JP6489831B2 - 波長変換体及びその製造方法並びに当該波長変換体を用いた照明装置 - Google Patents

波長変換体及びその製造方法並びに当該波長変換体を用いた照明装置 Download PDF

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Description

本発明は、波長変換体及びその製造方法並びに当該波長変換体を用いた照明装置に関する。
近年、複数の発光ブロックに分割された波長変換部材にレーザ光を走査することによって、所望の領域に向けて光を照射する照明装置が用いられている。特許文献１には、励起光を出射する固体光源と、当該励起光によって励起される蛍光体プレートと、を備え、当該蛍光体プレートが仕切り部材によって複数の領域に分けられている光源装置が開示されている。
特開２０１３−１０２０７８号公報
特許文献１に記載されているような光源装置では、波長変換体の発光領域間に格子状に非透光性材料からなる障壁が形成されているため、光出射面に輝度ムラが発生し見栄えが悪いという問題があった。また、障壁によって光散乱や光吸収が発生し、照射光の出射効率が低下するという問題があった。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、発光素子から出射される光の波長を変換して所望の領域に向けて光を照射する装置に用いられる波長変換体であって、輝度ムラを防止し、かつ所望の領域のみを効率よく照明可能な波長変換体及びその製造方法並びに当該波長変換体を用いた照明装置を提供することを目的とする。
本発明の波長変換体は、透光性基板と、当該透光性基板上に設けられた波長変換層と、を有する波長変換体であって、当該波長変換層は、当該波長変換層の表面から当該透光性基板に向かう格子状の界面によってマトリクス状の複数の波長変換部に区画されていることを特徴とする。
また、本発明の波長変換体は、透光性基板と、当該透光性基板上に設けられた波長変換層と、を有する波長変換体であって、当該波長変換層は、当該波長変換層の表面から当該透光性基板に向かって形成されている格子状の間隙によってマトリクス状の複数の波長変換部に区画されていることを特徴とする。
また、本発明の波長変換体の製造方法は、透光性基板の一方の面に格子状の溝部を形成する工程と、当該透光性基板の当該一方の面上に蛍光体を含有する半硬化した樹脂からなる蛍光体シートを貼付する工程と、当該蛍光体シートを当該蛍光体シートの上面から当該格子状溝部に刃物を押し込み、当該刃物を、当該刃物を押し込んだ経路と同一の経路に沿って抜き取ることによって当該格子状溝部に沿って切断する工程と、当該樹脂を全硬化する工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の波長変換体の製造方法は、透光性基板の当該一方の面上に蛍光体を含有する透光性材料からなる蛍光体層を形成する工程と、当該蛍光体層を当該蛍光体層の表面から格子状にレーザ光を照射することで個別の波長変換部に切除する工程と、を含み、当該区画する工程は、互いに隣接する当該波長変換部の間に当該蛍光体層の表面から当該透光性基板に向かう界面を形成するかまたは間隙を形成することを特徴とする。
また、本発明の照明装置は、レーザ発光素子と、当該レーザ発光素子の光出射方向に配され、当該レーザ発光素子からの出射光を反射する反射デバイスと、当該反射デバイスを駆動する駆動部と、当該反射デバイスの反射面に向かった側に配されかつ透光性基板及び当該透光性基板上に設けられた波長変換層を有し、当該波長変換層が当該波長変換層の表面から当該透光性基板に向かう格子状の界面によってマトリクス状の複数の波長変換部に区画されている波長変換体と、を含む照明装置であって、当該駆動部は、当該反射デバイスからの当該反射光が当該複数の波長変換部の各々を走査するように当該反射デバイスを駆動することを特徴とする。
また、本発明の照明装置は、レーザ発光素子と、当該レーザ発光素子の光出射方向に配され、当該レーザ発光素子からの出射光を反射する反射デバイスと、当該反射デバイスを駆動する駆動部と、当該反射デバイスの反射面に向かった側に配されかつ透光性基板及び当該透光性基板上に設けられた波長変換層を有し、当該波長変換層が、当該波長変換層の表面から当該透光性基板に向かう格子状の間隙によってマトリクス状の複数の波長変換部に区画されている波長変換体と、を含む照明装置であって、当該駆動部は、当該反射デバイスからの当該反射光が当該複数の波長変換部の各々を走査するように当該反射デバイスを駆動することを特徴とする。
本発明の実施例１である波長変換体の斜視図である。 図１の２−２線に沿った断面図である。 図１に示す波長変換体の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。 図１に示す波長変換体の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。 図１に示す波長変換体の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。 図１に示す波長変換体の製造工程のうちの一工程を示す断面図である。 図１に示す波長変換体の製造工程のうちの一工程の拡大断面図である。 図１に示す波長変換体の製造工程のうちの一工程の拡大断面図である。 本発明の波長変換体を用いた照明装置の一例の概略図である。 波長変換体の評価実験に用いる簡易モデルの断面図である。 波長変換体の評価実験に用いる比較モデルの断面図である。 波長変換体の評価実験の装置の断面図である。 評価実験における光出射面の輝度分布画像である 評価実験における光出射面の輝度分布画像の輝度の変化を表すグラフである。 評価実験における光出射面の輝度分布画像の輝度の変化を表すグラフである。 本発明の波長変換体を用いた照明装置の一例の概略図である。 他の実施例の波長変換体の断面図である。 他の実施例の波長変換体の断面図である。
以下においては、本発明の好適な実施例について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付して説明する。
以下に、本発明の実施例１である波長変換体について、図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施例である波長変換体１０の斜視図である。図２は、図１の２−２線に沿った断面図である。
透光性基板１１は、サファイア、ガラス等の透光性を有する材料からなり、矩形の上面形状を有しており、厚さが例えば５５０μｍの基板である。透光性基板１１の厚さは、好ましくは０．３〜２．０ｍｍであり、さらに好ましくは０．５〜１．０ｍｍである。透光性基板１１は、一方の面がレーザ素子等の発光素子（図示せず）からの出射光が入射する光入射表面である表面１１Ｓとなっている。
透光性基板１１の表面１１Ｓの反対側の他方の面には、格子状の溝部Ｖが形成されている。格子状の溝部Ｖは、例えば格子幅が５０μｍであり、深さが５０〜２００μｍとなっている。すなわち、透光性基板１１は、当該他方の表面にマトリクス状の凸部１１Ａを有している。
凸部１１Ａの各々の頂面上には、誘電体多層膜で形成されたダイクロイックミラーからなる波長選択層である光学機能層１３が形成されている。すなわち、光学機能層１３は、透光性基板１１上に互いに離間してマトリクス状に配されている。光学機能層１３は、例えば、光学機能層１３上に形成される後述する波長変換部１７内の蛍光体粒子から出射される蛍光を反射し、それ以外の光を透過するように形成されている。
光学機能層１３の上には、蛍光体粒子を含有したシリコーン樹脂等の透光性材料からなり、光出射面である表面１５Ｓを有する波長変換層１５が形成されている。波長変換層１５に含有される蛍光体は、例えば、約４５０ｎｍの青色光を吸収して、蛍光として約５５０ｎｍの発光ピーク波長を有する黄色蛍光を発する。
すなわち、波長変換層１５に、蛍光体を励起する青色光が入射すると、当該青色光が蛍光体を励起し、蛍光体から黄色蛍光が発せられる。この黄色蛍光が波長変換部１７に入射した青色光と混ざり合うことで、表面１５Ｓから白色光が出射する。
図２に示すように、波長変換層１５は、波長変換層１５の光出射表面である表面１５Ｓから透光性基板１１に向かう格子状の界面Ｉによってマトリクス状の複数の波長変換部１７に区画されている。換言すれば、隣接する波長変換部１７は、その対向する側面１７Ｌが界面Ｉを持って接している。
界面Ｉは、波長変換層１５の内部の終端部Ｅで終端しており、複数の波長変換部１７の各々の間には、終端部Ｅから透光性基板１１に至る空隙Ｓが形成されている。当該空隙Ｓは、波長変換部１７の間で、透光性基板１１の主面と垂直断面において透光性基板１１向けてその幅が広がっている。すなわち、空隙Ｓは、前記透光性基板から離間するにつれて窄まっていく断面形状を有しているおり、波長変換部１７は、その下部において上底の大きい略台形の断面形状を有している。
上述のように、隣接する波長変換部１７は、波長変換層１５表面から形成されている界面Ｉによって区画され、下部において隣接する波長変換部１７と空間を持って離間している。従って、透光性基板１１から波長変換部１７に入射して波長変換部１７の側面１７Ｌに達した光は、波長変換部１７と空隙Ｓの界面及び界面Ｉ、すなわち側面１７Ｌにおいて反射されて表面１５Ｓから出射される。また、波長変換部１７に入射した光によって励起された蛍光体から出射して波長変換部１７の側面１７Ｌに達した蛍光も側面１７Ｌにおいて反射されて表面１５Ｓから出射される。従って、波長変換部１７の各々に入射した光は、隣接する波長変換部１７に漏れ出さずに、当該各々の波長変換部１７の表面１５Ｓから出射される。
これは、波長変換部１７の各々に蛍光体を励起する励起光を選択的に入射させて所望の領域に照射光を照射する場合に、特に有効な利点である。すなわち、上記構成によれば、隣接する波長変換部１７の一方に励起光を照射し、他方の波長変換部１７に照射を行わない場合、一方の波長変換部１７から他方の波長変換部１７に光が漏れ出るのを抑制することができる。これにより、所望の領域以外の領域に意図せず照射光を照射することを抑制することが可能である。
また、透光性基板１１の表面１１Ｓから光を入射させ、凸部１１Ａを通った光を波長変換部１７の各々に入射させる場合、凸部１１Ａの側面において、光の全反射が発生する。従って、１の凸部１１Ａに入射した光の隣接する凸部への漏出を防止することができる。すなわち、凸部１１Ａは、波長変換部１７の各々に照射される光の光学的ガイドになるため、所望の領域に照射光を照射する際に意図しない波長変換部１７に光が入射することで起きる意図しない領域への照射光の照射を防止することが可能である。
また、隣接する波長変換部１７は、波長変換層１５の表面１５Ｓの近傍においては、界面Ｉによって区画されているのみである。従って、波長変換部１７の全てに励起光を照射した場合に、表面１５Ｓにおいて隣接する波長変換部１７間で出射光に切れ目が生じず、表面１５Ｓにおいて暗線が発生することを防止することが可能である。
また、波長変換部１７は、その下部において、上底が大きい略台形の断面形状を有している。従って、上記励起された蛍光体から表面１５Ｓと反対方向に出射した蛍光も、当該側面１７Ｌの下部によって反射され、表面１５Ｓ方向に反射される。よって、表面１５Ｓからの光出射量を向上させ、波長変換体１０の光出射効率を向上させることが可能である。
［波長変換体１０の製造方法］
まず、図３Ａに示すように、透光性基板１１上に光学機能層１３を予め形成したもの用意する。上述のように、光学機能層１３は、誘電体多層膜を成膜したダイクロイックミラー等である。波長変換体１０に青色レーザ光を入射させかつ波長変換部に黄色蛍光体を用いる場合、光学機能層１３は、黄色波長領域を反射可能な層であればよい。
次に、図３Ｂに示すように、透光性基板１１及び光学機能層１３をエッチングして格子状の溝部Ｖを形成する。具体的には、光学機能層１３の表面から、ウェットエッチングもしくはドライエッチング、またはブレードダイシングもしくはレーザダイシング加工により、格子幅５０μｍで深さが２００μｍの格子状の溝部Ｖを形成する。
次に、図３Ｃに示すように、光学機能層１３上に波長変換層１５となる蛍光体含有シート１５Ｐを圧着貼付する。蛍光体含有シート１５Ｐは、例えばシリコーン樹脂に黄色蛍光体を所定濃度混ぜたものをシート状に半硬化させたものを用いる。この圧着貼付工程において、蛍光体含有シート１５Ｐと光学機能層１３の上面とが強く接着される。
次に、図３Ｄに示すように、工業用のエッチング型の刃（ピナクル刃）及びビク型の刃（トムソン刃）等の刃物Ｃを用いて蛍光体含有シート１５Ｐを切断して、個々の波長変換部１７（図２参照）を形成する。具体的には、刃物Ｃを蛍光体含有シート１５Ｐの上面の溝部Ｖ上の領域に刃物Ｃを押しつけて蛍光体含有シート１５Ｐ内に透光性基板の主面と垂直に挿入し、刃物Ｃの先端が溝部Ｖ内に達するまで押し下げる。その後、押し下げたときと同じ経路（軌道）で刃物Ｃを引き上げて、蛍光体含有シート１５Ｐを切断する。
なお、上記切断において使用する刃物Ｃは、切断回数を最小にすべく、刃渡りが蛍光体含有シート１５Ｐの一辺よりも長いものを用いるのが好ましい。また、刃物Ｃは透光性基板１１の主面と垂直でなくともよく、例えば界面Ｉを傾けたい場合には、刃物Ｃを傾けて蛍光体含有シート１５Ｐの表面から斜めに挿入してもよい。
図４に蛍光体含有シート１５Ｐの切断時の推移を、切断部を拡大した断面図によって示す。まず、図４（ａ）に示すように、刃物Ｃの先端が溝部Ｖ内に達するまで押し下げる。この際、刃物Ｃの挿入により、蛍光体含有シート１５Ｐは左右に押し分けられるように切断され、個々の波長変換部１７が分割形成される。
次に、図４（ｂ）に示すように、刃物Ｃを上に抜き始める。この際、図４（ａ）に関して説明したように、蛍光体含有シート１５Ｐは押し分けられるように切断されているので、刃物Ｃを抜いていくと、刃物Ｃがあった場所を埋めるように切断面が変形する。しかし、蛍光体含有シート１５Ｐと光学機能層１３の上面とは強く接着されているので、その接着面近傍においては、隣り合う波長変換部１７間に空隙が残るように切断面が変形していく。
次に、図４（ｃ）に示すようにさらに刃物Ｃを上に抜いていくと、光学機能層１３の上面、すなわち光学機能層１３と波長変換部１７との接着面から離れるにつれ空隙が窄まり、あるところで隣り合う波長変換部１７の側面１７Ｌ同士が接する。
その後、図４（ｄ）に示すように刃物Ｃが完全に抜けると、図２に示すような、隣り合う波長変換部１７の側面１７Ｌが下部において空隙Ｓを形成し上部において界面Ｉを持って接している構造ができる。
なお、蛍光体含有シート１５Ｐを切断する際には、レーザ光を走査することによって切断を行ってもよい。その場合、例えば、蛍光体含有シート１５Ｐの上面から紫外線レーザを照射して、蛍光体含有シート１５Ｐを部分的に昇華させる。図５にレーザによる蛍光体含有シート１５Ｐの切断時の推移の一例を、切断部を拡大した断面図によって示し以下に説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、レーザ光の強度を、蛍光体含有シート１５Ｐにスジが入る程度に昇華させて切断を行うように、例えば切断工程における最大出力の５％とし、レーザの焦点を蛍光体含有シート１５Ｐの表面付近に合わせてレーザ光を走査して照射する。この照射によって、上述した蛍光体含有シート１５Ｐ上部に、上述した波長変換部１７が界面Ｉをもって接する部分が形成される。
次に、図５（ｂ）に示すように、レーザ光の強度を、蛍光体含有シート１５Ｐの材料が昇華して小さな空孔ができるように、例えば切断工程における最大出力の２０％とし、レーザ光の焦点を更に下に下げてレーザ光を走査して照射する。当該照射においては、上記界面Ｉの下の部分に小さな空孔Ｈが形成される。
その後、レーザ光の焦点を下げつつ、レーザの強度を、例えば切断工程における最大出力の４０％（図５（ｃ））、６０％（図５（ｄ））、８０％（図５（ｄ））、１００％（図５（ｅ））と上げていきつつレーザ光を走査して照射して蛍光体含有シート１５Ｐの材料を昇華させて空孔Ｈを拡大することで切断を行う。
これにより、上述したような、隣り合う波長変換部１７の側面１７Ｌが下部において空隙Ｓを形成し上部において界面Ｉを持って接している構造ができる。すなわち、隣り合う波長変換部１７の間の領域の下部においてくさび状の空隙Ｓが形成される。
上記波長変換部１７の切断工程の終了後、波長変換部１７を加熱硬化して、波長変換体１０が完成する。
上記した製造方法によれば、個々の波長変換部１７の切断線に沿って透光性基板１１の波長変換部１７側の表面に格子状の溝部Ｖを形成する。従って、例えば刃物Ｃを使用して蛍光体含有シート１５Ｐを切断して個々の波長変換部１７を形成する場合に、刃物Ｃの先端部が透光性基板１１に当接することが防止され、刃物Ｃの刃先の摩耗を防止することが可能である。
また、例えばレーザ光を用いて蛍光体含有シート１５Ｐを切断して個々の波長変換部１７を形成する場合には、レーザ光によって透光性基板１１が損傷することを防止することができる。また、蛍光体含有シート１５Ｐの切断が完了した後に、レーザ光の出射方向に空間である溝部Ｖが存在するので、レーザ光の反射の有無の検出によるレーザ光の出射停止制御等の制御が容易になる。
［波長変換体１０を用いた照明装置］
上述した波長変換体１０を用いた照明装置３０について、図６を用いて以下に説明する。なお、以下の説明においては、図中の白抜き矢印方向を前方として説明する。
発光素子３１は、例えば、青色レーザ光（発光波長４５０ｎｍ程度）を出射するレーザダイオード（ＬＤ）素子である。反射デバイス３３は、発光素子３１の出射光の光軸上に配置されており、ピエゾ素子によって直交する２軸方向に回転するいわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。反射デバイスは、発光素子３１に対向している反射面Ｒを有し、当該反射面Ｒによって発光素子３１から出射されたレーザ光が反射される。
波長変換体１０は、例えば、反射デバイス３３からみて発光素子３１からの出射光の光軸と垂直の方向に、透光性基板１１の表面１１Ｓが反射デバイス３３の反射面Ｒと対向するように配されている。
すなわち、図中破線矢印で示す光経路のように、発光素子３１から出射して反射面Ｒによって反射されたレーザ光が透光性基板１１の表面１１Ｓから入射し、反射デバイス３３の回転動作によって変更・調整される振れ角に対応して所定の波長変換部１７に入射するように構成されている。なお、図中においては、一例として、中央の波長変換部１７に光を入射する方向に反射デバイス３３が配向されている際の光経路が示されている。
上述したように、波長変換部１７に、蛍光体を励起する発光素子３１から出射された青色光が入射すると、当該青色光が蛍光体を励起し、蛍光体から黄色蛍光が発せられる。この黄色蛍光が波長変換部１７に入射した青色光と混ざり合うことで、波長変換部１７の各々の光出射表面である表面１５Ｓから白色光が出射する。
なお、反射デバイス３３によって反射されたレーザ光が波長変換部１７の各々に入射する際のレーザスポットは、波長変換部１７の各々と光学機能層１３との接合面である入射表面１７Ｉよりも小さくなるようになされている。
制御部３５は、発光素子３１及び反射デバイス３３に接続されており、発光素子３１の点灯及び反射デバイス３３の回転動作を制御する。制御部３５は、発光素子３１をパルス点灯させるように制御する。また、制御部３５は、反射デバイス３３から反射されるレーザ光のレーザスポットがマトリクス状に配列された波長変換部１７の各々を線順次走査するように反射デバイス３３を制御する。
レンズ部３７は、例えば凸レンズであり、波長変換部１７の各々の表面１５Ｓからの出射光の光路上に配されており、当該出射光を集光して照明装置３０の前方に出射するようになされている。
照明装置３０において、発光素子３１のパルス点灯と反射デバイス３３の回転動作は同期されており、反射デバイス３３の角度が入射表面１７Ｉの各々にレーザスポットが収まる角度になった際に、発光素子３１が発光するようになされている。この走査の際、一部の波長変換部１７にレーザ光を入射させないように発光素子３１のパルス点灯を制御することで、照明装置３０の前方の所望の領域のみに白色光を照射することが可能である。
この線順次走査の際、レーザ光は、入射表面１７Ｉに入射する前に、凸部１１Ａ（図２参照）を通過する。上述のように凸部１１Ａの側面においては、光の全反射が発生し入射表面１７Ｉに入射する前の光学的ガイドの役割を果たす。従って、順次走査する際に１の凸部１１Ａに入射したレーザ光の隣接する凸部への漏出、さらには、当該隣接する凸部１１Ａ上に形成されている波長変換部１７への光の漏出が防止される。
本発明の照明装置３０は、パルス点灯する発光素子３１によって波長変換体１０の各波長変換部１７の各々を走査して照明することで、照明装置３０の前方の所望の領域を照明することが可能である。
また、本発明の照明装置３０は、波長変換体１０の波長変換部１７の各々に波長変換部１７の入射表面１７Ｉ内に入射表面１７Ｉよりも小さいレーザスポットを有するレーザ光を照射する。さらに、上述のように、隣接する波長変換部１７は、波長変換層１５の表面１５Ｓから形成されている界面Ｉによって区画され、下部において隣接する波長変換部１７と空隙Ｓ（図２参照）を持って離間している。
従って、透光性基板１１から波長変換部１７に入射して波長変換部１７の側面１７Ｌ（図２参照）に達した光は、波長変換部１７と空隙Ｓの界面及び界面Ｉ、すなわち側面１７Ｌにおいて反射されて表面１５Ｓから出射される。また、波長変換部１７に入射した光によって励起された蛍光体から出射して波長変換部１７の側面１７Ｌに達した蛍光も側面１７Ｌにおいて反射されて表面１５Ｓから出射される。従って、波長変換部１７に入射した光は、隣接する波長変換部１７に漏れ出さずに、各々の波長変換部１７の表面１５Ｓから出射される。
これにより、１の走査において波長変換部１７の各々に選択的に発光素子３１からの出射光を入射させて所望の領域に照射光を照射する場合に、所望の領域以外の領域に意図せず照射光を照射することを防止することが可能である。
また、上述のように、透光性基板１１の光入射表面である表面１１Ｓから光を入射させ、凸部１１Ａを通った光を波長変換部１７の各々に入射させる場合、凸部１１Ａの側面において、光の全反射が発生する。従って、１の凸部１１Ａに入射した光の隣接する凸部への漏出を防止することができる。すなわち、凸部１１Ａは、波長変換部１７の各々に照射される光の光学的ガイドになるため、所望の領域に照射光を照射する際に意図しない波長変換部１７に光が入射することで起きる意図しない領域への照射光の照射を防止することが可能である。
また、上述のように、隣接する波長変換部１７は、波長変換層１５の表面から形成されている界面Ｉによって区画されているのみである。従って、波長変換部１７の全てに励起光を照射した場合に、波長変換層１５の表面１５Ｓにおいて出射光に切れ目が生じず、表面１５Ｓにおいて暗線が発生することを防止することが可能である。
また、波長変換部１７は、その下部において、上底が大きい略台形の断面形状を有している。従って、上記励起された蛍光体から表面１５Ｓと反対方向に出射した蛍光も、当該側面１７Ｌの下部によって反射され、表面１５Ｓ方向に反射される。よって、表面１５Ｓからの光出射量を向上させ、照明装置３０の光出射効率を向上させることが可能である。
［評価実験］
以下に、図７乃至図１０を用いて隣り合う波長変換部１７間の光の漏出防止効果の評価実験について説明する。本実験では、波長変換層の１の表面から反対側の他方の表面まで連続して形成されている界面Ｉのみによって波長変換体が区画されている簡易モデルを用いて、波長変換部１７の各々に個別に光を入射させた際の隣接する波長変換部１７への光の漏出防止の効果を評価する。
波長変換体１０の簡易モデル４０を図７に示す。簡易モデル４０は、ガラス基板４１及びガラス基板４１上にマトリクス状に配され、一辺が１００μｍの正方形の上面形状を有する波長変換層４３からなっている。波長変換層は表面４３Ｓから透光性基板４１に向かう格子状の界面Ｉによってマトリクス状の複数の波長変換部４５に区画されている。すなわち、隣接する波長変換部４５の対向する側面４５Ｌは、全面が界面Ｉをもって接している。
簡易モデル４０は、以下のように製造した。まず、ガラス基板４１上に実施例１の波長変換体１０の製造に用いたのと同様の蛍光体含有シートを貼付した。その後、波長変換体１０の製造に用いたのと同様の刃物を蛍光体含有シートの上面から押し込むことで、蛍光体含有シートを格子状に切断し、マトリクス状に配列された波長変換部４５を含む波長変換層４３を形成した。
比較例である比較モデル５０を図８に示す。比較モデル５０は、ガラス基板５１及びガラス基板上に配された波長変換層５３からなっている。なお、比較モデル５０の波長変換部５３は、単にガラス基板５１に波長変換体１０の製造に用いたのと同様の蛍光体含有シートを貼付したものであり、分割されていない。
図９に評価実験方法を示す。なお、図９には、例として簡易モデル４０に光を照射して評価を行う場合を示している。評価実験は、試験光源部６０を用いて簡易モデル４０及び比較モデル５０に光を照射した際のガラス基板４１及び５１側から観測した輝度分布を比較することによって行った。
試験光源部６０は、内側面が光反射性を有し上方に開口を有するすり鉢状の凹部６１Ｒを有する素子保持パッケージ６１、凹部６１Ｒの底面に配されており、凹部の開口方向に光を出射するＬＥＤ素子６３及びＬＥＤ素子６３の光出射方向に配されているシャッター装置６５からなっている。
シャッター装置６５は、板状の透光性の無い部材であるスリット板６５Ａ及びシャッター板６５Ｂからなっており、スリット板６５Ａ及びシャッター板６５Ｂは、板面が接するように重ねられている。スリット板６５Ａには、短手辺の中心線がＬＥＤ素子６３の出射光の光軸ＡＸと重なるように形成されている長手矩形状のスリット６５Ｓが形成されている。シャッター板６５Ｂは、スリット板６５Ａに沿って白抜き矢印方向にスライドすることで、スリット６５Ｓの一部又は全部を遮光するように構成されている。
評価実験においては、図９に示すように、簡易モデル４０及び比較モデル５０の波長変換層４３及び５３の表面にシャッター板６５Ｂの板面が接するように配置した。さらに、簡易モデル４０に光を照射する場合には、スリット６５Ｓの長手方向に沿った方向において中央に配されている波長変換部４５Ｃの中央に光軸ＡＸが合うようにした。
また、照明装置１０において透光性基板１１に入射した光が凸部１１Ａによって波長変換部１７に入射する前にガイドされる状態を再現するために、波長変換部４５Ｃの端部とシャッター板６５Ｂの端部が重なり合うようにシャッター板６５Ｂを配置した。すなわち、図中波長変換部４５Ｃよりも左にある波長変換部４５には、ＬＥＤ素子６３からの出射光が直接入射しないようにした。換言すれば、本評価実験においては、シャッター板６５Ｂによって覆われている波長変換部４５及び波長変換層５３のシャッター板６５Ｂによって覆われている領域への光の漏出の防止効果が確認できる。
なお、比較モデル５０に光を照射する場合には、簡易モデル４０が配されていた位置に、比較モデルを配置し、簡易モデル４０に光を照射した際と同様の位置に光が照射されるようにした。
以下に、評価実験の結果について説明する。なお、実験結果の説明に際し、説明の便宜上、図９に示すように、光出射面側からみて、シャッター板６５Ｂによって覆われている波長変換部４５を含む領域を領域Ａそれ以外の波長変換部４５の領域を領域Ｂとして説明する。
図１０に、評価試験をした際の光出射面の輝度分布画像を示す。図１０（ａ）は、簡易モデル４０の輝度分布画像、図１０（ｂ）は比較モデル５０の輝度分布画像である。なお、図１０の輝度分布画像において、図９のスリット６５Ｓの長手方向に沿った方向をＹ、それと垂直な方向をＸとしている。
また、図１１は、図１０に示した輝度分布画像について、図１０中のＸ軸方向に沿った方向における輝度の変化を表す片対数グラフである。図１１において、位置２．５がＬＥＤ素子６３の出射光の光軸ＡＸと重なる位置である。また、縦軸は、位置２．５における輝度を１００％とした際の相対輝度である。
簡易モデル４０及び比較モデル５０の輝度分布及び輝度の変化を比較すると、領域Ａにおいて、簡易モデル４０の分布の輝度の減衰が顕著になっており、波長変換部４５の分割効果によって、隣接する波長変換部４５への導光が著しく抑えられていることが確認できる。
図１２は、図１０に示した輝度分布画像について、図１０中のＹ軸方向に沿った方向における輝度の変化を表すグラフである。図１２において、位置２．５がＬＥＤ素子６３の出射光の光軸ＡＸと重なる位置である。また、縦軸は、位置２．５における輝度を１００％とした際の相対輝度である。
図１２に示すように、簡易モデル４０及び比較モデル５０のいずれにおいても、輝度の低下はほとんどみられない。特に、簡易モデル４０において、隣接する波長変換部４５同士の間においても輝度の低下は１０％未満であり、隣接する波長変換部４５の間における暗線の発生が抑えられていることがわかる。
上記実験結果から、本願実施例１の照明装置１０によれば、隣接する波長変換部１７間の光の伝播及び漏出を防止し、意図しない領域に照射光を照射することを防止することが可能である。また、波長変換部１７の各々の分割線である界面Ｉにおける輝度の低下が防止され、照射光の暗線の発生を抑制することが可能である。
［他の実施例］
上述の実施例においては、波長変換体１０の光学機能層１３を波長選択層としたが、光学機能層１３を光反射層としてもよい。この場合、波長変換層１５に含有される蛍光体を励起させる青色光を波長変換層１５の表面１５Ｓから入射させると、当該青色光が蛍光体を励起し、蛍光体から黄色蛍光が発せられる。この黄色蛍光が波長変換部１７に入射して光反射層である光学機能層１３によって反射された青色光と混ざり合うことで、表面１５Ｓから白色光が出射する。
光学機能層１３が光反射層である波長変換体１０を用いる照明装置７０の一例を、図１３に示す。発光素子３１は、例えば、青色レーザ光（発光波長４５０ｎｍ程度）を出射するレーザダイオード（ＬＤ）素子である。反射デバイス３３は、発光素子３１の出射光の光軸上に配置されており、ピエゾ素子によって直交する２軸方向に回転するいわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。反射デバイスは、発光素子３１に対向している反射面Ｒを有し、当該反射面Ｒによって発光素子３１から出射されたレーザ光が反射される。
波長変換体１０は、波長変換層１５の表面１５Ｓが反射デバイス３３の反射面Ｒと対向するように配されている。すなわち、発光素子３１から出射して反射面Ｒによって反射されたレーザ光が波長変換層１５の表面１５Ｓから入射し、反射デバイス３３の回転動作によって変更・調整される振れ角に対応して所定の波長変換部１７にレーザ光が入射するように構成されている。
上述したように、波長変換部１７に、蛍光体を励起する発光素子３１から出射された青色光が入射すると、当該青色光が蛍光体を励起し、蛍光体から黄色蛍光が発せられる。この黄色蛍光が波長変換部１７に入射して光反射層である光学機能層１３によって反射された青色光と混ざり合うことで、波長変換部１７の各々の表面１５Ｓから白色光が出射する。
なお、反射デバイス３３によって反射されたレーザ光が波長変換部１７の各々に入射する際のレーザスポットは、波長変換部１７の各々の表面１５Ｓよりも小さくなるようになされている。
制御部３５は、上述の照明装置３０と同様に、発光素子３１及び反射デバイス３３に接続されており、発光素子３１の点灯及び反射デバイスの回転動作を制御する。制御部３５は、発光素子３１をパルス点灯させるように制御する。また、制御部３５は、反射デバイス３３から反射されるレーザ光のレーザスポットがマトリクス状に配列された波長変換部１７の各々を線順次走査するように反射デバイス３３を制御する。
レンズ部３７は、例えば凸レンズであり波長変換部１７の光出射表面である表面１５Ｓからの出射光の光路上に配されており、当該出射光を集光して照明装置３０の前方に出射するようになされている。
照明装置７０において、発光素子３１のパルス点灯と反射デバイス３３の回転動作は制御部によって同期されており、反射デバイス３３の角度が波長変換部１７の表面１５Ｓの各々にレーザスポットが収まる角度になった際に発光素子３１が発光するようになされている。この走査の際、１または複数の波長変換部１７にレーザ光を入射させないように発光素子３１のパルス点灯を制御することで、照明装置７０の前方の所望の領域のみに白色光を照射することが可能である。
すなわち、照明装置７０は、パルス点灯する発光素子３１によって波長変換体１０の各波長変換部１７の各々を個別に走査して照明することで、照明装置７０の前方の所望の領域を照明することが可能である。
また、照明装置７０においては、波長変換体１０の波長変換部１７の表面１５Ｓ内に表面１５Ｓよりも小さいレーザスポットを有するレーザ光を照射する。さらに、上述のように、隣接する波長変換部１７は、波長変換層１５の表面から形成されている界面Ｉによって区画され、下部において隣接する波長変換部１７と空隙Ｓを持って離間している。
従って、表面１５Ｓから波長変換部１７に入射して、光反射層である光学機能層１３で反射し、波長変換部１７の側面１７Ｌ（図２参照）に達した光は、波長変換部１７と空隙Ｓの界面及び界面Ｉ、すなわち側面１７Ｌにおいて反射されて波長変換部１７の各々の表面１５Ｓから出射される。また、波長変換部１７に入射した光によって励起された蛍光体から出射して波長変換部１７の側面１７Ｌに達した蛍光も側面１７Ｌにおいて反射されて表面１５Ｓから出射される。従って、波長変換部１７に入射した光は、隣接する波長変換部１７に漏れ出さずに、波長変換部１７の各々の表面１５Ｓから出射される。
これにより、１の走査において波長変換部１７の各々に選択的に発光素子３１からの出射光を入射させて所望の領域に照射光を照射する場合に、所望の領域以外の領域に意図せず照射光を照射することを防止することが可能である。
また、隣接する波長変換部１７は、透光性基板１１に近い領域において空間Ｓ（図２参照）を持って離間しており、かつ隣接する波長変換部１７の間には溝部Ｖ（図２参照）がありかつ光反射層である光学機能層が存在しない。従って、波長変換部１７の各々に光が入射し、波長変換部１７の側面１７Ｌから波長変換部１７間の空間Ｓに光が漏出した場合であっても、当該漏出光は溝部Ｖ内で減衰するかまたは透光性基板を通過して後方に向かう。
これにより、隣接する波長変換部１７への光漏出が抑えられ、所望の領域に照射光を照射する際に意図しない波長変換部１７から光が出射することで起きる意図しない領域への照射光の照射を防止することが可能である。
また、上述のように、隣接する波長変換部１７は、波長変換層１５の表面から形成されている界面Ｉによって区画されているのみである。従って、波長変換部１７の全てに励起光を照射した場合に、表面１５Ｓにおいて出射光に切れ目が生じず、波長変換層１５の表面１５Ｓ（図１及び２参照）において暗線が発生することを防止することが可能である。
また、波長変換部１７は、その下部において、上底が大きい略台形の断面形状を有している。従って、上記励起された蛍光体から表面１５Ｓと反対方向に出射した蛍光も、当該側面１７Ｌの下部及び光反射層である光学機能層１３によって反射され、表面１５Ｓ方向に反射される。よって、表面１５Ｓからの光出射量を向上させ、照明装置３０の光出射効率を向上させることが可能である。
上記実施例においては、波長変換体１０の透光性基板１１に溝部Ｖを形成することとした。しかし、溝部Ｖは必ずしも必要ではない。例えば、図１４に示す波長変換体８０のように、溝部Ｖを形成せずに光学機能層１３を透光性基板１１上にマトリクス状に配置し、光学機能層１３の各々の上に波長変換部１７を形成することとしてもよい。
この場合でも、波長変換部１７の側面１７Ｌにおいて、光の全反射が発生し、隣り合う波長変換部１７への光の漏出が防止でき、これにより、所望の領域以外の領域に意図せず照射光を照射することを防止することが可能である。
さらに、上述のように、隣接する波長変換部１７は、波長変換層１５の表面から形成されている界面Ｉによって区画されているのみである。従って、波長変換部１７の全てに励起光を照射した場合に、表面１５Ｓ間において出射光に切れ目が生じず、波長変換層１５の表面１５Ｓ（図１及び２参照）において暗線が発生することを防止することが可能である。
また、波長変換部１７は、その下部において、上底が大きい略台形の断面形状を有している。従って、上記励起された蛍光体から表面１５Ｓと反対方向に出射した蛍光も、当該側面１７Ｌの下部によって反射され、表面１５Ｓ方向に反射される。よって、表面１５Ｓからの光出射量を向上させ、照明装置３０の光出射効率を向上させることが可能である。
また、上記実施例においては、隣接する波長変換部１７の間に空隙Ｓを形成することとした。しかし、空隙Ｓは必ずしも必要ではない。例えば、図１５に示す波長変換体９０のように、波長変換層の１の表面から反対側の他方の表面まで連続して形成されている界面Ｉのみによって波長変換部１７が区画されていてもよい。なお、この場合、光学機能層１３が透光性基板１１の一方の面の全面に形成され、その上に波長変換層１５が形成されていてもよい。
この場合でも、上記評価実験で示したように、波長変換部１７の側面１７Ｌにおいて、光の全反射が発生し、隣り合う波長変換部１７への光の漏出が防止でき、これにより、所望の領域以外の領域に意図せず照射光を照射することを防止することが可能である。
また、隣り合う波長変換部１７は、波長変換層１５の光出射表面である表面１５Ｓの近傍においては界面Ｉによって区画されているのみである。従って、波長変換部１７の全てに励起光を照射した場合に、波長変換体１０をから照射される光に暗線が発生することを防止することが可能である。
また、上述の実施例では、光学機能層１３を形成することとした。しかし、光学機能層１３を波長選択層とする、いわゆる透過型の波長変換体１０においては、光学機能層１３は必ずしも必要ではない。
また、上述の実施例において、波長変換部１７を形成する際に、蛍光体を含有する樹脂からなる蛍光体シートを用いることとした。しかし、波長変換部１７を形成する際に、レーザを用いて個々の波長変換部１７への分離を行う場合、蛍光体を含有するガラス板を用いてもよい。この場合、光学機能層１３上に蛍光体を含有するガラス板を配置し、その後にレーザによるガラス板の分離を行ってもよい。
なお、上述の実施例において、隣接する波長変換部１７は、対向する側面１７Ｌが界面Ｉを持って接しているとしたが、界面Ｉに変えて間隙（空間）が形成されていることとしてもよい。例えば、レーザ光によって波長変換部１７を分離する場合には、隣接する波長変換部１７の間の分離部分において、レーザ光によって波長変換部１７の透光性材料が昇華するので、僅かな間隙が形成される可能性がある。
この間隙は、非常に幅の狭いものである故に目視によって間隙と認識できない程度のものである。従って、この場合であっても、波長変換部１７の全てに励起光を照射した場合に、波長変換体１０を通過して照射される光に暗線が発生することを防止することが可能である。
特に、レーザ光によって波長変換部１７を分離する場合には、レーザ光の照射幅を波長変換層１５内に分散している蛍光体粒子の粒径より小さい幅とするのが好ましい。何となれば、波長変換部１７同士の分離部分において、レーザ光により波長変換層１５の透光性材料が昇華し蛍光体粒子の一部が波長変換部１７に支持されて残留し、ほぼ界面Ｉと変わらない極めて僅かな間隙を構成することができるためである。
上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途及び製造される波長変換体または照明装置に応じて、適宜選択することができる。
１０、８０、９０ 波長変換体
１１ 透光性基板
１１Ｓ 表面
１１Ａ 凸部
１３ 光学機能層
１５ 波長変換層
１５Ｓ 表面
１７ 波長変換部
１７Ｌ 側面
１７Ｉ 入射表面
３０、７０ 照明装置
Ｖ 溝部
Ｓ 空隙
Ｉ 界面

Claims (6)

  1. １の面を有する透光性基板と、
    前記透光性基板の前記１の面上に設けられた波長変換層と、
    を有する波長変換体であって、
    前記波長変換層は、前記波長変換層の上面から前記透光性基板に向かって延在する格子状の界面によってマトリクス状の複数の波長変換部に区画されており、
    前記複数の波長変換部のうちの隣り合う波長変換部は界面を介して互いに接しており、前記界面は前記波長変換層内部で終端しており、前記複数の波長変換部の各々の間には前記終端から前記透光性基板に至る空隙が形成されており、
    前記空隙は前記透光性基板に向けて広がっており、
    前記透光性基板は、前記１の面に形成されて前記空隙と共に空間を形成する溝部を有していることを特徴とする波長変換体。
  2. 前記透光性基板と前記複数の波長変換部との間に設けられた光学機能層を有することを特徴とする請求項１に記載の波長変換体。
  3. 前記光学機能層は波長選択フィルターであることを特徴とする請求項２に記載の波長変換体。
  4. 前記光学機能層は光反射層であることを特徴とする請求項２または３に記載の波長変換体。
  5. 透光性基板の一方の面に格子状の溝部を形成する工程と、
    前記透光性基板の前記一方の面上に蛍光体を含有する半硬化した樹脂からなる蛍光体シートを貼付する工程と、
    前記蛍光体シートを前記蛍光体シートの表面から前記格子状溝部に刃物を押し込み、前記刃物を、前記刃物を押し込んだ経路と同一の経路に沿って抜き取ることによって前記格子状溝部に沿って切断する工程と、
    前記樹脂を全硬化する工程と、
    を含むことを特徴とする波長変換体の製造方法。
  6. レーザ発光素子と、
    前記レーザ発光素子の光出射方向に配され、前記レーザ発光素子からの出射光を反射する反射デバイスと、
    前記反射デバイスを駆動する駆動部と、
    請求項１に記載の波長変換体と、
    を含む照明装置であって、
    前記駆動部は、前記反射デバイスからの反射光が前記波長変換体の複数の波長変換部の各々を走査するように前記反射デバイスを駆動することを特徴とする照明装置。
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