(57)【要約】【課題】良好な放熱性と光学制御とを両立することができる発光装置を提供する。【解決手段】レーザ励起のセラミック蛍光体２０を備える発光装置１であって、セラミック蛍光体２０は、板状のセラミックから構成され、レーザ励起の蛍光体を含有する発光部２１と、発光部２１を囲むように設けられた、発光部２１からの光２３を反射する反射部２２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ励起のセラミック蛍光体を備える発光装置であって、
前記セラミック蛍光体は、板状のセラミックから構成され、
レーザ励起の蛍光体を含有する発光部と、
前記発光部を囲むように設けられた、前記発光部からの光を反射する反射部とを備える
発光装置。
【請求項２】
前記発光部と前記反射部とは、同一層内に設けられている
請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光装置は、さらに、前記セラミック蛍光体が戴置される放熱体を備える
請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記放熱体の前記セラミック蛍光体が戴置される面は、鏡面処理されている
請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記放熱体には、前記セラミック蛍光体の厚み方向において前記発光部と重なる領域に、前記放熱体を前記厚み方向に貫通する貫通孔が設けられている
請求項３又は４に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ励起の蛍光体を利用した発光装置が知られている（例えば、特許文献１及び２を参照）。蛍光体は、レーザ光が照射された場合に、電子が励起されて基底状態に戻るときに光（蛍光）を発する。蛍光体から発せられた蛍光を所望の方向に出射することで、照明装置などに利用することができる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、蛍光体にレーザ光を直射することで蛍光体から発せられた蛍光を、蛍光体の上方に設けられた透光窓から取り出す照明装置が開示されている。また、特許文献２には、蛍光体から発せられた蛍光を所定の方向に出射するための反射鏡を備えるレーザ光源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５４２７２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の発光装置では、放熱性を十分に高めることができないという課題がある。また、従来の発光装置では、例えば、蛍光を絞るなどの光学制御が困難になるという課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、良好な放熱性と光学制御とを両立することができる発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る発光装置は、レーザ励起のセラミック蛍光体を備える発光装置であって、前記セラミック蛍光体は、板状のセラミックから構成され、レーザ励起の蛍光体を含有する発光部と、前記発光部を囲むように設けられた、前記発光部からの光を反射する反射部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、良好な放熱性と光学制御とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る発光装置の概観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発光装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例１に係る発光装置の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の変形例２に係る発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では、本発明の実施の形態に係る発光装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に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。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、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。
【００１１】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
【００１２】
（実施の形態）
［発光装置］
まず、本実施の形態に係る発光装置について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る発光装置１の概観斜視図である。図２は、本実施の形態に係る発光装置１の断面図である。
【００１３】
図１及び図２に示すように、発光装置１は、レーザ光源１０と、セラミック蛍光体２０と、ヒートシンク３０とを備える。また、セラミック蛍光体２０は、発光部２１と、反射部２２とを備える。
【００１４】
レーザ光源１０がセラミック蛍光体２０の発光部２１に向けてレーザ光１１を照射した場合に、発光部２１は光２３を出射する。セラミック蛍光体２０は、ヒートシンク３０の戴置面３１に戴置されて固定されている。
【００１５】
なお、図１及び図２において、ヒートシンク３０の戴置面３１の法線方向をＺ軸方向とし、当該法線方向に平行で、かつ、互いに直交する２つの方向をそれぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とする。つまり、戴置面３１は、ＸＹ平面に平行である。
【００１６】
以下では、本実施の形態に係る発光装置１の各構成部材について詳細に説明する。
【００１７】
［レーザ光源］
レーザ光源１０は、例えば、半導体レーザ又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）であり、駆動電流によって駆動されて所定の色（波長）のレーザ光を、発光部２１に向けて出射する。具体的には、レーザ光源１０は、紫外線、又は、紫若しくは青色の可視光をレーザ光１１として出射する。レーザ光１１は、セラミック蛍光体２０が含む蛍光体の励起光であり、レーザ光１１の照射強度及び波長は、蛍光体の電子を励起させる程度であれば、いかなるものでもよい。
【００１８】
図１には、１つのレーザ光源１０を示しているが、図２に示すように、発光装置１は、複数のレーザ光源１０を備えてもよい。複数のレーザ光源１０は、互いに異なる方向から発光部２１にレーザ光１１を照射するように配置されている。例えば、複数のレーザ光源１０は、発光部２１を囲むように環状に並んで配置されていてもよい。
【００１９】
［セラミック蛍光体］
セラミック蛍光体２０は、レーザ励起のセラミック蛍光体であって、板状のセラミックから形成される。本実施の形態では、発光部２１及び反射部２２は、図２に示すように、同一層内に設けられている。つまり、セラミック蛍光体２０は、一枚の平板であり、発光部２１及び反射部２２はともに板状である。
【００２０】
図１に示すように、セラミック蛍光体２０の平面視形状は、例えば、矩形である。なお、本実施の形態において、平面視とは、レーザ光１１の照射側から見た場合（すなわち、Ｚ軸正方向から見た場合）を意味する。セラミック蛍光体２０の平面視形状は、矩形に限らず、正方形、円形若しくは楕円形など、他の形状でもよい。
【００２１】
本実施の形態では、セラミック蛍光体２０は、アルミナ（酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３））などのセラミックから構成される平板である。なお、セラミックとしては、アルミナに限らず、ジルコニア（酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを用いることもできる。
【００２２】
セラミック蛍光体２０は、セラミック粒子を焼結させることによって構成される。具体的には、アルミナ粒子などのセラミック原料と、散乱体又は焼結助剤（添加剤）とを混合したものにバインダを加えて加熱成形し、その後、焼成することにより、セラミック蛍光体２０は作製される。
【００２３】
このとき、発光部２１を形成すべき所定の領域に蛍光体を添加することで、発光部２１が形成される。例えば、発光部２１は、蛍光体を含有するアルミナである。発光部２１は、例えば、セラミック蛍光体２０の中央部に設けられる。中央部とは、例えば、セラミック蛍光体２０の中心（又は重心）を含む領域である。発光部２１の平面視形状は、例えば、円形であるが、いかなる形状でもよい。発光部２１の平面視形状は、正方形、矩形若しくは楕円形など、他の形状でもよい。
【００２４】
蛍光体は、黄色蛍光体、赤色蛍光体若しくは緑色蛍光体、又は、これらの組み合わせなど、いかなるものでもよい。例えば、蛍光体としては、ＹＡＧ系の蛍光体粒子、カズン（ＣａＡｌＳｉＮ３：ＣＡＳＮ）などを利用することができる。
【００２５】
発光部２１では、レーザ光１１が照射された場合に、蛍光体の電子が励起される。励起された電子が基底状態に戻るときに光（蛍光）を発する。蛍光は、一部はそのままレーザ光１１の照射側に出射され、一部は、反射部２２（発光部２１との境界２４）又はヒートシンク３０の戴置面３１によって反射されてレーザ光１１の照射側に出射される。
【００２６】
また、発光部２１からの光２３は、蛍光体が発する蛍光と、励起光であるレーザ光１１とを含んでもよい。つまり、発光装置１は、蛍光とレーザ光１１との合成光を、光２３として外部に出射してもよい。例えば、レーザ光１１として青色光を利用した場合、レーザ光１１は、発光部２１内部で散乱され、一部は蛍光体に吸収及び変換されることなく、青色光として放出される。したがって、発光部２１は、当該青色光と、蛍光体から発せられる蛍光（例えば、黄色光）とを利用することで、白色の光２３を出射することができる。
【００２７】
反射部２２は、発光部２１を囲むように設けられ、発光部２１からの光２３を反射する。本実施の形態では、反射部２２は、セラミック蛍光体２０の外周部に設けられ、光反射性を有する。具体的には、反射部２２は、セラミック蛍光体２０のうち、蛍光体を含まない部分である。反射部２２の平面視形状は、セラミック蛍光体２０及び発光部２１の形状に依存する。本実施の形態では、反射部２２の平面視形状は、外周が矩形の辺で、内周が円弧で構成された環状である。
【００２８】
反射部２２は、光の反射率が高く、かつ、光の吸収率が低い。なお、反射部２２による光の反射は、鏡面反射に限らず、拡散反射でもよい。反射部２２の光の反射率は、例えば、８０％以上であり、好ましくは、９０％以上である。反射部２２の光の吸収率は、例えば、２０％以下であり、好ましくは、１０％以下である。例えば、反射部２２は、蛍光体を含有しない白色アルミナである。
【００２９】
セラミック蛍光体２０は、ヒートシンク３０に戴置されて固定される。例えば、セラミック蛍光体２０の外周部、すなわち、反射部２２を押さえることによって、セラミック蛍光体２０をヒートシンク３０に固定する。反射部２２を押さえる方法は、いかなるものでもよい。例えば、ヒートシンク３０の戴置面３１から突出するように設けられた鉤型の爪によって反射部２２の上面（レーザ光１１の照射側の面）を押さえてもよい。あるいは、反射部２２をネジ止め又はかしめることで押さえてもよい。
【００３０】
これにより、発光部２１を押さえなくて済むので、発光部２１からの光２３の出射を妨げずに、セラミック蛍光体２０を固定することができる。
【００３１】
［ヒートシンク］
ヒートシンク３０は、セラミック蛍光体２０が戴置される放熱体の一例である。ヒートシンク３０は、セラミック蛍光体２０の発光部２１（具体的には、蛍光体）で発熱する熱を外部（大気中）に放熱するための放熱部材である。したがって、ヒートシンク３０は、金属などの熱伝導率の高い材料を用いて形成することが好ましい。ヒートシンク３０は、例えば、アルミニウム合金を用いたアルミダイカスト製である。また、ヒートシンク３０には、例えば、複数の放熱フィン（図示せず）が設けられていてもよい。
【００３２】
ヒートシンク３０の戴置面３１は、ヒートシンク３０が有する面の１つであり、セラミック蛍光体２０が戴置される面である。戴置面３１は、鏡面処理されている。例えば、ヒートシンク３０の１つの面を研磨することにより、鏡面処理された戴置面３１が形成される。これにより、発光部２１からの光２３を戴置面３１が反射することができるので、光の取り出し効率を高めることができる。
【００３３】
［効果など］
本実施の形態に係る発光装置１のように、レーザ励起の蛍光体を用いる場合には、蛍光体で発生する熱をヒートシンクに効率良く伝導することが求められる。例えば、蛍光体とヒートシンクとの接触面積を大きくすることで、蛍光体で発生する熱を効率良くヒートシンクに伝導させることができる。
【００３４】
しかしながら、蛍光体（発光部２１）の面積を大きくすると、光の放射面積が大きくなり、光学制御が困難になる。レーザ光が照射されることによって発する蛍光（及びレーザ光）は、蛍光体の内部を伝播した後に外部に放出される。蛍光体の面積が大きくなると、伝播する領域が大きなくり、結果として光の放射面積が大きくなる。したがって、例えば、蛍光を集光するためのレンズが大型になるなど、光学制御が困難になる。光学制御を容易にするためには、光は、狭い領域から出射されることが好ましい。
【００３５】
そこで、本実施の形態に係る発光装置１は、上述したように、レーザ励起のセラミック蛍光体２０を備える発光装置１であって、セラミック蛍光体２０は、板状のセラミックから構成され、レーザ励起の蛍光体を含有する発光部２１と、発光部２１を囲むように設けられた、発光部２１からの光２３を反射する反射部２２とを備える。また、例えば、発光装置１は、さらに、セラミック蛍光体２０が戴置されるヒートシンク３０を備える。
【００３６】
これにより、反射部２２によって囲まれた発光部２１で発生した熱は、反射部２２との境界２４を越えてセラミック蛍光体２０の端部にまで伝播される。つまり、発光部２１及び反射部２２はともにセラミックから構成されるので、発光部２１と反射部２２との境界２４では、熱はスムーズに伝播される。したがって、発光部２１で発生した熱が、面方向に広がるので、セラミック蛍光体２０の全体からヒートシンク３０に効率良く伝播させることができる。
【００３７】
一方で、発光部２１からの光２３は、発光部２１と反射部２２との境界２４で反射される。したがって、光２３は、面方向に広がらずに、発光部２１から出射される。したがって、レンズの小型化を実現することができ、また、光学設計の自由度を向上させることができる。
【００３８】
このように、本実施の形態に係る発光装置１によれば、発光部２１の面積を小さくしつつ、セラミック蛍光体２０とヒートシンク３０との接触面積を増加させることができるので、良好な放熱性と光学制御とを実現することができる。
【００３９】
また、例えば、発光部２１と反射部２２とは、同一層内に設けられている。
【００４０】
これにより、セラミック蛍光体２０を薄くすることができ、発光装置１を小型化することができる。また、発光部２１と反射部２２との境界２４で光を反射させることができるので、光２３の集光性を高めることができる。
【００４１】
また、例えば、ヒートシンク３０のセラミック蛍光体２０が戴置される戴置面３１は、鏡面処理されている。
【００４２】
これにより、発光部２１からの光２３を戴置面３１によって反射させることができるので、光の取り出し効率を高めることができる。
【００４３】
（変形例１）
以下では、本実施の形態に係る発光装置の変形例１について図３を用いて説明する。
【００４４】
上記の実施の形態に係る発光装置１では、レーザ光１１の照射面側（Ｚ軸正方向）に光２３を出射させたが、これに限らない。例えば、レーザ光１１の照射面側とは反対側（Ｚ軸負方向）、すなわち、ヒートシンク３０側に光２３を出射させてもよい。あるいは、両面に光２３を出射させてもよい。
【００４５】
図３は、本変形例に係る発光装置１ａの断面図である。
【００４６】
図３に示すように、発光装置１ａは、図２に示す発光装置１と比較して、ヒートシンク３０の代わりに、ヒートシンク３０ａを備える点が異なっている。以下では、実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００４７】
ヒートシンク３０ａは、ヒートシンク３０と比較して、貫通孔３２が設けられている点が異なっている。貫通孔３２は、ヒートシンク３０を厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通している。
【００４８】
貫通孔３２は、セラミック蛍光体２０の厚み方向（Ｚ軸方向）において、発光部２１と重なる領域に設けられている。例えば、平面視において、発光部２１と貫通孔３２とは、同じ形状を有する。
【００４９】
これにより、発光部２１からの光２３を、貫通孔３２を介してヒートシンク３０側に出射させることができる。
【００５０】
（変形例２）
続いて、本実施の形態に係る発光装置の変形例２について図４を用いて説明する。
【００５１】
図４は、本変形例に係る発光装置１ｂの断面図である。
【００５２】
図４に示すように、発光装置１ｂは、図２に示す発光装置１と比較して、セラミック蛍光体２０の代わりにセラミック蛍光体２０ｂを備える点が異なっている。セラミック蛍光体２０ｂは、発光部２１ｂと、反射部２２ｂとを備える。
【００５３】
発光部２１ｂ及び反射部２２ｂは、実施の形態の発光部２１及び反射部２２と機能は同じであるが、その境界が異なっている。具体的には、発光部２１ｂ及び反射部２２ｂの境界２４ｂは、セラミック蛍光体２０ｂの厚み方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜している。このときの傾斜角は任意である。
【００５４】
セラミック蛍光体２０ｂの作製時に、当該傾斜角を調整することで、光２３を集光させることができる。すなわち、任意の配光を実現することができる。
【００５５】
（その他）
以上、本発明に係る発光装置について、上記実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００５６】
例えば、上記の実施の形態では、発光装置１がレーザ光源１０を備える例について示したが、発光装置１は、レーザ光源１０を備えていなくてもよい。例えば、別のレーザ光源から照射されたレーザ光によってセラミック蛍光体２０が光２３を発してもよい。
【００５７】
また、例えば、上記の実施の形態では、発光装置１がヒートシンク３０を備える例について示したが、発光装置１は、ヒートシンク３０などの放熱体を備えていなくてもよい。例えば、セラミック蛍光体２０は、放熱体以外の部材に戴置されてもよく、あるいは、クリップのような把持部材によって把持されてもよい。ヒートシンク３０がない場合であっても、発光部２１で発生した熱はセラミック蛍光体２０全体に広がるので、例えば空気（大気）との接触面積が増加し、放熱性を高めることができる。
【００５８】
また、例えば、上記の実施の形態では、所定の領域に蛍光体を混合したセラミック粒子を焼結することでセラミック蛍光体２０を形成する例について示したが、これに限らない。例えば、セラミック蛍光体２０は、セラミックの薄膜成長によって作製されてもよい。例えば、ヒートシンク３０の戴置面３１に直接セラミックを成長させることで、セラミック蛍光体２０を形成してもよい。つまり、セラミック蛍光体２０とヒートシンク３０とが一体に形成されてもよい。
【００５９】
また、例えば、上記の実施の形態では、セラミック蛍光体２０が一枚の平板である例について示したが、これに限らない。セラミック蛍光体２０は、平板状の反射部２２と、反射部２２の主面に設けられた発光部２１とを備えてもよい。つまり、反射部２２と発光部２１とが積層されていてもよい。また、セラミック蛍光体２０は、平板（扁平な略直方体）に限らず、平板の一部が欠けたような多面体でもよい。
【００６０】
また、例えば、上記の実施の形態では、セラミック蛍光体２０の中央部に発光部２１を設ける例を示したが、これに限らない。例えば、発光部２１は、セラミック蛍光体２０の中心を含まない領域に形成されてもよい。また、発光部２１は、１つに限らず、セラミック蛍光体２０に複数の発光部２１を設けてもよい。
【００６１】
また、例えば、セラミック蛍光体２０の下面（ヒートシンク３０との接触面）に、反射層を形成してもよい。具体的には、反射層は、セラミック蛍光体２０の下面に接触して設けられ、例えば、アルミニウム又は銀などの金属蒸着膜である。反射層は、金属に限らず、その他の熱伝導材料（サーマルインターフェースマテリアル：ＴＩＭ）から構成されてもよい。
【００６２】
さらに、当該反射層とヒートシンク３０（戴置面３１）との間に、熱伝導材料から構成され、反射層とヒートシンク３０とを接着する接着層を設けてもよい。接着層は、例えば、半田又は銀ペーストなどである。
【００６３】
なお、上記の実施の形態に係る発光装置１又は１ａは、例えば、照明装置、プロジェクタ、レーザポインタなどの各種発光装置に利用することができる。
【００６４】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００６５】
１、１ａ、１ｂ  発光装置
１０  レーザ光源
１１  レーザ光
２０、２０ｂ  セラミック蛍光体
２１、２１ｂ  発光部
２２、２２ｂ  反射部
２３  光
３０、３０ａ  ヒートシンク
３１  戴置面
３２  貫通孔
【図１】
2016058624.tif 000003
【図２】
2016058624.tif 000004
【図３】
2016058624.tif 000005
【図４】
2016058624.tif 000006