(57)【要約】【課題】光源装置において、反射層の反射率を向上させることである。【解決手段】光源装置１０は、励起光を発する光源１２と、光源１２からの光を波長の異なる変換光に波長変換する波長変換層１６、励起光及び変換光を反射する反射層２０、及び基板３０が、波長変換層１６、反射層２０、基板３０の順序で層状構造となった波長変換部１４とを含む。反射層２０は、複数の粒子２１と気体とが混ざり合っており、複数の粒子２１は、結着材２４を介して接続されている。反射層２０における粒子２１と結着材２４と気体との体積割合が、粒子２１が５０％以上９０％以下であり、結着材２４が０．５％以上９％以下であり、気体が１％以上４９．５％以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を発する光源と、
前記光源からの光を波長の異なる変換光に波長変換する波長変換層、前記励起光及び前記変換光を反射する反射層、及び基板が、前記波長変換層、前記反射層、前記基板の順序で層状構造となった波長変換部とを備え、
前記反射層は、複数の粒子と気体とが混ざり合っており、
前記複数の粒子は、結着材を介して接続されており、
前記反射層における前記粒子と前記結着材と前記気体との体積割合が、前記粒子が５０％以上９０％以下であり、前記結着材が０．５％以上９％以下であり、前記気体が１％以上４９．５％以下である、
光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記波長変換層を前記基板に保持する保持部を備える、
光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光源装置において、
前記保持部は、前記反射層において前記励起光が照射されない部分に配置され、前記波長変換層と前記基板とを接続する接着層である、
光源装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光源装置において、
前記保持部は、前記波長変換層の表面と前記基板の表面とを結ぶ固定金具である、
光源装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光源装置において、
前記粒子はＴｉＯ２粒子であり、前記結着材は前記粒子間のＳｉＯ２であり、前記気体は空気である、
光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ光源等の光源からの励起光が入射され、波長変換して得られた変換光を発する反射型の波長変換部を含む光源装置が知られている。波長変換部は、励起光及び変換光を反射する反射層を有する。例えば、波長変換部では、基板の上に反射層と波長変換層とがこの順序で設けられ、反射層が、粒子とバインダ樹脂で構成される。このときに反射層は、粒子とバインダ樹脂との屈折率差を利用した粒子表面での全反射により、光を反射する。
【０００３】
特許文献１には、ガス放電による紫外線を波長変換して可視光とする蛍光体層と、可視光を反射する反射層と、ガラス基板とをこの順に配置したプラズマディスプレイ装置が記載されている。この装置では、反射層は、ＴｉＯ２粒子を含む白色顔料と、結着材に相当するＳｉＯ２を含むガラス層と、空気に相当する気泡とを含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５３４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように反射層が粒子とバインダ樹脂で構成され、粒子とバインダ樹脂との屈折率差を利用して光を反射させる場合には、この屈折率差が反射層の反射率を決める一因となる。この場合、粒子と樹脂との屈折率差は小さくなりやすいので、反射率を向上させる面から改良の余地がある。
【０００６】
特許文献１に記載された反射層は、白色顔料と、ガラス層と、気泡とを含んでいるが、その体積割合は、白色顔料が１０％以上５０％以下で、ガラス層が４０％以上８０％以下で、気泡が５％以上５０％以下である。この場合、反射層の反射率を決める一因が白色顔料と空気との屈折率差となり、この屈折率差が比較的大きくなるので反射率を高くできる可能性はあるが、体積割合の面から反射層の反射率を向上させる面から十分ではない。この場合も、反射率を向上させる面から改良の余地がある。
【０００７】
本開示の目的は、光源装置において、反射層の反射率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る光源装置は、励起光を発する光源と、光源からの光を波長の異なる変換光に波長変換する波長変換層、励起光及び変換光を反射する反射層、及び基板が、波長変換層、反射層、基板の順序で層状構造となった波長変換部とを備え、反射層は、複数の粒子と気体とが混ざり合っており、複数の粒子は、結着材を介して接続されており、反射層における粒子と結着材と気体との体積割合が、粒子が５０％以上９０％以下であり、結着材が０．５％以上９％以下であり、気体が１％以上４９．５％以下である。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る光源装置によれば、粒子と空気との屈折率差が反射層の反射率を決める一因となる。空気の屈折率は、樹脂の屈折率より小さく、粒子の屈折率は樹脂の屈折率よりも大きいので、屈折率差を大きくできる。これにより、反射層が粒子と樹脂とからなる場合よりも反射層の反射率を高くできる。さらに、反射層が粒子間の結着材を含むので、反射層の膜強度を高くできる。さらに、反射層における粒子と結着材と気体との体積割合が、粒子が５０％以上９０％以下であり、結着材が０．５％以上９％以下であり、気体が１％以上４９．５％以下である。これにより、特許文献１の構成に比べて、反射層における粒子の体積割合が大きくなり、逆に結着材の体積割合が小さくなるので、反射率をより高くできる。これにより、反射率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の光源装置において波長変換部を断面にして示す図である。
【図２】図１において、反射層の一部を拡大して示す図である。
【図３】比較例の第１例の光源装置（第１比較例）における波長変換部の断面図である。
【図４】比較例の第２例の光源装置（第２比較例）における波長変換部の断面図である。
【図５】実施形態において反射層における反射率の測定に用いた試験部材を示す図である。
【図６】図５の試験部材の製造工程を示す図である。
【図７】実施形態の別例の光源装置において図１に対応する図である。
【図８】実施形態の別例の光源装置において図１に対応する図である。
【図９】実施形態の別例の光源装置において図１に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本開示に係る光源装置の実施形態について詳細に説明する。実施形態の説明で参照する図面は模式的に記載されたものであるから、各構成要素の寸法比率などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。以下の説明において、具体的な形状、材料、数値、数量等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、光源装置の仕様に合わせて適宜変更することができる。以下で説明する複数の実施形態の各構成要素を選択的に組み合わせることは当初から想定されている。以下では、すべての図面において同様の要素には同一の符号を付して説明する。
【００１２】
図１は、実施形態の光源装置１０において波長変換部１４を断面にして示す図である。図２は、図１において、反射層２０の一部を拡大して示す図である。光源装置１０は、励起光を発する光源１２と、光源１２から離れた位置に配置され、表面（図１の上面）に励起光が入射されてその励起光を波長変換して得られた変換光（蛍光）を発する反射型の波長変換部とを含んで構成される反射型である。波長変換部１４は、光源１２からの光を波長の異なる変換光に波長変換する波長変換層１６、励起光及び変換光を反射する反射層２０、及び基板３０が、波長変換層１６、反射層２０、基板３０の順序で層状構造となっている。波長変換部１４は、波長変換層１６が光源１２側に配置される。
【００１３】
波長変換部１４は、例えば照明装置の灯具ユニットに組み込んで使用される。例えば、光源１２からの光を光ファイバ（図示せず）で導光し、灯具ユニットの波長変換部１４に照射することができる。波長変換部１４で得られた変換光は、光学部材（図示せず）に照射される。光学部材は、照明光の配光を制御する。光学部材として、例えば照明光を拡散する拡散部材、照明光を集光する集光部材等がある。これにより、例えば励起光としてレーザ光を使用する場合に、灯具ユニットがレーザ光を非可干渉性の光に変換して放射する。
【００１４】
さらに、反射層２０は、固体である複数の粒子２１と気体である空気２２とが混ざり合っている。複数の粒子２１は、結着材２４を介して接続されている。このように反射層２０が粒子２１と空気２２とを含む場合、粒子２１と空気２２との屈折率差が反射層２０の反射率を決める一因となる。空気２２の屈折率は、樹脂の屈折率より小さく、粒子２１の屈折率は樹脂の屈折率よりも大きい。これにより、本例の場合には、反射層が粒子と樹脂とからなる構成の場合よりも屈折率差を大きくできるので、反射層２０の反射率を高くできる。図１、図２では、波長変換層１６及び反射層２０を模式的に示している。
【００１５】
次に、光源装置１０の各部の構成についてより詳しく説明する。光源１２には、紫外光から青色光領域に発光波長を持つ発光ダイオードや、レーザダイオードを用いることができる。
【００１６】
波長変換部１４を構成する波長変換層１６は、例えば蛍光体粒子１７が絶縁性の透光性樹脂材料１８に含有されることにより形成される。透光性樹脂材料１８として、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等が用いられる。蛍光体粒子１７は、励起光によって励起されて励起光の波長とは異なる波長の光を放射する。例えば蛍光体粒子１７として、青色光を用いて白色光を得るために、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系の黄色蛍光体粒子を用いることができる。このとき青色光の一部は黄色蛍光体粒子によって黄色光に波長変換される。そして、黄色蛍光体粒子に吸収されなかった青色光と黄色蛍光体粒子で得られた黄色光とが合成されて、波長変換層１６から合成光として、主として白色光の変換光が出射される。なお、波長変換層１６には、樹脂材料の代わりに、低融点ガラス等の無機材が用いられてもよい。励起光が青色光でない場合、蛍光体粒子をそれに応じて変えてもよい。また、波長変換層１６は、ＹＡＧ等の蛍光体粉末を焼結してなる焼結蛍光体により形成してもよい。
【００１７】
反射層２０を形成する粒子２１は例えばＴｉＯ２粒子であり、結着材２４は粒子２１間に配置される、シロキサン結合を骨格に持つ重合体である。このとき、ＴｉＯ２の屈折率が２．６であり、空気２２の屈折率が１．０であるので、粒子２１と空気２２との屈折率差が、比較的大きい値である１．６となる。この屈折率差が大きいほど、反射層２０の反射率が高くなるので、本例の場合には、反射層２０の高い反射率が得られる。
【００１８】
さらに、反射層２０における粒子２１と結着材２４と空気２２との体積割合は、粒子２１が５０％以上９０％以下であり、結着材２４が０．５％以上９％以下であり、空気２２が１％以上４９．５％以下である。これにより、本例の場合には、特許文献１の構成に比べて、反射層２０における粒子２１の体積割合が大きくなり、逆に結着材２４の体積割合が小さくなるので、反射層２０の反射率をより高くできる。このため、反射率を向上できる。なお、反射層２０を構成する気体は空気２２以外としてもよい。
【００１９】
基板３０には、例えば表面に鏡面の反射コートが形成されたアルミニウム基板を用いることができる。例えば、真空蒸着プロセスにより樹脂等の基材にアルミニウムが蒸着されたアルミニウム基板を用いることができる。なお、表面が鏡面の基板３０が得られるのであれば、蒸着以外の方法で基板３０が形成されてもよい。例えば、基板３０の表面を鏡面加工により鏡面にしてもよい。
【００２０】
反射層２０において、結着材２４は粒子２１同士を繋ぐ役割や、粒子２１と基板３０、または粒子２１と波長変換層１６を繋ぐ役割を有する。これにより、基板３０には、反射層２０を介して、波長変換層１６が保持される。
【００２１】
上記の光源装置１０によれば、反射層２０が粒子２１と空気２２とを含むので、上記の理由により、反射層が粒子と樹脂とからなる構成の場合よりも反射層２０の反射率を高くできる。さらに、反射層２０が粒子２１間の結着材２４を含むので、反射層２０の膜強度を高くできる。さらに、反射層２０における粒子２１と結着材２４と空気２２との体積割合が、粒子２１が５０％以上９０％以下であり、結着材２４が０．５％以上９％以下であり、空気が１％以上４９．５％以下であるので、上記の理由により反射率をより高くできる。これにより、反射率を向上できる。このため、光源装置１０を照明装置に用いる場合に高輝度を得られる。また、反射率の向上により光源装置１０の効率を向上できるので、光源装置１０の低コスト化及び小型化を図れる。
【００２２】
図３は、比較例の第１例の光源装置（第１比較例）における波長変換部１４ａの断面図である。図３の比較例の場合には、図１、図２の実施形態と異なり、波長変換層１６と基板３０との間に配置する反射層２０ａが、ＴｉＯ２粒子を樹脂バインダに含有させてなる。波長変換層１６は、蛍光体粒子１７が透光性樹脂材料１８に含有されることにより形成される。このとき、ＴｉＯ２の屈折率が２．６であり、樹脂の屈折率が１．４であるので、ＴｉＯ２粒子と樹脂との屈折率差が、図１、図２の実施形態の値である１．６より小さい１．２となる。このため、屈折率差が一因となる反射層２０ａの反射率を向上させる面から改良の余地がある。
【００２３】
図４は、比較例の第２例の光源装置（第２比較例）における波長変換部１４ｂの断面図である。図４の比較例の場合には、図３の比較例と異なり、波長変換層１６ａが、ＹＡＧ等の蛍光体粉末を焼結してなる焼結蛍光体である。図４の比較例において、その他の構成は、図３の比較例と同様である。この場合も、反射層２０ａは、図３の比較例と同じであるので、反射層２０ａの反射率を向上させる面から改良の余地がある。
【００２４】
次に、図５、図６を用いて、図１、図２の実施形態で反射層２０の各成分の体積割合を規制したことにより反射率を高くできることを確認した実験結果を説明する。図５は、反射層２０における反射率の測定に用いた試験部材３２を示す図である。試験部材３２は、基板３０の表面（図５の上面）側に反射層２０が固定される。基板３０は、表面に真空蒸着により反射コート３０ａが形成されたアルミニウム基板である。反射層２０では、ＴｉＯ２粒子である複数の粒子２１と空気２２とが混ざり合っている。反射層２０では、複数の粒子２１が結着材２４で接続される。
【００２５】
試験部材３２は、次のように製造した。図６は、図５の試験部材３２の製造工程を示す図である。まず、図６（ａ）に示すように基板３０を用意する。基板３０の表面には反射コート３０ａがある。次に、図６（ｂ）に示すように反射層の空隙となる部分に、高粘性の溶媒３３としてテルソルブＭＴＰＨ（商品名）とターピネオールＣ（商品名）とを混合したものに粒子２１と結着材２４とを混合し得られたペースト状材料を、基板３０の反射コート３０ａに塗布する。そして、図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）の部材を２５０℃で加熱することで乾燥させて、溶媒３３を気化、蒸発させることにより、その溶媒３３が除かれた部分が空気である空隙３４となる。そして、粒子（ＴｉＯ２）２１と、結着材２４と、空隙３４との体積割合を種々に変えた比較例１及び３つの実施例１〜３で、反射率を測定した比較例１及び実施例１〜３のそれぞれである各試験部材３２の膜厚は約７０μｍに揃えた。表１に、比較例１及び実施例１〜３における粒子（ＴｉＯ２）２１と、結着材２４と、空隙３４との体積割合を示している。表１には、反射率の測定結果も示している。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
反射率の測定では、光源１２（図１）から発する励起光の波長を４５０〜７５０ｎｍとし、比較例１及び実施例１〜３に励起光を照射した場合の反射光強度を測定した。そして、対硫酸バリームの反射光強度を１００とした場合の、比較例１及び実施例１〜３の反射光強度の割合をそれぞれの反射率（％）とした。
【００２８】
表１に示すように、比較例１は、反射層２０における粒子２１の体積割合が３０％であり、結着材２４の体積割合が３％であり、空隙３４の体積割合が６７％であるので、実施形態と異なり粒子２１の体積割合が小さい。この場合には、表１の比較例１における反射率の欄で示すように反射率が９０．９％と小さくなった。比較例１の反射率が低いのは粒子２１の体積割合が小さいため、反射層２０の粒子２１表面での反射回数が少なくなり、膜厚を揃えた実施例１〜３と比べると基板３０の表面に到達する光の割合が多くなるためであると考えられる。一方、実施例１〜３は、粒子２１の体積割合が５０〜８０％と大きい一方、結着材２４の体積割合が５〜８％と比較的小さい。このような実施例１〜３では、反射率を９３．９〜９５．２％と大きくできた。このような測定結果により、実施形態により反射層２０の各成分である粒子２１、結着材２４、空気２２の体積割合を規制したことにより反射率を高くできることを確認できた。実施例１〜３は粒子２１の体積割合が比較例１よりも大きいため、反射層２０での反射回数が多くなり、基板３０の表面に到達する光の割合が少なくなることが、反射率が高くなる要因であると考えられる。
【００２９】
図７は、実施形態の別例の光源装置において図１に対応する図である。本例の光源装置の場合には、波長変換部１４ｂにおいて、基板３０の面方向に沿う第１方向（図７の左右方向）の両端部と波長変換層１６との間に、２つの接着層３５が配置される。２つの接着層３５は、波長変換層１６を基板３０に保持する保持部に相当する。波長変換層１６は、蛍光体粒子１７が透光性樹脂材料１８に含有されるが、波長変換層１６を焼結蛍光体により形成してもよい。反射層２０は、２つの接着層３５の間に配置される。これにより、接着層３５は、反射層２０において励起光が照射されない部分に配置される。このような接着層３５により、波長変換層１６と基板３０とが接続される。接着層３５は、例えばシリコーン樹脂等の樹脂材料により形成される。
【００３０】
本例の構成により、波長変換層１６が反射層２０を介さずに基板３０に支持されるので、基板３０に対する波長変換層１６の支持強度を高くできる。本例において、その他の構成及び作用は、図１、図２の構成と同様である。
【００３１】
図８は、実施形態の別例の光源装置において図１に対応する図である。本例の光源装置の場合には、波長変換部１４ｃにおいて、波長変換層１６ｂの基板３０側の裏面（図８の下面）の外周部から環状の壁部１９が突出することで、波長変換層１６ｂの基板３０側面に凹部１９ａが形成される。そして、この凹部１９ａ内に反射層２０が封入されるように配置される。波長変換層１６ｂの壁部１９の先端における全面と凹部１９ａの開口内側とに対面するように、基板３０の表面（図８の上面）に、保持部としての板状の接着層３６が配置される。このとき、接着層３６は、反射層２０において励起光が照射されない部分に配置される。上記の接着層３６により、波長変換層１６ｂと基板３０とが接続される。波長変換層１６ｂは、例えば焼結蛍光体を加工することにより形成される。
【００３２】
本例の構成の場合には、図７の構成に比べて、反射層２０の厚みで制限されることなく接着層３６を薄くしやすいので、波長変換部１４の全体の厚みを小さくしやすくなる。また、接着層３６は、基板３０上の複数位置に精度よく規制して塗布する必要がない、べた塗りとできるので、製造効率が高くなる。本例において、その他の構成及び作用は、図１、図２の構成、または図７の構成と同様である。
【００３３】
図９は、実施形態の別例の光源装置において図１に対応する図である。本例の光源装置の場合には、波長変換部１４ｄにおいて、基板３０の表面（図９の上面）の一部に、保持部としての固定金具３７が固定される。固定金具３７は、例えばクランク形である略Ｚ字形に曲げられた鋼板等の金属板により形成される。固定金具３７は、基板３０の表面に対し直立する中間板部３８と、中間板部３８の両端から逆方向に向かって延びる第１外板部３９及び第２外板部４０とを有する。第１外板部３９は、基板３０の表面にネジや接着層により固定される。第２外板部４０は、基板３０との間で、波長変換層１６と反射層２０とを挟み込んで固定する。このとき、第２外板部４０を波長変換層１６の表面（図９の上面）に接着してもよい。これにより、固定金具３７は、波長変換層１６の表面と基板３０の表面とを結んでいる。本例の場合、図７の構成と異なり、接着層を、基板３０上の複数位置に精度よく規制して塗布する必要がないので、製造効率が高くなる。本例において、その他の構成及び作用は、図１、図２の構成、または図７の構成と同様である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  光源装置、１２  光源、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  波長変換部、１６，１６ａ，１６ｂ  波長変換層、１７  蛍光体粒子、１８  透光性樹脂材料、１９  壁部、１９ａ  凹部、２０，２０ａ  反射層、２１  粒子、２２  空気、２４  結着材、３０  基板、３０ａ  反射コート、３２  試験部材、３３  溶媒、３４  空隙、３５、３６  接着層、３７  固定金具、３８  中間板部、３９  第１外板部、４０  第２外板部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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