ）Ｎ１１−(１/３)ｓ：Ｃｅ３＋（０≦ｓ≦１）で表される化合物、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋で表される化合物、ＣａＳｉＮ２：Ｃｅ３＋で表される化合物、Ｓｒ３Ｓｃ４Ｏ９：Ｃｅ３＋で表される化合物及びＧｄＳｒ２ＡｌＯ５：Ｃｅ３＋で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。Ｌａ３（Ｓｉ６−ｓ，Ａｌｓ）Ｎ１１−(１/３)ｓ：Ｃｅ３＋で表される化合物は、６４０ｎｍのピーク波長を有する光を発し、かつ、５５ｎｓの蛍光寿命を有する。Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物は、６００ｎｍのピーク波長を有する光を発し、かつ、１００ｎｓの蛍光寿命を有する。（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋で表される化合物は、５９０ｎｍのピーク波長を有する光を発し、かつ、６０〜７０ｎｓの蛍光寿命を有する。ＣａＳｉＮ２：Ｃｅ３＋で表される化合物は、６４０ｎｍのピーク波長を有する光を発し、かつ、７０ｎｓの蛍光寿命を有する。Ｓｒ３Ｓｃ４Ｏ９：Ｃｅ３＋で表される化合物は、６２０ｎｍのピーク波長を有する光を発し、かつ、５５ｎｓの蛍光寿命を有する。ＧｄＳｒ２ＡｌＯ５：Ｃｅ３＋で表される化合物は、５８０ｎｍのピーク波長を有する光を発し、かつ、６５ｎｓの蛍光寿命を有する。図２のグラフにおいて、ｄは、Ｌａ３（Ｓｉ６−ｓ，Ａｌｓ）Ｎ１１−(１/３)ｓ：Ｃｅ３＋で表される化合物を示す。ｅは、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物を示す。ｆは、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋で表される化合物を示す。ｇは、ＣａＳｉＮ２：Ｃｅ３＋で表される化合物を示す。ｈは、Ｓｒ３Ｓｃ４Ｏ９：Ｃｅ３＋で表される化合物を示す。ｉは、ＧｄＳｒ２ＡｌＯ５：Ｃｅ３＋で表される化合物を示す。第２蛍光体４２は、実質的にＬａ３（Ｓｉ６−ｓ，Ａｌｓ）Ｎ１１−(１/３)ｓ：Ｃｅ３＋で表される化合物からなっていてもよい。第２蛍光体４２は、実質的にＬｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物からなっていてもよい。第２蛍光体４２は、実質的に（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋で表される化合物からなっていてもよい。第２蛍光体４２は、実質的にＣａＳｉＮ２：Ｃｅ３＋で表される化合物からなっていてもよい。第２蛍光体４２は、実質的にＳｒ３Ｓｃ４Ｏ９：Ｃｅ３＋で表される化合物からなっていてもよい。第２蛍光体４２は、実質的にＧｄＳｒ２ＡｌＯ５：Ｃｅ３＋で表される化合物からなっていてもよい。
本明細書において、カンマ（，）で区切られた複数の元素が組成式に列挙されている場合、その組成式は、列挙された複数の元素から選ばれる少なくとも１つの元素が化合物に含有されていることを意味する。例えば、「（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」という組成式は、「ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「ＢａＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「ＭｇＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｃａ１−ｍＳｒｍＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｃａ１−ｍＢａｍＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｃａ１−ｍＭｇｍＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｓｒ１−ｍＢａｍＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｓｒ１−ｍＭｇｍＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｂａ１−ｍＭｇｍＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｃａ１−ｍ−ｎＳｒｍＢａｎＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｃａ１−ｍ−ｎＳｒｍＭｇｎＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｃａ１−ｍ−ｎＢａｍＭｇｎＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」、「Ｓｒ１−ｍ−ｎＢａｍＭｇｎＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」及び「Ｃａ１−ｍ−ｎ−ｐＳｒｍＢａｎＭｇｐＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋」を全て包括的に示している。ｍ、ｎ及びｐは、それぞれ、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｐ＜１、０＜ｍ＋ｎ＜１及び０＜ｍ＋ｎ＋ｐ＜１を満たす。
第２蛍光体４２の形状は、特に限定されない。第２蛍光体４２は、例えば、粒子の形状を有する。第２蛍光体４２の平均粒径は、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲にあればよい。
第２マトリクス５２は、第２蛍光体４２を囲んでいる。第２マトリクス５２は、第２蛍光体４２の粒子の表面全体を被覆していてもよく、粒子の表面を部分的に被覆していてもよい。第２マトリクス５２は、例えば、樹脂、ガラス、透明結晶、無機材料からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。無機材料としては、上述したものを使用できる。第２マトリクス５２は、実質的にＺｎＯからなっていてもよい。第２蛍光体層３２は、第２マトリクス５２を有していなくてもよい。第２マトリクス５２の重量に対する第２蛍光体４２の重量の比率は、０．０３以上０．７以下の範囲にあればよい。第２マトリクス５２が第２蛍光体４２を囲んでいることによって、第２蛍光体４２は、集合体として安定な形状を有する。第２マトリクス５２の材料が耐熱性に優れるとき、蛍光体層３０は、耐熱性に優れる。
第２蛍光体層３２は、さらに、フィラーを有していてもよい。フィラーは、第１蛍光体層３１に含まれたフィラーとして例示したものと同じであればよい。
次に、波長変換部材２０の製造方法を説明する。
まず、第１蛍光体４１を作製する。第１蛍光体４１を作製する方法は、特に限定されず、公知の方法を利用できる。例えば、第１蛍光体４１の原料の粉末を混合する。第１蛍光体４１がＬｕ３（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋を含むとき、例えば、Ｃｅを含む化合物の粉末、Ｌｕを含む化合物の粉末、Ｇａを含む化合物の粉末及びＡｌを含む化合物の粉末を混合する。粉末の混合は、ボールミルなどによって行うことができる。混合された原料の粉末を焼成する。焼成の条件は、特に限定されない。焼成は、電気炉によって行われてもよい。焼成は、窒素雰囲気下で行われてもよい。焼成の温度は、１５００〜２０００℃の範囲にあればよい。焼成は、例えば、１〜５０時間行われる。電気炉の内部の圧力は、３気圧以上であればよい。これにより、第１蛍光体４１の原料の粉末の焼結体として、第１蛍光体４１が得られる。得られた第１蛍光体４１を洗浄液によって洗浄してもよい。洗浄液は、例えば、硝酸溶液である。得られた第１蛍光体４１を粉砕することによって、第１蛍光体４１の平均粒径を調節してもよい。第１蛍光体４１の粉砕は、ボールミル、ジェットミルなどの粉砕機によって行うことができる。
次に、第１蛍光体層３１を基板２５の上に配置する。本実施形態では、第１マトリクス５１が酸化亜鉛である場合について説明する。まず、基板２５の上に、酸化亜鉛の薄膜を形成する。酸化亜鉛の薄膜を形成する方法としては、電子ビーム蒸着法、プラズマ蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザ堆積法などの気相中での成膜方法が用いられる。
次に、酸化亜鉛の薄膜の上に、第１蛍光体４１の粒子を配置する。酸化亜鉛の薄膜の上に、第１蛍光体４１の粒子を配置する方法は、特に限定されない。例えば、第１蛍光体４１の粒子を分散した分散液を形成する。次に、基板２５を分散液中に配置する。電気泳動法を利用することによって、第１蛍光体４１を酸化亜鉛の薄膜の上に配置することができる。分散液中で第１蛍光体４１を沈降させることによって、第１蛍光体４１を酸化亜鉛の薄膜の上に配置してもよい。第１蛍光体４１を分散させたペーストを酸化亜鉛の薄膜の上に塗布することによって、第１蛍光体４１を酸化亜鉛の薄膜の上に配置してもよい。
次に、液相成長法によって、酸化亜鉛の薄膜から第１マトリクス５１を形成することができる。これにより、第１蛍光体層３１が形成される。液相成長法としては、化学溶液析出法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｂａｔｈ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、水熱合成法（ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）、電解析出法（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが挙げられる。結晶を成長させるための溶液としては、例えば、ヘキサメチレンテトラミンと硝酸亜鉛とを含む水溶液が挙げられる。
第２蛍光体４２を作製する方法としては、第１蛍光体４１を作製する方法として例示した方法を用いることができる。例えば、第２蛍光体４２の原料の粉末を混合する。混合された原料の粉末を焼成する。これにより、第２蛍光体４２の原料の粉末の焼結体として、第２蛍光体４２が得られる。得られた第２蛍光体４２を洗浄液によって洗浄してもよい。得られた第２蛍光体４２を粉砕することによって、第２蛍光体４２の平均粒径を調節してもよい。
第２蛍光体層３２を基板２５の上に配置する方法としては、第１蛍光体層３１を基板２５の上に配置する方法として例示した方法を用いることができる。
次に、光源装置１００の動作について説明する。
まず、励起光源１０から励起光を出射させる。励起光は、入射光学系１５を通じて、波長変換部材２０の第１蛍光体層３１又は第２蛍光体層３２に入射する。第１蛍光体層３１に含まれた第１蛍光体４１は、励起光を受けて蛍光を発する。第２蛍光体層３２に含まれた第２蛍光体４２は、励起光を受けて蛍光を発する。これにより、光源装置１００から光が出射される。光源装置１００からの出射光は、励起光源１０からの励起光の一部を含んでいてもよい。
図１において、励起光源１０は、波長変換部材２０の第１蛍光体層３１又は第２蛍光体層３２に対して光を出射している。ただし、励起光源１０は、波長変換部材２０の基板２５に対して光を出射してもよい。このとき、基板２５は、励起光源１０からの励起光を透過する材料でできている。
本実施形態の光源装置１００において、第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２のそれぞれの蛍光寿命が比較的短い。図３に示すとおり、蛍光体の蛍光寿命が短ければ短いほど、蛍光体の内部量子効率の維持率が増加する。図３のグラフの横軸は、励起光のエネルギー密度Ｅ（Ｗ／ｍｍ２）を示している。図３のグラフの縦軸は、蛍光体の内部量子効率の維持率Ｒ（％）を示している。蛍光体の内部量子効率とは、蛍光体に吸収された励起光の光子の数に対する蛍光体から発せられた光の光子の数の割合を意味する。蛍光体の内部量子効率の維持率Ｒは、以下の式（１）によって表される。
Ｒ（％）＝η（Ｅ）／η（０．０１）×１００ …（１）
式（１）において、η（Ｅ）は、Ｅ（Ｗ／ｍｍ２）のエネルギー密度を有する励起光を蛍光体に照射したときの蛍光体の内部量子効率を示す。η（０．０１）は、０．０１Ｗ／ｍｍ２のエネルギー密度を有する励起光を蛍光体に照射したときの蛍光体の内部量子効率を示す。蛍光体の内部量子効率の維持率Ｒが高ければ高いほど、蛍光体は、高い強度の光を発することができる。
式（１）において、η（Ｅ）は、Ｅ（Ｗ／ｍｍ２）のエネルギー密度を有する励起光を蛍光体に照射したときの蛍光体の内部量子効率を示す。η（０．０１）は、０．０１Ｗ／ｍｍ２のエネルギー密度を有する励起光を蛍光体に照射したときの蛍光体の内部量子効率を示す。蛍光体の内部量子効率の維持率Ｒが高ければ高いほど、蛍光体は、高い強度の光を発することができる。
図３のグラフは、シミュレーションの結果を示している。シミュレーションは、例えば、数値解析ソフトによって行うことができる。詳細には、解析対象として、６準位モデルを用いる。６準位モデルは、吸収・発光を表した一般的な４準位と、伝導体の準位とを考慮した配位座標モデルに基づいて作成される。６準位モデルでは、再励起が考慮されている。再励起とは、励起状態の蛍光体が光を吸収することを意味する。蛍光寿命は、励起準位から発光準位への遷移レートの逆数に相当する。解析対象を数理モデル化することによって、キャリア密度と光密度との時間発展問題として基礎方程式（レート方程式）が得られる。基礎方程式の時間変化量を０とすることによって、代数方程式が得られる。得られた代数方程式を数値解析ソフトによって計算することで、図３のグラフが得られる。数値解析ソフトとしては、例えば、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａが挙げられる。Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａは、非線形代数方程式を解くことができる。
図３に示すとおり、蛍光体の蛍光寿命が２５０ｎｓ以下であれば、励起光が１０Ｗ／ｍｍ２のエネルギー密度Ｅを有していたとしても、９０％以上の維持率Ｒを達成できる。第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２のそれぞれの蛍光寿命が２５０ｎｓ以下であるため、第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２のそれぞれは、高い強度の光を発することができる。すなわち、光源装置１００は、高い輝度を有する光を出射できる。
（第２の実施形態）
図４に示すように、本実施形態にかかる光源装置１１０において、蛍光体層３０は、第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２の両方を有する。蛍光体層３０が第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２の両方を有することを除いて、光源装置１１０の構造は、第１の実施形態の光源装置１００の構造と同じである。したがって、第１の実施形態の光源装置１００と本実施形態の光源装置１１０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限・BR>閨A各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
図４に示すように、本実施形態にかかる光源装置１１０において、蛍光体層３０は、第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２の両方を有する。蛍光体層３０が第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２の両方を有することを除いて、光源装置１１０の構造は、第１の実施形態の光源装置１００の構造と同じである。したがって、第１の実施形態の光源装置１００と本実施形態の光源装置１１０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限・BR>閨A各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
図４において、第１蛍光体層３１は、基板２５によって支持されている。第２蛍光体層３２は、第１蛍光体層３１の上に配置されている。すなわち、基板２５の厚さ方向において、基板２５、第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２がこの順番で並んでいる。ただし、第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２のそれぞれの位置は、互いに入れ替わっていてもよい。第１蛍光体層３１は、第２蛍光体層３２に接していてもよい。
第２蛍光体４２の蛍光寿命に対する第１蛍光体４１の蛍光寿命の比率は、０．５以上２．０以下の範囲にあればよい。このとき、励起光のエネルギー密度が大きい場合でも、第１蛍光体４１の内部量子効率の維持率は、第２蛍光体４２の内部量子効率の維持率とほとんど同じである。そのため、光源装置１１０は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を発することができる。
第１蛍光体層３１の上に第２蛍光体層３２を配置する方法としては、例えば、第１の実施形態において、第１蛍光体層３１を基板２５の上に配置する方法として例示した方法を用いることができる。基板２５の上に第１蛍光体層３１を配置したあとに、第１蛍光体層３１の上に第２蛍光体層３２を配置することによって波長変換部材２０が得られる。
励起光源１０から励起光を出射させたとき、励起光は、入射光学系１５を通じて、波長変換部材２０の第２蛍光体層３２に入射する。第２蛍光体層３２に含まれた第２蛍光体４２は、励起光を受けて蛍光を発する。第２蛍光体層３２によって吸収されなかった励起光の一部は、第１蛍光体層３１に入射する。第１蛍光体層３１に含まれた第１蛍光体４１は、励起光を受けて蛍光を発する。これにより、光源装置１１０から光が出射される。光源装置１１０からの出射光は、励起光源１０からの励起光の一部を含んでいてもよい。
第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２のそれぞれの蛍光寿命が２５０ｎｓ以下であるため、第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２のそれぞれは、高い強度の光を発することができる。すなわち、光源装置１１０は、高い輝度を有する光を出射できる。第１蛍光体４１の内部量子効率の維持率と、第２蛍光体４２の内部量子効率の維持率との差が小さいため、光源装置１１０から演色性に優れた光を得ることができる。
（第３の実施形態）
図５に示すように、本実施形態にかかる光源装置１２０の第１蛍光体層３１は、第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２を含む。第１蛍光体層３１が第２蛍光体４２をさらに含むことを除いて、光源装置１２０の構造は、第１の実施形態の光源装置１００の構造と同じである。
図５に示すように、本実施形態にかかる光源装置１２０の第１蛍光体層３１は、第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２を含む。第１蛍光体層３１が第２蛍光体４２をさらに含むことを除いて、光源装置１２０の構造は、第１の実施形態の光源装置１００の構造と同じである。
第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２の重量比は、目的とする色調、各蛍光体から発せられた光の強度などに応じて定められる。
励起光源１０から励起光を出射させたとき、励起光は、入射光学系１５を通じて、波長変換部材２０の第１蛍光体層３１に入射する。第１蛍光体４１は、励起光を受けて蛍光を発する。第２蛍光体４２は、励起光を受けて蛍光を発する。これにより、光源装置１２０から光が出射される。光源装置１２０からの出射光は、励起光源１０からの励起光の一部を含んでいてもよい。
第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２のそれぞれの蛍光寿命が２５０ｎｓ以下であるため、第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２のそれぞれは、高い強度の光を発することができる。すなわち、光源装置１２０は、高い輝度を有する光を出射できる。第１蛍光体４１の内部量子効率の維持率と、第２蛍光体４２の内部量子効率の維持率との差が小さいため、光源装置１２０から演色性に優れた光を得ることができる。
（第４の実施形態）
図６に示すように、本実施形態にかかる光源装置１３０において、蛍光体層３０は、第１蛍光体層３１、第２蛍光体層３２及び第３蛍光体層３３を有する。第３蛍光体層３３は、第１蛍光体層３１と第２蛍光体層３２との間に配置されている。すなわち、基板２５の厚さ方向において、基板２５、第１蛍光体層３１、第３蛍光体層３３及び第２蛍光体層３２がこの順番で並んでいる。ただし、第１蛍光体層３１、第２蛍光体層３２及び第３蛍光体層３３のそれぞれの位置は、互いに入れ替わっていてもよい。第３蛍光体層３３は、第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２のそれぞれに接していてもよい。
図６に示すように、本実施形態にかかる光源装置１３０において、蛍光体層３０は、第１蛍光体層３１、第２蛍光体層３２及び第３蛍光体層３３を有する。第３蛍光体層３３は、第１蛍光体層３１と第２蛍光体層３２との間に配置されている。すなわち、基板２５の厚さ方向において、基板２５、第１蛍光体層３１、第３蛍光体層３３及び第２蛍光体層３２がこの順番で並んでいる。ただし、第１蛍光体層３１、第２蛍光体層３２及び第３蛍光体層３３のそれぞれの位置は、互いに入れ替わっていてもよい。第３蛍光体層３３は、第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２のそれぞれに接していてもよい。
第３蛍光体層３３は、第３蛍光体４３と第３マトリクス５３とを含む。第３蛍光体４３は、励起光源１０からの励起光を受けて蛍光を発する。第３蛍光体４３が発する蛍光のピーク波長は、５１０ｎｍより大きい。第３蛍光体４３が発する蛍光のピーク波長は、５８０ｎｍ未満である。第３蛍光体４３は、典型的には、緑色又は黄色の光を発する。
第３蛍光体４３の蛍光寿命は、０．１ｎｓ以上２５０ｎｓ以下である。第３蛍光体４３の蛍光寿命は、１．０ｎｓ以上であればよく、１０．０ｎｓ以上であってもよい。第３蛍光体４３の蛍光寿命は、１００ｎｓ以下であればよい。第１蛍光体４１の蛍光寿命に対する第３蛍光体４３の蛍光寿命の比率は、０．５以上２．０以下の範囲にあればよい。第２蛍光体４２の蛍光寿命に対する第３蛍光体４３の蛍光寿命の比率は、０．５以上２．０以下の範囲にあればよい。このとき、励起光のエネルギー密度が大きい場合でも、第３蛍光体４３の内部量子効率の維持率と、第１蛍光体４１及び第２蛍光体４２のそれぞれの内部量子効率の維持率との差が小さい。そのため、光源装置１３０は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を発することができる。
図２に示すとおり、第３蛍光体４３は、範囲Ｃに属する。第３蛍光体４３は、Ｓｉ６−ｕＡｌｕＯｕＮ８−ｕ：Ｅｕ２＋（β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ）よりも短い蛍光寿命を有する。ｕは、０＜ｕ＜４．２を満たす。β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕは、緑色の光を発する。
第３蛍光体４３は、例えば、発光中心として３価のセリウムを有する蛍光体を含む。３価のセリウムを有する蛍光体は、例えば、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ３＋（ＬＳＮ：Ｃｅ）で表される化合物及びＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（ＹＡＧ：Ｃｅ）で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。ＬＳＮ：Ｃｅは、５４０ｎｍのピーク波長を有する光を発し、かつ、５０ｎｓの蛍光寿命を有する。ＹＡＧ：Ｃｅは、５６０ｎｍのピーク波長を有する光を発し、かつ、６０ｎｓの蛍光寿命を有する。第３蛍光体４３は、実質的にＬＳＮ：Ｃｅからなっていてもよい。第３蛍光体４３は、実質的にＹＡＧ：Ｃｅからなっていてもよい。
第３蛍光体４３の形状は、特に限定されない。第３蛍光体４３は、例えば、粒子の形状を有する。第３蛍光体４３の平均粒径は、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲にあればよい。
第３マトリクス５３は、第３蛍光体４３を囲んでいる。第３マトリクス５３は、第３蛍光体４３の粒子の表面全体を被覆していてもよく、粒子の表面を部分的に被覆していてもよい。第３マトリクス５３は、例えば、樹脂、ガラス、透明結晶、無機材料からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。無機材料としては、上述したものを使用できる。第３マトリクス５３は、実質的にＺｎＯからなっていてもよい。第３蛍光体層３３は、第３マトリクス５３を有していなくてもよい。第３マトリクス５３の重量に対する第３蛍光体４３の重量の比率は、０．０３以上０．７以下の範囲にあればよい。第３マトリクス５３が第３蛍光体４３を囲んでいることによって、第３蛍光体４３は、集合体として安定な形状を有する。第３マトリクス５３の材料が耐熱性に優れるとき、蛍光体層３０は、耐熱性に優れる。
第３蛍光体層３３は、さらに、フィラーを有していてもよい。フィラーは、第１蛍光体層３１に含まれたフィラーとして例示したものと同じであればよい。
第３蛍光体４３を作製する方法としては、第１蛍光体４１を作製する方法として例示した方法を用いることができる。例えば、第３蛍光体４３の原料の粉末を混合する。混合された原料の粉末を焼成する。これにより、第３蛍光体４３の原料の粉末の焼結体として、第３蛍光体４３が得られる。得られた第３蛍光体４３を洗浄液によって洗浄してもよい。得られた第３蛍光体４３を粉砕することによって、第３蛍光体４３の平均粒径を調節してもよい。
第１蛍光体層３１の上に第３蛍光体層３３を配置する方法としては、例えば、第１の実施形態において、第１蛍光体層３１を基板２５の上に配置する方法として例示した方法を用いることができる。基板２５の上に第１蛍光体層３１を配置したあとに、第１蛍光体層３１の上に第３蛍光体層３３を配置する。さらに、第３蛍光体層３３の上に第２蛍光体層３２を配置することによって波長変換部材２０が得られる。
励起光源１０から励起光を出射させたとき、励起光は、入射光学系１５を通じて、波長変換部材２０の第２蛍光体層３２に入射する。第２蛍光体層３２に含まれた第２蛍光体４２は、励起光を受けて蛍光を発する。第２蛍光体層３２によって吸収されなかった励起光の一部は、第３蛍光体層３３に入射する。第３蛍光体層３３に含まれた第３蛍光体４３は、励起光を受けて蛍光を発する。第３蛍光体層３３によって吸収されなかった励起光の一部は、第１蛍光体層３１に入射する。第１蛍光体層３１に含まれた第１蛍光体４１は、励起光を受けて蛍光を発する。第２蛍光体４２は、赤色の光を発する。第３蛍光体４３は、緑色又は黄色の光を発する。第１蛍光体４１は、青色の光を発する。これらの光が混ざり合うことによって、白色の光が得られる。これにより、光源装置１３０から白色の光が出射される。光源装置１３０からの出射光は、励起光源１０からの励起光の一部を含んでいてもよい。
第１蛍光体４１、第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３のそれぞれの蛍光寿命が２５０ｎｓ以下であるため、第１蛍光体４１、第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３のそれぞれは、高い強度の光を発することができる。すなわち、光源装置１３０は、高い輝度を有する光を出射できる。第１蛍光体４１、第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３のそれぞれの内部量子効率の維持率が互いに同程度であるため、光源装置１３０は、演色性に優れた光を出射できる。すなわち、光源装置１３０は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
目的とする色調によっては、光源装置１３０の蛍光体層３０は、第１蛍光体層３１を有しておらず、第２蛍光体層３２及び第３蛍光体層３３からなっていてもよい。光源装置１３０の蛍光体層３０は、第２蛍光体層３２を有しておらず、第１蛍光体層３１及び第３蛍光体層３３からなっていてもよい。
（第５の実施形態）
図７に示すように、本実施形態にかかる光源装置１４０の第１蛍光体層３１は、第１蛍光体４１、第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３を含む。第１蛍光体層３１が第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３をさらに含むことを除いて、光源装置１４０の構造は、第１の実施形態の光源装置１００の構造と同じである。
図７に示すように、本実施形態にかかる光源装置１４０の第１蛍光体層３１は、第１蛍光体４１、第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３を含む。第１蛍光体層３１が第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３をさらに含むことを除いて、光源装置１４０の構造は、第１の実施形態の光源装置１００の構造と同じである。
第１蛍光体４１、第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３の重量比は、目的とする色調、各蛍光体から発せられた光の強度などに応じて定められる。
励起光源１０から励起光を出射させたとき、励起光は、入射光学系１５を通じて、波長変換部材２０の第１蛍光体層３１に入射する。第１蛍光体４１は、励起光を受けて青色の光を発する。第２蛍光体４２は、励起光を受けて赤色の光を発する。第３蛍光体４３は、励起光を受けて緑色又は黄色の光を発する。これらの光が混ざり合うことによって、白色の光が得られる。これにより、光源装置１４０から白色の光が出射される。光源装置１４０からの出射光は、励起光源１０からの励起光の一部を含んでいてもよい。
第１蛍光体４１、第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３のそれぞれの蛍光寿命が２５０ｎｓ以下であるため、第１蛍光体４１、第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３のそれぞれは、高い強度の光を発することができる。すなわち、光源装置１４０は、高い輝度を有する光を出射できる。第１蛍光体４１、第２蛍光体４２及び第３蛍光体４３のそれぞれの内部量子効率の維持率が互いに同程度であるため、光源装置１４０は、演色性に優れた光を出射できる。すなわち、光源装置１４０は、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光を出射することができる。
目的とする色調によっては、光源装置１４０の第１蛍光体層３１は、第１蛍光体４１を有しておらず、第２蛍光体４２、第３蛍光体４３及び第１マトリクス５１からなっていてもよい。光源装置１４０の第１蛍光体層３１は、第２蛍光体４２を有しておらず、第１蛍光体４１、第３蛍光体４３及び第１マトリクス５１からなっていてもよい。
本開示を実施例に基づき、具体的に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
（サンプル１）
まず、基板の上に、酸化亜鉛の薄膜を形成した。基板は、サファイアでできていた。酸化亜鉛の薄膜の上に、蛍光体の粒子を配置した。蛍光体としては、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋とＹＡＧ：Ｃｅとを用いた。ＹＡＧ：Ｃｅの重量に対するＬｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋の重量の比率は、０．３３であった。Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋の蛍光寿命は、１００ｎｓであった。ＹＡＧ：Ｃｅの蛍光寿命は、６０ｎｓであった。次に、液相成長法によってマトリクスを形成した。マトリクスは、酸化亜鉛でできていた。マトリクスの体積に対する蛍光体の体積の比率は、１．０であった。このようにして、サンプル１の波長変換部材を得た。
まず、基板の上に、酸化亜鉛の薄膜を形成した。基板は、サファイアでできていた。酸化亜鉛の薄膜の上に、蛍光体の粒子を配置した。蛍光体としては、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋とＹＡＧ：Ｃｅとを用いた。ＹＡＧ：Ｃｅの重量に対するＬｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋の重量の比率は、０．３３であった。Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋の蛍光寿命は、１００ｎｓであった。ＹＡＧ：Ｃｅの蛍光寿命は、６０ｎｓであった。次に、液相成長法によってマトリクスを形成した。マトリクスは、酸化亜鉛でできていた。マトリクスの体積に対する蛍光体の体積の比率は、１．０であった。このようにして、サンプル１の波長変換部材を得た。
（サンプル２）
蛍光体として、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋の代わりにＳＣＡＳＮ：Ｅｕを用いたことを除き、サンプル１と同じ方法によって、サンプル２の波長変換部材を得た。ＳＣＡＳＮ：Ｅｕの蛍光寿命は、４００ｎｓであった。
蛍光体として、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋の代わりにＳＣＡＳＮ：Ｅｕを用いたことを除き、サンプル１と同じ方法によって、サンプル２の波長変換部材を得た。ＳＣＡＳＮ：Ｅｕの蛍光寿命は、４００ｎｓであった。
（ＣＩＥ色度座標の測定）
サンプル１及び２のそれぞれの波長変換部材に励起光を照射したとき、サンプル１及び２のそれぞれの波長変換部材から光が出射された。サンプル１及び２のそれぞれの波長変換部材から発せられた光について、ＣＩＥ色度座標を測定した。このとき、励起光源としては、青色のレーザーダイオードを用いた。励起光のエネルギー密度Ｅは、３．２Ｗ／ｍｍ２であった。励起光のピーク波長は、４４５ｎｍであった。ＣＩＥ色度座標の測定には、分光光度計（大塚電子製のＭＣＰＤ−９８００）を用いた。
サンプル１及び２のそれぞれの波長変換部材に励起光を照射したとき、サンプル１及び２のそれぞれの波長変換部材から光が出射された。サンプル１及び２のそれぞれの波長変換部材から発せられた光について、ＣＩＥ色度座標を測定した。このとき、励起光源としては、青色のレーザーダイオードを用いた。励起光のエネルギー密度Ｅは、３．２Ｗ／ｍｍ２であった。励起光のピーク波長は、４４５ｎｍであった。ＣＩＥ色度座標の測定には、分光光度計（大塚電子製のＭＣＰＤ−９８００）を用いた。
次に、励起光のエネルギー密度Ｅを６．４Ｗ／ｍｍ２、９．５Ｗ／ｍｍ２、１２．７Ｗ／ｍｍ２及び１５．９Ｗ／ｍｍ２に変更した。このとき、サンプル１及び２のそれぞれの波長変換部材から発せられた光について、ＣＩＥ色度座標を測定した。得られた結果を表１及び２に示す。表１は、励起光のエネルギー密度Ｅと、得られたＣＩＥ色度座標のｘの値との関係を示している。表２は、励起光のエネルギー密度Ｅと、得られたＣＩＥ色度座標のｙの値との関係を示している。
図８は、表１の測定値をグラフに表したものである。図９は、表２の測定値をグラフに表したものである。図８及び図９からわかるとおり、励起光のエネルギー密度Ｅが大きければ大きいほど、サンプル２の波長変換部材から発せられた光の色度座標のｘの値及びｙの値は、それぞれ、減少した。これに対して、サンプル１の波長変換部材から発せられた光において、色度座標のｘの値及びｙの値の減少が抑制された。
図１０からは、サンプル１の波長変換部材から発せられた光の色度座標の変化がサンプル２と比べて小さいことを読み取ることができる。図１０のグラフは、表１の色度座標のｘの値と、表２の色度座標のｙの値との関係を示している。
以上のとおり、サンプル１では、励起光のエネルギー密度Ｅが大きい場合でも、波長変換部材から発せられた光の色度座標がほとんど変化しない。このことは、サンプル１において、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋及びＹＡＧ：Ｃｅのそれぞれの蛍光寿命が短いことに起因している。すなわち、励起光のエネルギー密度Ｅが大きい場合でも、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋の内部量子効率の維持率と、ＹＡＧ：Ｃｅの内部量子効率の維持率との差が小さいことに起因している。サンプル１及び２の結果から、サンプル１の波長変換部材によれば、高い輝度を有し、かつ、演色性に優れた光が得られることがわかる。
本開示の光源装置は、例えば、シーリングライトなどの一般照明装置；スポットライト、スタジアム用照明、スタジオ用照明などの特殊照明装置；ヘッドランプなどの車両用照明装置などに用いることができる。また、本開示の光源装置は、例えば、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイなどの投影装置；内視鏡用ライト；デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォンなどの撮像装置；パーソナルコンピュータ（ＰＣ）用モニター、ノート型パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯情報端末（ＰＤＸ）、スマートフォン、タブレットＰＣ、携帯電話などの液晶ディスプレイ装置などにおける光源として用いることができる。
１０ 励起光源
１５ 入射光学系
２０ 波長変換部材
２５ 基板
３０ 蛍光体層
３１ 第１蛍光体層
３２ 第２蛍光体層
３３ 第３蛍光体層
４１ 第１蛍光体
４２ 第２蛍光体
４３ 第３蛍光体
５１ 第１マトリクス
５２ 第２マトリクス
５３ 第３マトリクス
１００，１１０，１２０，１３０，１４０ 光源装置
１５ 入射光学系
２０ 波長変換部材
２５ 基板
３０ 蛍光体層
３１ 第１蛍光体層
３２ 第２蛍光体層
３３ 第３蛍光体層
４１ 第１蛍光体
４２ 第２蛍光体
４３ 第３蛍光体
５１ 第１マトリクス
５２ 第２マトリクス
５３ 第３マトリクス
１００，１１０，１２０，１３０，１４０ 光源装置
蛍光体層３０は、基板２５によって支持されている。蛍光体層３０は、基板２５の表面（上面）全体を被覆している。蛍光体層３０は、基板２５の表面を部分的に被覆しているだけでもよい。蛍光体層３０は、基板２５の表面に接していてもよい。
図３のグラフは、シミュレーションの結果を示している。シミュレーションは、例えば、数値解析ソフトによって行うことができる。詳細には、解析対象として、６準位モデルを用いる。６準位モデルは、吸収・発光を表した一般的な４準位と、伝導体の準位とを考慮した配位座標モデルに基づいて作成される。６準位モデルでは、再励起が考慮されている。再励起とは、励起状態の蛍光体が光を吸収することを意味する。蛍光寿命は、励起準位から発光準位への遷移レートの逆数に相当する。解析対象を数理モデル化することによって、キャリア密度と光密度との時間発展問題として基礎方程式（レート方程式）が得られる。基礎方程式の時間変化量を０とすることによって、代数方程式が得られる。得られた代数方程式を数値解析ソフトによって計算することで、図３のグラフが得られる。数値解析ソフトとしては、例えば、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ（商標）が挙げられる。Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ（商標）は、非線形代数方程式を解くことができる。
（第２の実施形態）
図４に示すように、本実施形態にかかる光源装置１１０において、蛍光体層３０は、第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２の両方を有する。蛍光体層３０が第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２の両方を有することを除いて、光源装置１１０の構造は、第１の実施形態の光源装置１００の構造と同じである。したがって、第１の実施形態の光源装置１００と本実施形態の光源装置１１０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
図４に示すように、本実施形態にかかる光源装置１１０において、蛍光体層３０は、第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２の両方を有する。蛍光体層３０が第１蛍光体層３１及び第２蛍光体層３２の両方を有することを除いて、光源装置１１０の構造は、第１の実施形態の光源装置１００の構造と同じである。したがって、第１の実施形態の光源装置１００と本実施形態の光源装置１１０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
Claims (14)
- 励起光源と、
前記励起光源からの励起光を受けて蛍光を発する蛍光体層と、を備え、
前記蛍光体層は、前記励起光によって発する蛍光のピーク波長が４００ｎｍ以上５１０ｎｍ以下である第１蛍光体、及び、前記励起光によって発する蛍光のピーク波長が５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である第２蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含み、
前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体のそれぞれの蛍光寿命は、０．１ナノ秒以上２５０ナノ秒以下であり、
前記励起光のエネルギー密度は、１０Ｗ／ｍｍ2以上である、光源装置。 - 前記第１蛍光体は、Ｌｕ３（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（０≦ｘ≦１）で表される化合物を含む、請求項１に記載の光源装置。
- 前記第１蛍光体は、Ｙ３Ｓｃ２（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）３Ｏ１２：Ｃｅ３＋（０≦ｙ≦１）で表される化合物、及び、（Ｃａ１−ｚＲＥｚ）３（Ｚｒ１−ｗＳｃｗ）２Ｓｃ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋（０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１、ＲＥは、Ｌｕ、Ｙ及びＧｄからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む）で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光源装置。
- 前記第２蛍光体は、Ｌａ３（Ｓｉ６−ｓ，Ａｌｓ）Ｎ１１−(１/３)ｓ：Ｃｅ３＋（０≦ｓ≦１）で表される化合物を含む、請求項１に記載の光源装置。
- 前記第２蛍光体は、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋で表される化合物を含む、請求項１に記載の光源装置。
- 前記第２蛍光体は、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋で表される化合物を含む、請求項１に記載の光源装置。
- 前記第２蛍光体は、ＣａＳｉＮ２：Ｃｅ３＋で表される化合物、Ｓｒ３Ｓｃ４Ｏ９：Ｃｅ３＋で表される化合物、及び、ＧｄＳｒ２ＡｌＯ５：Ｃｅ３＋で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光源装置。
- 前記蛍光体層は、前記第１蛍光体を囲んでいる第１マトリクスをさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光源装置。
- 前記第１マトリクスがＺｎＯを含む、請求項８に記載の光源装置。
- 前記蛍光体層は、前記第２蛍光体を囲んでいる第２マトリクスをさらに含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光源装置。
- 前記第２マトリクスがＺｎＯを含む、請求項１０に記載の光源装置。
- 前記第１蛍光体は、前記第１蛍光体の原料の粉末の焼結体である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光源装置。
- 前記第２蛍光体は、前記第２蛍光体の原料の粉末の焼結体である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光源装置。
- 前記蛍光体層は、前記第１蛍光体を含む第１蛍光体層と、前記第２蛍光体を含む第２蛍光体層とを有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光源装置。
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