特許 7061335 蛍光体評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-20

(45)【発行日】2022-04-28

(54)【発明の名称】蛍光体評価装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20220421BHJP

【ＦＩ】

G01N21/64 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018105091

(22)【出願日】2018-05-31

(65)【公開番号】P2019211244

(43)【公開日】2019-12-12

【審査請求日】2021-04-16

(73)【特許権者】

【識別番号】503098724

【氏名又は名称】株式会社オキサイド

(74)【代理人】

【識別番号】110001357

【氏名又は名称】特許業務法人つばさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川部 英雄

(72)【発明者】

【氏名】久保田 重夫

(72)【発明者】

【氏名】大迫 純一

(72)【発明者】

【氏名】福本 敦

(72)【発明者】

【氏名】片桐 和彦

【審査官】今浦 陽恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１８６９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０６２２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２１５０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０７３４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０３－１０４８４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０２－１３５７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３１１１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０６１４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１１０９６７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／０１ － ２１／０３

Ｇ０１Ｎ ２１／１５

Ｇ０１Ｎ ２１／６４ － ２１／６５

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの積分球と、
前記２つの積分球の間に配置され、蛍光体の端部を保持した状態で前記蛍光体を加熱することの可能な接触式加熱装置と、
前記蛍光体が前記接触式加熱装置に保持されているときに、加熱したガスを前記蛍光体に吹き付けることの可能な非接触式加熱装置と、
前記蛍光体が前記接触式加熱装置に保持されているときに、励起光を前記蛍光体に照射することの可能な光源装置と
を備えた
蛍光体評価装置。

【請求項2】

前記接触式加熱装置は、前記蛍光体の端部を保持することの可能な機構と、前記機構の内部に設けられた流路と、前記機構を介して前記蛍光体を加熱することの可能なヒータとを有し、
前記非接触式加熱装置は、前記流路に連結される
請求項１に記載の蛍光体評価装置。

【請求項3】

前記機構は、前記蛍光体のうち前記励起光が照射されるターゲット領域と対向する箇所に開口部を有し、
前記流路は、前記開口部の側面に流出口を有するとともに、前記開口部を中心として放射状に延在する複数の第１流路を有する
請求項２に記載の蛍光体評価装置。

【請求項4】

前記開口部は、
一方の前記積分球寄りの第１側面がテーパー状となっている第１開口部と、
他方の前記積分球寄りの第２側面がテーパー状となっている第２開口部と
を含む
請求項３に記載の蛍光体評価装置。

【請求項5】

前記接触式加熱装置は、
前記第１側面を覆う第１反射膜と、
前記第２側面を覆う第２反射膜と
を更に有する
請求項４に記載の蛍光体評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蛍光体評価装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、蛍光体を応用したデバイスの代表でもあるＬＥＤは、発光パワーと効率が加速的に改良され、一昔前まで技術的な壁とされていた１００ルーメン／ワットを超えるようになった。一方、ＬＥＤ以外の光源、例えば、映画館やプロジェクションマッピングで使用される高輝度プロジェクタ用の光源や、車載用ヘッドライトでは、レーザ励起型の高輝度蛍光光源が注目されている。

【0003】

これら高輝度ＬＥＤやレーザ励起型の高輝度蛍光光源では、入力および出力のパワーが非常に大きい。そのため、わずかなエネルギーロスであっても、そのエネルギーロスで発生した熱によって、蛍光体が発熱し、発光強度が著しく減少する、温度消光という現象が発生する。また、発熱は、蛍光体にとって寿命を縮める要因ともなる。従って、蛍光体開発において、蛍光体の特性評価を行う際に、蛍光体を故意的に加熱して特性を評価することが、極めて重要になってきている。蛍光体の測定については、例えば、特許文献１などに記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１０－０７３４８６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、二重積分球が用いられる。二重積分球では、蛍光体から放出される光を遮ることなく、蛍光体を加熱することが容易ではない。従って、蛍光体から放出される光を遮ることなく、蛍光体を加熱することの可能な蛍光体評価装置を提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施の形態に係る蛍光体評価装置は、２つの積分球と、２つの積分球の間に配置され、蛍光体の端部を保持した状態で蛍光体を加熱することの可能な接触式加熱装置と、蛍光体が接触式加熱装置に保持されているときに、加熱したガスを蛍光体に吹き付けることの可能な非接触式加熱装置と、蛍光体が接触式加熱装置に保持されているときに、励起光を蛍光体に照射することの可能な光源装置とを備えている。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一実施の形態に係る蛍光体評価装置によれば、蛍光体の端部を保持した状態で蛍光体を加熱することの可能な接触式加熱装置と、加熱したガスを蛍光体に吹き付けることの可能な非接触式加熱装置とを設けるようにしたので、蛍光体から放出される光を遮ることなく、蛍光体を加熱することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施の形態に係る蛍光体評価装置の概略構成例を表す図である。

【図2】図１の接触式の加熱装置の断面構成の一例を表す図である。

【図3】図２の加熱装置を展開した様子を表す図である。

【図4】図２の加熱装置の一方のホールドの平面構成例を表す図である。

【図5】図２の加熱装置の他方のホールドの平面構成例を表す図である。

【図6】図２の加熱装置にガスが流入する様子を表す図である。

【図7】図２の加熱装置の一方のホールドにガスが流入する様子を表す図である。

【図8】図２の加熱装置の他方のホールドにガスが流入する様子を表す図である。

【図9】ヒータからの距離と励起部の温度との関係の一例を表す図である。

【図10】図２の加熱装置の一変形例を拡大して表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本発明の一具体例であって、本発明は以下の態様に限定されるものではない。また、本発明は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比などについても、それらに限定されるものではない。
＜１．実施の形態＞
[構成]
本技術の一実施の形態に係る蛍光体評価装置１について説明する。図１は、蛍光体評価装置１の概略構成例を表したものである。蛍光体評価装置１は、評価対象であるサンプル１００のうち、励起光Ｌｅを照射する領域（以下、「ターゲット領域」と称する。）を、均一な温度分布で加熱しながら、サンプル１００の発光特性を評価する装置である。サンプル１００は、例えば、粉末の蛍光体を、無機バインダを使って塊状に焼結させたものである。なお、サンプル１００は、例えば、粉末の蛍光体を、樹脂などのバインダを使って塊状に焼結させたものであってもよい。

【0010】

蛍光体評価装置１は、二重積分球を用いた蛍光体の評価装置である。蛍光体評価装置１は、例えば、２つの積分球１０，２０、２つの分光測定機３０，４０、２つの加熱装置５０，６０、光源装置７０、非接触温度計８０および情報処理装置９０を備えている。

【0011】

積分球１０は、励起光Ｌｅの光路上に配置されている。積分球１０は、励起光Ｌｅを積分球１０の内部に入射させるための窓１１を、励起光Ｌｅの光路上に有している。積分球１０は、さらに、窓１１を介して入射した励起光Ｌｅをサンプル１００に照射させるための窓１２を、励起光Ｌｅの光路上に有している。積分球２０は、励起光Ｌｅの光路と平行な方向において、加熱装置５０を介して積分球１０と対向する位置に配置されている。積分球２０は、非接触温度計８０による、サンプル１００の温度測定を行うための窓２１を有している。積分球２０は、さらに、積分球１０の窓１２と対向する位置に窓２２を有している。

【0012】

積分球１０，２０は、加熱装置５０を挟んで対称な位置に配置されている。積分球１０，２０は、それぞれ、加熱装置５０と直接、接するか、または、所定の間隙を介して配置されている。積分球１０は、加熱装置５０の開口部１２２（後述）と対向する位置に窓１２を有している。積分球２０は、加熱装置５０の開口部１１２（後述）と対向する位置に窓２２を有している。積分球１０，２０は、例えば、高反射性と耐熱性とを両立可能な材料によって構成されている。積分球１０，２０に用いられる材料としては、例えば、テフロン（登録商標）（ＰＥＦＥ）系の材料が挙げられる。

【0013】

分光測定機３０は、励起光Ｌｅの照射によってサンプル１００から積分球１０側に発せられた蛍光Ｌｆの、積分球１０の内壁面上の分光強度を測定し、測定により得られたデータを情報処理装置９０に出力する。分光測定機４０は、励起光Ｌｅの照射によってサンプル１００から積分球２０側に発せられた蛍光Ｌｒの、積分球２０の内壁面上の分光強度を測定し、測定により得られたデータを情報処理装置９０に出力する。非接触温度計８０は、加熱装置５０によって固定されたサンプル１００の温度を非接触で測定し、測定により得られたデータを情報処理装置９０に出力する。非接触温度計８０は、例えば、遠赤外放射温度計である。

【0014】

光源装置７０は、サンプル１００が加熱装置５０に保持されているときに、励起光Ｌｅをサンプル１００に照射することの可能な光源装置である。光源装置７０は、励起光Ｌｅを、窓１１，１２を介してサンプル１００に照射する。光源装置７０は、例えば、光源７１、モノクロメータ７２、ハーフミラー７３およびディテクタ７４を有している。光源７１は、サンプル１００の励起に適用可能な波長の光を含む光Ｌ１を発することの可能な光源であり、例えば、キセノンランプを含んで構成されている。モノクロメータ７２は、光源７１から入力された光Ｌ１から、特定の波長（例えば、サンプル１００の励起に適用可能な波長）の光を抽出（選択）する装置である。ハーフミラー７３は、モノクロメータ７２によって抽出（選択）された光Ｌ２の一部を透過するとともに、光Ｌ２の一部を反射してディテクタ７４に入力する。光源装置７０は、ハーフミラー７３を透過した光を、励起光Ｌｅとして外部に出力する。ディテクタ７４は、入力された光を検出し、検出した光の強度に応じた検出信号を情報処理装置９０に出力する。光源装置７０は、ハーフミラー７３を透過した光を所望のビーム経に集光するレンズを有していてもよい。この場合には、光源装置７０は、レンズによって集光された光を、励起光Ｌｅとして外部に出力する。

【0015】

情報処理装置９０は、例えば、演算装置９１および記憶装置９２を有している。演算装置９１は、分光測定機３０，４０で得られたデータを記憶装置９２に記憶させる。演算装置９１は、分光測定機３０，４０で得られたデータに基づいて、サンプル１００の発光特性を評価する。演算装置９１は、非接触温度計８０で得られたデータを記憶装置９２に記憶させる。演算装置９１は、非接触温度計８０で得られたデータに基づいて、サンプル１００の温度が所望の温度となるよう、加熱装置５０および加熱装置６０の少なくとも一方を制御する。なお、演算装置９１がガス流量を制御することが可能な場合には、演算装置９１は、非接触温度計８０で得られたデータに基づいて、サンプル１００の温度が所望の温度となるよう、ガス流量を制御してもよい。加熱装置６０がガス流量を制御する機構を有している場合には、演算装置９１は、非接触温度計８０で得られたデータに基づいて、ガス流量が所望の大きさとなるよう、加熱装置６０を制御してもよい。

【0016】

演算装置９１は、加熱装置５０（具体的には、後述のヒータ１１３，１２３）の温度がヒータ１１３，１２３による自発光が生じる閾値を超えないよう、加熱装置５０を制御する。演算装置９１は、ディテクタ７４から入力された検出信号に基づいて、光源装置７０から発せられる励起光Ｌｅの光強度を推定する。演算装置９１は、励起光Ｌｅの光強度が所望の光強度となるように、ディテクタ７４から入力された検出信号に基づいて、光源７１の光出力を制御する。演算装置９１は、推定により得られた光強度に基づいて、励起光Ｌｅの光強度が所望の大きさとなるよう、光源７１の光出力を制御する。

【0017】

加熱装置５０は、サンプル１００の端部を保持した状態でサンプル１００を加熱することの可能な接触式の加熱装置である。加熱装置５０は、２つの積分球１０，２０の間に配置されている。図２は、加熱装置５０の断面構成の一例を表したものである。図２には、サンプル１００が加熱装置５０に固定されている様子が例示されている。図３は、加熱装置５０を展開した様子を表したものである。加熱装置５０は、サンプル１００を保持することの可能な機構を有している。加熱装置５０は、そのような機構として、例えば、２つのホールド１１０，１２０（より具体的には、後述のプレート１１１，１２１）を有している。加熱装置５０は、例えば、２つのホールド１１０，１２０でサンプル１００を挟み込むことにより、サンプル１００を保持する。ホールド１１０は、例えば、積分球２０側に配置されており、ホールド１２０は、例えば、積分球１０側に配置されている。図４は、ホールド１１０の平面構成例を表したものである。図５は、ホールド１２０の平面構成例を表したものである。

【0018】

（ホールド１１０）
ホールド１１０は、開口部１１２および収容部１１６が設けられたプレート１１１を有している。プレート１１１は、例えば、円環形状となっており、中央部分に開口部１１２および収容部１１６を有している。プレート１１１は、熱伝導性の高い材料によって構成されている。開口部１１２は、ホールド１１０のうち、ホールド１２０とは反対側（例えば、積分球２０側）の面に設けられており、テーパー状の側面１１２Ａを有している。側面１１２Ａがテーパー状となっていることにより、蛍光Ｌｒの放射角が側面１１２Ａの傾斜角によって規定される。従って、側面１１２Ａの傾斜角は、できるだけ大きくなっていることが好ましい。開口部１１２の底は抜けており、収容部１１６に連通している。収容部１１６は、ホールド１１０のうち、ホールド１２０側（例えば、積分球１０側）の面に設けられており、サンプル１００の形状と同じ形状の窪みとなっている。収容部１１６の底面の一部は開口しており、開口部１１２と連通している。従って、収容部１１６にサンプル１００が収容されたとき、開口部１１２の底面には、サンプル１００のうち、ターゲット領域と対向する部分の表面が露出している。つまり、プレート１１１は、サンプル１００のうち励起光Ｌｅが照射されるターゲット領域と対向する箇所に開口部１１２を有している。収容部１１６にサンプル１００が収容されたとき、ホールド１１０（プレート１１１）は、サンプル１００の端部に接しており、サンプル１００のうち、ターゲット領域と対向する箇所には接していない。

【0019】

ホールド１１０は、さらに、内径が少なくとも開口部１１２の直径よりも大きな円環状のヒータ１１３を有している。ヒータ１１３は、プレート１１１の内部またはプレート１１１に接して設けられており、開口部１１２および収容部１１６の周囲に近接して配置されている。ヒータ１１３は、プレート１１１を介してサンプル１００に接することが可能となっており、プレート１１１を介してサンプル１００を加熱することの可能な接触式ヒータである。ヒータ１１３は、特に限定されるものではないが、例えば、セラミックヒータ、ラバーヒータ、カートリッジヒータ、シーズヒータなどによって構成されている。

【0020】

ホールド１１０は、さらに、プレート１１１の内部に複数の流路１１４を有している。図４には、４つの流路１１４が設けられている場合が例示されている。各流路１１４は、ガスが流入する流入口１１４Ａと、ガスが噴出する流出口１１４Ｂとを有している。各流路１１４の流入口１１４Ａは、例えば、プレート１１１の周面に設けられている。各流路１１４の流出口１１４Ｂは、例えば、開口部１１２の側面１１２Ａに設けられている。各流路１１４の流出口１１４Ｂは、例えば、開口部１１２の側面１１２Ａのうち、開口部１１２の底面に最も近い箇所に設けられている。

【0021】

各流路１１４は、加熱装置６０を介して外部から流入してきたガスをサンプル１００に供給する（もしくは吹き付ける）ための流路である。複数の流路１１４は、例えば、図４に示したように、開口部１１２を中心として放射状に延在して配置されている。複数の流路１１４が開口部１１２を中心として放射状に配置されている場合には、例えば、図６、図７に示したように、各流出口１１４Ｂから噴出するガス流Ｆａ１～Ｆａ４は、サンプル１００の表面を沿いながら開口部１１２の中心に向かって流れ、開口部１１２の中心でぶつかって、サンプル１００の法線方向に放散される。

【0022】

上述したように、各流路１１４は、プレート１１１の内部に形成されている。そのため、プレート１１１は、ヒータ１１３によってプレート１１１が加熱されているときに、プレート１１１の熱を、流路１１４を流れるガスに伝達する役割を有している。従って、ガスは、各流路１１４を流れているときに、プレート１１１の熱によって加熱されるので、加熱装置６０のノズルからサンプル１００までの経路で、ガスが急冷されるおそれがない。

【0023】

ホールド１１０は、さらに、プレート１１１の内部に、プレート１１１の法線方向に延在する複数の流路１１５を有している。各流路１１５は、ホールド１１０，１２０同士が互いに重ね合わされたときに、各流路１１４と、ホールド１２０内の各流路１２４とを互いに連結する。

【0024】

（ホールド１２０）
ホールド１２０は、開口部１２２が設けられたプレート１２１を有している。プレート１２１は、例えば、円環形状となっており、中央部分に開口部１２２を有している。プレート１２１は、熱伝導性の高い材料によって形成されている。開口部１２２は、プレート１２１を貫通して設けられており、プレート１２１をホールド１１０とは反対側から見たときにテーパー状となっている側面１２２Ａを有している。側面１２２Ａがテーパー状となっていることにより、蛍光Ｌｆの放射角が側面１２２Ａの傾斜角によって規定される。従って、側面１２２Ａの傾斜角は、できるだけ大きくなっていることが好ましい。ホールド１１０，１２０同士が互いに重ね合わされたときに、開口部１２２は、収容部１１６と連通する。従って、収容部１１６にサンプル１００が収容された状態で、ホールド１１０，１２０同士が互いに重ね合わされたときに、開口部１２２の底面には、サンプル１００の表面（ターゲット領域）が露出する。つまり、プレート１２１は、サンプル１００のうち励起光Ｌｅが照射されるターゲット領域と対向する箇所に開口部１２２を有している。

【0025】

互いに重ね合わされたプレート１１１，１２１からなる積層体において、開口部１１２、収容部１１６および開口部１２２からなる空隙は、積層体を貫通する開口部を構成する。このとき、積層体を貫通する開口部は、ターゲット領域と対向する箇所に設けられている。積層体を貫通する開口部は、積分球１０寄りの側面１２２Ａがテーパー状となっている開口部１２２と、積分球２０寄りの側面１１２Ａがテーパー状となっている開口部１１２と、開口部１２２と開口部１１２とを連通させるとともにサンプル１００を収容可能な収容部１１６とを含んで構成されている。

【0026】

収容部１１６にサンプル１００が収容された状態で、ホールド１１０，１２０同士が互いに重ね合わされたときに、ホールド１２０（プレート１２１）は、サンプル１００の端部に接しており、サンプル１００のうち、ターゲット領域と対向する箇所には接していない。従って、加熱装置５０（プレート１１１，１２１）は、収容部１１６にサンプル１００が収容された状態で、ホールド１１０，１２０同士が互いに重ね合わされたときに、サンプル１００の端部を保持することにより、サンプル１００を固定する。

【0027】

ホールド１２０は、さらに、内径が少なくとも開口部１２２の直径よりも大きな円環状のヒータ１２３を有している。ヒータ１２３は、プレート１２１の内部またはプレート１２１に接して設けられており、開口部１２２の周囲に近接して配置されている。ヒータ１２３は、プレート１２１を介してサンプル１００に接することが可能となっており、プレート１２１を介してサンプル１００を加熱することの可能な接触式ヒータである。ヒータ１２３は、特に限定されるものではないが、例えば、セラミックヒータ、ラバーヒータ、カートリッジヒータ、シーズヒータなどによって構成されている。

【0028】

ホールド１２０は、さらに、プレート１２１の内部に複数の流路１２４を有している。ホールド１２０には、例えば、流路１１４の数と同数の流路１２４が設けられている。図５には、４つの流路１２４が設けられている場合が例示されている。各流路１２４は、ガスが流入する流入口１２４Ａと、ガスが噴出する流出口１２４Ｂとを有している。各流路１２４の流入口１２４Ａは、例えば、プレート１２１の、プレート１１１側の表面に設けられており、プレート１１１，１２１同士が互いに重ね合わされたときに各流路１１５と連結される。各流路１２４の流出口１２４Ｂは、例えば、開口部１２２の側面１２２Ａに設けられている。各流路１２４の流出口１２４Ｂは、例えば、開口部１２２の側面１２２Ａのうち、開口部１２２の底面に最も近い箇所に設けられている。

【0029】

各流路１２４は、加熱装置６０を介して外部から流入してきたガスをサンプル１００に供給する（もしくは吹き付ける）ための流路である。複数の流路１２４は、例えば、図５に示したように、開口部１２２を中心として放射状に配置されている。複数の流路１２４が開口部１２２を中心として放射状に配置されている場合には、例えば、図６、図８に示したように、各流出口１２４Ｂから噴出するガス流Ｆｂ１～Ｆｂ４は、サンプル１００の表面を沿いながら開口部１２２の中心に向かって流れ、開口部１２２の中心でぶつかって、サンプル１００の法線方向に放散される。

【0030】

上述したように、各流路１２４は、プレート１２１の内部に形成されている。そのため、プレート１２１は、ヒータ１２３によってプレート１２１が加熱されているときに、プレート１２１の熱を、流路１２４を流れるガスに伝達する役割を有している。従って、ガスは、各流路１２４を流れているときに、プレート１２１の熱によって加熱されるので、加熱装置６０のノズルからサンプル１００までの経路で、ガスが急冷されるおそれがない。

【0031】

加熱装置５０は、サンプル１００を予備加熱するために用いられる。「予備加熱」とは、サンプル１００のうち、励起光Ｌｅが照射される領域（ターゲット領域）を所望の温度に加熱する際に、加熱装置５０による加熱によりターゲット領域を所望の温度よりも少し低い温度で加熱することを指している。例えば、ターゲット領域を３５０℃に加熱したいときに、加熱装置５０は、ターゲット領域が３００℃程度になるようにサンプル１００を加熱する。加熱装置５０は、例えば、プレート１１１，１２１での温度勾配を考慮して、ヒータ１１３，１２３を３５０℃程度で発熱させ、ターゲット領域を３００℃程度で加熱する。加熱装置５０は、予備加熱を行うことにより、ヒータ１１３，１２３自身が自発光することのない温度（例えば３５０℃程度）でヒータ１１３，１２３を発熱させ、それによって、ターゲット領域を所望の温度よりも少し低い温度で加熱する。

【0032】

加熱装置５０は、さらに、各流路１１４，１２４を流れるガスを加熱（もしくは保温）するために用いられる。加熱装置５０は、予備加熱を行っている最中に、各流路１１４，１２４にガスを流通させることにより、各流路１１４，１２４を流れるガスを加熱（もしくは保温）する。加熱装置５０は、積分球１０，２０と接するか、または近接する箇所に、加熱装置５０の熱が積分球１０，２０に直接、伝わるのを防ぐための熱絶縁体を有していてもよい。

【0033】

加熱装置６０は、サンプル１００が加熱装置５０に保持されているときに、加熱したガスをサンプル１００に吹き付けることの可能な非接触式の加熱装置である。加熱装置６０は、加熱装置５０に供給するガスを加熱するガスヒータを有している。ガスは、例えば、空気または窒素である。加熱装置６０（具体的には加熱装置６０のノズル）は、流入口１１４Ａに連結される。加熱装置６０は、ノズルの出口から５ｍｍ程度の位置にある物体を９００℃程度まで非接触で加熱することが可能となっている。加熱装置６０は、例えば、抵抗加熱、電磁加熱または高周波加熱によってガスを加熱する。なお、光成分が問題にならない場合には、加熱装置６０は、例えば、赤外線加熱またはレーザ加熱によってガスを加熱してもよい。加熱装置６０は、加熱装置５０によって予備加熱されているサンプル１００のターゲット領域を所望の温度に加熱するために用いられる。加熱装置６０は、加熱装置５０が予備加熱を行っている最中に、サンプル１００のターゲット領域を所望の温度に加熱する。

【0034】

[効果]
次に、本実施の形態に係る蛍光体評価装置１の効果について説明する。

【0035】

近年、蛍光体を応用したデバイスの代表でもあるＬＥＤは、発光パワーと効率が加速的に改良され、一昔前まで技術的な壁とされていた１００ルーメン／ワットを超えるようになった。一方、ＬＥＤ以外の光源、例えば、映画館やプロジェクションマッピングで使用される高輝度プロジェクタ用の光源や、車載用ヘッドライトでは、レーザ励起型の高輝度蛍光光源が注目されている。

【0036】

これら高輝度ＬＥＤやレーザ励起型の高輝度蛍光光源では、入力および出力のパワーが非常に大きい。そのため、わずかなエネルギーロスであっても、そのエネルギーロスで発生した熱によって、蛍光体が発熱し、発光強度が著しく減少する、温度消光という現象が発生する。また、発熱は、蛍光体にとって寿命を縮める要因ともなる。従って、蛍光体開発において、蛍光体の特性評価を行う際に、蛍光体を故意的に加熱して特性を評価することが、極めて重要になってきている。

【0037】

従来、蛍光体材料やＬＥＤのような蛍光体デバイスの評価装置としては、例えば、以下に述べるような装置が用いられている。すなわち、従来の評価装置では、積分球と呼ばれる光学機器を用いて蛍光体から放射された蛍光を集め、空間的に積分することで放射された蛍光を均一化する。均一化された光は分光測定機に取り込まれ、異なる光の波長ごとに、その強度が測定される。

【0038】

入力エネルギーがＬＥＤのときのような電気ではなく、励起光である場合には、励起光源が必要となる。励起光源には、波長が固定されたレーザ光源や、ランプとモノクロメータを組み合わせて、励起光の光波長を変化させながら蛍光体に照射できるようになっているものとがある。蛍光体の使用温度による特性評価を行う為には、蛍光体を故意的に加熱し、蛍光体の実温度を正確に把握しながら測定を行うことが求められる。例えば、積分球のポートにサンプル加熱装置を取り付け、加熱装置内にセットされた蛍光体を、励起光照射面の裏側から直接ヒータで接触加熱する。

【0039】

上述の評価装置は、蛍光体の表面から放出される蛍光量を測定するものである。評価対象がＬＥＤの場合、発光素子の裏面方向に放出される光は、裏面に設けられている反射膜によって反射される。このとき、ＬＥＤは、素子表面から光を放射するデバイス構造を持っている。このような構造を持った蛍光体デバイスの評価には、上述の評価装置が適合する。しかしながら、上述の評価装置は、蛍光体そのものの特性を測定しているのではなく、あくまでも発光素子と反射膜で構築された構造体、つまりデバイスとしての特性評価を行っているに過ぎない。一方、蛍光材料そのものの特性を測ることが、蛍光材料の開発にとっては重要であり、この場合には、二重積分球を用いた評価装置を使用する。

【0040】

この装置においては、各々の積分球に搭載された２台の分光測定機を用いて、蛍光体の表面から放射された蛍光と、裏面から放射された蛍光を別々に各々の積分球を用いて同時に測定する。しかし、ここで問題となるのが蛍光体の加熱方法である。蛍光体の裏から放出される光を遮ることができないので、ヒータを蛍光体の裏面に接触させて加熱することが難しくなる。従って、加熱手段としては、励起部の周辺近傍にヒータを接触させ、周囲から加熱する方法が用いられる。しかし、励起部は外気によって冷やされるため、加熱部から励起光の照射部に至るまでの間に温度勾配が発生し、目標の加熱温度を正確にコントロールすることが難しい。

【0041】

図９に、厚さｔの違う蛍光体プレートを励起部の周囲から加熱した場合の励起部の温度をシミュレーションにより導出した結果を示す。蛍光体はその使用方法により、様々な熱伝導率のものがある。一般に、蛍光体材料は粉末であるため、使用する際は、蛍光体よりも２桁程度熱伝導率の低い樹脂などの結合剤（バインダ）を使って塊状に焼結される。このため、熱伝導率が悪くなる。そこで、熱伝導率を上げるために無機バインダを用いる例も存在する。本シミュレーションでは、無機バインダの場合を想定し、蛍光体材料の熱伝導率が石英と同等（１．３５Ｗ／ｍＫ）であるとして計算した。

【0042】

シミュレーションの結果から、例えば厚みｔが０．２ｍｍのプレート状蛍光体を励起部中心から５ｍｍ離れた位置で３５０℃に加熱しても、励起部中心に到達するまでに、外気によって冷却され２００℃以下に下がってしまうことがわかる。蛍光体の温度特性を調べる際には、温度消光の発生を考慮し、３００℃以上の加熱温度で評価することが望ましいと言われている。前述のシミュレーション結果から、励起部を３００℃にするためには、温度低下を考慮して、周囲温度を５００℃前後まで加熱しなければならないことになる。

【0043】

しかしながら、４００℃以上の高温では、ヒータを構成する部品自体が自己発光を起こしてしまい、ヒータから発せられる光は、蛍光体からの蛍光量を測定する上で、外乱となってしまう。別な加熱手段としては、ガラスヒータと呼ばれる透明なプレート型ヒータに蛍光体を接触させ加熱する方法を用いる例もある。ガラスヒータは、透明導電膜を石英ガラスに蒸着させたものであり、通電すると５００℃程度まで加熱することができる。この方法では、ガラスヒータに接触する側（裏面）から放出される蛍光が、すべて透明なガラスプレートを透過し積分球内に放射されることが望ましい。しかしながら、現状では、裏面から放出された光の一部がガラスプレートの表裏面で内面反射を繰り返し、ガラスプレートの端部に逃げてしまう。端部から逃げた光は、積分球内に放射させることができず損失光となってしまう。従って正確な蛍光量の測定が困難である。

【0044】

一方、本実施の形態では、サンプル１００の端部を保持した状態でサンプル１００を加熱することの可能な接触式の加熱装置５０と、加熱したガスをサンプル１００に吹き付けることの可能な非接触式の加熱装置６０とが設けられている。これにより、サンプル１００から放出される蛍光Ｌｆ，Ｌｒを遮ることなく、サンプル１００のターゲット領域を加熱することが可能である。

【0045】

また、本実施の形態では、サンプル１００の端部を保持することの可能なプレート１１１，１２１と、プレート１１１，１２１の内部に設けられた流路１１４，１２４と、プレート１１１，１２１を介してサンプル１００を加熱することの可能なヒータ１１３，１２３とが設けられており、加熱装置６０のノズルが流路１１４に連結されている。これにより、ヒータ１１３，１２３によってプレート１１１，１２１が加熱されているときに、プレート１１１，１２１の熱が、流路１１４，１２４を流れるガスに伝達されるので、ガスは、各流路１１４，１２４を流れているときに、プレート１１１の熱によって加熱（もしくは保温）される。その結果、加熱装置６０のノズルからサンプル１００までの経路で、ガスが急冷されるおそれがない。従って、サンプル１００から放出される蛍光Ｌｆ，Ｌｒを遮ることなく、サンプル１００のターゲット領域を効果的に加熱することができる。

【0046】

また、本実施の形態では、ターゲット領域と対向する箇所に開口部１１２，１２２が設けられている。各流路１１４，１２４は、開口部１１２，１２２の側面１１２Ａ，１２２Ａに流出口１１４Ｂ，１２４Ｂを有しており、開口部１１２，１２２を中心として放射状に延在している。これにより、各流路１１４，１２４にガスが供給されたときに、ガス流Ｆａ１～Ｆａ４，Ｆｂ１～Ｆｂ４は、サンプル１００の表面を沿いながら開口部１１２，１２２の中心に向かって流れ、開口部１１２，１２２の中心でぶつかって、サンプル１００の法線方向に放散される。その結果、サンプル１００の表面がガス流Ｆａ１～Ｆａ４，Ｆｂ１～Ｆｂ４で覆われ、ガス流Ｆａ１～Ｆａ４，Ｆｂ１～Ｆｂ４によって外気から遮断される。また、サンプル１００の表面は、ガス流Ｆａ１～Ｆａ４，Ｆｂ１～Ｆｂ４によって効率よく加熱される。また、加熱装置５０によって予備加熱がなされているので、ガス流Ｆａ１～Ｆａ４，Ｆｂ１～Ｆｂ４による加熱の効率は非常に良い。従って、サンプル１００から放出される蛍光Ｌｆ，Ｌｒを遮ることなく、サンプル１００のターゲット領域を効果的に加熱することができる。

【0047】

また、本実施の形態では、積分球１０寄りの側面１２２Ａがテーパー状となっている開口部１２２と、積分球２０寄りの側面１１２Ａがテーパー状となっている開口部１１２とがプレート１１１，１２１に設けられている。これにより、サンプル１００から放出される蛍光Ｌｆ，Ｌｒを効率よく積分球１０，３０の内壁に放射させることができる。

【0048】

また、本実施の形態では、側面１１２Ａを覆う反射膜１１７と、側面１２２Ａを覆う反射膜１２７とが加熱装置５０に設けられている。これにより、側面１１２Ａ，１２１Ａでの光ロスを抑えることができる。

【0049】

＜２．変形例＞
以下に、上記実施の形態の蛍光体評価装置１の変形例について説明する。なお、以下では、上記実施の形態と共通の構成要素に対しては、上記実施の形態で付されていた符号と同一の符号が付される。また、上記実施の形態と異なる構成要素の説明を主に行い、上記実施の形態と共通の構成要素の説明については、適宜、省略するものとする。

【0050】

図１０は、変形例に係る加熱装置５０の一部を拡大して表したものである。上記実施の形態では、開口部１２２の側面１２２Ａが積分球１０の内部に露出し、開口部１１２の側面１１２Ａが積分球２０の内部に露出している。そのため、開口部１１２，１２２の側面１１２Ａ，１２２Ａの反射率が積分球１０，２０の内壁の反射率よりも小さい場合には、開口部１１２，１２２の側面１１２Ａ，１２２Ａでの光ロスが無視できなくなる。

【0051】

そこで、本変形例では、加熱装置５０は、側面１１２Ａを覆う反射膜１１７を有するとともに、側面１２２Ａを覆う反射膜１２７を有している。これにより、側面１１２Ａ，１２２Ａでの光ロスを低減することができる。反射膜１１７，１２７は、プレート１１１，１２１の熱膨張や熱収縮に耐え得る強固な被膜となっていることが好ましく、例えば、誘電体多層膜、セラミック溶射膜、耐熱アルマイト、または、メッキ膜によって構成されていることが好ましい。

【符号の説明】

【0052】

１…蛍光体評価装置、１０，２０…積分球、１１，１２，２１，２２…窓、３０，４０…分光測定機、５０，６０…加熱装置、７０…光源装置、７１…光源、７２…モノクロメータ、７３…ハーフミラー、７４…ディテクタ、８０…非接触温度計、９０…情報処理装置、９１…演算装置、９２…記憶装置、１００…サンプル、１１０，１２０…ホールド、１１１，１２１…プレート、１１２，１２２…開口部、１１２Ａ，１２２Ａ…側面、１１３，１２３…ヒータ、１１４，１１５，１２４…流路、１１４Ａ，１２４Ａ…流入口、１１４Ｂ，１２４Ｂ…流出口、１１６…収容部、１１７，１２７…反射膜、Ｆａ１，Ｆａ２，Ｆａ３，Ｆａ４，Ｆｂ１，Ｆｂ２，Ｆｂ３，Ｆｂ４…ガス流、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…光、Ｌｅ…励起光、Ｌｆ，Lｒ…蛍光。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】