(57)【要約】【課題】  従来に比べて十分な高輝度化を図り、かつ、スペックルの少ない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】  紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する固体光源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、該蛍光体層２は実質的に樹脂成分を含まず、前記固体光源５と前記蛍光体層２とが空間的に離れて配置されており、励起光が入射した光の反射を用いて蛍光を取り出すようになっている光源装置であって、前記蛍光体層２を所定の方向に所定の振動振幅および所定の振動周波数で振動させる振動手段８が設けられている。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を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、該蛍光体層は実質的に樹脂成分を含まず、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、前記蛍光体層を所定の方向に所定の振動振幅および所定の振動周波数で振動させる振動手段が設けられていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の光源装置において、前記振動手段は、前記蛍光体層を前記光源装置の光取り出し方向に振動させることを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光源装置において、前記振動手段は、前記励起光の位相を半分以上変化させる振動振幅、３０Ｈｚ以上の振動周波数で、前記蛍光体層を振動させ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、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、固体光源５がコヒーレントな励起光を出射するものである場合、蛍光体層２で反射する励起光にスペックルが発生するという問題がある。ここで、スペックルとは、反射面の微細な凹凸により反射光が干渉して生ずる、光の強弱が入り乱れた複雑なパターン（干渉パターン）である。
【００１４】
図３は蛍光体層２で反射する励起光にスペックルが発生するメカニズムを説明するための図である。図３を参照すると、蛍光体層２のある位置Ｐ１では、表面に凹凸がないことで、固体光源５からの入射光すなわちコヒーレントな励起光は、位相差が０の反射光（明るい反射光）として反射される。一方、蛍光体層２のある位置Ｐ２では、表面に例えば凸があることで、固体光源５からの入射光すなわちコヒーレントな励起光は、位相差がπの反射光（暗い反射光）として反射される。このように、固体光源５に例えば半導体レーザーのような指向性が強くコヒーレントな励起光を出射するものを用い、この固体光源５からの励起光を蛍光体層２に照射した場合、蛍光体層２で反射する励起光は反射面の微細な凹凸により反射光は干渉して、光の強弱が入り乱れた複雑なパターン（すなわちスペックル）を生じる。蛍光と反射した励起光とを図４に示すように例えばレンズ系１５を介して照明光として照射した場合には、光の強弱が入り乱れたパターン（すなわちスペックル）７０が投影され、品質が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、スペックル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、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を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、該蛍光体層は実質的に樹脂成分を含まず、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、前記蛍光体層を所定の方向に所定の振動振幅および所定の振動周波数で振動させる振動手段が設けられていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光源装置において、前記振動手段は、前記蛍光体層を前記光源装置の光取り出し方向に振動させ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１または請求項２記載の光源装置において、前記振動手段は、前記励起光の位相を半分以上変化させる振動振幅、３０Ｈｚ以上の振動周波数で、前記蛍光体層を振動させ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、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。
【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】
【００２１】
請求項１乃至請求項５記載の発明によれば、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を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、該蛍光体層は実質的に樹脂成分を含まず、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、前記蛍光体層を所定の方向に所定の振動振幅および所定の振動周波数で振動させる振動手段が設けられているので、従来に比べて十分な高輝度化を図ることができ、かつ、スペックル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】
【００２２】
【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】蛍光体層で反射する励起光にスペックルが発生するメカニズムを説明するための図である。
【図４】光の強弱が入り乱れた複雑なパターン（すなわちスペックル）の例を示す図である。
【図５】本発明の光源装置の一構成例を示す図である。
【図６】振動振幅を説明するための図である。
【図７】振動機構によってスペックルを解消する原理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】本発明の照明装置の一構成例を示す図である。
【図１０】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】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図５（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５（ａ）は全体の正面図、図５（ｂ）は蛍光体層が設けられている部分の平面図であり、図５（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５（ａ），（ｂ）を参照すると、この光源装置２０は、紫外光から可視光までの波長領域のうちの所定の波長の光を発光する固体光源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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、振動手段（振動機構）８を介して放熱基板６が設けられており（換言すれば、蛍光体層２と放熱基板６との間に振動手段（振動機構）８が設けられており）、蛍光体層２は、放熱基板６に振動機構８を介して接合部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。
【００２７】
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蛍光などの光を取り出す方式（以下、反射方式と称す）が採用されている。
【００２８】
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。
【００２９】
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５（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、振動機構８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。
【００３０】
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。
【００３１】
これに対して、図５（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。
【００３２】
このように、図５（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。
【００３３】
さらに、図５（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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が紫外光を発光するものである場合、蛍光体層２は、例えば、青、緑、赤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が紫外光を発光するものである場合、蛍光体層２が、例えば、青、緑、赤色の蛍光体を含んでいるときには（青、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からの紫外光を蛍光体層２に照射するとき、反射光として白色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。
【００３６】
また、図５（ａ），（ｂ）の光源装置２０において、放熱基板６は、蛍光体層２から振動機構８を介して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。
【００３７】
また、蛍光体層２と振動機構８、振動機構８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と振動機構８、振動機構８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。
【００３８】
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、固体光源５がコヒーレントな励起光を出射するものである場合、蛍光体層２で反射する励起光にスペックルが発生するという問題がある。すなわち、固体光源５に例えば半導体レーザーのような指向性が強くコヒーレントな励起光を出射するものを用い、この固体光源５からの励起光を蛍光体層２に照射した場合、蛍光体層２で反射する励起光は反射面（接合部７の表面）の微細な凹凸により反射光は干渉して、光の強弱が入り乱れた複雑なパターン（スペックル）を生じ、蛍光と反射した励起光とを図４に示すように例えばレンズ系１５を介して照明光として照射した場合には、光の強弱が入り乱れたパターン（すなわちスペックル）７０が投影され、品質が悪いものとなっていた。
【００３９】
図５（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、スペックルをなくすために、すなわち、反射光の干渉を解消するために、蛍光体層２と放熱基板６との間に振動機構８を設けている。
【００４０】
振動機構８には、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電素子（ピエゾ素子）を積層したものを使用することができる。これは、低い電圧で、固体光源５からの励起光の波長（励起光が例えば青色光の場合、４４０ｎｍ乃至４７０ｎｍ程度の波長）の半分以上の変位（換言すれば、反射光（励起光）の位相を半分以上変化させる変位（反射光（励起光）の位相を−π〜０〜πの範囲以上の範囲で変化させる変位））を生じさせることができるためである。
【００４１】
振動機構８は、蛍光体層２を所定の方向に所定の振動振幅（変位量）および所定の振動周波数で振動（振動変位）させるようになっている。
【００４２】
具体的には、振動機構８は、例えば、蛍光体層２を光源装置２０の光取り出し方向に（すなわち、蛍光体層２の表面と垂直な方向に）振動（振動変位）させるようになっている。なお、上記例では、振動機構８は、蛍光体層２を光源装置２０の光取り出し方向に（すなわち、蛍光体層２の表面と垂直な方向に）振動（振動変位）させるようになっているとしたが、振動機構８としては、反射光（励起光）の位相を半分以上変化させるものであれば、上記例に限らず、任意の方向に振動（振動変位）させることができる（例えば、励起光の入射方向に振動（振動変位）させることもできる）。また、振動機構８は、固体光源５からの励起光の波長の半分以上の変位（反射光（励起光）の位相を半分以上変化させる変位）で振動させるようになっている。固体光源５からの励起光の波長の半分以上の変位（反射光（励起光）の位相を半分以上変化させる変位）とは、励起光が紫外光から可視光までの波長領域であることから、例えば３５０ｎｍ以上のものであり、振動機構８は、蛍光体層２を例えば３５０ｎｍ以上（より的確には、例えば３５０ｎｍ乃至１０００ｎｍの範囲）の振動振幅（変位量）で振動させるようになっている。仮に振動振幅が３５０ｎｍ以下となった場合は、十分にスペックルの問題が改善されず、また１０００ｎｍ以上となった場合には、ピエゾ素子が振動に耐えられないものとなり、破損するおそれがあるものとなる。また、任意の振動方向に振動（振動変位）させる場合は、任意の振動方向と光取り出し方向とのなす角度をθとするとき、１／ｃｏｓθと蛍光体層２の振動振幅とを掛けた値を振動振幅とする。ただし、１／ｃｏｓθと蛍光体層２の振動振幅とを掛けた値は、３５０ｎｍ乃至１０００ｎｍの範囲のものとする。図６は蛍光体層２に対する振動振幅を説明するための図であり、上記の振動振幅とは、振動がないときの蛍光体層２の高さ位置をＤ０とし、振動により最も高くなったときの蛍光体層２の高さ位置をＤ１とし、振動により最も低くなったときの蛍光体層２の高さ位置をＤ２とするとき、蛍光体層２の高さ位置Ｄ１とＤ２との差（Ｄ１―Ｄ２）である。また、振動機構８は、蛍光体層２を３０Ｈｚ以上の振動周波数で振動させるようになっている。すなわち、人の目は、感知できる周波数が３０Ｈｚ程度なので、３０Ｈｚ以上の振動周波数で、位相を混合することにより、下記の原理によって、スペックルを解消することができる。
【００４３】
図７は振動機構８によってスペックルを解消する原理を説明するための図である。固体光源５に例えば半導体レーザーのような指向性が強くコヒーレントな励起光を出射するものを用い、この固体光源５からの励起光を蛍光体層２に照射した場合、蛍光体層２のある位置Ｐ１に着目するとき、蛍光体層２のこの位置Ｐ１は、例えば光源装置２０の光取り出し方向に励起光の波長の半分以上の変位量（反射光（励起光）の位相を半分以上変化させる変位量）で３０Ｈｚ以上の周波数で振動変位するので、蛍光体層２のこの位置Ｐ１に入射する固体光源５からのコヒーレントな励起光の反射光は、図７に示すように、位相差が０の反射光（明るい反射光）の状態から位相差がπの反射光（暗い反射光）の状態までの各位相の状態を、３０Ｈｚ以上の周波数で繰り返す。これにより、蛍光体層２のこの位置Ｐ１からの反射光は、人の目には、位相差が０の反射光（明るい反射光）の状態から位相差がπの反射光（暗い反射光）の状態までの各位相の状態が混合されたものとして認識される。蛍光体層２の他の位置からの反射光も、同様にして、人の目には、位相差が０の反射光（明るい反射光）の状態から位相差がπの反射光（暗い反射光）の状態までの各位相の状態が混合されたものとして認識される。このように、蛍光体層２からの反射光は、蛍光体層２の各位置において、各位相の状態が３０Ｈｚ以上の周波数で混合されることにより、人の目には、光の強弱が入り乱れた複雑なパターン（干渉パターン）は映らず、スペックルを解消することができる。
【００４４】
このように、図５（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、振動機構８は、反射光（励起光）の位相を半分以上変化させ、これを３０Ｈｚ以上の周波数で混合することにより、蛍光体層２の反射面の微細な凹凸による反射光の干渉を解消し、スペックルの少ない高品質な光パターンを得ることができる。
【００４５】
なお、図５（ａ），（ｂ）の光源装置２０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８に示すように、複数の蛍光体層（図８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８の光源装置３０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。
【００４６】
次に、上述した光源装置２０、３０について、より詳細に説明する。
【００４７】
図５（ａ），（ｂ）の光源装置２０、図８の光源装置３０において、固体光源５には、紫外光から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。
【００４８】
より具体的に、図５（ａ），（ｂ）の光源装置２０において、固体光源５には、例えば、ＩｎＧａＮ系の材料を用いた発光波長が約３８０ｎｍの近紫外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。この場合、蛍光体層２の蛍光体としては、波長が約３８０ｎｍないし約４００ｎｍの紫外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＋、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、  ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等を用いることができ、緑色蛍光体には、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋等を用いることができ、青色蛍光体には、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、ＬａＡｌ（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｎ，Ｏ）１０：Ｃｅ３＋等を用いることができる。
【００４９】
また、図５（ａ），（ｂ）の光源装置２０、図８の光源装置３０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。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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、蛍光体層２と振動機構８、振動機構８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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
図９には、図５（ａ），（ｂ）の光源装置２０の光取り出し方向に所定のレンズ系２５を設けた照明装置４０が示されている。また、図１０には、図８の光源装置３０の光取り出し方向に所定のレンズ系３５を設けた照明装置５０が示されている。図９、図１０の照明装置４０、５０では、光源装置２０、３０からの照明光をレンズ系２５、３５で集光し、照明に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
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】
【００６０】
２          蛍光体層
５          固体光源
６          放熱基板
７          接合部
８          振動手段（振動機構）
２０、３０        光源装置
２５、３５        レンズ系
４０、５０        照明装置
【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】
2012089419.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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