(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光板と、当該蛍光板の蛍光放射面側に設けられた光拡散板とを備え、当該蛍光板の蛍光放射面に、当該光拡散板の表面において受光された励起光が、当該光拡散板を介して入射される蛍光光源装置において、
前記光拡散板は、当該光拡散板の裏面の外周縁が、前記蛍光板の蛍光放射面の外周縁よりも内方に位置するように配置されており、
前記光拡散板には、外周面の全周にわたって光反射部が設けられており、
前記光拡散板の表面には、励起光の入射領域が、当該入射領域の外縁が当該光拡散板の表面の外周縁の内方に位置するように形成されていることを特徴とする蛍光光源装置。
【請求項２】
前記光拡散板は、励起光を散乱する光散乱体が含有された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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、レーザ光を励起光として蛍光板に照射し、当該蛍光板を構成する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においては、レーザ光が、指向性が高く、ガウシアン強度分布を有し、蛍光板の励起光入射面において単位面積当たりの入射エネルギーが非常に高くなるものであることから、蛍光板が局所的に高温となって十分な発光効率が得られなくなる、という問題がある。
このような問題は、励起光としてレーザ光を用いた場合に顕著であるが、例えば集光鏡や集光レンズなどの光学部材を用いて蛍光板に対して局所的にレーザ光以外の光を励起光として照射する構成の蛍光光源装置においても生じるものである。
【０００３】
而して、蛍光光源装置においては、蛍光板の励起光入射面の全面に励起光を拡散するための部材を設けること、あるいは、励起光が蛍光板の励起光入射面の全面に照射されるような構成とすることにより、蛍光板の励起光入射面に局所的に励起光が入射することを抑制することが提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。
具体的には、特許文献１には、図５に示すように、レーザ光源よりなる励起光光源１１と、蛍光板５１と、当該蛍光板５１を支持する支持部材５５とを備え、蛍光板５１と支持部材５５との間に、光拡散剤５９が含有された間隙層５８が設けられた蛍光光源装置が開示されている。間隙層５８は、蛍光板５１の励起光入射面（図５における左面）の全面を覆うように配設されている。また、蛍光板５１および間隙層５８の外周面には、反射膜６２が設けられている。この蛍光光源装置には、蛍光を透過し、励起光を遮光する透明板６１が設けられており、当該蛍光光源装置は、透明板６１を透過した光を出射光とするものである。
また、特許文献２には、蛍光板の表面が励起光入射面および蛍光放射面とされており、その蛍光板の表面の全面に、例えば粒子状物質が堆積されることによって形成された、略板状の励起光拡散手段が設けられた蛍光光源装置が開示されている。
また、特許文献３には、蛍光板の表面が励起光入射面および蛍光放射面とされており、その蛍光板の表面に形成される励起光の入射領域が、当該入射領域の形状および面積が当該蛍光板の表面の形状および面積と略等しいものとされた蛍光光源装置が開示されている。この蛍光光源装置において、蛍光板の外周面には、励起光を吸収する吸収手段または励起光を拡散する拡散手段が設けられている。
【０００４】
しかしながら、蛍光板の表面が励起光入射面および蛍光出射面とされ、出射光に蛍光と励起光とが含まれる蛍光光源装置においては、蛍光板の励起光入射面の全面に励起光を拡散するための部材を設けること、あるいは蛍光板の励起光入射面の全面に励起光が照射されるようにすることによっては、十分な蛍光強度を得ることができない、という問題がある。
具体的に説明すると、特許文献２に記載の蛍光光源装置においては、励起光拡散手段によって当該励起光拡散手段の外周面に向かう方向に拡散された励起光および蛍光が、当該外周面から外部に出射されてしまう。そのため、励起光拡散手段の内部に入射した励起光および蛍光を有効に利用することができない。しかも、このような蛍光光源装置においては、出射光に色むらが生じる、という問題もある。
また、特許文献３に記載の蛍光光源装置においては、蛍光板の励起光入射面における、単位面積当たりの励起光の入射エネルギーを小さくすることができず、また蛍光板の表面における、励起光の入射領域の面積と蛍光の放射領域の面積とが同等になることから、蛍光板に入射した励起光を効率的に蛍光に変換することができない。そのため、蛍光出射面から出射される蛍光の光量が小さくなる。しかも、このような蛍光光源装置においては、出射光に色むらが生じる、という問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２８５６８８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０４２６７号公報
【特許文献３】特開２０１２−０８９３１６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出射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、蛍光板と、当該蛍光板の蛍光放射面側に設けられた光拡散板とを備え、当該蛍光板の蛍光放射面に、当該光拡散板の表面において受光された励起光が、当該光拡散板を介して入射される蛍光光源装置において、
前記光拡散板は、当該光拡散板の裏面の外周縁が、前記蛍光板の蛍光放射面の外周縁よりも内方に位置するように配置されており、
前記光拡散板には、外周面の全周にわたって光反射部が設けられており、
前記光拡散板の表面には、励起光の入射領域が、当該入射領域の外縁が当該光拡散板の表面の外周縁の内方に位置するように形成されてい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、前記光拡散板は、励起光を散乱する光散乱体が含有されたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の蛍光光源装置によれば、蛍光板の蛍光放射面の一部に対向して、外周面の全周にわたって光反射部が設けられた光拡散板が配置されており、当該光拡散板の表面の一部に励起光の入射領域が形成されている。そのため、光拡散板の表面において受光された励起光が指向性を有すると共にガウシアン分布を有するものであっても、蛍光板には、光拡散板によって拡散されて、分布が均一化された励起光が入射される。その結果、蛍光板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光拡散板の表面から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、光拡散板の内部に入射したものの、蛍光板の内部において蛍光に変換されなかった励起光を有効に利用することができると共に、光拡散板の表面から外部に出射される励起光の分布に均一性が得られる。従って、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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の蛍光光源装置の構成の一例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蛍光発光部材の表面を示す説明図である。
【図３】本発明の蛍光光源装置を構成する蛍光発光部材の他の例を示す説明図である。
【図４】本発明の蛍光光源装置を構成する蛍光発光部材の更に他の例を示す説明図である。
【図５】従来の蛍光光源装置の構成の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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構成の一例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蛍光発光部材の表面を示す説明図である。
この蛍光光源装置１０は、図１に示すように、例えばレーザダイオード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放射する蛍光板２１を有する蛍光発光部材２０とを備え、これらが互いに離間して配設されたものである。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を平行光として出射するコリメータレンズ１５が配置されている。
【００１２】
蛍光発光部材２０は、図１および図２に示されているように、矩形平板状の蛍光板２１と、円盤状の光拡散板２５とを備えたものである。
この蛍光発光部材２０において、蛍光板２１は、表面（図１における上面）が励起光入射面とされると共に蛍光放射面とされるものであり、この蛍光板２１の表面側に、光拡散板２５が設けられている。光拡散板２５は、当該光拡散２５の裏面（図１における下面）の全面が蛍光板２１の表面に対向して配置されている。
そして、蛍光発光部材２０は、光拡散板２５の表面（図１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、当該蛍光発光部材２０においては、光拡散板２５の表面が、励起光Ｌの受光面とされると共に光（具体的には蛍光および励起光）の出射面とされている。
また、蛍光板２１の裏面（図１における下面）には、例えば銅などの金属よりなる放熱部材（図示省略）が配置されており、この放熱部材と蛍光板２１との間には、銀（Ａｇ）膜、または多層膜よりなる光反射膜（図示省略、以下「裏面光反射膜」ともいう。）が設けられている。すなわち、蛍光板２１の裏面には、裏面光反射膜と放熱部材とがこの順に設けられている。このように、蛍光板２１は、裏面光反射膜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。
図の例において、光拡散板２５の裏面は、その全面が蛍光板２１の表面の中央部に対向接触している。すなわち、光拡散板２５は、蛍光板２１の表面の中央部に一体とされており、この光拡散板２５によって蛍光板２１の表面の中央部が覆われた状態とされている。
【００１３】
蛍光板２１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、蛍光板２１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、蛍光板２１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。
蛍光板２１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、蛍光板２１は高い熱伝導性を有するものとなる。そのため、蛍光板２１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、蛍光板２１が高温となることが抑制される。
【００１４】
蛍光板２１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、蛍光板２１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用い、例えばスリップキャスト法によって成形体を形成して焼結する。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。
【００１５】
蛍光板２１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（賦活材）のドープ量は、０．５ｍｏｌ％程度である。
【００１６】
蛍光板２１の厚みは、励起光の蛍光への変換効率（量子収率）、蛍光の進行方向制御および排熱性の観点から、０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましい。
ここに、蛍光板２１の厚みによる蛍光の進行方向制御について詳細に説明すると、蛍光板２１の厚みが０．０５〜２．０ｍｍであることによれば、蛍光板２１の内部において生じた蛍光の大部分を、蛍光板２１の表面または裏面に入射させることができる。すなわち、蛍光板２１の内部において生じた蛍光が、当該蛍光板２１の外周面から外部に出射されることを抑制または防止することができる。
【００１７】
また、蛍光板２１は、少なくとも励起光を拡散する光散乱体を含有し、励起光を拡散する光拡散機能を有するものであることが好ましい。ここに、蛍光板２１は、光散乱体が励起光と蛍光とを拡散するものである場合には、励起光および蛍光を拡散する光散乱機能を有するものとなる。
蛍光板２１が光拡散能を有するものであることにより、蛍光板２１の内部において、励起光の進行方向が光散乱体によって変更される。そのため、励起光を蛍光に変換するための光路長が長くなる。その結果、蛍光板２１の内部に入射した励起光を有効に利用して、高い効率で蛍光に変換することができる。
また、蛍光板２１が蛍光を拡散する機能を有するものである場合には、蛍光板２１の内部において、蛍光の進行方向が光散乱体によって変更されることから、蛍光が蛍光板２１の内部に閉じ込められることが抑制される。その結果、蛍光発光部材２０においては、蛍光板２１の内部において生じた蛍光を有効に利用して、高い効率で外部に出射することができる。
しかも、蛍光板２１が光拡散能を有するものであることによれば、励起光の蛍光への変換効率（量子収率）が小さくなるという弊害を生じさせることなく、蛍光板２１の厚みを小さくすることができる。そして、蛍光板２１の厚みを小さくすることによれば、当該蛍光板２１が極めて高い排熱性を有するものとなり、また蛍光板２１の外周面から蛍光が外部に出射されることを十分に抑制または防止することができる。
【００１８】
蛍光板２１に含有される光散乱体は、屈折率が１．０以上のものであり、具体的には、気孔、蛍光板２１の構成部材（具体的には、蛍光体または蛍光体とセラミックバインダーとの混合物の焼結体）と異なる屈折率を有する微小粒子または粒界析出相によって構成されたものである。ここに、光散乱体を構成する微小粒子としては、例えばアルミナ、イットリア、窒化ケイ素、窒化アルミニウムおよびフッ化ストロンチウムなどの無機化合物よりなるものが挙げられる。
【００１９】
光拡散板２５は、少なくとも励起光Ｌを拡散する光拡散機能を有するものである。すなわち、光拡散板２５は、励起光の分布を均一化することのできるものである。
また、光拡散板２５は、励起光Ｌを拡散する機能と共に、蛍光板２１の内部で生じる蛍光を拡散する機能を有するものであってもよい。ここに、光拡散板２５が励起光Ｌを拡散する機能と共に蛍光を拡散する機能を有するものである場合には、当該光拡散板２５の作用によって励起光の分布は均一化されるものの、蛍光の分布が変更されることはない。その理由は、蛍光板２１から放射される蛍光が指向性を有するものでないためである。
また、光拡散板２５は、前方散乱の程度が後方散乱の程度よりも大きい光拡散機能を有するものであることが好ましい。
光散乱板２５が後方散乱の程度に比して前方散乱の程度が大きいものであることによれば、大きな蛍光光量を得ることができる。
具体的に説明すると、光拡散板２５が前方散乱の程度が大きい光拡散機能を有するものであることにより、光拡散板２５の表面から入射した励起光の大部分を蛍光板２１に向かって進行させ、当該蛍光板２１の内部に入射させることができる。
また、光散乱板２５が後方散乱の程度が大きいものである場合には、前方散乱の程度が大きいものである場合に比して、蛍光発光部材２０の内部、すなわち光拡散板２５および蛍光板２１の内部で繰り返し反射が生じやすくなる。しかも、蛍光板２１および光拡散板２５は若干ながらも吸収係数を有するものである。そのため、蛍光発光部材２０の内部において生じる繰り返し反射中に、蛍光板２１および光拡散板２５において光（蛍光）の吸収が生じてロス（光損失）が生じる。従って、光拡散板２５が前方散乱の程度が大きいものであることにより、後方散乱の程度が大きいものである場合に比して、蛍光発光部材２０の内部において繰り返し反射が生じることに起因する光損失の発生を抑制することができる。
ここに、本発明において、前方散乱とは、光拡散板２５の光（具体的には、励起光または蛍光）が入射する面（具体的には、光拡散板２５の表面または裏面）における光の入射方向に対して９０°未満の角度への散乱を意味する。また、後方散乱とは、光拡散板２５の光が入射する面における光の入射方向に対して９０°を超える角度への散乱を意味する。
【００２０】
光拡散板２５は、当該光拡散板２５の裏面の外周縁が、蛍光板２１の表面の外周縁よりも内方に位置するよう、蛍光板２１の表面上に配置されるものである。すなわち、光拡散板２５は、当該光拡散板２５の裏面の面積が、蛍光板２１の表面の面積よりも小さく、当該光拡散板２５の裏面の全面が蛍光板２１の表面の一部と対向した状態とされるものである。
光拡散板２５の裏面の面積が蛍光板２１の表面の面積よりも小さいことにより、光拡散板２５を介して蛍光板２１に入射された励起光を、高い効率で蛍光に変換することができる。
具体的に説明すると、蛍光板２１は、光拡散板２５に比して大径であることから、当該蛍光板２１において、励起光の照射により、励起光が蛍光に変換される過程で発生する熱が、高い効率で放熱され、蛍光板２１の温度上昇が抑制される。そのため、蛍光板２１が高温となることが抑制されることから、蛍光板２１の内部において、励起光を高い効率で蛍光に変換することができる。
【００２１】
光拡散板２５において、当該光拡散板２５の裏面の面積、すなわち蛍光板２１の表面全面における、光拡散板２５と対向する領域（図の例においては、光拡散板２５と対向接触している領域）の面積は、蛍光板２１の面積に近いものであることが好ましい。具体的には、光拡散板２５の裏面の面積は、蛍光板２１の表面の面積に対して、５０％以上であって１００％未満の大きさであることが好ましく、特に蛍光板２１の表面および光拡散板２１の裏面が共に矩形状である場合には、１００％に近い大きさであることが好ましい。
光拡散板２５の裏面の面積が蛍光板２１の表面の面積に近いものであることによれば、蛍光板２１の表面において、光拡散板２５と蛍光板２１との間における、有効な光（励起光および蛍光）の授受に利用されることのない領域を小さくすることができる。
また、光拡散板２５の裏面の面積が蛍光板２１の表面の面積の５０％以上の大きさを有するものであることによれば、特に図１および図２に示されているように、蛍光板２１の表面が矩形状であって光拡散板２１の裏面が円形状である場合において、光拡散板２５に高い位置精度を得ることができる。ここに、蛍光板２１の表面が矩形状であって光拡散板２１の裏面が円形状である場合には、光拡散板２５の裏面の面積の最小値が蛍光板２１の表面の面積の７５％となることから、光拡散板２５の裏面の面積が蛍光板２１の表面の面積の５０％以上であれば良好な位置精度が得られる。
【００２２】
また、光拡散板２５の表面においては、当該表面の一部に励起光入射領域３１が形成されている。この励起光入射領域３１は、当該励起光入射領域３１の外縁３１Ａが、光拡散板２５の表面の外周縁よりも内方に位置されたものである。すなわち、励起光入射領域３１は、光拡散板２５の表面の面積よりも小さい面積を有するものである。
励起光入射領域３１の面積が光拡散板２５の表面の面積よりも小さいことにより、励起光入射領域３１から光拡散板２５の内部に入射された励起光を、光拡散板２５の径方向外方（光拡散板２５の外周面に向かう方向）に拡散させ、また蛍光板２１に入射される励起光の分布を均一化することができる。そのため、蛍光板２１の励起光入射面における励起光の単位面積当たりの入射エネルギーを緩和することができる。
この図の例においては、光拡散板２５の表面の中央部に円形状の励起光入射領域３１が形成されている。
【００２３】
光拡散板２５の表面において、励起光入射領域３１の面積は、光拡散板２５の表面の面積と近いものであることが好ましい。具体的には、励起光入射領域３１の面積は、光拡散板２５の表面の面積に対して４０％以上であって１００％未満の大きさであることが好ましい。
励起光入射領域３１の面積が光拡散板２５の表面の面積と近いものであることによれば、励起光が光拡散板２５の径方向外方に拡散すること、例えば励起光が光拡散板２５の裏面全面に広がることに伴って生じる輝度の低下を抑制することができる。
また、励起光入射領域３１の面積が光拡散板２５の表面の面積の４０％以上の大きさを有するものであることによれば、励起光入射領域３１に高い位置精度を得ることができる。ここに、例えば光拡散板２５の外径（直径）が３ｍｍであって励起光入射領域３１の外径（直径）が２ｍｍである場合には、励起光入射領域３１の面積は、光拡散板２５の面積の４４％となり、良好な位置精度が得られる。
【００２４】
また、光拡散板２５の表面は、平坦であってもよいが、励起光の利用性の観点から、凹凸構造を有するものであることが好ましい。
また、光拡散板２５の厚みは、可及的に薄いことが好ましく、具体的には０．１〜５ｍｍであることが好ましい。
光拡散板２５の厚みが薄いことによれば、励起光が光拡散板２５の径方向外方に過度に拡散して発光点が大きくなることに起因して生じる輝度の低下を抑制することができる。
しかも、光拡散板２５の厚みが薄いことによれば、当該光拡散板２５の内部において、励起光および蛍光の進行方向を制御することができる。
具体的に説明すると、光拡散板２５の内部において、励起光および蛍光の大部分を、当該光拡散板２５の裏面または表面に入射させることができる。すなわち、光拡散板２５の内部において、励起光および蛍光が外周面に向かう方向に進行することを抑制できる。
また、光拡散板２５の厚みが０．１ｍｍ以上であることによれば、当該光拡散板２５に十分な取扱性が得られる。すなわち、光拡散板２５の厚みが０．１ｍｍ未満である場合には、ハンドリングが難しくなり、光拡散板２５に良好な取扱性が得られなくなる。
【００２５】
光拡散板２５は、励起光Ｌおよび蛍光板２１の内部で生じる蛍光を透過する光透過性材料中に、少なくとも励起光Ｌを拡散する光散乱体が分散されてなる板状体（以下、「光散乱体含有板状体」ともいう。）よりなることが好ましい。
光拡散板２５が光散乱体含有板状体よりなることによれば、光散乱板２５の光拡散機能を、光散乱体の種類、含有割合および分散状態などによって容易に制御することができる。しかも、光拡散板２５の光拡散機能を、光散乱体によって制御することができるため、当該光散乱板２５の表面の形状の設計の自由度が大きくなり、光拡散板２５の表面を、例えば励起光Ｌの利用性の観点等から好ましいとされる凹凸構造を有するものとすることができる。
【００２６】
また、光拡散板２５としては、励起光Ｌおよび蛍光板２１の内部で生じる蛍光を透過する光透過性材料よりなり、一面がフロスト加工された板状体（以下、「フロスト加工板状体」ともいう。）を用いることもできる。ここに、光拡散板２５がフロスト加工板状体よりなる場合には、フロスト加工された一面によって光拡散板２５の表面が構成される。
【００２７】
光拡散板２５を構成する光透過性材料は、励起光Ｌおよび蛍光板２１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。
光透過性材料が無機材料よりなることにより、蛍光発光部材２０に照射された励起光Ｌが蛍光に変換される過程で発生する熱などの熱の影響によって光拡散板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、蛍光発光部材２０には長期間にわたって高い信頼性が得られる。
【００２８】
光拡散板２５において、光散乱体含有板状体の具体例としては、光散乱体としてアルミナおよびチタニアなどよりなる微粒子が分散されてなるガラス板などが挙げられる。また、フロスト加工板状体の具体例としては、表面がフロスト加工されたガラス板などが挙げられる。
ここに、光散乱体が分散されてなるガラス板よりなる光拡散板２５は、例えばガラス粒子と光散乱体とを混合し、得られた混合物によって蛍光板２１の表面に混合物層を形成し、その混合物層を焼成することによって形成することができる。
【００２９】
また、光拡散板２５を構成する光透過性材料は、屈折率が大きいものであることが好ましい。具体的には、屈折率が蛍光板２１の屈折率の値以上であることが好ましい。特に屈折率が蛍光板２１の屈折率の値より高い光透過性材料によって光拡散板２５を構成することによれば、蛍光板２１と光拡散板２５と界面に入射した蛍光には、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板２１と光拡散板２５との界面において変更されることから、蛍光が蛍光発光部材２０の内部に閉じ込められることが抑制され、その結果、蛍光を蛍光発光部材２０の表面（光拡散板２５の表面）から外部に高い効率で出射することができる。
【００３０】
蛍光発光部材２０において、光拡散板２５には、図２に示されているように、当該光拡散板２５の外周面の全周にわたって、光反射膜３５よりなる光反射部が設けられている。
光拡散板２５の外周面の全周にわたって光反射部が設けられていることにより、光拡散板２５によって拡散され、当該光拡散板２５の外周面に入射した光（励起光および蛍光）を、反射することができる。そのため、励起光および蛍光が光拡散板２５の外周面から外部に向かって出射されることを防止することができ、また、後述の実験例から明らかなように、光拡散板２５の表面から外部に出射される励起光の分布を均一化することができる。
【００３１】
光反射部を構成する光反射膜３５としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜および銀（Ａｇ）膜等の金属膜、シリカ（ＳｉＯ2 ）層とチタニア（ＴｉＯ2 ）層との積層膜等の多層膜などが挙げられる。
【００３２】
このような構成の蛍光光源装置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における光拡散板２５の表面に照射され、当該光拡散板２５を介して蛍光板２１に入射される。そして、蛍光板２１においては、当該蛍光板２１を構成する蛍光体が励起される。これにより、蛍光板２１において蛍光体から蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光体に吸収されずに蛍光板２１の裏面において裏面光反射膜によって反射された励起光と共に光拡散板２５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。
【００３３】
而して、蛍光光源装置１０においては、蛍光板２１の表面の一部に光拡散板２５が設けられており、光拡散板２５においては、表面の一部、具体的には励起光入射領域に励起光Ｌが入射される。そのため、光拡散板２５の内部に入射した励起光Ｌは光拡散板２５において拡散され、その一部が蛍光板２１の表面に入射され、またその他の一部が光拡散板２５の表面から外部に出射される。そして、蛍光板２１の表面に対しては、光拡散板２５の裏面の全面から、分布が均一化された励起光が入射される。よって、蛍光板２１においては、励起光入射面における励起光の単位面積当たりの入射エネルギーが緩和される。その結果、蛍光板２１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、それに伴って蛍光板２１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。
また、光反射部（光反射膜３５）が設けられていることから、光拡散板２５の内部に入射した励起光および蛍光が、光拡散板２５の外周面から外部に出射されることを防止することができると共に、光拡散板２５の表面から外部に出射される励起光の分布を均一化することができる。その結果、光拡散板２５の表面から出射される励起光（具体的には、光拡散板２５において当該光拡散板２５の表面に向かう方向に拡散された拡散光、光反射部（光反射膜３５）によって反射された励起光、および裏面光反射膜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、蛍光発光部材２０の表面から外部に出射される出射光において、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。
従って、蛍光光源装置１０によれば、励起光光源１１からの励起光Ｌが指向性を有すると共にガウシアン分布を有するものであっても、蛍光板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光拡散板２５の表面から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、光拡散板２５の内部に入射したものの、蛍光に変換されなかった励起光を有効に利用することができると共に、光拡散板２５の表面から外部に出射される励起光の分布に均一性が得られる。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。
【００３４】
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。
【００３５】
図３は、本発明の蛍光光源装置を構成する蛍光発光部材の他の例を示す説明図である。
この蛍光光源装置は、蛍光発光部材２０において、光反射部が、拡散反射材によって形成されていること以外は、図１に係る蛍光光源装置１０と同様の構成を有するものである。
この蛍光光源装置において、励起光光源、コリメータレンズ、蛍光板２１および光拡散板２５は、各々、図１に係る蛍光光源装置１０の構成部材と同様の構成を有している。
【００３６】
蛍光発光部材２０において、光反射部は、光拡散板２５の外周面に密着した状態で形成された拡散反射材層３７よりなるものである。
この拡散反射材層３７を構成する拡散反射材は、光散乱用粒子とバインダーとよりなるものである。
光散乱用粒子としては、例えばシリカ（ＳｉＯ2 ）、チタニア（ＴｉＯ2 ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）および硫酸バリウム（ＢａＳＯ4 ）などの無機化合物よりなり、平均粒径が０．０１〜５０μｍのものが用いられる。
また、バインダーとしては、ガラスなどの無機バインダー、およびシリコーン樹脂などの有機バインダーが用いられる。
拡散反射材層３７において、拡散反射材における光散乱用粒子の含有割合は、例えば３０体積％である。
この図の例において、拡散反射材層３７は、蛍光板２１の表面における光拡散板２５と対向する領域以外の領域の全域を覆い、当該領域に密着した状態で形成されている。
【００３７】
この拡散反射材層３７は、バインダー中に光散乱用粒子が均一に分散されてなる塗布液を、蛍光板２１上に配置された拡散板２５の周囲に塗布し、形成された塗布層を乾燥処理することによって得られるものである。
【００３８】
このような蛍光光源装置においては、図１に係る蛍光光源装置１０と同様に、励起光光源から出射された励起光は、コリメータレンズによって平行光線とされる。その後、この励起光は、蛍光発光部材２０における光拡散板２５の表面に照射され、当該光拡散板２５を介して蛍光板２１に入射される。そして、蛍光板２１においては、当該蛍光板２１を構成する蛍光体が励起される。これにより、蛍光板２１において蛍光体から蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光体に吸収されずに蛍光板２１の裏面において裏面光反射膜によって反射された励起光と共に光拡散板２５の表面から外部に出射され、蛍光光源装置の外部に出射される。
【００３９】
而して、この蛍光光源装置によれば、図１に係る蛍光光源装置１０と同様に、励起光光源からの励起光が指向性を有すると共にガウシアン分布を有するものであっても、蛍光板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光拡散板２５の表面から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、光拡散板２５の内部に入射したものの、蛍光に変換されなかった励起光を有効に利用することができると共に、光拡散板２５の表面から外部に出射される励起光の分布に均一性が得られる。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】
また、この蛍光光源装置においては、光反射部が拡散反射材層３７によって形成されており、この拡散反射材層３７が高い光反射機能を有するものであることから、励起光および蛍光をより一層有効に利用することができる。ここに、拡散反射材層３７が光拡散用粒子として硫酸バリウム粒子を用いたものである場合には、当該拡散反射層３７による光の反射率は９６％以上となる。
また、拡散反射材層３７が、光拡散板２５の外周面および蛍光板２１の表面に密着した状態とされていることから、この拡散反射材層３７によって光拡散板２５が蛍光板２１に固定されている。そのため、蛍光板２１と光拡散板２５との間に、光拡散板２５を蛍光板２１に固定するための接着剤層などを設ける必要がない。
【００４１】
図４は、本発明の蛍光光源装置を構成する蛍光発光部材の更に他の例を示す説明図である。
この蛍光光源装置は、蛍光発光部材２０において、光拡散板２５が保持部材４１によって保持されており、また光反射部が、保持部材４１と光拡散層２５との間に設けられた空隙層４５によって形成されていること以外は、図１に係る蛍光光源装置１０と同様の構成を有するものである。
この蛍光光源装置において、励起光光源、コリメータレンズ、蛍光板２１および光拡散板２５は、各々、図１に係る蛍光光源装置１０の構成部材と同様の構成を有している。
【００４２】
保持部材４１は、アルミニウム、銅などの金属材料よりなるものであり、光拡散板２５の外周面に沿って伸びる環状形状を有するものである。
この保持部材４１は、光拡散板２５の外径よりも僅かに大径の内径を有し、当該光拡散板２５の外周面に沿って伸びる円筒部４２と、この円筒部４２の先端（図４における上端）および基端（図４における下端）の各々に形成された内方突出部４３および外方突出部４４とを有している。内方突出部４３は、円筒部４２の内周面から突出し、当該内周面の全周にわたって伸びるように配設されており、光拡散板２５の外径よりも僅かに小径の円形状の開口４３Ａが形成された円盤状の全体形状を有している。また、外方突出部４４は、円筒部４２の外周面から突出し、当該外周面の全周にわたって伸びるように配設されており、蛍光板２１の縦横寸法よりも僅かに大きい縦横寸法を有する矩形平板状の全体形状を有している。
保持部材４１は、外方突出部４４が蛍光板２１の表面に固定されており、内方突出部４３が光拡散板２５の表面の外周縁部に密着した状態とされることにより、光拡散板２５を保持している。
【００４３】
また、保持部材４１は、光反射機能を有するものであってもよい。ここに、保持部材４１は、例えば円筒部４２の内周面に光反射膜が設けられることなどにより、光反射機能を有するものとされる。
保持部材４１が光反射機能を有するものであることにより、励起光および蛍光板２１の内部において生成された蛍光をより有効に利用することができる。従って、蛍光光源装置に、より高い発光効率が得られる。
【００４４】
光反射部を構成する空隙層４５は、図４に示すように、空気によって構成されたもの、すなわちエアーギャップよりなるものであってもよい。
光拡散板２５の屈折率が、エアーギャップよりなる空隙層４５の屈折率（屈折率：１）よりも大きくなることから、光拡散板２５と空隙層４５との界面に光（具体的には、励起光および蛍光）が入射した場合には、その界面において臨界角反射が生じる。そのため、光拡散板２５の外周面に入射した励起光および蛍光を、空隙層４５によって反射することができる。
【００４５】
また、光反射部を構成する空隙層４５は、光拡散板２５よりも屈折率が小さい材料よりなるものであってもよい。空隙層４５が光拡散板２５よりも屈折率が小さい材料よりなるものであっても、空隙層４５と光拡散板２５との界面において臨界角反射を生じさせることができる。
【００４６】
このような蛍光光源装置においては、図１に係る蛍光光源装置１０および図３に係る蛍光光源装置と同様に、励起光光源から出射された励起光は、コリメータレンズによって平行光線とされる。その後、この励起光は、蛍光発光部材２０における光拡散板２５の表面に照射され、当該光拡散板２５を介して蛍光板２１に入射される。そして、蛍光板２１においては、当該蛍光板２１を構成する蛍光体が励起される。これにより、蛍光板２１において蛍光体から蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光体に吸収されずに蛍光板２１の裏面において裏面光反射膜によって反射された励起光と共に光拡散板２５の表面から外部に出射され、蛍光光源装置の外部に出射される。
【００４７】
而して、この蛍光光源装置によれば、図１に係る蛍光光源装置１０および図３に係る蛍光光源装置と同様に、励起光光源からの励起光が指向性を有すると共にガウシアン分布を有するものであっても、蛍光板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光拡散板２５の表面から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、光拡散板２５の内部に入射したものの、蛍光に変換されなかった励起光を有効に利用することができると共に、光拡散板２５の表面から外部に出射される励起光の分布に均一性が得られる。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。
【００４８】
以上において、本発明の蛍光光源装置を具体的な例を用いて説明したが、本発明の蛍光光源装置はこれに限定されるものではない。
例えば、光拡散板は、当該光拡散板の裏面が蛍光板の表面に接触して設けられていなくてもよい。
【００４９】
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では、１つの励起光光源（例えば、レーザダイオード）の光を用いているが、励起光光源が複数あり、蛍光発光部材の前に集光レンズを配置して、集光光を蛍光発光部材に照射する形態であってもよい。また、励起光はレーザダイオードによる光に限るものではなく、蛍光板における蛍光体を励起することができるものであれば、ＬＥＤによる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には、励起光の波長は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。
【００５０】
以下、本発明の実験例について説明する。
【００５１】
〔実験例１〕
図３に示す構成に従って、矩形平板状の蛍光板(２１)上に円盤状の光拡散板(２５)が配設された蛍光発光部材（以下、「蛍光発光部材Ａ」ともいう。）を作製した。
作製した蛍光発光部材Ａにおいて、光拡散板（２５）は、蛍光板（２１）の表面の中央部に配置されており、当該光拡散板（２５）の表面における直径２．７ｍｍの中央部分に励起光入射領域（３１）が形成されたものである。この蛍光発光部材Ａは、下記の仕様を有するものである。
【００５２】
［蛍光板（２１）］
材質：セリウム賦活のＹＡＧ蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ），寸法：５ｍｍ（縦）×５ｍｍ（横）×０．１ｍｍ（厚み）
［光拡散板(２５)］
材質：チタニア微粒子（粒径：２０μｍ，含有割合：３体積％）が分散されたガラス板，直径：３ｍｍ，厚み：３ｍｍ
［拡散反射材層（３７）］
材質：シリコーン樹脂中にアルミナ粒子とチタニア粒子とが分散された拡散反射材，厚み（図２における左右方向の寸法）：１ｍｍ
【００５３】
また、拡散反射材層（３７）を形成しなかったこと以外は、上記の蛍光発光部材と同様の構成および仕様の比較用の蛍光発光部材（以下、「蛍光発光部材Ｂ」ともいう。）を作製した。
【００５４】
作製した蛍光発光部材Ａおよび蛍光発光部材Ｂの光拡散板（２５）における励起光入射領域の各々に対して、ピーク波長が４４５ｎｍの励起光を放射するレーザダイオードからのレーザ光（励起光）を平行光として照射し、出射光における励起光出射分布を測定した。ここに、励起光入射分布はガウシアン分布である。そして、得られた励起光出射分布内における最大励起光強度値を１としたときの、最小励起光強度値を確認したところ、蛍光発光部材Ａの最小励起光強度値は０．３８であり、蛍光発光部材Ｂの最小励起光強度値は０．１８であった。
その結果、蛍光発光部材として、光拡散板の外周面の全周にわたって光反射部（拡散反射層）が設けられたものを用いることにより、出射光における励起光の分布に高い均一性が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００５５】
１０    蛍光光源装置
１１    励起光光源
１５    コリメートレンズ
２０    蛍光発光部材
２１    蛍光板
２５    光拡散板
３１    励起光入射領域
３１Ａ    外縁
３５    光反射膜
３７    拡散反射材層
４１    保持部材
４２    円筒部
４３    内方突出部
４３Ａ    開口
４４    外方突出部
４５    空隙層
５１    蛍光板
５５    支持部材
５８    間隙層
５９    光拡散剤
６１    透明板
６２    反射膜
【図１】
0006413673.tif 000002
【図２】
0006413673.tif 000003
【図３】
0006413673.tif 000004
【図４】
0006413673.tif 000005
【図５】
0006413673.tif 000006