(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】2022-10-21
(45)【発行日】2022-10-31
(54)【発明の名称】光源装置および照明装置
(51)【国際特許分類】
F21V 29/502 20150101AFI20221024BHJP
F21V 9/32 20180101ALI20221024BHJP
F21V 7/22 20180101ALI20221024BHJP
F21V 7/18 20060101ALI20221024BHJP
F21V 7/28 20180101ALI20221024BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20221024BHJP
F21S 41/176 20180101ALI20221024BHJP
F21W 102/13 20180101ALN20221024BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20221024BHJP
【ＦＩ】
F21V29/502 100
F21V9/32
F21V7/22
F21V7/18
F21V7/28 240
F21S2/00 373
F21S41/176
F21W102:13
F21Y115:30
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020557686
(86)(22)【出願日】2019-11-22
(86)【国際出願番号】 JP2019045872
(87)【国際公開番号】W WO2020110963
(87)【国際公開日】2020-06-04
【審査請求日】2021-05-21
(31)【優先権主張番号】P 2018220506
(32)【優先日】2018-11-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003029
【氏名又は名称】弁理士法人ブナ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】久保 善則
(72)【発明者】
【氏名】藤本 和良
【審査官】安食 泰秀
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－０３６７９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０３３５５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２１９３２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－００３９２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２１６３８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２１Ｖ ２９／５０２
Ｆ２１Ｖ ９／３２
Ｆ２１Ｖ ７／２２
Ｆ２１Ｖ ７／１８
Ｆ２１Ｖ ７／２８
Ｆ２１Ｓ ２／００
Ｆ２１Ｓ ４１／１７６
Ｆ２１Ｗ １０２／１３
Ｆ２１Ｙ １１５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する平面状の第１面と平面状の第２面とを有するサファイア板と、該サファイア板の前記第１面に直接または間接的に接触している波長変換材と、
指向性を有する第１励起光を前記第２面および前記第１面を通じて前記波長変換材に出射する第１励起光源とを備えた光源装置であって、
前記第１面および前記第２面と前記サファイア板を構成するサファイアのｃ軸とのなす角は、１０°未満であり、
前記ｃ軸と前記第１励起光の光軸とのなす角は、５°以上７５°以下であり、
前記ｃ軸と、前記第２面および前記第１面を通じて前記波長変換材に出射する励起光の光軸とのなす角が０°以上５°未満および７５°を超え９０°以下である他の励起光源を有していない光源装置。
【請求項2】
前記ｃ軸と前記第１励起光の光軸とのなす角は、１０°以上６５°以下である請求項１に記載の光源装置。
【請求項3】
前記第２主面に対する前記第１励起光の入射角は、１５°以上５５°以下である請求項２に記載の光源装置。
【請求項4】
指向性を有する第２励起光を前記第２面を通じて前記波長変換材に出射する第２励起光源をさらに備え、前記第１励起光と前記第２励起光とは、少なくとも一部が前記波長変換材で重なる請求項１～３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項5】
前記ｃ軸と前記第１励起光の光軸とのなす角と、前記ｃ軸と前記第２励起光の光軸とのなす角は、異なっている請求項４に記載の光源装置。
【請求項6】
前記第２面に垂直な方向から見たとき、前記第１励起光の光軸と前記第２励起光の光軸とのなす角度が８０°以上１００°以下である請求項４または５に記載の光源装置。
【請求項7】
前記サファイア板と前記波長変換材との間に、前記励起光を透過し、前記波長変換材から出射する波長変換光を反射する、ダイクロイック膜を備える、請求項１～６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項8】
前記サファイア板の前記第２面に、前記励起光の反射率を低減させる、反射防止膜を備える、請求項１～７のいずれかに記載の光源装置。
【請求項9】
請求項１～８のいずれかに記載の光源装置と、導光部材とを備えた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光源装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ＬＥＤや半導体レーザ（ＬＤ）を光源とする照明装置が、車両用前照灯などの用途で利用され始めている。この照明装置で使用される光源装置は、蛍光体などの波長変換材に照射された励起光を波長変換して、直接または間接的に白色光を生成するものである。この白色光を反射板やレンズを用いて所望の方向に照射することで、従来の照明装置に比べて光量の大きな照明装置となる。
【0003】
この波長変換材の変換効率は１００％ではなく、照射された励起光のエネルギーの一部は、熱となる。そのため、波長変換材を保持する保持板には、透光性に加え、放熱性能が求められる。
【0004】
サファイアは、光の透過率と熱伝導率が高く、保持板の材質として優れている。例えば、特許文献１および２には、レーザ光源と、蛍光体と、蛍光体を保持するサファイア板とを備える光源装置および照明装置が記載されており、サファイア板に対して、レーザ光を垂直に照射した例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１３－２５４６９０号公報
【文献】国際公開第２０１７／０３８１６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このような光源装置においては、さらに光量を増大させると、波長変換材の発熱量が増大し、熱により波長変換材が劣化するおそれがある。発熱部分とその外側の領域の温度差による応力で、波長変換材が損傷するおそれがある。本開示は、熱による性能低下や損傷が起こりにくい光源装置および照明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】
【0007】
本開示の光源装置は、対向する第１面と第２面とを有するサファイア板と、該サファイア板の前記第１面に対向して位置する波長変換材と、指向性を有する第１励起光を前記第２面を通じて前記波長変換材に出射する第１励起光源とを備え、前記第１面および前記第２面とサファイアのｃ軸とのなす角は１０°未満であり、前記ｃ軸と前記第１励起光の光軸とのなす角は５°以上７５°以下である。
【0008】
本開示の照明装置は、前記光源装置と導光部材とを備える。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、熱による性能低下や損傷が起こりにく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】
【0010】
【図1】第１の実施形態に係る光源装置の断面概略図である。
【図2】サファイアの結晶構造を示す模式図である。
【図3】正常光と異常光の位置ずれを示す模式図である。
【図4】サファイア板の主面に対する励起光の入射角と反射率の関係を示すグラフである。
【図5】第２の実施形態に係る光源装置の断面概略図である。
【図6】第３の実施形態に係る光源装置の断面概略図である。
【図7】第４の実施形態に係る光源装置の上面視における概略図である。
【図8】第５の実施形態に係る光源装置の上面視における概略図である。
【図9】本開示の照明装置の断面概略図である。
【図10】正常光と異常光の第１面における位置ずれを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本開示の光源装置、およびそれを用いた照明装置について、図を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る光源装置１の断面概略図である。
【0012】
本開示の光源装置１は、対向する第１面１１ａと第２面１１ｂとを有するサファイア板１１を備えている。サファイアとは、酸化アルミニウム（化学式Ａｌ2Ｏ3）の単結晶をいう。図２（ａ）～（ｄ）にそれぞれ示すように、サファイアは代表的な結晶面として、ｃ面、ｍ面、ａ面、ｒ面等の結晶面を有している。これらの結晶面に垂直な軸を、それぞれｃ軸、ｍ軸、ａ軸、ｒ軸という。サファイア板１１の結晶方位は、Ｘ線回折装置を用いて特定することができる。例えば、Ｘ線回折装置として、株式会社リガク製の自動Ｘ線結晶方位測定装置（型式２９９１Ｆ２）などを用いればよい。
【0013】
本開示の光源装置１は、サファイア板１１の第１面１１ａに対向して位置する波長変換材１３を備えている。本開示の光源装置１は、指向性を有する第１励起光１５ａを出射する第１光源１５を備えている。第１励起光１５ａは、サファイア板１１の第２面を通じて波長変換材１３に照射される。波長変換材１３は、照射された第１励起光１５ａの波長を変換し、例えば、白色光とし、照明のための光とする。
【0014】
第１面１１ａと第２面１１ｂとサファイアのｃ軸とのなす角は、０°から９０°であり、ｃ軸と直交する時に最大の９０°となる。本開示の光源装置１におけるサファイア板１１は、第１面１１ａと第２面１１ｂとサファイアのｃ軸とのなす角が１０°未満、さらに好ましくは５°未満である。言い換えると、サファイア板１１の第１面１１ａと第２面１１ｂは、サファイアのｃ面からの傾きが８０°よりも大きく、さらに好ましくは８５°よりも大きい。この傾きは９０°以下である。サファイア板１１の第１面１１ａと第２面１１ｂとは、サファイアのｃ面と直交する面（例えばサファイアのａ面またはｍ面）であってもよい。
【0015】
第１励起光１５ａがサファイア板１１を通過し、波長変換材１３に照射されると、第１励起光１５ａのエネルギーの一部により、波長変換材１３およびサファイア板１１の温度が高くなる。サファイア板１１は板状であるため、厚み方向の長さよりも、平面方向の長さが長い。したがって、平面方向の寸法変化の方が厚み方向の寸法変化よりも大きくなる。そこで、平面方向の熱膨張係数を同じとすると、平面方向の熱膨張差に起因するサファイア板１１からの波長変換材１３の剥離や波長変換材１３の損傷を抑制することができる。
【0016】
サファイアは機械的強度に異方性があり、サファイア板１１の主面１１ａ、１１ｂがｃ軸と平行となるとき、サファイア板１１の抗折強度が大きくなる。特に、ａ面が最も高い強度を示す。サファイア板１１の破損を抑制し、破損しにくい光源装置１とするためには、サファイア板１１の主面１１ａ、１１ｂをｃ軸と平行とするとよい。平行とは、なす角が１０°未満であることとする。
【0017】
サファイアの抗折強度は、ａ面のｃ軸方向で最大となるため、サファイア板１１が長軸（長辺）方向と短軸（短辺）方向を有する、例えば矩形板状などの形状の場合、波長板５の主面をａ面とし、長軸方向をｃ軸方向とするとよい。主面をｍ面とすると、面方向の抗折強度の異方性が小さいため、例えば円板状のサファイア板１１の主面をｍ面とするとよい。
【0018】
本開示の光源装置１においては、サファイア板１１のｃ軸１１ｃと、第１励起光１５ａの光軸１５ｂとのなす角は５°以上７５°以下である。言い換えると、図１に示すように、サファイア板１１の第２面１１ｂに対して、第１励起光１５ａが５°以上７５°以下の角度で斜めに入射している。
【0019】
サファイアは複屈折性を有する結晶である。複屈折とは、光線が物質を透過したときに、その偏光の状態によって、正常光と異常光の２つに分けられることをいう。２種類の光の屈折率は、光がサファイア板１１の光学軸（ｃ軸）１１ｃと同軸で進行するときは一致し、光が２つに分かれることはない。一方、光の進行方向がサファイア板１１の光学軸１１ｃと同軸でない場合には、正常光の屈折率は光の光学軸に対する角度には依存しないが、異常光の屈折率は光の光学軸１１ｃに対する角度に依存して変化する。
【0020】
例えば、光軸１５ｂに対して垂直な励起光１５ａの断面形状が円形である場合、励起光１５ａが、サファイア板１１の光学軸１１ｃと同軸でない場合、光軸１５ｂに垂直な断面形状が円形の励起光１５ａがサファイア板１１を通過する過程で、図３に示すように、励起光１５ａは実線で示す正常光１６ａと破線で示す異常光１６ｂとに分かれ、２つの円が重なった状態となり、おおよそ楕円の形となる。
【0021】
このとき、正常光１６ａのみを含む領域および異常光１６ｂのみを含む領域に比べ、正常光１６ａと異常光１６ｂの両方を含む領域では、光量が多くなる。したがって、光量の多い領域の外側に光量の少ない領域が配置されることになる。さらに、光量の少ない領域の外側には、第１励起光１５ａが照射されない領域が存在している。
【0022】
光量が多いほど、波長変換材１３の発熱量が大きくなるため、本開示の光源装置１では、発熱量の大きい領域の外側に発熱量の小さい領域が配置されることになる。その外側に第１励起光１ａが照射されず発熱しない領域が存在する。光が照射されない領域は、光の照射により発生した熱を伝達し、放射する領域となるために光が当たる領域と、その外側の領域とで温度差が生じる。この温度差が急峻であるほど、波長変換材１３やサファイア板１１には、熱膨張にともない発生したひずみが大きくなる。
【0023】
本開示の光源装置１では、サファイア板１１が有する複屈折性という性質を利用して、第１励起光１５ａを正常光１６ａと異常光１６ｂとに分けることができる。そのため、発熱量の大きい領域の外側に発熱量の小さい領域を配置することで、波長変換材１３やサファイア板１１に生じる温度差を比較的緩やかにすることができる。その結果、波長変換材１３がサファイア板１１から剥離することを抑制することができる。
【0024】
この複屈折性を利用した正常光１６ａと異常光１６ｂとの位置のずれは、第１励起光１５ａの光軸１５ｂとサファイア板１１のｃ軸１１ｃとのなす角および入射角によって変化する。空気中からサファイア板１１の第２面１１ｂに入射角θａで入射した光は、空気とサファイア板１１との界面（第２面１１ｂ）で屈折して、サファイア板１１の中を屈折角θｂで伝搬する。サファイア板１１の屈折率をＮとした時、スネルの法則より、ｓｉｎθａ／ｓｉｎθｂ＝Ｎである。この関係を用いて、正常光１６ａと異常光１６ｂとの位置のずれを計算することができる。
【0025】
例えば、厚みが３．０ｍｍのａ面を主面とするサファイア板１１の第２面１１ｂに波長４８８ｎｍの第１励起光１５ａ（正常光の屈折率は１．７７５、異常光の屈折率は１．７６７～１．７７５）が、図１のようにｃ軸に平行（ｃ軸１１ｃとのなす角が０°）な入射面で入射したとき、正常光１６ａと異常光１６ｂとの屈折率の違いによる第１面１１ａにおける位置ずれは、図１０の「入射角がｃ軸に平行」の曲線（マーカーの形状が×）で表される。
【0026】
図１０において異常光の屈折率は、入射角に依存して１．７６７から１．７７５まで、楕円弧状に変化すると近似計算した。図１０から、位置ずれは入射角θａが０°と９０℃の時に０となり、入射角θａが５°で１．３μｍ、１０°で２．６μｍ、２０°で４．６μｍ、３５°で５．９μｍと増加した後、５５°で４．１μｍ、６５°で２．５μｍ、７５°で１．０μｍと減少する。したがって、入射角θａが５°以上７５°以下、特に１０°以上６５°以下、さらに２０°以上５５°以下であれば、位置ずれが大きくなる。
【0027】
波長４８８ｎｍの第１励起光１５ａがｃ軸に垂直（ｃ軸とのなす角が９０°）な入射面で入射したとき、正常光１６ａと異常光１６ｂとの屈折率の違いによる第１面１１ａにおける位置ずれは、図１０の「入射角がｃ軸に垂直」の曲線（マーカーの形状が●）で表される。図１０において異常光の屈折率は、入射角θａによらず１．７６７とした。図１０から、位置ずれは入射角θａが０°の時に０で、入射角θａが大きくなるほど大きくなり、入射角θａが５°で１．３μｍ、１０°で２．７μｍ、２０°で５．２μｍになる。したがって、入射角θａが５°以上９０°以下、特に１０°以上９０°以下、さらに２０°以上９０°以下であれば、位置ずれが大きくなる。
【0028】
そこで、ｃ軸１１ｃと第１励起光１５ａの光軸１５ｂとのなす角は５°以上７５°以下、さらに好ましくは１０°以上６５°以下、特に好ましくは２０°以上５５°以下とすれば、第１励起光１５ａとｃ軸とのなす角によらず、正常光１６ａと異常光１６ｂとの屈折率の違いによる位置ずれが大きくなり、熱による性能低下や損傷が起こりにくい。入射角は、第２主面１１ｂに垂直に第１励起光１５ａが入射したとき０°となる。
【0029】
図４に示すように、第２主面１１ｂに対する第１励起光１５ａの入射角によって、第１励起光１５ａが第２主面１１ｂで反射する割合が変化する。第１励起光１５ａのうち、反射した分は発光に寄与しない。すなわち、反射率が大きくなると発光効率が低下するため、反射を減らすことが求められる。図４のグラフは、サファイア板１１の表面が鏡面である場合の第２主面１１ｂに対する波長４８８ｎｍの第１励起光１５ａの入射角と反射率との関係を算出したものである。正常光１６ａと異常光１６ｂの屈折率の差は小さいため、このグラフは、正常光１６ａの屈折率のみを用いて算出したものである。異常光１６ｂについては無視している。
【0030】
グラフにはＰ偏光の反射率とＳ偏光の反射率、Ｐ偏光の反射率とＳ偏光の反射率との平均値を示している。第１励起光１５ａが、偏光されていない自然光であるとすると、第２主面１１ｂに対する第１励起光１５ａの入射角と反射率との関係は、Ｐ偏光の反射率とＳ偏光の反射率の平均値で示されることになる。
【0031】
第２主面１１ｂに対する第１励起光１５ａの入射角が７５°以下の領域では、Ｓ偏光およびＰ偏光ともに比較的、反射率が小さくなっている。そこで、第２主面１１ｂに対する第１励起光１５ａの入射角を７５°以下とすると、第１励起光１５ａが第２主面１１ｂで反射することを抑制でき、発光効率を高くできる。第１励起光１５ａがＰ偏光である場合は反射率が小さいため、入射角を８５°以下であれば、第１励起光１５ａが第２主面１１ｂで反射することを抑制でき、発光効率を高くできる。第２主面１１ｂに対する第１励起光１５ａの入射角を５５°以下とすると、さらに反射率を小さくできる。第１励起光１５ａがＰ偏光である場合は、反射率が小さいため、入射角を７５°以下とすると、第１励起光１５ａが第２主面１１ｂで反射することを抑制でき、発光効率を高くできる。
【0032】
正常光１６ａと異常光１６ｂとの位置のずれと、第１励起光１５ａが第２主面１１ｂで反射することを考慮すると、第２主面１１ｂに対する第１励起光１５ａの入射角は、４０°以上５５°以下の範囲とするとよい。第１励起光１５ａがＰ偏光である場合は、入射角は、４０以上７５°以下の範囲とするとよい。
【0033】
本開示の光源装置１は、サファイア板１１の第２主面１１ｂに対して、第１励起光１５ａの光軸１５ｂが斜めに照射される。そのため、第１励起光１５ａが第２主面１１ｂで反射したとしても、その反射光が第１光源１５に照射されることを避けることが可能となる。その結果、第１光源１５の損傷を抑制することができる。
【0034】
図５に示す第２の実施形態のように、指向性を有する第２励起光１７ａを、サファイア板１１の第２面１１ｂを通じて波長変換材１３に照射する第２励起光源１７をさらに備えていてもよい。このように複数の励起光源１５、１７を有すると、光源装置１の光量を増加させることができる。比較的、光量の小さな第１、第２励起光源１５、１７を組み合わせた場合でも、所望の光量を得ることができる。
【0035】
この第２励起光１７ａは、第１励起光１５ａとは、少なくとも一部が波長変換材１３で重なるように配置してもよい。励起光同士が重なるようにすると、波長変換材１３の面積を小さくすることができる。波長変換材１３の面積を小さくできると、波長変換材１３とサファイア板１１とが接触する面積が小さくなる。両者の熱膨張係数が異なる場合、両者の接触面積が小さいほど、熱膨張差に起因する応力が小さくなり、波長変換材１３がサファイア板１１から剥離することを抑制することができる。
【0036】
光源装置１が、複数の励起光源１５、１７を有する場合、図５に示すように、ｃ軸１１ｃと第１励起光１５ａの光軸１５ｂとのなす角と、ｃ軸１１ｃと第２励起光１７ａの光軸１７ｂとのなす角は同じであってもよく、図６に示す第３の実施形態のように異なっていてもよい。
【0037】
ｃ軸１１ｃと第１励起光１５ａの光軸１５ｂとのなす角と、ｃ軸１１ｃと第２励起光１７ａの光軸１７ｂとのなす角とが異なるようにすると、第１励起光１５ａと第２励起光１７ａとで正常光のみ、異常光のみが照射される領域の大きさを変えることができる。そのため、これらを組み合わせて、光量の分布を適宜、設計することができる。図６に示すように、第１励起光１５ａの光軸１５ｂとｃ軸１１ｃとのなす角度が５°以上７５°以下であれば、第２励起光１７ａの光軸１７ｂとｃ軸とのなす角度が９０°であっても構わない。
【0038】
サファイア板１１の第２面１１ｂに垂直な方向から見たとき、第１励起光１５ａの光軸１５ｂと第２励起光１７ａの光軸１５ｂとのなす角が、１°以上１７９°以下の範囲としてもよい。例えば、図７に示す第４の実施形態のように、第１励起光１５ａの光軸１５ｂと第２励起光１７ａの光軸１５ｂとのなす角を８０°～１００°の範囲である９０°として第１励起光１５ａと第２励起光１７ａが波長変換材１３で重なるようにすると、左右方向、上下方向の双方に、正常光のみ、異常光のみが照射される領域を配置することができる。その結果、より温度差を緩やかにすることができる。
【0039】
本開示の光源装置１においては、図８に示す第５の実施形態のように、指向性を有する第３励起光１９ａを出射する第３励起光源１９をさらに有していてもよい。このような構成とすると、光源装置１の光量をさらに増加させることができる。第２面１１ｂに垂直な方向から見たとき、第１励起光１５ａ、第２励起光１７ａおよび第３励起光１９ａのそれぞれの光軸１５ｂ、１７ｂ、１９ｂを、第２面１１ｂに投影したときのそれぞれの間の角度を同じとし、間の角度を１２０°としてもよい。このような構成とすると、波長変換部材１３に照射される励起光１５ａ、１７ａ、１９ａの光軸同士のなす角を等間隔とすることができる。その結果、温度差の分布を規則性のあるものとすることができる。
【0040】
光源装置１は、第１励起光１５ａの光軸１５ｂと、第２励起光１７ａの光軸１７ｂとはサファイア板１１の第２面１１ｂにおける照射位置に対して非対称な方向、つまり、複数の励起光源１５ａ、１７ａは、お互いに一方の全反射光が他方に照射されないように配置されていてもよい。これにより、励起光１５ａ、１７ａがサファイア板１１で反射しても、他の励起光源１５、１７に照射されて励起光源１５、１７が損傷することを抑制できる。
【0041】
本開示の光源装置１においては、励起光源１５、１７、１９をレーザ光源としてもよい。レーザ光源から出射されるレーザ光は、指向性が高く、出力も高いため、光源装置１の出力を大きくすることができる。励起光源１５、１７、１９をＬＥＤとしてもよく、変形自在な光ファイバーを用いて、励起光を誘導してもよい。このような構成であると光源装置１の設計の自由度が大きくなる。いずれも発熱源となる波長変換材１３と励起光源１５、１７、１９との距離を離すことで熱源を離すことができ、放熱が容易となる。
【0042】
サファイア板１１の厚みは０．２ｍｍ以上であれば、波長変換材１３の保持部材として充分な機械的強度を有することができる。特にサファイア板１１の厚みが１ｍｍ以上であれば、レーザ光照射による局所的な発熱による変形や破損が生じにくい。サファイア板１１の厚みを２ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲とすると放熱性を大きくすることができる。サファイア板１１の厚みが厚くなると正常光１６ａと異常光１６ｂとの位置のずれは大きくなる。そのため、サファイア板１１の厚みを２ｍｍ以上とすると、波長変換材１３に照射される正常光１６ａと異常光１６ｂの位置のずれを比較的大きくすることができる。
【0043】
サファイア板１１の主面（第１面１１ａおよび第２面１１ｂ）と、サファイア板１１のｃ軸１１ｃのなす角度を０．１°以上としてもよい。言い換えると、サファイア板１１の第１面１１ａおよび第２面１１ｂが、ｃ面に垂直な面（例えば、ａ面やｍ面）から０．１°以上のオフセット角を有していてもよい。サファイア板１１の第１面１１ａ、第２面１１ｂが、ｃ面に垂直な面から０．１°以上のオフセット角を有していると、サファイア板１１の第１面１１ａ、第２面１１ｂに高さ数Å、幅数１０～数１００Å程度のステップ構造が形成される。オフセット角が大きいほどステップの高さは大きく、幅は小さくなる。ステップ構造を大きくするために、オフセット角を０．５°以上としてもよい。このような構成とすると、サファイア板１１の第１面１１ａおよび第２面１１ｂに比較的大きなステップ構造が形成される。
【0044】
サファイア板１１の第１面１１ａおよび第２面１１ｂがこのようなステップ構造を有すると、後述する反射防止膜、ダイクロイック膜、波長変換材１３の形成工程で、これらの膜がステップ部に吸着しやすいので、均一な製膜が可能となるとともに、アンカー効果によりサファイア板１１と膜との密着力が向上し、サファイア板１１が加熱、冷却を繰り返して、これらの膜が剥がれることを抑制することができる。ステップ構造は、励起光１５ａが、例えば、４６０ｎｍ程度の青色の波長を有する場合、その波長と比べて充分小さいので、光源装置１の光学的特性への影響は知覚し得ない程度に抑制される。
【0045】
サファイア板１１の第１面１１ａおよび第２面１１ｂの表面に膜を形成するための前処理として熱処理やプラズマ処理を施すことで、主面１１ａ、１１ｂに、より均一な段差を有するステップ構造が生じやすい。このようなステップ構造によってサファイア板１１と膜との密着強度が高く、さらに密着強度のばらつきが小さくなる。例えば、前処理としてサファイア板１１を８００℃以上の温度、例えば１０００℃で３時間程度熱処理するとよい。
【0046】
励起光１５ａは、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下程度の径に集光して波長変換材１３に照射するとよい。このように、波長変換材１３に入射する励起光１５ａの光密度を高めることで、小型で高輝度の光源装置１を得ることができる。さらに、デザイン性に優れた照明装置とすることが可能になる。
【0047】
光源装置１は、サファイア板１１と波長変換材１３との間に、励起光１５ａを透過し、波長変換光を反射する、ダイクロイック膜（図示せず）を備えているとよい。サファイア板１１の第２面１１ｂに、励起光１５ａの反射率を低減させる、反射防止膜（図示せず）を備えていてもよい。ダイクロイック膜および反射防止膜は、光源装置１の発光効率を高めることができる。サファイア板１１と波長変換材１３は、直接接触していてもよく、間にダイクロイック膜等を挟んで間接的に接触していてもよい。
【0048】
波長変換材１３は、例えば蛍光体である。特に波長変換材１３は、セラミック蛍光体であってもよく、このような構成であれば、耐熱性に優れた光源装置１となる。
【0049】
図９に示すように、本開示の照明装置２１は、本開示の光源装置１が発する光を所望の方向に誘導する導光部材２３である反射板２３ａやレンズ２３ｂを有する。図９においては、光源装置１を簡略化して記載した。本開示の照明装置２１は、スポットライト、車両などの移動体用前照灯などに好適である。車両用前照灯のうち、特に走行用前照灯（いわゆるハイビーム）は、夜間にその前方１００ｍの距離にある交通上の障害物を確認できる性能を有することが求められる。本開示の光源装置１および照明装置２１は、照射距離が１００ｍ以上、例えば６００ｍの高い光量としても、波長変換材１３の劣化を抑制することができる。
【0050】
光源装置１は、サファイア板１１が気流により冷却されるように設計してもよい。気流による冷却は、サファイア板１１を空冷するためにファンなどの送風体を用いればよい。車両などの移動体の移動に伴って生じる気流を利用してもよい。冷却効果を向上させるため、サファイア板１１に冷却フィンを接続してもよい。冷却フィンは、サファイア板１１の光が照射される範囲以外の部分の少なくとも一部に、形成されていればよい。
【0051】
サファイア板１１として、照射した光のうち、紫外光など所定の波長領域の光を減衰するものを用いると、外光による第１励起光源１５などの光源装置１の構成部材の損傷を抑制することができる。例えば、サファイア板１１の２００～４００ｎｍの波長領域における透過率の平均値が、４００～８００ｎｍの波長領域における透過率の平均値よりも小さくてもよい。サファイア板１１がこのような構成を満たすときには、いわゆる紫外光領域の光を減衰させ、照明装置１内に侵入した太陽光に含まれる紫外光による第１励起光源１５などの損傷を抑制することができる。
【0052】
サファイア板１１は、２０５～２６０ｎｍの波長領域に吸収帯を有していてもよい。サファイアの結晶育成時または、育成後の熱処理時の雰囲気を還元製雰囲気に制御して、酸素空孔に起因する欠陥をサファイアに導入することで、紫外光領域に吸収帯を持ち、紫外光を減少させられるサファイアを製造することができる。酸素空孔に起因する欠陥を有するサファイアは、ＦセンターおよびＦ＋センターと呼ばれる欠陥を有している。Ｆセンターは２０５ｎｍ、Ｆ＋センターは２１０ｎｍ、２３０ｎｍ、２６０ｎｍに吸収帯を持っている。このような２０５ｎｍ～２６０ｎｍの波長領域に吸収帯を有するサファイア板１１を用いると、光源装置１の内部に侵入する紫外光を減衰させることができる。
【0053】
このように、本開示の光源装置１は、太陽光などの外部光に曝されることの多い移動体用の照明装置２１に好適である。移動体とは、例えば車両であり、船舶や飛行機なども含む。
【0054】
以上、本開示の光源装置１およびそれを用いた照明装置２１の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよい。
【符号の説明】
【0055】
１ 光源装置
１１ サファイア板
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１１ｃ ｃ軸
１３ 波長変換材
１５ 第１励起光源
１５ａ 第１励起光
１５ｂ 第１励起光の光軸
１６ａ 正常光
１６ｂ 異常光
１７ 第２励起光源
１７ａ 第２励起光
１７ｂ 第２励起光の光軸
１９ 第３励起光源
１９ａ 第３励起光
１９ｂ 第３励起光の光軸
２１ 照明装置
２３ 導光部材
２３ａ 反射板
２３ｂ レンズ
１１ サファイア板
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１１ｃ ｃ軸
１３ 波長変換材
１５ 第１励起光源
１５ａ 第１励起光
１５ｂ 第１励起光の光軸
１６ａ 正常光
１６ｂ 異常光
１７ 第２励起光源
１７ａ 第２励起光
１７ｂ 第２励起光の光軸
１９ 第３励起光源
１９ａ 第３励起光
１９ｂ 第３励起光の光軸
２１ 照明装置
２３ 導光部材
２３ａ 反射板
２３ｂ レンズ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
