(57)【要約】【課題】光学変換素子の発光効率の低下を抑制することを目的とする。【解決手段】セラミックス基材１１と、セラミックス基材１１の上面上に配置され、ストロンチウム元素とシリコン元素とを含む複数の蛍光体層とを備え、複数の蛍光体層はそれぞれ、セラミックス基材１１の上面と水平方向に並んで配置されている光学変換素子。この構成により、蛍光体層における光の再吸収を抑制できるため、光学変換素子の発光効率の低下を抑制できる。【選択図】図１
2015185408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基材と、
前記セラミックス基材の上面上に配置され、それぞれがストロンチウム元素とシリコン元素とを含む複数の蛍光体層とを備え、
前記複数の蛍光体層のうち少なくとも２層は異なる波長中心を持ち、前記ストロンチウム元素または前記シリコン元素の組成が異なり、
かつ前記複数の蛍光体層はそれぞれ、前記セラミックス基材の前記上面と水平方向に並んで配置されている
光学変換素子。
【請求項２】
前記複数の蛍光体層は、同一平面上に配置されている
請求項１に記載の光学変換素子。
【請求項３】
前記セラミックス基材は、酸化物セラミックスを含む
請求項１又は２に記載の光学変換素子。
【請求項４】
前記酸化物セラミックスは、アルミナ又は酸化マグネシウムを含む
請求項３に記載の光学変換素子。
【請求項５】
前記セラミックス基材と前記複数の蛍光体層との間にシリコン窒化膜を備えた
請求項１から４のいずれかに記載の光学変換素子。
【請求項６】
前記複数の蛍光体層はそれぞれ、断面凹凸形状を有する
請求項１から５のいずれかに記載の光学変換素子。
【請求項７】
前記光学変換素子は、発光波長３８０〜４８０ｎｍの発光素子によって励起される
請求項１から６のいずれかに記載の光学変換素子。
【請求項８】
前記セラミックス基材における、前記複数の蛍光体層と反対側の面に配置された多層誘電体膜を備え、
前記多層誘電体膜側から励起される
請求項１から７のいずれかに記載の光学変換素子。
【請求項９】
前記多層誘電体膜は、励起波長３８０ｎｍ〜４８０ｎｍの光を選択的に透過させ、
可視領域の光を反射させる
請求項８に記載の光学変換素子。
【請求項１０】
前記多層誘電体膜が、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光を反射させる
請求項８又は９に記載の光学変換素子。
【請求項１１】
前記複数の蛍光体層の上面にレンズ層を備えた
請求項１から１０のいずれかに記載の光学変換素子。
【請求項１２】
前記セラミックス基材は円形状であり、
前記複数の蛍光体層は、前記円形状の円周方向に分割された第１の蛍光体層、第２の蛍光体層、及び、第３の蛍光体層を有し、
前記第１の蛍光体層の発光波長は５９０ｎｍ〜６６０ｎｍであり、
前記第２の蛍光体層の発光波長は５００ｎｍ〜５９０ｎｍであり、
前記第３の蛍光体層の発光波長は４３０ｎｍ〜５００ｎｍであり、
請求項１から１１に記載の光学変換素子。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれかに記載の光学変換素子と、
角度可変の反射ミラーとを備え、
前記反射ミラーにより前記複数の蛍光体層にいずれかに、励起光を選択的に照射する
照明装置。
【請求項１４】
前記複数の蛍光体層のそれぞれを、１０ミリ秒以下の間隔で順次励起する
請求項１３記載の照明装置。
【請求項１５】
セラミックス基材の上面上に、シリコン酸化膜を形成する第１の工程と、
前記シリコン酸化膜に硝酸ストロンチウム水溶液と硝酸マグネシウム水溶液と硝酸ユーロピウム水溶液の混合水溶液を塗布して乾燥させる第２の工程と、
大気中において前記セラミックス基材及び前記シリコン酸化膜を１１００℃以下の温度で焼成する第３の工程と、
前記シリコン酸化膜に尿素水溶液を塗布して乾燥させる第４の工程と、
前記セラミックス基材及び前記シリコン酸化膜を１４００℃以下の温度で還元雰囲気焼  成する第５の工程とを
備えた光学変換素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第４の工程において、濃度の異なる複数の尿素水溶液をそれぞれ、前記シリコン酸化膜の異なる領域に塗布する
請求項１５に記載の光学変換素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の工程の後、且つ、前記第２の工程の前において、前記シリコン酸化膜の表面に凹凸加工を施す第６の工程を備えた
請求項１５又は１６に記載の光学変換素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の工程の前に、前記セラミックス基材上にシリコン窒化膜を形成する第７の工程を備えた
請求項１５から１７のいずれかに記載の光学変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光源から出射した光を波長変換素子に照射することで発生する光を利用する車両用照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス部材１１１の表面に、ＳｎＯ−Ｐ2Ｏ5系ガラス及び無機蛍光体粉末を含有する無機粉末焼結体層１１２が形成されている蛍光体複合部材１００が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／００８３０６Ａ１
【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、特許文献１に開示された蛍光体複合部材１００では、セラミックス部材１１１および無機粉末焼結体層１１２が互いに異なる波長の蛍光を発する。そのため、例えば、セラミックス部材１００で蛍光された黄色光が、無機粉末焼結体層１１２で再吸収されることにより発光効率が低下する。
【０００５】
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光学変換素子の発光効率の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る光学変換素子は、セラミックス基材と、セラミックス基材の上面上に配置され、それぞれがストロンチウム元素とシリコン元素とを含む複数の蛍光体層とを備え、複数の蛍光体層のうち少なくとも２層は、異なる波長中心を有し、ストロンチウム元素またはシリコン元素の組成が異なり、かつ複数の蛍光体層はそれぞれ、セラミックス基材の上面と水平方向に並んで配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
上記の構成により、蛍光体層における光の再吸収を抑制できるため、光学変換素子の発光効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光学変換素子の基本構成を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の基本構成を示す断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態の第１変形例に係る照明装置の基本構成図
【図４】（ａ）〜（ｅ）本発明の第１の実施の形態に係るＲＧＢ光学変換素子の製造フロー断面図
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る光学変換素子の正面図
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の構成を示す断面図
【図７】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る照明装置の構成を示す断面図
【図８】本発明の第２の形態に係る光学変換素子の基本構成を示す断面図
【図９】（ａ）〜（ｅ）本発明の第２の実施の形態に係るＲＧＢ光学変換素子の製造フロー断面図
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る透過型ＲＧＢ光学変換素子の断面図
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る照明装置の一部断面図
【図１２】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る照明装置の一部構成断面図
【図１３】従来の光学変換素子の構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の光学変換素子および照明装置について、実施の形態に基づいて説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素の配置方法および使用形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。また、各図において、同じ構成要素には同じ符号を付している。
【００１１】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態およびその変形例に係る光学変換素子１０および照明装置９０の構成と効果、製造方法について、図１〜図７を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光学変換素子１０の基本構成を示す断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係るＲＧＢ蛍光体層１２を有した光学変換素子１０および照明装置９０の基本構成図を示したものである。また図３は本発明の第１の実施の形態に係るＲＧＢ蛍光体層１２を有した光学変換素子１０の変形例および照明装置９０の基本構成図である。図４（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施の形態に係る光学変換素子１０の製造フロー断面図を示している。さらに図５は、本発明の第１の実施の形態に係るＲＧＢ光学変換素子１０の正面図を示し、図６は本発明の第１の実施の形態に係る照明装置９０の構成図および白色生成法を示した断面図である。図７は、本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の変形例の構成断面図を示す。
【００１３】
なお、図１〜図１１において、第１の実施の形態と共通の構成要素については、同じ番号を付すことにより説明を省略する。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光学変換素子１０は、セラミックス基材１１とＲＧＢ蛍光体層１２で構成される。
【００１５】
セラミックス基材１１は、主に波長域が３８０ｎｍ〜８００ｎｍである近紫外から可視領域の光に対して透過度が高く、かつ熱伝導特性の優れた材質である。セラミックス基材１１は酸化物セラミックスを含んでいてもよく、例えばアルミナもしくは酸化マグネシウムを用いることができる。これらの材質は前記波長領域の光に対して１．７以上の高い屈折率を有している。セラミックス基材１１の厚みは１００μｍ以上１ｍｍ以下であり、より好ましくは３００μｍである。ＲＧＢ蛍光体層１２は、少なくともシリコン原子とストロンチウム原子を含んだアルカリ土類金属系の蛍光体材料であり、例えば青色蛍光体層１２Ｂは、主成分がユウロピウム（Ｅｕ）を賦活したストロンチウム・マグネシウム・シリコンオキサイド（Ｓｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8）青色蛍光体であり、ピーク波長は４５０ｎｍ〜４７０ｎｍで半値幅は１００ｎｍ以下である。ＲＧＢ蛍光体層１２の厚みは１００ｎｍ以上１ｍｍ以下で、より好適な厚みの範囲は２００μｍ〜５００μｍである。
【００１６】
図１の構成により、セラミックス基材１１の熱伝導性が低融点ガラスより約２桁大きいため、ＲＧＢ蛍光体層１２を効率よく放熱させることが可能となり、温度上昇による蛍光強度の低下を抑制することができる。また、可視光領域おけるアルミナ等のセラミックス基材１１の屈折率（〜１．７）は、ガラス基板の屈折率（〜１．５）に比べ、蛍光体の屈折率（〜２）に近い値を有しているため、界面での光反射ロスが小さく、より低い励起光強度で十分な照度が得られる。
【００１７】
ＲＧＢ蛍光体層１２は、具体的には、赤色蛍光体層１２Ｒ（第１の蛍光体層）、緑色蛍光体層１２Ｇ（第２の蛍光体層）、及び青色蛍光体層１２Ｂ（第３の蛍光体層）を有する。各蛍光体層は、例えば、ストロンチウム元素とシリコン元素とを含んでいる。各蛍光体層は、セラミックス基材１１の上面と水平方向に並んで配置されている。本実施の形態においては、各蛍光体層は同一平面上に配置されている。
【００１８】
図２の照明装置９０において、励起光源８０の励起光１４の波長領域は３８０ｎｍ〜４８０ｎｍの近紫外〜青色波長領域であり、ＩｎＧａＮ発光素子等を用いる。前記ＲＧＢ蛍光体層１２を近紫外励起して赤色蛍光光１７Ｒ、緑色蛍光光１７Ｇ、青色蛍光光１７Ｂを発生させ、これらを混色させることにより白色光１５を生成する。図２において、青色蛍光体層１２ＢはＥｕ賦活したＳｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8である。また、緑色蛍光体層１２Ｇ、赤色蛍光体層１２Ｒとしては、Ｅｕ賦活したストロンチウムシリコンオキシナイトライドＳｒ(l)Ｓｉ(m)Ｏ(p)Ｎ(q)を用いる。ここでｌ、ｍ、ｐ、ｑは正の整数であり、緑色蛍光体層１２Ｇにおける各元素の構成比はｌ：ｍ＝５：１、ｐ：ｑ＝９：１といった整数比に近い値を有しており、ピーク発光波長は５２０ｎｍ〜５５０ｎｍ、半値幅は１００ｎｍ以下である。また赤色蛍光体層１２Ｒにおいては、ｌ：ｍ＝２：１、ｐ：ｑ＝１：３に近い値を有しており、ピーク発光波長は６００ｎｍ〜６５０ｎｍ、半値幅は１００ｎｍ以下である。
【００１９】
図２の構成により、半値幅が狭く色純度の高い三原色蛍光を適切な比で混色させることにより、極めて演色性の高い照明装置をシンプルな構成にて構成することが可能となる。またこの構成により、各蛍光体層間での再吸収が起こることを抑制できるため、発光効率の低下を抑制できる。
【００２０】
さらに、特許文献１に開示された蛍光体複合部材では、異なる色に対応する蛍光体層が積層されている構成であるため、調色ができないという問題があった。それに対して、本実施形態に係る光学変換素子１０は、励起光をビームスキャンすることによって、調色も可能となる。
【００２１】
図３の照明装置９０は、図２と殆ど同じ構成であるが、セラミックス基材１１の一面にダイクロイックミラー２０を設けている点が異なる。このダイクロイックミラー２０は近紫外波長領域の励起光１４を選択的に透過させ、それ以上の波長領域のＲＧＢ蛍光を反射させるスペクトル特性を有している。
【００２２】
図３の構成により、ダイクロイックミラー２０側に出射した赤色蛍光光１７Ｒ、緑色蛍光光１７Ｇ、青色蛍光光１７Ｂを、白色光１５の投射方向に反射させ、更に輝度を向上させることが可能となる。
【００２３】
（製造方法）
図４（ａ）〜（ｅ）を用いて、図２もしくは図３に示した光学変換素子１０の製造方法を説明する。
【００２４】
まずセラミックス基材１１上にシリコン酸化膜３０を形成する（図４（ａ））。シリコン酸化膜３０の膜厚は１００ｎｍ以上１ｍｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。
【００２５】
次に硝酸マグネシウム水和物、硝酸ストロンチウム水和物、硝酸ユウロピウム水和物の混合水溶液を作製した後、シリコン酸化膜３０上に塗布、乾燥することで混合水溶液塗布領域３１を形成する（図４（ｂ））。
【００２６】
次に電気炉にて大気中１１００℃で４時間の焼成を行うことにより、混合水溶液塗布領域３１中の構成元素であるストロンチウム、マグネシウム、ユウロピウムをシリコン酸化膜３０の中に拡散させ、青色蛍光体層１２ＢとしてＥｕ賦活のＳｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8層を形成する（図４（ｃ））。この大気焼成の段階では、賦活Ｅｕの価数は３価となっているため青色発光効率は低い。
【００２７】
更に、異なる濃度の尿酸素（（ＮＨ2）2ＣＯ）水溶液をＲＧＢ蛍光体層１２上に選択塗布／乾燥し、第１の濃度の尿素水溶液塗布領域３２と第２の濃度の尿素水溶液塗布領域３３を形成する（図４（ｄ））。第１の濃度の尿素水溶液塗布領域３２においてはＥｕ賦活Ｓｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8の重量１ｇあたり尿素約８ｇ、純水が３ｍｌの尿素水溶液濃度を用い、第２の濃度の尿素水溶液塗布領域３３においてはＥｕ賦活Ｓｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8の重量１ｇあたり尿素約８ｇ、純水が３０ｍｌの尿素水溶液濃度を用いる。
【００２８】
最後に電気炉にて１４００℃で２時間、還元雰囲気中で焼成することにより、Ｅｕ賦活したストロンチウムシリコンオキシナイトライドＳｒ(l)Ｓｉ(m)Ｏ(p)Ｎ(q)蛍光体層が形成される（図４（ｅ））。
【００２９】
ここでｌ、ｍ、ｐ、ｑは正の整数であり、緑色蛍光体層１２Ｇにおける各元素の構成比はｌ：ｍ＝５：１、ｐ：ｑ＝９：１といった整数比に近い値を有しており、ピーク発光波長は５２０ｎｍ〜５５０ｎｍ、半値幅は１００ｎｍ以下である。また赤色蛍光体層１２Ｒにおいては、ｌ：ｍ＝２：１、ｐ：ｑ＝１：３に近い値を有しており、ピーク発光波長は６００ｎｍ〜６５０ｎｍ、半値幅は１００ｎｍ以下である。還元焼成工程中に尿素水溶液を塗布しなかった部分は、Ｓｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8の結晶構造が維持され、また賦活Ｅｕの価数が３価から２価に還元されるため大幅に青色発光の量子効率が改善し、高効率な青色蛍光体層１２Ｂとして使用することができる。
【００３０】
当該発明者らは、鋭意検討を進める中で、Ｅｕ賦活Ｓｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8蛍光体層に尿素水溶液を塗布して還元焼成すると、母結晶構成元素であるＭｇが消失し、かつ一部窒化が行われ、Ｓｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8とは結晶系が全く異なる蛍光体材料Ｓｒ(l)Ｓｉ(m)Ｏ(p)Ｎ(q)が形成できることを偶然見出した。さらには尿素水溶液の濃度を変化させることにより、Ｓｒ(l)Ｓｉ(m)Ｏ(p)Ｎ(q)の構成元素比を制御できるとの新規な知見を得て、本製造方法に適用を行った。赤色蛍光体層１２Ｒ、緑色蛍光体層１２Ｇ、青色蛍光体層１２Ｂの面積比を変えた光学変換素子１０を作製し、図２および図３の照明装置を構成することで、任意の色温度を有した高性能な白色光源を実現することが可能である。
【００３１】
本製造方法によれば、所望の発光色を有した高効率な蛍光体素子を安価なプロセスにて実現することができる。
【００３２】
（駆動方法）
図５および図６を用いて、本発明の第１の形態に係る照明装置の構成および白色生成法を説明する。  図５において、反射板１６が円盤形状を有し、主な発光波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの青色蛍光体層２７Ｂと、主な発光波長が５００ｎｍ〜５９０ｎｍの緑色蛍光体層２７Ｇと、主な発光波長が５９０ｎｍ〜６６０ｎｍの赤色蛍光体層２７Ｒが、反射板１６表面上の円周方向に分割形成され、各蛍光体層面積より小さなビームサイズの励起光を照射しながら反射板１６の中心を軸に円周方向に回転させることにより白色光を生成する。
【００３３】
図６は本発明の第１の形態に係る照明装置の構成断面図および白色生成法を示した図であり、光学変換素子１０は図５のｌａ−ｌｂ部の断面図を示している。４５度光入射のダイクロイックミラー５０は、近紫外波長領域の励起光１４を選択的に透過させ、それ以上の波長領域のＲＧＢ蛍光を反射させるスペクトル特性を有している。ダイクロイックミラー５０を透過した励起光１４は集光レンズ６０により、光学変換素子１０の赤色蛍光体層２７Ｒの一部に集光される。赤色蛍光体層２７Ｒからの赤色蛍光光１７Ｒは集光レンズ６０で平行光化された後、ダイクロイックミラー５０に入射し、図面左方向に全反射される。赤色蛍光体層２７Ｒから反射板１６の方向に出射された赤色蛍光光１７Ｒは、反射板１６の表面で全反射され集光レンズ６０方向に戻されるため、光利用効率を改善することができる。回転軸４２を中心に光学変換素子１０をモータ４１にて回転させることにより、時系列に赤色蛍光光１７Ｒ→緑色蛍光光１７Ｇ→青色蛍光光１７Ｂを生成する。高速でモータ４１を回転させると、これらの時系列のＲＧＢ蛍光が人間の目には、白色光として認識される。
【００３４】
本駆動方法によれば、回転周期をミリ秒オーダーにすることでちらつきや色割れのない白色光を生成することができる。さらに三色の蛍光体層の面積比率を変えることにより、所望の色温度が設定可能となる。
【００３５】
（効果）
このように本発明によれば、セラミックス基材１１の熱伝導性が低融点ガラスより約２桁大きいため、ＲＧＢ蛍光体層１２を効率よく放熱させることが可能となり、温度上昇による蛍光強度の低下を抑制することができる。またＲＧＢ蛍光体層１２とセラミックス基材１１の屈折率差が小さいので、界面での光反射ロスが小さく、より低い励起光強度で十分な照度が得られる。さらに同一面内でＲＧＢ蛍光体層１２を形成でき、演色性の高い白色光が実現可能となる。
【００３６】
なお、第１の実施の形態においては青色蛍光体層１２Ｂに関しＳｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8の構成元素供給層として硝酸系のＳｒ、Ｍｇ、Ｅｕ化合物を水に溶かして塗布乾燥させた層を用いたが、塩化物系化合物や水酸化系化合物もしくはそれらの水和物を水溶液化して代替しても良い。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、膜厚が比較的均一なシリコン酸化膜３０を用いたが、実効的な表面積を増やして光利用効率を高めるために、シリコン酸化膜３０の表面に凹凸加工を施しても良い。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、セラミックス基材１１の上に直接にシリコン酸化膜３０を形成したが、セラミックス基材１１とシリコン酸化膜３０との間にシリコン窒化膜を形成してもよい。この構成により、焼成時にＲＧＢ蛍光体層１２とセラミックス基材１１との間の組成元素相互拡散を抑制することができ、ＲＧＢ蛍光体層１２の信頼性を向上させることができる。
【００３９】
（駆動方法の変形例）
図７を用いて、本発明の第１の形態に係る照明装置の変形例について構成および駆動方法を説明する。主な発光波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの青色蛍光体層１２Ｂと、主な発光波長が５００ｎｍ〜５９０ｎｍの緑色蛍光体層１２Ｇと、主な発光波長が５９０ｎｍ〜６６０ｎｍの赤色蛍光体層１２Ｒの三色のＲＧＢ蛍光体層１２がセラミックス基材１１上に隣接形成された光学変換素子１０を、角度可変のＭＥＭＳミラー４０により励起光１４が前記各色蛍光体層に選択的に照射できる光学系により、赤色蛍光体層１２Ｒ、緑色蛍光体層１２Ｇ、青色蛍光体層１２Ｂを１０ミリ秒以下の速度で順次励起することにより白色光１５を生成する。
【００４０】
本駆動方法の変形例によれば、よりコンパクトな系にて白色照明装置を実現することが可能である。
【００４１】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態およびその変形例に係る光学変換素子および照明装置の構成と効果、製造方法について、図８〜図１２を用いて説明する。
【００４２】
図８は本発明の第２の実施の形態に係る光学変換素子の基本構成を示す断面図を示す。また図９は本発明の第２の実施の形態に係るＲＧＢ光学変換素子の製造フロー断面図（ａ）〜（ｅ）である。さらに図１０は本発明の第２の実施の形態に係る透過型ＲＧＢ光学変換素子の断面図であり、図１１は本発明の第２の実施の形態にかかる照明装置および白色生成法を示した図である。また図１２は本発明の第２の実施の形態の変形例に係る照明装置を示す構成図である。
【００４３】
（光学変換素子の構成）
図８に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る光学変換素子１０は、セラミックス基材１１とＲＧＢ蛍光体層１２で構成される。図１における第１の実施の形態に係る光学変換素子１０との差異は、ＲＧＢ蛍光体層１２が島状に分割形成されている点で、島と島の間には空隙１３が設けられている。
【００４４】
この構成によれば、空隙により、ＲＧＢ蛍光体層１２の境界部が存在しないため、境界部での混色等を抑制し、より色純度の高いＲＧＢ蛍光光を生成することが可能となる。またこの構成により、各蛍光体層間での再吸収が起こることを抑制できるため、発光効率の低下を抑制できる。
【００４５】
さらに、特許文献１に開示された蛍光体複合部材では、異なる色に対応する蛍光体層が積層されている構成であるため、調色ができないという問題があった。それに対して、本実施形態に係る光学変換素子１０は、励起光をビームスキャンすることによって、調色も可能となる。
【００４６】
（光学変換素子の製造方法）
図９（ａ）〜（ｅ）を用いて、図８に示した光学変換素子１０の製造方法を説明する。図９（ａ）はシリコン酸化膜３０の形成工程を示し、図９（ｂ）は硝酸マグネシウム水和物、硝酸ストロンチウム水和物、硝酸ユウロピウム水和物の混合水溶液を作製してシリコン酸化膜３０上に塗布、乾燥し、混合水溶液塗布領域３１を形成する工程を示す。図９（ｃ）は混合水溶液塗布領域３１中の構成元素であるストロンチウム、マグネシウム、ユウロピウムをシリコン酸化膜３０の中に拡散させ、青色蛍光体層１２ＢとしてＥｕ賦活のＳｒ3ＭｇＳｉ2Ｏ8層を形成する工程を示す。図９（ｄ）は異なる濃度の尿酸素（（ＮＨ2）2ＣＯ）水溶液をＲＧＢ蛍光体層１２上に選択塗布／乾燥し、第１の濃度の尿素水溶液塗布領域３２と第２の濃度の尿素水溶液塗布領域３３を形成する工程を示す。図９（ｅ）はＥｕ賦活したストロンチウムシリコンオキシナイトライドＳｒ(l)Ｓｉ(m)Ｏ(p)Ｎ(q)蛍光体層を形成する工程を示す。
【００４７】
この実施の形態に係る光学変換素子１０の製造方法および製造に関する条件は、第１の実施の形態に係る製造方法（図４（ａ）〜（ｅ）と同様である。第１の実施の形態に係る製造方法との差異は、図９（ａ）においてシリコン酸化膜３０が島状に分離されている点と、図９（ｄ）において異なる濃度の尿素水溶液を選択塗布・乾燥して、第１の濃度の尿素水溶液塗布領域３２と第２の濃度の尿素水溶液塗布領域３３を島毎に形成する点である。
【００４８】
本製造方法によれば、微細なＲＧＢ蛍光体層１２を形成可能なため、近紫外励起により均一な白色光生成が可能な蛍光体素子を安価なプロセスにて実現することができる。
【００４９】
（照明装置の構成および駆動方法）
図１０および図１１を用いて、本発明の第２の実施の形態に係る照明装置の構成および白色光生成法を説明する。図１０は透過型ＲＧＢ蛍光体素子６１０の構成を示したものである。セラミックス基材６１３上に、主な発光波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの青色蛍光体層６１４Ｂと、主な発光波長が５００ｎｍ〜５９０ｎｍの緑色蛍光体層６１４Ｇと、主な発光波長が５９０ｎｍ〜６６０ｎｍの赤色蛍光体層６１４ＲがＲＧＢ蛍光体層６１６として形成されており、各色蛍光体層はＲＧＢ分離膜６１５によって分離されている。セラミックス基材６１３の片面に多層誘電体膜６１２と集光レンズ層６１１が積層形成されている。集光レンズ層６１１は集光レンズ基台６１１ａ上に集光レンズ面６１１ｂから構成される。多層誘電体膜６１２は近紫外波長領域の励起光を選択的に透過させ、それ以上の波長領域のＲＧＢ蛍光を反射させるスペクトル特性を有している。ＲＧＢ蛍光体層６１６上には投影レンズ層６１７が形成されている。投影レンズ層６１７は投影レンズ基台６１７ａと投影レンズ面６１７ｂで構成される。
【００５０】
図１１は透過型ＲＧＢ蛍光体素子６１０のＲＧＢ単位セル６１９を拡大した図および照明装置の部分構成を示す断面図である。以下に透過型ＲＧＢ蛍光体素子６１０を用いた場合の白色光生成法を説明する。励起光源８０から出射した近紫外の励起光１４はまず集光レンズ面６１１ｂに到達する。さらに励起光１４は集光レンズ層６１１によりそれぞれ赤色蛍光体層６１４Ｒ、緑色蛍光体層６１４Ｇ、青色蛍光体層６１４Ｂに集光される。各蛍光体層を光励起して得られる赤色蛍光光１７Ｒ、緑色蛍光光１７Ｇ、青色蛍光光１７Ｂのうち、投影レンズ層６１７方向への出射分は集光レンズ層６１１にてコリメート化され、そのまま外部に投射される。一方、集光レンズ層６１１方向へ出射した成分は、多層誘電体膜６１２で反射されることにより投影レンズ層６１７方向に戻され、コリメート化された後、外部に投射される。外部照射された赤色蛍光光１７Ｒ、緑色蛍光光１７Ｇ、青色蛍光光１７Ｂが混色することにより、白色光１５が生成される。
【００５１】
本構成によれば、ＲＧＢ蛍光体層６１６のサイズを数１００μｍ以下にすることが容易なため、励起光を光学変換素子に全面照射するだけで白色光を生成できる。従って、図６あるいは図７で示したような駆動機構部が不要になるため、極めて簡単な構成にて白色照明装置が構成可能である。また多層誘電体膜６１２が設けられていることにより、紫外光→蛍光変換効率が改善できるため、高効率な白色光源が得られる。さらにＲＧＢ蛍光体層６１６のサイズ比を適切に選ぶことにより、所望の色温度を実現することができる。
【００５２】
（効果）
このように本発明によれば、セラミックス基材６１３の熱伝導性が低融点ガラスより約２桁大きいため、ＲＧＢ蛍光体層６１６を効率よく放熱させることが可能となり、温度上昇による蛍光強度の低下を抑制することができる。また、ＲＧＢ蛍光体層６１６とセラミックス基材６１３の屈折率差が小さいので、界面での光反射ロスが小さく、より低い励起光強度で十分な照度が得られる。さらに同一面内でＲＧＢ蛍光体層６１６を形成でき、演色性の高い白色光が実現可能となる。また、ＲＧＢ蛍光体層６１６のサイズを数１００μｍ以下にすることが容易なため、励起光１４を光学変換素子に全面照射するだけで白色光を生成できる。従って極めて簡単な構成にて白色照明装置が構成可能である。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、セラミックス基材６１３の上に多層誘電体膜６１２が形成されているが、多層誘電体膜６１２とセラミックス基材６１３との間にシリコン窒化膜を形成してもよい。この構成により、焼成時にＲＧＢ蛍光体層６１６とセラミックス基材６１３と間の組成元素相互拡散を抑制することができ、ＲＧＢ蛍光体層６１６の信頼性を向上させることができる。
【００５４】
（光学変換素子変形例の構成および駆動方法）
図１２を用いて、本発明の第２の形態に係る反射型ＲＧＢ蛍光体素子７１０の構成および白色光生成法を説明する。
【００５５】
セラミックス基材７１１上に、主な発光波長が４３０ｎｍ〜５００ｎｍの青色蛍光体層７１４Ｂと、主な発光波長が５００ｎｍ〜５９０ｎｍの緑色蛍光体層７１４Ｇと、主な発光波長が５９０ｎｍ〜６６０ｎｍの赤色蛍光体層７１４ＲがＲＧＢ単位セル７１６として構成されており、各色蛍光体層はＲＧＢ分離膜７１５によって分離されている。また、セラミックス基材７１１の片面には反射膜７１３が形成されている。反射膜７１３は近紫外〜可視波長領域の光を反射させるスペクトル特性を有している。ＲＧＢ単位セル７１６の上には集光／投影レンズ層７１７が形成されている。集光／投影レンズ層７１７は集光／投影レンズ基台７１７ａと集光／投影レンズ面７１７ｂで構成される。
【００５６】
以下に第２の実施の形態に係る反射型ＲＧＢ蛍光体素子７１０を用いた場合の白色光生成法を説明する。励起光源（非図示）から出射した近紫外の励起光７４０ｆはまず集光／投影レンズ面７１７ｂに到達する。さらに励起光７４０ｆは集光／投影レンズ層７１７によりそれぞれ赤色蛍光体層７１４Ｒに集光される。赤色蛍光体層７１４Ｒを光励起して得られる赤色蛍光光７５０Ｒのうち、集光／投影レンズ層７１７方向への出射分は集光／投影レンズ層７１７にてコリメート化され、そのまま赤色蛍光光７５０Ｒとして外部に投射される。一方、反射膜７１３方向へ出射した成分は、反射膜７１３で反射されることにより集光／投影レンズ層７１７方向に戻され、コリメート化された後、外部に投射される。ここでは赤色蛍光光７５０Ｒについてのみ説明したが、同様に緑色および青色の蛍光光も外部照射され混色することにより、白色光（非図示）が生成される。
【００５７】
本構成によれば、透過型ＲＧＢ蛍光体素子６１０と同様、ＲＧＢ単位セル７１６のサイズを数１００μｍ以下にすることが容易なため、励起光７４０ｆを光学変換素子に全面照射するだけで白色光を生成できる。従って、図６あるいは図７で示したような駆動機構部が不要になるため、極めて簡単な構成にて白色照明装置が構成可能である。また多層誘電体膜６１２が設けられていることにより、紫外光→蛍光変換効率を改善できるため、高効率な白色光源が得られる。さらにＲＧ青色蛍光体層のサイズ比を適切に選ぶことにより、所望の色温度を実現することができる。図１０と図１２を用いて、透過型ＲＧＢ蛍光体素子６１０と反射型ＲＧＢ蛍光体素子７１０とを比較すると、前者は照明装置全体の光学系が簡略化できるのに対し（非図示）、後者は光学変換素子自体の構成が簡略化できるという特徴を有している。
【００５８】
なお、上記第１および第２の実施の形態において、ストロンチウムおよびシリコンを含有する蛍光体は上記に限られず、また各色の蛍光体層の配置については上記構成に限定されない。例えば赤色蛍光体層１２Ｒ、緑色蛍光体層１２Ｇ、青色蛍光体層１２Ｂをそれぞれ微小なサイズの正方形形状にしてセラミックス基材１１の上にマトリックス状に配置してもよいし、赤色蛍光体層１２Ｒ、緑色蛍光体層１２Ｇ、青色蛍光体層１２Ｂをそれぞれ微小な長方形状とし、長手方向に平行になるようにセラミックス基材１１の上に配置してもよい。
【００５９】
また、上記第１および第２の実施の形態において、蛍光体層の形成条件は上記に限られず、蛍光体の原料や組成に応じて適宜設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の蛍光体素子およびそれを用いた照明装置は、そのエネルギー効率と演色性を改善することができるという効果を有し有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  光学変換素子
１１、６１３、７１１  セラミックス基材
１２、６１６  ＲＧＢ蛍光体層
１２Ｒ、２７Ｒ、６１４Ｒ、７１４Ｒ  赤色蛍光体層
１２Ｇ、２７Ｇ、６１４Ｇ、７１４Ｇ  緑色蛍光体層
１２Ｂ、２７Ｂ、６１４Ｂ、７１４Ｂ  青色蛍光体層
１３  空隙
１４  励起光
１５  白色光
１６  反射板
１７Ｒ、７５０Ｒ  赤色蛍光光
１７Ｇ  緑色蛍光光
１７Ｂ  青色蛍光光
２０、５０  ダイクロイックミラー
３０  シリコン酸化膜
３１  混合水溶液塗布領域
３２、３３  尿素水溶液塗布領域
４０  ＭＥＭＳミラー
４１  モータ
４２  回転軸
６０  集光レンズ
８０  励起光源
９０  照明装置
６１０  透過型ＲＧＢ蛍光体素子
６１１  集光レンズ層
６１１ａ  集光レンズ基台
６１１ｂ  集光レンズ面
６１２  多層誘電体膜
６１５、７１５  ＲＧＢ分離膜
６１７  投影レンズ層
６１７ａ  投影レンズ基台
６１７ｂ  投影レンズ面
６１９、７１６  ＲＧＢ単位セル
７１０  反射型ＲＧＢ蛍光体素子
７１３  反射膜
７１７  集光／投影レンズ層
７１７ａ  集光／投影レンズ基台
７１７ｂ  集光／投影レンズ面
７４０ｆ  励起光
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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