(57)【要約】【課題】波長変換部材に高い出力の励起光を入射した場合であっても、発光効率の低下を抑制することができ、演色性に優れた光を放射することができる蛍光光源装置を提供する。【解決手段】励起光入射領域に配置された、励起光により励起されて蛍光を放射する波長変換部材を備えた蛍光光源装置であって、前記波長変換部材は、前記励起光入射領域内において分割されて互いに離間した複数の分割領域の各々に配置された複数の波長変換要素と、互いに隣接する前記波長変換要素の間に形成された、前記励起光を拡散反射する拡散反射材とを有してなることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光入射領域に配置された、励起光により励起されて蛍光を放射する波長変換部材を備えた蛍光光源装置であって、
前記波長変換部材は、前記励起光入射領域内において分割されて互いに離間した複数の分割領域の各々に配置された複数の波長変換要素と、互いに隣接する前記波長変換要素の間に形成された、前記励起光を拡散反射する拡散反射材とを有してなることを特徴とする蛍光光源装置。
【請求項２】
前記拡散反射材は、前記励起光入射領域における前記分割領域以外の領域をカバーするよう形成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。
【請求項３】
前記波長変換部材は、互いに異なる波長の蛍光を放射する複数種類の波長変換要素が、互いに隣接する状態で配置されてな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４】
前記励起光が青色光であり、前記波長変換部材が、黄色の蛍光を放射する波長変換要素を有してな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５】
前記励起光が青色光であり、前記波長変換部材が、緑色の蛍光を放射する波長変換要素および赤色の蛍光を放射する波長変換要素を有してなることを特徴とする請求項３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、励起光により励起されて蛍光を放射する波長変換部材を備えた蛍光光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば照明装置などに利用される光源装置としては、励起光源からの励起光と、この励起光を受けて励起する蛍光体よりなる波長変換部材から放射される蛍光との混光を放射する蛍光光源装置が知られている（特許文献１参照。）。このような蛍光光源装置においては、波長変換部材を構成する蛍光体が励起光を受けて発熱することにより、当該蛍光体に温度消光が生じるため、励起光と蛍光との放射強度比が変化することによって色むらが生じやすい。このため、従来の蛍光光源装置においては、色むらを抑制する種々の手段が施されている（特許文献２および特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９８５６０号公報
【特許文献２】特開２０１２−８９３１６号公報
【特許文献３】特開２０１３−１０２０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の蛍光光源装置においては、高輝度化を図るために出力の高い励起光を波長変換部材に照射した場合には、波長変換部材に生じた熱が十分に排熱されず、蛍光体には温度消光が生じる。このため、高い発光効率が得られず、しかも、励起光と蛍光体から放射される蛍光との放射強度比が変化するため、蛍光光源装置から放射される光には色むらが生じ、演色性が低下する、という問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、波長変換部材に高い出力の励起光を入射した場合であっても、発光効率の低下を抑制することができ、演色性に優れた光を放射することが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】
【０００６】
本発明の蛍光光源装置は、励起光入射領域に配置された、励起光により励起されて蛍光を放射する波長変換部材を備えた蛍光光源装置であって、
前記波長変換部材は、前記励起光入射領域内において分割されて互いに離間した複数の分割領域の各々に配置された複数の波長変換要素と、互いに隣接する前記波長変換要素の間に形成された、前記励起光を拡散反射する拡散反射材とを有してなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の蛍光光源装置においては、前記拡散反射材は、前記励起光入射領域における前記分割領域以外の領域をカバーするよう形成されていることが好ましい。
また、前記波長変換部材は、互いに異なる波長の蛍光を放射する複数種類の波長変換要素が、互いに隣接する状態で配置されてなることが好ましい。
また、前記励起光が青色光であり、前記波長変換部材が、黄色の蛍光を放射する波長変換要素を有してなるものであってもよい。
また、前記励起光が青色光であり、前記波長変換部材が、緑色の蛍光を放射する波長変換要素および赤色の蛍光を放射する波長変換要素を有してなるものであってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の蛍光光源装置によれば、励起光入射領域内において分割されて互いに離間した複数の分割領域の各々に波長変換要素を配置することにより、単一の波長変換要素を有する場合に比較して、波長変換要素の各々を励起光入射領域内の広範囲にわたって分散して配置することができる。そのため、波長変換要素に生じた熱を高い効率で排熱することができる。従って、波長変換部材に高い出力の励起光を入射した場合であっても、波長変換部材の発熱による温度消光が低減されるので、発光効率の低下を抑制することができる。しかも、互いに隣接する波長変換要素の間には、励起光を拡散反射する拡散反射材が形成されているため、優れた演色性を有する光を放射することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の蛍光光源装置の一例における構成を示す説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】波長変換部材の一例における構成を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す波長変換部材のＡ−Ａ断面である。
【図３】波長変換部材の変形例を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す波長変換部材のＡ−Ａ断面である。
【図４】波長変換部材の他の変形例を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す波長変換部材のＡ−Ａ断面である。
【図５】波長変換部材の更に他の変形例を示す説明用断面図である。
【図６】励起光入射領域の変形例を示す説明図である。
【図７】実施例２に係る蛍光光源装置から放射される光のスペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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を示す説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。この蛍光光源装置は、それぞれ励起光Ｌを出射する複数（図示の例では８個）の励起光源１０と、この励起光源１０からの励起光Ｌにより励起されて蛍光を放射する波長変換部材２０と、波長変換部材２０からの蛍光を反射する凹面ミラー３０と、波長変換部材２０および凹面ミラー３０からの蛍光および励起光Ｌを平行光に変換して混光するレンズ４０とにより構成されている。
【００１１】
具体的に説明すると、励起光源１０の各々は、凹面ミラー３０の開口３１の周縁に沿って互いに等間隔で離間した状態で配置されている。また、励起光源１０の各々は、凹面ミラー３０の底部を臨む姿勢で配置されており、これにより、凹面ミラー３０の底部が励起光入射領域Ｎとされている。凹面ミラー３０の底部すなわち励起光入射領域Ｎには、矩形の貫通孔３２が形成され、この貫通孔３２に、板状の波長変換部材２０が配置されている。また、凹面ミラー３０の前方には、レンズ４０が波長変換部材２０に対向するよう配置されている。
【００１２】
図２は、波長変換部材の一例における構成を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す波長変換部材のＡ−Ａ断面である。この波長変換部材２０は、放熱性基板２１を有する。この放熱性基板２１の表面上には、例えば矩形の励起光入射領域Ｎ内において分割されて互いに離間した複数の矩形の分割領域Ｄが形成されている。放熱性基板２１の表面上における分割領域Ｄの各々には、例えば半田よりなる接着膜２３を介して、矩形の板状の波長変換要素２２が配置されている。互いに隣接する波長変換要素２２の間には、励起光Ｌを拡散反射する拡散反射材２５が形成されている。図示の例では、拡散反射材２５は、励起光入射領域Ｎにおける分割領域Ｄ以外の領域をカバーするよう形成されている。
以上において、分割領域Ｄすなわち波長変換要素２２が配置される領域は、励起光入射領域Ｎ内において分散した状態で形成されていることが好ましい。
【００１３】
励起光源１０から出射される励起光Ｌは、蛍光光源装置の用途等に応じて、紫外線および可視光線から適宜選択することができる。例えば蛍光光源装置の用途が照明装置である場合には、励起光Ｌとして青色光が選択される。また、励起光源１０としては、レーザダイオードを用いることができる。
【００１４】
波長変換部材２０における放熱性基板２１を構成する材料としては、熱伝導率の高い金属材料を用いることができる。このような金属材料の具体例としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルなどを用いることができる。
【００１５】
波長変換部材２０における波長変換要素２２は、蛍光体結晶よりなるものであっても、蛍光体結晶粉末がバインダーによって結着されてなるものであってもよい。
蛍光体結晶としては、Ｃｅ：ＬｕＡＧ（Ｌｕ3 Ａｌ5 Ｏ12）、Ｐｒ：ＹＡＧなどの緑色蛍光体、Ｅｕ：ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ）、Ｅｕ：Ｓ−ＣＡＳＮ（ＳｒＣａＡｌＳｉＮ）、ＹＡＧ：Ｓｍ、ＹＡＧ：Ｐｒなどの赤色蛍光体、Ｃｅ：ＹＡＧ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12）などの黄色蛍光体を用いることができる。これらの蛍光体結晶は、単独でまたは組み合わせて用いることができる。
これらの蛍光体結晶において、希土類元素のドープ量は、例えば０．５ｍｏｌ％程度である。
【００１６】
蛍光体結晶として単結晶を用いる場合には、当該蛍光体単結晶は、例えばチョクラルスキー法によって得ることができる。具体的に説明すると、先ず、坩堝内において種子結晶を溶融された原料に接触させる。次いで、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。このようにして、蛍光体単結晶が得られる。
【００１７】
蛍光体結晶として多結晶を用いる場合には、当該蛍光体多結晶は、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調製する。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、蛍光体多結晶が得られる。
【００１８】
蛍光体結晶粉末がバインダーによって結着されてなる波長変換要素２２を形成する場合において、蛍光体結晶粉末の平均粒径は、例えば１〜６０μｍである。
波長変換要素２２における蛍光体結晶粉末の割合は、例えば３０〜７０体積％である。  バインダーとしては、ガラスなどの無機バインダー、シリコーン樹脂などの有機バインダーを用いることができる。
【００１９】
波長変換部材２０は、全ての波長変換要素２２がそれぞれ同一の波長の蛍光を放射する同種類である、すなわち蛍光体結晶の組成が同一のものであってもよいが、互いに異なる波長の蛍光を放射する複数種類の波長変換要素２２を有するものであってもよい。波長変換部材２０が複数種類の波長変換要素２２を有する場合には、異なる種類の波長変換部材２２が互いに隣接する状態で配置されていることが好ましい。
【００２０】
また、波長変換部材２０は、図２に示すように、それぞれ同一の形状および寸法の波長変換要素２２を有するものであってもよいが、図３および図４に示すように、互いに異なる形状および寸法の複数形態の波長変換要素２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを有するものであってもよい。特に、波長変換部材２０が互いに異なる波長の蛍光を放射する複数種類の波長変換要素２２を有する場合には、それぞれの波長変換要素２２の発光効率などを考慮して形状および寸法を設定することにより、所要のスペクトルの光を放射することができる。
【００２１】
波長変換要素２２の各々の表面の面積は、０．５〜４００ｍｍ2 であることが好ましい。波長変換要素２２の表面の面積が過小である場合には、波長変換要素２２の取扱い性が低く、波長変換部材２０を製造することが困難となることがある。一方、波長変換要素２２の表面の面積が過大である場合には、波長変換部材２０のサイズが大きくなるため、蛍光光源装置全体のサイズが大きくなってしまう。
【００２２】
波長変換要素２２の各々の表面の合計の面積（分割領域Ｄの合計の面積）は、励起光入射領域Ｎの面積の５０〜９８％であることが好ましい。波長変換要素２２の表面の合計の面積が過小である場合には、励起光入射領域Ｎの面積が相対的に大きく、励起光に対する蛍光の割合が少ないため、白色光が得られないことがある。一方、波長変換要素２２の表面の合計の面積が過大である場合には、励起光に対して蛍光の割合が多いため、白色光が得られないことがある。
【００２３】
波長変換要素２２の各々の厚みは、例えば１００〜１０００μｍである。
波長変換部材２０における波長変換要素２２の数は、波長変換要素２２の各々の表面の面積や、励起光入射領域Ｎの面積などを考慮して適宜設定することができるが、例えば２〜２０個である。
【００２４】
隣接する波長変換要素２２の間の離間距離ｄは、０．１〜２ｍｍであることが好ましい。この離間距離ｄが過小である場合には、互いに隣接する波長変換要素２２の間に、拡散反射材２５を形成することが困難となることがある。一方、この離間距離ｄが過大である場合には、波長変換部材２０のサイズが大きくなるため、蛍光光源装置全体のサイズが大きくなってしまう。
【００２５】
波長変換部材２０における拡散反射材２５としては、バインダー中に光拡散用粒子が分散されてなるものを用いることができる。
光拡散用粒子としては、ＴｉＯ2 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 などよりなる無機粒子を用いることができる。光拡散用粒子の平均粒径は、例えば０．０１〜５０μｍである。拡散反射材２５中における光拡散用粒子の含有割合は、例えば３０体積％である。
バインダーとしては、ガラスなどの無機バインダー、シリコーン樹脂などの有機バインダーを用いることができる。
【００２６】
上記の波長変換部材２０は、例えば以下のようにして製造することができる。
先ず、蛍光体結晶よりなる、或いは蛍光体結晶粉末がバインダーによって結着されてなる板状の波長変換要素用材料を用意する。この波長変換要素用材料を、例えばダイシング装置によって切断することにより、所要の形態の波長変換要素２２を形成する。次いで、放熱性基板２１の表面に、スクリーン印刷等によって、半田ペーストを分割領域Ｄのパターンに従って塗布する。その後、半田ペーストによる塗布膜の各々の表面上に、例えばダイボンダー装置によって、波長変換要素２２を配置する。そして、半田ペーストによる塗布膜を加熱することにより、放熱性基板２１の表面に、半田よりなる接着膜２３を介して波長変換要素２２を接着する。
【００２７】
次いで、放熱性基板２１の表面における波長変換要素２２が配置された領域以外の領域に、例えばディスペンサによって、光拡散用粒子およびバインダー材料を含有する拡散反射材形成用ペーストを塗布する。そして、拡散反射材形成用ペーストによる塗布膜を加熱することにより、拡散反射材２５を形成する。このようにして、図２および図３に示す波長変換部材２０が得られる。
【００２８】
以上において、半田ペーストによる塗布膜の加熱条件は、例えば加熱温度が２５０℃、加熱時間が２分間である。
また、拡散反射材形成用ペーストによる塗布膜の加熱条件は、用いられるバインダー材料の種類によって異なるが、バインダー材料としてシリコーン樹脂材料を用いる場合には、例えば加熱温度が１５０℃、加熱時間が１時間である。
【００２９】
本発明の蛍光光源装置を例えば照明装置に適用する場合には、励起光源１０および波長変換部材２０として、下記の（１）または（２）の組み合わせのものを用いることが好ましい。
（１）励起光Ｌとして青色光を放射する励起光源１０と、黄色の蛍光を放射する波長変換要素２２を有する波長変換部材２０との組み合わせ。
（２）励起光Ｌとして青色光を放射する励起光源１０と、緑色の蛍光を放射する波長変換要素２２および赤色の蛍光を放射する波長変換要素２２を有する波長変換部材２０との組み合わせ。
【００３０】
上記の蛍光光源装置によれば、励起光入射領域Ｎ内において分割されて互いに離間した複数の分割領域Ｄの各々に波長変換要素２２を配置することにより、単一の波長変換要素を有する場合に比較して、波長変換要素２２の各々を励起光入射領域Ｎ内の広範囲にわたって分散して配置することができる。そのため、波長変換要素２２に生じた熱を高い効率で排熱することができる。従って、波長変換部材２０に高い出力の励起光Ｌを入射した場合であっても、波長変換要素２２の発熱による温度消光が低減されるので、発光効率の低下を抑制することができる。しかも、互いに隣接する波長変換要素２２の間には、励起光Ｌを拡散反射する拡散反射材２５が形成されているため、優れた演色性を有する光を放射することができる。
【００３１】
本発明においては、上記の実施の形態に限定されず、以下のような種々の変更を加えることが可能である。
（１）図５に示すように、波長変換要素２２の裏面には、励起光および波長変換要素２２から放射される蛍光を反射する光反射膜２４が形成されていてもよい。光反射膜２４としては、誘電体多層膜を用いることができる。このような構成の蛍光光源装置によれば、より高い効率で所要の光を放射することができる。
（２）励起光入射領域Ｎは、矩形のものに限られず、例えば図６に示すように、円形のものであってもよい。
【実施例】
【００３２】
〈実施例１〉
図２に示す構成に従い、下記の仕様の波長変換部材（２０）を作製した。
［放熱性基板（２１）］
材質：ニッケル（熱伝導率＝９０Ｗｍ-1Ｋ-1）
寸法：１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ
［波長変換要素（２２）］
材質：Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）（熱伝導率＝１１．７Ｗｍ-1Ｋ-1）
寸法：１．６７（５／３）ｍｍ×１．６７（５／３）ｍｍ×０．１ｍｍ
波長変換要素の数：９個
［拡散反射材（２５）］                                                            バインダーの材質：シリコーン樹脂
拡散用粒子の材質：ＴｉＯ2 
光拡散用粒子の平均粒径：０．１μｍ
光拡散用粒子の含有割合：３０体積％
拡散反射材の外形寸法：９ｍｍ×９ｍｍ×０．１ｍｍ
隣接する波長変換要素の間の幅：１ｍｍ
【００３３】
上記の波長変換部材および励起光源として下記のレーザダイオード１２５個を用い、図１に示す蛍光光源装置を作製した。この蛍光光源装置における励起光入射領域は、７．８ｍｍ×７．８ｍｍの矩形のものである。
［レーザダイオード］
発光ピーク波長：４４５ｎｍ（青色光）
出力：１．６Ｗ
【００３４】
〈比較例１〉
波長変換要素の数を１個、波長変換要素の寸法を５ｍｍ×５ｍｍ×０．１ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の構成の蛍光光源装置を作製した。
【００３５】
実施例１および比較例１に係る蛍光光源装置について、合計２００Ｗの出力で励起光源から波長変換部材に励起光を照射し、波長変換要素の平均温度および蛍光光源装置から放射される光の放射強度を測定した。波長変換要素の平均温度および比較例１に係る蛍光光源装置から放射される光の放射強度を１としたときの相対強度を下記表１に示す。
【００３６】
【表１】
2015191903.tif 000003
【００３７】
表１の結果から明らかなように、実施例１に係る蛍光光源装置によれば、波長変換要素に生じた熱が高い効率で排熱され、これにより、発光効率の低下が抑制されることが確認された。
【００３８】
〈実施例２〉
図３に示す構成に従い、下記の仕様の波長変換部材（２０）を作製した。
［放熱性基板（２１）］
材質：ニッケル（熱伝導率＝９０Ｗｍ-1Ｋ-1）
寸法：１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ
［波長変換要素（２２ａ）］                                                        材質：Ｌｕ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）（熱伝導率＝６．４４Ｗｍ-1Ｋ-1）  寸法：２．６ｍｍ×１．４６ｍｍ×０．１ｍｍ
波長変換要素の数：１個
［波長変換要素（２２ｂ）］
材質：Ｌｕ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ（ＬｕＡＧ：Ｃｅ）（熱伝導率＝６．４４Ｗｍ-1Ｋ-1）  寸法：１．５６ｍｍ×１．３ｍｍ×０．１ｍｍ
波長変換要素の数：４個
［波長変換要素（２２ｃ）］                                                        材質：（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3 ：Ｅｕ（ＳＣＡＳＮ：Ｅｕ）（熱伝導率＝２０Ｗｍ-1Ｋ-1）
寸法：２．１７ｍｍ×１．５６ｍｍ×０．１ｍｍ
波長変換要素の数：２個
［波長変換要素（２２ｄ）］
材質：（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3 ：Ｅｕ（ＳＣＡＳＮ：Ｅｕ）（熱伝導率＝２０Ｗｍ-1Ｋ-1）
寸法：１．０９ｍｍ×１．４３ｍｍ×０．１ｍｍ
波長変換要素の数：２個
［拡散反射材（２５）］
バインダーの材質：シリコーン樹脂
拡散用粒子の材質：ＴｉＯ2 
光拡散用粒子の平均粒径：０．１μｍ
光拡散用粒子の含有割合：３０体積％
拡散反射材の外形寸法：９ｍｍ×９ｍｍ×０．１ｍｍ
隣接する波長変換要素の間の幅：１ｍｍ
【００３９】
上記の波長変換部材および励起光源として下記のレーザダイオード１２５個を用い、図１に示す蛍光光源装置を作製した。この蛍光光源装置における励起光入射領域は、７．８ｍｍ×７．８ｍｍの矩形のものである。
［レーザダイオード］
発光ピーク波長：４４５ｎｍ（青色光）
定格出力：１．６Ｗ
【００４０】
実施例２に係る蛍光光源装置について、合計２００Ｗの出力で励起光源から波長変換部材に励起光を照射し、放射される光の分光スペクトルを測定した。結果を図７に示す。図７において、縦軸は相対分光放射強度、横軸は波長を示す。また、曲線ａは、蛍光光源装置から放射される光の分光スペクトル、曲線ｂは、Ｃｅ：ＬｕＡＧよりなる波長変換要素から放射される蛍光スペクトル、曲線ｃは、Ｅｕ：ＳＣＡＳＮよりなる波長変換要素から放射される蛍光スペクトルである。
また、この蛍光光源装置から放射される光について、平均演色評価数Ｒａおよび色温度を測定したところ、平均演色評価数Ｒａが９０、色温度が３５００Ｋであった。
以上の結果から、実施例２に係る蛍光光源装置によれば、演色性に優れた光が放射されることが確認された。
【符号の説明】
【００４１】
１０  励起光源
２０  波長変換部材
２１  放熱性基板
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  波長変換要素
２３  接着膜
２４  光反射膜
２５  拡散反射材
３０  凹面ミラー
３１  開口
３２  貫通孔
４０  レンズ
Ｄ  分割領域
Ｎ  励起光入射領域
【図１】
2015191903.tif 000004
【図２】
2015191903.tif 000005
【図３】
2015191903.tif 000006
【図４】
2015191903.tif 000007
【図５】
2015191903.tif 000008
【図６】
2015191903.tif 000009
【図７】
2015191903.tif 000010