発光装置
【課題】放熱性及び励起光の吸収率が高く発光効率を向上できる発光装置を提供する。
【解決手段】近紫外レーザ光を出射する光源１１と、光源１１の出射光により励起して発光する蛍光体１３を含む蛍光部材１２とを備えた発光装置１０において、蛍光部材１２が、高熱伝導体から成る基板１６と、基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄを堆積した蛍光体層１４とを有する。
【解決手段】近紫外レーザ光を出射する光源１１と、光源１１の出射光により励起して発光する蛍光体１３を含む蛍光部材１２とを備えた発光装置１０において、蛍光部材１２が、高熱伝導体から成る基板１６と、基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄを堆積した蛍光体層１４とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近紫外光により蛍光体を励起して発光する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光装置は特許文献１に開示されている。この発光装置は光源と複数の蛍光部材とを備えている。蛍光部材は励起光の励起によって赤色、青色、緑色をそれぞれ発光する蛍光体を有し、伝熱部材上に設けられている。光源は発光ダイオードやレーザダイオードから成り、蛍光体の発光の波長帯域よりも短波長の紫外光を励起光として出射する。尚、蛍光部材は一般に樹脂や無機ガラス等の封止材の内部に蛍光体の粒子を分散して形成される。
【０００３】
上記構成の発光装置において、光源から出射された紫外光から成る励起光が各蛍光部材に照射される。各蛍光部材の蛍光体はそれぞれ励起光により励起され、赤色、青色、緑色をそれぞれ出射する。そして、各蛍光部材の出射光を合成して目的の光が出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８６８１５号公報（第３頁−第１６頁、第６図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高輝度の照明光が必要とされる用途に発光装置を用いる際に、光源として高出力のレーザダイオードが用いられる場合が考えられる。また、光源から出射される励起光源を照明光として利用しない場合は、蛍光体による励起光の吸収率を上げて蛍光部材の発光効率を向上させることが望まれる。
【０００６】
高出力のレーザダイオードを光源とした場合は出射光の励起密度が高いため、蛍光体が発熱する。上記特許文献１に開示されている蛍光部材において蛍光体の発熱は封止材を伝熱して基板から放熱される。この時、蛍光体の吸収率を向上させるために蛍光部材の封止材を厚くして蛍光体の含有量を増加させると、出射面側の蛍光体が基板から離れるため蛍光部材の放熱性が低下するという問題がある。これにより、蛍光体が温度上昇することによって発光効率の低下や発光部の劣化が生じることとなる。また、蛍光体の種類に応じて温度消光が異なるため、色度ずれが生じる場合もある。
【０００７】
また、上記特許文献１に開示されている蛍光部材では、蛍光部材を移動させて励起光の照射位置を変化させることで蛍光体の温度上昇を抑制しているが、照射位置を移動させる駆動部が必要となり、消費電力が高く、また構成が複雑となるという課題がある。
【０００８】
一方、蛍光体の粒子は封止材の内部に分散されるため、封止材が薄い状態で蛍光体の含有率を増加させることが困難である。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、蛍光体による発熱の放熱性及び励起光の吸収率を向上して発光効率を向上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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、近紫外レーザ光を出射する光源と、前記光源の出射光により励起して発光する蛍光体を含む蛍光部材とを備えた発光装置において、前記蛍光部材が、高熱伝導体から成る基板と、前記基板上に前記蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層とを有することを特徴としている。
【００１１】
この構成によると、光源から出射される励起光によって蛍光体が励起して所定の波長の光を発光する。蛍光部材は高熱伝導体から成る基板上に蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層を有するため、蛍光体層が蛍光体を高密度に有して薄く形成される。これにより、光源からの光による蛍光体の発熱が隣接する蛍光体の粒子を介して基板に伝えられて放熱される。
【００１２】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記蛍光体層の表面と前記基板との間に前記蛍光体の粒子が連続して繋がることを特徴としている。この構成によると、蛍光体層の表面の蛍光体の発熱が互いに接した各粒子を介して基板に伝えられて放熱される。
【００１３】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記蛍光体層の前記蛍光体の体積含有率を６９％以上にしたことを特徴としている。
【００１４】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記蛍光体層を固着するコーティング材を前記蛍光体層の表面に配したことを特徴としている。この構成によると、基板上に蛍光体の粒子が堆積した蛍光体層がコーティング材により固着され、蛍光体の粒子の脱落が防止される。
【００１５】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記コーティング材がＴｉＯ２から成ることを特徴としている。
【００１６】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記蛍光体の粒子を被膜するバインダーを有し、前記バインダーによって隣接する前記蛍光体の粒子を固着したことを特徴としている。この構成によると、隣接する蛍光体の粒子がバインダーにより強固に固着される。
【００１７】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記バインダーがシリカから成ることを特徴としている。この構成によると、バインダーが樹脂よりも紫外光に対する劣化に強く、耐熱性も高い。
【００１８】
また本発明は、近紫外レーザ光を出射する光源と、前記光源の出射光により励起して発光する蛍光体を含む蛍光部材とを備えた発光装置の製造方法において、前記蛍光部材が、高熱伝導体から成る基板と、前記基板上に前記蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層とを有し、分散媒に前記蛍光体の粒子を分散させる分散工程と、前記分散媒に分散した前記蛍光体の粒子を電気泳動法または沈降法によって前記基板上に堆積して前記蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１９】
また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、ＴｉＯ２のアルコキシドを前記蛍光体層上に塗布するコーティング材塗布工程と、前記分散媒から取り出した前記蛍光部材を焼成して前記蛍光体層をＴｉＯ２によりコーティングする焼成工程とを備えたことを特徴としている。
【００２０】
また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、前記分散媒にシリカの前駆体を添加して前記蛍光体の粒子をシリカの前駆体により覆うバインダー添加工程を備え、前記蛍光体層形成工程で電気泳動法によって前記蛍光体層を形成するとともに、前記焼成工程で前記蛍光部材を焼成して前記蛍光体の粒子をシリカにより被膜することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、蛍光部材が高熱伝導体から成る基板上に蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層を有するので、蛍光体層が蛍光体を高密度に有して薄く形成される。これにより、蛍光体による発熱の放熱性を高くできるとともに励起光の吸収率を高くできる。従って、発光装置の発光効率を向上できるとともに、発光色の異なる複数の蛍光体の温度消光による色度ずれを防止することができる。
【００２２】
また本発明によると、分散媒に蛍光体の粒子を分散させる分散工程と、分散媒に分散した蛍光体の粒子を電気泳動法または沈降法によって基板上に堆積して蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程とを備えたので、基板上に蛍光体の粒子が堆積した蛍光体層を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の発光装置を備えた前照灯を示す側面断面図
【図２】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材を示す縦断面図
【図３】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の蛍光体層を示す拡大図
【図４】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の製造方法を示す工程図
【図５】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の温度と蛍光体の含有率との関係を示す図
【図６】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の他の蛍光体層を示す縦断面図
【図７】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の変形例を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の発光装置を備えた自動車の前照灯を示す側面断面図である。前照灯１は発光装置１０、反射鏡２、取付部材３及びフィルタ部材４を備えている。発光装置１０は光源１１及び蛍光部材１２を有している。
【００２５】
光源１１は３５０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長領域に発光ピークを持つ近紫外光のレーザ光を出射する。蛍光部材１２は詳細を後述するように蛍光体１３（図２参照）を有し、光源１１の出射光により励起されて波長変換された蛍光を出射する。
【００２６】
蛍光部材１２には３種類の蛍光体１３が含まれ、それぞれ近紫外光の励起光を赤色光、緑色光及び青色光に変換する。これにより、蛍光部材１２から出射される赤色光、緑色光及び青色光の蛍光を混色して白色光が得られる。
【００２７】
レーザ光による励起では励起密度が高くなるため耐熱性の高い酸窒化物系や窒化物系の蛍光体１３を用いるとより望ましい。近紫外光を赤色光に変換する蛍光体１３として、例えばＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを用いることができる。近紫外光を緑色光に変換する蛍光体１３として、例えばβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを用いることができる。近紫外光を青色光に変換する蛍光体１３として、例えば（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：ＥｕやＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕを用いることができる。ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕは温度特性が優れているためより望ましい。
【００２８】
また、近紫外光の励起光を黄色光及び青色光に変換する２種類の蛍光体１３を含むように蛍光部材１２を形成してもよい。これにより、蛍光部材１２から出射される黄色光及び青色光の蛍光を混色して擬似白色光が得られる。近紫外光を黄色光に変換する蛍光体として、例えばＣａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを用いることができる。
【００２９】
尚、上記において発光装置１０を自動車の前照灯として利用するため、照明光が白色光あるいは擬似白色光となる場合を説明している。発光装置１０を自動車の前照灯として利用しない場合は、これに限らず、照明光を青色、緑色、赤色等の白色光以外としてもよい。また、蛍光部材１２に含まれる蛍光体１３も青色、緑色、赤色等を発光する種々の蛍光体を１種類のみを含んでいてもよい。
【００３０】
反射鏡２は樹脂成形品から成り、光源１１の出射光が通過する貫通孔２ｂを有している。反射鏡２の内面には放物面の反射面２ａが形成される。反射面２ａには反射率の高い金属（銀やアルミニウム等）による金属コート等が施される。また、反射鏡２を金属により形成してもよい。
【００３１】
なお、反射鏡２は放物面を含むものに限定されず、楕円面、球面、自由曲面あるいは非球面を含んでいてもよい。また、反射鏡２を形成する部材も金属に限定されず、樹脂などであってもよい。さらに反射面２ａは金属コートが施されていることに限定されず、反射鏡２の部材とその周囲の環境との反射率差により、反射面を形成していてもよい。
【００３２】
取付部材３は高熱伝導率を有するＡｌやＣｕ等の金属やセラミック等により形成され、反射鏡２に固定して蛍光部材１２を保持する。取付部材３が高熱伝導率を有するため、蛍光部材１２の発熱は取付部材３を介して放熱される。
【００３３】
取付部材３は反射面２ａの略中心軸上に配され、軸方向に対して所定の傾斜角α（例えば、０゜〜３０゜）で傾斜した傾斜面３ａ上に蛍光部材１２が配される。これにより、光源１１の出射光が所定の入射角で蛍光部材１２に入射する。この時、光源１１により照射される蛍光部材１２の照射領域は反射面２ａの焦点に配される。このため、蛍光部材１２から出射される蛍光は反射面２ａで反射して平行光となる。
【００３４】
フィルタ部材４は反射鏡２及び取付部材３に固定され、反射鏡２の軸方向の一端の開口面２ｃを覆う。フィルタ部材４は光源１１の出射光（近紫外光）を吸収または反射により遮光し、蛍光部材１２から出射される蛍光（赤色光、緑色光及び青色光）を透過する。フィルタ部材４として、例えば、五鈴精工硝子株式会社製のＩＴＹ−４１８や、ＨＯＹＡ株式会社製のＬ４２等のガラス材料を用いることができる。
【００３５】
図２は蛍光部材１２の縦断面図を示している。蛍光部材１２は基板１６上に蛍光体１３を含む蛍光体層１４を形成し、蛍光体層１４の表面はコーティング材１５によりコーティングされる。
【００３６】
基板１６は高熱伝導率を有する金属やセラミック等により形成される。これにより、蛍光部材１２の発熱は基板１６を介して取付部材３に伝えられて放熱される。基板１６をＣｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属により形成すると、後述するように蛍光体層１４を電気泳動法により形成する際に電極として用いることができる。絶縁体の基板１６を用いた場合は表面に金属蒸着を行うと、電気泳動の電極として用いることができる。
【００３７】
また、蛍光体層１４との密着性を向上するために、基板１６として熱膨張係数の小さい材料を用いるとより望ましい。熱膨張係数が小さく高熱伝導率の材料として、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ等を用いることができる。また、光源１１から入射して蛍光体１３で変換されなかった光を反射するために、基板１６として近紫外光及び可視光の吸収が少なく反射率の高い材料を用いるとより望ましい。
【００３８】
蛍光体層１４は蛍光体１３の各粒子１３ｄを基板１６上に堆積して形成される。この時、大部分の粒子１３ｄは互いに接し、各粒子１３ｄが基板１６上に連続的に配される。このため、蛍光体層１４の表面と基板１６との間に蛍光体１３の粒子１３ｄが連続して繋がる。蛍光体１３の各粒子１３ｄが従来例のように封止材内に分散されないため、蛍光体層１４の蛍光体１３の密度を高くすることができる。蛍光体１３の各粒子１３ｄが光源１１（図１参照）から出射される励起光により励起して蛍光を出射する。
【００３９】
コーティング材１５はＴｉＯ２等により形成され、蛍光体層１４の表面を固着する。これにより、基板１６上に堆積した蛍光体１３の粒子１３ｄの脱落が防止される。また、蛍光体層１４を覆うコーティング材１５をＴｉＯ２等の無機材料により形成すると、紫外光や熱による劣化が少ない。これにより、コーティング材１５の変色を防止し、色度ずれや発光効率の低下を防止することができる。
【００４０】
図３は蛍光体層１４の拡大図を示している。蛍光体１３の粒子１３ｄにはシリカ等のバインダー１３ｅが被膜されている。バインダー１３ｅによって隣接する各粒子１３ｄが固着される。これにより、粒子１３ｄの脱落をより確実に防止することができる。また、隣接する各粒子１３ｄを確実に接触させて粒子１３ｄ間の伝熱性を向上させることができる。加えて、バインダー１３ｅをシリカにより形成すると、後述するように蛍光体層１４を電気泳動法により形成する際にバインダー１３ｅが帯電して粒子１３ｄを容易に基板１６上に堆積させることができる。更に、バインダー１３ｅとして樹脂等の接着剤を使うことと比べると、紫外光や熱による劣化が少ない。
【００４１】
上記構成の前照灯１において、光源１１から近紫外光の励起光が矢印Ａ１（図１参照）に示すように出射される。光源１１の出射光は反射鏡２の貫通孔２ｂを介して蛍光部材１２の蛍光体層１４上に照射される。蛍光部材１２に入射した光によって蛍光体１３が励起され、赤色光、緑色光及び青色光の蛍光が蛍光部材１２から矢印Ａ２（図１参照）に示すように出射される。この時、蛍光体層１４の蛍光体１３が高密度に形成されるため、発光装置１０の発光効率を向上することができる。
【００４２】
蛍光部材１２から出射される各色の蛍光は混色され、白色光が得られる。そして、白色光が矢印Ａ３（図１参照）に示すように反射鏡２の反射面２ａで反射し、平行光としてフィルタ部材４を介して出射される。これにより、白色の照明光によって前方が照明される。
【００４３】
また、高出力の光源１１から出射された励起密度の高い励起光によって蛍光体１３が発熱する。蛍光体層１４は蛍光体１３を高密度に有して薄く形成され、蛍光体１３の粒子１３ｄは一般的に用いられる樹脂や無機ガラス等の封止材よりも熱伝導率が高い。このため、蛍光体１３の発熱は隣接する蛍光体１３の粒子１３ｄを介して基板１６及び取付部材３に伝えられて放熱する。この時、蛍光体層１４の表面の蛍光体１３が主に蛍光に寄与して発熱する。これにより、蛍光体層１４の表面の蛍光体１３の発熱は連続して繋がる粒子１３ｄを効率よく伝熱して基板１６から放熱される。
【００４４】
従って、蛍光体１３の温度による劣化を防止して発光装置１０の発光効率を向上することができる。また、発光色によって温度消光が異なる各蛍光体１３がそれぞれ十分冷却され、発光装置１０の色度ずれを防止することができる。
【００４５】
図４は蛍光部材１２の製造方法を示す工程図である。分散工程ではエタノール等の分散媒に粉末の蛍光体１３の粒子１３ｄを加え、超音波ホモジナイザー等により凝集を解いて分散させる。バインダー添加工程ではＴＥＯＳ（ケイ酸エチル、テトラエトキシシラン）に水及び酸を添加して加水分解し、シリカの前駆体の溶液を作成する。次に、シリカの前駆体の溶液を分散媒に加えて攪拌する。これにより、シリカの前駆体が蛍光体１３の粒子１３ｄを覆う。
【００４６】
蛍光体層形成工程では蛍光体１３の粒子１３ｄが分散した分散媒に電極を浸漬して電圧を印加する。これにより、電気泳動法によって一方の電極に配した基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄを堆積させ、蛍光体層１４を形成する。この時、シリカの前駆体が正電荷に帯電し、陰極に配した基板１６上に粒子１３ｄを容易に堆積させることができる。
【００４７】
また、印加電圧や電圧の印加時間によって蛍光体層１４の膜厚を容易に制御することができる。蛍光体層１４の膜厚は例えば、粒子１３ｄを数層積層した程度（例えば、粒子径が約１０μｍの粒子１３ｄの積層により約３０〜５０μｍ）が望ましい。粒子１３ｄが１層では高密度の均一な膜を作成することが困難であり、積層数が多くなると表面の粒子１３ｄと基板１６との距離が大きくなるため放熱性が低下する。尚、基板１６が導電性の高い物質から成る場合や導電性の高い被膜を有する場合に電気泳動法の電極として用いることができる。
【００４８】
乾燥工程では蛍光体１３の粒子１３ｄが堆積した基板１６を分散媒から取り出し、自然乾燥する。コーティング材塗布工程ではＴｉＯ２のアルコキシドを蛍光体層１４の表面に塗布してスピンコートする。焼成工程では蛍光部材１５を所定の温度で焼成する。これにより、シリカの前駆体がシリカとなってバインダー１３ｅを形成し、ＴｉＯ２のアルコキシドがＴｉＯ２となってコーティング材１５を形成する。
【００４９】
尚、蛍光体層形成工程において、分散媒に分散した蛍光体１３の粒子１３ｄを自重により基板１６上に沈降させる沈降法によって蛍光体層１４を形成してもよい。また、基板１６上にスクリーン印刷により蛍光体１３の粒子１３ｄの層を印刷する印刷法や、基板１６上にディスペンサーを用いて蛍光体１３の粒子１３ｄを塗布する塗布法により蛍光体層１４を形成してもよい。しかしながら、印刷法や塗布法では基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄを均一に堆積した蛍光体層１４を形成することが困難である。このため、電気泳動法や沈降法により蛍光体層１４を形成すると、粒子１３ｄを高密度で均一に配した蛍光体層１４を容易に実現できるためより望ましい。
【００５０】
図５は蛍光体層１４の蛍光体１３の体積含有率と蛍光部材１２の温度との関係を示す図である。縦軸は蛍光部材１２の温度（単位：℃）を示し、横軸は蛍光体１３の体積含有率（単位:％）を示している。測定に用いた試料は基板１６をＡｌにより１ｍｍ角×１ｍｍ厚に形成し、蛍光体１３としてβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを用いて蛍光体層１４の厚みを５０μｍに形成している。また、光源１１から波長が４０５ｎｍのレーザ光を出射している。この時、蛍光体１３の含有率が７６％の試料に対して光源１１の出力を５Ｗにし、各試料から同じ光量の蛍光が出射されるように光源１１の出力を可変している。
【００５１】
尚、蛍光体１３の体積含有率は蛍光体層１４の基板１６に垂直な複数の断面における粒子１３ｄの面積占有率を平均して取得している。
【００５２】
大きさが同じ球形の粒子を最も高密度の六方最密充填構造によって形成した結晶構造の充填率（体積含有率）は７４％である。実際の蛍光体１３の粒子１３ｄは形状及び大きさにばらつきがあるため、図５では一試料の体積含有率が理想の最密充填率よりも高い値の７６％になっている。蛍光体１３の体積含有率が６９％以上になると、最大の体積含有率まで高密度に粒子１３ｄを充填した状態（７６％）と同程度の温度に飽和している。このため、蛍光体１３の体積含有率を６９％以上にすると、蛍光体層１４の放熱能力を最大限まで引き出すことができるためより望ましい。
【００５３】
本実施形態によると、蛍光部材１２が高熱伝導体から成る基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄを堆積した蛍光体層１４を有するので、蛍光体層１４が蛍光体１３を高密度に有して薄く形成される。これにより、蛍光体１３による発熱の放熱性を高くできるとともに励起光の吸収率を高くすることができる。従って、発光装置１０の発光効率を向上することができるとともに、発光色の異なる複数の蛍光体１３の温度消光による色度ずれを防止することができる。
【００５４】
また、蛍光体層１４の表面と基板１６との間に蛍光体１３の粒子１３ｄが連続して繋がるので、主に蛍光に寄与する表面の蛍光体１３の発熱が連続した粒子１３ｄを介して基板１６に伝えられる。従って、蛍光体１３による発熱の放熱性をより高くすることができる。
【００５５】
また、蛍光体層１４の蛍光体１３の体積含有率を６９％以上にしたので、蛍光体層１４の放熱能力を最大限まで引き出して放熱性をより向上することができる。
【００５６】
また、蛍光体層１４を固着するコーティング材１５を蛍光体層１４の表面に配したので、基板１６上に堆積する蛍光体１３の粒子１３ｄの脱落を防止することができる。
【００５７】
また、コーティング材１５がＴｉＯ２から成るので、蛍光体層１４の表面を容易にコーティングすることができる。加えて、コーティング材１５が無機材料から成るため紫外光や熱による劣化が少なく、コーティング材１５の変色を防止して色度ずれや発光効率の低下を防止することができる。
【００５８】
また、蛍光体１３の粒子１３ｄを被膜するバインダー１３ｅによって隣接する蛍光体１３の粒子１３ｄを固着したので、基板１６上に堆積する蛍光体１３の粒子１３ｄの脱落をより確実に防止することができる。
【００５９】
また、バインダー１３ｅがシリカから成るので、容易に粒子１３ｄを被膜して固着することができる。また、蛍光体層１４を電気泳動法により形成する際に帯電するバインダー１３ｅによって基板１６上に粒子１３ｄを容易に堆積させることができる。更に、バインダー１３ｅとして樹脂等の接着剤を使うことと比べると、紫外光や熱による劣化が少ない。
【００６０】
尚、前述の図３に示すように、蛍光体１３の各粒子１３ｄ間にコーティング材１５が充填されると、粒子１３ｄの脱落をより確実に防止することができる。加えて、蛍光体１３の発熱がコーティング材１５を介した伝熱経路によっても基板１６に伝熱されるため、蛍光部材１２の放熱性をより高くすることができる。バインダー１３ｅによる各粒子１３ｄの接着性が高く放熱性も十分確保できる場合は、図６に示すように、バインダー１３ｅの表面をコーティング材１５で覆い、粒子１３ｄ間に空隙１９を形成してもよい。
【００６１】
また、分散媒に蛍光体１３の粒子１３ｄを分散させる分散工程と、分散媒に分散した蛍光体１３の粒子１３ｄを電気泳動法または沈降法によって基板１６上に堆積して蛍光体層１４を形成する蛍光体層形成工程とを備えたので、基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄが堆積した蛍光体層１４を容易に形成することができる。
【００６２】
また、ＴｉＯ２のアルコキシドを蛍光体層１４上に塗布するコーティング材塗布工程と、分散媒から取り出した蛍光部材１２を焼成して蛍光体層１４をＴｉＯ２によりコーティングする焼成工程とを備えたので、蛍光体層１４をＴｉＯ２により容易に固着することができる。
【００６３】
また、分散媒にシリカの前駆体を添加して蛍光体１３の粒子１３ｄをシリカの前駆体により覆うバインダー添加工程を備え、蛍光体層形成工程で電気泳動法によって蛍光体層１４を形成するとともに、焼成工程で蛍光部材１２を焼成して蛍光体１３の粒子１３ｄをシリカにより被膜したので、各粒子１３ｄをシリカから成るバインダー１３ｅにより容易に固着することができる。また、蛍光体層形成工程で帯電するシリカの前駆体によって基板１６上に粒子１３ｄを容易に堆積させることができる。
【００６４】
本実施形態において、蛍光部材１２として蛍光体粒子１３ｄが基板１６上に密に堆積している場合を説明しているが、これに限らない。図７は蛍光部材１２（図２参照）の変形例である蛍光部材１７の縦断面図を示している。蛍光部材１７は基板１６上に蛍光体１３を含む蛍光体層１４を形成し、蛍光体層１４の表面及び蛍光体層１４の隙間の全てまたは一部はコーティング材１５により覆われる。
【００６５】
蛍光体１３は蛍光体層１４中において蛍光体層１４の表面と基板１６との間に蛍光体１３の粒子１３ｄが連続して繋がっている蛍光体鎖１８を形成している。蛍光体鎖１８は主に蛍光に寄与する表面の粒子１３ｄの発熱により生じた熱を連続して繋がっている他の粒子１３ｄを介して基板１６に伝える。ここで、蛍光体１３の粒子１３ｄは一般的に用いられる樹脂や無機ガラス等の封止材よりも高い熱伝導率を有する。このため、封止材を経由して基板１６へ放熱を行う場合に比べ、粒子１３ｄが連続的に繋がっている蛍光体鎖１８を経由して放熱を行う方が放熱性をより高くすることができる。
【００６６】
また、本実施形態において、発光装置１０を自動車の前照灯１に搭載しているが、飛行機、船舶、ロボット、オートバイ、自転車、その他の移動体の前照灯に搭載してもよい。また、発光装置１０をダウンライトやスポットライト等の照明装置、プリンタ、複写機等に用いてもよい。
【００６７】
また、発光装置１０から白色光以外の光を出射するように光源１１及び蛍光体１３を設けてもよい。また、蛍光体１３によって励起光を可視光以外の光に変換してもよい。例えば、励起光を赤外光に変換すると、セキュリティ用ＣＣＤカメラの夜間照明装置等にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明によると、自動車等の移動体の前照灯、照明装置、複写機、プリンタ等に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 前照灯
２ 反射鏡
３ 取付部材
４ フィルタ部材
１０ 発光装置
１１ 光源
１２、１７ 蛍光部材
１３ 蛍光体
１３ｄ 粒子
１３ｅ バインダー
１４ 蛍光体層
１５ コーティング材
１６ 基板
１８ 蛍光体鎖
１９ 空隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近紫外光により蛍光体を励起して発光する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光装置は特許文献１に開示されている。この発光装置は光源と複数の蛍光部材とを備えている。蛍光部材は励起光の励起によって赤色、青色、緑色をそれぞれ発光する蛍光体を有し、伝熱部材上に設けられている。光源は発光ダイオードやレーザダイオードから成り、蛍光体の発光の波長帯域よりも短波長の紫外光を励起光として出射する。尚、蛍光部材は一般に樹脂や無機ガラス等の封止材の内部に蛍光体の粒子を分散して形成される。
【０００３】
上記構成の発光装置において、光源から出射された紫外光から成る励起光が各蛍光部材に照射される。各蛍光部材の蛍光体はそれぞれ励起光により励起され、赤色、青色、緑色をそれぞれ出射する。そして、各蛍光部材の出射光を合成して目的の光が出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８６８１５号公報（第３頁−第１６頁、第６図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高輝度の照明光が必要とされる用途に発光装置を用いる際に、光源として高出力のレーザダイオードが用いられる場合が考えられる。また、光源から出射される励起光源を照明光として利用しない場合は、蛍光体による励起光の吸収率を上げて蛍光部材の発光効率を向上させることが望まれる。
【０００６】
高出力のレーザダイオードを光源とした場合は出射光の励起密度が高いため、蛍光体が発熱する。上記特許文献１に開示されている蛍光部材において蛍光体の発熱は封止材を伝熱して基板から放熱される。この時、蛍光体の吸収率を向上させるために蛍光部材の封止材を厚くして蛍光体の含有量を増加させると、出射面側の蛍光体が基板から離れるため蛍光部材の放熱性が低下するという問題がある。これにより、蛍光体が温度上昇することによって発光効率の低下や発光部の劣化が生じることとなる。また、蛍光体の種類に応じて温度消光が異なるため、色度ずれが生じる場合もある。
【０００７】
また、上記特許文献１に開示されている蛍光部材では、蛍光部材を移動させて励起光の照射位置を変化させることで蛍光体の温度上昇を抑制しているが、照射位置を移動させる駆動部が必要となり、消費電力が高く、また構成が複雑となるという課題がある。
【０００８】
一方、蛍光体の粒子は封止材の内部に分散されるため、封止材が薄い状態で蛍光体の含有率を増加させることが困難である。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、蛍光体による発熱の放熱性及び励起光の吸収率を向上して発光効率を向上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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、近紫外レーザ光を出射する光源と、前記光源の出射光により励起して発光する蛍光体を含む蛍光部材とを備えた発光装置において、前記蛍光部材が、高熱伝導体から成る基板と、前記基板上に前記蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層とを有することを特徴としている。
【００１１】
この構成によると、光源から出射される励起光によって蛍光体が励起して所定の波長の光を発光する。蛍光部材は高熱伝導体から成る基板上に蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層を有するため、蛍光体層が蛍光体を高密度に有して薄く形成される。これにより、光源からの光による蛍光体の発熱が隣接する蛍光体の粒子を介して基板に伝えられて放熱される。
【００１２】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記蛍光体層の表面と前記基板との間に前記蛍光体の粒子が連続して繋がることを特徴としている。この構成によると、蛍光体層の表面の蛍光体の発熱が互いに接した各粒子を介して基板に伝えられて放熱される。
【００１３】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記蛍光体層の前記蛍光体の体積含有率を６９％以上にしたことを特徴としている。
【００１４】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記蛍光体層を固着するコーティング材を前記蛍光体層の表面に配したことを特徴としている。この構成によると、基板上に蛍光体の粒子が堆積した蛍光体層がコーティング材により固着され、蛍光体の粒子の脱落が防止される。
【００１５】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記コーティング材がＴｉＯ２から成ることを特徴としている。
【００１６】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記蛍光体の粒子を被膜するバインダーを有し、前記バインダーによって隣接する前記蛍光体の粒子を固着したことを特徴としている。この構成によると、隣接する蛍光体の粒子がバインダーにより強固に固着される。
【００１７】
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記バインダーがシリカから成ることを特徴としている。この構成によると、バインダーが樹脂よりも紫外光に対する劣化に強く、耐熱性も高い。
【００１８】
また本発明は、近紫外レーザ光を出射する光源と、前記光源の出射光により励起して発光する蛍光体を含む蛍光部材とを備えた発光装置の製造方法において、前記蛍光部材が、高熱伝導体から成る基板と、前記基板上に前記蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層とを有し、分散媒に前記蛍光体の粒子を分散させる分散工程と、前記分散媒に分散した前記蛍光体の粒子を電気泳動法または沈降法によって前記基板上に堆積して前記蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１９】
また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、ＴｉＯ２のアルコキシドを前記蛍光体層上に塗布するコーティング材塗布工程と、前記分散媒から取り出した前記蛍光部材を焼成して前記蛍光体層をＴｉＯ２によりコーティングする焼成工程とを備えたことを特徴としている。
【００２０】
また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、前記分散媒にシリカの前駆体を添加して前記蛍光体の粒子をシリカの前駆体により覆うバインダー添加工程を備え、前記蛍光体層形成工程で電気泳動法によって前記蛍光体層を形成するとともに、前記焼成工程で前記蛍光部材を焼成して前記蛍光体の粒子をシリカにより被膜することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、蛍光部材が高熱伝導体から成る基板上に蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層を有するので、蛍光体層が蛍光体を高密度に有して薄く形成される。これにより、蛍光体による発熱の放熱性を高くできるとともに励起光の吸収率を高くできる。従って、発光装置の発光効率を向上できるとともに、発光色の異なる複数の蛍光体の温度消光による色度ずれを防止することができる。
【００２２】
また本発明によると、分散媒に蛍光体の粒子を分散させる分散工程と、分散媒に分散した蛍光体の粒子を電気泳動法または沈降法によって基板上に堆積して蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程とを備えたので、基板上に蛍光体の粒子が堆積した蛍光体層を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の発光装置を備えた前照灯を示す側面断面図
【図２】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材を示す縦断面図
【図３】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の蛍光体層を示す拡大図
【図４】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の製造方法を示す工程図
【図５】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の温度と蛍光体の含有率との関係を示す図
【図６】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の他の蛍光体層を示す縦断面図
【図７】本発明の実施形態の発光装置の蛍光部材の変形例を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の発光装置を備えた自動車の前照灯を示す側面断面図である。前照灯１は発光装置１０、反射鏡２、取付部材３及びフィルタ部材４を備えている。発光装置１０は光源１１及び蛍光部材１２を有している。
【００２５】
光源１１は３５０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長領域に発光ピークを持つ近紫外光のレーザ光を出射する。蛍光部材１２は詳細を後述するように蛍光体１３（図２参照）を有し、光源１１の出射光により励起されて波長変換された蛍光を出射する。
【００２６】
蛍光部材１２には３種類の蛍光体１３が含まれ、それぞれ近紫外光の励起光を赤色光、緑色光及び青色光に変換する。これにより、蛍光部材１２から出射される赤色光、緑色光及び青色光の蛍光を混色して白色光が得られる。
【００２７】
レーザ光による励起では励起密度が高くなるため耐熱性の高い酸窒化物系や窒化物系の蛍光体１３を用いるとより望ましい。近紫外光を赤色光に変換する蛍光体１３として、例えばＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを用いることができる。近紫外光を緑色光に変換する蛍光体１３として、例えばβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを用いることができる。近紫外光を青色光に変換する蛍光体１３として、例えば（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：ＥｕやＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕを用いることができる。ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕは温度特性が優れているためより望ましい。
【００２８】
また、近紫外光の励起光を黄色光及び青色光に変換する２種類の蛍光体１３を含むように蛍光部材１２を形成してもよい。これにより、蛍光部材１２から出射される黄色光及び青色光の蛍光を混色して擬似白色光が得られる。近紫外光を黄色光に変換する蛍光体として、例えばＣａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを用いることができる。
【００２９】
尚、上記において発光装置１０を自動車の前照灯として利用するため、照明光が白色光あるいは擬似白色光となる場合を説明している。発光装置１０を自動車の前照灯として利用しない場合は、これに限らず、照明光を青色、緑色、赤色等の白色光以外としてもよい。また、蛍光部材１２に含まれる蛍光体１３も青色、緑色、赤色等を発光する種々の蛍光体を１種類のみを含んでいてもよい。
【００３０】
反射鏡２は樹脂成形品から成り、光源１１の出射光が通過する貫通孔２ｂを有している。反射鏡２の内面には放物面の反射面２ａが形成される。反射面２ａには反射率の高い金属（銀やアルミニウム等）による金属コート等が施される。また、反射鏡２を金属により形成してもよい。
【００３１】
なお、反射鏡２は放物面を含むものに限定されず、楕円面、球面、自由曲面あるいは非球面を含んでいてもよい。また、反射鏡２を形成する部材も金属に限定されず、樹脂などであってもよい。さらに反射面２ａは金属コートが施されていることに限定されず、反射鏡２の部材とその周囲の環境との反射率差により、反射面を形成していてもよい。
【００３２】
取付部材３は高熱伝導率を有するＡｌやＣｕ等の金属やセラミック等により形成され、反射鏡２に固定して蛍光部材１２を保持する。取付部材３が高熱伝導率を有するため、蛍光部材１２の発熱は取付部材３を介して放熱される。
【００３３】
取付部材３は反射面２ａの略中心軸上に配され、軸方向に対して所定の傾斜角α（例えば、０゜〜３０゜）で傾斜した傾斜面３ａ上に蛍光部材１２が配される。これにより、光源１１の出射光が所定の入射角で蛍光部材１２に入射する。この時、光源１１により照射される蛍光部材１２の照射領域は反射面２ａの焦点に配される。このため、蛍光部材１２から出射される蛍光は反射面２ａで反射して平行光となる。
【００３４】
フィルタ部材４は反射鏡２及び取付部材３に固定され、反射鏡２の軸方向の一端の開口面２ｃを覆う。フィルタ部材４は光源１１の出射光（近紫外光）を吸収または反射により遮光し、蛍光部材１２から出射される蛍光（赤色光、緑色光及び青色光）を透過する。フィルタ部材４として、例えば、五鈴精工硝子株式会社製のＩＴＹ−４１８や、ＨＯＹＡ株式会社製のＬ４２等のガラス材料を用いることができる。
【００３５】
図２は蛍光部材１２の縦断面図を示している。蛍光部材１２は基板１６上に蛍光体１３を含む蛍光体層１４を形成し、蛍光体層１４の表面はコーティング材１５によりコーティングされる。
【００３６】
基板１６は高熱伝導率を有する金属やセラミック等により形成される。これにより、蛍光部材１２の発熱は基板１６を介して取付部材３に伝えられて放熱される。基板１６をＣｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属により形成すると、後述するように蛍光体層１４を電気泳動法により形成する際に電極として用いることができる。絶縁体の基板１６を用いた場合は表面に金属蒸着を行うと、電気泳動の電極として用いることができる。
【００３７】
また、蛍光体層１４との密着性を向上するために、基板１６として熱膨張係数の小さい材料を用いるとより望ましい。熱膨張係数が小さく高熱伝導率の材料として、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ等を用いることができる。また、光源１１から入射して蛍光体１３で変換されなかった光を反射するために、基板１６として近紫外光及び可視光の吸収が少なく反射率の高い材料を用いるとより望ましい。
【００３８】
蛍光体層１４は蛍光体１３の各粒子１３ｄを基板１６上に堆積して形成される。この時、大部分の粒子１３ｄは互いに接し、各粒子１３ｄが基板１６上に連続的に配される。このため、蛍光体層１４の表面と基板１６との間に蛍光体１３の粒子１３ｄが連続して繋がる。蛍光体１３の各粒子１３ｄが従来例のように封止材内に分散されないため、蛍光体層１４の蛍光体１３の密度を高くすることができる。蛍光体１３の各粒子１３ｄが光源１１（図１参照）から出射される励起光により励起して蛍光を出射する。
【００３９】
コーティング材１５はＴｉＯ２等により形成され、蛍光体層１４の表面を固着する。これにより、基板１６上に堆積した蛍光体１３の粒子１３ｄの脱落が防止される。また、蛍光体層１４を覆うコーティング材１５をＴｉＯ２等の無機材料により形成すると、紫外光や熱による劣化が少ない。これにより、コーティング材１５の変色を防止し、色度ずれや発光効率の低下を防止することができる。
【００４０】
図３は蛍光体層１４の拡大図を示している。蛍光体１３の粒子１３ｄにはシリカ等のバインダー１３ｅが被膜されている。バインダー１３ｅによって隣接する各粒子１３ｄが固着される。これにより、粒子１３ｄの脱落をより確実に防止することができる。また、隣接する各粒子１３ｄを確実に接触させて粒子１３ｄ間の伝熱性を向上させることができる。加えて、バインダー１３ｅをシリカにより形成すると、後述するように蛍光体層１４を電気泳動法により形成する際にバインダー１３ｅが帯電して粒子１３ｄを容易に基板１６上に堆積させることができる。更に、バインダー１３ｅとして樹脂等の接着剤を使うことと比べると、紫外光や熱による劣化が少ない。
【００４１】
上記構成の前照灯１において、光源１１から近紫外光の励起光が矢印Ａ１（図１参照）に示すように出射される。光源１１の出射光は反射鏡２の貫通孔２ｂを介して蛍光部材１２の蛍光体層１４上に照射される。蛍光部材１２に入射した光によって蛍光体１３が励起され、赤色光、緑色光及び青色光の蛍光が蛍光部材１２から矢印Ａ２（図１参照）に示すように出射される。この時、蛍光体層１４の蛍光体１３が高密度に形成されるため、発光装置１０の発光効率を向上することができる。
【００４２】
蛍光部材１２から出射される各色の蛍光は混色され、白色光が得られる。そして、白色光が矢印Ａ３（図１参照）に示すように反射鏡２の反射面２ａで反射し、平行光としてフィルタ部材４を介して出射される。これにより、白色の照明光によって前方が照明される。
【００４３】
また、高出力の光源１１から出射された励起密度の高い励起光によって蛍光体１３が発熱する。蛍光体層１４は蛍光体１３を高密度に有して薄く形成され、蛍光体１３の粒子１３ｄは一般的に用いられる樹脂や無機ガラス等の封止材よりも熱伝導率が高い。このため、蛍光体１３の発熱は隣接する蛍光体１３の粒子１３ｄを介して基板１６及び取付部材３に伝えられて放熱する。この時、蛍光体層１４の表面の蛍光体１３が主に蛍光に寄与して発熱する。これにより、蛍光体層１４の表面の蛍光体１３の発熱は連続して繋がる粒子１３ｄを効率よく伝熱して基板１６から放熱される。
【００４４】
従って、蛍光体１３の温度による劣化を防止して発光装置１０の発光効率を向上することができる。また、発光色によって温度消光が異なる各蛍光体１３がそれぞれ十分冷却され、発光装置１０の色度ずれを防止することができる。
【００４５】
図４は蛍光部材１２の製造方法を示す工程図である。分散工程ではエタノール等の分散媒に粉末の蛍光体１３の粒子１３ｄを加え、超音波ホモジナイザー等により凝集を解いて分散させる。バインダー添加工程ではＴＥＯＳ（ケイ酸エチル、テトラエトキシシラン）に水及び酸を添加して加水分解し、シリカの前駆体の溶液を作成する。次に、シリカの前駆体の溶液を分散媒に加えて攪拌する。これにより、シリカの前駆体が蛍光体１３の粒子１３ｄを覆う。
【００４６】
蛍光体層形成工程では蛍光体１３の粒子１３ｄが分散した分散媒に電極を浸漬して電圧を印加する。これにより、電気泳動法によって一方の電極に配した基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄを堆積させ、蛍光体層１４を形成する。この時、シリカの前駆体が正電荷に帯電し、陰極に配した基板１６上に粒子１３ｄを容易に堆積させることができる。
【００４７】
また、印加電圧や電圧の印加時間によって蛍光体層１４の膜厚を容易に制御することができる。蛍光体層１４の膜厚は例えば、粒子１３ｄを数層積層した程度（例えば、粒子径が約１０μｍの粒子１３ｄの積層により約３０〜５０μｍ）が望ましい。粒子１３ｄが１層では高密度の均一な膜を作成することが困難であり、積層数が多くなると表面の粒子１３ｄと基板１６との距離が大きくなるため放熱性が低下する。尚、基板１６が導電性の高い物質から成る場合や導電性の高い被膜を有する場合に電気泳動法の電極として用いることができる。
【００４８】
乾燥工程では蛍光体１３の粒子１３ｄが堆積した基板１６を分散媒から取り出し、自然乾燥する。コーティング材塗布工程ではＴｉＯ２のアルコキシドを蛍光体層１４の表面に塗布してスピンコートする。焼成工程では蛍光部材１５を所定の温度で焼成する。これにより、シリカの前駆体がシリカとなってバインダー１３ｅを形成し、ＴｉＯ２のアルコキシドがＴｉＯ２となってコーティング材１５を形成する。
【００４９】
尚、蛍光体層形成工程において、分散媒に分散した蛍光体１３の粒子１３ｄを自重により基板１６上に沈降させる沈降法によって蛍光体層１４を形成してもよい。また、基板１６上にスクリーン印刷により蛍光体１３の粒子１３ｄの層を印刷する印刷法や、基板１６上にディスペンサーを用いて蛍光体１３の粒子１３ｄを塗布する塗布法により蛍光体層１４を形成してもよい。しかしながら、印刷法や塗布法では基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄを均一に堆積した蛍光体層１４を形成することが困難である。このため、電気泳動法や沈降法により蛍光体層１４を形成すると、粒子１３ｄを高密度で均一に配した蛍光体層１４を容易に実現できるためより望ましい。
【００５０】
図５は蛍光体層１４の蛍光体１３の体積含有率と蛍光部材１２の温度との関係を示す図である。縦軸は蛍光部材１２の温度（単位：℃）を示し、横軸は蛍光体１３の体積含有率（単位:％）を示している。測定に用いた試料は基板１６をＡｌにより１ｍｍ角×１ｍｍ厚に形成し、蛍光体１３としてβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを用いて蛍光体層１４の厚みを５０μｍに形成している。また、光源１１から波長が４０５ｎｍのレーザ光を出射している。この時、蛍光体１３の含有率が７６％の試料に対して光源１１の出力を５Ｗにし、各試料から同じ光量の蛍光が出射されるように光源１１の出力を可変している。
【００５１】
尚、蛍光体１３の体積含有率は蛍光体層１４の基板１６に垂直な複数の断面における粒子１３ｄの面積占有率を平均して取得している。
【００５２】
大きさが同じ球形の粒子を最も高密度の六方最密充填構造によって形成した結晶構造の充填率（体積含有率）は７４％である。実際の蛍光体１３の粒子１３ｄは形状及び大きさにばらつきがあるため、図５では一試料の体積含有率が理想の最密充填率よりも高い値の７６％になっている。蛍光体１３の体積含有率が６９％以上になると、最大の体積含有率まで高密度に粒子１３ｄを充填した状態（７６％）と同程度の温度に飽和している。このため、蛍光体１３の体積含有率を６９％以上にすると、蛍光体層１４の放熱能力を最大限まで引き出すことができるためより望ましい。
【００５３】
本実施形態によると、蛍光部材１２が高熱伝導体から成る基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄを堆積した蛍光体層１４を有するので、蛍光体層１４が蛍光体１３を高密度に有して薄く形成される。これにより、蛍光体１３による発熱の放熱性を高くできるとともに励起光の吸収率を高くすることができる。従って、発光装置１０の発光効率を向上することができるとともに、発光色の異なる複数の蛍光体１３の温度消光による色度ずれを防止することができる。
【００５４】
また、蛍光体層１４の表面と基板１６との間に蛍光体１３の粒子１３ｄが連続して繋がるので、主に蛍光に寄与する表面の蛍光体１３の発熱が連続した粒子１３ｄを介して基板１６に伝えられる。従って、蛍光体１３による発熱の放熱性をより高くすることができる。
【００５５】
また、蛍光体層１４の蛍光体１３の体積含有率を６９％以上にしたので、蛍光体層１４の放熱能力を最大限まで引き出して放熱性をより向上することができる。
【００５６】
また、蛍光体層１４を固着するコーティング材１５を蛍光体層１４の表面に配したので、基板１６上に堆積する蛍光体１３の粒子１３ｄの脱落を防止することができる。
【００５７】
また、コーティング材１５がＴｉＯ２から成るので、蛍光体層１４の表面を容易にコーティングすることができる。加えて、コーティング材１５が無機材料から成るため紫外光や熱による劣化が少なく、コーティング材１５の変色を防止して色度ずれや発光効率の低下を防止することができる。
【００５８】
また、蛍光体１３の粒子１３ｄを被膜するバインダー１３ｅによって隣接する蛍光体１３の粒子１３ｄを固着したので、基板１６上に堆積する蛍光体１３の粒子１３ｄの脱落をより確実に防止することができる。
【００５９】
また、バインダー１３ｅがシリカから成るので、容易に粒子１３ｄを被膜して固着することができる。また、蛍光体層１４を電気泳動法により形成する際に帯電するバインダー１３ｅによって基板１６上に粒子１３ｄを容易に堆積させることができる。更に、バインダー１３ｅとして樹脂等の接着剤を使うことと比べると、紫外光や熱による劣化が少ない。
【００６０】
尚、前述の図３に示すように、蛍光体１３の各粒子１３ｄ間にコーティング材１５が充填されると、粒子１３ｄの脱落をより確実に防止することができる。加えて、蛍光体１３の発熱がコーティング材１５を介した伝熱経路によっても基板１６に伝熱されるため、蛍光部材１２の放熱性をより高くすることができる。バインダー１３ｅによる各粒子１３ｄの接着性が高く放熱性も十分確保できる場合は、図６に示すように、バインダー１３ｅの表面をコーティング材１５で覆い、粒子１３ｄ間に空隙１９を形成してもよい。
【００６１】
また、分散媒に蛍光体１３の粒子１３ｄを分散させる分散工程と、分散媒に分散した蛍光体１３の粒子１３ｄを電気泳動法または沈降法によって基板１６上に堆積して蛍光体層１４を形成する蛍光体層形成工程とを備えたので、基板１６上に蛍光体１３の粒子１３ｄが堆積した蛍光体層１４を容易に形成することができる。
【００６２】
また、ＴｉＯ２のアルコキシドを蛍光体層１４上に塗布するコーティング材塗布工程と、分散媒から取り出した蛍光部材１２を焼成して蛍光体層１４をＴｉＯ２によりコーティングする焼成工程とを備えたので、蛍光体層１４をＴｉＯ２により容易に固着することができる。
【００６３】
また、分散媒にシリカの前駆体を添加して蛍光体１３の粒子１３ｄをシリカの前駆体により覆うバインダー添加工程を備え、蛍光体層形成工程で電気泳動法によって蛍光体層１４を形成するとともに、焼成工程で蛍光部材１２を焼成して蛍光体１３の粒子１３ｄをシリカにより被膜したので、各粒子１３ｄをシリカから成るバインダー１３ｅにより容易に固着することができる。また、蛍光体層形成工程で帯電するシリカの前駆体によって基板１６上に粒子１３ｄを容易に堆積させることができる。
【００６４】
本実施形態において、蛍光部材１２として蛍光体粒子１３ｄが基板１６上に密に堆積している場合を説明しているが、これに限らない。図７は蛍光部材１２（図２参照）の変形例である蛍光部材１７の縦断面図を示している。蛍光部材１７は基板１６上に蛍光体１３を含む蛍光体層１４を形成し、蛍光体層１４の表面及び蛍光体層１４の隙間の全てまたは一部はコーティング材１５により覆われる。
【００６５】
蛍光体１３は蛍光体層１４中において蛍光体層１４の表面と基板１６との間に蛍光体１３の粒子１３ｄが連続して繋がっている蛍光体鎖１８を形成している。蛍光体鎖１８は主に蛍光に寄与する表面の粒子１３ｄの発熱により生じた熱を連続して繋がっている他の粒子１３ｄを介して基板１６に伝える。ここで、蛍光体１３の粒子１３ｄは一般的に用いられる樹脂や無機ガラス等の封止材よりも高い熱伝導率を有する。このため、封止材を経由して基板１６へ放熱を行う場合に比べ、粒子１３ｄが連続的に繋がっている蛍光体鎖１８を経由して放熱を行う方が放熱性をより高くすることができる。
【００６６】
また、本実施形態において、発光装置１０を自動車の前照灯１に搭載しているが、飛行機、船舶、ロボット、オートバイ、自転車、その他の移動体の前照灯に搭載してもよい。また、発光装置１０をダウンライトやスポットライト等の照明装置、プリンタ、複写機等に用いてもよい。
【００６７】
また、発光装置１０から白色光以外の光を出射するように光源１１及び蛍光体１３を設けてもよい。また、蛍光体１３によって励起光を可視光以外の光に変換してもよい。例えば、励起光を赤外光に変換すると、セキュリティ用ＣＣＤカメラの夜間照明装置等にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明によると、自動車等の移動体の前照灯、照明装置、複写機、プリンタ等に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 前照灯
２ 反射鏡
３ 取付部材
４ フィルタ部材
１０ 発光装置
１１ 光源
１２、１７ 蛍光部材
１３ 蛍光体
１３ｄ 粒子
１３ｅ バインダー
１４ 蛍光体層
１５ コーティング材
１６ 基板
１８ 蛍光体鎖
１９ 空隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近紫外レーザ光を出射する光源と、前記光源の出射光により励起して発光する蛍光体を含む蛍光部材とを備えた発光装置において、前記蛍光部材が、高熱伝導体から成る基板と、前記基板上に前記蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層とを有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体層の表面と前記基板との間に前記蛍光体の粒子が連続して繋がることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体層の前記蛍光体の体積含有率を６９％以上にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体層を固着するコーティング材を前記蛍光体層の表面に配したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記コーティング材がＴｉＯ２から成ることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記蛍光体の粒子を被膜するバインダーを有し、前記バインダーによって隣接する前記蛍光体の粒子を固着したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項７】
前記バインダーがシリカから成ることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
近紫外レーザ光を出射する光源と、前記光源の出射光により励起して発光する蛍光体を含む蛍光部材とを備えた発光装置の製造方法において、前記蛍光部材が、高熱伝導体から成る基板と、前記基板上に前記蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層とを有し、分散媒に前記蛍光体の粒子を分散させる分散工程と、前記分散媒に分散した前記蛍光体の粒子を電気泳動法または沈降法によって前記基板上に堆積して前記蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、を備えたことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項９】
ＴｉＯ２のアルコキシドを前記蛍光体層上に塗布するコーティング材塗布工程と、前記分散媒から取り出した前記蛍光部材を焼成して前記蛍光体層をＴｉＯ２によりコーティングする焼成工程とを備えたことを特徴とする請求項８に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記分散媒にシリカの前駆体を添加して前記蛍光体の粒子をシリカの前駆体により覆うバインダー添加工程を備え、前記蛍光体層形成工程で電気泳動法によって前記蛍光体層を形成するとともに、前記焼成工程で前記蛍光部材を焼成して前記蛍光体の粒子をシリカにより被膜することを特徴とする請求項９に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１】
近紫外レーザ光を出射する光源と、前記光源の出射光により励起して発光する蛍光体を含む蛍光部材とを備えた発光装置において、前記蛍光部材が、高熱伝導体から成る基板と、前記基板上に前記蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層とを有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体層の表面と前記基板との間に前記蛍光体の粒子が連続して繋がることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体層の前記蛍光体の体積含有率を６９％以上にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体層を固着するコーティング材を前記蛍光体層の表面に配したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記コーティング材がＴｉＯ２から成ることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記蛍光体の粒子を被膜するバインダーを有し、前記バインダーによって隣接する前記蛍光体の粒子を固着したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項７】
前記バインダーがシリカから成ることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
近紫外レーザ光を出射する光源と、前記光源の出射光により励起して発光する蛍光体を含む蛍光部材とを備えた発光装置の製造方法において、前記蛍光部材が、高熱伝導体から成る基板と、前記基板上に前記蛍光体の粒子を堆積した蛍光体層とを有し、分散媒に前記蛍光体の粒子を分散させる分散工程と、前記分散媒に分散した前記蛍光体の粒子を電気泳動法または沈降法によって前記基板上に堆積して前記蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、を備えたことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項９】
ＴｉＯ２のアルコキシドを前記蛍光体層上に塗布するコーティング材塗布工程と、前記分散媒から取り出した前記蛍光部材を焼成して前記蛍光体層をＴｉＯ２によりコーティングする焼成工程とを備えたことを特徴とする請求項８に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記分散媒にシリカの前駆体を添加して前記蛍光体の粒子をシリカの前駆体により覆うバインダー添加工程を備え、前記蛍光体層形成工程で電気泳動法によって前記蛍光体層を形成するとともに、前記焼成工程で前記蛍光部材を焼成して前記蛍光体の粒子をシリカにより被膜することを特徴とする請求項９に記載の発光装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１６２６８（Ｐ２０１３−１６２６８Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６４４３（Ｐ２０１１−１４６４４３）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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