(57)【要約】【課題】高い発光効率が得られると共に、色むらの発生がなくて高い均一性を有する光を得ることのできる蛍光光源装置を提供すること。【解決手段】蛍光光源装置は、励起光によって励起される蛍光体による波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置であって、前記波長変換部材は、励起光受光面に凸部が周期的に配列されてなる周期構造を有する、蛍光体が含有されてなる蛍光部材と、当該蛍光部材の励起光受光面に形成された励起光拡散層とを備えてなることを特徴とする。【選択図】図２
2015069885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光によって励起される蛍光体による波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置であって、
前記波長変換部材は、励起光受光面に凸部が周期的に配列されてなる周期構造を有する、蛍光体が含有されてなる蛍光部材と、当該蛍光部材の励起光受光面に形成された励起光拡散層とを備えてなることを特徴とする蛍光光源装置。
【請求項２】
前記励起光拡散層は、励起光および蛍光を透過する光透過性材料中に、少なくとも励起光を拡散する微小粒子が分散されてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
【請求項３】
前記励起光拡散層が前記蛍光部材の励起光受光面に部分的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光によって蛍光体を励起することにより、当該蛍光体から蛍光を放射する蛍光光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蛍光光源装置としては、半導体レーザからのレーザ光を励起光として蛍光体に照射し、当該蛍光体から蛍光を放射する構成のものが知られている。
このような蛍光光源装置の或る種のものは、図４に示すように、ＡＩＮ焼結体よりなる基板５２の表面に、硫酸バリウム層５３を介してＹＡＧ焼結体よりなる蛍光部材５１が配置されてなる波長変換部材を備えている（例えば、特許文献１参照）。この波長変換部材において、基板５２の裏面には、放熱用フィン５５ａを有する放熱部材５５が設けられている。この蛍光光源装置においては、蛍光部材５１の表面が波長変換部材の表面とされており、この蛍光部材５１の表面は励起光受光面および蛍光出射面とされている。
【０００３】
また、蛍光光源装置の他の例としては、図５に示すように、励起光受光面とされる蛍光部材２２の表面に、例えば略錘状などのテーパ面を有する凸部２４が周期的に配列されてなる周期構造２３が設けられてなる波長変換部材を備えたものがある。この波長変換部材において、蛍光部材２２の裏面には光反射膜３３が設けられている。そして、蛍光光源装置においては、蛍光部材２２の表面が波長変換部材の表面とさており、この蛍光部材２２の表面は励起光受光面とされると共に蛍光出射面とされている。
このような構成の蛍光光源装置によれば、波長変換部材を構成する蛍光部材２２の表面においては、周期構造２３によって当該表面における励起光Ｌの反射が抑制されることから、蛍光部材２２の内部に励起光Ｌを十分に取り込むことができ、よって高い発光効率を得ることができる。
ここに、蛍光部材２２の表面に周期構造２３を形成することによって当該表面において励起光Ｌの反射が抑制される理由について、図６を用いて説明する。
図６は、励起光Ｌが蛍光部材２２の表面に入射した場合において、当該励起光Ｌが伝播する媒体の屈折率の変化をマクロ的に示した図であり、（ａ）は蛍光部材２２の一部を拡大して模式的に示す断面図であり、（ｂ）は蛍光部材２２の表面に対して垂直な方向における位置と屈折率とのマクロ的な関係を示すグラフである。この図６に示すように、励起光Ｌが、空気（屈折率が１）中から蛍光部材２２（屈折率がＮ1 ）の表面に照射されたときに、周期構造２３を構成する凸部２４のテーパ面に対して傾斜した方向から入射される。このため、マクロ的に見ると、励起光Ｌが伝播する媒体の屈折率は、蛍光部材２２の表面に垂直な方向に向かって１からＮ1 に緩やかに変化することとなる。従って、蛍光部材２２の表面に、屈折率が急激に変化する界面が実質的にないため、蛍光部材２２の表面において励起光Ｌが反射することを抑制することができる。
【０００４】
しかしながら、この蛍光光源装置においては、励起光Ｌである半導体レーザからのレーザ光が、照射径が非常に小さく、よって蛍光部材２２に対して局所的に入射されるため、蛍光部材２２に入射された励起光を十分に蛍光に変換することができない。しかも、蛍光体に吸収されて蛍光に変換されることのなかった励起光のエネルギーが熱となってしまうため、その熱によって蛍光部材２２が加熱されて蛍光体自体が高温となり、それに起因して温度消光が生じることから、十分な蛍光光束が得られなくなる。そのため、波長変換部材から外部に出射される蛍光の蛍光強度が小さくなる、という問題がある。
また、図５に示されているように、波長変換部材の表面、すなわち蛍光部材２２の表面から外部に出射される光には、蛍光Ｌ３だけでなく励起光が含まれており、しかも励起光Ｌが指向性を有するものであることから、波長変換部材の表面から出射される光に色むらが生じる、という問題もある。そして、このような問題が生じることから、蛍光光源装置においては、当該蛍光光源装置から出射される光として、波長変換部材の表面から外部に出射される励起光を有効に利用することができない。
図５および図６（ａ）を用いて具体的に説明すると、波長変換部材の表面、すなわち蛍光部材２２の表面から外部に出射される光に含まれる励起光の大部分は、波長変換部材の表面から入射され、蛍光体に吸収されずに当該波長変換部材の裏面を正反射した励起光Ｌ４である。そして、波長変換部材を正反射した励起光Ｌ４は、当該波長変換部材を構成する蛍光部材２２が光を略直線的に進行させるものであることから、指向性をもった状態で波長変換部材の表面から出射される。そのため、波長変換部材の表面から外部に出射される光において、励起光の分布が、当該波長変換部材の内部において蛍光体から等方的に放射される蛍光Ｌ３の分布と大きく異なるものとなり、よって波長変換部材の表面から出射される光には色むらが生じることとなる。しかも、蛍光光源装置において、波長変換部材の表面から外部に出射される光に生じた色むらは、光の性質上、波長変換部材の表面から当該蛍光光源装置の光出射口に至るまでの光路上において解消することができない。
この色むらの発生の問題は、蛍光光源装置が、図５に示されているように波長変換部材の表面が励起光受光面とされると共に蛍光出射面とされている構成のものである場合に限らず、波長変換部材の表裏面から光（蛍光および励起光を含む光）が出射される構成のものである場合にも生じるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１９８５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、高い発光効率が得られると共に、色むらの発生がなくて高い均一性を有する光を得ることのできる蛍光光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の蛍光光源装置は、励起光によって励起される蛍光体による波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置であって、
前記波長変換部材は、励起光受光面に凸部が周期的に配列されてなる周期構造を有する、蛍光体が含有されてなる蛍光部材と、当該蛍光部材の励起光受光面に形成された励起光拡散層とを備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の蛍光光源装置においては、前記励起光拡散層は、励起光および蛍光を透過する光透過性材料中に、少なくとも励起光を拡散する微小粒子が分散されてなるものであることが好ましい。
【０００９】
本発明の蛍光光源装置においては、前記励起光拡散層が前記蛍光部材の励起光受光面に部分的に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明の蛍光光源装置においては、波長変換部材が、蛍光部材の励起光受光面に励起光拡散層が形成されたものであることから、蛍光部材には励起光拡散層において拡散された励起光が入射される。そのため、励起光が波長変換部材に対して局所的に入射されるものであっても、蛍光部材に励起光が局所的に入射されることが抑制される。その結果、蛍光部材においては入射された励起光を十分に蛍光に変換することができ、それに伴って蛍光部材の温度上昇が抑制されることから、蛍光体において温度消光が生じることに起因する蛍光光量の低減を抑制することができる。しかも、波長変換部材に入射される励起光が指向性を有するものであっても、波長変換部材に入射した励起光は指向性を保持したまま出射されずに拡散した状態で外部に出射される。そのため、波長変換部材から外部に出射される励起光と、蛍光体から等方的に放射される蛍光とが平均的に合成されることから、波長変換部材から外部に出射される光において、励起光の分布と蛍光の分布とを略同等とすることができる。その結果、波長変換部材から外部に出射される励起光を有効に利用することができる。
また、蛍光部材が、励起光受光面に凸部が周期的に配列されてなる周期構造を有するものであることから、当該蛍光部材の内部に励起光を十分に取り込むことができると共に、当該蛍光部材を構成する蛍光体から放射される蛍光を高い効率で波長変換部材から外部に取り出すことができる。
従って、本発明の蛍光光源装置によれば、波長変換部材の内部において高い効率で蛍光を生成させ、しかも蛍光を高い効率で外部に出射することができることから、大きな蛍光光量が得られる。また、蛍光と共に波長変換部材から外部に出射される励起光を、色むらが発生するという弊害を伴うことなく利用することができることから、蛍光光源装置から出射される光の光量が大きくなる。そのため、高い発光効率が得られると共に、色むらの発生がなくて高い均一性を有する光を得ることができる。
【００１１】
本発明の蛍光光源装置においては、蛍光部材の励起光受光面において励起光拡散層を部分的に配置することにより、その励起光拡散層の配置位置、および必要に応じて蛍光部材の厚みを制御することによって、波長変換部材から外部に出射される光における蛍光強度と励起光強度との比率を簡単に調整することができる。そのため、蛍光光源装置から出射される光を所期の特性を有するものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図２】図１の蛍光光源装置における波長変換部材の一部を拡大して示す説明用断面図である。
【図３】本発明の蛍光光源装置の他の例における波長変換部材の構成を示す説明用断面図である。
【図４】従来の蛍光光源装置における波長変換部材の構成を示す説明用断面図である。
【図５】従来の蛍光光源装置の他の例における波長変換部材の構成を示す説明用断面図である。
【図６】励起光が蛍光部材よりなる波長変換部材の表面に垂直な方向に入射した場合において、当該励起光が伝播する媒体の屈折率の変化をマクロ的に示した図であり、（ａ）は波長変換部材の一部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は波長変換部材の表面に対して垂直な方向における位置と屈折率とのマクロ的な関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の蛍光光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図であり、図２は、図１の蛍光光源装置における波長変換部材の一部を拡大して示す説明用断面図である。
この蛍光光源装置１０は、図１に示すように、例えば半導体レーザよりなる励起光光源１１と、励起光光源１１から出射される励起光Ｌによって励起されて蛍光を出射する波長変換部材２１を有する蛍光発光部材２０とを備えている。この蛍光発光部材２０は、励起光光源１１に対向するよう、当該励起光光源１１の光軸に対して傾斜した姿勢で配置されている。また、励起光光源１１と蛍光発光部材２０との間における当該励起光光源１１に接近した位置には、入射された励起光Ｌを平行光線として出射するコリメータレンズ１５が配置されている。
【００１４】
蛍光発光部材２０は、図１に示すように、矩形の基板３１の表面（図１における上面）上に、略矩形板状の波長変換部材２１が設けられたものである。
この波長変換部材２１は、図１および図２に示すように、略矩形板状の蛍光部材２２と、この蛍光部材２２の表面（図１および図２における上面）上に形成された、略矩形板状の励起光拡散層２５を有している。
波長変換部材２１は、励起光拡散層２５の表面（図１および図２における上面）が励起光光源１１に対向するように配置されており、この励起光拡散層２５の表面が、波長変換部材２１の表面とされている。
また、波長変換部材２１の裏面、すなわち蛍光部材２２の裏面（図１および図２における下面）には、銀（Ａｇ）膜または、多層膜よりなる光反射膜３３が設けられている。このように、波長変換部材２１は、光反射膜３３が設けられることにより、裏面に反射機能を有するものとされている。更に、光反射膜３３と基板３１との間には、接合部材（図示省略）が介在されており、当該接合部材によって波長変換部材２１が基板３１上に接合されている。接合部材としては、排熱性の観点から、半田、銀焼結材などが用いられる。また、基板３１の裏面には、例えば銅などの金属よりなる放熱部材（図示省略）が配置されている。
【００１５】
そして、蛍光部材２２には、励起光受光面とされる表面に、凸部２４が周期的に配列されてなる周期構造２３が形成されている。
周期構造２３を構成する凸部２４は、図１および図２に示されているように、例えば略錘状などのテーパ面を有する形状とされる。
凸部２４がテーパ面を有する形状とされることにより、前述のように（具体的には、図６を用いて説明したように）、蛍光部材２２の表面に、屈折率が急激に変化する界面が実質的になくなるため、蛍光部材２２の表面において励起光が反射することを防止または抑制することができる。
この図の例において、周期構造２３は、略円錐状の凸部２４が密集した状態で二次元周期的に配列されてなるモスアイ構造を有するものである。
【００１６】
また、凸部２４において、テーパ面（側面）の傾斜角度（側面と底面とのなす角度）は、５°以上であることが好ましい。
テーパ面の傾斜角度が５°未満である場合には、テーパ面を屈折率の異なる２つの媒体の境界面とみなすようになるため、その屈折率差に従った反射光（励起光の反射）が生じてしまうおそれがある。
【００１７】
また、周期構造２３において、周期ｄは、蛍光部材２２を構成する蛍光体から放射される蛍光の回折が発生する範囲（ブラッグの条件）の大きさであることが好ましい。
具体的には、周期構造２３の周期ｄは、蛍光体から放射される蛍光のピーク波長を、周期構造２３を構成する材料（具体的には、蛍光部材２２を構成する蛍光体）の屈折率で割った値（以下、「光学長さ」という。）または光学長さの数倍程度の値である。
ここに、本発明において、周期構造の周期とは、周期構造において互いに隣接する凸部間の中心間距離（ｎｍ）を意味する。
周期構造２４の周期ｄが蛍光部材２２の内部で生じる蛍光の回折が発生する範囲の大きさとされることにより、蛍光部材２２の表面から蛍光を高い効率で出射させて波長変換部材２１の表面から外部に取り出すことができる。
【００１８】
また、周期構造２３における周期ｄに対する凸部２４の高さｈの比（ｈ／ｄ）であるアスペクト比は、０．２以上とされ、好ましくは０．２〜１．５であり、特に好ましくは０．５〜１．０である。
周期構造２３におけるアスペクト比が０．２以上とされることにより、蛍光部材２２の内部で生じる蛍光を高い効率によって蛍光部材２２の表面から出射させて波長変換部材２１の表面から外部に取り出すことができる。
また、周期構造２３におけるアスペクト比が０．２以上とされることによれば、蛍光部材２２の表面において励起光が反射することを抑制することができる。そのため、蛍光部材２２の表面に励起光が照射されたときに、励起光を蛍光部材２２内に十分に取り込むことができる。
【００１９】
このような周期構造２３は、ナノインプリント法とドライエッチング処理とによって形成することができる。具体的には、矩形板状の蛍光部材の表面に、例えばスピンコート法によってレジストを塗布し、次いで、レジストの塗布膜を例えばナノインプリント法によりパターニングする。その後、蛍光部材の表面における露出した領域に、ドライエッチング処理を施すことにより、周期構造２３が形成される。
【００２０】
蛍光部材２２は、蛍光体が含有されてなるものであり、具体的には、単結晶または多結晶の蛍光体よりなるもの、または単結晶または多結晶の蛍光体とセラミックバインダーとの混合物の焼結体よりなるものである。すなわち、蛍光部材２２は、単結晶または多結晶の蛍光体によって構成されたものである。
ここに、蛍光部材２２として用いられる蛍光体とセラミックバインダーとの混合物の焼結体においては、セラミックバインダーとしてナノサイズのアルミナ粒子が用いられる。そして、この焼結体は、蛍光体１００質量％に対して数質量％〜数十質量％のセラミックバインダーを混合し、その混合物をプレスした後、焼成することによって得られるものである。
蛍光部材２２が単結晶または多結晶の蛍光体によって構成されたものであることにより、蛍光部材２２は高い熱伝導性を有するものとなる。そのため、蛍光部材２２においては励起光の照射によって発生した熱が効率よく排熱されることから、蛍光部材２２が高温となることが抑制される。
【００２１】
蛍光部材２２を構成する単結晶の蛍光体は、例えば、チョクラルスキー法によって得ることができる。具体的には、坩堝内において種子結晶を溶融された原料に接触させ、この状態で、種子結晶を回転させながら鉛直方向に引き上げて当該種子結晶に単結晶を成長させることにより、単結晶の蛍光体が得られる。
また、蛍光部材２２を構成する多結晶の蛍光体は、例えば以下のようにして得ることができる。先ず、母材、賦活材および焼成助剤などの原材料をボールミルなどによって粉砕処理することによって、サブミクロン以下の原材料微粒子を得る。次いで、この原材料微粒子を例えばスリップキャスト法によって焼結する。その後、得られた焼結体に対して熱間等方圧加圧加工を施すことによって、気孔率が例えば０．５％以下の多結晶の蛍光体が得られる。
【００２２】
蛍光部材２２を構成する蛍光体の具体例としては、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＹＡＧ：Ｐｒ、ＹＡＧ：Ｓｍ、ＬｕＡＧ：Ｃｅなどが挙げられる。このような蛍光体において、希土類元素のドープ量は、０．５ｍｏｌ％程度である。
【００２３】
また、蛍光部材２２の厚みは、励起光Ｌと蛍光との変換効率（量子収率）および排熱性の観点から、例えば０．０５〜２．０ｍｍである。
【００２４】
波長変換部材２１を構成する励起光拡散層２５は、蛍光部材２２の表面、すなわち蛍光部材２２の励起光受光面に一体的に形成されたものである。
この図の例においては、蛍光部材２２の表面全面に励起光拡散層２５が形成されており、この励起光拡散層２５によって蛍光部材２２の表面全面が覆われた状態とされている。
【００２５】
励起光拡散層２５は、図１および図２に示されているように、蛍光部材２２の周期構造２３を構成する凸部２４の高さｈ以上の厚みを有していることが好ましい。
ここに、励起光拡散層２５の厚みとは、最大厚みを示す。
励起光拡散層２５の厚みが凸部２４の高さｈ以上とされることにより、当該励起光拡散層２５によって凸部２４を埋設した状態とすることができることから、周期構造２３、すなわち周期構造２３を構成する凸部２４を確実に保護することができる。そのため、例えば蛍光光源装置１０の製造過程における構成部材の組み立て工程などにおいて、波長変換部材２１の表面、すなわち励起光拡散層２５の表面に他の構成部材（例えば、励起光光源１１など）が接触した場合であっても、波長変換部材２１の表面に破損が生じることが抑制される。その結果、周期構造２３（凸部２４）が微細であって外部衝撃によって破損が生じやすいものであっても、当該周期構造２３に破損が生じることが抑制される。従って、波長変換部材２１が外部衝撃によって破損すること起因して、蛍光効率が低減されることが抑制されることから、蛍光光源装置１０は取扱性が容易で高い信頼を有するものとなる。
【００２６】
また、励起光拡散層２５の表面は、平坦であってもよいが、励起光Ｌの利用性の観点から、凹凸であることが好ましい。
【００２７】
具体的な励起光拡散層２５の厚みは、凸部２４の高さｈなどに応じて適宜に定められるが、例えば１０μｍ〜３００μｍである。
【００２８】
この励起光拡散層２５は、励起光および蛍光を透過する光透過性材料２６中に、少なくとも励起光を拡散する微小粒子（以下、「拡散微小粒子」ともいう。）２７が分散されてなるものである。
【００２９】
励起光拡散層２５を構成する光透過性材料２６は、励起光光源１１からの励起光Ｌおよび蛍光部材２２の内部で生じる蛍光の波長に応じて適宜のものが用いられるが、無機材料であることが好ましい。
光透過性材料２６が無機材料とされることにより、励起光Ｌの熱、および励起光Ｌの照射によって発生した熱などの熱の影響によって励起光拡散層２５が変形および変質することなどが防止または抑制される。そのため、波長変換部材２１には長期間にわたって高い信頼性が得られる。
【００３０】
励起光拡散層２５を構成する光透過性材料２６の具体例としては、例えば低融点ガラスおよびゾルゲル材料の硬化物などが挙げられる。
ここに、ゾルゲル材料としては、具体的に、珪素、チタン、ジルコニウム等のアルコキシドを含んでおり、熱処理することによって反応（加水分解および縮重合）が進むことによって無機材料が形成されるゾル状の材料などが挙げられる。
【００３１】
また、光透過性材料２６は、屈折率が大きいものであることが好ましい。具体的には、屈折率が蛍光部材２２の屈折率の値以上であることが好ましい。屈折率が蛍光部材２２の屈折率の値より高い光透過性材料２６によって励起光拡散層２５構成することによれば、蛍光部材２２と励起光拡散層２５と界面に入射した蛍光は、当該界面を透過することによって屈折が生じる。そのため、蛍光の進行方向が蛍光部材２２と励起光拡散層２５との界面において変更されることから、蛍光が波長変換部材２１の内部に閉じ込められることが抑制され、その結果、蛍光を励起光拡散層２５の表面から外部に高い効率で出射することができる。
ここに、蛍光部材２２を構成する単結晶または多結晶の蛍光体の屈折率が１．８３であることから、光透過性材料２６としては、例えば、屈折率が１．４５〜２．０の低融点ガラス、および屈折率が１．４６のゾルゲル材料の硬化物を用いることができる。
【００３２】
拡散微小粒子２７は、励起光Ｌを拡散する励起光拡散機能を有するものであるが、この励起光拡散機能と共に、蛍光部材２２の内部で生じる蛍光を拡散する蛍光拡散機能を有していてもよい。
この拡散微小粒子２７としては、励起光光源１１からの励起光Ｌの波長、および必要に応じて蛍光部材２２の内部で生じる蛍光の波長に応じて適宜のものが用いられるが、無機化合物よりなるものであることが好ましい。
拡散微小粒子２７が無機化合物よりなるものとされることにより、励起光Ｌの熱、および励起光Ｌの照射によって発生した熱などの熱の影響によって拡散微小粒子２７が変形および変質することなどが防止または抑制される。そのため、波長変換部材２１には長期間にわたって高い信頼性が得られる。
【００３３】
拡散微小粒子２７を構成する無機化合物の具体例としては、例えば酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の金属酸化物および硫酸バリウム（ＢａＳＯ4 ）等の金属硫酸塩などが挙げられる。
励起光拡散層２５を構成する拡散微小粒子２７は、１種類の材質の粒子よりなるものであってもよく、また異なる材質の粒子を組み合わせたものであってもよい。
【００３４】
拡散微小粒子２７は、平均粒径が数百ｎｍ〜数μｍであることが好ましく、更に好ましくは数十μｍ〜数ｎｍである。
拡散微小粒子２７の平均粒径が数百ｎｍ〜数μｍとされることにより、ミー散乱を生じさせることができるため、励起光拡散層２５に入射された励起光Ｌを容易に全方方向に拡散させることができる。
拡散微小粒子２７の平均粒径が数ｎｍ〜数十μｍとされることにより、励起光光源１１として半導体レーザを用いた場合において、励起光Ｌとしてのレーザ光を十分に拡散させることができる。
【００３５】
また、拡散微小粒子２７の含有割合は、蛍光光源装置１０に必要とされる光の波長および強度に基づいて、励起光光源１１の種類、蛍光部材２２の厚みおよび励起光拡散層２５の形状などを考慮して適宜に定められるが、例えば、光透過性材料２６と拡散微小粒子２７との合計１００体積％に対して数体積％〜４０体積％である。
拡散微小粒子２７の含有割合が数体積％〜４０体積％とされることにより、励起光拡散層２５において拡散微小粒子２７を均一に分散した状態とすることができ、よって当該励起光拡散層２５に入射された励起光を、十分に拡散させた状態で蛍光部材２２に入射あるいは波長変換部材２１から外部に出射させることができる。
【００３６】
このような励起光拡散層２５は、光透過性材料２６が低融点ガラスである場合には、例えば低融点ガラス粒子と拡散微小粒子２７とを混合し、得られた混合物によって蛍光部材２２の表面に混合物層を形成し、その混合物層を、例えば４５０〜７００℃程度の温度で焼成することによって形成することができる。
また、光透過性材料２６がゾルゲル材料の硬化物である場合には、例えばゾルゲル材料と拡散微小粒子２７とを混合し、得られた混合物によって蛍光部材２２の表面に混合物層を形成し、その混合物層を、例えば３００〜５００℃程度の温度で加熱することによって形成することができる。
【００３７】
基板３１を構成する材料としては、樹脂に金属微粉末を混入させた放熱接着剤を介したアルミ基板などを用いることができる。また、基板３１の厚みは、例えば０．５〜１．０ｍｍである。また、このアルミ基板は、放熱フィンの機能を兼ね備えたものであってもよい。
【００３８】
蛍光光源装置１０においては、励起光光源１１から出射された励起光Ｌは、コリメータレンズ１５によって平行光線とされる。その後、この励起光Ｌは、蛍光発光部材２０における波長変換部材２１の表面、すなわち励起光拡散層２５の表面に照射され、当該励起光拡散層２５を介して蛍光部材２２に入射される。そして、蛍光部材２２においては、当該蛍光部材２２を構成する蛍光体が励起される。これにより、蛍光部材２２において蛍光体から蛍光が放射される。この蛍光は、波長変換部材２１の表面から外部に出射され、蛍光光源装置１０の外部に出射される。
【００３９】
而して、蛍光光源装置１０においては、波長変換部材２１に入射した励起光Ｌが励起光拡散層２５において拡散され、この励起光拡散層２５において拡散された励起光Ｌの拡散光Ｌ１は、その一部が蛍光部材２２に入射され、またその他の一部が励起光拡散層２５の表面から外部に出射される。そのため、励起光Ｌが波長変換部材２１に対して局所的に入射されるものであっても、蛍光部材２２には励起光が局所的に入射されることがない。その結果、蛍光部材２２においては入射された励起光を十分に蛍光に変換することができ、それに伴って蛍光部材２２の温度上昇が抑制されることから、蛍光体において温度消光が生じることに起因する蛍光光量の低減を抑制することができる。しかも、励起光Ｌが指向性を有するものであっても、波長変換部材２１の裏面において光反射膜３３によって反射されて再度表面にまで到達する励起光は指向性を有さず、拡散した状態で出射される。その結果、波長変換部材２１から出射される励起光（具体的には、励起光拡散層２５において当該励起光拡散層２５の表面に向かう方向に拡散された拡散光Ｌ１、および光反射膜３３によって反射された励起光）と、蛍光体から等方的に放射される蛍光とが平均的に合成され、波長変換部材２１から外部に出射される光Ｌ２において、励起光の分布と蛍光の分布とを略同等とすることができる。よって、波長変換部材２１の表面から外部に出射される励起光を有効に利用することができる。
また、蛍光部材２２が、励起光受光面に凸部２４が周期的に配列されてなる周期構造２３を有するものであることから、当該蛍光部材２２内に励起光（拡散光Ｌ１）を十分に取り込むことができると共に、蛍光部材２２の内部で生じた蛍光体から放射される蛍光を高い効率で波長変換部材２１から外部に取り出すことができる。
更に、蛍光部材２２が、裏面に反射機能を有するものとされているため、波長変換部材２１の内部において生成された蛍光、および波長変換部材２１に入射されて蛍光体に吸収されることのなかった励起光を極めて高い効率で利用することができる。従って、より高い発光効率が得られる。
従って、蛍光光源装置１０によれば、波長変換部材２１の内部において高い効率で蛍光を生成させ、しかも生成された蛍光を高い効率で外部に出射することができることから、大きな蛍光光量が得られる。また、蛍光と共に波長変換部材２１から外部に出射される励起光を、色むらが発生するという弊害を伴うことなく利用することができることから、蛍光光源装置から出射される光の光量が大きくなる。そのため、高い発光効率が得られると共に、色むらの発生がなくて高い均一性を有する光を得ることができる。
【００４０】
この蛍光光源装置１０は、蛍光と励起光とが合成されて混色され、優れた色均一性を有する光が得られるものであることから、疑似白色光源として好適に用いることができる。
【００４１】
図３は、本発明の蛍光光源装置の他の例における波長変換部材の構成を示す説明用部分断面図である。
この蛍光光源装置は、波長変換部材４１が、蛍光部材２２の励起光受光面に励起光拡散層２５が部分的に配置されたものであること以外は、図１の蛍光光源装置と同様の構成を有するものである。
この波長変換部材４１において、蛍光部材２２の裏面には光反射膜（図示省略）が設けられている。また、蛍光部材２２および励起光拡散層２５の構成は、励起光拡散層２５が部分的に配置されていること以外は、図１に係る波長変換部材２１と基本的に同様である。
【００４２】
波長変換部材４１において、蛍光部材２２は、図１および図２に示されているように励起光拡散層２５が蛍光部材２２の表面全面に形成されている場合に比して、厚みが大きいことが好ましい。
具体的には、蛍光部材２２の厚みは、０．１３ｍｍ以上であることが好ましい。
蛍光部材２２の厚みが０．１３ｍｍ以上であることにより、波長変換部材４１の裏面において反射されて再度表面にまで到達する励起光の強度が小さくなる。そのため、励起光拡散層２５を部分的に配置することによって、波長変換部材４１から外部に出射される光Ｌ２において、蛍光強度と励起光強度との比率を簡単に調整することができる。
【００４３】
また、蛍光部材２２の表面において、励起光拡散層２５の部分的配置位置は、蛍光光源装置に必要とされる光の波長および強度に基づいて、励起光光源１１の種類、および蛍光部材２２の厚みなどに応じて適宜に定められる。
具体的に、励起光拡散層２５は、蛍光部材２２の表面における励起光光源からの励起光Ｌ１が照射される領域に、励起光拡散層２５が配置された部分（以下、「励起光拡散層部分」ともいう。）と、励起光拡散層２５が配置されてない部分（以下、「非励起光拡散層部分」ともいう。）とが存在するように部分配置されることが好ましい。このように励起光Ｌ１が照射される領域に励起光拡散層部分と非励起光拡散層部分とを存在させることによれば、波長変換部材４１から外部に出射される光Ｌ２を、蛍光強度と励起光強度の比率が調整された所期の特性を有するものとすることができる。
【００４４】
また、励起光拡散層２５においては、蛍光部材２２の厚みが０．１３ｍｍ以上である場合には、図１および図２に示されているように励起光拡散層２５が蛍光部材２２の表面全面に形成されている場合に比して、拡散微小粒子２７の含有割合を大きくすることができる。
具体的には、拡散微小粒子２７の含有割合は、光透過性材料と拡散微小粒子との合計１００体積％に対して５〜７０体積％であることが好ましい。
拡散微小粒子２７の含有割合が５〜７０体積％であることにより、励起光拡散層２５を容易に形成することができる。その理由は、励起光拡散層２５の製造過程において、励起光拡散層２５を形成するための拡散微小粒子２７を含有する混合物が高い均一性を有するものでなくても、得られる励起光拡散層２５においては蛍光部材２２の表面上の面方向全域に光拡散粒子２７が存在した状態となるためである。具体的には、励起光拡散層２５の製造過程においては、低融点ガラス粒子と拡散微小粒子２７との混合物に高い均一性が得られなくてもよく、またゾルゲル材料と拡散微小粒子２７との混合物において、当該拡散微小粒子２７の沈降に起因して高い均一性が得られなくてもよい。
【００４５】
この図３に係る蛍光光源装置においては、励起光光源１１から出射された励起光Ｌは、コリメータレンズによって平行光線とされる。その後、この励起光Ｌは、蛍光発光部材における波長変換部材４１の表面、すなわち励起光拡散層２５の表面および非励起光拡散層部分に照射される。そして、励起光拡散層２５の表面に照射された励起光は、当該励起光拡散層２５を介して蛍光部材２２に入射され、一方、非励起光拡散層部分に照射された励起光は、蛍光部材２２に直接入射される。そして、蛍光部材２２においては、当該蛍光部材２２を構成する蛍光体が励起される。これにより、蛍光部材２２において蛍光体から蛍光が放射される。この蛍光は、波長変換部材４１の表面、すなわち励起光拡散層２５の表面および非励起光拡散層部分から外部に出射され、蛍光光源装置の外部に出射される。
【００４６】
而して、図３に係る蛍光光源装置においては、波長変換部材４１に入射した励起光Ｌの一部が励起光拡散層２５において拡散される。そして、励起光拡散層２５において拡散された励起光Ｌの拡散光Ｌ１は、その一部が蛍光部材２２に入射され、またその他の一部が励起光拡散層２５の表面から外部に出射される。そのため、励起光Ｌ１が波長変換部材２１に対して局所的に入射されるものであっても、蛍光部材２２には励起光が局所的に入射されることが抑制される。その結果、蛍光部材２２においては入射された励起光を十分に蛍光に変換することができ、それに伴って蛍光部材２２の温度上昇が抑制されることから、蛍光体において温度消光が生じることに起因する蛍光光量の低減を抑制することができる。しかも、励起光Ｌが指向性を有するものであっても、波長変換部材４１の裏面において光反射膜３３によって反射されて再度表面にまで到達した励起光は指向性を有さず、拡散した状態で外部に出射される。その結果、波長変換部材２１から外部に出射される励起光（具体的には、励起光拡散層２５において当該励起光拡散層２５の表面に向かう方向に拡散された拡散光Ｌ１、および光反射膜３３によって反射された励起光）と、蛍光体から等方的に放射される蛍光とが平均的に合成されることから、波長変換部材２１から外部に出射される光Ｌ２において、励起光の分布と蛍光の分布とを略同等とすることができる。よって、波長変換部材２１から出射される励起光を有効に利用することができる。
また、蛍光部材２２が、励起光受光面に凸部２４が周期的に配列されてなる周期構造２３を有するものであることから、非励起光拡散層部分および励起光拡散層部分に照射された励起光を、高い効率で蛍光部材２２に入射させることができる。それと共に、蛍光部材２２の内部で生じる蛍光を高い効率で波長変換部材２１から外部に取り出すことができる。
更に、蛍光部材２２が、裏面に反射機能を有するものとされているため、波長変換部材４１の内部において生成された蛍光、および波長変換部材４１に入射されて蛍光体に吸収されることのなかった励起光を極めて高い効率で利用することができる。従って、より高い発光効率が得られる。
従って、図３に係る蛍光光源装置によれば、波長変換部材４１の内部において高い効率で蛍光を生成させ、しかも生成された蛍光を高い効率で外部に出射することができることから、大きな蛍光光量が得られる。また、蛍光と共に波長変換部材４１から外部に出射される励起光を、色むらが発生するという弊害を伴うことなく利用することができることから、蛍光光源装置から出射される光の光量が大きくなる。そのため、高い発光効率が得られると共に、色むらの発生がなくて高い均一性を有する光を得ることができる。
【００４７】
そして、この蛍光光源装置においては、励起光拡散層２５が蛍光部材２２の励起光受光面に部分的に配置されていることから、その励起光拡散層２５の配置位置、および蛍光部材２２の厚みを制御することなどによって、波長変換部材４１から外部に出射される光Ｌ２における蛍光強度と励起光強度との比率を簡単に調整することができる。そのため、蛍光光源装置から出射される光を所期の特性を有するものとすることができる。
【００４８】
この蛍光光源装置は、図１に係る蛍光光源装置１０と同様に、蛍光と励起光とが合成されて混色され、優れた色均一性を有する光が得られるものであることから、疑似白色光源として好適に用いることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、波長変換部材は、蛍光部材における周期構造が形成された励起光受光面に励起光拡散層が形成されていればよく、波長変換部材の裏面、すなわち蛍光部材の裏面から蛍光を含む光が出射される構成のものであってもよい。
【００５０】
また、蛍光光源装置全体の構造は、図１に示すものに限定されず、種々の構成を採用することができる。
例えば、図１に係る蛍光光源装置１０では、１つのレーザ光源（例えば、レーザダイオード）の光を用いているが、レーザ光源が複数あり、波長変換部材の前に集光レンズを配置して、集光光を波長変換部材に照射する形態であってもよい。また、励起光はレーザ光源の光に限るものではなく、波長変換部材を励起できるものであれば、ＬＥＤの光を集光したものでもよく、更には、水銀、キセノン等が封入されたランプからの光であってもよい。尚、ランプやＬＥＤのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合、励起光の波長はランプ等から放射される主たる放射波長の領域である。ただし、本発明においては、これに限定されるものではない。
【００５１】
以下、本発明の実験例について説明する。
【００５２】
（実験例１）
図１および図２に示す構成に基づいて、蛍光部材(２２)における周期構造（２３）を有する表面全面に励起光拡散層（２５）が形成されてなる波長変換部材（２１）（以下、「波長変換部材（１）」ともいう。）を作製した。
作製した波長変換部材（１）において、蛍光部材（２２）は、Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ，屈折率＝１．８３，励起波長＝４４５ｎｍ，蛍光波長＝５４５ｎｍ）よりなり、寸法が５ｍｍ（縦）×５ｍｍ(横)×０．１３ｍｍ（厚み）のものである。また、周期構造（２３）においては、凸部（２４）は円錐状の形状を有しており、また周期（ｄ）は、蛍光部材（２２）を構成する蛍光体から放射される蛍光の回折が発生する範囲の大きさであり、アスペクト比は０．５である。
また、励起光拡散層（２５）は、低融点ガラスよりなる光透過性材料（２６）中に、ＴｉＯ2 よりなり、平均粒径０．７μｍの拡散微小粒子（２７）が、光透過性材料（２６）と拡散微小粒子（２７）との合計１００体積％に対して４０体積％の含有割合で含有されてなるものである。また、厚みは３０μｍである。
ここに、光透過性材料（２６）は、励起光および蛍光を透過するものであり、また拡散微小粒子（２７）は、励起光を拡散するものである。
【００５３】
また、蛍光部材の表面に励起光拡散層を形成しなかったこと以外は、波長変換部材（１）と同様の構成および仕様の波長変換部材（以下、「波長変換部材（２）」ともいう。）を作製した。
【００５４】
作製した波長変換部材（１）および波長変換部材（２）の表面（具体的には、波長変換部材（１）においては励起光拡散層の表面であって、波長変換部材（２）においては蛍光部材の表面）の各々に、レーザダイオードによってピーク波長が４４５ｎｍの励起光を照射した。そして、蛍光強度と励起光吸収強度を測定し、下記の数式（１）によって蛍光効率を算出した。結果を表１に示す。
【００５５】
数式（１）：
蛍光効率（％）＝蛍光強度（Ｗ）／励起光吸収強度（Ｗ）
【００５６】
【表１】
2015069885.tif 000003
【００５７】
以上の実験例１の結果から、蛍光部材の励起光受光面に励起光拡散層を形成することにより、大きな蛍光光量が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００５８】
１０    蛍光光源装置
１１    励起光光源
１５    コリメータレンズ
２０    蛍光発光部材
２１    波長変換部材
２２    蛍光部材
２３    周期構造
２４    凸部
２５    励起光拡散層
２６    光透過性材料
２７    微小粒子（拡散微小粒子）
３１    基板
３３    光反射膜
４１    波長変換部材
５１    蛍光部材
５２    基板
５３    硫酸バリウム層
５５    放熱部材
５５ａ    放熱用フィン
【図１】
2015069885.tif 000004
【図２】
2015069885.tif 000005
【図３】
2015069885.tif 000006
【図４】
2015069885.tif 000007
【図５】
2015069885.tif 000008
【図６】
2015069885.tif 000009