JP6740654B2

JP6740654B2 - 光源装置

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Publication number: JP6740654B2
Application number: JP2016055448A
Authority: JP
Inventors: 忠明宮田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2020-08-19
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Description

本発明は、光源を冷却する機能を有する光源装置に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）を光源とする光源装置が普及している。このような光源装置では、稼働時に光源が発熱して、性能の低下や耐用年数の低下が生じる虞がある。更に、光源からの光が入射すると入射光と異なる波長の光を発光する蛍光体を用いた光源装置では、この波長変換の間に蛍光体の温度が上昇して、蛍光体の光変換効率が低下する問題も生じる。
このような問題に対処するため、蛍光体を含有した冷媒が、ポンプによって循環水路内を循環し、循環水路に設けられた冷却器によって蛍光体を含有した冷媒が冷却される光源装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−１９７５００号

特許文献１に示された光源装置では、循環水路や、循環水路内で冷媒を循環させるためのポンプを要するので、光源装置を小型化することは困難であり、部材点数も増えるので、光源装置の製造コストが上昇する。特に、ポンプを駆動するため、光源装置稼働時のエネルギ消費も増えるという問題が生じる。

従って、本発明の目的は、上記の課題を解決するものであり、駆動源を有さずに光源を効率的に冷却可能で、光源装置稼働時におけるエネルギ消費が少ない光源装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の１つの実施態様に係る光源装置は、基部と、前記基部の上方に設けられた透光部と、を備えた密封筐体と、前記密封筐体の中において前記基部に配置された光源と、前記密封筐体の中に、前記透光部と離間して配置された複数の粒子と、
前記密封筐体の中に封入された冷媒と、を備え、前記複数の粒子の間において、前記冷媒が流動可能な第１微細流路が形成されている。

以上のように、本開示によれば、ポンプなどの駆動源を有さずに光源を効率的に冷却可能で、光源装置稼働時におけるエネルギ消費が少ない光源装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図であって、光源がフリップチップ実装された場合を示す。本発明の第２の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図である。本発明の第４の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図である。図４Ａの断面Ａ−Ａから見た断面図である。密封筐体の内面に設けられた複数の溝の配置を上方から見た模式図であって、矩形の基部を有する直方体形状の密封筐体の場合を示す。密封筐体の内面に設けられた複数の溝の配置を上方から見た模式図であって、円形の基部を有する円筒形状の密封筐体の場合を示す。本発明の第５の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図である。本発明の第６の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図である。

（本発明の第１の実施形態に係る光源装置）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図であって、光源がフリップチップ実装された場合を示す。

光源装置２は、基部４ｂと、基部４ｂの上方に設けられた透光性を有する透光部４ａと、基部４ｂ及び透光部４ａを繋ぐ側部４ｃを備えた密封筐体４を有する。密封筐体４の中において、基部４ｂに光源４０が配置されている。図１の断面図で示す密封筐体４は、矩形の形状の基部４ｂを有する直方体形状の場合（図５Ａ参照）もあり得るし、円形の形状の基部４ｂを有する円筒形状の場合（図５Ｂ参照）もあり得る。本実施形態では、光源４０が、密封筐体４のほぼ中央に配置されている。

光源４０として、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができるが、これに限られるものではなく、その他の任意の光源を用いることができる。
光源４０が、基板及び半導体多層膜を有する場合、図１では、光源４０の半導体多層膜側が基部４ｂに載置されるように実装された所謂フリップチップ実装の例を示す。この場合、光源４０は、バンプ４４によって、基部４ｂに配置されたリード４２に電気的に接続されている。また、光源４０の基板側が基部４ｂに載置されるように実装されてもよく、この場合、光源４０は、ワイヤによって、基部４ｂに配置されたリード４２に電気的に接続されている。なお、以下に示す他の実施形態でも、いずれの実装も用いることができる。

光源４０から出射された光は、上方の透光部４ａを透過して、密封筐体４の外側へ出力され（上向きの格子柄の矢印参照）、これにより光源装置としての機能を果たす。本実施形態では、密封筐体４において、透光部４ａ以外の内面、つまり基部４ｂの内面及び側部４ｃの内面が光反射性を有している。これにより、光源４０から出射された光を効率良く、透光部４ａ側へ出力することができる。特に、基部４ｂが反射面になっていると、より効果的に出射光を透光部４ａ側へ出力することができる。

密封筐体４の中には、更に、透光部４ａと離間して配置された複数の粒子８と、密封筐体４の中に封入された冷媒とを備え、複数の粒子８の間において、冷媒が流動可能な第１微細流路６が形成されている。この冷媒が流動可能な第１微細流路６を用いて、発熱した光源４０を効果的に冷却可能な冷却機構を実現できる。

第１微細流路６は、粒子８どうしが互いに結合されて形成され、粒子８と粒子８の間の空隙によって形成されている。なお、微細流路とは、毛細管現象が生じる大きさの流路断面を有する流路であり、粒子と粒子の間の空隙で形成される流路だけでなく、複数の溝から形成される流路や、メッシュ状の部材から形成される流路や、毛細管現象が生じるその他の任意の流路が含まれる。微細流路が粒子と粒子の間の空隙で形成される場合には、例えば、粒径が１μｍ〜１ｍｍの粒子が互いに接触して配置されている場合の粒子及び粒子の間の隙間として規定することができる。また、流路断面を円形断面に換算した場合において、内径１μｍ〜１ｍｍの流路として規定することもできる。

冷媒とは、密封筐体４内を流動する間において、光源４０の発熱等により温度が上昇した領域を通過するときに気化し、密封筐体４の外部へ熱が放出される領域を通過するときに液化（凝縮）する流体である。具体的には、冷媒として、水、特に純水が好ましく、温度条件や密封筐体４内の圧力によっては、アルコールやアンモニアを用いることも考えられる。密封筐体４は、液化した冷媒及び気化した冷媒が外部へ漏れることのないシール構造の筐体である。

本実施形態では、複数の粒子８が透光部４ａと離間して配置されているので、第１微細流路６の上方に、気体流動領域２８となる空間が設けられている。図１に示すように、第１微細流路６は、密封筐体４の両側の側部４ｃの近傍から、中央に配置された光源４０の近傍まで伸びている。そして、少なくとも第１微細流路６の一端が、光源４０に近接または接触している。

本実施形態では、密封筐体４の中央に配置された光源４０の温度が上昇したとき、光源４０の周囲の冷媒が気化し、その気化熱により、光源４０を冷却することができる。そして、気化した冷媒が、自然対流により、気体流動領域２８内を中央から側部４ｃの方へ流動する。流動中に、透光部４ａを介して、光源４０から奪った熱を密封筐体４の外部へ放出する。これにより、気化した冷媒の温度が徐々に下がり、側部４ｃの近傍で液化（凝縮）する。自然対流による流動は、冷媒が気化した領域では気圧が上がり、冷媒が液化する領域では気圧が下がるので、この気圧差により、気化した冷媒は気化した領域から液化する領域へ流動する。

液化した冷媒は、複数の粒子８で形成された第１微細流路６によって、再び光源４０の近傍へ流動し、これにより冷却サイクルが形成される。このような冷媒の流動サイクルを、図１の矢印で示す。実線の矢印が液化した冷媒の流れを示し、点線の矢印が気化した冷媒の流れを示す。内部に第１微細流路６及び気体流動領域２８が形成された密封筐体４が、ヒートパイプとして機能する。
以上のように、本実施形態では、ポンプのような駆動源を用いることなく、冷媒による光源装置４０の冷却サイクルを構成することができ、光源４０を効率的に冷却可能で、稼働時におけるエネルギ消費が少ない光源装置２を提供することができる。

図１に示すように、第１微細流路６が、光源４０の側面を覆っている。これにより、第１微細流路６内を流れた溶媒が光源４０の側面から熱を受けて気化し、光源４０を効果的に冷却することができる。
また、図１に示すように、第１微細流路６が、光源４０の上面も覆っている。これにより、第１微細流路６内を流れた溶媒が光源４０の上面からも熱を受けて気化し、光源４０を効果的に冷却することができる。

光源４０の側面や上面を覆う第１微細流路６を形成する粒子８として、蛍光体の粒子や光拡散材の粒子を用いることができ、また透光性を有する素子や反射性を有する粒子を用いることもできる。
粒子８が蛍光体の粒子の場合には、光源４０から出射された光の波長変換を行うことができる。この場合、第１微細流路６が光源４０の側面や側面と上面とを覆うことにより、効率的な冷却だけでなく、光源４０から出射された光を効率的に波長変換することができる。

粒子８が蛍光体の粒子の場合、第１微細流路６を、粒径が１μｍ〜５０μｍの粒子が互いに接触して配置されている場合の粒子及び粒子の間の隙間、または円形断面換算で内径１μｍ〜５０μｍの流路として規定することが好ましい。

例えば、光源４０が青色光を出射する場合において、青色光が入射すると赤色光を出射する赤色蛍光体の粒子を用いることもできるし、青色光が入射すると緑色光を出射する緑色蛍光体の粒子を用いることもできるし、青色光が入射すると黄色光を出射する黄色蛍光体の粒子を用いることもできる。黄色蛍光体の粒子を用いた場合や黄色蛍光体の粒子と赤色蛍光体の粒子とを用いた場合には、光源４０からの光が波長変換されずに透過した青色光と混ざり合って、白色光を出射することもできる。

光源４０からの光が蛍光体の粒子に入射したとき、波長変換光を出射するが、このとき、蛍光体の粒子の温度が上昇する可能性がある。蛍光体の粒子の温度が上昇すると、蛍光体の粒子の波長変換効率が低下する可能性がある。本実施形態では、光源４０の温度上昇だけでなく、蛍光体の粒子の温度が上昇したとき、蛍光体の粒子の周囲の冷媒が気化し、その気化熱により、蛍光体の粒子を冷却することができる。
この場合も、図１の矢印に示すような冷却サイクルにより、蛍光体の粒子を効果的に冷却することができるので、蛍光体の粒子の波長変換効率の低下を抑制できる。

更に、本実施形態では、密封筐体４の外面の一部に、冷媒を冷却して気体から液体に変化させる冷却部３０を備えている。図１に示すように、冷却部３０は、側部４ｃの近傍の領域に配置されている。これにより、密封筐体４の中央で気化した冷媒が自然対流により気体流動領域２８を流動して、両端の冷却部３０が設けられた領域に達すると、冷却部３０により効率的に冷却されて液化（凝縮）する。このとき、蛍光体の粒子８から奪った熱を密封筐体４の外部へ効果的に放出することができる。

以上のように、密封筐体４の外面の一部に冷却部３０を備えることにより、光源４０を更に効率的に冷却することができる。
特に、第１微細流路６は、冷却部３０が配置された領域まで達しているので、冷却部３０によって液化した冷媒が第１微細流路６に更に流入し易くなる。これにより、冷却部３０が配置された領域から光源４０が配置された領域へ、確実に冷媒を流動させることができる。

また、上面視において、冷却部３０は、光源４０を囲むように配置されている。冷却部３０が光源４０を囲む配置により、光源４０の発熱で気化した冷媒が周囲の冷却部４０に流れ、自然対流を促進させることができる。
光源４０を囲む態様としては、図１に示すように、光源４０を上面側及び側面側から囲むことができる。ただし、これに限られるものではなく、用途や光源装置２の設置条件等に応じて、光源４０を上面側からだけ囲むように配置することもできるし、光源４０を側面側からだけ囲むように配置することもできる。
なお、図１に示す符号のうち、粒子８は、複数の粒子のうち１つを指し、第１微細流路６は、粒子８どうしが互いに結合されて形成され、粒子８と粒子８の間の空隙によって形成される箇所の全体を指すように示している。

＜第１微細流路の形成方法＞
第１微細流路６を形成する方法の具体例として、粒子が蛍光体の粒子であるときの一例を説明する。まず、蛍光体の粒子及び酸化物粒子を有機溶剤（例えば、ブチルカルビトールアセテール）及び樹脂（例えば、エチルセルロース、アクリル系樹脂等）に混合してペーストを調製し、このペーストを筐体の内部の流動部が形成される位置に印刷法により塗布する。次に、有機溶剤及び樹脂を除去した後に、焼成を行い、樹脂をほぼ完全に除去する。これにより、蛍光体の粒子の表面に複数の酸化物粒子が付着した状態となり、更にこの蛍光体の粒子と酸化物粒子の表面にコーティング層を形成する。このコーティング層は、無機材料を用いることができる。

樹脂を除去する焼成温度としては、予め光源４０を実装した場合には、２５０〜３００℃以下の温度で行うのが好ましい。一方、光源４０と第１微細流路６との間に僅かな隙間を有する場合には、第１微細流路６を形成後に、光源４０を実装することもできる。この場合には、３００℃以上の温度で焼成することができる。

コーティング層としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等が好ましく、さらには酸化物粒子をこのコーティング層と同じ材料とすることが好ましい。またコーティング層は、原子層堆積法（ＡＬＤ）、ゾルゲル法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相成長）法、ＰＥＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ成膜法、スパッタ法、蒸着法等を利用することができる。

以上により、粒子８と粒子８の間に空隙１６を形成することができる。この空隙を用いて微細流路を形成することができるので、確実に液化した冷媒を流動させることができる。

＜光源装置を構成する各部材＞
以下に、光源装置２を構成する各部材の更に詳細な説明を行う。
［光源４０］
光源４０として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる場合には、３７０〜６８０ｎｍの範囲内にピーク波長を有するものが好ましく。特に青色３７０〜５００ｎｍの波長域の光を発することが好ましく、４２０〜５００ｎｍの波長域の光を発することが更に好ましい。ただし、光源４０として、その他の任意の波長域の発光ダイオードを用いることもできる。その他の種類の光源、例えば半導体レーザダイオード（ＬＤ）を用いることもできる。

［密封筐体４］
密封筐体４は、ヒートシンクの筐体として機能するので、熱伝導率が高い方が好ましく、それを考慮すれば、銅、アルミニウム、ステンレススチール等の金属材料を例示できる。ただし、樹脂材料、サファイア、窒化ガリウム、ガラス、セラミック材料等を用いることもできる。透光性を有する透光部４ａには、樹脂材料、サファイア、窒化ガリウム、ガラス等を用いる必要がある。

［冷却部３０］
冷却部３０として、放熱フィン等の放熱部材を用いることも、冷却液等を循環させる冷却装置を用いることも、その他の既知の任意の冷却手段を用いることができる

［蛍光体の粒子］
粒子８に含まれる蛍光体の粒子として、上述のように光源から青色光が入射した場合に、赤色光を出力する赤色蛍光体の粒子、緑色光を出力する緑色蛍光体の粒子、黄色光を出力する黄色蛍光体の粒子を例示することができる。
赤色光を出力する赤色蛍光体の粒子では、約６００〜８００ｎｍの波長帯域の赤色の蛍光を発生させることが好ましい。具体的な材料の一例としては、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ等を挙げることができる。
緑色光を出力する蛍光体の粒子では、約５００〜５６０ｎｍの波長帯域の緑色の蛍光を発生させることが好ましい。具体的な材料の一例としては、β−Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ：Ｅｕ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｃａ_８ＭｇＳｉ_４Ｏ_１６Ｃ_ｌ２：Ｅｕ、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ等を挙げることができる。
黄色光を出力する蛍光体の粒子では、約５４０〜７００ｎｍの波長帯域の黄色〜赤色の蛍光を発生させることが好ましい。材料の一例としては、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体をベースとした蛍光体を挙げることができ、更に具体的には、ＹＡｌＯ_３：Ｃｅ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ_４Ａｌ_２Ｏ_９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物等が挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光体の粒子を揃えることができる。

（本発明の第２の実施形態に係る光源装置）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図である。図２に示す実施形態と、図１に示す実施形態とを比較すると、図１に示す実施形態では、第１微細流路６が任意の粒子８で形成されているのに対して、図２に示す実施形態では、第１微細流路６が、蛍光体の粒子１０で形成された領域と、光拡散材の粒子１２で形成された領域とを有する点で異なる。その他の構成については基本的に同一なので、ここでは異なる点についてのみ説明を行い、図１に示す実施形態とほぼ同一の構成についての説明は省略する。なお、図２以降に示す実施形態においても、光源４０がフリップチップ実装された場合を例にとって説明する。

図２において、密封筐体４の中央に配置された光源４０の近傍領域に蛍光体の粒子１０が配置され、その周囲の領域に光拡散材の粒子１２が配置されている。蛍光体の粒子１０は、光源４０を覆うように配置されている。これにより、光源４０から出射された光の一部は、光源４０の周囲を覆う蛍光体の粒子１０により波長変換される。波長変換された光及び波長変換されなかった光源４０の波長の光が、図面で上方及び側方に進み、光拡散材の粒子１２が配置された領域に入る。そして、光拡散材の粒子１２により、光源４０から出射された光を拡散させることにより、光の強度を均等化し、光取り出し効率を向上させることができる。

光拡散材の粒子１２としては、ＳｉＯ_２やＴｉＯ_２、Ｂａ_２ＳＯ_４等の粒子を例示することができるが、これに限られるものではない。

蛍光体の粒子１０と蛍光体の粒子１０との間の空隙、光拡散材の粒子１２と光拡散材の粒子１２との間の空隙、及び蛍光体の粒子１０と光拡散材の粒子１２との間の空隙によって、第１微細流路６が形成されている。蛍光体の粒子１０及び光拡散材の粒子１２により形成された第１微細流路６によって、冷却部３０が配置された領域から光源４０が配置された領域へ冷媒を流動可能な第１微細流路が形成される。

図１に示す実施形態と同様に、高温になった光源４０及び波長変換で高温になった蛍光体の粒子１０の周囲の冷媒が気化し、気化した冷媒が冷却部３０の近傍へ流れ、冷却部３０による冷却で液化した冷媒は、第１微細流路６によって、再び光源４０の近傍領域へ流動し、これにより冷却サイクルが形成される。このような冷媒の流動サイクルを、図２の矢印で示す。実線の矢印が液化した冷媒の流れを示し、点線の矢印が気化した冷媒の流れを示す。

本実施形態では、波長変換に効果的な光源４０の近傍領域に蛍光体の粒子１０を配置し、波長変換にあまり寄与しない光源４０から離れた周囲領域に、光拡散材の粒子１２を配置している。これにより、自然対流をより効果的に促進することができるので、より効果的な冷却サイクルを構築することができる。
なお、図２に示す符号のうち、それぞれの粒子（蛍光体の粒子１０と光拡散材の粒子１２）は、複数の粒子のうち１つを指し、第１微細流路６は、粒子どうしが互いに結合されて形成され、粒子と粒子の間の空隙によって形成される箇所の全体を指すように示している。

（本発明の第３の実施形態に係る光源装置）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図である。図３に示す実施形態と、図２に示す実施形態とを比較すると、図２に示す実施形態では、蛍光体の粒子１０及び光拡散材の粒子１２により第１微細流路６が形成されているのに対して、図３に示す実施形態では、上面視において、第１微細流路６を囲むように第３微細流路２４を有するメッシュ状の部材２６が配置されている点で異なる。その他の構成については基本的に同一なので、ここでは異なる点についてのみ説明を行い、図２に示す実施形態（図１に示す実施形態も同様）とほぼ同一の構成についての説明は省略する。

図３において、密封筐体４の中央に配置された光源４０の近傍領域に、蛍光体の粒子１０により形成された第１微細流路６が配置され、その周囲に光拡散材の粒子１２により形成された第１微細流路６が配置されている。本実施形態では、更に、上面視において、この第１微細流路６を囲むように、メッシュ状の部材２６が配置されている。これにより、メッシュ状の部材２６は、密閉筐体４の側部４ｃ近傍の領域に配置されることになる。
メッシュ状の部材２６は、ヒートシンクのウイックと称する毛細管構造体であり、銅、アルミニウム、ステンレス鋼といった金属材料や、合金材料、または多孔質の非金属材料で形成することができる。これにより、メッシュ状の部材２６が第３微細流路２４を有することができる。

図３に示すように、メッシュ状の部材２６の上方には冷却部３０が配置され、冷却部３０により液化した冷媒は、メッシュ状の部材２６の第３微細流路２４に流入し、第３微細流路２４内を、密閉筐体４の側部４ｃ側から中央側へ流動し、更に、中央側に隣接した光拡散材の粒子１２で形成された第１微細流路６及び蛍光体の粒子１０で形成された第１微細流路６内を流れて、光源４０の近傍領域に到達する、つまり、メッシュ状の部材２６が有する第３微細流路２４と、光拡散材の粒子１２及び蛍光体の粒子１０で形成された第１微細流路６とにより、冷媒を冷却部３０の近傍領域から光源４０の近傍領域に流動させることができる。

よって、高温になった光源４０及び波長変換で高温になった蛍光体の粒子１０の周囲の冷媒が気化し、気化した冷媒が冷却部３０の近傍へ流れ、冷却部３０による冷却で液化した冷媒は、第３微細流路２４及び第１微細流路６によって、再び光源４０の近傍領域へ流動し、これにより冷却サイクルが形成される。このような冷媒の流動サイクルを、図３の矢印で示す。実線の矢印が液化した冷媒の流れを示し、点線の矢印が気化した冷媒の流れを示す。

光源４０から出射された光は、密閉筐体４の側部４ｃの近傍領域には多くは届かない。特に、図３に示すように、冷却部３０が密封筐体４の上面側も覆っている場合には、上方へ光を出力できない。よって、この領域では、蛍光体の粒子や光拡散材の粒子は基本的に不要である。
よって、本実施形態では、蛍光体の粒子や光拡散材の粒子が不要な領域に、メッシュ状の部材２６によって第３微細流路２４を形成するので、効率的に冷却サイクルを構築することができる。
なお、図３に示す符号のうち、メッシュ状の部材２６と第３微細流路２４とは別の箇所を指しているが、第３微細流路２４は、メッシュ状の部材２６に存在する空隙によって形成される箇所の全体を指すように示している。

（本発明の第４の実施形態に係る光源装置）
図４Ａは、本発明の第４の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの断面Ａ−Ａから見た断面図である。図４Ａ、４Ｂに示す実施形態と、図２に示す実施形態とを比較すると、図２に示す実施形態では、蛍光体の粒子１０及び光拡散材の粒子１２により第１微細流路６が形成されているのに対して、図４Ａ、４Ｂに示す実施形態では、蛍光体の粒子１０及び光拡散材の粒子１２により形成された第１微細流路６に加えて、密封筐体４の基部４ａの内面に、第２微細流路２０を形成する複数の溝２２が設けられている点で異なる。また、図４Ａ、４Ｂで示す実施形態では、蛍光体の粒子が、黄色蛍光体の粒子１０ａ及び赤色蛍光体の粒子１０ｂで構成されている。その他の構成については基本的に同一なので、ここでは異なる点についてのみ説明を行い、図２に示す実施形態（図１に示す実施形態も同様）とほぼ同一の構成についての説明は省略する。

図４Ａにおいて、第１微細流路６は、光源４０の近傍領域に、黄色蛍光体の粒子１０ａ、赤色蛍光体の粒子１０ｂ及び光拡散材の粒子１２が配置され、その周囲の領域には、光拡散材の粒子１２のみが配置されている。
光源４０の近傍領域では、光源４０に近い側から、光拡散材の粒子１２、黄色蛍光体の粒子１０ａ、赤色蛍光体の粒子１０ｂの順に積層されている。これにより、光源４０からの光を、光拡散材の粒子１２で拡散させて、光強度を均等にして、黄色蛍光体の粒子１０ａ及び赤色蛍光体の粒子１０ｂで波長変換を行って、透光部４ａから出力する（上向きの格子柄の矢印参照）。黄色蛍光体の粒子１０ａ及び赤色蛍光体の粒子１０ｂを用いることにより、演色性の高い赤色光を出射することができる。よって、光強度を均等な演色性の高い赤色光源装置２を提供することができる。

本実施形態によれば、光源４０の近傍領域に、種類の異なる粒子で形成された複数の層が形成されているので、用途に応じた最適な波長変換光を出射することができる。なお、種類の異なる粒子で形成された単一の層が形成されている場合もありえる。

更に、本実施形態では、密封筐体４の基部４ｂの内面に、第２微細流路２０を形成する複数の溝２２が設けられている。図４Ａの矢視Ａ−Ａの断面図である図４Ｂには、第２微細流路２０を形成する溝２２の断面形状を示す。液化した冷媒は、毛細管現象により微細な溝２２内を、密閉筐体４の側部４ｃ側から中央の光源４０側に流れる。

図５Ａ及び図５Ｂは、密封筐体４の内面に設けられた複数の溝２２の配置を上方から見た模式図であって、図５Ａは、矩形の基部４ｂを有する直方体形状の密封筐体４の場合を示し、図５Ｂは、円形の基部４ｂを有する円筒形状の密封筐体４の場合を示す。

図５Ａに示す密封筐体４が矩形の基部４ｂを有する場合には、複数の溝２２が、一方の端部から他方の端部へ直線的に延びている。そして、中央領域に光源４０が配置されている。一方、図５Ｂに示す密封筐体４が円形の基部４ｂを有する場合には、複数の溝２２が、円の中心領域から放射状に直線的に延びている。そして、円の中心領域に光源４０が配置されている。図５Ａは使いやすい点で好ましく、図５Ｂは放熱しやすい点で好ましい。

以上のように、本実施形態によれば、液化した冷媒が、粒子と粒子の間の空隙によって形成された第１微細流路６の中だけでなく、密封筐体４の基部４ｂの内面に設けられた複数の溝２２によって形成された第２微細流路２０の中を流れるので、より多くの冷媒を効果的に流動させることができる。
なお、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂに示す符号のうち、溝２２は、複数の溝のうち１つを指し、第２微細流路２０は、複数の溝２２によって形成される箇所の全体を指すように示している。
なお、第１微細流路６及び第２微細流路２０だけでなく、図３に示す第３微細流路２４も備えた光源装置２も実現可能である。

以上のように、高温になった光源４０及び波長変換で高温になった蛍光体の粒子１０ａ、１０ｂの周囲の冷媒が気化し、気化した冷媒が冷却部３０の近傍へ流れ、冷却部３０による冷却で液化した冷媒は、蛍光体の粒子１０ａ、１０ｂ及び光拡散材の粒子１２の間の空隙によって形成された第１微細流路、並びに密封筐体４の基部４ｂの内面に設けられた溝２２から形成された第２微細流路によって、再び光源４０の近傍領域へ流動し、これにより冷却サイクルが形成される。このような冷媒の流動サイクルを、図４Ａの矢印で示す。実線の矢印が液化した冷媒の流れを示し、点線の矢印が気化した冷媒の流れを示す。

（本発明の第５の実施形態に係る光源装置）
図６は、本発明の第５の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図である。
図６に示す本実施形態と、図１に示す実施形態とを比較すると、図１に示す実施形態では、冷却部３０が、密封筐体４の端部または外周部に配置されているのに対して、図６に示す実施形態では、冷却部３０が、密封筐体４の中央（中心）部に配置されている点で異なる。その他の構成については基本的に同一なので、ここでは異なる点についてのみ説明を行い、図１に示す実施形態とほぼ同一の構成についての説明は省略する。

図６に示す実施形態では、密閉筐体４の中央（中心）部の外面に冷却部３０が設けられ、その両側にそれぞれ光源４０が配置されている。各々の光源４０は、青色光を出射し、図面右側の光源４０に対応して、赤色蛍光体の粒子１０ｂによる第１微細流路６が形成され、図面左側の光源４０に対応して、緑色蛍光体の粒子１０ｃによる第１微細流路６が形成されている。

図面右側の領域における冷媒の流れを説明すれば、高温になった光源４０及び波長変換で高温になった赤色蛍光体の粒子１０ｂの周囲の冷媒が気化し、気化した冷媒が冷却部３０の近傍へ流れ（右から左向き）、冷却部３０による冷却で液化した冷媒は、赤色蛍光体の粒子１０ｂの間の空隙によって形成された第１微細流路６によって、再び光源４０の近傍領域へ流動し（左から右向き）、これにより冷却サイクルが形成される。
同様に、図面左側の領域における冷媒の流れを説明すれば、高温になった光源４０及び波長変換で高温になった緑色蛍光体の粒子１０の周囲の冷媒が気化し、気化した冷媒が冷却部３０の近傍へ流れ（左から右向き）、冷却部３０による冷却で液化した冷媒は、緑色蛍光体の粒子１０ｃの間の空隙によって形成された第１微細流路６によって、再び光源４０の近傍領域へ流動し（右から左向き）、これにより冷却サイクルが形成される。
以上のような冷媒の流動サイクルを、図６の矢印で示す。実線の矢印が液化した冷媒の流れを示し、点線の矢印が気化した冷媒の流れを示す。

本実施形態によれば、１つの冷却部３０を用いて、複数の光源装置の役割を果たすことができる。また、１つの光源装置において、光源４０と光源４０の間に冷却部３０を有するようにして、３つ以上の光源４０を備えることも可能である。例えば、青色光源４０及び赤色蛍光体の粒子１０ｂで形成された第１微細流路６を有する領域と、青色光源４０及び緑色蛍光体の粒子１０ｃで形成された第１微細流路６を有する領域と、青色光源４０及び光拡散材の粒子１２で形成された第１微細流路６を有する領域とを備えた光源装置２を例示することができる。この光源装置２の各光源４０の出力を調整することによって、任意の色の光を出力することができる。
なお、図６に示す符号のうち、それぞれの粒子（赤色蛍光体の粒子１０ｂと緑色蛍光体の粒子１０ｃ）は、複数の粒子のうち１つを指し、第１微細流路６は、粒子どうしが互いに結合されて形成され、粒子と粒子の間の空隙によって形成される箇所の全体を指すように示している。

（本発明の第６の実施形態に係る光源装置）
図７は、本発明の第６の実施形態に係る光源装置を模式的に示す断面図である。図７に示す実施形態と、図１に示す実施形態とを比較すると、図１に示す実施形態では、光源４０が密封筐体４の中央に配置され、冷却部３０が光源４０の両側に配置されているのに対して、図７に示す実施形態では、光源４０が密封筐体４の端部に配置され、冷却部３０が光源４０の片側にだけ配置されている点で異なる。
更に、図１に示す実施形態では、冷却部３０及び光源４０が水平方向に配置されているのに対して、図７に示す実施形態では、重力方向で上側に冷却部３０が配置され、下側に光源４０が配置されている点で異なる。その他の構成については基本的に同一なので、ここでは異なる点についてのみ説明を行い、図１に示す実施形態とほぼ同一の構成についての説明は省略する。

図７に示すような配置により、液化した冷媒が上側から下側へ流れるため、第１微細流路６の毛細管力に加えて、重力による流動力が加わるので、より確実に液化した冷媒を流動させることができる。一方、気化した冷媒は、下側から上側へ流れるため、重力が流動を妨げる方向に加わるが、気圧差による自然対流の力の方が大きいので、流動に問題が生じることはない。

本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

２光源装置
４密封筐体
４ａ透光部
４ｂ基部
４ｃ側部
６第１微細流路
８粒子
１０蛍光体の粒子
１０ａ黄色蛍光体の粒子
１０ｂ赤色蛍光体の粒子
１０ｃ緑色蛍光体の粒子
１２光拡散材の粒子
１６空隙
１８反射面
２０第２微細流路
２２溝
２４第３微細流路
２６メッシュ状の部材
２８気体流動領域
３０冷却部
４０光源
４２リード
４４バンプ

Claims

基部と、前記基部の上方に設けられた透光部と、を備えた密封筐体と、
前記密封筐体の中において前記基部に配置された光源と、
前記密封筐体の中に、前記透光部と離間して配置された複数の粒子と、
前記密封筐体の中に封入された冷媒と、
を備え、
前記複数の粒子の間において、前記冷媒が流動可能な第１微細流路が形成されており、
前記複数の粒子は、蛍光体の粒子と光拡散材の粒子とを含み、
前記蛍光体の粒子は、前記光源の近傍領域に配置されており、
前記光拡散材の粒子は、前記蛍光体の粒子が配置された領域の周囲の領域に配置されていることを特徴とする光源装置。
前記第１微細流路は、前記光源の側面を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記第１微細流路は、前記光源の上面を覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
前記密封筐体の外面の一部に、前記冷媒を冷却して気体から液体に変化させる冷却部を備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光源装置。
上面視において、前記冷却部は、前記光源を囲むように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
前記密封筐体の基部の内面に、第２微細流路を形成する複数の溝が設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光源装置。
前記第１微細流路は、前記光源に近接して形成されており、
上面視において、前記第１微細流路を囲むように、第３微細流路を有するメッシュ状の部材が配置されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の光源装置。
前記密封筐体において、前記透光部以外の内面が光反射性を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の光源装置。