JP2012243618A

JP2012243618A - 光源装置および照明装置

Info

Publication number: JP2012243618A
Application number: JP2011113406A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Miyake; 康之三宅
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-12-10

Abstract

【課題】従来に比べて十分な高輝度化を図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、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であって赤色よりも短波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の第１の蛍光体を含む蛍光体層２と、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の面に設けられた放熱基板６と、蛍光体層２と放熱基板６とを接合する接合層１７とを備え、固体光源５と蛍光体層２とが空間的に離れた位置にあり、蛍光体層２の面のうち固体光源５からの励起光が入射した側の面から少なくとも蛍光を反射方式で取り出す光源装置であって、接合層１７には、固体光源５からの励起光により励起されるとき、前記第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子が含まれている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光源装置および照明装置に関する。

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。

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。

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。

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。

これらの問題を解決するために、特許文献１には、蛍光体層に樹脂を含まない蛍光体層を用いた光源が提案されている。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。

特開２００６−００５３６７号公報

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。

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。

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。

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。

本発明は、従来に比べて十分な高輝度化を図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。

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であって赤色よりも短波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の第１の蛍光体を含む蛍光体層と、該蛍光体層の面のうち前記固体光源からの励起光が入射する側の面とは反対側の面に設けられた放熱基板と、前記蛍光体層と放熱基板とを接合する接合層とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れた位置にあり、前記蛍光体層の面のうち前記固体光源からの励起光が入射した側の面から少なくとも蛍光を反射方式で取り出す光源装置であって、前記接合層には、前記固体光源からの励起光により励起されるとき、前記第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子が含まれていることを特徴としている。

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、前記接合層には、樹脂が用いられていることを特徴としている。

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、前記蛍光体層は、蛍光体セラミックスであることを特徴としている。

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、該光源装置は、前記蛍光体層と前記接合層と前記放熱基板とを有する蛍光回転体を備えていることを特徴としている。

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。

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であって赤色よりも短波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の第１の蛍光体を含む蛍光体層と、該蛍光体層の面のうち前記固体光源からの励起光が入射する側の面とは反対側の面に設けられた放熱基板と、前記蛍光体層と放熱基板とを接合する接合層とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れた位置にあり、前記蛍光体層の面のうち前記固体光源からの励起光が入射した側の面から少なくとも蛍光を反射方式で取り出すので、従来に比べて十分な高輝度化を図ることができる。

特に、請求項１乃至請求項５記載の発明によれば、前記接合層には、前記固体光源からの励起光により励起されるとき、前記第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子が含まれているので、固体光源が例えば可視光として青色光を発光するものであり、固体光源からの青色光を例えば黄色の蛍光体を含んでいる蛍光体層に照射して、反射光として白色などの照明光を得るとき、反射光としての照明光（のスペクトル）に赤色成分が不足するという事態が生じるのを防止し、発光色度を調整することができる。

また、請求項４記載の発明によれば、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、該光源装置は、前記蛍光体層と前記接合層と前記放熱基板とを有する蛍光回転体を備えているので、固体光源に対して蛍光体層、接合層を回転させることにより、固体光源からの励起光が当たる場所を分散させ、光照射部での発熱を抑えることができ、これにより、より一層の高輝度化が可能となる。

従来の光源装置を示す図である。本願出願人による本願の先願（特願２００９−２８６３９７）に記載されている光源装置を示す図である。本発明の光源装置の一構成例を示す図である。蛍光体層中に例えば黄色、緑色の蛍光体とともに赤色の蛍光体を含ませるように構成された光源装置を示す図である。例えば黄色、緑色の蛍光体を含んでいる蛍光体層よりも固体光源に近い側に赤色の蛍光体を含む蛍光体層を積層する構成を示す図である。例えば黄色、緑色の蛍光体を含んでいる蛍光体層と例えば黄色、緑色の蛍光体を含んでいる蛍光体層よりも固体光源に近い側に赤色の蛍光体を含む蛍光体層とを積層する構成を示す図である。蛍光体層を回転軸の周りに回転させる反射型蛍光回転体として構成した例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２は、本願出願人による本願の先願（特願２００９−２８６３９７）に記載されている光源装置を示す図である。図２を参照すると、この光源装置１０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。

ここで、蛍光体層２には、樹脂成分を含んでいるもの（例えば、シリコーン樹脂などの高い透明樹脂中に蛍光体を分散、塗布したもの）や、ガラス封止のものを用いることもできるが、実質的に樹脂成分を含んでいないもの（蛍光体セラミックスなど）を用いることもできる。

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の面側には光反射性と熱伝導性を有する基板（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にも、光反射性と熱伝導性とを有する材料が用いられるのが良い。

また、この光源装置１０では、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（励起光、蛍光）を取り出す方式（以下、反射方式と称す）が採用されている。

このように、この光源装置１０は、基本的には、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。

すなわち、図１に示した従来の光源装置のように、蛍光体層９２が固体光源９５と接している場合には、高輝度化をしようとしても、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２の光源装置１０では、蛍光体層２を固体光源５から離して配置することで、高輝度化をする場合にも、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からの熱放散の効率を、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。

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側へ戻って行く発光、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。

これに対し、図２の光源装置１０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（例えば基板６の反射面）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、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）の全て（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からの励起光の全て（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）とを照明光として利用できるため（すなわち、励起光、蛍光とも効率よく照明光として利用できるため）、光の利用効率を著しく高めることができ、高輝度化が可能となる。また、透過型に対し、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。

このように、図２の光源装置１０では、基本的には、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、従来に比べて十分な高輝度化を図ることができる。

さらに、図２の光源装置１０において、蛍光体層２に実質的に樹脂成分を含んでいないものが用いられる場合には、熱による変色がなく、光の吸収が少なく、温度消光が起きにくいことから、より一層の高輝度化を図ることができる。

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。

また、図２の光源装置１０において、放熱基板６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、高い光反射特性、伝熱特性、加工性が求められる。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、特に高い光反射特性、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。

ところで、図２の光源装置１０においては、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が例えば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。

しかしながら、固体光源５が例えば可視光として青色光を発光するものであり、固体光源５からの青色光を励起光として例えば黄色の蛍光体を含んでいる蛍光体層２に照射して、反射光として白色などの照明光を得るとき、反射光としての照明光（のスペクトル）には、赤色成分が不足するという問題が生じる。

本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、固体光源５が例えば可視光として青色光を発光するものであり、固体光源５からの青色光を例えば黄色の蛍光体を含んでいる蛍光体層２に照射して、反射光として白色などの照明光を得るとき、反射光としての照明光（のスペクトル）に赤色成分が不足するという事態が生じるのを防止し、発光色度を調整す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。

図３は、本発明の光源装置の一構成例を示す図である。なお、図３において図２と対応する箇所には同じ符号を付している。図３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であって赤色よりも短波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の第１の蛍光体（例えば、黄色や緑色の蛍光体）を含む蛍光体層２と、該蛍光体層２の面のうち前記固体光源５からの励起光が入射する側の面とは反対側の面に設けられた放熱基板６と、前記蛍光体層２と放熱基板６とを接合する接合層１７とを備え、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いる。

ここで、蛍光体層２には、樹脂成分を含んでいるもの（例えば、シリコーン樹脂などの高い透明樹脂中に蛍光体を分散、塗布したもの）や、ガラス封止のものを用いることもできるが、実質的に樹脂成分を含んでいないもの（蛍光体セラミックスなど）を用いることもできる。特に、蛍光体層２に実質的に樹脂成分を含んでいないもの（蛍光体セラミックスなど）が用いられる場合には、前述したように、熱による変色がなく、光の吸収が少なく、温度消光が起きにくいことから、より一層の高輝度化を図ることができるので、好ましい。

また、放熱基板６には、図２の光源装置１０と同様の、光反射性と熱伝導性とを有する材料が用いられるのが良い。

また、この光源装置２０では、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（例えば放熱基板６）による反射を用いて蛍光などの光（励起光、蛍光）を取り出す方式（以下、反射方式と称す）が採用されている。

ところで、図３の光源装置２０では、前述した図２の光源装置１０における問題を解決するため、蛍光体層２には、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であって赤色よりも短波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の第１の蛍光体（例えば、黄色、緑色の蛍光体）を含むものが用いられる一方で、接合層１７には、固体光源５からの励起光により励起されるとき、前記第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子（例えば、赤色蛍光体粒子）を含むものを用いている。

ここで、接合層１７には、樹脂が用いられている。また、接合層１７に含まれている蛍光体粒子（すなわち、第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子（例えば、赤色蛍光体粒子））には、熱伝導性を有するもの（例えば後述するＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋やＣａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋など）が用いられる。すなわち、本発明では、接合層１７に含まれている蛍光体粒子（すなわち、第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子（例えば、赤色蛍光体粒子））は、熱伝導性フィラーとしての役割をも有している。ここでセラミックスに関しては窒化アルミニウムや窒化珪素のような共有結合性の強い物質が高い熱伝導率を示すことが知られている。また、共有結合性の強いセラミックスを母体とした蛍光体は緑色〜赤色といった可視光域の長波長波長発光を示すことも知られている。したがって赤色蛍光体は高い熱伝導率を有すると期待され、熱伝導性フィラーとして望ましい。

このような構成の図３の光源装置２０では、固体光源５が例えば可視光として青色光を発光するものである場合、固体光源５からの青色光を励起光として例えば黄色、緑色の蛍光体を含んでいる蛍光体層２に照射して、反射光として白色などの照明光を得るとき、蛍光体層２に含まれている例えば黄色、緑色の蛍光体からだけでは、反射光としての照明光（のスペクトル）には、赤色成分が不足したものとなるが、図３の光源装置２０では、接合層１７には、固体光源５からの励起光により励起されるとき、前記第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光（例えば赤色光）を発光する蛍光体粒子（例えば、赤色蛍光体粒子）を含むものが用いられていることにより、反射光としての照明光（のスペクトル）には、接合層１７からの蛍光（例えば赤色光）が加味され、反射光としての照明光（のスペクトル）における赤色成分の不足を解消することができ、発光色度を調整することが可能となる。

また、接合層１７に含まれている蛍光体粒子（すなわち、第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子（例えば、赤色蛍光体粒子））は、熱伝導性フィラーとしての役割をも有していることにより、接合層１７に樹脂が用いられても、固体光源５からの励起光によって蛍光体層２で発生した熱を、接合層１７を介して低温の放熱基板６へ放散（放熱）させることが可能となり、蛍光体層２からの熱放散の効率を高め、高輝度化を図ることができる。

なお、照明光（のスペクトル）における赤色成分の不足を解消するため、図３の構成のかわりに、図４に示すように、蛍光体層２２（図３の蛍光体層２に対応）中に例えば黄色、緑色の蛍光体とともに赤色の蛍光体を含ませたり、あるいは、図５に示すように、例えば黄色、緑色の蛍光体を含んでいる蛍光体層２よりも固体光源５に近い側に赤色の蛍光体を含む蛍光体層３２を積層する構成も考えられる。しかしながら、図４や図５の構成では、赤色の蛍光体が黄色、緑色の蛍光体からの蛍光を再吸収してしまうため、光の利用効率が低下してしまう。これに対して、図３の光源装置２０では、例えば黄色、緑色の蛍光体を含んでいる蛍光体層２よりも固体光源５に遠い側に赤色の蛍光体を含む接合層１７が設けられていることから、赤色の蛍光体が黄色、緑色の蛍光体からの蛍光を再吸収するのを抑えることができ、光の利用効率を向上させることができる。

また、図３の構成では、接合層１７に、第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子（例えば、赤色蛍光体粒子）を含ませたが、これのかわりに、図６に示すように、例えば図２の構成において蛍光体層２と接合部７との間に、第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体層４２を設けること（蛍光体層２と蛍光体層４２とを積層すること）も考えられる。しかしながら、この場合には、蛍光体層２単独の場合に比べ、蛍光体層２と蛍光体層３２との界面の影響が出るため、光の利用効率が低下してしまう。この現象は、蛍光体層２と蛍光体層３２に樹脂を含まない蛍光体層を使用した場合に顕著に現れる。これに対して、図３の光源装置２０では、長波長波長発光を示す蛍光体が接合層１７に混合されているため、特に複数の樹脂を含まない蛍光体層を積層した場合に比べて界面の影響が少なく、光の利用効率を向上させることができる。

また、上述した本発明の光源装置において、蛍光体層２、接合層１７は、固定されていてもよいが、蛍光体層２、接合層１７を移動可能に構成することもできる。例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように（図７（ａ）は全体の正面図、図７（ｂ）は蛍光体層２の平面図である）、蛍光体層２、接合層１７、放熱基板６を回転軸Ｘの周りに回転させる（モーター４等によって回転させる）反射型蛍光回転体１として構成することもできる。すなわち、反射型蛍光回転体１は、蛍光体層２と放熱基板６を接合層１７で接合したものをモーター４等と連結することで実現できる。ここで、放熱基板６が、励起光および蛍光の反射面として機能している。なお、放熱基板６の形状は、円盤状や四角形などが考えられる。また回転の安定性を確保するために、円盤の一部を切り欠いたり、逆におもりをつけた形状とすることも可能である。このように、固体光源５に対して蛍光体層２、接合層１７を回転させることで、励起光が当たる場所を分散させ、光照射部での発熱を抑えることができる。この蛍光回転体１を用いることで、そもそも蛍光体の発熱を抑えることが出来るため、より一層の高輝度が可能となる。

次に、上述した本発明の光源装置をより詳細に説明する。

上述した本発明の光源装置において、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。

より具体的に、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、黄色蛍光体には、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕ^２＋等を用いることができ、緑色蛍光体には、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３（Ｇａ，Ａｌ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ^２＋等を用いることができる。

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Ｐ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３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、Ｃｅ^３＋やＥｕ^２＋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。

ここで、青色励起の黄色発光蛍光体であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋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、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋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Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋蛍光体セラミックスを得ることができる。

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。

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。また、蛍光体セラミックスの励起光入射面に、酸化物の多層膜からなるＡＲコート（反射防止機能を有する膜）を施しても良い。

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、高い光反射特性、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。

また、接合層１７の樹脂には、例えば、シリコーン樹脂などの高い透明樹脂を用いることができる。すなわち、接合層１７には、例えば、シリコーン樹脂などの高い透明樹脂中に蛍光体粒子（例えば、赤色蛍光体粒子）を分散、塗布したものを用いることができる。

ここで、接合層１７に含まれる蛍光体粒子（例えば、赤色蛍光体粒子）には、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、ＫＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、ＫＴｉＦ_６：Ｍｎ^４＋等を用いることができ、接合層１７に含まれる上記赤色蛍光体粒子は、熱伝導性を有し、熱伝導性フィラーとしての役割も果たす。なお、接合層１７に含まれる上記赤色蛍光体粒子が、熱伝導性フィラーとしての役割も十分に果たすためには、接合層１７に含まれる上記赤色蛍光体粒子の濃度（樹脂中の濃度）は、２ｗｔ％〜５０ｗｔ％程度であるのが良い。

上述したように、本発明では、固体光源５と蛍光体層２、接合層１７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、接合層１７との間にレンズなどの光学素子を入れることもできる。

また、本発明の上述した種々の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。

本発明は、照明一般などに利用可能である。

１蛍光回転体
２蛍光体層
４モーター
５固体光源
６放熱基板
７接合部
１７接合層
１０、２０光源装置

Claims

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であって赤色よりも短波長の蛍光を発光する少なくとも１種類の第１の蛍光体を含む蛍光体層と、該蛍光体層の面のうち前記固体光源からの励起光が入射する側の面とは反対側の面に設けられた放熱基板と、前記蛍光体層と放熱基板とを接合する接合層とを備え、前記固体光源と前記蛍光体層とが空間的に離れた位置にあり、前記蛍光体層の面のうち前記固体光源からの励起光が入射した側の面から少なくとも蛍光を反射方式で取り出す光源装置であって、前記接合層には、前記固体光源からの励起光により励起されるとき、前記第１の蛍光体の発光波長よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体粒子が含まれていることを特徴とする光源装置。
請求項１記載の光源装置において、前記接合層には、樹脂が用いられていることを特徴とする光源装置。
請求項１または請求項２記載の光源装置において、前記蛍光体層は、蛍光体セラミックスであることを特徴とする光源装置。
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、該光源装置は、前記蛍光体層と前記接合層と前記放熱基板とを有する蛍光回転体を備えていることを特徴とする光源装置。
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。