(57)【要約】【課題】放熱が容易で、色度の調整が容易な固体照明装置を提供する。【解決手段】固体照明装置は、半導体発光素子を有し、励起光を放出する光源部と、導光部と、波長変換層と、照射領域移動手段と、を有する。導光部は、励起光が導入される入射部と、励起光を放出する照射部と、を有する。波長変換層は、励起光を吸収し励起光の波長よりも長い波長を有する第１波長変換光を放出する第１領域と、励起光を吸収し励起光の波長よりも長い波長を有する第２波長変換光を放出する第２領域と、を有する。第１波長変換光と前記第２波長変換光とは発光スペクトルが異なる。第１領域を介して放出される励起光の光出力に対する第１波長変換光に比率と第２領域を介して放出される励起光の光出力に対する第２波長変換光の光出力の比率とが異なる。照射領域異動手段は、前記照射部から放出される前記励起光の前記波長変換層の表面における照射位置を変化させる。【選択図】図１
2016028370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子を有し、励起光を放出する光源部と、
前記励起光が導入される入射部と、前記入射部に導入された前記励起光を放出する照射部と、を有する導光部と、
前記照射部から放出された前記励起光が照射される波長変換層であって、前記励起光を吸収し前記励起光の波長よりも長い波長を有する第１波長変換光を放出する第１領域と、前記励起光を吸収し前記励起光の波長よりも長い波長を有する第２波長変換光を放出する第２領域と、を有し、前記第１波長変換光と前記第２波長変換光とは発光スペクトルが異なるか、または前記第１領域を介して放出される前記励起光の光出力に対する前記第１波長変換光の光出力の比率と前記第２領域を介して放出される前記励起光の光出力に対する前記第２波長変換光の光出力の比率とが異なる、波長変換層と、
前記照射部から放出される前記励起光の前記波長変換層の表面における照射位置を変化させる照射領域移動手段と、
を備えた固体照明装置。
【請求項２】
第１の面から後退した凹部を有し、前記凹部の中心軸の周囲に設けられ前記第１の面に向かって拡幅する内壁を有する熱伝導部をさらに備え、
前記第１領域および前記第２領域は、前記中心軸の周りの円周方向に沿った前記内壁上の異なる位置にそれぞれ配置され、  
前記熱伝導部および前記照射部のうちの少なくともいずれかは、前記中心軸の周りに回転する請求項１記載の固体照明装置。
【請求項３】
第１の面から後退した凹部を有し、前記凹部の中心軸の周囲に設けられ前記第１の面に向かって拡幅する内壁を有する熱伝導部をさらに備え、
前記第１領域および前記第２領域は、前記中心軸に沿った異なる位置において前記内壁上にそれぞれ配置され、  
前記熱伝導部および前記照射部のうちの少なくともいずれかは、前記中心軸に沿って移動する請求項１記載の固体照明装置。
【請求項４】
前記凹部を覆い光拡散層を含むカバー部をさらに備えた請求項２または３に記載の固体照明装置。
【請求項５】
前記カバー部は、波長変換層をさらに含む請求項４記載の固体照明装置。
【請求項６】
前記内壁に設けられ、保持板と前記保持板の表面に設けられた反射層とを含む基板をさらに備え、
前記波長変換層は、前記反射層を覆うように前記第１の面の側に設けられるか、または前記反射層とは反対の側の前記保持板の側かつ前記第１の面の側に設けられた請求項２〜５のいずれか１つに記載の固体照明装置。    
【請求項７】
中心軸を有する透明管をさらに備え、
前記第１領域と前記第２領域とは、透明管の内壁を覆うようにかつ前記中心軸に沿ってそれぞれ設けられ、
前記透明管および前記照射部のうちの少なくともいずれかは、前記中心軸に平行方向に移動する請求項１記載の固体照明装置。
【請求項８】
前記第１領域と前記第２領域とは、前記中心軸に沿った異なる位置に隣接して配置された請求項７記載の固体照明装置。
【請求項９】
前記第１領域は、前記内壁を覆い、
前記第２領域は、前記第１領域を覆う請求項７記載の固体照明装置。
【請求項１０】
前記第１領域および前記第２領域のうちの少なくともいずれかは、前記中心軸に沿って厚さが漸増する請求項９記載の固体照明装置。
【請求項１１】
前記照射部は、前記励起光を導光する導光体の一方の端部であるか、または空間伝搬された前記励起光を折り曲げるミラーである請求項１〜１０のいずれか１つに記載の固体照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体発光素子を用いた白色固体照明（ＳＳＬ：Solid  State  lighting）装置は、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode)が主流である。
【０００３】
この場合、蛍光体を有する白色発光部がＬＥＤ（Light  Emitting  Diode)チップを覆うように設けられると、ＬＥＤチップの放熱と給電のための基板が必要である。もし、白色発光部が光学系のみで構成されれば、発熱も少なく、小型軽量化され、照明装置のデザインの自由度を高めることができる。
【０００４】
そのためには、たとえば、青紫色〜青色の波長範囲の高輝度固体発光素子からの出力を導光体などに効率よく結合させ、固体発光素子から離間した蛍光体などの波長変換層に照射して白色発光を得る構造とすればよい。
【０００５】
発光色の色温度を調整するには、色温度の異なる複数の白色ＬＥＤを発光強度比を変えればよい。しかし、白色ＬＥＤの数を増やす必要がある。また、ＲＧＢ各色のＬＥＤを混色して所望の色温度を得ようとすると、白色ＬＥＤよりも発光効率が低いため消費電力が増加する。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１１−５０１３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
放熱が容易で、色度の調整が容易な固体照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の固体照明装置は、半導体発光素子を有し、励起光を放出する光源部と、前記励起光が導入される入射部と、前記入射部に導入された前記励起光を放出する照射部と、を有する導光部と、前記照射部から放出された前記励起光が照射される波長変換層であって、前記励起光を吸収し前記励起光の波長よりも長い波長を有する第１波長変換光を放出する第１領域と、前記励起光を吸収し前記励起光の波長よりも長い波長を有する第２波長変換光を放出する第２領域と、を有し、前記第１波長変換光と前記第２波長変換光とは発光スペクトルが異なるか、または前記第１領域を介して放出される前記励起光の光出力に対する前記第１波長変換光の光出力の比率と前記第２領域を介して放出される前記励起光の光出力に対する前記第２波長変換光の光出力の比率とが異なる、波長変換層と、前記照射部から放出される前記励起光の前記波長変換層の表面における照射位置を変化させる照射領域移動手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
放熱が容易で、色度の調整が容易な固体照明装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
【図２】図２（ａ）は波長変換層の構造を表す模式平面図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿ったその模式断面図、図２（ｃ）は波長変換層の変形例を表す模式平面図、図２（ｄ）はＢ−Ｂ線に沿ったその模式断面図、である。
【図３】図３（ａ）は第２の実施形態の第１照射位置の模式平面図、図３（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿ったその模式断面図、図３（ｃ）は第２照射位置の模式平面図、図３（ｄ）はＣ−Ｃ線に沿ったその模式断面図、図３（ｅ）は第３照射位置の模式平面図、図３（ｆ）はＣ−Ｃ線に沿ったその模式断面図、である。
【図４】図４（ａ）は第３の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図４（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った模式断面図、である。
【図５】図５（ａ）は円錐形照射部、図５（ｂ）は四角錐形照射部、図５（ｃ）は三角錐形照射部、図５（ｄ）は端面研磨ファイバー照射部、図６（ｅ）はファイバーアレイの照射部、図６（ｆ）は複層ファイバーアレイの照射部の模式斜視図、である。
【図６】図６（ａ）は発光部の模式斜視図、図６（ｂ）はその応用例であるスポットライトの模式斜視図、である。
【図７】図７（ａ）は第４の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図７（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図である。
【図８】図８（ａ）は第５の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図８（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図、である。
【図９】図９（ａ）は第６の実施形態にかかる固体照明装置の部分切断模式斜視図、図９（ｂ）は部分切断模式断面図、である。
【図１０】図１０（ａ）は第７の実施形態にかかる固体照明装置の部分切断模式斜視図、図１０（ｂ）は部分切断模式断面図、図１０（ｃ）は変形例の模式断面図、である。
【図１１】図１１（ａ）は第８の実施形態にかかる固体照明装置を構成する光変換部の模式斜視図、図１１（ｂ）は固体照明装置の構成を表す模式図、図１１（ｃ）は導光体の模式斜視図、である。
【図１２】図１２（ａ）は第８の実施形態の固体照明装置の光変換部の模式断面図、図１２（ｂ）は透明管近傍の模式断面図、図１２（ｃ）はその応用例の模式斜視図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
固体照明装置は、光源部１０と、波長変換層５４と、導光部２０と、照射領域移動手段２４と、を有する。
【００１２】
光源部１０は、励起光Ｇ１を放出する構成で、励起光Ｇ１の発生手段として、半導体発光素子などを少なくとも有している。半導体発光素子は、たとえば、４００〜４９０ｎｍ波長範囲の励起光（光ビーム）Ｇ１を放出するレーザー素子や発光ダイオードなどとすることができる。励起光Ｇ１の波長範囲は、後述する波長変換層５４に吸収され波長変換光を放出できればよく、波長変換層５４との組み合わせにより、波長４００ｎｍ以下の紫外線や、波長５００ｎｍ以上とすることもできる。
【００１３】
また、光源部１０は、半導体発光素子からの光を直接励起光として照射する構成でも良いし、また、光ファイバー、光学レンズ、反射部材等を介して間接的に照射する構成でも良い。また、半導体発光素子を複数個とし、光源部１０からの励起光Ｇ１の出力を高める構成でも良い。また、後述する導光部２０が複数導光体からなる場合は、半導体発光素子からの励起光Ｇ１を、複数導光体に分岐して励起光Ｇ１を導く構成でも良い。半導体発光素子をレーザー素子とするとビーム広がり角を狭くできるので、励起光を効率よく導光部２０の入射部２０ａに導入し、効率よく照射部２０ｂまで導光することができる。
【００１４】
導光部２０は、光源部１０からの励起光Ｇ１を、後述する波長変換層５４に導き、たとえば、光ファイバーや導光体などで構成される。導光部２０は、一方の端部が励起光を入射する入射部２０ａと、他方の端部が励起光Ｇ１を波長変換層に向かって照射する照射部２０ｂを備えている。照射部２０ｂは、例えば、光ファイバーや導光体の先端部をテーパー状に加工した形状であり、導光部２０内を導光した励起光Ｇ１の反射方向を制御して、任意の照射方向に励起光Ｇ１を照射させている。図１（ｂ）の構成では、後述する光ファイバーアレイを用いて４つの照射領域を有する。２つの照射領域は第１の方向へ励起光を照射し、また、残りの２つの照射領域は第１の方向と１８０度異なる第２の方向へ励起光を照射する構成である。導光部２０は、ミラーやレンズなどにより構成される空間伝搬光路などとすることもできる。
【００１５】
波長変換層５４は、励起光Ｇ１を吸収し励起光Ｇ１の波長よりも長い波長を含む発光スペクトルを有する波長変換光を放出する。波長変換層５４は、たとえば、（Ｃａ、Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、（Ｃａ、Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどの窒化物系蛍光体や、Ｃａｘ（Ｓｉ、Ａｌ）１２（Ｏ,Ｎ）１６：Ｅｕ、（Ｓｉ、Ａｌ）６（Ｏ、Ｎ）８：Ｅｕ、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕなどの酸窒化物系蛍光体や、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ、Ｇｄ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｓｒ、Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕなどの酸化物系蛍光体や、（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ等の硫化物系蛍光体などの中から、単体または少なくとも１種類以上混合させた蛍光体を用いることができる。
【００１６】
また、波長変換層５４は、たとえば、波長変換光の発光スペクトルが異なる少なくとも２つの波長変換光を放出する少なくとも２つの領域を有する。図１において、波長変換層５４は、第１領域５４ａ、第２領域５４ｂ、第３領域５４ｃ、第４領域５４ｄ、第５領域５４ｅ、および第６領域５４ｆを有するものとする。
【００１７】
導光部２０の入射部２０ａは、波長変換層５４ａ〜５４ｆで囲まれる領域の外部に設けられる。また、照射部２０ｂは、波長変換層５４ａ〜５４ｆに囲まれるように設けられ、導光された光源部１０からの励起光Ｇ１を放出する。照射領域移動手段２２は、照射部２０ｂから波長変換層５４に向けて放出される励起光Ｇ１の照射領域の位置を移動させる。このようにして、波長変換層５４の上方では、励起光Ｇ１が照射された領域の波長変換層５４からの波長変換光と、波長変換層５４により反射された励起光Ｇ１の一部とが混合された放出光ＧＴを得ることができる。
【００１８】
たとえば、第１領域５４ａとその反対の側の第４領域５４ｄとは、略同一となる第１の発光スペクトルを有する波長変換光を放出するものとする。また、第２領域５４ｂとその反対の側の第５領域５４ｅとは第１の発光スペクトルとは異なる第２の発光スペクトルを有する波長変換光を放出するものとする。さらに、第３領域５４ｃとその反対の側の第６領域５４ｆとは、第１および第２の発光スペクトルとは異なる第３の発光スペクトルを有する波長変換光を放出するものとする。
【００１９】
導光部２０を、導光部２０の軸方向を中心軸３０ｃとして回転させて、照射部２０ｂからの励起光Ｇ１の照射位置を、第１領域５４ａと第４領域５４ｄとの位置、または第２領域５４ｂと第４領域５４ｅとの位置、または第３領域５４ｃと第６領域５４ｅとの位置に切り替えることで、放出光ＧＴの色度を変えることができる。
【００２０】
たとえば、光源部１０の励起光Ｇ１に、青紫色〜青色のレーザー光を用い、また、第１の発光スペクトルが青色の波長変換層、第２の発光スペクトルが緑色の波長変換層、および第３の発光スペクトルが赤色の波長変換層に選定することにより、青、緑、赤色に可変色できる。また、青色の波長変換層の代わりに、青紫色〜青色のレーザー光を反射・反射させる散乱層を設けることでも、散乱層により青色光を発生できるので、同様に可変色できる。
【００２１】
波長変換層の配置に関する他の変形例としては、発光色が異なる複数の蛍光体を混合させた波長変換層を用い、その混合比を変化させて各領域に配置した構成でも良い。たとえば、光源部１０の励起光Ｇ１に、青紫色〜青色のレーザー光を用い、また、第１の発光スペクトルが第１の色温度となる配合比に調整された波長変換層、第２の発光スペクトルが第２の色温度なる配合比に調整された波長変換層、および第３の発光スペクトルが第３の色温度となる配合比に調整された波長変換層に選定することにより、放出光ＧＴの色温度を可変できる。
【００２２】
また、たとえば、第１領域５４ａが赤色波長変換層を含み、その反対の側の第４領域５４ｄが緑色波長変換層を含むこともできる。照射領域の位置を６０度、１２０度とそれぞれ移動すると、発光スペクトルの異なる赤色及び緑色波長変換光をそれぞれ放出し、色度や色温度を調整できる。同様に、色温度の異なる電球色や白色光を得ることができる。
【００２３】
また、波長変換層５４に照射された励起光Ｇ１のうち、波長変換層５４に吸収されずに、波長変換層５４より反射された励起光Ｇ１の光出力に対する、波長変換光の光出力の比率を変えせることでも可変色が可能である。
【００２４】
たとえば、光源部１０の励起光Ｇ１に、青紫色〜青色のレーザー光を用い、各領域５４ａ〜５４ｆに同一スペクトルの黄色蛍光体を波長変換層５４として塗布し、各領域の波長変換層５４の膜厚を異なるように配置する構成とすることができる。波長変換層５４の膜厚が厚く塗布される領域では、励起光の吸収が大きくすることができ、黄色の波長変換光を増加することができる。その結果、波長変換層５４により吸収されない励起光は減少するので、波長変換層５４で反射される青色の励起光の光出力は減少する。その結果、放出光ＧＴは、比較的、黄色の発光が支配的な発光色とすることができる。
【００２５】
一方、波長変換層５４の膜厚が薄く塗布される領域では、励起光の吸収が小さくなり、黄色の波長変換光は減少する。その結果、波長変換層５４により吸収されない励起光は増加するので、波長変換層５４で反射される青色の励起光の光出力は増加する。その結果、放出光ＧＴは、膜厚が厚い領域に比べて、青色が支配的な発光色とすることができる。このようにして、たとえば、色が異なる放出光を得ることが出来る。波長変換層５４の第１領域〜第６領域とは、平面視にて、たとえば、それぞれ６０度で分割されたものとすることができる。なお、分割数は、６つに限定されない。
【００２６】
固体照明装置は、金属やセラミックなどの高熱伝導材を有する熱伝導部３０をさらに有することができる。熱伝導部３０は、第１の面３０ａから後退した凹部３０ｂを有する。凹部３０ｂは、その中心軸３０ｃの周囲に設けられ第１の面３０ａに向かって拡幅する内壁３０ｄを有する。波長変換層５４は、その複数の領域（５４ａ、５４ｂなど）が中心軸３０ｃの円周方向に沿った異なる位置に並置されるように、設けられている。
【００２７】
熱伝導部３０および照射部２０ｂのうちの少なくともいずれかを回転することにより、励起光は、波長変換層５４の異なる領域を照射することができる。
【００２８】
また、凹部３０ｂの上部にカバー部５７を設けることができる。カバー部５７は光拡散層を含むことができる。カバー部５７が光拡散層を含むと、凹部３０ｂの内壁３０ｄに設けられた波長変換層に吸収されずに多重反射された励起光を多重散乱して放出することができる。励起光がレーザー光である場合、レーザー光をインコーヒーレント光に変換し人間の目に対する安全性を高めることができる。なお、図１（ａ）は、カバー部５７を図示していない。
【００２９】
また、カバー５７部は、波長変換層を含むことができる。たとえば、カバー部５７が緑色波長変換層を含むものとし、凹部３０ｂの内壁３０ｄには、赤色波長変換層、および緑色波長変換層がそれぞれ設けられているものとする。カバー部５７の緑色波長変換層は、緑色光よりも波長が長い赤色光を殆ど吸収しないで透過する。波長変換層の温度が上昇するなどにより、励起光の吸収が減少すると反射光の青色成分が増加し、放出光ＧＴが青みを帯びる。この場合、励起光の照射領域を移動して発光スペクトルを変化して青色成分を低減し所望の色温度に近づけることができる。また、カバー部５７を設けることにより、波長変換層の発熱領域が分散できる。
【００３０】
照射領域移動手段２４は、照射部２０ｂと波長変換層５４との相対位置を可変させる手段で、モーター、ギアなどを有し、電磁方式や電子方式などで機械的に移動させる自動移動手段や、または。これらを簡略化し、操作者により手動で移動させる手動移動装置などとすることができる。
【００３１】
図２（ａ）は波長変換層の構造を表す模式平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったその模式断面図、図２（ｃ）は波長変換層の変形構造を表す模式平面図、図２（ｄ）は図２（ｃ）のＢ−Ｂ線に沿ったその模式断面図、である。
図２（ａ）、（ｂ）において、波長変換層５４は、波長変換層５４を保持または固定する保持板５０の一方の面に塗布することができる。保持板５０は、ＹＡＧやアルミナなどのセラミックスなどの絶縁板を使用できる。セラミックスは、励起光や波長変換層５４からの光を透過する透明セラミックスや、これらの光を反射させる反射性のセラミックスなどを用いることができる。また、保持板５０は、放熱性を高めるため、アルミニウムや銅などの金属板も用いることができる。保持板５０の厚みは、例えば、０．０５〜３．０ｍｍであり、放熱性や光利用効率に応じて設定される。この場合、蛍光体粒子などの波長変換材は、たとえば、アモルファス状のシリカ混合液に混合されて塗布できる。Ａｇなどを含む反射層５２は、保持板５０の他方の面にスパッタリング法や蒸着法などを用いて設けることができる。
【００３２】
または、図２（ｃ）、（ｄ）に表すように、保持板５０の一方の面に、反射層５２、波長変換層５４の順序で設けることができる。このようにすると、熱伝導部３０の内壁３０ｄへ確実かつ容易に波長変換層５４および反射層５２を接着できる。このため、放熱性を高めた反射型構造とすることができる。また、反射層５２と熱伝導部３０との間に、シリコーンなどの放熱性の良い接着層（図示せず）を介して接合しても良い。また、反射層５２は、例えば半田などを用いて、反射層５２と接着層とを兼用する構成でも良い。
【００３３】
図３（ａ）は第２の実施形態の第１照射位置の模式平面図、図３（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿ったその模式断面図、図３（ｃ）は第２照射位置の模式平面図、図３（ｄ）はＣ−Ｃ線に沿ったその模式断面図、図３（ｅ）は第３照射位置の模式平面図、図３（ｆ）はＣ−Ｃ線に沿ったその模式断面図、である。
【００３４】
第２の実施形態では、照射領域移動手段２４により、凹部３０ｂの中心軸３０ｃに沿って照射部２０ｂを異なる位置に移動する。すなわち、図３（ａ）、（ｂ）は、第１の面から最も離間した第１照射位置を表す。図３（ｃ）、（ｄ）は、第１照射位置よりも第１の面に近い第２照射位置を表す。図３（ｅ）、（ｆ）は、第１の面に最も近い第３照射位置を表す。波長変換層５４は、中心軸３０ｃの方向に沿った異なる位置に、波長変換光の発光スペクトルまたは波長変換層５４を介して放出される励起光の光出力に対する波長変換光の光出力の比率のうち少なくともいずれかが異なる領域が設けられている。波長変換層５４を介して放出される励起光とは、波長変換層５４に照射される励起光のうち、波長変換層５４に吸収されず、波長変換層５４により反射または散乱される励起光を意味する。波長変換層５４の異なる領域の境界は連続的に変化していてもよい。このため、波長変換光と波長変換層５４を介して放出された励起光とが混合された放出光ＧＴの色度や色温度を変化させることができる。
【００３５】
また、照射領域移動手段２４により、熱伝導部３０の位置を、中心軸３０ｃに沿って移動してもよい。なお、照射領域移動手段２４は、たとえば、モーターやギアなどを有し、電磁方式や電子方式などで機械的に移動させる自動移動手段装置や、または、これらを簡略化し、操作者により手動で移動させる手動移動装置とすることができる。
【００３６】
図４（ａ）は第３の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図４（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿った模式断面図、である。
導光部２０は、空間伝搬光路でもよい。本図において、半導体発光素子から放出された励起光Ｇ１は、たとえば、レーザー光であり、空間を伝搬し、ミラー２３により折り曲げられ、さらに空間を伝搬したのち、照射部２０ｂから放出される。照射領域移動手段２４は、照射部２０ｂおよび熱伝導部３０のうちの少なくともいずれかを、中心軸３０ｃの周りに回転すると波長変換層５４への照射領域の位置を移動することができる。なお、光路中のいずれかの領域に、導光体または光拡散層を設けて、励起光を散乱光とすることができる。なお、照射部２０ｂおよび熱伝導部３０のうちの少なくともいずれかを、中心軸３０ｃに沿って相対的に移動し照射位置を変えることもできる。
【００３７】
図５（ａ）は円錐形照射部、図５（ｂ）は四角錐形照射部、図５（ｃ）は三角錐形照射部、図５（ｄ）は端面研磨ファイバー照射部、図６（ｅ）はファイバーアレイの照射部、図６（ｆ）は複層ファイバーアレイの照射部、の模式斜視図である。
照射部２０ｂは、導光部２０の先端部を所望の形状に加工したものとすることができる。先端形状は、図５（ａ）では円錐、図５（ｂ）では四角錐、図５（ｃ）では三角錐などとする。たとえば、先端部の傾斜面により、導光部２０の内部を導光された励起光Ｇ１が全反射し波長変換層５４を効率よく照射することできる。
【００３８】
また、図５（ｄ）では、光ファイバー２１の先端部を斜め研磨した端面を照射部２０ｂとする。端面の傾斜角度は、波長変換層５４の表面を効率よく照射するように、たとえば、４５度とすることができる。図５（ｅ）、（ｆ）のように、ファイバーアレイの先端部を斜め研磨した照射部２０ｂとすると、励起光の出力を高め、大光量照明装置とすることができる。
【００３９】
ファイバーアレイは、例えば、基板、カバー、接着部材と複数の光ファイバーにより構成される。基板は、その一面に光ファイバー本数に対応する本数のＶ溝が形成される。カバーは、基板に形成されたＶ溝のそれぞれに１本ずつ配列された光ファイバーを覆うように設けられる。接着部材は、液状の接着剤が固化したものであり、基板とカバーとの間に設けられて、光ファイバーを固定する。基板、カバーの材料は、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア等の透明部材である。接着部材は、例えば、半導体レーザーの高出力に耐えられる無機バインダやシリコーン樹脂などが用いることができる。本図では、基板とカバーで光ファイバーを挟み込んで固定するファイバーアレイを示しているが、基板の入射側側面に光ファイバーの出射端を融着して接続した構成とすることも出来る。
【００４０】
図６（ａ）は発光部の模式斜視図、図６（ｂ）はその応用例であるスポットライトの模式斜視図、である。
スポットライトは、たとえば、舞台照明などに用いることができる。この場合、照明光の色度や色温度は、要求により多様に変化する。図６（ａ）に表すように、第１〜第３の固体照明装置において、波長変換層５４と熱伝導部３０とを含む発光部３５のみを交換することにより、これらの要求に応じることが容易となる。
【００４１】
図７（ａ）は第４の実施形態にかかる固体照明装置の模式斜視図、図７（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図、である。
第４の実施形態は、透明管６０の外縁から外側に向かって放出光ＧＴを照射する透過型の固体照明装置である。固体照明装置は、光源部１０と、透明管６０と、波長変換層５４と、照射部２０ｂと、照射領域移動手段２４と、を有する。
【００４２】
光源部１０は、励起光Ｇ１を放出する構成で、励起光Ｇ１の発生手段として、半導体発光素子などを少なくとも有している。半導体発光素子は、青紫色〜青色の波長範囲の励起光Ｇ１を放出するレーザー素子や発光ダイオードなどとすることができる。
【００４３】
波長変換層５４は、透明管６０の内壁６０ａに設けられ、励起光Ｇ１を吸収し励起光Ｇ１の波長よりも長い波長である波長変換光を放出する。また、波長変換層５４は、発光スペクトルまたは、波長変換層５４を介して放出される励起光の光出力に対する波長変換光の光出力の比率のうち少なくともいずれかが異なる少なくとも２つの領域を有する。波長変換層５４を介して放出される励起光とは、波長変換層５４に照射される励起機構のうち、波長変換層５４に吸収されず、波長変換層５４により透過、または、散乱される励起光を意味する。図７において、波長変換層５４は第１領域５４ａと第２領域５４ｂとを、透明管６０の中心軸６０ｃに沿った異なる位置に設けられるものとする。
【００４４】
照射部２０ｂは、波長変換層５４に囲まれるように透明管６０の内部空間に設けられ、放出光ＧＴを外壁６０ｂから透明管６０の径方向へ放出する。照射領域移動手段２４は、照射部２０ｂから波長変換層５４に向けて放出される励起光の照射領域の位置を移動する。照射部２０ｂは、中心軸６０ｃと平行方向に移動することにより、励起光は波長変換層５４の異なる領域を照射する。または、透明管６０を移動しても、波長変換層５４への照射位置を移動することができるが、照射部２０ｂを移動する方が構造が容易である。
【００４５】
透明管６０は、外径が９ｍｍ、内径が４．５ｍｍ、材質がＹＡＧセラミックス、アルミナセラミックス、石英ガラスなどとすることができる。
【００４６】
波長変換層５４は、複数の波長変換材料が混合されていてもよい。たとえば、第１領域５４ａは、波長変換光の色温度が５０００Ｋとなるように蛍光体などからなる波長変換材料配合されていてもよい。また、第２領域５４ｂは、波長変換光の色温度が３０００Ｋとなるように配合されていてもよい。
【００４７】
照射領域移動手段２４により照射部２０ｂの位置を移動すると、混合された放出光の色温度を３０００〜５０００Ｋの範囲で変化させることができる。なお、第１領域５４ａと第２領域５４ｂとを近づけて配置すると、移動距離を短くできるのでより好ましい。
【００４８】
図８（ａ）は第５の実施形態にかかる透過型の固体照明装置の模式斜視図、図８（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図、である。
第５の実施形態において、照射部２０ｂ、２０ｃが２つ設けられ、励起光はそれぞれから放出される。
【００４９】
第１領域５４ａは、たとえば、緑色波長変換層を含む。また、第２領域５４ｂは、赤色波長変換層を含む。照射部２０ａは、第１領域５４ａを主に照射する。照射部２０ｂは、第２領域５４ｂを主に照射する。第１領域５４ａに対する照射量と第２領域に対する照射量とは、それぞれ独立に決定することができる。このため、励起光の散乱光と、赤色光と、緑色光と、が混合された放出光ＧＴの色温度を所望の範囲内とすることができる。この場合、発熱量の大きい、たとえば、赤色蛍光体層は、放熱板に近い側に設けるとよい。また、照射部２０ｂからの励起光Ｇ１の光出力と、照射部２０ｃからの励起光の光出力をそれぞれ調整することでも、放出光ＧＴの色を可変することもできる。
【００５０】
図９（ａ）は第６の実施形態にかかる透過型の固体照明装置の部分切断模式斜視図、図９（ｂ）は部分切断模式断面図、である。
本実施形態において、波長変換層５４は、半導体発光素子１０の側に近づくにしたがって単色光を放出する波長変換層５４の厚さを大きくする。波長変換層５４が厚くなるにしたがって、波長変換層５４から放出される波長変換光の光出力が高くなる。
【００５１】
一方で、波長変換層５４により吸収される励起光が増加して、波長変換層５４を透過する励起光は減少するので、放出光ＧＴは、波長変換層５４の発光スペクトルが支配的な発光色となる。このため、照射領域移動手段２４により照射部２０ｂの位置を波長変換層５４が厚くなる方向に移動すると、放出光ＧＴの発光色は、励起光の発光色が支配的な発光色から、波長変換層の発光色が支配的な発光色に可変することが出来る。
【００５２】
図１０（ａ）は第７の実施形態にかかる固体照明装置の部分切断模式斜視図、図１０（ｂ）は部分切断模式断面図、図１０（ｃ）は変形例の模式断面図、である。
透明管６０の内壁６０ａには、中心軸６０ｃに沿って厚さが一定である第１領域５４ｃと、光源に向かって厚さが増加する第２領域５４ｄとがこの順序で積層されている。第２領域５４ｄからの第２波長変換光は、第１領域５４ｃを透過しなければならない。このため、第２波長変換光の波長は、第１波長変換層５４ｃから放出される第１波長変換光の波長よりも長いことが好ましい。たとえば、第２波長変換光は赤色光、第１波長変換光は緑色光とすることができる。照射領域移動手段２４により、照射部２０ｂが第２波長変換光５４ｄの厚さが増加する方向に移動する場合、放出光ＧＴの色を、第１波長変換光が支配的な色から、第２波長変換光が支配的な色に変化できる。なお、波長変換層５４ｄの厚さは、連続的でなく階段状に変化してもよい。  
【００５３】
また、図１０（ｃ）に表すように、第１領域５４ａと、第２領域５４ｂと、の境界をＶ溝断面状にしてもよい。波長変換層の断面積が変化するので、放出色ＧＴの色度を変えることができる。
【００５４】
図１１（ａ）は第８の実施形態にかかる固体照明装置を構成する光変換部の模式斜視図、図１１（ｂ）は固体照明装置の構成を表す模式図、図１１（ｃ）は導光体の模式斜視図、である。
固体照明装置は、光源部１０と、発光部９２と、照射領域移動手段２４と、を有している。
【００５５】
発光部９２は、透明管６０と、複数（たとえば２０）の光ファイバー８０と、光ファイバーを束ねて固定する固定部材８１と、先端部に照射部２０ｂが設けられガラスなどからなる棒状の導光部２０と、導光部２０の保持部材８２と、硫酸バリウムなどが塗布された反射ピン８４と、上側固定キャップ８６と、ヒートシンク８８と、ストッパー８８と、を有する。発光部９２は、たとえば、長さが略１１０ｍｍ、ヒートシンク８８の直径が５０ｍｍ、などとすることができる。また、導光部２０は、たとえば、長さが略２４ｍｍ、直径が２．５ｍｍ、などとする。導光部２０の先端部は、たとえば、高さが１〜２ｍｍの円錐形状の照射部２０ｂとなって設けられている。波長変換層５４の長さは、６ｍｍなどとする。
【００５６】
透明管６０は、たとえば、ＹＡＧセラミックス（熱伝導率：１１．７Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミナセラミックス（熱伝導率：３３．５Ｗ／ｍ・Ｋ）、石英ガラス（熱伝導率：１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）などのうちから、波長変換層の発熱量に応じて適正に選択する。
【００５７】
また、光ファイバー８０と導光部２０とが接触しない場合、光ファイバー８０の出射面と導光部２０の入射部との間でフレネルロスを生じる。これらの端面に反射防止処理を行うと、フレネルロスを低減できる。または、融着などにより、光ファイバー８０と導光部２０とを一体化してもよい。
【００５８】
図１２（ａ）は第８の実施形態の固体照明装置の光変換部の模式断面図、図１２（ｂ）は透明管近傍の模式断面図、図１２（ｃ）はその応用例の模式斜視図、である。
光ファイバーから放出された励起光は、導光部２０内に導入され、実線の経路のように導光されたのち、円錐面により全反射され、破線のように照射部２０ｂの周囲に設けられた波長変換層５４を効率よく照射する。この場合、照射領域移動手段２４は、照射部２０ｂの位置を、たとえば導光部２０の延在する方向に変えて放出光ＧＴの色度を変化させることができる。円錐形状の照射部２０ｂから反射ピン８４への励起光の抜けは僅かであり、発光部９２に発熱は、ほぼ波長変換層５４内に限定される。半導体発光素子１０は、発光部９２とは離間して設けられている。このため、ヒートシンク８８は発光部９２の熱を放熱可能なサイズでよく小型にできる。
【００５９】
図１２（ｃ）は、第８の実施形態の固体照明装置の応用例であり、リフレクタ９４をさらに設け集光することにより、車両用前照灯や街路灯などに用いることができる。
【００６０】
第１〜第８の実施形態によれば、放熱が容易で、色度や色温度の調整が容易な固体照明装置が提供される。このような固体照明装置は、舞台照明、スポット照明、車両用前照灯などに広く用いることができる。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  光源部、２０  導光部、２０ａ  入射部、２０ｂ  照射部、２４  照射領域移動手段、３０  熱伝導部、３０ａ  第１の面、３０ｂ  凹部、３０ｃ  中心軸、３０ｄ  内壁、５０  保持板、５２  反射層、５４  波長変換層、５４ａ  第１領域、５４ｂ  第２領域、６０  透明管、６０ａ  内壁、６０ｂ  外壁、Ｇ１  励起光、ＧＴ  放出光
【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１１】
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【図１２】
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【図１０】
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