光源装置および照明装置
【課題】 青色光を発光する固体光源とβサイアロン蛍光体を有する蛍光体層を用いた光源装置において、青色光を発光する固体光源の波長を４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、出力（発光強度）の変動を抑えることの可能な光源装置を提供する。
【解決手段】 青色光を発光する固体光源５と、該固体光源５からの青色光により励起され該固体光源５からの青色光の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とを有し、蛍光体層２には、少なくともＹｂ（イッテルビウム）を付活したβサイアロン蛍光体が緑色に発光する蛍光体として含まれている。
【解決手段】 青色光を発光する固体光源５と、該固体光源５からの青色光により励起され該固体光源５からの青色光の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とを有し、蛍光体層２には、少なくともＹｂ（イッテルビウム）を付活したβサイアロン蛍光体が緑色に発光する蛍光体として含まれている。
【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】
発光ダイオード等の固体光源と蛍光体層を組み合わせた光源装置（固体光源から出射された光（励起光）が蛍光体層に入射することにより励起されて固体光源からの光の波長よりも長波長の蛍光を蛍光体層から発光させる形式の光源装置）は広く普及しており、近年では高輝度化が進み、一般照明やディスプレイ用の光源装置、自動車のヘッドランプなどに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】
このような固体光源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には、大電流を投入し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、蛍光体の温度消光による蛍光強度の低下が生じてしまうため、結果として発光強度は飽和、減少し、照明光の高輝度化が困難であった。
【０００４】
ここで、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。このように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。
【０００５】
この問題を解決するものとして、例えば、特許文献１に示されているように回転軸の周りに回転可能なカラーホイール（以下、蛍光回転体と称す）に蛍光体層を形成した光源装置が挙げられる。図１は蛍光回転体を用いた光源装置の概略図である。なお、図１において、符号９５は固体光源、符号９１は蛍光回転体であり、図１の光源装置では、蛍光回転体９１が透過型のものとして構成され、固体光源９５からの励起光によって励起された蛍光体層からの発光のうち固体光源９５側とは反対側に出射する光（透過光）を用いるようになっている（なお、以下、この形式の蛍光回転体を、透過型蛍光回転体と称す）。
【０００６】
蛍光回転体を用いる場合には、高出力の励起光を照射した場合でも蛍光体層は回転しており、同じ部分が励起されている時間が短いため、発熱が抑えられ、光が別の場所に当たっている間にその熱は放散される。したがって、蛍光体層内で励起光照射により局所的に多量の熱が発生することを抑えられるため、樹脂成分の変色や蛍光体の温度消光を抑えることが可能となり、高輝度化を図ることが可能となる。
【０００７】
ところで、固体光源と蛍光体層を組み合わせた光源装置（例えば、液晶ディスプレイやプロジェクターなどのディスプレイ用の光源装置）としては、高輝度化のみならず、ディスプレイなどの色再現範囲を拡大することが望まれている。色再現範囲の拡大には光源の発光スペクトルのＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）成分の各々が半値幅の狭いスペクトルからなることが必要である。
【０００８】
この問題の解決策を固体光源と蛍光体層を組み合わせた光源装置について考えると、蛍光体層には、半値幅の狭い発光スペクトルを持つ蛍光体を使用することが必要となる。特に緑色蛍光体に注目すると、半値幅の狭い発光スペクトルを有する蛍光体として特許文献２で報告されているＥｕ（ユーロピウム）イオンを付活したβサイアロン蛍光体が広く知られている。この蛍光体は、紫外線から青色光で励起可能であり、発光波長５４０ｎｍの緑色発光を示し、発光スペクトルの半値幅が狭いため、固体光源と組み合わせることで高輝度かつ半値幅の狭い発光スペクトルを有する光源装置を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００９−５３９２１９号公報
【特許文献２】特開２００８−１２０９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したような固体光源と蛍光体を組み合わせた光源装置で、さらに高輝度かつ半値幅の狭い発光スペクトルを有する光源装置を実現するためには、蛍光体（緑色蛍光体）としてＥｕ付活βサイアロン蛍光体を使用し、さらにいままで以上に蛍光体の発熱を抑制する工夫をする必要がある。
【００１１】
ここで、蛍光体からの発熱を詳細に検討すると、発熱は、ストークスシフトと呼ばれる励起光と蛍光のエネルギー差に起因する成分と、蛍光に変換されなかったエネルギーに起因する成分とに分けられる。前者は温度によらず一定の値をとり、後者は温度の上昇に従って増加するものである。したがって、蛍光体の温度上昇を抑制することで後者の成分を減らすことはできるが、前者の成分については別の工夫が必要となる。ストークスシフトに起因する成分は、励起光と蛍光のエネルギー差で決定されるため、このエネルギー差を小さくすれば発熱を減らすことができる。具体的には、蛍光体の発光波長を変えずに、より長波長の光（励起光）で蛍光体を励起することで、励起光と蛍光のエネルギー差を小さくし、蛍光体からの発熱を減らすことができる。もちろん蛍光体の蛍光波長を短くしても同様に達成できるが、蛍光波長を変えることは発光色を変えることになるため、色再現範囲に悪い影響が出る可能性があり望ましくない。従って、青色発光の固体光源としては通常４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの発光ピークを持つものが使用されているが、蛍光体のストークスシフトに起因する発熱を減少させるためには、４４０ｎｍ〜４６０ｎｍよりも長波長である４６０ｎｍ以上の発光波長を持つ固体光源の使用が望ましい。
【００１２】
以上のことから、従来使用されているものよりも発光波長の長い４６０ｎｍ以上の発光波長をもつ固体光源とＥｕ付活βサイアロン蛍光体とを組み合わせた光源装置が高輝度かつ半値幅の狭い発光スペクトルを有する光源装置として望ましいと思われるが、本願の発明者は、この光源装置を実際に検討してみた結果、これまでに知られていなかった新たな課題（問題）を見出した。
【００１３】
すなわち、従来使用されているものよりも発光波長の長い４６０ｎｍ以上の発光波長をもつ固体光源とＥｕ付活βサイアロン蛍光体とを組み合わせた光源装置では、光源装置の初期の出力が大きくばらつく、もしくは、駆動中に固体光源の温度の変化とともに出力が変動するという問題が生ずる。このような出力のばらつき、駆動中の変動は、良品の選別工程や温度制御機構の追加などコストアップにつながる問題のため、製品の価値を大きく損なうものである。
【００１４】
本願の発明者は、上記課題（問題）の原因を調べた結果、この原因が固体光源と蛍光体との両方に存在することを突き止めた。
【００１５】
すなわち、まず、青色光を発光する固体光源は、発光ダイオード、半導体レーザーとも、ある発光波長を目指して製造しても、実際に固体光源から発せられる発光波長は目標値から５ｎｍ程度はばらつくものである。このばらつきは成膜の不均一性に起因する。さらにこの初期のばらつきの他に、駆動中に固体光源の温度が上昇していくと、一般的に発光波長が長波長へ移動する現象が起きる。その移動量は素子の構造などに依存するが、こちらも５ｎｍ程度移動することが知られている。このように、固体光源の発光波長には、初期のばらつきと駆動中の変動がつきものである。
【００１６】
次に、蛍光体については、βサイアロン蛍光体は一般にＥｕイオンを付活したものが良く知られているが、図２に示すようにＥｕ付活βサイアロン蛍光体の励起スペクトルは紫外領域から可視光領域にかけて、特に４００ｎｍ以上の波長領域では右下がりの構造を取る。従って、通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲の光よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲では励起スペクトルがより一層傾斜しているため、４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で温度変化等により励起波長が変動すると、蛍光強度（緑色発光の強度）も大きく変動してしまう。
【００１７】
このように、青色光を発光する固体光源の発光波長のばらつき、変動と、さらに青色光を発光する固体光源の通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲の光よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲においてＥｕ付活βサイアロン蛍光体の蛍光強度が励起波長の少しの変化によって大きく変動してしまうことにより、結果として、光源装置としての出力（発光強度）も大きくばらつき、変動してしまうということを突き止めた。
【００１８】
本発明は、青色光を発光する固体光源とβサイアロン蛍光体を有する蛍光体層を用いた光源装置および照明装置において、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱を減少させるために（高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、出力（発光強度）の変動を抑え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】
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、青色光を発光する固体光源と、該固体光源からの青色光により励起され該固体光源からの青色光の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有し、前記蛍光体層には、少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体が含まれていることを特徴とすることを特徴とする光源装置である。
【００２０】
また、請求項２記載の発明は、青色光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの青色光により励起され前記固体光源からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体を含む蛍光体層を有していることを特徴とする光源装置である。
【００２１】
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、前記固体光源は、発光ダイオードまたは半導体レーザーであることを特徴としている。
【００２２】
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、前記固体光源は、発光波長が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲のものであることを特徴としている。
【００２３】
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、前記少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体は、ＹｂとＹｂ以外のランタノイドを共に発光中心イオンとして付活したβサイアロン蛍光体であることを特徴としている。
【００２４】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の光源装置において、前記Ｙｂ以外のランタノイドは、Ｅｕであることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６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】
【００２６】
請求項１、請求項３乃至請求項７記載の発明によれば、青色光を発光する固体光源と、該固体光源からの青色光により励起され該固体光源からの青色光の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有し、前記蛍光体層には、少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体が含まれているので、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱を減少させるために（高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、緑色発光について出力（発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（発光強度）の変動が小さい）光源装置および照明装置を提供することができる。
【００２７】
また、請求項２乃至請求項７記載の発明によれば、青色光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの青色光により励起され前記固体光源からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体を含む蛍光体層を有しているので、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱をより一層減少させるために（より一層の高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、出力（発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（発光強度）の変動が小さい）光源装置および照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】蛍光回転体を用いた光源装置の概略図である。
【図２】Ｅｕ付活βサイアロン蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の光源装置の構成例を示す図（概略図）である。
【図４】本発明の第２の実施形態の光源装置の一構成例を示す図である。
【図５】反射型の蛍光回転体の蛍光体層が複数のセクションに分かれている場合についての各種の構成例を示す図（平面図）である。
【図６】反射型の蛍光回転体の蛍光体層が複数のセクションに分かれている場合についての各種の構成例を示す図（平面図）である。
【図７】反射型の蛍光回転体の蛍光体層が複数のセクションに分かれている場合についての各種の構成例を示す図（平面図）である。
【図８】２種類の蛍光体層を垂直方向に重ねて配置した例を示す図（断面図）である。
【図９】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれについて、各材料の分量を示す図である。
【図１０】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれについて、各材料を図９の分量で配合したときの、βサイアロン蛍光体（Ｓｉ６Ａｌ６−ｚＯｚＮ８−ｚ：Ａ（Ａは発光中心イオン、０＜ｚ≦４．２））のｚ、Ａ（Ｙｂ）、Ａ（Ｅｕ）の組成を示す図である。
【図１１】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれのβサイアロン蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図１２】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれのβサイアロン蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図１３】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれのβサイアロン蛍光体について、４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲での励起スペクトルの値（強度）を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図３は本発明の第１の実施形態の光源装置の構成例を示す図（概略図）である。図３を参照すると、この光源装置１０は、青色光を発光する固体光源５と、該固体光源５からの青色光により励起され該固体光源５からの青色光の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とを有し、前記蛍光体層２には、少なくともＹｂ（イッテルビウム）を付活したβサイアロン蛍光体が緑色に発光する蛍光体（以下、緑色蛍光体と称す）として含まれていることを特徴としている。
【００３１】
ここで、青色光を発光する固体光源５としては、発光ダイオードまたは半導体レーザーが用いられ、固体光源５からは、通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ以上の光を出射するものが用いられる。これにより、蛍光体のストークスシフトに起因する発熱を減少させることができ、蛍光体の温度消光も小さくすることができるため、結果的に光源装置を高輝度化することができる。なお、ストークスシフトに起因する発熱の減少だけを考えると発光波長は長いほど良いが、βサイアロン蛍光体は励起波長が４９０ｎｍよりも長波長になると蛍光強度は弱くなるため、固体光源５の発光波長は４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲が望ましい。
【００３２】
また、本願の発明者は、前述のように、青色光を発光する固体光源の発光波長のばらつき、変動と、さらに青色光を発光する固体光源の通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲の光よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲においてＥｕ付活βサイアロン蛍光体の蛍光強度が励起波長の少しの変化によって大きく変動してしまうことにより、結果として、光源装置としての出力（発光強度）も大きくばらつき、変動してしまうということを突き止めた。この問題を解決するのに、本願の発明者は、４６０ｎｍ以上の範囲で値の変動の小さい励起スペクトルを持つβサイアロン蛍光体を使用することを考え付いたが、これまでそのような蛍光体は知られていなかった。
【００３３】
本願の発明者は、今回、後述のように、Ｙｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体の焼成実験を行い、その実験結果からＹｂイオンを発光中心イオンとしてβサイアロン蛍光体に付活することで、Ｅｕ（ユーロピウム）のみを付活したβサイアロン蛍光体に比べ、その励起スペクトルの値の変動が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で小さくなることを見出した。この効果は、Ｙｂのみを付活した場合にも、ＹｂをＥｕと同時に付活した場合にも得られることも、本願の発明者によって明らかにされた。このようにＹｂイオンをβサイアロン蛍光体に付活することで、励起スペクトルの値の変動が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で小さい蛍光体層２を実現することができることが本願の発明者によって新たに見出された。なお、発光中心としてＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色発光の蛍光体）は、前述の特許文献２に記載されてはいるものの、その具体的な特性については、従来何ら知られていない（何ら報告されていない）。
【００３４】
このように、本発明の第１の実施形態の光源装置１０によれば、青色光を発光する固体光源５と、該固体光源５からの青色光により励起され該固体光源５からの青色光の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とを有し、前記蛍光体層２には、少なくともＹｂ（イッテルビウム）を付活したβサイアロン蛍光体が緑色蛍光体として含まれているので、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱を減少させるために（高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源５の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、緑色発光について出力（蛍光（緑色光）の発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（蛍光の発光強度）の変動が小さい）光源装置を提供することができる。
【００３５】
なお、図３の構成例では、固体光源５の発光（青色光）と蛍光体層２から発せられる蛍光（緑色光）の混合光を利用するものであるが、混合光をフィルターを通して単色光として用いても良いし（緑色光だけを取り出しても良いし）、そのまま混合光として用いても良い。特に、蛍光体層２として、橙から赤色に発光する蛍光体をＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）と一緒に用いた場合（混合して用いた場合）には（さらに、これに黄色に発光する蛍光体を混合して用いることもできる）、白色光を得ることも可能である。このようにＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）とそれよりも長波長の蛍光を発する蛍光体とを同じ蛍光体層２中に混ぜて使用することもできる。
【００３６】
図４（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施形態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）は蛍光回転体の平面図である。また、図４（ａ），（ｂ）において、図３と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、青色光を発光する固体光源５と、モーターなどの駆動部（図示せず）による駆動によって回転軸Ｘの周りに回転可能な蛍光回転体１とを備え、該蛍光回転体１は、前記固体光源５からの青色光（励起光）により励起され前記固体光源５からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）を含む蛍光体層２を有している。
【００３７】
このような構成の第２の実施形態の光源装置２０では、蛍光体層２には、少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）が含まれているので、第１の実施形態で説明したと同様に、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱を減少させるために（高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、緑色発光について出力（蛍光（緑色光）の発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（蛍光（緑色光）の発光強度）の変動が小さい）光源装置を提供することができる。
【００３８】
さらに、第２の実施形態の光源装置２０では、蛍光回転体１を用いることにより、高出力の励起光を照射した場合でも蛍光体層２は回転しており、同じ部分が励起されている時間が短いため、発熱が抑えられ、光が別の場所に当たっている間にその熱は放散される。したがって、蛍光体層２内で励起光照射により局所的に多量の熱が発生することを抑えられるため、樹脂成分の変色や蛍光体の温度消光を抑えることが可能となり、高輝度化を図ることが可能となる。
【００３９】
また、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０において、蛍光回転体１には、例えば蛍光体層２の面のうち励起光が入射する側とは反対側の面に光反射性を有する基板６が設けられている。この場合、基板６は、光反射性を有する材料（例えば金属など）で形成されている。また、基板６は、放熱基板としての機能も具備している。すなわち、この基板６は、蛍光、励起光の反射面の役割と、蛍光体層２からの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を使用するのが望ましい。このように、基板６を光反射性を有する材料（例えば金属など）で形成することによって、この蛍光回転体１を、蛍光体層２の面のうち励起光が入射する側の面から、蛍光、励起光を反射によって取り出す反射型の蛍光回転体として構成することができる。
【００４０】
ここで、反射型の蛍光回転体について説明する。図１に示す光源装置では、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からの出射光のうち、固体光源９５側とは反対側に出射する蛍光と蛍光体層９２で吸収されずに透過した固体光源９５の励起光とを用いている。つまり蛍光回転体９１を透過型の蛍光回転体として使用している。この透過型の蛍光回転体９１では、蛍光体層９２からの出射光に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側へ戻って行く光、つまり反射光も存在しており、この反射光は照明光として利用できない光となってしまう。また、透過型の蛍光回転体９１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、熱を放散する上でも不利である。
【００４１】
これに対し、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、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からの出射光のうち、固体光源５側に出射する蛍光と蛍光体層２で反射された固体光源５からの励起光を用いている。つまり、蛍光回転体１を反射型の蛍光回転体として使用している。このように反射型の蛍光回転体を使用することで、励起光の反射光も照明光として利用できるため、より一層の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の厚みが半分以下でも蛍光体層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。
【００４２】
このように、蛍光回転体１を反射型の蛍光回転体とすることで、より一層の高輝度化を図ることができる。なお、以下の各例では、蛍光回転体１は、反射型の蛍光回転体であるとして説明する。
【００４３】
また、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０において、蛍光体層２には、樹脂中に蛍光体を分散させたものや、ガラス中に蛍光体を分散させたもの、もしくはバインダー成分を含まない蛍光体セラミックスを使用することができる。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バインダー成分は５ｗｔ％以下しか残留しない。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から基板への熱放散において有利である。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いため好適である。
【００４４】
また、蛍光体層２と基板６との接合は、樹脂やガラス中に蛍光体を分散させた蛍光体層の場合はその樹脂やガラスが接合材となるが、蛍光体セラミックスの場合には、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、金属のろう付けなどを接合剤として用いることができる。
【００４５】
また、図４（ａ），（ｂ）の構成例では、例えば、固体光源５の発光（青色光）と蛍光体層２から発せられる蛍光（緑色光）の混合光を利用するものであるが、この場合、混合光をフィルターを通して単色光として用いても良いし（緑色光だけを取り出しても良いし）、そのまま混合光として用いても良い。特に、蛍光体層２として、橙から赤色に発光する蛍光体をＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）と一緒に用いた場合（混合して用いた場合）には（さらに、これに黄色に発光する蛍光体を混合して用いることもできる）、白色光を得ることも可能である。このようにＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）とそれよりも長波長の蛍光を発する蛍光体とを同じ蛍光体層２中に混ぜて使用しても良いし、次のように別々の蛍光体層を形成して使用しても良い。
【００４６】
すなわち、図４（ａ），（ｂ）の例では、蛍光回転体１の蛍光体層２としては、１種類の蛍光体層だけが用いられている。具体的に、図４（ａ），（ｂ）の例では、蛍光回転体１の蛍光体層２として、例えば緑色蛍光体からなる蛍光体層だけが用いられるか（この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射光として緑色光と青色光が混合された照明光を得ることができる）、緑、赤色、（さらには黄色も可能）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蛍光体層が用いられている（この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射光として白色などの照明光を得ることができる）。ただし、本発明は、これに限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、蛍光回転体１の蛍光体層２としては、緑、赤、黄色などの蛍光体層を少なくとも１つ配置した構成にすることができる。換言すれば、蛍光回転体１の蛍光体層２は、複数のセクションに分かれていても良い。複数のセクションに分かれる場合には、隣接するセクションと発光が混ざるのを防ぐため、隣接するセクション間を光反射性の分離壁で分離させることが望ましい。また各セクションに分散している蛍光体の種類、分散量（濃度）が異なっていても良い。また、各セクションの蛍光体層の厚みが異なっていても良い。
【００４７】
図５、図６、図７は、反射型の蛍光回転体１の蛍光体層２が複数のセクションに分かれている場合についての各種の構成例を示す図（平面図）である。なお、図５、図６、図７は、説明の便宜上、図４（ａ），（ｂ）の構成（反射型の蛍光回転体１の蛍光体層２）に対応させて図示されている。図５の例は、反射型蛍光回転体１の蛍光体層２として、２種類の蛍光体層２ａ，２ｂ（例えば赤色蛍光体からなる蛍光体層２ａと緑色蛍光体からなる蛍光体層２ｂ）が２等分に分割された蛍光体領域として設けられており、この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射型の蛍光回転体１の回転時の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、図６の例は、反射型蛍光回転体１の蛍光体層２として、２種類の蛍光体層２ａ，２ｂ（例えば赤色蛍光体からなる蛍光体層２ａと緑色蛍光体からなる蛍光体層２ｂ）が蛍光体領域として設けられ、蛍光体層が設けられていない領域が非蛍光体領域４２ｃとして設けられており、この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射型蛍光回転体１の回転時の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、図７の例は、反射型蛍光回転体１の蛍光体層２として、３種類の蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃ（例えば赤色蛍光体からなる蛍光体層２ａと緑色蛍光体からなる蛍光体層２ｂと黄色蛍光体からなる蛍光体層２ｃ）が蛍光体領域として設けられ、蛍光体層が設けられていない領域が非蛍光体領域４２ｃとして設けられており、この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射型蛍光回転体１の回転時の反射光として白色などの照明光を得ることができる。
【００４８】
このように、蛍光回転体１の蛍光体層２が複数のセクションに分かれている場合、蛍光体層２の配置については、２種類以上の蛍光体層を使用する場合には、図５、図６、図７のようにそれらの蛍光体層を水平方向に並べて配置することができる。あるいは、２種類以上の蛍光体層を垂直方向に重ねて配置することもできる。図８には、例えば２種類の蛍光体層２ａ，２ｂ（例えば赤色蛍光体からなる蛍光体層２ａと緑色蛍光体からなる蛍光体層２ｂ）を垂直方向に重ねて配置した蛍光回転体１の例が断面図で示されている。図８の構成の場合にも、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、蛍光回転体１の回転時の反射光として白色などの照明光を得ることができる。
【００４９】
以下、本発明の第１、第２の実施形態の光源装置１０、２０をより詳細に説明する。
【００５０】
まず、Ｙｂ（イッテルビウム）を付活したβサイアロン蛍光体（以下、Ｙｂ付活βサイアロン蛍光体と称す）について説明する。βサイアロン蛍光体は、組成式Ｓｉ６Ａｌ６−ｚＯｚＮ８−ｚ：Ａ（Ａは発光中心イオン、０＜ｚ≦４．２）で表され、β型窒化珪素と同じ結晶構造をもつものである。Ｙｂイオンを発光中心イオンとしてこのβサイアロン蛍光体に付活することで、Ｅｕのみを付活したβサイアロン蛍光体に比べ、その励起スペクトルの値の変動が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で小さいβサイアロン蛍光体を得ることができる。この効果は、Ｙｂのみを付活した場合にも、ＥｕやＣｅといったその他のランタノイドを発光中心イオンとして同時に付活した場合にも得られる。このときのＹｂイオンとその他の発光中心イオンを合わせた濃度は、母体のモル数に対して０．０５ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％の範囲が望ましい。これは、発光中心イオン濃度が０．０５ｍｏｌ％以下の場合は発光中心イオンが少なすぎるために蛍光強度が十分に得られず、１．０ｍｏｌ％以上の場合には濃度消光が生じるために蛍光強度が十分に得られないためである。また、Ｙｂイオンが少なすぎる場合にはβサイアロン蛍光体の励起スペクトルの値が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で右下がりに変動してしまい、望ましくない。蛍光体の粒径は、中位径が１０μｍ〜３０μｍの範囲のものが望ましい。中位径が１０μｍ未満のものは蛍光体の発光効率が低いためであり、３０μｍよりも大きなものは蛍光体層内で均一に分散しにくいためである。
【００５１】
Ｙｂ付活βサイアロン蛍光体の製造方法は以下の通りである。出発材料としてＳｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、および、発光中心イオンとしたいＹｂ以外のランタノイド元素の窒化物、酸化物もしくはフッ化物の粉末を用意し、目的の組成比になるように秤量し、十分に混合する。混合は、アルミナや窒化ケイ素製のボールを利用したボールミルで実施可能であり、混合効率を高めるためにエタノールやイソプロパノール、ヘキサンなどを溶媒として用いた湿式混合を行っても良い。ただし、材料が溶媒中の水分と反応してしまう可能性があるため、溶媒は脱水したものが望ましい。混合後は真空乾燥炉や窒素雰囲気の乾燥炉内で十分に乾燥させる。その後必要であればメッシュを通して目的の大きさに分級し、窒化ホウ素製るつぼに投入する。材料は０．１〜１．０ＭＰａの窒素加圧雰囲気下で１８００〜２０００℃、２〜１０時間焼成する。焼成後は不純物除去のため、塩酸やフッ酸などの酸性溶液や水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液、もしくは沸騰した水で洗浄しても良い。最後にもう一度メッシュを通して分級することで目的の蛍光体粉末を得ることが出来る。なお、焼成前にスリップキャスティング法や加圧成型法を用いて材料を成型し、焼成を実施すれば、板状の蛍光体セラミックスを得ることも可能である。
【００５２】
また、固体光源５としては、青色光領域に発光波長をもつ発光ダイオードやレーザーダイオードなどが使用可能であり、特に４６０ｎｍ以上の発光波長を持つものが望ましい。本発明は、励起光強度が高い光源を使用する場合にその効果が顕著に現れるため、もちろんこれらの光源に限定はされるものではないが、例えば、ＧａＮ系の材料を用いた約４８０ｎｍの青色光を発光するレーザーダイオードを用いることができる。
【００５３】
また、蛍光体層２に使用される蛍光体としては、Ｙｂ付活βサイアロン蛍光体のほかに、青色光領域の光を吸収し、Ｙｂ付活βサイアロン蛍光体よりも長波長の光を発するものを用いることができる。例えば、赤色用には、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等を用いることができる。また、黄色用には、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋等を用いることができる。
【００５４】
蛍光体層２としては、これらの蛍光体粉末を樹脂中やガラス中に分散させたものや、蛍光体セラミックスを用いることが出来る。樹脂としてはシリコーン樹脂、シリコンエポキシ樹脂、フッ素樹脂などの熱硬化性樹脂や液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂を使用することができる。ここで、ガラスとしては、組成にＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５などの成分を含む低融点ガラスが挙げられる。
【００５５】
また、蛍光体は、焼成前に成型し、焼成することで、蛍光体セラミックスとすることができる。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することができる。蛍光体セラミックスの表面にエッチングや機会研磨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、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。
【００５６】
また、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。これらの基板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。
【００５７】
また、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。
【００５８】
また、蛍光体層２と基板６の接合には、樹脂やガラスを使用した場合の蛍光体層２であれば、それら自身を接合材として使用することができるが、蛍光体層２が蛍光体セラミックスの場合には有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、ろう付けなどを用いることが出来る。なかでも高い反射率と伝熱特性を両立可能なろう付けが望ましい。すなわち、セラミックスと金属の接合は、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。ここで、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、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出来る。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。
【００５９】
また、蛍光回転体１は、蛍光体層２と基板６を接合したものをモーター等と連結することで実現できる。このときの基板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。
【００６０】
また、上述の各例では、基板６を金属などで構成し、蛍光回転体１を反射型の蛍光回転体として構成したが、基板６を光透過性の材料（透明材料）で構成すれば、蛍光回転体１を図１に示したような透過型の蛍光回転体として構成することもできる。この場合も、本発明が適用されることで（すなわち、蛍光回転体１が、固体光源５からの青色光により励起され固体光源５からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体を含む蛍光体層２を有していることで）、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱をより一層減少させるために（より一層の高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源５の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、出力（発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（発光強度）の変動が小さい）光源装置を提供することができる。
【００６１】
なお、上述の各例では示されていないが、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が設けられても良い。
【００６２】
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、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱をより一層減少させるために（より一層の高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源５の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、出力（発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（発光強度）の変動が小さい）照明装置を提供できる。
【００６３】
最後に、本願の発明者によってなされたＹｂ付活βサイアロン蛍光体の焼成実験について説明する。
【００６４】
先ず、出発材料としてα型窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４：宇部興産製ＳＮ−Ｅ１０）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ：トクヤマ製Ｈグレード）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３：住友化学製ＡＰＫ−Ｙ３００）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３：信越化学製 純度９９．９９％）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３：信越化学製 純度９９．９９％）を用意し、実施例１、実施例２、比較例のそれぞれについて、これらの材料を図９の分量で配合し（図９において、％は材料全体に対する重量パーセント）、βサイアロン蛍光体（Ｓｉ６Ａｌ６−ｚＯｚＮ８−ｚ：Ａ（Ａは発光中心イオン、０＜ｚ≦４．２））のｚ、Ａ（Ｙｂ）、Ａ（Ｅｕ）が図１０の組成となるようにした（すなわち、実施例１ではＹｂのみを付活し、実施例２ではＹｂとＥｕを等量付活し、比較例ではＥｕのみを付活した）。なお、図１０において、％は母体のモル数に対するモルパーセントである。
【００６５】
そして、これらの材料を窒化ケイ素製ボールを用いたボールミルにより十分に混合した。混合した材料は、１００番のナイロンメッシュを通して分級した後、窒化ホウ素製るつぼに投入した。このるつぼを多目的焼成炉（富士電波製ハイマルチ５０００）内に配置し、窒素１．０ＭＰａ雰囲気下で２０００℃、４時間の焼成を行った。得られた焼成物は乳鉢で解した後、沸騰したお湯で洗浄し、乾燥後に３８０番のナイロンメッシュを通して分級した。こうして得られた蛍光体を粉末Ｘ線回折装置（ＢｒｕｋｅｒＡＸＳ製Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ）で調べたところ、実施例１、実施例２、比較例のいずれも、βサイアロンの構造ができていることが確かめられた。
【００６６】
さらに蛍光分光光度計（日立製作所製Ｆ４５００）を用いて発光スペクトル、励起スペクトルを測定した結果を図１１、図１２に示す。なお、図１１、図１２は最大値で規格化した相対値で示されている。図１１から、実施例１、実施例２、比較例のいずれも発光スペクトルは５４０ｎｍ付近にあり変化はないが、図１２の励起スペクトルを比較すると、Ｙｂを付活した実施例１、実施例２では４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲での励起スペクトルは比較的値（強度）の変化が小さいのに対し、Ｅｕのみを付活した比較例では同じ範囲で長波長になるにつれて励起スペクトルの強度が大きく低下している。よりわかりやすくするために図１３に４６０ｎｍの値で規格化しなおした励起スペクトルの値（強度）を示している。図１３の下段にも示したとおり、４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲での励起スペクトルの値（強度）の変化量（４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲での励起スペクトルの（最大値）―（最小値））は、Ｅｕのみを付活した比較例の場合には２３．２％と大きいものであるのに対し、Ｙｂのみを付活した実施例１では１６．５％、ＹｂとＥｕを等量付活した実施例２では１１．６％と大きな改善が確認できた。
【００６７】
こうして得られたＹｂ付活βサイアロン蛍光体を４６０ｎｍ以上の発光波長を持つ固体光源５と組み合わせ、反射型の蛍光回転体１を利用した光源装置とすることで、高輝度で半値幅が狭く（色純度が良く）、かつ、緑色光出力に関してバラツキや変動が小さい光源装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、一般照明、ディスプレイ、自動車のヘッドランプなどに利用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 蛍光回転体
２ 蛍光体層
４２ｃ 非蛍光体領域
５ 固体光源
６ 基板
１０、２０ 光源装置
【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】
発光ダイオード等の固体光源と蛍光体層を組み合わせた光源装置（固体光源から出射された光（励起光）が蛍光体層に入射することにより励起されて固体光源からの光の波長よりも長波長の蛍光を蛍光体層から発光させる形式の光源装置）は広く普及しており、近年では高輝度化が進み、一般照明やディスプレイ用の光源装置、自動車のヘッドランプなどに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】
このような固体光源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には、大電流を投入し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、蛍光体の温度消光による蛍光強度の低下が生じてしまうため、結果として発光強度は飽和、減少し、照明光の高輝度化が困難であった。
【０００４】
ここで、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。このように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。
【０００５】
この問題を解決するものとして、例えば、特許文献１に示されているように回転軸の周りに回転可能なカラーホイール（以下、蛍光回転体と称す）に蛍光体層を形成した光源装置が挙げられる。図１は蛍光回転体を用いた光源装置の概略図である。なお、図１において、符号９５は固体光源、符号９１は蛍光回転体であり、図１の光源装置では、蛍光回転体９１が透過型のものとして構成され、固体光源９５からの励起光によって励起された蛍光体層からの発光のうち固体光源９５側とは反対側に出射する光（透過光）を用いるようになっている（なお、以下、この形式の蛍光回転体を、透過型蛍光回転体と称す）。
【０００６】
蛍光回転体を用いる場合には、高出力の励起光を照射した場合でも蛍光体層は回転しており、同じ部分が励起されている時間が短いため、発熱が抑えられ、光が別の場所に当たっている間にその熱は放散される。したがって、蛍光体層内で励起光照射により局所的に多量の熱が発生することを抑えられるため、樹脂成分の変色や蛍光体の温度消光を抑えることが可能となり、高輝度化を図ることが可能となる。
【０００７】
ところで、固体光源と蛍光体層を組み合わせた光源装置（例えば、液晶ディスプレイやプロジェクターなどのディスプレイ用の光源装置）としては、高輝度化のみならず、ディスプレイなどの色再現範囲を拡大することが望まれている。色再現範囲の拡大には光源の発光スペクトルのＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）成分の各々が半値幅の狭いスペクトルからなることが必要である。
【０００８】
この問題の解決策を固体光源と蛍光体層を組み合わせた光源装置について考えると、蛍光体層には、半値幅の狭い発光スペクトルを持つ蛍光体を使用することが必要となる。特に緑色蛍光体に注目すると、半値幅の狭い発光スペクトルを有する蛍光体として特許文献２で報告されているＥｕ（ユーロピウム）イオンを付活したβサイアロン蛍光体が広く知られている。この蛍光体は、紫外線から青色光で励起可能であり、発光波長５４０ｎｍの緑色発光を示し、発光スペクトルの半値幅が狭いため、固体光源と組み合わせることで高輝度かつ半値幅の狭い発光スペクトルを有する光源装置を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００９−５３９２１９号公報
【特許文献２】特開２００８−１２０９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したような固体光源と蛍光体を組み合わせた光源装置で、さらに高輝度かつ半値幅の狭い発光スペクトルを有する光源装置を実現するためには、蛍光体（緑色蛍光体）としてＥｕ付活βサイアロン蛍光体を使用し、さらにいままで以上に蛍光体の発熱を抑制する工夫をする必要がある。
【００１１】
ここで、蛍光体からの発熱を詳細に検討すると、発熱は、ストークスシフトと呼ばれる励起光と蛍光のエネルギー差に起因する成分と、蛍光に変換されなかったエネルギーに起因する成分とに分けられる。前者は温度によらず一定の値をとり、後者は温度の上昇に従って増加するものである。したがって、蛍光体の温度上昇を抑制することで後者の成分を減らすことはできるが、前者の成分については別の工夫が必要となる。ストークスシフトに起因する成分は、励起光と蛍光のエネルギー差で決定されるため、このエネルギー差を小さくすれば発熱を減らすことができる。具体的には、蛍光体の発光波長を変えずに、より長波長の光（励起光）で蛍光体を励起することで、励起光と蛍光のエネルギー差を小さくし、蛍光体からの発熱を減らすことができる。もちろん蛍光体の蛍光波長を短くしても同様に達成できるが、蛍光波長を変えることは発光色を変えることになるため、色再現範囲に悪い影響が出る可能性があり望ましくない。従って、青色発光の固体光源としては通常４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの発光ピークを持つものが使用されているが、蛍光体のストークスシフトに起因する発熱を減少させるためには、４４０ｎｍ〜４６０ｎｍよりも長波長である４６０ｎｍ以上の発光波長を持つ固体光源の使用が望ましい。
【００１２】
以上のことから、従来使用されているものよりも発光波長の長い４６０ｎｍ以上の発光波長をもつ固体光源とＥｕ付活βサイアロン蛍光体とを組み合わせた光源装置が高輝度かつ半値幅の狭い発光スペクトルを有する光源装置として望ましいと思われるが、本願の発明者は、この光源装置を実際に検討してみた結果、これまでに知られていなかった新たな課題（問題）を見出した。
【００１３】
すなわち、従来使用されているものよりも発光波長の長い４６０ｎｍ以上の発光波長をもつ固体光源とＥｕ付活βサイアロン蛍光体とを組み合わせた光源装置では、光源装置の初期の出力が大きくばらつく、もしくは、駆動中に固体光源の温度の変化とともに出力が変動するという問題が生ずる。このような出力のばらつき、駆動中の変動は、良品の選別工程や温度制御機構の追加などコストアップにつながる問題のため、製品の価値を大きく損なうものである。
【００１４】
本願の発明者は、上記課題（問題）の原因を調べた結果、この原因が固体光源と蛍光体との両方に存在することを突き止めた。
【００１５】
すなわち、まず、青色光を発光する固体光源は、発光ダイオード、半導体レーザーとも、ある発光波長を目指して製造しても、実際に固体光源から発せられる発光波長は目標値から５ｎｍ程度はばらつくものである。このばらつきは成膜の不均一性に起因する。さらにこの初期のばらつきの他に、駆動中に固体光源の温度が上昇していくと、一般的に発光波長が長波長へ移動する現象が起きる。その移動量は素子の構造などに依存するが、こちらも５ｎｍ程度移動することが知られている。このように、固体光源の発光波長には、初期のばらつきと駆動中の変動がつきものである。
【００１６】
次に、蛍光体については、βサイアロン蛍光体は一般にＥｕイオンを付活したものが良く知られているが、図２に示すようにＥｕ付活βサイアロン蛍光体の励起スペクトルは紫外領域から可視光領域にかけて、特に４００ｎｍ以上の波長領域では右下がりの構造を取る。従って、通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲の光よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲では励起スペクトルがより一層傾斜しているため、４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で温度変化等により励起波長が変動すると、蛍光強度（緑色発光の強度）も大きく変動してしまう。
【００１７】
このように、青色光を発光する固体光源の発光波長のばらつき、変動と、さらに青色光を発光する固体光源の通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲の光よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲においてＥｕ付活βサイアロン蛍光体の蛍光強度が励起波長の少しの変化によって大きく変動してしまうことにより、結果として、光源装置としての出力（発光強度）も大きくばらつき、変動してしまうということを突き止めた。
【００１８】
本発明は、青色光を発光する固体光源とβサイアロン蛍光体を有する蛍光体層を用いた光源装置および照明装置において、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱を減少させるために（高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、出力（発光強度）の変動を抑え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】
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、青色光を発光する固体光源と、該固体光源からの青色光により励起され該固体光源からの青色光の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有し、前記蛍光体層には、少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体が含まれていることを特徴とすることを特徴とする光源装置である。
【００２０】
また、請求項２記載の発明は、青色光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの青色光により励起され前記固体光源からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体を含む蛍光体層を有していることを特徴とする光源装置である。
【００２１】
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、前記固体光源は、発光ダイオードまたは半導体レーザーであることを特徴としている。
【００２２】
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、前記固体光源は、発光波長が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲のものであることを特徴としている。
【００２３】
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、前記少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体は、ＹｂとＹｂ以外のランタノイドを共に発光中心イオンとして付活したβサイアロン蛍光体であることを特徴としている。
【００２４】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の光源装置において、前記Ｙｂ以外のランタノイドは、Ｅｕであることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６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】
【００２６】
請求項１、請求項３乃至請求項７記載の発明によれば、青色光を発光する固体光源と、該固体光源からの青色光により励起され該固体光源からの青色光の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有し、前記蛍光体層には、少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体が含まれているので、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱を減少させるために（高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、緑色発光について出力（発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（発光強度）の変動が小さい）光源装置および照明装置を提供することができる。
【００２７】
また、請求項２乃至請求項７記載の発明によれば、青色光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの青色光により励起され前記固体光源からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体を含む蛍光体層を有しているので、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱をより一層減少させるために（より一層の高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、出力（発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（発光強度）の変動が小さい）光源装置および照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】蛍光回転体を用いた光源装置の概略図である。
【図２】Ｅｕ付活βサイアロン蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の光源装置の構成例を示す図（概略図）である。
【図４】本発明の第２の実施形態の光源装置の一構成例を示す図である。
【図５】反射型の蛍光回転体の蛍光体層が複数のセクションに分かれている場合についての各種の構成例を示す図（平面図）である。
【図６】反射型の蛍光回転体の蛍光体層が複数のセクションに分かれている場合についての各種の構成例を示す図（平面図）である。
【図７】反射型の蛍光回転体の蛍光体層が複数のセクションに分かれている場合についての各種の構成例を示す図（平面図）である。
【図８】２種類の蛍光体層を垂直方向に重ねて配置した例を示す図（断面図）である。
【図９】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれについて、各材料の分量を示す図である。
【図１０】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれについて、各材料を図９の分量で配合したときの、βサイアロン蛍光体（Ｓｉ６Ａｌ６−ｚＯｚＮ８−ｚ：Ａ（Ａは発光中心イオン、０＜ｚ≦４．２））のｚ、Ａ（Ｙｂ）、Ａ（Ｅｕ）の組成を示す図である。
【図１１】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれのβサイアロン蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図１２】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれのβサイアロン蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図１３】実施例１、実施例２、比較例のそれぞれのβサイアロン蛍光体について、４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲での励起スペクトルの値（強度）を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図３は本発明の第１の実施形態の光源装置の構成例を示す図（概略図）である。図３を参照すると、この光源装置１０は、青色光を発光する固体光源５と、該固体光源５からの青色光により励起され該固体光源５からの青色光の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とを有し、前記蛍光体層２には、少なくともＹｂ（イッテルビウム）を付活したβサイアロン蛍光体が緑色に発光する蛍光体（以下、緑色蛍光体と称す）として含まれていることを特徴としている。
【００３１】
ここで、青色光を発光する固体光源５としては、発光ダイオードまたは半導体レーザーが用いられ、固体光源５からは、通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ以上の光を出射するものが用いられる。これにより、蛍光体のストークスシフトに起因する発熱を減少させることができ、蛍光体の温度消光も小さくすることができるため、結果的に光源装置を高輝度化することができる。なお、ストークスシフトに起因する発熱の減少だけを考えると発光波長は長いほど良いが、βサイアロン蛍光体は励起波長が４９０ｎｍよりも長波長になると蛍光強度は弱くなるため、固体光源５の発光波長は４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲が望ましい。
【００３２】
また、本願の発明者は、前述のように、青色光を発光する固体光源の発光波長のばらつき、変動と、さらに青色光を発光する固体光源の通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲の光よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲においてＥｕ付活βサイアロン蛍光体の蛍光強度が励起波長の少しの変化によって大きく変動してしまうことにより、結果として、光源装置としての出力（発光強度）も大きくばらつき、変動してしまうということを突き止めた。この問題を解決するのに、本願の発明者は、４６０ｎｍ以上の範囲で値の変動の小さい励起スペクトルを持つβサイアロン蛍光体を使用することを考え付いたが、これまでそのような蛍光体は知られていなかった。
【００３３】
本願の発明者は、今回、後述のように、Ｙｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体の焼成実験を行い、その実験結果からＹｂイオンを発光中心イオンとしてβサイアロン蛍光体に付活することで、Ｅｕ（ユーロピウム）のみを付活したβサイアロン蛍光体に比べ、その励起スペクトルの値の変動が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で小さくなることを見出した。この効果は、Ｙｂのみを付活した場合にも、ＹｂをＥｕと同時に付活した場合にも得られることも、本願の発明者によって明らかにされた。このようにＹｂイオンをβサイアロン蛍光体に付活することで、励起スペクトルの値の変動が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で小さい蛍光体層２を実現することができることが本願の発明者によって新たに見出された。なお、発光中心としてＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色発光の蛍光体）は、前述の特許文献２に記載されてはいるものの、その具体的な特性については、従来何ら知られていない（何ら報告されていない）。
【００３４】
このように、本発明の第１の実施形態の光源装置１０によれば、青色光を発光する固体光源５と、該固体光源５からの青色光により励起され該固体光源５からの青色光の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とを有し、前記蛍光体層２には、少なくともＹｂ（イッテルビウム）を付活したβサイアロン蛍光体が緑色蛍光体として含まれているので、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱を減少させるために（高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源５の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、緑色発光について出力（蛍光（緑色光）の発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（蛍光の発光強度）の変動が小さい）光源装置を提供することができる。
【００３５】
なお、図３の構成例では、固体光源５の発光（青色光）と蛍光体層２から発せられる蛍光（緑色光）の混合光を利用するものであるが、混合光をフィルターを通して単色光として用いても良いし（緑色光だけを取り出しても良いし）、そのまま混合光として用いても良い。特に、蛍光体層２として、橙から赤色に発光する蛍光体をＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）と一緒に用いた場合（混合して用いた場合）には（さらに、これに黄色に発光する蛍光体を混合して用いることもできる）、白色光を得ることも可能である。このようにＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）とそれよりも長波長の蛍光を発する蛍光体とを同じ蛍光体層２中に混ぜて使用することもできる。
【００３６】
図４（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施形態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）は蛍光回転体の平面図である。また、図４（ａ），（ｂ）において、図３と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、青色光を発光する固体光源５と、モーターなどの駆動部（図示せず）による駆動によって回転軸Ｘの周りに回転可能な蛍光回転体１とを備え、該蛍光回転体１は、前記固体光源５からの青色光（励起光）により励起され前記固体光源５からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）を含む蛍光体層２を有している。
【００３７】
このような構成の第２の実施形態の光源装置２０では、蛍光体層２には、少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）が含まれているので、第１の実施形態で説明したと同様に、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱を減少させるために（高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、緑色発光について出力（蛍光（緑色光）の発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（蛍光（緑色光）の発光強度）の変動が小さい）光源装置を提供することができる。
【００３８】
さらに、第２の実施形態の光源装置２０では、蛍光回転体１を用いることにより、高出力の励起光を照射した場合でも蛍光体層２は回転しており、同じ部分が励起されている時間が短いため、発熱が抑えられ、光が別の場所に当たっている間にその熱は放散される。したがって、蛍光体層２内で励起光照射により局所的に多量の熱が発生することを抑えられるため、樹脂成分の変色や蛍光体の温度消光を抑えることが可能となり、高輝度化を図ることが可能となる。
【００３９】
また、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０において、蛍光回転体１には、例えば蛍光体層２の面のうち励起光が入射する側とは反対側の面に光反射性を有する基板６が設けられている。この場合、基板６は、光反射性を有する材料（例えば金属など）で形成されている。また、基板６は、放熱基板としての機能も具備している。すなわち、この基板６は、蛍光、励起光の反射面の役割と、蛍光体層２からの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を使用するのが望ましい。このように、基板６を光反射性を有する材料（例えば金属など）で形成することによって、この蛍光回転体１を、蛍光体層２の面のうち励起光が入射する側の面から、蛍光、励起光を反射によって取り出す反射型の蛍光回転体として構成することができる。
【００４０】
ここで、反射型の蛍光回転体について説明する。図１に示す光源装置では、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からの出射光のうち、固体光源９５側とは反対側に出射する蛍光と蛍光体層９２で吸収されずに透過した固体光源９５の励起光とを用いている。つまり蛍光回転体９１を透過型の蛍光回転体として使用している。この透過型の蛍光回転体９１では、蛍光体層９２からの出射光に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側へ戻って行く光、つまり反射光も存在しており、この反射光は照明光として利用できない光となってしまう。また、透過型の蛍光回転体９１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、熱を放散する上でも不利である。
【００４１】
これに対し、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０では、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からの出射光のうち、固体光源５側に出射する蛍光と蛍光体層２で反射された固体光源５からの励起光を用いている。つまり、蛍光回転体１を反射型の蛍光回転体として使用している。このように反射型の蛍光回転体を使用することで、励起光の反射光も照明光として利用できるため、より一層の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の厚みが半分以下でも蛍光体層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。
【００４２】
このように、蛍光回転体１を反射型の蛍光回転体とすることで、より一層の高輝度化を図ることができる。なお、以下の各例では、蛍光回転体１は、反射型の蛍光回転体であるとして説明する。
【００４３】
また、図４（ａ），（ｂ）の光源装置２０において、蛍光体層２には、樹脂中に蛍光体を分散させたものや、ガラス中に蛍光体を分散させたもの、もしくはバインダー成分を含まない蛍光体セラミックスを使用することができる。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バインダー成分は５ｗｔ％以下しか残留しない。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から基板への熱放散において有利である。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いため好適である。
【００４４】
また、蛍光体層２と基板６との接合は、樹脂やガラス中に蛍光体を分散させた蛍光体層の場合はその樹脂やガラスが接合材となるが、蛍光体セラミックスの場合には、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、金属のろう付けなどを接合剤として用いることができる。
【００４５】
また、図４（ａ），（ｂ）の構成例では、例えば、固体光源５の発光（青色光）と蛍光体層２から発せられる蛍光（緑色光）の混合光を利用するものであるが、この場合、混合光をフィルターを通して単色光として用いても良いし（緑色光だけを取り出しても良いし）、そのまま混合光として用いても良い。特に、蛍光体層２として、橙から赤色に発光する蛍光体をＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）と一緒に用いた場合（混合して用いた場合）には（さらに、これに黄色に発光する蛍光体を混合して用いることもできる）、白色光を得ることも可能である。このようにＹｂイオンを付活したβサイアロン蛍光体（緑色蛍光体）とそれよりも長波長の蛍光を発する蛍光体とを同じ蛍光体層２中に混ぜて使用しても良いし、次のように別々の蛍光体層を形成して使用しても良い。
【００４６】
すなわち、図４（ａ），（ｂ）の例では、蛍光回転体１の蛍光体層２としては、１種類の蛍光体層だけが用いられている。具体的に、図４（ａ），（ｂ）の例では、蛍光回転体１の蛍光体層２として、例えば緑色蛍光体からなる蛍光体層だけが用いられるか（この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射光として緑色光と青色光が混合された照明光を得ることができる）、緑、赤色、（さらには黄色も可能）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蛍光体層が用いられている（この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射光として白色などの照明光を得ることができる）。ただし、本発明は、これに限定されず、種々の変形が可能である。すなわち、蛍光回転体１の蛍光体層２としては、緑、赤、黄色などの蛍光体層を少なくとも１つ配置した構成にすることができる。換言すれば、蛍光回転体１の蛍光体層２は、複数のセクションに分かれていても良い。複数のセクションに分かれる場合には、隣接するセクションと発光が混ざるのを防ぐため、隣接するセクション間を光反射性の分離壁で分離させることが望ましい。また各セクションに分散している蛍光体の種類、分散量（濃度）が異なっていても良い。また、各セクションの蛍光体層の厚みが異なっていても良い。
【００４７】
図５、図６、図７は、反射型の蛍光回転体１の蛍光体層２が複数のセクションに分かれている場合についての各種の構成例を示す図（平面図）である。なお、図５、図６、図７は、説明の便宜上、図４（ａ），（ｂ）の構成（反射型の蛍光回転体１の蛍光体層２）に対応させて図示されている。図５の例は、反射型蛍光回転体１の蛍光体層２として、２種類の蛍光体層２ａ，２ｂ（例えば赤色蛍光体からなる蛍光体層２ａと緑色蛍光体からなる蛍光体層２ｂ）が２等分に分割された蛍光体領域として設けられており、この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射型の蛍光回転体１の回転時の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、図６の例は、反射型蛍光回転体１の蛍光体層２として、２種類の蛍光体層２ａ，２ｂ（例えば赤色蛍光体からなる蛍光体層２ａと緑色蛍光体からなる蛍光体層２ｂ）が蛍光体領域として設けられ、蛍光体層が設けられていない領域が非蛍光体領域４２ｃとして設けられており、この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射型蛍光回転体１の回転時の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、図７の例は、反射型蛍光回転体１の蛍光体層２として、３種類の蛍光体層２ａ，２ｂ，２ｃ（例えば赤色蛍光体からなる蛍光体層２ａと緑色蛍光体からなる蛍光体層２ｂと黄色蛍光体からなる蛍光体層２ｃ）が蛍光体領域として設けられ、蛍光体層が設けられていない領域が非蛍光体領域４２ｃとして設けられており、この場合、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、反射型蛍光回転体１の回転時の反射光として白色などの照明光を得ることができる。
【００４８】
このように、蛍光回転体１の蛍光体層２が複数のセクションに分かれている場合、蛍光体層２の配置については、２種類以上の蛍光体層を使用する場合には、図５、図６、図７のようにそれらの蛍光体層を水平方向に並べて配置することができる。あるいは、２種類以上の蛍光体層を垂直方向に重ねて配置することもできる。図８には、例えば２種類の蛍光体層２ａ，２ｂ（例えば赤色蛍光体からなる蛍光体層２ａと緑色蛍光体からなる蛍光体層２ｂ）を垂直方向に重ねて配置した蛍光回転体１の例が断面図で示されている。図８の構成の場合にも、固体光源５として青色光を発光するものを用いれば、蛍光回転体１の回転時の反射光として白色などの照明光を得ることができる。
【００４９】
以下、本発明の第１、第２の実施形態の光源装置１０、２０をより詳細に説明する。
【００５０】
まず、Ｙｂ（イッテルビウム）を付活したβサイアロン蛍光体（以下、Ｙｂ付活βサイアロン蛍光体と称す）について説明する。βサイアロン蛍光体は、組成式Ｓｉ６Ａｌ６−ｚＯｚＮ８−ｚ：Ａ（Ａは発光中心イオン、０＜ｚ≦４．２）で表され、β型窒化珪素と同じ結晶構造をもつものである。Ｙｂイオンを発光中心イオンとしてこのβサイアロン蛍光体に付活することで、Ｅｕのみを付活したβサイアロン蛍光体に比べ、その励起スペクトルの値の変動が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で小さいβサイアロン蛍光体を得ることができる。この効果は、Ｙｂのみを付活した場合にも、ＥｕやＣｅといったその他のランタノイドを発光中心イオンとして同時に付活した場合にも得られる。このときのＹｂイオンとその他の発光中心イオンを合わせた濃度は、母体のモル数に対して０．０５ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％の範囲が望ましい。これは、発光中心イオン濃度が０．０５ｍｏｌ％以下の場合は発光中心イオンが少なすぎるために蛍光強度が十分に得られず、１．０ｍｏｌ％以上の場合には濃度消光が生じるために蛍光強度が十分に得られないためである。また、Ｙｂイオンが少なすぎる場合にはβサイアロン蛍光体の励起スペクトルの値が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲で右下がりに変動してしまい、望ましくない。蛍光体の粒径は、中位径が１０μｍ〜３０μｍの範囲のものが望ましい。中位径が１０μｍ未満のものは蛍光体の発光効率が低いためであり、３０μｍよりも大きなものは蛍光体層内で均一に分散しにくいためである。
【００５１】
Ｙｂ付活βサイアロン蛍光体の製造方法は以下の通りである。出発材料としてＳｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、および、発光中心イオンとしたいＹｂ以外のランタノイド元素の窒化物、酸化物もしくはフッ化物の粉末を用意し、目的の組成比になるように秤量し、十分に混合する。混合は、アルミナや窒化ケイ素製のボールを利用したボールミルで実施可能であり、混合効率を高めるためにエタノールやイソプロパノール、ヘキサンなどを溶媒として用いた湿式混合を行っても良い。ただし、材料が溶媒中の水分と反応してしまう可能性があるため、溶媒は脱水したものが望ましい。混合後は真空乾燥炉や窒素雰囲気の乾燥炉内で十分に乾燥させる。その後必要であればメッシュを通して目的の大きさに分級し、窒化ホウ素製るつぼに投入する。材料は０．１〜１．０ＭＰａの窒素加圧雰囲気下で１８００〜２０００℃、２〜１０時間焼成する。焼成後は不純物除去のため、塩酸やフッ酸などの酸性溶液や水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液、もしくは沸騰した水で洗浄しても良い。最後にもう一度メッシュを通して分級することで目的の蛍光体粉末を得ることが出来る。なお、焼成前にスリップキャスティング法や加圧成型法を用いて材料を成型し、焼成を実施すれば、板状の蛍光体セラミックスを得ることも可能である。
【００５２】
また、固体光源５としては、青色光領域に発光波長をもつ発光ダイオードやレーザーダイオードなどが使用可能であり、特に４６０ｎｍ以上の発光波長を持つものが望ましい。本発明は、励起光強度が高い光源を使用する場合にその効果が顕著に現れるため、もちろんこれらの光源に限定はされるものではないが、例えば、ＧａＮ系の材料を用いた約４８０ｎｍの青色光を発光するレーザーダイオードを用いることができる。
【００５３】
また、蛍光体層２に使用される蛍光体としては、Ｙｂ付活βサイアロン蛍光体のほかに、青色光領域の光を吸収し、Ｙｂ付活βサイアロン蛍光体よりも長波長の光を発するものを用いることができる。例えば、赤色用には、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等を用いることができる。また、黄色用には、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋等を用いることができる。
【００５４】
蛍光体層２としては、これらの蛍光体粉末を樹脂中やガラス中に分散させたものや、蛍光体セラミックスを用いることが出来る。樹脂としてはシリコーン樹脂、シリコンエポキシ樹脂、フッ素樹脂などの熱硬化性樹脂や液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂を使用することができる。ここで、ガラスとしては、組成にＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５などの成分を含む低融点ガラスが挙げられる。
【００５５】
また、蛍光体は、焼成前に成型し、焼成することで、蛍光体セラミックスとすることができる。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することができる。蛍光体セラミックスの表面にエッチングや機会研磨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、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。
【００５６】
また、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。これらの基板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。
【００５７】
また、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。
【００５８】
また、蛍光体層２と基板６の接合には、樹脂やガラスを使用した場合の蛍光体層２であれば、それら自身を接合材として使用することができるが、蛍光体層２が蛍光体セラミックスの場合には有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、ろう付けなどを用いることが出来る。なかでも高い反射率と伝熱特性を両立可能なろう付けが望ましい。すなわち、セラミックスと金属の接合は、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。ここで、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、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出来る。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。
【００５９】
また、蛍光回転体１は、蛍光体層２と基板６を接合したものをモーター等と連結することで実現できる。このときの基板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。
【００６０】
また、上述の各例では、基板６を金属などで構成し、蛍光回転体１を反射型の蛍光回転体として構成したが、基板６を光透過性の材料（透明材料）で構成すれば、蛍光回転体１を図１に示したような透過型の蛍光回転体として構成することもできる。この場合も、本発明が適用されることで（すなわち、蛍光回転体１が、固体光源５からの青色光により励起され固体光源５からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体を含む蛍光体層２を有していることで）、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱をより一層減少させるために（より一層の高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源５の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、出力（発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（発光強度）の変動が小さい）光源装置を提供することができる。
【００６１】
なお、上述の各例では示されていないが、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が設けられても良い。
【００６２】
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、発光スペクトルの半値幅が狭く、かつ、発熱をより一層減少させるために（より一層の高輝度化を図るために）青色光を発光する固体光源５の波長を通常青色光として使用される４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲よりも波長が長い４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲にした場合にも、出力（発光強度）の変動を抑えることの可能な（温度変化等による固体光源の波長変動に対して、出力（発光強度）の変動が小さい）照明装置を提供できる。
【００６３】
最後に、本願の発明者によってなされたＹｂ付活βサイアロン蛍光体の焼成実験について説明する。
【００６４】
先ず、出発材料としてα型窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４：宇部興産製ＳＮ−Ｅ１０）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ：トクヤマ製Ｈグレード）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３：住友化学製ＡＰＫ−Ｙ３００）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３：信越化学製 純度９９．９９％）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３：信越化学製 純度９９．９９％）を用意し、実施例１、実施例２、比較例のそれぞれについて、これらの材料を図９の分量で配合し（図９において、％は材料全体に対する重量パーセント）、βサイアロン蛍光体（Ｓｉ６Ａｌ６−ｚＯｚＮ８−ｚ：Ａ（Ａは発光中心イオン、０＜ｚ≦４．２））のｚ、Ａ（Ｙｂ）、Ａ（Ｅｕ）が図１０の組成となるようにした（すなわち、実施例１ではＹｂのみを付活し、実施例２ではＹｂとＥｕを等量付活し、比較例ではＥｕのみを付活した）。なお、図１０において、％は母体のモル数に対するモルパーセントである。
【００６５】
そして、これらの材料を窒化ケイ素製ボールを用いたボールミルにより十分に混合した。混合した材料は、１００番のナイロンメッシュを通して分級した後、窒化ホウ素製るつぼに投入した。このるつぼを多目的焼成炉（富士電波製ハイマルチ５０００）内に配置し、窒素１．０ＭＰａ雰囲気下で２０００℃、４時間の焼成を行った。得られた焼成物は乳鉢で解した後、沸騰したお湯で洗浄し、乾燥後に３８０番のナイロンメッシュを通して分級した。こうして得られた蛍光体を粉末Ｘ線回折装置（ＢｒｕｋｅｒＡＸＳ製Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ）で調べたところ、実施例１、実施例２、比較例のいずれも、βサイアロンの構造ができていることが確かめられた。
【００６６】
さらに蛍光分光光度計（日立製作所製Ｆ４５００）を用いて発光スペクトル、励起スペクトルを測定した結果を図１１、図１２に示す。なお、図１１、図１２は最大値で規格化した相対値で示されている。図１１から、実施例１、実施例２、比較例のいずれも発光スペクトルは５４０ｎｍ付近にあり変化はないが、図１２の励起スペクトルを比較すると、Ｙｂを付活した実施例１、実施例２では４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲での励起スペクトルは比較的値（強度）の変化が小さいのに対し、Ｅｕのみを付活した比較例では同じ範囲で長波長になるにつれて励起スペクトルの強度が大きく低下している。よりわかりやすくするために図１３に４６０ｎｍの値で規格化しなおした励起スペクトルの値（強度）を示している。図１３の下段にも示したとおり、４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲での励起スペクトルの値（強度）の変化量（４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長範囲での励起スペクトルの（最大値）―（最小値））は、Ｅｕのみを付活した比較例の場合には２３．２％と大きいものであるのに対し、Ｙｂのみを付活した実施例１では１６．５％、ＹｂとＥｕを等量付活した実施例２では１１．６％と大きな改善が確認できた。
【００６７】
こうして得られたＹｂ付活βサイアロン蛍光体を４６０ｎｍ以上の発光波長を持つ固体光源５と組み合わせ、反射型の蛍光回転体１を利用した光源装置とすることで、高輝度で半値幅が狭く（色純度が良く）、かつ、緑色光出力に関してバラツキや変動が小さい光源装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、一般照明、ディスプレイ、自動車のヘッドランプなどに利用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 蛍光回転体
２ 蛍光体層
４２ｃ 非蛍光体領域
５ 固体光源
６ 基板
１０、２０ 光源装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色光を発光する固体光源と、該固体光源からの青色光により励起され該固体光源からの青色光の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有し、前記蛍光体層には、少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体が含まれていることを特徴とすることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
青色光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの青色光により励起され前記固体光源からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体を含む蛍光体層を有してい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、前記固体光源は、発光ダイオードまたは半導体レーザー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、前記固体光源は、発光波長が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲のもの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、前記少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体は、ＹｂとＹｂ以外のランタノイドを共に発光中心イオンとして付活したβサイアロン蛍光体であることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項５記載の光源装置において、前記Ｙｂ以外のランタノイドは、Ｅｕであることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項７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。
【請求項１】
青色光を発光する固体光源と、該固体光源からの青色光により励起され該固体光源からの青色光の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有し、前記蛍光体層には、少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体が含まれていることを特徴とすることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
青色光を発光する固体光源と、回転軸の周りに回転可能な蛍光回転体とを備え、該蛍光回転体は、前記固体光源からの青色光により励起され前記固体光源からの青色光の波長よりも長波長の蛍光を発光する少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体を含む蛍光体層を有してい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、前記固体光源は、発光ダイオードまたは半導体レーザー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、前記固体光源は、発光波長が４６０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲のもの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、前記少なくともＹｂを付活したβサイアロン蛍光体は、ＹｂとＹｂ以外のランタノイドを共に発光中心イオンとして付活したβサイアロン蛍光体であることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項５記載の光源装置において、前記Ｙｂ以外のランタノイドは、Ｅｕであることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項７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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２４３８４０（Ｐ２０１１−２４３８４０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１６１８３（Ｐ２０１０−１１６１８３）
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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