(57)【要約】【課題】  従来に比べて十分な高輝度化を図ることが可能であり、かつ、色むらの少ない高品質な光パターンを得ることの可能な光源装置を提供する。【解決手段】  可視光を励起光として発光する固体光源５と、固体光源５からの励起光により励起され蛍光を発光する蛍光体層２とを備え、固体光源５と蛍光体層２とが空間的に離れて配置されており、励起光が入射した蛍光体層２からの光の反射を用いて少なくとも蛍光を取り出すようになっている光源装置であって、固体光源２と蛍光体層２との間には、偏光手段１１が設けられており、該偏光手段１１は、固体光源５からの励起光の電界ベクトルが、励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線ｚとによりなす平面に平行となるように、固体光源５からの励起光を偏光する。【選択図】      図４
2012190628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れて配置されており、励起光が入射した前記蛍光体層からの光の反射を用いて少なくとも蛍光を取り出すようになっている光源装置であって、前記固体光源と前記蛍光体層との間には、偏光手段が設けられており、該偏光手段は、前記固体光源からの励起光の電界ベクトルが、励起光の前記蛍光体層への入射方向と前記蛍光体層の入射面の法線とによりなす平面に平行となるように、前記固体光源からの励起光を偏光することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れて配置されており、励起光が入射した前記蛍光体層からの光の反射を用いて少なくとも蛍光を取り出すようになっている光源装置であって、前記固体光源に前記固体光源からの励起光自体が偏光しているものを用いる場合、前記固体光源からの励起光の電界ベクトルが、励起光の前記蛍光体層への入射方向と前記蛍光体層の入射面の法線とによりなす平面に平行となるように、前記固体光源を設置することを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項２記載の光源装置において、前記固体光源からの励起光の偏光比（ｐ偏光成分とｓ偏光成分との比（ｓ偏光／ｐ偏光））が１％以下〜５％以下であることを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光源装置において、ｎ１を入射側の屈折率とし、ｎ２を蛍光体層の屈折率とするとき、前記固体光源からの励起光の前記蛍光体層の入射面への入射角θが、
ａｒｃｔａｎ（（ｎ２−０．５）／ｎ１）＜θ＜ａｒｃｔａｎ（（ｎ２＋０．５）／ｎ１
の範囲であることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光源装置において、前記蛍光体層の面のうち励起光が入射する側の面とは反対側に反射面が設けられていることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光源装置が用いられていることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ等の光半導体と蛍光体層を組み合わせた光源装置は広く普及しているが、近年では高輝度化が進み、一般照明や自動車のヘッドランプなどその応用範囲が広がってきている。このような光源装置は、今後も高輝度化することで、さらに多様な用途での普及が進むと考えられている。
【０００３】
このような光半導体と蛍光体層を組み合わせた光源装置を高輝度化するための手段として、光半導体に大電流を投入し光半導体からの励起光強度を強めることが考えられるが、実際には蛍光体層で熱が発生し、蛍光体層において樹脂成分の変色や蛍光体の温度消光による蛍光強度の低下が生じてしまう。このため、結果として、発光強度は飽和、減少し、光半導体と蛍光体層を組み合わせた光源装置の高輝度化は困難であった。
【０００４】
ここで、蛍光体層内の樹脂成分の変色とは、通常、蛍光体層は一定の形状に再現性良く形成するため、蛍光体粉末を樹脂成分と混練してペースト状に調製し、印刷法等を用いて塗布形成しており、この樹脂成分が加熱され２００℃程度以上になると変色してしまう現象のことである。樹脂成分は本来透明であるため、熱により樹脂成分に変色が起きると、光半導体からの励起光や蛍光体層からの蛍光の一部を吸収してしまい、高輝度化を妨げる要因となっていた。
【０００５】
また、蛍光体の温度消光とは、蛍光体を加熱すると蛍光強度が低下する現象のことである。温度消光により蛍光強度が低下すると、蛍光に変換されなかったエネルギーが熱となるため蛍光体の発熱量が増加し、さらに蛍光体の温度が上昇して温度消光が進み、蛍光強度もさらに低下するという現象が起きる。このため、熱により発生する蛍光体の温度消光も、高輝度化を妨げる要因となっていた。
【０００６】
これらの問題を解決するために、特許文献１には、樹脂を含まない蛍光体層を用いた光源装置が提案されている。この場合、蛍光体層は、樹脂成分を含まないため変色は起こらず、さらに蛍光体層を温度感受性の低い蛍光体のセラミックス層とするために温度消光が起きないので、高輝度化が可能である。また、図１のように蛍光体層９２を光半導体（固体光源）９５と直接接合することで、蛍光体層９２で発生した熱を光半導体（固体光源）９５側に放散することを意図していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−００５３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来の図１に示すような光半導体（固体光源）９５と蛍光体層９２とが直接接合された光源装置では、光半導体（固体光源）９５からの励起光によって励起された蛍光体層９２からの発光（蛍光）のうち光半導体（固体光源）９５側とは反対側に出射する蛍光と、蛍光体層９２で吸収されずに蛍光体層９２を透過する光半導体（固体光源）９５からの励起光とを用いている。つまり、図１の光源装置は、蛍光体層９２を透過する光を利用する透過方式のものとなっている。
【０００９】
ここで、蛍光体層９２からの出射光を考えると、上記透過光とともに蛍光体層９２との界面で反射されて光半導体（固体光源）９５側へ戻って行く光、つまり反射光も存在しており、この光（反射光）は、光半導体（固体光源）９５に再吸収されるため、照明光として利用できない光となってしまうという問題があった。
【００１０】
また、図１の光源装置では、蛍光体層９２の熱を光半導体（固体光源）９５側に放散することを意図しているが、光半導体（固体光源）９５の励起光強度を高めた場合、蛍光体層９２のみならず光半導体（固体光源）９５でも発熱が起きるため、蛍光体層９２の発熱を同じく発熱している光半導体（固体光源）９５の側から放散させることとなり、熱放散の効率が良くないという問題があった。
【００１１】
このように、図１の光源装置では、透過方式のものとなっていることと、蛍光体層９２の発熱に対する熱放散の効率が良くないということとから、高輝度化に限界があった。
【００１２】
光源装置を高輝度化するのに、本願出願人は、本願の先願（特願２００９−２８６３９７）に記載のような光源装置を案出した。図２（ａ），（ｂ）は、本願の先願に記載の光源装置１０の構成例を示す図である。なお、図２（ａ）は全体の正面図、図２（ｂ）は蛍光体層が設けられている部分の平面図である。図２（ａ），（ｂ）を参照すると、この光源装置１０では、固体光源５と蛍光体層２を空間的に離して配置し、固体光源５からの励起光を蛍光体層２に入射させて蛍光体層２からの蛍光と励起光とを反射方式で取り出すようにしている。ここで、反射方式とは、前記蛍光体層２の面のうち励起光が入射する側の面とは反対側に設けられた反射面による反射を用いて蛍光と励起光とを取り出す方式であり、反射方式を採用することで、蛍光の反射光と励起光の反射光とを損失が少なく利用できるため高輝度化が可能となる。なお、図２（ａ），（ｂ）において、符号６は放熱基板、符号７は蛍光体層２と放熱基板６との接合部である。
【００１３】
しかしながら、固体光源５と蛍光体層２を空間的に離して配置した反射方式の光源装置１０では、蛍光体層２で反射された蛍光（例えば黄色光）と励起光（例えば青色光）とを例えばレンズ系を介して照明光として投射面に照射した場合、蛍光体層２で反射された励起光（例えば青色光）が、投射面に部分的に投影されてしまい、色むらが発生するという問題がある。
【００１４】
図３は蛍光体層２で反射された励起光（例えば青色光）が投射面に部分的に投影され色むら（例えば青色が強い色むら）が発生するメカニズムを説明するための図である。固体光源５から蛍光体層２に励起光が入射し、蛍光体層２で吸収された励起光は色変換され等方的に放射される。しかし、一部の励起光は蛍光体層２の表面で正反射してしまい、反射方向に正反射成分としてまとまって出射される。蛍光体層２からの反射光を例えばレンズ系１５を介して照明光として投射面７０に照射した場合には、ある部分７１に励起光（例えば青色光）の正反射成分がまとまって照射されてしまい、この部分７１で色むら（例えば青色が強い色むら）となり、品質の悪いものとなっていた。
【００１５】
本発明は、従来に比べて十分な高輝度化を図ることが可能であり、かつ、色むらの少ない高品質な光パターンを得ることの可能な光源装置および照明装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れて配置されており、励起光が入射した前記蛍光体層からの光の反射を用いて少なくとも蛍光を取り出すようになっている光源装置であって、前記固体光源と前記蛍光体層との間には、偏光手段が設けられており、該偏光手段は、前記固体光源からの励起光の電界ベクトルが、励起光の前記蛍光体層への入射方向と前記蛍光体層の入射面の法線とによりなす平面に平行となるように、前記固体光源からの励起光を偏光することを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２記載の発明は、可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れて配置されており、励起光が入射した前記蛍光体層からの光の反射を用いて少なくとも蛍光を取り出すようになっている光源装置であって、前記固体光源に前記固体光源からの励起光自体が偏光しているものを用いる場合、前記固体光源からの励起光の電界ベクトルが、励起光の前記蛍光体層への入射方向と前記蛍光体層の入射面の法線とによりなす平面に平行となるように、前記固体光源を設置することを特徴としている。
【００１８】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の光源装置において、前記固体光源からの励起光の偏光比（ｐ偏光成分とｓ偏光成分との比（ｓ偏光／ｐ偏光））が１％以下〜５％以下であることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光源装置において、ｎ１を入射側の屈折率とし、ｎ２を蛍光体層の屈折率とするとき、前記固体光源からの励起光の前記蛍光体層の入射面への入射角θが、
ａｒｃｔａｎ（（ｎ２−０．５）／ｎ１）＜θ＜ａｒｃｔａｎ（（ｎ２＋０．５）／ｎ１
の範囲であることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光源装置において、前記蛍光体層の面のうち励起光が入射する側の面とは反対側に反射面が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光源装置が用いられていることを特徴とする照明装置である。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１、請求項３乃至請求項６記載の発明によれば、可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れて配置されており、励起光が入射した光の反射を用いて少なくとも蛍光を取り出すようになっている光源装置であって、前記固体光源と前記蛍光体層との間には、偏光手段が設けられており、該偏光手段は、前記固体光源からの励起光の電界ベクトルが、励起光の前記蛍光体層への入射方向と前記蛍光体層の入射面の法線とによりなす平面に平行となるように（すなわち、ｐ偏光となるように）、前記固体光源からの励起光を偏光するので、従来に比べて十分な高輝度化を図ることが可能であり、かつ、色むらの少ない高品質な光パターンを得ることができる。
【００２３】
また、請求項２乃至請求項６記載の発明によれば、可視光を励起光として発光する固体光源と、該固体光源からの励起光により励起され該固体光源の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れて配置されており、励起光が入射した光の反射を用いて少なくとも蛍光を取り出すようになっている光源装置であって、前記固体光源に前記固体光源からの励起光自体が偏光しているものを用いる場合、前記固体光源からの励起光の電界ベクトルが、励起光の前記蛍光体層への入射方向と前記蛍光体層の入射面の法線とによりなす平面に平行となるように（すなわち、ｐ偏光となるように）、前記固体光源を設置するので、従来に比べて十分な高輝度化を図ることが可能であり、かつ、色むらの少ない高品質な光パターンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の光源装置を示す図である。
【図２】本願の先願に記載の光源装置の構成例を示す図である。
【図３】蛍光体層で反射された励起光が投射面に部分的に投影されて色むらが発生するメカニズムを説明するための図である。
【図４】本発明の光源装置の一構成例を示す図である。
【図５】励起光の蛍光体層への入射角θと反射率との関係を示す図である。
【図６】蛍光体層の屈折率ｎ２に対して励起光のｐ偏光成分の反射率を１％以下にさせる入射角θの範囲を示す図である。
【図７】蛍光体層に入射する励起光の角度θが所定範囲のとき色むらが少なくなることを説明するための図である。
【図８】本発明の光源装置の他の構成例を示す図である。
【図９】固体光源として半導体レーザーを用いた場合の、固体光源への入力電流（％）に対する固体光源からの励起光の偏光比を示す図である。
【図１０】本発明の光源装置の他の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の光源装置の他の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の照明装置の一構成例を示す図である。
【図１３】本発明の照明装置の他の構成例を示す図である。
【図１４】本発明の照明装置の他の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の照明装置の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の光源装置の一構成例を示す図である。なお、図４（ａ）は全体の正面図、図４（ｂ）は蛍光体層が設けられている部分の平面図であり、図４（ａ），（ｂ）において図２（ａ），（ｂ）と同様の箇所、対応する箇所には同じ符号を付している。図４（ａ），（ｂ）を参照すると、この光源装置２０は、可視光を励起光として発光する固体光源（発光ダイオードや半導体レーザー）５と、該固体光源５からの励起光により励起され該固体光源５の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含む蛍光体層２とを備え、固体光源５と蛍光体層２とが空間的に離れて配置されている。
【００２７】
ここで、蛍光体層２には、実質的に樹脂成分を含んでいないものが用いられる。
【００２８】
また、蛍光体層２の前記励起光が入射する側の面とは反対側には、放熱基板６が設けられており、蛍光体層２は、放熱基板６に接合部７によって接合されている。ここで、接合部７には、後述のように、光反射性を有し（光反射面としての機能を有し）、かつ、熱伝導率の大きな材料が用いられるのが良い。
【００２９】
また、この光源装置２０では、図２（ａ），（ｂ）に示した光源装置１０と同様に、蛍光体層２の面のうち固体光源５からの励起光が入射する側の面とは反対側に設けられた反射面による反射を用いて少なくとも蛍光（具体的には、蛍光と励起光）を取り出す方式（以下、反射方式と称す）が採用されている。
【００３０】
このように、この光源装置２０は、基本的には、図２（ａ），（ｂ）に示した光源装置１０と同様に、固体光源５と蛍光体層２とを空間的に離して配置し、発光を反射方式で利用することを特徴としている。
【００３１】
すなわち、図１に示した光源装置のように、蛍光体層９２が固体光源９５と接している場合には、高輝度化しようとしても、蛍光体層９２と固体光源９５との両方とも加熱されてしまうため、蛍光体層９２からの熱放散の効率が悪かったが、図４（ａ）、（ｂ）の光源装置２０では、図２（ａ），（ｂ）に示した光源装置１０と同様に、蛍光体層２を固体光源５から離して配置することで、高輝度化する場合にも、蛍光体層２からの熱を、接合部７を介して低温の放熱基板６へ放散させることが可能となり、蛍光体層２からの熱放散効率を、図１に示した従来の光源装置に比べて、著しく高めることができる。
【００３２】
また、図１に示した従来の光源装置では、固体光源９５からの励起光と蛍光体層９２からの蛍光のうち、固体光源９５とは反対の側に出射する蛍光と、蛍光体層９２で吸収されずに透過する固体光源９５からの励起光とを用いている。つまり透過方式を使用している。ここで、透過方式では、蛍光体層９２からの出射光を考えると、励起光については上記透過光とともに蛍光体層９２との界面で反射されて固体光源９５側へ戻っていく発光、つまり反射光も存在しており、この反射光は固体光源９５に再吸収されるため照明光として利用できない光となってしまう。また、蛍光体層９２からの蛍光は、蛍光体層９２の両面から出射するため、やはり固体光源９５側に出射する光は利用できない。このように、透過方式では、光の利用効率が低下してしまう。また、透過方式では、目的の色度の照明光を得るためには蛍光体層９２の厚みを厚くする必要があり、蛍光体層９２から固体光源９５までの距離が長くなるため、蛍光体層９２からの熱を固体光源９５に放散する上で不利であった。
【００３３】
これに対して、図４（ａ）、（ｂ）の光源装置２０では、固体光源５とは反対の側に出射する光（励起光、蛍光）を反射面（例えば接合部７の反射面（接合部７の蛍光体層２と接するところに設けられた反射面））で固体光源５側に反射する反射方式を採用しているので、図２（ａ）、（ｂ）に示した光源装置１０と同様に、固体光源５からの励起光によって励起された蛍光体層２からの発光（蛍光）（すなわち、固体光源５側に出射する蛍光）と、蛍光体層２で吸収されなかった固体光源５からの励起光（すなわち、蛍光体層２で吸収されなかった固体光源５からの光の反射光）とを少ない損失で照明光として利用できるため、高輝度化が可能となる。また、透過型に対して反射型では、蛍光体層２の厚みが半分以下でも蛍光体層２内の光路長が等しくなり、同じ色度の光が得られるため、蛍光体層２を薄くすることができ、蛍光体層２から基板６までの距離が短くなるので、熱放散の面でも有利である。
【００３４】
このように、図４（ａ）、（ｂ）の光源装置２０では、基本的には、図２（ａ）、（ｂ）に示した光源装置１０と同様に、固体光源５と蛍光体層２とを空間的に離して配置し、発光を反射方式で利用するので、従来方式に比べて高輝度化を図ることができる。
【００３５】
さらに、図４（ａ）、（ｂ）の光源装置２０では、蛍光体層２には、実質的に樹脂成分を含んでいないものが用いられるので、熱による変色がなく、光の吸収が少ないことから、より一層の高輝度化を図ることができる。
【００３６】
ここで、樹脂成分を実質的に含まない蛍光体層２とは、蛍光体層の形成に通常使用される樹脂成分が蛍光体層の５ｗｔ％以下であるものを意味する。このような蛍光体層を実現するものとして蛍光体粉末をガラス中に分散させたもの、ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体、蛍光体の単結晶や蛍光体の多結晶体（以下、蛍光体セラミックスと称す）などが挙げられる。蛍光体セラミックスは、蛍光体の製造過程において、焼成前に材料を任意の形状に成形し、焼成した蛍光体の塊である。蛍光体セラミックスは、その製造工程のうち、成形工程においてバインダーとして有機物を使用する場合があるが、成形後に脱脂工程を設けて有機成分を焼き飛ばすため、焼成後の蛍光体セラミックスには有機樹脂成分は５ｗｔ％以下しか残留しない。したがって、ここに挙げた蛍光体層は、実質的に樹脂成分を含まず、無機物質のみから構成されているため、熱による変色が発生することがない。また、無機物質のみからなるガラスやセラミックスは、一般に、樹脂よりも熱伝導率が高いため、蛍光体層２から基板６への熱放散においても有利である。特に蛍光体セラミックスは、一般的に、ガラスよりもさらに熱伝導率が高く、単結晶より製造コストが安いため、これを蛍光体層２に用いるのが好適である。
【００３７】
また、蛍光体層２は、固体光源５からの励起光により励起され固体光源５の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の蛍光体を含んでいる。具体的には、固体光源５が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層２は、例えば、緑、赤、黄色などの蛍光体のうち、少なくとも１種類の蛍光体を含んでいる。固体光源５が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層２が、例えば、緑、赤色の蛍光体を含んでいるときには（緑、赤色の蛍光体のそれぞれが例えば均一に分散されて混合されたものとなっているときには）、固体光源５からの青色光を蛍光体層２に照射するとき、反射光として白色などの照明光を得ることができる。また、固体光源５が可視光として青色光を発光するものである場合、蛍光体層２が、例えば、黄色の蛍光体だけを含んでいるときには、固体光源５からの青色光を蛍光体層２に照射するとき、反射光として白色などの照明光を得ることができる。
【００３８】
また、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０において、放熱基板６は、蛍光体層２から放散してきた熱を外部へ放散させる役割と、蛍光体層２の支持基板の役割も担うものである。このため、高い伝熱特性、加工性などが求められる。この放熱基板６には、金属基板や、アルミナなどの酸化物セラミックス、窒化アルミニウムなどの非酸化セラミックスなどが使用可能であるが、特に高い伝熱特性、加工性を併せ持つ金属基板が使用されるのが望ましい。
【００３９】
また、蛍光体層２と放熱基板６との接合部７には、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、金属（金属のろう付け）などを用いることができる。接合部７は、光（固体光源５からの励起光によって励起された蛍光体層２からの発光（蛍光）と、蛍光体層２で吸収されなかった固体光源５からの光）に対する反射面の役割と、蛍光体層２から熱を放散させる役割とを担うものであるから、高い光反射特性と高い伝熱特性を併せ持つ金属（金属のろう付け）が用いられるのが望ましい。もしくは、蛍光体層２と放熱基板６との接合部７には、金属成分を含有する導電性接着剤を用いることもできる。
【００４０】
ところで、前述したように、固体光源５と蛍光体層２を空間的に離して配置した反射方式の光源装置、例えば図２（ａ），（ｂ）の光源装置１０では、蛍光体層２で反射する励起光（例えば青色光）が投射面に部分的に投影されてしまい、色むら（例えば青色が強い色むら）が発生するという問題がある。すなわち、固体光源５から蛍光体層２に励起光が入射し、蛍光体層２で吸収された励起光は色変換され等方的に放射される。しかし、一部の励起光は蛍光体層２の表面で正反射してしまい、反射方向に正反射成分としてまとまって出射される。例えば図３に示したように、蛍光体層２からの反射光をレンズ系１５を介して照明光として投射面７０に照射した場合には、ある部分７１に励起光（例えば青色光）の正反射成分がまとまって照射されてしまい、この部分７１で色むら（例えば青色が強い色むら）が生じ、品質の悪いものとなっていた。なお、投射面７０の部分７１以外の部分は、励起光（例えば青色光）と蛍光体層（例えば黄色蛍光体層）２からの蛍光（例えば黄色光）との混色により、普通の（色むらのない）白色となっている。
【００４１】
図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、色むらをなくすために（すなわち、励起光の正反射成分を低減するために）、固体光源（発光ダイオードや半導体レーザー）５と蛍光体層２との間に、偏光手段（例えば偏光子）１１を設けている。ここで、偏光手段（例えば偏光子）１１は、固体光源５からの励起光の電界ベクトルが、励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線ｚとによりなす平面に平行となるように（すなわち、図４（ａ）の紙面と平行なｐ偏光となるように）、固体光源５からの励起光を偏光して蛍光体層２へ入射させるようになっている。
【００４２】
特に、固体光源５に発光ダイオードを用いる場合には、発光ダイオードからの光自体が偏光していないので、固体光源（発光ダイオード）５と蛍光体層２との間に偏光手段（例えば偏光子）１１を設けることで、偏光を得ることができる。より具体的に、励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線ｚとによりなす平面と垂直に、ｐ偏光成分だけを透過するように偏光子を配置することにより、励起光の電界ベクトルが励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線ｚとによりなす平面に平行な光（すなわちｐ偏光）を蛍光体層２への入射光として得ることができる。
【００４３】
図５には、励起光の蛍光体層２への入射角θと反射率との関係が示されている。なお、図５において、ｓ偏光とは、励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線ｚとによりなす平面と垂直な偏光であり、図４（ａ），（ｂ）の構成では、固体光源５と蛍光体層２との間に、固体光源５からの励起光のｐ偏光成分だけを透過するように偏光手段（例えば偏光子）１１を配置することから（すなわち、固体光源５からの励起光のｓ偏光成分は透過しないようにしていることから）、蛍光体層２へは、ｐ偏光成分だけが入射し、蛍光体層２へのｓ偏光成分の入射はない。
【００４４】
図５からわかるように、励起光の電界ベクトルが、励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線ｚとによりなす平面に平行な場合（すなわちｐ偏光の場合）には、ある入射角θの範囲で反射率がほぼ０になっている。
【００４５】
すなわち、ｎ１を入射側の屈折率とし、ｎ２を蛍光体層２の屈折率とするとき、固体光源５からの励起光の蛍光体層２の入射面への入射角θが、次式（式１）
ａｒｃｔａｎ（（ｎ２−０．５）／ｎ１）＜θ＜ａｒｃｔａｎ（（ｎ２＋０．５）／ｎ１
の範囲であるとき、励起光のｐ偏光成分の反射率は１％以下となり（励起光の正反射成分を十分に低減させることができ）、励起光の正反射成分による色むらを解消することができる。図５の例では、ｎ２が１．８程度となっており、このとき、入射角θが６０°を中心とした所定の角度範囲で、励起光のｐ偏光成分の反射率は１％以下となり（励起光の正反射成分を十分に低減させることができ）、色むらは解消される。
【００４６】
図６には、蛍光体層２の屈折率ｎ２に対する上記式１を満たす入射角θの範囲が示されている。
【００４７】
図７（ａ）は図４（ａ）、（ｂ）の光源装置２０の光取り出し方向に蛍光体層２からの反射光を所定のレンズ系を介して照明光として照射した場合の、照射パターンを示している。蛍光体層２に入射する励起光の角度θがａｒｃｔａｎ（（ｎ２−０．５）／ｎ１）よりも小さい場合、あるいはａｒｃｔａｎ（（ｎ２＋０．５）／ｎ１よりも大きい場合には、図７（ａ）の照射パターンの各点Ｐ１からＰ６における色度は図７（ｂ）となり、中心に近いＰ１からＰ３の点で昼光色の範囲からはみ出してしまい、色むらとなり、品質の悪いものとなってしまう。これに対し、蛍光体層２に入射する励起光の角度θがａｒｃｔａｎ（（ｎ２−０．５）／ｎ１）よりも大きく、かつａｒｃｔａｎ（（ｎ２＋０．５）／ｎ１よりも小さい場合には（すなわち、上記式１を満たす場合には）、図７（ａ）の照射パターンの各点Ｐ１からＰ６における色度は図７（ｃ）となり、点Ｐ１から点Ｐ６の全てが昼光色の範囲となり、色むらは少なく、高品位な光パターンを得ることができる。
【００４８】
このように、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、固体光源５と蛍光体層２との間に、偏光手段（例えば偏光子）１１を設け、ここで、偏光手段（例えば偏光子）１１は、固体光源５からの励起光の電界ベクトルが、励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線ｚとによりなす平面に平行となるように（すなわち、ｐ偏光となるように）、固体光源５からの励起光を偏光して（固体光源５からの励起光のｐ偏光成分だけを透過し、固体光源５からの励起光のｓ偏光成分は透過しないように偏光して）蛍光体層２へ入射させるようになっており、この際、固体光源５からの励起光（ｐ偏光）の蛍光体層２の入射面への入射角θを、
ａｒｃｔａｎ（（ｎ２−０．５）／ｎ１）＜θ＜ａｒｃｔａｎ（（ｎ２＋０．５）／ｎ１
の範囲にするとき、励起光のｐ偏光成分の反射率は１％以下となり（励起光の正反射成分を十分に低減させることができ）、励起光の正反射成分による色むらを解消することができる。
【００４９】
なお、図４（ａ）、（ｂ）の光源装置２０では、固体光源（発光ダイオードや半導体レーザー）５と蛍光体層２との間に、偏光手段（例えば偏光子）１１を設けたが、固体光源５に半導体レーザーを用いる場合には、半導体レーザーからの光自体が偏光（主にｐ偏光）しているので、固体光源５と蛍光体層２との間に偏光手段（例えば偏光子）を必ずしも設ける必要はない。
【００５０】
すなわち、固体光源５に半導体レーザーを用いる場合には、図４（ａ）、（ｂ）の光源装置２０の構成のかわりに、図８（ａ）、（ｂ）の光源装置２５の構成のものにすることができる。なお、図８（ａ）、（ｂ）において、図４（ａ）、（ｂ）と同様の箇所には同じ符号を付している。図８（ａ）、（ｂ）の光源装置２５では、固体光源５に半導体レーザーのように固体光源５からの励起光自体が偏光しているものを用いる場合、固体光源５からの励起光の電界ベクトルが、励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線とによりなす平面に平行となるように（すなわち、図８（ａ）の紙面と平行なｐ偏光となるように）、固体光源５を設置するようにしている。
【００５１】
図９には、固体光源５として半導体レーザーを用いた場合の、固体光源５への入力電流（％）に対する固体光源５からの励起光の偏光比（ｐ偏光成分とｓ偏光成分との比（ｓ偏光／ｐ偏光））が示されている。ここで、入力電流（％）とは、定格電流に対する入力電流の割合であり、また、偏光比とは、強い偏光方向の強度と、これに直角な偏光方向の強度の比であり、いまの場合、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との比（ｓ偏光／ｐ偏光）である。図９から、固体光源５として半導体レーザーを用いる場合、固体光源５からの励起光の偏光比（ｓ偏光／ｐ偏光）は１％以下〜５％以下であり、電流を大きくしていくと、最大入力電流の３０％以上のところで偏光比（ｓ偏光／ｐ偏光）が１％以下となるので、これ以上の電流で使用し（固体光源５からの励起光がほぼｐ偏光成分だけからなり、ｓ偏光成分はほとんど無いようにし）、固体光源５からの励起光の偏光面（ｐ偏光面）が、励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線とによりなす平面に平行となるように（すなわち、図８（ａ）の紙面と平行となるように）、固体光源５を設置することにより、励起光の電界ベクトルが励起光の蛍光体層２への入射方向と蛍光体層２の入射面の法線とによりなす平面に平行な光（すなわちｐ偏光）を蛍光体層２への入射光として得ることができる。
【００５２】
そして、この際、固体光源５からの励起光（ｐ偏光）の蛍光体層２の入射面への入射角θを、次式（式１）
ａｒｃｔａｎ（（ｎ２−０．５）／ｎ１）＜θ＜ａｒｃｔａｎ（（ｎ２＋０．５）／ｎ１
の範囲にするとき、前述したように励起光（ｐ偏光）の反射率は１％以下となり（励起光の正反射成分を低減させることができ）、励起光の正反射成分による色むらを解消することができる。
【００５３】
このように、図８（ａ），（ｂ）の光源装置２５では、半導体レーザーのような偏光した固体光源５を使用し、固体光源５からの励起光（ｐ偏光）の蛍光体層２の入射面への入射角θを、式１を満たす範囲（すなわち、励起光（ｐ偏光）の反射率が０に近い範囲）とすることにより、正反射成分を低減させ、色むらの少ない高品質な光パタ一ンを得ることができる。
【００５４】
なお、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０、図８（ａ），（ｂ）の光源装置２５では、１つの蛍光体層２だけが設けられている構成となっているが、例えば図１０、図１１に示すように（図１０、図１１はそれぞれ図４、図８に対応）、複数の蛍光体層（図１０、図１１の例では、２つの蛍光体層２ｊ，２ｋ）が積層された構成にすることもできる。図１０、図１１の光源装置３０、３５では、例えば、固体光源５が可視光として青色光を発光するものであるとき、蛍光体層２ｊには、緑色の蛍光体からなるものを用い、蛍光体層２ｋには、赤色の蛍光体からなるものを用いれば、反射光として白色などの照明光を得ることができる。
【００５５】
次に、上述した光源装置２０、２５、３０、３５について、より詳細に説明する。
【００５６】
図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０、図８（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図１０の光源装置３０、図１１の光源装置３５において、固体光源５には、可視光領域に発光波長をもつ発光ダイオードや半導体レーザーなどが使用可能である（なお、図８（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図１１の光源装置３５では、可視光領域に発光波長をもつ半導体レーザーなどが使用可能である）。
【００５７】
より具体的に、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０、図８（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図１０の光源装置３０、図１１の光源装置３５において、固体光源５には、例えば、ＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約４６０ｎｍの青色光を発光する発光ダイオードや半導体レーザーなどを用いることができる（なお、図８（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図１１の光源装置３５では、例えば、ＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約４６０ｎｍの青色光を発光する半導体レーザーなどを用いることができる）。この場合、蛍光体層２の蛍光体としては、波長が約４４０ｎｍないし約４７０ｎｍの青色光により励起されるものとして、例えば、赤色蛍光体には、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等を用いることができ、緑色蛍光体には、Ｙ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋等を用いることができ、黄色蛍光体には、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋  （ＹＡＧ）、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋等を用いることができる。
【００５８】
蛍光体層２としては、これらの蛍光体粉末をガラス中に分散させたものや、ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体、樹脂などの結合部材を含まない蛍光体セラミックス等を用いることができる。蛍光体粉末をガラス中に分散させたものの具体例としては、上に列挙した組成の蛍光体粉末をＰ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３などの成分を含むガラス中に分散したものが挙げられる。ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体としては、Ｃｅ３＋やＥｕ２＋を付活剤として添加したＣａ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系やＹ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系などの酸窒化物系ガラス蛍光体が挙げられる。蛍光体セラミックスとしては、上に列挙した組成の蛍光体組成からなり、樹脂成分を実質的に含まない焼結体が挙げられる。これらの中でも透光性を有する蛍光体セラミックスを使用することが望ましい。これは、焼結体中に光の散乱の原因となるポアや粒界の不純物がほとんど存在しないために透光性を有するに至った蛍光体セラミックスである。ポアや不純物は熱拡散を妨げる原因にもなるため、透光性セラミックスは高い熱伝導率を示す。このため蛍光体層として利用した場合には励起光や蛍光を拡散により失うことなく蛍光体層から取り出して利用でき、さらに蛍光体層で発生した熱を効率良く放散することができる。透光性を示さない焼結体でも出来るだけポアや不純物の少ないものが望ましい。ポアの残存量を評価する指標としては蛍光体セラミックスの比重の値を用いることができ、その値が計算される理論値に対して９５％以上のものが望ましい。
【００５９】
ここで、青色励起の黄色発光蛍光体であるＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体を例に、透光性を有する蛍光体セラミックスの製造方法を説明する。蛍光体セラミックスは出発原料の混合工程、成形工程、焼成工程、加工工程を経て製造される。出発原料には、酸化イットリウムや酸化セリウムやアルミナ等、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体の構成元素の酸化物や、焼成後に酸化物となる炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等を用いる。出発原料の粒径はサブミクロンサイズのものが望ましい。これらの原料を化学量論比となるように秤量する。このとき焼成後のセラミックスの透過率向上を目的として、カルシウムやシリコンなどの化合物を添加することも可能である。秤量した原料は、水もしくは有機溶剤を用い、湿式ボールミルにより十分に分散、混合を行う。次に混合物を所定の形状に成形する。成形方法としては、一軸加圧法、冷間静水圧法、スリップキャスティング法や射出成形法等を用いることができる。得られた成形体を１６００〜１８００℃で焼成する。これにより、透光性のＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体セラミックスを得ることができる。
【００６０】
以上のようにして作製した蛍光体セラミックスは、自動研磨装置などを用いて、厚さ数十〜数百μｍの厚みに研磨し、さらに、ダイアモンドカッターやレーザーを用いたダイシングやスクライブにより、円形や四角形や扇形、リング形など任意の形状の板に切り出して使用する。
【００６１】
ここで、蛍光体セラミックスは、空気に対して屈折率が高く、さらに、内部にポアなどの散乱の原因となるものが少なく、光がセラミックス内部を導波するため、板状に成形した場合には側面から出射される発光成分が増加し、正面方向へ出射される発光成分が減少してしまう。この問題を解決するために、セラミックスの表面にエッチングにより凹凸の光取出し構造を設けたり、レンズを実装したり、側面に反射層を設けることで、正面方向へ出射される発光成分を増加させることも可能である。
【００６２】
また、放熱基板６には、金属基板や酸化物セラミックス、非酸化セラミックスなどを使用可能であるが、特に高い伝熱特性、加工性を併せ持つ金属基板を使用するのが望ましい。金属としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｐｄなどの単体や、それらを含む合金が使用可能である。また、放熱基板６の表面に増反射や腐食防止を目的としたコーティングを施しても良い。また、放熱基板６には、放熱性を高めるために、フィンなどの構造を設けても良い。
【００６３】
また、蛍光体層２と放熱基板６との接合部７には、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、金属ろう付けなどを用いることができる。これらの中でも、高い反射率と伝熱特性を両立可能な金属ろう付けを用いるのが望ましい。セラミックス（蛍光体層２）と金属基板（放熱基板６）との接合は、まず、セラミックス側に金属膜を形成し、その金属膜と金属基板を金属ろう付けすることで可能である。セラミックスへの金属膜の形成は、真空中での蒸着法やスパッタ法、もしくは高融点金属法などが使用可能である。なお、高融点金属法とは、セラミックスの表面に金属微粒子を含む有機バインダーを塗布し、水蒸気と水素を含む還元雰囲気下で１０００〜１７００℃に加熱する方法である。このとき形成される金属膜には、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｃｕなどを含む単体や合金が用いられる。また、金属ろう材には、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｂｉなどを含むろう材が使用可能である。必要であれば金属膜と金属の接合面の酸化被膜をフラックスで除去し、接合面に金属ろう材を配置し、２００〜８００℃に加熱し、冷却することで、接合することができる。また、接合後にセラミックスと金属の膨張係数の差による接合面の破壊を防ぐために、セラミックスと金属の中間の膨張係数を有する物質を介在させて接合を行っても良い。
【００６４】
上述したように、本発明では、固体光源５と蛍光体層２を放熱基板６に対して同じ側に設置することで、反射型の光源装置となる。もちろん必要であれば、固体光源５と蛍光体層２との間にレンズなどの光学素子を入れることもできる。
【００６５】
また、本発明の上述した光源装置を所定のレンズ系などの光学部品と組み合わせることで、高輝度化が可能な照明装置を提供できる。
【００６６】
図１２、図１３、図１４、図１５には、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０、図８（ａ），（ｂ）の光源装置２５、図１０の光源装置３０、図１１の光源装置３５の光取り出し方向に所定のレンズ系２４、２９、３４、３９をそれぞれ設けた照明装置４０、４５、５０、５５が示されている。図１２、図１３、図１４、図１５の照明装置４０、４５、５０、５５では、光源装置２０、２５、３０、３５からの照明光をレンズ系２４、２９、３４、３９でそれぞれ集光し、照明に利用することができる。この場合、本発明では、前述したように、励起光の正反射成分が低減された色むらの少ない高品質な照明光を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、一般照明や、ヘッドランプ等の自動車用照明などに利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
２          蛍光体層
５          固体光源
６          放熱基板
７          接合部
１１          偏光手段
２０、２５、３０、３５        光源装置
２４、２９、３４、３９        レンズ系
４０、４５、５０、５５        照明装置
【図１】
2012190628.tif 000003
【図２】
2012190628.tif 000004
【図３】
2012190628.tif 000005
【図４】
2012190628.tif 000006
【図５】
2012190628.tif 000007
【図６】
2012190628.tif 000008
【図７】
2012190628.tif 000009
【図８】
2012190628.tif 000010
【図９】
2012190628.tif 000011
【図１０】
2012190628.tif 000012
【図１１】
2012190628.tif 000013
【図１２】
2012190628.tif 000014
【図１３】
2012190628.tif 000015
【図１４】
2012190628.tif 000016
【図１５】
2012190628.tif 000017